JP4752848B2 - 電流検出装置及び電流検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検出体に流れる電流を検出する電流検出装置及び電流検出方法に関する。

被検出体に電流が流れることに基づいて発生する磁界を、ホール素子のような磁気検出素子により検出する方式には、磁気比例方式と磁気平衡方式とがある。磁気比例方式は、検出範囲は広いが検出精度が低く（特に微小信号領域）、磁気平衡方式は逆に、検出範囲は狭いが検出精度が高い、というように夫々一長一短がある。
そして、特許文献１では、これらの方式を組み合わせることで、電流量が少なく、発生する磁界強度が低い領域では磁気平衡方式により検出を行い、電流量が多く、発生する磁界強度が高い領域では磁気比例方式により検出を行うことで各方式のメリットを生かし、磁界強度が低い領域では高精度で検出を行いつつ電流の検出範囲を拡げることを可能としている。
特開２００７−７８４１６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、磁界強度が高い領域において磁気平衡方式による高精度の検出を行うことができないという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁界強度が高い領域においても高精度の検出を行うことが可能な電流検出装置及び電流検出方法を提供することにある。

請求項１記載の電流検出装置によれば、いわゆる磁気平衡方式により電流検出を行うための第１磁気検出素子とは別に、被検出体の近傍に第２磁気検出素子を固定配置する。そして、制御手段は、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルに応じて駆動手段を制御し、被検出体と第１磁気検出部との間隔を変化させ、電流検出手段は、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルと磁界強度調整手段による調整結果とに応じて、すなわち磁気平衡方式により被検出体に流れる電流を検出する。したがって、被検出体に流れる電流量が多いため発生する磁界強度が強い場合でも、被検出体と第１磁気検出部との間隔を適宜変化させれば磁気平衡方式による電流検出が可能となるから、広い範囲に亘って高精度で検出を行うことができる。

請求項２記載の電流検出装置によれば、制御手段は、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが所定範囲内であれば被検出体と第１磁気検出部との間隔を初期状態のまま維持し、前記磁界レベルが所定範囲を下回ると両者の間隔を狭めるように、所定範囲を上回ると両者の間隔を拡げるように制御する。したがって、実際に流れる電流量が当初に想定した範囲であれば、被検出体と第１磁気検出部との間隔を当初に設定した状態のままで検出を行うことができる。そして、実際の電流量が当初に想定した範囲よりも少ない場合，想定範囲によりも多い場合の何れについても、被検出体と第１磁気検出部との間隔を適宜変化させて高精度の検出を行うように対応することができる。

請求項３記載の電流検出装置によれば、制御手段は、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルの大きさに応じて、被検出体と第１磁気検出部との間隔を初期状態より変化させるように制御する。したがって、実際の電流量−磁界レベルの大きさに応じて、被検出体と第１磁気検出部との間隔を適宜変化させ、高精度の検出を行うように対応することができる。

請求項４記載の電流検出装置によれば、制御手段は、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが所定の閾値を超えるまでは被検出体と第１磁気検出部との間隔を初期状態のままとし、前記磁界レベルが閾値を超えると両者の間隔を拡げるように制御する。したがって、検出対象とする電流の範囲を当初に比較的少ない範囲で想定し、その範囲について高精度で検出することを期待した場合に、実際の電流量がより多い場合には被検出体と第１磁気検出部との間隔を拡げることで、高精度で検出を行うことが可能となる。

請求項５記載の電流検出装置によれば、制御手段は、被検出体と第１磁気検出部との間隔を初期状態から拡げるように制御した後に、第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが前記閾値以下になると両者の間隔を初期状態に復帰させる。したがって、検出対象とする電流量が増減する場合でも対応することができる。

請求項６記載の電流検出装置によれば、検出用磁界発生手段は、第２磁気検出素子が磁界を検出する場合には検出用磁界の発生を停止させるので、第２磁気検出素子による磁界検出に検出用磁界が影響を及ぼすことを回避できる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、電流検出装置における検出部の構成を示す斜視図である。バスバー（被検出体）１は、例えば車載バッテリに接続される電源供給用の棒状導体であり、その近傍、すなわち図中におけるバスバー１の下方側には、ホール素子（第２磁気検出素子）及び周辺回路（信号処理回路や補正回路等）などが集積化された集積チップ（ホールＩＣ）で構成される電流センサ２が固定配置されている。

また、バスバー１の近傍には、上記電流センサ２と同様に構成される電流センサ３（第１磁気検出素子を含む）が配置されている。そして、電流センサ３を用いて磁気平衡方式による電流検出を行うため、バスバー１の図中下方側には、適宜の配線材（例えばアルミニウム）からなる帰還配線４（検出用磁界発生手段）が配置されている。磁気平衡方式では、帰還配線４に電流（帰還電流）を流すことで、バスバー１に流れる電流（被検出電流）により発生する磁界を、上記帰還電流により発生する磁界（検出用磁界）で打ち消すようにフィードバック制御し、その帰還電流量に基づいてバスバー１に流れる電流を検出する。

電流センサ３は、帰還配線４の上方側近傍に配置されており、バスバー１が発生させる磁界と帰還配線４が発生させる磁界との双方を検出することで、上記の磁気平衡方式におけるフィードバック制御に寄与するもので、電流センサ３及び帰還配線４は、電流検出部５（第１磁気検出部）を構成している。そして、本実施例では、図１ではイメージ的に示すように、バスバー１に対する電流検出部５の距離を図中の上下方向に変位させることが可能となっている。

図２は、図１の構成を正面側から見た断面で示すとともに、制御系並びに駆動系も併せてより具体的に示すものである。電流検出部５は、ステージ６に載置されており、そのステージ６は、モータ７及び駆動機構８（何れも駆動手段）を介して図中上下方向に変位可能となっている。電流センサ２及び３により出力されるセンサ信号は、マイクロコンピュータ等で構成される制御部９（磁界強度調整手段，制御手段，電流検出手段）に与えられている。また、制御部９は、帰還配線４に流す帰還電流量を制御すると共に、モータ７の制御も行うようになっている。

尚、ステージ６の初期位置（初期状態）は、バスバー１に流れる検出対象電流の量が所定範囲であることを想定し、その所定範囲については、電流センサ３を用いた磁気平衡方式による検出がステージ６を変位させることなく可能となる距離に設定されている。

次に、本実施例の作用について図３及び図４も参照して説明する。図３は、制御部９により実行される制御内容を示すフローチャートである。制御部９は、先ずバスバー１に対して固定配置されている電流センサ２によって、磁気比例方式による電流検出を行うと（ステップＳ１）、その検出結果が所定範囲内か否かを判断する（ステップＳ２）。前記「所定範囲」とは、上述したように、電流センサ３を用いた磁気平衡方式による電流検出がステージ６を変位させることなく可能となる範囲である。

電流センサ２の検出結果が所定範囲内、例えば図４（ａ）に示す被検出電流Ａ１〜Ａ１’の範囲内であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部９は、測定対象とするセンサを、電流センサ２から電流センサ３に切り替え（ステップＳ３）、電流センサ３を用いた磁気平衡方式により、バスバー１に流れる電流を高精度に検出する（ステップＳ４）。すなわち、帰還配線４に流す帰還電流量を調整し、電流センサ３の検出結果が「０」となった場合の帰還電流量に基づいてバスバー１に流れる電流量を検出する。

続いて、制御部９は、ステップＳ４で検出した電流値を、ステップＳ１において電流センサ２により検出した電流値により補正するが（ステップＳ５）、ここでの補正を要するのは後述するようにステップＳ７を実行した場合であり、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断した場合は補正が不要である。そして、ステップＳ５で補正した電流値を最終的な検出結果として出力するが（ステップＳ６）、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断した場合はステップＳ４における検出結果をそのまま採用する。

一方、ステップＳ２において、電流センサ２の検出結果が所定範囲外である場合、すなわち、所定範囲を上回るか下回った場合は（ＮＯ）、制御部９はモータ７を回転制御することで、電流検出部５を初期位置から変位させる（ステップＳ７）。つまり、電流センサ２の検出強度に応じて、電流センサ３を用いた磁気平衡方式による検出が適切な状態で可能となるように、ステージ６を上昇若しくは下降させる。それからステップＳ３に移行する。

具体的には、電流センサ２の検出結果が所定範囲を上回った場合は（図４（ａ）：被検出電流Ａ１’超）、ステージ６を下降させてバスバー１と電流検出部５との間隔を拡げ、電流センサ２の検出結果が所定範囲を下回った場合は（図４（ａ）：被検出電流Ａ１未満）、ステージ６を上昇させてバスバー１と電流検出部５との間隔を狭めるようにする。したがって、バスバー１に流れる電流量が当初に想定した範囲よりも多かった場合又は少なかった場合でも、バスバー１と電流検出部５との距離を調整することで、磁気平衡方式による検出を行うことができる（図４（ｂ）参照）。

そして、前述したように、ステップＳ７を実行した場合はステップＳ５において、磁気平衡方式による検出結果を、電流センサ２により検出した電流値に基づいて補正する。この時、電流センサ２により検出した電流値は、バスバー１と電流検出部５との距離を調整した結果に相当するので、電流センサ２による検出電流値に応じた補正値を予めデータテーブルとして保持しておくようにすれば、補正を容易に行うことができる。

以上のように本実施例によれば、磁気平衡方式により電流検出を行うための電流センサ３とは別に、バスバー１の近傍に電流センサ２を固定配置して、制御部９は、電流センサ２により検出される磁界レベル−電流値に応じてモータ７を制御し、バスバー１と電流検出部５との間隔を変化させ、電流センサ３により検出される磁界レベルと帰還電流の調整結果とに応じてバスバー１に流れる電流を検出するようにした。
したがって、バスバー１に流れる電流量が多いため発生する磁界強度が強い場合でも、バスバー１と電流検出部５との間隔を適宜変化させて磁気平衡方式による電流検出が可能となるので、広い範囲に亘って高精度の検出を行うことができる。すなわち、車両のバッテリに接続されるバスバー１に流れる電流は、一般に数ｍＡから数１００Ａ程度までと極めて広い範囲に亘り変化するので、そのようなアプリケーションに好適である。

より具体的には、制御部９は、電流センサ２に検出される電流値（磁界レベルに相当）が所定範囲内であればバスバー１と電流検出部５との間隔を初期状態のまま維持し、前記電流値が所定範囲を下回ると両者の間隔を狭めるように、所定範囲を上回ると両者の間隔を拡げるように制御する。したがって、実際にバスバー１に流れる電流量が当初に想定した範囲であれば、バスバー１と電流検出部５との間隔を当初に設定した状態のままで検出を行うことができる。そして、実際の電流量が当初に想定した範囲よりも少ない場合，想定範囲よりも多い場合の何れについても、バスバー１と電流検出部５との間隔を適宜変化させて高精度の検出を行うように対応できる。

（第２実施例）
図５乃至図７は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図５は図２相当図であるが、駆動系並びに制御系については図示を省略している。第２実施例では、電流検出部５の初期位置がバスバー１に最も接近させた状態に設定されている。そして、図６に示すフローチャートでは、ステップＳ２が削除されており、ステップＳ１を実行するとステップＳ７Ａに移行する。この場合、ステップＳ７Ａでは、制御部９は、ステップＳ１における電流センサ２の検出強度に応じてモータ７を回転制御することで、電流検出部５を初期位置から、バスバー１との距離が次第に離れるように変位させる。
その結果、図７に示すように、電流センサ２による検出範囲の全領域について、バスバー１と電流検出部５との距離が随時調整されることになり、実際の電流量−磁界レベルの大きさに応じて、高精度の検出を行うように対応することができる。

（第３実施例）
図８乃至図１０は本発明の第３実施例を示すものであり、第１，第２実施例と異なる部分について説明する。図８は図５相当図である。第３実施例では、電流検出部５の初期位置は、バスバー１に対して第１実施例のケースよりも接近させた状態に設定されている。そして、図９に示すフローチャートでは、ステップＳ２がステップＳ８に置き換わっており、ステップＳ１における電流センサ２の検出結果が所定の閾値を超えたか否かを判断する。

電流センサ２の検出結果が閾値以下であれば（ステップＳ８：ＮＯ）、電流検出部５を初期位置より変異させることなく（ステップＳ９）ステップＳ３に移行し、上記検出結果が閾値を超えていれば（ＹＥＳ）ステップＳ７Ａに移行する。その結果、図１０に示すように、電流センサ２による検出範囲において、閾値Ａ１までは電流検出部５を初期位置から変位させず、閾値Ａ１を超えると、そこから第２実施例と同様にバスバー１と電流検出部５との距離が随時調整されるようになり、実際の電流量−磁界レベルの大きさに応じて、高精度の検出を行うように対応することができる。また、一旦ステップＳ７Ａを実行した後、ステップＳ８において「ＮＯ」と判断した場合は、ステップＳ９では、電流検出部５を初期位置に復帰させることになる。

以上のように第３実施例によれば、制御部９は、電流センサ２により検出される電流値が所定の閾値を超えるまではバスバー１と電流検出部５との間隔を初期状態のままとし、前記電流値が閾値を超えると両者の間隔を拡げるように制御する。したがって、検出対象とする電流の範囲を当初に比較的少ない範囲で想定し、その範囲について高精度で検出することを期待した場合に、実際の電流量がより多い場合にはバスバー１と電流検出部５との間隔を拡げることで、高精度で検出を行うことが可能となる。
また、制御部９は、バスバー１と電流検出部５との間隔を初期状態から拡げるように制御した後に、電流センサ２により検出される電流値が閾値以下になると両者の間隔，位置関係を初期状態に復帰させるので、検出対象とする電流量が増減する場合でも対応することができる。

（第４実施例）
図１１は本発明の第４実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分について説明する。図１１に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１Ａでは、電流センサ２による電流検出を行う場合、制御部９は、帰還配線４に流す帰還電流を停止（ｏｆｆ）させる。これにより、帰還電流が発生させる逆方向磁界の影響が電流センサ２による検出に影響を及ぼすことを回避する。そして、ステップＳ７Ａを実行した後、ステップＳ３Ａにおいて、電流センサ２→電流センサ３に切り替えを行う場合に、帰還配線４に帰還電流を流すようにする（ｏｎ）。その後は、ステップＳ４〜Ｓ６を実行する。
以上のように第４実施例によれば、制御部９は、電流センサ２による電流検出を行う場合には、帰還電流の通電を停止させ検出用磁界の発生を停止させるので、その検出用磁界が影響を及ぼすことを回避できる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
ステップＳ５において補正を行う場合に、電流センサ２の検出結果に替えて、ステージ６の変位量を用いても良い。ステージ６の変位量は、電流センサ２の検出結果にそのまま対応するので、同様の結果を得ることができる。
電流検出部５を固定して、バスバー１側を変位させても良い。
第４実施例を、第１又は第３実施例に適用しても良い。
被検出体は、車両のバッテリに接続されるバスバー１に限ることはない。

本発明の第１実施例であり、電流検出装置における検出部の構成を示す斜視図 図１の構成を正面側から見た断面で示すと共に、制御系並びに駆動系も併せて示す図 制御部により実行される制御内容を示すフローチャート （ａ）は磁気比例方式用電流センサによる検出結果と電流検出部の変位状態との関係を示す図、（ｂ）磁気平衡方式による電流検出に対応する図 本発明の第２実施例を示す図２相当図 図３相当図 図４（ａ）相当図 本発明の第３実施例を示す図２相当図 図３相当図 図４（ａ）相当図 本発明の第４実施例を示す図３相当図

符号の説明

図面中、１はバスバー（被検出体）、２は電流センサ（第２磁気検出素子）、３は電流センサ（第１磁気検出素子）、４は帰還配線（検出用磁界発生手段）、５は電流検出部（第１磁気検出部）、６はステージ、７はモータ（駆動手段）、８は駆動機構（駆動手段）、９は制御部（磁界強度調整手段，制御手段，電流検出手段）を示す。

Claims (12)

1. 電流が流される被検出体の近傍に発生する磁界を打ち消すための磁界を発生させる検出用磁界発生手段と、
   前記被検出体の近傍に発生する磁界と前記検出用磁界発生手段により発生される磁界との双方を検出するように配置される第１磁気検出素子と、
   この第１磁気検出素子により検出される磁界レベルが「０」となるように、検出用磁界発生手段により発生させる磁界強度を調整する磁界強度調整手段と、
   前記被検出体と、前記検出用磁界発生手段及び前記第１磁気検出素子よりなる第１磁気検出部との間隔を変化させる駆動手段と、
   前記被検出体の近傍に固定配置され、磁界を検出する第２磁気検出素子と、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルに応じて、前記駆動手段を制御する制御手段と、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルと、前記磁界強度調整手段による調整結果とに応じて、前記被検出体に流れる電流を検出する電流検出手段とを備えたことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが所定範囲内であれば、前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態のままとし、
   前記磁界レベルが前記所定範囲を下回ると、前記間隔を狭めるように制御し、
   前記磁界レベルが前記所定範囲を上回ると、前記間隔を拡げるように制御することを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
3. 前記制御手段は、前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルの大きさに応じて、前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態より変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
4. 前記制御手段は、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが所定の閾値を超えるまでは前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態のままとし、
   前記磁界レベルが前記閾値を超えると前記間隔を拡げるように制御することを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
5. 前記制御手段は、前記間隔を前記初期状態から拡げるように制御した後に前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが前記閾値以下になると、前記間隔を前記初期状態に復帰させることを特徴とする請求項４記載の電流検出装置。
6. 前記検出用磁界発生手段は、前記第２磁気検出素子が磁界を検出する場合には、検出用磁界の発生を停止させることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電流検出装置。
7. 電流が流される被検出体の近傍に発生する磁界を打ち消すための磁界を発生させて、その検出用磁界と前記被検出体の近傍に発生する磁界との双方を磁気検出素子により検出し、前記磁気検出素子により検出される磁界レベルが「０」となるように前記検出用磁界の強度を調整した結果に基づいて、前記被検出体に流れる電流を検出する電流検出方法において、
   前記磁気検出素子を第１磁気検出素子として、前記被検出体の近傍に、もう１つの第２磁気検出素子を固定配置し、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルに応じて、前記被検出体と、前記検出用磁界を発生させる手段及び前記第１磁気検出素子よりなる第１磁気検出部との間隔を変化させ、
   前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルと、前記検出用磁界強度の調整結果とに応じて、前記被検出体に流れる電流を検出することを特徴とする電流検出方法。
8. 前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルの所定範囲内であれば、前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態のままとし、
   前記磁界レベルが前記所定範囲を下回ると、前記間隔を狭めるように制御し、
   前記磁界レベルが前記所定範囲を上回ると、前記間隔を拡げるように制御することを特徴とする請求項７記載の電流検出方法。
9. 前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルの大きさに応じて、前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態より変化させるように制御することを特徴とする請求項７記載の電流検出方法。
10. 前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが所定の閾値を超えるまでは、前記被検出体と前記第１磁気検出部との間隔を初期状態のままとし、
    前記磁界レベルが前記閾値を超えると前記間隔を拡げるように制御することを特徴とする請求項７記載の電流検出方法。
11. 前記間隔を前記初期状態から拡げるように制御した後に、前記第２磁気検出素子により検出される磁界レベルが前記閾値以下になると、前記間隔を前記初期状態に復帰させることを特徴とする請求項１０記載の電流検出方法。
12. 前記第２磁気検出素子が磁界を検出する場合には、検出用磁界の発生を停止させることを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載の電流検出方法。

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