JP2013169020A - Charge/discharge state monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁気検出素子を使用して電流を検出する電流検出装置を用い、充電状態及び放電状態を精度よく監視することができる充放電状態監視システムに関する。 The present invention relates to a charge / discharge state monitoring system capable of accurately monitoring a charge state and a discharge state using a current detection device that detects a current using a magnetic detection element.
近年、いわゆる低炭素追求型社会となり、自動車等の車両の形態がHEV(Hybrid Electric Vehicle:ハイブリッド自動車)、PHEV(Plug−in HEV:プラグインハイブリッド自動車)、EV(Electric Vehicle:電気自動車)、FCEV(Fuel Cell EV:燃料電池電気自動車)等に変化しつつある。 In recent years, a so-called low-carbon pursuit society has been achieved, and vehicles such as automobiles are HEV (Hybrid Electric Vehicle), PHEV (Plug-in HEV: Plug-in Hybrid Vehicle), EV (Electric Vehicle: Electric Vehicle), FCEV. (Fuel Cell EV: fuel cell electric vehicle) and the like.
これらの車両には、従来の内燃機関による車両とは異なる駆動源として、モータや各種蓄電池が搭載されている。このため、モータから蓄電池へ流れ蓄電池を充電する回生電流の状態(充電状態)や、蓄電池からモータへ流れモータを駆動する駆動電流の状態(放電状態)を逐次監視して、安定した充放電が行われ、過剰な充電電流、放電電流が流れることを回避するように制御する必要がある。 In these vehicles, a motor and various storage batteries are mounted as a drive source different from that of a vehicle using a conventional internal combustion engine. For this reason, the state of regenerative current that flows from the motor to the storage battery and charges the storage battery (charged state) and the state of the drive current that flows from the storage battery to the motor and drives the motor (discharge state) are sequentially monitored to ensure stable charging and discharging. It is necessary to perform control so as to avoid excessive charging current and discharging current flowing.
このような制御を行うものとして、下記特許文献1に開示された燃料電池車両のエネルギー制御システムが知られている。この制御システムは、充放電状態検出器が二次電池の過放電又は過充電を検出した場合に、燃料電池の出力電圧を制御する状態から二次電池の電流を制御する状態に切り替えるような制御がなされる。
As an apparatus for performing such control, an energy control system for a fuel cell vehicle disclosed in
なお、上記のような制御システムで用いられる電流センサとしては、通常、下記特許文献2や下記特許文献3に開示された磁気センサが用いられる。特許文献2のものはホール素子を用いたものであり、特許文献3のものは異方性磁気抵抗(AMR)素子を用いたものである。
In addition, as a current sensor used with the above control systems, the magnetic sensor disclosed by the following
しかしながら、上記特許文献2に開示されたホール素子は、温度特性が影響して計測精度を向上させ難く、例えば二次電流を流す二次コイルが必要となる場合があるので、誤った測定が起こり易くなると共に構成が複雑となり、また大型化するという問題がある。特に、過電流の検出を目的とする場合、過電流により磁性体の磁気飽和が生じないようにする必要があるため、極めて大型な素子が必要となり、大電流を要するシステムには不向きである。
However, the Hall element disclosed in
また、上記特許文献3に開示されたAMR素子は、電流を抵抗値変化のみで検出するものであるため、単純な充放電の検出はできるが、所定の値以上の充電電流又は放電電流が流れたか否かを検出する用途(過充電や過放電の検出)においては応答性が劣るという問題がある。 Further, since the AMR element disclosed in Patent Document 3 detects a current only by a change in resistance value, a simple charge / discharge can be detected, but a charge current or a discharge current exceeding a predetermined value flows. In applications where it is detected whether or not (overcharge or overdischarge detection), there is a problem that the responsiveness is poor.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、監視対象物における充電状態や放電状態を正確且つ確実に監視することができる充放電状態監視システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a charge / discharge state monitoring system that can accurately and reliably monitor a charge state and a discharge state of an object to be monitored in order to solve the above-described problems caused by the prior art.
本発明に係る充放電状態監視システムは、蓄電池と、前記蓄電池から放電された電力を用いて駆動対象を駆動させるための動力を発生させると共に、前記駆動対象の動作に基づいて電力を発生させて前記蓄電池を充電させる電動機/発電機と、前記電動機/発電機と前記蓄電池との間に電流経路を形成する導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流の大きさが所定値に達した場合に前記電動機/発電機の動作を停止させる制御を行う制御部とを備え、前記電流検出装置は、前記導電部材の近傍に配置され第1磁界を与える補助磁石と、前記導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流の大きさ及び方向によって変化する第2磁界及び前記第1磁界の合成磁界の方向に従って変化する検出信号を出力する磁気検出素子とを備え、前記制御部は、前記検出信号に従って、前記電動機/発電機の動作を停止させることを特徴とする。 The charge / discharge state monitoring system according to the present invention generates power for driving a drive target using a storage battery and power discharged from the storage battery, and generates power based on the operation of the drive target. A motor / generator for charging the storage battery, a current detection device for detecting a current flowing through the conductive member disposed in the vicinity of the conductive member forming a current path between the motor / generator and the storage battery, and And a control unit that controls to stop the operation of the motor / generator when the magnitude of the current reaches a predetermined value, and the current detection device is disposed in the vicinity of the conductive member and applies a first magnetic field An auxiliary magnet, a second magnetic field that is arranged in the vicinity of the conductive member and changes according to the magnitude and direction of the current flowing through the conductive member, and a test that changes according to the direction of the combined magnetic field of the first magnetic field. And a magnetic detecting element for outputting a signal, the control unit in accordance with the detection signal, characterized in that stops the operation of the motor / generator.
本発明によれば、監視対象物における充電状態や放電状態を正確且つ確実に監視することができる充放電状態監視システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the charging / discharging state monitoring system which can monitor the charging state and discharge state in a monitoring target object correctly and reliably can be provided.
以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る充放電状態監視システムの実施の形態について詳細に説明する。 Embodiments of a charge / discharge state monitoring system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用された回生システムの構成を示す図、図2は、この充放電状態監視システムにおける電流センサの配置態様を説明するための斜視図である。この充放電状態監視システム(以下、「監視システム」と略記する。)は、例えば自動車等の車両に備えられた回生システム100に適用されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a regeneration system to which a charge / discharge state monitoring system according to a first embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 illustrates an arrangement mode of current sensors in the charge / discharge state monitoring system. FIG. This charge / discharge state monitoring system (hereinafter abbreviated as “monitoring system”) is applied to a
回生システム100は、蓄電池40と、インバータ60と、電動機/発電機70を備える。蓄電池40は、蓄積された化学エネルギーを電気エネルギー(直流電圧)に変換して外部に供給(放電)すると共に、外部から供給された電力を蓄積(充電)する機能を有する。インバータ60は、蓄電池40から供給される直流を交流に変換して電動機/発電機70に供給する一方、電動機/発電機70において生成された交流電圧を直流電圧に変換する機能を有する。すなわち、インバータ60は、AC/DCコンバータとしての機能を有する。電動機/発電機70は、インバータ60から供給される交流により運動エネルギーを発生して車輪101を駆動すると共に、車輪101の運動エネルギーを回生して交流電圧を発生させる。
The
この回生システム100に適用される監視システムは、電流センサ10を有する。電流センサ10は、蓄電池40及びインバータ60の間に配置され電流経路を形成する円柱状の導電部材であるバスバー102(図2参照)の近傍の位置に取り付けられる。また、電流センサ10は、電動機/発電機70及びインバータ60の間に配置され電流経路を形成する円柱状の導電部材であるバスバー102の近傍の位置にも取り付けられる。この実施の形態では、2個の電流センサ10を有する例を説明するが、蓄電池40及びインバータ60の間のバスバー102、または電動機/発電機70及びインバータ60の間のバスバー102のいずれか一方に1つだけ電流センサ10を設けるのでも構わない。
The monitoring system applied to the
更に、この監視システムは、各電流センサ10からの検出信号に基づき、各種演算処理を行って回生システム100の全体を制御するECU(電子制御ユニット)20と、このECU20からの情報を画面表示によって報知するモニタ30とを有する。ECU20は、後述するように、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ、D/Aコンバータ、及びCPU等を内蔵している。このモニタ30は、情報を画面表示により報知する他に、例えばスピーカなどを介して音声出力する機能を有していても良い。
Furthermore, this monitoring system performs various arithmetic processing based on the detection signal from each
なお、バスバー102は、図2に示すように、ケーブル接続部104、105を有しており、このケーブル接続部104、105を介して蓄電池40及びインバータ60に接続される。バスバー102は、蓄電池40及びインバータ60の間、または電動機/発電機70及びインバータ60の間に電流経路を形成する。電流Iがバスバー102に流れた場合に、周方向に磁界Hipが生成される。各電流センサ10は、バスバー102に対し、取付治具103を介してそれぞれ所定位置に取り付けられ、電流Iが生成する磁界Hipと、後述する4極補助磁石が提供する磁界Hsとの合成磁界Mの向きに基づく検出信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the
図3は、この充放電状態監視システムの電流センサ10の構成を示す側面図である。各電流センサ10は、例えば基板11上に装着された4極補助磁石13と、基板11の反対側に装着された磁気検出素子12とを備えている。4極補助磁石13は、例えば図4Aに示すようなリング状磁石であり、中心Oを通る中心線に対して+45°及び−45°の向きに磁気モーメントが形成されるように着磁されている。4極補助磁石13は、例えばサマリウムコバルト等の希土類系永久磁石から構成され得る。そして、この+45°及び−45°の向きの磁気モーメントの合成磁気モーメントが、バスバー102の長手方向に沿うよう、磁気検出素子12はバスバー102の近傍の位置に設置される。
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the
また、磁気検出素子12は、例えばパーマロイ(Ni−Fe合金)からなり、電流Iに基づく磁界Hip及び4極補助磁石13が与える磁界Hsを合成してなる合成磁界M中に配置されるように、4極補助磁石13の中心Oからずれた位置に装着されている。磁気検出素子12は、図4Bに示すように、一対のセンサユニット121、122を有している。センサユニット121は、4つのMR素子111をブリッジ接続して構成されている。センサユニット122も、同様に4つのMR素子111’をブリッジ接続して構成されている。
The
センサユニット121の4つのMR素子111は、互いの磁化容易軸を90°ずつずらして配置され且つブリッジ接続されている。センサユニット122の4つのMR素子111’も同様である。また、MR素子111と111’とは、互いの磁化容易軸を45°傾けた状態で配置されている。磁気検出素子12は、このような構成を有することにより、4極補助磁石13の磁気モーメントに基づく固定磁界Hsと、電流Iにより生成される磁界Hipとの合成磁界Mの方向(角度θ)を検出し、その角度θの情報を含む検出信号をCPU25に向けて出力する。詳しくは後述する。
The four
この磁気検出素子12の各出力端子B,D,E,Gから出力される検出信号は、この角度θの情報を含んでおり、図4Cに示すように、ECU20内のA/D変換器21〜24でそれぞれA/D変換され、同じくECU20内に搭載されたCPU25に入力される。
The detection signals output from the output terminals B, D, E, and G of the
CPU25は、電流センサ10から提供される角度θの情報を含む検出信号を、EEPROM26に記憶されたプログラムに従って処理し、角度θを算出する。この角度θのデータは、バスバー102に流れる電流Iにより生成される磁界Hisと、4極補助磁石13が与える固定の磁界Hsとの合成磁界Mが、バスバー102の長手方向に対しなす角度として算出される。角度θのデータから、tanθも演算される。電流Iは、このtanθに比例する値であり、後述の方式により算出される。この角度θが、所定の角度範囲内(例えば、バスバー102の長手方向に対し±45°以内)か否かがCPU25において判断される。
The
角度θが、所定の角度範囲外である場合は、電流Iが過剰であり、過電流による充放電が行われていると判断し、回生システム100における充電又は放電に関する動作を停止させる。具体的には、車輪101に制動がかかった時に、蓄電池40及びインバータ60の間のバスバー102に取り付けられた電流センサ10により、角度θが所定の角度範囲を超えたことが検出された場合、過電流による蓄電池40への充電が行われるとして、充電動作を停止させる。
When the angle θ is outside the predetermined angle range, it is determined that the current I is excessive and charging / discharging due to the overcurrent is performed, and the operation related to charging or discharging in the
一方、車輪101に駆動力がかかった時に電動機/発電機70及びインバータ60の間のバスバー102に取り付けられた電流センサ10により、角度θが所定の角度範囲を超えたことが検出された場合、過電流による電動機/発電機70への放電が行われるとして、放電動作を停止させる。
On the other hand, when it is detected by the
また、ECU20は、これと並行して、蓄電池40や電動機/発電機70の充放電状態の監視結果に関する情報をモニタ30等に出力し、表示させる。なお、上記過電流による充放電状態が検出された場合は、重大な事故を招かぬよう、動作を停止させた旨の情報と共に、過電流の発生を知らせる警告信号などをモニタ30に表示させるようECU20を構成するのが好適である。
In parallel with this, the
ここで、このように構成された監視システムの電流センサ10及びECU20による絶対角度検出データの算出方法について具体的に説明する。ここでは、蓄電池40とインバータ60との間のバスバー102(半径R)に直流の電流Iが流れているものと仮定する。この場合、この電流Iにより、バスバー102の中心から距離r(>R)の位置に生成される磁界Hipは、次のように表現され得る。
Here, a calculation method of absolute angle detection data by the
[数1]
Hip=I/2πr
[Equation 1]
Hip = I / 2πr
図5は、バスバー102に直流の電流Iが流れる場合における角度θの算出方法を説明する概念図である。図5(a)に示すように、4極補助磁石13が与える磁界Hsの方向がz軸の正方向(電流Iと同じ方向、換言すればバスバー102の長手方向と同じ方向)となるように4極補助磁石13を設置する。また、z軸の正方向を基準方向(角度0°)に設定する。また、電流Iにより生成される磁気モーメントHipの方向をx軸とする。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a method for calculating the angle θ when a direct current I flows through the
そして、電流Iが0A〜最大許容電流Ip_max(例えば、300A)の範囲で変化することを許容し、この最大許容電流Ip_maxを超える電流I(過電流)が流れた場合に電動機/発電機70の動作を停止させる回生システム100を考える。電流Iが0〜Ip_max(A)の間で変化した場合、この電流Iにより生成される磁界Hipの大きさも、この電流Iに比例して、0〜Hipo(=Ip_max/2πr)の範囲で変化する。すなわち、Hipoは磁界Hipの最大許容値であり、Hipo=Hsに設定される。電流センサ10は、この関係が得られるような位置(距離r)に配置され、校正される。ただし、磁界Hipの方向は、電流Iの大きさに拘わらず、X軸方向である。
The current I is allowed to change in the range of 0 A to the maximum allowable current Ip_max (for example, 300 A), and when the current I (overcurrent) exceeding the maximum allowable current Ip_max flows, the electric motor /
電流センサ10は、この磁界Hipと前述の磁界Hsとの合成磁界Mの方向(角度θ)を検出し、出力端子B,D,E,Gから検出信号を出力する。CPU25は、この検出信号に基づいて角度θ、更にはtanθを演算する。角度θの正負により、電流Iが放電電流なのか又は充電電流なのかを判定することができる。また、電流Iを、次の式に基づいて算出する。
The
[数2]
I=Hip/2πr
=Hs・tanθ/2πr
[Equation 2]
I = Hip / 2πr
= Hs · tanθ / 2πr
ここで、θとtanθは、−45°≦θ≦45°の範囲内において、一次関数により近似可能な関係にあり(図6)、[数2]からして、電流Iと角度θとの関係も、一次関数で近似可能である。θがこの−45°≦θ≦45°の範囲外になる場合、θの増加に対しtanθは指数関数的に増加し、電流センサ10の検出信号に対し線形な出力信号が得られなくなる。従って、電流センサ10の検知範囲は、−45°≦θ≦45°に設定するのが好適である。
Here, θ and tan θ are in a relation that can be approximated by a linear function within the range of −45 ° ≦ θ ≦ 45 ° (FIG. 6). The relationship can also be approximated by a linear function. When θ is outside the range of −45 ° ≦ θ ≦ 45 °, tan θ increases exponentially with increasing θ, and a linear output signal cannot be obtained with respect to the detection signal of the
以上は、電流センサ10により直流の電流Iの大きさを検知する場合の動作を説明したものである。電流センサ10が、交流の電流I=Iosinωt(ωは交流の角周波数)が流れるバスバー102に配置される場合における動作を、図7を参照しながら以下において説明する。
The above describes the operation when the
この場合、電流Iにより発生する磁界Hipの大きさは、次の式で表すことができる。 In this case, the magnitude of the magnetic field Hip generated by the current I can be expressed by the following equation.
[数3]
Hip=Hipo×sinωt
ただし、Hipo=Io/2πr
[Equation 3]
Hip = Hipo x sin ωt
However, Hipo = Io / 2πr
直流の電流の場合と同様に、この磁界Hipの大きさが磁界Hsよりも大きくなると、角度θが±45°を超え、次の数式に示すように、tanθの値が1を超える。この場合に、電流Iが過電流であると判定することができる。 As in the case of the direct current, when the magnitude of the magnetic field Hip is larger than the magnetic field Hs, the angle θ exceeds ± 45 °, and the value of tan θ exceeds 1 as shown in the following formula. In this case, it can be determined that the current I is an overcurrent.
[数4]
tanθ=Hip/Hs
=(Hipo×sinωt)/Hs
[Equation 4]
tan θ = Hip / Hs
= (Hipo × sinωt) / Hs
電流Iの振幅Ioが小さく、このため磁界Hipの振幅Hipoが磁界Hs以下である場合には、tanθは位相wtの如何に拘わらず1以下であり、従って、電流Iは過電流ではなく適性と判定される。
一方、電流Iの振幅Ioが増加し、これにより磁界Hipの振幅Hipoが磁界Hsよりも大きくなると、tanθは、0≦ωt≦360°の範囲のいずれかにおいて、1よりも大きくなる。この場合、電流Iは過電流であると判定することができる。これは、電流Iの放電時、充電時とも同様である。
図8〜図10は、磁界Hipの振幅Hipoがちょうど磁界Hsに等しい場合において、各位相wt(−90°、0°、90°、180°、−180°)における磁界Hip、及び合成磁界Mを示している。この場合は、いずれの位相wtにおいても、角度θは±45°以内であり、電流Iは適正と判断される。
If the amplitude Io of the current I is small, and therefore the amplitude Hipo of the magnetic field Hip is less than or equal to the magnetic field Hs, tan θ is less than or equal to 1 regardless of the phase wt. Determined.
On the other hand, when the amplitude Io of the current I increases and thereby the amplitude Hipo of the magnetic field Hip becomes larger than the magnetic field Hs, tan θ becomes larger than 1 in any of the
8 to 10 show the magnetic field Hip at each phase wt (−90 °, 0 °, 90 °, 180 °, −180 °) and the combined magnetic field M when the amplitude Hipo of the magnetic field Hip is just equal to the magnetic field Hs. Is shown. In this case, in any phase wt, the angle θ is within ± 45 °, and the current I is determined to be appropriate.
一方、図11は、磁界Hipの振幅Hipoが磁界Hsの大きさよりも大きくなり、このため、位相wtの一部の範囲において、角度θが±45°を超えた場合を示している。この場合、電流Iは過電流であるとの判定がなされる。 On the other hand, FIG. 11 shows a case where the amplitude Hipo of the magnetic field Hip is larger than the magnitude of the magnetic field Hs, and therefore the angle θ exceeds ± 45 ° in a partial range of the phase wt. In this case, it is determined that the current I is an overcurrent.
このように、この第1の実施の形態に係る監視システムでは、電流Iの大きさを、合成磁界Mの角度θとして検出することができる。tanθと電流Iが比例関係にあり、検出信号と出力信号との関係を一次関数により表すことができる。
また、第1の実施形態に係る監視システムでは、電流センサ10がパーマロイからなる磁気検出素子12と、希土類系永久磁石からなる4極補助磁石13とを備えている。このため、動作温度範囲が広く、車両のエンジンルーム等の高温環境下においても安定して電流を検出することができ、充放電状態を正確且つ確実に監視することができる。
Thus, in the monitoring system according to the first embodiment, the magnitude of the current I can be detected as the angle θ of the combined magnetic field M. The tan θ and the current I are in a proportional relationship, and the relationship between the detection signal and the output signal can be expressed by a linear function.
In the monitoring system according to the first embodiment, the
また、この監視システムは、電流Iにより生成される磁界Hipと4極補助磁石13の磁界Hsの合成磁界Mの角度θの変化を±45°の範囲で検知するよう電流センサ10を構成している。このため、電流センサ10で検出される角度θと、電流Iとの関係を一次関数で近似することができるので、高精度な電流センサ10を提供することができる。
In addition, the monitoring system configures the
なお、パーマロイからなる磁気検出素子12及び希土類系永久磁石からなる4極補助磁石13からなる電流センサ10は、たとえば1MHz程度の広帯域応答特性を有している。このため、ECU20の回路要素とクロック周波数の設定により、制御ループ時間を大幅に短縮化して、例えば500KHzという広帯域応答を可能にすることができる。
The
図12は、この監視システムの電流センサの他の構成を示す側面図であり、図13は、4極補助磁石を示す平面図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略する。図12に示すように、電流センサ10Aは、上述した磁気検出素子と4極補助磁石とをシリコン基板上にモノリシックに構成している。
FIG. 12 is a side view showing another configuration of the current sensor of this monitoring system, and FIG. 13 is a plan view showing a 4-pole auxiliary magnet. In the following description, the same reference numerals are given to the same portions as those already described, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 12, the
すなわち、電流センサ10Aは、シリコン基板14と、シリコン酸化膜層(SiO2)15と、導体膜層16と、シリコン窒化膜層(SiNx)17と、クロム膜層(Cr)18と、磁性体膜層19と、クロム膜層(Cr)27と、パシベーション膜層(シリコン窒化膜層)28とを備えて構成されている。
That is, the
この例では、磁気検出素子の一例としてAMR効果素子(Anisotropic Magnetoresistive Sensor)が形成されるものとする。このAMR効果素子が、電流Iにより生成される磁界Hの磁界中に配置され、電流Iにより生成される磁界Hipと4極補助磁石が与える磁界Hsの合成磁界Mの角度θに対応した検出信号を出力する。 In this example, an AMR effect element (Anisotropy Magnetic Sensor) is formed as an example of a magnetic detection element. This AMR effect element is disposed in the magnetic field H of the magnetic field H generated by the current I, and a detection signal corresponding to the angle θ of the combined magnetic field M of the magnetic field Hip generated by the current I and the magnetic field Hs provided by the quadrupole auxiliary magnet. Is output.
なお、磁気検出素子はAMR効果素子に限定されるものではなく、電流センサ10Aが、AMR効果素子に代えて、例えばGMRセンサ、TMRセンサ、CMRセンサ等の磁気抵抗効果素子を備えていても良い。
The magnetic detection element is not limited to the AMR effect element, and the
磁性体膜層19は、図13に示す4極補助磁石160が形成される層であり、例えばサマリウム(Sm)、コバルト(Co)等の強磁性体材料により形成されており、所定の方向に固定的に磁化されている。この4極補助磁石160が提供する磁界Hsと、バスバー102に電流Iが流れることによって生成される磁界Hipの合成磁界Mが提供される。
The
導体膜層16は、磁気検出素子を構成する層であり、パーマロイ(例えば、Ni:Fe=81:19の合金)等の強磁性体材料をブリッジ接続して構成される。磁界Hipの大きさにより前述の合成磁界Mの方向が変化すると、磁気検出素子中でブリッジ接続された磁気抵抗素子の磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化を検出することにより、上述したような合成磁界Mの角度が検出される。なお、このようなブリッジ接続は周知であるため、説明は省略する。
The
クロム膜層18、27は、磁性体膜層19を上下から挟むように形成されており、磁性体膜層19のサマリウム(Sm)の酸化を防止する役割を有している。パシベーション膜層28は、例えばシリコン窒化膜(SiNx)から構成されており、クロム膜層27を保護する役割を有する。
The chromium film layers 18 and 27 are formed so as to sandwich the
磁性体膜層19に形成され導体膜層16のAMR効果素子と近接配置される4極補助磁石160は、図13に示すように、十字形状の磁石であり、中心Oを通る水平線(x軸:基準方向)に対して0°及び90°の向きに磁界が形成されるように着磁されている。そして、この0°及び90°の方向の磁界を合成して形成される合成磁界が、基準方向(x軸)に対して45°方向を向くように構成されている。
As shown in FIG. 13, the quadrupole
このように構成された4極補助磁石160は、具体的には、放射状磁石部161と、消磁用磁石部162とから構成されている。放射状磁石部161は、第1磁極片161a〜161dと、強磁性体部161zとを備えている。強磁性体部161zは、放射状磁石部161の中心に位置し、具体的にはその中心が中心Oと略一致するように配置されている。強磁性体部161zは、例えば鉄(Fe)等により構成される。
Specifically, the four-pole
第1磁極片161a〜161dは、それぞれ強磁性体部161zの4辺の1つに接するように、90°間隔で放射状に配置される。すなわち、第1磁極片161aは、中心Oから見てx軸の正方向(0°方向)に配置されている。また、第1磁極片161bは、中心Oから見てy軸の正方向(90°方向)に配置されている。
The first
更に、第1磁極片161cは、中心Oから見てx軸の負方向(180°方向)に配置され、第1磁極片161dは、中心Oから見てy軸の負方向(270°方向)に配置されている。また、放射状磁石部161は、x軸方向(0°方向)及びy軸方向(90°方向)の向きに磁界が形成されるように着磁されている。
Further, the first
このため、第1磁極片161a及び161bは、その放射方向の先端においてN極を有すると共に、反対側の端部においてS極を有するように着磁される。反対に、第1磁極片161c及び161dは、その放射方向においてS極を有すると共に、反対側の端部においてN極を有するように着磁される。従って、これら4つの第1磁極片161a〜161dがそれぞれ形成する磁界を合成してなる合成磁界は、例えばx軸に対して45°方向を向いた磁界となる。
For this reason, the first
また、消磁用磁石部162は、2つの第2磁極片162a、162bを有する。第2磁極片162aは、第1磁極片161aと161bとに挟まれた第1矩形領域164(第1磁極片161aの輪郭部と第1磁極片161bの輪郭部とを延長した仮想線により定義される領域)に形成され、この例では略菱形の形状を有している。
The
この第2磁極片162aは、x軸に対し45°方向に沿って着磁されている。これにより、後述するように、第1磁極片161a〜161dがそれぞれ生成する磁界を合成して得られる合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する機能を有する。中心Oから最も離れた頂点atは、鋭角α(<90°)を有しており、且つ第1矩形領域164よりも外側に位置しているのが好適である。
The second
また、第2磁極片162bは、第1磁極片161cと161dとに挟まれた第2矩形領域165(第1磁極片161cの輪郭部と第1磁極片161dの輪郭部とを延長した仮想線により定義される領域)に形成されている。この第2磁極片162bは、第2磁極片162aと同様に、前述の逆磁界を消去するためx軸に対して45°方向に沿って着磁されている。中心Oから最も離れた頂点btは、鋭角α(<90°)を有しており、且つ第2矩形領域165よりも外側に位置しているのが好ましい。
The second
これら第2磁極片162a、162bの存在により、放射状磁石部161により生じる望ましくない磁力線(逆磁界)を消去することができる。なお、第2磁極片162a、162bは、先端が同じ方向に磁化された第1磁極片161a〜161dの間に挟まれるように形成される。
Due to the presence of the second
図13に示す場合、第2磁極片162aが、先端がN極を有するように磁化された第1磁極片161a、161bの間に挟まれるように形成される一方、第2磁極片162bが、先端がS極を有するように磁化された第1磁極片161c、161dの間に挟まれるように形成される。
In the case shown in FIG. 13, the second
なお、第2磁極片162a、162bは、それぞれ第1磁極片161a〜161dのそれぞれと略同一の面積を有するように形成されるのが望ましい(同一の構造、同一の材料で形成される場合)。面積が大幅に異なると、逆磁界が十分に消去されなくなるためである。
The second
また、第2磁極片162a、162bの頂点A1、A2は、第1磁極片161a、161bの先端側の頂点と略一致(以下、「一点交叉」という。)しているのが望ましい。両者の頂点が一致しないと、逆磁界が十分に消去されないからである。このため、両者の頂点の位置の誤差は、±1μm程度に抑制される。
Further, it is desirable that the vertices A1 and A2 of the second
更に、頂点A1、A2において、第1磁極片161a〜161dの先端側の辺と、この辺に隣接する第2磁極片162a、162bの辺とがなす角度β1は、鈍角(>90°)に設定されるのが望ましい。この部分が鋭角となると、逆磁界がかえって大きくなるなどのデメリットが生じるためである。
Further, at the vertices A1 and A2, the angle β1 formed by the side on the tip side of the first
このように、第2磁極片162a、162bは、以下の3つの条件(1)〜(3)を満たすように形成されるのが望ましい。特に、(1)、(3)の条件は、逆磁界を消去して検出確度を向上させる観点から強く要請される。3つの条件(1)〜(3)は、次の通りである。
As described above, the second
(1)1つの第2磁極片162a、162bは、1つの第1磁極片161a〜161dと略同一の面積を有する、
(2)第2磁極片162a、162bの頂点A1、A2は、第1磁極片161a〜161dの先端側の頂点と略一致する、
(3)確度β1が鈍角である。
以上の条件のうちの2つの条件(1)、(3)、望ましくは(1)〜(3)の全てを満たす限りにおいて、第2磁極片162a、162bは様々な形状のものを採用することができる。例えば、六角形や八角形を有していても良く、更に多角形ではなくていわゆる先割れ型の形状や楓葉形状であっても良い。
(1) One second
(2) The apexes A1 and A2 of the second
(3) The accuracy β1 is an obtuse angle.
As long as the two conditions (1) and (3), preferably (1) to (3) are satisfied, the second
このように構成された消磁用磁石部162(第2磁極片162a、162b)が存在しない場合は、図示は省略するが、第1矩形領域164及び第2矩形領域165付近において、放射状磁石部161が形成する合成磁界とは逆方向を向いた逆磁界が発生する。この逆磁界が、合成磁界Mの角度の検出の障害となる場合がある。このような逆磁界を消去するために、4極補助磁石160に対してx軸から見て45°方向に磁界を発生させる工程を実施することは可能である。しかし、このような工程の実施は、検出角度誤差の増大を招くと共に、通常は4極補助磁石の製造コストを増大させる。
When the demagnetizing magnet portion 162 (second
一方、上述した4極補助磁石160の場合、45°方向に着磁された第2磁極片162a、162bによって、このような逆磁界は消去されることとなる。従って、上記合成磁界Mの角度を正確且つ確実に検出することが可能となる。また、このような磁化方向を有する第2磁極片162a、162bは、半導体加工プロセスを用いて簡単に形成することができ、歩留まり良く低コストに、逆磁の無い4極補助磁石160を形成することができる。なお、上述した電流センサ10、10Aに含まれる4極補助磁石13、160の他に、例えば8極や16極の多極補助磁石を用いるようにしても良い。
On the other hand, in the case of the above-described four-pole
[第2の実施形態]
図14は、本発明の第2の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用されたハイブリッドシステムの構成を示す図である。ここでの監視システムは、例えば自動車等の車両に搭載されたハイブリッドシステム(以下、「HVシステム」と略記する。)100Aに適用されている。
[Second Embodiment]
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a hybrid system to which the charge / discharge state monitoring system according to the second embodiment of the present invention is applied. The monitoring system here is applied to, for example, a hybrid system (hereinafter abbreviated as “HV system”) 100A mounted on a vehicle such as an automobile.
HVシステム100Aは、蓄電池40、インバータ60、電動機/発電機70を備える点は、先の回生システム100と同様であるが、その他に、車輪101を駆動する駆動エネルギーを発生する内燃機関などのエンジン80と、エンジン80からの駆動力を車輪101に伝達する変速機90とを備える点が相違している。なお、このHVシステム100Aに適用される監視システムは、回生システム100におけるものと同様の構成であり、複数の電流センサ10、ECU20及びモニタ30を備えて構成される。
The
このように構成されたHVシステム100Aにおける監視システムにおいても、エンジン80からの駆動エネルギーにより車輪101が駆動された時に蓄電池40及びインバータ60の間のバスバー102に取り付けられた電流センサ10により、蓄電池40への充電状態が監視される。
Even in the monitoring system in the
また、蓄電池40からの放電により車輪101が駆動された時に電動機/発電機70及びインバータ60の間のバスバー102に取り付けられた電流センサ10により、電動機/発電機70への放電状態が監視される。その他の作用効果は、上述したものと同様であるため、説明は省略する。
Further, when the
以上述べたように、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、第1の実施形態では、電流センサ10の4極補助磁石13としてリング状の永久磁石を使用したが、4極補助磁石は特にリング状に限定されるものではなく、例えば楕円状の永久磁石を使用することも可能である。この場合には、短軸又は長軸に対して対称な角度で着磁すれば良い。
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and additions can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the first embodiment, a ring-shaped permanent magnet is used as the four-pole
また、第1及び第2の実施形態では、監視システムが適用される対象として、回生システム100やHVシステム100Aを例として説明したが、電気自動車や燃料電池電気自動車はもちろんのこと、ブラシレスDCモータの駆動電流制御やこのブラシレスDCモータの回生電流の直流電流変換制御などのために、上記監視システムを適用するようにしても良い。
In the first and second embodiments, the
その他、監視システムは、大容量電池の充放電状態を監視するために用いることも可能であるし、あるいは、NC制御工作機器、各種ロボット装置、溶接機、電気車両などの産業用の各種制御機器における充放電状態を監視するために用いることも可能である。 In addition, the monitoring system can be used to monitor the charge / discharge state of a large-capacity battery, or various industrial control devices such as NC control machine tools, various robot devices, welding machines, and electric vehicles. It is also possible to use for monitoring the charge / discharge state in.
10…電流センサ、10A…電流センサ、11…基板、12…磁気検出素子、13…4極補助磁石、14…基板、15…シリコン酸化膜層、16…導体膜層、17…シリコン窒化膜層、18…クロム膜層、19…磁性体膜層、20…ECU、21…クロム膜層、22…パシベーション膜層、30…モニタ、40…蓄電池、60…インバータ、70…電動機/発電機、80…エンジン、90…変速機、100…回生システム、100A…ハイブリッドシステム。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記蓄電池から放電された電力を用いて駆動対象を駆動させるための動力を発生させると共に、前記駆動対象の動作に基づいて電力を発生させて前記蓄電池を充電させる電動機/発電機と、
前記電動機/発電機と前記蓄電池との間に電流経路を形成する導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流を検出する電流検出装置と、
前記電流の大きさが所定値に達した場合に前記電動機/発電機の動作を停止させる制御を行う制御部と
を備え、
前記電流検出装置は、
前記導電部材の近傍に配置され第1磁界を与える補助磁石と、
前記導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流の大きさ及び方向によって変化する第2磁界及び前記第1磁気モーメントの合成磁界の方向に従って変化する検出信号を出力する磁気検出素子と
を備え、
前記制御部は、前記検出信号に従って、前記電動機/発電機の動作を停止させる
ことを特徴とする充放電状態監視システム。 A storage battery,
An electric motor / generator for generating power for driving a driving target using electric power discharged from the storage battery, and for generating electric power based on the operation of the driving target to charge the storage battery;
A current detection device that is disposed in the vicinity of a conductive member that forms a current path between the motor / generator and the storage battery and detects a current flowing through the conductive member;
A control unit that performs control to stop the operation of the motor / generator when the magnitude of the current reaches a predetermined value;
The current detection device includes:
An auxiliary magnet disposed in the vicinity of the conductive member and providing a first magnetic field;
A magnetic detection element disposed in the vicinity of the conductive member and outputting a detection signal that changes in accordance with a direction of a combined magnetic field of the first magnetic moment and a second magnetic field that changes according to the magnitude and direction of a current flowing through the conductive member. ,
The controller is configured to stop the operation of the electric motor / generator according to the detection signal.
前記制御部は、前記磁気検出素子が検出した前記合成磁界の方向が所定方向に対しなす角度が所定の角度範囲外にある場合には、前記電動機/発電機の動作を停止させる
ことを特徴とする請求項1記載の充放電状態監視システム。 The auxiliary magnet is arranged to give the first magnetic field along a longitudinal direction of the conductive member,
The control unit stops the operation of the electric motor / generator when an angle formed by a direction of the synthetic magnetic field detected by the magnetic detection element with respect to a predetermined direction is outside a predetermined angle range. The charge / discharge state monitoring system according to claim 1.
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