JP6854850B2 - 電流検出装置および電流検出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本願は、電流検出装置に関する。

例えば、２組の３相巻線を有する交流回転機のそれぞれの相の巻線の電流を検出する磁気センサを用いた電流検出装置においては、それぞれの巻線の磁気センサに、他の相の電流による磁界が外乱磁界となって混入することによる電流検出誤差が含まれることになる。この誤差を低減するための構成が種々提案されている。

特許文献１に記載の電流検出装置は、第１対向部と第２対向部の電流の向きが逆となるように第１磁気センサと第２磁気センサを配置し、外乱磁界によって生じる電流検出誤差を低減している。特許文献２に記載の電流検出装置は、他相より影響を受ける磁束の大きさに対応する補正電流を補正導体に流すことで隣接する他相の磁束の影響による電流検出誤差を低減している。

特開２０１８−９６７９５号公報 国際公開第２０１７／１８７８１３号

特許文献１に記載の電流検出装置は、１相の電流を検出するために２つの磁気センサが必要となる。例えば、２群３相モータの場合であれば１２個の磁気センサが必要となるため、各相を１つの検出素子で検出する場合に比べて空間が多く必要となる。

また、特許文献２に記載の電流検出装置は、補正電流を流すための補正導体が必要となるため、空間が多く必要となる上、補正導体を実装しない場合に比べて補正導体の発熱によって温度上昇しやすくなる。部品の許容温度内で使用するためには、温度上昇を抑制するため高温時には電流量を制限する。熱的に厳しい環境下で使用される場合には、補正導体の発熱によって出力トルクの制限が早めにかかる。

本願は、上記の問題点を解決するための技術を開示するものであり、空間を多く必要とせず、電流検出誤差の小さい電流検出装置を提供することを目的としている。

本願に開示される電流検出装置は、交流回転機の２ｎ相（ｎは３の倍数）のそれぞれの巻線へのそれぞれの電流経路にそれぞれ対向配置された磁気センサを有する電流検出装置において、ｎ個のそれぞれの位置にそれぞれ隣接した２個の電流経路配置位置を有するように設定された２ｎ個の電流経路配置位置に、それぞれ磁気センサが対向配置された電流経路が、２ｎ相のうちのｌ番目の相であるｌ相（ｌ＝１〜２ｎ）の電流Ｉ_ｌ、ｌ相の電流経路と２ｎ相のうちのｋ番目の相であるｋ相（ｋ＝１〜２ｎ）の電流経路に対向配置された磁気センサとの結合係数ａ_ｌ＿ｋとにより表記されるｋ相の電流経路に対向配置された磁気センサが検出する検出電流ｉ_ｋｓの表記

による２ｎ個の検出電流ｉ_ｋｓを、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして２軸座標系にｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流のそれぞれの直流成分と交流成分のそれぞれを同位相の正弦関数で表される項ごとにまとめて表記したそれぞれの項のうち、誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａ_ｌ＿ｋにより相殺される条件となる位置関係に配置されているものである。

本願に開示される電流検出装置の製造方法は、交流回転機の２ｎ相（ｎは３の倍数）のそれぞれの巻線へのそれぞれの電流経路にそれぞれ対向配置された磁気センサを有する電流検出装置の製造方法において、それぞれ磁気センサが対向配置された２ｎ個の電流経路を配置する位置として、ｎ個のそれぞれの位置に、２個隣接して電流経路を配置する位置を設定することにより、２ｎ個の電流経路配置位置を設定する配置位置設定工程、設定された２ｎ個の電流経路配置位置に、それぞれ磁気センサが対向配置された２ｎ個の電流経路のそれぞれを、それぞれ磁気センサが対向配置された電流経路を、２ｎ相のうちのｌ番目の相であるｌ相（ｌ＝１〜２ｎ）の電流Ｉ_ｌ、ｌ相の電流経路と前記２ｎ相のうちのｋ番目の相であるｋ相（ｋ＝１〜２ｎ）の電流経路に対向配置された磁気センサとの結合係数ａ_ｌ＿ｋとにより表記されるｋ相の電流経路に対向配置された磁気センサが検出する検出電流ｉ_ｋｓの表記

による２ｎ個の検出電流ｉ_ｋｓを、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして２軸座標系にｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流のそれぞれの直流成分と交流成分のそれぞれを同位相の正弦関数で表される項ごとにまとめて表記したそれぞれの項のうち、誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａ_ｌ＿ｋにより相殺される条件となるよう割り当てる電流経路割り当て工程、電流経路割り当て工程において割り当てられた電流経路配置位置に、それぞれ磁気センサが対向配置されたそれぞれの電流経路を配置する電流経路配置工程、を備えたものである。

本願に開示される電流検出装置および電流検出装置の製造方法によれば、空間を多く必要とせず、電流検出誤差の小さい電流検出装置を実現できる。

実施の形態１による電流検出装置を含む電動駆動装置の全体構成を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の各相の電流位相の関係を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の電流経路配置位置を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の電流経路と磁気センサの位置関係の一例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の電流経路と磁気センサの位置関係の別の例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係の一例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の電流経路の配置の割り当てを説明するための表を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係の別の例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係のさらに別の例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係のさらに別の例を示す図である。 実施の形態１による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係のさらに別の例を示す図である。 実施の形態２による電流検出装置の各相の電流位相の関係を示す図である。 実施の形態２による電流検出装置の電流経路の配置の割り当てを説明するための表を示す図である。 実施の形態３による電流検出装置の各相の電流位相の関係を示す図である。 実施の形態３による電流検出装置の電流経路の配置の割り当てを説明するための表を示す図である。 実施の形態４による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係の一例を示す図である。 実施の形態４による電流検出装置の電流経路の配置の割り当てを説明するための表を示す図である。 実施の形態４による電流検出装置の電流経路の配置の別の割り当てを説明するための表を示す図である。 実施の形態４による電流検出装置の隣接する２個の電流経路と磁気センサの位置関係の別の例を示す図である。 実施の形態５による電流検出装置の製造方法を説明するためのフロー図である。

実施の形態１．
以下、各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

図１は、実施の形態１による電流検出装置を含む電動駆動装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、電動駆動装置は、平滑コンデンサ３、第１の電力変換器４ａ、第２の電力変換器４ｂ、および、制御部６を備えている。電力変換装置は、電源としての直流電源２に接続されている。また、電力変換装置には、負荷として、交流回転機１が接続されている。電力変換装置は、直流電源２からの直流電圧を交流電圧に変換して交流回転機１に供給する。

交流回転機１は、第１の３相巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１と第２の３相巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２とを有する３相交流回転機である。第１の３相巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１と第２の３相巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２とは、互いに電気的に接続されることなく、交流回転機１の固定子に納められている。３相交流回転機としては、例えば、永久磁石同期回転機、誘導回転機、同期リラクタンス回転機等が挙げられる。本願は、ｎ相×２（ｎは３の倍数）の巻線を有する交流回転機であれば、どのような回転機にでも適用できる。本実施の形態１では、第１の３相巻線と第２の３相巻線とは、図２に示すように位相差がπ／６（単位はｒａｄ（ラジアン）、以降、位相の単位が記載されていないときは、単位はｒａｄである）であるものとして説明する。

直流電源２は、電力変換器４に直流電圧Ｖｄｃを出力する。この直流電源２は、バッテリー、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する直流電源であれば、どのような構成であっても良い。平滑コンデンサ３は、直流電源２に並列に接続され、母線電流の変動を抑制して安定した直流電流を実現する。

電力変換器４ａは、逆変換回路（インバータ）を用いて、オン／オフ信号Ｑｕｐ１〜Ｑｗｎ１に基づいて、高電位側スイッチング素子Ｓｕｐ１、Ｓｖｐ１、Ｓｗｐ１および低電位側スイッチング素子Ｓｕｎ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｎ１をオンオフすることによって、直流電源２から入力した直流電圧Ｖｄｃを電力変換して交流回転機１の３相巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に交流電圧を印加し、電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を通電する。ここで、オンオフ信号Ｑｕｐ１、Ｑｕｎ１、Ｑｖｐ１、Ｑｖｎ１、Ｑｗｐ１、Ｑｗｎ１は、電力変換器４ａにおいて、それぞれＳｕｐ１、Ｓｕｎ１、Ｓｖｐ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｐ１、Ｓｗｎ１をオンオフするためのオンオフ信号である。以後、Ｑｕｐ１〜Ｑｗｎ１において、その値が１ならば対応するスイッチをオンするための信号が出力され、その値が０ならば対応するスイッチをオフするための信号が出力されるものとする。半導体スイッチＳｕｐ１〜Ｓｗｎ１として、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳパワートランジスタ等の半導体スイッチとダイオードを逆並列に接続したものを用いる。

電力変換器４ｂは、逆変換回路（インバータ）を用いて、オン／オフ信号Ｑｕｐ１〜Ｑｗｎ１に基づいて、高電位側スイッチング素子Ｓｕｐ２、Ｓｖｐ２、Ｓｗｐ２および低電位側スイッチング素子Ｓｕｎ２、Ｓｖｎ２、Ｓｗｎ２をオンオフすることによって、直流電源２から入力した直流電圧Ｖｄｃを電力変換して交流回転機１の３相巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に交流電圧を印加し、電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を通電する。ここで、オンオフ信号Ｑｕｐ２、Ｑｕｎ２、Ｑｖｐ２、Ｑｖｎ２、Ｑｗｐ２、Ｑｗｎ２は、電力変換器４ｂにおいて、それぞれＳｕｐ２、Ｓｕｎ２、Ｓｖｐ２、Ｓｖｎ２、Ｓｗｐ２、Ｓｗｎ２をオンオフするためのオンオフ信号である。半導体スイッチＳｕｐ２〜Ｓｗｎ２として、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳパワートランジスタ等の半導体スイッチとダイオードを逆並列に接続したものを用いる。

電流検出装置５は、交流回転機１の３相巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１に流れる電流Ｉｕ１、電流Ｉｖ１および電流Ｉｗ１の値を、それぞれ、電流検出値ｉ_ｕ１ｓ、ｉ_ｖ１ｓおよびｉ_ｗ１ｓとして検出するとともに、交流回転機１の３相巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２に流れる電流Ｉｕ２、電流Ｉｖ２および電流Ｉｗ２の値を、それぞれ、電流検出値ｉ_ｕ２ｓ、ｉ_ｖ２ｓおよびｉ_ｗ２ｓとして検出する。図１のように電力変換器４ａと交流回転機１の３相巻線の間、電力変換器４ｂと交流回転機１の３相巻線の間に電流検出装置５を設けることで、電力変換器４ａおよび電力変換器４ｂのスイッチング素子の状態に拘らず常時電流を検出できるという効果を得ることができる。仮に、低電位側スイッチング素子に直列に電流検出装置５を設けた場合、低電位側スイッチング素子がオンの場合に電流を検出するため、高変調率になると、いずれか１相の電流を検出できない状態が生じる。出力に制限をかけることによって、一部の相で電流検出ができない状態を回避することはできるが、出力トルクが低下する。つまり、図１の位置に電流検出装置５を置く構成は、電流検出可否を考慮せずにスイッチング素子のオン／オフを決定することで最大出力を得ることが可能となるため、本実施の形態に好適である。

続いて、電圧指令演算器６とオン／オフ信号発生器８を備えた制御部６について述べる。制御部６は、例えば、演算処理を実行するマイクロコンピュータと、プログラムデータ、固定値データ等のデータを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とによって実現される。

電圧指令演算器７は、外部から入力される制御指令に基づいて、交流回転機１を駆動するための第１の３相巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１に印加する電圧に係る第１の３相電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を演算するとともに、第２の３相巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２に印加する電圧に係る第２の３相電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を演算して、オン／オフ信号発生器８に出力する。電圧指令演算器７における、第１の３相電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１およびＶｗ１、および第２の３相電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２およびＶｗ２の演算方法としては、例えば、電流フィードバック制御などを使用する。なお、電圧利用率を向上させるために、空間ベクトル変調あるいは二相変調などの公知の変調方式を用いてもよい。

オン／オフ信号発生器８は、電力変換器４ａおよび電力変換器４ｂの各半導体スイッチをパルス幅変調（ＰＷＭ変調）するための信号を発生する。具体的には、第１の３相電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１およびＶｗ１に基づいて、電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に応じたパルス幅を持つオンオフ信号Ｑｕｐ１、Ｑｕｎ１、Ｑｖｐ１、Ｑｖｎ１、Ｑｗｐ１、Ｑｗｎ１を出力するとともに、第２の３相電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２およびＶｗ２に基づいて、電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２に応じたパルス幅を持つオンオフ信号Ｑｕｐ２、Ｑｕｎ２、Ｑｖｐ２、Ｑｖｎ２、Ｑｗｐ２、Ｑｗｎ２を出力する。

図３は、交流回転機１のロータの軸１００の伸びる方向から見た、電流検出装置５における電流検出器の配置位置を示す概略図である。以降、各相の電流経路に磁気センサを対向配置して構成する電流検出器を配置する位置を電流経路配置位置と称することにする。電流検出装置５は、第１電流経路配置位置Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３と第２電流経路配置位置Ｙ２１、Ｙ２２、Ｙ２３に配置される６個の電流検出器で構成される。電流経路配置位置Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ２１、Ｙ２２、Ｙ２３に配置される電流検出器を構成する磁気センサは、それぞれ電流検出値ｉ_ｕ１ｓ、ｉ_ｖ１ｓ、ｉ_ｗ１ｓ、ｉ_ｕ２ｓ、ｉ_ｖ２ｓおよびｉ_ｗ２ｓのいずれかを検出する。Ｙ１１とＹ２１、Ｙ１２とＹ２２、Ｙ１３とＹ２３は隣接して配置する。第１電流経路配置位置Ｙ１１では、図４のように第１電流経路Ｘ１１が発生する磁界を第１磁気センサＳ１１で検知してｉ１１を得る。紙面裏側に電力変換器４ａまたは電力変換器４ｂが、紙面表側に交流回転機１が接続されることを示し、電力変換器から交流回転機に向けて正の電流が流れる場合の方向を示す。図示しないが、第１電流経路配置位置Ｙ１１と同様に、第１電流経路配置位置Ｙ１２では、第１電流経路Ｘ１２が発生する磁界を第１磁気センサＳ１２で検知してｉ１２を得て、第１電流経路配置位置Ｙ１３では、第１電流経路Ｘ１３が発生する磁界を第１磁気センサＳ１３で検知してｉ１３を得る。また、第２電流経路配置位置Ｙ２１では、第１電流経路Ｘ２１が発生する磁界を第２磁気センサＳ２１で検知してｉ２１を得て、第２電流経路配置位置Ｙ２２では、第２電流経路Ｘ２２が発生する磁界を第２磁気センサＳ２２で検知してｉ２２を得て、第２電流経路配置位置Ｙ２３では、第２電流経路Ｘ２３が発生する磁界を第２磁気センサＳ２３で検知してｉ２３を得る。

図４では、第１電流経路Ｘ１１と第１磁気センサを左右に並べて配置したが、例えば、図５のように磁性体５０を用いて第１電流経路Ｘ１１が発生する磁界を集磁して第１磁気センサＳ１１で検知する構成としてもよい。また、図３では第１電流経路配置位置および第２電流経路配置位置における電流経路を放射状の電流経路としたが、紙面表から裏、紙面裏から表など他の経路の向きであっても同様の効果を得られる。

以下では、Ｕ１〜Ｗ２の６相のそれぞれの電流経路をどの電流経路配置位置に配置するのが適当であるかについて説明する。全ての相の電流の振幅が同一であるとして規格化した場合、電流検出値ｉ_ｕ１ｓ、ｉ_ｖ１ｓ、ｉ_ｗ１ｓ、ｉ_ｕ２ｓ、ｉ_ｖ２ｓおよびｉ_ｗ２ｓは、電気角をθ、電流の位相角をβとしたとき、式（１）で与えられる。

ここで、ａ_{ｌｊ＿ｋｉ}（ｋ、ｌ：ｕ、ｖ、ｗ ｉ、ｊ：１、２）は電流経路ｋｉに対向配置されている磁気センサが電流経路ｌｊの電流による磁界を感じる割合、すなわち結合係数を表す。例えば、ａ_{ｕ１＿ｕ１}は、電流経路Ｕ１に対向配置されている磁気センサが電流経路Ｕ１の電流による磁界を感じる割合、すなわち検出したい電流経路との結合係数である。また、ａ_{ｖ１＿ｕ１}は、電流経路Ｕ１に対向配置されている磁気センサが電流経路Ｖ１の電流による磁界を感じる割合、すなわち、電流経路Ｕ１に対向配置されている磁気センサと電流経路Ｖ１との結合係数である。このように、係数ａ_{ｌｊ＿ｋｉ}で、ｋｉとｌｊが同一のものは検出したい電流そのものの係数、ｋｉとｌｊが異なるものはノイズ成分となる係数である。

検出した３相電流は、式（２）および式（３）に基づきｄｑ軸電流に変換できる。

和電流（Ｉ_ｄ１＋Ｉ_ｄ２＝Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ１＋Ｉ_ｑ２＝Ｉ_ｑ）に比べて差電流（Ｉ_ｄ１−Ｉ_ｄ２およびＩ_ｑ１−Ｉ_ｑ２）が微小であることを利用して、出力トルクは式（４）で与えられる。和電流に含まれる検出誤差を低減することで出力トルク精度を向上、あるいは出力トルクリプルを抑制できる。

ここで、Ｐｍは極対数、φはロータの磁束、Ｌ_ｄおよびＬ_ｑはそれぞれｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスである。

ｄ軸和電流Ｉ_ｄは直流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ｄｃ}と交流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ａｃ}の和で、ｑ軸和電流Ｉ_ｑは直流成分Ｉ_{ｑ＿ｓｕｍ＿ｄｃ}と交流成分Ｉ_{ｑ＿ｓｕｍ＿ａｃ}の和で表現でき、それぞれ式（５）〜（８）で与えられる。

各式において、同位相の正弦関数で表される項を１つの項としたとき、式（５）および式（７）では、第２項から第６項までが誤差成分である。第２項から第４項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の正弦関数に係る係数の値、すなわち振幅が等しければ第２項から第４項までの和は零となる（第２項から第４項までの複数の項により相殺されるという、後述の条件（Ｂ））。つまり、式（５）および式（７）において誤差成分を零とするには、第２項から第４項までの係数が等しく、第５項および第６項の振幅が零（誤差成分となる項の振幅が複数の係数により相殺されて零となるという、後述の条件（Ａ））であればよい。式（６）および式（８）において、第１項から第９項までが誤差成分である。第１項から第３項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第１項から第３項までの和は零となる（後述の条件（Ｂ））。第４項から第６項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第４項から第６項までの和は零となる（後述の条件（Ｂ））。第７項から第９項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第７項から第９項までの和は零となる（後述の条件（Ｂ））。つまり、式（６）および式（８）において誤差成分を零とするには、第１項から第３項までの振幅が等しく、第４項から第６項までの振幅が等しく、第７項から第９項までの振幅が等しければよい。

図６は、隣接して位置する第１電流経路配置位置Ｙ１２および第２電流経路配置位置Ｙ２２における電流経路と磁気センサの配置を示した概略図である。第１電流経路Ｘ１２、第１磁気センサＳ１２、第２磁気センサＳ２２、第２電流経路Ｘ２２の順に並ぶ。すなわち、隣接する２個の電流経路において、それぞれの電流経路に対向して配置された磁気センサは２個の電流経路の間に配置されている。第１電流経路Ｘ１２が第１磁気センサＳ１２で生成する磁界の方向は下向きであるから検出軸はＰ１２となる。第２電流経路Ｘ２２が第２磁気センサＳ２２で生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸はＰ２２となる。第２電流経路Ｘ２２が第１磁気センサＳ１２の位置に生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸Ｐ１２とは逆向きとなる。第１電流経路Ｘ１２が第２磁気センサＳ２２の位置に生成する磁界の方向は下向きであるから検出軸Ｐ２２とは逆向きとなる。つまり、第１磁気センサＳ１１〜Ｓ１３、第２磁気センサＳ２１〜Ｓ２３のいずれにおいても、本来取得したい成分に対してノイズ成分は逆方向の成分となる。

式（５）の第５項および第６項の係数を見ると、第１の３相巻線同士、第２の３相巻線同士のノイズ成分の和となっているので、第１の３相巻線の電流検出器同士または第２の３相巻線の電流検出器同士を隣接させなければ、係数を零とすることができる。第２項の係数は、Ｕ１相の電流経路がＷ２相の磁気センサに与えたノイズ成分から、Ｗ２相の電流経路がＵ１相の磁気センサに与えたノイズ成分を減算しているので、それぞれノイズ成分があったとしても相殺されて零となる。第３項および第４項の係数が第２項の係数と等しくなるには零となる必要がある。

以上のように、ｎが３の倍数であり、全ての相の電流の振幅が同一であるとして規格化することにより、ｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流を、同位相の正弦関数で表される項をそれぞれまとめて、同位相の正弦関数ごとの項により表記することができる。交流回転機が、例えば、ｎ＝３、すなわち３相巻線が２個、図２のように２個の巻線の位相差がπ／６であるような、２ｎ＝６相の交流回転機である場合、例えば式（５）から式（８）のように表記できる。同位相の正弦関数の項における、有効な値を有する複数の係数a_{l_k}（ｌ≠ｋ）による相殺を利用して、ｄｑ変換した電流表記の誤差項が、以下の（Ａ）、（Ｂ）の条件の少なくともどちらかを満たすように、電流経路に磁気センサが対向配置された２ｎ個の電流経路のそれぞれを、ｎ個のそれぞれの位置にそれぞれ隣接した２個の電流経路配置位置を有するように設定された２ｎ個の電流経路配置位置に割り当てることにより、誤差が小さい電流検出装置が実現できる。すなわち、各磁気センサを他相から遠く離して配置する必要がないため、空間を多く必要とせず、補正導体あるいは磁気シールドといった付加部材も必要としない、誤差の少ない電流検出装置が得られる。
（Ａ）誤差成分となる項の係数の値、すなわち振幅が、少なくとも一つの項において、その項に含まれる複数の係数により相殺される条件
（Ｂ）誤差成分のうちの、それぞれの正弦関数の位相が異なる複数の項により誤差成分の振幅が相殺される条件

以下、（Ａ）、（Ｂ）いずれかの条件を満たす電流検出器、すなわち各相の電流経路の具体的な配置を説明する。第１電流経路Ｘ１１〜Ｘ１３および第２電流経路Ｘ２１〜Ｘ２３の通電相の組み合わせは、図７の６通りが考えられる。Ｘ１１をＶ１相とする場合には、図７のＵをＶに、ＶをＷに、ＷをＵに読み替えればよく、Ｘ１１をＷ１相とする場合には、図７のＵをＷに、ＶをＵに、ＷをＶに読み替えればよい。

以下では式（１）の係数を式（９）のように規格化して説明する。

組み合わせＣ３の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせ、すなわち（Ｘ１１、Ｘ２１）、（Ｘ１２、Ｘ２２）および（Ｘ１３、Ｘ２３）となる係数は式（１０）で与えられる。

式（９）および式（１０）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（５）の第３項と第４項の係数を零にすることができないが、式（６）の第４項から第６項までの係数を等しくすることができ、位相が異なる第４項から第６項の３つの項によって相殺されることにより第４項から第６項の全体で誤差項の振幅が零となる。すなわち、条件（Ｂ）を満たす。これにより、出力トルクの精度は出ないものの、出力トルクリプルは低減できる。組み合わせＣ５でも同様である。
以上のように、隣接する電流経路配置位置がどの程度隣接していればよいかは、隣接していない２個の電流経路間における係数ａ_ｌ＿ｋの値が、隣接して配置される２個の電流経路間における係数ａ_ｌ＿ｋの値に対して無視できる程度になるくらい隣接していればよい。具体的には、隣接して配置される２個の電流経路間の距離が、隣接していない最も距離が短い電流経路間の距離の０．２倍以下の距離になっていればよい。

一方、組み合わせＣ２の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（１１）で与えられる。

式（９）および式（１１）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（６）の第４項から第６項までの係数を等しくすることができないが、式（５）の第３項と第４項の係数を零にすることができる。すなわち、条件（Ａ）を満たす。これにより、出力トルクリプルは低減できないものの、出力トルクの精度は出すことができる。組み合わせＣ４およびＣ６でも同様である。

さらに、組み合わせＣ１は、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（１２）で与えられる。

式（９）および式（１２）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（５）の第３項と第４項の係数を零にすることができる上、式（６）の第４項から第６項までの係数を等しくすることができる。すなわち条件（Ａ）と条件（Ｂ）を満たす。これにより、出力トルクの精度は出る上、出力トルクリプルも低減できる。例えば、出力トルクの精度が必要な制御対象、例えば車両用発電電動機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ１、Ｃ２、Ｃ４またはＣ６を選択すればよく、出力トルクリプルを抑制したい制御対象、例えば電動パワーステアリング用回転機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ１、Ｃ３またはＣ５を選択すればよい。

つまり、第１電流経路Ｘ１１〜Ｘ１ｎを流れる電流を順に２π／ｎずつ位相が進んだものとするとともに、第２電流経路Ｘ２１〜Ｘ２ｎを流れる電流を順に２π／ｎずつ位相が進んだものとすることで、出力トルクリプルを低減できるという従来に無い効果を得ることができる。第１電流経路Ｘ１１〜Ｘ１ｎを流れる電流を順に２π／ｎずつ位相が進んだものとするとともに、第２電流経路Ｘ２１〜Ｘ２ｎを流れる電流を順に２π／ｎずつ位相が遅れたものとすることで、出力トルクの精度を向上できるという従来に無い効果を得ることができる。さらに、ｋを１〜ｎの自然数としたとき第１電流経路Ｘ１ｋと第２電流経路Ｘ２ｋを流れる電流の位相が、それぞれπ／２異なる（図７ Ｃ１）設定とすることで、出力トルクの精度を向上しつつ、出力トルクリプルを低減できるという従来に無い効果を得ることができる。

なお、ここでは２組の３相巻線を持つ交流回転機について説明したが、誤差成分を表す式が２π／３ずれた３つの正弦関数で構成されればよいので、ｎが３の倍数であれば２組のｎ相巻線においても同様の効果を得ることが可能である。

図６では、第１電流経路Ｘ１２が発生する磁界の第１磁気センサＳ１２の検出軸Ｐ１２における第２電流経路Ｘ２２が発生する磁界の方向と、第２電流経路Ｘ２２が発生する磁界の第２磁気センサＳ２２の検出軸Ｐ２２における第１電流経路Ｘ１２が発生する磁界の方向が、ともに検出軸の方向に対して逆方向になるように配置することで、式（５）の第２項において３つの組み合わせ（Ｕ１とＷ２、Ｖ１とＵ２、Ｗ１とＶ２）のパラメータが異なる符号で２回登場することを利用して、出力トルクリプルの低減に加えて出力トルクの精度の向上まで可能としている。

自相の磁気センサに対して最も近い電流経路を自相のものとし、２番目に近い電流経路を隣接する電流検出器の相のものとすることで、残りの４相の電流経路の影響を相対的に小さいものとすることができ、式（１）のａ_{ｕ１＿ｕ１}〜ａ_{ｗ２＿ｗ２}の３６個のパラメータのうち電流検出誤差を低減するのに考慮すべき対象を１２個に絞れるという従来に無い効果を得ることができる。

ここまでは図６のように配置した場合について説明したが、隣接する第１電流経路配置位置Ｙ１２および第２電流経路配置位置Ｙ２２では、第１磁気センサＳ１２、第１電流経路Ｘ１２、第２電流経路Ｘ２２、第２磁気センサＳ２２の順に並ぶ図８のような配置としてもよい。すなわち、隣接する２個の電流経路が、それぞれの電流経路に対向して配置された磁気センサの間に配置されている。このとき、第１電流経路Ｘ１２が第１磁気センサＳ１２の位置に生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸はＰ１２となる。第２電流経路Ｘ２２が第２磁気センサＳ２２の位置に生成する磁界の方向は下向きであるから検出軸はＰ２２となる。第２電流経路Ｘ２２が第１磁気センサＳ１２の位置に生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸Ｐ１２とは同じ向きとなる。第１電流経路Ｘ１２が第２磁気センサＳ２２の位置に生成する磁界の方向は下向きであるから検出軸Ｐ２２とは同じ向きとなる。この場合も式（５）〜式（８）は同様に成り立つため、第１電流経路Ｘ１２が発生する磁界の第１磁気センサＳ１２の検出軸Ｐ１２において第２電流経路Ｘ２２が発生する磁界の方向と、第２電流経路Ｘ２２が発生する磁界の第２磁気センサＳ２２の検出軸Ｐ２２において第１電流経路Ｘ１２が発生する磁界の方向が、ともに検出軸の方向に対して同方向になるように配置することで、式（５）の第２項において３つの組み合わせ（Ｕ１とＷ２、Ｖ１とＵ２、Ｗ１とＶ２）のパラメータが異なる符号で２回登場することを利用して、出力トルクリプルの低減に加えて出力トルクの精度の向上まで可能となる。なお、図６および図８のように磁気センサと電流経路を直線上に並べて配置することで、電流検出装置の紙面上下方向のサイズを抑制するという効果も得ることができる。

また、図６および図８では磁気センサと電流経路を直線上に並べて配置したが、図９のように別の直線上に並べて配置しても出力トルクにおいて同様の効果が得られる。すなわち、隣接する２個の電流経路において、２個の電流経路を同一平面上に、それぞれの電流経路に対向する磁気センサを別の同一平面上に配置することで、搭載性を向上することができる。

なお、図１０あるいは図１１のように、電力変換器４ａまたは電力変換器４ｂおよび交流回転機１と、第１電流経路Ｘ１２と第２電流経路Ｘ２２の接続方向が逆であっても、６相を適切な配置にすることで同様の効果を得ることは可能である。ただし、図６、図８および図９のように電力変換器４ａまたは電力変換器４ｂおよび交流回転機１と、第１電流経路Ｘ１２と第２電流経路Ｘ２２の接続方向が同じである方が、配線の取り回しがしやすく小型化に寄与することは言うまでも無い。隣接する電流経路配置位置における電流経路および磁気センサの配置は、複数の種類の配置を組み合わせて使用してもよい。

交流回転機の回転子が生成する磁界はロータの軸となるシャフトを経由して、磁気センサの外乱要因となるが、図３のように、電流経路配置位置をロータの軸１００を中心とする同一円上に配置することでそれぞれの磁気センサにおける外乱磁界を等価なものにすることができる。同相ノイズはｄｑ軸上では相殺することができるため、出力トルクへの影響を抑制できる。ただし、円の中心がロータの軸１００と一致することは、必須要件ではない。例えば磁気センサを配置する位置におけるシャフトからの磁界の漏れが小さければ、円の中心がロータの軸と一致していなくても、シャフトからの磁界の漏れに起因するノイズの影響は小さい。

本実施の形態では、電流検出誤差を零に抑制する方法について説明してきたが、要求性能をみたす電流検出誤差とすればよいことは言うまでもない。第１電流経路配置位置に配置される磁気センサの検出誤差をΔＩ_ｄ１、ΔＩ_ｑ１、真値をＩ_ｄ１ｒ、Ｉ_ｑ１ｒ、第２電流経路配置位置に配置される磁気センサの検出誤差をΔＩ_ｄ２、ΔＩ_ｑ２、真値をＩ_ｄ２ｒ、Ｉ_ｑ２ｒとすると、出力トルクは式（１３）となる。

出力トルクの誤差成分Ｔｅｒｒは、式（１４）で与えられる。

要求される出力トルク精度または出力トルクリプル内に式（１４）の誤差成分を抑制するには、式（１５）あるいは式（１６）をみたすようにすればよい。

ここで、ΔＩ_ｄ＝ΔＩ_ｄ１＋ΔＩ_ｄ２、ΔＩ_ｑ＝ΔＩ_ｑ１＋ΔＩ_ｑ２であり、ΔＩ_ｄはｄ軸和電流の誤差成分、ΔＩ_ｑはｑ軸和電流の誤差成分を表す。

例えば、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｑの突極性の無い交流回転機であれば、出力トルクの誤差成分は式（１７）となるので、出力トルクの誤差上限がＴ_ｌｉｍであればδ_ｑは式（１８）で与えればよい。同様の考え方でδ_ｄも上限値を与えることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差がπ／６の場合について説明したが、本実施の形態２では図１２のような位相差が無い場合について、どの電流経路配置位置にどの相の電流経路を配置すればよいかを説明する。本実施の形態２の電流検出装置は、実施の形態１とは、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差のみが異なり、電流経路配置位置は、実施の形態１と同様に、図３および図６で示すような配置の構成とした実施の形態である。以下、実施の形態１と異なる点について説明し、説明が重なる点については説明を省略する。

図１２に示すように、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差が無い場合、ｄ軸和電流の直流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ｄｃ}と交流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ａｃ}、ｑ軸和電流の直流成分Ｉ_{ｑ＿ｓｕｍ＿ｄｃ}と交流成分Ｉ_{ｑ＿ｓｕｍ＿ａｃ}は、それぞれ式（１９）〜（２２）で与えられる。

式（１９）および式（２１）において、第２項から第４項までが誤差成分である。第２項から第４項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第２項から第４項までの和で表される誤差成分は零となる（条件（Ｂ））。式（２０）および式（２２）において、第１項から第３項までが誤差成分である。第１項から第３項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第１項から第３項までの和で表される誤差成分は零となる（条件（Ｂ））。

第１電流経路に第１の３相巻線の電流を流し、第２電流経路に第２の３相巻線の電流を流す場合、Ｘ１１〜Ｘ２３の検出相の組み合わせは、図１３の３通りが考えられる。Ｘ１１がＶ１相とする場合には、図１３のＵをＶに、ＶをＷに、ＷをＵに読み替えればよく、Ｘ１１がＷ１相とする場合には、図１３のＵをＷに、ＶをＵに、ＷをＶに読み替えればよい。

３組がいずれも同じ位相となる組み合わせＣ１の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（２３）で与えられる。

式（９）および式（２３）以外の係数は、１およびｋ１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（１９）の第２項から第４項の係数を等しくすることができないが、式（２０）の第１項から第３項までの係数を等しくすることができる（条件（Ｂ））ため、出力トルクの精度は出ないものの、出力トルクリプルは低減できる。３組がいずれも異なる位相となる組み合わせＣ３でも同様である。

１組が同位相の組み合わせＣ２の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（２４）で与えられる。

式（９）および式（２４）以外の係数は、１およびｋ１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（１９）の第１項から第３項までの係数を等しくすることができる（条件（Ｂ））が、式（２０）の第１項から第３項までの係数を等しくすることができないため、出力トルクの精度は出るものの、出力トルクリプルは低減できない。例えば、出力トルクの精度が必要な車両用発電電動機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ２を選択すればよく、出力トルクリプルを抑制したい電動パワーステアリング用回転機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ１またはＣ３を選択すればよい。なお、本実施の形態２の交流回転機の第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差は無いため、Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２は自由に入れ替えてよいことは言うまでも無い。

自相の磁気センサに対して最も近い電流経路を自相のものとし、２番目に近い電流経路を隣接する電流検出器の相のものとすることで、残りの４相の電流経路の影響を相対的に小さいものとすることができ、式（１）のａ_{ｕ１＿ｕ１}〜ａ_{ｗ２＿ｗ２}の３６個のパラメータのうち電流検出誤差を低減するのに考慮すべき対象を１２個に絞ることにより、位相差の無い交流回転機であっても、出力トルクの精度を向上する、または出力トルクリプルを低減することができる。

なお、ここでは２組の３相巻線を持つ交流回転機について説明したが、誤差成分を表す式が２π／３ずれた３つの正弦関数で構成されればよいので、ｎが３の倍数であれば２組のｎ相巻線においても同様の効果を得ることが可能である。

実施の形態３．
実施の形態１では、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差がπ／６の場合について説明したが、本実施の形態３では図１４のような位相差がπ／３である場合について、どの電流経路配置位置にどの相の電流経路を配置すればよいかを説明する。本実施の形態３の電流検出装置は、実施の形態１とは、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差のみが異なり、電流経路配置位は、実施の形態１と同様に、図３および図６で示すような配置の構成とした実施の形態である。以下、実施の形態１と異なる点について説明し、説明が重なる点については説明を省略する。

図１４に示すように、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差がπ／３ある場合、ｄ軸和電流の直流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ｄｃ}は式（２５）で、交流成分Ｉ_{ｄ＿ｓｕｍ＿ａｃ}は式（２６）で与えられる。ｑ軸和電流は、係数が同じで位相がπ／２異なるだけなので省略する。

式（２５）において、第２項から第６項までが誤差成分である。第２項から第４項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第２項から第４項までの和は零となる（条件（Ｂ））。つまり、式（２５）において誤差成分を零とするには、第２項から第４項までの振幅が等しく、第５項および第６項の振幅が零（条件（Ａ））であればよい。式（２６）において、第１項から第６項までが誤差成分である。第１項から第３項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第１項から第３項までの和は零となる（条件（Ｂ））。第４項から第６項までは位相が２／３π異なるものとなっており、各項の振幅が等しければ第４項から第６項までの和は零となる（条件（Ｂ））。つまり、式（２６）において誤差成分を零とするには、第１項から第３項までの振幅が等しく、第４項から第６項までの振幅が等しければよい。

式（２５）の第５項および第６項の係数を見ると、第１の３相巻線同士、第２の３相巻線同士のノイズ成分の和となっているので、第１の３相巻線の電流検出器同士または第２の３相巻線の電流検出器同士を隣接させなければ、係数を零とすることができる。

第１電流経路に第１の３相巻線の電流を流し、第２電流経路に第２の３相巻線の電流を流す場合、Ｘ１１〜Ｘ２３の検出相の組み合わせは、図１５の３通りが考えられる。Ｘ１１がＶ１相とする場合には、図１５のＵをＶに、ＶをＷに、ＷをＵに読み替えればよく、Ｘ１１がＷ１相とする場合には、図１５のＵをＷに、ＶをＵに、ＷをＶに読み替えればよい。

３組がいずれも位相がπ異なる組み合わせＣ１の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（２７）で与えられる。

式（９）および式（２７）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（２５）の第２項から第４項の係数を等しくすることができないが、式（２６）の第４項から第６項までの係数を等しくすることができる（条件（Ｂ））ため、出力トルクの精度は出ないものの、出力トルクリプルは低減できる。３組がいずれも位相がπ異ならない組み合わせＣ３でも同様である。

１組の位相がπ異なる組み合わせＣ２の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（２８）で与えられる。

式（９）および式（２８）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（２６）の第４項から第６項までの係数を等しくすることができないが、式（２５）の第１項から第３項までの係数を等しくすることができる（条件（Ｂ））ため、出力トルクリプルは低減できないものの出力トルクの精度は出すことができる。例えば、出力トルクの精度が必要な車両用発電電動機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ２を選択すればよく、出力トルクリプルを抑制したい電動パワーステアリング用回転機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、組み合わせＣ１またはＣ３を選択すればよい。

自相の磁気センサに対して最も近い電流経路を自相のものとし、２番目に近い電流経路を隣接する電流検出器の相のものとすることで、残りの４相の電流経路の影響を相対的に小さいものとすることができ、式（１）のａ_{ｕ１＿ｕ１}〜ａ_{ｗ２＿ｗ２}の３６個のパラメータのうち電流検出誤差を低減するのに考慮すべき対象を１２個に絞ることにより、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差がπ／３の交流回転機であっても、出力トルクの精度を向上する、または出力トルクリプルを低減することができる。

なお、ここでは２組の３相巻線を持つ交流回転機について説明したが、誤差成分を表す式が２π／３ずれた３つの正弦関数で構成されればよいので、ｎが３の倍数であれば２組のｎ相巻線においても同様の効果を得ることが可能である。また、１組の２ｎ相巻線の交流回転機であっても、巻線の位相差がπ／ｎであるため、電流経路の割り当てについて、同様の考えが適用できる。

実施の形態４．
本実施の形態４の電流検出装置は実施の形態１と同様に図３のように配置するが、隣接する２個の電流経路配置位置に配置する電流経路および磁気センサを図１６のような構成とする。すなわち、隣接する２個の電流経路配置位置において、磁気センサと電流経路を直線上に交互に配置している。以下では、実施の形態１と説明が重なる点については説明を省略する。

図１６は、第１電流経路配置位置Ｙ１２および第２電流経路配置位置Ｙ２２の配置を示した概略図である。第１磁気センサＳ１２、第１電流経路Ｘ１２、第２磁気センサＳ２２、第２電流経路Ｘ２２の順に並ぶ。第１電流経路Ｘ１２が第１磁気センサＳ１２で生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸はＰ１２となる。第２電流経路Ｘ２２が第２磁気センサＳ２２の位置に生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸はＰ２２となる。第２電流経路Ｘ２２が第１磁気センサＳ１２の位置に生成する磁界の方向は上向きであるから検出軸Ｐ１２とは同方向となる。第１電流経路Ｘ１２が第２磁気センサＳ２２で生成する磁界の方向は下向きであるから検出軸Ｐ２２とは逆方向となる。つまり、第１磁気センサＳ１１〜Ｓ１３と第２磁気センサＳ２１〜Ｓ２３では、本来取得したい成分に対するノイズ成分の方向が逆になる。本構成の場合、第１電流経路配置位置と第２電流経路配置位置に配置する電流経路と磁気センサの構成を揃えることで部品点数が低減でき、また直線上に並べて配置しているので小型化につながる。

第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差が、図２に示すようなπ／６の場合、どのような隣接相の組み合わせにしても式（６）および式（８）の誤差成分の各項の係数を零にできる（条件（Ａ））ため、出力トルクリプルは低減できる。出力トルクリプルを抑制したい電動パワーステアリング用回転機に本実施の形態の電流検出装置を用いる場合には、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差がπ／６とするとともに、第１電流経路Ｘ１ｋが発生する磁界の第１磁気センサＳ１ｋの検出軸Ｐ１ｋにおける第２電流経路Ｘ２ｋが発生する磁界の方向が同方向かつ、第２電流経路Ｘ２ｋが発生する磁界の第２磁気センサＳ２ｋの検出軸Ｐ２ｋにおける第１電流経路Ｘ１ｋが発生する磁界の方向が逆方向にする、または、第１電流経路Ｘ１ｋが発生する磁界の第１磁気センサＳ１ｋの検出軸Ｐ１ｋにおける第２電流経路Ｘ２ｋが発生する磁界の方向が逆方向かつ、第２電流経路Ｘ２ｋが発生する磁界の第２磁気センサＳ２ｋの検出軸Ｐ２ｋにおける第１電流経路Ｘ１ｋが発生する磁界の方向が同方向にすると好適である。

さらに、図７のうち組み合わせＣ２の場合には、隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（２９）で与えられる。

式（９）および式（２９）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（５）の第２項から第４項までの係数を揃えることで和を零にすることができるため、出力トルクの精度も合わせて向上できる。組み合わせＣ４およびＣ６も同様である。

なお、図７の組み合わせＣ１では位相が全てπ／２異なる組み合わせとなっているが、この場合には隣接する電流経路配置位置に配置される２個の電流経路の組み合わせとなる係数は式（３０）で与えられる。

式（９）および式（３０）以外の係数は、１およびｋ_１よりも微小であるため零とみなしてよい。式（５）の第２項の係数のみ残って和電流誤差の直流成分は大きくなってしまう。第２項から第４項までの係数を揃えて条件（Ｂ）をみたすことが重要であることがわかる。つまり、隣接する第１電流経路配置位置と第２電流経路配置位置の全部では無い一部において、すなわち隣接する電流経路配置位置の一部のみにおいて、位相がπ／２異なる組み合わせとすることで、和電流誤差の直流成分を抑制して出力トルクの精度を出すとともに、出力トルクリプルも低減できる。

図１２に示すように、第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差が無い場合、式（１９）および式（２０）の係数が全て和で表現できる式となっており、同位相となるＵ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２は式（１９）の第２項の係数である。図１７のＣ１の組み合わせでは、ａ_{ｕ１＿ｕ２}とａ_{ｕ２＿ｕ１}、ａ_{ｖ１＿ｖ２}とａ_{ｖ２＿ｖ１}、ａ_{ｗ１＿ｗ２}とａ_{ｗ２＿ｗ１}で相殺することで式（１９）の誤差成分の係数を零にする（条件（Ａ））とともに式（２０）の係数を揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できる。図１７のＣ２の組み合わせでは、式（１９）の誤差成分の係数を零にすることはできないが、式（２０）の係数を揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の交流成分を抑制できる。図１７のＣ３の組み合わせでは、式（１９）の誤差成分の係数を零にする（条件（Ａ））とともに式（２０）の係数は揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できる。つまり、少なくとも１組の隣接する２個の電流経路配置位置に配置される２個の磁気センサを、同位相の電流を流すものとすることで、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できるという従来に無い効果を得られる。ただし、図１７のＣ４の組み合わせでは、式（１９）の誤差成分の係数を零にすることはできないが、式（２０）の係数を揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の交流成分だけは抑制できる。図１７では、第１の３相巻線のうちＵ１相を基準として４つのパターンを記載したが、ＵとＶ、ＶとＷ、ＷとＵ、１と２を入れ替えた並びであっても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

第１の３相巻線と第２の３相巻線の位相差が、図１４に示すようなπ／３の場合、式（２５）および式（２６）の係数が全て和で表現できる式となっており、位相差が無い場合と同様の考え方をすればよい。位相がπ異なるＵ１とＶ２、Ｖ１とＷ２、Ｗ１とＵ２は式（２５）の第３項の係数である。図１８のＣ１の組み合わせでは、ａ_{ｕ１＿ｖ２}とａ_{ｖ２＿ｕ１}、ａ_{ｖ１＿ｗ２}とａ_{ｗ２＿ｖ１}、ａ_{ｗ１＿ｕ２}とａ_{ｕ２＿ｗ１}で相殺することで式（２５）の誤差成分の係数を零にするとともに式（２６）の係数を揃えることができ、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できる。図１８のＣ３の組み合わせでは、式（２５）の誤差成分の係数を零にする（条件（Ａ））とともに式（２６）の係数は揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できる。つまり、少なくとも１組の隣接する２つの電流経路配置位置に配置する電流経路を、位相がπ異なる電流を流すものとすることで、和電流誤差の直流成分および交流成分をともに抑制できるという従来に無い効果を得られる。また、図１８のＣ２の組み合わせでは、式（２５）の誤差成分の係数を零にすることはできないが、式（２６）の係数を揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の交流成分を抑制できる。図１８のＣ４の組み合わせでは、式（２５）の誤差成分の係数を零にすることはできないが、式（２６）の係数を揃えることができる（条件（Ｂ））ので、和電流誤差の交流成分を抑制できる。図１８では、第１の３相巻線のうちＵ１相を基準として４つのパターンを記載したが、ＵとＶ、ＶとＷ、ＷとＵ、１と２を入れ替えた並びであっても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

以上では、第１磁気センサＳ１２、第１電流経路Ｘ１２、第２磁気センサＳ２２、第２電流経路Ｘ２２の順に並ぶ図１６の構成について説明したが、第１電流経路Ｘ１２、第１磁気センサＳ１２、第２電流経路Ｘ２２、第２磁気センサＳ２２の順に並ぶ図１９のような構成など他の構成にしても同様の効果を得られる。なお、図１６あるいは図１９のように電力変換器４ａまたは電力変換器４ｂおよび交流回転機１と、第１電流経路Ｘ１２と第２電流経路Ｘ２２の接続方向が同じである方が、配線の取り回しがしやすく小型化に寄与することは言うまでも無いが、一方の電流経路の接続方向を逆にしても同様の効果が得られる。

なお、図１７のＣ２では第２電流経路Ｘ２２に第１の３相巻線の位相Ｗ１の電流経路、第１電流経路Ｘ１３に第２の３相巻線の位相Ｖ２の電流経路を割り当てている。図１７のＣ３では第２電流経路Ｘ２２に第１の３相巻線の位相Ｗ１の電流経路、第１電流経路Ｘ１３に第２の３相巻線の位相Ｗ２の電流経路を割り当てている。図１８のＣ２では、第１電流経路Ｘ１３に第２の３相巻線の位相Ｗ２の電流経路、第２電流経路Ｘ２３に第１の３相巻線の位相Ｗ１の電流経路を割り当てている。このように、必ずしも、第１電流経路配置位置に第１の３相巻線の電流経路を配置しなくても、第２電流経路配置位置に第２の３相巻線の電流経路を配置しなくても、誤差成分を抑制できる条件はある。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１から４で説明した、各相の電流経路の配置を決定して電流検出装置を製造する、電流検出装置の製造方法をまとめて説明する。図２０は、実施の形態５による電流検出装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。

まず、２ｎ相の各巻線の磁気センサが検出するそれぞれの検出電流i_ksを、a_{l_k}（ｋ、ｌは１からｎの整数）を用いて式（３１）のように表記する。

ここで、Ｉ_ｌはｌ相の電流値、係数a_{l_k}は、ｋ相の電流経路に対向配置された磁気センサがｌ相の電流を検出する割合、すなわちｋ相の磁気センサとｌ相の電流経路との結合係数である。

式（３１）は、ｎ＝３、すなわち３相巻線が２個、２個の巻線の位相差がπ／６であるような、２ｎ＝６相の交流回転機である場合の式（１）を、２ｎ相の巻線を有する回転機における電流検出装置について、一般的な式として表記した式である。式（１）では、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして電流を規格化して表記している。係数a_{l_k}は、例えばa_{k_k}を１として、ｋ相の磁気センサがｌ相の電流をどれだけ検出するかの割合で表すことができる。このとき、ｋ相とｌ相の電流の向きの関係、ｌ相の電流によりｋ相の磁気センサの位置で発生する磁束の向きを考量して係数の符号を決定する必要がある。従来の電流検出装置では、例えば磁気センサを磁気シールドする、あるいはｋ相の磁気センサを、ｌ≠ｋであるｌ相のすべての電流経路から十分遠い距離に配置する、あるいは補正導体を設置して補正電流を付加する、などして係数a_{l_k}のうちｌ≠ｋの係数の値が、a_{k_k}の値に比較して無視できるくらい小さな値となる、あるいは無視できるくらい小さな値と等価な値となるようにしていた。本願では実施の形態１から４で説明したように、少なくとも複数の係数a_{l_k}（ｌ≠ｋ）が、a_{k_k}の値に比較して無視できない、有効な値を有する場合に、その有効な値を有する複数の係数a_{l_k}（ｌ≠ｋ）間による相殺により、誤差項の値が低減あるいは零になる電流経路の配置があることに着目して、電流経路の配置を決定することに特徴がある。

次に、式（３１）で表わされる２ｎ相の電流表記を用いて、電流表記を２軸座標系に、すなわちｄｑ変換する（ステップＳＴ１）。次に、それぞれ磁気センサが対向配置された２ｎ個の電流経路を配置する２ｎ個の電流経路配置位置として、それぞれ２個の電流経路配置位置が隣接して配置されるｎ個の位置を設定する（ステップＳＴ２）。この段階で、どの位相の電流経路をどの電流経路配置位置に配置するかまでは決定されていない。また、ステップＳＴ１とステップＳＴ２は順番が逆であってもよい。

ｎが３の倍数であり、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして、ｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流を、同位相の正弦関数で表される項をそれぞれまとめて、同位相の正弦関数ごとの項により表記する。交流回転機が、例えば、ｎ＝３、すなわち３相巻線が２個、図２のように２個の巻線の位相差がπ／６であるような、２ｎ＝６相の交流回転機である場合、例えば式（５）から式（８）のように表記できる。このように、ｎが３の倍数であり、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとしたとき、ｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流は、同位相の正弦関数で表される項をそれぞれまとめて、同位相の正弦関数ごとの項により表記できる。この、同位相の正弦関数の項における、有効な値を有する複数の係数a_{l_k}（ｌ≠ｋ）による相殺を利用して、ｄｑ変換した電流表記の誤差項が、以下の（Ａ）、（Ｂ）の条件の少なくともどちらかを満たすように、２ｎ個の電流経路のそれぞれを２ｎ個の電流経路配置位置に割り当てる（ステップＳＴ３）。
（Ａ）誤差成分となる項の係数の値、すなわち振幅が、少なくとも一つの項において、その項に含まれる複数の係数により相殺される条件
（Ｂ）誤差成分のうちの、それぞれの正弦関数の位相が異なる複数の項により誤差成分の振幅が相殺される条件

以上により、それぞれの電流経路配置位置に、割り当てられた相の電流経路を配置して電流検出装置を製造する（ステップＳＴ４）。このようにして製造された電流検出装置は、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件のいずれかの条件を満たすよう、それぞれの配置位置に、それぞれの相の電流経路が配置された構成の電流検出装置となる。

以上のように、（Ａ）、（Ｂ）の条件の少なくとも一つを満たすように、それぞれ電流経路に磁気センサが対向配置された２ｎ個の電流経路のそれぞれを２ｎ個の電流経路配置位置に割り当てることにより、誤差が小さい電流検出装置が実現できる。すなわち、各磁気センサを他相から遠く離して配置する必要がないため、空間を多く必要とせず、補正導体あるいは磁気シールドといった付加部材も必要としない、誤差の少ない電流検出装置が得られる。

本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 交流回転機、５ 電流検出装置、１００ ロータの軸、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３ 磁気センサ、Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ２１、Ｘ２２、Ｘ２３ 電流経路、Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ２１、Ｙ２２、Ｙ２３ 電流経路配置位置

Claims (38)

1. 交流回転機の２ｎ相（ｎは３の倍数）のそれぞれの巻線へのそれぞれの電流経路にそれぞれ対向配置された磁気センサを有する電流検出装置において、
   ｎ個のそれぞれの位置にそれぞれ隣接した２個の電流経路配置位置を有するように設定された２ｎ個の電流経路配置位置に、それぞれ前記磁気センサが対向配置された前記電流経路が、
   前記２ｎ相のうちのｌ番目の相であるｌ相（ｌ＝１〜２ｎ）の電流Ｉ_ｌ、前記ｌ相の電流経路と前記２ｎ相のうちのｋ番目の相であるｋ相（ｋ＝１〜２ｎ）の電流経路に対向配置された前記磁気センサとの結合係数ａ_ｌ＿ｋとにより表記されるｋ相の電流経路に対向配置された前記磁気センサが検出する検出電流ｉ_ｋｓの表記
   

   

   による２ｎ個の検出電流ｉ_ｋｓを、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして２軸座標系にｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流のそれぞれの直流成分と交流成分のそれぞれを同位相の正弦関数で表される項ごとにまとめて表記したそれぞれの項のうち、誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａ_ｌ＿ｋにより相殺される条件となる位置関係に、
   配置されていることを特徴とする電流検出装置。
2. 前記誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａ_ｌ＿ｋにより相殺される条件は、
   前記誤差成分となる項の振幅が、少なくとも一つの項において、当該一つの項に含まれる複数の係数により相殺される条件、
   前記誤差成分のうちの、それぞれの前記正弦関数の位相が異なる複数の項により誤差成分の振幅が相殺される条件、
   のうち少なくとも一つの条件であることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記相殺される条件により、
   前記交流回転機の出力トルク精度または出力トルクリプルに基づいて決定された誤差δ_ｄ、および誤差δ_ｑを用いて、
   前記ｄ軸和電流の誤差成分ΔＩ_ｄが|ΔＩ_ｄ|＜δ_ｄ、または前記ｑ軸和電流の誤差成分ΔＩ_ｑが|ΔＩ_ｑ|＜δ_ｑ
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の電流検出装置。
4. 前記２ｎ相の巻線は、２組のｎ相の巻線で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
5. 前記２組のｎ相の巻線の位相差がπ／６ｒａｄであることを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
6. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路の電流の位相差がπ／２ｒａｄであることを特徴とする請求項５に記載の電流検出装置。
7. 隣接する２個の前記電流経路配置位置の一部のみにおいて、２個の前記電流経路の電流の位相差はπ／２ｒａｄであることを特徴とする請求項５に記載の電流検出装置。
8. 前記２組のｎ相の巻線の位相差が零であることを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
9. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路の電流の位相差は０であることを特徴とする請求項８に記載の電流検出装置。
10. 前記２組のｎ相の巻線の位相差がπ／３ｒａｄであることを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
11. 前記２ｎ相の巻線は、１組の２ｎ相の巻線で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
12. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路の電流の位相差はπｒａｄであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電流検出装置。
13. 前記２ｎ個の前記電流経路配置位置は、同一円上に配置されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電流検出装置。
14. 前記同一円の中心が前記交流回転機のロータの軸の位置であることを特徴とする請求項１３に記載の電流検出装置。
15. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記磁気センサが２個の前記電流経路の間に配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
16. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路が２個の前記磁気センサの間に配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
17. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路が同一平面上に配置され、それぞれの前記電流経路に対向して配置された前記磁気センサが、隣接する２個の前記電流経路が配置されている平面とは別の同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
18. 隣接する２個の前記電流経路配置位置において、前記磁気センサと前記電流経路が直線上に交互に配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
19. 隣接する２個の前記電流経路に流れる電流の向きが同じ向きであることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の電流検出装置。
20. 交流回転機の２ｎ相（ｎは３の倍数）のそれぞれの巻線へのそれぞれの電流経路にそれぞれ対向配置された磁気センサを有する電流検出装置の製造方法において、
    それぞれ前記磁気センサが対向配置された２ｎ個の前記電流経路を配置する位置として、ｎ個のそれぞれの位置に、２個隣接して前記電流経路を配置する位置を設定することにより、２ｎ個の電流経路配置位置を設定する配置位置設定工程、
    設定された２ｎ個の前記電流経路配置位置に、それぞれ前記磁気センサが対向配置された２ｎ個の前記電流経路のそれぞれを、
    それぞれ前記磁気センサが対向配置された前記電流経路を、前記２ｎ相のうちのｌ番目の相であるｌ相（ｌ＝１〜２ｎ）の電流Ｉ_ｌ、前記ｌ相の電流経路と前記２ｎ相のうちのｋ番目の相であるｋ相（ｋ＝１〜２ｎ）の電流経路に対向配置された前記磁気センサとの結合係数ａ_ｌ＿ｋとにより表記されるｋ相の電流経路に対向配置された前記磁気センサが検出する検出電流ｉ_ｋｓの表記
    

    

    による２ｎ個の検出電流ｉ_ｋｓを、Ｉ_ｌの振幅が全て同じであるとして２軸座標系にｄｑ変換された電流表記によるｄ軸和電流およびｑ軸和電流のそれぞれの直流成分と交流成分のそれぞれを同位相の正弦関数で表される項ごとにまとめて表記したそれぞれの項のうち、誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａ_ｌ＿ｋにより相殺される条件となるよう割り当てる電流経路割り当て工程、
    前記電流経路割り当て工程において割り当てられた前記電流経路配置位置に、それぞれ前記磁気センサが対向配置されたそれぞれの前記電流経路を配置する電流経路配置工程
    を備えたことを特徴とする電流検出装置の製造方法。
21. 前記電流経路割り当て工程における、前記誤差成分となる項の振幅が、ｌ≠ｋである複数の係数ａｌ＿ｋにより相殺される条件は、
    前記誤差成分となる項の振幅が、少なくとも一つの項において、当該一つの項に含まれる複数の係数により相殺される条件、
    前記誤差成分のうちの、それぞれの前記正弦関数の位相が異なる複数の項により誤差成分の振幅が相殺される条件、
    のうち少なくとも一つの条件であることを特徴とする請求項２０に記載の電流検出装置の製造方法。
22. 前記相殺される条件により、
    前記交流回転機の出力トルク精度または出力トルクリプルに基づいて決定された誤差δ_ｄ、および誤差δ_ｑを用いて、
    前記ｄ軸和電流の誤差成分ΔＩ_ｄが|ΔＩ_ｄ|＜δ_ｄ、または前記ｑ軸和電流の誤差成分ΔＩ_ｑが|ΔＩ_ｑ|＜δ_ｑ
    を満たすことを特徴とする請求項２０または２１に記載の電流検出装置の製造方法。
23. 前記２ｎ相の巻線は、２組のｎ相の巻線で構成されていることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
24. 前記２組のｎ相の巻線の位相差がπ／６ｒａｄであることを特徴とする請求項２３に記載の電流検出装置の製造方法。
25. 前記電流経路割り当て工程において、隣接する２個の前記電流経路配置位置に、電流の位相差がπ／２ｒａｄである電流経路を割り当てることを特徴とする請求項２４に記載の電流検出装置の製造方法。
26. 前記電流経路割り当て工程において、隣接する２個の前記電流経路配置位置の一部のみに、電流の位相差がπ／２ｒａｄである２個の電流経路を割り当てることを特徴とする請求項２４に記載の電流検出装置の製造方法。
27. 前記２組のｎ相の巻線の位相差が零であることを特徴とする請求項２３に記載の電流検出装置の製造方法。
28. 前記電流経路割り当て工程において、隣接する２個の前記電流経路配置位置に、電流の位相差が０である２個の電流経路を割り当てることを特徴とする請求項２７に記載の電流検出装置の製造方法。
29. 前記２組のｎ相の巻線の位相差がπ／３ｒａｄであることを特徴とする請求項２３に記載の電流検出装置の製造方法。
30. 前記２ｎ相の巻線は、１組の２ｎ相の巻線で構成されていることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
31. 前記電流経路割り当て工程において、隣接する２個の前記電流経路配置位置に、電流の位相差がπｒａｄである２個の電流経路を割り当てることを特徴とする請求項２９または３０に記載の電流検出装置の製造方法。
32. 前記配置位置設定工程において、前記２ｎ個の前記電流経路配置位置を、同一円上に設けることを特徴とする請求項２０から３１のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
33. 前記同一円の中心を前記交流回転機のロータの軸の位置に設定することを特徴とする請求項３２に記載の電流検出装置の製造方法。
34. 前記電流経路配置工程では、隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記磁気センサが２個の前記電流経路の間に位置するよう配置することを特徴とする請求項２０から３３のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
35. 前記電流経路配置工程では、隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路が２個の前記磁気センサの間に位置するよう配置することを特徴とする請求項２０から３３のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
36. 前記電流経路配置工程では、隣接する２個の前記電流経路配置位置において、２個の前記電流経路を同一平面上に配置し、それぞれの前記電流経路に対向して配置された前記磁気センサを隣接する２個の前記電流経路が配置されている平面とは別の同一平面上に配置することを特徴とする請求項２０から３３のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
37. 前記電流経路配置工程では、隣接する２個の前記電流経路配置位置において、前記磁気センサと前記電流経路とを直線上に交互に配置することを特徴とする請求項２０から３３のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。
38. 前記電流経路割り当て工程において、隣接する２個の前記電流経路に流れる電流の向きが同じ向きに設定することを特徴とする請求項２０から３７のいずれか１項に記載の電流検出装置の製造方法。

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