JP2011075536A - Current detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device.
従来、例えば電気自動車等の駆動用の3相交流モータに印加される電流を検出する電流検出装置が知られている。具体的には、バッテリからの直流電力はインバータにより3相交流電力に変換される。このインバータにて生成される交流電力はその各相の電力供給ライン(バスバー)を介してモータに印加される。各バスバーには、同バスバーに流れる電流によって発生する磁場の変化を検出する磁気センサが設けられている。ここで、バスバーに流される電流が大きいほど、発生する磁場は強くなる。このように、磁場の強さは電流に比例する等、電流と磁場との間に一定の関係があることを利用することにより、磁気センサは各バスバーを流れる電流の値や電流位相を検出可能となる(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a current detection device that detects a current applied to a driving three-phase AC motor such as an electric vehicle is known. Specifically, DC power from the battery is converted into three-phase AC power by an inverter. The AC power generated by this inverter is applied to the motor via the power supply line (bus bar) of each phase. Each bus bar is provided with a magnetic sensor that detects a change in a magnetic field generated by a current flowing through the bus bar. Here, the greater the current flowing through the bus bar, the stronger the generated magnetic field. In this way, the magnetic sensor can detect the value of the current flowing through each bus bar and the current phase by utilizing the fact that there is a fixed relationship between the current and the magnetic field, such as the strength of the magnetic field being proportional to the current. (For example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献1に記載の電流検出装置においては、各バスバーに磁気センサが設けられる。すなわち、計3つの磁気センサが必要となる。ここで、図2に示すように、交流電流の各相は120度ずつ位相がずれている。そこで、例えば特許文献2に示すように、2つの磁気センサにて2相の電流を検出して、残りの1相は位相のずれから推定することで、3相の電流を検知する構成が知られている。
In the current detection device described in
上記特許文献2の電流検出装置において、3相の交流電流を検知するには、少なくとも2つ以上の磁気センサが必要となる。特に近年、各種電子機器の小型化の要求に伴い、それらに内蔵される電流検出装置もよりコンパクトなものが求められている。
In the current detection device of
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より少ない磁気センサで構成された電流検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a current detection device including fewer magnetic sensors.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、複数相交流電力の各相に対応する複数本のバスバーに流れる電流を検出する電流検出装置において、間隔をおいて設けられる前記複数本のバスバーのうち、少なくとも隣り合う2つの前記バスバー間であって、前記バスバーの軸線方向からみたとき前記バスバー間を結ぶ直線に対して所定角度をなす位置に設置されるとともに、前記隣り合う2つのバスバーを流れる電流によって生じる磁場ベクトルを検出し、この検出される磁場ベクトルに基づき前記隣り合う2つのバスバーを流れる交流電流の値を検知する磁気センサを備えることをその要旨としている。
Hereinafter, means for achieving the above-described object and its operation and effects will be described.
According to the first aspect of the present invention, in the current detection device that detects current flowing in the plurality of bus bars corresponding to each phase of the plurality of phases of AC power, at least adjacent to the plurality of bus bars provided at intervals. A magnetic field generated by a current flowing between the two adjacent bus bars and being installed at a position that forms a predetermined angle with respect to a straight line connecting the bus bars when viewed from the axial direction of the bus bars. The gist thereof is to provide a magnetic sensor that detects a vector and detects the value of an alternating current flowing through the two adjacent bus bars based on the detected magnetic field vector.
同構成によれば、磁気センサは隣り合う2つのバスバーに流される電流により生じる磁場ベクトル、正確には、それらの合成磁場ベクトルを検出する。この検出された磁場ベクトルに基づき、単一の磁気センサにより、両バスバーに流される電流の値を検知することができる。例えば、3相交流の場合、単一のセンサで3相すべての電流を検出可能となる。これは2相の電流が分かればこれらに基づき残りの1相は推定可能だからである。このように、いっそう少ない磁気センサで複数本のバスバーに流される電流の値の検知が可能となる。 According to this configuration, the magnetic sensor detects a magnetic field vector generated by a current flowing through two adjacent bus bars, more precisely, a combined magnetic field vector thereof. Based on the detected magnetic field vector, a single magnetic sensor can detect the value of current flowing through both bus bars. For example, in the case of three-phase alternating current, it is possible to detect all three-phase currents with a single sensor. This is because if two-phase currents are known, the remaining one phase can be estimated based on these. In this way, it is possible to detect the value of the current flowing through the plurality of bus bars with even fewer magnetic sensors.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電流検出装置において、前記交流電流の相数は3相であることをその要旨としている。
同構成によれば、単一の磁気センサにて、モータ等の回転動力源の駆動電力として汎用される3相交流電力の各相すべての電流を検知可能である。詳しくは、磁気センサは、2相の交流電流が隣り合う2つのバスバーに流されることにより生じる磁場ベクトルを検出する。磁場ベクトルを、例えば成分分解することで、両バスバーに流される電流の値を検知することができる。両バスバーに流される電流の値に基づき、残りの一本のバスバーに流れる電流の値は推定可能である。3相交流電流は、各相の電流の波形においてそれぞれ120度ずつ位相がずれて検出されるからである。このように、単一の磁気センサで3本のバスバーに流される電流の値の検出が可能となる。
The gist of the invention described in
According to this configuration, it is possible to detect the currents of all the phases of the three-phase AC power, which is widely used as the driving power of a rotational power source such as a motor, with a single magnetic sensor. Specifically, the magnetic sensor detects a magnetic field vector generated by flowing two-phase alternating current through two adjacent bus bars. For example, by decomposing the magnetic field vector into components, the value of the current flowing through both bus bars can be detected. Based on the value of the current flowing through both bus bars, the value of the current flowing through the remaining one bus bar can be estimated. This is because the three-phase alternating current is detected with a phase shift of 120 degrees in the current waveform of each phase. In this way, it is possible to detect the value of the current flowing through the three bus bars with a single magnetic sensor.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電流検出装置において、前記磁気センサは隣り合う2つのバスバー間を結ぶ線分の垂直2等分線上の位置であって、前記2つのバスバー間を結ぶ線分に対して45度をなす位置に設置されることをその要旨としている。 According to a third aspect of the present invention, in the current detection device according to the first or second aspect, the magnetic sensor is located on a vertical bisector connecting a line between two adjacent bus bars. Its gist is that it is installed at a position of 45 degrees with respect to a line segment connecting two bus bars.
同構成において、前記磁気センサが隣り合うバスバー間を結ぶ線分の垂直2等分線上に設置されることで、磁気センサは検出対象である両バスバーに流れる電流による磁場の影響を均等に受けることができる。ここで、各バスバーの周辺には電流が流れる方向を中心軸とした周方向を向く磁場が形成される。このため、磁気センサを、バスバー間を結ぶ直線に対して45度をなす位置に設置することで、一方のバスバーによる磁場の向きと、他方のバスバーによる磁場の向きとを直交させることができる。これにより、磁気センサにより検出される磁気ベクトルの向きが所定時間毎に所定角度だけ周方向に回転する。よって、磁場ベクトルに係る成分分解等の演算をより簡単にできるとともに、両バスバーに関して同精度で電流値を検出することができる。 In the same configuration, the magnetic sensor is installed on a vertical bisector of a line segment connecting adjacent bus bars so that the magnetic sensor is equally affected by the magnetic field due to the current flowing in both bus bars to be detected. Can do. Here, around each bus bar, a magnetic field is formed in the circumferential direction with the current flowing direction as the central axis. For this reason, by installing the magnetic sensor at a position that forms 45 degrees with respect to the straight line connecting the bus bars, the direction of the magnetic field by one bus bar and the direction of the magnetic field by the other bus bar can be orthogonalized. Thereby, the direction of the magnetic vector detected by the magnetic sensor rotates in the circumferential direction by a predetermined angle every predetermined time. Therefore, calculations such as component decomposition related to the magnetic field vector can be simplified, and current values can be detected with the same accuracy for both bus bars.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の電流検出装置において、
前記磁気センサは、前記磁場ベクトルの向きにより示される回転磁場を検出可能である回転磁場検出素子と、前記磁場ベクトルの長さにより示される磁場強度を検出可能である磁場強度検出素子と、を備えることをその要旨としている。
The invention according to claim 4 is the current detection device according to any one of
The magnetic sensor includes a rotating magnetic field detecting element capable of detecting a rotating magnetic field indicated by the direction of the magnetic field vector, and a magnetic field strength detecting element capable of detecting a magnetic field intensity indicated by the length of the magnetic field vector. That is the gist.
同構成において、回転磁場検出素子は前記磁場ベクトルの向きにより示される回転磁場を検出し、磁場強度検出素子は前記磁場ベクトルの長さにより示される磁場強度を検出する。従って、単一の検出素子により磁場ベクトルにおける回転磁場及び磁場強度を検出する場合に比べて、迅速な回転磁場及び磁場強度の検出が可能となる。 In the same configuration, the rotating magnetic field detecting element detects a rotating magnetic field indicated by the direction of the magnetic field vector, and the magnetic field strength detecting element detects a magnetic field intensity indicated by the length of the magnetic field vector. Accordingly, it is possible to detect the rotating magnetic field and the magnetic field intensity more quickly than when detecting the rotating magnetic field and the magnetic field intensity in the magnetic field vector by a single detection element.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れか一項に記載の電流検出装置において、給電源及び給電対象に接続されるプラグが両端に設けられた接続コードを備え、前記両プラグの何れか一方に前記複数本のバスバー及び前記磁気センサが設けられ、前記両プラグが前記給電源及び前記給電対象に接続されたとき、電力が前記バスバーを含む前記接続コードを通じて前記給電源から前記給電対象に伝達されることをその要旨としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the current detection device according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the current detection device includes a connection cord provided at both ends with plugs connected to a power supply source and a power supply target. When one of the plugs is provided with the plurality of bus bars and the magnetic sensor, and the plugs are connected to the power supply and the power supply target, power is supplied from the power supply through the connection cord including the bus bar. The gist is to be transmitted to the power supply target.
同構成によれば、プラグに複数本のバスバー及び磁気センサは設けられる。よって、給電源及び給電対象間を電気的に接続する際には、両プラグを給電源及び給電対象に接続するだけでよい。従って、例えば、バスバーを給電源及び給電対象にねじ等で締結するようにした場合に比べて、給電源及び給電対象間の接続に関する工数を減らすことができる。 According to this configuration, a plurality of bus bars and magnetic sensors are provided on the plug. Therefore, when the power supply and the power supply target are electrically connected, both plugs need only be connected to the power supply and the power supply target. Therefore, for example, compared with the case where the bus bar is fastened to the power supply and the power supply target with screws or the like, the man-hour related to the connection between the power supply and the power supply target can be reduced.
本発明によれば、電流検出装置において、より少ない磁気センサで構成することができる。 According to the present invention, the current detection device can be configured with fewer magnetic sensors.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電流検出装置をモータ駆動電流検出装置に具体化した第1の実施形態について図1〜図6を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a current detection device according to the present invention is embodied in a motor drive current detection device will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、モータ駆動電流検出装置はバッテリ5からモータ7に印加される電流を検出する。具体的には、バッテリ5は直流電流をインバータ6に印加する。インバータ6は、バッテリ5からの直流電力を、モータ7を駆動させるための3相交流電力に変換する。ここで、3相交流電力とは、特にモータの駆動に利用される3系統(U相、V相、W相)の交流電流または交流電圧である。U相、V相、W相の交流電流の波形は、図2のグラフに示すように、それぞれ120度ずつ位相がずれている正弦波である。
As shown in FIG. 1, the motor drive current detection device detects a current applied from the
また、インバータ6は、モータ7への電力供給ラインである第1〜第3バスバー11〜13を介してモータ7に接続されている。第1〜第3バスバー11〜13は銅等の導電材料からなる。インバータ6は生成したU相の交流電力を第1バスバー11に、V相の交流電力を第2バスバー12に、W相の交流電力を第3バスバー13に供給する。モータ7は各バスバー11〜13から供給される電力により回転する。
The
図1に示すように、第1バスバー11及び第2バスバー12間には磁気センサ10が設置されている。本実施形態における磁気センサ10は、例えばホール素子、MR素子(磁気抵抗素子)等の回転磁場及び磁場強度が検出可能であるものが使用される。
As shown in FIG. 1, a
詳しくは、図3に示すように、断面円形でなる第1〜第3バスバー11〜13は水平方向に等間隔で配置されている。磁気センサ10は、第1バスバー11及び第2バスバー12間の中央における上方に位置する。正確には、第1バスバー11の中心Ou及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ直線と、第2バスバー12の中心Ov及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ直線とは直交している。すなわち、磁気センサ10、第1バスバー11及び第2バスバー12の中心Ou,Ov,Osをそれぞれ直線で結ぶことで、二等辺直角三角形が形成される位置に磁気センサ10は設置されている。また、磁気センサ10には、図1に示すように、演算回路10aが内蔵されている。演算回路10aは、磁場の検出結果に基づき各種の演算を行い、その演算結果を、接続ライン20、21を介して制御装置8に出力する。制御装置8は、インバータ6に指令信号を出力して、インバータ6を介してモータ7を駆動する。なお、演算回路10aによる演算方法については、後で詳述する。
Specifically, as shown in FIG. 3, the first to third bus bars 11 to 13 having a circular cross section are arranged at equal intervals in the horizontal direction. The
次に、バッテリ5からモータ7側への電力供給時における、磁気センサ10による各バスバー11〜13に流れる電流の検出方法について説明する。
各バスバー11〜13に電流が流されると、その周辺にはバスバー11〜13に流される電流の値に応じた磁場が発生する(右ねじの法則)。ここで、前述のように、各バスバー11〜13には位相が120度ずつずれた交流電流が流れている。従って、各バスバー11〜13に流れる電流の値は、時々刻々と変化する。電流値の増減に応じて各バスバー11〜13の周辺に形成される磁場(正確には、その強度)は増減する。
Next, a method for detecting the current flowing through the bus bars 11 to 13 by the
When a current is passed through each of the bus bars 11 to 13, a magnetic field corresponding to the value of the current passed through the bus bars 11 to 13 is generated around the bus bars 11 to 13 (right-hand rule). Here, as described above, an alternating current whose phase is shifted by 120 degrees flows through each of the bus bars 11 to 13. Therefore, the value of the current flowing through each
図4には、一例として先の図2の時刻t1における第1バスバー11及び第2バスバー12の周辺に形成される磁場を示す。なお、時刻t1において、第1バスバー11に流される電流の絶対値は第2バスバー12に流される電流の絶対値より大きい。また、両バスバー11,12に流される電流の値は、プラス及びマイナスで異なるところ、第1のバスバーには図4の紙面手前側に電流が流れ、第2バスバー12には図4の紙面奥側に電流が流れる。図4では、第1バスバー11及び第2バスバー12の周囲に形成される磁場を、矢印で示される磁場ベクトルにより表す。磁場ベクトルは、その矢印の全長が磁場の強さを表しており、その方向が磁場の向きを表している。すなわち、磁場ベクトルは、磁場強度及び回転磁場を示す指標である。第1バスバー11には、図4の紙面手前側に電流が流れるため、第1バスバー11を中心に左回り方向に磁場ベクトルが向いている。一方、第2バスバー12には、図4の紙面奥側に電流が流れるため、第2バスバー12を中心に右回り方向に磁場ベクトルが向いている。
FIG. 4 shows, as an example, a magnetic field formed around the
また、第1バスバー11には第2バスバー12より大きな絶対値をとる電流が流されているため、第1バスバー11への通電に伴い形成される磁場の範囲は、第2バスバー12への通電に伴い形成される磁場よりも広範囲となる。
In addition, since a current having an absolute value larger than that of the
また、磁場ベクトルを示す矢印の長さからも分かるように、第1バスバー11近傍に形成される磁場の強度は第2バスバー12近傍に形成される磁場強度よりも大きくなっている。そして、両バスバー11,12から離れるにつれて、小さくなる。本例では、第1バスバー11への通電に伴い発生する磁場は第2バスバー12にまで及んでいる。
Further, as can be seen from the length of the arrow indicating the magnetic field vector, the strength of the magnetic field formed in the vicinity of the
前述したように、各バスバー11〜13に流れる電流の波形は、正弦波となる。従って、時間の経過とともに各バスバー11〜13に流れる電流の値は変化する。このため、各バスバー11〜13に流される電流の値が増減するのに伴い、磁場強度も増減する。すなわち、時間経過とともに磁場ベクトルの長さが変わる。
As described above, the waveform of the current flowing through each
また、各バスバー11〜13に流される電流の値は、時間の経過とともに、ゼロを中心にプラスの値をとったり、マイナスの値をとったりする。よって、各バスバー11〜13には、図1において左右両方向に電流が流れうる。このように、各バスバー11〜13に流れる電流の方向の変化に応じて、磁場ベクトルの向きも変わる。 Moreover, the value of the current passed through each of the bus bars 11 to 13 takes a positive value or a negative value around zero with the passage of time. Therefore, a current can flow through each of the bus bars 11 to 13 in both the left and right directions in FIG. Thus, the direction of the magnetic field vector also changes in accordance with the change in the direction of the current flowing through each bus bar 11-13.
以上のように、各バスバー11〜13周辺の磁場ベクトルの長さ及び向きは時々刻々と変化する。これに伴い、磁気センサ10の周辺における磁場ベクトルの方向も変化する。前述のように、磁気センサ10は、第1バスバー11及び第2バスバー12それぞれとの間隔が等しくなるように設けられている。このため、磁気センサ10は第1バスバー11及び第2バスバー12の周辺に形成される磁場の変化を均等に受ける。
As described above, the length and direction of the magnetic field vectors around the bus bars 11 to 13 change from moment to moment. Along with this, the direction of the magnetic field vector around the
磁気センサ10には、図5に示すように、互いに直交するBv軸及びBu軸が設定されている。Bu軸は第1バスバー11から発生する磁場ベクトルに沿う方向に延びており、Bv軸は第2バスバー12から発生する磁場ベクトルに沿う方向に延びている。換言すると、図3に示すように、Bv軸は第1バスバー11の中心Ou及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ線方向に伸び、Bu軸は第2バスバー12の中心Ov及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ線方向に伸びている。Bu軸には通電時の第1バスバー11が形成する磁場が加わり、Bv軸には通電時の第2バスバー12が形成する磁場が加わる。
As shown in FIG. 5, the
よって、図5に示すように、各バスバー11〜13に交流電流が流されている場合には、磁気センサ10に印加される矢印で示す磁場ベクトルは、Bu軸及びBv軸の直交点を中心に時計回りに回転する。また、図5に示すように、磁気センサ10に印加される磁場ベクトルの先端は略円形の軌跡を描くように移動する。ここで、磁場ベクトルとは、第1バスバー11への通電により発生する磁場と、第2バスバー12への通電により発生する磁場との合成磁場ベクトルである。このため、磁気センサ10の演算回路10aは所定時間間隔毎に、磁場ベクトルをBu軸方向及びBv軸方向に成分分解することで、第1バスバー11及び第2バスバー12に流れるU相及びV相の交流電流を算出することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, when an alternating current is passed through each of the bus bars 11 to 13, the magnetic field vector indicated by the arrow applied to the
以下に、演算回路10aによるU相及びV相の交流電流の算出方法について詳細に説明する。
まず、磁場ベクトルの成分分解の手法について説明する。以下、成分分解を行っていない磁場ベクトルを合成磁場ベクトルVと表す。
Hereinafter, a method for calculating the U-phase and V-phase AC currents by the
First, a method of component decomposition of the magnetic field vector will be described. Hereinafter, a magnetic field vector that has not been subjected to component decomposition is represented as a combined magnetic field vector V.
図6に示すように、Bu軸及びBv軸の直交点を回転中心として、Bu軸に対して所定角度θをなす合成磁場ベクトルVが検出されたとする。合成磁場ベクトルVは三角関数を用いて成分分解することができる。すなわち、Bu軸方向への磁場ベクトルVuは、「合成磁場ベクトルV×Cosθ」で求められる。また、Bv軸方向への磁場ベクトルVvは、「合成磁場ベクトルV×Sinθ」で求められる。 As shown in FIG. 6, it is assumed that a combined magnetic field vector V having a predetermined angle θ with respect to the Bu axis is detected with the orthogonal point of the Bu axis and Bv axis as the rotation center. The composite magnetic field vector V can be decomposed into components using a trigonometric function. That is, the magnetic field vector Vu in the Bu axis direction is obtained by “synthetic magnetic field vector V × Cos θ”. Further, the magnetic field vector Vv in the Bv-axis direction is obtained by “synthetic magnetic field vector V × Sinθ”.
図5の丸数字1に示す時点におけるBu軸に沿う方向の合成磁場ベクトルVが検出された場合には、Sin0°=0であるため、Bv軸方向の磁場ベクトルVvはゼロとなる。また、Cos0°=1であるため、Bu軸方向の磁場ベクトルVuは、合成磁場ベクトルVに等しくなる。よって、図2の丸数字1の時点におけるように、V相の電流値はゼロとなり、U相の電流値は磁場ベクトルVuの長さに応じた基準電流値Iaとなる。
When the combined magnetic field vector V in the direction along the Bu axis at the time indicated by the circled numeral 1 in FIG. 5 is detected, since Sin0 ° = 0, the magnetic field vector Vv in the Bv axis direction is zero. Since Cos0 ° = 1, the magnetic field vector Vu in the Bu axis direction is equal to the combined magnetic field vector V. Therefore, the current value of the V phase becomes zero and the current value of the U phase becomes the reference current value Ia corresponding to the length of the magnetic field vector Vu as at the time of the circled
図5の丸数字1に示す時点における合成磁場ベクトルVは、所定時間経過後においては時計回りに45度だけ回転して丸数字2に示す時点における向きとなる。このとき、Bu軸方向の磁場ベクトルVuは、「合成磁場ベクトルV×Cos45°」で求められ、Bv軸方向の磁場ベクトルVvは、「合成磁場ベクトルV×Sin45°」で求められる。ここで、Sin45°及びCos45°は√2/2である。従って、このとき両軸方向の磁場ベクトルVu,Vvは等しくなる。このときのU相及びV相の電流値は、合成磁場ベクトルVの長さ、及びBu軸及びBv軸方向の磁場ベクトルVv,Vuの長さの比率から、基準電流値Iaを基準として求めることができる。すなわち、図2の丸数字2の時点において、U相及びV相の電流値は、「基準電流値Ia×√2/2」となる。
The synthesized magnetic field vector V at the time indicated by the circled numeral 1 in FIG. 5 is rotated by 45 degrees clockwise after the predetermined time has elapsed and becomes the direction at the time indicated by the circled
図5の丸数字2に示す時点における合成磁場ベクトルVは、所定時間経過後においては時計回りに45度だけ回転して丸数字3に示す時点における向きとなる。このとき、Sin90°=1であるため、Bv軸方向の磁場ベクトルVvは合成磁場ベクトルVに等しくなる。また、Cos90°=0であるため、Bu軸方向の磁場ベクトルVuは、ゼロとなる。よって、図2の丸数字3の時点におけるように、U相の電流値はゼロとなり、V相の電流値は磁場ベクトルVuの長さに応じた基準電流値Iaとなる。
The synthesized magnetic field vector V at the time indicated by the circled
このような手順にて、各時刻におけるU相及びV相の電流値を求めて、それらを曲線で結ぶことで、図2に示すようなU相及びV相の交流電流の波形が得られる。
ここで、図5の丸数字1に示す時点における磁場ベクトルVuの長さは厳密には最大ではない。磁場ベクトルVuの長さは、合成磁場ベクトルVの向きが丸数字1に示す時点における向き(θ=0°)から反時計回りに22.5度だけ回転したとき及びその角度から180度回転したときに最大となる。ここで、磁場ベクトルVuの長さが最大のときには、図2に示すU相電流の値の最大値又は最小値であるピーク値をとる。
In such a procedure, the current values of the U phase and the V phase at each time are obtained and connected by a curve, whereby the waveforms of the alternating currents of the U phase and the V phase as shown in FIG. 2 are obtained.
Here, the length of the magnetic field vector Vu at the time indicated by the circled
また、同様に、丸数字3に示す時点における磁場ベクトルVvの長さは厳密には最大ではない。磁場ベクトルVvの長さは、丸数字3に示す時点における向き(θ=90°)から時計回りに22.5度だけ回転したとき及びその角度から180度回転したときに最大となる。ここで、磁場ベクトルVvの長さが最大のときには、図2に示すV相電流の値の最大値又は最小値であるピーク値をとる。 Similarly, the length of the magnetic field vector Vv at the time indicated by the circled number 3 is not strictly maximum. The length of the magnetic field vector Vv is maximized when it is rotated by 22.5 degrees clockwise from the orientation (θ = 90 °) indicated by the round numeral 3 and when it is rotated 180 degrees from that angle. Here, when the length of the magnetic field vector Vv is the maximum, the peak value which is the maximum value or the minimum value of the value of the V-phase current shown in FIG. 2 is taken.
基準電流値Iaは、モータ7に供給可能とされる最大電流値に基づき求められる。この値は、モータの仕様等に基づき予め設定される。すなわち、基準電流値Ia:最大電流値=図5の丸数字1、2又は3に示す時点における合成磁場ベクトルVの長さ:合成磁場ベクトルVの最大長さ、の関係から基準電流値Iaが算出可能となる。
The reference current value Ia is obtained based on the maximum current value that can be supplied to the
演算回路10aの算出結果(Iu,Iv)は接続ライン20、21を介して制御装置8に出力される。制御装置8は磁気センサ10の算出結果に基づき、U相及びV相の交流電流から120度位相がずれたW相の交流電流を推定する。そして、制御装置8は各相の波形等に基づき、例えば、モータ7への給電状況の異常の有無等の各種判断を行い、インバータ6に指令信号を出力して、モータ7の駆動制御を行う。
The calculation results (Iu, Iv) of the
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)磁気センサ10は第1バスバー11及び第2バスバー12に流される電流により生じる磁場ベクトル、正確には、それらの合成磁場ベクトルを検出する。この検出された磁場ベクトルに基づき、単一の磁気センサ10により、両バスバー11,12に流される電流の値を検知することができる。これにより、単一の磁気センサ10で3相すべての電流を検出可能となる。これは2相の電流が分かればこれらに基づき残りの1相は推定可能だからである。このように、いっそう少ない磁気センサ10で各バスバー11〜13に流される電流の値の検知が可能となる。
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)前記磁気センサ10が第1バスバー11及び第2バスバー12の中心Ou,Ovを結ぶ線分の垂直2等分線上に設置されることで、磁気センサ10は検出対象である両バスバー11,12に流れる電流による磁場の影響を均等に受けることができる。ここで、各バスバー11〜13の周辺には電流が流れる方向を中心軸とした周方向を向く磁場が形成される。このため、磁気センサ10を、各バスバー11〜13の軸方向からみて両バスバー11,12を結ぶ直線に対して45度をなす位置に設置することで、第1バスバー11による磁場の向きと、第2バスバー12による磁場の向きとを直交させることができる。これにより、磁気センサ10により検出される磁気ベクトルの向きが所定時間毎に所定角度だけ周方向に回転する。よって、磁場ベクトルに係る成分分解等の演算をより簡単にできるとともに、両バスバー11,12に関して同精度で電流値を検出することができる。
(2) Since the
(第2の実施形態)
以下、本発明にかかるモータ駆動電流検出装置の第2の実施形態について説明する。この実施形態の電流検出装置は、磁気センサ10の構成が上記第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の電流検出装置は、図1に示す第1の実施形態の電流検出装置とほぼ同様の構成を備えている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the motor drive current detection device according to the present invention will be described. In the current detection device of this embodiment, the configuration of the
図7に示すように、磁気センサ10は回転磁場検出素子に相当するMR(磁気抵抗効果)素子15と、磁場強度検出素子に相当するGMR(巨大磁気抵抗効果)素子16とからなる。なお、本実施形態においては、演算回路10aは省略されている。
As shown in FIG. 7, the
MR素子15は、第1の実施形態における合成磁場ベクトルVの向きに相当する回転磁場を検出可能である。具体的には、MR素子は自身に印加される磁気ベクトルの向きに応じた電圧を生成する。すなわち、MR素子15はBv軸方向における磁場ベクトルを検出して、その方向に応じた信号(電圧値)Svを制御装置8に出力する。また、MR素子15はBu軸方向における磁場ベクトルを検出して、その方向に応じた信号(電圧値)Suを制御装置8に出力する。このときの両信号Su,Svは、図2に示すU相及びV相の交流電流と振幅は異なるものの、同一周期の正弦波である。
The MR element 15 can detect a rotating magnetic field corresponding to the direction of the synthetic magnetic field vector V in the first embodiment. Specifically, the MR element generates a voltage corresponding to the direction of the magnetic vector applied to itself. That is, the MR element 15 detects a magnetic field vector in the Bv axis direction and outputs a signal (voltage value) Sv corresponding to the direction to the
GMR素子16は、第1の実施形態における合成磁場ベクトルVの長さに相当する磁場強度を検出可能である。具体的には、GMR素子16は所定時間間隔毎の磁場強度を検出し、磁場強度に応じた信号(電圧値)Soを制御装置8に出力する。制御装置8は、信号Su,Svの波形に信号Soに基づく振幅を掛け合わせることで、図2に示すU相及びV相の交流電流を算出することができる。
The GMR element 16 can detect a magnetic field intensity corresponding to the length of the combined magnetic field vector V in the first embodiment. Specifically, the GMR element 16 detects the magnetic field strength at every predetermined time interval and outputs a signal (voltage value) So corresponding to the magnetic field strength to the
このように、磁気センサ10が設置される位置における磁場に関して、磁場ベクトルVの方向(回転磁場)及び磁場強度を別々に検出することができるため、第1の実施形態において演算回路10aが行っていた成分分解等の演算が不要となる。よって、磁気センサ10は、より迅速に制御装置8に検出結果の出力が可能となり、ひいては迅速な電流値の検出が可能となる。また、磁気センサ10に演算回路10aが不要となるため、より簡易な構成のモータ駆動電流検出装置とすることが可能となる。
As described above, since the direction of the magnetic field vector V (rotating magnetic field) and the magnetic field strength can be separately detected with respect to the magnetic field at the position where the
以上、説明した実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(2)の作用効果に加え以下の作用効果を奏することができる。
(3)MR素子15は前記磁場ベクトルの向きにより示される回転磁場を検出し、GMR素子16は前記磁場ベクトルの長さにより示される磁場強度を検出する。従って、単一の検出素子により磁場ベクトルにおける回転磁場及び磁場強度を検出する場合に比べて、成分分解等の演算が不要となるため迅速な回転磁場及び磁場強度の検出が可能となる。
As mentioned above, according to embodiment described, in addition to the effect of (1)-(2) of 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(3) The MR element 15 detects the rotating magnetic field indicated by the direction of the magnetic field vector, and the GMR element 16 detects the magnetic field strength indicated by the length of the magnetic field vector. Therefore, as compared with the case where the rotating magnetic field and the magnetic field strength in the magnetic field vector are detected by a single detecting element, calculation such as component decomposition becomes unnecessary, so that the rotating magnetic field and the magnetic field strength can be detected quickly.
(第3の実施形態)
以下、本発明にかかるモータ駆動電流検出装置の第3の実施形態について説明する。この実施形態の電流検出装置は、インバータ6及びモータ7間の接続をプラグにて接続可能に構成した点が上記両実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の電流検出装置は、図1に示す第1の実施形態の電流検出装置とほぼ同様の構成を備えている。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the motor drive current detection device according to the present invention will be described. The current detection device of this embodiment is different from both of the above embodiments in that the connection between the
図9に示すように、インバータ6には制御装置8が内蔵されている。また、インバータ6及びモータ7間には、接続コード55が接続されている。接続コード55は、インバータ6に接続される第1プラグ51と、モータ7に接続される第2プラグ52と、両プラグ51,52を接続する3本の接続ライン54とからなる。これら接続ライン54は、図示しない被覆に覆われることにより一束とされている。
As shown in FIG. 9, a
図10に示すように、第1プラグ51は、第1〜第3バスバー11〜13及び磁気センサ10は、樹脂材により円柱状にモールド成形されている。第1〜第3バスバー11〜13は、各バスバー11〜13の中心Ou,Ov,Orを線分で結ぶことで正三角形を形成する位置に配置されている。
As shown in FIG. 10, the
また、図11に示すように、第1及び第3バスバー11,13は、インバータ6側に突出して形成されている。また、第2バスバー12も同様にインバータ6側に突出して形成されている。一方、インバータ6には、第1〜第3バスバー11〜13が差し込まれる差込口58が形成されている。各差込口58の内部には、同差込口58に差し込まれた各バスバー11〜13とインバータ6とを電気的に接続可能とする接続端子59a,59bが設けられている。接続端子59a,59bは上下において互いに対向している。接続端子59aは、板状の金属材料がその先端部において内側に曲げ返されることにより形成されている。接続端子59bは平板状に形成されている。そして、両接続端子59a,59b間に第1〜第3バスバー11〜13が挿入可能とされている。両接続端子59a,59b間に差し込まれた各バスバー11〜13は、接続端子59aの曲げ返された部分の弾性力により差込口58からの抜出が抑制される。また、当該弾性力により両接続端子59a,59bと、各バスバー11〜13との接触圧力が確保される。各バスバー11〜13が各差込口58(両接続端子59a,59b間)に差し込まれた状態においては、インバータ6と第1〜第3バスバー11〜13とは電気的に接続された状態となる。
Further, as shown in FIG. 11, the first and third bus bars 11 and 13 are formed so as to protrude toward the
また、上記実施形態と同様、第1バスバー11の中心Ou及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ線分と、第2バスバー12の中心Ov及び磁気センサ10の中心Osを結ぶ線分とが直交する位置に磁気センサ10が設置されている。これにより、上記実施形態と同様に、単一の磁気センサ10で3相すべての電流を検出可能となる。
Similarly to the above embodiment, the line segment connecting the center Ou of the
図11に示すように、磁気センサ10は、第1プラグ51に埋め込まれている。そして、磁気センサ10に接続される接続ライン20、21は、第1プラグ51の側面から外出している。そして、接続ライン20、21の外端部には、コネクタ56が接続されている。同コネクタ56は、インバータ6に形成される差込口57に差し込まれる。これにより、磁気センサ10と制御装置8とが電気的に接続され、磁気センサ10(正確には、演算回路10a)の演算結果が接続ライン20、21を通じてインバータ6内に設けられる制御装置8に出力される。
As shown in FIG. 11, the
なお、図9においては、各バスバー11〜13及びインバータ6は実線で示される接続ラインを介して接続されて図示されているが、これは電気的な接続関係を示したもので、実際には、各バスバー11〜13がインバータ6の各差込口58に差し込まれることで各バスバー11〜13は両接続端子59a,59bを介してインバータ6に接続されている。
In FIG. 9, each of the bus bars 11 to 13 and the
次に、第1プラグ51の製造方法を簡単に説明する。
まず、図11に示すように、第1〜第3バスバー11〜13のインバータ6と反対側の 端部を樹脂材でモールドすることにより樹脂部材60を形成する。また、これとは別に樹脂材で磁気センサ10をモールド成形することにより樹脂部材61を形成する。この樹脂部材61には、第1〜第3バスバー11〜13を挿通可能とした貫通孔63を形成する。そして、樹脂部材61の貫通孔63を第1〜第3バスバー11〜13に挿通する。ここで、樹脂部材60が樹脂部材61に接触する面の外周縁に形成された係合突部65aが樹脂部材61の先端外周部に形成された被係合部65bに係合することにより両樹脂部材60,61は固定される。以上で第1プラグ51の製造が完了となる。なお、第2プラグ52は、接続ライン54の第1プラグ51と反対側の端部が接続される図示しない接続端子が樹脂によりモールド成形されてなる。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 11, the
従って、インバータ6及びモータ7間を接続する際には、手作業にて第1プラグ51をインバータ6に、第2プラグ52をモータ7にそれぞれ接続するだけでよい。これにより、インバータ6とモータ7との接続作業が簡単になる。インバータ6及びモータ7の接続態様として、例えば、インバータ6とモータ7とを各バスバー11〜13で直接的に接続することも考えられる。しかし、この場合には、インバータ6と各バスバー11〜13、及び各バスバー11〜13とモータ7とをそれぞれねじで締結する必要があるので手間がかかる。この点、本例によれば、このような、ねじによる締結作業が省略できるので、バスバーをねじで締結して接続する場合に比べ、接続工数を減らすことができる。
Therefore, when connecting the
なお、バッテリ5の電力がモータ7に供給されている際には、バッテリ5が給電源に相当し、モータ7が給電対象に相当する。また、モータ7の駆動に伴いバッテリ5が充電される際には、モータ7が給電源に相当し、バッテリ5が給電対象に相当する。
When the power of the
以上、説明した実施形態によれば、上記両実施形態の(1)〜(3)の作用効果に加え以下の作用効果を奏することができる。
(4)第1プラグ51に第1〜第3バスバー11〜13及び磁気センサ10が設けられる。よって、インバータ6及びモータ7間を接続する際には、第1プラグ51をインバータ6に接続し、第2プラグ52をモータ7に接続するだけでよい。従って、例えば、第1〜第3バスバー11〜13をインバータ6及びモータ7にねじ等で締結するようにした場合に比べて、インバータ6及びモータ7間の接続に関する工数を減らすことができる。
As mentioned above, according to embodiment described above, in addition to the effect of (1)-(3) of both the said embodiment, there can exist the following effects.
(4) The
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・第3の実施形態においては、第1プラグ51をバスバー軸線方向から見た場合、第1〜第3バスバー11〜13は、第1〜第3バスバー11〜13の各中心Ou,Ov,Orを結んだとき正三角形が形成される位置に配置されている。しかし、例えば、図3に示すように、第1〜第3バスバー11〜13を一列に並べた状態で第1プラグ51を形成してもよい。この場合には、第1プラグ51は例えば直方体状に形成される。
In addition, the said embodiment can be implemented with the following forms which changed this suitably.
-In 3rd Embodiment, when the
・第3の実施形態においては、第1プラグ51に磁気センサ10が設けられていたが、磁気センサ10は第2プラグ52に設けられていてもよい。
・第2の実施形態においては、回転磁場検出素子としてMR素子15を設けたが、回転磁場を検出可能であれば、MR素子15に限らずホール素子等であってもよい。また、同様に磁場強度検出素子としてGMR素子16を設けたが、磁場強度を検出可能であれば、GMR素子16に限らず、ホール素子等で代用可能である。
In the third embodiment, the
In the second embodiment, the MR element 15 is provided as the rotating magnetic field detecting element. However, as long as the rotating magnetic field can be detected, not only the MR element 15 but also a Hall element or the like may be used. Similarly, the GMR element 16 is provided as the magnetic field strength detection element. However, as long as the magnetic field strength can be detected, not only the GMR element 16 but also a Hall element or the like can be used.
・第1〜第3の実施形態においては、磁気センサ10により、バスバー11〜13に流される3相の交流電流が検知可能とされていた。しかし、複数相の交流電流であれば、3相の交流電流に限定されず、例えば6相交流電力が供給されて駆動されるモータにおいて、各バスバーに流される各相の交流電流を検知可能としてもよい。この場合には、計6本のバスバーに対して3つの磁気センサにより、全バスバーに流される電流の値を検出できる。なお、想定される位相のずれに基づき電流の波形を推定すれば、さらに少ない磁気センサで全バスバーに流される電流の値を検出可能である。
In the first to third embodiments, the
・第1〜第3の実施形態においては、磁気センサ10は、自身、第1バスバー11及び第2バスバー12を結ぶことで二等辺直角三角形が形成される位置に設置されている。しかし、磁気センサ10の設置位置は、第1バスバー11及び第2バスバー12を結ぶ直線上でなく、かつ、第1バスバー11及び第2バスバー12に電流が流されることにより生じる磁場の変化を検出可能であれば、上記位置に限定されない。ここで、例えば、第1バスバー11及び第2バスバー12を結ぶ直線上に磁気センサ10が設置された場合には、Bu軸及びBv軸が同一線上に存在することとなり成分分解が不可能となる。また、磁気センサ10の設置位置を変えることで、第1バスバー11及び第2バスバー12に流される電流の値の検出精度を調整することができる。すなわち、第1バスバー11に流される電流の値を、より高精度に検出したい場合には、磁気センサ10を第1バスバー11に近い位置に設置する。これにより、磁気センサ10は第1バスバー11への通電により形成される磁場の影響をより強く受けるため、例えば、第1バスバー11に流される電流の値の微量な差を検出することが可能となる。
In the first to third embodiments, the
・第1〜第3の実施形態においては、磁気センサ10は第1バスバー11及び第2バスバー12間に単数個設置されていた。しかし、図8に示すように、さらに、磁気センサ10を第2バスバー12及び第3バスバー13間に第1バスバー11及び第2バスバー12間に設置される磁気センサ10と同様の位置関係にて設置してもよい。この場合には、2つの磁気センサ10でより精度高く各バスバー11〜13に流れる電流を検出できるとともに、たとえ、故障等によりどちらか一方の磁気センサ10が検出不能となった場合であっても、各バスバー11〜13に流される電流の値を検出できる。本構成においても、従来の各バスバー11〜13に磁気センサ10を設けることでフェイルセーフ機能を具備させる構成に比べて、より少ない磁気センサ10にてフェイルセーフ機能を具備させることができる。
In the first to third embodiments, a single
・第1〜第3の実施形態においては、モータ駆動に要する電流の値を検出していた。しかし、電気的負荷であればモータに限らず、その他負荷駆動に要する電流の値を検出してもよい。 In the first to third embodiments, the current value required for driving the motor is detected. However, as long as it is an electrical load, not only the motor but also the value of the current required for driving the load may be detected.
・第1及び第3の実施形態においては、制御装置8は磁気センサ10の算出結果に基づき、U相及びV相の交流電流から120度位相がずれたW相の交流電流を推定していた。しかし、演算回路10aがW相の交流電流の推定を行ってもよい。また、演算回路10aが行っている演算を制御装置8が行ってもよい。この場合には、演算回路10aを省略できる。
In the first and third embodiments, the
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
(イ)請求項1〜3、5の何れか一項に記載の電流検出装置において、磁気センサはホールセンサ又はMRセンサである電流検出装置。
Next, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be described together with the effects.
(A) The current detection device according to any one of
同構成によれば、ホールセンサ又はMRセンサにより磁場ベクトル、すなわち回転磁場及び磁場強度を検出可能である。
(ロ)請求項4に記載の電流検出装置において、回転磁場検出素子はホール素子又はMR素子であって、磁場強度検出素子はホール素子又はGMR素子である電流検出装置。
According to this configuration, the magnetic field vector, that is, the rotating magnetic field and the magnetic field strength can be detected by the Hall sensor or the MR sensor.
(B) The current detecting device according to claim 4, wherein the rotating magnetic field detecting element is a Hall element or an MR element, and the magnetic field intensity detecting element is a Hall element or a GMR element.
同構成によれば、回転磁場検出素子としてホール素子又はMR素子を用いることで、磁気センサの設置位置における回転磁場を検出できる。また、磁場強度検出素子としてホール素子又はGMR素子を用いることで、磁気センサの設置位置における磁場強度を検出できる。 According to this configuration, the rotating magnetic field at the installation position of the magnetic sensor can be detected by using the Hall element or the MR element as the rotating magnetic field detecting element. In addition, by using a Hall element or a GMR element as the magnetic field strength detection element, the magnetic field strength at the installation position of the magnetic sensor can be detected.
5…バッテリ、6…インバータ、7…モータ、8…制御装置、10…磁気センサ、10a…演算回路、11〜13…バスバー、15…MR素子、16…GMR素子、51,52…プラグ、55…接続コード。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
間隔をおいて設けられる前記複数本のバスバーのうち、少なくとも隣り合う2つの前記バスバー間であって、前記バスバーの軸線方向からみたとき前記バスバー間を結ぶ直線に対して所定角度をなす位置に設置されるとともに、前記隣り合う2つのバスバーを流れる電流によって生じる磁場ベクトルを検出し、この検出される磁場ベクトルに基づき前記隣り合う2つのバスバーを流れる交流電流の値を検知する磁気センサを備える電流検出装置。 In the current detection device that detects the current flowing through the plurality of bus bars corresponding to each phase of the multi-phase AC power,
Among the plurality of bus bars provided at intervals, the bus bars are disposed at least between two adjacent bus bars at a predetermined angle with respect to a straight line connecting the bus bars when viewed from the axial direction of the bus bars. And detecting a magnetic field vector generated by a current flowing through the two adjacent bus bars and detecting a value of an alternating current flowing through the two adjacent bus bars based on the detected magnetic field vector. apparatus.
前記交流電流の相数は3相である電流検出装置。 The current detection device according to claim 1,
A current detection device in which the number of phases of the alternating current is three.
前記磁気センサは隣り合う2つのバスバー間を結ぶ線分の垂直2等分線上の位置であって、前記2つのバスバー間を結ぶ線分に対して45度をなす位置に設置される電流検出装置。 In the current detection device according to claim 1 or 2,
The magnetic sensor is a current detecting device installed at a position on a perpendicular bisector of a line segment connecting two adjacent bus bars and at a position of 45 degrees with respect to a line segment connecting the two bus bars. .
前記磁気センサは、前記磁場ベクトルの向きにより示される回転磁場を検出可能である回転磁場検出素子と、前記磁場ベクトルの長さにより示される磁場強度を検出可能である磁場強度検出素子と、を備える電流検出装置。 In the electric current detection apparatus as described in any one of Claim 1 to 3,
The magnetic sensor includes a rotating magnetic field detecting element capable of detecting a rotating magnetic field indicated by the direction of the magnetic field vector, and a magnetic field strength detecting element capable of detecting a magnetic field intensity indicated by the length of the magnetic field vector. Current detection device.
給電源及び給電対象に接続されるプラグが両端に設けられた接続コードを備え、
前記両プラグの何れか一方に前記複数本のバスバー及び前記磁気センサが設けられ、
前記両プラグが前記給電源及び前記給電対象に接続されたとき、電力が前記バスバーを含む前記接続コードを通じて前記給電源から前記給電対象に伝達される電流検出装置。 In the electric current detection apparatus as described in any one of Claim 1 to 4,
A plug connected to the power supply and power supply target is provided with a connection cord provided at both ends,
The plurality of bus bars and the magnetic sensor are provided in any one of the both plugs,
A current detection device in which when the plugs are connected to the power supply and the power supply target, power is transmitted from the power supply to the power supply through the connection cord including the bus bar.
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