专利名称：电流检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用霍尔效应检测在导体中流过的电流的电流检测装置。
背景技术：
近些年，利用旋转电机驱动的电动汽车、利用内燃机和旋转电机驱动的混合动力汽车正在普及应用。利用称作母线(bus bar)的较粗的且刚性较高的导体(铜、铝等金属导体)向用于这样的汽车的驱动装置的旋转电机供给电流。在多数情况下，旋转电机基于在旋转电机中流过的电流的检测结果进行反馈控制。例如利用霍尔元件等磁检测元件检测该电流产生的磁通，利用求取电流值的电流传感器测量该电流。根据右手螺旋法则，以环绕电流通路的方式产生磁通。因此，在通过形成为环状的磁性体的集磁磁芯中流过构成电流通路的导体，通过利用该集磁磁芯对流过该电流通路的电流所产生的磁通进行集磁，实现检测精度的提高。例如，由于3相交流旋转电机具有多相的电流通路，所以流过作为检测电流的对象的对象母线以外的母线的电流也产生磁通，产生磁干扰。但通过设置集磁磁芯，也能够抑制这样的磁干扰。另一方面，在满足了汽车本身小型化、低成本化的要求的同时，也要求电流传感器的小型化、省部件化、低成本化等，因而不使用环绕母线的集磁磁芯的无磁芯电流传感器正在被应用。在日本特开2004-61217号公报(专利文献I)中介绍了这样的无磁芯电流传感器的一个例子。但在为无磁芯电流传感器的情况下，需要对流过对象母线以外的母线中的电流所产生的磁通引起的磁干扰进行避免的对策。例如，在日本特开2006-112968号公报(专利文献2)中公开了以下所示的无磁芯电流传感器(电流检测装置)的构成。该电流检测装置例如具备将3根相互平行配置的母线作为对象母线，对流过各母线的电流进行检测的3个电流传感器。另外，电流检测装置具备安装于各母线的磁屏蔽部件。而且，在平行配置的3根母线上，3个电流传感器被配设在沿各母线交互错开的位置上。另外，安装于各母线的磁屏蔽部件也同样配置在沿各母线交互错开的位置上。这些多个磁屏蔽部件和多个电流传感器的配置是所谓的交错配置，由此成为能够避免邻接母线对电流传感器的磁干扰的构成。专利文献I :日本特开2004-61217号公报(第2、3、19段，图2等)专利文献2 :日本特开2006-112968号公报(第36-41段，图2、3等)但是，在上述专利文献2所述的电流检测装置中，需要在各母线上设置磁屏蔽部件。因此，存在装置的构成相应地变得复杂且制造工序增加、制造成本上升的问题。因此，期望在多条母线并列配置的情况下，通过简单的构成，廉价地实现能够抑制来自邻接的母线的磁场的影响，高精度进行电流检测的电流检测装置。
发明内容
鉴于上述课题，本发明的电流检测装置该电流检测装置将并列配置的多条母线内的至少一个作为对象母线，基于该对象母线的附近的磁通对在该对象母线中流过的电流进行检测，其特征在于，对规定的磁通检测方向的磁通进行检测的传感器部，不具备环绕着上述对象母线的集磁磁芯，并以上述磁通检测方向与上述检测部位处的上述对象母线的延伸方向亦即检测部位延伸方向成为正交状态的方式配置在上述对象母线的检测部位的附近，将与上述检测部位延伸方向平行且包含上述磁通检测方向的平面作为磁通检测平面，将与上述多条母线内的上述对象母线邻接配置的母线作为邻接母线，上述邻接母线构成为具有第I延伸部和第2延伸部，上述第I延伸部被配置在与上述磁通检测平面正交的正交方向的一方侧亦即第I方向侧，且向与上述磁通检测平面平行的第I延伸方向延伸，上述第2延伸部在上述第I延伸部的在上述第I延伸方向的一端部朝向上述第I方向侧弯曲，并向与上述磁通检测平面交叉的第2延伸方向延伸， 上述对象母线的上述检测部位被设定于在上述第I延伸方向与上述第I延伸部重复的重复位置。这里，“正交状态”指包含与正交有±45°以内的偏差的交叉状态。另外，某方向“重复”指关于该方向的配置至少在部分中具有2个对象(部件)为相同位置的部分，换句话说，指从与该方向正交的方向观察，存在2个对象(部件)重叠的视点。另外，在本申请中，上述传感器部被配置在上述对象母线的检测部位的附近是指上述传感器部与上述对象母线的检测部位接触地配置，或者从该检测部位离开规定距离配置的状态。另外，这里的规定距离被设定为能够利用上述传感器部检测到从上述对象母线产生的磁场的距离以内。根据该特征构成，共同流过邻接母线的电流产生的磁场即流过向与磁通检测平面平行的第I延伸方向延伸的第I延伸部的电流产生的磁场与流过向与磁通检测平面交叉的第2延伸部的电流产生的磁场在传感器部中相互消除。换句话说，通过基于电流流过的方向不同的第I延伸部和第2延伸部的磁通密度被抵消，抑制传感器部中的磁干扰。无需在邻接母线以及对象母线上特别设置磁屏蔽部件，而且，也无需设置环绕对象母线的集磁磁芯。通过仅规定邻接母线的延伸方向的形状，规定对象母线相对于邻接母线的检测部位的位置关系，抑制传感器部中的磁干扰。即，根据本特征构成，即便在多条母线并列配置的情况下，也能够通过简单的构成廉价地实现能够抑制来自邻接的母线的磁场的影响，高精度地进行电流检测的电流检测装置。另外，对于本发明的电流检测装置而言，优选具有上述第I延伸部以及上述第2延伸部而构成的上述邻接母线还具备第3延伸部，该第3延伸部在上述第I延伸部的在上述第I延伸方向的另一端部向与上述磁通检测平面正交方向另一侧亦即第2方向侧弯曲，并向与上述磁通检测平面交叉的第3延伸方向延伸，上述重复位置被配置成与上述第I延伸部的在上述第I延伸方向的中间位置相比靠向上述第3延伸部一侧。如上所述，基于与磁通检测平面平行的第I延伸部的磁场和基于与磁通检测平面交叉的第2延伸部的磁场在传感器部中相互消除，所以抑制传感器部中的磁干扰。另一方面，与第2延伸部相同，基于由与磁通检测平面交叉的第3延伸部的磁场在传感器部中具有与基于第I延伸部的磁场同方向的成分。但由于对象母线的检测部位与邻接母线的第I延伸部重复的重复位置被配置成与第I延伸方向的中间位置相比靠向第3延伸部一侧，所以传感器部中的磁通(基于第3延伸部的磁通)的方向与磁通检测方向所成的角度接近直角，给传感器部的影响较小。另一方面，由于第2延伸部距传感器部较远，所以传感器部中的磁通方向接近磁通检测方向。其结果，传感器部中基于第2延伸部的磁通消除基于第I延伸部的磁通的成分的比例增加，抑制磁干扰。另外，第3延伸部、第I延伸部、第2延伸部延续的邻接母线成为阶梯状，即便在绕开其他部件布线母线时等，也能够有效利用空间。另外，对于本发明的电流检测装置而言，优选具有上述第I延伸部以及上述第2延伸部而构成的上述邻接母线还具备第3延伸部，该第3延伸部在上述第I延伸部的在上述第I延伸方向的另一端部向上述第I方向侧弯曲，并向与上述磁通检测平面交叉的第3延伸方向延伸，上述重复位置被配置在上述第I延伸部的在上述第I延伸方向的中间位置。据此，由于基于与磁通检测平面平行的第I延伸部的磁场和基于与磁通检测平面交叉的第2延伸部以及第3延伸部的磁场在传感器部中相互抵消磁场的磁通，所以抑制传感器部中的磁干扰。即利用基于第2延伸部以及第3延伸部双方的磁场，能够抑制基于第I延伸部的磁场，所以能够更加可靠地抵消磁场。另外，由于对象母线的检测部位与邻接母线的第I延伸部重复的重复位置被配置在第I延伸方向的中间位置，所以能够均衡地利用基于第2延伸部以及第3延伸部的磁场，也容易进行矢量分析。另外，在使邻接母线例如形成为在直线状的母线中，可以以第2延伸部以及第3延伸部为足，以第I延伸部为台的台状，所以改进、生产也很容易。这里，优选上述第I延伸方向和上述第2延伸方向正交。或优选上述检测部位延伸方向和上述第I延伸方向相互平行。当然，也可以是上述第I延伸方向和上述第2延伸方向正交，且上述检测部位延伸方向和上述第I延伸方向相互平行。流过沿第I延伸方向延伸的第I延伸部和沿第2延伸方向延伸的第2延伸部的电流所产生的磁场的矢量分析也变得容易，能够容易地构筑能抑制磁干扰的构造。另外，也能够有效利用配置母线的空间。特别是在使用3根以上的母线时，能够使配置不复杂化，有效利用空间。另外，优选上述多条母线为相互相同的形状。由于流过各母线的电流产生的各磁场相同，所以利用矢量分析能够容易地构筑能够抑制磁干扰的构造。另外，通过使多条母线为相同形状，能够降低母线的部件成本。另外，优选将上述对象母线的上述检测部位相对于上述磁通检测平面配置在上述第I方向侧。若将检测部位相对于磁通检测平面配置在第I方向侧，则在磁通检测平面的一方侧，对象母线和邻接母线邻接配置，所以能够高效地排列多条母线。
图I是示意地表示旋转电机的驱动装置的构成例的图。图2是示意地表示对象母线和传感器部之间的位置关系的一个例子的立体图。图3是对对象母线的检测部位中的磁通检测原理进行说明的图。图4是表示流过邻接母线的电流所带来的影响的立体图。图5是表示流过邻接母线的电流所带来的影响的剖面图。图6是表示第I构成例的对象母线以及邻接母线的立体图。
图7是表示第I构成例中的邻接母线和磁通检测平面的关系的图。图8是表示第I构成例中的干扰磁通密度的抑制效果的矢量图。图9是表示第2构成例的对象母线以及邻接母线的立体图。图10是表示第2构成例中的邻接母线和磁通检测平面的关系的侧视图。图11是表示第2构成例中的干扰磁通密度的抑制效果的矢量图。图12是图11的矢量图的放大图。
图13是表示第3成例的对象母线以及邻接母线的立体图。图14是表示第3构成例中的邻接母线和磁通检测平面的关系的侧视图。图15是表示第3构成例中的干扰磁通密度的抑制效果的矢量图。图16是图15的矢量图的放大图。图17是表示第4构成例的对象母线以及邻接母线的立体图。图18是表示第4构成例中的干扰磁通密度的抑制效果的矢量图。图19是示意地表示使用了环绕导体的集磁磁芯的电流检测的原理的立体图。
具体实施例方式以下，以检测交流旋转电机的驱动电流(发电电流)的电流检测装置为例对本发明的实施方式进行说明。如图I所示，在本实施方式中，电流检测装置I被应用于利用3相交流驱动的旋转电机MG的驱动装置20中。电流检测装置I被设置在分别流过U相、V相、W相3相的驱动电流(发电电流)的母线(导体)212￥、2胃的附近。母线2U、2V、2W在旋转电机MG作为电动机发挥功能时供给驱动电流，在旋转电机MG作为发电机发挥功能时再生发 电电流。而且，在以下的说明中，仅称母线2时，统称U相母线2U、V相母线2V、W相母线2W的全部。如图I所示，驱动装置20构成为具备控制单元11、驱动电路12、旋转检测装置13、直流电源14、平滑电容器15以及逆变器16。直流电源14是蓄电池等可充电的二次电池。驱动装置20将直流电源14的直流电力转换为规定频率的三相交流电力，并供给至旋转电机MG。而且，驱动装置20将旋转电机MG发出的交流电力转换为直流电力，供给至直流电源14。旋转检测装置13由旋转变压器等构成，将旋转电机MG的旋转速度和转子的旋转位置的检测信号输出到控制单元11。平滑电容器15并联地连接于直流电源14的正极端子和负极端子之间，对直流电源14的电压进行平滑滤波。逆变器16构成为具有多个开关元件。优选使用IGBT (insulated gate bipolartransistor :绝缘栅双极晶体管)、MOSFET (metal oxide semiconductor field effecttransistor :金属氧化物半导体场效应管)作为开关元件。如图I所示,在本实施方式中，作为开关元件使用IGBT。逆变器16具备分别与旋转电机MG的各相(U相、V相、W相这三相)对应的U相桥臂(leg) 17U、V相桥臂(leg) 17V以及W相桥臂(leg) 17W。各桥臂(leg)17U、17V、17W分别具备由串联连接的上桥臂的IGBT18A和下桥臂的IGBT18B构成的I组2个开关元件。在各IGBT18AU8B上分别并联连接有续流二极管19。U相桥臂(leg) 17U经由U相母线2U与旋转电机MG的U相绕组连接，V相桥臂(leg)17V经由V相母线2V与旋转电机MG的V相绕组连接，W相桥臂(leg)17W经由W相母线2W与旋转电机MG的W相绕组连接。此时，各母线2U、2V、2W与各相桥臂(leg) 17U、17V、17W的上桥臂的IGBT18A的发射极和下桥臂的IGBT18B的集电极之间以及与旋转电机MG的各相绕组之间电连接。各桥臂(leg) 17UU7VU7W的上桥臂的IGBT18A的集电极与直流电源14的正极端子连接，各桥臂(leg) 17UU7VU7W的下桥臂的IGBT18B的发射极与直流电源14的负极端子连接。逆变器16经由驱动电路12与控制单元11连接，根据控制单元11所生成的控制信号进行开关动作。控制单元11由未图示的微型计算机等逻辑电路为核心的ECU(electronic control unit :电子控制单元)构成。在旋转电机MG为车辆的驱动装置等情况下，直流电源14是高电压，逆变器16的各IGBT18AU8B对高电压进行开关。这样，向对高电压进行开关的IGBT的栅极输入的脉冲状的栅极驱动信号的高电平和低电平的电位差是比微型计算机等普通的电子电路的动作电压高出很多的电压。因此，将栅极驱动信号经由驱动电路12进行电压转换、绝缘后，输入至逆变器16的各IGBT18A、18B。逆变器16在旋转电机MG作为电动机发挥功能时(进行牵引动作时)，将来自直流电源14的直流电力转换为规定频率以及电流值的三相交流电力，供给至旋转电机MG。另外，逆变器16在旋转电机MG作为发电机发挥功能时(进行再生动作时)，将通过旋转电机MG发出的的三相交流电力转换为直流电力，供给至直流电源14。旋转电机MG被控制单元11控制为规定的输出转矩以及旋转速度。此时，流过旋转电机MG的定子绕组(U相绕组、V相绕组、W相绕组)的电流值被反馈给控制单元11。而且，控制单元11按照与目标电流之间的偏差执行PI控制(比例积分控制)、PID控制(比例积分微分控制)来控制旋转电机MG。因 此，利用电流检测装置I检测在被设置于逆变器16的各相桥臂(leg) 17U、17V、17W与旋转电机MG的各相绕组之间的各相母线2U、2V、2W中流过的电流值。在本实施方式中，电流检测装置I构成为具有针对3根母线2U、2V、2W的全部都配置的传感器部6。S卩，该电流检测装置I具备用于检测U相母线2U的电流的U相传感器部6U、用于检测V相母线2V的电流的V相传感器部6V以及用于检测W相母线2W的电流的W相传感器部6W。各相传感器部6U、6V、6W对因流过检测对象的各相母线2U、2V、2W的电流而产生的磁场的磁通密度进行检测，输出与该检测出的磁场的磁通密度对应的检测信号。因流过母线2的电流而产生的磁场中的规定位置的磁通密度与流过该母线2的电流的大小成正比例。因此，利用各相传感器部6U、6V、6W，能够检测流过各相母线2U、2V、2W的电流值。在本实施方式中，控制单元11也作为电流检测装置I发挥功能，基于通过各相传感器部6U、6V、6W检测出的磁通密度，对电流值进行运算。当然，也可以是将运算电路与传感器部6 —起设置于各相中，将按照各相独立地求出的电流值被输入至控制单元的方式。而且，3相各相的电流平衡，瞬时值为零，所以可以为仅检测2相的电流值的构成。由于各相母线2U、2V、2W和各相传感器部6U、6V、6W的配置以及各相传感器部6U、6V、6W的构成相同，所以以下仅对母线2以及传感器部6适当地进行说明。未在传感器部6上设置图19所示那样的集磁磁芯30，换句话说未设置环绕母线等导体2A周围用来收集磁通的磁性体的集磁磁芯30。该集磁磁芯30是具有间隙的剖面C字形的磁性体磁芯，聚集因流过导体2A的电流而产生的磁通，引导至被设置于间隙之间的传感器部6A。因此，以传感器部6不具备环绕导体的集磁磁芯的方式设置本实施方式的电流检测装置1，是所谓的无磁芯型的电流检测装置。而且，使变更磁通方向或局部地集中磁通的磁性体与霍尔元件等一起一体化的传感器器件正被实用化。但即便在将这样的传感器器件作为传感器部6使用的情况下，若不使用环绕导体的集磁磁芯，在这里也会作为无磁芯型的电流检测装置处理。传感器部6构成为不具备集磁磁芯的无磁芯型的磁场检测传感器。例如使用霍尔元件、MR (磁阻效应)元件、MI (磁阻抗)元件等各种磁检测元件构成这样的磁场检测传感器。如图2所示，在周边不具备集磁磁芯的状态下将这些磁检测元件配置在母线2的附近。而且，传感器部6除了不具备这样的集磁磁芯以外，还不具备对外部磁场进行屏蔽的屏蔽部件，该屏蔽部件屏蔽作为检测对象的母线2 (对象母线3)所产生的磁场以外的外部磁场。在本实施方式中，传感器部6构成为集成了霍尔元件和至少对该霍尔元件的输出进行阻抗转换的缓冲放 大器的集成电路(IC)芯片。在本实施方式中如图3所示，由IC芯片构成的传感器部6被安装在基板6a上，并被设置在母线2的附近。在图2以及图3中进行了省略，基板6a和控制单元通过驱动传感器部6的电源线以及用于传输传感器部6的检测值的信号线连接。在本实施方式中，如图2以及图3所示，作为传感器部6的IC芯片构成为能够检测与IC芯片的芯片面平行的磁通，这里构成为能够检测与位于母线2的剖面的长边侧的延伸面平行的磁通。换句话说，传感器部6构成为检测规定的磁通检测方向S的磁通密度B。由于流过母线2的电流为交流电流，所以如图2以及图3所示，磁通检测方向S包含相互反向的2个方向。换句话说，磁通检测方向S是与一条直线平行的方向，包含朝向该直线的一端侧的方向和朝向另一端侧的方向双方。在图3中，为了容易理解，例示电流I从纸面的背面朝向正面时的磁力线H，例示该情况下的磁通密度B。这样，由于传感器部6检测规定的磁通检测方向S的磁通密度B，所以以磁通检测方向S和在检测部位3S的对象母线3的延伸方向亦即检测部位延伸方向L成为正交状态的方式被配置在对象母线3的检测部位3S的附近。在本说明书以及专利要求保护的范围内，允许正交状态相对于正交有±45°以内的偏差。而且，将与检测部位延伸方向L平行且包含磁通检测方向S的平面称作磁通检测平面P。如上所述，传感器部6为了检测在对象母线3中流过的电流I (II)，对由于流过电流I而产生的磁场H的磁通密度B进行检测。当然，磁场越靠近母线2越强，磁通密度B也越大，所以传感器部6被配置在母线2的附近。换句话说，传感器部6被配置在母线2的周围，更详细地说被配置在包含图3所示那样的母线2的剖面的全周中的一个位置。若满足耐温性能、耐振性能等，则传感器部6可以以与母线2接触的状态进行设置。在本实施方式中，如图2以及图3所示，以与母线2分离规定距离(h)的状态下，检测中心位置与母线2的剖面的长边侧的中央几乎一致的方式配置传感器部6。这里，规定距离(h)被设定在能够利用传感器部6检测出从母线2产生的磁场的距离内，例如设定为O. I 30mm，优选设定为O. 5 10mm。另外，以磁通检测方向S和检测部位延伸方向L成为正交状态的方式配置传感器部6。此外，所谓“正交状态”是指包含与正交有±45°以内的偏移的交叉状态，但在本实施方式中，以磁通检测方向S和检测部位延伸方向L成为正交的方式配置传感器部6。由于母线2的延伸方向L与电流I的流动方向相当，所以传感器部6能够得到较强的磁通。如图3所示，将对象母线3的中心(电流I的中心)和传感器部6的中心(霍尔元件的中心)的距离设为h，将母线2的剖面的长边侧(与传感器部6的对置面侧)的长度设为W。在电流IA流过母线2时，将真空的导磁率设为μ O [H / m = Wb / A -m],以下式I表示传感器部6的中心处的磁通密度B [T = Wb / m2]。式I
权利要求
1.一种电流检测装置，该电流检测装置将并列配置的多条母线内的至少一个作为对象母线，基于该对象母线的附近的磁通对在该对象母线中流过的电流进行检测，其特征在于， 对规定的磁通检测方向的磁通进行检测的传感器部，不具备环绕着所述对象母线的集磁磁芯，并以所述磁通检测方向与所述检测部位处的所述对象母线的延伸方向亦即检测部位延伸方向成为正交状态的方式配置在所述对象母线的检测部位的附近， 将与所述检测部位延伸方向平行且包含所述磁通检测方向的平面作为磁通检测平面，将与所述多条母线内的所述对象母线邻接配置的母线作为邻接母线， 所述邻接母线构成为具有第I延伸部和第2延伸部，所述第I延伸部被配置在与所述磁通检测平面正交的正交方向的一方侧亦即第I方向侧，且向与所述磁通检测平面平行的第I延伸方向延伸，所述第2延伸部在所述第I延伸部的在所述第I延伸方向的一端部朝向所述第I方向侧弯曲，并向与所述磁通检测平面交叉的第2延伸方向延伸， 所述对象母线的所述检测部位被设定于在所述第I延伸方向与所述第I延伸部重复的重复位置。
2.根据权利要求I所述的电流检测装置，其特征在于， 所述邻接母线还具有第3延伸部，所述第3延伸部在所述第I延伸部的在所述第I延伸方向的另一端部朝向与所述磁通检测平面正交的正交方向的另一侧亦即第2方向侧弯曲，并向与所述磁通检测平面交叉的第3延伸方向延伸， 所述重复位置配置成与所述第I延伸部的在所述第I延伸方向的中间位置相比靠向所述第3延伸部一侧。
3.根据权利要求I所述的电流检测装置，其特征在于， 所述邻接母线还具有第3延伸部，所述第3延伸部在所述第I延伸部的在所述第I延伸方向的另一端部朝向所述第I方向侧弯曲，并向与所述磁通检测平面交叉的第3延伸方向延伸， 所述重复位置被配置在所述第I延伸部的在所述第I延伸方向的中间位置。
4.根据权利要求广3中任意一项所述的电流检测装置，其特征在于， 所述第I延伸方向和所述第2延伸方向正交。
5.根据权利要求广4中任意一项所述的电流检测装置，其特征在于， 所述检测部位延伸方向和所述第I延伸方向相互平行。
6.根据权利要求广5中任意一项所述的电流检测装置，其特征在于， 所述多条母线是相互相同形状。
7.根据权利要求1飞中任意一项所述的电流检测装置，其特征在于， 所述对象母线的所述检测部位相对于所述磁通检测平面被配置在所述第I方向侧。
全文摘要
本发明的电流检测装置，在多条母线并列配置的情况下，通过简易构成来抑制来自邻接母线的磁场的影响，高精度地进行对象母线的电流检测。将与对象母线(3)的检测部位(3s)中的延伸方向亦即检测部位延伸方向平行且包含传感器部(6)的磁通检测方向(S)的平面作为磁通检测平面，邻接母线(4)具有第1延伸部和第2延伸部，其中，第1延伸部向与磁通检测平面平行的第1延伸方向延伸，第2延伸部在第1延伸部的在第1延伸方向的一端部弯曲，向与磁通检测平面交叉的第2延伸方向延伸，对象母线(3)的检测部位(3s)被设定于在第1延伸方向与第1延伸部(41)重复的重复位置(OL)。
文档编号G01R15/20GK102713645SQ201180005474
公开日2012年10月3日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年3月9日
发明者伊藤康平 申请人:爱信艾达株式会社