WO2011111413A1

WO2011111413A1 - 電流検出装置

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Publication number: WO2011111413A1
Application number: PCT/JP2011/050457
Authority: WO
Inventors: 西村圭亮
Original assignee: アイシン・エィ・ダブリュ株式会社
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2011-09-15
Also published as: US20110224937A1; DE112011100177T5; JP2011185775A; CN102782510A

Abstract

　電流が流れる導体に表皮効果が生じても、精度良く当該導体に流れる電流を検出可能な電流検出装置を提供する。導体の近傍に設置され、所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部６と、センサ部６の検出値に基づいて導体を流れる電流を検出する電流検出部３と、導体を流れる電流の周波数である電流周波数を取得する電流周波数取得部４と、電流周波数に基づいてセンサ部６の検出値を補正する補正部５とを備える。

Description

電流検出装置

　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。

　モータ（回転電機）は、多くの場合、当該モータ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（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。しかし、近年、電流センサの小型化、省部品化、低コスト化などの要請を受けて、電流路を周回する集磁コアを用いないコアレスセンサが実用されてきている。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。

特開２００４－６１２１７号公報（第２，３，１９段落、図２等）

　ところで、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。耐久性も要求される自動車の駆動装置に利用される回転電機には大電流が流れるため、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。バスバーは、駆動装置の設置スペースの有効利用や、固定の容易さ、配線の取り回しの容易さなども相まって特許文献１に図２にも例示されるように、電流の流通方向に直交する方向での断面形状が長方形などの平板状に形成されることが多い。

　ところで、導体中を高い周波数の電流が流れると、表皮効果により導体表面に電流が集中するようになる。バスバーの場合には、端面に電流が集中し、バスバーの周辺に発生する磁界の分布もバスバーの断面形状に応じて不均一なものになる。磁気検出素子は、その磁束検出方向が定常状態の磁界に適合するように、バスバーの幾何学的な中央位置を基準として設置されている。このため、表皮効果により磁界の分布がバスバーの幾何学的な中央位置に対して不均一となる、磁気検出素子により検出する磁束密度が低下する。その結果、電流センサの出力値が本来の値に対して上下したり、過渡応答に遅れが生じたりするなど、電流の測定精度も低下する可能性がある。

　従って、電流が流れる導体に表皮効果が生じても、精度良く当該導体に流れる電流を検出可能な電流検出装置の提供が望まれる。

　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、
　断面形状が重心から外周面までの距離が不均一となる外形形状の導体の近傍に設置され、所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部と、
　前記センサ部の検出値に基づいて前記導体を流れる電流を検出する電流検出部と、
　前記導体を流れる電流の周波数である電流周波数を取得する電流周波数取得部と、
　前記電流周波数に基づいて前記センサ部の検出値を補正する補正部と、を備える点にある。

　上述したように、表皮効果は導体を流れる電流の周波数が高くなるほど顕著に現れる。本構成によれば、電流検出装置は、導体を流れる電流の周波数である電流周波数を取得する電流周波数取得部を備える。従って、電流検出装置は、センサ部の検出値に基づいて導体の電流を検出するに際して、表皮効果による影響を考慮することができる。具体的には、補正部を備えることによって、電流周波数に基づいてセンサ部の検出値が補正されるので、電流検出装置は、表皮効果が生じても、この表皮効果の影響を抑制して精度良く導体に流れる電流を検出することが可能となる。

　ここで、前記導体が、交流回転電機が電動機として機能する際には駆動電流を供給し、発電機として機能する際には発電電流を回生するものであるとき、前記電流周波数取得部は、前記交流回転電機の回転速度に基づいて前記電流周波数を取得すると好適である。交流回転電機の制御に際しては、ロータの回転速度や回転位置が取得され、フィードバック制御が実施される。このため、交流回転電機の制御装置には、レゾルバなどの回転検出装置が設置されたり、電気的に回転速度や回転位置を演算する回転検出部が設けられたりする。導体を流れる駆動電流や発電電流の周波数は、交流回転電機の回転速度とほぼ線形性を有する。従って、交流回転電機の制御に際して、ほぼ必ず取得される回転速度を利用して電流周波数を取得することによって、電流検出装置の構成を簡素化することができる。

　また、前記電流周波数取得部は、前記センサ部又は前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電流周波数を取得すると好適である。導体を流れる電流によって生じる磁束の方向は、電流の方向によって切り替わる。つまり、磁束の方向が切り替わる周波数と電流周波数とは、ほぼ線形性を有する。従って、電流周波数取得部は、センサ部により検出された磁束の周波数に基づいて電流周波数を取得することが可能である。また、磁束密度と電流とは線形性を有するので、センサ部の検出値に基づいて得られる電流の周波数から電流周波数を取得することが可能である。尚、この際の「センサ部の検出値」は、補正部による補正の有無には影響されない。表皮効果の影響を受けたセンサ部の検出値に基づいて得られる交流の電流の振幅は表皮効果の影響を受けるが、周波数は影響を受けないからである。このように、センサ部又は電流検出部の検出結果に基づいて電流周波数を取得すると、他のセンサなどを用いることなく電流検出装置のみでシステムを構築することができるので、電流検出装置の構成を簡素化することができる。

　本発明に係る電流検出装置の前記補正部は、前記電流周波数に応じた係数を前記センサ部の前記検出値に乗じて前記検出値を補正すると好適である。係数を乗じることによって検出値を補正すると補正部並びに電流検出装置の構成を簡素化することができる。

　また、本発明に係る電流検出装置の前記補正部は、前記電流周波数に応じて前記センサ部のダイナミックレンジを変更することによって前記検出値を補正すると好適である。電流検出装置の最上流の機能部であるセンサ部のダイナミックレンジを変更するので、伝送誤差やデジタル変換時の離散誤差などの影響を抑制できる。

　また、本発明に係る電流検出装置の前記補正部は、前記電流周波数に応じた補正値が記憶されたマップに基づいて前記検出値を補正すると好適である。補正値が記憶されたマップに基づいて検出値を補正すると、演算性能の低いハードウェアを用いて電流検出装置を構成することができ、演算誤差等も抑制することができる。特に、表皮効果による影響が非線形であって一次式や二次式に近似できないような場合には、マップに基づいた補正は有用である。

　尚、本発明に係る電流検出装置の前記センサ部が設置される前記導体の前記断面形状が、長方形及び楕円形を含む扁平形状であると、本発明の効果がより一層顕著である。
　導体の外形形状は、断面形状において、重心から外周面までの距離が不均一となる形状であるが、特に扁平形状であると、重心から外周面までの距離の不均一性が高くなる。従って、センサ部は、表皮効果による影響を受けやすくなる。ここで、電流検出装置が上述したような構成を備えることにより、表皮効果による影響が抑制される。導体の生産性や、引き回しを考慮すると、導体には板状など、断面が扁平形状のものが利用されることが多い。従って、利用頻度の高い導体に関して、表皮効果の影響を抑制して精度良く当該導体に流れる電流を検出することが可能となる。

回転電機の駆動装置の構成例を模式的に示す図電流検出装置の実施態様の一例を模式的に示すブロック図バスバーに対するセンサ部の配置例を模式的に示す斜視図バスバーに対するセンサ部の配置例を模式的に示す断面図表皮効果による磁界検出への影響を断面図により示す説明図表皮効果による磁界検出への影響を減衰率により示すグラフ電流検出装置の構成の一例を模式的に示すブロック図電流検出装置の構成の他の例を模式的に示すブロック図補正係数の一例を模式的に示すグラフバスバーに対するセンサ部の他の配置例を模式的に示す断面図図１０の配置における表皮効果による磁界検出への影響を減衰率により示すグラフバスバーの断面形状の他の例を示す断面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。

　まず、回転電機ＭＧの駆動制御を行う駆動装置２０の構成について説明する。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を備えている。ここで、直流電源１４は、バッテリ等の充電可能な二次電池である。そして、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している。また、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の正極端子につながる高圧電源ラインに接続され、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の負極端子につながるグランドラインに接続されている。

　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、図２に示すように、マイクロコンピュータ１０ａなどの論理回路を中核とするＥＣＵ（electronic control unit）１０として構成される。ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータ１０ａの他、不図示のインターフェース回路やその他の周辺回路などを有して構成される。インターフェース回路は、ＥＭＩ（electro-magnetic interference）対策部品やバッファ回路などにより構成される。

　マイクロコンピュータ１０ａは、ＣＰＵコア１０ｂ、プログラムメモリ１０ｃ、ワークメモリ１０ｄ、Ａ／Ｄコンバータ１０ｅや、その他不図示の通信制御部、タイマ、ポートなどを有して構成される。ＣＰＵコア１０ｂは、マイクロコンピュータ１０ａの中核であり、命令レジスタや命令デコーダ、種々の演算の実行主体となるＡＬＵ(arithmetic logic unit)、フラグレジスタ、汎用レジスタ、割り込みコントローラなどを有して構成される。プログラムメモリ１０ｃは、回転電機制御プログラムや電流検出プログラム、これらのプログラムの実行の際に参照される各種パラメータなどが格納された不揮発性のメモリである。プログラムメモリ１０ｃは、例えばフラッシュメモリなどによって構成されると好適である。ワークメモリ１０ｄは、プログラム実行中の一時データを一時記憶するメモリである。ワークメモリ１０ｄは、揮発性で問題なく、高速にデータの読み書きが可能なＤＲＡＭ（dynamic RAM）やＳＲＡＭ（static RAM）により構成されると好適である。尚、ここではＣＰＵコア１０ｂの他、Ａ／Ｄコンバータ１０ｅやメモリ１０ｃ，１０ｄが１つのチップに集積された形態を示したが、当然複数のチップによってコンピュータシステムが構築されていてもよい。

　ところで、特に回転電機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。これにより、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。

　このように、回転電機ＭＧは、制御ユニット１１の制御により、所定の出力トルク及び回転速度で駆動される。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を駆動制御する。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により、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。尚、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。

　図２に示すように、本実施形態において、電流検出装置１は、ＥＣＵ１０を用いて構成される。センサ部６は磁束密度に応じた検出値をアナログ信号でＥＣＵ１０に対して出力し、ＥＣＵ１０のＡ／Ｄコンバータ１０ｅにより当該検出値がデジタル値に変換される。そして、磁束密度に応じた検出値は、マイクロコンピュータ１０ａのＣＰＵコア１０ｂやワークメモリ１０ｄなどのハードウェアと、プログラムメモリ１０ｃに格納された電流検出プログラムなどのソフトウェアとの協働により、電流値に変換される。本実施形態のＥＣＵ１０においてハードウェアとソフトウェアとの協働により電流検出装置１として機能する機能部は、制御ユニット１１における信号処理部１１ａと称する（図７及び図８参照）。もちろん、このような実施形態は一例であり、オペアンプなどを利用してアナログ信号のままで電流値を求めたり、ソフトウェアを用いることなくハードウェアのみで電流値を求めたりしてもよい。

　制御ユニット１１としても機能するＥＣＵ１０には、電流検出装置１の各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗによる検出値の他、回転検出装置１３による回転電機ＭＧの回転速度や回転位置の検出信号も入力される。マイクロコンピュータ１０ａは、これらの検出値や検出信号に基づいて、ＣＰＵコア１０ｂなどのハードウェアと、プログラムメモリ１０ｃに格納された回転電機制御プログラムなどのソフトウェアとの協働により、インバータ１６の各ＩＧＢＴ１８Ａ，１８Ｂの制御信号を生成する。生成された制御信号は、上述したようにドライバ回路１２を介してインバータ１６に出力される。本実施形態のＥＣＵ１０においてハードウェアとソフトウェアとの協働によりインバータ１６を制御する機能部は、制御ユニット１１におけるインバータ制御部１１ｂと称する（図７及び図８参照）。

　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、単にバスバー２及びセンサ部６として説明する。図３及び図３の断面図である図４に示すように、センサ部６は、バスバー２の近傍に配置される。本実施形態において、バスバー２は、電流が流れる方向に直交する断面の形状が長方形の扁平形状である板状の導体であり、銅やアルミニウムなどの金属により構成される。本実施形態では、この断面の長辺側（長手側・長軸側）に位置するバスバー２の延在面の近傍にセンサ部６が設置される。この際、図１３に示すような集磁コア３０、つまり導体２Ａを周回す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、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。本実施形態においては、センサ部６は、ホール素子６１と、当該ホール素子６１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６２とが集積された集積回路（ＩＣ）チップとして構成される。そして、このＩＣチップが、基板６ａに実装されてバスバー２の近傍に設置される。図３及び図４においては、省略しているが、基板６ａとＥＣＵ１０とは、センサ部６としてのＩＣチップ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。尚、センサ部６は、検出中心位置が、バスバー２の断面の長辺側の中央に一致するように配置される（例えば、図４参照）。

　本実施形態において、センサ部６としてのＩＣチップは、図３及び図４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の磁束の磁束密度Ｂのみ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３及び図４に示すように互いに逆向きの２方向を含む。図４では、理解を容易にするために、電流Ｉが紙面の表から裏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。

　図３及び図４に示すように、各センサ部６は、１つのバスバー２を検出対象とし、当該バスバー２に流れる電流Ｉを検出するために、当該バスバー２に電流Ｉが流れることによって発生する磁束（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。そのため、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が満足されるのではあれば、センサ部６がバスバー２に接する状態で設置されてもよい。本実施形態では、図３及び図４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配置される。この際、センサ部６は、磁束検出方向Ｓとバスバー２の延在方向Ｌとが略直交する向きとなるように配置される。バスバー２の延在方向Ｌは、電流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４に示すように、バスバー２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。

　ところで、導体中を電流が流れるとき、この電流の周波数が高くなると、表皮効果によって電流が導体中を均等に流れなくなり、導体の表面に集中するようになる。図５は、磁界検出に対する表皮効果の影響を図４と同様の断面図により示した図である。図５（ａ）は、バスバー２に均等に電流Ｉが流れている場合を示しており、図４と同様に便宜的に中心に電流Ｉを示している。この場合には、センサ部６を通る磁力線Ｈの接線と磁束検出方向Ｓとが平行となるので、センサ部６における磁束密度Ｂの全ての成分がセンサ部６によって検出される。

　図５（ｂ）は、表皮効果により電流がバスバー２の表面に偏向して流れている場合を示しており、便宜的に中心から最も遠い長方形状の断面の各頂点に分散して電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４が流れるものとして電流Ｉを示している。また、図５（ｂ）では、各頂点を流れる電流のうち、電流Ｉ１による磁界の磁力線Ｈを代表して図示している。この場合には、センサ部６を通る磁力線Ｈの接線と磁束検出方向Ｓとが平行とはならない。センサ部６における磁束密度Ｂの内、ベクトル分解により磁束検出方向Ｓと平行な成分となる磁束密度Ｂ１のみがセンサ部６によって検出される。このため、検出される磁束密度Ｂ（Ｂ１）は、バスバー２を流れる電流Ｉに対して減衰した値となる。また、各頂点に分散する電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とセンサ部６との相対的な距離も、図５（ａ）と比べて長くなるため、センサ部６における磁束の量も少なくなる。このため、検出される磁束密度Ｂは、バスバー２を流れる電流Ｉに対して減衰した値となる。

　電流周波数が大きくなるに従って、表皮効果も顕著となるので、センサ部６で検出される磁束密度の減衰率も電流周波数が大きくなるに従って大きくなる。図６は、そのような減衰率を示したグラフである。図６では、表皮効果が現れ始める電流周波数ｆ０以下の減衰率を１として、電流周波数に応じた減衰率を示している。

　電流検出装置１は、このような表皮効果の影響を抑制して精度良く磁束密度Ｂを検出し、検出された磁束密度Ｂ（検出値）に基づいて電流Ｉを検出する。このため、電流検出装置１は、図７及び図８に示すように、バスバー２を流れる電流Ｉの周波数である電流周波数を取得する電流周波数取得部４と、電流周波数に基づいてセンサ部６の検出値を補正する補正部５とを備えて構成される。磁束密度Ｂは、上述したように、バスバー２の近傍に設置されるセンサ部６によって検出される。そして、電流Ｉの値は、上記式（１）に基づいて電流検出部３により演算される。

　図７及び図８に示すように、本実施形態において電流検出装置１は、センサ部６と信号処理部１１ａとを有して構成される。また、信号処理部１１ａは、制御ユニット１１を構成するＥＣＵ１０においてインバータ制御部１１ｂと共に構成される。本実施形態では、図１及び図２に示すように、同一のＥＣＵ１０において同一のマイクロコンピュータ１０ａを用いて信号処理部１１ａ及びインバータ制御部１１ｂが構成される場合を例示しているが、これに限定されるものではない。両者が異なるＥＣＵにおいて構成されてもよいし、同一のＥＣＵにおいて構成される場合であっても異なるマイクロコンピュータを用いて構成されてもよい。

　電流周波数取得部４は、以下に示す（ａ）～（ｄ）の方法の内、何れか１つ、又は複数の組み合わせにより、バスバー２を流れる電流Ｉの周波数である電流周波数を取得する。（ａ）バスバー２は、回転電機ＭＧが電動機として機能する際には交流の駆動電流の供給路となり、回転電機ＭＧが発電機として機能する際には交流の発電電流の回生路となる。駆動電流及び発電電流の周波数は、回転電機ＭＧの回転数に依存する。従って、電流周波数取得部４は、回転電機ＭＧの回転数を検出する回転検出装置１３の検出結果に基づいて、電流周波数を演算して取得することが可能である。
（ｂ）また、バスバー２を流れる電流Ｉによって生じる磁界は、電流Ｉの方向によって磁力線の方向が切り替わる。つまり、磁束の方向が切り替わる周波数は、電流Ｉの周波数に依存する。従って、電流周波数取得部４は、センサ部６により検出された磁束密度Ｂの周波数に基づいて電流周波数を演算して取得することが可能である。
（ｃ）また、上記式（１）から明らかなように、磁束密度Ｂと電流Ｉとは比例する。従って、電流周波数取得部４は、磁束密度Ｂに基づいて電流検出部３によって演算された電流の周波数から直接、電流周波数を取得してもよい。
（ｄ）さらに、本実施形態においては、同一のＥＣＵ１０において同一のマイクロコンピュータ１０ａを用いて信号処理部１１ａ及びインバータ制御部１１ｂが構成されている。従って、電流周波数取得部４は、インバータ制御部１１ｂから目標電流の周波数やインバータ１６の電圧周波数などを取得して、電流周波数を取得してもよい。

　補正部５は、１つの態様として、センサ部６の出力値を、電流検出部３が利用する前に補正することによって、センサ部６の検出値を補正する（図７参照）。又は、補正部５は、１つの態様として、センサ部６のダイナミックレンジを変更することによって、センサ部６の検出値を補正する（図８参照）。ここで、ダイナミックレンジの変更とは、ＩＣチップにより構成されるセンサ部６の電源電圧やホール素子６１に印加される駆動電圧を変更することや、バッファアンプ６２の電源電圧や増幅率を変更することである。

　図６に示したように、本実施形態においては、センサ部６で検出される磁束密度Ｂの減衰率は電流周波数が大きくなるに従って大きくなる。従って、図７の構成における１つの態様として、補正部５は、電流周波数が大きくなるに従って大きくなる補正係数ｋをセンサ部６の出力値（検出値）に乗じることによって、センサ部６の検出値を補正する。図９は、そのような補正係数ｋの例を示したグラフである。補正係数ｋ１は、図６に示した減衰率のカーブを相殺するように二次曲線に近似して得た補正係数ｋを例示している。補正係数ｋ２は、直線近似により得た補正係数ｋを例示している。補正係数ｋ３は、減衰率のカーブを相殺するように近似された二次曲線を領域ごとにさらに直線近似した補正係数ｋを例示している。

　また、補正部５は、直線や曲線に近似させた補正係数ｋを用いることなく、電流周波数に応じた補正係数ｋが記憶された補正係数マップを参照することによって、センサ部６の検出値を補正してもよい。また、１つの態様として、補正部５は、電流周波数に応じた補正値が記憶されたマップ（補正マップ）を参照することによって、センサ部６の検出値を補正してもよい。例えば、電流周波数とセンサ部６の検出値を引数として、補正後の検出値を参照するマップとすると好適である。このようなマップは、例えばプログラムメモリ１０ｃに格納される。

　また、図８の構成における１つの態様として、補正部５は、電流周波数が大きくなるに従ってセンサ部６のダイナミックレンジを広げることによって、センサ部６の検出値を補正する。ダイナミックレンジを広げる割合については、上述した補正係数ｋと同様である。つまり、図６に示した減衰率のカーブを相殺するようにダイナミックレンジが広げられる。補正部５は、補正係数ｋと同様に直線や曲線に近似された係数を用いてダイナミックレンジを変更してもよいし、電流周波数に応じた値が記憶されたマップ（レンジマップ）を参照してダイナミックレンジを変更してもよい。また、補正部５は、電流周波数に応じた電源電圧の値や増幅率の値が記憶されたマップ（電圧マップ、増幅率マップ）を参照することによって、ダイナミックレンジを変更してもよい。このマップも、例えばプログラムメモリ１０ｃに格納される。

〔他の実施形態〕
　上記実施形態においては、電流が流れる方向に直交する断面の形状がバスバー２の当該断面における長手側（長辺側・長軸側）に位置する延在面に対向してセンサ部６が設置される場合を例として説明した。しかし、この形態に限定されることなく、図１０に示すように、扁平形状のバスバー２の当該断面における短手側（短辺側・短軸側）に位置する延在面に対向してセンサ部６が設置されてもよい。但し、この場合には、表皮効果により図５（ｂ）に示すようにバスバー２の端面に電流Ｉが集中すると、発生する磁界の中心はセンサ部６の幾何学的な中心から大きくずれることなく、センサ部６に近づくことになる。

　このため、上記実施形態とは異なり、表皮効果が発生しても磁束検出方向Ｓにおける磁束の方向は変わらず、却ってセンサ部６における磁束密度Ｂが増加することとなる。図１１は、表皮効果が現れ始める電流周波数ｆ０以上のときの検出値の減衰率を示す図６に対応するグラフであるが、この場合には表皮効果によって磁束密度Ｂが増加する。減衰率は１を超えた値となり、増加率と等価となる。従って、概ね図９とは逆の特性を有した補正係数ｋを用いることなどにより、上述したようにセンサ部６の検出値を補正することが可能である。電流検出装置１のブロック構成は、補正係数ｋの値などを除いて、図７及び図８に示したものと同様である。当業者であれば容易に理解可能であるため、図９も対応する補正係数ｋの具体例や詳細な説明は省略する。

　また、上記実施形態においては、バスバー２などの導体の形状が長方形状である場合を例として説明したが、当然ながら導体の断面形状は長方形に限定されるものではない。断面の形状において、重心や幾何学的な中心から外周面までの距離が不均一となる外形形状の導体であれば、センサ部６は表皮効果による影響を受けるので本発明を適用可能である。つまり、導体の断面形状が真円や真円に近いものでなければ、正方形や菱形、正三角形などであってもセンサ部６は表皮効果による影響を受ける。従って、電流が流れる方向に直交する導体の断面形状は正方形や菱形、正三角形などであってもよい。

　また、断面が扁平形状である場合においても、断面の形状は図１２に示すように楕円形や多角形であってもよい。表皮効果の影響は、図１２に示す長軸Ｘと短軸Ｙとの比率、即ちアスペクト比が高い方が現れやすい。当業者であれば、上記説明における「長方形の長辺」を「長軸」に、「長方形の短辺」を「短軸」に読み替えることによりバスバー２の形状が長方形以外であっても、本発明を適用できるであろう。また、本発明の電流検出装置は、交流の回転電機に流れる電流に限らず、広く交流電流を検出する用途に適用可能である。しかし、本発明の要旨を含むそのような変形もまた本発明の技術的範囲に属するものであることはいうまでもない。

　本発明は、交流の回転電機に流れる電流など、交流電流を検出する電流検出装置に適用することができる。表皮効果及びアンペールの右ネジの法則に鑑みれば、導体の断面形状を円形や頂点数の多い正多角形にすることによって表皮効果の影響を減じることは可能である。しかし、大電流を流通させるためや、装置の設置空間などの制約により、導体の断面形状を円形や正多角形にすることが困難な場合には、本発明に係る電流検出装置が好適である。特に、大電流が流れ、設置空間の制約の多い自動車の駆動装置に利用される回転電機などにおける電流検出装置に良好に適用することができる。

１：電流検出装置
２，２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ：バスバー（導体）
３：電流検出部
４：電流周波数取得部
５：補正部
６，６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ：センサ部
Ｂ：磁束密度
Ｉ：導体を流れる電流
ＭＧ：回転電機（交流回転電機）
Ｓ：磁束検出方向

Claims

　断面形状が重心から外周面までの距離が不均一となる外形形状の導体の近傍に設置され、所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部と、
　前記センサ部の検出値に基づいて前記導体を流れる電流を検出する電流検出部と、
　前記導体を流れる電流の周波数である電流周波数を取得する電流周波数取得部と、
　前記電流周波数に基づいて前記センサ部の検出値を補正する補正部と、
を備える電流検出装置。
　前記導体は、交流回転電機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ものであり、前記電流周波数取得部は、前記交流回転電機の回転速度に基づいて前記電流周波数を取得する請求項１に記載の電流検出装置。
　前記電流周波数取得部は、前記センサ部又は前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電流周波数を取得する請求項１に記載の電流検出装置。
　前記補正部は、前記電流周波数に応じた係数を前記センサ部の前記検出値に乗じて前記検出値を補正する請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出装置。
　前記補正部は、前記電流周波数に応じて前記センサ部のダイナミックレンジを変更することによって前記検出値を補正する請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出装置。
　前記補正部は、前記電流周波数に応じた補正値が記憶されたマップに基づいて前記検出値を補正する請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出装置。
　前記断面形状は、長方形及び楕円形を含む扁平形状である請求項１から６の何れか一項に記載の電流検出装置。