JPWO2012160876A1 - コアレス電流センサ構造体、コアレス電流センサ及び電流検知方法 - Google Patents

Abstract

コアレス電流センサ構造体（８０）のコアレス電流センサ（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）及び電流検知方法では、磁気検知素子（５２）の端子と接続される接続線（６０）によりシールド板（５４）等の導体の外周を取り囲むコイル状部位（６６）が形成される。

Description

この発明は、コアレス電流センサ構造体、コアレス電流センサ及び電流検知方法に関する。

集磁コアを用いない電流センサであるコアレス電流センサが知られている｛特開２０１０−０４５８７４号公報（以下「ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａ」という。）｝。ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａでは、３相交流式のモータ３９の出力を制御するインバータ４１の制御のために、コアレス電流センサ４０が用いられる。より具体的には、コアレス電流センサ４０が備えるシールド板５３により生じる残留磁束の影響により出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に含まれる位相遅れ及びゲイン誤差が無くなるように、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正し、その補正された補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗと、外部から入力される指令値とに基づいて、インバータ４１を制御する（要約）。

ここでの出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１の補正は、指令電流ｉｄ１、ｉｑ１及びモータ３９のロータの回転速度ωと補正値（ゲイン補正値Ａ１、Ｂ１、位相補正値Ａ２、Ｂ２）との関係を規定したマップ５｛図２（ａ）〜図２（ｄ）｝を用いて行われる（段落［００３０］〜［００３８］）。或いは、モータ３９の現在の位置θ［°］と補正値との関係を規定したマップ８（図６）を用いて出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１の補正が行われる（段落［００４３］〜［００４５］）。

上記のように、ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａでは、シールド板５３で発生する磁束の影響（出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に含まれる位相遅れ及びゲイン誤差）を低減するため、回転速度ωや位置θに応じた補正値のマップを用いる。このため、当該補正値のマップを保持しないと、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正することができず、メモリ容量や予めデータを取得する必要があるなど、負荷が大きい。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、磁束による応答性の低下（位相遅れ）を簡易な構成により抑制することが可能なコアレス電流センサ構造体、コアレス電流センサ及び電流検知方法を提供することを目的とする。

この発明に係るコアレス電流センサ構造体は、電流経路から発生する磁束を検知して電圧変換を行う磁気検知素子と、前記磁気検知素子の周囲に配置され、前記磁気検知素子に対する外部からの磁束を遮蔽するシールド板とを備え、前記電圧変換に伴う前記磁気検知素子の出力電圧を電流値に変換することで、前記電流経路の電流値を検出するものであって、前記磁気検知素子の端子と接続される接続線により前記シールド板の外周を取り囲むコイル状部位が形成され、前記磁気検知素子の端子間電圧に基づき前記電流値を演算することを特徴とする。

この発明によれば、磁気検知素子の端子と接続される接続線によりシールド板の外周を取り囲むコイル状部位を形成する。このため、例えば、シールド板に発生する磁束の変化に応じた逆起電圧をコイル状部位に発生させることで、磁気検知素子の出力電圧に当該逆起電圧を加算することが可能となる。

これにより、例えば、前記電流経路を流れる電流の変化に対する前記シールド板での磁束の変化の遅れに起因して前記電流の変化に対して発生する前記磁気検知素子の出力電圧の応答遅れを前記逆起電圧が補償するように、前記コイル状部位を前記シールド板の外周で形成すれば、前記出力電圧の応答遅れを前記逆起電圧により補償することが可能となる。その結果、前記出力電圧の応答遅れ｛磁束による応答性の低下（位相遅れ）｝を簡易な構成で補償することができる。

或いは、前記出力電圧の応答遅れを前記逆起電圧が増大する方向に、前記コイル状部位が前記シールド板の外周を取り囲んで形成すれば、必要に応じて、前記出力電圧の応答遅れを増大することが可能となる。

前記コイル状部位が形成される前記接続線は、前記電圧変換に応じて電圧値が変化する出力線であり、前記コイル状部位は、前記電流経路から発生する磁束により前記磁気検知素子が正の電圧値を出力する場合、前記シールド板の第１特定部位を当該第１特定部位での前記磁束の向きに見たとき、当該第１特定部位に対して前記出力線の磁気検知素子側から出力端に向かって反時計回りに巻くように形成してもよい。

前記接続線はグラウンド線であり、前記コイル状部位は、前記電流経路から発生する磁束により前記磁気検知素子が正の電圧値を出力する場合、前記シールド板の第２特定部位を当該第２特定部位での前記磁束の向きに見たとき、当該第２特定部位に対して前記グラウンド線の磁気検知素子側から出力端に向かって時計回りに巻いてもよい。

この発明に係るコアレス電流センサは、電流経路から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子と、前記磁気検知素子の周囲に配置された導体と、前記磁気検知素子の出力電圧を外部に出力し、前記導体の周囲を取り囲むコイル状部位を有する配線とを備えるものであって、前記導体は、前記電流経路から発生する磁束により渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子が検知する前記磁束の変化に遅れが生じる位置に配置され、前記配線は、前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因して前記電流の変化に対して発生する前記磁気検知素子の出力電圧の応答遅れを、前記導体での磁束の変化を妨げる方向に発生する前記コイル状部位の逆起電圧が補償するように、前記コイル状部位が配置されることを特徴とする。

この発明によれば、電流経路を流れる電流の変化に対する導体における磁束の変化の遅れに起因して、前記電流の変化に対して磁気検知素子の出力電圧の応答遅れが発生しても、コイル状部位の逆起電圧により当該応答遅れを補償する。従って、当該位相ずれ（応答遅れ）を簡易な構成により抑制することが可能となる。

この発明に係る電流検知方法は、電流経路から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子と、前記磁気検知素子の周囲に配置された導体と、前記磁気検知素子の出力電圧を外部に出力し、前記導体の周囲を取り囲むコイル状部位を有する配線とを備えるコアレス電流センサを用いるものであって、前記電流経路から発生する磁束により前記導体に渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子が検知する前記磁束の変化に遅れが発生する位置に前記導体が配置され、前記導体に発生する磁束の変化を妨げる方向に発生する逆起電圧を前記コイル状部位に発生させ、前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因する前記電流経路の電流波形と前記磁気検知素子の出力波形との間の位相ずれを、前記導体の逆起電圧により補償することを特徴とする。

この発明の一実施形態に係る複数のコアレス電流センサを搭載した電動車両のブロック構成図である。 図２Ａは、本実施形態に係るコアレス電流センサの構成を簡略的に示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線における前記コアレス電流センサの構成を簡略的に示す断面図である。 図３Ａは、比較例に係るコアレス電流センサにおいて、バスバーに正方向の電流を流した場合の様子を示す平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における断面図である。 図３のシールド板における渦電流の様子を示す図である。 前記比較例において、バスバーを流れる電流（バスバー電流）と、磁気検知素子の出力電圧（素子電圧）と、シールド板に生じる逆起電圧と、バスバー電流に対する素子電圧の応答遅れによる誤差との関係の例を示す図である。 図６Ａは、前記比較例に係るコアレス電流センサにおいて、バスバーに負方向の電流を流した場合の様子を示す平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図である。 図６のシールド板における渦電流の様子を示す図である。 図８Ａは、前記実施形態に係るコアレス電流センサにおいて、バスバーに正方向の電流を流した場合の様子を示す平面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線における断面図である。 前記実施形態において、前記バスバー電流と、前記素子電圧との関係の例を示す図である。 図１０Ａは、前記実施形態に係るコアレス電流センサにおいて、バスバーに負方向の電流を流した場合の様子を示す平面図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線における断面図である。 シールド板に対するターン配線の巻き数（ターン数）と、補正される素子電圧の位相ずれとの関係の一例を示す図である。 図２Ａのコアレス電流センサの第１変形例の構成を簡略的に示す平面図である。 図２Ａのコアレス電流センサの第２変形例の構成を簡略的に示す平面図である。 図２Ａのコアレス電流センサの第３変形例の構成を簡略的に示す平面図である。

１．一実施形態
［１−１．電動車両１０の構成］
図１は、この実施形態に係るコアレス電流センサ２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを搭載した電動車両１０（以下「車両１０」ともいう。）のブロック構成図である。以下では、コアレス電流センサ２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを「電流センサ２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ」ともいい、また、「コアレス電流センサ２０」又は「電流センサ２０」と総称する。

車両１０は、電流センサ２０に加え、走行モータ１２（以下「モータ１２」ともいう。）と、インバータ１４と、バッテリ１６と、電源回路１８と、レゾルバ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。

［１−２．駆動系］
モータ１２は、３相交流ブラシレス式であり、電源回路１８及びインバータ１４を介してバッテリ１６から供給される電力に基づいて車両１０の駆動力Ｆ［Ｎ］（又はトルク［Ｎ・ｍ］）を生成する。また、モータ１２は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ１６や図示しない補機に出力することでバッテリ１６の充電や前記補機の駆動を行う。

インバータ１４は、３相フルブリッジ型の構成とされて、バッテリ１６からの直流を３相の交流に変換してモータ１２に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をバッテリ１６や前記補機に供給する。インバータ１４の上スイッチング素子３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ（以下「上スイッチング素子３０」と総称する。）及び下スイッチング素子３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ（以下「下スイッチング素子３２」と総称する。）をＥＣＵ２４からの駆動信号に応じて所定の順番でオンオフすることにより、３相交流式のモータ１２を回転させる。なお、上スイッチング素子３０及び下スイッチング素子３２それぞれに対応して逆並列ダイオードが設けられるが、図１では図示を省略している。

インバータ１４のより詳細な構成及び動作としては、例えば、ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａに記載のものを用いることができる。

［１−３．電力系］
バッテリ１６は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。なお、インバータ１４とバッテリ１６との間に図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを設け、バッテリ１６の出力電圧又はモータ１２の出力電圧を昇圧又は降圧してもよい。

電源回路１８は、リレースイッチ３４と、バスバー３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ（以下「バスバー３６」と総称する。）とを有する。

リレースイッチ３４は、車両１０が通常動作（力行又は回生）をする際に用いられるノーマルオープン型のオンオフスイッチであり、バッテリ１６の正極側とインバータ１４との間に配置される。

バスバー３６ｕ、３６ｖ、３６ｗは、上スイッチング素子３０ｕ、３０ｖ、３０ｗと下スイッチング素子３２ｕ、３２ｖ、３２ｗとの接続点３８ｕ、３８ｖ、３８ｗと、モータ１２とを結ぶ板状の銅線である。上記のように、モータ１２を回転させるに際し、インバータ１４の上スイッチング素子３０及び下スイッチング素子３２を所定の順番でオンオフさせる。これに伴って、各バスバー３６を流れる電流の向きが順次反転する。

［１−４．コアレス電流センサ２０］
図２Ａは、本実施形態に係るコアレス電流センサ２０の構成を簡略的に示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線におけるコアレス電流センサ２０の構成を簡略的に示す断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、電流センサ２０は、バスバー３６と並行に配置されたプリント基板５０と、プリント基板５０に設けられた磁気検知素子５２と、バスバー３６と並行な下面と当該下面と垂直な左面及び右面とを有するシールド板５４とを含む。

磁気検知素子５２は、バスバー３６から発生する磁束Φ１を検知して電圧変換を行う。換言すると、磁気検知素子５２は、磁束Φ１に応じた電圧（以下「素子電圧Ｖｅ」という。）を出力する。磁束Φ１は、バスバー３６を流れる電流（以下「バスバー電流Ｉｂ」という。）［Ａ］に比例するものであるため、素子電圧Ｖｅは、バスバー電流Ｉｂを示す。磁気検知素子５２の出力電圧（素子電圧Ｖｅ）は、プリント基板５０に形成されたプリント配線６０（接続線）を介してＥＣＵ２４に出力される。磁気検知素子５２としては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、ホール素子とアンプ回路を組み合わせたホールＩＣ（ＩＣ：Integrated Circuit）のいずれかを用いることができる。

シールド板５４は、磁気検知素子５２への外乱ノイズの入射を防止するものであり、バスバー３６の３方向（図２Ｂ中、下方向及び左右方向）から囲んでいる。シールド板５４は、パーマロイ等の磁気を通し易い材質からなる。このため、例えば、図２Ｂに示すように、外乱ノイズＮＺが磁気検知素子５２に向かって発生しても、外乱ノイズＮＺは、シールド板５４中を通過するため、磁気検知素子５２に外乱ノイズＮＺは到達しない。従って、シールド板５４により磁気検知素子５２を外乱ノイズＮＺから保護することができる。

図２Ａに示すように、プリント配線６０は、出力線６２とグラウンド線６４を含む。出力線６２及びグラウンド線６４はいずれも磁気検知素子５２の端子及びＥＣＵ２４の入力端子に接続されている。

また、本実施形態では、出力線６２は、シールド板５４の周囲を取り囲むコイル状に形成されたターン配線６６（コイル状部位）を含む。これにより、電流センサ２０の出力応答性を向上することができる（詳細は後述する。）。なお、ターン配線６６が重なる部分は、スルーホール６８を介してプリント基板５０を２層構造とすることで互いに電気的に接触しないように離隔されている。

［１−５．レゾルバ２２］
レゾルバ２２は、モータ１２の図示しない出力軸又は外ロータの回転角度である電気角θを検出し、ＥＣＵ２４に出力する。

［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、信号線７０（図１）を介して車両１０の各部を制御するものであり、図示しない入出力部、演算部及び記憶部を含む。本実施形態においてＥＣＵ２４は、各電流センサ２０からの出力電圧（素子電圧Ｖｅ）をアナログ／デジタル変換してＥＣＵ２４内部で電流値（バスバー電流Ｉｂ）として処理できるようにする。換言すると、各電流センサ２０とＥＣＵ２４とでコアレス電流センサユニット８０（コアレス電流センサ構造体）を構成する。なお、図１において、インバータ１４とＥＣＵ２４とを結ぶ信号線７０は、簡略化して表記されているが、実際は、各上スイッチング素子３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ及び各下スイッチング素子３２ｕ、３２ｖ、３２ｗのゲートとＥＣＵ２４とが接続されている。

２．ターン配線６６の作用及び効果
［２−１．ターン配線６６がない場合］
本実施形態のターン配線６６の作用及び効果を説明するため、まずは、ターン配線６６がない場合について検討する。上記のように、インバータ１４を作動させる際、バスバー３６を流れる電流の向きは、順次切り替わる。

（２−１−１．バスバー電流Ｉｂが正方向に流れる場合）
図３Ａは、比較例としてのターン配線６６がないコアレス電流センサ２０ｃｏｍ（以下「電流センサ２０ｃｏｍ」ともいう。）において、図３Ａ中、下側から上側に向かう方向（以下「正方向」という。）にバスバー電流Ｉｂを流した場合の様子を示す平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における断面図である。電流センサ２０ｃｏｍのプリント配線１６０は、いずれもターン配線６６を有さない出力線１６２とグラウンド線１６４とからなる。

電流センサ２０ｃｏｍにおいて、正方向のバスバー電流Ｉｂを流すと、次のような作用が発生する。

（ａ−１） 正方向のバスバー電流Ｉｂが流れると、右ねじの法則より、バスバー３６の周囲には、図３Ｂ中、時計回り且つ図３Ａ中、左側から右側に向かう磁界が発生する。これに伴い、バスバー３６周囲のシールド板５４等には磁束Φ１が発生する。

（ａ−２） シールド板５４に磁束Φ１が発生する際、図４に示すように、磁束Φ１の変化を妨げる方向に渦電流Ｉｅが発生する。

（ａ−３） シールド板５４に渦電流Ｉｅが発生する結果、シールド板５４の磁束Φ１の変化には、バスバー電流Ｉｂに対して若干の位相ずれが発生する。このため、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２からの出力（素子電圧Ｖｅ）の波形にもバスバー電流Ｉｂに対する位相ずれ（応答遅れ）が発生する（図５参照）。なお、図５において、誤差ｅは、前記応答遅れに起因するバスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅとの間の誤差である。

上記のように、比較例に係るコアレス電流センサ２０ｃｏｍでは、バスバー電流Ｉｂの波形と素子電圧Ｖｅの波形との間に位相ずれ（応答遅れ）が生じる。各電流センサ２０ｃｏｍが検出するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスバー電流Ｉｂは、モータ１２を駆動するｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの算出に必要になる（ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａ参照）。このため、バスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅとの間に位相ずれ（応答遅れ）が存在すると、モータ１２を精度よく制御することができなくなり、その結果、モータ１２の出力効率が低下してしまう。このことは、モータ１２の回転数［ｒｐｍ］が高い場合、顕著になる。

（２−１−２．バスバー電流Ｉｂが負方向に流れる場合）
図６Ａ及び図６Ｂは、比較例に係るコアレス電流センサ２０ｃｏｍにおいて、図６Ａ中、上側から下側に向かう方向（以下「負方向」という。）にバスバー電流Ｉｂを流した場合のコアレス電流センサ２０周囲の磁束Φ１を示す図である。

電流センサ２０ｃｏｍにおいて、負方向のバスバー電流Ｉｂを流すと、次のような作用が発生する。

（ｂ−１） 負方向のバスバー電流Ｉｂが流れると、右ねじの法則より、バスバー３６の周囲には、図６Ｂ中、反時計回り且つ図６Ａ中、右側から左側に向かう磁界が発生する。これに伴い、バスバー３６周囲のシールド板５４等には磁束Φ１が発生する。

（ｂ−２） シールド板５４に磁束Φ１が発生する際、図７に示すように、磁束Φ１の変化を妨げる方向に渦電流Ｉｅが発生する。

（ｂ−３） シールド板５４に渦電流Ｉｅが発生する結果、シールド板５４の磁束Φ１の変化には、バスバー電流Ｉｂに対して若干の位相ずれが発生する。このため、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２からの出力（素子電圧Ｖｅ）の波形にもバスバー電流Ｉｂに対する位相ずれ（応答遅れ）が発生する（図５参照）。

上記のように、負方向のバスバー電流Ｉｂを流す場合も、正方向にバスバー電流Ｉｂを流す場合と同様の問題が生じる。

［２−２．ターン配線６６がある場合］
次に、本実施形態のターン配線６６がある場合について検討する。この場合も、インバータ１４を作動させる際、バスバー電流Ｉｂの向きは、順次切り替わる。

（２−２−１．バスバー電流Ｉｂが正方向に流れる場合）
図８Ａ及び図８Ｂは、ターン配線６６を有するコアレス電流センサ２０において、正方向（図８Ａ中、下側から上側に向かう方向）にバスバー電流Ｉｂを流した場合の電流センサ２０周囲の磁束（磁束Φ１、Φ２）を示す図である。

電流センサ２０において、正方向のバスバー電流Ｉｂを流すと、次のような作用及び効果が発生する。

（ｃ−１） 正方向のバスバー電流Ｉｂが流れると、右ねじの法則より、バスバー３６の周囲には、図８Ｂ中、時計回り且つ図８Ａ中、左側から右側に向かう磁界が発生する。これに伴い、バスバー３６周囲のシールド板５４等には磁束Φ１が発生する。

（ｃ−２） シールド板５４に磁束Φ１が発生する際、図４に示すように、磁束Φ１の変化を妨げる方向に渦電流Ｉｅが発生する。

（ｃ−３） シールド板５４に渦電流Ｉｅが発生する結果、シールド板５４の磁束Φ１の変化には、バスバー電流Ｉｂに対して若干の位相ずれが発生する。このため、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２からの出力（素子電圧Ｖｅ）の波形にもバスバー電流Ｉｂに対する位相ずれ（応答遅れ）が発生する（図５参照）。ここまでは、比較例と同じである。

（ｃ−４） また、正方向のバスバー電流Ｉｂが流れる場合、バスバー電流Ｉｂの極性が負から正に切り替わる瞬間を除き、出力線６２の電圧（素子電圧Ｖｅ）は正であり、プリント配線６０では、グラウンド線６４から出力線６２に向かって電流が流れている。このため、ターン配線６６では、右ねじの法則より、その近傍のシールド板５４の磁束Φ１と反対方向に磁束Φ２が発生する（図８Ｂ参照）。

（ｃ−５） ここで、シールド板５４内を通過する磁束Φ１が増加すると、磁束Φ１の増加を妨げる方向（図８Ｂ中、上方向）にターン配線６６にて逆起電圧Ｖｉが発生する（レンツの法則）。

（ｃ−６） 逆起電圧Ｖｉが生じる方向は、シールド板５４側の磁束Φ２の発生方向（図８Ｂ中、上方向）と一致する。その結果、図９に示すように、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２から出力（素子電圧Ｖｅ）には逆起電圧Ｖｉが加算され、ＥＣＵ２４に出力される素子電圧Ｖｅの波形は、バスバー電流Ｉｂに対して位相が近づくこととなり、バスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅとの位相ずれ（応答遅れ）を減少させることができる。

上記のように、本実施形態に係るコアレス電流センサ２０では、バスバー電流Ｉｂの波形と素子電圧Ｖｅの波形との間に位相ずれ（応答遅れ）を減少させることができる（図９）。各電流センサ２０が検出するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスバー電流Ｉｂは、モータ１２を駆動するｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの算出に必要になる（ＪＰ ２０１０−０４５８７４ Ａ参照）。このため、バスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅとの間の位相ずれ（応答遅れ）を減少させることで、モータ１２を精度よく制御することが可能になり、その結果、モータ１２の出力効率を増加又は維持できるようになる。このことは、モータ１２の回転数が高い場合、顕著になる。

（２−２−２．バスバー電流Ｉｂが負方向に流れる場合）
図１０Ａ及び図１０Ｂは、ターン配線６６を有するコアレス電流センサ２０において、負方向（図１０Ａ中、上側から下側に向かう方向）にバスバー電流Ｉｂを流した場合の電流センサ２０周囲の磁束（磁束Φ１、Φ２）を示す図である。

電流センサ２０において、負方向のバスバー電流Ｉｂを流すと、次のような作用及び効果が発生する。

（ｄ−１） 負方向のバスバー電流Ｉｂが流れると、右ねじの法則より、バスバー３６の周囲には、図１０Ｂ中、反時計回り且つ図１０Ａ中、右側から左側に向かう磁界が発生する。これに伴い、バスバー３６周囲のシールド板５４等には磁束Φ１が発生する。

（ｄ−２） シールド板５４に磁束Φ１が発生する際、図７に示すように、磁束Φ１の変化を妨げる方向に渦電流Ｉｅが発生する。

（ｄ−３） シールド板５４に渦電流Ｉｅが発生する結果、シールド板５４の磁束Φ１の変化には、バスバー電流Ｉｂに対して若干の位相ずれが発生する。このため、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２からの出力（素子電圧Ｖｅ）の波形にもバスバー電流Ｉｂに対する位相ずれ（応答遅れ）が発生する（図５参照）。ここまでは、比較例と同じである。

（ｄ−４） また、負方向のバスバー電流Ｉｂが流れる場合、バスバー電流Ｉｂの極性が正から負に切り替わる瞬間を除き、出力線６２の電圧（素子電圧Ｖｅ）が負であり、プリント配線６０では、出力線６２からグラウンド線６４に向かって電流が流れている。このため、ターン配線６６では、右ねじの法則より、その近傍のシールド板５４の磁束Φ１と反対方向に磁束Φ２が発生する（図１０Ｂ参照）。

（ｄ−５） ここで、シールド板５４内を通過する磁束Φ１が増加すると、磁束Φ１の増加を妨げる方向（図１０Ｂ中、下方向）にターン配線６６にて逆起電圧Ｖｉが発生する（レンツの法則）。

（ｄ−６） 逆起電圧Ｖｉが生じる方向は、シールド板５４側の磁束Φ２の発生方向（図１０Ｂ中、下方向）と一致する。その結果、図９に示すように、磁束Φ１を検出する磁気検知素子５２から出力（素子電圧Ｖｅ）には逆起電圧Ｖｉが加算され、ＥＣＵ２４に出力される素子電圧Ｖｅの波形は、バスバー電流Ｉｂに対して位相が近づくこととなり、バスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅとの位相ずれ（応答遅れ）を減少させることができる。

上記のように、負方向のバスバー電流Ｉｂを流す場合も、正方向にバスバー電流Ｉｂを流す場合と同様の効果を得ることができる。

［２−３．ターン配線６６の巻き数］
上記のように、本実施形態では、素子電圧Ｖｅに逆起電圧Ｖｉを加算することで、バスバー電流Ｉｂと素子電圧Ｖｅの位相ずれ（応答遅れ）を減少させることができる。当該位相ずれ（応答遅れ）を減少させる効果は、例えば、ターン配線６６の巻き数（ターン数Ｎｔ）［回］に応じて調整することができる。図２Ａの例では、ターン数Ｎｔは１回である。

図１１には、シールド板５４に対するターン配線６６のターン数Ｎｔと、補正される素子電圧Ｖｅの位相ずれＰｃ［ｄｅｇ］との関係の一例が示されている。図１１では、ターン数Ｎｔがゼロの場合、位相ずれＰｃが非常に大きく、ターン数Ｎｔが１、２と増えるに連れて位相ずれＰｃが小さくなっていき、ターン数Ｎｔが３のとき、位相ずれＰｃが最もゼロに近づく。従って、図１１の例では、ターン数Ｎｔを３とすることが最適であるということになる。

３．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、素子電圧Ｖｅに出力線６２の逆起電圧Ｖｉを加算して、バスバー電流Ｉｂの波形と素子電圧Ｖｅの波形との間の位相ずれ（応答遅れ）を補償する。従って、当該位相ずれ（応答遅れ）を簡易な構成により抑制することが可能となる。

４．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［４−１．搭載対象］
上記実施形態では、コアレス電流センサ２０を車両１０に搭載したが、これに限らず、別の対象に搭載してもよい。例えば、電流センサ２０を電車や船舶、航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、電流センサ２０を工作機械又は電化製品に適用してもよい。

また、上記実施形態では、交流を前提とした用途（交流式モータ１２の駆動）にコアレス電流センサ２０を用いたが、検出電流と出力電圧との間の位相ずれ（応答遅れ）を補償する用途であれば、これに限らない。例えば、直流式モータに用いることもできる。これにより、例えば、急速なスイッチング（オフからオン又はオンからオフ）を高い応答性で検出することが可能となる。

［４−２．シールド板５４］
上記実施形態では、シールド板５４は、長方形の一辺を除いた形状（角を有するＵ字状）であったが（図２Ａ及び図２Ｂ参照）、その形状はこれに限らず、例えば、曲面（角を有さないＵ字状）から構成されてもよい。

上記実施形態では、磁気検知素子５２からの素子電圧Ｖｅに応答遅れを生じさせる構成要素として、シールド板５４を挙げたが、当該応答遅れを生じさせる構成要素であれば、別の導体（特に、渦電流の発生を生じさせ易いもの）であってもよい。なお、シールド板５４の場合、渦電流Ｉｅは、シールド板５４の厚みの二乗に比例する。

［４−３．ターン配線６６］
上記実施形態では、図２Ａ中の右側のシールド板５４を取り囲むようにターン配線６６を出力線６２に設けたが、これに限らず、図１２のコアレス電流センサ２０Ａ（第１変形例）のように、ターン配線６６ａを図１２中の左側のシールド板５４を巻くようにプリント配線６０ａの出力線６２ａに設けてもよい。なお、図１２では、出力線６２ａは、スルーホール７２を用いてグラウンド線６４との接触を避け、スルーホール６８ａを用いて出力線６２ａ同士の重なりを避けている。

上記実施形態及び図１２の第１変形例では、ターン配線６６、６６ａを出力線６２、６２ａに設けたが、これに限らない。例えば、図１３のコアレス電流センサ２０Ｂ（第２変形例）のように、プリント配線６０ｂの出力線６２ｂにはターン配線を設けず、グラウンド線６４ａにターン配線６６ｂを設けてもよい。なお、図１３では、グラウンド線６４ａは、スルーホール７２ａを用いて出力線６２ｂとの接触を避けている。

或いは、図１４のコアレス電流センサ２０Ｃ（第３変形例）のように、ターン配線６６をプリント配線６０ｃの出力線６２に設け、ターン配線６６ｂをグラウンド線６４ｂに設けることもできる。

上記実施形態及び前記第１〜第３変形例では、ターン配線６６をバスバー３６と並行なプリント基板５０上において平面図及び断面図中、磁気検知素子５２の右側若しくは左側又は左右両側に設けたが、ターン配線６６の位置はこれに限らない。例えば、プリント基板５０がいわゆる３次元パターンである場合、ターン配線６６の位置は、断面図中、上側若しくは下側又は上下両側に設けてもよい。

［４−４．その他］
上記実施形態では、ターン配線６６を用いて、バスバー電流Ｉｂの波形と素子電圧Ｖｅの波形との間の位相ずれ（応答遅れ）を小さくしたが、例えば、バスバー電流Ｉｂの波形と素子電圧Ｖｅの波形との間の位相ずれ（応答遅れ）を大きくしたい用途（例えば、磁気検知素子５２の出力を別の出力のタイミングに合わせるために遅延させる用途）にも適用可能である。そのような用途の場合、シールド板５４に対してターン配線６６、６６ａ、６６ｂを巻く方向を反対にすればよい。

或いは、前記出力電圧の応答遅れを前記逆起電圧が増大する方向に、前記コイル状部位が前記シールド板の外周を取り囲んで形成すれば、必要に応じて、前記出力電圧の応答遅れを増大することが可能となる。
前記コイル状部位は、前記コイル状部位に発生する逆起電圧が前記磁気検知素子の出力電圧に加算されるように形成されてもよい。

この発明に係るコアレス電流センサは、電流経路から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子と、前記磁気検知素子の周囲に配置された導体と、前記磁気検知素子の出力電圧を外部に出力し、前記導体の周囲を取り囲むコイル状部位を有する配線とを備えるものであって、前記導体は、前記電流経路から発生する磁束により渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子が検知する前記磁束の変化に遅れが生じる位置に配置され、前記配線は、前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因して前記電流の変化に対して発生する前記磁気検知素子の出力電圧の応答遅れを、前記導体での磁束の変化を妨げる方向に発生する前記コイル状部位の逆起電圧が補償するように、前記コイル状部位が配置されることを特徴とする。
前記コイル状部位は、前記コイル状部位に発生する逆起電圧が前記磁気検知素子の出力電圧に加算されるように形成されてもよい。

この発明に係る電流検知方法は、電流経路から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子と、前記磁気検知素子の周囲に配置された導体と、前記磁気検知素子の出力電圧を外部に出力し、前記導体の周囲を取り囲むコイル状部位を有する配線とを備えるコアレス電流センサを用いるものであって、前記電流経路から発生する磁束により前記導体に渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子が検知する前記磁束の変化に遅れが発生する位置に前記導体が配置され、前記導体に発生する磁束の変化を妨げる方向に発生する逆起電圧を前記コイル状部位に発生させ、前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因する前記電流経路の電流波形と前記磁気検知素子の出力波形との間の位相ずれを、前記導体の逆起電圧により補償することを特徴とする。
前記コイル状部位は、前記コイル状部位に発生する逆起電圧が前記磁気検知素子の出力電圧に加算されるように形成されてもよい。

Claims (6)

1. 電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束を検知して電圧変換を行う磁気検知素子（５２）と、
   前記磁気検知素子（５２）の周囲に配置され、前記磁気検知素子（５２）に対する外部からの磁束を遮蔽するシールド板（５４）とを備え、
   前記電圧変換に伴う前記磁気検知素子（５２）の出力電圧を電流値に変換することで、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）の電流値を検出するコアレス電流センサ構造体（８０）であって、
   前記磁気検知素子（５２）の端子と接続される接続線（６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）により前記シールド板（５４）の外周を取り囲むコイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）が形成され、
   前記磁気検知素子（５２）の端子間電圧に基づき前記電流値を演算する
   ことを特徴とするコアレス電流センサ構造体（８０）。
2. 請求項１記載のコアレス電流センサ構造体（８０）において、
   前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）を流れる電流の変化に対する前記シールド板（５４）での磁束の変化の遅れに起因して前記電流の変化に対して発生する前記磁気検知素子（５２）の出力電圧の応答遅れを、前記シールド板（５４）に発生する磁束の変化に応じて前記コイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）に発生する逆起電圧が補償するように、前記コイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）が前記シールド板（５４）の外周に形成される
   ことを特徴とするコアレス電流センサ構造体（８０）。
3. 請求項１又は２記載のコアレス電流センサ構造体（８０）において、
   前記コイル状部位（６６、６６ａ）が形成される接続線（６０、６０ａ、６０ｃ）は、前記電圧変換に応じて電圧値が変化する出力線（６２、６２ａ）であり、
   前記コイル状部位（６６、６６ａ）は、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束により前記磁気検知素子（５２）が正の電圧値を出力する場合、前記シールド板（５４）の第１特定部位を当該第１特定部位での前記磁束の向きに見たとき、当該第１特定部位に対して前記出力線（６２、６２ａ）の磁気検知素子（５２）側から出力端に向かって反時計回りに巻くように形成される
   ことを特徴とするコアレス電流センサ構造体（８０）。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のコアレス電流センサ構造体（８０）において、
   前記コイル状部位（６６ｂ）が形成される前記接続線（６０ｂ、６０ｃ）は、グラウンド線（６４ａ、６４ｂ）であり、
   前記コイル状部位（６６ｂ）は、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束により前記磁気検知素子（５２）が正の電圧値を出力する場合、前記シールド板（５４）の第２特定部位を当該第２特定部位での前記磁束の向きに見たとき、当該第２特定部位に対して前記グラウンド線（６４ａ、６４ｂ）の磁気検知素子（５２）側から出力端に向かって時計回りに巻くように形成される
   ことを特徴とするコアレス電流センサ構造体（８０）。
5. 電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子（５２）と、
   前記磁気検知素子（５２）の周囲に配置された導体（５４）と、
   前記磁気検知素子（５２）の出力電圧を外部に出力し、前記導体（５４）の周囲を取り囲むコイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）を有する配線（６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）と
   を備えるコアレス電流センサ（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）であって、
   前記導体（５４）は、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束により渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子（５２）が検知する前記磁束の変化に遅れが生じる位置に配置され、
   前記配線（６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）は、前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因して前記電流の変化に対して発生する前記磁気検知素子（５２）の出力電圧の応答遅れを、前記導体（５４）での磁束の変化を妨げる方向に発生する前記コイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）の逆起電圧が補償するように、前記コイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）が配置される
   ことを特徴とするコアレス電流センサ（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）。
6. 電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束を電圧に変換する磁気検知素子（５２）と、前記磁気検知素子（５２）の周囲に配置された導体（５４）と、前記磁気検知素子（５２）の出力電圧を外部に出力し、前記導体（５４）の周囲を取り囲むコイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）を有する配線（６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）とを備えるコアレス電流センサ（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）を用いる電流検知方法であって、
   前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）から発生する磁束により前記導体（５４）に渦電流が発生し、当該渦電流の発生により、前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）を流れる電流の変化に対して前記磁気検知素子（５２）が検知する前記磁束の変化に遅れが発生する位置に前記導体（５４）が配置され、
   前記導体（５４）に発生する磁束の変化を妨げる方向に発生する逆起電圧を前記コイル状部位（６６、６６ａ、６６ｂ）に発生させ、
   前記電流の変化に対する前記磁束の変化の遅れに起因する前記電流経路（３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ）の電流波形と前記磁気検知素子（５２）の出力波形との間の位相ずれを、前記導体（５４）の逆起電圧により補償する
   ことを特徴とする電流検知方法。

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