JP2011232086A - 電流検出装置 - Google Patents

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

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。

特開２００９−２７０９１０号公報 特開２００７−１４７５６５号公報

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。

第１実施形態に係る複合型電流センサユニットの斜視図である。 第１実施形態に係る複合型電流センサユニットの平面図である。 第１実施形態に係る複合型電流センサユニットの背面図である。 センサ基板を隔てて、第３バスバーを、第１バスバーおよび第２バスバーが配置されている側とは反対側に配置した場合の複合型電流センサユニットの構成を示す図である。 第１弧状コアおよび第２弧状コアの弧形状路の垂直断面の面積を、第１環状コアおよび第２環状コアの環状路の垂直断面の面積よりも狭くした場合の複合型電流センサユニットの構成を示す図である。 第１弧状コアおよび第２弧状コアを、図１〜図３の構成に対してセンサ基板上で９０°だけ回転させた構成を示す図である。 第１環状コア、第２環状コア、第２弧状コアおよびセンサ基板を同一の筐体に収納した場合の複合型電流センサユニットの構成を示す分解斜視図である。 第１環状コア、第２環状コア、第２弧状コアおよびセンサ基板を同一の筐体に収納した場合の複合型電流センサユニットの構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係る複合型電流センサユニットを用いた車両駆動システムの構成を示す図である。 第２実施形態に係る複合型電流センサユニットの斜視図である。 第２実施形態に係る複合型電流センサユニットの正面図である。 第２実施形態に係る複合型電流センサユニットを用いた車両駆動システムの構成を示す図である。 スイッチング回路の構成例を示す図である。

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。

（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。

（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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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