JP2010008315A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流路ごとに設置した磁束検出器に対し、隣接する他の電流路に流れる電流によって発生した磁束が影響を与えることを防止すること。
【解決手段】磁束検出器６ｂは、電流路７ａ、７ｃおよび電流路７ｂを流れる電流によって電流路７ａ、７ｃおよび電流路７ｂそれぞれから発生する磁界Ｍ１、Ｍ２が垂直に交差する位置に、磁気検出方向が電流路７ｂから発生する磁界の向きと平行になるよう、配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、３相モータ等の複数の電流路に流れる電流を、各電流路近傍に設けられた磁束検出器を用いて検出する電流検出装置に関する。

３相モータ等の各相の電流路に流れる電流を検出するのに、従来からコアレス電流センサが用いられている。このコアレス電流センサは、電流が流れることによって電流路の周辺に発生する磁束を高感度かつ高精度で検出して電流値変換するものであり、コアを備える電流検出センサに比べて装置の小型化およびローコスト化が図れる。

しかし、コアレス電流センサは高感度であるために、隣接する他の相の電流路に流れる電流によって発生する磁束の影響を受け易く、このため検出された電流値に対してソフトウエア演算による補正処理を加える必要がある。

これに対して、複数の電流路のうちの第１の電流路に流れる電流を検出するために設けた第１の電流路近傍の磁界を検出する電流センサと、複数の電流路のうちの前記電流センサに磁気干渉を与えうる位置に配置された第２の電流路に対する、前記電流センサへの磁気干渉を低減させる磁気シールドと、を備えた電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この電流検出装置によれば、磁気干渉の低減のために電流路に対して施される磁気シールドのサイズや厚みが小さいため、より少ないスペース内で各電流路を流れる電流を高感度検出できる利点が得られる。

また、デルタ接続や中性点接地のスター接続の巻線を持つ３相モータでは、流れる電流の和がゼロとなる３相交流電流のうち、２本（２相）の電流路に流れる交流電流を２個の磁束検出器を用いて検出することにより、マイクロコンピュータによって３本の電流路に流れる（３相各相の）交流電流を検出する電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６‐１１２６９８号公報 特開２００７‐３０３９８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電流検出装置では、電流路ごとに設けられた磁束検出器に対して磁気干渉を回避するための磁気シールドを別途配置する必要がある。このためこの磁気シールド設置分だけコスト高になるほか、製造工程の増加およびこれによる量産性の低下を招くなどの不都合があった。

また、特許文献２に記載の電流検出器では、２相分の磁束検出出力からマイクロコンピュータを利用して３相分の複雑な電流値演算を行う必要があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流路ごとに設置した磁束検出器に対し、隣接する他の電流路に流れる電流によって発生した磁束が影響を与えることを簡単かつ安価な構成にて防止することができる電流検出器を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電流検出装置は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる一つの磁束検出器と、
前記一つの磁束検出器が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
を備え、
前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路の上側に所定の距離離れた位置に、前記第１の電流路を流れる電流によって該第１の電流路から発生する磁界の向きに前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第２の電流路と前記一つの磁束検出器が水平に並ぶ状態で、並設される、
こと。
（２） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる一つの磁束検出器と、
前記一つの磁束検出器が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
を備え、
前記一つの磁束検出器は、前記第２の電流路の下側に所定の距離離れた位置に、前記第２の電流路を流れる電流によって該第２の電流路から発生する磁界の向きに前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第１の電流路と前記一つの磁束検出器が水平に並ぶ状態で、並設される、
こと。
（３） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる第１の磁束検出器と、
磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる第２の磁束検出器と、
前記第１の磁束検出器および前記第２の磁束検出器の少なくとも一方が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
を備え、
前記第１の磁束検出器は、前記第１の電流路の上側に所定の距離離れた位置に、前記第１の電流路を流れる電流によって該第１の電流路から発生する磁界の向きに該第１の磁束検出器の前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
前記第２の磁束検出器は、前記第２の電流路の下側に前記所定の距離離れた位置に、前記第２の電流路を流れる電流によって該第２の電流路から発生する磁界の向きに該第２の磁束検出器の前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され
前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第１の電流路と前記第２の磁束検出器、及び該第２の電流路と前記第１の磁束検出器がそれぞれ、水平に並ぶ状態で、並設されている、
こと。

上記（１）または（２）の構成によれば、磁束検出器付近では、二つの電流路からそれぞれ発生する磁束の一方は該磁束検出器の磁気検出方向と直交する方向になるため、磁束検出器は二つの電流路のうちのいずれか一方から発生する磁束を検出することはなく、磁気検出方向と向きが平行な磁束を発生する電流路からのみ、磁束を検出することができる。このため、電流路に設置した磁束検出器に対し、他の電流路に流れる電流によって発生した磁束が磁束検出器の検出動作に影響を与えることを回避することができるとともに、従来のように磁気シールドを設けたりコンピュータによる面倒な演算処理を行ったりすることなく、簡易な構成で、各電流路に流れる電流を磁束検出器によって高精度かつ高感度に検出することができる。
上記（３）の構成によれば、磁束検出器付近では、二つの電流路からそれぞれ発生する磁束の一方は該磁束検出器の磁気検出方向と直交する方向になるため、磁束検出器は二つの電流路のうちのいずれか一方から発生する磁束を検出することはなく、磁気検出方向と向きが平行な磁束を発生する電流路からのみ、磁束を検出することができる。このため、電流路に設置した磁束検出器に対し、他の電流路に流れる電流によって発生した磁束が磁束検出器の検出動作に影響を与えることを回避することができるとともに、従来のように磁気シールドを設けたりコンピュータによる面倒な演算処理を行ったりすることなく、簡易な構成で、各電流路に流れる電流を磁束検出器によって高精度かつ高感度に検出することができるとともに、電流検出装置を小型化することができるという効果をさらに奏する。さらに、各電流路に流れる電流の電流値を、電流路の本数と同数の磁束検出器によって、別々に検出することができる。

本発明によれば、電流路ごとに設置した磁束検出器の磁束検出値に対し、隣接する他の電流路に流れる電流によって発生した磁束が影響を与えることを簡単かつ安価な構成にて防止することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して説明することにより、本発明の詳細は、更に明確化されるであろう。

以下に、本発明にかかる電流検出装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態の電流検出装置として、３相モータの駆動回路を例にして、各相の電流路に流れる電流を磁束検出器を用いて検出する場合について説明する。

ここで、図１は、本発明に係る実施の形態の電流検出装置を上面視した回路構成図である。図２は、図１の回路構成図をＩＩ−ＩＩ方向から視た断面図である。図３は、図１の電流検出器を含む３相モータ駆動回路を示す回路図である。

図３に示すように、３相モータ駆動回路は、直流電源１と、インバータ２と、３相（交流）モータ３と、モータ制御部（コンピュータ９４）と、ドライブ回路５と、電流検出装置６と、を備えている。これらのうちインバータ２はバッテリなどの直流電源から受けた直流電圧をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電圧に変換し、交流の３相モータを所定の制御回転数で駆動する。なお、インバータ２は３相のモータ３の回生制動時に発生する電力を直流電源１に返すようにも機能する。

３相モータはインバータ２が出力する３相交流電力を受けて駆動され、例えば電気自動車等の駆動源として用いられる。この３相モータには回転数情報をＵ相、Ｖ相、Ｗ層ごとに検出するレゾルバ（回転角度センサ）が設けられている。マイクロコンピュータ４はレゾルバによって検出された３相モータの回転数情報および前記電流検出装置６を構成する磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃによってＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに検出された電流値に基づきドライブ回路５を制御する。ドライブ回路５はマイクロコンピュータ４からの制御出力を受けて、インバータ２を構成するスイッチング素子のスイッチタイミングを制御し、インバータ２出力の各相電流を決定し、３相モータ３を所定の回転数に駆動制御する。

ところで、電流検出装置６を構成する磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃ、電流検出センサ本体８ａ、８ｂ、８ｃは、図１および図２に示す通り、インバータ２と３相モータ３とを結ぶ各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の平板状の電流路（バスバー）７ａ、７ｂ、７ｃの近傍にそれぞれ設けられる。電流検出センサ本体８ａ、８ｂ、８ｃの表面には、磁界を検出する回路（例えば、ホール効果を利用したホール素子、ホール素子とアンプ回路を内蔵したホールＩＣ、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗（ＭＲ）素子、フラックスゲート（磁気変調）型磁気センサなど）によって構成される磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃが配置されている。そして、磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃは、磁界を検出することができる磁界検出方向が一方向に限られるものであって（図２では、磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃを起点に延びている黒塗りの矢印が、磁界検出方向を示している。）、該磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃが配置されている位置において、上記磁界検出方向と一致する磁束のみの検出が可能になっている。

各電流路７ａ、７ｂ、７ｃの近傍に配置された磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃは、図２に示すように、各電流路７ａ、７ｂ、７ｃの幅方向中央付近に、且つ、各電流路７ａ、７ｂ、７ｃに対して垂直方向に一定距離Ｈだけ離れた所定位置に配置されている。より具体的には、磁束検出器６ａ、６ｃは、電流路７ａ、７ｃの垂直方向上側に一定距離Ｈだけ離れた位置に配置され、磁束検出器６ｂは、電流路７ｂの垂直方向下側に一定距離Ｈだけ離れた位置に配置されている。さらに、これらの電流路７ａ、７ｂ、７ｃおよび磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ、磁束検出器６ａと電流路７ｂと磁束検出器６ｃが一定距離Ｌをおいて、電流路７ａと磁束検出器６ｂと電流路７ｃが一定距離Ｌをおいて、水平方向に配置されている。

また、磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃの磁気検出方向は、図２に示すように、水平方向になるよう、電流検出センサ本体８ａ、８ｂ、８ｃを介して電流路７ａ、７ｂ、７ｃに設けられる（図２の黒塗りの矢印を参照。）。

上述のように磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃ及び電流路７ａ、７ｂ、７ｃを配置することにより、磁束検出器６ａは電流路７ａから発生する磁束のみを、磁束検出器６ｂは電流路７ｂから発生する磁束のみを、磁束検出器６ｃは電流路７ｃから発生する磁束のみを、それぞれ検出することができる。これを磁束検出器６ｂ付近の磁界を例に挙げて説明する。

磁束検出器６ｂの配置位置付近では、図２に示すように、平板状の電流路７ｂから発生する磁力線Ｍ１の向きは略水平方向に延び、一方、平板状の電流路７ａ、７ｃから発生する磁力線Ｍ２の向きは略垂直方向に延びる（図２では、各電流路７ａ、７ｂ、７ｃから発生する磁力線をＭ１、Ｍ２の２本である場合を示している。）。この結果、磁気検出方向が水平方向になるよう配置されている磁束検出器６ｂは、電流路７ｂから発生する磁束のみを検出することになる。同様に、磁束検出器６ａ、６ｃの配置位置付近でも、平板状の電流路７ａ、７ｃから発生する磁力線Ｍ１の向きは略水平方向に延び、一方、平板状の電流路７ｂから発生する磁力線Ｍ２の向きは略垂直方向に延びる。この結果、磁気検出方向が水平方向になるよう配置されている磁束検出器６ａ、６ｃは、電流路７ａ、７ｃから発生する磁束のみを検出することになる。このため、ある電線路に配置された磁束検出器が、他の電流路から発生した磁界を検出することなく、自器が配置された電線路から発生した磁界のみを検出することができる。したがって、磁界を検出する対象となる電流路以外の他の電流路から発生した磁界が磁束検出器の検出動作に影響を及ぼすことはない。

なお、上述した磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃ及び電流路７ａ、７ｂ、７ｃの配置では、電流路７ａに設けられた磁束検出器７ａに対して、該電流路７ａに隣り合う他の電流路７ｂから発生する磁界が与える影響を排除することができるものの、該他の電流路７ｂに該電流路７ａから離れる側にさらに隣り合う他の電流路７ｃから発生する磁界が磁束検出器７ａに対して軽微ながら影響を与えることが想定される。このような影響を排除するために、磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃの磁束検出感度は、並列配置される電流路７ａ、７ｂ、７ｃの間隔Ｌおよびこれらの電流路７ａ、７ｂ、７ｃに流れる電流の大きさ等に応じて適切に選定する、すなわち、ある磁束検出器７ａが電流路７ｂを挟んで隣り合う他の磁束検出器７ｃから発生した磁界を検出しない程度の感度に設定することが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態では、複数の電流路７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれに流れる電流を各電流路７ａ、７ｂ、７ｃ近傍に配置した磁束検出器を用いて検出する。より詳細には、１つの電流路７ａ近傍に配置した磁束検出器６ａが、二つの電流路７ａ、７ｂから発生するそれぞれの磁界が垂直に交差する位置に、該磁束検出器６ａの磁気検出方向が電流路７ａから発生する磁界の向きと平行になるよう、設置されている。これにより、磁束検出器６ａ付近では、電流路７ａに隣接する他の電流路７ｂから発生する磁束は該磁束検出器６ａの磁気検出方向と直交する方向になるため、磁束検出器６ａは他の電流路７ｂからの磁束を検出することはなく、したがって、電流路７ａに設置した磁束検出器６ａに対し、隣接する他の電流路７ｂに流れる電流によって発生した磁束が磁束検出器６ａの検出動作に影響を与えることを回避することができる。

上記の構成によって、本発明に係る実施の形態では、従来のように、磁気シールドを設けたりコンピュータによる面倒な演算処理をしたりすることなく、簡易な構成によって、且つ高精度かつ高感度に、電流路を流れる電流の電流値を検出することができる。

なお、本発明に係る実施形態では、３相モータの駆動回路に本発明の電流検出装置を適用し、各相の電流路に流れる電流を磁束検出器を用いて検出する場合について説明したが、本発明の電流検出装置は、３相モータの駆動回路にのみ適用されるものではなく、少なくとも２つの電流路それぞれに流れる電流の電流値を磁束検出器によって検出する必要のあるあらゆる回路に適用可能である。

また、本発明に係る実施形態では、図２に示すように電流路および磁束検出器を配置した電流検出装置について説明した。これにより、電流路および磁束検出器の簡易な構成によって、高精度かつ高感度に、電流路を流れる電流の電流値を検出することができるとともに、電流検出装置を小型化することができるという効果をさらに奏する。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、本発明の実施の形態では、電流路が平板形状である場合について詳細に説明するが、この形状に限られるものではなく、別の実施の形態として電流路が円柱状、角柱状である場合も考えられる。この場合にも、磁束検出器６ａ、６ｃは、円柱状または角柱状の各電流路７ａ、７ｂ、７ｃの幅方向中央付近に、且つ、各電流路７ａ、７ｂ、７ｃに対して垂直方向に一定距離Ｈだけ離れた所定位置に配置される。より具体的には、磁束検出器６ａ、６ｃは、円柱状または角柱状の電流路７ａ、７ｃの垂直方向上側に一定距離Ｈだけ離れた位置に配置され、磁束検出器６ｂは、電流路７ｂの垂直方向下側に一定距離Ｈだけ離れた位置に配置されている。さらに、これらの電流路７ａ、７ｂ、７ｃおよび磁束検出器６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ、磁束検出器６ａと電流路７ｂと磁束検出器６ｃが一定距離Ｌをおいて、電流路７ａと磁束検出器６ｂと電流路７ｃが一定距離Ｌをおいて、水平方向に配置されている。

磁束検出器６ｂの配置位置付近では、円柱状または角柱状の電流路７ｂから発生する磁力線Ｍ１の向きは略水平方向に延び、一方、円柱状または角柱状の電流路７ａ、７ｃから発生する磁力線Ｍ２の向きは略垂直方向に延びる。この結果、磁気検出方向が水平方向になるよう配置されている磁束検出器６ｂは、電流路７ｂから発生する磁束のみを検出することになる。同様に、磁束検出器６ａ、６ｃの配置位置付近でも、円柱状または角柱状の電流路７ａ、７ｃから発生する磁力線Ｍ１の向きは略水平方向に延び、一方、円柱状または角柱状の電流路７ｂから発生する磁力線Ｍ２の向きは略垂直方向に延びる。この結果、磁気検出方向が水平方向になるよう配置されている磁束検出器６ａ、６ｃは、電流路７ａ、７ｃから発生する磁束のみを検出することになる。このため、ある電線路に配置された磁束検出器が、他の電流路から発生した磁界を検出することなく、自器が配置された電線路から発生した磁界のみを検出することができる。

本発明に係る実施の形態の電流検出装置を上面視した回路構成図である。 図１の回路構成図をＩＩ−ＩＩ方向から視た断面図である。 図１の電流検出器を含む３相モータ駆動回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ インバータ
３ ３相モータ
４ モータ制御部（コンピュータ）
５ ドライブ回路
６ 電流検出装置
６ａ、６ｂ、６ｃ 磁束検出器
７ａ、７ｂ、７ｃ 電流路（配線）
８ａ、８ｂ、８ｃ 電流検出センサ本体（配線）

Claims (3)

1. 第１の電流路と、
   第２の電流路と、
   磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる一つの磁束検出器と、
   前記一つの磁束検出器が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
   を備え、
   前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路の上側に所定の距離離れた位置に、前記第１の電流路を流れる電流によって該第１の電流路から発生する磁界の向きに前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
   前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第２の電流路と前記一つの磁束検出器が水平に並ぶ状態で、並設される、
   ことを特徴とする電流検出装置。
2. 第１の電流路と、
   第２の電流路と、
   磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる一つの磁束検出器と、
   前記一つの磁束検出器が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
   を備え、
   前記一つの磁束検出器は、前記第２の電流路の下側に所定の距離離れた位置に、前記第２の電流路を流れる電流によって該第２の電流路から発生する磁界の向きに前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
   前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第１の電流路と前記一つの磁束検出器が水平に並ぶ状態で、並設される、
   ことを特徴とする電流検出装置。
3. 第１の電流路と、
   第２の電流路と、
   磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる第１の磁束検出器と、
   磁界を検出する磁気検出方向が一方向に限られる第２の磁束検出器と、
   前記第１の磁束検出器および前記第２の磁束検出器の少なくとも一方が検出した磁界に基づいて、前記第１の電流路および前記第２の電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流検出センサ本体と、
   を備え、
   前記第１の磁束検出器は、前記第１の電流路の上側に所定の距離離れた位置に、前記第１の電流路を流れる電流によって該第１の電流路から発生する磁界の向きに該第１の磁束検出器の前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され、
   前記第２の磁束検出器は、前記第２の電流路の下側に前記所定の距離離れた位置に、前記第２の電流路を流れる電流によって該第２の電流路から発生する磁界の向きに該第２の磁束検出器の前記磁気検出方向が平行になるよう、配置され
   前記第１の電流路と前記第２の電流路は、上下方向に前記所定の距離離れ、且つ該第１の電流路と前記第２の磁束検出器、及び該第２の電流路と前記第１の磁束検出器がそれぞれ、水平に並ぶ状態で、並設されている、
   ことを特徴とする電流検出装置。

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