(57)【要約】【課題】監視対象物における充電状態や放電状態を正確且つ確実に監視する。【解決手段】充放電状態監視システムは、回生システム１００の蓄電池４０及びインバータ６０の間と、電動機／発電機７０及びインバータ６０の間とにそれぞれ設けられた円柱状のバスバー１０２に取り付けられた電流センサ１０と、ＥＣＵ２０と、モニタ３０とを備える。電流センサ１０は、電流検出素子１２と４極補助磁石１３とを有し、バスバー１０２に流れる電流Ｉによって生成される磁界Ｈｉｐと４極補助磁石１３が与える磁界Ｈｓの合成磁界Ｍの方向が所定方向となす角度を検出することで、電流Ｉを検出する。ＥＣＵ２０は、合成磁界Ｍの角度が±４５°の範囲内である時は充放電状態が正常であると判断し、この範囲外である時は異常であるとして回生システム１００の充放電に関する動作を停止させる。【選択図】図１
2013169020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と、
前記蓄電池から放電された電力を用いて駆動対象を駆動させるための動力を発生させると共に、前記駆動対象の動作に基づいて電力を発生させて前記蓄電池を充電させる電動機／発電機と、
前記電動機／発電機と前記蓄電池との間に電流経路を形成する導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流を検出する電流検出装置と、
前記電流の大きさが所定値に達した場合に前記電動機／発電機の動作を停止させる制御を行う制御部と
を備え、
前記電流検出装置は、
前記導電部材の近傍に配置され第１磁界を与える補助磁石と、
前記導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流の大きさ及び方向によって変化する第２磁界及び前記第１磁気モーメントの合成磁界の方向に従って変化する検出信号を出力する磁気検出素子と
を備え、
前記制御部は、前記検出信号に従って、前記電動機／発電機の動作を停止させる
ことを特徴とする充放電状態監視システム。
【請求項２】
前記補助磁石は、前記導電部材の長手方向に沿って前記第１磁界を与えるように配置され、
前記制御部は、前記磁気検出素子が検出した前記合成磁界の方向が所定方向に対しなす角度が所定の角度範囲外にある場合には、前記電動機／発電機の動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１記載の充放電状態監視システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記角度が前記導電部材の長手方向に対し±４５°に達した場合に前記電動機／発電機の動作を停止させることを特徴とする請求項２記載の充放電状態監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気検出素子を使用して電流を検出する電流検出装置を用い、充電状態及び放電状態を精度よく監視することができる充放電状態監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる低炭素追求型社会となり、自動車等の車両の形態がＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド自動車）、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  ＨＥＶ：プラグインハイブリッド自動車）、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：電気自動車）、ＦＣＥＶ（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  ＥＶ：燃料電池電気自動車）等に変化しつつある。
【０００３】
これらの車両には、従来の内燃機関による車両とは異なる駆動源として、モータや各種蓄電池が搭載されている。このため、モータから蓄電池へ流れ蓄電池を充電する回生電流の状態（充電状態）や、蓄電池からモータへ流れモータを駆動する駆動電流の状態（放電状態）を逐次監視して、安定した充放電が行われ、過剰な充電電流、放電電流が流れることを回避するように制御する必要がある。
【０００４】
このような制御を行うものとして、下記特許文献１に開示された燃料電池車両のエネルギー制御システムが知られている。この制御システムは、充放電状態検出器が二次電池の過放電又は過充電を検出した場合に、燃料電池の出力電圧を制御する状態から二次電池の電流を制御する状態に切り替えるような制御がなされる。
【０００５】
なお、上記のような制御システムで用いられる電流センサとしては、通常、下記特許文献２や下記特許文献３に開示された磁気センサが用いられる。特許文献２のものはホール素子を用いたものであり、特許文献３のものは異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子を用いたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５４３９７号公報
【特許文献２】特許第３８９６５９０号公報
【特許文献３】特開平９−４３３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に開示されたホール素子は、温度特性が影響して計測精度を向上させ難く、例えば二次電流を流す二次コイルが必要となる場合があるので、誤った測定が起こり易くなると共に構成が複雑となり、また大型化するという問題がある。特に、過電流の検出を目的とする場合、過電流により磁性体の磁気飽和が生じないようにする必要があるため、極めて大型な素子が必要となり、大電流を要するシステムには不向きである。
【０００８】
また、上記特許文献３に開示されたＡＭＲ素子は、電流を抵抗値変化のみで検出するものであるため、単純な充放電の検出はできるが、所定の値以上の充電電流又は放電電流が流れたか否かを検出する用途（過充電や過放電の検出）においては応答性が劣るという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、監視対象物における充電状態や放電状態を正確且つ確実に監視することができる充放電状態監視システム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】
【００１０】
本発明に係る充放電状態監視システムは、蓄電池と、前記蓄電池から放電された電力を用いて駆動対象を駆動させるための動力を発生させると共に、前記駆動対象の動作に基づいて電力を発生させて前記蓄電池を充電させる電動機／発電機と、前記電動機／発電機と前記蓄電池との間に電流経路を形成する導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流の大きさが所定値に達した場合に前記電動機／発電機の動作を停止させる制御を行う制御部とを備え、前記電流検出装置は、前記導電部材の近傍に配置され第１磁界を与える補助磁石と、前記導電部材の近傍に配置され前記導電部材を流れる電流の大きさ及び方向によって変化する第２磁界及び前記第１磁界の合成磁界の方向に従って変化する検出信号を出力する磁気検出素子とを備え、前記制御部は、前記検出信号に従って、前記電動機／発電機の動作を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、監視対象物における充電状態や放電状態を正確且つ確実に監視することができる充放電状態監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用された回生システムの構成を示す図である。
【図２】同充放電状態監視システムにおける電流センサの配置態様を説明するための斜視図である。
【図３】同充放電状態監視システムの電流センサの構成を示す側面図である。
【図４Ａ】４極補助磁石１３の構成を示す概略図である。
【図４Ｂ】磁気検出素子１２の構成を示す概略図である。
【図４Ｃ】ＥＰＵ２５の構成を示すブロック図である。
【図５】直流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図６】角度θと電流Ｉの関係を示すグラフである。
【図７】交流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図８】交流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図９】交流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図１０】交流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図１１】交流の電流Ｉの大きさを検出する原理を説明する概念図である。
【図１２】同充放電状態監視システムの電流センサの他の構成を示す側面図である。
【図１３】４極補助磁石を示す平面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用されたハイブリッドシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る充放電状態監視システムの実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用された回生システムの構成を示す図、図２は、この充放電状態監視システムにおける電流センサの配置態様を説明するための斜視図である。この充放電状態監視システム（以下、「監視システム」と略記する。）は、例えば自動車等の車両に備えられた回生システム１００に適用されている。
【００１５】
回生システム１００は、蓄電池４０と、インバータ６０と、電動機／発電機７０を備える。蓄電池４０は、蓄積された化学エネルギーを電気エネルギー（直流電圧）に変換して外部に供給（放電）すると共に、外部から供給された電力を蓄積（充電）する機能を有する。インバータ６０は、蓄電池４０から供給される直流を交流に変換して電動機／発電機７０に供給する一方、電動機／発電機７０において生成された交流電圧を直流電圧に変換する機能を有する。すなわち、インバータ６０は、ＡＣ／ＤＣコンバータとしての機能を有する。電動機／発電機７０は、インバータ６０から供給される交流により運動エネルギーを発生して車輪１０１を駆動すると共に、車輪１０１の運動エネルギーを回生して交流電圧を発生させる。
【００１６】
この回生システム１００に適用される監視システムは、電流センサ１０を有する。電流センサ１０は、蓄電池４０及びインバータ６０の間に配置され電流経路を形成する円柱状の導電部材であるバスバー１０２（図２参照）の近傍の位置に取り付けられる。また、電流センサ１０は、電動機／発電機７０及びインバータ６０の間に配置され電流経路を形成する円柱状の導電部材であるバスバー１０２の近傍の位置にも取り付けられる。この実施の形態では、２個の電流センサ１０を有する例を説明するが、蓄電池４０及びインバータ６０の間のバスバー１０２、または電動機／発電機７０及びインバータ６０の間のバスバー１０２のいずれか一方に１つだけ電流センサ１０を設けるのでも構わない。
【００１７】
更に、この監視システムは、各電流センサ１０からの検出信号に基づき、各種演算処理を行って回生システム１００の全体を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）２０と、このＥＣＵ２０からの情報を画面表示によって報知するモニタ３０とを有する。ＥＣＵ２０は、後述するように、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、及びＣＰＵ等を内蔵している。このモニタ３０は、情報を画面表示により報知する他に、例えばスピーカなどを介して音声出力する機能を有していても良い。
【００１８】
なお、バスバー１０２は、図２に示すように、ケーブル接続部１０４、１０５を有しており、このケーブル接続部１０４、１０５を介して蓄電池４０及びインバータ６０に接続される。バスバー１０２は、蓄電池４０及びインバータ６０の間、または電動機／発電機７０及びインバータ６０の間に電流経路を形成する。電流Ｉがバスバー１０２に流れた場合に、周方向に磁界Ｈｉｐが生成される。各電流センサ１０は、バスバー１０２に対し、取付治具１０３を介してそれぞれ所定位置に取り付けられ、電流Ｉが生成する磁界Ｈｉｐと、後述する４極補助磁石が提供する磁界Ｈｓとの合成磁界Ｍの向きに基づく検出信号を出力する。
【００１９】
図３は、この充放電状態監視システムの電流センサ１０の構成を示す側面図である。各電流センサ１０は、例えば基板１１上に装着された４極補助磁石１３と、基板１１の反対側に装着された磁気検出素子１２とを備えている。４極補助磁石１３は、例えば図４Ａに示すようなリング状磁石であり、中心Ｏを通る中心線に対して＋４５°及び−４５°の向きに磁気モーメントが形成されるように着磁されている。４極補助磁石１３は、例えばサマリウムコバルト等の希土類系永久磁石から構成され得る。そして、この＋４５°及び−４５°の向きの磁気モーメントの合成磁気モーメントが、バスバー１０２の長手方向に沿うよう、磁気検出素子１２はバスバー１０２の近傍の位置に設置される。
【００２０】
また、磁気検出素子１２は、例えばパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）からなり、電流Ｉに基づく磁界Ｈｉｐ及び４極補助磁石１３が与える磁界Ｈｓを合成してなる合成磁界Ｍ中に配置されるように、４極補助磁石１３の中心Ｏからずれた位置に装着されている。磁気検出素子１２は、図４Ｂに示すように、一対のセンサユニット１２１、１２２を有している。センサユニット１２１は、４つのＭＲ素子１１１をブリッジ接続して構成されている。センサユニット１２２も、同様に４つのＭＲ素子１１１’をブリッジ接続して構成されている。
【００２１】
センサユニット１２１の４つのＭＲ素子１１１は、互いの磁化容易軸を９０°ずつずらして配置され且つブリッジ接続されている。センサユニット１２２の４つのＭＲ素子１１１’も同様である。また、ＭＲ素子１１１と１１１’とは、互いの磁化容易軸を４５°傾けた状態で配置されている。磁気検出素子１２は、このような構成を有することにより、４極補助磁石１３の磁気モーメントに基づく固定磁界Ｈｓと、電流Ｉにより生成される磁界Ｈｉｐとの合成磁界Ｍの方向（角度θ）を検出し、その角度θの情報を含む検出信号をＣＰＵ２５に向けて出力する。詳しくは後述する。
【００２２】
この磁気検出素子１２の各出力端子Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇから出力される検出信号は、この角度θの情報を含んでおり、図４Ｃに示すように、ＥＣＵ２０内のＡ／Ｄ変換器２１〜２４でそれぞれＡ／Ｄ変換され、同じくＥＣＵ２０内に搭載されたＣＰＵ２５に入力される。
【００２３】
ＣＰＵ２５は、電流センサ１０から提供される角度θの情報を含む検出信号を、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶されたプログラムに従って処理し、角度θを算出する。この角度θのデータは、バスバー１０２に流れる電流Ｉにより生成される磁界Ｈｉｓと、４極補助磁石１３が与える固定の磁界Ｈｓとの合成磁界Ｍが、バスバー１０２の長手方向に対しなす角度として算出される。角度θのデータから、ｔａｎθも演算される。電流Ｉは、このｔａｎθに比例する値であり、後述の方式により算出される。この角度θが、所定の角度範囲内（例えば、バスバー１０２の長手方向に対し±４５°以内）か否かがＣＰＵ２５において判断される。
【００２４】
角度θが、所定の角度範囲外である場合は、電流Ｉが過剰であり、過電流による充放電が行われていると判断し、回生システム１００における充電又は放電に関する動作を停止させる。具体的には、車輪１０１に制動がかかった時に、蓄電池４０及びインバータ６０の間のバスバー１０２に取り付けられた電流センサ１０により、角度θが所定の角度範囲を超えたことが検出された場合、過電流による蓄電池４０への充電が行われるとして、充電動作を停止させる。
【００２５】
一方、車輪１０１に駆動力がかかった時に電動機／発電機７０及びインバータ６０の間のバスバー１０２に取り付けられた電流センサ１０により、角度θが所定の角度範囲を超えたことが検出された場合、過電流による電動機／発電機７０への放電が行われるとして、放電動作を停止させる。
【００２６】
また、ＥＣＵ２０は、これと並行して、蓄電池４０や電動機／発電機７０の充放電状態の監視結果に関する情報をモニタ３０等に出力し、表示させる。なお、上記過電流による充放電状態が検出された場合は、重大な事故を招かぬよう、動作を停止させた旨の情報と共に、過電流の発生を知らせる警告信号などをモニタ３０に表示させるようＥＣＵ２０を構成するのが好適である。
【００２７】
ここで、このように構成された監視システムの電流センサ１０及びＥＣＵ２０による絶対角度検出データの算出方法について具体的に説明する。ここでは、蓄電池４０とインバータ６０との間のバスバー１０２（半径Ｒ）に直流の電流Ｉが流れているものと仮定する。この場合、この電流Ｉにより、バスバー１０２の中心から距離ｒ（＞Ｒ）の位置に生成される磁界Ｈｉｐは、次のように表現され得る。
【００２８】
［数１］
Ｈｉｐ＝Ｉ／２πｒ
【００２９】
図５は、バスバー１０２に直流の電流Ｉが流れる場合における角度θの算出方法を説明する概念図である。図５（ａ）に示すように、４極補助磁石１３が与える磁界Ｈｓの方向がｚ軸の正方向（電流Ｉと同じ方向、換言すればバスバー１０２の長手方向と同じ方向）となるように４極補助磁石１３を設置する。また、ｚ軸の正方向を基準方向（角度０°）に設定する。また、電流Ｉにより生成される磁気モーメントＨｉｐの方向をｘ軸とする。
【００３０】
そして、電流Ｉが０Ａ〜最大許容電流Ｉｐ＿ｍａｘ（例えば、３００Ａ）の範囲で変化することを許容し、この最大許容電流Ｉｐ＿ｍａｘを超える電流Ｉ（過電流）が流れた場合に電動機／発電機７０の動作を停止させる回生システム１００を考える。電流Ｉが０〜Ｉｐ＿ｍａｘ（Ａ）の間で変化した場合、この電流Ｉにより生成される磁界Ｈｉｐの大きさも、この電流Ｉに比例して、０〜Ｈｉｐｏ（＝Ｉｐ＿ｍａｘ／２πｒ）の範囲で変化する。すなわち、Ｈｉｐｏは磁界Ｈｉｐの最大許容値であり、Ｈｉｐｏ＝Ｈｓに設定される。電流センサ１０は、この関係が得られるような位置（距離ｒ）に配置され、校正される。ただし、磁界Ｈｉｐの方向は、電流Ｉの大きさに拘わらず、Ｘ軸方向である。
【００３１】
電流センサ１０は、この磁界Ｈｉｐと前述の磁界Ｈｓとの合成磁界Ｍの方向（角度θ）を検出し、出力端子Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇから検出信号を出力する。ＣＰＵ２５は、この検出信号に基づいて角度θ、更にはｔａｎθを演算する。角度θの正負により、電流Ｉが放電電流なのか又は充電電流なのかを判定することができる。また、電流Ｉを、次の式に基づいて算出する。
【００３２】
［数２］
Ｉ＝Ｈｉｐ／２πｒ
＝Ｈｓ・ｔａｎθ／２πｒ
【００３３】
ここで、θとｔａｎθは、−４５°≦θ≦４５°の範囲内において、一次関数により近似可能な関係にあり（図６）、［数２］からして、電流Ｉと角度θとの関係も、一次関数で近似可能である。θがこの−４５°≦θ≦４５°の範囲外になる場合、θの増加に対しｔａｎθは指数関数的に増加し、電流センサ１０の検出信号に対し線形な出力信号が得られなくなる。従って、電流センサ１０の検知範囲は、−４５°≦θ≦４５°に設定するのが好適である。
【００３４】
以上は、電流センサ１０により直流の電流Ｉの大きさを検知する場合の動作を説明したものである。電流センサ１０が、交流の電流Ｉ＝Ｉｏｓｉｎωｔ（ωは交流の角周波数）が流れるバスバー１０２に配置される場合における動作を、図７を参照しながら以下において説明する。
【００３５】
この場合、電流Ｉにより発生する磁界Ｈｉｐの大きさは、次の式で表すことができる。
【００３６】
［数３］
Ｈｉｐ＝Ｈｉｐｏ×ｓｉｎωｔ
ただし、Ｈｉｐｏ＝Ｉｏ／２πｒ
【００３７】
直流の電流の場合と同様に、この磁界Ｈｉｐの大きさが磁界Ｈｓよりも大きくなると、角度θが±４５°を超え、次の数式に示すように、ｔａｎθの値が１を超える。この場合に、電流Ｉが過電流であると判定することができる。
【００３８】
［数４］
ｔａｎθ＝Ｈｉｐ／Ｈｓ
＝（Ｈｉｐｏ×ｓｉｎωｔ）／Ｈｓ
【００３９】
電流Ｉの振幅Ｉｏが小さく、このため磁界Ｈｉｐの振幅Ｈｉｐｏが磁界Ｈｓ以下である場合には、ｔａｎθは位相ｗｔの如何に拘わらず１以下であり、従って、電流Ｉは過電流ではなく適性と判定される。
一方、電流Ｉの振幅Ｉｏが増加し、これにより磁界Ｈｉｐの振幅Ｈｉｐｏが磁界Ｈｓよりも大きくなると、ｔａｎθは、０≦ωｔ≦３６０°の範囲のいずれかにおいて、１よりも大きくなる。この場合、電流Ｉは過電流であると判定することができる。これは、電流Ｉの放電時、充電時とも同様である。
図８〜図１０は、磁界Ｈｉｐの振幅Ｈｉｐｏがちょうど磁界Ｈｓに等しい場合において、各位相ｗｔ（−９０°、０°、９０°、１８０°、−１８０°）における磁界Ｈｉｐ、及び合成磁界Ｍを示している。この場合は、いずれの位相ｗｔにおいても、角度θは±４５°以内であり、電流Ｉは適正と判断される。
【００４０】
一方、図１１は、磁界Ｈｉｐの振幅Ｈｉｐｏが磁界Ｈｓの大きさよりも大きくなり、このため、位相ｗｔの一部の範囲において、角度θが±４５°を超えた場合を示している。この場合、電流Ｉは過電流であるとの判定がなされる。
【００４１】
このように、この第１の実施の形態に係る監視システムでは、電流Ｉの大きさを、合成磁界Ｍの角度θとして検出することができる。ｔａｎθと電流Ｉが比例関係にあり、検出信号と出力信号との関係を一次関数により表すことができる。
また、第１の実施形態に係る監視システムでは、電流センサ１０がパーマロイからなる磁気検出素子１２と、希土類系永久磁石からなる４極補助磁石１３とを備えている。このため、動作温度範囲が広く、車両のエンジンルーム等の高温環境下においても安定して電流を検出することができ、充放電状態を正確且つ確実に監視することができる。
【００４２】
また、この監視システムは、電流Ｉにより生成される磁界Ｈｉｐと４極補助磁石１３の磁界Ｈｓの合成磁界Ｍの角度θの変化を±４５°の範囲で検知するよう電流センサ１０を構成している。このため、電流センサ１０で検出される角度θと、電流Ｉとの関係を一次関数で近似することができるので、高精度な電流センサ１０を提供することができる。
【００４３】
なお、パーマロイからなる磁気検出素子１２及び希土類系永久磁石からなる４極補助磁石１３からなる電流センサ１０は、たとえば１ＭＨｚ程度の広帯域応答特性を有している。このため、ＥＣＵ２０の回路要素とクロック周波数の設定により、制御ループ時間を大幅に短縮化して、例えば５００ＫＨｚという広帯域応答を可能にすることができる。
【００４４】
図１２は、この監視システムの電流センサの他の構成を示す側面図であり、図１３は、４極補助磁石を示す平面図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略する。図１２に示すように、電流センサ１０Ａは、上述した磁気検出素子と４極補助磁石とをシリコン基板上にモノリシックに構成している。
【００４５】
すなわち、電流センサ１０Ａは、シリコン基板１４と、シリコン酸化膜層（ＳｉＯ２）１５と、導体膜層１６と、シリコン窒化膜層（ＳｉＮｘ）１７と、クロム膜層（Ｃｒ）１８と、磁性体膜層１９と、クロム膜層（Ｃｒ）２７と、パシベーション膜層（シリコン窒化膜層）２８とを備えて構成されている。
【００４６】
この例では、磁気検出素子の一例としてＡＭＲ効果素子（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）が形成されるものとする。このＡＭＲ効果素子が、電流Ｉにより生成される磁界Ｈの磁界中に配置され、電流Ｉにより生成される磁界Ｈｉｐと４極補助磁石が与える磁界Ｈｓの合成磁界Ｍの角度θに対応した検出信号を出力する。
【００４７】
なお、磁気検出素子はＡＭＲ効果素子に限定されるものではなく、電流センサ１０Ａが、ＡＭＲ効果素子に代えて、例えばＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、ＣＭＲセンサ等の磁気抵抗効果素子を備えていても良い。
【００４８】
磁性体膜層１９は、図１３に示す４極補助磁石１６０が形成される層であり、例えばサマリウム（Ｓｍ）、コバルト（Ｃｏ）等の強磁性体材料により形成されており、所定の方向に固定的に磁化されている。この４極補助磁石１６０が提供する磁界Ｈｓと、バスバー１０２に電流Ｉが流れることによって生成される磁界Ｈｉｐの合成磁界Ｍが提供される。
【００４９】
導体膜層１６は、磁気検出素子を構成する層であり、パーマロイ（例えば、Ｎｉ：Ｆｅ＝８１：１９の合金）等の強磁性体材料をブリッジ接続して構成される。磁界Ｈｉｐの大きさにより前述の合成磁界Ｍの方向が変化すると、磁気検出素子中でブリッジ接続された磁気抵抗素子の磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化を検出することにより、上述したような合成磁界Ｍの角度が検出される。なお、このようなブリッジ接続は周知であるため、説明は省略する。
【００５０】
クロム膜層１８、２７は、磁性体膜層１９を上下から挟むように形成されており、磁性体膜層１９のサマリウム（Ｓｍ）の酸化を防止する役割を有している。パシベーション膜層２８は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）から構成されており、クロム膜層２７を保護する役割を有する。
【００５１】
磁性体膜層１９に形成され導体膜層１６のＡＭＲ効果素子と近接配置される４極補助磁石１６０は、図１３に示すように、十字形状の磁石であり、中心Ｏを通る水平線（ｘ軸：基準方向）に対して０°及び９０°の向きに磁界が形成されるように着磁されている。そして、この０°及び９０°の方向の磁界を合成して形成される合成磁界が、基準方向（ｘ軸）に対して４５°方向を向くように構成されている。
【００５２】
このように構成された４極補助磁石１６０は、具体的には、放射状磁石部１６１と、消磁用磁石部１６２とから構成されている。放射状磁石部１６１は、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄと、強磁性体部１６１ｚとを備えている。強磁性体部１６１ｚは、放射状磁石部１６１の中心に位置し、具体的にはその中心が中心Ｏと略一致するように配置されている。強磁性体部１６１ｚは、例えば鉄（Ｆｅ）等により構成される。
【００５３】
第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄは、それぞれ強磁性体部１６１ｚの４辺の１つに接するように、９０°間隔で放射状に配置される。すなわち、第１磁極片１６１ａは、中心Ｏから見てｘ軸の正方向（０°方向）に配置されている。また、第１磁極片１６１ｂは、中心Ｏから見てｙ軸の正方向（９０°方向）に配置されている。
【００５４】
更に、第１磁極片１６１ｃは、中心Ｏから見てｘ軸の負方向（１８０°方向）に配置され、第１磁極片１６１ｄは、中心Ｏから見てｙ軸の負方向（２７０°方向）に配置されている。また、放射状磁石部１６１は、ｘ軸方向（０°方向）及びｙ軸方向（９０°方向）の向きに磁界が形成されるように着磁されている。
【００５５】
このため、第１磁極片１６１ａ及び１６１ｂは、その放射方向の先端においてＮ極を有すると共に、反対側の端部においてＳ極を有するように着磁される。反対に、第１磁極片１６１ｃ及び１６１ｄは、その放射方向においてＳ極を有すると共に、反対側の端部においてＮ極を有するように着磁される。従って、これら４つの第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄがそれぞれ形成する磁界を合成してなる合成磁界は、例えばｘ軸に対して４５°方向を向いた磁界となる。
【００５６】
また、消磁用磁石部１６２は、２つの第２磁極片１６２ａ、１６２ｂを有する。第２磁極片１６２ａは、第１磁極片１６１ａと１６１ｂとに挟まれた第１矩形領域１６４（第１磁極片１６１ａの輪郭部と第１磁極片１６１ｂの輪郭部とを延長した仮想線により定義される領域）に形成され、この例では略菱形の形状を有している。
【００５７】
この第２磁極片１６２ａは、ｘ軸に対し４５°方向に沿って着磁されている。これにより、後述するように、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄがそれぞれ生成する磁界を合成して得られる合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する機能を有する。中心Ｏから最も離れた頂点ａｔは、鋭角α（＜９０°）を有しており、且つ第１矩形領域１６４よりも外側に位置しているのが好適である。
【００５８】
また、第２磁極片１６２ｂは、第１磁極片１６１ｃと１６１ｄとに挟まれた第２矩形領域１６５（第１磁極片１６１ｃの輪郭部と第１磁極片１６１ｄの輪郭部とを延長した仮想線により定義される領域）に形成されている。この第２磁極片１６２ｂは、第２磁極片１６２ａと同様に、前述の逆磁界を消去するためｘ軸に対して４５°方向に沿って着磁されている。中心Ｏから最も離れた頂点ｂｔは、鋭角α（＜９０°）を有しており、且つ第２矩形領域１６５よりも外側に位置しているのが好ましい。
【００５９】
これら第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの存在により、放射状磁石部１６１により生じる望ましくない磁力線（逆磁界）を消去することができる。なお、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、先端が同じ方向に磁化された第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄの間に挟まれるように形成される。
【００６０】
図１３に示す場合、第２磁極片１６２ａが、先端がＮ極を有するように磁化された第１磁極片１６１ａ、１６１ｂの間に挟まれるように形成される一方、第２磁極片１６２ｂが、先端がＳ極を有するように磁化された第１磁極片１６１ｃ、１６１ｄの間に挟まれるように形成される。
【００６１】
なお、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、それぞれ第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄのそれぞれと略同一の面積を有するように形成されるのが望ましい（同一の構造、同一の材料で形成される場合）。面積が大幅に異なると、逆磁界が十分に消去されなくなるためである。
【００６２】
また、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ、１６１ｂの先端側の頂点と略一致（以下、「一点交叉」という。）しているのが望ましい。両者の頂点が一致しないと、逆磁界が十分に消去されないからである。このため、両者の頂点の位置の誤差は、±１μｍ程度に抑制される。
【００６３】
更に、頂点Ａ１、Ａ２において、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄの先端側の辺と、この辺に隣接する第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの辺とがなす角度β１は、鈍角（＞９０°）に設定されるのが望ましい。この部分が鋭角となると、逆磁界がかえって大きくなるなどのデメリットが生じるためである。
【００６４】
このように、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、以下の３つの条件（１）〜（３）を満たすように形成されるのが望ましい。特に、（１）、（３）の条件は、逆磁界を消去して検出確度を向上させる観点から強く要請される。３つの条件（１）〜（３）は、次の通りである。
【００６５】
（１）１つの第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、１つの第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄと略同一の面積を有する、
（２）第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄの先端側の頂点と略一致する、
（３）確度β１が鈍角である。
以上の条件のうちの２つの条件（１）、（３）、望ましくは（１）〜（３）の全てを満たす限りにおいて、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは様々な形状のものを採用することができる。例えば、六角形や八角形を有していても良く、更に多角形ではなくていわゆる先割れ型の形状や楓葉形状であっても良い。
【００６６】
このように構成された消磁用磁石部１６２（第２磁極片１６２ａ、１６２ｂ）が存在しない場合は、図示は省略するが、第１矩形領域１６４及び第２矩形領域１６５付近において、放射状磁石部１６１が形成する合成磁界とは逆方向を向いた逆磁界が発生する。この逆磁界が、合成磁界Ｍの角度の検出の障害となる場合がある。このような逆磁界を消去するために、４極補助磁石１６０に対してｘ軸から見て４５°方向に磁界を発生させる工程を実施することは可能である。しかし、このような工程の実施は、検出角度誤差の増大を招くと共に、通常は４極補助磁石の製造コストを増大させる。
【００６７】
一方、上述した４極補助磁石１６０の場合、４５°方向に着磁された第２磁極片１６２ａ、１６２ｂによって、このような逆磁界は消去されることとなる。従って、上記合成磁界Ｍの角度を正確且つ確実に検出することが可能となる。また、このような磁化方向を有する第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、半導体加工プロセスを用いて簡単に形成することができ、歩留まり良く低コストに、逆磁の無い４極補助磁石１６０を形成することができる。なお、上述した電流センサ１０、１０Ａに含まれる４極補助磁石１３、１６０の他に、例えば８極や１６極の多極補助磁石を用いるようにしても良い。
【００６８】
［第２の実施形態］
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る充放電状態監視システムが適用されたハイブリッドシステムの構成を示す図である。ここでの監視システムは、例えば自動車等の車両に搭載されたハイブリッドシステム（以下、「ＨＶシステム」と略記する。）１００Ａに適用されている。
【００６９】
ＨＶシステム１００Ａは、蓄電池４０、インバータ６０、電動機／発電機７０を備える点は、先の回生システム１００と同様であるが、その他に、車輪１０１を駆動する駆動エネルギーを発生する内燃機関などのエンジン８０と、エンジン８０からの駆動力を車輪１０１に伝達する変速機９０とを備える点が相違している。なお、このＨＶシステム１００Ａに適用される監視システムは、回生システム１００におけるものと同様の構成であり、複数の電流センサ１０、ＥＣＵ２０及びモニタ３０を備えて構成される。
【００７０】
このように構成されたＨＶシステム１００Ａにおける監視システムにおいても、エンジン８０からの駆動エネルギーにより車輪１０１が駆動された時に蓄電池４０及びインバータ６０の間のバスバー１０２に取り付けられた電流センサ１０により、蓄電池４０への充電状態が監視される。
【００７１】
また、蓄電池４０からの放電により車輪１０１が駆動された時に電動機／発電機７０及びインバータ６０の間のバスバー１０２に取り付けられた電流センサ１０により、電動機／発電機７０への放電状態が監視される。その他の作用効果は、上述したものと同様であるため、説明は省略する。
【００７２】
以上述べたように、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、第１の実施形態では、電流センサ１０の４極補助磁石１３としてリング状の永久磁石を使用したが、４極補助磁石は特にリング状に限定されるものではなく、例えば楕円状の永久磁石を使用することも可能である。この場合には、短軸又は長軸に対して対称な角度で着磁すれば良い。
【００７３】
また、第１及び第２の実施形態では、監視システムが適用される対象として、回生システム１００やＨＶシステム１００Ａを例として説明したが、電気自動車や燃料電池電気自動車はもちろんのこと、ブラシレスＤＣモータの駆動電流制御やこのブラシレスＤＣモータの回生電流の直流電流変換制御などのために、上記監視システムを適用するようにしても良い。
【００７４】
その他、監視システムは、大容量電池の充放電状態を監視するために用いることも可能であるし、あるいは、ＮＣ制御工作機器、各種ロボット装置、溶接機、電気車両などの産業用の各種制御機器における充放電状態を監視するために用いることも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…電流センサ、１０Ａ…電流センサ、１１…基板、１２…磁気検出素子、１３…４極補助磁石、１４…基板、１５…シリコン酸化膜層、１６…導体膜層、１７…シリコン窒化膜層、１８…クロム膜層、１９…磁性体膜層、２０…ＥＣＵ、２１…クロム膜層、２２…パシベーション膜層、３０…モニタ、４０…蓄電池、６０…インバータ、７０…電動機／発電機、８０…エンジン、９０…変速機、１００…回生システム、１００Ａ…ハイブリッドシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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