(57)【要約】【課題】設置スペース、重量および製造コストが増大を抑止しつつ、地磁気の影響を低減可能な移動体用電流検出装置を提供すること。【解決手段】被検出電流が流れるバスバー４にＭＲ素子チップ７が設けられる。ＥＣＵは、ナビゲーション装置２から読み込んだ地磁気の方向を利用することにより、ＭＲ素子チップ７の出力から地磁気の影響を排除した被検出電流を演算する。【選択図】図２
2006145355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流が流れる導線に近接配置されて検出した磁界に基づいて前記被検出電流を検出する磁気式電流センサを有する移動体用電流検出装置において、
検出乃至入力される前記磁気式電流センサの方向に関する情報に基づいて前記磁気式電流センサの出力を補正して前記磁気式電流センサの出力に作用する地磁気の影響をキャンセルする地磁気キャンセル回路を有することを特徴とする移動体用電流検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の移動体用電流検出装置において、
前記地磁気キャンセル回路は、
車載ナビゲーション装置からの車両方向情報に基づいて前記磁気式電流センサに作用する地磁気の影響をキャンセルすることを特徴とする移動体用電流検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の移動体用電流検出装置において、
前記地磁気キャンセル回路は、
前記被検出電流が０である場合の前記磁気式電流センサの出力に基づいて前記地磁気の絶対値に関する情報を取得することを特徴とする移動体用電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体用電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検出電流が流れる導線に近接配置された磁気センサにより、この被検出電流が形成した磁界を検出して被検出電流の大きさに連動する磁界信号を出力する磁気式電流センサ（以下、単に電流センサとも言う）として、ホール効果を用いるホール効果素子方式、磁界による電気抵抗値の変化を検出する磁気抵抗素子（ＭＲ素子）方式、磁界によるインピーダンスの変化を検出する磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）方式などが知られている。ただし、上記ＭＲ素子方式は巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ 素子）方式を含むものとする。下記の特許文献１は、ＭＲ素子を用いた磁気センサを記載し、下記の特許文献２はＭＩ素子を用いた電流センサを記載している。これらのセンサでは出力特性向上などのためにバイアス磁界が必要に応じて付与される。
【０００３】
この種の電流センサは、広いダイナミックレンジをもつため自動車などの移動体用電流検出装置として広く採用されつつある。
【特許文献１】特開２０００−１７４３５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の電流センサでは、磁界に応じて出力を発生する上記素子には電流磁界に加えて地磁気が作用するため、素子の出力は、電流連動出力成分に加えて地磁気連動出力成分をもち、この地磁気連動出力成分の変動が電流連動出力成分のノイズ要因となるという問題があった。この問題を改善するために、素子および被検出電流が流れる導線を磁性部材により磁気シールドすることは古くから知られている手法であるが、この磁性部材により電流磁界の磁路が変化したり、しばしば用いられるバイアス磁界の磁路が変化し、素子の出力特性自体が変化してしまうという問題や、設置スペース、重量および製造コストが増大してしまうという問題が派生した。
【０００５】
その他、被検出電流から磁気的に離れて地磁気のみを検出する地磁気検出専用の素子を追加し、電流検出用の素子の出力と地磁気検出専用の素子の出力とを演算処理して上記地磁気連動出力成分をキャンセルした出力を得ることも考えられる。しかしながら、この方式によれば、回路の構成および処理が複雑となるとともに地磁気検出用素子への被検出電流の磁気的影響を低減する対策が必要となるため、磁気シールドの場合と同様に設置スペース、重量および製造コストが増大するという問題や、地磁気検出用素子のノイズの分だけＳＮ比が低下するという問題が派生した。
【０００６】
その他、地磁気の方向を基準とする磁気センサの配置方向が常に一定かつ既知であれば、磁気センサに対する地磁気の影響は一定、既知であるため、演算処理により地磁気が磁気センサの出力へ与える影響は演算処理によりキャンセルできる。しかしながら、移動体に搭載した磁気センサに作用する地磁気の影響は、移動体の姿勢すなわち地磁気の方向を基準とする磁気センサの配置方向に応じて変動するため、このような演算処理ではキャンセルすることはできない。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、設置スペース、重量および製造コストが増大を抑止しつつ、地磁気の影響を低減可能な移動体用電流検出装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の移動体用電流検出装置は、被検出電流が流れる導線に近接配置されて検出した磁界に基づいて前記被検出電流を検出する磁気式電流センサを有する移動体用電流検出装置において、検出乃至入力される前記磁気式電流センサの方向に関する情報に基づいて前記磁気式電流センサの出力を補正して前記磁気式電流センサの出力に作用する地磁気の影響をキャンセルする地磁気キャンセル回路を有することを特徴としている。なお、ここで言う移動体とは地表面乃至水面（水平面とみなす）を走行する移動体を意味するものとする。
【０００９】
すなわち、この発明は、磁気センサの出力に対する地磁気の影響が、水平面内における地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向に応じて変化することを利用している。更に具体的に説明すると、地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向が判定できれば、磁気式電流センサの出力における地磁気による出力分は判明する。そこで、地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向を検出し、この磁気式電流センサの配置方向の関数値としての地磁気による磁気式電流センサの出力分を磁気式電流センサの出力からキャンセルする演算を行えば、地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向が変動することによる磁気式電流センサの出力変動をキャンセルすることができるはずである。
【００１０】
そこで、この発明では、地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向（好適には、水平面内における地磁気の方向を基準とするセンサの配置方向を言うものとする）を検出し、この磁気式電流センサの配置方向を用いて地磁気による磁気式電流センサの出力への影響をキャンセルする。これにより、移動体の配置方向に影響されない電流磁界をセンサにより検出することができるため、この電流磁界から電流を求めることが可能となる。その結果として、本発明によれば、設置スペース、重量および製造コストが増大を抑止しつつ、地磁気の影響を低減可能な移動体用電流検出装置の実現が可能となる。
【００１１】
好適な態様において、前記地磁気キャンセル回路は、車載ナビゲーション装置からの車両方向情報に基づいて前記磁気式電流センサに作用する地磁気の影響をキャンセルする。このようにすれば、地磁気の方向を基準とする磁気式電流センサの配置方向を検出するために、車両既載の車載ナビゲーション装置を用いるため、装置構成を簡素化することができる。
【００１２】
好適な態様において、前記地磁気キャンセル回路は、前記被検出電流が０である場合の前記磁気式電流センサの出力に基づいて前記地磁気の絶対値に関する情報を取得する。このようにすれば、車両出荷地域が異なって地磁気の絶対値が変化してもその影響をキャンセルすることができる。
【００１３】
なお、本発明の装置を構成する各回路の機能は、ハードウエア回路の他、この機能をソフトウエア処理すなわちアルゴリズム演算により実行するマイコン回路により構成されてもよいことはもちろんである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を適用した車両用電流検出装置の好適態様を以下の実施例により具体的に説明する。なお、この発明の移動体用電流検出装置は、下記の実施例に限定解釈されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等機能をもつ技術を組み合わせて実現してもよい。
【００１５】
この実施例の車両用電流検出装置の回路構成を図１のブロック回路図を参照して説明する。１は磁気式電流センサ、２は車載のナビゲーション装置、３は車載の電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＥＣＵ３は車両の走行制御用の電子制御装置であり、本発明で言う地磁気キャンセル回路を構成している。
【００１６】
磁気式電流センサ１は、磁界により磁電変換膜の電気抵抗値又は交流インピーダンス値を検出する磁気センサを採用している。この種の磁気式電流センサに用いる磁気センサは、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＭＩ素子などを有するものが知られている。これらの素子は、磁電変換膜と、この膜の抵抗又はインピーダンスを検出するための検出回路とから構成され、感度やリニアリティの向上のためにしばしばバイアス磁界を磁電変換膜に印加するための磁石を含む。
【００１７】
一例としてＭＲ素子を用いた磁気センサについて説明する。ＭＲ素子を有する磁気式電流センサ１は、たとえば、例えばＮｉＦｅ合金等からなる強磁性薄膜（磁電変換膜）の磁界による電気抵抗（磁気抵抗）の変化を検出する。磁気抵抗と磁界方向θとの関係は、Ｒ＝Ｒ１＋（Ｒ２−Ｒ１）ｃｏｓ２θにより定義される。Ｒ１はセンス電流Ｉｓの方向と磁化Ｍの方向とが同一である場合の抵抗値、Ｒ２はセンス電流Ｉｓの方向と磁化Ｍの方向とが直交する場合の抵抗値であり、あらかじめ測定されている。θは電気抵抗（磁気抵抗とも呼称される）を検出するためにＭＲ 素子に通電されるセンス電流の方向と磁界の方向との間の角度である。つまり、ＭＲ素子の抵抗値Ｒはセンス電流に対する磁界の角度θの関数値となる。
【００１８】
ＥＣＵ３は、磁気式電流センサ１から読み込んだその出力に基づいて磁気抵抗Ｒを求める。センス電流を一定とすれば、磁気式電流センサ１の出力電圧は磁気抵抗Ｒに比例する。また、ＥＣＵ３は、車載のナビゲーション装置２から車両の方向を読み込む。ナビゲーション装置２は周知のように車両方向を決定する回路機能を有している。ナビゲーション装置２は、通常、地磁気検出技術を利用して車両方向検出を行うが、車両方向の検出方式自体は周知であり、かつ、この発明の本旨ではないため説明を省略する。車両方向と車載の磁気式電流センサ１の配置方向とは一定の角度関係があるため、車両方向の読み込みにより磁気式電流センサ１の配置方向を判定することができ、磁気式電流センサ１の配置方向により磁気式電流センサ１に作用する地磁気の方向がわかる。磁気式電流センサ１に作用する地磁気の方向が分かれば、磁気式電流センサ１の出力に対する地磁気の影響が決定されるため、公知の数式の演算処理によりそれをキャンセルすることができる。
【００１９】
以下、図２を参照して更に具体的に説明する。
【００２０】
図２では、被検出電流が流れるバスバー４の主面５は水平に配置されており、この主面５上にバイアス磁界発生用の磁石６、ＭＲ素子チップ７がバスバー４の長手方向すなわち被検出電流が流れる方向に配置されている。磁石６およびＭＲ素子チップ７は図示省略した信号処理回路とともに本発明で言う磁気式電流センサ１を構成している。ＭＲ素子チップ７は、両端に電極を有するＭＲタイプの磁電変換膜からなる。ＭＲ素子チップ７の電気抵抗は上記信号処理回路により増幅処理されて電流値に変換され、ＥＣＵ３に出力される。なお、ＭＲ素子チップ７の出力を電流値に変換する信号処理をＥＣＵ３にて行う場合には、この信号処理回路を単なるリニアアンプ又はセンスアンプと、アンプ出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータとだけで構成することも可能である。
【００２１】
図２では、磁石６のＮ極は磁石６の左端に、Ｓ極は磁石６の右端に配置され、これにより磁石６の磁界（バイアス磁界）Ｈｂの方向は図２示すようにＭＲ素子チップ７を右から左に貫通する方向となる。ＭＲ素子チップ７の主面すなわちその膜厚と直交する面は水平に配置されており、ＭＲ素子チップ７にはバイアス磁界Ｈｂと平行にセンス電流が流されている。なお、ＭＲ素子チップ７の姿勢やセンス電流通電方向はこれに限定されるものではない。バスバー４には図２の右から左に被検出電流が流れている。これにより、バスバー４の周囲には電流磁界Ｈｉが図２に示す方向に形成される。すなわち、この電流磁界Ｈｉは、ＭＲ素子チップ７の主面と平行かつバイアス磁界Ｈｂと直角にＭＲ素子チップ７を貫通する。その結果、それらの合成磁界ＨｓがＭＲ素子チップ７をその主面と平行に貫通する。バスバー４に流す電流の大きさにより、合成磁界Ｈｓの角度が変化し、これにより既述した理由によりＭＲ素子チップ７の抵抗値Ｒが変化する。ここで、図２に示す被検出電流が流れる方向およびバイアス磁界Ｈｂの方向は車両の前から後への方向とする。この場合、車両前後方向が東西方向であれば、図２に示すように地磁気の磁界は電流磁界Ｈｉの方向と一致することになり、地磁気を含む合成磁界Ｈｓ‘は増加し、ＭＲ素子チップ７はこの合成磁界Ｈｓ’に応じた抵抗Ｒをもつ。なお、被検出電流が流れる方向およびバイアス磁界Ｈｂの方向は車両の前後方向と一致させる必要はないことは当然である。
【００２２】
抵抗Ｒの値はたとえば定電流であるセンス電流をＭＲ素子チップ７に通電することにより得られるので、抵抗Ｒからセンス電流の方向を基準とする合成磁界Ｈｓの角度と大きさすなわち合成磁界ベクトルの大きさと方向を求めることができる。ナビゲーション装置２から地磁気の方向が得られるため、地磁気の大きさは既知一定とすれば、地磁気ベクトルすなわち地磁気の大きさと方向が得られる。従って、合成磁界ベクトルから地磁気ベクトルをベクトル減算し、求めた減算磁界ベクトルに相当する電流磁界ベクトルを求め、その大きさから被検出電流を演算することができる。
【００２３】
つまり、抵抗Ｒから求めた合成磁界ベクトルＨｓ‘から、バイアス磁界ベクトルＨｂと地磁気ベクトルとを差し引くことにより、電流磁界ベクトルＨｉを算出し、この電流磁界ベクトルの絶対値として被検出電流を演算する。
【００２４】
この被検出電流演算アルゴリズムをＥＣＵ３にソフトウエアとして格納しておき、ナビゲーション装置２から得た車両に対する地磁気の水平面における角度と、電流センサ１から得た抵抗Ｒとをこのソフトウエアに代入して被検出電流演算アルゴリズムを演算すれば、地磁気の影響をキャンセルした被検出電流を算出することができる。ＥＣＵ３により実行される上記演算アルゴリズムの一例を図３のフローチャートに図示する。
【００２５】
なお、この実施態様では、バスバー４の主面５、ＭＲ素子チップ７の主面を水平面としたので、車両が東西方向に向く場合には地磁気の方向は電流磁界Ｈｉの方向と平行となり、車両が南北方向に向く場合には地磁気の方向はバイアス磁界Ｈｂの方向と一致する。
【００２６】
（変形態様）
上記実施例では、ナビゲーション装置２が内蔵する方位センサが検出した車両方位すなわちＭＲ素子チップ７の水平面内での配置方向を利用して電流センサ１への地磁気の影響をキャンセルした。この時の地磁気の大きさは一定とした。その代わりに、バスバー４に電流が流れていないことが確実な期間における電流センサ１の出力とナビゲーション装置２からの地磁気の方向とを用いて、地磁気の大きさを上記と同様に演算し、この地磁気の大きさをその後、バスバー４に被検出電流が流れている期間の地磁気の大きさとして用いてもよい。これにより、世界各地における地磁気の大きさの変化をキャンセルすることができる。なお、バスバー４の被検出電流が０である期間は、たとえばこのバスバー４が車両用電池の充放電電流である場合には、この車両用電池を電流を開閉するスイッチがオフされている期間として検出することができる。上記演算アルゴリズムの一例を図４のフローチャートに図示する。
【００２７】
（変形態様）
その他、演算をＥＣＵ３以外の演算装置により行ってもよく、地磁気の方向を専用の方位センサにより検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例の車両用電流検出装置の一例を示すブロック回路図である。
【図２】図１の電流センサの配置を示す模式平面図である。
【図３】地磁気キャンセル電流検出動作の演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】地磁気の大きさを演算する演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１  磁気式電流センサ
２  ナビゲーション装置
３  電子制御装置（ＥＣＵ）
４  バスバー
５  バスバーの主面
６  バイアス磁界発生用の磁石
７  ＭＲ素子チップ
Ｈｂ  バイアス磁界
Ｈｉ  電流磁界
Ｈｓ  合成磁界
【図１】
2006145355.tif 000003
【図２】
2006145355.tif 000004
【図３】
2006145355.tif 000005
【図４】
2006145355.tif 000006