JP5560225B2

JP5560225B2 - 電流検出装置

Info

Publication number: JP5560225B2
Application number: JP2011083448A
Authority: JP
Inventors: 達之山口
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: JP2012220237A

Description

本発明は、インバータと回転電機との間を接続し、矩形断面を有する第１バスバー及び第２バスバーを流れる電流を検出するための電流検出装置に関する。

従来から、モータや発電機として使用される複数相の回転電機を駆動するためにインバータが使用されており、インバータと回転電機とを、各相に対応する複数の動力線により接続することが行われている。また、電流路である各動力線を構成するバスバーを流れる電流を検出するために電流センサを使用することが考えられている。

例えば、特許文献１には、同一平面上に並んで配置される平板形状の２本の導体であり、バスバーである第１電流路及び第２電流路と、磁束検出方向が一方向に限られる１の磁束検出器と、磁束検出器が検出した磁束に基づいて、各電流路の少なくとも一方に流れる電流の電流値を検出する電流センサ本体とを備える電流検出器（以下、「第１の電流検出器」という。特許文献１の請求項１、段落００２７等。）が記載されている。磁束検出器は、第１電流路を流れる電流によって発生する磁界の磁力線の方向と、第２電流路を流れる電流によって発生する磁界の磁力線の方向とが直交する位置に、第１電流路から発生する磁界の磁力線の向きまたは第２電流路から発生する磁界の磁力線の向きに磁束検出方向が一致するように配置されている。例えば、磁束検出器は、第２電流路からの磁束が、感磁方向に対して垂直になるように配置され、第１電流路からの磁束のみを検出することで、第１電流路に流れる電流を検出するとされている。

また、特許文献１には、上記と同様の第１電流路及び第２電流路と、磁束検出方向が直交する二方向に限られる１の磁束検出器と、磁束検出器が検出した磁束に基づいて、各電流路のそれぞれに流れる電流の電流値を検出する電流センサ本体とを備える電流検出器（以下、「第２の電流検出器」という。特許文献１の請求項３、段落００２４等。）が記載されている。磁束検出器は、第１電流路を流れる電流によって発生する磁界の磁力線の方向と、第２電流路を流れる電流によって発生する磁界の磁力線の方向とが直交する位置に、第１電流路から発生する磁界の磁力線の向き及び第２電流路から発生する磁界の磁力線の向きに磁束検出方向が一致するように配置されている。

特開２０１０−１９７４７号公報

上記の特許文献１に記載された第１の電流検出器では、例えば、第１電流路から発生する磁束を検出する磁束検出器を有する場合に、第２電流路からの磁束を検出しないように、第２電流路からの磁束が、電流検出器の感磁方向に対して垂直になるように電流検出器を配置しなければならない。このため、１つの電流検出器で第１電流路に流れる電流から発生する磁束と第２電流路に流れる電流から発生する磁束とを別々に検出することができない。したがって、電流検出が要求される電流路ごとに電流検出器を設置する必要があり、電流検出器の数が多くなり、回転電機で必要とされる電流検出器全体の小型化や省スペース化を妨げる要因となっている。このため、１つの電流検出装置で２つのバスバーを流れる電流によって発生する２つの方向の磁束を検出可能な構成の実現が望まれている。

これに対して、上記の特許文献１に記載された第２の電流検出器では、１の磁束検出器で、互いに直交する第１電流路及び第２電流路のそれぞれを流れる電流によって発生する磁束を検出するとされているが、１の磁束検出方向で検出される磁束が、他の磁束検出方向で検出される磁束に影響される可能性がないとはいえない。また、それぞれの磁束検出方向の磁束を検出するために１の磁束検出器のみを使用すると、磁束を感度よく検出できない可能性がある。

本発明の目的は、電流検出装置において、１つの電流検出装置で２つのバスバーを流れる電流によって発生する２つの方向の磁束を感度よく検出可能な構成を提供することを目的とする。

本発明に係る電流検出装置は、インバータと回転電機との間を接続する、第１バスバー及び第２バスバーに流れる電流を検出するための電流検出装置であって、前記第１バスバー及び第２バスバーは矩形断面を有するとともに、互いに直交するｘ軸方向平面、ｙ軸方向平面上において、ｘ、ｙ軸と直交するｚ軸方向に伸びるようにそれぞれ配置され、前記第１バスバーをｚ軸方向に流れる電流により発生する第１磁束線と前記第２バスバーをｚ軸方向に流れる電流により発生する第２磁束線とが直交する磁束直交位置に関して、前記第１磁束線の第１接線上の片側及び他側に、磁束検出方向が第１接線に沿うようにそれぞれ配置され、互いに直列接続される２つの第１磁気抵抗素子と、前記磁束直交位置に関して、前記第２磁束線の第２接線上の片側及び他側に、磁束検出方向が第２接線に沿うようにそれぞれ配置され、互いに直列接続される２つの第２磁気抵抗素子と、前記各第１磁気抵抗素子に対し逆方向のバイアス磁束と、前記各第２磁気抵抗素子に対し逆方向のバイアス磁束とをそれぞれ発生させる磁束発生手段と、前記２つの第１磁気抵抗素子の中点の電圧を取得する第１電圧取得部と、前記２つの第２磁気抵抗素子の中点の電圧を取得する第２電圧取得部と、前記第１電圧取得部の取得電圧から前記第１バスバーを流れる電流値を取得する第１電流取得部と、前記第２電圧取得部の取得電圧から前記第２バスバーを流れる電流値を取得する第２電流取得部とを備えることを特徴とする電流検出装置である。

本発明に係る電流検出装置において、好ましくは、前記２つの第１磁気抵抗素子は、前記第１バスバーのｘ軸方向中央を含む第１平面と前記第２バスバーのｙ軸方向中央を含む第２平面とが直交し、前記磁束直交位置である平面直交位置に関して、前記第２平面上の両側に配置され、前記２つの第２磁気抵抗素子は、前記平面直交位置に関して、前記第１平面上の両側に配置される。

また、本発明に係る電流検出装置において、好ましくは、前記各第１磁気抵抗素子は、前記第１磁束線の接線方向に長くなるつづら折り状に形成された第１ＧＭＲ多層膜素子を含み、前記各第２磁気抵抗素子は、前記第２磁束線の接線方向に長くなるつづら折り状に形成された第２ＧＭＲ多層膜素子を含み、前記各第１磁気抵抗素子及び前記各第２磁気抵抗素子は、前記第１磁束線または前記第２磁束線の接線方向に長い複数の直線部と、複数の直線部を連結し、各直線部よりも短い複数の連結部とを有する。

本発明に係る電流検出装置によれば、１つの電流検出装置で２つのバスバーを流れる電流によって発生する２つの方向の磁束が感度よく検出可能となる。例えば、各第１磁気抵抗素子を直列接続した部分の中点から取り出した電圧の取得値と、各第２磁気抵抗素子を直列接続した部分の中点から取り出した電圧の取得値とから、互いに直交する方向の磁束をそれぞれ取得でき、それぞれの磁束の取得値から対応するバスバーを流れる電流値をそれぞれ取得できる。また、各磁気抵抗素子に対応する電圧の取得値に、別の方向に配置された磁気抵抗素子で検出される磁束が影響を及ぼすことがない。このため、１つの電流検出装置で２つのバスバーを流れる電流によって発生する２つの方向の磁束が感度よく検出可能となる。この結果、電流検出装置全体の小型化及び省スペース化を図れる。

本発明に係る実施の形態の１例の電流検出装置を含む回転電機駆動システムの回路構成図である。図１に含まれる第１バスバー及び第２バスバーと電流検出装置との配置状態を示す図である。図１の電流検出装置の断面を拡大して示す図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３を上方から下方に見た透視図である。図４において、各バスバーに電流を流した場合の磁束線を示す図である。（ａ）は第１磁気抵抗素子の直列接続部分を示す図であり、（ｂ）は第２磁気抵抗素子の直列接続部分を示す図である。磁気抵抗素子の具体例の１例を示す図である。図８を下方から上方に見た図である。２つの第１磁気抵抗素子（または第２磁気抵抗素子）の磁束密度の絶対値の変化に対する電気抵抗変化の特性を示す図である。（ａ）は各バスバーに電流を流さない場合で、（ｂ）は第１バスバーにのみ電流を流した場合で、それぞれ電流検出装置での発生磁束を模式的に示す図である。図１１（ａ）（ｂ）にそれぞれ対応する、２つの第１磁気抵抗素子を流れる磁束の磁束密度の絶対値｜Ｂ｜と電気抵抗Ｒとを示す図である。図１２に対応して、第１磁気抵抗素子の中点から取り出した第１電圧取得値Ｖｏｕｔ１と、第１バスバーを流れる電流により発生する磁束の磁束密度Ｂａとの関係を示す図である。（ａ）は各バスバーに電流を流さない場合で、（ｂ）は第１バスバーにのみ電流を流した場合で、それぞれ電流検出装置での発生磁束を模式的に示す図である。図１４（ａ）（ｂ）にそれぞれ対応する、２つの第１磁気抵抗素子を流れる磁束の磁束密度の絶対値｜Ｂ｜と電気抵抗Ｒとを示す図である。図１５に対応して、第１磁気抵抗素子の中点から取り出した第１電圧取得値Ｖｏｕｔ１と、第２バスバーを流れる電流により発生する磁束の磁束密度Ｂａとの関係を示す図である。

以下において、図１から図１６を用いて本発明に係る実施の形態の１例を説明する。本実施の形態の電流検出装置は、例えば電動モータ、発電機等として使用される３相の回転電機とインバータとを接続する３相の動力線を構成する３本のバスバーのうち、２本のバスバーを流れる電流を検出するために使用される。

まず、図１を用いて電流検出装置１０を含む回転電機駆動システムの構成を説明する。回転電機駆動システムは、直流電源であるバッテリ１２と、回転電機１４と、バッテリ１２と回転電機１４とに接続され、回転電機１４を駆動するインバータ１６と、制御部１８とを備える。回転電機１４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流型である。制御部１８は、ドライブ回路２０と、駆動制御部２２とを含む。インバータ１６は、バッテリ１２から供給された直流電圧を各相の交流電圧に変換し、回転電機１４を駆動する。インバータ１６は、回転電機１４を発電機として使用する回生制動時に、回転電機１４で発生した交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１２に供給する機能も有する。回転電機１４は、例えば走行用モータとエンジンとを搭載し、少なくとも一方を主駆動源として走行するハイブリッド車両や、電気自動車の走行用モータとして使用することができる。なお、回転電機１４は、その用途が限定されるものではなく、あらゆる用途で使用されることが可能である。インバータ１６は、図示しない３相のアームを含み、各相アームは、直列接続されたトランジスタ、ＩＧＢＴ等の２つのスイッチング素子を含む。各相アームの中点を、インバータ１６と回転電機１４とを接続する各相の動力線２４，２６，２８の一端に接続している。各相の動力線２４，２６，２８の他端は、回転電機１４を構成するステータに設けられた各相のステータコイルの一端に接続されている。各相の動力線２４，２６，２８は、断面矩形状の第１バスバー３０、第２バスバー３２及び第３バスバー３４によりそれぞれ構成される。各バスバー３０，３２，３４は、同一の矩形の断面を有し、例えば平板状である。

回転電機１４の回転角度等の回転情報はレゾルバ３６で検出され、駆動制御部２２に入力される。３相の動力線２４，２６，２８のうち、２相の動力線２４，２６を流れる電流に基づく出力電圧（または電流）は、１つの電流検出装置１０で検出され、その検出値が駆動制御部２２に入力される。駆動制御部２２に、電流に基づく出力電圧が入力される場合、駆動制御部２２は、出力電圧から対応する電流値を算出する。駆動制御部２２は、２相の動力線２４，２６を流れる電流値から残りの１相の動力線２８を流れる電流値も算出する。各相の動力線２４，２６，２８を流れる電流値と、回転電機１４の回転情報とは、ドライブ回路２０に出力する制御出力の算出のために使用される。ドライブ回路２０は、制御出力から、インバータ１６を構成するスイッチング素子のスイッチ状態を制御して、インバータ１６の各相アームから出力される各相電流値を決定する。

また、電流検出装置１０は、インバータ１６と回転電機１４との間を接続する３本のバスバー３０，３２，３４のうち、２本の第１バスバー３０及び第２バスバー３２を流れる電流を検出するためのものである。図２、図４に示すように、電流検出装置１０は、第１バスバー３０及び第２バスバー３２により、周囲の一部を囲まれるように配置されている。図４に示すように、第１バスバー３０及び第２バスバー３２は、それぞれのバスバー３０，３２を含む２の平面Ｔ１、Ｔ２が互いに直交するように配置されている。また、平面Ｔ１，Ｔ２の直交位置Ｔｇから同じ距離で各バスバー３０，３２が配置されている。ただし、平面Ｔ１，Ｔ２の直交位置Ｔｇから異なる距離で各バスバー３０，３２が配置されていてもよい。また、各バスバー３０，３２では、図４の表裏方向、図２の矢印α方向、矢印β方向に電流がそれぞれ流れる。

また、図３に示すように、電流検出装置１０は、樹脂３８中に磁石４０とリードフレーム４２とセンサチップ４４とを包埋するように含んでいる。リードフレーム４２の片面（図３の下面）にセンサチップ４４を固定しており、リードフレーム４２の他面（図３の上面）に磁束発生手段である、磁石４０を固定している。リードフレーム４２は、金属等の板材の片面に複数の薄板状のリード部（図示せず）を設けたもので、樹脂３８中からリード部の図示しない接続端子を導出させている。

図５に示すように、センサチップ４４は、それぞれ２つずつの第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂと第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂとを含み、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂの接続端子を、対応する図示しないリード部に直接またはワイヤ等を介して接続している。複数のリード部により、直流電源に接続するための電源リード部と、出力電圧を出力するための出力リード部と、グランド側の接地するための接地リード部とが構成され、それぞれのリード部の接続端子が樹脂３８中から導出されている。また、図４に示すように、電流検出装置１０は、図４の表裏方向から見た形状が正方形である直方体状である。電流検出装置１０は、その中心が第１バスバー３０の矩形断面の一辺であるＰ１方向の中央Ｑ１を含む仮想平面である第１平面Ｓ１と、第２バスバー３２の矩形断面の一辺であるＰ２方向の中央Ｑ２を含む仮想平面である第２平面Ｓ２とが直交する平面直交位置Ｏ１に位置するように配置されている。

また、図５に示すように、２つの第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂは、第２平面Ｓ２上において、平面直交位置Ｏ１に関して両側に配置されている。また、２つの第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、第１平面Ｓ１上において、平面直交位置Ｏ１に関して両側に配置されている。図３に戻って、磁石４０は、断面正方形の直方体状で、図３に矢印γで示す方向に着磁されており、センサチップ４４の配置位置で磁束方向が平面直交位置Ｏ１を中心に放射状に外側に向かう方向となっている。このため、図５に矢印で示すように、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂの配置位置では、平面直交位置Ｏ１を中心として外側に向かう方向に磁石４０による磁束が発生している。なお、磁石４０は直方体状に限定するものではなく、例えば円柱状等とすることもできる。

また、図６に示すように、各バスバー３０，３２に図６の表側から裏側に向かう方向に電流が流れると、この電流により磁束が矢印δ１、δ２で示す向きに流れる。図６では説明の明りょう化のために、第１バスバー３０を流れる電流により発生する２の第１磁束線Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと、第２バスバー３２を流れる電流により発生する２の第２磁束線Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとを示している。

各バスバー３０，３２の位置との関係で上記のように電流検出装置１０を配置しているので、電流検出装置１０は、第１バスバー３０を流れる電流により発生する第１磁束線Ｍ１ｂと、第２バスバー３２を流れる電流により発生する第２磁束線Ｍ２ｂとが直交する位置である磁束直交位置Ｏ２に配置されている。磁束直交位置Ｏ２は、各バスバー３０，３２に直交する平面上で、上記の第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との直交位置である平面直交位置Ｏ１（図４）と一致している。

また、第１磁束線Ｍ１ｂの磁束直交位置Ｏ２を通る接線上において、磁束直交位置Ｏ２に関して片側と他側とに、２つの第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ（図５）が配置されている。また、第２磁束線Ｍ２ｂの直交位置Ｏ２を通る接線上において、磁束直交位置Ｏ２に関して片側と他側とに、２つの第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂ（図５）が配置されている。なお、図４から図６において、直交位置Ｏ１、Ｏ２を中心として４方向に広がる実線矢印は、磁石４０による着磁方向であり、磁石４０から発生するバイアス磁界の方向を示している。

図７に示すように、２つの第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂは直列接続されることでハーフブリッジ回路と呼ばれる第１アーム４６を構成し、２つの第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは直列接続されることでハーフブリッジ回路と呼ばれる第２アーム４８を構成している。各アーム４６，４８の一端（図７の上端）は、ｎＶの電圧を有する図示しない直流電源の正極と接続している。そして第１アーム４６の中点が、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための出力リード部に接続され、その出力リード部が電流検出装置１０（図６等）の外部に導出されている。また、第２アーム４８の中点が、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための出力リード部に接続され、その出力リード部も電流検出装置１０の外部に導出されている。

また、各アーム４６，４８の他端（図７の下端）が接地リード部に接続され、接地リード部も電流検出装置１０（図６等）の外部に導出されている。直流電源に接続するための電源リード部も電流検出装置１０の外部に導出されている。そして、上記の磁石４０（図３）により、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂに対し逆方向のバイアス磁束を発生させ、各第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂに対し逆方向のバイアス磁束を発生させるようにしている。すなわち、図７で各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂに対し矢印で示す方向に、バイアス磁束を発生させている。これにより、後述する図１０、図１２（ａ）、図１５（ａ）に示すように、２の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂのうち、片側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａに正のバイアス磁束が作用し、他側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸｂに負のバイアス磁束が発生している。図１０、図１２（ａ）、図１５（ａ）は、横軸で磁束、すなわち磁束密度の絶対値｜Ｂ｜を、縦軸で電気抵抗Ｒを表している。同様に、２の第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂのうち、片側の第２磁気抵抗素子ＭＲＹａに正のバイアス磁束が作用し、他側の第２磁気抵抗素子ＭＲＹｂに負のバイアス磁束が発生している。なお、図示は省略するが、各アーム４６，４８（図７）にそれぞれ図示しない２の抵抗を接続してフルブリッジ回路を構成することもできる。また、この場合に、各アーム４６，４８に接続する２の抵抗として、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂまたは第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂと同じ方向に配置した別の磁気抵抗素子を用いることもできる。

各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、例えば図８、図９に示すように、人工格子型のＧＭＲ多層膜素子により構成することができる。ここで、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂで代表して説明する。第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂは、センサチップ４４の片面につづら折り状に形成された、すなわち蛇行形状に形成された第１ＧＭＲ多層膜素子５０を成膜し、センサチップ４４の片面に設けられたアルミニウム等の２の接続部５２の間に第１ＧＭＲ多層膜素子５０を接続することにより構成されている。第１ＧＭＲ多層膜素子５０は、第２平面Ｓ２方向と一致するＢｘ方向に長い複数の直線部５４を、第１平面Ｓ１方向と一致し、Ｂｘ方向と直交するＢｙ方向に短い複数の連結部５６で接続している。このようにＢｘ方向に長い直線部５４を有することでＢｘ方向の磁束を検出することが可能になる。また、この構成によれば、第１ＧＭＲ多層膜素子５０の全長を長くして抵抗を大きくし、磁束の検出感度を大きくすることができる。

第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂと同様の形状を有するものを、Ｂｘ方向及びＢｙ方向を逆にした状態で配置することで構成することができる。なお、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂはこのような構成に限定するものではない。例えば、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、単に直線状のＧＭＲ多層膜素子の両端を接続部に接続するように構成することができる。また、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、このようなＧＭＲ多層膜素子により構成するものに限定するものではなく、ＡＭＲやＴＭＲ等の磁気抵抗効果を利用する他のＭＲ素子により構成することもできる。

このように構成するので、図１０に示すように、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、直線部５４（図８、図９）の方向と一致するＢｘ方向またはＢｙ方向の磁束密度の絶対値が大きくなるほど、その磁束方向にかかわらず、すなわちその正負にかかわらず電気抵抗Ｒが減少する特性を有する。なお、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂは、Ｂｘ方向及びＢｙ方向に対して直交するＢｚ方向（図９）の磁束を検出することはしない。

また、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂと各第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂとは、互いに直交するように配置され、２組のブリッジ回路が構成される。それぞれのブリッジ回路である第１アーム４６と第２アーム４８（図７）との出力電圧の変動により、２方向の磁束密度の検出が可能となる。磁石４０（図３）は、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂの膜面に対し直交する方向に着磁しており、各アーム４６，４８を構成する磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂのパターンに対して、第１バスバー３０または第２バスバー３２の電流により発生する磁束の方向と平行で、かつ第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ同士、及び第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂ同士で、互いに逆向きとなるバイアス磁束がかけられている。

また、電流検出装置１０の出力リード部から出力した第１出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２とは、図１の制御部１８を構成する駆動制御部２２が有する第１電圧取得部５８と第２電圧取得部６０とに入力される。すなわち、第１電圧取得部５８は、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂの中点である、第１アーム４６（図７）の中点に接続され、第２電圧取得部６０は、各第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂの中点である、第２アーム４８（図７）の中点に接続されている。

さらに、駆動制御部２２（図１）は、第１電流取得部６２と第２電流取得部６４とを有する。第１電流取得部６２は、第１電圧取得部５８の取得電圧である第１出力電圧Ｖｏｕｔ１から第１バスバー３０を流れる電流値を取得する、すなわち算出する。また、第２電流取得部６４は、第２電圧取得部６０の取得電圧である第２出力電圧Ｖｏｕｔ２から前記第２バスバー３２を流れる電流値を取得する、すなわち算出する。また、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１と電流値との関係を表すデータを記憶部に記憶させ、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１から対応する電流値を取得することもできる。同様に、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２から対応する電流値を取得することもできる。

このような電流検出装置１０によれば、１つの電流検出装置１０で２つのバスバーである第１バスバー３０及び第２バスバー３２を流れる電流によって発生する２つの方向の磁束が感度よく検出可能となる。すなわち、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂを直列接続した第１アーム４６の中点から取り出した第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の取得値と、各第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂを直列接続した第２アーム４８の中点から取り出した第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の取得値とから、互いに直交する方向の磁束である磁束密度をそれぞれ取得、すなわち検出でき、それぞれの磁束密度の取得値から対応するバスバー３０（または３２）を流れる電流値をそれぞれ取得できる。また、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂに対応する出力電圧の取得値に、別の直交する方向に配置された磁気抵抗素子で検出される磁束が影響を及ぼすことがない。このため、１つの電流検出装置１０で第１バスバー３０及び第２バスバー３２を流れる電流によって発生する２つの方向の磁束が感度よく検出可能となる。この結果、電流検出装置１０全体の小型化及び省スペース化を図れる。

次に、これを詳しく説明する。なお、以下の説明では、図１〜１０に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。まず、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂのブリッジ回路である第１アーム４６と、各第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂのブリッジ回路である第２アーム４８とのうち、第１アーム４６の動作で説明する。図１１（ａ）に示すように、各バスバー３０，３２に電流が流れていない状態では、磁石４０により、各第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂに均等にバイアス磁界が作用している。これに対して、図１１（ｂ）に示すように、第１バスバー３０にだけ電流が流れた場合では、磁石４０のバイアス磁界にこの電流による磁界が合成される。このため、図１１（ｂ）のＵ１位置で示す片側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａに対応する位置では、磁束密度Ｂの絶対値が大きくなり、同図のＵ２位置で示す他側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸｂに対応する位置では、磁束密度Ｂの絶対値が小さくなる。このため、図１２で示すように、磁束密度の絶対値｜Ｂ｜と電気抵抗Ｒとを考えた場合に、（ａ）から（ｂ）のように変化する。

図１２（ａ）は、第１バスバー３０に電流が流れていない状態に対応し、両側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂを流れる磁束の磁束密度Ｂが、正負は逆になるが大きさが同じになっている。このため、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ同士の電気抵抗Ｒは同じ大きさとなっている。図１２（ｂ）では、第１バスバー３０に電流が流れている状態に対応し、片側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａに流れる磁束の磁束密度Ｂの絶対値｜Ｂ｜が大きくなることで、片側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａの電気抵抗Ｒが小さくなっている。また、他側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸｂに流れる磁束の磁束密度Ｂの絶対値｜Ｂ｜が小さくなることで、他側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸｂの電気抵抗Ｒが大きくなっている。このため、両第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂの電気抵抗差ｄＲが大きくなり、ｄＲに両磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂを流れる電流Ｉを乗じた第１出力電圧Ｖｏｕｔ１（＝ｄＲ×Ｉ）が、大きくなるように変動する。したがって、図１３に示すように、第１バスバー３０を流れる電流によって発生する磁束の磁束密度Ｂａが大きくなるほど、第１アーム４６の中点から出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が例えば直線的に大きくなる。このことから、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１から第１バスバー３０を流れる電流による磁束密度Ｂａを検出でき、この磁束密度Ｂａの検出値から第１バスバー３０を流れる電流を算出、すなわち検出することが可能となる。

次に、図１４に示すように、第２バスバー３２にだけ電流が流れる状態を考える。図１４（ａ）は、図１１（ａ）と同じく各バスバー３０，３２に電流が流れていない状態である。これに対して、図１４（ｂ）に示すように、第２バスバー３２にだけ電流が流れた場合では、磁石４０のバイアス磁界にこの電流による磁界が合成される。このため、図１４（ｂ）のＵ１位置、Ｕ２位置で示す両側の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂに対応する位置で、磁束方向が逆のままで、磁束密度Ｂの絶対値の大きさが同じになる。この場合、第２バスバー３２の電流により、図１５の（ａ）から（ｂ）に示すように、両方の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂを流れる磁束の磁束密度Ｂの絶対値｜Ｂ｜が変化した場合でも、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ同士で、磁束密度Ｂの絶対値｜Ｂ｜が同じとなる。このため、両方の第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸの電気抵抗Ｒも同じとなる、すなわち電気抵抗差が０となる。したがって、図１６に示すように、第２バスバー３２に流れる電流によって発生する磁束の磁束密度Ｂａが変化した場合でも、第１アーム４６の中点から出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は一定値である（ｎ／２）Ｖのままとなる。

以上は、第１磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂの場合で説明したが、第２磁気抵抗素子ＭＲＹａ、ＭＲＹｂの場合も同様である。このように本実施の形態によれば、各磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ、ＭＲＹａ、ＭＲＹｂに対応する出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の取得値に、別の直交する方向に配置された磁気抵抗素子で検出される磁束が影響を及ぼすことがない。このため、２方向の磁束の検出精度を高くできる。しかも、各方向で２つの磁気抵抗素子ＭＲＸａ、ＭＲＸｂ（またはＭＲＹａ、ＭＲＹｂ）を使用し、さらに逆方向のバイアス磁束をかけているので、磁束密度に対して出力電圧を大きく変化させることができ、より磁束の検出精度を高くでき、より各バスバー３０，３２を流れる電流の検出精度を高くできる。

なお、上記では駆動制御部２２が、第１電圧取得部５８と第２電圧取得部６０と第１電流取得部６２と第２電流取得部６４とを有する場合を説明したが、電流検出装置１０自体に、第１電圧取得部と第２電圧取得部と第１電流取得部と第２電流取得部とをそれぞれ設けることもできる。例えば、これらの取得部は、ハード的構成やソフト的構成により実現することができる。例えば、電流検出装置１０にこれらの取得部を有する制御部を設けることもできる。

１０電流検出装置、１２バッテリ、１４回転電機、１６インバータ、１８制御部、２０ドライブ回路、２２駆動制御部、２４，２６，２８動力線、３０，３２，３４バスバー、３６レゾルバ、３８樹脂、４０磁石、４２リードフレーム、４４センサチップ、４６第１アーム、４８第２アーム、５０第１ＧＭＲ多層膜素子、５２接続部、５４直線部、５６連結部、５８第１電圧取得部、６０第２電圧取得部、６２第１電流取得部、６４第２電流取得部。

Claims

インバータと回転電機との間を接続する、第１バスバー及び第２バスバーに流れる電流を検出するための電流検出装置であって、
前記第１バスバー及び第２バスバーは矩形断面を有するとともに、互いに直交するｘ軸方向平面、ｙ軸方向平面上において、ｘ、ｙ軸と直交するｚ軸方向に伸びるようにそれぞれ配置され、
前記第１バスバーをｚ軸方向に流れる電流により発生する第１磁束線と前記第２バスバーをｚ軸方向に流れる電流により発生する第２磁束線とが直交する磁束直交位置に関して、前記第１磁束線の第１接線上の片側及び他側に、磁束検出方向が第１接線に沿うようにそれぞれ配置され、互いに直列接続される２つの第１磁気抵抗素子と、
前記磁束直交位置に関して、前記第２磁束線の第２接線上の片側及び他側に、磁束検出方向が第２接線に沿うようにそれぞれ配置され、互いに直列接続される２つの第２磁気抵抗素子と、
前記各第１磁気抵抗素子に対し逆方向のバイアス磁束と、前記各第２磁気抵抗素子に対し逆方向のバイアス磁束とをそれぞれ発生させる磁束発生手段と、
前記２つの第１磁気抵抗素子の中点の電圧を取得する第１電圧取得部と、
前記２つの第２磁気抵抗素子の中点の電圧を取得する第２電圧取得部と、
前記第１電圧取得部の取得電圧から前記第１バスバーを流れる電流値を取得する第１電流取得部と、
前記第２電圧取得部の取得電圧から前記第２バスバーを流れる電流値を取得する第２電流取得部とを備えることを特徴とする電流検出装置。
請求項１に記載の電流検出装置において、
前記２つの第１磁気抵抗素子は、前記第１バスバーのｘ軸方向中央を含む第１平面と前記第２バスバーのｙ軸方向中央を含む第２平面とが直交し、前記磁束直交位置である平面直交位置に関して、前記第２平面上の両側に配置され、
前記２つの第２磁気抵抗素子は、前記平面直交位置に関して、前記第１平面上の両側に配置されることを特徴とする電流検出装置。
請求項１または請求項２に記載の電流検出装置において、
前記各第１磁気抵抗素子は、前記第１磁束線の接線方向に長くなるつづら折り状に形成された第１ＧＭＲ多層膜素子を含み、
前記各第２磁気抵抗素子は、前記第２磁束線の接線方向に長くなるつづら折り状に形成された第２ＧＭＲ多層膜素子を含み、
前記各第１磁気抵抗素子及び前記各第２磁気抵抗素子は、前記第１磁束線または前記第２磁束線の接線方向に長い複数の直線部と、複数の直線部を連結し、各直線部よりも短い複数の連結部とを有することを特徴とする電流検出装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電流検出装置において、
前記磁束発生手段は、ｚ軸方向に着磁した永久磁石であって、前記２つの第１磁気抵抗素子および前記２つの磁気抵抗素子に対し、前記磁束直交位置から放射方向に向かう磁束を発生することを特徴とする電流検出装置。