(57)【要約】【課題】電流出力型センサを用いて物理量を検出する技術を提供する。【解決手段】電流検出システム１０は、出力端子２２と帰還端子２４を有し、配線１６に流れる電流値Ａを測定し、電流値Ａに応じた電流値Ｂの信号を出力端子２２と帰還端子２４との間に形成される閉回路３０に出力する電流センサ２０と、閉回路３０内に直列に接続される抵抗素子３２、３４と、抵抗素子３２に流れる電流値Ｂを測定する電圧バッファ回路４２及び換算部５２と、抵抗素子３４に流れる電流値Ｂを測定する電圧バッファ回路４４及び換算部５４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子と帰還端子を有し、物理量を測定し、測定された物理量に応じた電流値の信号を前記出力端子と帰還端子との間に形成される閉回路に出力する物理量センサと、
前記閉回路内に直列に接続される複数の素子と、
前記複数の素子のうちの第１の素子に流れる電流値を測定する第１の電流測定部と、
前記第１の素子と異なる前記複数の素子のうちの第２の素子に流れる電流値を測定する第２の電流測定部と、
を備える、物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記複数の素子と前記第１の電流測定部及び前記第２の電流測定部は、１または複数の基板上に設けられており、
前記第１の素子と前記第１の電流測定部は、同一の基板上に設けられており、
前記第２の素子と前記第２の電流測定部は、同一の基板上に設けられている、物理量測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の物理量検出装置であって、
前記複数の素子と前記第１の電流測定部及び前記第２の電流測定部は、複数の基板上にそれぞれ独立して設けられており、
前記第１の素子と前記第１の電流測定部は、前記複数の基板のうちの第１の基板に設けられており、
前記第２の素子と前記第２の電流測定部は、前記第１の基板と異なる前記複数の基板のうちの第２の基板に設けられている、物理量検出装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の物理量検出装置であって、
更に、前記第１の電流測定部で測定された電流値と、前記第２の電流測定部で測定された電流値を比較する比較部を更に備える、物理量検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の物理量検出装置であって、
前記第１の電流測定部は、前記第１の素子の電圧値を測定するとともに前記第１の素子の第１規定抵抗値を有しており、測定された電圧値を前記第１規定抵抗値で除して前記第１の素子に流れる電流値を測定し、
前記第２の電流測定部は、前記第２の素子の電圧を測定するとともに前記第２の素子の第２規定抵抗値を有しており、測定された電圧値を前記第２規定抵抗値で除して前記第２の素子に流れる電流値を測定する、物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、物理量を検出する技術に関し、特に電流出力型センサを用いて物理量を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電流出力型センサが用いられている（例えば、特許文献１）。電流出力型センサは、測定した物理量に応じた電流値の信号を出力する。そして、電流出力型センサを用いて測定した物理量を検出する際には、例えば電流出力型センサの出力側に素子を接続し、当該素子に流れる電流値を測定する。測定された電流値から、電流出力型センサが測定した物理量を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１４９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電流出力型センサを用いて物理量を検出する場合、その検出した物理量を複数のシステムで用いる場合がある。この場合に、電流出力型センサの出力側には測定された物理量に応じた規定の電流値が流れることから、電流出力型センサの出力側に接続された特定の素子を用いて物理量を検出し、特定の素子を用いて検出された物理量を複数のシステムで共通に用いれば十分のように思える。しかし、特定の素子や当該特定の素子に流れる電流を測定する装置に劣化や何らかの異常が発生した場合、当該特定の素子を用いて物理量を検出することができず、いずれのシステムにおいても正確な物理量を用いることができない問題が生じる。
【０００５】
本明細書では、電流出力型センサを用いて物理量を検出する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される物理量検出装置は、出力端子と帰還端子を有し、物理量を測定し、測定された物理量に応じた電流値の信号を前記出力端子と帰還端子との間に形成される閉回路に出力する物理量センサと、前記閉回路内に直列に接続される複数の素子と、前記複数の素子のうちの第１の素子に流れる電流値を測定する第１の電流測定部と、前記第１の素子と異なる前記複数の素子のうちの第２の素子に流れる電流値を測定する第２の電流測定部と、を備える。
【０００７】
この物理量検出装置では、前記複数の素子と前記第１の電流測定部及び前記第２の電流測定部は、１または複数の基板上に設けられており、前記第１の素子と前記第１の電流測定部は、同一の基板上に設けられており、前記第２の素子と前記第２の電流測定部は、同一の基板上に設けられている構成としてもよい。
【０００８】
この物理量検出装置では、前記複数の素子と前記第１の電流測定部及び前記第２の電流測定部は、複数の基板上にそれぞれ独立して設けられており、前記第１の素子と前記第１の電流測定部は、前記複数の基板のうちの第１の基板に設けられており、前記第２の素子と前記第２の電流測定部は、前記第１の基板と異なる前記複数の基板のうちの第２の基板に設けられている構成としてもよい。
【０００９】
この物理量検出装置では、更に、前記第１の電流測定部で測定された電流値と、前記第２の電流測定部で測定された電流値を比較する比較部を更に備える構成としてもよい。
【００１０】
この物理量検出装置では、前記第１の電流測定部は、前記第１の素子の電圧値を測定するとともに前記第１の素子の第１規定抵抗値を有しており、測定された電圧値を前記第１規定抵抗値で除して前記第１の素子に流れる電流値を測定し、前記第２の電流測定部は、前記第２の素子の電圧を測定するとともに前記第２の素子の第２規定抵抗値を有しており、測定された電圧値を前記第２規定抵抗値で除して前記第２の素子に流れる電流値を測定する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書によって開示される発明によれば、電流出力型センサである物理量センサを用いて物理量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の電流検出システムのブロック図
【図２】従来の電流検出システムのブロック図
【図３】従来の電流検出システムのブロック図
【図４】実施形態２の電流検出システムのブロック図
【図５】その他の実施形態の電流検出システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態の物理量検出装置の概要について説明する。
本物理量検出装置では、物理量センサは物理量を測定し、出力端子と帰還端子との間に設けられる閉回路に対して、自身が測定した物理量に応じた規定の電流値の信号を出力する。閉回路には複数の素子が直列に接続されており、装置に含まれる複数の電流測定部は、各々異なる素子に流れる電流値を測定し、物理量を検出する。そのため、１つの素子や電流測定部に劣化や何らかの異常が発生し、当該素子を用いて物理量を検出することができない場合でも、他の素子を用いて物理量を検出することができる。従って、素子や電流測定部に劣化や何らかの異常が発生した場合でも、物理量センサが測定した物理量を検出することができない事態の発生を抑制することができる。
【００１４】
本物理量検出装置では、対応する素子と電流測定部を同一の基板上に設けるので、素子の電流値を測定するための配線等が基板間に亘って形成されることが防止され、素子の電流値を精度良く測定することができる。
【００１５】
本物理量検出装置では、素子と電流測定部の組み合わせが別々の基板に設けられいるので、各基板を別々のシステムに所属させることができ、１つの物理量センサで測定された物理量を別々のシステムで用いることができる。そして、１つのシステムに起因して当該システムに属する素子や電流測定部に劣化や何らかの異常が発生した場合でも、他のシステムではその影響を受けること無く物理量を検出することができ、１つのシステムの影響で他のシステムにおいて物理量を検出することができない事態の発生を抑制することができる。
【００１６】
本物理量検出装置では、各素子を用いて測定された電流値を比較するので、測定された電流値が異なる場合に、いずれか一方の素子や電流測定部に劣化や何らかの異常が発生していることを検出することができる。
【００１７】
本物理量検出装置では、電流測定部が素子に生じる電圧値を測定し、測定した電圧値と予め知られている規定抵抗値から各素子に流れる電流値を測定するので、各素子に流れる電流値を測定しやすい。
【００１８】
＜実施形態１＞
実施形態１について、図１を参照しつつ説明する。
１．電流検出装置の構成
本実施形態の電流検出システム１０は、航空機などの運送機器に装着され、運送機器内の２次電池とモータなどの動力源との間の配線１６に流れる電流値Ａを測定する。電流検出システム１０は、物理量検出装置の一例であり、電流値Ａは、物理量の一例である。
【００１９】
図１に示すように、電流検出システム１０は、電流センサ２０と、抵抗素子３２、３４と、電圧バッファ回路４２、４４と、換算部５２、５４を含む。電流センサ２０は、物理量センサの一例である。抵抗素子３２、３４は、複数の素子の一例であり、抵抗素子３２は、第１の素子の一例であり、抵抗素子３４は、第２の素子の一例である。
【００２０】
電流センサ２０は、ホール効果を利用したクローズドループタイプの電流センサであって、配線１６を囲うように配置されるギャップを有する磁性体コアと、磁性体コアのギャップに配置されるホール素子と、ホール素子からの出力を増幅する増幅回路と、を有する。電流センサ２０は、これらの素子を用いて配線１６に流れる電流値Ａを非接触で測定する。また、電流センサ２０は、電流出力型の電流センサであって、出力端子２２と帰還端子２４を有する。電流センサ２０は、配線１６に流れる電流値Ａを測定すると、測定された配線１６の電流値Ａに応じた電流値Ｂの信号を出力端子２２に出力する。
【００２１】
電流センサ２０の出力端子２２と帰還端子２４の間には、配線１６と異なる配線１８によって閉回路３０が形成されている。電流センサ２０は、配線１６に流れる電流値Ａを測定すると、電流値Ａに応じた電流値Ｂの信号を閉回路３０に出力する。
【００２２】
具体的には、電流センサ２０は、配線１６に流れる電流値Ａによって生じる磁界を打ち消すように、閉回路３０に電流値Ｂの信号を出力する。つまり、電流センサ２０は、閉回路３０に出力される信号が電流値Ｂの信号となるように、閉回路３０に接続される抵抗素子の抵抗値に応じた起電力を閉回路３０に発生させる。この結果、抵抗素子３２、３４には電流値Ｂに比例した電圧値Ｖ１、Ｖ２が発生する。
【００２３】
電圧バッファ回路４２は、その入力端子４２Ａ、４２Ｂが抵抗素子３２の両端に接続されており、抵抗素子３２に発生した電圧値Ｖ１をＮ１倍に増幅したアナログ値の電圧値ＮＶ１を換算部５２に送信する。換算部５２は、ＡＤコンバータ５２Ａを内在しており、電圧バッファ回路４２の出力端子４２Ｃから出力された電圧値ＮＶ１をＡＤ変換し、デジタル値の電圧値ＮＶ１に変換する。また、換算部５２には、電圧バッファ回路４２の増幅率Ｎ１及び抵抗素子３２の使用初期状態における初期抵抗値Ｒ１が記憶されており、変換したデジタル値の電圧値ＮＶ１を増幅率Ｎ１及び初期抵抗値Ｒ１で除して電流値Ｂを測定する。これによって、電流値Ｂに比例した電流値Ａが検出される。電圧バッファ回路４２と換算部５２を含めたものが、第１の電流測定部の一例である。また、使用初期状態は、規定状態の一例であり、初期抵抗値Ｒ１は、第１規定抵抗値の一例である。
【００２４】
また、電圧バッファ回路４４は、その入力端子４４Ａ、４４Ｂが抵抗素子３４の両端に接続されており、抵抗素子３４に発生した電圧値Ｖ２をＮ２倍に増幅したアナログ値の電圧値ＮＶ２を換算部５４に送信する。換算部５４は、ＡＤコンバータ５４Ａを内在しており、電圧バッファ回路４４の出力端子４４Ｃから出力された電圧値ＮＶ２をＡＤ変換し、デジタル値の電圧値ＮＶ２に変換する。また、換算部５４には、電圧バッファ回路４４の増幅率Ｎ２及び抵抗素子３４の使用初期状態における初期抵抗値Ｒ２が記憶されており、変換したデジタル値の電圧値ＮＶ２を増幅率Ｎ２及び初期抵抗値Ｒ２で除して電流値Ｂを測定する。これによって、電流値Ｂに比例した電流値Ａが検出される。電圧バッファ回路４４と換算部５４を含めたものが、第２の電流測定部の一例である。また、初期抵抗値Ｒ２は、第２規定抵抗値の一例である。
【００２５】
運送機器内において、電流検出システム１０は、電流センサ２０が配線１６の配線経路上に配置されており、他の構成が２枚の基板６２、６４上に設けられている。抵抗素子３２と、電圧バッファ回路４２と、換算部５２は、同一の基板６２上に設けられており、抵抗素子３４と、電圧バッファ回路４４と、換算部５４は、同一の基板６４上に設けられている。配線１８は、基板６２、６４上に設けられるとともに、基板６２、６４間及び電流センサ２０と基板６２間にも配設されている。
【００２６】
基板６４は、運送機器の運送制御システム１４に組み込まれており、運送制御システム１４では、換算部５４で検出された配線１６の電流値Ａに基づいて動力源の動作状態を管理し、運送機器の運送状態を制御する。
【００２７】
また、運送機器内には運送制御システム１４の他に、２次電池を制御する電池制御システム１２が含まれる。電池制御システム１２には、電流センサ２０と基板６２が組み込まれており、電池制御システム１２では、換算部５２で検出された配線１６の電流値Ａに基づいて２次電池のＳＯＣを検出し、２次電池が過充電状態または過放電状態となるのを防止している。ここで、ＳＯＣとは、２次電池の充電状態を示しており、満充電状態においてＳＯＣが１００％となり、完放電状態においてＳＯＣが０％となる。
【００２８】
つまり、電流検出システム１０は、その一部が運送制御システム１４に属しており、他の一部が電池制御システム１２に属している。そして、各システム１２、１４では、同一の電流センサ２０を用いて測定された配線１６の電流値Ａを、別々の抵抗素子３２、３４及び換算部５２、５４を用いて検出し、制御を実行する。
【００２９】
２．本実施形態の効果
（１）本実施形態の電流検出システム１０では、閉回路３０に抵抗素子３２、３４が直列に接続されており、換算部５２は、抵抗素子３２を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出し、換算部５４は、抵抗素子３４を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出する。つまり、本実施形態の電流検出システム１０では、図２に示す従来の電流検出システム７０のように、別々の換算部５２、５４が共通の抵抗素子３４を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出しない。
【００３０】
そのため、換算部５２では、抵抗素子３４の劣化により抵抗素子３４の抵抗値が初期抵抗値Ｒ２から変動した場合でも、電流センサ２０により閉回路３０に流れる電流は規定の電流値Ｂに保たれることから、抵抗素子３２を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出することができる。また、電圧バッファ回路４４や換算部５４に故障が発生した場合でも、これらの素子を用いないことから、配線１６に流れる電流値Ａを検出することができる。同様に、換算部５４では、抵抗素子３２が劣化した場合や、電圧バッファ回路４２や換算部５２に故障が発生した場合でも、配線１６に流れる電流値Ａを検出することができる。
【００３１】
つまり、本実施形態の電流検出システム１０では、一方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部に劣化や何らかの異常が発生した場合でも、他方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出することができる。そのため、従来の電流検出システムにおいて問題となっていた事態、すなわち、一方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部に発生した劣化や異常により、双方の換算部５２、５４において配線１６に流れる電流値Ａを検出することができない事態の発生を抑制することができる。
【００３２】
（２）本実施形態の電流検出システム１０では、抵抗素子３２と、当該抵抗素子３２を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出する電圧バッファ回路４２及び換算部５２が、同一の基板６２に設けられ、抵抗素子３４と、当該抵抗素子３４を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出する電圧バッファ回路４４及び換算部５４が、同一の基板６４に設けられる。つまり、この電流検出システム１０では、電圧バッファ回路４２、４４が対応する抵抗素子３２、３４に発生した電圧値Ｖ１、Ｖ２を測定するための配線３６、４６や、電圧バッファ回路４２、４４が増幅した電圧値ＮＶ１、ＮＶ２を対応する換算部５２、５４に送信するための配線３８、４８が基板６２、６４間に形成されない。
【００３３】
図３に示す従来の電流検出システム７２のように、例えば配線４８が基板６２、６４間に形成されると、電流検出システム１０における基板６２、６４の間の配置によっては、配線４８の距離が延長され、配線４８の抵抗値が増大する。また、配線４８の基板６２、６４の間に配される部分４８Ａからノイズが生じる。この結果、電池制御システム１２に比べて運送制御システム１４では、慢性的に電流値Ｂの測定精度が悪化する問題が生じる。この電流検出システム１０では、配線３６、３８、４６、４８が基板６２、６４間に形成されないので、上記の問題の発生が抑制され、いずれか一方のシステムにおいて、抵抗素子３２、３４に流れる電流値Ｂの測定精度が悪化することが抑制される。
【００３４】
（３）本実施形態の電流検出システム１０では、対応する抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部の組み合わせが、別々の基板６２、６４に設けられ、各基板６２、６４が運送機器内の別々のシステム１２、１４に属している。各基板６２、６４では、各々が属するシステム１２、１４に起因して、一方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部に劣化や異常が発生することがある。本実施形態の電流検出システム１０では、一方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部に劣化や異常が発生して、一方のシステムにおいて配線１６に流れる電流値Ａを検出することができない場合でも、他方のシステムでは、他方の抵抗素子や電圧バッファ回路、換算部を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出することできる。そのため、一方のシステムの影響で他のシステムにおいて配線１６に流れる電流値Ａを検出することができない事態の発生を抑制することができる。
【００３５】
（４）本実施形態の電流検出システム１０では、電圧バッファ回路４２、４４を用いて抵抗素子３２、３４に発生した電圧値Ｖ１、Ｖ２を増幅して抵抗素子３２、３４に流れる電流値Ｂを測定するので、電流値Ｂを精度良く測定することができる。
【００３６】
＜実施形態２＞
実施形態２について、図４を参照しつつ説明する。本実施形態の電流検出システム１０では、電流検出システム１０の電流センサ２０以外の構成が、同一の基板６６上に設けられている点で、実施形態１の電流検出システム１０と異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の内容については重複した記載を省略する。
【００３７】
１．電流検出装置の構成
図４に示すように、電流検出システム１０は、電流センサ２０と、抵抗素子３２、３４と、電圧バッファ回路４２、４４と、換算部５６を含む。電圧バッファ回路４２は、抵抗素子３２に発生した電圧値Ｖ１を増幅した電圧値ＮＶ１を換算部５６に送信し、電圧バッファ回路４４は、抵抗素子３４に発生した電圧値Ｖ１を増幅した電圧値ＮＶ２を換算部５６に送信する。換算部５６は、ＡＤコンバータ５６Ａを内在しており、電圧バッファ回路４２から出力された電圧値ＮＶ１をＡＤ変換し、抵抗素子３２を用いて電流値Ｂを測定する。また、電圧バッファ回路４４から出力された電圧値ＮＶ２をＡＤ変換し、抵抗素子３４を用いて電流値Ｂを測定する。
【００３８】
換算部５６には、更に、比較部５６Ｂを内在しており、抵抗素子３２を用いて測定した電流値Ｂと、抵抗素子３４を用いて測定した電流値Ｂを比較する。比較部５６Ｂは、抵抗素子３２、３４を用いて測定された電流値Ｂが等しい場合、抵抗素子３２、３４や電圧バッファ回路４２、４４に劣化や異常が発生していないことを検知する。一方、比較部５６Ｂは、抵抗素子３２、３４を用いて測定された電流値Ｂが異なる場合、抵抗素子３２、３４や電圧バッファ回路４２、４４に劣化や異常が発生していることを検知し、ＬＥＤライトなどの表示手段を用いて、異常を報知する。
【００３９】
２．本実施形態の効果
本実施形態の電流検出システム１０では、換算部５６が比較部５６Ｂを有しており、各抵抗素子３２、３４を用いて測定された電流値Ｂをお互いに比較するので、抵抗素子３２、３４や電圧バッファ回路４２、４４に劣化や異常が発生していることを検知することができ、劣化や異常が発生している抵抗素子３２、３４や電圧バッファ回路４２、４４を用いて検出された電流値Ａに基づいて、各システム１２、１４で制御が継続されるのを抑制することができる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、閉回路３０に抵抗素子が直列に２つ接続されている例を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限られない。図５に示すように、閉回路３０に抵抗素子３２、３４、１３４が３つ接続されていても良ければ、さらに多くの抵抗素子が接続されていてもよい。また、各抵抗素子を用いて配線１６に流れる電流値Ａを検出する電圧バッファ回路４２、４４、１４４及び換算部５２、５４、１５４の組み合わせも、３つ以上設けられていてもよい。
【００４１】
（２）上記実施形態では、電流検出システム１０が装着される装置として航空機や電気自動車などの運送機器を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限られない。本発明は、２次電池などの蓄電素子を用いて動作するとともに、その蓄電素子を制御する装置、例えば蓄電装置や製造装置などに装着されてもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態では、抵抗素子３２、３４に流れる電流値Ｂを測定する方法として、抵抗素子３２、３４に発生する電圧値Ｖ１、Ｖ２から電流値Ｂを測定する方法を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限られず、抵抗素子３２、３４の温度や磁気的な方法によって抵抗素子３２、３４に流れる電流値Ｂを測定してもよい。
【００４３】
（４）上記実施形態では、クローズドループタイプの電流センサを用いて説明を行ったが、電流出力型の電流センサであれば、電流センサのタイプは限定されない。さらには、電流センサである必要もなく、電圧値や温度、圧力等の物理量を測定し、その測定結果に応じた電流値の信号を出力する電流出力型のセンサであれば、測定される物理量の種類は限定されない。
【符号の説明】
【００４４】
１０：電流検出システム、１２：電池制御システム、１４：運送制御システム、１６、１８：配線、２０：電流センサ、３０：閉回路、３２、３４：抵抗素子、４２、４４：電圧バッファ回路、５２、５４、５６：換算部、５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ：ＡＤコンバータ、５６Ｂ：比較部、６２、６４、６６：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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