電流檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種電流檢測裝置，能夠基于多個無芯電流傳感器的輸出信號來高精度地檢測流過各導體的電流。該電流檢測裝置是根據N個無芯電流傳感器來檢測電流的總和為零的電路中的N根導體的電流的電流檢測裝置，取得對N個無芯電流傳感器各自的輸出信號與流過N根導體每一根的電流之間的相關關系進行表示的信號電流相關關系，使用信號電流相關關系，基于N個所有無芯電流傳感器的輸出信號來計算流過N根導體每一根的電流。
【專利說明】電流檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及基于N個(N為3以上的自然數)無芯電流傳感器的輸出信號來對連接成流過N根導體的電流的總和為零的電路中的分別流過該N根導體的電流進行檢測的電流檢測裝置。
【背景技術】
[0002]關于上述那樣的電流檢測裝置，例如已知有如下述的專利文獻I所記載那樣，基于電流傳感器的輸出信號來檢測電流的技術。可認為在該專利文獻I所記載的技術中，構成為各電流傳感器成為具備對檢測對象的導體進行圍繞的集磁芯的電流傳感器，僅能夠檢測安裝有各電流傳感器的對象導體的磁場的磁通密度，能夠計算出對象導體的電流。
[0003]專利文獻1:日本特開2008-22645號公報
[0004]但是，在如本發明那樣基于不具備對導體進行圍繞的集磁芯的無芯電流傳感器的輸出信號來檢測電流的裝置中，由于流過各導體的電流對所有的無芯電流傳感器的輸出信號造成影響，所以各無芯電流傳感器的輸出信號成為流過各導體的所有電流相互影響的輸出信號，不能基于無芯電流傳感器的輸出信號，簡單且精度良好地檢測流過各導體的電流。

【發明內容】

[0005]鑒于此，本發明提供一種能夠基于多個無芯電流傳感器的輸出信號，來高精度地檢測流過各導體的電流的電流檢測裝置。
[0006]本發明所涉及的電流檢測裝置基于N個(N為3以上的自然數)無芯電流傳感器的輸出信號來對連接成流過N根導體的電流的總和為零的電路中的分別流過該N根導體每一根的電流進行檢測，其特征結構是具備:信號電流相關關系取得部，取得對上述N個無芯電流傳感器的輸出信號的每一個與流過上述N根導體每一根的電流之間的相關關系進行表示的信號電流相關關系；和電流計算部，使用上述信號電流相關關系，基于上述N個所有無芯電流傳感器的輸出信號，來計算流過上述N根導體每一根的電流。
[0007]根據上述那樣的特征結構，能夠使用N個無芯電流傳感器的輸出信號的每一個與流過N根導體每一根的電流之間的信號電流相關關系，基于N個所有無芯電流傳感器的輸出信號，來計算出流過N根導體每一根的電流。即，能夠基于與導體相同數量的無芯電流傳感器的輸出信號，高精度地計算出各導體的電流。
[0008]這里，優選上述信號電流相關關系是對上述N個無芯電流傳感器各自的輸出信號分別乘以預先設定為零以外的N個信號靈敏度系數來計算流過一根上述導體的電流的關系式針對上述N根導體每一根設定的相關關系。
[0009]根據該結構，能夠使用針對各導體設定的電流計算關系式，計算出流過各導體的電流。這里，由于對N個無芯電流傳感器的輸出信號的每一個乘以的各信號靈敏度系數被設定成零以外，所以能夠使各導體的電流對無芯電流傳感器的輸出信號的每一個造成的影響反映到各導體的電流的計算中。因此，能夠高精度地計算各導體的電流。[0010]這里，優選上述信號電流相關關系是對流過上述N根導體每一根的電流分別乘以零以外的N個電流靈敏度系數來計算一個上述無芯電流傳感器的輸出信號的關系式針對上述N個所有無芯電流傳感器的每一個設定的相關關系即電流信號相關關系的逆特性；上述電流靈敏度系數是表示上述無芯電流傳感器各自的輸出信號針對流過上述N根導體每一根的電流的靈敏度的系數。
[0011]根據該結構，由于信號電流相關關系被設為使用了對無芯電流傳感器各自的輸出信號相對于流過N根導體每一根的電流的靈敏度進行表示的系數即電流靈敏度系數的電流信號相關關系的逆特性，所以能夠高精度地計算出各導體的電流。
[0012]這里，優選還具備:信號間相關關系取得部，取得基于流過上述N根導體的電流的總和為零的關系和上述信號電流相關關系而導出的、對(N-1)個上述無芯電流傳感器各自的輸出信號與剩余I個上述無芯電流傳感器的輸出信號之間的相關關系進行表示的信號間相關關系；以及異常判定部，判定上述N個無芯電流傳感器各自的輸出信號是正常還是異常，在判定為上述N個無芯電流傳感器中任意一個的輸出信號異常時，上述電流計算部使用上述信號間相關關系，基于正常的(N-1)個所有上述無芯電流傳感器的輸出信號，來推定被判定為異常的上述無芯電流傳感器的輸出信號，并且使用上述信號電流相關關系，基于該推定出的輸出信號與正常的(N-1)個所有上述無芯電流傳感器的輸出信號，來計算出流過上述N根導體每一根的電流。
[0013]如上述那樣，在基于無芯電流傳感器的輸出信號來檢測電流的裝置中，由于流過各導體的電流對所有無芯電流傳感器的輸出信號造成影響，所以若I個輸出信號異常，則不能進行使用了信號電流相關關系的計算，從而無法計算出所有導體的電流。
[0014]但是，根據上述結構，構成為信號間相關關系取得部取得基于流過N根導體的電流的總和為零的關系和信號電流相關關系而導出的、對(N-1)個輸出信號的每一個與剩余I個輸出信號之間的相關關系進行表示的信號間相關關系。因此，當判定為任意一個輸出信號異常時，能夠使用所取得的信號間相關關系，基于正常的(N-1)個輸出信號來推定被判定為異常的傳感器的正確的輸出信號。即，即使在I個傳感器的輸出信號異常時，通過使用信號間相關關系推定該傳感器的輸出信號，也能夠集齊使用了信號電流相關關系的計算所必須的所有輸出信號，從而能夠計算出所有導體的電流。
[0015]這里，優選上述信號間相關關系是對(N-1)個上述無芯電流傳感器各自的輸出信號分別乘以預先設定為零以外的(N-1)個信號間系數來計算剩余I個上述無芯電流傳感器的輸出信號的關系式針對上述N個無芯電流傳感器的每一個設定的相關關系。
[0016]根據該結構，能夠使用基于流過N根導體的電流的總和為零的關系和信號電流相關關系而導出的關系式，來推定被判定為異常的無芯電流傳感器的輸出信號。
[0017]這里，優選當上述N個無芯電流傳感器的輸出信號中的任意一個變為規定的閾值以上時，上述異常判定部使向上述N根導體所有的通電停止，當變為上述閾值以上的上述無芯電流傳感器的輸出信號在通電停止后沒有變得比上述閾值小時，判定為該無芯電流傳感器的輸出信號異常。
[0018]如上述那樣，在基于無芯電流傳感器的輸出信號來檢測電流的裝置中，流過各導體的電流對所有無芯電流傳感器的輸出信號造成影響。根據上述結構，由于在輸出信號中的任意一個變為閾值以上的情況下，使向所有導體的通電停止，所以能夠在完全消除了流過各導體的電流對各無芯電流傳感器的輸出信號造成的影響的狀態下判定異常。因此，能夠提高異常判定的精度。
[0019]這里，優選上述N根導體的每一根與N相交流旋轉電機的各相線圈連接。
[0020]根據該結構，能夠利用上述電流檢測裝置，在無芯電流傳感器的輸出信號正常時及異常時雙方，檢測流過N相交流旋轉電機的各相線圈的電流，可提高交流旋轉電機的控制的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發明的實施方式所涉及的電流檢測裝置的結構的框圖。
[0022]圖2是用于對本發明的實施方式所涉及的電路的結構進行說明的圖。
[0023]圖3是用于對本發明的實施方式所涉及的交流旋轉電機的電源裝置及電流檢測裝置進行說明的圖。
[0024]圖4是用于對本發明的實施方式所涉及的無芯電流傳感器與導體的配置關系進行說明的立體圖。
[0025]圖5是用于對本發明的實施方式所涉及的無芯電流傳感器與導體的配置關系進行說明的圖。
[0026]圖6是用于對本發明的實施方式所涉及的多個無芯電流傳感器與導體的配置關系進行說明的立體圖。
[0027]圖7是用于對本發明的實施方式所涉及的多個無芯電流傳感器與導體的配置關系進行說明的圖。
[0028]圖8是用于對本發明的實施方式所涉及的電流檢測裝置的處理進行說明的流程圖。
[0029]圖9是用于對本發明的其他實施方式所涉及的電路的結構進行說明的圖。
[0030]圖10是用于對本發明的其他實施方式所涉及的電路的結構進行說明的圖。
[0031]圖11是用于對本發明的其他實施方式所涉及的多個無芯電流傳感器與導體的配置關系進行說明的圖。
[0032]圖12是表示具有集磁芯的電流傳感器的例子的立體圖。
【具體實施方式】
[0033]基于附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是示意地表示本實施方式所涉及的電流檢測裝置I的結構的框圖。電流檢測裝置I是基于N個(N為3以上的自然數)無芯電流傳感器S的輸出信號V來對例如圖2所示那樣的、連接成流過N根導體L的電流I的總和為零的電路Cl中的流過N根導體L每一根的電流I進行檢測的裝置。
[0034]如圖1所示，電流檢測裝置I具備:信號電流相關關系取得部30、信號間相關關系取得部31、異常判定部32、正常時電流計算部33及異常時電流計算部34。其中，正常時電流計算部33及異常時電流計算部34相當于本發明中的“電流計算部”。
[0035]信號電流相關關系取得部30取得對N個無芯電流傳感器S各自的輸出信號V與流過N根導體L每一根的電流I之間的相關關系進行表示的信號電流相關關系Fl。信號間相關關系取得部31取得基于流過N根導體L的電流I的總和為零的關系和信號電流相關關系Fl而導出的、對(N-1)個無芯電流傳感器S各自的輸出信號V與剩余I個無芯電流傳感器S的輸出信號V之間的相關關系進行表示的信號間相關關系F2。
[0036]異常判定部32判定N個無芯電流傳感器S各自的輸出信號V是正常還是異常。
[0037]當判定為N個無芯電流傳感器S所有的輸出信號V均正常時，正常時電流計算部33使用信號電流相關關系Fl，基于所有N個無芯電流傳感器S的輸出信號V，來計算流過N根導體L每一根的電流I。
[0038]當判定為N個無芯電流傳感器S中的任意一個輸出信號V異常時，異常時電流計算部34使用信號間相關關系F2，基于正常的(N-1)個所有無芯電流傳感器S的輸出信號V,來推定被判定為異常的無芯電流傳感器Sm (以下稱為異常的無芯電流傳感器Sm)的輸出信號，并且使用信號電流相關關系F1，基于推定出的輸出信號(以下稱為異常信號推定值Vme)和正常的(N-1)個無芯電流傳感器S的輸出信號Vc (以下稱為正常信號Vc)，來計算流過N根導體L每一根的電流I。
[0039]1.電路 Cl
[0040]電路Cl被連接成流過N根導體L的電流I的總和為零。在本實施方式所涉及的電路Cl中，以N根導體L分別與N相交流旋轉電機MG的各相線圈C連接的情況為例進行說明。在本實施方式中，如圖2所示，N被設定為3，具備3根導體1^1、1^2、1^3、3個無芯電流傳感器S1、S2、S3、三相的線圈C1、C2、C3。
[0041]在本實施方式中，三相線圈Cl、C2、C3被星形接線。即，三相線圈C1、C2、C3各自的一端連接至中性點0，另一端與各導體L1、L2、L3連接。中性點O不與電源裝置20等三相線圈C1、C2、C3以外的部件連接。
[0042]各導體L1、L2、L3在與三相線圈C1、C2、C3的連接側的相反側和電源裝置20連接。其中，對于流過各導體L1、L2、L3的電流11、12、13，設從電源裝置20向3相線圈C1、C2、C3側(電路Cl側)流動的方向為正側，其相反方向為負側。
[0043]流過與星形接線的三相線圈Cl、C2、C3連接的3根導體L1、L2、L3的電流I1、12、13的總和為零。例如，如圖2所示，從第一導體LI流向第一線圈Cl的電流Dl在中性點O向第二線圈C2及第三線圈C3分流，從中性點O流向第二線圈C2的電流D2和從中性點O流向第三線圈C3的電流D3的合計與原來的電流Dl相等(D1 = D2 + D3)。這時，在配置有無芯電流傳感器S1、S2、S3的導體L1、L2、L3中，第二電流12成為電流D2的負的值，第三電流13成為電流D3的負的值，第一電流Il成為電流Dl的正的值(II = D1、I2 = _D2、I3=-D3)。因此，Il = -12-13，電流I1、12、13的總和為零(II + 12 + 13 = O)。無芯電流傳感器S1、S2、S3被設置在將三相線圈C1、C2、C3與電源裝置20連接的導體L1、L2、L3的附近。
[0044]2.電源裝置20
[0045]如圖3所示，在本實施方式中，電流檢測裝置I被組裝至用于控制交流旋轉電機MG的控制單元11內，構成控制單元11的一部分。控制單元11構成交流旋轉電機MG的電源裝置20的一部分，電源裝置20除了控制單元11之外，還具備驅動電路12、旋轉檢測裝置13、直流電源14、平滑電容器15、逆變器16。直流電源14是蓄電池等可充電的二次電池。電源裝置20將直流電源14的直流電力轉換成規定頻率的三相交流并向交流旋轉電機MG供給。另外，電源裝置20將由交流旋轉電機MG發出的交流電力轉換成直流并向直流電源14供給。旋轉檢測裝置13由解析器等構成，將交流旋轉電機MG的轉速及轉子的旋轉位置的檢測信號向控制單元11輸出。平滑電容器15并聯連接在直流電源14的正極端子與負極端子之間，將直流電源14的電壓平滑化。
[0046]逆變器16構成為具有多個開關元件。優選開關元件應用IGBT (絕緣柵雙極晶體管:insulated gate bipolar transistor)或MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管:metal oxide semiconductor field effect transistor)。如圖 3 所不，在本實施方式中，使用IGBT作為開關元件。逆變器16具備與交流旋轉電機MG的各相(第一相、第二相、第三相這三相)分別對應的第一引腳(leg)17U、第二引腳17V及第三引腳17W。各引腳17U、17V、17W分別具備由串聯連接的上段側臂IGBT18A和下段側臂IGBT18B構成的I組2個開關元件。各IGBT18AU8B分別與續流二極管19并聯連接。
[0047]第一引腳17U經由第一導體LI與交流旋轉電機MG的第一線圈Cl連接，第二引腳17V經由第二導體L2與交流旋轉電機MG的第二線圈C2連接，第三引腳17W經由第三導體L3與交流旋轉電機MG的第三線圈C3連接。這時，各導體L1、L2、L3將各引腳17U、17V、17W的上段側臂IGBT18A的發射極和下段側臂IGBT18B的集電極之間與交流旋轉電機MG的各相線圈之間電連接。各引腳17U、17V、17W的上段側臂IGBT18A的集電極與直流電源14的正極端子連接，各引腳17U、17V、17W的下段側臂IGBT18B的發射極與直流電源14的負極端子連接。
[0048]逆變器16經由驅動電路12與控制單元11連接，根據控制單元11的逆變器控制部生成的控制信號進行開關動作。控制單元11構成為以未圖示的微型計算機等邏輯電路為核心的ECU (電子控制單元:electronic control unit)。
[0049]當交流旋轉電機MG作為電動機發揮功能時(進行牽引動作時)，逆變器16將來自直流電源14的直流電力轉換成規定頻率及電流的三相交流電力并向交流旋轉電機MG供給。另外，當交流旋轉電機MG作為發電機發揮功能時(進行再生動作時)，逆變器16將由交流旋轉電機MG發出的三相交流電力轉換成直流電力并向直流電源14供給。交流旋轉電機MG被控制單元11控制成規定的輸出轉矩及轉速。這時，流向交流旋轉電機MG的定子線圈(第一線圈Cl、第二線圈C2、第三線圈C3)的電流的值被反饋至控制單元11。而且，控制單元11根據與目標電流的偏差來執行PI控制(比例積分控制)、PID控制(比例積分微分控制)從而控制交流旋轉電機MG。因此，流過在逆變器16的各引腳17U、17V、17W與交流旋轉電機MG的各相線圈之間設置的各導體L1、L2、L3電流被構成控制單元11的一部分的電流檢測裝置I檢測出。
[0050]3.無芯電流傳感器S
[0051]在本實施方式中，為了檢測流過3根導體L1、L2、L3的電流I1、12、13，電源裝置20具備與導體L相同數量的3個無芯電流傳感器S1、S2、S3。各無芯電流傳感器S1、S2、S3檢測由流向檢測對象的各導體L1、L2、L3的電流而產生的磁場的磁通密度，輸出與該檢測出的磁通密度相對應的檢測信號。
[0052]一般當在導體L中流過電流I時，距該導體L距離為r的位置處的磁通密度B用式(I)表示。這里，μ O為導磁率。
[0053][式I][0054]
【權利要求】
1.一種電流檢測裝置，基于N個無芯電流傳感器的輸出信號來對連接成流過N根導體的電流的總和為零的電路中的流過該N根導體每一根的電流進行檢測，其中，具備: 信號電流相關關系取得部，取得對所述N個無芯電流傳感器各自的輸出信號與流過所述N根導體每一根的電流之間的相關關系進行表不的/[目號電流相關關系；以及 電流計算部，使用所述信號電流相關關系，基于所述N個所有無芯電流傳感器的輸出信號，來計算流過所述N根導體每一根的電流， 其中，N為3以上的自然數。
2.根據權利要求1所述的電流檢測裝置，其中， 所述信號電流相關關系是對所述N個無芯電流傳感器各自的輸出信號分別乘以預先設定為零以外的N個信號靈敏度系數來計算流過一根所述導體的電流的關系式針對所述N根導體的每一根設定的相關關系。
3.根據權利要求2所述的電流檢測裝置，其中， 所述信號電流相關關系是對流過所述N根導體每一根的電流分別乘以零以外的N個電流靈敏度系數來計算一個所述無芯電流傳感器的輸出信號的關系式針對所述N個所有無芯電流傳感器的每一個設定的相關關系即電流信號相關關系的逆特性；所述電流靈敏度系數是表示所述無芯電流傳感器各自的輸出信號相對于流過所述N根導體每一根的電流的靈敏度的系數。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的電流檢測裝置，其中，還具備: 信號間相關關系取得部，取得基于流過所述N根導體的電流的總和為零的關系和所述信號電流相關關系而導出的、對(N-1)個所述無芯電流傳感器各自的輸出信號與剩余I個所述無芯電流傳感器的輸出信號之間的相關關系進行表示的信號間相關關系；以及 異常判定部，判定所述N個無芯電流傳感器各自的輸出信號是正常還是異常， 當判定為所述N個無芯電流傳感器中任意一個的輸出信號異常時，所述電流計算部使用所述信號間相關關系，基于正常的(N-1)個所有所述無芯電流傳感器的輸出信號，來推定被判定為異常的所述無芯電流傳感器的輸出信號，并且使用所述信號電流相關關系，基于該推定出的輸出信號與正常的(N-1)個所有所述無芯電流傳感器的輸出信號，來計算出流過所述N根導體每一根的電流。
5.根據權利要求4所述的電流檢測裝置，其中， 所述信號間相關關系是對(N-1)個所述無芯電流傳感器各自的輸出信號分別乘以預先設定為零以外的(N-1)個信號間系數來計算剩余I個所述無芯電流傳感器的輸出信號的關系式針對所述N個無芯電流傳感器的每一個設定的相關關系。
6.根據權利要求4或5所述的電流檢測裝置，其中， 當所述N個無芯電流傳感器的輸出信號中的任意一個變為規定的閾值以上時，所述異常判定部使向所述N根導體所有的通電停止，當變為所述閾值以上的所述無芯電流傳感器的輸出信號在通電停止后沒有變得比所述閾值小時，所述異常判定部判定為該無芯電流傳感器的輸出信號異常。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的電流檢測裝置，其中， 所述N根導體每一根與N相交流旋轉電機的各相線圈連接。
【文檔編號】G01R15/20GK103765229SQ201280039511
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2011年10月17日
【發明者】穗積佑哉, 西村圭亮, 蘇布拉塔·薩哈 申請人:愛信艾達株式會社