JPWO2012096212A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

外来磁場の影響下においても正確度の高い異常判定が可能な電流センサを提供すること。電流線を通流する被測定電流を測定する第１電流センサユニット（１１ａ）、および第１電流センサユニット（１１ａ）と感度が略等しい第２電流センサユニット（１１ｂ）と、第１電流センサユニット（１１ａ）の出力と第２電流センサユニット（１１ｂ）の出力との和、および差を算出して和分値、および差分値として出力する演算部（１２）と、演算部（１２）から出力された和分値、および差分値を記憶する記憶部（１３）と、記憶部（１３）に記憶された和分値、および差分値を用いて、異常または正常の判定を行う判定処理部（１４）と、を有し、判定処理部（１４）は、和分値と差分値との間に相関がある場合に異常の判定を行う。

Description

本発明は、被測定電流を非接触で測定できる電流センサに関する。

電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では比較的大きな電流が取り扱われるため、このような用途向けに大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。そして、このような電流センサとして、被測定電流によって生じる磁界の変化を磁気センサによって検出する方式のものが提案されている。例えば、特許文献１には、磁気センサ用の素子として磁気抵抗素子を用いた電流センサが開示されている。

ところで、上述のような非接触型の電流センサでは、素子の経年変化等によって電流検出性能が低下してしまうことがある。このため、車載用途など安全性確保の重要性が高い分野において電流センサが用いられる場合には、フェールセーフの観点から、電流センサの正常または異常の判定が必要になることがある。電流センサの正常または異常の判定を行う方法として、特許文献２には、２つのセンサの合計出力値（出力の加算値）が一定値であるか否かによって判定を行う異常検出方法が開示されている。

特開２００２−１５６３９０号公報 特開２００３−１９４５９８号公報

しかしながら、特許文献２に係る異常判定に用いられる出力の加算値は、外来磁場（地磁気や隣接配線を通流する電流による誘導磁界など）による影響を受けて変動する。このため、異常による影響が外来磁場の影響と同程度の場合や、異常による影響が外来磁場の影響より小さい場合などには、外来磁場の影響によって異常による影響がマスクされてしまい、正確な異常判定を行うことができない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、外来磁場の影響下においても正確度の高い異常判定が可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、電流線を通流する被測定電流を測定する第１電流センサユニット、および前記第１電流センサユニットと感度が略等しい第２電流センサユニットと、前記第１電流センサユニットの出力と前記第２電流センサユニットの出力との和、および差を算出して和分値、および差分値として出力する演算部と、前記演算部から出力された前記和分値、および前記差分値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記和分値、および前記差分値を用いて、異常または正常の判定を行う判定処理部と、を有し、前記判定処理部は、前記和分値と前記差分値との間に相関がある場合に異常の判定を行うことを特徴とする。

この構成によれば、２つのセンサ出力の和分値および差分値に相関がある場合に異常の判定を行うため、外来磁場など２つのセンサ出力に同様に表れる要因の影響を十分に低減することができる。このため、外来磁場の影響下などにおいても正確度の高い異常判定が可能である。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、第１タイミングにおいて算出された和分値と、前記第１タイミングと連続する第２タイミングにおいて算出された和分値とを比較して、和分値の増加または減少を判定し、前記第１タイミングにおいて算出された差分値と、前記第２タイミングにおいて算出された差分値とを比較して、差分値の増加または減少を判定し、前記和分値の増加減少判定と、前記差分値の増加減少判定との判定結果が一致するか相違するかを判定し、連続して算出される複数の和分値および複数の差分値を用いた前記一致相違判定の結果、一致判定または相違判定が所定回数連続する場合に異常の判定を行うことを特徴とする。

この構成によれば、比較的少ない測定回数で正常または異常の判定が可能であるため、和分値および差分値を記憶する記憶部の容量が少なくて済む。また、迅速な異常判断が可能である。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、一致判定または相違判定が１０回連続する場合に異常の判定を行っても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、連続して算出される複数の和分値および複数の差分値から、和分値と差分値との間の相関係数を算出し、前記相関係数の絶対値が所定値より大きい場合に異常の判定を行っても良い。

この構成によれば、多数の測定結果から相関係数を算出して異常判定を行うことにより、さらに正確度の高い異常判定が可能である。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、前記相関係数の絶対値が０．２より大きい場合に異常の判定を行っても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、連続して算出される複数の和分値および複数の差分値から、和分値と差分値との間の相関係数を算出し、前記相関係数の絶対値が所定回数連続して所定値より大きい場合に異常の判定を行っても良い。

この構成によれば、少数の測定結果から相関係数を算出し、算出された複数の相関係数を用いて異常判定を行うことができるため、正確性と迅速性とを両立させた異常判断が可能である。または、多数の測定結果から相関係数を算出し、算出された複数の相関係数を用いて異常判定を行うことができるため、さらに正確度の高い異常判定が可能である。

本発明の電流センサにおいて、前記判定処理部は、前記相関係数の絶対値が２回連続して０．２より大きい場合に異常の判定を行っても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記第１電流センサユニットおよび前記第２電流センサユニットはそれぞれ磁気センサ素子を含み、前記第１電流センサユニットと前記第２電流センサユニットとは、電流線を通流する被測定電流により生じる誘導磁界を受けて、互いに逆極性の信号を出力するように配置されても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記第１電流センサユニットおよび前記第２電流センサユニットはそれぞれ磁気センサ素子を含み、前記第１電流センサユニットと前記第２電流センサユニットとは、電流線を通流する被測定電流により生じる誘導磁界を受けて、互いに同極性の信号を出力するように配置されても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記磁気センサ素子は磁気抵抗効果素子であっても良い。

本発明により、外来磁場の影響下においても正確度の高い異常判定が可能な電流センサが提供される。

実施の形態に係る電流センサの構成例について示すブロック図である。 実施の形態に係る電流センサユニットの構成例を示す回路図である。 実施の形態に係る電流センサユニットの配置例を示す模式図である。 実施の形態に係る演算部に用いられる演算回路の構成例を示す回路図である。 電流センサユニットの出力と、差分値および和分値との関係を示すグラフである。 電流センサユニットの出力と、差分値および和分値との関係を示すグラフである。 連続一致回数（連続相違回数）を用いて異常判定を行う電流センサの処理の例を示すフロー図である。 相関係数を用いて異常判定を行う電流センサの処理の例を示すフロー図である。 複数の相関係数を用いて異常判定を行う電流センサの処理の例を示すフロー図である。 故障なし（正常）の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 第２電流センサユニットの感度が１割減少した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 第２電流センサユニットの感度が３割減少した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 第２電流センサユニットの出力がゼロの場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１電流センサユニットの出力がゼロの場合のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。図１に示される電流センサ１は、電流線（図示せず）を通流する被測定電流の電流値を測定する電流センサユニット（第１電流センサユニット）１１ａおよび電流センサユニット（第２電流センサユニット）１１ｂと、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和（和分値）、および差（差分値）を算出する演算部１２と、演算部１２において算出された和分値および差分値を記憶する記憶部１３と、記憶部１３に記憶された和分値および差分値を用いて、異常または正常の判定を行う判定処理部１４と、を有する。

電流センサユニット１１ａと電流センサユニット１１ｂとは、感度が略等しくなるように構成されている。ここで、感度が略等しいとは、電流測定に用いられる現象の影響が２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力に同様に表れることを意味する。例えば、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂがそれぞれ磁気センサ素子を含み、誘導磁界を用いて電流値を算出するものであるとすると、感度が略等しいとは、同じ誘導磁界が与えられた場合に略等しい出力が得られることを意味する。また、感度が略等しい場合として、電流測定において問題にならない程度の感度ずれが存在する場合を含む。

このように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの感度を略等しくすることで、後述のように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂ出力の和分値および差分値を用いて電流センサ１の異常を判定することができる。なお、電流センサユニット１１ａ、１１ｂとしては、磁気センサ素子などを用いて非接触で電流値を測定するものの他、シャント抵抗などを用いて直接的に電流値を測定するものを用いることができる。以下では、非接触で電流測定を行う場合について詳細に説明する。

図２は、非接触で電流測定を行う電流センサユニット１１ａ、１１ｂの構成例を示す回路図である。図２に示される電流センサユニット１１ａ、１１ｂは磁気平衡式の電流センサユニットであり、被測定電流によって発生する誘導磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイル１１１と、磁気センサ素子である４つの磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路１１２と、ブリッジ回路１１２の差動出力を増幅し、フィードバックコイル１１１のフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ１１３と、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ１１４と、を有する。

フィードバックコイル１１１は、ブリッジ回路１１２が有する４つの磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生する。

ブリッジ回路１１２は、４つの磁気抵抗効果素子を含んで構成され、磁気センサとして機能する。ただし、ブリッジ回路１１２の構成はこれに限定されず、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含み、磁気センサとして機能するものであればよい。ブリッジ回路１１２の磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などを用いることができる。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界により抵抗値が変化するという特性を有する。このため、ブリッジ回路１１２に与えられる２つの電位とブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子の抵抗値とによって決定される２つの出力の電位差は、誘導磁界に対応する値をとる。

差動・電流アンプ１１３は、ブリッジ回路１１２の２つの出力を差動増幅して、電流（フィードバック電流）としてフィードバックコイル１１１に与える。フィードバック電流がフィードバックコイル１１１に与えられると、当該フィードバック電流によって、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界が発生する。

Ｉ／Ｖアンプ１１４は、誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときにフィードバックコイル１１１を流れる電流を、電圧に変換して電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力とする。

図３は、電流センサ１における２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの配置例を示す模式図である。２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂは、電流線２を通流する被測定電流からの誘導磁界を受けるように電流線２に近接して配置される。図３（ａ）、（ｂ）において、電流線２は紙面奥行き方向に電流Ｉが通流するように配置されており、電流線２の断面形状は略長方形状になっている。また、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂは、電流線２を囲むようにプリント基板３上に配置されている。このため、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが受ける誘導磁界Ａの向きは、互いに逆向きになる。一方で、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが受ける外来磁場Ｂの向きは同じである。

図３（ａ）では、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂ（特に、磁気センサであるブリッジ回路）は、その感度軸方向が互いに同じ向きとなるように配置されており、電流線２を通流する被測定電流により生じる誘導磁界Ａを受けて、互いに逆極性の信号を出力する。ここで、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの感度は略等しいから、誘導磁界Ａによって生じる２つの出力の絶対値は略等しくなる。図３（ｂ）では、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂ（特に、磁気センサであるブリッジ回路）は、その感度軸方向が互いに逆向きとなるように配置されており、電流線２を通流する被測定電流により生じる誘導磁界Ａを受けて、互いに同極性の信号を出力する。ここで、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの感度は略等しいから、誘導磁界Ａによって生じる２つの出力の絶対値は略等しくなる。

以上のような構成の電流センサユニット１１ａ、１１ｂを用いることにより、被測定電流の電流値を精度良く求めることができる。なお、ここでは、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの例として磁気平衡式の電流センサユニットについて説明したが、電流センサ１に用いられる電流センサユニット１１ａ、１１ｂはこれに限られない。例えば、フィードバックコイル１１１を用いない磁気比例式の電流センサユニットを用いても良い。また、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの配置などは、磁界からの影響を等しく出力できるものであれば上述のものに限られない。さらに、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力は絶対値が等しいものであれば、極性は反転していても良い。

演算部１２は、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値および差分値を算出可能に構成されている。演算部１２の具体的な構成は特に限定されず、ハードウェアのみで演算部１２を構成しても良いし、汎用の演算装置とソフトウェアとを用いて演算部１２を構成しても良い。

図４は、演算部１２をハードウェアのみで構成する場合の演算回路の構成例を示す回路図である。図４（ａ）に示されるように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和を算出する回路としては、オペアンプを用いた加算回路を適用できる。また、図４（ｂ）に示されるように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の差を算出する回路としては、オペアンプを用いた差動増幅回路を適用できる。なお、図４（ａ）、（ｂ）において、Ｉｎ１には電流センサユニット１１ａ（または１１ｂ）の出力が接続され、Ｉｎ２には電流センサユニット１１ｂ（または１１ａ）の出力が接続される。ただし、電流センサユニット１１ａ、１１ｂと、加算回路および差増増幅回路との接続関係はこれに限定されない。電流センサユニット１１ａ、１１ｂと、加算回路および差増増幅回路との間には、他の回路が存在していても良い。

記憶部１３は、演算部１２の演算結果である和分値および差分値を記憶可能に構成されている。記憶部１３の構成に特に限定はないが、少なくとも異常判定に必要なデータ量を記憶できる程度の記憶容量を備えていることが必要である。

判定処理部１４は、演算部１２において連続的に取得され、記憶部１３に記憶された和分値と差分値との間に相関がある場合に、異常判定を行うことができるよう構成されている。このように、和分値と差分値との間の相関関係から異常判定を行うのは、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの異常が、和分値と差分値との間の相関として表れるためである。

図５および図６は、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力と、これらの出力の差分値および和分値との関係を示すグラフである。なお、図５および図６では、図３（ａ）に示される場合のように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが互いに逆極性の信号を出力している。また、図５および図６では、時刻とともに、被測定電流の電流値が大きくなっている。

図５（ａ）には、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが正常に動作する場合の各出力の時間変動が示されている。ここでは、電流センサユニット１１ａの出力ａが時刻とともに単調に増加し、電流センサユニット１１ｂの出力ｂが時刻とともに単調に減少する場合を想定する。この場合、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの感度は略等しくなっているため、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値ａ＋ｂは略一定となる。また、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の差分値ａ−ｂは、その傾きが出力ａの傾きの略２倍となる。このように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが正常に動作している場合、和分値ａ＋ｂと差分値ａ−ｂにはほとんど相関がない。

図５（ｂ）には、電流センサユニット１１ｂの出力が一定である場合の各出力の時間変動が示されている。この場合、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値ａ＋ｂおよび差分値ａ−ｂは、出力ａに合わせて変動する。図６（ａ）には、電流センサユニット１１ａの出力に異常がある場合の各出力の時間変動が示されている。この場合、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値ａ＋ｂおよび差分値ａ−ｂは、出力ａに同期して変動する。図５（ｂ）および図６（ａ）に示されるように、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの一方に異常がある場合には、和分値ａ＋ｂと差分値ａ−ｂには相関がある。このように、和分値と差分値との間の相関の有無から、相関のある場合を異常とみなして異常の有無を判定することができる。

なお、外来磁場による電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力変動は、和分値と差分値との間の相関関係にはほとんど影響を与えない。図６（ｂ）には、あるタイミングにおいて外来磁場が生じた場合の各出力の時間変動が示されている。この場合、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値ａ＋ｂには外来磁場の影響が現れるのに対して、差分値ａ−ｂには外来磁場の影響が現れない。このように、外来磁場によって出力に異常が発生した場合、和分値ａ＋ｂと差分値ａ−ｂにはほとんど相関がない。つまり、和分値と差分値との相関を用いることにより、異常の有無の判定から外来磁場の影響を排除することができる。

以上のように、判定処理部１４は、２つのセンサ出力の和分値および差分値の相関の有無を判定する。そして、和分値と差分値との間に相関がある場合、異常がある旨の判定をする。この方法では、上述したように外来磁場など２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力に同様に表れる要因の影響を異常判定から除外することができる。このため、外来磁場の影響下などにおいても正確度の高い異常判定が可能である。

判定処理部１４の具体的な構成としては、例えば、連続的に取得された和分値の増加傾向または減少傾向と、連続的に取得された差分値の増加傾向または減少傾向とが一致する場合や相違する場合に異常判定が行われる構成（構成１）、取得された複数の和分値および差分値から相関係数を算出して、相関係数の絶対値が所定値より大きい場合（または所定値以上である場合）に異常判定が行われる構成（構成２）、取得された複数の和分値および差分値から相関係数を算出して、相関係数の絶対値が所定回数連続して所定値より大きい場合（または所定値以上である場合）に異常判定が行われる構成（構成３）、などが挙げられる。

構成１では、判定処理部１４は、あるタイミング（以下、第１タイミング）における和分値と、第１タイミングと連続するタイミング（以下、第２タイミング）における和分値とを比較して和分値の増加または減少を判定（以下、増加減少判定）する。また、第１タイミングにおける差分値と、第２タイミングにおける差分値とを比較して差分値の増加減少判定を行う。また、これら増加減少判定の結果を用いて、和分値の増加減少判定と差分値の増加減少判定とが一致するか相違するかを判定（以下、一致相違判定）する。そして、一致相違判定の結果が所定回数連続して同じ場合（つまり、所定回数連続して一致する場合、または所定回数連続して相違する場合）に異常の判定を行う。例えば、一致相違判定の結果が１０回連続して同じ場合に異常の判定を行う構成とすることができる。

このように、一致相違判定の連続回数によって異常を判定する構成では、比較的少ない測定回数で正常または異常の判定が可能である。このため、和分値および差分値を記憶する記憶部の容量が少なくて済む。また、多数の測定を行わずに済むため、迅速な異常判断が可能である。

構成２では、判定処理部１４は、連続して算出された複数の和分値と、連続して算出された複数の差分値とを用いて相関係数を算出する。そして、相関係数の絶対値が所定値より大きい場合に異常判定を行う。例えば、相関係数の絶対値が０．２より大きい場合に異常の判定を行う構成とすることができる。なお、相関係数の算出に係る和分値および差分値の標本数は、１００以上とすることが好ましい。多数の和分値および差分値を用いて相関係数を算出することにより、異常判定の正確度を高めることができるためである。なお、和分値と差分値との相関係数は、下記式によって算出することができる。下記式において、ｎは標本数であり、ｘ_ｉおよびｙ_ｉは、第ｉ番目に算出された和分値および差分値であり、ｘ（バー）およびｙ（バー）は、和分値および差分値の平均値である。

このように、相関係数を算出して異常判定を行う構成では、前述の一致相違判定の連続回数によって異常を判定する構成と比較して、正確度の高い異常判定が可能である。

構成３では、判定処理部１４は、連続して算出された複数の和分値と、連続して算出された複数の差分値とを用いて相関係数を算出する。この点は構成２と同様である。その後、さらに和分値と差分値の算出を行い、複数の相関係数を算出する。そして、算出された複数の相関係数の絶対値が所定回数連続して所定値より大きい場合に異常判定を行う。例えば、相関係数の絶対値が２回連続して０．２より大きい場合に異常の判定を行う構成とすることができる。

相関係数の算出に係る和分値および差分値の標本数は任意である。例えば、１つの相関係数を少数の標本（例えば２０以下）から算出する場合には、相関係数の算出に必要なデータ取得時間が短くなるため、判定の迅速性を確保することができる。この場合においても、判定に複数の相関係数を用いるため、正確性を確保できる。また、例えば、１つの相関係数を多数の標本（例えば１００以上）から算出する場合には、判定に複数の相関係数を用いることで、極めて高い正確度の判定が可能である。

以上のように、本発明の電流センサ１では、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値および差分値に相関がある場合に異常の判定を行うため、外来磁場など２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力に同様に表れる要因の影響を十分に低減することができる。このため、外来磁場の影響下などにおいても正確度の高い異常判定が可能である。

また、判定処理部１４の構成に応じて、さらなる効果を得ることができる。例えば構成１では、比較的少ない測定回数で正常または異常の判定が可能であり、和分値および差分値を記憶する記憶部の容量が少なくて済む。また、迅速な異常判断が可能である。また、例えば構成２では、多数の測定結果から相関係数を算出して異常判定を行うことにより、さらに正確度の高い異常判定が可能である。また、例えば構成３では、少数の測定結果から相関係数を算出し、算出された複数の相関係数を用いて異常判定を行うことができるため、正確性と迅速性とを両立させた異常判断が可能である。または、多数の測定結果から相関係数を算出し、算出された複数の相関係数を用いて異常判定を行うことができるため、さらに正確度の高い異常判定が可能である。

図７は、本実施の形態に係る電流センサ１における電流測定および異常判定の例を示すフロー図である。図７には、構成１に係る判定処理部１４を有する場合、つまり、連続一致回数（連続相違回数）を用いて異常判定を行う場合のフローを示している。

ステップＳＴ２０１において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂが測定を開始すると、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の差分値と和分値とを算出する。その後、算出された差分値および和分値は、記憶部１３に記憶される。当該処理は、連続的に複数回行われる。すなわち、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力から、時間の関数として表される複数の差分値（ｊ（ｔ））と複数の和分値（Ｊ（ｔ））とを算出する。

ステップＳＴ２０２において、判定処理部１４は、記憶部１３に記憶された時間的に連続する２つの差分値（ｊ（１））と（ｊ（２））との増減を判定し、時間的に連続する２つの和分値（Ｊ（１））と（Ｊ（２））との増減を判定し、増減方向が和分値と差分値とで一致するか相違するかを判定する。また、その後の時間的に連続する２つの差分値（ｊ（２））と（ｊ（３））との増減を判定し、時間的に連続する２つの和分値（Ｊ（２））と（Ｊ（３））との増減を判定し、増減方向が和分値と差分値とで一致するか相違するかを判定する。そして、２回の一致相違判定の結果が同じ場合、つまり、２回とも一致判定の場合、または２回とも相違判定の場合（ステップＳＴ２０２：Ｙｅｓ）、判定処理部１４はステップＳＴ２０３においてカウント数Ｃに１を加える。２回の一致相違判定の結果が異なる場合（ステップＳＴ２０２：Ｎｏ）、判定処理部１４はステップＳＴ２０４においてカウント数Ｃをリセットする。

その後、ステップＳＴ２０５において、判定処理部１４は、カウント数Ｃが所定値より大きいか否かを判定する。複数回の一致相違判定の結果、カウント数Ｃが所定値より大きい場合（ステップＳＴ２０５：Ｙｅｓ）、判定処理部１４はステップＳＴ２０６において異常判定を行ってアラームを発する。カウント数Ｃが所定値以下の場合（ステップＳＴ２０５：Ｎｏ）、電流センサ１はステップＳＴ２０７において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂの差分値を測定値（被測定電流の測定値）として出力する。カウント数Ｃの判定基準である所定値は、例えば、９とすることができる。

ステップＳＴ２０８において、電流センサ１は、外部から停止信号が入力された場合（ステップＳＴ２０８：Ｙｅｓ）、電流測定を停止する。停止信号が入力されていない場合（ステップＳＴ２０８：Ｎｏ）、再度ステップＳＴ２０１を実行して電流測定を行う。

図８は、本実施の形態に係る電流センサ１における電流測定および異常判定の別の例を示すフロー図である。図８には、構成２に係る判定処理部１４を有する場合、つまり、相関係数を用いて異常判定を行う場合のフローを示している。

ステップＳＴ２１１において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂが測定を開始すると、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の差分値と和分値とを算出する。その後、算出された差分値および和分値は、記憶部１３に記憶される。当該処理は、連続的に複数回行われる。すなわち、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力から、時間の関数として表される複数の差分値（ｊ（ｔ））と複数の和分値（Ｊ（ｔ））とを算出する。

ステップＳＴ２１２において、判定処理部１４は、時間的に連続する複数の差分値および和分値から、差分値と和分値との相関係数の絶対値ｒを算出する。そして、ステップＳＴ２１３において、判定処理部１４は、相関係数の絶対値ｒが所定値より大きいか否かを判定する。相関係数の絶対値ｒが所定値より大きい場合（ステップＳＴ２１３：Ｙｅｓ）、判定処理部１４はステップＳＴ２１４において異常判定を行ってアラームを発する。相関係数の絶対値ｒが所定値以下の場合（ステップＳＴ２１３：Ｎｏ）、電流センサ１はステップＳＴ２１５において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂの差分値を測定値（被測定電流の測定値）として出力する。相関係数の絶対値ｒの判定基準である所定値は、例えば、０．２とすることができる。

ステップＳＴ２１６において、電流センサ１は、外部から停止信号が入力された場合（ステップＳＴ２１６：Ｙｅｓ）、電流測定を停止する。停止信号が入力されていない場合（ステップＳＴ２１６：Ｎｏ）、再度ステップＳＴ２１１を実行して電流測定を行う。

図９は、本実施の形態に係る電流センサ１における電流測定および異常判定の別の例を示すフロー図である。図９には、構成３に係る判定処理部１４を有する場合、つまり、複数の相関係数を用いて異常判定を行う場合のフローを示している。

ステップＳＴ２２１において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂが測定を開始すると、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の差分値と和分値とを算出する。その後、算出された差分値および和分値は、記憶部１３に記憶される。当該処理は、連続的に複数回行われる。すなわち、演算部１２は、電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力から、時間の関数として表される複数の差分値（ｊ（ｔ））と複数の和分値（Ｊ（ｔ））とを算出する。

ステップＳＴ２２２において、判定処理部１４は、時間的に連続する複数の差分値および和分値から、差分値と和分値との相関係数の絶対値ｒを算出する。そして、ステップＳＴ２２３において、判定処理部１４は、相関係数の絶対値ｒが所定値より大きいか否かを判定する。相関係数の絶対値ｒが所定値より大きい場合（ステップＳＴ２２３：Ｙｅｓ）、判定処理部１４はステップＳＴ２２４においてカウント数Ｃに１を加える。相関係数の絶対値ｒが所定値以下の場合（ステップＳＴ２２３：Ｎｏ）、判定処理部１４はステップＳＴ２２５においてカウント数Ｃをリセットする。相関係数の絶対値ｒの判定基準である所定値は、例えば、０．２とすることができる。

その後、ステップＳＴ２２６において、判定処理部１４は、カウント数Ｃが所定値より大きいか否かを判定する。複数回のｒの判定の結果、カウント数Ｃが所定値より大きい場合（ステップＳＴ２２６：Ｙｅｓ）、判定処理部１４はステップＳＴ２２７において異常判定を行ってアラームを発する。カウント数Ｃが所定値以下の場合（ステップＳＴ２２６：Ｎｏ）、電流センサ１はステップＳＴ２２８において、電流センサユニット１１ａおよび１１ｂの差分値を測定値（被測定電流の測定値）として出力する。カウント数Ｃの判定基準である所定値は、例えば、１とすることができる。

ステップＳＴ２２９において、電流センサ１は、外部から停止信号が入力された場合（ステップＳＴ２２９：Ｙｅｓ）、電流測定を停止する。停止信号が入力されていない場合（ステップＳＴ２２９：Ｎｏ）、再度ステップＳＴ２２１を実行して電流測定を行う。

図１０〜図１４は、特定の故障モードを想定したシミュレーション結果を示すグラフである。当該シミュレーションでは、特定の故障モードにおいて、２つの電流センサユニットの出力の和分値と差分値とを算出し、その相関関係を確認した。図１０は故障なし（正常）の場合を、図１１は第２電流センサユニットの感度が１割減少した故障モードの場合を、図１２は第２電流センサユニットの感度が３割減少した故障モードの場合を、図１３は第２電流センサユニットの出力がゼロとなる故障モードの場合を、図１４は第１電流センサユニットの出力がゼロとなる故障モードの場合を、それぞれ示している。また、各図において、（ａ）は和分値と差分値との出力の時間変動の様子を示しており、（ｂ）は和分値と差分値との関係を散布図で示している。

図１０に示されるように、故障なし（正常）の場合には、ほとんど相関がなかった。具体的には、標本数を２５０とした場合の相関係数が０．０５７であった。また、標本数１０ごとに算出した２５の相関係数において、連続して０．２を超えた回数は最大で１回であった。また、２５０の標本のうち、和分値と差分値との増減方向が連続して一致した回数、または連続して相違した回数（連続一致回数、連続相違回数）は、最大で６回であった。

一方、図１１に示されるように、第２電流センサユニットの感度が１割減少した故障モードの場合には、やや相関があった（弱い相関）。具体的には、標本数を２５０とした場合の相関係数が０．２５であった。また、標本数１０ごとに算出した２５の相関係数において、連続して０．２を超えた回数は最大で２回であった。また、２５０の標本のうち、和分値と差分値との増減方向が連続して一致した回数、または連続して相違した回数（連続一致回数、連続相違回数）は、最大で１１回であった。

また、図１２に示されるように、第２電流センサユニットの感度が３割減少した故障モードの場合には、かなり相関があった（比較的強い相関）。具体的には、標本数を２５０とした場合の相関係数が０．６８であった。また、標本数１０ごとに算出した２５の相関係数において、連続して０．２を超えた回数は最大で２４回であった（なお、上限は２４回である）。また、２５０の標本のうち、和分値と差分値との増減方向が連続して一致した回数、または連続して相違した回数（連続一致回数、連続相違回数）は、最大で１６回であった。

また、図１３および図１４に示されるように、一方の電流センサユニットの出力がゼロとなる故障モードの場合には、強い相関があった。具体的には、標本数を２５０とした場合の相関係数が１または−１であった。また、標本数１０ごとに算出した２５の相関係数において、連続して０．２を超えた回数は最大で２４回であった（なお、上限は２４回である）。また、２５０の標本のうち、和分値と差分値との増減方向が連続して一致した回数、または連続して相違した回数（連続一致回数、連続相違回数）は、最大で２４８回であった（なお、上限は２４８回である）。

以上のシミュレーション結果により、電流センサ１における異常の有無は、２つの電流センサユニットの出力の和分値と差分値との相関によって判断することができることが確認された。

このように、本発明の電流センサ１では、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力の和分値および差分値に相関がある場合に異常の判定を行うため、外来磁場など２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの出力に同様に表れる要因の影響を十分に低減することができる。このため、外来磁場の影響下などにおいても正確度の高い異常判定が可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態では２つの電流センサユニットを用いているが、３つ以上の電流センサユニットを用いることも可能である。また、複数の異なる基準を用いて複数ステップの判定を行うことも可能である。例えば、連続一致回数（連続相違回数）を用いて判定を行う場合、連続一致回数または連続相違回数がＣ１より大きい場合に注意判定を行い、連続一致回数または連続相違回数がＣ２（＞Ｃ１）より大きい場合に異常判定を行う、といった構成も可能である。

また、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて適宜変更することが可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知するために用いることが可能である。

本出願は、２０１１年１月１１日出願の特願２０１１−００３０４５に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

図３は、電流センサ１における２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの配置例を示す模式図である。２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂは、電流線２を通流する被測定電流からの誘導磁界を受けるように電流線２に近接して配置される。図３（ａ）、（ｂ）において、電流線２は紙面奥行き方向に電流Ｉが通流するように配置されており、電流線２の断面形状は略長方形状になっている。また、電流線２が２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂの間に位置するようにプリント基板３上に配置されている。このため、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが受ける誘導磁界Ａの向きは、互いに逆向きになる。一方で、２つの電流センサユニット１１ａ、１１ｂが受ける外来磁場Ｂの向きは同じである。

Claims (10)

1. 電流線を通流する被測定電流を測定する第１電流センサユニット、および前記第１電流センサユニットと感度が略等しい第２電流センサユニットと、
   前記第１電流センサユニットの出力と前記第２電流センサユニットの出力との和、および差を算出して和分値、および差分値として出力する演算部と、
   前記演算部から出力された前記和分値、および前記差分値を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記和分値、および前記差分値を用いて、異常または正常の判定を行う判定処理部と、を有し、
   前記判定処理部は、前記和分値と前記差分値との間に相関がある場合に異常の判定を行うことを特徴とする電流センサ。
2. 前記判定処理部は、
   第１タイミングにおいて算出された和分値と、前記第１タイミングと連続する第２タイミングにおいて算出された和分値とを比較して、和分値の増加または減少を判定し、前記第１タイミングにおいて算出された差分値と、前記第２タイミングにおいて算出された差分値とを比較して、差分値の増加または減少を判定し、前記和分値の増加減少判定と、前記差分値の増加減少判定との判定結果が一致するか相違するかを判定し、
   連続して算出される複数の和分値および複数の差分値を用いた前記一致相違判定の結果、一致判定または相違判定が所定回数連続する場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記判定処理部は、一致判定または相違判定が１０回連続する場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記判定処理部は、
   連続して算出される複数の和分値および複数の差分値から、和分値と差分値との間の相関係数を算出し、
   前記相関係数の絶対値が所定値より大きい場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
5. 前記判定処理部は、前記相関係数の絶対値が０．２より大きい場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記判定処理部は、
   連続して算出される複数の和分値および複数の差分値から、和分値と差分値との間の相関係数を算出し、
   前記相関係数の絶対値が所定回数連続して所定値より大きい場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
7. 前記判定処理部は、前記相関係数の絶対値が２回連続して０．２より大きい場合に異常の判定を行うことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記第１電流センサユニットおよび前記第２電流センサユニットはそれぞれ磁気センサ素子を含み、
   前記第１電流センサユニットと前記第２電流センサユニットとは、電流線を通流する被測定電流により生じる誘導磁界を受けて、互いに逆極性の信号を出力するように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電流センサ。
9. 前記第１電流センサユニットおよび前記第２電流センサユニットはそれぞれ磁気センサ素子を含み、
   前記第１電流センサユニットと前記第２電流センサユニットとは、電流線を通流する被測定電流により生じる誘導磁界を受けて、互いに同極性の信号を出力するように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電流センサ。
10. 前記磁気センサ素子は磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電流センサ。

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