(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁心に巻回されたコイルの一次巻線に流れる被測定電流に応じて前記コイル内に磁束を発生し、前記磁心のギャップ内に配置したホール素子の出力を電流バッファと前記コイルの二次巻線とを介して検出抵抗の他端に出力し、発生した磁束の方向に応じた正方向の電流または負方向の電流を前記コイルの二次巻線を介して前記検出抵抗に流し、前記検出抵抗の両端電圧を出力電圧として検出する非接触型センサであって、
前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記二次巻線を流れる前記正方向の電流または前記負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更する基準電圧制御回路を備え、
前記検出抵抗は、前記正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第１の検出抵抗と、前記負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第２の検出抵抗とからなり、
さらに、第１のダイオードを前記第１の検出抵抗に直列に接続した第１の直列回路と、前記第１のダイオードの極性と逆極性となるように配置された第２のダイオードを前記第２の検出抵抗に直列に接続した第２の直列回路とを設け、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路とを並列に接続したことを特徴とする非接触型センサ。
【請求項２】
磁心に巻回されたコイルの一次巻線に流れる被測定電流に応じて前記コイル内に磁束を発生し、前記磁心のギャップ内に配置したホール素子の出力を電流バッファと前記コイルの二次巻線とを介して検出抵抗の他端に出力し、発生した磁束の方向に応じた正方向の電流または負方向の電流を前記コイルの二次巻線を介して前記検出抵抗に流し、前記検出抵抗の両端電圧を出力電圧として検出する非接触型センサであって、
前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記二次巻線を流れる前記正方向の電流または前記負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更する基準電圧制御回路を備え、
前記正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第１の検出抵抗と、
この第１の検出抵抗に直列に接続された第２の検出抵抗と、
この第２の検出抵抗と並列に接続され且つ前記正方向の電流が流れるときにオンするダイオードとを有し、
さらに、前記第１の検出抵抗の抵抗値と前記第２の検出抵抗の抵抗値との合計抵抗値が前記負方向の電流測定範囲に応じた値に設定されてなることを特徴とする非接触型センサ。
【請求項３】
前記基準電圧制御回路は、前記検出抵抗の両端の電圧差に基づき、前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記アース電圧又は前記単電源電圧に変更することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の非接触型センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型センサに関し、特に単電源駆動でしかも非接触で電圧又は電流を測定するときの測定範囲を正負の被測定電流の大きさにより、別々に設定できる非接触型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホール素子を用いた高精度測定のサーボ式電流センサは、正・負の電流を測定する場合、通常、両電源で駆動しているが、サーボ式電流センサを単電源で駆動する場合には、図３に示すような単電源電流センサが用いられている。
【０００３】
この単電源電流センサは、図３に示すように、単電源であるサブバッテリ＋Ｂの電力によって、単電源電流センサの各回路が動作する。コイル５は、磁心７に図示しないメインバッテリーからの電線を一次巻線５ａとして通し、電流バッファ１５からの出力線である２次巻線５ｂを磁心７に所定回数巻回している。また、磁心７に形成されたギャップにはホール素子９が配置されている。
【０００４】
このホール素子９は、正負の被測定電流が一次巻線５ａに流れることで、コイル５に発生する磁束密度に比例した電圧を出力端子に発生し、抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２を介して差動増幅器１３に出力する。
【０００５】
差動増幅回路１３は、ホール素子９からの出力を入力し、その出力を増幅して電流バッファ１５に出力する。電流バッファ１５は、ＮＰＮのトランジスタＴＲ１とＰＮＰのトランジスタＴＲ２とからなり、それぞれのベースは、差動増幅回路１３の出力に接続され、それぞれのエミッタは、コイル５の二次巻線５ｂ側の他方に接続されている。
【０００６】
また、二次巻線５ｂには検出抵抗Ｒが接続され、この検出抵抗Ｒの両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。コンパレータ１７は、検出抵抗Ｒの両端電圧を入力し、被測定電流が正方向の電流のときに“Ｌ”レベルを出力し、負方向の電流のときに“Ｈ”レベルを出力する。バッファ１９は、コンパレータ１７からの“Ｌ”レベルにより、“Ｌ”レベルをＮＰＮのトランジスタＴＲ３のベース及びＰＮＰのトランジスタＴＲ４のベースに出力する。
【０００７】
バッファ１９は、コンパレータ１７からの“Ｈ”レベルにより、“Ｈ”レベルをＮＰＮのトランジスタＴＲ３のベース及びＰＮＰのトランジスタＴＲ４のベースに出力する。トランジスタＴＲ３，ＴＲ４は、零電圧または電源電圧の基準電圧を得るための基準電圧制御回路を構成する。
【０００８】
次に、このように構成された従来の単電源駆動の電流センサの動作を説明する。まず、負荷の変動に伴って、図示しないメインバッテリから一次巻線５ａに放電電流が流れる。この放電電流によって、コイル５のコア内に磁束が発生し、ホール素子９の出力には磁束に対応する電圧が得られる。
【０００９】
この電圧は差動増幅回路１３によって、０Ｖ〜＋Ｂの範囲で増幅されて電流バッファ１５に出力され、電流バッファ１５のトランジスタＴＲ１がオン状態となって、コイル５に発生した磁束に応じた電流が二次巻線５ｂ、検出抵抗Ｒに向かって流れる（正方向の電流）。
【００１０】
ここで、正方向の電流を測定した場合の出力電流をＩとすると、検出抵抗Ｒの電圧降下により、コンパレータ１７の出力は、“Ｌ”レベルとなるので、バッファ１９の出力も“Ｌ”レベルとなり、トランジスタＴＲ４がオンして、トランジスタＴＲ４のエミッタの電圧、すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆは、ほぼ零となる。
【００１１】
また、負方向の電流が流れた場合には、出力電流は、正方向の電流の向きとは逆向きとなるので、コンパレータ１７の出力は、“Ｈ”レベルとなり、バッファ１９の出力も“Ｈ”レベルとなり、トランジスタＴＲ３がオンして、基準電圧Ｖｒｅｆは、ほぼ電源電圧＋Ｂとなる。出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｉ×Ｒ
で表される。
【００１２】
また、測定範囲は、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しないように、検出抵抗Ｒを選択して調整する。また、出力電圧Ｖｏｕｔの分解能を大きく取るためにも、検出抵抗Ｒは、大きな値に選ぶのがよい。
【００１３】
このように、放電時または充電時に検出抵抗の両端を測定すると、アース電圧と単電源電圧との範囲の測定範囲が得られることになる。すなわち、単電源で駆動する場合でも、充電又は放電に応じて、基準電圧を容易に変化させることにより、測定範囲を両電源で駆動したときと同程度に確保することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気自動車は、放電電流（正方向の電流）に対して、充電電流（負方向の電流）は、数分の１程度しか流れない。このような場合、放電電流の測定範囲に合わせて検出抵抗を選択すると、充電電流側は測定範囲の数分の１程度の検出しかしない。
【００１５】
また、充電電流の測定範囲に合わせて検出抵抗を選択して、放電電流を測定する場合には、測定範囲を超えてしまう。
【００１６】
本発明は、正の電流を測定する場合と負の電流を測定する場合とで、検出抵抗の値を変えることにより、正負個々の測定範囲を設定して、センサ能力を有効に使用することができる非接触型センサを提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項１の発明は、磁心に巻回されたコイルの一次巻線に流れる被測定電流に応じて前記コイル内に磁束を発生し、前記磁心のギャップ内に配置したホール素子の出力を電流バッファと前記コイルの二次巻線とを介して検出抵抗の他端に出力し、発生した磁束の方向に応じた正方向の電流または負方向の電流を前記コイルの二次巻線を介して前記検出抵抗に流し、前記検出抵抗の両端電圧を出力電圧として検出する非接触型センサであって、前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記二次巻線を流れる前記正方向の電流または前記負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更する基準電圧制御回路を備え、前記検出抵抗は、前記正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第１の検出抵抗と、前記負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第２の検出抵抗とからなり、さらに、第１のダイオードを前記第１の検出抵抗に直列に接続した第１の直列回路と、前記第１のダイオードの極性と逆極性となるように配置された第２のダイオードを前記第２の検出抵抗に直列に接続した第２の直列回路とを設け、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路とを並列に接続したことを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明によれば、コイル内に発生した磁束の方向に応じた電流がコイルの二次巻線を介して検出抵抗に流れると、基準電圧制御回路は、検出抵抗の一端に印加される電圧を二次巻線を流れる正方向の電流または負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更するため、放電時と充電時には、検出抵抗の両端を測定すると、アース電圧と単電源電圧の範囲の測定範囲が得られる。また、正方向の電流測定時には正方向の電流が第１の直列回路の第１のダイオード及び第１の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。また、負方向の電流測定時には負方向の電流が第２の直列回路の第２のダイオード及び第２の検出抵抗を流れ、第２の検出抵抗が負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００２２】
請求項２の発明は、磁心に巻回されたコイルの一次巻線に流れる被測定電流に応じて前記コイル内に磁束を発生し、前記磁心のギャップ内に配置したホール素子の出力を電流バッファと前記コイルの二次巻線とを介して検出抵抗の他端に出力し、発生した磁束の方向に応じた正方向の電流または負方向の電流を前記コイルの二次巻線を介して前記検出抵抗に流し、前記検出抵抗の両端電圧を出力電圧として検出する非接触型センサであって、前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記二次巻線を流れる前記正方向の電流または前記負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更する基準電圧制御回路を備え、前記正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第１の検出抵抗と、この第１の検出抵抗に直列に接続された第２の検出抵抗と、この第２の検出抵抗と並列に接続され且つ前記正方向の電流が流れるときにオンするダイオードとを有し、さらに、前記第１の検出抵抗の抵抗値と前記第２の検出抵抗の抵抗値との合計抵抗値が前記負方向の電流測定範囲に応じた値に設定されてなることを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明によれば、正方向の電流測定時には正方向の電流がダイオード及び第１の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。また、負方向の電流測定時には負方向の電流が第１の検出抵抗及び第２の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗の抵抗値と第２の検出抵抗の抵抗値との合計抵抗値が負方向の電流測定範囲に応じた値になっているため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００２４】
請求項３の発明の前記基準電圧制御回路は、前記検出抵抗の両端の電圧差に基づき、前記検出抵抗の一端に印加される電圧を前記アース電圧又は前記単電源電圧に変更することを特徴とする。
【００２５】
請求項３の発明によれば、基準電圧制御回路は、検出抵抗の両端の電圧差に基づき、検出抵抗の一端に印加される電圧をアース電圧又は単電源電圧に変更するため、放電時と充電時には、検出抵抗の両端を測定すると、アース電圧と単電源電圧の範囲の測定範囲が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非接触型センサのいくつかの実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
＜第１実施の形態＞
本発明の非接触型センサの第１実施の形態を説明する。ここでは、非接触センサとして単電源電流センサに適用する。図１は第１実施の形態の単電源電流センサの概略構成図である。
【００２８】
図１において、コイル５の二次巻線にはコンパレータ１７の反転入力端子（−）が接続され、このコンパレータ１７の反転入力端子と非反転入力端子（＋）との間には、第１のダイオードＤ１とこの第１のダイオードＤ１に直列に接続された第１の検出抵抗Ｒ３が接続されている。この第１のダイオードＤ１と第１の検出抵抗Ｒ３とで第１の直列回路を構成する。
【００２９】
また、コンパレータ１７の反転入力端子と非反転入力端子（＋）との間には、第２のダイオードＤ２とこの第２のダイオードＤ２に直列に接続された第２の検出抵抗Ｒ４が接続されている。第２のダイオードＤ２と第２の検出抵抗Ｒ４とで第２の直列回路を構成する。並列に接続された第１の直列回路及び第２の直列回路の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして取り出すようになっている。
【００３０】
ここで、第１のダイオードＤ１は、正方向の電流（放電電流）Ｉ１の測定時にオンとなり、第２のダイオードＤ２は、負方向の電流（充電電流）Ｉ２測定時にオンとなるように極性が配置されている。
【００３１】
コンパレータ１７は、並列に接続された第１の直列回路及び第２の直列回路の両端電圧を入力し、被測定電流が正方向の電流のときに“Ｌ”レベルを出力し、負方向の電流のときに“Ｈ”レベルを出力する。バッファ１９は、コンパレータ１７からの“Ｌ”レベルにより、“Ｌ”レベルをＮＰＮのトランジスタＴＲ３のベース及びＰＮＰのトランジスタＴＲ４のベースに出力する。
【００３２】
バッファ１９は、コンパレータ１７からの“Ｈ”レベルにより、“Ｈ”レベルをＮＰＮのトランジスタＴＲ３のベース及びＰＮＰのトランジスタＴＲ４のベースに出力する。
【００３３】
トランジスタＴＲ３，ＴＲ４は、零電圧または電源電圧の基準電圧を得るための基準電圧制御回路を構成する。基準電圧制御回路は、第１の検出抵抗Ｒ３及び第２の検出抵抗Ｒ４の一端に印加される電圧を二次巻線５ｂを流れる正方向の電流または負方向の電流に応じて、アース電圧又は電源電圧に変更する。
【００３４】
第１の検出抵抗Ｒ３は、正方向の電流測定時に正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値が選択されている。第２の検出抵抗Ｒ４は、負方向の電流測定時に負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値が選択されている。
【００３５】
なお、図１に示すその他の構成において、図３に示す部分と同一部分は、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
次にこのように構成された第１実施の形態の単電源電流センサの動作を説明する。
【００３７】
まず、負荷の変動に伴って、図示しないメインバッテリから一次巻線５ａに放電電流が流れる。この放電電流によって、コイル５のコア内に磁束が発生し、ホール素子９の出力には磁束に対応する電圧が得られる。
【００３８】
この電圧は差動増幅回路１３によって、０Ｖ〜＋Ｂの範囲で増幅されて電流バッファ１５に出力され、電流バッファ１５のトランジスタＴＲ１がオン状態となって、コイル５に発生した磁束に応じた電流が二次巻線５ｂ、検出抵抗Ｒに向かって流れる（正方向の電流）。
【００３９】
ここで、正方向の電流測定時には、二次巻線５ｂから電流Ｉ１が第１のダイオードＤ１を通り、第１の検出抵抗Ｒ３に流れる。このため、第１の検出抵抗Ｒ３の電圧降下により、コンパレータ１７の出力は、“Ｌ”レベルとなるので、バッファ１９の出力も“Ｌ”レベルとなり、トランジスタＴＲ４がオンして、トランジスタＴＲ４のエミッタの電圧、すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆは、ほぼ零となる。
【００４０】
このとき、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｉ１×Ｒ３
で表される。
【００４１】
また、負方向の電流測定時には、出力電流Ｉ２は、第２の検出抵抗Ｒ４、第２のダイオードＤ２、二次巻き線５ｂと流れる。このため、コンパレータ１７の出力は、“Ｈ”レベルとなり、バッファ１９の出力も“Ｈ”レベルとなり、トランジスタＴＲ３がオンして、基準電圧Ｖｒｅｆは、ほぼ電源電圧＋Ｂとなる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝−Ｉ２×Ｒ４
で表される。
【００４２】
ここで、被測定電流の絶対値が同じであれば、電流Ｉ１と電流Ｉ２との絶対値も同じになる。また、正方向の電流（放電電流）に対して、負方向の電流（充電電流）は、例えば１／５である。このため、正方向の電流の測定範囲に対して、負方向の電流の測定範囲が１／５で済む。
【００４３】
このため、正方向の電流の測定範囲に合わせて第１の検出抵抗Ｒ３を選択すれば、選択した第１の検出抵抗Ｒ３に対して、第２の検出抵抗Ｒ４は、
Ｒ４＝５×Ｒ３
となる。
【００４４】
これにより、負方向の電流の測定範囲は、正方向の電流測定範囲に対して１／５となるが、出力電圧の分解能は、５倍となる。これにより、負方向の電流を測定した場合でも、センサの能力を有効に使用することができる。
【００４５】
このように、検出抵抗の一端に印加される電圧を二次巻線を流れる正方向の電流または負方向の電流に応じて、アース電圧又は単電源電圧に変更するため、放電時と充電時には、検出抵抗の両端を測定すると、アース電圧と単電源電圧の範囲の測定範囲が得られる。
【００４６】
また、正方向の電流測定時には、第１の検出抵抗が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。また、負方向の電流測定時には、第２の検出抵抗が負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００４７】
このように、正負の被測定電流の大きさに応じて、測定範囲を個々に設定する。すなわち、正の電流を測定する場合と負の電流を測定する場合とで、検出抵抗の値を変えることにより、正負個々の測定範囲を設定して、センサ能力を有効に使用することができる。
【００４８】
＜第２実施の形態＞
次に、本発明の非接触型センサの第２実施の形態を説明する。ここでは、非接触センサとして単電源電流センサに適用する。図２は第２実施の形態の単電源電流センサの概略構成図である。
【００４９】
コンパレータ１７の反転入力端子と非反転入力端子（＋）との間には、正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有する第３の検出抵抗Ｒ６及びこの第３の検出抵抗Ｒ６に直列に接続された第４の検出抵抗Ｒ５が接続されている。
【００５０】
第４の検出抵抗Ｒ５には並列に第３のダイオードＤ３が接続されており、この第３のダイオードＤ３は、正方向の電流が流れるときにオンするようになっている。
【００５１】
また、直列に接続された第３の検出抵抗Ｒ６及び第４の検出抵抗Ｒ５の両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして取り出すようになっている。第３の検出抵抗Ｒ６の抵抗値と第４の検出抵抗Ｒ５の抵抗値との合計抵抗値が負方向の電流測定範囲に応じた値に設定されてなる。
【００５２】
なお、図２に示すその他の構成において、図３に示す部分と同一部分は、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
このように構成された第２実施の形態の単電源電流センサによれば、正方向の電流測定時には正方向の電流Ｉ１が第３のダイオードＤ３及び第３の検出抵抗Ｒ６を流れ、第３の検出抵抗Ｒ６が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００５４】
また、負方向の電流測定時には負方向の電流Ｉ２が第３の検出抵抗Ｒ６及び第４の検出抵抗Ｒ５を流れ、第３の検出抵抗Ｒ６の抵抗値と第４の検出抵抗Ｒ５の抵抗値との合計抵抗値が負方向の電流測定範囲に応じた値になっているため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００５５】
従って、第２実施の形態の単電源電流センサにおいても、第１実施の形態の単電源電流センサの効果と同様に効果が得られるものとなる。
【００５６】
なお、本発明は前述した第１実施の形態及び第２実施の形態の非接触型センサに限定されるものではない。第１実施の形態及び第２実施の形態では、電流検出型のセンサを例示したが、本発明は、単電源駆動型の電圧センサに適用してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、正方向の電流測定時には正方向の電流が第１の直列回路の第１のダイオード及び第１の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。また、負方向の電流測定時には負方向の電流が第２の直列回路の第２のダイオード及び第２の検出抵抗を流れ、第２の検出抵抗が負方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００５９】
請求項２の発明によれば、正方向の電流測定時には正方向の電流がダイオード及び第１の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗が正方向の電流測定範囲に応じた抵抗値を有するため、正方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。また、負方向の電流測定時には負方向の電流が第１の検出抵抗及び第２の検出抵抗を流れ、第１の検出抵抗の抵抗値と第２の検出抵抗の抵抗値との合計抵抗値が負方向の電流測定範囲に応じた値になっているため、負方向の電流測定が測定範囲内で確実に行える。
【００６０】
請求項３の発明によれば、基準電圧制御回路は、検出抵抗の両端の電圧差に基づき、検出抵抗の一端に印加される電圧をアース電圧又は単電源電圧に変更するため、放電時と充電時には、検出抵抗の両端を測定すると、アース電圧と単電源電圧の範囲の測定範囲が得られるため、単電源で各回路を駆動していても、両電源駆動で各回路を駆動したときと同様な測定範囲が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態の単電源電流センサの概略構成図である。
【図２】第２実施の形態の単電源電流センサの概略構成図である。
【図３】従来の単電源電流センサの概略構成図である。
【符号の説明】
５  コイル
７  磁心
５ａ  一次巻線
５ｂ  二次巻線
９  ホール素子
１３  差動増幅回路
１５  電流バッファ
１７  コンパレータ
１９  バッファ
Ｒ３  第１の検出抵抗
Ｒ４  第２の検出抵抗
Ｒ５  第４の検出抵抗
Ｒ６  第３の検出抵抗
ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４  トランジスタ
Ｄ１  第１のダイオード
Ｄ２  第２のダイオード
Ｄ３  第３のダイオード
【図１】
0003561173.tif 000002
【図２】
0003561173.tif 000003
【図３】
0003561173.tif 000004