JP2010019747A - 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の影響を抑え、電流路に流れる電流を精度よく検出できる電流検出器を提供すること。
【解決手段】第１の電流路７ａと第２の電流路７ｂは、平板形状の導体であって、該第１の電流路７ａと該第２の電流路７ｂとが同一平面状に並ぶ状態で、配置され、磁束検出器６ａ、６ｂは、第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂを流れる電流によって該第１の電流路７ａ及び該第２の電流路７ｂからそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する位置Ｐ、Ｑに、該第１の電流路７ａから発生する磁界の磁力線の向き及び該第２の電流路７ｂから発生する磁界の磁力線の向きに、磁束検出器６ａ、６ｂが磁束を検出する二方向に直交する磁束検出方向が一致するよう、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及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の電流路近傍の磁束を検出する電流センサと、複数の電流路のうちの上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、上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気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、製造工程の増加及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の影響を抑え、電流路に流れる電流を精度よく検出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）、（２）及び（３）を特徴としている。
（１） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁束を検出する磁束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束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線の方向が直交する位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向きまたは該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
こと。
（２） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁束を検出する磁束検出方向が一方向に限られる第１の磁束検出器と、
磁束を検出する磁束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の磁束検出器及び前記第２の磁束検出器が検出した磁束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第２の電流路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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
前記第１の磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する第１の位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置され、
前記第２の磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する、前記第１の位置とは異なる第２の位置に、該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
こと。
（３） 第１の電流路と、
第２の電流路と、
磁束を検出する磁束検出方向が直交する二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束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第２の電流路のそれぞれ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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向き及び該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに、前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
こと。

上記（１）または（２）の構成の電流検出装置によれば、磁束検出器は、磁束検出方向と向きが平行な磁束を発生する少なくとも一方の電流路からの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上記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）の構成の電流検出装置によれば、上記一つの磁束検出器により、第１の電流路から発生する磁束と第１の電流路に近い第２の電流路から発生する磁束のうち、上記磁束検出器の磁束検出方向に一致する２方向の磁束のみをともに高感度検出することができる。このため、第２の電流路から発生する磁束のうち一方の上記磁束検出方向に一致しない磁束が、第１の電流路から発生する磁束の検出値に影響を与えることはなく、また、第１の電流路から発生する磁束のうちもう一方の上記磁束検出方向に一致しない磁束が、第２の電流路から発生する磁束の検出値に影響を与えることはない。このため、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。

本発明によれば、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の影響を抑え、電流路に流れる電流を精度よく検出できる。

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（マイクロコンピュータ）４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３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３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。モータ制御部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と、上記電流検出装置６を構成する第１の磁束検出器６ａ及び第２の磁束検出器６ｂの磁束検出値から得られたＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとの電流値とに基づき、ドライブ回路５を制御する。ドライブ回路５はモータ制御部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及び電流検出センサ本体８ａ、８ｂは、図１及び図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。これらの電流路７ａ、７ｂ、７ｃは断面形状及びサイズが同じであり、互いに所定距離をおいて一つの平面内に並設されている。電流検出センサ本体８ａ、８ｂの表面には、磁界（磁束）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上記磁束検出器６ａ、６ｂが配置されている。そして、磁束検出器６ａ、６ｂは、磁束を検出することができる磁束検出方向が直交する二方向に限られるものであって（図２では、磁束検出器６ａ、６ｂを起点に延びている黒塗りの矢印が、磁束検出方向Ｘを示し、この黒塗りの矢印に直交する方向の白塗りの矢印が磁束検出方向Ｙを示している）、該磁束検出器６ａ、６ｂが配置されている位置において、これらの上記磁束検出方向Ｘ、Ｙと一致する各電流路７ａ〜７ｃからの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はそれぞれ、図２に示すように、電流路７ａと電流路７ｂの間及び電流路７ｂと電流路７ｃの間であって、電流路７ｂの左右対象の位置に配置されている。より具体的には、第１の磁束検出器６ａは第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂから発生する磁界の磁力線が垂直に交差する位置（交点）Ｐに配置され、上記第２の磁束検出器６ｂは第２の電流路７ｂ及び第３の電流路７ｃから発生する磁界の磁力線が垂直に交差する位置（交点）Ｑに配置されている。各電流路７ａ、７ｂ、７ｃは、同一平面状に一定距離Ｌをおいて配置されている。

また、交点Ｐ、Ｑに配置される磁束検出器６ａ、６ｂは、該磁束検出器６ａ、６ｂによって磁界を検出する上記直交する２方向Ｘ、Ｙがそれぞれ、第２の電流路７ｂ及び第３の電流路７ｃそれぞれから発生する磁界の磁力線の向きと一致する配置となっている。なお、本発明の実施形態では、磁束検出器６ａ、６ｂを配置する位置および該磁束検出器６ａ、６ｂが磁束を検出する向きを調整するために、該磁束検出器６ａ、６ｂを表面に設置する電流検出センサ本体８ａ、８ｂの形状を適宜変形している。具体的には、図２に示すように、電流検出センサ本体８ａ、８ｂの厚みを調整することによって該磁束検出器６ａ、６ｂを配置する電流路からの高さを調整したり、あるいは電流検出センサ本体８ａ、８ｂの表面を面取りすることによって該磁束検出器６ａ、６ｂが磁束を検出する向きを調整する。

上述のように磁束検出器６ａ、６ｂ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、７ｂから発生する磁束のみを、磁束検出器６ｂは電流路７ｂ、７ｃから発生する磁束のみを、それぞれ別々に高い感度で検出することができる。これを磁束検出器６ａ、６ｂ付近の磁束を例に挙げて説明する。

電流路７ａ、７ｂ、７ｃが存在する空間には、これらの電流路７ａ、７ｂ、7ｃから発生する磁界の磁力線が交差する点（交点）がある。図２では、例えば電流路７ａの回りに発生する磁界の磁力線のうち２本の磁力線をＭ１、Ｍ２、電流路７ｂの回りに発生する磁界の磁力線のうち２本の磁力線をＭ３、Ｍ４、電流路７ｃの回りに発生する磁界の磁力線をＭ５、Ｍ６とする。

これらの磁力線Ｍ１〜Ｍ６のうち、磁力線Ｍ１と磁力線Ｍ４が交点Ｐで垂直に交差し、磁力線Ｍ４と磁力線Ｍ５が交点Ｑで垂直に交差する。なお、電流路７ａ、７ｂがそれぞれ発生する図示しない他の磁力線も図示しない別の点で垂直に交差する。そして、交点に磁束検出器６ａを設置し、この磁束検出器６ａの直交する二つの磁束検出方向Ｘ、Ｙを磁力線Ｍ１及び磁力線Ｍ４の接線方向にそれぞれ一致させる。

同様にして、交点Ｑに磁束検出器６ｂを設置し、この磁束検出器６ｂの直交する二つの磁束検出方向Ｘ、Ｙを磁界Ｍ４及び磁界Ｍ５における磁力線の接線方向にそれぞれ合致させる。これにより、磁気検出器６ａは電流路７ａ及び電流路７ｂが発生する磁束をそれぞれ検出し、磁気検出器６ｂは電流路７ｂ及び電流路７ｃが発生する磁束をそれぞれ検出する。

そして、上記のように磁束検出器６ａ、６ｂの磁束検出方向は磁界Ｍ１、Ｍ４、Ｍ５の磁力線の方向（接線方向）に上記のように一致するため、高感度で磁束検出することができる。つまり、各磁束検出器６ａ、６ｂの磁束検出方向が直交する２方向のみであるため、この２方向に一致しない磁力線の影響を受けず、従って、良好な検出感度が得られる。

なお、磁気検出器６ａ、６ｂは電流路７ｂの左右対称の位置において、磁界中の同一の磁力線Ｍ４を検出している。このため、磁束検出器６ａ、６ｂによって検出される出力（磁界の強さ）は同一となる。しかし、磁束検出器６ａ、６ｂは周辺温度などの外部要因やその他の内部要因などに基づき個々に特性上のバラツキを持つ場合がある。この場合には、磁束検出器６ａ、６ｂの出力値を比較して、この比較結果（誤差分）を所定の演算式を用いて上記出力値に反映させることが望ましい。これにより、高い精度で磁束検出及び電流検出を行うことができる。

前述においては、一つの磁束検出器（例えば、磁束検出器６ａ）の磁束検出方向が直交する二方向（Ｘ、Ｙ方向）である場合について述べたが、一つの磁束検出器の磁束検出方向が一方向（例えば、Ｘ方向）として、この一方向に一致する方向の一の電流路（例えば、電流路７ａ）からの磁束のみを検出する構成としてもよい。この場合には、この一方向の磁束検出方向（Ｘ方向）に一致しない方向（例えば、Ｙ方向）の他の電流路（例えば、電流路７ｂ）からの磁束は検出しないので、その一の電流路（電流路７ａ）から発生する磁束のみを高感度検出することができる。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態では、一つの磁束検出器６ａを、第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂを流れる電流によって第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂからそれぞれ発生する磁界が直交する位置に、第１の電流路７ａから発生する磁界の向きまたは第２の電流路７ｂから発生する磁界の向きに磁束検出方向が一致するように配置することにより、または第１の磁束検出器６ａを、第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂを流れる電流によって第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂからそれぞれ発生する磁界が直交する第１の位置Ｐ（交点）に、第１の電流路７ａから発生する磁界の向きに前磁束検出方向が一致するようにし、第２の磁束検出器６ｂを、第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂを流れる電流によって第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂからそれぞれ発生する磁界が直交する、第１の位置Ｐとは異なる第２の位置（交点）Ｑに、第２の電流路７ｂから発生する磁界の向きに磁束検出方向が一致するように配置することにより、磁束検出器６ａは、磁束検出方向と向きが平行な磁束を発生する少なくとも一方の電流路７ａからの磁束を検出することができる。このため、電流路７ａに設置した磁束検出器６ａに対し、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。

また、本発明に係る実施の形態では、一つの磁束検出器６ａを、第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂを流れる電流によって第１の電流路７ａ及び第２の電流路７ｂからそれぞれ発生する磁界が直交する位置に、第１の電流路７ａから発生する磁界の向き及び第２の電流路７ｂから発生する磁界の向きに上記磁束検出方向が平行になるように配置することにより、上記一つの磁束検出器６ａにより、第１の電流路７ａから発生する磁束と第１の電流路７ａに近い第２の電流路７ｂから発生する磁束のうち、磁束検出器６ａの磁束検出方向に一致する２方向の磁束のみを共に高感度検出することができる。このため、第２の電流路７ｂから発生する磁束のうち一方の磁束検出方向に一致しない磁束が、第１の電流路７ａから発生する磁束の検出値に影響を与えることはなく、また、第１の電流路７ａから発生する磁束のうちもう一方の上記磁束検出方向に一致しない磁束が、第２の電流路７ｂから発生する磁束の検出値に影響を与えることはない。

なお、上述した磁束検出器６ａ、６ｂ及び電流路７ａ、７ｂ、７ｃの配置では、電流路７ａに設けられた電流検出センサ本体８ａの磁束検出器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の磁束検出感度は、並列配置される電流路７ａ、７ｂ、７ｃの間隔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。

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 磁束検出器
７ａ、７ｂ、７ｃ 電流路（配線）
８ａ、８ｂ 電流検出センサ本体（配線）
Ｐ、Ｑ 交点
Ｍ１〜Ｍ６ 磁界
Ｘ、Ｙ 磁束検出方向

Claims (3)

1. 第１の電流路と、
   第２の電流路と、
   磁束を検出する磁束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束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
   前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線の方向が直交する位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向きまたは該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
   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、
   磁束を検出する磁束検出方向が一方向に限られる第１の磁束検出器と、
   磁束を検出する磁束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の磁束検出器及び前記第２の磁束検出器が検出した磁束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第２の電流路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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
   前記第１の磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する第１の位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置され、
   前記第２の磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する、前記第１の位置とは異なる第２の位置に、該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
   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、
   磁束を検出する磁束検出方向が直交する二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束に基づいて、前記第１の電流路及び前記第２の電流路のそれぞれ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の電流路と前記第２の電流路は、平板形状の導体であって且つ、同一平面上に並ぶ状態で配置され、
   前記一つの磁束検出器は、前記第１の電流路及び前記第２の電流路を流れる電流によって該第１の電流路及び該第２の電流路からそれぞれ発生する磁界の磁力線が直交する位置に、該第１の電流路から発生する磁界の磁力線の向き及び該第２の電流路から発生する磁界の磁力線の向きに、前記磁束検出方向が一致するよう、配置される、
   ことを特徴とする電流検出装置。

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