电流检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种电流检测装置，能够基于多个无芯电流传感器的输出信号来高精度地检测流过各导体的电流。该电流检测装置是根据N个无芯电流传感器来检测电流的总和为零的电路中的N根导体的电流的电流检测装置，取得对N个无芯电流传感器各自的输出信号与流过N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系，使用信号电流相关关系，基于N个所有无芯电流传感器的输出信号来计算流过N根导体每一根的电流。
【专利说明】电流检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于N个(N为3以上的自然数)无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的分别流过该N根导体的电流进行检测的电流检测装置。
【背景技术】
[0002]关于上述那样的电流检测装置，例如已知有如下述的专利文献I所记载那样，基于电流传感器的输出信号来检测电流的技术。可认为在该专利文献I所记载的技术中，构成为各电流传感器成为具备对检测对象的导体进行围绕的集磁芯的电流传感器，仅能够检测安装有各电流传感器的对象导体的磁场的磁通密度，能够计算出对象导体的电流。
[0003]专利文献1:日本特开2008-22645号公报
[0004]但是，在如本发明那样基于不具备对导体进行围绕的集磁芯的无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，由于流过各导体的电流对所有的无芯电流传感器的输出信号造成影响，所以各无芯电流传感器的输出信号成为流过各导体的所有电流相互影响的输出信号，不能基于无芯电流传感器的输出信号，简单且精度良好地检测流过各导体的电流。
【发明内容】
[0005]鉴于此，本发明提供一种能够基于多个无芯电流传感器的输出信号，来高精度地检测流过各导体的电流的电流检测装置。
[0006]本发明所涉及的电流检测装置基于N个(N为3以上的自然数)无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的分别流过该N根导体每一根的电流进行检测，其特征结构是具备:信号电流相关关系取得部，取得对上述N个无芯电流传感器的输出信号的每一个与流过上述N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系；和电流计算部，使用上述信号电流相关关系，基于上述N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算流过上述N根导体每一根的电流。
[0007]根据上述那样的特征结构，能够使用N个无芯电流传感器的输出信号的每一个与流过N根导体每一根的电流之间的信号电流相关关系，基于N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过N根导体每一根的电流。即，能够基于与导体相同数量的无芯电流传感器的输出信号，高精度地计算出各导体的电流。
[0008]这里，优选上述信号电流相关关系是对上述N个无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的N个信号灵敏度系数来计算流过一根上述导体的电流的关系式针对上述N根导体每一根设定的相关关系。
[0009]根据该结构，能够使用针对各导体设定的电流计算关系式，计算出流过各导体的电流。这里，由于对N个无芯电流传感器的输出信号的每一个乘以的各信号灵敏度系数被设定成零以外，所以能够使各导体的电流对无芯电流传感器的输出信号的每一个造成的影响反映到各导体的电流的计算中。因此，能够高精度地计算各导体的电流。[0010]这里，优选上述信号电流相关关系是对流过上述N根导体每一根的电流分别乘以零以外的N个电流灵敏度系数来计算一个上述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对上述N个所有无芯电流传感器的每一个设定的相关关系即电流信号相关关系的逆特性；上述电流灵敏度系数是表示上述无芯电流传感器各自的输出信号针对流过上述N根导体每一根的电流的灵敏度的系数。
[0011]根据该结构，由于信号电流相关关系被设为使用了对无芯电流传感器各自的输出信号相对于流过N根导体每一根的电流的灵敏度进行表示的系数即电流灵敏度系数的电流信号相关关系的逆特性，所以能够高精度地计算出各导体的电流。
[0012]这里，优选还具备:信号间相关关系取得部，取得基于流过上述N根导体的电流的总和为零的关系和上述信号电流相关关系而导出的、对(N-1)个上述无芯电流传感器各自的输出信号与剩余I个上述无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系；以及异常判定部，判定上述N个无芯电流传感器各自的输出信号是正常还是异常，在判定为上述N个无芯电流传感器中任意一个的输出信号异常时，上述电流计算部使用上述信号间相关关系，基于正常的(N-1)个所有上述无芯电流传感器的输出信号，来推定被判定为异常的上述无芯电流传感器的输出信号，并且使用上述信号电流相关关系，基于该推定出的输出信号与正常的(N-1)个所有上述无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过上述N根导体每一根的电流。
[0013]如上述那样，在基于无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，由于流过各导体的电流对所有无芯电流传感器的输出信号造成影响，所以若I个输出信号异常，则不能进行使用了信号电流相关关系的计算，从而无法计算出所有导体的电流。
[0014]但是，根据上述结构，构成为信号间相关关系取得部取得基于流过N根导体的电流的总和为零的关系和信号电流相关关系而导出的、对(N-1)个输出信号的每一个与剩余I个输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系。因此，当判定为任意一个输出信号异常时，能够使用所取得的信号间相关关系，基于正常的(N-1)个输出信号来推定被判定为异常的传感器的正确的输出信号。即，即使在I个传感器的输出信号异常时，通过使用信号间相关关系推定该传感器的输出信号，也能够集齐使用了信号电流相关关系的计算所必须的所有输出信号，从而能够计算出所有导体的电流。
[0015]这里，优选上述信号间相关关系是对(N-1)个上述无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的(N-1)个信号间系数来计算剩余I个上述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对上述N个无芯电流传感器的每一个设定的相关关系。
[0016]根据该结构，能够使用基于流过N根导体的电流的总和为零的关系和信号电流相关关系而导出的关系式，来推定被判定为异常的无芯电流传感器的输出信号。
[0017]这里，优选当上述N个无芯电流传感器的输出信号中的任意一个变为规定的阈值以上时，上述异常判定部使向上述N根导体所有的通电停止，当变为上述阈值以上的上述无芯电流传感器的输出信号在通电停止后没有变得比上述阈值小时，判定为该无芯电流传感器的输出信号异常。
[0018]如上述那样，在基于无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，流过各导体的电流对所有无芯电流传感器的输出信号造成影响。根据上述结构，由于在输出信号中的任意一个变为阈值以上的情况下，使向所有导体的通电停止，所以能够在完全消除了流过各导体的电流对各无芯电流传感器的输出信号造成的影响的状态下判定异常。因此，能够提高异常判定的精度。
[0019]这里，优选上述N根导体的每一根与N相交流旋转电机的各相线圈连接。
[0020]根据该结构，能够利用上述电流检测装置，在无芯电流传感器的输出信号正常时及异常时双方，检测流过N相交流旋转电机的各相线圈的电流，可提高交流旋转电机的控制的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的实施方式所涉及的电流检测装置的结构的框图。
[0022]图2是用于对本发明的实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。
[0023]图3是用于对本发明的实施方式所涉及的交流旋转电机的电源装置及电流检测装置进行说明的图。
[0024]图4是用于对本发明的实施方式所涉及的无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的立体图。
[0025]图5是用于对本发明的实施方式所涉及的无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。
[0026]图6是用于对本发明的实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的立体图。
[0027]图7是用于对本发明的实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。
[0028]图8是用于对本发明的实施方式所涉及的电流检测装置的处理进行说明的流程图。
[0029]图9是用于对本发明的其他实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。
[0030]图10是用于对本发明的其他实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。
[0031]图11是用于对本发明的其他实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。
[0032]图12是表示具有集磁芯的电流传感器的例子的立体图。
【具体实施方式】
[0033]基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意地表示本实施方式所涉及的电流检测装置I的结构的框图。电流检测装置I是基于N个(N为3以上的自然数)无芯电流传感器S的输出信号V来对例如图2所示那样的、连接成流过N根导体L的电流I的总和为零的电路Cl中的流过N根导体L每一根的电流I进行检测的装置。
[0034]如图1所示，电流检测装置I具备:信号电流相关关系取得部30、信号间相关关系取得部31、异常判定部32、正常时电流计算部33及异常时电流计算部34。其中，正常时电流计算部33及异常时电流计算部34相当于本发明中的“电流计算部”。
[0035]信号电流相关关系取得部30取得对N个无芯电流传感器S各自的输出信号V与流过N根导体L每一根的电流I之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系Fl。信号间相关关系取得部31取得基于流过N根导体L的电流I的总和为零的关系和信号电流相关关系Fl而导出的、对(N-1)个无芯电流传感器S各自的输出信号V与剩余I个无芯电流传感器S的输出信号V之间的相关关系进行表示的信号间相关关系F2。
[0036]异常判定部32判定N个无芯电流传感器S各自的输出信号V是正常还是异常。
[0037]当判定为N个无芯电流传感器S所有的输出信号V均正常时，正常时电流计算部33使用信号电流相关关系Fl，基于所有N个无芯电流传感器S的输出信号V，来计算流过N根导体L每一根的电流I。
[0038]当判定为N个无芯电流传感器S中的任意一个输出信号V异常时，异常时电流计算部34使用信号间相关关系F2，基于正常的(N-1)个所有无芯电流传感器S的输出信号V,来推定被判定为异常的无芯电流传感器Sm (以下称为异常的无芯电流传感器Sm)的输出信号，并且使用信号电流相关关系F1，基于推定出的输出信号(以下称为异常信号推定值Vme)和正常的(N-1)个无芯电流传感器S的输出信号Vc (以下称为正常信号Vc)，来计算流过N根导体L每一根的电流I。
[0039]1.电路 Cl
[0040]电路Cl被连接成流过N根导体L的电流I的总和为零。在本实施方式所涉及的电路Cl中，以N根导体L分别与N相交流旋转电机MG的各相线圈C连接的情况为例进行说明。在本实施方式中，如图2所示，N被设定为3，具备3根导体1^1、1^2、1^3、3个无芯电流传感器S1、S2、S3、三相的线圈C1、C2、C3。
[0041]在本实施方式中，三相线圈Cl、C2、C3被星形接线。即，三相线圈C1、C2、C3各自的一端连接至中性点0，另一端与各导体L1、L2、L3连接。中性点O不与电源装置20等三相线圈C1、C2、C3以外的部件连接。
[0042]各导体L1、L2、L3在与三相线圈C1、C2、C3的连接侧的相反侧和电源装置20连接。其中，对于流过各导体L1、L2、L3的电流11、12、13，设从电源装置20向3相线圈C1、C2、C3侧(电路Cl侧)流动的方向为正侧，其相反方向为负侧。
[0043]流过与星形接线的三相线圈Cl、C2、C3连接的3根导体L1、L2、L3的电流I1、12、13的总和为零。例如，如图2所示，从第一导体LI流向第一线圈Cl的电流Dl在中性点O向第二线圈C2及第三线圈C3分流，从中性点O流向第二线圈C2的电流D2和从中性点O流向第三线圈C3的电流D3的合计与原来的电流Dl相等(D1 = D2 + D3)。这时，在配置有无芯电流传感器S1、S2、S3的导体L1、L2、L3中，第二电流12成为电流D2的负的值，第三电流13成为电流D3的负的值，第一电流Il成为电流Dl的正的值(II = D1、I2 = _D2、I3=-D3)。因此，Il = -12-13，电流I1、12、13的总和为零(II + 12 + 13 = O)。无芯电流传感器S1、S2、S3被设置在将三相线圈C1、C2、C3与电源装置20连接的导体L1、L2、L3的附近。
[0044]2.电源装置20
[0045]如图3所示，在本实施方式中，电流检测装置I被组装至用于控制交流旋转电机MG的控制单元11内，构成控制单元11的一部分。控制单元11构成交流旋转电机MG的电源装置20的一部分，电源装置20除了控制单元11之外，还具备驱动电路12、旋转检测装置13、直流电源14、平滑电容器15、逆变器16。直流电源14是蓄电池等可充电的二次电池。电源装置20将直流电源14的直流电力转换成规定频率的三相交流并向交流旋转电机MG供给。另外，电源装置20将由交流旋转电机MG发出的交流电力转换成直流并向直流电源14供给。旋转检测装置13由解析器等构成，将交流旋转电机MG的转速及转子的旋转位置的检测信号向控制单元11输出。平滑电容器15并联连接在直流电源14的正极端子与负极端子之间，将直流电源14的电压平滑化。
[0046]逆变器16构成为具有多个开关元件。优选开关元件应用IGBT (绝缘栅双极晶体管:insulated gate bipolar transistor)或MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管:metal oxide semiconductor field effect transistor)。如图 3 所不，在本实施方式中，使用IGBT作为开关元件。逆变器16具备与交流旋转电机MG的各相(第一相、第二相、第三相这三相)分别对应的第一引脚(leg)17U、第二引脚17V及第三引脚17W。各引脚17U、17V、17W分别具备由串联连接的上段侧臂IGBT18A和下段侧臂IGBT18B构成的I组2个开关元件。各IGBT18AU8B分别与续流二极管19并联连接。
[0047]第一引脚17U经由第一导体LI与交流旋转电机MG的第一线圈Cl连接，第二引脚17V经由第二导体L2与交流旋转电机MG的第二线圈C2连接，第三引脚17W经由第三导体L3与交流旋转电机MG的第三线圈C3连接。这时，各导体L1、L2、L3将各引脚17U、17V、17W的上段侧臂IGBT18A的发射极和下段侧臂IGBT18B的集电极之间与交流旋转电机MG的各相线圈之间电连接。各引脚17U、17V、17W的上段侧臂IGBT18A的集电极与直流电源14的正极端子连接，各引脚17U、17V、17W的下段侧臂IGBT18B的发射极与直流电源14的负极端子连接。
[0048]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的逆变器控制部生成的控制信号进行开关动作。控制单元11构成为以未图示的微型计算机等逻辑电路为核心的ECU (电子控制单元:electronic control unit)。
[0049]当交流旋转电机MG作为电动机发挥功能时(进行牵引动作时)，逆变器16将来自直流电源14的直流电力转换成规定频率及电流的三相交流电力并向交流旋转电机MG供给。另外，当交流旋转电机MG作为发电机发挥功能时(进行再生动作时)，逆变器16将由交流旋转电机MG发出的三相交流电力转换成直流电力并向直流电源14供给。交流旋转电机MG被控制单元11控制成规定的输出转矩及转速。这时，流向交流旋转电机MG的定子线圈(第一线圈Cl、第二线圈C2、第三线圈C3)的电流的值被反馈至控制单元11。而且，控制单元11根据与目标电流的偏差来执行PI控制(比例积分控制)、PID控制(比例积分微分控制)从而控制交流旋转电机MG。因此，流过在逆变器16的各引脚17U、17V、17W与交流旋转电机MG的各相线圈之间设置的各导体L1、L2、L3电流被构成控制单元11的一部分的电流检测装置I检测出。
[0050]3.无芯电流传感器S
[0051]在本实施方式中，为了检测流过3根导体L1、L2、L3的电流I1、12、13，电源装置20具备与导体L相同数量的3个无芯电流传感器S1、S2、S3。各无芯电流传感器S1、S2、S3检测由流向检测对象的各导体L1、L2、L3的电流而产生的磁场的磁通密度，输出与该检测出的磁通密度相对应的检测信号。
[0052]一般当在导体L中流过电流I时，距该导体L距离为r的位置处的磁通密度B用式(I)表示。这里，μ O为导磁率。
[0053][式I][0054]
【权利要求】
1.一种电流检测装置，基于N个无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的流过该N根导体每一根的电流进行检测，其中，具备: 信号电流相关关系取得部，取得对所述N个无芯电流传感器各自的输出信号与流过所述N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表不的/[目号电流相关关系；以及 电流计算部，使用所述信号电流相关关系，基于所述N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算流过所述N根导体每一根的电流， 其中，N为3以上的自然数。
2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中， 所述信号电流相关关系是对所述N个无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的N个信号灵敏度系数来计算流过一根所述导体的电流的关系式针对所述N根导体的每一根设定的相关关系。
3.根据权利要求2所述的电流检测装置，其中， 所述信号电流相关关系是对流过所述N根导体每一根的电流分别乘以零以外的N个电流灵敏度系数来计算一个所述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对所述N个所有无芯电流传感器的每一个设定的相关关系即电流信号相关关系的逆特性；所述电流灵敏度系数是表示所述无芯电流传感器各自的输出信号相对于流过所述N根导体每一根的电流的灵敏度的系数。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电流检测装置，其中，还具备: 信号间相关关系取得部，取得基于流过所述N根导体的电流的总和为零的关系和所述信号电流相关关系而导出的、对(N-1)个所述无芯电流传感器各自的输出信号与剩余I个所述无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系；以及 异常判定部，判定所述N个无芯电流传感器各自的输出信号是正常还是异常， 当判定为所述N个无芯电流传感器中任意一个的输出信号异常时，所述电流计算部使用所述信号间相关关系，基于正常的(N-1)个所有所述无芯电流传感器的输出信号，来推定被判定为异常的所述无芯电流传感器的输出信号，并且使用所述信号电流相关关系，基于该推定出的输出信号与正常的(N-1)个所有所述无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过所述N根导体每一根的电流。
5.根据权利要求4所述的电流检测装置，其中， 所述信号间相关关系是对(N-1)个所述无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的(N-1)个信号间系数来计算剩余I个所述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对所述N个无芯电流传感器的每一个设定的相关关系。
6.根据权利要求4或5所述的电流检测装置，其中， 当所述N个无芯电流传感器的输出信号中的任意一个变为规定的阈值以上时，所述异常判定部使向所述N根导体所有的通电停止，当变为所述阈值以上的所述无芯电流传感器的输出信号在通电停止后没有变得比所述阈值小时，所述异常判定部判定为该无芯电流传感器的输出信号异常。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电流检测装置，其中， 所述N根导体每一根与N相交流旋转电机的各相线圈连接。
【文档编号】G01R15/20GK103765229SQ201280039511
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2011年10月17日
【发明者】穗积佑哉, 西村圭亮, 苏布拉塔·萨哈 申请人:爱信艾达株式会社