JP2014085226A - Current detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器内の電流を検出するための電流検出装置に関し、特に電気自動車やハイブリッド車の3相交流モータに供給される電流の電流値や電流位相を検出するための電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device for detecting a current in an electronic device, and more particularly to a current detection device for detecting a current value and a current phase of a current supplied to a three-phase AC motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle. .
従来、この種の電流検出装置としては、バスバーが貫通する集磁コアのギャップ内にホール素子を配設したものが知られている。図5は、このような電流検出装置を電気自動車等の駆動系の制御に適用した場合のブロック図である。 Conventionally, as this type of current detection device, one in which a Hall element is disposed in a gap of a magnetic collecting core through which a bus bar passes is known. FIG. 5 is a block diagram when such a current detection device is applied to control of a drive system of an electric vehicle or the like.
図5において、3相交流モータ1(以下、適宜「モータ」と称する)を制御するモータ制御装置はIGBT基板2、IGBT制御基板3、モータ制御装置4から構成されている。主電源5から出力される略400ボルトの直流高電圧はIGBT基板2によってU相、V相、W相からなる、3相交流電圧に変換され、バスバーによりモータ1に加えられる。
In FIG. 5, a motor control device that controls a three-phase AC motor 1 (hereinafter referred to as “motor” as appropriate) includes an
モータ制御装置4にはモータ1の回転センサ(図示せず)からのモータ回転数情報Nm、アクセルセンサ(図示せず)によって検出されるアクセル位置情報ACLが入力される。また、電流検出装置8はモータ1のU相、V相、W相の各電流線にそれぞれ電流センサとして配設され、各電流線の電流値や電流位相を検出する。検出された電流情報IU、IV、IWはモータ制御装置4に入力される。モータ制御装置4はこれらの情報に基づいて、生成すべき3相交流電流の各相に対応した変調信号MU、MV、MWを出力する。IGBT制御基板3はモータ制御装置4において生成され変調信号MU、MV、MWに基づいてIGBT基板2のIGBTを制御するものである。
The
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
3相交流電流線の電流の和は常に零であり、かつ各電流の位相は互いに120度ずつずれているため、U相、V相、W相の各電流線に流れる電流の位相と大きさを検出するには、各電流線のうちのいずれか2相に電流センサを取り付ければ十分である。しかしながら、上記したモータ制御装置では、電流検出装置8にオフセットやゲイン特性等の異常が発生すると、モータ1に過大若しくは過小な電流が流れ、制御性が悪化したり、極端な場合には駆動系の破損を招く可能性がある。そのため、従来のモータ制御装置では、U相、V相、W相の電流線のすべてに電流センサを配置し、これら電流センサの一つに異常が発生した場合でも他の電流センサによりバックアップを行ない、異常検出信号を発するとともに重大な事故を未然に防止するようにしている。
Since the sum of the currents of the three-phase alternating current lines is always zero and the phases of the currents are shifted from each other by 120 degrees, the phases and magnitudes of the currents flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase current lines It is sufficient to attach a current sensor to any two phases of each current line. However, in the motor control device described above, when an abnormality such as an offset or a gain characteristic occurs in the
しかしながら、U相、V相、W相の電流線のすべてに電流センサを配置すると電流検出装置自体が大きくなるとともに、電流装置を所定の位置に取り付けるための手間や工数が増大してしまうという問題があった。 However, if current sensors are arranged on all of the U-phase, V-phase, and W-phase current lines, the current detection device itself becomes large, and the trouble and man-hour for attaching the current device to a predetermined position increases. was there.
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、3相交流電流が流れる3本の電流線のうちの2本の電流線のみに2つの電流検出素子を有する電流センサを設けることにより、電流検出装置を小形化し、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内の2つの電流検出素子の1つに異常が発生した場合でも他の電流検出素子によりバックアップを行ない、重大な事故を未然に防止すると同時に異常検出信号を発することが可能な電流検出装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and by providing a current sensor having two current detection elements only on two of the three current lines through which a three-phase AC current flows, It is possible to reduce the size of the detection device, reduce installation and adjustment, and even if an abnormality occurs in one of the two current detection elements in each current sensor, it is backed up by another current detection element. An object of the present invention is to provide a current detection device capable of preventing an accident and generating an abnormality detection signal at the same time.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
請求項1に記載の発明は、3相交流電流が流れる3本の電流線のうちの2本の電流線のみに電流センサを設けてなる電流検出装置であって、前記電流センサは各々第1の電流検出素子と第2の電流検出素子と信号処理部とを有し、前記第1の電流検出素子の出力電圧および前記第2の電流検出素子の出力電圧が共に所定の範囲内にある場合には、前記第1の電流検出素子の出力電圧と前記第2の電流検出素子の出力電圧とを演算処理した後、演算処理後の出力電圧を特性調整して出力し、前記第1の電流検出素子の出力電圧または前記第2の電流検出素子の出力電圧にいずれか1つが所定の範囲内にない場合には、電流センサに異常が発生したと判断して前記第1または第2の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力するように構成したもので、この構成によれば、電流線に取り付けるべき電流センサは2つで足るため、電流検出装置を小形化でき、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内に設けた2つの電流検出素子の出力電圧を常に監視し、いずれか1つに異常が発生した場合には異常検出信号を発するとともに他方の電流検出素子の出力電圧を電流センサの出力信号とすることができ、信頼性の高い電流検出装置が実現できるという作用効果を有するものである。 The invention according to claim 1 is a current detection device in which a current sensor is provided only on two of the three current lines through which a three-phase alternating current flows, and each of the current sensors is a first one. A current detection element, a second current detection element, and a signal processing unit, and the output voltage of the first current detection element and the output voltage of the second current detection element are both within a predetermined range. Includes calculating the output voltage of the first current detection element and the output voltage of the second current detection element, then adjusting the characteristic of the output voltage after the calculation process, and outputting the first current. If any one of the output voltage of the detection element or the output voltage of the second current detection element is not within a predetermined range, it is determined that an abnormality has occurred in the current sensor and the first or second current is detected. The output voltage within the specified range of the output voltage of the detection element is specified. In addition to adjusting and outputting, it is configured to output an abnormality detection signal. According to this configuration, since two current sensors are required to be attached to the current line, the current detection device can be reduced in size, attached, The time for adjustment can be reduced, the output voltages of the two current detection elements provided in each current sensor are constantly monitored, and if any one of the abnormality occurs, an abnormality detection signal is issued and the other The output voltage of the current detection element can be used as the output signal of the current sensor, and there is an effect that a highly reliable current detection device can be realized.
請求項2に記載の発明は、特に、前記第1の電流検出素子の出力電圧の極性と前記第2の電流検出素子の出力電圧の極性が異なるもので、この構成によれば、外部磁界による外乱をキャンセルすることができるため、さらに動作の安定した電流検出装置を実現できるという作用効果を有するものである。
In the invention described in
以上のように本発明は、3相交流電流が流れる3本の電流線のうちの2本の電流線のみに電流センサを設けてなる電流検出装置であって、前記電流センサは各々第1の電流検出素子と第2の電流検出素子と信号処理部とを有し、前記第1の電流検出素子の出力電圧および前記第2の電流検出素子の出力電圧が共に所定の範囲内にある場合には、前記第1の電流検出素子の出力電圧と前記第2の電流検出素子の出力電圧とを演算処理した後、演算処理後の出力電圧を特性調整して出力し、前記第1の電流検出素子の出力電圧または前記第2の電流検出素子の出力電圧にいずれか1つが所定の範囲内にない場合には、電流センサに異常が発生したと判断して前記第1または第2の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力するように構成したもので、電流検出装置を小形化でき、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内に設けた2つの電流検出素子の一方に異常が発生した場合でも、他方の電流検出素子によりバックアップを行なうことで、信頼性の高い電流検出装置が実現できるという優れた効果を奏するものである。 As described above, the present invention is a current detection device in which a current sensor is provided only on two of the three current lines through which a three-phase alternating current flows. A current detection element, a second current detection element, and a signal processing unit, wherein the output voltage of the first current detection element and the output voltage of the second current detection element are both within a predetermined range; Performs a calculation process on the output voltage of the first current detection element and the output voltage of the second current detection element, then adjusts and outputs the output voltage after the calculation process, and outputs the first current detection element. If any one of the output voltage of the element or the output voltage of the second current detection element is not within a predetermined range, it is determined that an abnormality has occurred in the current sensor and the first or second current detection is performed. Characteristic output voltage within the specified range of element output voltage The current detection device can be reduced in size and can be reduced in installation and adjustment, and the two sensors provided in each current sensor. Even when an abnormality occurs in one of the current detection elements, an excellent effect is achieved in that a highly reliable current detection device can be realized by performing backup with the other current detection element.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における電流検出装置について図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1における電流検出装置21の斜視図である。図1において、22U、22V、22Wは各々3相交流のU相、V相、W相電流が流れる電流線である。電流検出装置21は同一構造を有する第1の電流センサ23と、第2の電流センサ24とからなる。図1においては、第1の電流センサ23と、第2の電流センサ24は各々電流線22U、22Vに取付けられているが、3本の電流線22U、22V、22Wの内のいずれか2本に取付けることができる。XYZ軸を図のようにとった時、電流線22U、22V、22WはXY面内でX軸方向に延伸しているものとする。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the current detection device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a
図2(a)は前記第1の電流センサ23の斜視図、図2(b)は同センサの縦断面図である。第1の電流センサ23は、電流の周りに発生する磁界を検出することにより電流を検出する、第1の電流検出素子24−1と、第2の電流検出素子24−2と、信号処理部25を備えている。前記第1の電流検出素子24−1と第2の電流検出素子24−2には磁気抵抗素子を用いている。磁気抵抗素子でなくホール素子を用いることも出来るが、その場合には、後述する第1のバイアス磁石26−1および第2のバイアス磁石26−2を不要とすることができる。第1の電流検出素子24−1の近傍には第1のバイアス磁石26−1が、第2の電流検出素子24−2の近傍には第2のバイアス磁石26−2がそれぞれ設けられている。第1のバイアス磁石26−1および第2のバイアス磁石26−2は、特に第1の電流検出素子24−1および第2の電流検出素子24−2が磁気抵抗素子である場合には、出力の直線性の向上やヒステリシスの低減に貢献するものである。
2A is a perspective view of the first
第1の電流センサ23は第1の保持部30、第2の保持部31および連結部32を備えている。第1の保持部30は、前記の第1、第2の電流検出素子24−1、24−2および第1、第2のバイアス磁石26−1、26−2を保持している。第1、第2の保持部30、31は間に空間を挟み、同一方向に延伸している。連結部32は第1の保持部30および第2の保持部31の延伸方向に対する垂直な方向に延伸している円柱形状をなし、第1の保持部30および第2の保持部31を連結させている。これにより第1の保持部30、第2の保持部31および連結部32は一体形状となり第1の電流センサ23を構成している。
The first
図1、図2を用いて、本発明の実施の形態1における電流検出装置21の第1の電流センサ23を電流線22Uに取り付ける方法を簡単に説明する。最初に第1の電流センサ23を電流線22U、22Vの間に配置する。このとき、第1の保持部30、第2の保持部31の延伸方向をX軸に対し略平行になるように配置させる。次に、第1の電流センサ23をZ軸の回りに回転させて、電流線22Uを第1の保持部30と第2の保持部31で挟持する。このとき、前記連結部32の長さを電流線22UのZ軸方向の長さと略等しくなるように設定すれば電流線22Uの表面と第1、第2の電流検出素子24−1、24−2との間の距離を実質的に固定できるとともに第1の電流センサ23を電流線22Uに挟持、固定することが可能となる。また、この状態で第1の電流検出素子24−1および第2の電流検出素子24−2は前記第1の保持部30内で、第1の電流検出素子24−1と電流線22Uの表面との距離および第2の電流検出素子24−2と電流線22Uの表面との距離が等しくなるように配置されている。さらに、連結部32を電流線22UのY軸方向の端面に押し当てるようにすれば第1、第2の電流検出素子24−1、24−2のY軸方向の位置を決めることが可能となる。同様にして、第2の電流センサ24を電流線22Vに取り付ければ、図1に示す本発明の実施の形態1における電流検出装置21が構成できることになる。
A method of attaching the first
電流線22U、22V、22Wに各々3相交流のU相、V相、W相電流がX軸方向に流れると、各電流線のYZ面内にはループ状の磁界が発生する。第1の電流センサ23および第2の電流センサ24はこの磁界を検出することによりU相、V相電流の電流値や電流位相を対応する信号を出力する。
When three-phase AC U-phase, V-phase, and W-phase currents flow through the
図3は本発明の実施の形態1における電流検出装置21における第1の電流センサ23の回路構成を示すブロック図である。第1の電流検出素子24−1および第2の電流検出素子24−2はフルブリッジ回路を構成する4つの磁気抵抗素子をそれぞれ備えている。このフルブリッジ回路の対向する2つの接点間には直流電圧が印加され、他の2つの接点間の電位が差動増幅器(図示せず)の入力端子に接続されている。第1の電流検出素子24−1に接続された前記差動増幅器(図示せず)の出力電圧v1および第2の電流検出素子24−2に接続された前記差動増幅器(図示せず)の出力電圧v2は信号処理部25に入力される。信号処理部25は演算部40、検出部41、特性調整部42とからなり、出力端子50と状態検出端子51とを有している。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the first
電流線22Uに電流が流れると、第1の電流検出素子24−1および第2の電流検出素子24−2のフルブリッジ回路の平衡が破れ、各差動増幅器から同一極性の出力信号v1、v2が信号処理部25に入力される。この出力信号v1、v2は検出部41にて所定の電圧範囲内にあるか否かが判定される。検出部41はウィンドウコンパレーターにて形成することができる。出力信号v1、v2が所定の範囲内にある場合には、検出部41から演算部40に制御信号が送られて出力信号v1、v2の加算演算が行なわれた後、特性調整部42にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子50からU相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。これに対して、検出部41にて出力信号v1、v2のいずれか1つが所定の範囲内にないと判定された場合には、第1の電流センサ23に異常が発生したと判断され、検出部41から演算部40に制御信号が送られて加算演算が停止されるとともに、異常検出信号が状態検出端子51に出力される。また、検出部41は出力信号v1、v2のうち所定の範囲内にある出力電圧を選択して特性調整部42に送り、特性調整部42にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子50からU相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。同様にして、第2の電流センサ24からも電流線22Vに流れる電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力されるとともに、第2の電流センサ24に異常が発生したと判断された場合には異常検出信号が出力されるものである。本発明の実施の形態1における電流検出装置21においては、3相交流電流が流れる3本の電流線22U、22V、22Wのうちの2本の電流線のみに2つの電流検出素子を有する第1の電流センサ23および第2の電流センサ24を設けているため、電流検出装置を小形化することができ、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内の2つの電流検出素子の1つに異常が発生した場合でも他の電流検出素子によりバックアップを行ない、重大な事故を未然に防止すると同時に異常検出信号を発することができるという効果が得られるものである。
When a current flows through the current line 22U, the balance of the full bridge circuit of the first current detection element 24-1 and the second current detection element 24-2 is broken, and output signals v1 and v2 having the same polarity are output from the differential amplifiers. Is input to the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における電流検出装置について図を用いて説明する。図4(a)は本発明の実施の形態2における電流検出装置60の斜視図である。電流検出装置60は同一構造を有する第1の電流センサ61と、第2の電流センサ62とからなる。図4(b)は前記第1の電流センサ61の縦断面図である。なお、この本発明の実施の形態2における電流検出装置60においては、上記した本発明の実施の形態1における電流検出装置21の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a current detection device according to
図4(a)(b)において、本発明の実施の形態2における電流検出装置60が上記した本発明の実施の形態1における電流検出装置21と相違する点は、前記第1の電流センサ61において、第1の電流検出素子24−1および第1のバイアス磁石26−1が第1の保持部30内に配置され、第2の電流検出素子24−2および第2のバイアス磁石26−2が第2の保持部31内に配置されている点である。
4 (a) and 4 (b), the
図3、図4(a)(b)において、電流線22U、22V、22Wに各々3相交流のU相、V相、W相電流がX軸方向に流れると、各電流線のYZ面内にはループ状の磁界が発生する。本発明の実施の形態2における電流検出装置60においては、第1の電流検出素子24−1および第2の電流検出素子24−2が電流線22Uの表裏に設けられているため、第1の電流検出素子24−1の差動増幅器の出力信号v1と、第2の電流検出素子24−2の差動増幅器の出力信号v2との極性は逆極性となっている。一方、本発明の実施の形態2における電流検出装置60に一様な外部磁界が印加された場合には、第1の電流検出素子24−1の差動増幅器と第2の電流検出素子24−2の差動増幅器からは同一極性で同じ大きさを持つ信号が出力される。これらの出力信号v1、v2は検出部41にて所定の電圧範囲内にあるか否かが判定され、出力信号v1、v2が所定の範囲内にある場合には、検出部41から演算部40に制御信号が送られて出力信号v1、v2の減算演算が行なわれた後、特性調整部42にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子50からU相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。これに対して、検出部41にて出力信号v1、v2のいずれか1つが所定の範囲内にないと判定された場合には、第1の電流センサ61に異常が発生したと判断され、検出部41から演算部40に制御信号が送られて加算演算が停止されるとともに、異常検出信号が状態検出端子51に出力される。また、検出部41は出力信号v1、v2のうち所定の範囲内にある出力電圧を選択して特性調整部42に送り、特性調整部42にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子50からU相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。同様にして、第2の電流センサ62からも電流線22Vに流れる電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力されるとともに、第2の電流センサ62に異常が発生したと判断された場合には異常検出信号が出力されるものである。
3, 4 (a) and (b), when the U-phase, V-phase and W-phase currents of the three-phase alternating current flow in the X-axis direction respectively in the
この構成によれば、外部磁界による外乱をキャンセルすることができるため、さらに動作の安定した電流検出装置を実現できるという作用効果を有する。 According to this configuration, since the disturbance due to the external magnetic field can be canceled, there is an effect that it is possible to realize a current detecting device with further stable operation.
本発明は、小形化が可能で、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、電流センサ内に設けた2つの電流検出素子の一方に異常が発生した場合でも、他方の電流検出素子によりバックアップを行なうことで、信頼性の高い電流検出装置が実現できるもので、特に電気自動車やハイブリッド車などのモータ駆動電流を検出する電流検出装置として有用なものである。 The present invention can be miniaturized, can reduce the time and effort of mounting and adjustment, and even if an abnormality occurs in one of the two current detection elements provided in the current sensor, the other current detection element By performing backup, a highly reliable current detection device can be realized, and in particular, it is useful as a current detection device for detecting a motor drive current of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
21、60 電流検出装置
22U、22V、22W 電流線
23、61 第1の電流センサ
24、62 第2の電流センサ
24−1 第1の電流検出素子
24−2 第2の電流検出素子
25 信号処理部
21, 60
Claims (2)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018044788A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-22 | 株式会社村田製作所 | Current sensor |
WO2021070348A1 (en) * | 2019-10-10 | 2021-04-15 | 株式会社マクニカ | Three-phase alternating current measurement method, three-phase alternating current measurement program, and three-phase alternating current measurement system |
-
2012
- 2012-10-24 JP JP2012234393A patent/JP2014085226A/en active Pending
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