JP2011232086A - 電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気センサを用い複数の導体線に流れる各電流を検出する装置において、磁気センサを配置する基板の構造を単純化し、装置規模を小型化することを目的とする。
【解決手段】環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第1バスバー12−1の周りを囲む第1環状コア14−1と、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第2バスバー12−2の周りを囲む第2環状コア14−2と、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2の各ギャップに挿入配置されるセンサ基板16と、第3バスバー12−3の周りを囲むと共に、センサ基板16を介在させて両端が対向する2つの弧状コア18−1および18−2と、センサ基板16に配置され、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2を通る磁界をそれぞれ検出する第1および第2磁気センサと、センサ基板16に配置され各弧状コアを通る磁界を検出する第3磁気センサとを備える。
【選択図】図1
【解決手段】環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第1バスバー12−1の周りを囲む第1環状コア14−1と、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第2バスバー12−2の周りを囲む第2環状コア14−2と、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2の各ギャップに挿入配置されるセンサ基板16と、第3バスバー12−3の周りを囲むと共に、センサ基板16を介在させて両端が対向する2つの弧状コア18−1および18−2と、センサ基板16に配置され、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2を通る磁界をそれぞれ検出する第1および第2磁気センサと、センサ基板16に配置され各弧状コアを通る磁界を検出する第3磁気センサとを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、導体線を囲む環状の磁性体部材および磁気センサを用いた電流検出装置に関する。
エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータジェネレータを用いて走行する電気自動車等の電動車両が広く用いられている。一般に、電動車両は、モータジェネレータに供給する電力を調整してモータジェネレータの回転状態を制御する駆動回路、および駆動回路を制御するコントロールユニットを備える。
モータジェネレータには、その電力供給線に流れる電流を検出する電流検出装置が設けられる。コントロールユニットは、運転操作等に応じ電流検出装置による検出値に基づいて駆動回路を制御し、モータジェネレータを制御する。
以下の特許文献1および2に示されるように、電流検出装置には、磁性体で形成された環状コア、およびホール素子等の磁気センサを備えるものがある。このような電流検出装置では、環状コアに囲まれる領域が導体線によって貫かれるよう環状コアが配置される。また、磁気センサは、環状コアに設けられたギャップ部に位置するよう基板に取り付けられ、導体線を流れる電流によって生じる磁界を検出する。電流検出装置は、磁気センサから得られる検出値に基づき電流検出値を求める。
上記のような電動車両では、複数の導体線に流れる各電流を検出し、各電流検出値がモータジェネレータの制御に用いられる。複数の導体線のそれぞれには、環状コアおよび磁気センサが設けられる。
各磁気センサは、環状コアのギャップ部等、環状コアを通る磁界が分布する位置に配置される。そのため、複数の導体線、各環状コア、および各磁気センサの位置関係によっては、基板の構造が複雑となるという問題や、これらの構成要素の配置に要するスペースが大きくなるという問題が生ずることがある。
本発明は、磁気センサを用い複数の導体線に流れる各電流を検出する装置において、磁気センサを配置する基板の構造を単純化し、装置規模を小型化することを目的とする。
本発明は、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第1導体線の周りを囲むと共に、当該第1導体線と延伸方向を揃えて配置される第2導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第1環状磁性体部材と、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第2導体線の周りを囲むと共に、前記第1導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第2環状磁性体部材と、前記第1および第2環状磁性体部材の各ギャップに挿入配置される基板と、環形状の一部をなす弧形状をそれぞれが有し、前記基板の板面方向に沿って配置される第3導体線の周りを囲むと共に、前記基板を介在させて両端が対向する2つの弧状磁性体部材と、前記基板に配置され前記第1および第2環状磁性体部材を通る磁界をそれぞれ検出する第1および第2磁気センサと、前記基板に配置され各弧状磁性体部材を通る磁界を検出する第3磁気センサと、を備え、前記第1、第2および第3導体線に流れる各電流を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る電流検出装置においては、前記弧状磁性体部材の弧形状路の垂直断面の面積を、前記第1および第2環状磁性体部材の環状路の垂直断面の面積よりも狭くすることが好適である。
また、本発明に係る電流検出装置においては、前記2つの弧状磁性体部材のうち一方と、前記第1および第2環状磁性体部材とを共通の筐体に固定することが好適である。
また、本発明に係る電流検出装置においては、前記電流検出装置は、車両駆動用のモータジェネレータと、前記モータジェネレータを駆動する駆動回路と、を備えるモータジェネレータ駆動装置と共に用いられ、前記第1および第2導体線は、前記モータジェネレータの電力伝送線であり、前記第3導体線は、前記駆動回路に含まれる導体線であることが好適である。
また、本発明に係る電流検出装置においては、前記第1および第2導体線と延伸方向を揃えて、前記第2導体線側に前記第1導体線と隣接させて配置される第4導体線、および、前記第1および第2導体線と延伸方向を揃えて、前記第4導体線側に前記第2導体線と隣接させて配置される第5導体線に流れる各電流をさらに検出し、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第4導体線の周りを囲むと共に、前記第5導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第4環状磁性体部材と、環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第5導体線の周りを囲むと共に、前記第4導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第5環状磁性体部材と、前記基板から前記第1および第2導体線の延伸方向に突出し、前記第4および第5環状磁性体部材の各ギャップに挿入される基板突出部と、前記基板突出部に配置され前記第4および第5環状磁性体部材を通る磁界をそれぞれ検出する第4および第5磁気センサと、を備えることが好適である。
また、本発明に係る電流検出装置においては、前記電流検出装置は、車両駆動用エンジンとの間でトルクを作用する第1モータジェネレータと、車両駆動用の第2モータジェネレータと、前記第1および第2モータジェネレータを駆動する駆動回路と、を備えるモータジェネレータ駆動装置と共に用いられ、前記第1および第4導体線は、前記第1モータジェネレータの電力伝送線であり、前記第2および第5導体線は、前記第2モータジェネレータの電力伝送線であり、前記第3導体線は、前記駆動回路に含まれる導体線であることが好適である。
本発明によれば、磁気センサを用い複数の導体線に流れる各電流を検出する装置において、磁気センサを配置する基板の構造を単純化し、装置規模を小型化することができる。
図1〜図3に本発明の第1実施形態に係る複合型電流センサユニット10の構成を示す。図1は複合型電流センサユニット10の斜視図であり、図2は、図1に示す複合型電流センサユニット10の平面図である。また、図3は、図1に示す複合型電流センサユニット10の背面図である。
複合型電流センサユニット10は、延伸方向を揃えて配置された3本のバスバーに流れる各電流を検出する。ここでバスバーとは、電流を導く導体線として用いられる棒状の導電性部材をいう。図1〜図3では、平板を線状に延伸させた形状を有するバスバーの例を示している。第1バスバー12−1、第2バスバー12−2および第3バスバー12−3は一列に配置され、第3バスバー12−3は、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2が両隣に位置するよう配置されている。
第1環状コア14−1、第2環状コア14−2、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2は、フェライト、ケイ素鋼、パーマロイ等の磁性体材料によって形成されている。ここでは、各コアの長手方向に垂直な断面を長方形とした例を示しているが、この断面の形状は、円形、楕円形、略楕円形、長方形以外の多角形等であってもよい。
第1環状コア14−1および第2環状コア14−2は、それぞれ、磁性体材料を欠損させることで形成された1つのギャップを有する。第1環状コア14−1および第2環状コア14−2は、それぞれ、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2の周りを囲み、それぞれのギャップが互いに向き合うよう配置されている。第1環状コア14−1のギャップと第2環状コア14−2のギャップには、各環状コアの端面をセンサ基板16の両面が臨むよう、センサ基板16が挿入配置されている。センサ基板16は、ポリイミド等の樹脂に配線をパターニングしたプリント基板であってもよい。
第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2は、第3バスバー12−3の周りを囲み、センサ基板16を介在させて両端が対向するように配置されている。第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2の対向する端面の間には、ギャップが形成されている。なお、図2では、センサ基板16を各コアの端面に接触させないよう配置した例を示しているが、センサ基板16の一方の板面はコアの端面に接触させてもよい。
第1環状コア14−1のギャップ内には、センサ基板16上に2つのホール素子20Aおよび20Bが固定されている。また、第2環状コア14−2のギャップ内には、センサ基板16上に2つのホール素子22Aおよび22Bが固定されている。さらに、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって形成されている2つのギャップのうちの一方のギャップ内には、センサ基板16上にホール素子24Aが固定されている。そして、他方のギャップ内には、センサ基板16上にホール素子24Bが固定されている。ここで、ホール素子は、素子を通過する磁界の大きさに応じた検出値を出力する磁気センサである。センサ基板16上に固定された各ホール素子は、センサ基板16に設けられた配線を介して、複合型電流センサユニット10とは別に設けられた電流検出器に接続される。電流検出器は、電気回路による信号処理により磁界検出値に基づいて電流検出値を求める。
本実施形態では、第1バスバー12−1、第2バスバー12−2および第3バスバー12−3のそれぞれには、2つのホール素子が設けられることとなる。各バスバーに対応して2つのホール素子を設けることで、後述のように、2つのホール素子のうち一方に異常が生じたことを検出することができる。ただし、このような異常検出を行わない場合には、各バスバーに対応して1つのホール素子を設けることとしてもよい。
第1バスバー12−1に電流が流れると、その電流に鎖交する磁束が第1バスバー12−1の周りに発生する。この鎖交磁束の分布は第1環状コア14−1に集中し、第1環状コア14−1にはその環状路に沿って磁界が通る。これに応じてギャップの領域にも磁界が通り、ホール素子20Aおよび20Bから電流検出器には磁界検出値が与えられる。電流検出器は、ホール素子20Aから与えられた磁界検出値と、ホール素子20Bから与えられた磁界検出値との差を求める。そして、求められた差が予め定められた範囲内である場合には、これらの磁界検出値のうち一方に基づき第1バスバー12−1に流れる電流の検出値を求める。また、これら2つの磁界検出値の平均値に基づき電流検出値を求めてもよい。あるいは、これら2つの磁界検出値のそれぞれに基づいて2つの電流検出値を求め、その2つの電流検出値の平均値を最終的に求められた電流検出値としてもよい。
他方、ホール素子20Aから与えられた磁界検出値と、ホール素子20Bから与えられた磁界検出値との差が予め定められた範囲外であるときは、ホール素子20Aまたは20Bのうち少なくとも一方が異常である旨の判断をする。そして、その旨を示す情報を表示装置に表示する、記憶装置に記憶する等、その判断に応じた処理を実行する。
同様の原理に基づき、第2環状コア14−2のギャップ内に配置されたホール素子22Aおよび22Bからは、第2バスバー12−2に流れる電流に応じた磁界検出値が検出器に与えられる。また、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって形成されたギャップ内に配置されたホール素子24Aおよび24Bからは、第3バスバー12−3に流れる電流に応じた磁界検出値が電流検出器に与えられる。
電流検出器は、各バスバーに対応する2つのホール素子から与えられた2つの磁界検出値の差が所定の範囲内である場合には、第1バスバー12−1に流れる電流の検出値を求める場合と同様にして、各バスバーに流れる電流の検出値を求める。他方、2つの磁界検出値の差が所定の範囲外である場合には、少なくとも一方のホール素子が異常である旨の判断を行う。
このような構成によれば、センサ基板16の板面はバスバーの延伸方向に揃えられる。また、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2によって囲まれる各領域、ならびに、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって囲まれる領域が切断されるよう、センサ基板16が配置される。さらに、総てのホール素子に対してセンサ基板が共通化される。これによって、センサ基板の構造を簡単にしつつ電流検出ユニットの規模を小型化することができる。
複合型電流センサユニット10では、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2によって形成される各磁路には1つのギャップがあるのに対し、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって形成される磁路には2つのギャップがある。一般に、環状の磁性体部材のギャップ部に磁気センサを配置した電流検出装置では、ギャップの体積が大きい程、また、ギャップの数が多い程、電流検出精度が低下する場合多い。
そのため、2つのギャップを有するコア囲まれる第3バスバー12−3についての電流検出精度は、1つのギャップを有するコア囲まれる第1バスバー12−1および第2バスバー12−2についての電流検出精度よりも低くなることがある。したがって、複合型電流センサユニット10は、第3バスバー12−3に対する電流検出精度を、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2に対する電流検出精度の程度に高くしなくてもよい場合の電流検出に用いてもよい。
なお、図1〜図3に示す複合型電流センサユニット10では、第1バスバー12−1、第2バスバー12−2および第3バスバー12−3がセンサ基板16の一方の板面側に配置されている。これらのバスバーのうちいずれかは、センサ基板16を隔てて、他のバスバーが配置されている側とは反対側に配置してもよい。例えば、図4に示すように、センサ基板16を隔てて、第3バスバー12−3を、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2が配置されている側とは反対側に配置してもよい。この際、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2が、センサ基板16の板面に関して非対称な形状を有する場合には、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2の配置位置は互いに入れ換えられる。
また、第3バスバー12−3についての電流検出精度が予め規定された範囲内となるという条件の下、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2の弧形状路の垂直断面の面積を、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2の環状路の垂直断面の面積よりも狭くしてもよい。そして、図5に示すように、各弧状コアの垂直断面の面積が削減されることで生じたセンサ基板16上の領域に、各ホール素子を電流検出器に接続するためのコネクタ26を固定してもよい。
さらに、図6に示すように、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2を、図1〜図3の構成に対してセンサ基板16上で90°だけ回転させた構成としてもよい。この場合、センサ基板16の図6の奥行き方向の長さは、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2の延伸方向の長さに応じた長さとする。また、第3バスバー12−3はU字形状とし、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2で囲まれる領域を、U字を描きつつ図6の横方向に貫くよう配置すればよい。
本実施形態に係る複合型電流センサユニット10については、第1環状コア14−1、第2環状コア14−2、第2弧状コア18−2およびセンサ基板16を同一の筐体に収納してもよい。図7にそのような構成を採用した場合の分解斜視図を示す。図8は組み立て後の斜視図である。図7および図8に示す構成では、第1環状コア14−1、第2環状コア14−2、第2弧状コア18−2およびセンサ基板16は樹脂筐体28の内部に配置されており、図7では破線を以て示している。第1環状コア14−1および第2環状コア14−2に囲まれる領域には、それぞれ、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2を貫通させるための第1バスバー孔30−1および第2バスバー孔30−2が設けられている。
第3バスバー12−3にはU字形状のものを用いてもよい。組み立てに際しては、第1バスバー孔30−1に第1バスバー12−1を貫通させ、第2バスバー孔30−2に第2バスバー12−2を貫通させる。そして、第1弧状コア18−1、および樹脂筐体28内に配置された第2弧状コア18−2の両端が対向し、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって囲まれる領域を、第3バスバー12−3がU字形状を描きつつ上下方向に貫通するよう、第1弧状コア18−1、第3バスバー12−3および樹脂筐体28を配置する。この構成においては、樹脂筐体28と第1弧状コア18−1とが個別に形成されているので、第3バスバー12−3がU字形状に形成されていても、第1弧状コア18−1と第2弧状コア18−2に囲まれる領域に第3バスバー12−3を貫通させて配置する工程を容易に行うことができる。
次に、本実施形態に係る複合型電流センサユニット10を応用した車両駆動システムについて説明する。図9にその車両駆動システム32の構成を示す。車両駆動システム32は、電池34、DCDCコンバータ回路36、第1インバータ回路46、第2インバータ回路50、およびコントロールユニット54を備える。コントロールユニット54は、DCDCコンバータ回路36、第1インバータ回路46および第2インバータ回路50を制御する。
DCDCコンバータ回路36は、電池34の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧を第1インバータ回路46および第2インバータ回路50に出力すると共に、インバータ回路側の電圧を降圧し、降圧電圧を電池34に出力する。
DCDCコンバータ回路36は、スイッチング回路38、電池34の正極端子に一端が接続され、他端がスイッチング回路38に接続されたインダクタ40、DCDCコンバータ回路36の低圧側の電圧端子間に接続された低圧側コンデンサ42、および高圧側の電圧端子間に接続された高圧側コンデンサ44を備える。
スイッチング回路38は、インダクタ40に流れる電流をスイッチングすることで、インダクタ40に誘導起電力を発生させる。そして、電池34の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧を昇圧電圧として高圧側コンデンサ44に印加すると共に、昇圧電圧を第1インバータ回路46および第2インバータ回路50に出力する。また、降圧動作に着目すれば、スイッチング回路38は、高圧側コンデンサ44の端子間電圧から誘導起電力を差し引いた電圧を降圧電圧として低圧側コンデンサ42および電池34に印加する。
車両駆動システム32は、さらに、第1インバータ回路46に接続された第1モータジェネレータ(MG1)48、および第2インバータ回路50に接続された第2モータジェネレータ(MG2)52を備える。
第1インバータ回路46は、DCDCコンバータ回路36と第1モータジェネレータ48との間で直流交流変換を行い、第2インバータ回路50は、DCDCコンバータ回路36と第2モータジェネレータ52との間で直流交流変換を行う。
このように、DCDCコンバータ回路36、第1インバータ回路46および第2インバータ回路50は、電圧の昇降圧および直流交流変換を行い、第1モータジェネレータ48および第2モータジェネレータ52に対する駆動回路を構成する。
車両駆動システム32をハイブリッド自動車に用いる場合、車両駆動用のエンジン、第1モータジェネレータ48および第2モータジェネレータ52の各シャフトが、トルク分割機構に取り付けられる。トルク分割機構はこれらの相互間でトルクを作用させる。さらに、第2モータジェネレータ52のシャフトには、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構が取り付けられる。第1モータジェネレータ48は、車両駆動用のエンジンとの間でトルクを作用し、エンジンの始動およびエンジンのトルクによる発電を行う。また、第2モータジェネレータ52は、車両の加速および回生制動を行う。
車両駆動システム32を電気自動車に用いる場合、第1モータジェネレータ48および第2モータジェネレータ52の各シャフトは、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構に取り付けられる。第1モータジェネレータ48および第2モータジェネレータ52は、車両の加速および回生制動を行う。
複合型電流センサユニット10は、DCDCコンバータ回路36を流れる電流、および、第2インバータ回路50と第2モータジェネレータ52とを接続する3相の電力伝送線のうちの2相の電力伝送線に流れる各電流を検出するために用いられる。第2インバータ回路50と第2モータジェネレータ52とを接続するV相電力伝送線は、第1バスバー12−1によって構成され、W相電力伝送線は第2バスバー12−2によって構成される。そして、電池34からDCDCコンバータ回路36のインダクタ40に至る経路は、第3バスバー12−3を含んで構成される。
車両駆動システム32が車両に搭載される際には、図1〜図8等に示すような位置関係で、これらの3本のバスバーを配置する。そして、第1バスバー12−1、第2バスバー12−2および第3バスバー12−3には、第1実施形態に係る複合型電流センサユニット10が設けられる。複合型電流センサユニット10が備えるホール素子は、コントロールユニット54が備える電流検出器56に接続される。
また、第1モータジェネレータ48の3相電力伝送線U、VおよびWのうちV相およびW相には、複合型電流センサユニット10とは別に、電流センサユニット58が取り付けられている。この電流センサユニット58には、複合型電流センサユニット10における第1バスバー12−1および第2バスバー12−2に流れる電流を検出する部分と同様、各導体線に対応させて環状コアおよびホール素子を備え、各導体線に流れる電流に基づく磁界を検出するものを用いてもよい。電流センサユニット58は、V相およびW相の電力伝送線のそれぞれに流れる電流を検出し、各検出値をコントロールユニット54内の電流検出器56に出力する。
コントロールユニット54は、次に説明するように、複合型電流センサユニット10および電流センサユニット58による電流検出値に基づいて、DCDCコンバータ回路36、第1インバータ回路46および第2インバータ回路50を制御する。
コントロールユニット54の電流検出器56は、電流センサユニット58から与えられた検出値に基づいて、第1モータジェネレータ48のV相電力伝送線およびW相電力伝送線に流れる電流の検出値(以下、第1モータジェネレータ電流検出値とする。)を求める。また、電流検出器56は、複合型電流センサユニット10のホール素子から与えられた磁界検出値に基づいて、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2に流れる電流の検出値(第2モータジェネレータ52のV相電力伝送線およびW相電力伝送線に流れる電流の検出値であり、以下、第2モータジェネレータ電流検出値とする。)、ならびに、第3バスバー12−3に流れる電流の検出値(電池34からスイッチング回路38に至る経路に流れる電流の検出値であり、以下、コンバータ電流検出値とする。)を求める。
コントロールユニット54は、車両の走行状態および運転操作指令の他、高圧側電圧端子間の電圧検出値、低圧側電圧端子間の電圧検出値、電流検出器56によって求められたコンバータ電流検出値、第1モータジェネレータ電流検出値および第2モータジェネレータ電流検出値に基づいてDCDCコンバータ回路36のスイッチング回路38に対する制御信号C0を生成し、スイッチング回路38に出力する。
さらに、コントロールユニット54は、車両の走行状態および運転操作指令の他、第1モータジェネレータ電流検出値に基づいて、第1インバータ回路46に対する制御信号C1を生成し、第1インバータ回路46に出力する。また、車両の走行状態および運転操作指令の他、第2モータジェネレータ電流検出値に基づいて、第2インバータ回路50に対する制御信号C2を生成し、第2インバータ回路50に出力する。
コントロールユニット54から出力される制御信号C1〜C3によって、DCDCコンバータ回路36、第1インバータ回路46および第2インバータ回路50は、例えば、次のように動作する。
第2モータジェネレータ52を加速するときは、DCDCコンバータ回路36は電池34の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧に基づく直流電力を各インバータ回路に出力する。第2インバータ回路50は、DCDCコンバータ回路36から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を第2モータジェネレータ52に供給する。そして、第2モータジェネレータ52の回生制動時には、第2インバータ回路50は、第2モータジェネレータ52の交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をDCDCコンバータ回路36に出力する。DCDCコンバータ回路36は、その直流電力に基づく電圧を降圧して電池34に印加して電池34を充電する。第1モータジェネレータ48の加速または回生制動は、第1インバータ回路46を用いることにより、第2モータジェネレータ52の加速または回生制動と同様にして行われる。
上述のように、複合型電流センサユニット10では、第3バスバー12−3についての電流検出精度が、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2についての電流検出精度よりも低くなることがある。
車両駆動システム32におけるスイッチング回路38の制御では、第1モータジェネレータ電流検出値および第2モータジェネレータ電流検出値を主な制御伝達量(フィードバック量またはフィードフォワード量)として用い、コンバータ電流検出値を補助的な制御伝達量として用いることがある。この場合、コンバータ電流の経路である第3バスバー12−3についての電流検出精度が、モータジェネレータの電力伝送線である第1バスバー12−1および第2バスバー12−2についての電流検出精度の程度に高くしなくてもよい場合の電流検出手段として、複合型電流センサユニット10を用いてもよい。
次に、第2実施形態に係る複合型電流センサユニットについて説明する。図10に第2実施形態に係る複合型電流センサユニット60の斜視図を、図11にその正面図を示す。また、図12に複合型電流センサユニット60が用いられる車両駆動システム68の構成を示す。図1〜図9に示される構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
この複合型電流センサユニット60は、延伸方向を揃えて一列に配列された5本のバスバーに流れる各電流を検出するものである。複合型電流センサユニット60には、磁性材料で形成されたコアが2段に亘って配置されている。第1環状コア14−1および第2環状コア14−2と、これらの環状コアの間の中程に位置する第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2は、図10および図11の上段に配置されている。また、第4環状コア14−4および第5環状コア14−5は図10および図11の下段に配置されている。また、複合型電流センサユニット60は突形状センサ基板62を備える。突形状センサ基板62は、上段のコアが配列される主基板部62−1と、主基板部62−1から下方向に突出し、下段のコアが配列される副基板部62−2とを含む。突形状センサ基板62には各バスバーに対応するホール素子が配置される。
第1環状コア14−1、第2環状コア14−2、第1弧状コア18−1、第2弧状コア18−2、および突形状センサ基板62の主基板部62−1は、第1実施形態に係る複合型電流センサユニット10と同様の構成を有する。すなわち、各コアによって形成される3つの環状路のそれぞれにはギャップが設けられ、そのギャップ内に配置されたホール素子を用いて、5本のバスバーのうち両端の第1バスバー12−1および第2バスバー12−2に流れる各電流と、5本のバスバーのうち中程に配置されている第3バスバー12−3に流れる電流を検出する。
第1環状コア14−1および第2環状コア14−2は、それぞれ、第1バスバー12−1および第2バスバー12−2の周りを囲み、それぞれのギャップが互いに向き合うよう配置されている。第1環状コア14−1のギャップと第2環状コア14−2のギャップには、各環状コアの端面を突形状センサ基板62の主基板部62−1の両面が臨むよう、突形状センサ基板62が挿入配置されている。
第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2は、第3バスバー12−3の周りを囲み、主基板部62−1を介在させて両端が対向するように配置されている。第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2の対向する端面の間には、ギャップが形成されている。
第1環状コア14−1のギャップ内には、主基板部62−1上に2つのホール素子20が固定されている。また、第2環状コア14−2のギャップ内には、主基板部62−1上に2つのホール素子22が固定されている。さらに、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって形成されている2つのギャップのそれぞれには、主基板部62−1上にホール素子24が固定されている。
第4環状コア14−4および第5環状コア14−5は、それぞれ、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2と同様の構成を有する。第4環状コア14−4は、第1バスバー12−1および第3バスバー12−3を両隣として配置された第4バスバー12−4の周りを囲むよう配置されている。第5環状コア14−5は、第3バスバー12−3および第2バスバー12−2を両隣として配置された第5バスバー12−5の周りを囲むよう配置されている。また、第4環状コア14−4および第5環状コア14−5の向きは、それぞれのギャップが互いに向き合う向きとする。第4環状コア14−4のギャップ内の副基板部62−2上の位置には、2つのホール素子64が固定されている。第5環状コア14−5のギャップ内には、副基板部62−2上にホール素子66が固定されている。なお、各バスバーに対して、2つのホール素子が設けられているのは、上述のように、2つのホール素子のうち一方に異常が生じたことを検出するためである。したがって、ホール素子の異常検出を行わない場合には、各バスバーに対応して1つのホール素子を設けることとしてもよい。
突形状センサ基板62上に固定された各ホール素子は突形状センサ基板62に設けられた配線を介して、複合型電流センサユニット60とは別に設けられた電流検出器に接続される。電流検出器は、電気回路による信号処理により磁界検出値に基づいて電流検出値を求める。
このような構成によれば、突形状センサ基板62の板面をバスバーの延伸方向に揃え、第1環状コア14−1および第2環状コア14−2によって囲まれる各領域、第1弧状コア18−1および第2弧状コア18−2によって囲まれる領域、ならびに第4環状コア14−4および第5環状コア14−5によって囲まれる各領域が切断されるよう、突形状センサ基板62が配置される。さらに、総てのホール素子に対して突形状センサ基板62が共通化される。これによって、突形状センサ基板62の構造を簡単にしつつ電流検出ユニットの規模を小型化することができる。
次に、第2実施形態に係る複合型電流センサユニット60を応用した車両駆動システムについて説明する。図12にその車両駆動システム68の構成を示す。図9の車両駆動システム32の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
複合型電流センサユニット60は、DCDCコンバータ回路36を流れる電流、第1インバータ回路46と第1モータジェネレータ48とを接続する3相の電力伝送線のうちの2相の電力伝送線に流れる各電流、および、第2インバータ回路50と第2モータジェネレータ52とを接続する3相の電力伝送線のうちの2相の電力伝送線に流れる各電流を検出するために用いられる。
すなわち、この車両駆動システム68では、図9の車両駆動システム32において用いられている複合型電流センサユニット60および電流センサユニット58を併せたユニットとして、第2実施形態に係る複合型電流センサユニット60が用いられる。
第1インバータ回路46と第1モータジェネレータ48とを接続するV相電力伝送線は、第1バスバー12−1によって構成され、W相電力伝送線は第4バスバー12−4によって構成される。また、第2インバータ回路50と第2モータジェネレータ52とを接続するV相電力伝送線は、第2バスバー12−2によって構成され、W相電力伝送線は第5バスバー12−5によって構成される。そして、電池34からDCDCコンバータ回路36のインダクタ40に至る経路は、第3バスバー12−3を含んで構成される。
なお、第1インバータ回路46と第1モータジェネレータ48とを接続するV相電力伝送線を第4バスバー12−4によって構成し、W相電力伝送線を第1バスバー12−1によって構成してもよい。同様に、第2インバータ回路50と第2モータジェネレータ52とを接続するV相電力伝送線を第5バスバー12−5によって構成し、W相電力伝送線を第2バスバー12−2によって構成してもよい。
車両駆動システム68が車両に搭載される際には、図10および図11に示すように、これらの5本のバスバーを一列に配置する。そして、第1〜第5バスバーには、第2実施形態に係る複合型電流センサユニット60が設けられる。複合型電流センサユニット60が備えるホール素子は、コントロールユニット54が備える電流検出器56に接続される。
このような構成によれば、DCDCコンバータ回路36、第1モータジェネレータ48および第2モータジェネレータ52に流れる電流を検出するシステムの規模を小型化することができる。
なお、上述の車両駆動システムでは、複合型電流センサユニット10および16は、モータジェネレータのV相およびW相の電流を検出するものとしたが、複合型電流センサユニット10および16は、U相、V相およびW相から任意に選択した2相の電流を検出するものとしてもよい。
本願発明に係る関連技術としてDCDCコンバータ回路36が備えるスイッチング回路38の具体例について説明する。図13にスイッチング回路38の具体例を示す。このスイッチング回路38は、2つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、各IGBTに接続されるダイオードとを備える。上側IGBT38−1のエミッタ端子は、下側IGBT38−2のコレクタ端子に接続される。また、上側IGBT38−1と下側IGBT38−2の接続節点にはインダクタ40の一端が接続される。そして、上側IGBT38−1のコレクタ端子と、下側IGBT38−2のエミッタ端子との間には、高圧側コンデンサ44が接続される。さらに、各IGBTのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるよう、ダイオード38−3が接続される。ここでは、スイッチング回路38のスイッチング素子としてIGBTを用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。上側IGBT38−1および下側IGBT38−2は、コントロールユニット54から与えられる制御信号C0に基づき、交互にオンオフ制御される。昇圧電圧は、オンオフ制御のデューティ比を変化させることで調整される。
スイッチング回路38の制御のため、DCDCコンバータ回路36の低圧側電圧端子間には低圧側電圧センサ70が接続され、高圧側電圧端子間には高圧側電圧センサ72が接続される。低圧側電圧センサ70からは、低圧側端子間電圧VLの検出値がコントロールユニット54に出力され、高圧側電圧センサからは高圧側端子電圧VHの検出値がコントロールユニット54に出力される。次に、スイッチング回路38の制御について説明する。
(1)デューティ比D0を求める処理
スイッチング回路38に対しては、次のような制御を行ってもよい。コントロールユニット54は、電流検出器56による第1モータジェネレータ電流検出値および第2モータジェネレータ電流検出値を用いて、運転操作指令、車両の走行速度等に応じて高圧側端子電圧VHの目標値を求める。そして、高圧側端子電圧VHの目標値に対する低圧側端子間電圧VLの検出値の比に基づいて上側IGBT38−1に対するデューティ比D0を求める。
スイッチング回路38に対しては、次のような制御を行ってもよい。コントロールユニット54は、電流検出器56による第1モータジェネレータ電流検出値および第2モータジェネレータ電流検出値を用いて、運転操作指令、車両の走行速度等に応じて高圧側端子電圧VHの目標値を求める。そして、高圧側端子電圧VHの目標値に対する低圧側端子間電圧VLの検出値の比に基づいて上側IGBT38−1に対するデューティ比D0を求める。
(2)デューティ比D0の修正値を求める処理
コントロールユニット54は、さらに、高圧側端子電圧VHの目標値とその検出値との差異を用いた比例積分制御等に基づいて、コンバータ電流の目標値を求める。そして、電流検出器56によるコンバータ電流検出値からその目標値を減じた差に基づいて、上側IGBT38−1に対するデューティ比D0に加算すべき修正値を求める。
コントロールユニット54は、さらに、高圧側端子電圧VHの目標値とその検出値との差異を用いた比例積分制御等に基づいて、コンバータ電流の目標値を求める。そして、電流検出器56によるコンバータ電流検出値からその目標値を減じた差に基づいて、上側IGBT38−1に対するデューティ比D0に加算すべき修正値を求める。
(3)制御に用いるデューティ比Dを求める処理
コントロールユニット54は、求められた修正値をデューティ比D0に加算した値を、修正後のデューティ比Dとする。そして、上側IGBT38−1をデューティ比Dでオンオフ制御し、下側IGBTをデューティ比(1−D)でオンオフ制御する制御信号をスイッチング回路38に出力する。
コントロールユニット54は、求められた修正値をデューティ比D0に加算した値を、修正後のデューティ比Dとする。そして、上側IGBT38−1をデューティ比Dでオンオフ制御し、下側IGBTをデューティ比(1−D)でオンオフ制御する制御信号をスイッチング回路38に出力する。
このように、第1モータジェネレータ電流検出値および第2モータジェネレータ電流検出値は、デューティ比D0を求めるためのメインループ制御に用いられる。他方、コンバータ電流検出値は、デューティ比D0の修正値を求めるためのマイナーループ制御に用いられる。
この場合、コンバータ電流検出値の検出精度を、各モータジェネレータの電力伝送線に流れる電流の検出精度よりも低くしてもよい場合が多い。すなわち、第1実施形態にあっては、コンバータ電流の経路である第3バスバー12−3についての電流検出精度を、モータジェネレータの電力伝送線である第1バスバー12−1および第2バスバー12−2についての電流検出精度の程度に高くしなくてもよい場合の電流検出手段として複合型電流センサユニット10を用いてもよい。また、第2実施形態にあっては、コンバータ電流の経路である第3バスバー12−3についての電流検出精度を、モータジェネレータの電力伝送線である第1バスバー12−1、第2バスバー12−2、第4バスバー12−4、および第4バスバー12−5についての電流検出精度の程度に高くしなくてもよい場合の電流検出を行う手段として複合型電流センサユニット60を用いてもよい。
10,60 複合型電流センサユニット、12−1 第1バスバー、12−2 第2バスバー、12−3 第3バスバー、12−4 第4バスバー、12−5 第5バスバー、14−1 第1環状コア、14−2 第2環状コア、14−4 第4環状コア、14−5 第5環状コア、16 センサ基板、18−1 第1弧状コア、18−2 第2弧状コア、20A,20B,22A,22B,24A,24B,20,22,24,64,66 ホール素子、26 コネクタ、28 樹脂筐体、30−1 第1バスバー孔、30−2 第2バスバー孔、32,68 車両駆動システム、34 電池、36 DCDCコンバータ回路、38 スイッチング回路、38−1 上IGBT、38−2 下IGBT、38−3 ダイオード、40 インダクタ、42 低圧側コンデンサ、44 高圧側コンデンサ、46 第1インバータ回路、48 第1モータジェネレータ、50 第2インバータ回路、52 第2モータジェネレータ、54 コントロールユニット、56 電流検出器、58 電流センサユニット、62 突形状センサ基板、62−1 主基板部、62−2 副基板部、70 低圧側電圧センサ、72 高圧側電圧センサ。
Claims (6)
- 環状路を欠損させた1つのギャップを有し、第1導体線の周りを囲むと共に、当該第1導体線と延伸方向を揃えて配置される第2導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第1環状磁性体部材と、
環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第2導体線の周りを囲むと共に、前記第1導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第2環状磁性体部材と、
前記第1および第2環状磁性体部材の各ギャップに挿入配置される基板と、
環形状の一部をなす弧形状をそれぞれが有し、前記基板の板面方向に沿って配置される第3導体線の周りを囲むと共に、前記基板を介在させて両端が対向する2つの弧状磁性体部材と、
前記基板に配置され前記第1および第2環状磁性体部材を通る磁界をそれぞれ検出する第1および第2磁気センサと、
前記基板に配置され各弧状磁性体部材を通る磁界を検出する第3磁気センサと、
を備え、
前記第1、第2および第3導体線に流れる各電流を検出することを特徴とする電流検出装置。 - 請求項1に記載の電流検出装置において、
前記弧状磁性体部材の弧形状路の垂直断面の面積を、前記第1および第2環状磁性体部材の環状路の垂直断面の面積よりも狭くしたことを特徴とする電流検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電流検出装置において、
前記2つの弧状磁性体部材のうち一方と、前記第1および第2環状磁性体部材とを共通の筐体に固定したことを特徴とする電流検出装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電流検出装置において、
前記電流検出装置は、
車両駆動用のモータジェネレータと、
前記モータジェネレータを駆動する駆動回路と、
を備えるモータジェネレータ駆動装置と共に用いられ、
前記第1および第2導体線は、
前記モータジェネレータの電力伝送線であり、
前記第3導体線は、
前記駆動回路に含まれる導体線であることを特徴とする電流検出装置。 - 前記第1および第2導体線と延伸方向を揃えて、前記第2導体線側に前記第1導体線と隣接させて配置される第4導体線、および、前記第1および第2導体線と延伸方向を揃えて、前記第4導体線側に前記第2導体線と隣接させて配置される第5導体線に流れる各電流をさらに検出する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電流検出装置において、
環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第4導体線の周りを囲むと共に、前記第5導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第4環状磁性体部材と、
環状路を欠損させた1つのギャップを有し、前記第5導体線の周りを囲むと共に、前記第4導体線の側に当該ギャップを向けて配置される第5環状磁性体部材と、
前記基板から前記第1および第2導体線の延伸方向に突出し、前記第4および第5環状磁性体部材の各ギャップに挿入される基板突出部と、
前記基板突出部に配置され前記第4および第5環状磁性体部材を通る磁界をそれぞれ検出する第4および第5磁気センサと、
を備えることを特徴とする電流検出装置。 - 請求項5に記載の電流検出装置において、
前記電流検出装置は、
車両駆動用エンジンとの間でトルクを作用する第1モータジェネレータと、
車両駆動用の第2モータジェネレータと、
前記第1および第2モータジェネレータを駆動する駆動回路と、
を備えるモータジェネレータ駆動装置と共に用いられ、
前記第1および第4導体線は、
前記第1モータジェネレータの電力伝送線であり、
前記第2および第5導体線は、
前記第2モータジェネレータの電力伝送線であり、
前記第3導体線は、
前記駆動回路に含まれる導体線であることを特徴とする電流検出装置。
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