(57)【要約】【課題】本発明は、電流センサの１つに異常が発生した場合でも重大な事故を未然に防止すると同時に異常検出信号を発することが可能な電流検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、本発明は、３相交流電流が流れる３本の電流線のうちの２本の電流線のみに各々第１の電流検出素子と第２の電流検出素子と信号処理部とを有する電流センサを設け、第１または第２の電流検出素子の出力電圧にいずれか１つが所定の範囲内にない場合には、第１または第２の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力する構成とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電流が流れる３本の電流線のうちの２本の電流線のみに電流センサを設けてなる電流検出装置であって、前記電流センサは各々第１の電流検出素子と第２の電流検出素子と信号処理部とを有し、前記第１の電流検出素子の出力電圧および前記第２の電流検出素子の出力電圧が共に所定の範囲内にある場合には、前記第１の電流検出素子の出力電圧と前記第２の電流検出素子の出力電圧とを演算処理した後、演算処理後の出力電圧を特性調整して出力し、前記第１の電流検出素子の出力電圧または前記第２の電流検出素子の出力電圧にいずれか１つが所定の範囲内にない場合には、電流センサに異常が発生したと判断して前記第１または第２の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力することを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記第１の電流検出素子の出力電圧の極性と前記第２の電流検出素子の出力電圧の極性が異なることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器内の電流を検出するための電流検出装置に関し、特に電気自動車やハイブリッド車の３相交流モータに供給される電流の電流値や電流位相を検出するための電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電流検出装置としては、バスバーが貫通する集磁コアのギャップ内にホール素子を配設したものが知られている。図５は、このような電流検出装置を電気自動車等の駆動系の制御に適用した場合のブロック図である。
【０００３】
図５において、３相交流モータ１（以下、適宜「モータ」と称する）を制御するモータ制御装置はＩＧＢＴ基板２、ＩＧＢＴ制御基板３、モータ制御装置４から構成されている。主電源５から出力される略４００ボルトの直流高電圧はＩＧＢＴ基板２によってＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる、３相交流電圧に変換され、バスバーによりモータ１に加えられる。
【０００４】
モータ制御装置４にはモータ１の回転センサ（図示せず）からのモータ回転数情報Ｎｍ、アクセルセンサ（図示せず）によって検出されるアクセル位置情報ＡＣＬが入力される。また、電流検出装置８はモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流線にそれぞれ電流センサとして配設され、各電流線の電流値や電流位相を検出する。検出された電流情報ＩＵ、ＩＶ、ＩＷはモータ制御装置４に入力される。モータ制御装置４はこれらの情報に基づいて、生成すべき３相交流電流の各相に対応した変調信号ＭＵ、ＭＶ、ＭＷを出力する。ＩＧＢＴ制御基板３はモータ制御装置４において生成され変調信号ＭＵ、ＭＶ、ＭＷに基づいてＩＧＢＴ基板２のＩＧＢＴを制御するものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３０４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３相交流電流線の電流の和は常に零であり、かつ各電流の位相は互いに１２０度ずつずれているため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流線に流れる電流の位相と大きさを検出するには、各電流線のうちのいずれか２相に電流センサを取り付ければ十分である。しかしながら、上記したモータ制御装置では、電流検出装置８にオフセットやゲイン特性等の異常が発生すると、モータ１に過大若しくは過小な電流が流れ、制御性が悪化したり、極端な場合には駆動系の破損を招く可能性がある。そのため、従来のモータ制御装置では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流線のすべてに電流センサを配置し、これら電流センサの一つに異常が発生した場合でも他の電流センサによりバックアップを行ない、異常検出信号を発するとともに重大な事故を未然に防止するようにしている。
【０００８】
しかしながら、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流線のすべてに電流センサを配置すると電流検出装置自体が大きくなるとともに、電流装置を所定の位置に取り付けるための手間や工数が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、３相交流電流が流れる３本の電流線のうちの２本の電流線のみに２つの電流検出素子を有する電流センサを設けることにより、電流検出装置を小形化し、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内の２つの電流検出素子の１つに異常が発生した場合でも他の電流検出素子によりバックアップを行ない、重大な事故を未然に防止すると同時に異常検出信号を発することが可能な電流検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、３相交流電流が流れる３本の電流線のうちの２本の電流線のみに電流センサを設けてなる電流検出装置であって、前記電流センサは各々第１の電流検出素子と第２の電流検出素子と信号処理部とを有し、前記第１の電流検出素子の出力電圧および前記第２の電流検出素子の出力電圧が共に所定の範囲内にある場合には、前記第１の電流検出素子の出力電圧と前記第２の電流検出素子の出力電圧とを演算処理した後、演算処理後の出力電圧を特性調整して出力し、前記第１の電流検出素子の出力電圧または前記第２の電流検出素子の出力電圧にいずれか１つが所定の範囲内にない場合には、電流センサに異常が発生したと判断して前記第１または第２の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力するように構成したもので、この構成によれば、電流線に取り付けるべき電流センサは２つで足るため、電流検出装置を小形化でき、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内に設けた２つの電流検出素子の出力電圧を常に監視し、いずれか１つに異常が発生した場合には異常検出信号を発するとともに他方の電流検出素子の出力電圧を電流センサの出力信号とすることができ、信頼性の高い電流検出装置が実現できるという作用効果を有するものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、特に、前記第１の電流検出素子の出力電圧の極性と前記第２の電流検出素子の出力電圧の極性が異なるもので、この構成によれば、外部磁界による外乱をキャンセルすることができるため、さらに動作の安定した電流検出装置を実現できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明は、３相交流電流が流れる３本の電流線のうちの２本の電流線のみに電流センサを設けてなる電流検出装置であって、前記電流センサは各々第１の電流検出素子と第２の電流検出素子と信号処理部とを有し、前記第１の電流検出素子の出力電圧および前記第２の電流検出素子の出力電圧が共に所定の範囲内にある場合には、前記第１の電流検出素子の出力電圧と前記第２の電流検出素子の出力電圧とを演算処理した後、演算処理後の出力電圧を特性調整して出力し、前記第１の電流検出素子の出力電圧または前記第２の電流検出素子の出力電圧にいずれか１つが所定の範囲内にない場合には、電流センサに異常が発生したと判断して前記第１または第２の電流検出素子の出力電圧のうち所定の範囲内にある出力電圧を特性調整して出力するとともに、異常検出信号を出力するように構成したもので、電流検出装置を小形化でき、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内に設けた２つの電流検出素子の一方に異常が発生した場合でも、他方の電流検出素子によりバックアップを行なうことで、信頼性の高い電流検出装置が実現できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における電流検出装置の斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における電流検出装置を構成する第１の電流センサの斜視図、（ｂ）同電流検出装置の第１の電流センサの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電流検出装置における電流センサの回路構成を示すブロック図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における電流検出装置の斜視図、（ｂ）同電流検出装置の第１の電流センサの縦断面図
【図５】従来の電流検出装置を使用した電気自動車等の駆動系のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における電流検出装置について図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における電流検出装置２１の斜視図である。図１において、２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗは各々３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流が流れる電流線である。電流検出装置２１は同一構造を有する第１の電流センサ２３と、第２の電流センサ２４とからなる。図１においては、第１の電流センサ２３と、第２の電流センサ２４は各々電流線２２Ｕ、２２Ｖに取付けられているが、３本の電流線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗの内のいずれか２本に取付けることができる。ＸＹＺ軸を図のようにとった時、電流線２２Ｕ、２２Ｖ、２２ＷはＸＹ面内でＸ軸方向に延伸しているものとする。
【００１６】
図２（ａ）は前記第１の電流センサ２３の斜視図、図２（ｂ）は同センサの縦断面図である。第１の電流センサ２３は、電流の周りに発生する磁界を検出することにより電流を検出する、第１の電流検出素子２４−１と、第２の電流検出素子２４−２と、信号処理部２５を備えている。前記第１の電流検出素子２４−１と第２の電流検出素子２４−２には磁気抵抗素子を用いている。磁気抵抗素子でなくホール素子を用いることも出来るが、その場合には、後述する第１のバイアス磁石２６−１および第２のバイアス磁石２６−２を不要とすることができる。第１の電流検出素子２４−１の近傍には第１のバイアス磁石２６−１が、第２の電流検出素子２４−２の近傍には第２のバイアス磁石２６−２がそれぞれ設けられている。第１のバイアス磁石２６−１および第２のバイアス磁石２６−２は、特に第１の電流検出素子２４−１および第２の電流検出素子２４−２が磁気抵抗素子である場合には、出力の直線性の向上やヒステリシスの低減に貢献するものである。
【００１７】
第１の電流センサ２３は第１の保持部３０、第２の保持部３１および連結部３２を備えている。第１の保持部３０は、前記の第１、第２の電流検出素子２４−１、２４−２および第１、第２のバイアス磁石２６−１、２６−２を保持している。第１、第２の保持部３０、３１は間に空間を挟み、同一方向に延伸している。連結部３２は第１の保持部３０および第２の保持部３１の延伸方向に対する垂直な方向に延伸している円柱形状をなし、第１の保持部３０および第２の保持部３１を連結させている。これにより第１の保持部３０、第２の保持部３１および連結部３２は一体形状となり第１の電流センサ２３を構成している。
【００１８】
図１、図２を用いて、本発明の実施の形態１における電流検出装置２１の第１の電流センサ２３を電流線２２Ｕに取り付ける方法を簡単に説明する。最初に第１の電流センサ２３を電流線２２Ｕ、２２Ｖの間に配置する。このとき、第１の保持部３０、第２の保持部３１の延伸方向をＸ軸に対し略平行になるように配置させる。次に、第１の電流センサ２３をＺ軸の回りに回転させて、電流線２２Ｕを第１の保持部３０と第２の保持部３１で挟持する。このとき、前記連結部３２の長さを電流線２２ＵのＺ軸方向の長さと略等しくなるように設定すれば電流線２２Ｕの表面と第１、第２の電流検出素子２４−１、２４−２との間の距離を実質的に固定できるとともに第１の電流センサ２３を電流線２２Ｕに挟持、固定することが可能となる。また、この状態で第１の電流検出素子２４−１および第２の電流検出素子２４−２は前記第１の保持部３０内で、第１の電流検出素子２４−１と電流線２２Ｕの表面との距離および第２の電流検出素子２４−２と電流線２２Ｕの表面との距離が等しくなるように配置されている。さらに、連結部３２を電流線２２ＵのＹ軸方向の端面に押し当てるようにすれば第１、第２の電流検出素子２４−１、２４−２のＹ軸方向の位置を決めることが可能となる。同様にして、第２の電流センサ２４を電流線２２Ｖに取り付ければ、図１に示す本発明の実施の形態１における電流検出装置２１が構成できることになる。
【００１９】
電流線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに各々３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流がＸ軸方向に流れると、各電流線のＹＺ面内にはループ状の磁界が発生する。第１の電流センサ２３および第２の電流センサ２４はこの磁界を検出することによりＵ相、Ｖ相電流の電流値や電流位相を対応する信号を出力する。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態１における電流検出装置２１における第１の電流センサ２３の回路構成を示すブロック図である。第１の電流検出素子２４−１および第２の電流検出素子２４−２はフルブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子をそれぞれ備えている。このフルブリッジ回路の対向する２つの接点間には直流電圧が印加され、他の２つの接点間の電位が差動増幅器（図示せず）の入力端子に接続されている。第１の電流検出素子２４−１に接続された前記差動増幅器（図示せず）の出力電圧ｖ１および第２の電流検出素子２４−２に接続された前記差動増幅器（図示せず）の出力電圧ｖ２は信号処理部２５に入力される。信号処理部２５は演算部４０、検出部４１、特性調整部４２とからなり、出力端子５０と状態検出端子５１とを有している。
【００２１】
電流線２２Ｕに電流が流れると、第１の電流検出素子２４−１および第２の電流検出素子２４−２のフルブリッジ回路の平衡が破れ、各差動増幅器から同一極性の出力信号ｖ１、ｖ２が信号処理部２５に入力される。この出力信号ｖ１、ｖ２は検出部４１にて所定の電圧範囲内にあるか否かが判定される。検出部４１はウィンドウコンパレーターにて形成することができる。出力信号ｖ１、ｖ２が所定の範囲内にある場合には、検出部４１から演算部４０に制御信号が送られて出力信号ｖ１、ｖ２の加算演算が行なわれた後、特性調整部４２にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子５０からＵ相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。これに対して、検出部４１にて出力信号ｖ１、ｖ２のいずれか１つが所定の範囲内にないと判定された場合には、第１の電流センサ２３に異常が発生したと判断され、検出部４１から演算部４０に制御信号が送られて加算演算が停止されるとともに、異常検出信号が状態検出端子５１に出力される。また、検出部４１は出力信号ｖ１、ｖ２のうち所定の範囲内にある出力電圧を選択して特性調整部４２に送り、特性調整部４２にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子５０からＵ相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。同様にして、第２の電流センサ２４からも電流線２２Ｖに流れる電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力されるとともに、第２の電流センサ２４に異常が発生したと判断された場合には異常検出信号が出力されるものである。本発明の実施の形態１における電流検出装置２１においては、３相交流電流が流れる３本の電流線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗのうちの２本の電流線のみに２つの電流検出素子を有する第１の電流センサ２３および第２の電流センサ２４を設けているため、電流検出装置を小形化することができ、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、各電流センサ内の２つの電流検出素子の１つに異常が発生した場合でも他の電流検出素子によりバックアップを行ない、重大な事故を未然に防止すると同時に異常検出信号を発することができるという効果が得られるものである。
【００２２】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における電流検出装置について図を用いて説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態２における電流検出装置６０の斜視図である。電流検出装置６０は同一構造を有する第１の電流センサ６１と、第２の電流センサ６２とからなる。図４（ｂ）は前記第１の電流センサ６１の縦断面図である。なお、この本発明の実施の形態２における電流検出装置６０においては、上記した本発明の実施の形態１における電流検出装置２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態２における電流検出装置６０が上記した本発明の実施の形態１における電流検出装置２１と相違する点は、前記第１の電流センサ６１において、第１の電流検出素子２４−１および第１のバイアス磁石２６−１が第１の保持部３０内に配置され、第２の電流検出素子２４−２および第２のバイアス磁石２６−２が第２の保持部３１内に配置されている点である。
【００２４】
図３、図４（ａ）（ｂ）において、電流線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに各々３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流がＸ軸方向に流れると、各電流線のＹＺ面内にはループ状の磁界が発生する。本発明の実施の形態２における電流検出装置６０においては、第１の電流検出素子２４−１および第２の電流検出素子２４−２が電流線２２Ｕの表裏に設けられているため、第１の電流検出素子２４−１の差動増幅器の出力信号ｖ１と、第２の電流検出素子２４−２の差動増幅器の出力信号ｖ２との極性は逆極性となっている。一方、本発明の実施の形態２における電流検出装置６０に一様な外部磁界が印加された場合には、第１の電流検出素子２４−１の差動増幅器と第２の電流検出素子２４−２の差動増幅器からは同一極性で同じ大きさを持つ信号が出力される。これらの出力信号ｖ１、ｖ２は検出部４１にて所定の電圧範囲内にあるか否かが判定され、出力信号ｖ１、ｖ２が所定の範囲内にある場合には、検出部４１から演算部４０に制御信号が送られて出力信号ｖ１、ｖ２の減算演算が行なわれた後、特性調整部４２にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子５０からＵ相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。これに対して、検出部４１にて出力信号ｖ１、ｖ２のいずれか１つが所定の範囲内にないと判定された場合には、第１の電流センサ６１に異常が発生したと判断され、検出部４１から演算部４０に制御信号が送られて加算演算が停止されるとともに、異常検出信号が状態検出端子５１に出力される。また、検出部４１は出力信号ｖ１、ｖ２のうち所定の範囲内にある出力電圧を選択して特性調整部４２に送り、特性調整部４２にて電圧レベル調整、オフセット調整等が行なわれて、出力端子５０からＵ相電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力される。同様にして、第２の電流センサ６２からも電流線２２Ｖに流れる電流の電流値や電流位相を対応する信号が出力されるとともに、第２の電流センサ６２に異常が発生したと判断された場合には異常検出信号が出力されるものである。
【００２５】
この構成によれば、外部磁界による外乱をキャンセルすることができるため、さらに動作の安定した電流検出装置を実現できるという作用効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、小形化が可能で、取り付け、調整の手間を軽減することができるとともに、電流センサ内に設けた２つの電流検出素子の一方に異常が発生した場合でも、他方の電流検出素子によりバックアップを行なうことで、信頼性の高い電流検出装置が実現できるもので、特に電気自動車やハイブリッド車などのモータ駆動電流を検出する電流検出装置として有用なものである。
【符号の説明】
【００２７】
２１、６０  電流検出装置
２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ  電流線
２３、６１  第１の電流センサ
２４、６２  第２の電流センサ
２４−１  第１の電流検出素子
２４−２  第２の電流検出素子
２５  信号処理部
【図１】
2014085226.tif 000003
【図２】
2014085226.tif 000004
【図３】
2014085226.tif 000005
【図４】
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【図５】
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