JP5978877B2 - 電流検出装置および電流値演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源から電力供給を受けて多相交流の電力を出力するインバータの電流検出装置および電流値演算方法に関する。

従来、３相交流モータを駆動するインバータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力電流を１つの電流センサで検出する電流検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術は、直流側電流を検出する１つの電流センサの検出電流から電流変化分演算手段により各相アームのスイッチング前後の直流側電流の変化分を求め、この検出電流の変化分を分配演算手段により相別に分配して各相の出力電流を求めるようにしている。

特開平０８−０１９２６３号公報

従来、上述のように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相、各相のスイッチング（ＯＮ，ＯＦＦ）前後の直流側電流の変化分により各層の出力電流を求めるようにしている。このため、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動指令のタイミングが常時異なっていれば、出力電流を求めることができる。しかしながら、異なる相の駆動指令タイミングが同時となった場合、すなわち、複数のスイッチング素子が同時にＯＮとなった場合、各相に流れている電流値を演算により求めることができないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、直流側の電流を検出する１つの電流センサを用いた多相交流電流検出の検出精度向上を図ることができる電流検出装置および電流値演算方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電流検出装置は、
電流センサとして、インバータの各相のスイッチング素子の電流検出部位に電流が流れることによって発生する磁界を検出する電流センサを用い、かつ、前記電流センサを、前記電流検出部位に対する前記磁界の検出感度が、前記相毎に異なるように配置し、
前記演算手段は、前記スイッチング素子の動作状態と、前記電流センサの検出した電流値と、前記検出感度と、に基づいて前記出力側の各相の電流を算出することを特徴とする電流検出装置とした。

本発明の電流検出装置は、電流センサとして、電流検出部位に発生する磁界を検出する電流センサを用いた。また、演算手段では、スイッチング素子の動作状態と、スイッチング素子を動作したときの電流値と、電流センサの感度とに基づいて、出力側の各相の電流を算出するようにした。
このため、複数のスイッチング素子が同時にＯＮとなっていても、動作しているスイッチング素子の違いに基づく電流センサの感度の違いに基づいて、同時駆動の各相の電流を復元して反映させることができる。
したがって、複数の相が同時に駆動しているタイミングでも、各相の出力側の電流を求めることが可能となり、従来と比較して、検出精度の向上を図ることができる。

実施の形態１の電流検出装置を適用したインバータの主回路を示す回路図である。 実施例１の電流検出装置の要部を模式的に示す構成説明図であり、（ａ）は各相のパワーモジュールを平面的に表し、（ｂ）は（ａ）の側面図として表している。 実施の形態１の電流検出装置の各相のインバータ素子の動作状態と状態方程式との一覧図である。 実施の形態１の作用を説明するためのタイムチャートであり、比較例において電流検出可能な計測タイミングの説明図である。 実施の形態１の作用を説明するためのタイムチャートであり、比較例において電流検出不可能な計測タイミングの説明図である。 実施の形態１の電流検出装置において、インバータの各相を制御する正弦波が交差するクロスポイントの説明図である。 実施の形態２の電流検出装置の要部を模式的に示す構成説明図であり、（ａ）は各相のパワーモジュールを平面的に表し、（ｂ）は（ａ）の側面図として表している。 実施の形態２の電流検出装置の各相のインバータ素子の動作状態と状態方程式との一覧図である。 実施の形態３の電流検出装置の要部を模式的に示す構成説明図であり、（ａ）は各相のパワーモジュールを平面的に表し、（ｂ）は（ａ）の側面図として表している。 実施の形態３の電流検出装置の各相のインバータ素子の動作状態と状態方程式との一覧図である。 実施の形態４の電流検出装置の要部を模式的に示す構成説明図であり、（ａ）は各相のパワーモジュールを平面的に表し、（ｂ）は（ａ）の側面図として表している。

以下、本発明の電流検出装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の電流検出装置を備えたＰＷＭタイプのインバータＩＶＴの主回路１０を示す回路図である。
図示のように、インバータＩＶＴは、図示を省略した電動機の負荷であるモータコイル１００に正弦波の出力電流を供給するための電圧形三相の主回路１０を備えている。

この主回路１０は、Ｕ相パワーモジュール（Ｕ相ＰＭ）１１、Ｖ相パワーモジュール（Ｖ相ＰＭ）１２、Ｗ相パワーモジュール（Ｗ相ＰＭ）１３を備えている。
各パワーモジュール１１〜１３は、それぞれ、直流電源２０の高電位側に接続された高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１と、直流電源２０の低電位側に接続された低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２とを備えている。そして、各パワーモジュール１１〜１３は、それぞれ、高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１および低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２をＯＮ、ＯＦＦすることにより、正弦波の出力電流を得る周知の構造である。

また、各パワーモジュール１１〜１３は、それぞれ、高電位電極１１Ｐ、１２Ｐ，１３Ｐと、低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎと、接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣと、を備えている。高電位電極１１Ｐ、１２Ｐ，１３Ｐは、高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１を、直流電源２０の高電位側に接続している。低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎは、低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２を、直流電源２０の低電位側に接続している。接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣは、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１，１１２，１２２，１３２を、モータコイル１００に接続している。

各パワーモジュール１１〜１３は、図２（ａ）に示すように、一方向（図２（ａ）において水平方向）に一列に並んで配置されている。また、この図２（ａ）において図面の左右の一方向から見た側面図である図２（ｂ）に示すように、各パワーモジュール１１〜１３は、その配列方向（前述の水平方向）に直交する方向（図において上下方向および左右方向）では、同一位置に配置されている。

そして、各パワーモジュール１１〜１３は、この配列方向に直交する方向であって図２（ａ）において上方位置に、モータコイル１００に接続される接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣを配置している。一方、各パワーモジュール１１〜１３において、その反対方向である図において下方位置に、直流電源２０に接続された高電位電極１１Ｐ、１２Ｐ，１３Ｐおよび低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎを配置している。

電流センサ３０は、各パワーモジュール１１〜１３の高電位電極１１Ｐ、１２Ｐ，１３Ｐおよび低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎに流れる電流（Ｉｄｃ）を検出するものである。本実施の形態１では、この電流センサ３０として、電流検出部位としての高電位電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐおよび低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎに電流が流れることによって発生する磁界を検出するセンサを用いている。なお、電流センサ３０の感度方向は、図において電流センサ３０を示すカッコ内の矢印により示すように、各パワーモジュール１１〜１３の配列方向、すなわち、図において水平方向に設定されている。

本実施の形態１では、電流センサ３０を、各パワーモジュール１１〜１３の高電位電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐおよび低電位電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎとの間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎを異ならせて配置している。このように、間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎが異なることにより、電流センサ３０における各電極１１Ｐ〜１３Ｐ、１１Ｎ〜１３Ｎに対する検出感度（センサ感度）を異ならせている。なお、以下、間隙距離の説明において、各間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎのうち、特定のものを指さずに総称する場合は、単に、間隙距離Ｌと表記する。
このセンサ感度は、間隙距離Ｌに逆比例の関係にある。そこで、電流センサ３０を、図２（ａ）に示す配置とすることにより、各高電位電極１１Ｐ〜１３Ｐとのセンサ感度は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で（０．４）（１．０）（０．７）に設定されている。一方、各低電位電極１１Ｎ〜１３Ｎとのセンサ感度を、同じくＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で（０．７）（１．０）（０．４）に設定されている。

なお、以下の説明において、各パワーモジュール１１〜１３において、直流電源２０に接続される対となった各電極（１１Ｐ，１１Ｎ）（１２Ｐ，１２Ｎ）（１３Ｐ，１３Ｎ）を、併せて生ずる場合、電極対（Ｐ，Ｎ）と省略して表示することにする。

電流センサ３０の検出信号（電流値Ｉｄｃ）は、電流演算部（演算手段）４０に入力される。
電流演算部４０は、電流センサ３０から各検出値である電流値Ｉｄｃを入力し、この電流値Ｉｄｃと、各パワーモジュール１１〜１３の動作状態とに基づいて、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各電極対（Ｐ，Ｎ）間の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、すなわち、出力電流を算出する。

この演算を行うのにあたり、電流演算部４０には、各パワーモジュール１１〜１３における各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態と、電流値Ｉｄｃと、センサ感度と、に基づき、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを変数とする状態方程式ＳＡ〜ＳＤが設定されている。

この状態方程式ＳＡ〜ＳＤと、各パワーモジュール１１〜１３の各スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦに基づく状態との関係を、図３に示す。

各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態としては、各パワーモジュール１１〜１３において、それぞれ電極対（Ｐ，Ｎ）のＯＮ，ＯＦＦの組み合わせであるので、２の３乗通りの組み合わせが存在する。すなわち、図３の左端の欄に示す状態１〜状態８の８通りの状態が存在する。なお、図において各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のＰ，Ｎの表示は、各電極対（Ｐ，Ｎ）においてＯＮとなっているものを示している。例えば、状態２において左端のＵ相における「Ｐ」は、Ｕ相のパワーモジュール１１の高電位側スイッチング素子１１１がＯＮとなって、高電位電極１１Ｐに通電されていることを示している（図１矢印参照）。同様に、状態２において中央のＶ相における「Ｐ」は、Ｖ相のパワーモジュール１２の高電位側スイッチング素子１２１がＯＮとなって、高電位電極１２Ｐに通電されていることを示している（図１矢印参照）。また、状態２の右端のＷ相における「Ｎ」は、Ｗ相のパワーモジュール１３の低電位側スイッチング素子１３２がＯＮとなって、低電位電極１３Ｎに通電されていることを示している（図１矢印参照）。

そこで、本実施の形態１では、状態１〜状態８の８通りの状態に応じて前述の間隙距離Ｌの違いによるセンサ感度の違いに応じて、状態方程式ＳＡ〜ＳＤを設定している。ところで、図２（ａ）に示すように、電極対（Ｐ，Ｎ）としては電流センサ３０とのセンサ感度（距離）が異なるものの、個々の電極では、センサ感度が共通するものが存在する。例えば、Ｕ相パワーモジュール１１の低電位電極１１Ｎと、Ｗ相パワーモジュール１３の高電位電極１３Ｐのような関係である。そのため、異なる動作状態でありながら、状態方程式が共通するものが存在し、状態方程式としては、下記の４通りの状態方程式ＳＡ〜ＳＤを設定している。
ＳＡ：Ｉｄｃ＝０．４×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．７×Ｉｗ
ＳＢ：Ｉｄｃ＝０．４×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．４×Ｉｗ
ＳＣ：Ｉｄｃ＝０．７×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．７×Ｉｗ
ＳＤ：Ｉｄｃ＝０．７×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．４×Ｉｗ

したがって、電流演算部４０では、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態が異なる検出値（電流値Ｉｄｃ）を複数取得し、各動作状態に応じた複数の状態方程式による連立方程式を解くことで、変数（電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を解くことができる。

（実施の形態１の作用）
次に、実施の形態１の作用を、図４〜図６に基づいて説明する。
図４および図５は、それぞれ動作例を示しており、図５が後述するクロスポイント時期における動作例を示し、図４がこのクロスポイント時期以外の動作例を示している。図６は、主回路１０の制御信号としての各相の正弦波信号を示している。
主回路１０の各スイッチング素子１１１〜１１３、１１２，１２２，１３２の駆動タイミングは、図６に示す正弦波信号と、三角波比較信号（図４，５参照）とが交差するタイミングに基づいて制御される。

以下に、本実施の形態１の動作と、従来技術に相当する比較例の動作とを比較しながら説明する。
各相の正弦波信号どうしが交わらない非クロスポイントでは、図４に示すように、各相の指令タイミングが異なって設定される。このため、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各スイッチング素子１１１〜１１３、１１２，１２２，１３２の駆動タイミングも異なる。なお、図４において、Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐが、各スイッチング素子１１１〜１１３のオン、オフの状態を示している。

このような非クロスポイントでは、電流センサ３０の計測タイミングを、図のｔ０１，ｔ０２の時点のように駆動信号の立ち上がり時期の間に設定する。この場合、比較例にあっても、電流センサにより、それぞれ、その時点の電流値Ｉｄｃ１，Ｉｄｃ２を求める。そして、この場合、Ｉｄｃ１＝Ｉｕ、Ｉｄｃ２＝Ｉｕ＋Ｉｖとなることから、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖを得ること（復元すること）ができた。

それに対し、例えば、図６に示すクロスポイントＣＰでは、図５に示すように、Ｕ相とＶ相の指令タイミングが同一タイミングとなる。このようにＵ相とＶ相の指令タイミングが同一タイミングとなると、両相（Ｕ，Ｖ）の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１の駆動信号が、同時に出力される。

この場合、比較例では、図４に示す例と同様の計測タイミング（ｔ１１，ｔ１２）にて行った場合に、それぞれ、Ｉｄｃ１＝Ｉｄｃ２＝Ｉｕ＋Ｉｖとなり、Ｕ相とＶ相との電流Ｉｕ，Ｉｖを独立して求めること（復元すること）ができなかった。

本実施の形態１は、このようなクロスポイントＣＰにおいて各相の電流Ｉｕ，Ｉｖを独立して演算可能（復元可能）とすることを目的としている。

そこで、本実施の形態１では、電流センサ３０として、磁界を検出するセンサを用い、かつ、電流センサ３０と各電極対（Ｐ，Ｎ）との距離を異ならせることにより、各電極対（Ｐ，Ｎ）に対するセンサ感度を異ならせている。そして、動作状態毎に状態方程式を設定している。

例えば、図６に示すクロスポイントＣＰにおける動作状態では、図１に示すように、高電位側では、Ｕ相およびＶ相の高電位側スイッチング素子１１１，１２１に通電され、かつ、Ｗ相の低電位側スイッチング素子１３２に通電される。この場合、図３では、状態２の動作状態が該当し、状態方程式ＳＢを用いる。

このクロスポイントＣＰおよびそれ以外の複数の計測点で得られた複数の電流値Ｉｄｃ１、Ｉｄ２・・・と、状態方程式ＳＡ〜ＳＤに基づく連立方程式により、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを変数として演算する。これにより、クロスポイントＣＰにおける各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算（復元）することが可能となる。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１の電流検出装置では、以下に列挙する効果を奏する。
ａ）実施の形態１の電流検出装置は、
直流電源２０から電力供給を受けて多相交流の電力を出力するインバータＩＶＴと、
このインバータＩＶＴの直流側に流れる電流を検出する１つの電流センサ３０と、
この電流センサ３０が検出した電流値Ｉｄｃに基づいてインバータＩＶＴの出力側の各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算する演算手段としての電流演算部４０と、
を有するインバータの電流検出装置であって、
電流センサ３０として、各相の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２〜１３３の電流検出部位としての各電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐ，１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎに電流が流れることによって発生する磁界を検出する電流センサ３０を用い、かつ、電流センサ３０を、電流検出部位に対する磁界の検出感度が、相毎に異なるように配置し、
電流演算部４０は、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２〜１３３の動作状態と、電流センサ３０の検出した電流値Ｉｄｃと、検出感度（センサ感度）と、に基づいて出力側の各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを算出することを特徴とする。
したがって、本実施の形態１は、複数の相が同時にＯＮとなる動作状態（クロスポイント）であっても、検出した直流側の電流値Ｉｄｃに対して、センサ感度に応じた出力側の各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの配分を復元することが可能である。
よって、従来は検出できなかった、クロスポイントにおける各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求めることが可能となり、従来と比較して、検出精度の向上を図ることが可能となる。

ｂ）実施の形態１の電流検出装置は、
電流センサ３０は、各相の電流検出部位としての各電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐ，１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎに対する間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎを、相毎に相違させる配置とすることにより磁界の検出感度（センサ感度）を異ならせていることを特徴とする。
このように、電流センサ３０の各電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐ，１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎに対するセンサ感度を異ならせるのにあたり、単に、間隙距離Ｌを異ならせた配置としているため、センサ感度の設定が容易である。

ｃ）実施の形態１の電流検出装置は、
電流演算部４０は、各相の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態の違い応じて複数の状態方程式ＳＡ〜ＳＤが設定され、かつ、各状態方程式ＳＡ〜ＳＤは、変数としての出力側の各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに検出感度（センサ感度）に応じた係数を乗算した項を有した多項式であり、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを算出するのにあたり、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態が異なる複数回の計測値と、その動作状態に応じた状態方程式とによる連立方程式を用いて、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算することを特徴とする。
このように、電流演算部４０を用いて状態方程式ＳＡ〜ＳＤによる連立方程式を解いて、複数の変数（電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の演算を行うようにしたため、この複数の変数の演算を容易に実施可能である。

ｄ）実施の形態１の電流検出装置は、
インバータＩＶＴは、各相に、直流電源２０の高電位側電極（１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐ）に接続された高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１と、直流電源２０の低電位側電極（１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎ）に接続された低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２と、を備え、
電流センサ３０は、高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１の直流側を流れる電流および低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２の直流側を流れる電流を検出していることを特徴とする。
したがって、電流センサ３０により、各相の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１，１１２，１２２，１３２を電流が流れることにより発生する磁界の検出が可能であり、多相のインバータＩＶＴにおいて、本発明の実施が可能である。

ｅ）実施の形態１の電流検出装置では、
電流センサ３０は、高電位側スイッチング素子１１１，１２１，１３１の電流検出部位としての高電位側電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐとの間隙距離Ｌを、それぞれ、各相で異ならせて配置しているとともに、低電位側スイッチング素子１１２，１２２，１３２の電流検出部位としての低電位側電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎとの距離を、それぞれ、各相で異ならせて配置していることを特徴とする。
このように、電流センサ３０は、各相の高電位側電極１１Ｐ，１２Ｐ，１３Ｐとの間隙距離Ｌを異ならせ、かつ、低電位側電極１１Ｎ，１２Ｎ，１３Ｎとの間隙距離Ｌを異ならせることで、各電極１１〜１３Ｐ、１１〜１３Ｎに対するセンサ感度を異ならせている。したがって、電流センサ３０の電流検出部位に対するセンサ感度を、相毎に異ならせるように設置するのが容易である。

ｆ）実施の形態１の電流検出装置では、
インバータＩＶＴの作動時に、各相の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２における電流検出部位としての各電極１１〜１３Ｐ、１１〜１３Ｎに対し、磁界の検出感度を異ならせて配置させた１つの電流センサ３０による直流側の電流値Ｉｄｃの計測を、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２の動作状態が異なる状態で複数回実行する計測ステップと、
計測ステップで得られた電流値Ｉｄｃが得られたときの動作状態に応じ、電流値Ｉｄｃと、各相の各スイッチング素子１１１，１２１，１３１、１１２，１２２，１３２のうちで動作したスイッチング素子の検出感度と、に基づいた状態方程式ＳＡ〜ＳＤを用いて、電流演算部４０により、インバータＩＶＴの出力側の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算する演算ステップと、
を備えていることを特徴とする電流値演算方法を実施するようにした。
したがって、上記ａ）にて説明したように、複数の相が同時にＯＮとなる動作状態（クロスポイント）であっても、検出した直流側の電流値Ｉｄｃに対して、出力側の各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの配分を復元することが可能である。
よって、従来検出できなかったクロスポイントにおける各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求めることが可能となり、従来と比較して、検出精度の向上を図ることが可能となる。

（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態の電流検出装置について説明する。
なお、他の実施の形態を説明するのにあたり、実施の形態１および各実施の形態間にて、共通する構成には同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の状態１〜８に対応する全ての状態方程式が異なるように設定した例である。
そのため、実施の形態２では、電流センサ３０を、図７に示すように、各相パワーモジュール１１〜１３の各電極対（Ｐ，Ｎ）との間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎが、全て異なる配置とした。

よって、間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎに逆比例する電流センサ３０のセンサ感度は、図示のように、左側から順に（０．５）（０．８）（１）（０．９）（０．６）（０．３）と、全て異なる設定とした。

これにより、各相の動作状態である状態１〜８と状態方程式Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｈとの関係は、図８に示すように設定される。なお、各状態方程式Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｈは、以下の通りである。
Ｓ２Ａ：Ｉｄ＝０．５×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．６×Ｉｗ
Ｓ２Ｂ：Ｉｄ＝０．５×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．３×Ｉｗ
Ｓ２Ｃ：Ｉｄ＝０．５×Ｉｕ＋０．９×Ｉｖ＋０．６×Ｉｗ
Ｓ２Ｄ：Ｉｄ＝０．５×Ｉｕ＋０．９×Ｉｖ＋０．３×Ｉｗ
Ｓ２Ｅ：Ｉｄ＝０．８×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．６×Ｉｗ
Ｓ２Ｆ：Ｉｄ＝０．８×Ｉｕ＋１×Ｉｖ＋０．３×Ｉｗ
Ｓ２Ｇ：Ｉｄ＝０．８×Ｉｕ＋０．９×Ｉｖ＋０．６×Ｉｗ
Ｓ２Ｈ：Ｉｄ＝０．８×Ｉｕ＋０．９×Ｉｖ＋０．３×Ｉｗ

したがって、実施の形態２では、以下の効果が得られる。
ｇ）実施の形態２の電流検出装置では、
電流センサ３０と、各相の電流検出部位としての各電極１１Ｐ，１１Ｎ，１２Ｐ，１２Ｎ，１３Ｐ，１３Ｎとの間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎを全て異ならせ、センサ感度が全て異なるようにした。
このため、各スイッチング素子１１１，１２１，１３１，１１２，１２２，１３２の各動作状態である状態１〜状態８において、全て異なる状態方程式Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｈを用いることが可能となる。
これにより、全ての動作状態において、確実に、３つの変数である電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算（復元）することが可能となる。すなわち、３つの変数を求める場合、その連立方程式として、状態の異なる３つの状態方程式が必要である。このとき、実施の形態１のように、状態により共通する状態方程式を備えている場合、共通しない３つの状態方程式に対応する電流値Ｉｄｃを得るのに、時間を要する場合が生じる。
それに対し、本実施の形態２では、状態１〜８が違えば、使用する状態方程式も異なるため、３つの状態方程式による連立方程式により、３つの変数である電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを確実に演算（復元）することが可能となる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、電流センサ３３０を、各電極によって、感度方向の符号が反転するように設置した例である。

この実施の形態では、図９に示す電流センサ３３０として、実施の形態１，２に用いたものと、感度の方向が９０度異なるものを使用している（図の電流センサを示すカッコ内の矢印の向きを参照）。

そこで、例えば、Ｖ相のパワーモジュール１２の電極対１２Ｐ，１２Ｎを基準として、この高電位電極１２Ｐに時計回り方向の磁界が発生しているとすると、電流センサ３３０では、下方向の磁界として検知する。一方、同じ電流がＮ相の低電位電極１２Ｎに流れて時計回り方向の磁界が発生しているとすると、電流センサ３３０では、上方向の磁界として検知し、同じ間隙距離Ｌであっても符号の異なる値として検知できる。

図９は、これを模式的に示しており、電流センサ３３０と各電極対（Ｐ，Ｎ）との間隙距離Ｌ１１Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１２Ｐ，Ｌ１２Ｎ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１３Ｎは、実施の形態１と同様に設定されている。しかしながら、これに逆比例するセンサ感度は、図において（）内に示すように、（０．４）（０．７）（１）（−１）（−０．７）（−０．４）に設定されている。

これにより、各相の動作状態である状態１〜８と状態方程式との関係は、図１０に示すように設定される。なお、各状態方程式Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｈは、以下の通りである。
Ｓ３Ａ：Ｉｄ０．４×Ｉｕ＋１×Ｉｖ−０．７×Ｉｗ
Ｓ３Ｂ：Ｉｄ０．４×Ｉｕ＋１×Ｉｖ−０．４×Ｉｗ
Ｓ３Ｃ：Ｉｄ０．４×Ｉｕ−１×Ｉｖ−０．７×Ｉｗ
Ｓ３Ｄ：Ｉｄ０．４×Ｉｕ−１×Ｉｖ−０．４×Ｉｗ
Ｓ３Ｅ：Ｉｄ０．７×Ｉｕ＋１×Ｉｖ−０．７×Ｉｗ
Ｓ３Ｆ：Ｉｄ０．７×Ｉｕ＋１×Ｉｖ−０．４×Ｉｗ
Ｓ３Ｇ：Ｉｄ０．７×Ｉｕ−１×Ｉｖ−０．７×Ｉｗ
Ｓ３Ｈ：Ｉｄ０．７×Ｉｕ−１×Ｉｖ−０．４×Ｉｗ

したがって、実施の形態３では、以下の効果を得ることができる。
ｈ）実施の形態３の電流検出装置は、
電流センサ３３０は、各相の電流検出部位としての各電極１１Ｐ〜１３Ｐ，１１Ｎ〜１３Ｎにおいて発生する磁界に対する向きを相毎に異ならせる配置とすることにより磁界の検出感度（センサ感度）を異ならせていることを特徴とする。
これにより、同じ間隙距離Ｌであっても、検出感度（センサ感度）を異ならせることができ、電流センサ３３０の設置自由度が向上する。

加えて、実施の形態３では、実施の形態２と同様に、電流センサ３３０における各相の電流検出部位としての各電極１１Ｐ，１１Ｎ，１２Ｐ，１２Ｎ，１３Ｐ，１３Ｎに対するセンサ感度が全て異なるようにした。
したがって、上記ｇ）に記載したのと同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態３の変更例であり、電流センサ３３０は、実施の形態３と同様のものを用いている。
そして、実施の形態４では、各パワーモジュール１１〜１３において、直流電源２０側の各電極１１Ｐ，１１Ｎ，１２Ｐ，１２Ｎ，１３Ｐ，１３Ｎと、モータコイル１００側の接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣとの間にシールド板４００を設けた。これにより、電流センサ３３０は、検出対象の各電極１１Ｐ，１１Ｎ，１２Ｐ，１２Ｎ，１３Ｐ，１３Ｎとは異なる電極である接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣとからの磁界の影響を受けるのを回避するようにした。

したがって、実施の形態４では、以下の効果を奏する。
ｊ）実施の形態４の電流検出装置では、
電流検出部位としての各電極１１Ｐ，１１Ｎ，１２Ｐ，１２Ｎ，１３Ｐ，１３Ｎと、この電流検出部位以外の電極として接続電極１１ＡＣ，１２ＡＣ，１３ＡＣとの間に、電磁波を遮蔽するシールド材としてのシールド板４００を介在させたことを特徴とする。
これにより、電流センサ３３０が、電流検出部位以外からの磁界などのノイズによる干渉を受けるのを抑制可能である。

以上、本発明の電流検出装置を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施の形態では、多相交流として３相の例を示したが、これに限定されるものではなく、３以外の多相交流にも適用することができる。
また、実施の形態４では、シールド材としてシールド板を示したが、電磁波を遮蔽するものであれば、板以外の例えば網状のものを用いることができる。

１１ Ｕ相パワーモジュール
１１Ｎ 低電位電極（電流検出部位：低電位側電極）
１１Ｐ 高電位電極（電流検出部位：高電位側電極）
１２ Ｖ相パワーモジュール
１２Ｎ 低電位電極（電流検出部位：低電位側電極）
１２Ｐ 高電位電極（電流検出部位：高電位側電極）
１３ Ｗ相パワーモジュール
１３Ｎ 低電位電極（電流検出部位：低電位側電極）
１３Ｐ 高電位電極（電流検出部位：高電位側電極）
２０ 直流電源
３０ 電流センサ
４０ 電流演算部（演算手段）
１１１ 高電位側スイッチング素子
１２１ 高電位側スイッチング素子
１３１ 高電位側スイッチング素子
１１２ 低電位側スイッチング素子
１２２ 低電位側スイッチング素子
１３２ 低電位側スイッチング素子
３３０ 電流センサ
４００ シールド板（シールド材）
ＩＶＴ インバータ
Ｌ１１Ｐ 間隙距離
Ｌ１１Ｎ 間隙距離
Ｌ１２Ｐ 間隙距離
Ｌ１２Ｎ 間隙距離
Ｌ１３Ｐ 間隙距離
Ｌ１３Ｎ 間隙距離

Claims (8)

1. 直流電源から電力供給を受けて多相交流の電力を出力するインバータと、
   このインバータの直流側に流れる電流を検出する１つの電流センサと、
   この電流センサが検出した電流値に基づいて前記インバータの出力側の各相に流れる電流を演算する演算手段と、
   を有するインバータの電流検出装置であって、
   前記電流センサとして、前記各相のスイッチング素子の電流検出部位に電流が流れることによって発生する磁界を検出する電流センサを用い、かつ、前記電流センサを、前記電流検出部位に対する前記磁界の検出感度が、前記相毎に異なるように配置し、
   前記演算手段は、前記スイッチング素子の動作状態と、前記電流センサの検出した電流値と、前記検出感度と、に基づいて前記出力側の各相の電流を算出することを特徴とする電流検出装置。
2. 請求項１に記載の電流検出装置において、
   前記電流センサは、前記電流検出部位に対する間隙距離を前記相毎に相違させる配置とすることにより前記磁界の検出感度を異ならせていることを特徴とする電流検出装置。
3. 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、
   前記電流センサは、前記電流検出部位において発生する磁界に対する向きを前記相毎に異ならせる配置とすることにより前記磁界の検出感度を異ならせていることを特徴とする電流検出装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電流検出装置において、
   前記電流検出部位と、この電流検出部位以外の電極との間に、電磁波を遮蔽するシールド材を介在させたことを特徴とする電流検出装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電流検出装置において、
   前記演算手段は、各相の各スイッチング素子の動作状態の違い応じて複数の状態方程式が設定され、かつ、各状態方程式は、変数としての前記各相の電流に前記検出感度に応じた係数を乗算した項を有した多項式であり、前記各相の電流を算出するのにあたり、前記スイッチング素子の動作状態が異なる複数回の計測値と、その動作状態に応じた状態方程式とによる連立方程式を用いて、前記各相の電流を演算することを特徴とする電流検出装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電流検出装置において、
   前記インバータは、前記各相に、前記直流電源の高電位側電極に接続された高電位側スイッチング素子と、前記直流電源の低電位側電極に接続された低電位側スイッチング素子と、を備え、
   前記電流センサは、前記高電位側スイッチング素子の直流側を流れる電流および前記低電位側スイッチング素子の直流側を流れる電流を検出していることを特徴とする電流検出装置。
7. 請求項６に記載の電流検出装置において、
   前記電流センサは、前記高電位側スイッチング素子の前記電流検出部位との間隙距離を、それぞれ、各相で異ならせて配置しているとともに、前記低電位側スイッチング素子の前記電流検出部位との間隙距離を、それぞれ、各相で異ならせて配置していることを特徴とする電流検出装置。
8. インバータの作動時に、各相のスイッチング素子における電流検出部位に対し、磁界の検出感度を異ならせて配置させた１つの電流センサによる直流側の電流値の計測を、前記スイッチング素子の動作状態が異なる状態で複数回実行する計測ステップと、
   前記計測ステップで得られた電流値が得られたときの動作状態に応じ、前記電流値と、前記各相の動作したスイッチング素子の検出感度と、に基づいた状態方程式を用いて、演算手段により、前記インバータの出力側の電流を演算する演算ステップと、
   を備えていることを特徴とする電流値演算方法。