WO2011111526A1 - 電流検出装置 - Google Patents

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WO2011111526A1
WO2011111526A1 PCT/JP2011/053985 JP2011053985W WO2011111526A1 WO 2011111526 A1 WO2011111526 A1 WO 2011111526A1 JP 2011053985 W JP2011053985 W JP 2011053985W WO 2011111526 A1 WO2011111526 A1 WO 2011111526A1
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bus bar
magnetic flux
extending
detection
current
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PCT/JP2011/053985
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French (fr)
Inventor
伊藤康平
Original Assignee
アイシン・エィ・ダブリュ株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207Constructional details independent of the type of device used

Definitions

  • the present invention relates to a current detection device that detects a current flowing through a conductor using the Hall effect.
  • Electric current is supplied to a rotating electrical machine used in such a driving apparatus of an automobile by a thick and highly rigid conductor (metal conductor such as copper or aluminum) called a bus bar.
  • a thick and highly rigid conductor metal conductor such as copper or aluminum
  • the rotary electric machine is feedback-controlled based on the detection result of the current flowing through the rotary electric machine.
  • This current is measured, for example, by a current sensor that obtains a current value by detecting a magnetic flux generated by the current with a magnetic detection element such as a Hall element. Magnetic flux is generated to circulate in the current path according to the right-handed screw law.
  • the accuracy of detection is improved by collecting the magnetic flux generated by the current flowing through the current path through the conductor as the current path in the magnetic core of the magnetic material formed in an annular shape.
  • a magnetic flux is also generated by a current flowing through a bus bar other than the target bus bar that is a current detection target, and magnetic interference occurs.
  • such magnetic interference can also be suppressed by providing the magnetic flux collecting core.
  • Patent Document 1 introduces an example of such a coreless current sensor.
  • Patent Document 2 discloses the following configuration of a coreless current sensor (current detection device).
  • This current detection device includes, for example, three bus bars arranged in parallel with each other as a target bus bar, and includes three current sensors that detect a current flowing through each bus bar.
  • the current detection device includes a magnetic shield attached to each bus bar. And on the three bus bars arrange
  • the magnetic shields attached to the bus bars are also arranged at positions shifted alternately along the bus bars. The arrangement of the plurality of magnetic shields and the plurality of current sensors is a so-called staggered arrangement, and thereby, magnetic interference from the adjacent bus bar to the current sensor can be avoided.
  • JP 2004-61217 A (2nd, 3rd, 19th paragraphs, FIG. 2 etc.)
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-112968 (paragraph 36-41, FIG. 2, 3 etc.)
  • a current detection device capable of performing current detection with high accuracy while suppressing the influence of a magnetic field from adjacent bus bars is realized with a simple configuration at low cost. It is hoped that.
  • At least one of a plurality of bus bars arranged in parallel is set as a target bus bar, and a current detection device that detects a current flowing through the target bus bar based on magnetic flux in the vicinity of the target bus bar
  • the sensor unit for detecting a magnetic flux in a predetermined magnetic flux detection direction includes no magnetic flux collecting core that circulates around the target bus bar, and the magnetic flux detection direction and the detection in the vicinity of the detection portion of the target bus bar.
  • a plane that is arranged so that a detection part extension direction that is an extension direction of the target bus bar at a part is orthogonal to each other and that is parallel to the detection part extension direction and includes the magnetic flux detection direction.
  • a bus bar disposed adjacent to the target bus bar among the plurality of bus bars is defined as an adjacent bus bar, and the adjacent bus bar is configured with respect to the magnetic flux detection plane.
  • a first extending portion that is disposed on a first direction side that is one side of the intersecting direction and extends in a first extending direction parallel to the magnetic flux detection plane; and the first extending direction of the first extending portion.
  • a second extending portion that is bent toward one side of the first direction and extends in a second extending direction that intersects the magnetic flux detection plane.
  • part of a bus-bar exists in the point set in the duplication position which overlaps with a said 1st extension part in a said 1st extension direction.
  • orthogonal state refers to an intersecting state including a deviation of ⁇ 45 ° from orthogonal.
  • overlapping in a certain direction means that at least part of two objects (members) are located at the same position with respect to the arrangement in the direction, in other words, 2 in the direction perpendicular to the direction. It means that there is a viewpoint where two objects (members) appear to overlap.
  • the sensor unit is arranged in the vicinity of the detection part of the target bus bar. The sensor unit is arranged in contact with the detection part of the target bus bar, or separated from the detection part by a predetermined distance. Refers to the placed state. Further, the predetermined distance here is set within a distance in which the magnetic field generated from the target bus bar can be detected by the sensor unit.
  • the adjacent bus bar configured to include the first extension portion and the second extension portion is arranged in the first extension direction of the first extension portion.
  • a third extending portion that is bent toward the second direction that is the other side orthogonal to the magnetic flux detection plane at the other end and extends in a third extending direction that intersects the magnetic flux detection plane; Further, it is preferable that the overlapping position is arranged closer to the third extending portion than the intermediate position in the first extending direction of the first extending portion.
  • the magnetic field based on the third extending portion that intersects the magnetic flux detection plane similarly to the second extending portion has a component in the same direction as the magnetic field based on the first extending portion in the sensor unit.
  • the magnetic flux (first 3) The angle formed by the direction of the magnetic flux (based on the extending portion) and the direction of detecting the magnetic flux is close to a right angle, and there is little influence on the sensor portion.
  • the second extending portion since the second extending portion is far from the sensor portion, the direction of the magnetic flux in the sensor portion is close to the magnetic flux detection direction. As a result, the ratio of the component that the magnetic flux based on the second extending portion cancels the magnetic flux based on the first extending portion in the sensor portion increases, and magnetic interference is suppressed.
  • the adjacent bus bar that is connected to the third extending portion, the first extending portion, and the second extending portion has a stepped shape, and the space is effectively used even when the bus bar is routed around other members. It is possible.
  • the adjacent bus bar configured to include the first extension portion and the second extension portion is arranged in the first extension direction of the first extension portion.
  • the second end portion is further bent toward the first direction side and further extends in a third extending direction intersecting the magnetic flux detection plane, and the overlapping position is It is preferable that the first extending portion is disposed at an intermediate position in the first extending direction.
  • the magnetic field based on the first extension part parallel to the magnetic flux detection plane and the magnetic field based on the second extension part and the third extension part intersecting the magnetic flux detection plane are mutually magnetic fields in the sensor part. Because the magnetic fluxes cancel each other, magnetic interference in the sensor unit is suppressed.
  • the magnetic field based on the first extending portion can be suppressed using the magnetic field based on both the second extending portion and the third extending portion, the magnetic field can be canceled more reliably.
  • the overlapping position where the detection portion of the target bus bar overlaps with the first extending portion of the adjacent bus bar is arranged at the intermediate position in the first extending direction, the magnetic field based on the second extending portion and the third extending portion.
  • the adjacent bus bar can be formed into a trapezoidal shape with the second extension part and the third extension part as legs and the first extension part as a base in, for example, a straight bus bar. Is also easy.
  • the first extending direction and the second extending direction are orthogonal to each other.
  • the detection site extending direction and the first extending direction are parallel to each other.
  • the first extending direction and the second extending direction may be orthogonal to each other, and the detection site extending direction and the first extending direction may be parallel to each other.
  • Vector analysis of the magnetic field based on the current flowing through the first extending portion extending in the first extending direction and the second extending portion extending in the second extending direction is facilitated, and magnetic interference can be suppressed.
  • the structure can be built easily.
  • the space where the bus bar is arranged can be used effectively. In particular, when three or more bus bars are used, the arrangement is not complicated and the space can be used effectively.
  • the plurality of bus bars have the same shape. Since each magnetic field generated according to the current flowing through each bus bar is the same, a structure capable of suppressing magnetic interference can be easily constructed by vector analysis. Moreover, the member cost of a bus bar can be reduced because a some bus bar is the same shape.
  • the detection portion of the target bus bar is disposed on the first direction side with respect to the magnetic flux detection plane.
  • the detection part is arranged on the first direction side with respect to the magnetic flux detection plane
  • the target bus bar and the adjacent bus bar are arranged adjacent to each other on one side of the magnetic flux detection plane. Can be ordered.
  • the figure which shows the structural example of the drive device of a rotary electric machine typically The perspective view which shows typically an example of the positional relationship of an object bus bar and a sensor part.
  • the figure explaining the magnetic flux detection principle in the detection part of an object bus bar The perspective view which shows the influence by the electric current which flows through an adjacent bus bar Sectional view showing the effect of current flowing through the adjacent bus bar
  • Vector diagram showing the effect of suppressing disturbance magnetic flux density in the first configuration example The perspective view which shows the object bus bar and adjacent bus bar of a 2nd structural example.
  • the current detection device 1 is applied to a driving device 20 of a rotating electrical machine MG that is driven by a three-phase alternating current.
  • the current detection device 1 is installed in the vicinity of bus bars (conductors) 2U, 2V, and 2W through which drive currents (generated currents) of the three phases of U phase, V phase, and W phase flow.
  • the bus bars 2U, 2V, and 2W supply driving current when the rotating electrical machine MG functions as an electric motor, and regenerate the generated current when the rotating electrical machine MG functions as a generator.
  • bus bar 2 is used as a general term for the U-phase bus bar 2U, the V-phase bus bar 2V, and the W-phase bus bar 2W.
  • the drive device 20 includes a control unit 11, a driver circuit 12, a rotation detection device 13, a DC power supply 14, a smoothing capacitor 15, and an inverter 16.
  • the DC power source 14 is a rechargeable secondary battery such as a battery.
  • the driving device 20 converts the direct current power of the direct current power source 14 into a three-phase alternating current having a predetermined frequency, and supplies it to the rotating electrical machine MG.
  • the driving device 20 converts AC power generated by the rotating electrical machine MG into DC and supplies it to the DC power source 14.
  • the rotation detection device 13 is configured by a resolver or the like, and outputs a detection signal of the rotation speed of the rotating electrical machine MG and the rotation position of the rotor to the control unit 11.
  • the smoothing capacitor 15 is connected in parallel between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply 14, and smoothes the voltage of the DC power supply 14.
  • the inverter 16 includes a plurality of switching elements.
  • An IGBT insulated gate bipolar transistor
  • MOSFET metal oxide field semiconductor effect transistor
  • IGBT is used as a switching element.
  • the inverter 16 includes a U-phase leg 17U, a V-phase leg 17V, and a W-phase leg 17W corresponding to each phase (three phases of U phase, V phase, and W phase) of the rotating electrical machine MG.
  • Each leg 17U, 17V, 17W includes a set of two switching elements each composed of an IGBT 18A of the upper arm and an IGBT 18B of the lower arm connected in series.
  • a flywheel diode 19 is connected in parallel to each IGBT 18A, 18B.
  • the U-phase leg 17U is connected to the U-phase coil of the rotating electrical machine MG via the U-phase bus bar 2U, and the V-phase leg 17V is connected to the V-phase coil of the rotating electrical machine MG via the V-phase bus bar 2V.
  • Leg 17W is connected to a W-phase coil of rotating electrical machine MG via W-phase bus bar 2W.
  • each bus bar 2U, 2V, 2W is connected between the emitter of IGBT 18A of the upper arm of each phase leg 17U, 17V, 17W and the collector of IGBT 18B of the lower arm, and each phase coil of rotating electrical machine MG. Are electrically connected.
  • the collector of the IGBT 18A in the upper arm of each leg 17U, 17V, 17W is connected to the positive terminal of the DC power supply 14, and the emitter of the IGBT 18B in the lower arm of each leg 17U, 17V, 17W is the negative terminal of the DC power supply 14 Connected to.
  • the inverter 16 is connected to the control unit 11 via the driver circuit 12 and performs a switching operation according to a control signal generated by the control unit 11.
  • the control unit 11 is configured as an ECU (electronic control unit) having a logic circuit such as a microcomputer (not shown) as a core.
  • the DC power supply 14 is at a high voltage
  • the IGBTs 18A and 18B of the inverter 16 switch the high voltage.
  • the potential difference between the high level and the low level of the pulsed gate drive signal input to the gate of the IGBT that switches the high voltage is much higher than the operating voltage of a general electronic circuit such as a microcomputer. Voltage. Therefore, the gate drive signal is input to the IGBTs 18 ⁇ / b> A and 18 ⁇ / b> B of the inverter 16 after voltage conversion and insulation via the driver circuit 12.
  • the inverter 16 converts the DC power from the DC power source 14 into three-phase AC power having a predetermined frequency and current value and supplies it to the rotating electrical machine MG when the rotating electrical machine MG functions as a motor (powering operation). Further, the inverter 16 converts the three-phase AC power generated by the rotating electrical machine MG into DC power and supplies it to the DC power supply 14 when the rotating electrical machine MG functions as a generator (when performing regenerative operation).
  • the rotating electrical machine MG is controlled to a predetermined output torque and rotation speed by the control unit 11. At this time, the value of the current flowing through the stator coil (U-phase coil, V-phase coil, W-phase coil) of the rotating electrical machine MG is fed back to the control unit 11.
  • the control unit 11 controls the rotating electrical machine MG by executing PI control (proportional integral control) or PID control (proportional calculus control) according to the deviation from the target current. Therefore, the current detection device 1 detects the current value flowing through the phase bus bars 2U, 2V, 2W provided between the phase legs 17U, 17V, 17W of the inverter 16 and the phase coils of the rotating electrical machine MG.
  • PI control proportional integral control
  • PID control proportional calculus control
  • the current detection device 1 is configured to include a sensor unit 6 that is arranged for all of the three bus bars 2U, 2V, and 2W. That is, this current detection device 1 includes a U-phase sensor unit 6U for detecting the current of the U-phase bus bar 2U, a V-phase sensor unit 6V for detecting the current of the V-phase bus bar 2V, and a current of the W-phase bus bar 2W. A W-phase sensor unit 6W is provided. Each phase sensor unit 6U, 6V, 6W detects the magnetic flux density of the magnetic field generated by the current flowing through each phase bus bar 2U, 2V, 2W to be detected, and outputs a detection signal corresponding to the detected magnetic flux density of the magnetic field To do.
  • the magnetic flux density at a predetermined position in the magnetic field generated by the current flowing through the bus bar 2 is proportional to the magnitude of the current flowing through the bus bar 2. Therefore, the current value flowing through each phase bus bar 2U, 2V, 2W can be detected using each phase sensor unit 6U, 6V, 6W.
  • the control unit 11 also functions as the current detection device 1 and calculates a current value based on the magnetic flux density detected by each phase sensor unit 6U, 6V, 6W.
  • an arithmetic circuit may be provided for each phase together with the sensor unit 6 and a current value obtained independently for each phase may be input to the control unit.
  • the current of each phase of the three phases is balanced and the instantaneous value is zero, the current value of only two phases may be detected.
  • each phase bus bar 2U, 2V, 2W and each phase sensor unit 6U, 6V, 6W and the configuration of each phase sensor unit 6U, 6V, 6W are the same. This will be described as part 6.
  • a magnetic flux collecting core 30 as shown in FIG. 19, that is, a magnetic flux collecting core 30 that circulates a conductor 2 A such as a bus bar and collects magnetic flux is not installed.
  • the magnetic flux collecting core 30 is a magnetic core having a C-shaped cross section with a gap, and converges the magnetic flux generated by the current flowing through the conductor 2A and guides it to the sensor unit 6A installed between the gaps.
  • the current detection device 1 of the present embodiment is a so-called coreless type current detection device in which the sensor unit 6 is installed without a magnetic flux collecting core that goes around the conductor.
  • a sensor device in which a magnetic body that changes the direction of the magnetic flux or locally concentrates the magnetic flux together with a Hall element has been put into practical use.
  • a magnetic flux collecting core that circulates around the conductor is not used, it will be treated as a coreless type current detection device here.
  • the sensor unit 6 is constituted by a coreless type magnetic field detection sensor that does not include a magnetic collecting core.
  • a magnetic field detection sensor is configured using various magnetic detection elements such as a Hall element, an MR (magnetoresistance effect) element, and an MI (magnetic impedance) element. As shown in FIG. 2, these magnetic detection elements are arranged in the vicinity of the bus bar 2 without having a magnetic flux collecting core around it. Further, the sensor unit 6 does not include a shield against an external magnetic field other than the magnetic field generated by the bus bar 2 (target bus bar 3) to be detected, in addition to such a magnetic flux collecting core.
  • the sensor unit 6 is configured as an integrated circuit (IC) chip in which a Hall element and a buffer amplifier that at least impedance-converts the output of the Hall element are integrated.
  • the sensor unit 6 constituted by an IC chip is mounted on the substrate 6a and installed in the vicinity of the bus bar 2 as shown in FIG.
  • the substrate 6 a and the control unit are connected to each other by a power line that drives the sensor unit 6 and a signal line that transmits a detection value from the sensor unit 6.
  • the IC chip as the sensor unit 6 is located on the long side of the cross section of the bus bar 2, as shown in FIGS. 2 and 3, the magnetic flux parallel to the chip surface of the IC chip.
  • a magnetic flux parallel to the extending surface can be detected. That is, the sensor unit 6 is configured to detect the magnetic flux density B in the predetermined magnetic flux detection direction S. Since the current flowing through the bus bar 2 is an alternating current, the magnetic flux detection direction S includes two directions opposite to each other as shown in FIGS. That is, the magnetic flux detection direction S is a direction parallel to one straight line, and includes both a direction toward one end side and a direction toward the other end side of the straight line. In FIG.
  • the sensor unit 6 detects the magnetic flux density B in the predetermined magnetic flux detection direction S, so that the target bus bar 3 extends in the magnetic flux detection direction S and the detection site 3S in the vicinity of the detection site 3S of the target bus bar 3. It arrange
  • a plane parallel to the detection site extending direction L and including the magnetic flux detection direction S is referred to as a magnetic flux detection plane P.
  • the sensor unit 6 detects the magnetic flux density B of the magnetic field H generated by the current I flowing in order to detect the current I (I1) flowing through the target bus bar 3.
  • the sensor unit 6 is disposed in the vicinity of the bus bar 2.
  • the sensor unit 6 is arranged around the bus bar 2, more specifically, at one place in the entire circumference surrounding the cross section of the bus bar 2 as shown in FIG. 3.
  • the sensor unit 6 may be installed in contact with the bus bar 2 as long as the temperature resistance performance, vibration resistance performance, and the like are satisfied. In the present embodiment, as shown in FIGS.
  • the sensor unit 6 is located at the center on the long side of the cross section of the bus bar 2 in a state where the sensor unit 6 is separated from the bus bar 2 by a predetermined distance (h). It arrange
  • the predetermined distance (h) is set within a distance in which the magnetic field generated from the bus bar 2 can be detected by the sensor unit 6, for example, 0.1 to 30 [mm], preferably 0.5 to 10 [mm]. mm].
  • the sensor part 6 is arrange
  • the “orthogonal state” refers to an intersecting state including a deviation of ⁇ 45 ° from the orthogonal, but in the present embodiment, the sensor unit 6 has the magnetic flux detection direction S and the detection site extending direction L orthogonal to each other.
  • the extending direction L of the bus bar 2 corresponds to the flow direction of the current I, a strong magnetic flux is obtained in the sensor unit 6.
  • the distance between the center of the target bus bar 3 (the center of the current I) and the center of the sensor unit 6 (the center of the Hall element) is h, and the long side of the cross section of the bus bar 2 (opposite the sensor unit 6).
  • the length of the surface side is W.
  • each of the sensor units 6U, 6V, 6W of the current detection device 1 detects the magnetic flux of the magnetic field generated by the current I flowing through each phase bus bar 2U, 2V, 2W to be detected.
  • the sensor unit 6 of one phase since the phase bus bars 2U, 2V, 2W are arranged in parallel with each other, the sensor unit 6 of one phase has not only the magnetic flux density of the magnetic field H generated from the bus bar 2 (target bus bar 3) of the phase. In some cases, the magnetic flux generated from the bus bar 2 of another phase is also detected.
  • the V-phase sensor unit 6V when the V-phase bus bar 2V is disposed between the U-phase bus bar 2U and the W-phase bus bar 2W from both sides, the V-phase sensor unit 6V originally has only the magnetic flux density due to the current flowing through the V-phase bus bar 2V. Where to be detected, the magnetic flux density due to the current flowing through each of the U-phase bus bar 2U and the W-phase bus bar 2W may also be detected. In that case, the current value of the V-phase bus bar 2V detected by the V-phase sensor unit 6V includes an error due to detection of the magnetic flux density of the magnetic field generated from each of the U-phase bus bar 2U and the W-phase bus bar 2W. become.
  • each bus bar 2 as the target bus bar 3 is affected by the magnetic field from the other adjacent bus bar 2 (adjacent bus bar 4). It is necessary to make the configuration difficult.
  • FIG. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the influence of the magnetic field H1 of the adjacent bus bar 4 on the detection of the magnetic flux density B in the target bus bar 3.
  • the sensor unit 6 is disposed and illustrated only on the bus bar 2 that becomes the target bus bar 3.
  • the differences among the U-phase bus bar 2U, the V-phase bus bar 2V, and the W-phase bus bar 2W are not particularly relevant. Therefore, in order to facilitate understanding, the description will be made on the assumption that the configuration is simplified and two of the target bus bar 3 and the adjacent bus bar 4 are arranged in parallel.
  • each of the bus bars 2U, 2V, 2W can be the target bus bar 3 because each has the sensor unit 6.
  • the bus bar 2 arranged adjacent to one target bus bar 3 among the plurality of bus bars 2 becomes an adjacent bus bar 4.
  • the magnetic field H ⁇ b> 1 due to the current I ⁇ b> 2 flowing through the adjacent bus bar 4 has a magnetic flux density of the vector amount B ⁇ b> 1 in the sensor unit 6 of the target bus bar 3.
  • the magnetic flux density B1s of the vector quantity along the magnetic flux detection direction S by the vector decomposition among the magnetic flux densities B1 is the sensor of the target bus bar 3. Part 6 will be affected. That is, the magnetic flux density B1s is a disturbance magnetic flux density that causes magnetic interference.
  • the current detection device 1 sets the adjacent bus bar 4 by appropriately setting a geometrical relationship with respect to the detection portion 3s of the sensor unit 6 and the target bus bar 3, such as the shape, arrangement, and posture of the adjacent bus bar 4.
  • the disturbance magnetic flux density due to the flowing current I2 is suppressed, and the magnetic flux density B of the target bus bar 3 can be detected with high accuracy. That is, the present invention is characterized by setting the geometrical relationship of the adjacent bus bar 4 with respect to the sensor portion 6 and the detection portion 3s of the target bus bar 3 for realizing such highly accurate detection of the magnetic flux density B.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the positional relationship between the target bus bar 3 and the adjacent bus bar 4.
  • FIG. 7 is a side view from the front side of the sheet of FIG. 6 and shows the shape of the adjacent bus bar 4 with respect to the magnetic flux detection plane P.
  • FIG. 8 is a top view of FIG. 6 as viewed from the upper end side of the paper, and is a vector analysis diagram showing the effect of suppressing the disturbance magnetic flux density (for example, the above-described magnetic flux density B1s).
  • the adjacent bus bar 4 includes a first extending portion 41 and a second extending portion 42 that extend in different directions.
  • the first extending portion 41 is disposed on the first direction D1 side, which is one side orthogonal to the magnetic flux detection plane P, and extends in a first extending direction L1 parallel to the magnetic flux detection plane P.
  • the second extending portion 42 is bent toward the first direction D1 at one end 41a in the first extending direction L1 of the first extending portion 41 and intersects the magnetic flux detection plane P. 2 extends in the extending direction L2.
  • the detection portion 3 s of the target bus bar 3 is set to an overlapping position OL that overlaps the first extending portion 41 in the first extending direction L ⁇ b> 1 of the adjacent bus bar 4.
  • the detection part 3s of the target bus bar 3 and the first extending portion 41 of the adjacent bus bar 4 are arranged so as to have at least a part at the same position in the first extending direction L1 of the adjacent bus bar 4. Yes.
  • the detection site 3s of the target bus bar 3 and the first extension portion 41 of the adjacent bus bar 4 appear to overlap each other when viewed in a direction orthogonal to the first extension direction L1.
  • the extending portion including the detection portion 3 s of the target bus bar 3 and the first extending portion 41 of the adjacent bus bar 4 are in the first extending direction L ⁇ b> 1 of the adjacent bus bar 4. Is duplicated.
  • the extending direction of the second extending portion 42 (second extending direction L2) is orthogonal to the magnetic flux detection plane P.
  • the surface where the magnetic field H2 generated by the flowing current I2 spreads is basically parallel to the magnetic flux detection plane P.
  • the surface where the magnetic field H2 spreads has a certain amount of spread (inclination) in the second extending direction L2. Therefore, as shown in FIG. 8, the magnetic field H ⁇ b> 2 generated by the current I ⁇ b> 2 flowing through the second extending portion 42 has a magnetic flux density of the vector amount B ⁇ b> 2 in the sensor unit 6 of the target bus bar 3.
  • the magnetic flux density B2s of the vector amount along the magnetic flux detection direction S by the vector decomposition among the magnetic flux densities B2 is the sensor of the target bus bar 3. Affects part 6.
  • the magnetic flux density B2s is a vector amount having a 180 ° direction different from the disturbance magnetic flux density B1s described above. Therefore, the disturbance magnetic flux density B1s is canceled by the magnetic flux density B2s. That is, the influence of the magnetic field from the adjacent bus bar 4 is suppressed, and the current I1 (I) of the target bus bar 3 can be detected with high accuracy.
  • the specific arrangement position of the sensor unit 6 is a position where the magnetic flux density detected by the sensor unit 6 becomes the smallest when the current I2 is passed through the adjacent bus bar 4 without passing the current I1 through the target bus bar 3, for example. It is preferable to obtain it experimentally. At this time, if the magnetic flux density detected by the sensor unit 6 is zero, the influence of the sensor unit 6 from the adjacent bus bar 4 can be completely eliminated. However, the purpose of the present invention can be sufficiently achieved if the influence of the adjacent bus bar 4 can be greatly suppressed without completely reducing the influence. The same applies to other configuration examples described below.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the positional relationship between the target bus bar 3 and the adjacent bus bar 4.
  • FIG. 10 is a side view from the front side of the sheet of FIG. 9 and shows the shape of the adjacent bus bar 4 with respect to the magnetic flux detection plane P.
  • FIG. 11 is a top view of FIG. 9 as viewed from the upper end side of the drawing, and is a vector analysis diagram showing the effect of suppressing the disturbance magnetic flux density (for example, the above-described magnetic flux density B1s).
  • FIG. 12 is an enlarged view of the vector analysis diagram of FIG.
  • the adjacent bus bar 4 includes a third extending portion 43 in addition to the two extending portions (first extending portion 41 and second extending portion 42 extending in different directions) described above in the first configuration example. It is configured. As described above, the second extending portion 42 is bent toward the first direction D1 at one end portion 41a in the first extending direction L1 of the first extending portion 41. The third extending portion 43 bends toward the second direction D2 which is the other side in the direction orthogonal to the magnetic flux detection plane P at the other end portion 41b in the first extending direction L1 of the first extending portion 41. And extends in a third extending direction L3 that intersects the magnetic flux detection plane P.
  • first extending direction L1 and the second extending direction L2 of the second extending portion 42 are orthogonal to each other, and the first extending direction L1 and the third extending direction L3 of the third extending portion 43 are orthogonal to each other.
  • the second extending direction L2 and the third extending direction L3 are in a parallel state.
  • the second extending direction L2 and the third extending direction L3 are the same direction in which the extending direction from the end portions 41a and 41b is inverted by 180 °.
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 is set to the overlapping position OL that overlaps the first extending portion 41 in the first extending direction L1 of the adjacent bus bar 4.
  • the overlapping position OL is disposed closer to the third extending portion 43 than the first extending direction intermediate position C of the first extending portion 41.
  • the extending direction of the second extending portion 42 and the third extending portion 43 (the second extending direction L2 and the third extending direction L3) is the magnetic flux detection plane P. Is in an orthogonal state.
  • the spreading surfaces of the magnetic fields H2 and H3 generated by the current I2 flowing through the second extending portion 42 and the third extending portion 43 are both basically parallel to the magnetic flux detection plane P, but the second extending direction L2 and the second extending direction are the same. 3 There is also a certain extent in the extending direction L3.
  • the influence of the magnetic fields H2 and H3 generated by the currents flowing through the extending portions 42 and 43 on the sensor unit 6 of the target bus bar 3 is a vector in the same plane as shown in FIGS. It can be considered using the figure.
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 is arranged on the side close to the third extending portion 43. Therefore, the distance from the center of the magnetic field H2 generated by the current I2 flowing through the second extending portion 42 to the sensor unit 6 is the distance from the center of the magnetic field H3 generated by the current I2 flowing through the third extending portion 43 to the sensor unit 6.
  • the magnetic field H ⁇ b> 2 has a magnetic flux density of the vector amount B ⁇ b> 2 in the sensor unit 6 of the target bus bar 3.
  • the direction of the magnetic flux density B2 approaches the magnetic flux detection direction S as compared with the first configuration example as the distance from the center of the magnetic field H2 to the sensor unit 6 increases.
  • the ratio of the vector component B2s along the magnetic flux detection direction S obtained by vector decomposition increases.
  • the magnitude of the magnetic flux density B2 decreases, but the decrease is compensated for by increasing the ratio of the vector component B2s along the magnetic flux detection direction S.
  • the magnetic field H3 has a magnetic flux density B3 having a vector amount larger than the magnetic flux density B2 of the magnetic field H2 in the sensor unit 6 of the target bus bar 3, as shown in FIGS. Further, the direction of the vector component B3s along the magnetic flux detection direction S of the magnetic flux density B3 is the same direction as the same vector component B1s of the magnetic flux density B1 of the magnetic field H1 due to the current I2 flowing through the first extending portion 41.
  • the disturbance magnetic flux density (B1s) described above is increased, or the vector component B2s of the magnetic flux density B2 that cancels the disturbance magnetic flux density (B1s) is decreased.
  • the sensor unit 6 since the sensor unit 6 is disposed on the side closer to the third extending portion 43, the angle formed by the vector direction of the magnetic flux density B3 and the magnetic flux detection direction S is close to vertical. For this reason, even if the absolute value of the magnetic flux density B3 is large, the magnitude of the vector component B3s along the magnetic flux detection direction S is small. Therefore, the influence on the vector component B1s of the magnetic flux density B1, which is the main component of the disturbance magnetic flux density, and the vector component B2s of the magnetic flux density B2 that cancels the vector component B1s is reduced.
  • the vector component B1s of the magnetic flux density B1 which is the main component of the disturbance magnetic flux density, is a vector component along the magnetic flux detection direction S of the combined vector of the magnetic flux densities B2 and B3 ( B2s ⁇ B3s), which is well suppressed. That is, the influence of the magnetic field from the adjacent bus bar 4 is suppressed, and the current I1 (I) of the target bus bar 3 can be detected with high accuracy.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the positional relationship between the target bus bar 3 and the adjacent bus bar 4.
  • FIG. 14 is a side view from the front side of the sheet of FIG. 13 and shows the shape of the adjacent bus bar 4 with respect to the magnetic flux detection plane P.
  • FIG. FIG. 15 is a top view of FIG. 13 viewed from the upper end side of the drawing, and is a vector analysis diagram showing the effect of suppressing the disturbance magnetic flux density (for example, the above-described magnetic flux density B1s).
  • FIG. 16 is an enlarged view of the vector analysis diagram of FIG.
  • the adjacent bus bar 4 includes, in addition to the two extending portions described above in the first configuration example (the first extending portion 41 and the second extending portion 42 extending in different directions), 3 extending portions 43 are configured.
  • the third extending portion 43 extends in a direction different from the second configuration example described above.
  • the second extending portion 42 is bent toward the first direction D1 at one end portion 41a in the first extending direction L1 of the first extending portion 41.
  • the third extending portion 43 is bent toward the first direction D1 in the same manner as the second extending portion 42 at the other end portion 41b in the first extending direction L1 of the first extending portion 41, It extends in the third extending direction L3 that intersects the magnetic flux detection plane P.
  • first extending direction L1 and the second extending direction L2 of the second extending portion 42 are orthogonal to each other, and the first extending direction L1 and the third extending direction L3 of the third extending portion 43 are orthogonal to each other.
  • the second extending direction L2 and the third extending direction L3 are in a parallel state, and are in the same direction including the extending direction from the end portions 41a and 41b.
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 is set to the overlapping position OL that overlaps the first extending portion 41 in the first extending direction L1 of the adjacent bus bar 4.
  • the overlapping position OL is arranged at the first extending direction intermediate position C of the first extending portion 41.
  • the intermediate position is not necessarily required.
  • the extending direction of the second extending portion 42 and the third extending portion 43 (the second extending direction L2 and the third extending direction L3) is the magnetic flux detection plane P. Is in an orthogonal state.
  • the surfaces where the magnetic fields H2 and H3 generated by the current I2 flowing through the second extending portion 42 and the third extending portion 43 spread are basically parallel to the magnetic flux detection plane P, but the second extending direction L2 and the second extending portion 42 3
  • the influence of the magnetic fields H2 and H3 generated by the current flowing through the extending portions 42 and 43 on the sensor unit 6 of the target bus bar 3 is as shown in FIGS. In addition, it can be considered using a vector diagram in the same plane.
  • the overlapping position OL is arranged at the first extending direction intermediate position C of the first extending portion 41. Therefore, the distance from the center of the magnetic field H2 generated by the current I2 flowing through the second extending portion 42 to the sensor unit 6 and the distance from the center of the magnetic field H3 generated by the current I2 flowing through the third extending portion 43 to the sensor unit 6 Is almost the same. For this reason, the absolute value of the magnetic flux density B2 of the magnetic field H2 and the absolute value of the magnetic flux density B3 of the magnetic field H3 in the sensor unit 6 of the target bus bar 3 are substantially the same value.
  • the direction of the vector components B2s and B3s along the magnetic flux detection direction S of the magnetic flux densities B2 and B3 is the same vector component of the magnetic flux density B1 of the magnetic field H1 due to the current I2 flowing through the first extending portion 41.
  • the direction is opposite to B1s.
  • the vector component (B2s + B3s) along the magnetic flux detection direction S of the combined vector of the magnetic flux density B2 and the magnetic flux density B3 cancels the vector component B1s (disturbance magnetic flux density) along the magnetic flux detection direction S of the magnetic flux density B1.
  • Magnetic flux density As shown in the enlarged vector analysis diagram of FIG. 16, the vector component B1s of the magnetic flux density B1, which is the main component of the disturbance magnetic flux density, is a vector component along the magnetic flux detection direction S of the combined vector of the magnetic flux densities B2 and B3 ( B2s + B3s). That is, the influence of the magnetic field from the adjacent bus bar 4 is suppressed, and the current I1 (I) of the target bus bar 3 can be detected with high accuracy.
  • the magnetic field H ⁇ b> 1 generated by the current I ⁇ b> 2 flowing through the first extending portion 41 of the adjacent bus bar 4 affects the sensor unit 6. Since the geometric relationship is different, the ratio distributed by the vector decomposition is different from that of the first configuration example, but the vector component B1s along the magnetic flux detection direction S of the magnetic flux density B1 of the magnetic field H1 in the sensor unit 6 is a disturbance. Magnetic flux density. Similarly, the vector component B2s along the magnetic flux detection direction S in the sensor unit 6 of the magnetic flux density B2 of the magnetic field H2 generated by the current I2 flowing through the second extending portion 42 of the adjacent bus bar 4 is also distributed by vector decomposition. Is different from the first configuration example, but becomes a vector component in a direction to suppress the disturbance magnetic flux density (B1s).
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 is set to the overlapping position OL that overlaps the first extending portion 41 in the first extending direction L1 of the adjacent bus bar 4.
  • the surface on which the magnetic field H1 generated by the current I2 flowing through the first extension portion 41 of the adjacent bus bar 4 spreads is substantially perpendicular to the first extension direction L1 of the first extension portion 41, which is the direction in which the current I2 flows. It is a surface to do. Therefore, the overlapping position OL where the detection part 3s of the target bus bar 3 is set exists in a range substantially orthogonal to the first extending direction L1.
  • the fourth configuration example has been described using a modification to the first configuration example, it is clear that the same applies to the second configuration example and the third configuration example, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 is arranged on the first direction D1 side with respect to the magnetic flux detection plane P.
  • the detection portion 3s of the target bus bar 3 may be disposed on the second direction D2 side with respect to the magnetic flux detection plane P.
  • the detection part 3s is arranged on the first direction D1 side with respect to the magnetic flux detection plane P
  • the target is placed on one side of the magnetic flux detection plane P. Since the bus bar 3 and the adjacent bus bar 4 are arranged adjacent to each other, the plurality of bus bars 2 can be arranged efficiently.
  • the detection portion 3s is arranged on the second direction side D2 with respect to the magnetic flux detection plane P without being limited to the above configuration example. May be.
  • the present invention can be applied to a current detection device that detects a current flowing through a conductor using the Hall effect.
  • the present invention can be applied to a current detection device that detects a current flowing through a bus bar that connects a multiphase AC rotating electric machine and a drive circuit.

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Abstract

 複数のバスバーが並列配置されている場合に、簡易な構成により、隣接バスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に対象バスバーの電流検出を行う。 対象バスバー3の検出部位3sにおける延在方向である検出部位延在方向に平行且つセンサ部6の磁束検出方向Sを含む平面を磁束検出平面として、隣接バスバー4が、磁束検出平面に平行な第1延在方向へ延在する第1延在部41と、第1延在部41の第1延在方向における一方の端部において屈曲され、磁束検出平面に対して交差する第2延在方向へ延在する第2延在部42とを有して構成され、対象バスバー3の検出部位3sは、第1延在方向において第1延在部41と重複する重複位置OLに設定される。

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。
 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。このような自動車の駆動装置に利用される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。回転電機は、多くの場合、回転電機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となる導体を通して、当該電流路を流れる電流によって発生する磁束を当該集磁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。例えば、3相交流回転電機では複数相の電流路を有するため、電流を検出する対象となる対象バスバー以外のバスバーを流れる電流による磁束も発生し、磁気干渉を生じる。しかし、集磁コアを設けることによって、このような磁気干渉も抑制できる。
 一方、自動車自体に小型化、低コスト化が求められることにも相まって、電流センサも小型化、省部品化、低コスト化などの要請を受け、バスバーを周回する集磁コアを用いないコアレス電流センサが実用化されてきている。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。しかし、コアレス電流センサの場合には、対象バスバー以外のバスバーを流れる電流により発生する磁束に起因する磁気干渉を避ける対策が必要である。例えば、特開2006-112968号公報(特許文献2)には、以下のようなコアレス電流センサ(電流検出装置)の構成が開示されている。この電流検出装置は、例えば3本の互いに平行に配置されたバスバーを対象のバスバーとし、各バスバーに流れる電流を検出する3つの電流センサを備えている。また、電流検出装置は、各バスバーに装着される磁気シールドを備えている。そして、平行に配置された3本のバスバー上において、3つの電流センサは各バスバーに沿って交互にずれた位置に配設されている。また、各バスバーに装着される磁気シールドも同様に、各バスバーに沿って交互にずれた位置に配置されている。これら複数の磁気シールドと複数の電流センサの配置はいわゆる千鳥格子配置となっており、これにより隣接バスバーから電流センサへの磁気干渉を避けることができる構成となっている。
特開2004-61217号公報(第2,3,19段落、図2等) 特開2006-112968号公報(第36-41段落、図2,3等)
 しかし、上記特許文献2に記載された電流検出装置では、各バスバーに磁気シールドを設けることが必要である。このため、装置の構成がその分複雑になるとともに製造工程が増加し、製造コストが上昇するという問題がある。
 従って、複数のバスバーが並列配置されている場合に、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが望まれる。
 上記課題に鑑みた本発明に係る、並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも1つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置の特徴構成は、所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、前記隣接バスバーは、前記磁束検出平面に対する直交方向一方側である第1方向側に配置されて前記磁束検出平面に平行な第1延在方向へ延在する第1延在部と、前記第1延在部の前記第1延在方向における一方の端部において前記第1方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第2延在方向へ延在する第2延在部とを有して構成され、前記対象バスバーの前記検出部位が、前記第1延在方向において前記第1延在部と重複する重複位置に設定されている点にある。
 ここで、「直交状態」とは、直交から±45°までのずれを含む交差状態を指すものである。また、ある方向において「重複」とは、当該方向の配置に関して2つの対象(部材)が同じ位置となる部分を少なくとも一部に有すること、言い換えると、当該方向に直交する方向に見て、2つの対象(部材)が重なって見える視点が存在することを指すものである。また、本願において、前記センサ部が前記対象バスバーの検出部位の近傍に配置されるとは、前記センサ部が前記対象バスバーの検出部位に接して配置され、又は当該検出部位から所定距離だけ離れて配置された状態を指す。また、ここでの所定距離は、前記センサ部により前記対象バスバーから発生する磁界を検出可能な距離内に設定される。
 この特徴構成によれば、共に隣接バスバーを流れる電流により生じる磁界である、磁束検出平面に平行な第1延在方向へ延在する第1延在部を流れる電流により生じる磁界と、磁束検出平面と交差する第2延在部を流れる電流により生じる磁界とが、センサ部において互いに打ち消し合う。つまり、電流が流れる方向が異なる第1延在部と第2延在部とに基づく磁束密度が相殺されることによって、センサ部における磁気干渉が抑制される。隣接バスバー及び対象バスバーに特別な磁気シールドを設けることも必要なく、また、対象バスバーを周回する集磁コアを設けることも必要ない。単に隣接バスバーの延在方向における形状を規定し、隣接バスバーに対する対象バスバーの検出部位の位置関係を規定することで、センサ部における磁気干渉が抑制される。即ち、本特徴構成によって、複数のバスバーが並列配置されている場合であっても、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが可能となる。
 また、本発明に係る電流検出装置は、前記第1延在部及び前記第2延在部を有して構成される前記隣接バスバーが、前記第1延在部の前記第1延在方向における他方の端部において前記磁束検出平面に対する直交方向他方側である第2方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第3延在方向へ延在する第3延在部を更に有し、前記重複位置が、前記第1延在部の前記第1延在方向中間位置よりも前記第3延在部側に配置されていると好適である。上述したように、磁束検出平面に平行する第1延在部に基づく磁界と、磁束検出平面と交差する第2延在部に基づく磁界とが、センサ部において互いに打ち消し合うのでセンサ部における磁気干渉が抑制される。一方、第2延在部と同様に磁束検出平面と交差する第3延在部に基づく磁界は、センサ部において第1延在部に基づく磁界と同方向の成分を有する。しかし、対象バスバーの検出部位が隣接バスバーの第1延在部と重複する重複位置が第1延在方向中間位置よりも第3延在部側に配置されているので、センサ部における磁束(第3延在部に基づく磁束)の方向が磁束検出方向と為す角度が直角に近くなり、センサ部に与える影響は少ない。一方、第2延在部はセンサ部から遠くなるので、センサ部における磁束の方向は磁束検出方向に近いものとなる。その結果、センサ部において第2延在部に基づく磁束が第1延在部に基づく磁束を打ち消す成分の割合が増加して、磁気干渉が抑制される。また、第3延在部、第1延在部、第2延在部と続く隣接バスバーは、階段状となり、他の部材を迂回してバスバーを配線する際などにおいても空間を有効に活用することが可能である。
 また、本発明に係る電流検出装置は、前記第1延在部及び前記第2延在部を有して構成される前記隣接バスバーが、前記第1延在部の前記第1延在方向における他方の端部において前記第1方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第3延在方向へ延在する第3延在部を更に有し、前記重複位置が、前記第1延在部の前記第1延在方向中間位置に配置されていると好適である。これによれば、磁束検出平面に平行する第1延在部に基づく磁界と、磁束検出平面と交差する第2延在部及び第3延在部に基づく磁界とが、センサ部において互いの磁界の磁束を打ち消し合うのでセンサ部における磁気干渉が抑制される。即ち、第2延在部及び第3延在部の双方に基づく磁界を利用して第1延在部に基づく磁界を抑制することができるので、より確実に磁界を相殺させることができる。また、対象バスバーの検出部位が隣接バスバーの第1延在部と重複する重複位置が第1延在方向中間位置に配置されているので、第2延在部及び第3延在部に基づく磁界をほぼ均等に利用でき、ベクトル解析も容易である。また、隣接バスバーは、例えば直線状のバスバーにおいて、第2延在部及び第3延在部を脚とし、第1延在部を台とした台状に形成することができるので、改良や生産も容易である。
 ここで、前記第1延在方向と前記第2延在方向とが直交すると好適である。あるいは、前記検出部位延在方向と前記第1延在方向とが互いに平行であると好適である。当然ながら、前記第1延在方向と前記第2延在方向とが直交し、且つ、前記検出部位延在方向と前記第1延在方向とが互いに平行であってもよい。第1延在方向に延在する第1延在部と、第2延在方向に延在する第2延在部とを流れる電流に基づく磁界のベクトル解析が容易となり、磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築できる。また、バスバーを配置する空間も有効に活用することができる。特に、3本以上のバスバーが用いられる際には、配置が複雑化せず、空間を有効に活用することができる。
 また、前記複数のバスバーが、互いに同一形状であると好適である。各バスバーを流れる電流に応じて発生する各磁界が同様のものとなるので、ベクトル解析により磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築することができる。また、複数のバスバーが同一形状であることにより、バスバーの部材コストを低減することができる。
 また、前記対象バスバーの前記検出部位が、前記磁束検出平面に対して前記第1方向側に配置されていると好適である。検出部位が、磁束検出平面に対して第1方向側に配置されていると、磁束検出平面の一方側において、対象バスバーと隣接バスバーとが隣接配置されることとなるので、複数のバスバーを効率的に配列することができる。
回転電機の駆動装置の構成例を模式的に示す図 対象バスバーとセンサ部との位置関係の一例を模式的に示す斜視図 対象バスバーの検出部位における磁束検出原理を説明する図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す斜視図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す断面図 第1構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第1構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す図 第1構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 第2構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第2構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す側面図 第2構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 図11のベクトル図の拡大図 第3成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第3構成例における隣接バスバーと磁束検出平面との関係を示す側面図 第3構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 図15のベクトル図の拡大図 第4構成例の対象バスバー及び隣接バスバーを示す斜視図 第4構成例における外乱磁束密度の抑制効果を示すベクトル図 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、回転電機MGが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。
 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を備えて構成される。直流電源14は、バッテリ等の充電可能な二次電池である。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する。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の負極端子に接続される。
 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、不図示のマイクロコンピュータなどの論理回路を中核とするECU(electronic control unit)として構成される。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とになる。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。
 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。回転電機MGは、制御ユニット11により所定の出力トルク及び回転速度に制御される。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を利用して、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。本実施形態において、制御ユニット11は電流検出装置1としても機能し、各相センサ部6U、6V、6Wにより検出された磁束密度に基づいて、電流値を演算する。当然ながら、センサ部6と共に各相に演算回路が設けられ、相ごとに独立して求められた電流値が制御ユニットに入力される形態であってもよい。また、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。
 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、適宜単にバスバー2及びセンサ部6として説明する。センサ部6には、図19に示すような集磁コア30、つまりバスバーなどの導体2Aを周回し、磁束を集め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共に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、集磁コアを備えないコアレス型の磁界検出センサにより構成されている。このような磁界検出センサは、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。これらの磁気検出素子は、図2に示すように、周辺に集磁コアを備えない状態でバスバー2の近傍に配置される。また、センサ部6は、このような集磁コア以外にも、検出対象となるバスバー2(対象バスバー3)が発生させる磁界以外の外部磁界に対するシールドを備えていない。本実施形態においては、センサ部6は、ホール素子と、当該ホール素子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とが集積された集積回路(IC)チップとして構成される。ICチップにより構成されたセンサ部6は、本実施形態においては図3に示すように、基板6aに実装されてバスバー2の近傍に設置される。図2及び図3においては、省略しているが、基板6aと制御ユニットとは、センサ部6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。
 本実施形態において、センサ部6としてのICチップは、図2及び図3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の磁束密度B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2及び図3に示すように互いに逆向きの2方向を含む。つまり、磁束検出方向Sは、一本の直線に平行な方向であって、当該直線の一方端側へ向かう方向と他方端側へ向かう方向の双方が含まれる。図3では、理解を容易にするために、電流Iが紙面の裏から表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。このように、センサ部6は所定の磁束検出方向Sの磁束密度Bを検出するので、対象バスバー3の検出部位3Sの近傍に、磁束検出方向Sと検出部位3Sでの対象バスバー3の延在方向である検出部位延在方向Lとが直交状態となるように配置される。本明細書並びに特許請求の範囲において、直交状態とは、直交から±45°以内のずれを許容する。尚、検出部位延在方向Lに平行であって磁束検出方向Sを含む平面を磁束検出平面Pと称する。
 上述したように、センサ部6は、対象バスバー3に流れる電流I(I1)を検出するために、電流Iが流れることによって発生する磁界Hの磁束密度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も大きいので、センサ部6は、バスバー2の近傍に配置される。言い換えると、センサ部6は、バスバー2の周囲、より詳しくは図3に示すようなバスバー2の断面を囲む全周囲の中の一箇所に配置される。耐温度性能や耐振動性能などが満足されるのではあれば、センサ部6はバスバー2に接する状態で設置されてもよい。本実施形態では、図2及び図3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、検出中心位置が、バスバー2の断面の長辺側の中央にほぼ一致するように配置される。ここで、所定距離(h)は、センサ部6によりバスバー2から発生する磁界を検出可能な距離内に設定され、例えば、0.1~30[mm]、好ましくは、0.5~10[mm]に設定される。また、センサ部6は、磁束検出方向Sと検出部位延在方向Lとが直交状態となるように配置されている。なお、「直交状態」とは、直交から±45°までのずれを含む交差状態を指すが、本実施形態では、センサ部6は、磁束検出方向Sと検出部位延在方向Lとが直交するように配置されている。バスバー2の延在方向Lは、電流I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3に示すように、対象バスバー3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]は、真空の透磁率をμ[H/m=Wb/A・m]として、以下の式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 次に、センサ部6に対する複数のバスバー2の配置構成について説明する。上記のとおり、電流検出装置1の各センサ部6U、6V、6Wは、検出対象の各相バスバー2U、2V、2Wに電流Iが流れることによって発生する磁界の磁束を検出する。この際、各相バスバー2U、2V、2Wは互いに並列配置されているため、一つの相のセンサ部6は、当該相のバスバー2(対象バスバー3)から発生する磁界Hの磁束密度だけでなく他の相のバスバー2から発生する磁界の磁束も検出する場合がある。例えば、V相バスバー2VがU相バスバー2UとW相バスバー2Wとに両側から挟まれて配置されている場合、V相センサ部6Vは、本来はV相バスバー2Vを流れる電流による磁束密度だけを検出すべきところ、U相バスバー2U及びW相バスバー2Wのそれぞれを流れる電流による磁束密度も検出する場合がある。その場合、V相センサ部6Vにより検出されるV相バスバー2Vの電流値には、U相バスバー2U及びW相バスバー2Wのそれぞれから発生する磁界の磁束密度も検出することによる誤差が含まれることになる。各センサ部6U、6V、6Wにより検出される電流値の検出精度を高めるためには、対象バスバー3としての各バスバー2が隣接する他のバスバー2(隣接バスバー4)からの磁界の影響を受けにくい構成とする必要がある。
 図4及び図5は、対象バスバー3における磁束密度Bの検出に対する隣接バスバー4の磁界H1の影響を示す説明図である。ここでは、対象バスバー3と隣接バスバー4との区別を容易にするために、対象バスバー3となるバスバー2にのみセンサ部6を配置して図示する。以下の説明においては、U相バスバー2U、V相バスバー2V、及びW相バスバー2Wの相違は特に関係がない。従って、理解を容易にするために、構成を単純化し、対象バスバー3と隣接バスバー4との2本が並列配置されているものとして説明する。当然ながら、各バスバー2U,2V,2Wは、それぞれがセンサ部6を備えているために対象バスバー3となり得る。また、複数のバスバー2の内の一つの対象バスバー3に隣接して配置されたバスバー2は、隣接バスバー4となる。
 図5に示すように、隣接バスバー4を流れる電流I2による磁界H1は、対象バスバー3のセンサ部6においてベクトル量B1の磁束密度を有する。上述したようにセンサ部6は、所定の磁束検出方向Sの磁束を検出するので、磁束密度B1の内、ベクトル分解により磁束検出方向Sに沿ったベクトル量の磁束密度B1sが対象バスバー3のセンサ部6に影響を与えることになる。つまり、磁束密度B1sが磁気干渉の原因となる外乱磁束密度である。本発明に係る電流検出装置1は、隣接バスバー4の形状、配置、姿勢など、センサ部6や対象バスバー3の検出部位3sに対する幾何学的な関係を適切に設定することにより、隣接バスバー4を流れる電流I2による外乱磁束密度を抑制し、対象バスバー3の磁束密度Bを高精度に検出することを可能とする。即ち、そのような高精度な磁束密度Bの検出を実現するためのセンサ部6や対象バスバー3の検出部位3sに対する隣接バスバー4の幾何学的な関係の設定に本発明の特徴がある。
〔第1構成例〕
 図6~図8を利用して、第1構成例について説明する。図6は、対象バスバー3と隣接バスバー4との位置関係を示す斜視図である。図7は、図6の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Pに対する隣接バスバー4の形状を示す。図8は、図6を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度(例えば上述した磁束密度B1s)の抑制効果を示すベクトル解析図である。
 隣接バスバー4は、互いに異なる方向へ延在する第1延在部41と第2延在部42とを有して構成される。第1延在部41は、磁束検出平面Pに対する直交方向一方側である第1方向D1の側に配置されて磁束検出平面Pに平行な第1延在方向L1へ延在する。第2延在部42は、第1延在部41の第1延在方向L1における一方の端部41aにおいて第1方向D1の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Pに対して交差する第2延在方向L2へ延在する。また、対象バスバー3の検出部位3sは、隣接バスバー4の第1延在方向L1において第1延在部41と重複する重複位置OLに設定されている。即ち、対象バスバー3の検出部位3sと隣接バスバー4の第1延在部41とが、隣接バスバー4の第1延在方向L1において同じ位置となる部分を少なくとも一部に有するように配置されている。言い換えると、第1延在方向L1に直交する方向に見て、対象バスバー3の検出部位3sと隣接バスバー4の第1延在部41とが重なって見える視点が存在する。本例では、図6及び図7に示すように、対象バスバー3の検出部位3sを含む延在部と隣接バスバー4の第1延在部41とは、隣接バスバー4の第1延在方向L1において重複している。
 理解を容易にするために、本例においては、第2延在部42の延在方向(第2延在方向L2)が磁束検出平面Pに対して直交状態であるとする。第2延在部42の一点において、流れる電流I2により生じる磁界H2が広がる面は、磁束検出平面Pに基本的に平行となる。また、当該磁界H2が広がる面は、第2延在方向L2にもある程度の広がり(傾き)を有する。従って、図8に示すように、第2延在部42を流れる電流I2により生じる磁界H2は、対象バスバー3のセンサ部6においてベクトル量B2の磁束密度を有する。上述したようにセンサ部6は、所定の磁束検出方向Sの磁束を検出するので、磁束密度B2の内、ベクトル分解により磁束検出方向Sに沿ったベクトル量の磁束密度B2sが対象バスバー3のセンサ部6に影響を与える。図8に示すように、この磁束密度B2sは、上述した外乱磁束密度B1sと180°方向が異なるベクトル量である。従って、磁束密度B2sにより外乱磁束密度B1sは相殺される。即ち、隣接バスバー4からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー3の電流I1(I)が高精度に検出可能となる。
 尚、センサ部6の具体的な配置位置については、例えば対象バスバー3に電流I1を流さずに隣接バスバー4に電流I2を流した際にセンサ部6が検出する磁束密度が最も小さくなる位置を実験的に求めると好適である。この際、センサ部6が検出する磁束密度がゼロであれば、センサ部6が隣接バスバー4から受ける影響を完全に無くすことができる。しかし、隣接バスバー4による影響を完全にゼロにしなくても、大きく抑制することができれば、本発明の趣旨は充分に達成される。これは、以下に示す他の構成例においても同様である。
〔第2構成例〕
 図9~図12を利用して、第2構成例について説明する。図9は、対象バスバー3と隣接バスバー4との位置関係を示す斜視図である。図10は、図9の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Pに対する隣接バスバー4の形状を示す。図11は、図9を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度(例えば上述した磁束密度B1s)の抑制効果を示すベクトル解析図である。また、図12は、図11のベクトル解析図の拡大図である。
 隣接バスバー4は、第1構成例において上述した2つの延在部(互いに異なる方向へ延在する第1延在部41と第2延在部42)に加え、さらに第3延在部43を有して構成される。上述したように、第2延在部42は、第1延在部41の第1延在方向L1における一方の端部41aにおいて第1方向D1の側へ向けて屈曲される。第3延在部43は、第1延在部41の第1延在方向L1における他方の端部41bにおいて磁束検出平面Pに対する直交方向の他方側である第2方向D2の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Pに対して交差する第3延在方向L3へ延在する。第1延在方向L1と第2延在部42の第2延在方向L2とが直交し、第1延在方向L1と第3延在部43の第3延在方向L3とが直交する場合には、第2延在方向L2と第3延在方向L3とは平行状態となる。第2延在方向L2と第3延在方向L3とは、端部41a,41bからの延進方向が180°反転した同一の方向となる。
 第1構成例と同様に、対象バスバー3の検出部位3sは、隣接バスバー4の第1延在方向L1において第1延在部41と重複する重複位置OLに設定されている。但し、第2構成例では、重複位置OLが、第1延在部41の第1延在方向中間位置Cよりも第3延在部43の側に配置されている。
 理解を容易にするために、本例においては、第2延在部42及び第3延在部43の延在方向(第2延在方向L2及び第3延在方向L3)が磁束検出平面Pに対して直交状態であるとする。第2延在部42及び第3延在部43を流れる電流I2により生じる磁界H2及びH3の広がる面は、共に磁束検出平面Pに基本的に平行となるが、第2延在方向L2及び第3延在方向L3にもある程度の広がりを有する。第1構成例と同様に、両延在部42,43を流れる電流によって生じる磁界H2,H3が対象バスバー3のセンサ部6に与える影響は、図11及び図12に示すように同じ平面におけるベクトル図を用いて考察することができる。
 上述したように、対象バスバー3の検出部位3sは、第3延在部43に近い側に配置されている。従って、第2延在部42を流れる電流I2により生じる磁界H2の中心からセンサ部6までの距離は、第3延在部43を流れる電流I2により生じる磁界H3の中心からセンサ部6までの距離に比べて長くなる。磁界H2は、図11及び図12に示すように、対象バスバー3のセンサ部6においてベクトル量B2の磁束密度を有する。この磁束密度B2の方向は、磁界H2の中心からセンサ部6までの距離が離れることによって、上記第1構成例に比べて磁束検出方向Sに近づく。従って、ベクトル分解により得られる磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B2sの割合が増加する。センサ部6までの距離が離れることによって、磁束密度B2の大きさは減少するが、磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B2sの割合が増加することで減少分が補われる。
 第3延在部43を流れる電流I2により生じる磁界H3の中心からセンサ部6までの距離は、磁界H2の中心からの距離よりも近い。このため、磁界H3は、図11及び図12に示すように、対象バスバー3のセンサ部6において磁界H2の磁束密度B2よりも大きいベクトル量の磁束密度B3を有する。また、磁束密度B3の磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B3sの方向は、第1延在部41を流れる電流I2による磁界H1の磁束密度B1の同ベクトル成分B1sと同方向である。従って、上述した外乱磁束密度(B1s)を増加させることになり、あるいは外乱磁束密度(B1s)を相殺させる磁束密度B2のベクトル成分B2sを減少させることになる。しかし、センサ部6が第3延在部43に近い側に配置されているので、磁束密度B3のベクトルの方向が磁束検出方向Sと為す角度は、垂直に近い。このため、磁束密度B3の絶対値は大きくても、磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B3sの大きさは小さくなる。従って、外乱磁束密度の主成分である磁束密度B1のベクトル成分B1sや、ベクトル成分B1sを相殺させる磁束密度B2のベクトル成分B2sに与える影響も小さくなる。
 図12の拡大されたベクトル解析図に示すように、外乱磁束密度の主成分である磁束密度B1のベクトル成分B1sは、磁束密度B2及びB3の合成ベクトルの磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分(B2s-B3s)により、良好に抑制される。即ち、隣接バスバー4からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー3の電流I1(I)が高精度に検出可能となる。
〔第3構成例〕
 図13~図16を利用して、第3構成例について説明する。図13は、対象バスバー3と隣接バスバー4との位置関係を示す斜視図である。図14は、図13の紙面手前側からの側面図であり、磁束検出平面Pに対する隣接バスバー4の形状を示す。図15は、図13を紙面の上端側から見た上面図であり、外乱磁束密度(例えば上述した磁束密度B1s)の抑制効果を示すベクトル解析図である。また、図16は、図15のベクトル解析図の拡大図である。
 第3構成例では、隣接バスバー4は、第1構成例において上述した2つの延在部(互いに異なる方向へ延在する第1延在部41と第2延在部42)に加え、さらに第3延在部43を有して構成される。この第3延在部43は、上述した第2構成例とは異なる方向へ延在する。上述したように、第2延在部42は、第1延在部41の第1延在方向L1における一方の端部41aにおいて第1方向D1の側へ向けて屈曲される。第3延在部43は、第1延在部41の第1延在方向L1における他方の端部41bにおいて、第2延在部42と同様に第1方向D1の側へ向けて屈曲され、磁束検出平面Pに対して交差する第3延在方向L3へ延在する。第1延在方向L1と第2延在部42の第2延在方向L2とが直交し、第1延在方向L1と第3延在部43の第3延在方向L3とが直交する場合には、第2延在方向L2と第3延在方向L3とは平行状態となり、且つ端部41a,41bからの延進方向を含めて同一の方向となる。
第1構成例と同様に、対象バスバー3の検出部位3sは、隣接バスバー4の第1延在方向L1において第1延在部41と重複する重複位置OLに設定されている。但し、第3構成例では、重複位置OLが、第1延在部41の第1延在方向中間位置Cに配置されている。当然ながら、厳密な中間位置である必要はなく、バスバー2の寸法公差や、センサ部6を構成するICチップの寸法公差、ICチップが実装される基板6aの寸法公差、基板6aとバスバー2との相対的な組立公差等を考慮した実用的な公差の範囲内であれば問題はない。
 理解を容易にするために、本例においては、第2延在部42及び第3延在部43の延在方向(第2延在方向L2及び第3延在方向L3)が磁束検出平面Pに対して直交状態であるとする。第2延在部42第及び3延在部43を流れる電流I2により生じる磁界H2及びH3の広がる面は、共に磁束検出平面Pに基本的に平行となるが、第2延在方向L2及び第3延在方向L3にもある程度の広がりを有する。第1構成例及び第2構成例と同様に、両延在部42,43を流れる電流によって生じる磁界H2,H3が対象バスバー3のセンサ部6に与える影響は、図15及び図16に示すように、同じ平面におけるベクトル図を用いて考察することができる。
 上述したように、重複位置OLは、第1延在部41の第1延在方向中間位置Cに配置されている。従って、第2延在部42を流れる電流I2により生じる磁界H2の中心からセンサ部6までの距離と、第3延在部43を流れる電流I2により生じる磁界H3の中心からセンサ部6までの距離とは、ほぼ同一となる。このため、対象バスバー3のセンサ部6における磁界H2の磁束密度B2の絶対値と磁界H3の磁束密度B3の絶対値とは、ほぼ同じ値となる。また、センサ部6において、磁束密度B2及びB3の磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B2s及びB3sの方向は、第1延在部41を流れる電流I2による磁界H1の磁束密度B1の同ベクトル成分B1sと逆方向である。
 従って、磁束密度B2と磁束密度B3との合成ベクトルの磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分(B2s+B3s)は、磁束密度B1の磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B1s(外乱磁束密度)を打ち消す方向の磁束密度となる。図16の拡大されたベクトル解析図に示すように、外乱磁束密度の主成分である磁束密度B1のベクトル成分B1sは、磁束密度B2及びB3の合成ベクトルの磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分(B2s+B3s)により、良好に抑制される。即ち、隣接バスバー4からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー3の電流I1(I)が高精度に検出可能となる。
〔第4構成例〕
 上述した各構成例では、理解を容易にするために対象バスバー3と隣接バスバー4とがほぼ平行状態である場合を例として説明した。つまり、検出部位延在方向Lと第1延在方向L1とが互いに平行である場合を例として説明した。しかし、対象バスバー3と隣接バスバー4とは、図17の斜視図及び図18の上面図に示すように斜めに配置されていてもよい。この第4構成例は、第1構成例に対応し、対象バスバー3と隣接バスバー4との配置を平行状態から斜めにしたものである。図17は図6に対応し、図18は図8に対応する。
 図18に示すように、第4構成例においても、隣接バスバー4の第1延在部41を流れる電流I2により生じる磁界H1がセンサ部6に影響を与える。幾何学的な関係が異なるため、ベクトル分解により分配される割合は第1構成例とは異なるが、センサ部6における磁界H1の磁束密度B1の磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B1sは、外乱磁束密度となる。同様に、隣接バスバー4の第2延在部42を流れる電流I2により生じる磁界H2の磁束密度B2の、センサ部6における磁束検出方向Sに沿ったベクトル成分B2sも、ベクトル分解により分配される割合は第1構成例とは異なるが、外乱磁束密度(B1s)を抑制する方向のベクトル成分となる。
 上記各構成例と同様に、対象バスバー3の検出部位3sは、隣接バスバー4の第1延在方向L1において第1延在部41と重複する重複位置OLに設定されている。尚、隣接バスバー4の第1延在部41を流れる電流I2により発生する磁界H1が広がる面は、電流I2の通流方向である第1延在部41の第1延在方向L1にほぼ直交する面である。従って、対象バスバー3の検出部位3sが設定される重複位置OLは、第1延在方向L1にほぼ直交する範囲内に存在する。このように、対象バスバー3と隣接バスバー4との配置が平行状態ではなくても、隣接バスバー4からの磁界の影響が抑制され、対象バスバー3の電流Iが高精度に検出可能となる。第4構成例においては、第1構成例に対する変形例を用いて説明したが、第2構成例及び第3構成例に関しても同様であることは明らかであるので、詳細な説明は省略する。
〔他の構成例〕
(1)上記各構成例では、説明を容易にするために、対象バスバー3及び隣接バスバー4となる2本のバスバー2のみを示して単純化した例を示した。しかし、当然ながら、2本のバスバーは相補的に対象バスバー3及び隣接バスバー4となり得るものである。また、バスバー2が3本以上存在する場合にも、相補的に1本が対象バスバー3となり、残りのバスバーが隣接バスバー4となり得る。1本の対象バスバー3に複数の隣接バスバー4が隣りあって存在する場合には、1本の対象バスバー3と1本の隣接バスバー4との関係を、2通り考えればよい。従って、対象バスバー3と隣接バスバー4となる2本のバスバー2のみに単純化された上記各構成例に限定されることなく、3本以上の複数のバスバー2を有する場合にも本発明を適用することが可能である。
(2)上記各構成例では、対象バスバー3の検出部位3sが、磁束検出平面Pに対して第1方向D1の側に配置されている場合を例として説明した。しかし、この構成例に限定される必要はなく、対象バスバー3の検出部位3sは、磁束検出平面Pに対して第2方向D2の側に配置されていてもよい。第1構成例から第4構成例に示したように、検出部位3sが、磁束検出平面Pに対して第1方向D1の側に配置されていると、磁束検出平面Pの一方の側に対象バスバー3と隣接バスバー4とが隣接配置されることとなるので、複数のバスバー2を効率的に配列することができる。しかし、複数のバスバー2が利用される装置によって効率的な配列は異なるから、上記構成例に限定されることなく、磁束検出平面Pに対して第2方向側D2に検出部位3sが配置されていてもよい。
(3)上記各構成例では、複数のバスバーが互いに同一又は対称な形状である場合を例として説明した。しかし、当然ながら各バスバーは互いに同一又は対称な形状である必要はなく、互いに異なる形状であってもよい。
 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適用することができる。例えば、多相交流回転電機と駆動回路とを接続するバスバーを流れる電流を検出する電流検出装置に適用することができる。
1:電流検出装置
2:バスバー
3:対象バスバー
3s:検出部位
4:隣接バスバー
41:第1延在部
42:第2延在部
43:第3延在部
41a:第1延在部の第1延在方向における一方の端部
41b:第1延在部の第1延在方向における他方の端部
6:センサ部
30:集磁コア
D1:磁束検出平面に対する直交方向一方側である第1方向
D2:磁束検出平面に対する直交方向一方側である第2方向
L:検出部位延在方向
L1:第1延在方向
L2:第2延在方向
L3:第3延在方向
P:磁束検出平面
S:磁束検出方向

Claims (7)

  1.  並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも1つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
     所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、
     前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、
     前記隣接バスバーは、前記磁束検出平面に対する直交方向一方側である第1方向側に配置されて前記磁束検出平面に平行な第1延在方向へ延在する第1延在部と、前記第1延在部の前記第1延在方向における一方の端部において前記第1方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第2延在方向へ延在する第2延在部とを有して構成され、
     前記対象バスバーの前記検出部位が、前記第1延在方向において前記第1延在部と重複する重複位置に設定されている電流検出装置。
  2.  前記隣接バスバーは、前記第1延在部の前記第1延在方向における他方の端部において前記磁束検出平面に対する直交方向他方側である第2方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第3延在方向へ延在する第3延在部を更に有し、
     前記重複位置が、前記第1延在部の前記第1延在方向中間位置よりも前記第3延在部側に配置されている請求項1に記載の電流検出装置。
  3.  前記隣接バスバーは、前記第1延在部の前記第1延在方向における他方の端部において前記第1方向側へ向けて屈曲され、前記磁束検出平面に対して交差する第3延在方向へ延在する第3延在部を更に有し、
     前記重複位置が、前記第1延在部の前記第1延在方向中間位置に配置されている請求項1に記載の電流検出装置。
  4.  前記第1延在方向と前記第2延在方向とが直交する請求項1から3の何れか一項に記載の電流検出装置。
  5.  前記検出部位延在方向と前記第1延在方向とが互いに平行である請求項1から4の何れか一項に記載の電流検出装置。
  6.  前記複数のバスバーは、互いに同一形状である請求項1から5の何れか一項に記載の電流検出装置。
  7.  前記対象バスバーの前記検出部位が、前記磁束検出平面に対して前記第1方向側に配置されている請求項1から6の何れか一項に記載の電流検出装置。
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