JP2011185787A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバスバーが並列配置されている場合に、簡易な構成により、隣接バスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に対象バスバーの電流検出を行う。
【解決手段】対象バスバー３の検出部位における延在方向である検出部位延在方向に平行且つセンサ部６の磁束検出方向Ｓを含む平面を磁束検出平面Ｐとして、対象バスバー３に隣接して配置された隣接バスバー４は、少なくとも検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでの隣接バスバー４の延在方向が、磁束検出平面Ｐに平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が磁束検出平面Ｐ内に位置するように配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ホール効果を利用して導体に流れる電流を検出する電流検出装置に関する。

近年、回転電機により駆動される電気自動車や、内燃機関及び回転電機により駆動されるハイブリッド自動車が実用化されている。このような自動車の駆動装置に利用される回転電機にはバスバーと呼ばれるような太く剛性の高い導体（銅やアルミニウムなどの金属導体）により電流が供給される。回転電機は、多くの場合、回転電機に流れる電流の検出結果に基づいてフィードバック制御される。この電流は、例えば、当該電流により発生する磁束をホール素子などの磁気検出素子で検出して電流値を求める電流センサによって測定される。磁束は右ネジの法則により、電流路を周回するように発生する。そこで、環状に形成された磁性体の集磁コアの中に電流路となる導体を通して、当該電流路を流れる電流によって発生する磁束を当該集磁コアにより集磁することによって検出精度の向上が図られてきた。例えば、３相交流回転電機では複数相の電流路を有するため、電流を検出する対象となる対象バスバー以外のバスバーを流れる電流による磁束も発生し、磁気干渉を生じる。しかし、集磁コアを設けることによって、このような磁気干渉も抑制できる。

一方、自動車自体に小型化、低コスト化が求められることにも相まって、電流センサも小型化、省部品化、低コスト化などの要請を受け、バスバーを周回する集磁コアを用いないコアレス電流センサが実用化されてきている。特開２００４−６１２１７号公報（特許文献１）には、このようなコアレス電流センサの一例が紹介されている。しかし、コアレス電流センサの場合には、対象バスバー以外のバスバーを流れる電流により発生する磁束に起因する磁気干渉を避ける対策が必要である。例えば、特開２００６−１１２９６８号公報（特許文献２）には、以下のようなコアレス電流センサ（電流検出装置）の構成が開示されている。この電流検出装置は、例えば３本の互いに平行に配置されたバスバーを対象のバスバーとし、各バスバーに流れる電流を検出する３つの電流センサを備えている。また、電流検出装置は、各バスバーに装着される磁気シールドを備えている。そして、平行に配置された３本のバスバー上において、３つの電流センサは各バスバーに沿って交互にずれた位置に配設されている。また、各バスバーに装着される磁気シールドも同様に、各バスバーに沿って交互にずれた位置に配置されている。これら複数の磁気シールドと複数の電流センサの配置はいわゆる千鳥格子配置となっており、これにより隣接バスバーから電流センサへの磁気干渉を避けることができる構成となっている。

特開２００４−６１２１７号公報（第２，３，１９段落、図２等） 特開２００６−１１２９６８号公報（第３６−４１段落、図２，３等）

しかし、上記特許文献２に記載された電流検出装置では、各バスバーに磁気シールドを設けることが必要である。このため、装置の構成がその分複雑になるとともに製造工程が増加し、製造コストが上昇するという問題がある。

従って、複数のバスバーが並列配置されている場合に、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係る電流検出装置の特徴構成は、
並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも１つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、
前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、
前記隣接バスバーは、少なくとも前記検出部位に隣接する隣接部位での前記隣接バスバーの延在方向が、前記磁束検出平面に平行であると共に、前記隣接部位の少なくとも一部が前記磁束検出平面内に位置するように配置される点にある。ここで、「直交状態」とは、直交から±４５°までのずれを含む交差状態を指すものである。

この構成によれば、隣接バスバーの隣接部位の少なくとも一部が磁束検出平面内に位置するので、隣接バスバーの隣接部位を流れる電流により発生する磁束は磁束検出平面にほぼ直交する。磁束検出平面は、検出部位延在方向に平行であって磁束検出方向を含む平面であるから、隣接バスバーを流れる電流により発生する磁束は、センサ部において磁束検出方向にほぼ直交する。従って、この磁束をベクトル分解しても、センサ部において磁束検出方向に沿ったベクトル成分はほとんど存在しない。従って、隣接バスバーを流れる電流により発生する磁束は、対象バスバーに配置されたセンサ部に影響を与えず、磁気干渉が抑制される。これは、対象バスバー、センサ部、隣接バスバーの配置によって実現することができるので、電流検出装置を簡易な構成により安価に実現することができる。磁気干渉を考慮する必要がないから、当然ながら対象バスバーを周回する集磁コアを備える必要もない。従って、本特徴構成によれば、複数のバスバーが並列配置されている場合に、隣接するバスバーからの磁界の影響を抑制して高精度に電流検出を行うことが可能な電流検出装置を、簡易な構成により安価に実現することが可能となる。

ここで、前記複数のバスバーの内、互いに隣り合う複数のバスバーが前記対象バスバーであり、それぞれの前記対象バスバーに前記センサ部が設置されるものであるとき、隣り合って配置されて相補的に前記対象バスバー及び前記隣接バスバーとなる２本のバスバーは、当該２本のバスバーの前記検出部位を含むと共に当該２本のバスバーの前記検出部位延在方向が共に交差する断面視において、当該２本のバスバーと２つの前記センサ部とが互い違いに配置されると好適である。この配置構成によれば、隣り合って配置されて相補的に対象バスバー及び隣接バスバーとなる複数のバスバーを流れる電流により生じる磁界を、相互に外乱磁界とすることがなく、複数のバスバーを流れる電流をそれぞれ検出することができる。また、隣り合う２本のバスバーが互い違いに配置されるので、高い空間使用効率で複数のバスバーを配置することができる。従って、バスバーが設置される装置自体の小型化も可能となる。

また、前記検出部位延在方向と前記隣接部位での前記隣接バスバーの延在方向とが互いに平行であると好適である。磁界のベクトル解析が容易となり、磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築できる。また、バスバーを配置する空間も有効に活用することができる。特に、３本以上のバスバーが用いられる際には、配置が複雑化せず、空間を有効に活用することができる。

また、前記複数のバスバーは、互いに同一形状であると好適である。各バスバーを流れる電流に応じて発生する各磁界が同様のものとなるので、ベクトル解析により磁気干渉を抑制可能な構造を容易に構築することができる。また、複数のバスバーが同一形状であることにより、バスバーの部材コストを低減することができる。

回転電機の駆動装置の構成例を模式的に示す図 対象バスバーとセンサ部との位置関係の一例を模式的に示す斜視図 対象バスバーの検出部位における磁束検出原理を説明する図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す斜視図 隣接バスバーを流れる電流による影響を示す断面図 隣接バスバーと磁束検出平面との関係の第１例を示す断面図 隣接バスバーと磁束検出平面との関係の第２例を示す断面図 隣接バスバーと磁束検出平面との関係の第３例を示す断面図 隣接バスバーと磁束検出平面との関係の第４例を示す断面図 相補的に対象バスバーと隣接バスバーとなる２本のバスバーの配置を示す斜視図 相補的に対象バスバーと隣接バスバーとなる２本のバスバーの配置を示す断面図 相補的に対象バスバーと隣接バスバーとなる３本のバスバーの配置を示す断面図 導体を周回する集磁コアを用いた電流検出の原理を模式的に示す斜視図

以下、本発明の実施形態を交流回転電機の駆動電流（発電電流）を検出する電流検出装置を例として説明する。図１に示すように、本実施形態においては、電流検出装置１は、３相交流により駆動される回転電機ＭＧの駆動装置２０に適用される。電流検出装置１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相それぞれの駆動電流（発電電流）が流れるバスバー（導体）２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの近傍に設置される。バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、回転電機ＭＧが電動機として機能する際に駆動電流を供給し、発電機として機能する際に発電電流を回生する。尚、以下の説明において単にバスバー２というときは、Ｕ相バスバー２Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖ、Ｗ相バスバー２Ｗの全てを総称するものとする。

図１に示すように、駆動装置２０は、制御ユニット１１、ドライバ回路１２、回転検出装置１３、直流電源１４、平滑コンデンサ１５、インバータ１６を備えて構成される。直流電源１４は、バッテリ等の充電可能な二次電池である。駆動装置２０は、直流電源１４の直流電力を所定周波数の三相交流に変換して回転電機ＭＧに供給する。また、駆動装置２０は、回転電機ＭＧにより発電された交流電力を直流に変換して直流電源１４に供給する。回転検出装置１３は、レゾルバ等により構成され、回転電機ＭＧの回転速度及びロータの回転位置の検出信号を制御ユニット１１に出力する。平滑コンデンサ１５は、直流電源１４の正極端子と負極端子との間に並列に接続されており、直流電源１４の電圧を平滑化する。

インバータ１６は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる。インバータ１６は、回転電機ＭＧの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相）のそれぞれに対応するＵ相レッグ１７Ｕ、Ｖ相レッグ１７Ｖ、及びＷ相レッグ１７Ｗを備えている。各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗは、それぞれ直列に接続された上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａと下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂとにより構成される１組２個のスイッチング素子を備えている。各ＩＧＢＴ１８Ａ、１８Ｂには、それぞれフライホイールダイオード１９が並列接続されている。

Ｕ相レッグ１７Ｕは、Ｕ相バスバー２Ｕを介して回転電機ＭＧのＵ相コイルに接続され、Ｖ相レッグ１７Ｖは、Ｖ相バスバー２Ｖを介して回転電機ＭＧのＶ相コイルに接続され、Ｗ相レッグ１７Ｗは、Ｗ相バスバー２Ｗを介して回転電機ＭＧのＷ相コイルに接続されている。この際、各バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、各相レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａのエミッタと下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂのコレクタとの間と回転電機ＭＧの各相コイルとの間を電気的に接続する。各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの上段側アームのＩＧＢＴ１８Ａのコレクタは、直流電源１４の正極端子に接続され、各レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの下段側アームのＩＧＢＴ１８Ｂのエミッタは、直流電源１４の負極端子に接続される。

インバータ１６は、ドライバ回路１２を介して制御ユニット１１に接続されており、制御ユニット１１が生成する制御信号に応じてスイッチング動作する。制御ユニット１１は、不図示のマイクロコンピュータ１などの論理回路を中核とするＥＣＵ（electronic control unit）として構成される。回転電機ＭＧが車両の駆動装置である場合などでは、直流電源１４は高電圧であり、インバータ１６の各ＩＧＢＴ１８Ａ，１８Ｂは、高電圧をスイッチングすることになる。このように、高電圧をスイッチングするＩＧＢＴのゲートに入力されるパルス状のゲート駆動信号のハイレベルとローレベルとの電位差は、マイクロコンピュータなどの一般的な電子回路の動作電圧よりも遥かに高い電圧である。従って、ゲート駆動信号は、ドライバ回路１２を介して電圧変換や絶縁された後、インバータ１６の各ＩＧＢＴ１８Ａ，１８Ｂに入力される。

インバータ１６は、回転電機ＭＧが電動機として機能する際（力行動作する際）、直流電源１４からの直流電力を所定の周波数及び電流値の三相交流電力に変換して回転電機ＭＧに供給する。また、インバータ１６は、回転電機ＭＧが発電機として機能する際（回生動作する際）、回転電機ＭＧにより発電された三相交流電力を直流電力に変換して直流電源１４に供給する。回転電機ＭＧは、制御ユニット１１により所定の出力トルク及び回転速度に制御される。この際、回転電機ＭＧのステータコイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）に流れる電流の値が制御ユニット１１にフィードバックされる。そして、制御ユニット１１は、目標電流との偏差に応じてＰＩ制御（比例積分制御）やＰＩＤ制御（比例微積分制御）を実行して回転電機ＭＧを制御する。このため、インバータ１６の各相レッグ１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗと回転電機ＭＧの各相コイルとの間に設けられた各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを流れる電流値が、電流検出装置１により検出される。

本実施形態においては、電流検出装置１は、３本のバスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの全てに対して配置されるセンサ部６を有して構成される。すなわち、この電流検出装置１は、Ｕ相バスバー２Ｕの電流を検出するためのＵ相センサ部６Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖの電流を検出するためのＶ相センサ部６Ｖ、及びＷ相バスバー２Ｗの電流を検出するためのＷ相センサ部６Ｗを備えている。各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、検出対象の各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに流れる電流によって発生する磁界の磁束密度を検出し、当該検出した磁界の磁束密度に応じた検出信号を出力する。バスバー２に流れる電流により発生する磁界における所定位置の磁束密度は、当該バスバー２に流れる電流の大きさに比例する。従って、各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを利用して、各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに流れる電流値を検出することができる。本実施形態において、制御ユニット１１は電流検出装置１としても機能し、各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにより検出された磁束密度に基づいて、電流値を演算する。当然ながら、センサ部６と共に各相に演算回路が設けられ、相ごとに独立して求められた電流値が制御ユニットに入力される形態であってもよい。また、３相各相の電流は平衡しており瞬時値はゼロであるから、２相のみの電流値を検出する構成であっても構わない。

各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗと各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗとの配置、及び各相センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの構成については、同様であるため、以下、適宜単にバスバー２及びセンサ部６として説明する。センサ部６には、図１３に示すような集磁コア３０、つまりバスバーなどの導体２Ａを周回し、磁束を集める磁性体の集磁コア３０は設置されない。この集磁コア３０は、ギャップを有した断面Ｃ字状の磁性体コアであり、導体２Ａを流れる電流によって発生する磁束を収束させてギャップの間に設置したセンサ部６Ａに導くものである。従って、本実施形態の電流検出装置１は、センサ部６が導体を周回する集磁コアを備えることなく設置される、いわゆるコアレス型の電流検出装置である。尚、磁束の方向を変更したり、磁束を局所的に集中させたりする磁性体をホール素子などと共に一体化したセンサデバイスも実用化されている。しかし、このようなセンサデバイスをセンサ部６として用いた場合であっても、導体を周回する集磁コアを用いなければ、ここではコアレス型の電流検出装置として扱うものとする。

センサ部６は、集磁コアを備えないコアレス型の磁界検出センサにより構成されている。このような磁界検出センサは、例えば、ホール素子、ＭＲ（磁気抵抗効果）素子、ＭＩ（磁気インピーダンス）素子等の各種の磁気検出素子を用いて構成される。これらの磁気検出素子は、図２に示すように、周辺に集磁コアを備えない状態でバスバー２の近傍に配置される。また、センサ部６は、このような集磁コア以外にも、検出対象となるバスバー２（対象バスバー３）が発生させる磁界以外の外部磁界に対するシールドを備えていない。本実施形態においては、センサ部６は、ホール素子と、当該ホール素子の出力を少なくともインピーダンス変換するバッファアンプとが集積された集積回路（ＩＣ）チップとして構成される。ＩＣチップにより構成されたセンサ部６は、本実施形態においては図３に示すように、基板６ａに実装されてバスバー２の近傍に設置される。図２及び図３においては、省略しているが、基板６ａと制御ユニットとは、センサ部６を駆動する電源線及びセンサ部６による検出値を伝達する信号線で接続される。

本実施形態において、センサ部６としてのＩＣチップは、図２及び図３に示すように、ＩＣチップのチップ面に対して平行な磁束、ここでは、バスバー２の断面の長辺側に位置する延在面に対して平行な磁束を検出可能な構成である。つまり、センサ部６は、所定の磁束検出方向Ｓの磁束密度Ｂを検出するように構成されている。バスバー２を流れる電流は交流電流であるから、磁束検出方向Ｓは、図２及び図３に示すように互いに逆向きの２方向を含む。つまり、磁界検出方向Ｓは、一本の直線に平行な方向であって、当該直線の一方端側へ向かう方向と他方端側へ向かう方向の双方が含まれる。図３では、理解を容易にするために、電流Ｉが紙面の裏から表に向かう場合の磁力線Ｈを例示し、その場合の磁束密度Ｂを例示している。このように、センサ部６は所定の磁束検出方向Ｓの磁束密度Ｂを検出するので、対象バスバー３の検出部位３Ｓの近傍に、磁束検出方向Ｓと検出部位３Ｓでの対象バスバー３の延在方向である検出部位延在方向Ｌとが直交状態となるように配置される。本明細書並びに特許請求の範囲において、直交状態とは、直交から±４５°以内のずれを許容する。尚、検出部位延在方向Ｌに平行であって磁束検出方向Ｓを含む平面を磁束検出平面Ｐと称する。

上述したように、センサ部６は、対象バスバー３に流れる電流Ｉ（Ｉ１）を検出するために、電流Ｉが流れることによって発生する磁界Ｈの磁束密度Ｂを検出する。当然ながら、バスバー２に近いほど磁界は強く、磁束密度Ｂも大きいので、センサ部６は、バスバー２の近傍に配置される。耐温度性能や耐振動性能などが満足されるのではあれば、センサ部６はバスバー２に接する状態で設置されてもよい。本実施形態では、図２及び図３に示すように、センサ部６は、バスバー２から所定距離（ｈ）だけ離間した状態で、検出中心位置が、バスバー２の断面の長辺側の中央にほぼ一致するように配置される。また、センサ部６は、磁束検出方向Ｓと検出部位延在方向Ｌとが直交状態となるように配置されている。バスバー２の延在方向Ｌは、電流Ｉの流通方向に相当するため、センサ部６において強い磁束が得られる。図３に示すように、対象バスバー３の中心（電流Ｉの中心）とセンサ部６の中心（ホール素子の中心）との距離をｈ、バスバー２の断面の長手側（センサ部６との対向面側）の長さをＷとする。バスバー２を電流Ｉ［Ａ］が流れるとき、センサ部６の中心での磁束密度Ｂ［Ｔ＝Ｗｂ／ｍ^２］は、真空の透磁率をμ_０［Ｈ／ｍ＝Ｗｂ／Ａ・ｍ］として、以下の式で示される。

次に、センサ部６に対する複数のバスバー２の配置構成について説明する。上記のとおり、電流検出装置１の各センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、検出対象の各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに電流Ｉが流れることによって発生する磁界の磁束を検出する。この際、各相バスバー２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは互いに並列配置されているため、一つの相のセンサ部６は、当該相のバスバー２（対象バスバー３）から発生する磁界Ｈの磁束密度だけでなく他の相のバスバー２から発生する磁界の磁束も検出する場合がある。例えば、Ｖ相バスバー２ＶがＵ相バスバー２ＵとＷ相バスバー２Ｗとに両側から挟まれて配置されている場合、Ｖ相センサ部６Ｖは、本来はＶ相バスバー２Ｖを流れる電流による磁束密度だけを検出すべきところ、Ｕ相バスバー２Ｕ及びＷ相バスバー２Ｗのそれぞれを流れる電流による磁束密度も検出する場合がある。その場合、Ｖ相センサ部６Ｖにより検出されるＶ相バスバー２Ｖの電流値には、Ｕ相バスバー２Ｕ及びＷ相バスバー２Ｗのそれぞれから発生する磁界の磁束密度も検出することによる誤差が含まれることになる。各センサ部６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにより検出される電流値の検出精度を高めるためには、対象バスバー３としての各バスバー２が隣接する他のバスバー２（隣接バスバー４）からの磁界の影響を受けにくい構成とする必要がある。

図４及び図５は、対象バスバー３における磁界Ｈ１の磁束密度Ｂ１の検出に対する隣接バスバー４の磁界Ｈ２の影響を示す説明図である。ここでは、対象バスバー３と隣接バスバー４との区別を容易にするために、対象バスバー３となるバスバー２にのみセンサ部６を配置して図示する。以下の説明においては、Ｕ相バスバー２Ｕ、Ｖ相バスバー２Ｖ、及びＷ相バスバー２Ｗの相違は特に関係がない。従って、理解を容易にするために、構成を単純化し、対象バスバー３と隣接バスバー４との２本が並列配置されているものとして説明する。当然ながら、各バスバー２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、それぞれがセンサ部６を備えているために対象バスバー３となり得る。また、複数のバスバー２の内の対象バスバー３に隣接して配置されたバスバー２は、隣接バスバー４となる。

図５に示すように、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２による磁界Ｈ２は、対象バスバー３のセンサ部６においてベクトル量ｂ２の磁束密度を有する。上述したようにセンサ部６は、所定の磁束検出方向Ｓの磁束を検出するので、磁束密度ｂ２の内、ベクトル分解により磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル量の磁束密度ｂ２ｓが対象バスバー３のセンサ部６に影響を与えることになる。つまり、磁束密度ｂ２ｓが磁気干渉の原因となる外乱磁束密度である。本発明に係る電流検出装置１は、隣接バスバー４の形状、配置、姿勢など、センサ部６や対象バスバー３の検出部位３ｓに対する幾何学的な関係を適切に設定することにより、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２による外乱磁束密度を抑制し、対象バスバー３の磁束密度Ｂ１を高精度に検出することを可能とする。即ち、そのような高精度な磁束密度Ｂ１の検出を実現するためのセンサ部６や対象バスバー３の検出部位３ｓに対する隣接バスバー４の幾何学的な関係の設定に本発明の特徴がある。

以下、具体的な構成例について説明する。図６は、対象バスバー３の検出部位３ａ及び隣接バスバー４の隣接部位４ｓを含み、対象バスバー３の検出部位延在方向及び隣接バスバー４の隣接部位４ｓでの延在方向が共に交差する断面視を示している。図６に示すように、隣接バスバー４は、少なくとも検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでの隣接バスバー４の延在方向が、磁束検出平面Ｐに平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が磁束検出平面Ｐ内に位置するように配置される。

隣接バスバー４の隣接部位４ｓの少なくとも一部が磁束検出平面Ｐ内に位置するので、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２により発生する磁界Ｈ２の磁束は磁束検出平面Ｐにほぼ直交する。磁束検出平面Ｐは、対象バスバー３の検出部位延在方向に平行であって磁束検出方向Ｓを含む平面であるから、隣接バスバー４を流れる電流Ｉ２により発生する磁束は、センサ部６において磁束検出方向にほぼ直交する。具体的には、図６に示すように、センサ部６における磁束密度ｂ２のベクトルの方向は、対象バスバー３の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交するものとなる。従って、この磁束密度ｂ２をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。つまり、図５に示したような外乱磁束密度ｂ２ｓはほとんど生じない。即ち、磁束検出平面Ｐに対して隣接バスバー４を、上述したように（図６に示すように）配置することによって、磁気干渉は良好に抑制される。

尚、隣接バスバー４は、図６に示すように対象バスバー３と同様の姿勢で配置される必要はない。例えば、図７に示すようにバスバー２の断面視方向において、９０°回転した姿勢で配置されてもよい。また、図６では、対象バスバー３と隣接バスバー４との形状（断面形状）が同一である場合を例示したが、当然ながら同一に限定されるものではない。図８に示すように、異なる形状であってもよい。また、対象バスバー３を含め、バスバー２の形状は、断面が長方形の平板状である必要はない。図８及び図９に示すように丸形状でもよいし、不図示であるが、正方形や正多角形、楕円形、長方形の頂点部が面取りされた八角形などの多角形であってもよい。

ところで、上述したように回転電機ＭＧの電流を検出するような場合では、対象バスバー３となるバスバー２と、隣接バスバー４となるバスバー２とは、相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となり得る。つまり、図１０に示すように、互いに隣り合う複数のバスバー２（２１，２２）が、相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となり、それぞれの対象バスバー３にセンサ部６（６１，６２）が設置される。例えば、Ｕ相バスバー２Ｕが対象バスバー３であるときにＶ相バスバー２Ｖが隣接バスバー４であれば、Ｖ相バスバー２Ｖが対象バスバー３であるときにＵ相バスバー２Ｕが隣接バスバー４となる。以下、複数のバスバーの内、互いに隣り合う複数のバスバーが対象バスバー３であり、それぞれの対象バスバー３にセンサ部６が設置される場合の配置について説明する。

図１０及び図１１に示すように、隣り合って配置されて相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる２本のバスバー２（２１，２２）は、当該２本のバスバー２（２１，２２）の検出部位３ｓを含むと共に当該２本のバスバー２の検出部位延在方向が共に交差する断面視において、当該２本のバスバー２（２１，２２）と２つのセンサ部６（６１，６２）とが互い違いに配置される。具体的には、バスバー２１が対象バスバー３であるとき、隣接バスバー４となるバスバー２２は、少なくともバスバー２１の検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでのバスバー２２の延在方向が、バスバー２１の磁束検出平面Ｐ１に平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が磁束検出平面Ｐ１内に位置するように配置される。これと同時に、バスバー２２が対象バスバー３であるとき、隣接バスバー４となるバスバー２１は、少なくともバスバー２２の検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでのバスバー２１の延在方向が、バスバー２２の磁束検出平面Ｐ２に平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が磁束検出平面Ｐ２内に位置するように配置される。

上述したように、センサ部６１が設置されるバスバー２１が対象バスバー３であるとき、バスバー２２が隣接バスバー４である。センサ部６１には、バスバー２１を流れる電流Ｉ１により発生する磁界Ｈ１の磁束が磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル方向で通過する。従って、センサ部６１における磁界Ｈ１の磁束密度Ｂ１のほぼ全てのベクトル成分がセンサ部６１により検出される。隣接バスバー４としてのバスバー２２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２は、対象バスバー３としてのバスバー２１のセンサ部６１にも到達する。しかし、センサ部６１における磁界Ｈ２の磁束密度ｂ２のベクトルの方向は、バスバー２１の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交するものとなる。図６を用いて上述したように、この磁束密度ｂ２をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。つまり、図５に示したような外乱磁束密度ｂ２ｓはほとんど生じず、磁気干渉は抑制される。

一方、センサ部６２が設置されるバスバー２２が対象バスバー３であるとき、バスバー２１が隣接バスバー４である。センサ部６２には、バスバー２２を流れる電流Ｉ２により発生する磁界Ｈ２の磁束が磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル方向で通過する。従って、センサ部６２における磁界Ｈ２の磁束密度Ｂ２のほとんど全てのベクトル成分がセンサ部６２により検出される。隣接バスバー４としてのバスバー２１を流れる電流Ｉ１により生じる磁界Ｈ１は、対象バスバー３としてのバスバー２２のセンサ部６２にも到達する。しかし、センサ部６２における磁界Ｈ１の磁束密度ｂ１のベクトルの方向は、バスバー２２の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交するものとなる。この磁束密度ｂ１をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。つまり、外乱磁束密度はほとんど生じず、磁気干渉は抑制される。このように、隣り合って配置されて相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる２本のバスバー２（２１，２２）を流れる電流により生じる磁界は、相互に外乱磁束密度をほとんど生じさせない。従って、複数のバスバー２を流れる電流を簡単な構成で精度良く検出することが可能である。

以上、図１０及び図１１を利用して、複数のバスバー２が相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる場合の具体例を、２本のバスバー２１，２２の関係を例として説明した。しかし、本発明は、３本以上のバスバー２に対しても適用可能である。例えば、上述したような回転電機ＭＧは、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相に対応したバスバー２（２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ）を有する。３相交流は平衡しており瞬時値の総和はゼロであるから、２本のバスバーの電流を検出して残りの１相の電流は演算により求めることも可能である。しかし、測定誤差等を考慮して３相全ての電流を検出することが好ましい場合もある。本発明は、３本以上のバスバー２が相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる場合であっても良好に適用可能である。従って、３相全ての電流を精度良く検出できる電流検出装置も良好に構成することが可能である。以下、図１２を利用して具体的に説明する。

図１２に示すように、隣り合って配置されて相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる３本のバスバー２（２１，２２，２３）は、当該３本のバスバー２（２１，２２，２３）の検出部位３ｓを含むと共に当該３本のバスバー２の検出部位延在方向が全て交差する断面視において、当該３本のバスバー２（２１，２２，２３）と３つのセンサ部６（６１，６２，６３）とが互い違いに配置される。３本のバスバー２（２１，２２，２３）は、バスバー２２を中央として、バスバー２１，２２，２３の順に１列に配置される。バスバー２１が対象バスバー３であるとき、バスバー２２は隣接バスバー４となる。３本のバスバー２の中央に位置するバスバー２２は、バスバー２３が対象バスバー３であるときも隣接バスバー４となる。逆にバスバー２２が対象バスバー３であるときには、バスバー２１及びバスバー２３の双方が隣接バスバー４となる。

図１２に示すように、バスバー２１が対象バスバー３であるときに隣接バスバー４となるバスバー２２は、少なくともバスバー２１の検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでのバスバー２２の延在方向が、バスバー２１の磁束検出平面Ｐ１に平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が当該磁束検出平面Ｐ１内に位置するように配置される。また、バスバー２２が対象バスバー３であるときに隣接バスバー４となるバスバー２１及びバスバー２３は、少なくともバスバー２２の検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでのバスバー２１の延在方向が、バスバー２２の磁束検出平面Ｐ２に平行であると共に、両方（２１，２３）の隣接部位４ｓの少なくとも一部が当該磁束検出平面Ｐ２内に位置するように配置される。さらに、バスバー２３が対象バスバー３であるとき、隣接バスバー４となるバスバー２２は、少なくともバスバー２３の検出部位３ｓに隣接する隣接部位４ｓでのバスバー２２の延在方向が、バスバー２３の磁束検出平面Ｐ１に平行であると共に、隣接部位４ｓの少なくとも一部が当該磁束検出平面Ｐ１内に位置するように配置される。中央のバスバー２２の隣接部位４ｓは、バスバー２１の磁束検出平面とバスバー２３の磁束検出平面との双方の平面内に少なくとも一部が位置するように配置される必要がある。従って、本例では、バスバー２１の磁束検出平面とバスバー２３の磁束検出平面とが共通の平面Ｐ１である場合を示している。

センサ部６１が設置されるバスバー２１が対象バスバー３であるとき、バスバー２２が隣接バスバー４である。図６及び図１１に基づいて上述したように、隣接バスバー４としてのバスバー２２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２の、センサ部６１における磁束密度ｂ２のベクトルの方向は、センサ部６１の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交する。この磁束密度ｂ２をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。従って、図５に示したような外乱磁束密度ｂ２ｓはほとんど生じず、センサ部６１に関して磁気干渉は抑制される。

センサ部６２が設置されるバスバー２２が対象バスバー３であるとき、バスバー２１及びバスバー２３が隣接バスバー４である。バスバー２１が隣接バスバー４である場合は、図１１に基づいて上述したように、隣接バスバー４としてのバスバー２１を流れる電流Ｉ１により生じる磁界Ｈ１の、センサ部６２における磁束密度ｂ１のベクトルの方向は、センサ部６２の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交する。この磁束密度ｂ１をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。一方、バスバー２２のセンサ部６２には、隣接バスバー４としてのバスバー２３を流れる電流Ｉ３により生じる磁界Ｈ３も到達する。しかし、図１２に示すように、センサ部６２における磁界Ｈ３の磁束密度ｂ３のベクトルの方向も、センサ部６２の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交するものとなる。この磁束密度ｂ３をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。つまり、外乱磁束密度はほとんど生じず、磁気干渉は抑制される。このように、バスバー２１及びバスバー２３の何れを流れる電流Ｉ１，Ｉ３によって生じる磁界Ｈ１，Ｈ３も、バスバー２２のセンサ部６２の外乱磁束密度をほとんど生じさせない。従って、センサ部６２に関して磁気干渉は抑制される。

センサ部６３が設置されるバスバー２３が対象バスバー３であるとき、バスバー２２が隣接バスバー４である。センサ部６３には、バスバー２３を流れる電流Ｉ３により発生する磁界Ｈ３の磁束が磁束検出方向Ｓに沿ったベクトル方向で通過する。従って、センサ部６３における磁界Ｈ３の磁束密度Ｂ３のほとんど全てのベクトル成分がセンサ部６３により検出される。隣接バスバー４としてのバスバー２２を流れる電流Ｉ２により生じる磁界Ｈ２は、対象バスバー３としてのバスバー２３のセンサ部６３にも到達する。しかし、センサ部６３における磁界Ｈ２の磁束密度ｂ２のベクトルの方向は、センサ部６３の磁束検出方向Ｓに対してほぼ直交するものとなる。この磁束密度ｂ２をベクトル分解しても、磁束検出方向Ｓに沿った成分はほとんど生じない。従って、センサ部６３に関しても磁気干渉は抑制される。

このように、３本のバスバー２（２１，２２，２３）にそれぞれ設置される３つのセンサ部６（６１，６２，６３）の何れにおいても磁気干渉は抑制される。即ち、隣り合って配置されて相補的に対象バスバー３及び隣接バスバー４となる３本のバスバー２（２１，２２，２３）を流れる電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３により生じる磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、相互に外乱磁束密度をほとんど生じさせない。従って、３本のバスバー２（２１，２２，２３）を流れる電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のそれぞれを簡単な構成で精度良く検出することが可能である。

２本ずつのペアで考えれば、バスバー２１が対象バスバー３であるとき、バスバー２２は隣接バスバー４であり、バスバー２２が対象バスバー３であるとき、バスバー２１は隣接バスバー４である。また、バスバー２２が対象バスバー３であるとき、バスバー２３は隣接バスバー４であり、バスバー２３が対象バスバー３であるとき、バスバー２２は隣接バスバー４である。従って、３本以上のバスバー２が１列に並んで配置される場合には、隣り合う２本のバスバー２について相補的な配置を考慮すればよい。これに鑑みれば、複数のバスバー２が４本以上であっても本発明を適用可能であることが容易に理解できる。

尚、上記説明においては、理解を容易にするために対象バスバー３と隣接バスバー４とがほぼ平行状態である場合を例として説明した。しかし、対象バスバー３と隣接バスバー４とは、斜めに配置されていてもよい。

本発明は、ホール効果を利用して導体に流れる電流を検出する電流検出装置に適用することができる。例えば、多相交流回転電機と駆動回路とを接続するバスバーを流れる電流を検出する電流検出装置に適用することができる。

１：電流検出装置
２：バスバー
３：対象バスバー
３ｓ：検出部位
４：隣接バスバー
６，６１，６２，６３：センサ部
３０：集磁コア
Ｌ：検出部位延在方向
Ｐ：磁束検出平面
Ｓ：磁束検出方向

Claims (4)

1. 並列配置された複数のバスバーの内の少なくとも１つを対象バスバーとし、当該対象バスバーの近傍の磁束に基づいて当該対象バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   所定の磁束検出方向の磁束を検出するセンサ部は、前記対象バスバーを周回する集磁コアを備えることなく、前記対象バスバーの検出部位の近傍に、前記磁束検出方向と前記検出部位での前記対象バスバーの延在方向である検出部位延在方向とが直交状態となるように配置され、
   前記検出部位延在方向に平行であって前記磁束検出方向を含む平面を磁束検出平面とし、前記複数のバスバーの内の前記対象バスバーに隣接して配置されたバスバーを隣接バスバーとして、
   前記隣接バスバーは、少なくとも前記検出部位に隣接する隣接部位での前記隣接バスバーの延在方向が、前記磁束検出平面に平行であると共に、前記隣接部位の少なくとも一部が前記磁束検出平面内に位置するように配置される電流検出装置。
2. 前記複数のバスバーの内、互いに隣り合う複数のバスバーが前記対象バスバーであり、それぞれの前記対象バスバーに前記センサ部が設置され、
   隣り合って配置されて相補的に前記対象バスバー及び前記隣接バスバーとなる２本のバスバーは、当該２本のバスバーの前記検出部位を含むと共に当該２本のバスバーの前記検出部位延在方向が共に交差する断面視において、当該２本のバスバーと２つの前記センサ部とが互い違いに配置される請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記検出部位延在方向と前記隣接部位での前記隣接バスバーの延在方向とが互いに平行である請求項１又は２に記載の電流検出装置。
4. 前記複数のバスバーは、互いに同一形状である請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出装置。

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