JP6350785B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動電流の供給等を行うインバータ装置に関する。

例えばハイブリッドカーや電気自動車においてモータ駆動電流を供給するために、インバータ装置が用いられる。また、産業機器の分野でもモータの駆動にインバータ装置が用いられる。モータ駆動電流は電流センサによって検出される。電流センサにおいて、ホール素子等の感磁素子やその周辺回路はセンサ基板に搭載される。一方、インバータ装置のコントローラは制御基板に搭載される。下記特許文献１は、センサ基板の省略により部品点数を低減するために、感磁素子を制御基板に実装する構造を開示する。

特開２０１３−３２９７２号公報 特開２０１３−７４６７０号公報

特許文献１の電流検出装置は、空隙を有する環状磁性コアと、空隙に配置された感磁素子とでバスバーに流れる電流を検出する構成であるが、センサ基板の省略のために環状磁性コアを周方向に３分割することが必須となっている。このため、特許文献１の電流検出装置では、３分割することによる部品点数の増大、３分割されたコア片を接合する際の位置精度等の管理の困難性、並びに長期使用と経年劣化によるコア片の接合部の位置ずれ及びそれによる感度誤差の発生等の新たな問題が発生する。

特許文献２の電力変換装置の電流センサは、電流検知の方法が具体的に明示されていない。また、コアがないため、特許文献１の問題は発生しないが、シールドもないため、実際には隣接するバスバーやスイッチング素子からの電磁気ノイズ（干渉ノイズ）をセンサが拾ってしまい、適切な（負荷や回転数に応じて適切に制御された、エネルギー効率の高い）モータ駆動は困難である。結果、このままではインバータとして実用的でない。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、制御基板等とは別にセンサ基板を設けない構成、つまり、電流センサを制御基板等の別の必須の回路基板に実装する構成でありながら、従来のように３分割されたコア片を組み合わせて環状にする必要がなく、干渉ノイズによる障害を受けずに適切なモータ制御が可能で、かつ、薄型（小型）のインバータ装置を提供することにある。

本発明のある態様は、インバータ装置である。このインバータ装置は、
インバータ回路と、
電流検出機能及びその他の機能を有する回路基板と、
相互に対向する磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体と、
前記第１及び第２の磁性体間に配置される感磁素子と、
前記第１及び第２の磁性体間を通る電流導体とを備え、
前記第１及び第２の磁性体が、前記感磁素子を内側に取り囲む筒状を成し、
前記感磁素子が前記回路基板に設けられ、
前記第１の磁性体が第１の絶縁部材と一体成形され、
前記第２の磁性体が第２の絶縁部材と一体成形され、
前記第１及び第２の絶縁部材が前記回路基板を挟んで固定され、
前記電流導体が前記第１の絶縁部材にインサート成形され又は前記第１の絶縁部材に挿通され、
前記第２の磁性体は、一部が前記第２の絶縁部材から突出している。
前記感磁素子の位置は、前記電流導体を流れる被測定電流により前記第１の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界と、前記被測定電流により前記第２の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界とが互いに弱め合う又は相殺される位置であってもよい。

前記回路基板が、前記インバータ回路の駆動制御用の制御基板であってもよい。

前記感磁素子が、前記第１及び第２の磁性体間の空隙の中心同士を結ぶ第１の仮想直線より前記第１及び第２の磁性体の一方側にあり、かつ、前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分が前記第１の仮想直線より前記第１及び第２の磁性体の他方側にあってもよい。

前記感磁素子が、前記第１及び第２の磁性体の一方の両端縁同士を結ぶ第２の仮想直線上、あるいは前記第２の仮想直線を挟んで前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分の反対側となる位置にあってもよい。

前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁同士を結ぶ仮想直線と、前記第２の磁性体の両端縁同士を結ぶ仮想直線との間に位置してもよい。

前記回路基板に前記第１及び第２の磁性体の一方が延在する貫通穴が設けられていてもよい。

前記第１の磁性体の両端縁が、前記第２の磁性体の両端縁と空隙を介してそれぞれ対向し、かつ、前記第１及び第２の磁性体は全体として前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分と前記感磁素子とを内側に取り囲んでいてもよい。

前記第１及び第２の磁性体の保磁力が互いに等しい又は近似してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、制御基板とは別にセンサ基板を設けない構成、つまり、電流センサを制御基板等の別の必須の回路基板に実装する構成でありながら、従来のように３分割されたコア片を組み合わせて環状にする必要がなく、干渉ノイズによる障害を受けずに適切なモータ制御が可能で、かつ、薄型（小型）のインバータ装置を提供できる。

本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の断面図。 同インバータ装置の分解斜視図。 同インバータ装置の斜視図。 同インバータ装置の、第２の磁性体５をインサート成形した第２の絶縁部材３２の斜視図。 第２の絶縁部材３２の断面図。 同インバータ装置の、感磁素子２及びバイアス磁石９の拡大断面図。 感磁素子２の各層の磁化方向とバイアス磁石９の極性の説明図。 感磁素子２の抵抗変化率の特性図。 同インバータ装置の機能ブロック図。 本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の斜視図。 本発明の実施の形態３に係るインバータ装置の分解斜視図。 同インバータ装置の組立後の斜視図。 同インバータ装置のスペーサー３の斜視図。 同インバータ装置の要部断面図。 本発明の実施の形態４に係るインバータ装置における電流検出の原理説明図。 本発明の実施の形態５に係るインバータ装置における電流検出の原理説明図。 図１６の感磁素子２（フィードバックコイル付きＭＲ素子ブリッジ）の内部構造を示す概略平面図。 図１７のａ−ａ’断面図。 磁気平衡式の原理でセンサ検出出力を得るための回路図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の断面図である。図１により、直交する３方向であるｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向をそれぞれ定義する。図２は、同インバータ装置の分解斜視図である。図３は、同インバータ装置の斜視図である。図４は、第２の磁性体５をインサート成形した第２の絶縁部材３２の斜視図である。図５は、第２の絶縁部材３２の断面図である。図６は、同インバータ装置の、感磁素子２及びバイアス磁石９の拡大断面図である。図７は、感磁素子２の各層の磁化方向とバイアス磁石９の極性の説明図である。図８は、感磁素子２の抵抗変化率の特性図である。なお、制御基板は、インバータ装置に使用される回路基板（電流検出機能及びその他の機能を有する回路基板）のうちの一例である。

本実施の形態のインバータ装置は、制御基板１と、感磁素子２と、磁気遮蔽用の第１の磁性体４及び第２の磁性体５と、被測定電流の経路を成す銅板等のバスバー１０（電流導体の一例）とを備える。バスバー１０はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対して設けられ、各バスバー１０に対して電流センサ（電流検出部）を成す感磁素子２並びに第１の磁性体４及び第２の磁性体５が設けられる。感磁素子２は制御基板１に搭載される。制御基板１はｘｙ平面と平行である。制御基板１は例えばガラスエポキシ基板である。制御基板１は、感磁素子２及びその周辺回路に加え、インバータ装置のコントローラを搭載している。制御基板１及び感磁素子２は、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間に配置される。感磁素子２は、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間において、好ましくは磁性体の幅方向であるｘ方向の中央位置に配置される。バスバー１０は、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る。バスバー１０の幅方向中央部は、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間において、好ましくはｘ方向の中央位置を通る。

第１の磁性体４及び第２の磁性体５は、高透磁率磁性材（例えば珪素鋼板）を断面コの字型に折曲げ加工したものであり、先端面（両端縁）同士が空隙７（磁気ギャップ）を有して相互に対向し、全体として外周面に２箇所のスリット（空隙７）が入った角筒状を成す。第１の磁性体４及び第２の磁性体５は、全体として基板１及び感磁素子２、並びにバスバー１０のうち第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る部分（図１に断面として現れる部分）を内側に取り囲む。第１の磁性体４及び第２の磁性体５の保磁力は互いに等しい又は近似する。また、第１の磁性体４及び第２の磁性体５は、珪素鋼板ほど高透磁率ではないフェライトや純鉄であってもよい。さらに、本実施の形態の第１の磁性体４及び第２の磁性体５は、特許文献１に示されるような、コアとして測定電流による発生磁場を積極的に取り込んで感磁素子に導くものではなく、両磁性体の両端部がそれぞれ適切な距離で離間していることで磁気飽和が避けられているため、より安価で体積の小さいシールドとすることができる。結果として特許文献１の実施例と比較して軽量で薄型化された、安価なインバータ装置を提供可能となる。また、安価な磁性材料を用いることによる両磁性体の残留磁化（ヒステリシス）についても、後述する構造（配置）の最適化により、実質的に影響のない大きさとすることが可能である。

第１の磁性体４及びバスバー１０は、三相分が第１の絶縁部材３１（モールド樹脂）と一体成形される。第１の絶縁部材３１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対して１つ共通に設けられる。バスバー１０は、Ｌ字状に２箇所で折り曲げられて部分的にステップ状（段状）になっており、全体としてはｚ方向に延びるが部分的にｘｙ平面と平行になっている。バスバー１０のうちｘｙ平面と平行な部分が第１の絶縁部材３１を貫通し第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る。第１の絶縁部材３１の上面に制御基板１がネジ止め等によって固定される。具体的には、図２に示すように、制御基板１の貫通穴９３を貫通するネジ９１が第１の絶縁部材３１のネジ穴９５に螺着される（図示の例では２箇所）。第１の絶縁部材３１の上面には素子収容凹部１７が設けられ、感磁素子２は素子収容凹部１７に位置する。第２の磁性体５は、第２の絶縁部材３２（モールド樹脂）と一体成形される。第２の絶縁部材３２はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対して別々に設けられる。第２の磁性体５の両端部は第２の絶縁部材３２からそれぞれ突出する。第２の絶縁部材３２は、それぞれ制御基板１にネジ止め等によって固定される。具体的には、図２に示すように、第２の絶縁部材３２の貫通穴９６を貫通するネジ９２が制御基板１のネジ穴９４に螺着される（図示の例では２箇所ずつ）。図１に示すように、第２の磁性体５の両端部は、制御基板１の磁性体挿通孔８に延在する。第１の絶縁部材３１及び第２の絶縁部材３２は、例えばＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）又はＰＢＴ（PolyButylene Terephthalate）である。ネジ９１,９２は、磁気回路系の個体差を不安定にさせないためにステンレス等の非磁性材料であることが望ましい。なお、第２の絶縁部材３２は、独立せず３相分まとめた形状であっても良い。

バスバー１０に流れる被測定電流によって発生する磁界が感磁素子２に印加され、感磁素子２の出力信号によって被測定電流が測定される。感磁素子２は、ＳＶ−ＧＭＲ素子（スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子）であり、モールド樹脂１５によってモールドされている。なお、感磁素子２は、ＳＶ−ＧＭＲ素子以外のＭＲ素子あるいはホール素子であってもよい。感磁素子２は、図１に示すように、第１の磁性体４の先端面（両端縁）同士を結ぶ仮想直線（不図示）と、第２の磁性体５の先端面（両端縁）同士を結ぶ仮想直線（不図示）との間に位置し、好ましくは空隙７の中心同士を結ぶ図示しない第１の仮想直線上又はその近傍に位置する。

感磁素子２の近傍には、バイアス磁石９が設けられる。バイアス磁石９は、感磁素子２がＳＶ−ＧＭＲ素子である場合に、感磁素子２から測定磁場に応じた出力を得るために必要となる。図６に示す磁気検出部２０は、感磁素子２及びバイアス磁石９を含む概念として定義される。なお、感磁素子２がホール素子である場合には、±ｘ方向である被測定電流の発生する磁界が検知できるように配置すればよく、バイアス磁石９は不要である。例えば、集磁ヨークを設け、当該ホール素子及び集磁ヨークを合わせて磁気検出部２０としてもよい。磁気検出部２０は、一体にパッケージ化されていてもよい。図７に示すように、バイアス磁石９は、ｙ方向（被測定電流の方向）の両端面が磁極面であり、具体的には、−ｙ方向側の端面がＮ極で、＋ｙ方向側の端面がＳ極である。感磁素子２のピン層磁化方向は−ｘ方向に固定されている。感磁素子２のフリー層磁化方向は、被測定電流が０アンペアであればバイアス磁石９の磁界により＋ｙ方向となり、被測定電流が流れると被測定電流の発生する磁界により＋ｙ方向から±ｘ方向のいずれかに傾く。被測定電流が大きいほどフリー層磁化方向の＋ｙ方向に対する傾きは大きくなる。このように、被測定電流により感磁素子２のフリー層磁化方向とピン層磁化方向との成す角度を９０°を基準にして変化させ、感磁素子２の抵抗値を変化（図８）させることで、被測定電流に応じた出力信号を得ることができる。なお、感磁素子２は複数設けられてブリッジ接続されてもよく、抵抗値が変化する感磁素子２から出力信号を得る回路は任意である。

図９は、図１に示すインバータ装置の機能ブロック図である。インバータ装置は、バッテリ５０からの直流電力を交流電力に変換してモータ６０に供給するものである。コントローラ５１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２及びインバータ回路５３を制御（スイッチング）する。ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、バッテリ５０の電圧を昇圧又は降圧する。インバータ回路５３は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子のブリッジ回路であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の出力電圧（直流）を交流に変換してモータ６０に供給する。インバータ回路５３の出力電流（モータ駆動電流）によって発生する磁界は感磁素子２に印加される。感磁素子２の出力信号は、信号処理回路５５によって適切な電圧信号に変換され、コントローラ５１にフィードバックされる。コントローラ５１は、信号処理回路５５の出力信号によりモータ駆動電流をモニタしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２及びインバータ回路５３を制御する。なお、図９では三相分の感磁素子２及び信号処理回路５５を１ブロックにまとめて示しているが、実際には感磁素子２及び信号処理回路５５の組は各相に対して別々に（合計３組）設けられる。なお、これらの実施形態では３相ブラシレスモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの電流をモニタリングする方式としているが、これらのうちの２相分だけをモニターする制御方法もあり、その場合は任意の２相分だけをモニターする構成としても良い。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 感磁素子２及び信号処理回路５５を制御基板１に搭載しているため、電流検出のために専用のセンサ基板を設ける必要がなく、またセンサ基板と制御基板とを接続するためのハーネスとコネクタも不要で、部品点数の削減に有利である。

(2) センサ基板を省略するにあたり、従来のように３分割されたコア片を組み合わせて環状にする必要がないため、３分割することによる部品点数の増大、３分割されたコア片を接合する際の位置精度等の管理の困難性、並びに長期使用と経年劣化によるコア片の接合部の位置ずれ及びそれによる感度誤差の発生等の新たな問題が発生しない。

(3) 感磁素子２の位置は、被測定電流により第１の磁性体４が磁化されたことにより発生する磁界と、前記被測定電流により第２の磁性体５が磁化されたことにより発生する磁界とが互いに弱め合う又は相殺される位置となっており、感磁素子２の検出出力のヒステリシスを原理的にゼロ（若しくはゼロ近傍）にすることが可能である。すなわち、電流検出のゼロアンペア測定精度の向上を図ることができる。

(4) 第１の磁性体４及び第２の磁性体５を対向させた内側に感磁素子２を配置しているため、リング状の磁気コアの空隙に感磁素子を配置する従来構造と比較して感磁素子２に流れ込む外乱磁界が少なくなり、外乱ノイズ耐性が向上する。また、特許文献１の実施例では、制御基板の電流センサ部分の厚みが著しく増大するため、インバータ装置の薄型化の障害となるが、本実施の形態の構成とすることにより、従来例にあるような、絶縁部材（特許文献１ではパワーモジュール部）と制御基板の間の隙間を空ける必要がない。つまり、特許文献１では、磁性体が基板の片側にあるため厚みが増大するが、 本実施の形態では、基板を挟み込む（基板の両側に、それぞれ磁性体が存在する）ことで、インバータ装置の薄型化が可能となる。

実施の形態２
図１０は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の斜視図である。なお、図１０において、制御基板１はハッチングで示した面で便宜的に切断して背後を示している。本実施の形態のインバータ装置は、図３等に示した実施の形態１のものと比較して、バスバー１０がｙ方向に真っ直ぐ延びている点と、第２の磁性体５が第２の絶縁部材３２を介さずに制御基板１に直接固定されている点で相違し、その他の点で一致する。第２の磁性体５の第２の絶縁部材３２に対する固定は、図１０の例では接着剤３３による接着で行っている。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
図１１は、本発明の実施の形態３に係るインバータ装置の分解斜視図である。図１２は、同インバータ装置の組立後の斜視図である。図１１及び図１２において、制御基板１はハッチングで示した面で便宜的に切断して背後を示している。図１３は、同インバータ装置のスペーサー３の斜視図である。図１４は、同インバータ装置の要部断面図である。本実施の形態では、第２の磁性体５が、絶縁部材と一体成形されていない例であり、電流導体を一体成形した絶縁部材をスペーサ３としている。具体的には、第１の磁性体４及び第２の磁性体５は、制御基板１とスペーサー３とを挟み込んだ状態でリベット等の固定部品６により相互に固定されている。すなわち、一対の固定部品６は、第１の磁性体４の一対の締結孔１１、スペーサー３の一対の締結孔１２、制御基板１の一対の締結孔１３、及び第２の磁性体５の一対の締結孔１４を貫通して先端がかしめられ、第１の磁性体４、スペーサー３、制御基板１、及び第２の磁性体５を締結し一体化する。固定部品６は、リベットの他に例えばボルトとナットの組合せを用いてもよい。なお、リベット、ボルト、ナット等の固定部品６は、磁気回路系の個体差を不安定にさせないためにステンレス等の非磁性材料であることが望ましい。

バスバー１０は、コの字型に折り曲げられた状態でスペーサー３にインサート成形される。なお、バスバー１０は平板状でインサート成型によらずスペーサー３に保持されてもよい。また、バスバーは平板状に限らず、例えば可撓性を有する電線であってもよい。スペーサー３は、側面角部を丸めた直方体形状であって、制御基板１との対向面に素子収容凹部１７が設けられる。制御基板１に搭載された感磁素子２は、素子収容凹部１７内に位置する。第１の磁性体４及び第２の磁性体５の先端面（両端縁）の一方同士は制御基板１の外側で対向し、他方同士は制御基板１の磁性体挿通孔８の近傍で対向する。

図１４に示すように、感磁素子２は、空隙７の中心同士を結ぶ第１の仮想直線Ｌ１より第２の磁性体５側にある。一方、バスバー１０のうち第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る部分は、第１の仮想直線Ｌ１より第１の磁性体４側にある。感磁素子２の位置では、第１の仮想直線Ｌ１上かつ第１の磁性体４及び第２の磁性体５の空隙７間の中央位置（ｘ方向中央位置）と比較して、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界の感磁方向成分の和の絶対値が小さい。なお、図１４の例では感磁素子２が第２の磁性体５の先端面（両端縁）同士を結ぶ第２の仮想直線Ｌ２上にあるが、感磁素子２は第１の仮想直線Ｌ１と第２の仮想直線Ｌ２との間にあってもよい。こうした配置とする理由について以下に説明する。

図１４に示すようにバスバー１０のうち第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る部分を第１の仮想直線Ｌ１より第１の磁性体４側に配置すると、第２の磁性体５より第１の磁性体４のほうが残留磁化が大きくなる。このため、第１の仮想直線Ｌ１上では、第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界より、第１の磁性体４の残留磁化により発生する磁界のほうが大きい。すなわち、第１の磁性体４の残留磁化により発生する磁界と第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界とが相互に打ち消しあってゼロになる位置は、第１の仮想直線Ｌ１より第２の磁性体５側になる。このため、本実施の形態では、感磁素子２を第１の仮想直線Ｌ１より第２の磁性体５側に配置することで（感磁素子２の位置を第１の仮想直線Ｌ１上より＋ｚ方向にシフトすることで）、感磁素子２を第１の仮想直線Ｌ１上に配置した場合と比較して０アンペア時に感磁素子２が検出する残留磁界（すなわち第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界の感磁方向成分の和の絶対値）を低減し（好ましくは０にし）、０アンペア時の測定精度の悪化を防止している。感磁素子２の最適配置は、シミュレーションにより求めることができる。なお、感磁素子２を＋ｚ方向に過剰にシフトすると、第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界が相対的に強くなり、感磁素子２の位置において、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界の感磁方向成分の和の絶対値が第１の仮想直線Ｌ１上と比較して却って大きくなることもある。そのため、感磁素子２は、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界の感磁方向成分の和の絶対値が第１の仮想直線Ｌ１上と比較して小さくなる位置に配置する。

本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。なお、本実施の形態ではバスバー１０が一本である場合（単相の場合）を説明したが、第１の磁性体４、スペーサー３、バスバー１０、及び第２の磁性体５の組を制御基板１に対して三組設けることで三相にも対応可能である。また、感磁素子２を第１の仮想直線Ｌ１より第２の磁性体５側に配置する工夫は、実施の形態１及び２にも適用可能である。

実施の形態４
図１５は、本発明の実施の形態４に係るインバータ装置における電流検出の原理説明図である。本図において、バスバー１０に−ｙ方向の電流を流した後バスバー１０の電流を０アンペアにした場合の第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化により発生する磁界（残留磁界）を矢印で示している。本実施の形態では、図１４と比較して、感磁素子２を＋ｚ方向にシフトしている。具体的には、感磁素子２は、第２の仮想直線Ｌ２を挟んでバスバー１０のうち第１の磁性体４及び第２の磁性体５の間を通る部分の反対側となる位置（第２の仮想直線Ｌ２より第２の磁性体５の内側となる位置）にある。こうした配置とする理由について以下に説明する。

前述の図１４では、感磁素子２が検出する残留磁界を０にすることを目標として感磁素子２とバスバー１０の相対配置を定めた。感磁素子２を含む磁気検出部２０が出力にヒステリシスを有さない、又はヒステリシスが無視できる程度に小さい場合には、磁気検出部２０が検出する残留磁界を０にすれば０アンペア時（バスバー非通電時）の測定精度を最良とすることができる。一方、磁気検出部２０が出力にヒステリシスを有する場合には、磁気検出部２０が検出する残留磁界を０にしても、磁気検出部２０のヒステリシス特性により、依然として０アンペア時（バスバー非通電時）の測定精度に改善の余地が残る。磁気検出部２０のヒステリシスは、感磁素子２がＳＶ−ＧＭＲ素子である場合には、被測定電流をゼロに戻しても感磁素子２のフリー層磁化方向が完全には元に戻らないこと（感磁素子２自体のヒステリシス）に起因する。なお、磁気検出部２０のヒステリシスは、感磁素子２自体のヒステリシスに限定されない。例えば感磁素子２がホール素子であってバイアス磁石９に替えて集磁ヨークを設ける場合には、当該集磁ヨークのヒステリシスが磁気検出部２０のヒステリシスとなる。そこで本実施の形態では、磁気検出部２０が出力にヒステリシスを有する場合を想定し、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化によって発生する磁界（残留磁界）により磁気検出部２０のヒステリシスを打ち消す配置とする。

図１５に示す感磁素子２の配置において、外部磁界がゼロであれば、感磁素子２には、磁気検出部２０のヒステリシス特性により、−ｙ方向の電流が流れていたとき（−ｘ方向の磁界が印加されていたとき）の影響が残り、フリー層磁化方向は＋ｙ方向から若干−ｘ方向に傾くことになる。一方、図１５に示す感磁素子２の位置では、第２の磁性体５の残留磁化によって発生する磁界のほうが、第１の磁性体４の残留磁化によって発生する磁界より大きい。このため、感磁素子２には、トータルで＋ｘ方向の残留磁界が印加される。この残留磁界は、フリー層磁化方向を＋ｘ方向に傾けるように作用する。したがって、感磁素子２のフリー層磁化方向は、磁気検出部２０のヒステリシス特性による影響と、第１の磁性体４及び第２の磁性体５の残留磁化によって発生する磁界（残留磁界）による影響とが打ち消しあって、＋ｙ方向に近づく（好ましくは＋ｙ方向に一致する）。

このように、本実施の形態によれば、第１の磁性体４及び第２の磁性体５からの残留磁界により磁気検出部２０のヒステリシスを相殺することで、０アンペア時（バスバー非通電時）の測定精度を向上させることができる。更に、感磁素子２が第２の仮想直線Ｌ２より第２の磁性体５の内側となる位置に配置されていることにより、外部の磁界に対する耐性をより強くすることができる。なお、本実施の形態は、磁気検出部２０が出力にヒステリシスを有さなくても、第１の磁性体４及び第２の磁性体５からの残留磁界の相殺位置（残留磁界が０となる位置）が第２の仮想直線Ｌ２より＋ｚ方向側にある場合に有効である。本実施の形態で説明した感磁素子２とバスバー１０の相対配置は、磁気検出部２０のヒステリシスの有無等に応じて適宜前述の実施の形態に適用することができる。

実施の形態５
図１６は、本発明の実施の形態５に係るインバータ装置における電流検出の原理説明図である。前述の実施の形態では磁気比例式の原理で電流を検出したが、本実施の形態では磁気平衡式の原理での電流検出について説明する。感磁素子２は、図１７に示すような、フィードバックコイル付きＭＲ素子ブリッジ（ＭＲパッケージ）である。第１の磁性体４及び第２の磁性体５に対するバスバー１０、制御基板１及び感磁素子２の位置関係は、前述の実施の形態と同様でよい。

図１７は、図１６における感磁素子２の内部構造を示す概略平面図である。感磁素子２は、平行配置の４個のＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと、フィードバックコイル２Ｅとを備える。ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのフリー（Free）及びピン（Pined）のベクトル方向（フリー層磁化方向及びピン層磁化方向）は図示のとおりである。フィードバックコイル２Ｅは、平行配置の４個のＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと重なるように配置されている。すなわち、各ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのフリー（Free）方向に沿ってフィードバックコイル２Ｅは配置される。図１８のように、フィードバックコイル２Ｅによる発生磁界はＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのピン（Pined）方向（フリー方向と直交）であり、ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂには順方向に、ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ｃ，２Ｄには逆方向に加わる。

図１９は、磁気平衡式の原理でセンサ検出出力を得るための回路構成を示す。この図に示すように、電源６１の高電圧側と低電圧側の間に４つのＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ〜２Ｄがフルブリッジ接続される。ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ,２Ｃの相互接続点と、ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ｄ,２Ｂの相互接続点とが、負帰還用差動増幅器６２の入力端子にそれぞれ接続される。負帰還用差動増幅器６２の出力端子にはフィードバックコイル２Ｅと検出抵抗６６が直列接続される。演算増幅器６７及び電源電圧を分圧する分圧抵抗６８，６９は、電源電圧を分圧した中間電圧を安定化するためのバッファを構成しており、演算増幅器６７の出力端の中間電圧が出力用差動増幅器６４の一方の入力端子に印加される。検出抵抗６６の両端子は出力用差動増幅器６４の両入力端子にそれぞれ接続される。フィードバックコイル２Ｅは図１３及び図１４に示したようにＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの近傍に例えば素子基板上の導体パターンとして形成される。

バスバー１０に通電するとＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに磁界が印加される。負帰還用差動増幅器６２の作用により、フィードバックコイル２Ｅには、ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ,２Ｃの相互接続点と、ＳＶ−ＧＭＲ素子２Ｄ,２Ｂの相互接続点との電位差がゼロになるように、すなわちフィードバックコイル２Ｅによる発生磁界がバスバー１０による発生磁界を打ち消してＳＶ−ＧＭＲ素子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに印加される磁界がゼロになるように、フィードバック電流が流れる。フィードバック電流は被測定電流に比例するから、フィードバック電流を検出抵抗６６で電圧に変換して出力用差動増幅器６４で増幅したセンサ出力電圧から被測定電流の大きさを特定できる。本実施の形態で説明した電流検出法は、適宜前述の実施の形態に適用することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１ 制御基板、２ 感磁素子、３ スペーサー、４ 第１の磁性体、５ 第２の磁性体、６ 固定部品、７ 空隙、８ 磁性体挿通孔、９ バイアス磁石、１０ バスバー、１１〜１４ 締結穴、１５,１６ モールド樹脂、１７ 素子収容凹部、２０ 磁気検出部、３１ 第１の絶縁部材、３２ 第２の絶縁部材、３３ 接着剤、５０ バッテリ、５１ コントローラ、５２ ＤＣ−ＤＣコンバータ、５３ インバータ回路、５５ 信号処理回路、６０ モータ、９１,９２ ネジ、９３ 貫通穴、９４,９５ ネジ穴、９６ 貫通穴

Claims (9)

1. インバータ回路と、
   電流検出機能及びその他の機能を有する回路基板と、
   相互に対向する磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体と、
   前記第１及び第２の磁性体間に配置される感磁素子と、
   前記第１及び第２の磁性体間を通る電流導体とを備え、
   前記第１及び第２の磁性体が、前記感磁素子を内側に取り囲む筒状を成し、
   前記感磁素子が前記回路基板に設けられ、
   前記第１の磁性体が第１の絶縁部材と一体成形され、
   前記第２の磁性体が第２の絶縁部材と一体成形され、
   前記第１及び第２の絶縁部材が前記回路基板を挟んで固定され、
   前記電流導体が前記第１の絶縁部材にインサート成形され又は前記第１の絶縁部材に挿通され、
   前記第２の磁性体は、一部が前記第２の絶縁部材から突出している、インバータ装置。
2. 前記感磁素子の位置は、前記電流導体を流れる被測定電流により前記第１の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界と、前記被測定電流により前記第２の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界とが互いに弱め合う又は相殺される位置である、請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記回路基板が、前記インバータ回路の駆動制御用の制御基板である、請求項１又は２に記載のインバータ装置。
4. 前記感磁素子が、前記第１及び第２の磁性体間の空隙の中心同士を結ぶ第１の仮想直線より前記第１及び第２の磁性体の一方側にあり、かつ、前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分が前記第１の仮想直線より前記第１及び第２の磁性体の他方側にある、請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ装置。
5. 前記感磁素子が、前記第１及び第２の磁性体の一方の両端縁同士を結ぶ第２の仮想直線上、あるいは前記第２の仮想直線を挟んで前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分の反対側となる位置にある、請求項４に記載のインバータ装置。
6. 前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁同士を結ぶ仮想直線と、前記第２の磁性体の両端縁同士を結ぶ仮想直線との間に位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。
7. 前記回路基板に前記第１及び第２の磁性体の一方が延在する貫通穴が設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ装置。
8. 前記第１の磁性体の両端縁が、前記第２の磁性体の両端縁と空隙を介してそれぞれ対向し、かつ、前記第１及び第２の磁性体は全体として前記電流導体のうち前記第１及び第２の磁性体間を通る部分と前記感磁素子とを内側に取り囲んでいる、請求項１から７のいずれか一項に記載のインバータ装置。
9. 前記第１及び第２の磁性体の保磁力が互いに等しい又は近似する請求項１から８のいずれか一項に記載のインバータ装置。