(57)【要約】【課題】本明細書は、複数の電流センサのいずれかが故障していることを検知する技術を提供する。【解決手段】電流計測装置１０は、Ｎ本の導体に流れる電流を計測する。装置１０は、各導体に隣接配置されているＮ個の第１センサ群と、Ｍ個（Ｍは２以上）の第２センサ群と、コントローラを備える。コントローラは、第１センサ群による磁束密度の計測値と計測感度行列から各導体に流れる電流の計測値（電流計測値ベクトル）を求める。電流計測値ベクトルと検査感度行列から、第２センサ群が計測すると推定される磁束密度の値（磁束推定値ベクトル）を求める。第２センサ群が実際に計測した値（磁束検査値ベクトル）と磁束推定値ベクトルの各要素を比較し、ベクトル要素の一つだけが異なる場合に第２センサが故障していることを示す信号を出力し、複数のベクトル要素が相違する場合に第１センサが故障していることを示す信号を出力する。【選択図】図１
2015215251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ本の導体に流れる電流を計測する電流計測装置であり、
夫々が各導体に隣接配置されているＮ個の第１磁電変換素子群と、
Ｍ個（Ｍは２以上）の磁電変換素子群であって、Ｎ本の全ての導体、またはＮ本の部分集合の導体に流れる電流が発する磁束密度を計測可能な空間に分散して配置されている第２磁電変換素子群と、
各導体に流れる電流を要素とするＮ次元の電流値ベクトルと、その電流に起因して各導体から発せられる磁束密度を第１磁電変換素子群の夫々が計測したときの磁束密度計測値を要素とするＮ次元のベクトルの間の関係を予め定めた行列（計測感度行列）を記憶しているとともに、前記電流値ベクトルと、前記電流に起因して各導体から発せられる磁束密度を第２磁電変換素子群の夫々が計測したときの磁束密度計測値を要素とするＭ次元のベクトルの間の関係を予め定めた行列（検査感度行列）を記憶しているコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、
前記第１磁電変換素子群が計測した磁束密度の計測値と前記計測感度行列から各導体に流れる電流の計測値（電流計測値ベクトル）を求め、
前記電流計測値ベクトルと前記検査感度行列から、前記第２磁電変換素子群が計測すると推定される磁束密度の値（磁束推定値ベクトル）を求め、
前記第２磁電変換素子群が実際に計測した値（磁束検査値ベクトル）と前記磁束推定値ベクトルの各要素を比較し、ベクトル要素の一つだけが異なる場合に第２磁電変換素子群のいずれかが故障していることを示す信号を出力し、複数のベクトル要素が相違する場合に第１磁電変換素子群のいずれかが故障していることを示す信号を出力する、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記第１磁電変換素子群のうち一つを前記第２磁電変換素子群のうちの一つと交換したＮ個の新たな磁電変換素子群に対する前記計測感度行列（センサ交換計測感度行列）を、前記第１磁電変換素子群の夫々に対して記憶しており、
前記新たな磁電変換素子群が計測した磁束密度の計測値と前記センサ交換計測感度行列からＮ本の導体に流れる電流の計測値（センサ交換電流計測値ベクトル）を求め、
前記センサ交換電流計測値ベクトルと前記検査感度行列から、前記第２磁電変換素子群が計測すると推定される磁束密度の値（センサ交換磁束推定値ベクトル）を求め、
前記磁束検査値ベクトルと、前記センサ交換磁束推定値ベクトルが一致した場合に、前記新たな磁電変換素子群を作るときに前記第１磁電変換素子群から除いた一つの磁電変換素子が故障していると特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
【請求項３】
Ｎ本の導体は、断面が矩形の金属棒が幅広面が対向するように平行に配置されており、
Ｎ個の第１磁電変換素子群の夫々は、夫々の金属棒の断面の長手方向で隣接しているとともに、感磁面が前記金属棒の幅広面と平行となるように配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流計測装置に関する。特に、複数の導体の夫々に流れる電流を同時に計測する電流計測装置に関する。
【０００２】
複数の導体の夫々に流れる電流を同時に計測することが求められる場合がある。例えば、３相交流電流を出力するインバータの各相の電流を計測しなければならない場合である。さらには、例えば、２個の走行用モータを有する電気自動車のインバータは、２セットの３相交流を出力する。それゆえ、６本の出力電流を計測しなければならない場合がある。複数の導体の夫々を流れる電流を計測する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１、２に開示された技術はいずれも、各導体に電流センサ（実際には磁電変換素子）を配置する。なお、３相交流は３相の電流の和がゼロであるという条件があるので、２相の電流を計測すれば、残り一相の電流は推定することができる。その場合には、２本の導体の夫々に流れる電流を同時に計測する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／０５８２８２
【特許文献２】特開２００８−０５８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように、複数の導体の夫々を流れる電流を計測する場合、導体の数だけ電流センサを備えることになる。同時に計測する導体の数が多くなると、必要となる電流センサの数も増える。電流センサの数が増えるといずれかの電流センサが故障する確率が高くなる。各導体に２個づつ電流センサを備え、それらの電流センサの計測値を照合すれば、故障を検知することはできる。ただし、各導体に２個づつ電流センサを備えるのはコストが嵩む。本明細書は、複数の導体の夫々に流れる電流を計測する電流計測装置に係り、導体の数の２倍よりも少ない個数の電流センサによって、電流センサの故障を検知することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電流計測装置は、電流センサとして磁電変換素子を採用する。磁電変換素子は、導体を流れる電流に起因して生じる磁束密度を計測する。それゆえ、複数の導体が密集した状況では、磁電変換素子は複数の導体が発生する磁束密度を計測することになる。本明細書が開示する技術は、磁電変換素子のこの特性を利用して少ない電流センサで故障を検知する。
【０００６】
本明細書は、Ｎ本の導体に流れる電流を計測する電流計測装置を対象とする。Ｎは２以上であればよい。なお、本明細書が開示する電流計測装置は、Ｎ＋２個の磁電変換素子で故障を検出できるため、Ｎの数が多いほど、電流計測装置全体のコストに対する故障検知に要する相対的コストが少なくて済む。
【０００７】
本明細書が開示する電流計測装置は、Ｎ＋２以上の磁電変換素子と、コントローラを備える。Ｎ個の磁電変換素子群を第１磁電変換素子群と称する。残りのＭ個（Ｍは２以上）の磁電変換素子群を第２磁電変換素子群と称する。Ｎ個の第１磁電変換素子群の夫々は、Ｎ本の導体の夫々に隣接配置される。Ｍ個の第１磁電変換素子群は、Ｎ本の全ての導体に流れる電流が発する磁束密度を計測可能な空間に分散して配置される。別言すれば、Ｍ個の磁電変換素子の夫々は、Ｎ本の全ての導体が発生する磁束密度が各磁電変換素子の磁束計測可能空間を通過するように配置される。なお、第１磁電変換素子群は、必ずしも全ての導体の磁束密度を計測できずともよい。第１磁電変換素子群の夫々は、少なくとも対応する１本の導体の磁束が計測できればよい。
【０００８】
一般に、磁電変換素子を使った電流センサは、導体を囲むＣ字（あるいはＵ字）型の磁性体コアを伴う。磁電変換素子は、Ｃ字（Ｕ字）の先端の隙間に配置される。近年ではＣ字（Ｕ字）の磁性体コアを伴わない磁電変換素子だけのいわゆるコアレス電流センサが登場している。Ｍ個の第２磁電変換素子群の夫々には、全ての導体に流れる電流が発する磁束密度を計測すべく、コアレス電流センサが採用される。Ｎ個の第１磁電変換素子群は、コアを伴う電流センサが好ましいが、コアレス電流センサであってもよい。コアレス電流センサの場合、隣接する導体が発する磁束密度も計測してしまうが、後述する計測用の感度行列（計測感度行列）を導入することで、複数の磁電変換素子が計測した値の集合から、夫々の導体を流れる電流を個別に特定することができる。
【０００９】
コントローラは、第１磁電変換素子群が計測した磁束密度から、各導体に流れる電流を特定するとともに、いずれかの磁電変換素子が故障していないかをチェックする。コントローラは、次の２つの行列（計測用の感度行列と検査用の感度行列）を予め記憶している。「感度」とは、導体を流れる電流の大きさと、その電流に起因して発生する磁束密度を磁電変換素子が計測したときの計測値の間の変換係数である。「感度行列」は、複数の導体の夫々を流れる複数の電流の集合（電流値ベクトル）と、その複数の電流に起因して発生した磁束密度を計測した複数の磁電変換素子の計測値の集合（計測値ベクトル）の間の関係を特定する行列（マトリクス）である。なお、説明の便宜上、計測用の感度行列を「計測感度行列」と称し、検査用の感度行列を検査感度行列と称する。「計測用」と「検査用」の相違は後に説明する。今、電流値ベクトルを｛Ｉ｝、磁束計測値ベクトルを｛Ｂ｝、感度行列を［Ｍ］とすると、｛Ｂ｝＝［Ｍ］×｛Ｉ｝となる。従って、｛Ｉ｝＝［Ｍ］−１×｛Ｂ｝の関係式により、磁電変換素子群の計測値から各導体に流れる電流が個別に特定できる。なお、記号｛｝で表したベクトルは、縦ベクトルである。
【００１０】
コントローラが記憶している計測感度行列は、Ｎ本の導体に流れる電流を要素とするＮ次元の電流値ベクトルと、その電流に起因してＮ本の導体から発せられる磁束密度をＮ個の第１磁電変換素子群が計測したときの磁束密度の計測値を要素とするＮ次元の磁束計測値ベクトルの間の関係を定めた行列である。計測感度行列の（ｉ，ｉ）要素は、第ｉ番目の導体を流れる電流の大きさと、その電流によって生じる誘導磁界の磁束密度を第ｉ番目の第１磁電変換素子が計測したときの値との間の係数に相当する。計測感度行列の（ｊ，ｋ）要素は、第ｊ番目の導体を流れる電流の大きさと、その電流によって生じる誘導磁界の磁束密度を第ｋ番目の第１磁電変換素子が計測したときの値との間の係数に相当する。
【００１１】
検査感度行列は、上記した電流値ベクトルと、上記した電流に起因してＮ本の導体から発せられる磁束密度をＭ個の第２磁電変換素子群が計測したときの磁束密度の計測値を要素とするＭ次元の磁束計測値ベクトルの間の関係を定めた行列である。ここで、第２磁電変換素子群の夫々は、Ｎ本の全てのバスバに流れる電流が発する磁束密度を計測可能な空間に分散して配置されている。このことは、計測感度行列の全ての要素がゼロでないことを意味する。なお、第２磁電変換素子群の計測値を要素とするＭ次元のベクトルは、第１磁電変換素子群の計測値を要素とする磁束計測値ベクトルと区別するため、磁束検査ベクトルと称する。
【００１２】
計測感度行列と検査感度行列はともに、各磁電変換素子の特性と、磁電変換素子と導体との位置関係で定まるものなので、予め特定されてコントローラに記憶されている。具体的には、夫々の導体に順番に単位量の電流（例えば１アンペア）を流したときの各磁電変換素子の計測値を集めることで、計測感度行列と検査感度行列を特定することができる。
【００１３】
コントローラは、第１磁電変換素子群が計測した磁束密度の計測値と計測感度行列からＮ本の導体に流れる電流の計測値（電流計測値）を求める。コントローラは、磁電変換素子の故障が検知されない間は、この電流計測値を出力する。
【００１４】
コントローラは、上記した電流計測値と、第２磁電変換素子群の計測値（磁束検査値ベクトル）を使って第１磁電変換素子群のいずれかの磁電変換素子か、あるいは、第２磁電変換素子群のいずれかの磁電変換素子が故障していることを検知することができる。そのアルゴリズムは次の通りである。
【００１５】
コントローラは、電流計測値と検査感度行列から、第２磁電変換素子群が計測すると推定される磁束密度の値の集合（磁束推定値ベクトル）を求める。コントローラは、第２磁電変換素子群が実際に計測した値の集合（磁束検査値ベクトル）と磁束推定値ベクトルをベクトル要素毎に比較する。ここで、コントローラは、比較したベクトル要素のうち一つの要素だけが異なる場合には第２磁電変換素子群のいずれかが故障していることを示す信号を出力する。また、コントローラは、複数のベクトル要素が相違する場合には第１磁電変換素子群のいずれかが故障していることを示す信号を出力する。両ベクトルの要素に相違が無い場合は、全ての磁電変換素子が正常である。
【００１６】
上記故障検知の技術は、次の技術常識に基づいている。その技術常識とは、２個のセンサが同時に故障する確率は１個のセンサが故障する確率よりも遥かに小さいから、１個のセンサが故障したときには残りのセンサは正常であると仮定してよい、というものである。上記故障検知のアルゴリズムの技術的意味は次の通りである。仮に第２磁電変換素子群のいずれかが故障している場合には、第１磁電変換素子群は正常である。そうすると、磁束推定値ベクトルの各要素は正しい。磁束検査値ベクトルの要素のうち、故障した磁電変換素子に対応するベクトル要素だけが誤った値を示す。従って、ベクトルを比較した際、一つのベクトル要素だけが異なる場合には、第２磁電変換素子群のいずれかが故障していると判定できる。
【００１７】
一方、仮に、第１磁電変換素子群のいずれかが故障していると仮定する。電流計測値ベクトルは、計測感度行列の逆行列に、第１磁電変換素子群の計測値からなるベクトルを乗じたものであるから、電流計測値ベクトルの少なくとも一つの要素は誤った値となる。そして、磁束推定値ベクトルは、電流計測値ベクトルと検査感度行列の積であり、検査感度行列の全ての要素はゼロではない。従って、電流計測値ベクトルの一つの要素が誤っていれば、磁束推定値ベクトルの全ての要素が誤った値となる。一方、第２磁電変換素子群は全て正常であるから、磁束検査値ベクトルの要素は全て正しい。両ベクトルを比較すると、全ての要素が相違することになる。なお、計測誤差等を考慮すると、両ベクトルを比較した際、少なくとも２個の要素が異なっている場合に第１磁電変換素子群のいずれかが故障していると判定するのがよい。
【００１８】
両ベクトルを比較した際、１個の要素だけが相違している場合には、第２磁電変換素子群のいずれかが故障しており、少なくとも２個の要素が相違している場合には、第１磁電変換素子群のいずれかが故障していると判明する。それゆえ、第２磁電変換素子群は最低２個の磁電変換素子を含んでいればよい。
【００１９】
上記の故障検知は、電流計測に用いている第１磁電変換素子群のいずれか、あるいは、検査用に用いている第２磁電変換素子群のいずれかが故障していることを検知できる。それだけでも利用価値はあるが、本明細書は、さらに、第１磁電変換素子群の中の故障している一つを特定する技術も提供する。コントローラは、故障している磁電変換素子を次のアルゴリズムで特定する。
【００２０】
まず、コントローラは、前述の計測感度行列に加え、次のＮ個のセンサ交換計測感度行列を記憶している。そのセンサ交換計測感度行列とは次の通りである。まず、第１磁電変換素子群のうち一つを第２磁電変換素子群のうちの一つと交換したＮ個の新たな磁電変換素子群を規定する。その新たな磁電変換素子群に対して、先の計測感度行列と同様の計測感度行列が定義できる。これがセンサ交換計測感度行列である。別言すれば、センサ交換計測行列とは、Ｎ本の各導体に流れる電流を要素とするＮ次元の電流値ベクトルと、その電流に起因して各導体から発せられる磁束密度をＮ個の新たな磁電変換素子群の夫々が計測したときの磁束密度計測値を要素とするＮ次元のベクトルの間の関係を予め定めた行列である。
【００２１】
Ｎ個の第１磁電変換素子群の夫々に対して、その一個の素子を第２磁電変換素子群のいずれかと交換したときのセンサ交換計測感度行列が定義できる。即ち、Ｎ個のセンサ交換計測感度行列が定義できる。センサ交換計測感度行列も先の計測感度行列と同様に予め定めることができる。コントローラはそのＮ個のセンサ交換計測感度行列を記憶している。なお、第１磁電変換素子群のうち一つを第２磁電変換素子のうちの一つと交換したＮ個の新たな磁電変換素子群を、以下では、説明の便宜上、センサ交換磁電変換素子群と称する。
【００２２】
コントローラは、センサ交換磁電変換素子群が計測した磁束密度の計測値とセンサ交換計測感度行列からＮ本の導体に流れる電流の計測値（センサ交換電流計測値ベクトル）を算出する。さらに、コントローラは、センサ交換電流計測値ベクトルと検査感度行列から、第２磁電変換素子群が計測すると推定される磁束密度の値（センサ交換磁束推定値ベクトル）を算出する。コントローラは、磁束検査値ベクトルと、センサ交換磁束推定値ベクトルが一致した場合に、新たな磁電変換素子群を作るときに第１磁電変換素子群から除いた一つの磁電変換素子が故障していると特定する。このアルゴリズムが成立するのは、第１磁電変換素子群から除いた一つの磁電変換素子が故障している場合、センサ交換磁束推定値ベクトルの全ての要素が正しい値を示すはずだからである。
【００２３】
なお、第２磁電変換素子群は、Ｎ本の全ての導体に流れる電流が発する磁束密度を計測可能な空間に配置されているので、電流計測用に用いるには精度が高くは無い。しかし、故障している磁電変換素子を特定するには、それほど高い精度は必要とされない。また、故障している磁電変換素子を特定した後、その特定に用いたセンサ交換磁電変換素子群とそれに対応するセンサ交換計測感度行列を使って電流計測を継続することも好適である。また、上記の技術は、Ｎ本の部分集合の導体にも同様に適用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本明細書は、Ｎ本の導体に流れる電流を計測する装置に係り、少なくともＮ＋２個の磁電変換素子によって、いずれかの磁電変換素子が故障していることを特定する技術を提供する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施例の電流計測装置の模式的斜視図を示す。
【図２】第１実施例の電流計測装置の模式的ブロック図を示す。
【図３】第１実施例の電流計測装置の模式的断面図を示す。
【図４】第２実施例の電流計測装置の模式的断面図を示す。
【図５】第３実施例の電流計測装置の模式的断面図を示す。
【図６】第４実施例を説明するためのインバータ回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施例）図１−図３を参照して第１実施例の電流計測装置１０を説明する。図１は、電流計測装置１０の模式的斜視図であり、図２は、電流計測装置１０の模式的ブロック図である。図３は、電流計測装置１０の模式的断面図である。電流計測装置１０は、７本の導体を流れる電流を同時に計測する。電流計測装置１０は、７本のバスバ（導体）Ｃ１−Ｃ７、７個の計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７、６個の検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆと、コントローラ２とメモリ３を備える。なお、各磁電変換素子は、支持部材に支持されているが、その支持部材は図示を省略している。各磁電変換素子は、７本のバスバＣ１−Ｃ７との相対位置が変化しないように支持されている。なお、「バスバ」とは、小さい内部抵抗で電流を通すための細長金属棒である。例えばバスバは、幅５ｍｍ、厚み２ｍｍ、長さ５０ｍｍの銅製の金属棒である。７本のバスバＣ１−Ｃ７は、例えば、１０ｍｍ間隔で平行に配置されている。計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７は、各バスバの直上１ｍｍの位置に配置されている。なお、図においてＺ軸の正方向を鉛直上方とする。６個の検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆは、隣接するバスバの中央に配置されている。全ての磁電変換素子は、図中のＹＺ平面に配置されている。
【００２７】
図では、磁電変換素子は、平板状の直方体で表されている。ここでは、直方体の幅広面が感磁面であると仮定する。図３に示すように、バスバＣ１−Ｃ７の直上に配置された計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７は、感磁面をＹ軸方向に向けており、バスバの図中の横方向に配置されている。検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆは感磁面をＺ軸方向に向けて配置されている。バスバが発する磁界は、バスバを囲むように発生するので、バスバの直上では磁束密度は図中のＹ軸方向に流れ、バスバの横では、磁束密度は図中のＺ軸方向に流れる。各磁電変換素子は、感磁面が磁束密度の流れる方向を向くように配置されている。
【００２８】
電流計測装置１０は、計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７の計測結果に基づいて、７本のバスバＣ１−Ｃ７の夫々に流れる電流ｑ１−ｑ７を計測する。また、電流計測装置１０は、６個の検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆの計測結果を用いて、計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７のいずれかが故障していることを検知することができる。さらに、電流計測装置１０は、故障した計測用磁電変換素子を除き、代わりに検査用磁電変換素子群のいずれかを使って、７本のバスバを流れる電流計測を続けることができる。
【００２９】
磁電変換素子は、良く知られているように、直接的には磁束密度を計測する。電流計測装置１０では、磁電変換素子は、バスバ（導体）を流れる電流に起因してバスバの周囲に発生する誘導磁界の磁束密度を計測する。誘導磁界の磁束密度とバスバを流れる電流の間には一意の比例関係があるので、計測した磁束密度が事実上、計測した電流値に相当する。以下では、「バスバを流れる電流に起因してバスバの周囲に発生する誘導磁界の磁束密度」を、説明を簡単にするために、単純に「バスバの磁束密度」と称することがある。
【００３０】
図１に示されているように、電流計測装置１０の各磁電変換素子は磁性体コアを伴わないコアレス電流センサである。従って、各磁電変換素子の計測値には、最も近接するバスバの磁束密度だけでなく、他のバスバの磁束密度の成分も含まれることになる。上記したように複数のバスバを密に配置すると、各磁電変換素子が計測する磁束密度には、複数のバスバの磁束密度成分が含まれる。なお、電流計測装置１０は、この事象を利用して、計測用磁電変換素子の故障を検知する。そのために、全ての検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆは、その計測結果の中に全てのバスバの磁束密度成分が含まれるように配置される。別言すれば、全ての検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆは、７本の全てのバスバに流れる電流が発する磁束密度を計測可能な空間に分散して配置されている。
【００３１】
以下では、説明を簡単にするため、磁電変換素子を単にセンサと称することがある。例えば、計測用磁電変換素子群Ｓ１−Ｓ７は、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７と言い換える。同様に検査用磁電変換素子群Ｓａ−Ｓｆは、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆと言い換える。
【００３２】
また、以下の説明で用いる記号を説明する。なお、ルールとして、かっこ｛｝は縦ベクトルを表し、かっこ［］は行列を表す。なお、｛ ｝は縦ベクトルを表すが、以下では便宜上、ベクトル要素を横に並べて書くことにする。
ｂｉ：センサＳｉが計測した磁束密度。添え字のｉは、１−７、ａ−ｆのいずれかである。
ｑｉ：各バスバに流れる電流。ここでの添え字のｉは、１−７のいずれかである。
｛Ｂｍ｝＝｛ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７｝：計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７の計測値を要素とするベクトル。磁束計測値ベクトルと称する。
｛Ｂｃ｝＝｛ｂａ、ｂｂ、ｂｃ、ｂｄ、ｂｅ、ｂｆ｝：検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆの計測値を要素とするベクトル。磁束検査値ベクトルと称する。
｛Ｉ｝＝｛ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４、ｑ５、ｑ６、ｑ７｝：各バスバを流れる実際の電流ｑｉを要素とするベクトル。電流値ベクトルと称する。
｛Ｉｍ｝：磁束計測値ベクトルと計測感度行列（後述）から得られた電流値を要素とするベクトル。電流計測値ベクトルと称する。
｛Ｂｐ｝：電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝に基づいて算出される、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆが計測するであろうと予測される磁束密度の推定値を要素とするベクトル。磁束推定値ベクトルと称する。
［Ｍ］：電流値ベクトル｛Ｉ｝と磁束計測値ベクトル｛Ｂｍ｝の関係を記した感度行列。｛Ｂｍ｝＝［Ｍ］×｛Ｉ｝の関係を満たす。別言すれば、感度行列［Ｍ］は、各バスバに電流が流れたときにその電流に起因して各センサが検知する磁束密度の大きさを規定する。この行列は、各バスバに流れる電流の大きさと、その電流によって各計測用センサが計測する磁束密度の大きさの比を表すので、感度行列と呼ばれる。ここでは、［Ｍ］は、計測感度行列と称する。
［Ｗ］：電流値ベクトル｛Ｉ｝と磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝の関係を記した行列。｛Ｂｃ｝＝［Ｗ］×｛Ｉ｝の関係を満たす。別言すると、行列［Ｗ］は、各バスバに電流が流れたときにその電流に起因して各検査用センサが検知する磁束密度の大きさを規定する。この行列は、検査感度行列と称する。
【００３３】
計測感度行列と検査感度行列は、各センサの性能と、センサとバスバの位置関係で定まるのであるから、予め特定することができる。予め特定された計測感度行列と検査感度行列はメモリ３に記憶されている。
【００３４】
図２に示すように、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７の計測値ｂ１−ｂ７と、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆの計測値ｂａ−ｂｆは、コントローラ２に入力される。コントローラ２は、それら計測された磁束密度の値から、各バスバに流れる電流ｑ１−ｑ７を求める（計測する）。求められた電流値ｑ１−ｑ７は、電流の計測値として、上位コントローラ９０に送られる。また、コントローラ２は、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆの計測値を使って、いずれかのセンサが故障しているか否かをチェックする。図２に示す出力線Ａ１、Ａ２は、センサが故障したことを示す信号の出力線である。センサが故障したことを示す信号も上位コントローラ９０に出力される。特に、計測用センサ群のいずれかが故障した場合、コントローラ２は、その故障した計測用センサを特定することができる。特定した計測用センサの情報も出力線Ａ１、Ａ２を介して上位コントローラ９０に出力される。上位コントローラ９０は、故障の状況に応じて適宜の対策処理を行う。例えば、センサの故障を示す警告をインストルメントパネルに表示する。なお、コントローラ２は、故障した計測用センサを除外し、代わりに検査用センサ群のいずれかを使って７本のバスバの電流計測を継続することができる。
【００３５】
７本のバスバＣ１−Ｃ７を流れる電流の計測について説明する。先に述べたように、｛Ｂｍ｝＝［Ｍ］×｛Ｉ｝の関係がある。この関係に基づき、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７の計測値（磁束計測値ベクトル｛Ｂｍ｝）と計測感度行列［Ｍ］を用いて、｛Ｉｍ｝＝［Ｍ］−１×｛Ｂｍ｝の式により、各バスバを流れる電流が同時に計測される。なお、前述したように、｛Ｉ｝はバスバを実際に流れる電流値のベクトルを表しており、｛Ｉｍ｝は、計測した電流値のベクトル（電流計測値ベクトル）を表している。
【００３６】
次に、コントローラ２が実行する故障検知アルゴリズムを説明する。コントローラ２は、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝と検査感度行列［Ｗ］を使って、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝を求める。磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝は、前述したように、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆが計測するであろうと推定される磁束密度を要素とするベクトルである。磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝は、｛Ｂｐ｝＝［Ｗ］×｛Ｉｍ｝で求められる。一方、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆの計測値は、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝で取得済みである。全てのセンサが正常である場合、ベクトル｛Ｂｃ｝とベクトル｛Ｂｐ｝の対応する要素は全て等しいはずである。逆に、ベクトル｛Ｂｃ｝とベクトル｛Ｂｐ｝が等しくない場合は、いずれかのセンサが故障していることになる。
【００３７】
そこで、コントローラ２は、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆが実際に計測した値（磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝）と磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝を比較する。コントローラ２は、両方のベクトルを比較し、ベクトル要素の一つだけが異なる場合には検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆのいずれかが故障していることを示す信号を出力する。他方、コントローラ２は、両方のベクトルを比較し、複数のベクトル要素が相違する場合には計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれかが故障していることを示す信号を出力する。故障を示す信号は、図２に示した信号線Ａ１、Ａ２により、上位コントローラ９０に伝えられる。
【００３８】
計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれかが故障したのか、あるいは、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆのいずれかが故障したのかが、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝と磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝の比較で判別できる理由は次の通りである。仮に検査用センサ群のいずれかが故障していると仮定する。そうすると、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７は正常である。なお、ここでは、複数のセンサが同時に故障する確率は、個々のセンサが単独で故障する確率よりもはるかに低く、複数のセンサが同時に故障することは事実上想定する必要がない、という技術常識を前提としている。
【００３９】
計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７が全て正常であるならば、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝は正しいことになる。そうすると、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝と磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝の各要素を比較したとき、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝の要素の値と異なる値を計測した検査用センサが故障していると特定できる。
【００４０】
次に、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれかが故障していると仮定する。その場合、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝に、故障に起因する誤差が含まれる。誤差は、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝の少なくとも一つの要素に表れる。磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝は電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝と検査感度行列の積で求められる。ここで、検査感度行列の全ての要素はゼロでない。それゆえ、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝の要素が一つでも誤っていれば、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝の全ての要素に、故障に起因する誤差が含まれる。他方、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆは全て正常であるから、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝の要素は全て正しい。従って、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれか一つが故障している場合、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝と磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝の比較において全ての要素が異なることになる。計測誤差を考慮すると、少なくとも複数の要素が異なっている場合に、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれか一つが故障していると結論できる。こうして、センサの故障を判別することができる。
【００４１】
次に、コントローラ２は、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７のいずれかが故障していると判定した場合、故障したセンサを特定する。故障したセンサを特定するため、コントローラ２は、次のセンサ交換計測感度行列を記憶している。先に述べたように、計測感度行列［Ｍ］は、各バスバに流れる電流（電流値ベクトル｛Ｉ｝）と、その電流が流れたときの計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７の計測値（磁束計測値ベクトル｛Ｂｍ｝）との関係を規定する。その関係とは、｛Ｂｍ｝＝［Ｍ］×｛Ｉ｝である。センサ交換計測感度行列は、計測用センサ群Ｓ１―Ｓ７のいずれか一つを、検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆのいずれかで置き換えたときの７個の新たなセンサ群が計測する磁束計測値ベクトルと電流ベクトル｛Ｉ｝の関係を規定する行列である。今、第ｉ番目の計測用センサを検査用センサと交換したときの計測感度行列（センサ交換計測感度行列）を記号［Ｍｉ］で表す。７個の新たなセンサ群のパターンは、７個のセンサのいずれか１個の交換すればよいから、７パターンが存在する。それゆえ、センサ交換計測感度行列も７パターンが存在する。メモリ３には、その７パターンのセンサ交換計測感度行列が記憶されている。なお、検査用センサ群は複数のセンサを含む。いずれの検査用センサと交換するかで、センサ交換計測感度行列も異なってくる。即ち、実際には、７×［検査用センサの個数］のセンサ交換計測感度行列が定義できる。
【００４２】
磁束計測値ベクトル｛Ｂｍ｝の要素のうち、第ｉ番目の計測用センサの計測値をいずれかの検査用センサの計測値で置き換えたベクトルをセンサ交換磁束計測値ベクトル｛Ｂｍｉ｝で表す。このとき、｛Ｂｍｉ｝＝［Ｍｉ］×｛Ｉ｝が成立する。従って、｛Ｉｍ｝＝［Ｍｉ］−１×｛Ｂｍｉ｝の関係が成立する。７個の新たなセンサ群を作る際に除外したセンサが故障していたら、その新たなセンサ群に対応したセンサ交換磁束計測値ベクトル｛Ｂｍｉ｝の要素は全て正しいことになる。そうすると、そのセンサ交換磁束計測値ベクトル｛Ｂｍｉ｝を使って電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝を求めたら、そのベクトルの要素も全て正しいことになる。ここで、センサ交換磁束計測値ベクトル｛Ｂｍｉ｝を使った電流計測値ベクトルを、センサ交換電流計測値ベクトル｛Ｉｍｉ｝で表す。この事実を使うと、次のアルゴリズムでコントローラ２は、故障した計測用センサを特定することができる。
【００４３】
コントローラ２は、センサ交換電流計測値ベクトル｛Ｉｍｉ｝から、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝を算出する。ここで、センサ交換電流計測値ベクトル｛Ｉｍｉ｝から得られる磁束推定値ベクトルをセンサ交換磁束推定値ベクトル｛Ｂｐｉ｝と称する。センサ交換磁束推定値ベクトル｛Ｂｐｉ｝は、｛Ｂｐｉ｝＝［Ｗ］×｛Ｉｍｉ｝で求まる。除外した計測用センサが故障しており、他の素子が全て正常であれば、センサ交換磁束推定値ベクトル｛Ｂｐｉ｝の全ての要素が正しい。そして、元々の磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝の全ての要素も正しい。従って、コントローラ２は、磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝と、センサ交換磁束推定値ベクトル｛Ｂｐｉ｝が一致した場合に、新たなセンサ群を作るときに計測用センサ群から除いた一つのセンサ（即ち、センサＳｉ）が故障していると特定することができる。
【００４４】
以上のアルゴリズムにより、電流計測装置は、故障している計測用センサを特定することができる。なお、前述したセンサ交換電流計測値ベクトル｛Ｉｍｉ｝は、故障した計測用センサの代わりに検査用センサを用いたときの電流計測値である。故障したセンサを特定した後は、コントローラ２は、その故障したセンサを検査用センサで置き換えた新たなセンサ群によって求めたセンサ交換電流計測値ベクトル｛Ｉｍｉ｝を、７本のバスバＣ１−Ｃ７の電流計測値として利用することができる。このとき、複数の検査用センサが存在する場合、故障を特定した計測用センサが対象とするバスバに対して感度が高い検査用センサを選択するとよい。「感度が高い」とは、そのバスバの磁束密度を受けたときのセンサの出力が大きいことを意味する。すなわち、わずかな磁束密度も精度よく検知できることが、「感度が高い」の意味である。
【００４５】
（第２実施例）次に、第２実施例の電流計測装置２０を説明する。図４は、電流計測装置２０の模式的平面図である。この電流計測装置２０は、３本のバスバＣ１−Ｃ３に流れる電流を同時に計測する。また、電流計測装置２０は、センサの故障を検知することができる。ここでの計測対象は、ＵＶＷ３相交流電流である。３相交流電流には、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係がある。ここで、Ｉｕ（Ｉｖ、Ｉｗ）は、Ｕ相（Ｖ相、Ｗ相）を流れる電流である。このような制約がある場合の電流計測と故障検知を説明する。
【００４６】
電流計測装置２０の計測対象は３本のバスバＣ１−Ｃ３の夫々を流れる電流ｑ１−ｑ３である。電流計測装置２０は、各バスバに対応する計測用センサ群Ｓ１―Ｓ３と、検査用センサ群ＳａとＳｘを備える。図示を省略しているが、電流計測装置２０は、先の実施例のコントローラ２及びメモリ３と同様のコントローラとメモリを備える。
【００４７】
検査用センサＳｘは、３相交流である各バスバの電流に対して等しい感度を持つ仮想のセンサである。検査用センサＳｘの出力は常にゼロである。この検査用センサＳｘは仮想のセンサであるゆえ、故障はしない。この仮想の検査用センサＳｘの導入により、３相交流の電流の和が常にゼロである条件を、第１実施例で説明した故障検知アルゴリズムに組み込むことができる。
【００４８】
上記の構成は、１個のセンサの故障があっても３相の電流を測定するという機能を維持できる。故障検知アルゴリズムの概要は次の通りである。全てのセンサが正常である場合は、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ３の計測値を要素とする磁束計測値ベクトル｛Ｂｍ｝と、これに対応する計測感度行列［Ｍ］により、各バスバを流れる電流が求まる。具体的には、｛Ｉｍ｝＝［Ｍ］−１×｛Ｂｍ｝の式で、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝が求まる。
【００４９】
コントローラは、電流計測値ベクトル｛Ｉｍ｝と、検査感度行列［Ｗ］から、検査用センサＳａ、Ｓｘの計測値の推定値を要素とするベクトル｛Ｂｐ｝（磁束推定値ベクトル）を求める。コントローラは、磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝と検査用センサ群ＳａとＳｘの実際の計測値のベクトル｛Ｂｃ｝（磁束検査値ベクトル）を比較する。なお、先に述べたように、センサＳｘの出力はゼロである。
【００５０】
磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝と磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝が等しければ、全てのセンサが正常である。磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝と磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝の要素を比較した際、検査用センサＳａの出力値だけが相違している場合は、そのセンサＳａが故障していると判定できる。この場合は、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ３は正常であるから電流計測を継続することができる。
【００５１】
磁束推定値ベクトル｛Ｂｐ｝と磁束検査値ベクトル｛Ｂｃ｝の複数の要素が相違している場合は、コントローラは、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ３のいずれかが故障していると判断する。この場合、計測用センサ群Ｓ１−Ｓ３のいずれかを、正常な検査用センサＳａ又はＳｘと交換し、第１実施例で説明した手順を使って故障した計測用センサを特定する。コントローラは、特定した計測用センサをいずれかの検査用センサで置き換えた新たなセンサ群とそれに対応するセンサ交換計測感度行列を使って電流の計測を継続することができる。
【００５２】
第２実施例の電流計測装置２０は、３本のバスバを流れる電流を計測するのに各バスバに対応した３個の計測用センサＳ１−Ｓ３と、１個の現実の検査用センサＳａと仮想的な検査用センサＳｘを備える。３本のバスバを流れる電流の総和がゼロという制約があるので、２本のバスバの電流を計測すれば残り一つの電流も算出できる。従って、この電流計測装置２０は、２本のバスバを流れる電流を計測する装置であって、２本の夫々のバスバに対応した計測用センサＳ１、Ｓ２と、２個の検査用センサＳａ、Ｓ３で構成される装置と等価である。即ち、この場合も、第１実施例と同様に、Ｎ＋２個の電流センサによって、Ｎ本の導体を流れる電流を計測するとともに電流センサの故障をチェックすることができる。
【００５３】
（第３実施例）図５は、第３実施例に係る電流計測装置３０の模式図である。この電流計測装置３０は、２個の３相交流負荷に接続された６本のバスバＣ１−Ｃ６を流れる電流を計測する。計測用センサ群として、６本の各バスバに対してセンサＳ１−Ｓ６が夫々配置されている。検査用センサ群として、センサＳａ、Ｓｂ、Ｓｘ、Ｓｙが配置されている。ここで、センサＳｘとＳｙは、３相交流電流の和がゼロという関係に基づく仮想のセンサであり、各３相の電流ｑ１−ｑ３、及び、ｑ４−ｑ６に対して等感度で出力が常にゼロのセンサである。センサＳｘ、Ｓｙは、仮想のセンサであるから故障しない。
【００５４】
なお、仮想的なセンサＳｘ、Ｓｙの代わりに実際のセンサを用いれば、３相の電流の合計＝ゼロが成立しない場合にも対応できる。６本のバスバＣ１−Ｃ６の電流を、計測用センサＳ１−Ｓ６と検査用センサＳａ、Ｓｂ、Ｓｘ、Ｓｙ（ＳｘとＳｙは仮想センサ）の検出値を用い、前述のアルゴリズムにより求める。この実施例は、第２実施例と同様であるから、故障検知の手順は説明を省略する。この例では、仮想センサを検査用センサとして扱ったが、計測用センサとして扱うこともできる。
【００５５】
（第４実施例）図６は、本実施例の電流計測装置が適用される機器の一例であるインバータの回路図である。第４実施例では、インバータが発生する外乱電流を把握して電流の測定確度を向上させる技術を説明する。具体的には、インバータに流れる大電流に起因して発生する磁束密度に対策する方法を示す。
【００５６】
図６の回路において、各アームのトランジスタとダイオードを一つのスイッチング回路としてまとめると、回路的には独立なループ電流はｑ１−ｑ５の５種類となる。この５種類の電流のうち、ｑ１−ｑ４を用いれば、以下のように３相負荷の電流を計算できるので、相電流の制御に利用できる。
ｑｕ＝ｑ１−ｑ２；
ｑｖ＝ｑ３−ｑ４；
ｑｗ＝−ｑｕ−ｑｖ＝ｑ２＋ｑ４−ｑ１−ｑ３
【００５７】
なお、この実施例では、相電流の計算に３相電流の和がゼロであることを利用している。計測用センサとして主に電流ｑ１−ｑ５に対して大きな感度を有する位置と方向に計測用センサＳ１−Ｓ４を配置し、さらに検査用センサとして、複数のループ電流の組み合わせに対して感度を有する位置と方向に適当な個数のセンサ、例えばＳａ−Ｓｄを配置する。なお、ここでは、具体的なセンサの配置は図示と説明を省略する。感度行列は、回路の形状から計算するか、又は、各回路に実際に電流を流してセンサの出力を測定することにより求めることができる。以上の構成に対しても、第１実施例で説明したコントローラのアルゴリズムが適用できる。
【００５８】
実施例に関する留意点を述べる。上記した実施例の計測用センサ、検査用センサのほか、地磁気の外乱を除去するため、地磁気計測用のセンサ（磁電変換素子）を備え、地磁気計測用のセンサの計測値を使って、各センサが計測する値から地磁気の影響を除去することも好適である。
【００５９】
実施例の計測用センサ群Ｓ１−Ｓ７が、第１磁電変換素子群の一例に相当する。実施例の検査用センサ群Ｓａ−Ｓｆが、第２磁電変換素子群の一例に相当する。第１実施例では７本のバスバの電流を計測するとともに、故障を検知するのに７＋６＝１３個のセンサを用いた。計測対象の導体の数は７に限られない。また、コントローラは、磁束推定値ベクトルと磁束検査値ベクトルを比較して、ベクトル要素の一つだけが相違する場合には検査用センサが故障しており、２以上のベクトル要素が相違する場合には計測用センサが故障していると判断する。それゆえ、検査用センサの数は少なくとも２個あればよい。また、上記の技術は、Ｎ本の部分集合の導体にも同様に適用することができる。
【００６０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６１】
２：コントローラ
３：メモリ
１０、２０、３０：電流計測装置
９０：上位コントローラ
Ｃ１−Ｃ７：バスバ
ｑｉ：電流
Ｓ１−Ｓ７：計測用磁電変換素子
Ｓａ−Ｓｆ：検査用磁電変換素子
［Ｍ］：計測感度行列
［Ｗ］：検査感度行列
｛Ｂｍ｝：磁束計測値ベクトル
｛Ｂｃ｝：磁束検査値ベクトル
｛Ｂｐ｝：磁束推定値ベクトル
｛Ｉ｝：電流値ベクトル
｛Ｉｍ｝：電流計測値ベクトル
【図１】
2015215251.tif 000003
【図２】
2015215251.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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