WO2012096212A1 - 電流センサ - Google Patents

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WO2012096212A1
WO2012096212A1 PCT/JP2012/050090 JP2012050090W WO2012096212A1 WO 2012096212 A1 WO2012096212 A1 WO 2012096212A1 JP 2012050090 W JP2012050090 W JP 2012050090W WO 2012096212 A1 WO2012096212 A1 WO 2012096212A1
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WO
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current sensor
value
difference
determination
current
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/050090
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English (en)
French (fr)
Inventor
田村　学
清松　久典
康夫 小寺
Original Assignee
アルプス・グリーンデバイス株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2012552705A priority patent/JP5586036B2/ja
Publication of WO2012096212A1 publication Critical patent/WO2012096212A1/ja
Priority to US13/939,075 priority patent/US9041392B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates

Definitions

  • the present invention relates to a current sensor that can measure a current to be measured without contact.
  • Patent Document 1 discloses a current sensor using a magnetoresistive element as an element for a magnetic sensor.
  • Patent Document 2 discloses an abnormality detection method in which a determination is made based on whether or not the total output value (added value of outputs) of two sensors is a constant value. ing.
  • the added value of the output used for the abnormality determination according to Patent Document 2 varies under the influence of an external magnetic field (such as an induced magnetic field due to geomagnetism or current flowing through adjacent wiring). For this reason, when the influence of an abnormality is similar to the influence of an external magnetic field, or when the influence of an abnormality is smaller than the influence of an external magnetic field, the influence of the abnormality is masked by the influence of the external magnetic field, and an accurate abnormality Judgment cannot be made.
  • an external magnetic field such as an induced magnetic field due to geomagnetism or current flowing through adjacent wiring.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a current sensor capable of determining an abnormality with high accuracy even under the influence of an external magnetic field.
  • the current sensor of the present invention includes a first current sensor unit that measures a current to be measured flowing through a current line, a second current sensor unit that has substantially the same sensitivity as the first current sensor unit, and the first current sensor unit.
  • a calculation unit that calculates a difference and outputs it as an integrated value and a difference value, the sum value that is output from the calculation unit, and the difference
  • a storage unit that stores a value
  • a determination processing unit that performs an abnormality or normal determination using the sum value and the difference value stored in the storage unit, the determination processing unit, An abnormality is determined when there is a correlation between the sum value and the difference value.
  • the determination processing unit compares the sum value calculated at the first timing with the sum value calculated at the second timing that is continuous with the first timing.
  • the increase or decrease of the value is determined, the difference value calculated at the first timing is compared with the difference value calculated at the second timing, the increase or decrease of the difference value is determined, and the sum It is determined whether the determination result of the increase / decrease determination of the value is the same as or different from the determination result of the increase / decrease determination of the difference value, and the match using a plurality of sum values and a plurality of difference values calculated successively.
  • an abnormality is determined.
  • the determination processing unit may perform an abnormality determination when the coincidence determination or the difference determination is repeated ten times.
  • the determination processing unit calculates a correlation coefficient between the sum value and the difference value from a plurality of sum values and a plurality of difference values that are continuously calculated, and the phase Abnormality determination may be performed when the absolute value of the number of relationships is greater than a predetermined value.
  • the determination processing unit may determine abnormality when the absolute value of the correlation coefficient is greater than 0.2.
  • the determination processing unit calculates a correlation coefficient between the sum value and the difference value from a plurality of sum values and a plurality of difference values that are continuously calculated, and the phase
  • the abnormality may be determined when the absolute value of the number of relations is larger than a predetermined value continuously for a predetermined number of times.
  • the correlation coefficient can be calculated from a small number of measurement results and the abnormality determination can be performed using the plurality of calculated correlation coefficients, the abnormality determination that achieves both accuracy and speediness. Is possible.
  • the correlation coefficient can be calculated from a large number of measurement results and the abnormality determination can be performed using the calculated plurality of correlation coefficients, the abnormality determination with higher accuracy can be performed.
  • the determination processing unit may determine abnormality when the absolute value of the correlation coefficient is greater than 0.2 twice in succession.
  • each of the first current sensor unit and the second current sensor unit includes a magnetic sensor element, and the first current sensor unit and the second current sensor unit flow current lines. It may be arranged so as to receive signals induced by the current to be measured and output signals having opposite polarities.
  • each of the first current sensor unit and the second current sensor unit includes a magnetic sensor element, and the first current sensor unit and the second current sensor unit flow current lines. It may be arranged so as to receive signals induced by the current to be measured and output signals having the same polarity.
  • the magnetic sensor element may be a magnetoresistive element.
  • a current sensor capable of determining an abnormality with high accuracy even under the influence of an external magnetic field.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a current sensor according to the present embodiment.
  • a current sensor 1 shown in FIG. 1 includes a current sensor unit (first current sensor unit) 11a and a current sensor unit (second current sensor) that measure a current value of a current to be measured flowing through a current line (not shown).
  • Unit) 11b a calculation unit 12 that calculates the sum (summation value) and difference (difference value) of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b, and the summation value and difference value calculated by the calculation unit 12
  • a determination processing unit 14 that performs determination of abnormality or normality using the sum and difference values stored in the storage unit 13.
  • the current sensor unit 11a and the current sensor unit 11b are configured to have substantially the same sensitivity.
  • the sensitivity is substantially equal means that the effect of the phenomenon used for current measurement appears in the output of the two current sensor units 11a and 11b in the same manner.
  • the two current sensor units 11a and 11b each include a magnetic sensor element and the current value is calculated using an induced magnetic field
  • the sensitivity is substantially equal when the same induced magnetic field is applied. It means that almost equal output is obtained.
  • the case where the sensitivities are substantially equal includes the case where there is a sensitivity shift that does not cause a problem in current measurement.
  • the abnormality of the current sensor 1 is obtained using the sum and difference values of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b. Can be determined.
  • the current sensor units 11a and 11b in addition to a unit that measures a current value without contact using a magnetic sensor element or the like, a unit that directly measures a current value using a shunt resistor or the like can be used.
  • a shunt resistor or the like in addition to a unit that measures a current value without contact using a magnetic sensor element or the like, a unit that directly measures a current value using a shunt resistor or the like can be used.
  • a case where current measurement is performed in a non-contact manner will be described in detail.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the current sensor units 11a and 11b that perform current measurement without contact.
  • the current sensor units 11a and 11b shown in FIG. 2 are magnetic balance type current sensor units, a feedback coil 111 arranged so as to be able to generate a magnetic field in a direction to cancel an induced magnetic field generated by a current to be measured, and a magnetic sensor element.
  • the feedback coil 111 is disposed in the vicinity of the four magnetoresistive elements included in the bridge circuit 112, and generates a canceling magnetic field that cancels out the induced magnetic field generated by the current to be measured.
  • the bridge circuit 112 includes four magnetoresistive elements and functions as a magnetic sensor.
  • the configuration of the bridge circuit 112 is not limited to this, and any configuration that includes at least one magnetoresistive element and functions as a magnetic sensor may be used.
  • a GMR (Giant Magneto Resistance) element, a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element, or the like can be used as the magnetoresistive effect element of the bridge circuit 112.
  • the magnetoresistive element has a characteristic that the resistance value is changed by an induced magnetic field from the current to be measured. For this reason, the potential difference between the two outputs determined by the two potentials applied to the bridge circuit 112 and the resistance value of the magnetoresistive effect element constituting the bridge circuit takes a value corresponding to the induced magnetic field.
  • the differential / current amplifier 113 differentially amplifies the two outputs of the bridge circuit 112 and supplies them to the feedback coil 111 as current (feedback current).
  • feedback current When the feedback current is applied to the feedback coil 111, a cancellation magnetic field that cancels the induced magnetic field is generated by the feedback current.
  • the I / V amplifier 114 converts the current flowing through the feedback coil 111 into a voltage when it is in an equilibrium state in which the induction magnetic field and the cancellation magnetic field cancel each other, and outputs it as an output of the current sensor units 11a and 11b.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement example of two current sensor units 11a and 11b in the current sensor 1.
  • the two current sensor units 11a and 11b are arranged close to the current line 2 so as to receive an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the current line 2.
  • the current line 2 is arranged so that the current I flows in the depth direction of the drawing, and the cross-sectional shape of the current line 2 is substantially rectangular.
  • the two current sensor units 11 a and 11 b are arranged on the printed circuit board 3 so as to surround the current line 2. For this reason, the directions of the induced magnetic field A received by the two current sensor units 11a and 11b are opposite to each other. On the other hand, the direction of the external magnetic field B received by the two current sensor units 11a and 11b is the same.
  • the two current sensor units 11a and 11b are arranged so that their sensitivity axis directions are the same as each other.
  • signals having opposite polarities are output.
  • the sensitivities of the two current sensor units 11a and 11b are substantially equal, the absolute values of the two outputs generated by the induced magnetic field A are substantially equal.
  • the two current sensor units 11a and 11b are arranged so that their sensitivity axis directions are opposite to each other.
  • signals having the same polarity are output.
  • the sensitivities of the two current sensor units 11a and 11b are substantially equal, the absolute values of the two outputs generated by the induced magnetic field A are substantially equal.
  • the current value of the current to be measured can be obtained with high accuracy.
  • the magnetic balance type current sensor unit has been described as an example of the current sensor units 11a and 11b.
  • the current sensor units 11a and 11b used in the current sensor 1 are not limited thereto.
  • a magnetic proportional current sensor unit that does not use the feedback coil 111 may be used.
  • the arrangement of the two current sensor units 11a and 11b is not limited to the above as long as the influence from the magnetic field can be output equally. Furthermore, as long as the outputs of the two current sensor units 11a and 11b have the same absolute value, the polarities may be reversed.
  • the calculation unit 12 is configured to be able to calculate the sum and difference values of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b.
  • the specific configuration of the calculation unit 12 is not particularly limited, and the calculation unit 12 may be configured only by hardware, or the calculation unit 12 may be configured using a general-purpose calculation device and software.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of an arithmetic circuit when the arithmetic unit 12 is configured only by hardware.
  • an adder circuit using an operational amplifier can be applied as a circuit for calculating the sum of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b.
  • a differential amplifier circuit using an operational amplifier can be applied as a circuit for calculating the difference between the outputs of the two current sensor units 11a and 11b. 4A and 4B, the output of the current sensor unit 11a (or 11b) is connected to In1, and the output of the current sensor unit 11b (or 11a) is connected to In2.
  • the connection relationship between the current sensor units 11a and 11b and the addition circuit and the differential amplification circuit is not limited to this.
  • Another circuit may exist between the current sensor units 11a and 11b and the addition circuit and the differential amplification circuit.
  • the storage unit 13 is configured to be able to store the sum value and the difference value that are the calculation results of the calculation unit 12.
  • the configuration of the storage unit 13 is not particularly limited, but it is necessary to have at least a storage capacity that can store a data amount necessary for abnormality determination.
  • the determination processing unit 14 is configured to be able to perform abnormality determination when there is a correlation between the sum value and the difference value acquired continuously by the calculation unit 12 and stored in the storage unit 13. Yes.
  • the reason why the abnormality is determined from the correlation between the sum value and the difference value is that the abnormality of the current sensor units 11a and 11b appears as a correlation between the sum value and the difference value. .
  • 5 and 6 are graphs showing the relationship between the outputs of the two current sensor units 11a and 11b and the difference value and the sum value of these outputs. 5 and 6, the two current sensor units 11a and 11b output signals having opposite polarities as in the case shown in FIG. 5 and 6, the current value of the current to be measured increases with time.
  • FIG. 5 (a) shows the time variation of each output when the two current sensor units 11a and 11b operate normally.
  • the output a of the current sensor unit 11a monotonously increases with time and the output b of the current sensor unit 11b monotonously decreases with time.
  • the sensitivities of the two current sensor units 11a and 11b are substantially equal, the sum value a + b of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b is substantially constant.
  • the difference value a ⁇ b between the outputs of the two current sensor units 11a and 11b has an inclination that is approximately twice the inclination of the output a.
  • FIG. 5B shows the time variation of each output when the output of the current sensor unit 11b is constant.
  • the sum value a + b and the difference value a ⁇ b of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b vary according to the output a.
  • FIG. 6 (a) shows the time variation of each output when there is an abnormality in the output of the current sensor unit 11a.
  • the sum value a + b and the difference value a ⁇ b of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b vary in synchronization with the output a.
  • FIGS. 5B and 6A when one of the two current sensor units 11a and 11b is abnormal, the sum value a + b and the difference value a ⁇ b are correlated. .
  • the presence / absence of abnormality can be determined by regarding the case where there is a correlation as abnormal.
  • FIG. 6B shows the time variation of each output when an external magnetic field is generated at a certain timing.
  • the influence of the external magnetic field appears on the sum value a + b of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b, whereas the influence of the external magnetic field does not appear on the difference value a ⁇ b.
  • the sum value a + b and the difference value a ⁇ b have almost no correlation. That is, by using the correlation between the sum value and the difference value, the influence of the external magnetic field can be excluded from the determination of the presence or absence of abnormality.
  • the determination processing unit 14 determines whether or not there is a correlation between the sum value and the difference value of the two sensor outputs. When there is a correlation between the sum value and the difference value, it is determined that there is an abnormality.
  • the influence of factors that appear in the outputs of the two current sensor units 11a and 11b, such as an external magnetic field can be excluded from the abnormality determination. For this reason, it is possible to determine abnormality with high accuracy even under the influence of an external magnetic field.
  • the determination processing unit 14 for example, when an increasing tendency or a decreasing tendency of the sum value acquired continuously matches an increasing tendency or a decreasing tendency of the difference value acquired continuously.
  • the configuration in which abnormality determination is performed when they are different (configuration 1), the correlation coefficient is calculated from the plurality of obtained summation values and difference values, and the absolute value of the correlation coefficient is greater than a predetermined value (or
  • the configuration in which abnormality determination is performed (when it is equal to or greater than a predetermined value) (Configuration 2), a correlation coefficient is calculated from a plurality of obtained summation values and difference values, and the absolute value of the correlation coefficient continues for a predetermined number of times.
  • the determination processing unit 14 compares the sum value at a certain timing (hereinafter referred to as the first timing) with the sum value at a timing continuous with the first timing (hereinafter referred to as the second timing).
  • the increase or decrease of the value is determined (hereinafter, increase / decrease determination).
  • the difference value at the first timing is compared with the difference value at the second timing to determine whether the difference value is increasing or decreasing.
  • an abnormality is determined.
  • it can be configured such that the abnormality is determined when the coincidence / difference determination results are the same for ten consecutive times.
  • the determination processing unit 14 calculates a correlation coefficient by using a plurality of summed values calculated continuously and a plurality of difference values calculated continuously. Then, abnormality determination is performed when the absolute value of the correlation coefficient is larger than a predetermined value. For example, an abnormality determination can be made when the absolute value of the correlation coefficient is greater than 0.2.
  • the number of samples of the summation value and the difference value for calculating the correlation coefficient is 100 or more. This is because the accuracy of abnormality determination can be increased by calculating the correlation coefficient using a large number of summation values and difference values.
  • the correlation coefficient between the sum value and the difference value can be calculated by the following equation. In the following equation, n is the number of samples, x i and y i are the i-th calculated sum and difference values, and x (bar) and y (bar) are the sum and difference, respectively. The average value.
  • the abnormality determination can be performed with higher accuracy than in the configuration in which the abnormality is determined based on the number of times of the coincidence / dissimilarity determination described above.
  • the determination processing unit 14 calculates a correlation coefficient by using a plurality of summed values calculated continuously and a plurality of difference values calculated continuously. This is the same as configuration 2. Thereafter, the sum and difference values are further calculated, and a plurality of correlation coefficients are calculated. Then, when the calculated absolute values of the plurality of correlation coefficients are continuously larger than the predetermined value for a predetermined number of times, abnormality determination is performed. For example, it can be configured such that an abnormality is determined when the absolute value of the correlation coefficient is greater than 0.2 in succession twice.
  • the number of samples for the sum and difference values for calculating the correlation coefficient is arbitrary. For example, when one correlation coefficient is calculated from a small number of samples (for example, 20 or less), the data acquisition time necessary for calculating the correlation coefficient is shortened, so that the determination speed can be ensured. Even in this case, accuracy is ensured because a plurality of correlation coefficients are used for the determination. Further, for example, when one correlation coefficient is calculated from a large number of samples (for example, 100 or more), it is possible to determine extremely high accuracy by using a plurality of correlation coefficients.
  • two current sensors such as an external magnetic field are used to determine abnormality when there is a correlation between the sum and difference values of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b. It is possible to sufficiently reduce the influence of factors that similarly appear in the outputs of the units 11a and 11b. For this reason, it is possible to determine abnormality with high accuracy even under the influence of an external magnetic field.
  • the configuration of the determination processing unit 14 For example, with configuration 1, it is possible to determine whether normal or abnormal with a relatively small number of measurements, and the capacity of the storage unit that stores the sum and difference values can be small. In addition, it is possible to quickly determine abnormality. Further, for example, in configuration 2, it is possible to perform abnormality determination with higher accuracy by calculating a correlation coefficient from a large number of measurement results and performing abnormality determination. For example, in the configuration 3, since a correlation coefficient can be calculated from a small number of measurement results, and abnormality determination can be performed using the calculated plurality of correlation coefficients, an abnormality that achieves both accuracy and speediness. Judgment is possible. Alternatively, since the correlation coefficient can be calculated from a large number of measurement results and the abnormality determination can be performed using the calculated plurality of correlation coefficients, the abnormality determination with higher accuracy can be performed.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of current measurement and abnormality determination in the current sensor 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows a flow when the determination processing unit 14 according to the configuration 1 is provided, that is, when abnormality determination is performed using the continuous matching number (continuous difference number).
  • step ST201 when the current sensor units 11a and 11b start measurement, the calculation unit 12 calculates the difference value and the sum value of the outputs of the current sensor units 11a and 11b. Thereafter, the calculated difference value and sum value are stored in the storage unit 13. The process is continuously performed a plurality of times. That is, the calculation unit 12 calculates a plurality of difference values (j (t)) and a plurality of sum values (J (t)) expressed as a function of time from the outputs of the current sensor units 11a and 11b. .
  • step ST202 the determination processing unit 14 determines increase / decrease between two temporally consecutive difference values (j (1)) and (j (2)) stored in the storage unit 13, and is continuous in time.
  • the increase / decrease of the two sum values (J (1)) and (J (2)) is determined, and it is determined whether the increase / decrease direction is the same or different between the sum value and the difference value. Further, it determines the increase / decrease of two subsequent difference values (j (2)) and (j (3)) that are temporally continuous, and two summation values (J (2)) that are temporally continuous.
  • the increase / decrease with (J (3)) is determined, and it is determined whether the increase / decrease direction is the same or different between the sum value and the difference value.
  • step ST202: Yes the determination processing unit 14 counts the count number C in step ST203. Add 1 to If the results of the two coincidence / difference determinations are different (step ST202: No), the determination processing unit 14 resets the count number C in step ST204.
  • step ST205 the determination processing unit 14 determines whether or not the count number C is greater than a predetermined value. If the count C is larger than the predetermined value as a result of the coincidence / difference determination multiple times (step ST205: Yes), the determination processing unit 14 performs abnormality determination in step ST206 and issues an alarm. When the count number C is equal to or less than the predetermined value (step ST205: No), the current sensor 1 outputs the difference value between the current sensor units 11a and 11b as a measured value (measured value of the current to be measured) in step ST207.
  • the predetermined value that is the determination criterion of the count number C can be set to 9, for example.
  • step ST208 when a stop signal is input from the outside (step ST208: Yes), the current sensor 1 stops current measurement. When the stop signal is not input (step ST208: No), step ST201 is executed again to measure current.
  • FIG. 8 is a flowchart showing another example of current measurement and abnormality determination in the current sensor 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 shows a flow when the determination processing unit 14 according to the configuration 2 is provided, that is, when abnormality determination is performed using a correlation coefficient.
  • step ST211 when the current sensor units 11a and 11b start measurement, the calculation unit 12 calculates the difference value and the sum value of the outputs of the current sensor units 11a and 11b. Thereafter, the calculated difference value and sum value are stored in the storage unit 13. The process is continuously performed a plurality of times. That is, the calculation unit 12 calculates a plurality of difference values (j (t)) and a plurality of sum values (J (t)) expressed as a function of time from the outputs of the current sensor units 11a and 11b. .
  • step ST212 the determination processing unit 14 calculates an absolute value r of a correlation coefficient between the difference value and the sum value from a plurality of temporally continuous difference values and sum values.
  • step ST213 the determination processing unit 14 determines whether the absolute value r of the correlation coefficient is greater than a predetermined value.
  • the determination processing unit 14 performs abnormality determination in step ST214 and issues an alarm.
  • the absolute value r of the correlation coefficient is equal to or less than the predetermined value (step ST213: No)
  • the current sensor 1 outputs the difference value between the current sensor units 11a and 11b as a measured value (measured value of the current to be measured) in step ST215.
  • the predetermined value which is a criterion for determining the absolute value r of the correlation coefficient, can be set to 0.2, for example.
  • step ST216 when a stop signal is input from the outside (step ST216: Yes), the current sensor 1 stops current measurement. When the stop signal is not input (step ST216: No), step ST211 is executed again to measure current.
  • FIG. 9 is a flowchart showing another example of current measurement and abnormality determination in the current sensor 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 9 shows a flow when the determination processing unit 14 according to the configuration 3 is provided, that is, when abnormality determination is performed using a plurality of correlation coefficients.
  • step ST221 when the current sensor units 11a and 11b start measurement, the calculation unit 12 calculates the difference value and the sum value of the outputs of the current sensor units 11a and 11b. Thereafter, the calculated difference value and sum value are stored in the storage unit 13. The process is continuously performed a plurality of times. That is, the calculation unit 12 calculates a plurality of difference values (j (t)) and a plurality of sum values (J (t)) expressed as a function of time from the outputs of the current sensor units 11a and 11b. .
  • step ST222 the determination processing unit 14 calculates the absolute value r of the correlation coefficient between the difference value and the sum value from a plurality of temporally continuous difference values and sum values.
  • step ST223 the determination processing unit 14 determines whether or not the absolute value r of the correlation coefficient is greater than a predetermined value.
  • the determination processing unit 14 adds 1 to the count number C in step ST224.
  • the determination processing unit 14 resets the count number C in step ST225.
  • the predetermined value which is a criterion for determining the absolute value r of the correlation coefficient, can be set to 0.2, for example.
  • step ST226 the determination processing unit 14 determines whether or not the count number C is greater than a predetermined value. If the count number C is larger than the predetermined value as a result of the determination of r multiple times (step ST226: Yes), the determination processing unit 14 performs an abnormality determination in step ST227 and issues an alarm. When the count number C is equal to or less than the predetermined value (step ST226: No), the current sensor 1 outputs the difference value between the current sensor units 11a and 11b as a measured value (measured value of the current to be measured) in step ST228.
  • the predetermined value that is the determination criterion of the count number C can be set to 1, for example.
  • step ST229 when a stop signal is input from the outside (step ST229: Yes), the current sensor 1 stops current measurement.
  • step ST221 is executed again to measure current.
  • FIGS. 10 to 14 are graphs showing simulation results assuming a specific failure mode.
  • the sum value and the difference value of the outputs of the two current sensor units were calculated in a specific failure mode, and the correlation was confirmed.
  • FIG. 10 shows the case of no failure (normal)
  • FIG. 11 shows the failure mode in which the sensitivity of the second current sensor unit is reduced by 10%
  • FIG. 12 shows the failure mode in which the sensitivity of the second current sensor unit is reduced by 30%.
  • FIG. 13 shows a failure mode in which the output of the second current sensor unit is zero
  • FIG. 14 shows a failure mode in which the output of the first current sensor unit is zero.
  • (a) has shown the mode of the time fluctuation
  • (b) has shown the relationship between an integrated value and a difference value with a scatter diagram.
  • the correlation coefficient when the number of samples is 250 was 0.057. Further, in the 25 correlation coefficients calculated for every 10 samples, the maximum number of times of exceeding 0.2 was once. In addition, among 250 samples, the number of times that the increase / decrease direction of the sum value and the difference value matched continuously or the number of times of difference (continuous match number, continuous difference number) was 6 at maximum. It was.
  • the correlation coefficient when the number of samples was 250 was 0.25.
  • the maximum number of times that exceeded 0.2 was 2 at the maximum.
  • the number of times that the increment and decrement directions of the sum value and the difference value are consistently matched, or the number of times that they are continuously different (the number of consecutive matches and the number of consecutive differences) is 11 at the maximum. It was.
  • the correlation coefficient when the number of samples is 250 was 0.68.
  • the maximum number of times that exceeded 0.2 was 24 at the maximum (the upper limit was 24).
  • the number of times that the increase / decrease direction of the sum value and the difference value are consistently matched or the number of times of difference is continuously different (the number of consecutive matches and the number of consecutive differences) is 16 at maximum. It was.
  • the correlation coefficient when the number of samples is 250 is 1 or -1.
  • the maximum number of times that exceeded 0.2 was 24 at the maximum (the upper limit was 24).
  • the number of times that the increase / decrease direction of the sum value and the difference value were consistently matched or the number of times of difference was continuously different was 248 at maximum. (The upper limit is 248 times).
  • the current sensor 1 when there is a correlation between the sum value and the difference value of the outputs of the two current sensor units 11a and 11b, an abnormality is determined.
  • the influence of factors appearing similarly in the outputs of 11a and 11b can be sufficiently reduced. For this reason, it is possible to determine abnormality with high accuracy even under the influence of an external magnetic field.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • two current sensor units are used in the above embodiment, it is possible to use three or more current sensor units.
  • connection relationship, size, and the like of each element in the above embodiment can be changed as appropriate unless the gist of the invention is changed.
  • the structures, methods, and the like described in the above embodiments can be combined as appropriate.
  • the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
  • the current sensor of the present invention can be used, for example, to detect the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid car.

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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

電流センサ
　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、ｘｉおよびｙｉ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。

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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