(57)【要約】【課題】導通部材と磁気センサ間の相対位置が、回転するようにずれた場合であっても、位置ずれの影響を低減することができる電流検出装置を提供する。【解決手段】第１の磁気センサ２０が、第１ループ部１２の内側に、磁気検出方向を第１ループ部１２を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置されると共に、第２磁気センサ２１が、第２ループ部１３の内側に、磁気検出方向を第２ループ部１３を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置され、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ２１の出力の差に基づいて、バスバー１０に流れる電流により生じる磁気を算出する磁気算出手段４１と、磁気算出手段４１により算出された磁気に基づいて、バスバー１０に流れる電流を算出する電流算出手段４２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】
導体に流れる電流により生じる磁気を、磁束を収束させるためのコアを用いることなく、第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出して該電流を求める電流検出装置において、
前記導体は、被検出電流が周方向の第１の向きに流れる第１ループ部と、被検出電流が周方向の該第１の向きと逆向きに流れる第２ループ部とを有し、
前記第１の磁気センサが、前記第１ループ部の内側に、磁気検出方向を前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置されると共に、前記第２磁気センサが、前記第２ループ部の内側に、磁気検出方向を前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置され、
前記第１磁気センサの前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性と、前記第２磁気センサの前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性とを同一として、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサが配置されているときは、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサの出力の差に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を算出し、前記第１磁気センサの前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性と、前記第２磁気センサの前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性を逆にして配置されているときには、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサの出力の和に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を算出する磁気算出手段と、
前記磁気算出手段により算出された磁気に基づいて、前記導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えたことを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の電流検出装置において、
前記第１ループ部と前記第２ループ部は、所定方向の間隔を持って平行に配置された上面部材及び下面部材により形成され、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記上面部材と前記下面部材の間に配置されていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電流検出装置において、
前記第１ループ部及び前記第２ループ部は、直線形状の第１導通部と、第２導通部の間に接続され、
前記第１導通部と前記第１ループ部又は前記第２ループ部との接続箇所において、前記第１導通部の通電方向と、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の該接続箇所の接線方向とが直交していることを特徴とする電流検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の電流検出装置において、
前記第２導通部は直線形状であり、
前記第２導通部と前記第１ループ部又は前記第２ループ部との接続箇所において、前記第２導通部の通電方向と、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の該接続箇所の接線方向とが直交していることを特徴とする電流検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電流検出装置において、
前記第１ループ部と前記第２ループ部を、多重巻きの構成としたことを特徴とする電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体に流れる電流を磁気センサを用いて検出する電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアに導体を貫通させ、このギャップに配置された磁気センサにより、導体を流れる電流により生じる磁気を検出して、導体を流れる電流を求めるようにした電流検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された電流検出装置によれば、導体を流れる電流により生じる磁気をコアに集中させることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。しかしながら、コアを設けることによって、部品コストが高くなると共に、コアを設けるために部品の搭載スペースも多くなるという不都合がある。さらに、コアの温度変化の影響を受けて、電流の検出精度が悪化するという不都合がある。
【０００４】
そこで、導体を流れる電流により生じる磁気を、コアを用いずに磁気センサにより検出して、電流を求めるようにした電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２には、図７（ａ）に示したように、導通部材９０の２つの矩形状（９０ａ，９０ｂ，９０ｃ、及び９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ）が形成された箇所にホール素子９１，９２を配置することで、導通部材９０を流れる電流により生じる３方向からの磁界がホール素子９１，９２を通過するようにして、磁気検出の感度を高めるようにした構成が記載されている。そして、この構成において、ホール素子９１，９２の検出信号に対して平均化演算を施すことにより、外部ノイズの影響を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０８６３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１８３２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した図７（ａ）の構成による場合、図７（ｂ）に示したように、導通部材９０とホール素子９１，９２との相対位置が、図の左右方向にずれたときには、ホール素子９１については９０ｃを流れる電流Ｉcにより生じる磁界が強くなる一方で、９０ｅを流れる電流Ｉeにより生じる磁界が弱くなる。また、ホール素子９２については９０ａを流れる電流Ｉaにより生じる磁界が強くなる一方で、９０ｃを流れる電流Ｉcにより生じる磁界が弱くなる。そのため、ホール素子９１，９２により検出される磁界の強さはほとんど変化せず、位置ずれの影響は軽微なものとなる。
【０００８】
また、図７（ｃ）に示したように、導通部材９０とホール素子９１，９２との相対位置が、上下方向にずれたときには、ホール素子９１については９０ｄを流れる電流Ｉdにより生じる磁界の検出分が大きくなるため、検出される磁界が強くなる。一方、ホール素子９２については、９０ｂを流れる電流Ｉbにより生じる磁界の検出分が小さくなるため、検出される磁界が弱くなる。そのため、ホール素子９１，９２により検出される磁界を平均化することで、上下方向の位置ずれの影響を低減することができる。
【０００９】
しかし、図７（ｄ）に示したように、導通部材９０とホール素子９１，９２との相対位置が回転方向にずれたときには、ホール素子９１については、９０ｃを流れる電流Ｉcにより生じる磁界の検出分と９０ｄを流れる電流Ｉdによる検出分が共に増大するため、検出される磁界が強くなる。
【００１０】
一方、ホール素子９２についても、９０ａを流れる電流Ｉaにより生じる磁界の検出分と９０ｂを流れる電流Ｉbにより生じる磁界の検出分が共に増大するため、検出される磁界が強くなる。そのため、ホール素子９１，９２により検出される磁界を平均化しても、位置ずれの影響を低減することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、導通部材と磁気センサ間の相対位置が、回転方向にずれた場合であっても、位置ずれの影響を低減することができる電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、導体に流れる電流により生じる磁気を、磁束を収束させるためのコアを用いることなく、第１磁気センサ及び第２磁気センサにより検出して該電流を求める電流検出装置に関する。
【００１３】
そして、前記導体は、被検出電流が周方向の第１の向きに流れる第１ループ部と、被検出電流が周方向の該第１の向きと逆向きに流れる第２ループ部とを有し、前記第１の磁気センサが、前記第１ループ部の内側に、磁気検出方向を前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置されると共に、前記第２磁気センサが、前記第２ループ部の内側に、磁気検出方向を前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置され、前記第１磁気センサの前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性と、前記第２磁気センサの前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性とを同一として、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサが配置されているときは、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサの出力の差に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を算出し、前記第１磁気センサの前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性と、前記第２磁気センサの前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁気の検出極性を逆にして配置されているときには、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサの出力の和に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を算出する磁気算出手段と、前記磁気算出手段により算出された磁気に基づいて、前記導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えたことを特徴とする。
。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記第１ループ部を流れる電流により生じる磁界が前記第１ループ内に集中する（集磁効果）。同様に、前記第２ループ部を流れる電流により生じる磁界が前記第２ループ内に集中する。そして、前記第１ループ内及び前記第２ループ内における磁界の強さが均一化される。
【００１５】
そのため、前記導体の前記第１ループ部及び前記第２ループ部と、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサとの相対位置が回転するようにずれても、このずれが前記第１ループ部及び前記第２ループ部内に収まっていれば、位置ずれの影響を低減して、前記磁気算出手段により前記導体を流れる電流により生じる磁気を算出することができる。そして、前記電流算出手段によって、前記磁気算出手段により算出された磁気に基づいて、前記導体に流れる電流を算出することができる。
【００１６】
また、前記第１ループ部と前記第２ループ部は、所定方向の間隔を持って平行に配置された上面部材及び下面部材により形成され、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記上面部材と前記下面部材の間に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、前記第１ループ部及び前記第２ループ部と前記第１磁気センサ及び前記第２磁気デンサとの相対位置が、前記所定方向にずれたときに、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが、前記上面部材に近付いて前記下面部材から離れるか、或いは前記上面部材から離れて前記下面部材に近付いた状態となる。
【００１８】
そして、前記第１磁気センサが、前記上面部材に近付いて前記下面部材から離れると、前記第１磁気センサによる、前記第１ループの前記上面部材の部分を流れる電流により生じる磁界による磁気の検出分が強まると共に、前記第１ループの前記下面部材の部分を流れる電流により生じる磁界による磁気の検出分が弱まる。そのため、前記第１磁気センサにより検出される磁気の大きさはほとんど変化しない。前記第２磁気センサについても同様に、検出される磁気の大きさはほとんど変化しない。したがって、前記所定方向の位置ずれの影響を低減することができる。
【００１９】
また、前記第１ループ部及び前記第２ループ部は、直線形状の第１導通部と、第２導通部の間に接続され、前記第１導通部と前記第１ループ部又は前記第２ループ部との接続箇所において、前記第１導通部の通電方向と、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の該接続箇所の接線方向とが直交していることを特徴とする。
【００２０】
かかる本発明によれば、前記第１導通部を流れる電流により生じる磁束が、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の内部に到達して、前記第１磁気センサ又は前記第２磁気センサにより検出される磁気の誤差となることを防止することができる。
【００２１】
また、前記第２導通部は直線形状であり、前記第２導通部と前記第１ループ部又は前記第２ループ部との接続箇所において、前記第２導通部の通電方向と、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の該接続箇所の接線方向とが直交していることを特徴とする。
【００２２】
かかる本発明によれば、前記第２導通部を流れる電流により生じる磁束が、前記第１ループ部又は前記第２ループ部の内部に到達して、前記第１磁気センサ又は前記第２磁気センサにより検出される磁気の誤差となることを防止することができる。
【００２３】
また、前記第１ループ部と前記第２ループ部を、多重巻きの構成とすることで、前記第１ループ部と前記第２ループによる集磁効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電流検出装置の構成図。
【図２】バスバーの形状と、第１磁気センサ及び第２磁気センサの配置態様を示した説明図。
【図３】バスバーの第１ループ部及び第２ループ部に流れる電流により生じる磁界の説明図。
【図４】バスバーと第１磁気センサ及び第２磁気センサ間の位置ずれに対する耐性向上についての説明図。
【図５】第１ループ部と第１及び第２導通部との接続態様の説明図。
【図６】第１ループ部及び第２ループ部の形状の他の実施形態の説明図。
【図７】従来の電流検出装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について、図１〜６を参照して説明する。図１は、本発明の電流検出装置１の全体構成図であり、この電流検出装置１は、車両に搭載されたモータ２とそのＰＤＵ（Power Drive Unit）３間を接続するバスバー１０（本発明の導体に相当する）に流れる電流を、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１を用いて検出する。
【００２６】
電流検出装置１は、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１と、第１磁気センサ２０の磁気検出信号Ｓ1を増幅するアンプ３０と、第２磁気センサ２１の磁気検出信号Ｓ2を増幅するアンプ３１と、アンプ３０及びアンプ３１の出力の差を増幅して出力するアンプ３２と、アンプ３２の出力Ｓ3が入力されるマイクロコンピュータ４０とを備えている。
【００２７】
バスバー１０の途中には、第１導通部１１及び第２導通部１４と接続された第１ループ部１２と第２ループ部１３が形成されている。そして、第１ループ部１２の内側に第１磁気センサ２０が配置され、第２ループ部１３の内側に第２磁気センサ２１が配置されている。なお、本実施の形態では、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１にホール素子を用いている。
【００２８】
マイクロコンピュータ４０は、メモリ（図示しない）に保持された電流検出用のプログラムを実行することにより、磁気算出手段４１及び電流算出手段４２として機能する。磁気算出手段４１は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換入力ポートＡＤに入力されて、デジタル値に変換された磁気検出信号Ｓ3に基づいて、バスバー１０に流れる電流により生じる磁界の強さＨを算出する。また、電流算出手段４２は、磁気算出手段４１により算出された磁界の強さＨに基づいて、バスバー１０に流れる電流を算出する。
【００２９】
次に、図２を参照して、本実施の形態におけるバスバー１０の形状と、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１の配置について説明する。
【００３０】
バスバー１０の第１ループ部１２と第２ループ部１３は、第１導通部１１と接続された下面部材１６と第２導通部１４と接続された上面部材１５を、接続部材１７により、間隔を空けて８の字状に平行に接続して形成されている。また、第１導通部１１はＰＤＵ３（図１参照）と接続され、第２導通部１４はモータ２（図１参照）と接続されている。
【００３１】
そのため、モータ２の駆動時には、ＰＤＵ３から第１導通部材１１に供給される電流Ｉが、Ｉ1→Ｉ2→Ｉ3→Ｉ4→Ｉ5の経路でモータ２に供給される。この場合、第１ループ部１２では、周方向の左向き（本発明の周方向の第１の向きに相当する）に電流が流れ、第２ループ部１３では、周方向の右向きに電流が流れる。
【００３２】
また、第１磁気センサ２０は、第１ループ部１２の内側の中心部（内周円の中心部）に配置され、第２磁気センサ２１は、第２ループ部１３の内側の中心部に配置されている。また、第１磁気センサ２０と第２磁気センサ２１の磁気検出方向は、図のＳzの向き（上面部材１５及び下面部材１６の面と直交する向き）となっている。
【００３３】
次に、図３は、第１ループ部１２及び第２ループ部１３の上面図である。第１ループ部１２では、左向き（Ｉ1，Ｉ4）に電流が流れているため、Ｈ1の向きの磁界が生じている。一方、第２ループ部１３では、右向き（Ｉ2，Ｉ3）に電流が流れているため、Ｈ2の向きの磁界が生じている。
【００３４】
そのため、第１磁気センサ２０の箇所での磁界の向きと、第２磁気センサ２１の箇所での磁界の向きは逆向きとなり、第１磁気センサ２０の第１ループ部１２を流れる電流により生じる磁界の検出極性と、第２磁気センサ２１の第２ループ部１３を流れる電流により生じる磁界の検出極性は逆になる。
【００３５】
そして、第１ループ部１２と第２ループ部は、ほぼ同一形状とされているため、第１磁気センサ２０による磁気検出信号Ｓ1と、第２磁気センサ２１による磁気検出信号Ｓ2は、極性が逆で大きさがほぼ同じものとなる。そこで、アンプ３２により、第１磁気センサ２０による磁気検出信号Ｓ1と第２磁気センサ２１による磁気検出信号Ｓ2を、作動増幅することで、以下の式（１）に示したように、外来ノイズをキャンセルすることができる。
【００３６】
Ｓ3＝Ａ3｛Ａ1（Ｓ1＋Ｓn）−Ａ1（−Ｓ2＋Ｓn）｝
＝Ａ3｛Ａ1・Ｓ1＋Ａ1・Ｓ2＋Ａ1・Ｓn−Ａ1・Ｓn｝
≒２Ａ3・Ａ1・Ｓ1                                      ・・・・・ (1)
但し、Ｓ3：作動アンプ３２の出力、Ａ3：作動アンプ３２の増幅率、Ａ1：アンプ３０，３１の増幅率、Ｓ1：第１磁気センサ２０の磁気検出信号の出力、Ｓ2：第２磁気センサ２１の磁気検出信号の出力（≒Ｓ1）、Ｓn：外来ノイズ。
【００３７】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、第１ループ部１２及び第２ループ部１３と、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１間の位置ずれに対する耐性について説明する。
【００３８】
先ず、図４（ａ）を参照して、第１磁気センサ２０は、第１ループ部１２の内周円１７の中心位置に配置されている。また、第２磁気センサ２１は、第２ループ部１３の内周円１８の中心位置に配置されている。
【００３９】
そして、第１ループ部１２の内側においては、第１ループ部１２を流れる電流により生じる磁界の強さが均一化される。また、第２ループ部１３の内側においては、第２ループ部１３を流れる電流により生じる磁界の強さが均一化される。
【００４０】
そのため、第１磁気センサ２０の位置が内周円１７の中心点から、例えば２０ａの箇所にずれても、第１磁気センサ２０の磁気検出信号の出力レベルはほとんど変化しない。また、第２磁気センサ２１の位置が内周円１８の中心点から、例えば２１ａの箇所にずれても、第２磁気センサ２１の磁気検出信号の出力レベルはほとんど変化しない。
【００４１】
したがって、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１の配置位置が、図中ｘ方向やｙ方向にずれた場合の他、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１が、バスバー１０が回転する方向にずれた場合であっても、ずれが第１ループ部１２及び第２ループ部１３の内側で収まっていれば、位置ずれの影響を低減することができる。
【００４２】
また、図４（ｂ）は、第１ループ部１２及び第２ループ部１３の側面図であり、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１は、高さ方向（Ｚ方向）の中間位置Ｚcに配置されている。そして、第１磁気センサ２０が下方向の２０ｂの位置にずれると、第１磁気センサ２０は、上面部材１５から離れると共に下面部材１６に近付く。
【００４３】
この場合、上面部材１５を流れる電流により生じる磁界の検出レベルが小さくなるが、下面部材１６を流れる電流により生じる磁界の検出レベルが大きくなるため、第１磁気センサ２０の磁気検出信号の出力レベルはほとんど変化しない。
【００４４】
また、同様に、第２磁気センサ２１が上方向の２１ｂの位置にずれると、第２磁気センサ２１は、上面部材１５に近付くと共に下面部材１６から離れる。この場合、上面部材１５を流れる電流により生じる磁界の検出レベルが大きくなるが、下面部材１６を流れる電流により生じる磁界の検出レベルが小さくなるため、第２磁気センサ２０の磁気検出信号の出力レベルはほとんど変化しない。
【００４５】
このように、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１が、上面部材１５と下面部材１６の間の範囲で、Ｚ方向に位置ずれしても、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１の磁気検出信号の出力レベルはほとんど変化しない。そのため、Ｚ方向の位置ずれの影響を低減することができる。
【００４６】
次に、図５（ａ），図５（ｂ）を参照して、第１ループ部１２と第１導通部１１及び第２導通部１４との接続形態について説明する。
【００４７】
図５（ａ）に示したように、第１ループ部１２の第２導通部１４との接続部の接線方向Ｃ1と、第２導通部１４の通電方向Ｃ2が垂直となっている。また、第１ループ部１２の第１導通部１１との接続部の接線方向と第１導通部１１の通電方向も垂直となっている。
【００４８】
この場合、第２導通部１４を流れる電流により生じる磁界Ｈ3が、第１ループ部１２及び第２ループ部１３の内部に達することがない。また、第１導通部１１についても、第１導通部１１を流れる電流により生じる磁界が、第１ループ部１２及び第２ループ部１３の内側に達することはない。
【００４９】
そのため、第１導通部１１及び第２導通部１４を流れる電流の影響を受けて、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１による磁気検出の精度が低下することを防止することができる。
【００５０】
また、図５（ｂ）に示したように、第１導通部１１と第２導通部１４は近接して配置され、流れる電流の向きが逆になっている。この場合、第１導通部１１を流れる電流Ｉ11により生じる磁界Ｈ11と、第２導通部１４を流れる電流Ｉ12により生じる磁界Ｈ12の向きが逆になるため、磁界Ｈ11と磁界Ｈ12を互いに打ち消し合うことができる。そして、これにより、磁界Ｈ11と磁界Ｈ12が電子部品等に与える影響を低減することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、第１ループ部１２及び第２ループ部１３を円形状としたが、ループを構成する形状であればよい。例えば、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示したように、四角形状としてもよく、図６（ｂ）に示したように、８角形状としてもよい。
【００５２】
また、本実施の形態では、第１ループ部１２及び第２ループ部１３において、第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２１を、上面部材１５と下面部材１６の間に配置する構成としたが、この構成を採用しない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、図５（ａ），図５（ｂ）に示したように、第１ループ部１２の第２導通部１４との接続箇所の接線方向と、第２導通部１４の通電方向を直交させたが、このような接続形態としない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００５４】
また、第１ループ部及び第２ループ部を多重巻線構成として、第１ループ及び第２ループによる集磁効果をさらに高めてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、本発明の磁気センサとしてホール素子を用いたが、他の種類の磁気センサを用いてもよい。
【００５６】
また、第１ループ部と第２ループ部を、絶縁層を挟んだ３層基板を用いて、表面層に上面部材のパターンを形成し、裏面層に下面部材のパターンを形成して、上面部材のパターンと下面部材のパターンとをスルーホールで接続することにより、構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…電流検出装置、１０…バスバー、１１…第１導通部、１２…第１ループ部、１３…第２ループ部、１４…第２導通部、１５…上面部材、１６…下面部材、１７…接続部材、２０…第１磁気センサ、２１…第２磁気センサ、４０…マイクロコンピュータ、４１…磁気算出手段、４２…電流算出手段。
【図１】
2011027530.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011027530.tif 000005
【図４】
2011027530.tif 000006
【図５】
2011027530.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011027530.tif 000009