(57)【要約】【課題】電流センサに含まれる検出素子に異常が生じているか否かを低コストにて判定可能な電流測定システムを提供すること。【解決手段】電流測定システム１００は、測定対象の電流を通電可能な導体２、所定の検出方向に沿う方向の第１磁界の強度を検出可能な検出素子４、導体及び検出素子を囲む磁界シールド部材１０、及び、検出方向に沿う方向の第２磁界を発生可能なコイル７、を有する電流センサ１と、電流センサを制御する制御装置８を備える。制御装置は、導体への通電時に検出素子によって検出された第１磁界の強度に基づき、導体を流れる電流の大きさを測定し、導体への通電とは独立してコイルから第２磁界を発生させると共に検出素子によって検出された第２磁界の強度に基づき、検出素子の感度を調整する、ように構成される。【選択図】図４
2018189546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の電流を通電可能な導体、所定の検出方向に沿う方向の第１磁界の強度を検出可能な検出素子、前記導体及び前記検出素子を囲む磁界シールド部材、及び、前記検出方向に沿う方向の第２磁界を発生可能なコイル、を有する電流センサと、
前記電流センサを制御する制御装置であって、前記導体への通電時に前記検出素子によって検出された前記第１磁界の強度に基づき、前記導体を流れる電流の大きさを測定し、前記導体への通電とは独立して前記コイルから前記第２磁界を発生させると共に前記検出素子によって検出された前記第２磁界の強度に基づき、前記検出素子の感度を調整する、ように構成された制御装置と、を備えた、
電流測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置は、
前記第２磁界の強度が前記導体への通電時に生じる前記第１磁界の強度の最大値以下であるように前記コイルを作動させる、ように構成された、
電流測定システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置は、
前記第１磁界による前記検出素子の検出値が所定の閾値以下であるとき、前記コイルから基準強度の前記第２磁界を発生させ、
前記第２磁界による前記検出素子の検出値に基づき、前記検出素子の感度調整の要否を判定し、
前記検出素子の感度調整が必要と判定した場合、前記検出素子の検出値が前記基準強度に応じた値になるように前記検出素子の感度を調整する、ように構成された、
電流測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサ及びその電流センサの制御装置を備えた電流測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のバッテリに繋がる電流路などを流れる電流の大きさを測定するための電流センサが提案されている。例えば、従来の電流センサの一つは、そのような電流路に繋がるバスバーと、バスバーの近傍に配置されると共にバスバーを通過する電流に起因して生じる磁界の強度（換言すると、磁束密度の大きさ）を検出可能な検出素子と、を備えている。この従来の電流センサは、電流路への通電時における検出素子の検出値に基づき、電流路を流れる電流の大きさを測定するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０６８５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の電流センサには、１つの検出素子が設けられている。しかし、例えば、電流センサが長期間に亘って使用された際、検出素子の経年劣化などの理由により、検出素子によって本来検出されるべき検出値と、実際の検出値と、が十分に一致しなくなる場合がある。換言すると、検出素子の検出値の誤差が、電流センサの設計時に想定している誤差よりも大きくなる場合がある。このような異常が検出素子に生じているか否か判定する手法として、例えば、電流センサに複数の検出素子を設けると共に、それら検出素子の検出値のばらつきに基づいて異常の有無を判定する手法が挙げられる。
【０００５】
しかし、複数の検出素子を電流センサに設けると、磁界の強度を検出する観点からは本来は不要な検出素子が電流センサに含まれることとなる。その結果、余分な検出素子の分だけ、電流センサの製造コストが高まることとなり得る。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流センサに含まれる検出素子に異常が生じているか否かを低コストにて判定可能な電流測定システム、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電流測定システムは、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１）
測定対象の電流を通電可能な導体、所定の検出方向に沿う方向の第１磁界の強度を検出可能な検出素子、前記導体及び前記検出素子を囲む磁界シールド部材、及び、前記検出方向に沿う方向の第２磁界を発生可能なコイル、を有する電流センサと、
前記電流センサを制御する制御装置であって、前記導体への通電時に前記検出素子によって検出された前記第１磁界の強度に基づき、前記導体を流れる電流の大きさを測定し、前記導体への通電とは独立して前記コイルから前記第２磁界を発生させると共に前記検出素子によって検出された前記第２磁界の強度に基づき、前記検出素子の感度を調整する、ように構成された制御装置と、を備えた、
電流測定システムであること。
（２）
上記（１）に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置は、
前記第２磁界の強度が前記導体への通電時に生じる前記第１磁界の強度の最大値以下であるように前記コイルを作動させる、ように構成された、
電流測定システムであること。
（３）
上記（１）又は上記（２）に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置は、
前記第１磁界による前記検出素子の検出値が所定の閾値以下であるとき、前記コイルから基準強度の前記第２磁界を発生させ、
前記第２磁界による前記検出素子の検出値に基づき、前記検出素子の感度調整の要否を判定し、
前記検出素子の感度調整が必要と判定した場合、前記検出素子の検出値が前記基準強度に応じた値になるように前記検出素子の感度を調整する、ように構成された、
電流測定システムであること。
【０００８】
上記（１）の構成の電流検出システムによれば、電流センサに設けられたコイルを用いて発生させた磁界（第２磁界）を利用し、検出素子に異常が生じているか否かを判定できる。例えば、導体に電流が流れていないとき（即ち、第１磁界が生じていないとき）、コイルから予め強度を定めた第２磁界を発生させると共に、検出素子の検出値を取得する。このときの検出値が第２磁界の強度に十分に対応しているか否かに基づき、検出素子に異常が生じているか否か判定できる。なお、一般に、電流センサにコイルを設ける際に要するコストは、上述したように本来的には不要な余分な検出素子を追加する際に要するコストよりも小さい。
【０００９】
したがって、本構成の電流検出システムは、電流センサに含まれる検出素子に異常が生じているか否かを低コストにて判定可能である。
【００１０】
上記（２）の構成の電流検出システムによれば、コイルから第２磁界を発生させるとき、導体を流れる電流によって発生する第１磁界の強度の最大値以下となるように第２磁界の強度が制御されることになる。電流センサの構成部品は、通常、第１磁界によって過度な磁化が生じないように構成されている。そのため、第２磁界の強度がこのように制御されれば、第２磁界によって電流センサの構成部品が意図せず磁化してしまうことを抑制できる。よって、本構成の電流検出システムは、電流センサの構成部品の磁化に起因する測定誤差などを抑制できる。
【００１１】
上記（３）の構成の電流測定システムによれば、コイルから基準強度の第２磁界を発生させたときの検出素子の検出値に基づき、検出素子の感度調整の要否（換言すると、検出素子の異常の有無）を判定できる。更に、検出素子の感度調整が必要である場合、第２磁界の強度（基準強度）が予め分かっているため、検出素子の検出値が基準強度に対応した値になるように、検出素子の感度調整を行えばよい。
【００１２】
なお、第１磁界による検出素子の検出値の閾値は、このような感度調整を行う観点から適正な値に定められればよく、特に制限されない。この閾値は、ゼロであっても、ゼロよりも大きな値であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流センサに含まれる検出素子に異常が生じているか否かを低コストにて判定可能な電流測定システム、を提供できる。
【００１４】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電流センサの斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１に示す電流センサにおける、図２のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る電流測定システムの回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電流センサ１、及び、電流センサ１を用いた本発明の実施形態に係る電流測定システム１００について説明する。
【００１７】
図１〜図３に示すように、電流センサ１は、電流が流れる導体であるバスバー２と、バスバー２を流れる電流の大きさ（電流値）を測定するセンサ本体３と、センサ本体３を収容する樹脂ケース６と、樹脂ケース６に固定されると共にバスバー２及びセンサ本体３を外側から囲む磁界シールド部材１０と、センサ本体３に設けられると共に磁界（第２磁界）を発生可能なコイル７と、を備えている。
【００１８】
以下、説明の便宜上、図１に示すように、「ｘ方向」、「ｙ方向」及び「ｚ方向」を定義する。ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、互いに直交している。以下、電流センサ１を構成する各部材について順に説明していく。
【００１９】
バスバー２は、ｘ方向に延びるストレート状の金属プレートである。バスバー２は、その中央箇所が樹脂ケース６内を貫通し、その両端部が樹脂ケース６より露出している。
【００２０】
樹脂ケース６は、バスバー２、及びセンサ本体３をインサート部品としてインサート樹脂成形により形成されている。樹脂ケース６は、外部出力用コネクタ部６ａを一体に有している。外部出力用コネクタ部６ａには、外部機器に接続された相手方コネクタ（図示省略）が接続される。外部出力用コネクタ部６ａに相手方コネクタが接続されることで、電流センサ１の検出値（算出された電流値）が外部機器に出力されるようになっている。
【００２１】
磁界シールド部材１０は、ｚ方向に延びる底面部１１と、底面部１１の両端より上方（ｙ方向）に突出する一対の側面壁１２と、からなり、略コ字形状に形成されている。底面部１１の直上位置に、バスバー２が配置されている。
【００２２】
磁界シールド部材１０は、樹脂ケース６に、例えば、下方（ｙ方向）からの圧入によって固定されている。磁界シールド部材１０は、電流センサ１の周囲の外部磁界に起因する電流センサ１の測定精度の低下を抑制するために設けられている。
【００２３】
磁界シールド部材１０は、例えば、パーマロイやケイ素銅などの残留磁束密度が小さい軟磁性材料で構成される。磁界シールド部材１０が軟磁性材料で構成されることで、磁界シールド部材１０の残留磁化に起因する電流センサ１の測定精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
センサ本体３は、磁界強度（磁束密度）を検出する検出素子であるホール素子４と、ホール素子４が固定された回路基板５と、を備える。なお、回路基板５に設けられた複数の開口５ａ（図３を参照）は、上述した相手方コネクタとの接続に用いる端子を設けるためのスルーホールである。
【００２５】
ホール素子４は、バスバー２の上方位置、且つ、磁界シールド部材１０に囲まれた位置に配置されている。ホール素子４は、一方向（ｚ方向）に沿う向き（磁束密度検知方向）の磁界（磁束密度）のみを検出可能になっている。
【００２６】
ホール素子４は、本例では、バスバー２を流れる電流に起因して生じる磁界（第１磁界）の向きが磁束密度検知方向（ｚ方向）と一致し、且つ、外部磁界に起因して生じる磁界の向きが磁束密度検知方向に直交する方向（具体的には、ｙ方向）となる位置に配置されている。具体的には、図２及び図３に示すように、ホール素子４は、回路基板５においてｚ方向の一方側に寄った位置に配置されている。これにより、ホール素子４は、外部磁界の影響を受けることなく、バスバー２を流れる電流に起因して生じる第１磁界の強度（換言すると、第１磁界の強度に比例するバスバー２を流れる電流の電流値）を精度良く検出し得るようになっている。
【００２７】
回路基板５には、図２及び図３に示すように、コイル７が実装されている。コイル７は、ホール素子４の異常の有無（感度調整を行う必要性の有無）を判定する際に必要な第２磁界を発生させるために設けられている（詳細は後述される）。
【００２８】
コイル７は、例えば、回路基板５の表面に実装可能なチップインダクタと同様の構造を有している。コイル７の中心にコアが用いられる場合、コアは、金属やセラミック等の熱膨張収縮し難く且つ経年劣化し難い材料で構成されることが好適である。
【００２９】
コイル７は、通電により発生する第２磁界の向きがホール素子４の位置にて磁束密度検知方向（ｚ方向）と一致するように、配置されている。本例では、図２及び図３に示すように、同形の３つのコイル７が、回路基板５においてｚ方向の中央位置にてｘ方向に沿って間隔を空けて配置されている。３つのコイル７が配置されているのは、ホール素子４の周囲にて磁束密度検知方向に沿った均一な第２磁界を広範囲に亘って発生させるためである。
【００３０】
回路基板５には、ホール素子４が検出した磁界の強度（磁束密度）に基づいて電流値を算出する制御装置８（図１〜３では図示省略。図４を参照）が設けられている。図４に示すように、この制御装置８には、電流制御回路８ａ、タイミング調整回路８ｂ、及び、感度調整回路８ｃが含まれている。電流制御回路８ａは、コイル７へ通電する電流の大きさを制御するための回路である。タイミング調整回路８ｂは、ホール素子４の駆動タイミング、及び、コイル７への通電タイミングを制御するための回路である。感度調整回路８ｃは、ホール素子４からの検出値の増幅率（ゲイン）を調整する回路である。即ち、感度調整回路８ｃを制御して検出値の増幅率を調整することで、ホール素子４の検出値（算出された電流値）の感度調整を行うことができるようになっている。
【００３１】
更に、電流制御回路８ａは、コイル７への通電により発生する第２磁界の強度が、バスバー２を流れる電流に起因する第１磁界の強度の最大値以下となるように、コイル７への通電を制御するようになっている。これにより、ホール素子４の異常の有無を判定するために発生させる第２磁界により、センサ本体３を構成する各構成部品が磁化してしまうことを防止できる。なお、センサ本体３は、バスバー２を流れる電流に起因する第１磁界によっては、異常な磁化が生じないように構成されている。
【００３２】
上記のように構成された電流センサ１と、上述した制御装置８（電流制御回路８ａ、タイミング調整回路８ｂ及び感度調整回路８ｃ）と、により、本発明の実施形態に係る電流測定システム１００が構成される。
【００３３】
次いで、上記のように構成された電流センサ１（電流測定システム１００）の作動について説明する。電流測定システム１００は、通常の稼働状態において、バスバー２に電流が流れると、このバスバー２を流れる電流に起因して発生する第１磁界の強度（磁束密度）を検出し、この検出結果に基づいて電流値（検出値）を算出する。この検出値は、樹脂ケース６の外部出力用コネクタ部６ａに接続された相手方コネクタを介して外部機器に出力される。
【００３４】
ところで、電流センサ１のホール素子４の経年劣化等の理由により、本来検出されるべき値（真の値）と実際の検出値との間に誤差等が生じる場合がある。電流測定システム１００では、コイル７を利用することで、このようなホール素子４の異常の有無を判定し、異常ありと判定された場合、上述した感度調整を行うことで異常を解消することができる。以下、この点について説明する。
【００３５】
このような異常の有無の判定は、例えば、バスバー２に電流が流れていないときに行われる。具体的には、例えば、ホール素子４の検出値が所定値（ゼロ又は微小値）以下のとき、コイル７に所定の電流を通電させることで、予め定められた「基準強度」の第２磁界を発生させる。このように発生した第２磁界に基づくホール素子４の検出値が、所定の正常範囲内か否かが判定される。
【００３６】
検出値が所定の正常範囲内である場合、「異常なし」と判定されて、上述した通常の稼働状態に移行する。一方、検出値が所定の正常範囲外である場合、「異常あり」と判定される。後者の場合、更に、増幅回路の増幅率の調整（即ち、ホール素子４の感度調整）を行うか否かが判定される。検出値が所定の正常範囲から大きく乖離しており、ホール素子４の感度調整では異常を解消不能（感度調整を行わない）と判定された場合、「異常」を知らせる信号が電流測定システムから出力される。
【００３７】
一方、検出値が所定の正常範囲から大きく乖離しておらず、ホール素子４の感度調整で異常を解消可能（感度調整を行う）と判定された場合、第２磁界によるホール素子４の検出値が「基準強度」に応じた値になるように、感度調整回路８ｃによる増幅率の調整（ホール素子４の感度調整）が行われる。これにより、ホール素子４の検出値が本来検出されるべき値（真の値）に一致する（若しくは、近づく）ことで、ホール素子４の異常が解消される。
【００３８】
以上、本発明の実施形態に係る電流センサ１及び電流測定システム１００によれば、電流センサ１に内蔵されたコイル７から発生させる第２磁界を利用して、ホール素子４の異常の有無を判定できる。具体的には、バスバー２に電流が流れていないとき（即ち、ホール素子４によって検出するべき第１磁界が生じていないとき）、コイル７から予め強度を定めた第２磁界を発生させ、ホール素子４の検出値を評価する。この検出値が第２磁界の強度に対応しているか否かにより、ホール素子４の異常の有無を判定できる。
【００３９】
更には、コイル７は、第２磁界によるホール素子４の検出値の最大値が、第１磁界によるホール素子４の検出値の最大値以下であるように構成されている。これにより、ホール素子４の異常の有無を判定するための第２磁界により、センサ本体３を構成する各構成部品が磁化してしまうことを防止できる。
【００４０】
＜他の態様＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、コイル７が３つ配置されている。しかし、コイル７は、１つのみ配置されていても、３つ以外の複数個配置されていてもよい。更に、回路基板５において、ホール素子４がｚ方向の一方側に寄った位置に配置され、コイル７がｚ方向の中央位置に配置されている。しかし、ホール素子４がｚ方向の中央位置に配置され、コイル７がｚ方向の一方側に寄った位置に配置されていてもよい。
【００４２】
更に、上記実施形態では、ホール素子４の感度調整は、バスバー２に電流が流れていないとき（具体的には、ホール素子４の検出値が所定値以下のとき）に行われている。しかし、感度調整に影響を与えない程度の微小な電流であれば、バスバー２に電流が流れていてもよい。
【００４３】
ここで、上述した本発明に係る電流測定システムの特徴をそれぞれ以下（１）〜（３）に簡潔に纏めて列記する。
（１）
測定対象の電流を通電可能な導体（２）、所定の検出方向に沿う方向の第１磁界の強度を検出可能な検出素子（４）、前記導体及び前記検出素子を囲む磁界シールド部材（１０）、及び、前記検出方向に沿う方向の第２磁界を発生可能なコイル（７）、を有する電流センサ（１）と、
前記電流センサを制御する制御装置（８）であって、前記導体への通電時に前記検出素子によって検出された前記第１磁界の強度に基づき、前記導体を流れる電流の大きさを測定し、前記導体への通電とは独立して前記コイルから前記第２磁界を発生させると共に前記検出素子によって検出された前記第２磁界の強度に基づき、前記検出素子の感度を調整する、ように構成された制御装置と、を備えた、
電流測定システム（１００）。
（２）
上記（１）に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置（８）は、
前記第２磁界の強度が前記導体への通電時に生じる前記第１磁界の強度の最大値以下であるように前記コイル（７）を作動させる、ように構成された、
電流測定システム。
（３）
上記（１）又は上記（２）に記載の電流測定システムにおいて、
前記制御装置（８）は、
前記第１磁界による前記検出素子の検出値が所定の閾値以下であるとき、前記コイル（７）から基準強度の前記第２磁界を発生させ、
前記第２磁界による前記検出素子の検出値に基づき、前記検出素子（４）の感度調整の要否を判定し、
前記検出素子の感度調整が必要と判定した場合、前記検出素子の検出値が前記基準強度に応じた値になるように前記検出素子の感度を調整する、ように構成された、
電流測定システム。
【符号の説明】
【００４４】
１      電流センサ
２      バスバー（導体）
３      センサ本体
４      ホール素子（検出素子）
７      コイル
８      制御装置
８ａ    電流制御回路
８ｂ    タイミング制御回路
８ｃ    感度調整回路
１０    磁界シールド部材
１００  電流測定システム
【図１】
2018189546.tif 000003
【図２】
2018189546.tif 000004
【図３】
2018189546.tif 000005
【図４】
2018189546.tif 000006