JP5207085B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホール効果を利用して導体に流れる電流を検出する電流検出装置に関する。

近年、回転電機により駆動される電気自動車や、内燃機関及び回転電機により駆動されるハイブリッド自動車が実用化されている。このような自動車の駆動装置に利用される回転電機にはバスバーと呼ばれるような太く剛性の高い導体（銅やアルミニウムなどの金属導体）により電流が供給される。回転電機は、多くの場合、回転電機に流れる電流の検出結果に基づいてフィードバック制御される。この電流は、例えば、当該電流により発生する磁束をホール素子などの磁気検出素子で検出して電流値を求める電流センサによって測定される。磁束は右ネジの法則により、電流路を周回するように発生する。そこで、環状に形成された磁性体の集磁コアの中に電流路となる導体を通して、当該電流路を流れる電流によって発生する磁束を当該集磁コアにより集磁することによって検出精度の向上が図られてきた。例えば、３相交流回転電機では複数相の電流路を有するため、電流を検出する対象となる対象バスバー以外のバスバーを流れる電流による磁束も発生し、磁気干渉を生じる。しかし、集磁コアを設けることによって、このような磁気干渉も抑制できる。

一方、自動車自体に小型化、低コスト化が求められることにも相まって、電流センサも小型化、省部品化、低コスト化などの要請を受け、バスバーを周回する集磁コアを用いないコアレス電流センサが実用化されてきている。特開２００４−６１２１７号公報（特許文献１）には、このようなコアレス電流センサの一例が紹介されている。しかし、コアレス電流センサの場合には、対象バスバー以外のバスバーを流れる電流により発生する磁束に起因する磁気干渉を避ける対策が必要である。例えば、特開２００６−１１２９６８号公報（特許文献２）には、以下のようなコアレス電流センサ（電流検出装置）の構成が開示されている。この電流検出装置は、例えば３本の互いに平行に配置されたバスバーを対象のバスバーとし、各バスバーに流れる電流を検出する３つの電流センサを備えている。また、電流検出装置は、各バスバーに装着される磁気シールドを備えている。そして、平行に配置された３本のバスバー上において、３つの電流センサは各バスバーに沿って交互にずれた位置に配設されている。また、各バスバーに装着される磁気シールドも同様に、各バスバーに沿って交互にずれた位置に配置されている。これら複数の磁気シールドと複数の電流センサの配置はいわゆる千鳥格子配置となっており、これにより隣接バスバーから電流センサへの磁気干渉を避けることができる構成となっている。

特開２００４−６１２１７号公報（第２，３，１９段落、図２等） 特開２００６−１１２９６８号公報（第３６−４１段落、図２，３等）

しかし、上記特許文献２に記載された電流検出装置では、各バスバーに磁気シールドを設けることが必要である。このため、装置の構成がその分複雑になるとともに製造工程が増加し、製造コストが上昇するという問題がある。

従って、複数のバスバーが並列配置されている場合に、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係る電流検出装置の特徴構成は、
並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも１つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、
前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、
前記隣接バスバーは、前記磁束検出平面に対する直交方向一方側である第１方向側に配置されて前記磁束検出平面に平行な第１延在方向へ延在する第１延在部と、前記第１延在部の前記第１延在方向における一方の端部において前記第１方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第２延在方向へ延在する第２延在部とを有して構成され、
前記対象バスバーの前記検出部位が、前記第１延在方向において前記第１延在部と重複する重複位置に設定されている点にある。ここで、「直交状態」とは、直交から±４５°までのずれを含む交差状態を指すものである。また、ある方向において「重複」とは、当該方向の配置に関して２つの対象（部材）が同じ位置となる部分を少なくとも一部に有することを指すものである。

この特徴構成によれば、共に隣接バスバーを流れる電流により生じる磁界である、磁束検出平面に平行な第１延在方向へ延在する第１延在部を流れる電流により生じる磁界と、磁束検出平面と交差する第２延在部を流れる電流により生じる磁界とが、センサ部において互いに打ち消し合う。つまり、電流が流れる方向が異なる第１延在部と第２延在部とに基づく磁束密度が相殺されることによって、センサ部における磁気干渉が抑制される。隣接バスバー及び対象バスバーに特別な磁気シールドを設けることもなく、また、対象バスバーを周回する集磁コアを設けることもない。単に隣接バスバーの延在方向における形状を規定し、隣接バスバーに対する対象バスバーの検出部位の位置関係を規定することで、センサ部における磁気干渉が抑制される。即ち、本特徴構成によって、複数のバスバーが並列配置されている場合であっても、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが可能となる。

また、本発明に係る電流検出装置は、前記第１延在部及び前記第２延在部を有して構成される前記隣接バスバーが、前記第１延在部の前記第１延在方向における他方の端部において前記磁束検出平面に対する直交方向他方側である第２方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第３延在方向へ延在する第３延在部を更に有し、前記重複位置が、前記第１延在部の前記第１延在方向中間位置よりも前記第３延在部側に配置されていると好適である。上述したように、磁束検出平面に平行する第１延在部に基づく磁界と、磁束検出平面と交差する第２延在部に基づく磁界とが、センサ部において互いに打ち消し合うのでセンサ部における磁気干渉が抑制される。一方、第２延在部と同様に磁束検出平面と交差する第３延在部に基づく磁界は、センサ部において第１延在部に基づく磁界と同方向の成分を有する。しかし、対象バスバーの検出部位が隣接バスバーの第１延在部と重複する重複位置が第１延在方向中間位置よりも第３延在部側に配置されているので、センサ部における磁束（第３延在部に基づく磁束）の方向が磁束検出方向と為す角度が直角に近くなり、センサ部に与える影響は少ない。一方、第２延在部はセンサ部から遠くなるので、センサ部における磁束の方向は磁束検出方向に近いものとなる。その結果、センサ部において第２延在部に基づく磁束が第１延在部に基づく磁束を打ち消す成分の割合が増加して、磁気干渉が抑制される。また、第３延在部、第１延在部、第２延在部と続く隣接バスバーは、階段状となり、他の部材を迂回してバスバーを配線する際などにおいても空間を有効に活用することが可能である。

また、本発明に係る電流検出装置は、前記第１延在部及び前記第２延在部を有して構成される前記隣接バスバーが、前記第１延在部の前記第１延在方向における他方の端部において前記第１方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第３延在方向へ延在する第３延在部を更に有し、前記重複位置が、前記第１延在部の前記第１延在方向中間位置に配置されていると好適である。これによれば、磁束検出平面に平行する第１延在部に基づく磁界と、磁束検出平面と交差する第２延在部及び第３延在部に基づく磁界とが、センサ部において互いの磁界の磁束を打ち消し合うのでセンサ部における磁気干渉が抑制される。即ち、第２延在部及び第３延在部の双方に基づく磁界を利用して第１延在部に基づく磁界を抑制することができるので、より確実に磁界を相殺させることができる。また、対象バスバーの検出部位が隣接バスバーの第１延在部と重複する重複位置が第１延在方向中間位置に配置されているので、第２延在部及び第３延在部に基づく磁界をほぼ均等に利用でき、ベクトル解析も容易である。また、隣接バスバーは、例えば直線状のバスバーにおいて、第２延在部及び第３延在部を脚とし、第１延在部を台とした台状に形成することができるので、改良や生産も容易である。

ここで、前記第１延在方向と前記第２延在方向とが直交すると好適である。あるいは、前記検出部位延在方向と前記第１延在方向とが互いに平行であると好適である。当然ながら、前記第１延在方向と前記第２延在方向とが直交し、且つ、前記検出部位延在方向と前記第１延在方向とが互いに平行であってもよい。第１延在方向に延在する第１延在部と、第２延在方向に延在する第２延在部とを流れる電流に基づく磁界のベクトル解析が容易となり、磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築できる。また、バスバーを配置する空間も有効に活用することができる。特に、３本以上のバスバーが用いられる際には、配置が複雑化せず、空間を有効に活用することができる。

また、前記複数のバスバーが、互いに同一形状であると好適である。各バスバーを流れる電流に応じて発生する各磁界が同様のものとなるので、ベクトル解析により磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築することができる。また、複数のバスバーが同一形状であることにより、バスバーの部材コストを低減することができる。

また、前記対象バスバーの前記検出部位が、前記磁束検出平面に対して前記第１方向側に配置されていると好適である。検出部位が、磁束検出平面に対して第１方向側に配置されていると、磁束検出平面の一方側において、対象バスバーと隣接バスバーとが隣接配置されることとなるので、複数のバスバーを効率的に配列することができる。

回転電機の駆動装置の構成例を模式的に示す図 対象バスバーとセンサ部との位置関係の一例を模式的に示す斜視図 対象バスバーの検出部位における磁束検出原理を説明する図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す斜視図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す断面図 第１構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第１構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す図 第１構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 第２構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第２構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す側面図 第２構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 図１１のベクトル図の拡大図 第３成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第３構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す側面図 第３構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 図１５のベクトル図の拡大図 第４構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第４構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 導体を周回する集磁コアを用いた電流検出の原理を模式的に示す斜視図

以下、本発明の実施形態を交流回転電機の駆動電流（発電電流）を検出する電流検出装置を例として説明する。図１に示すように、本実施形態においては、電流検出装置１は、３相交流により駆動される回転電機ＭＧの駆動装置２０に適用される。電流検出装置１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相それぞれの駆動電流（発電電流）が流れるバスバー（導体）２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの近傍に設置される。バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、回転電機ＭＧが電動機として機能する際に駆動電流を供給し、発電機として機能する際に発電電流を回生する。尚、以下の説明において単にバスバー２というときは、Ｕ相バスバー２Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖ、Ｗ相バスバー２Ｗの全てを総称するものとする。

図１に示すように、駆動装置２０は、制御ユニット１１、ドライバ回路１２、回転検出装置１３、直流電源１４、平滑コンデンサ１５、インバータ１６を備えて構成される。直流電源１４は、バッテリ等の充電可能な二次電池である。駆動装置２０は、直流電源１４の直流電力を所定周波数の三相交流に変換して回転電機ＭＧに供給する。また、駆動装置２０は、回転電機ＭＧにより発電された交流電力を直流に変換して直流電源１４に供給する。回転検出装置１３は、レゾルバ等により構成され、回転電機ＭＧの回転速度及びロータの回転位置の検出信号を制御ユニット１１に出力する。平滑コンデンサ１５は、直流電源１４の正極端子と負極端子との間に並列に接続されており、直流電源１４の電圧を平滑化する。

インバータ１６は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる。インバータ１６は、回転電機ＭＧの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相）のそれぞれに対応するＵ相レッグ１７Ｕ、Ｖ相レッグ１７Ｖ、及びＷ相レッグ１７Ｗを備えている。各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗは、それぞれ直列に接続された上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａと下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂとにより構成される１組２個のスイッチング素子を備えている。各ＩＧＢＴ１８Ａ、１８Ｂには、それぞれフライホイールダイオード１９が並列接続されている。

Ｕ相レッグ１７Ｕは、Ｕ相バスバー２Ｕを介して回転電機ＭＧのＵ相コイルに接続され、Ｖ相レッグ１７Ｖは、Ｖ相バスバー２Ｖを介して回転電機ＭＧのＶ相コイルに接続され、Ｗ相レッグ１７Ｗは、Ｗ相バスバー２Ｗを介して回転電機ＭＧのＷ相コイルに接続されている。この際、各バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、各相レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａのエミッタと下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂのコレクタとの間と回転電機ＭＧの各相コイルとの間を電気的に接続する。各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａのコレクタは、直流電源１４の正極端子に接続され、各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂのエミッタは、直流電源１４の負極端子に接続される。

インバータ１６は、ドライバ回路１２を介して制御ユニット１１に接続されており、制御ユニット１１が生成する制御信号に応じてスイッチング動作する。制御ユニット１１は、不図示のマイクロコンピュータ１などの論理回路を中核とするＥＣＵ（electronic control unit）として構成される。回転電機ＭＧが車両の駆動装置である場合などでは、直流電源１４は高電圧であり、インバータ１６の各ＩＧＢＴ１８Ａ，１８Ｂは、高電圧をスイッチングすることになる。このように、高電圧をスイッチングするＩＧＢＴのゲートに入力されるパルス状のゲート駆動信号のハイレベルとローレベルとの電位差は、マイクロコンピュータなどの一般的な電子回路の動作電圧よりも遥かに高い電圧である。従って、ゲート駆動信号は、ドライバ回路１２を介して電圧変換や絶縁された後、インバータ１６の各ＩＧＢＴ１８Ａ，１８Ｂに入力される。

インバータ１６は、回転電機ＭＧが電動機として機能する際（力行動作する際）、直流電源１４からの直流電力を所定の周波数及び電流値の三相交流電力に変換して回転電機ＭＧに供給する。また、インバータ１６は、回転電機ＭＧが発電機として機能する際（回生動作する際）、回転電機ＭＧにより発電された三相交流電力を直流電力に変換して直流電源１４に供給する。回転電機ＭＧは、制御ユニット１１により所定の出力トルク及び回転速度に制御される。この際、回転電機ＭＧのステータコイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）に流れる電流の値が制御ユニット１１にフィードバックされる。そして、制御ユニット１１は、目標電流との偏差に応じてＰＩ制御（比例積分制御）やＰＩＤ制御（比例微積分制御）を実行して回転電機ＭＧを制御する。このため、インバータ１６の各相レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗと回転電機ＭＧの各相コイルとの間に設けられた各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを流れる電流値が、電流検出装置１により検出される。

本実施形態においては、電流検出装置１は、３本のバスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの全てに対して配置されるセンサ部６を有して構成される。すなわち、この電流検出装置１は、Ｕ相バスバー２Ｕの電流を検出するためのＵ相センサ部６Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖの電流を検出するためのＶ相センサ部６Ｖ、及びＷ相バスバー２Ｗの電流を検出するためのＷ相センサ部６Ｗを備えている。各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、検出対象の各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに流れる電流によって発生する磁界の磁束密度を検出し、当該検出した磁界の磁束密度に応じた検出信号を出力する。バスバー２に流れる電流により発生する磁界における所定位置の磁束密度は、当該バスバー２に流れる電流の大きさに比例する。従って、各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを利用して、各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに流れる電流値を検出することができる。本実施形態において、制御ユニット１１は電流検出装置１としても機能し、各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにより検出された磁束密度に基づいて、電流値を演算する。当然ながら、センサ部６と共に各相に演算回路が設けられ、相ごとに独立して求められた電流値が制御ユニットに入力される形態であってもよい。また、３相各相の電流は平衡しており瞬時値はゼロであるから、２相のみの電流値を検出する構成であっても構わない。

各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗと各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗとの配置、及び各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの構成については、同様であるため、以下、適宜単にバスバー２及びセンサ部６として説明する。センサ部６には、図１９に示すような集磁コア３０、つまりバスバーなどの導体２Ａを周回し、磁束を集める磁性体の集磁コア３０は設置されない。この集磁コア３０は、ギャップを有した断面Ｃ字状の磁性体コアであり、導体２Ａを流れる電流によって発生する磁束を収束させてギャップの間に設置したセンサ部６Ａに導くものである。従って、本実施形態の電流検出装置１は、センサ部６が導体を周回する集磁コアを備えることなく設置される、いわゆるコアレス型の電流検出装置である。尚、磁束の方向を変更したり、磁束を局所的に集中させたりする磁性体をホール素子などと共に一体化したセンサデバイスも実用化されている。しかし、このようなセンサデバイスをセンサ部６として用いた場合であっても、導体を周回する集磁コアを用いなければ、ここではコアレス型の電流検出装置として扱うものとする。

センサ部６は、集磁コアを備えないコアレス型の磁界検出センサにより構成されている。このような磁界検出センサは、例えば、ホール素子、ＭＲ（磁気抵抗効果）素子、ＭＩ（磁気インピーダンス）素子等の各種の磁気検出素子を用いて構成される。これらの磁気検出素子は、図２に示すように、周辺に集磁コアを備えない状態でバスバー２の近傍に配置される。また、センサ部６は、このような集磁コア以外にも、検出対象となるバスバー２（対象バスバー３）が発生させる磁界以外の外部磁界に対するシールドを備えていない。本実施形態においては、センサ部６は、ホール素子と、当該ホール素子の出力を少なくともインピーダンス変換するバッファアンプとが集積された集積回路（ＩＣ）チップとして構成される。ＩＣチップにより構成されたセンサ部６は、本実施形態においては図３に示すように、基板６ａに実装されてバスバー２の近傍に設置される。図２及び図３においては、省略しているが、基板６ａと制御ユニットとは、センサ部６を駆動する電源線及びセンサ部６による検出値を伝達する信号線で接続される。

本実施形態において、センサ部６としてのＩＣチップは、図２及び図３に示すように、ＩＣチップのチップ面に対して平行な磁束、ここでは、バスバー２の断面の長辺側に位置する延在面に対して平行な磁束を検出可能な構成である。つまり、センサ部６は、所定の磁束検出方向Ｓの磁束密度Ｂを検出するように構成されている。バスバー２を流れる電流は交流電流であるから、磁束検出方向Ｓは、図２及び図３に示すように互いに逆向きの２方向を含む。つまり、磁界検出方向Ｓは、一本の直線に平行な方向であって、当該直線の一方端側へ向かう方向と他方端側へ向かう方向の双方が含まれる。図３では、理解を容易にするために、電流Ｉが紙面の裏から表に向かう場合の磁力線Ｈを例示し、その場合の磁束密度Ｂを例示している。このように、センサ部６は所定の磁束検出方向Ｓの磁束密度Ｂを検出するので、対象バスバー３の検出部位３Ｓの近傍に、磁束検出方向Ｓと検出部位３Ｓでの対象バスバー３の延在方向である検出部位延在方向Ｌとが直交状態となるように配置される。本明細書並びに特許請求の範囲において、直交状態とは、直交から±４５°以内のずれを許容する。尚、検出部位延在方向Ｌに平行であって磁束検出方向Ｓを含む平面を磁束検出平面Ｐと称する。

上述したように、センサ部６は、対象バスバー３に流れる電流Ｉ（Ｉ１）を検出するために、電流Ｉが流れることによって発生する磁界Ｈの磁束密度Ｂを検出する。当然ながら、バスバー２に近いほど磁界は強く、磁束密度Ｂも大きいので、センサ部６は、バスバー２の近傍に配置される。耐温度性能や耐振動性能などが満足されるのではあれば、センサ部６はバスバー２に接する状態で設置されてもよい。本実施形態では、図２及び図３に示すように、センサ部６は、バスバー２から所定距離（ｈ）だけ離間した状態で、検出中心位置が、バスバー２の断面の長辺側の中央にほぼ一致するように配置される。また、センサ部６は、磁束検出方向Ｓと検出部位延在方向Ｌとが直交状態となるように配置されている。バスバー２の延在方向Ｌは、電流Ｉの流通方向に相当するため、センサ部６において強い磁束が得られる。図３に示すように、対象バスバー３の中心（電流Ｉの中心）とセンサ部６の中心（ホール素子の中心）との距離をｈ、バスバー２の断面の長手側（センサ部６との対向面側）の長さをＷとする。バスバー２を電流Ｉ［Ａ］が流れるとき、センサ部６の中心での磁束密度Ｂ［Ｔ＝Ｗｂ／ｍ^２］は、真空の透磁率をμ_０［Ｈ／ｍ＝Ｗｂ／Ａ・ｍ］として、以下の式で示される。

次に、センサ部６に対する複数のバスバー２の配置構成について説明する。上記のとおり、電流検出装置１の各センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、検出対象の各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに電流Ｉが流れることによって発生する磁界の磁束を検出する。この際、各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは互いに並列配置されているため、一つの相のセンサ部６は、当該相のバスバー２（対象バスバー３）から発生する磁界Ｈの磁束密度だけでなく他の相のバスバー２から発生する磁界の磁束も検出する場合がある。例えば、Ｖ相バスバー２ＶがＵ相バスバー２ＵとＷ相バスバー２Ｗとに両側から挟まれて配置されている場合、Ｖ相センサ部６Ｖは、本来はＶ相バスバー２Ｖを流れる電流による磁束密度だけを検出すべきところ、Ｕ相バスバー２Ｕ及びＷ相バスバー２Ｗのそれぞれを流れる電流による磁束密度も検出する場合がある。その場合、Ｖ相センサ部６Ｖにより検出されるＶ相バスバー２Ｖの電流値には、Ｕ相バスバー２Ｕ及びＷ相バスバー２Ｗのそれぞれから発生する磁界の磁束密度も検出することによる誤差が含まれることになる。各センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにより検出される電流値の検出精度を高めるためには、対象バスバー３としての各バスバー２が隣接する他のバスバー２（隣接バスバー４）からの磁界の影響を受けにくい構成とする必要がある。

図４及び図５は、対象バスバー３における磁束密度Ｂの検出に対する隣接バスバー４の磁界Ｈ１の影響を示す説明図である。ここでは、対象バスバー３と隣接バスバー４との区別を容易にするために、対象バスバー３となるバスバー２にのみセンサ部６を配置して図示する。以下の説明においては、Ｕ相バスバー２Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖ、及びＷ相バスバー２Ｗの相違は特に関係がない。従って、理解を容易にするために、構成を単純化し、対象バスバー３と隣接バスバー４との２本が並列配置されているものとして説明する。当然ながら、各バスバー２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、それぞれがセンサ部６を備えているために対象バスバー３となり得る。また、複数のバスバー２の内の対象バスバー３に隣接して配置されたバスバー２は、隣接バスバー４となる。

図５に示すように、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２による磁界Ｈ１は、対象バスバー３のセンサ部６においてベクトル量Ｂ１の磁束密度を有する。上述したようにセンサ部６は、所定の磁束検出方向Ｓの磁束を検出するので、磁束密度Ｂ１の内、ベクトル分解により磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル量の磁束密度Ｂ１ｓが対象バスバー３のセンサ部６に影響を与えることになる。つまり、磁束密度Ｂ１ｓが磁気干渉の原因となる外乱磁束密度である。本発明に係る電流検出装置１は、隣接バスバー４の形状、配置、姿勢など、センサ部６や対象バスバー３の検出部位３ｓに対する幾何学的な関係を適切に設定することにより、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２による外乱磁束密度を抑制し、対象バスバー３の磁束密度Ｂを高精度に検出することを可能とする。即ち、そのような高精度な磁束密度Ｂの検出を実現するためのセンサ部６や対象バスバー３の検出部位３ｓに対する隣接バスバー４の幾何学的な関係の設定に本発明の特徴がある。

〔第１構成例〕
図６〜図８を利用して、第１構成例について説明する。図６は、対象バスバー３と隣接バスバー４との位置関係を示す斜視図である。図７は、図６の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Ｐに対する隣接バスバー４の形状を示す。図８は、図６を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度（例えば上述した磁束密度Ｂ１ｓ）の抑制効果を示すベクトル解析図である。

隣接バスバー４は、互いに異なる方向へ延在する第１延在部４１と第２延在部４２とを有して構成される。第１延在部４１は、磁束検出平面Ｐに対する直交方向一方側である第１方向Ｄ１の側に配置されて磁束検出平面Ｐに平行な第１延在方向Ｌ１へ延在する。第２延在部４２は、第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１における一方の端部４１ａにおいて第１方向Ｄ１の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Ｐに対して交差する第２延在方向Ｌ２へ延在する。また、対象バスバー３の検出部位３ｓは、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において第１延在部４１と重複する重複位置ＯＬに設定されている。本明細書及び特許請求の範囲において、「ある方向において『重複』」とは、当該方向の配置に関して２つの対象（部材や部材中の場所）が同じ位置となる部分を少なくとも一部に有することを指すものである。即ち、対象バスバー３の検出部位３ｓと隣接バスバー４の第１延在部４１とが、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において同じ位置となる部分を少なくとも一部に有することをいう。本例では、図６及び図７に示すように、対象バスバー３の検出部位３ｓを含む延在部と隣接バスバー４の第１延在部４１とは、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において重複している。

理解を容易にするために、本例においては、第２延在部４２の延在方向（第２延在方向Ｌ２）が磁束検出平面Ｐに対して直交状態であるとする。第２延在部４２の一点において、流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２が広がる面は、磁束検出平面Ｐに基本的に平行となる。また、当該磁界Ｈ２が広がる面は、第２延在方向Ｌ２にもある程度の広がり（傾き）を有する。従って、図８に示すように、第２延在部４２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２は、対象バスバー３のセンサ部６においてベクトル量Ｂ２の磁束密度を有する。上述したようにセンサ部６は、所定の磁束検出方向Ｓの磁束を検出するので、磁束密度Ｂ２の内、ベクトル分解により磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル量の磁束密度Ｂ２ｓが対象バスバー３のセンサ部６に影響を与える。図８に示すように、この磁束密度Ｂ２ｓは、上述した外乱磁束密度Ｂ１ｓと１８０°方向が異なるベクトル量である。従って、磁束密度Ｂ２ｓにより外乱磁束密度Ｂ１ｓは相殺される。即ち、隣接バスバー４からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー３の電流Ｉ１（Ｉ）が高精度に検出可能となる。

尚、センサ部６の具体的な配置位置については、例えば対象バスバー３に電流Ｉ１を流さずに隣接バスバー４に電流Ｉ２を流した際にセンサ部６が検出する磁束密度が最も小さくなる位置を実験的に求めると好適である。この際、センサ部６が検出する磁束密度がゼロであれば、センサ部６が隣接バスバー４から受ける影響を完全に無くすことができる。しかし、隣接バスバー４による影響を完全にゼロにしなくても、大きく抑制することができれば、本発明の趣旨は充分に達成される。これは、以下に示す他の構成例においても同様である。

〔第２構成例〕
図９〜図１２を利用して、第２構成例について説明する。図９は、対象バスバー３と隣接バスバー４との位置関係を示す斜視図である。図１０は、図９の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Ｐに対する隣接バスバー４の形状を示す。図１１は、図９を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度（例えば上述した磁束密度Ｂ１ｓ）の抑制効果を示すベクトル解析図である。また、図１２は、図１１のベクトル解析図の拡大図である。

隣接バスバー４は、第１構成例において上述した２つの延在部（互いに異なる方向へ延在する第１延在部４１と第２延在部４２）に加え、さらに第３延在部４３を有して構成される。上述したように、第２延在部４２は、第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１における一方の端部４１ａにおいて第１方向Ｄ１の側へ向けて屈曲される。第３延在部４３は、第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１における他方の端部４１ｂにおいて磁束検出平面Ｐに対する直交方向の他方側である第２方向Ｄ２の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Ｐに対して交差する第３延在方向Ｌ３へ延在する。第１延在方向Ｌ１と第２延在部４２の第２延在方向Ｌ２とが直交し、第１延在方向Ｌ１と第３延在部４３の第３延在方向Ｌ３とが直交する場合には、第２延在方向Ｌ２と第３延在方向Ｌ３とは平行状態となる。第２延在方向Ｌ２と第３延在方向Ｌ３とは、端部４１ａ，４１ｂからの延進方向が１８０°反転した同一の方向となる。

第１構成例と同様に、対象バスバー３の検出部位３ｓは、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において第１延在部４１と重複する重複位置ＯＬに設定されている。但し、第２構成例では、重複位置ＯＬが、第１延在部４１の第１延在方向中間位置Ｃよりも第３延在部４３の側に配置されている。

理解を容易にするために、本例においては、第２延在部４２及び第３延在部４３の延在方向（第２延在方向Ｌ２及び第３延在方向Ｌ３）が磁束検出平面Ｐに対して直交状態であるとする。第２延在部４２及び第３延在部４３を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２及びＨ３の広がる面は、共に磁束検出平面Ｐに基本的に平行となるが、第２延在方向Ｌ２及び第３延在方向Ｌ３にもある程度の広がりを有する。第１構成例と同様に、両延在部４２，４３を流れる電流によって生じる磁界Ｈ２，Ｈ３が対象バスバー３のセンサ部６に与える影響は、図１１及び図１２に示すように同じ平面におけるベクトル図を用いて考察することができる。

上述したように、対象バスバー３の検出部位３ｓは、第３延在部４３に近い側に配置されている。従って、第２延在部４２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２の中心からセンサ部６までの距離は、第３延在部４３を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ３の中心からセンサ部６までの距離に比べて長くなる。磁界Ｈ２は、図１１及び図１２に示すように、対象バスバー３のセンサ部６においてベクトル量Ｂ２の磁束密度を有する。この磁束密度Ｂ２の方向は、磁界Ｈ２の中心からセンサ部６までの距離が離れることによって、上記第１構成例に比べて磁束検出方向Ｓに近づく。従って、ベクトル分解により得られる磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ２ｓの割合が増加する。センサ部６までの距離が離れることによって、磁束密度Ｂ２の大きさは減少するが、磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ２ｓの割合が増加することで減少分を補うことが可能である。

第３延在部４３を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ３の中心からセンサ部６までの距離は、磁界Ｈ２の中心からの距離よりも近い。このため、磁界Ｈ３は、図１１及び図１２に示すように、対象バスバー３のセンサ部６において磁界Ｈ２の磁束密度Ｂ２よりも大きいベクトル量の磁束密度Ｂ３を有する。また、磁束密度Ｂ３の磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ３ｓの方向は、第１延在部４１を流れる電流Ｉ２による磁界Ｈ１の磁束密度Ｂ１の同ベクトル成分Ｂ１ｓと同方向である。従って、上述した外乱磁束密度（Ｂ１ｓ）を増加させることになり、あるいは外乱磁束密度（Ｂ１ｓ）を相殺させる磁束密度Ｂ２のベクトル成分Ｂ２ｓを減少させることになる。しかし、センサ部６が第３延在部４３に近い側に配置されているので、磁束密度Ｂ３のベクトルの方向が磁束検出方向Ｓと為す角度は、垂直に近い。このため、磁束密度Ｂ３の絶対値は大きくても、磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ３ｓの大きさは小さくなる。従って、外乱磁束密度の主成分である磁束密度Ｂ１のベクトル成分Ｂ１ｓや、ベクトル成分Ｂ１ｓを相殺させる磁束密度Ｂ２のベクトル成分Ｂ２ｓに与える影響も小さくなる。

図１２の拡大されたベクトル解析図に示すように、外乱磁束密度の主成分である磁束密度Ｂ１のベクトル成分Ｂ１ｓは、磁束密度Ｂ２及びＢ３の合成ベクトルの磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分（Ｂ２ｓ−Ｂ３ｓ）により、良好に抑制される。即ち、隣接バスバー４からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー３の電流Ｉ１（Ｉ）が高精度に検出可能となる。

〔第３構成例〕
図１３〜図１６を利用して、第３構成例について説明する。図１３は、対象バスバー３と隣接バスバー４との位置関係を示す斜視図である。図１４は、図１３の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Ｐに対する隣接バスバー４の形状を示す。図１５は、図１３を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度（例えば上述した磁束密度Ｂ１ｓ）の抑制効果を示すベクトル解析図である。また、図１６は、図１３のベクトル解析図の拡大図である。

第３構成例では、隣接バスバー４は、第１構成例において上述した２つの延在部（互いに異なる方向へ延在する第１延在部４１と第２延在部４２）に加え、さらに第３延在部４３を有して構成される。この第３延在部４３は、上述した第２構成例とは異なる方向へ延在する。上述したように、第２延在部４２は、第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１における一方の端部４１ａにおいて第１方向Ｄ１の側へ向けて屈曲される。第３延在部４３は、第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１における他方の端部４１ｂにおいて、第２延在部４２と同様に第１方向Ｄ１の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Ｐに対して交差する第３延在方向Ｌ３へ延在する。第１延在方向Ｌ１と第２延在部４２の第２延在方向Ｌ２とが直交し、第１延在方向Ｌ１と第３延在部４３の第３延在方向Ｌ３とが直交する場合には、第２延在方向Ｌ２と第３延在方向Ｌ３とは平行状態となり、且つ端部４１ａ，４１ｂからの延進方向を含めて同一の方向となる。

第１構成例と同様に、対象バスバー３の検出部位３ｓは、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において第１延在部４１と重複する重複位置ＯＬに設定されている。但し、第３構成例では、重複位置ＯＬが、第１延在部４１の第１延在方向中間位置Ｃに配置されている。当然ながら、厳密な中間位置である必要はなく、バスバー２の寸法公差や、センサ部６を構成するＩＣチップの寸法公差、ＩＣチップが実装される基板６ａの寸法公差、基板６ａとバスバー２との相対的な組立公差等を考慮した実用的な公差の範囲内であれば問題はない。

理解を容易にするために、本例においては、第２延在部４２及び第３延在部４３の延在方向（第２延在方向Ｌ２及び第３延在方向Ｌ３）が磁束検出平面Ｐに対して直交状態であるとする。第２延在部４２第及び３延在部４３を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２及びＨ３の広がる面は、共に磁束検出平面Ｐに基本的に平行となるが、第２延在方向Ｌ２及び第３延在方向Ｌ３にもある程度の広がりを有する。第１構成例及び第２構成例と同様に、両延在部４２，４３を流れる電流によって生じる磁界Ｈ２，Ｈ３が対象バスバー３のセンサ部６に与える影響は、図１５及び図１６に示すように、同じ平面におけるベクトル図を用いて考察することができる。

上述したように、重複位置ＯＬは、第１延在部４１の第１延在方向中間位置Ｃに配置されている。従って、第２延在部４２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２の中心からセンサ部６までの距離と、第３延在部４３を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ３の中心からセンサ部６までの距離とは、ほぼ同一となる。このため、対象バスバー３のセンサ部６における磁界Ｈ２の磁束密度Ｂ２の絶対値と磁界Ｈ３の磁束密度Ｂ３の絶対値とは、ほぼ同じ値となる。また、センサ部６において、磁束密度Ｂ２及びＢ３の磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ２ｓ及びＢ３ｓの方向は、第１延在部４１を流れる電流Ｉ２による磁界Ｈ１の磁束密度Ｂ１の同ベクトル成分Ｂ１ｓと逆方向である。

従って、磁束密度Ｂ２と磁束密度Ｂ３との合成ベクトルの磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分（Ｂ２ｓ＋Ｂ３ｓ）は、磁束密度Ｂ１の磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ１ｓ（外乱磁束密度）を打ち消す方向の磁束密度となる。図１６の拡大されたベクトル解析図に示すように、外乱磁束密度の主成分である磁束密度Ｂ１のベクトル成分Ｂ１ｓは、磁束密度Ｂ２及びＢ３の合成ベクトルの磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分（Ｂ２ｓ＋Ｂ３ｓ）により、良好に抑制される。即ち、隣接バスバー４からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー３の電流Ｉ１（Ｉ）が高精度に検出可能となる。

〔第４構成例〕
上述した各構成例では、理解を容易にするために対象バスバー３と隣接バスバー４とがほぼ平行状態である場合を例として説明した。つまり、検出部位延在方向Ｌと第１延在方向Ｌ１とが互いに平行である場合を例として説明した。しかし、対象バスバー３と隣接バスバー４とは、図１７の斜視図及び図１８の上面図に示すように斜めに配置されていてもよい。この第４構成例は、第１構成例に対応し、対象バスバー３と隣接バスバー４との配置を平行状態から斜めにしたものである。図１７は図６に対応し、図１８は図８に対応する。

図１８に示すように、第４構成例においても、隣接バスバー４の第１延在部４１を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ１がセンサ部６に影響を与える。幾何学的な関係が異なるため、ベクトル分解により分配される割合は第１構成例とは異なるが、センサ部６における磁界Ｈ１の磁束密度Ｂ１の磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ１ｓは、外乱磁束密度となる。同様に、隣接バスバー４の第２延在部４２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２の磁束密度Ｂ２の、センサ部６における磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル成分Ｂ２ｓも、ベクトル分解により分配される割合は第１構成例とは異なるが、外乱磁束密度（Ｂ１ｓ）を抑制する方向のベクトル成分となる。

上記各構成例と同様に、対象バスバー３の検出部位３ｓは、隣接バスバー４の第１延在方向Ｌ１において第１延在部４１と重複する重複位置ＯＬに設定されている。尚、隣接バスバー４の第１延在部４１を流れる電流Ｉ２により発生する磁界Ｈ１が広がる面は、電流Ｉ２の通流方向である第１延在部４１の第１延在方向Ｌ１にほぼ直交する面である。従って、対象バスバー３の検出部位３ａが設定される重複位置ＯＬは、第１延在方向Ｌ１にほぼ直交する範囲内に存在する。このように、対象バスバー３と隣接バスバー４との配置が平行状態ではなくても、隣接バスバー４からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー３の電流Ｉが高精度に検出可能となる。第４構成例においては、第１構成例に対する変形例を用いて説明したが、第２構成例及び第３構成例に関しても同様であることは明らかであるので、詳細な説明は省略する。

〔他の構成例〕
（１）上記各構成例では、説明を容易にするために、対象バスバー３及び隣接バスバー４となる２本のバスバー２のみを示して単純化した例を示した。しかし、当然ながら、２本のバスバーは相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となり得るものである。また、バスバー２が３本以上存在する場合にも、相補的に１本が対象バスバー３となり、残りのバスバーが隣接バスバー４となり得る。１本の対象バスバー３に複数の隣接バスバー４が隣存在る場合には、１本の対象バスバー３と１本の隣接バスバー４との関係を、２通り考えればよい。従って、対象バスバー３と隣接バスバー４となる２本のバスバー２のみに単純化された上記各構成例に限定されることなく、３本以上の複数のバスバー２を有する場合にも本発明を適用することが可能である。

（２）上記各構成例では、対象バスバー３の検出部位３ｓが、磁束検出平面Ｐに対して第１方向Ｄ１の側に配置されている場合を例として説明した。しかし、この構成例に限定される必要はなく、対象バスバー３の検出部位３ｓは、磁束検出平面Ｐに対して第２方向Ｄ２の側に配置されていてもよい。第１構成例から第４構成例に示したように、検出部位３ｓが、磁束検出平面Ｐに対して第１方向Ｄ１の側に配置されていると、磁束検出平面Ｐの一方の側に対象バスバー３と隣接バスバー４とが隣接配置されることとなるので、複数のバスバー２を効率的に配列することができる。しかし、複数のバスバー２が利用される装置によって効率的な配列は異なるから、上記構成例に限定されることなく、磁束検出平面Ｐに対して第２方向側Ｄ１に検出部位３ｓが配置されていてもよい。

（３）上記各構成例では、複数のバスバーが互いに同一形状である場合を例として説明した。しかし、当然ながら各バスバーは互いに同一形状である必要はなく、異なる形状であってもよい。

本発明は、ホール効果を利用して導体に流れる電流を検出する電流検出装置に適用することができる。例えば、多相交流回転電機と駆動回路とを接続するバスバーを流れる電流を検出する電流検出装置に適用することができる。

１：電流検出装置
２：バスバー
３：対象バスバー
３ｓ：検出部位
４：隣接バスバー
４１：第１延在部
４２：第２延在部
４３：第３延在部
４１ａ：第１延在部の第１延在方向における一方の端部
４１ｂ：第１延在部の第１延在方向における他方の端部
６：センサ部
３０：集磁コア
Ｄ１：磁束検出平面に対する直交方向一方側である第１方向
Ｄ２：磁束検出平面に対する直交方向一方側である第２方向
Ｌ：検出部位延在方向
Ｌ１：第１延在方向
Ｌ２：第２延在方向
Ｌ３：第３延在方向
Ｐ：磁束検出平面
Ｓ：磁束検出方向

Claims (7)

1. 並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも１つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、
   前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、
   前記隣接バスバーは、前記磁束検出平面に対する直交方向一方側である第１方向側に配置されて前記磁束検出平面に平行な第１延在方向へ延在する第１延在部と、前記第１延在部の前記第１延在方向における一方の端部において前記第１方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第２延在方向へ延在する第２延在部とを有して構成され、
   前記対象バスバーの前記検出部位が、前記第１延在方向において前記第１延在部と重複する重複位置に設定されている電流検出装置。
2. 前記隣接バスバーは、前記第１延在部の前記第１延在方向における他方の端部において前記磁束検出平面に対する直交方向他方側である第２方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第３延在方向へ延在する第３延在部を更に有し、
   前記重複位置が、前記第１延在部の前記第１延在方向中間位置よりも前記第３延在部側に配置されている請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記隣接バスバーは、前記第１延在部の前記第１延在方向における他方の端部において前記第１方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第３延在方向へ延在する第３延在部を更に有し、
   前記重複位置が、前記第１延在部の前記第１延在方向中間位置に配置されている請求項１に記載の電流検出装置。
4. 前記第１延在方向と前記第２延在方向とが直交する請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出装置。
5. 前記検出部位延在方向と前記第１延在方向とが互いに平行である請求項１から４の何れか一項に記載の電流検出装置。
6. 前記複数のバスバーは、互いに同一形状である請求項１から５の何れか一項に記載の電流検出装置。
7. 前記対象バスバーの前記検出部位が、前記磁束検出平面に対して前記第１方向側に配置されている請求項１から６の何れか一項に記載の電流検出装置。

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