CN116057387A - 电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流测量装置，电流测量装置(1～3)包括：第一传感器(SE1)，检测由流过被测量导体(MC)的电流(I)产生的直流磁场和低频的交流磁场；中空的磁屏蔽构件(12)，具有供被测量导体穿过的切口部(CP2)，在内部容纳第一传感器；固定机构(13)，以穿过磁屏蔽构件的切口部的被测量导体的中心与第一传感器的距离成为预先规定的基准距离(r)的方式固定被测量导体；以及第一运算部(21)，根据第一传感器的检测结果，求出流过被测量导体的电流。

Description

电流测量装置

技术领域

本发明涉及一种电流测量装置。

背景技术

以往，开发了能够以非接触方式测量流过被测量导体的电流的各种电流测量装置。作为这样的电流测量装置的代表性装置，例如可以列举CT(Current Transformer：变流器)方式的电流测量装置、零通量方式的电流测量装置、罗哥夫斯基方式的电流测量装置、霍尔元件方式的电流测量装置等。

例如，CT方式和零通量方式的电流测量装置将卷绕有线圈的磁芯设置在被测量导体的周围，以抵消由流过被测量导体(初级侧)的电流在磁芯中产生的磁通的方式检测流过线圈(次级侧)的电流，由此测量流过被测量导体的电流。此外，罗哥夫斯基方式的电流测量装置将罗哥夫斯基线圈(空心线圈)设置在被测量导体的周围，通过检测由流过被测量导体的交流电流产生的磁场与罗哥夫斯基线圈交链而在罗哥夫斯基线圈中感应的电压，测量流过被测量导体的电流。

在以下的专利文献1中，公开了零通量方式的电流测量装置的一例。此外，在以下的专利文献2中，公开了使用多个磁传感器的电流测量装置。具体地说，以下的专利文献2所公开的电流测量装置相对于被测量导体分别取不同的距离来配置两个磁传感器，根据这些磁传感器的输出来求出磁传感器与被测量导体的距离，并且使用所求出的距离来求出流过被测量导体的电流的大小。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2005-55300号

专利文献2：日本专利公开公报特开2011-164019号

然而考虑到在测量流过被测量导体的电流时，如果受到由流过被测量导体的电流产生的磁场以外的磁场(外部磁场)的影响，则电流的测量精度会恶化。此外考虑到如果能够以非接触方式测量流过被测量导体的电流，则能够简便且有效地进行电流的测量。而且考虑到如果是小型的，则也能够设置于微小空间。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体的电流的电流测量装置。

为了解决上述课题，本发明的一种方式的电流测量装置是测量流过被测量导体(MC)的电流(I)的电流测量装置(1～3)，包括：第一传感器(SE1)，检测由流过所述被测量导体的电流产生的直流磁场和低频的交流磁场；中空的磁屏蔽构件(12)，具有供所述被测量导体穿过的切口部(CP2)，在内部容纳所述第一传感器；固定机构(13)，以穿过所述磁屏蔽构件的所述切口部的所述被测量导体的中心与所述第一传感器的距离成为预先规定的基准距离(r)的方式固定所述被测量导体；以及，第一运算部(21)，根据所述第一传感器的检测结果，求出流过所述被测量导体的电流。

此外，本发明的一种方式的电流测量装置包括：传感器头(10、10A、10B)，具有所述第一传感器、所述磁屏蔽构件和所述固定机构；以及电路部(20、20A)，具有所述第一运算部。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述传感器头还包括第二传感器(SE2、SE3)，所述第二传感器(SE2、SE3)检测由流过所述被测量导体的电流产生的从低频到高频的交流磁场，所述电路部还包括：第二运算部(23)，根据所述第二传感器的检测结果，求出流过所述被测量导体的电流；以及合成部(24)，对所述第一运算部的运算结果和所述第二运算部的运算结果进行合成。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述第二传感器包括罗哥夫斯基传感器(SE2)，所述罗哥夫斯基传感器(SE2)卷绕在穿过所述磁屏蔽构件的所述切口部的所述被测量导体的周围。

或者在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述第二传感器包括容纳在所述磁屏蔽构件的内部的线圈(SE3)。

在此，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述线圈以感磁方向成为穿过所述切口部的所述被测量导体的切线方向的方式配置在所述磁屏蔽构件的内部。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，在所述磁屏蔽构件的内部，在所述切口部与所述第一传感器之间形成有梁构件(BM)。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述第一传感器以感磁方向成为穿过所述切口部的所述被测量导体的切线方向的方式配置在所述磁屏蔽构件的内部。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述磁屏蔽构件的厚度设定为即使能够由所述电流测量装置测量的最大电流流过所述被测量导体也不会磁饱和。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述第一运算部通过计算所述第一传感器的检测结果与根据所述基准距离唯一确定的常数之积，求出流过所述被测量导体的电流。

此外，本发明的一种方式的电流测量装置还包括输出部，所述输出部将由所述第一运算部求出的流过所述被测量导体的电流的测量结果输出到外部。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述电路部与所述传感器头分离，经由电缆与所述传感器头连接。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述合成部包括：低通滤波器(24a)，从所述第一运算部的运算结果中除去高频成分并使低频成分通过；高通滤波器(24b)，从所述第二运算部的运算结果中除去低频成分并使高频成分通过；信号电平调整部(24c)，调整从所述低通滤波器输出的信号的电平；以及加法部(24d)，将通过所述信号电平调整部调整了电平的信号与从所述高通滤波器输出的信号相加。

此外，在本发明的一种方式的电流测量装置中，所述梁构件的粗细设定为与所述磁屏蔽构件的厚度同等以上，使得即使能够由所述电流测量装置测量的最大电流流过所述被测量导体也不会磁饱和。

根据本发明，具有能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体的电流的效果。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电流测量装置的外观立体图。

图2是本发明的第一实施方式的电流测量装置所具备的传感器头的立体透视图。

图3A是表示本发明的第一实施方式的电流测量装置所具备的磁屏蔽件的图。

图3B是表示本发明的第一实施方式的电流测量装置所具备的磁屏蔽件的图。

图4是表示本发明的第一实施方式中的SN比的模拟结果的图。

图5是表示本发明的第一实施方式的电流测量装置的要部构成的框图。

图6是本发明的第二实施方式的电流测量装置的外观图。

图7是表示本发明的第二实施方式的电流测量装置的要部构成的框图。

图8A是用于说明在本发明的第二实施方式中由电路部的合成部进行的处理的图。

图8B是用于说明在本发明的第二实施方式中由电路部的合成部进行的处理的图。

图8C是用于说明在本发明的第二实施方式中由电路部的合成部进行的处理的图。

图9是本发明的第三实施方式的电流测量装置的外观图。

图10是本发明的第三实施方式的电流测量装置所具备的传感器头的磁屏蔽件的剖面向视图。

图11A是表示本发明的第四实施方式的电流测量装置的传感器头上设置的磁屏蔽件的结构的图。

图11B是表示本发明的第四实施方式的电流测量装置的传感器头上设置的磁屏蔽件的结构的图。

图11C是表示本发明的第四实施方式的电流测量装置的传感器头上设置的磁屏蔽件的结构的图。

图11D是表示本发明的第四实施方式的电流测量装置的传感器头上设置的磁屏蔽件的结构的图。

图12A是表示本发明的第四实施方式中的磁通密度分布的模拟结果的图。

图12B是表示本发明的第四实施方式中的磁通密度分布的模拟结果的图。

图13是表示本发明的第四实施方式中的SN比的模拟结果的图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式的电流测量装置。以下，首先对本发明的实施方式的概要进行说明，接着对本发明的各实施方式的详细情况进行说明。

[概要]

本发明的实施方式能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体的电流。具体地说，在电流测量时能够设置于微小空间，能够以非接触方式高精度地测量直流电流和到数十[MHz]左右为止的交流电流。

近年，在混合动力汽车(HV：Hybrid Vehicle)、电动汽车(EV：Electric Vehicle)的开发过程中，存在想要测量在电池与动力单元之间、在转换器与逆变器之间流动的大电流的要求。此外，近年来，追求短时间内的加速等，所使用的电流的上限值变高，因此存在布线变粗的倾向。另一方面，为了实现乘车空间的扩大和轻量化，正在推进设备类的省空间化、集成化、小型化。因此，设备类和连接布线密集，难以确保配置电流传感器的空间。在这种状况下，期望能够以非接触方式高精度地测量流过周边空间有限的布线的直流电流和交流电流的电流测量装置。

但是，上述专利文献1所公开的零通量方式的电流测量装置需要将具有某种程度的大小(例如直径20[cm]左右)的磁芯设置在被测量导体的周围，因此难以设置在狭窄的场所。此外，上述罗哥夫斯基方式的电流测量装置检测在罗哥夫斯基线圈中感应的电压，因此在原理上不能进行直流电流的测量。此外，在低频区域中，输出信号微弱且相位偏移，因此测量精度差。此外，上述专利文献1、2所公开的电流测量装置受到由流过被测量导体的电流产生的磁场以外的磁场(外部磁场)的影响，因此测量精度差。

在本发明的实施方式中设置有：第一传感器，检测由流过被测量导体的电流产生的直流磁场和低频的交流磁场；中空的磁屏蔽构件，具有供被测量导体穿过的切口部，在内部容纳第一传感器；固定机构，以使穿过磁屏蔽构件的切口部的被测量导体与第一传感器的距离成为预先规定的基准距离的方式固定被测量导体；以及第一运算部，根据第一传感器的检测结果，求出流过被测量导体的电流。由此，能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体的电流。

[第一实施方式]

<电流测量装置的结构>

图1是本发明的第一实施方式的电流测量装置的外观立体图。如图1所示，本实施方式的电流测量装置1包括由电缆CB连接的传感器头10和电路部20，以非接触方式测量流过被测量导体MC的电流I。另外，被测量导体MC例如是功率半导体的引脚、母线等任意的导体。以下，为了简化说明，被测量导体MC是圆柱形状的导体。

另外，在以下的说明中，根据需要，参照设定在图中的XYZ正交坐标系，说明各构件的位置关系。在图1所示的XYZ正交坐标系中，X轴设定为被测量导体MC的长边方向(电流I的方向)，Y轴设定为水平方向，Z轴设定为铅垂方向。但是，为了便于说明，各图所示的XYZ正交坐标系的原点不固定，按每个图适当变更其位置。

传感器头10是用于以非接触方式测量流过被测量导体MC的电流I的构件。该传感器头10可以说是用作用于以非接触方式测量流过被测量导体MC的电流I的探头。另外，为了在被测量导体MC的周边空间有限的状况下也能够进行电流I的测量，传感器头10优选尽可能小型化。

如图1所示，在进行流过被测量导体MC的电流I的测量的情况下，传感器头10相对于被测量导体MC固定配置。即，传感器头10成为与被测量导体MC物理接触的状态。但是，传感器头10与被测量导体MC电绝缘，所以流过被测量导体MC的电流I不会流入传感器头10。因此，可以认为传感器头10是用于以非接触方式测量流过被测量导体MC的电流I的构件。

图2是本发明的第一实施方式的电流测量装置所具备的传感器头的立体透视图。如图2所示，传感器头10包括壳体11、磁屏蔽件12(磁屏蔽构件)和固定机构13。壳体11是组合第一壳体11a和第二壳体11b而成、且是在-Z侧形成有切口部CP1的长方体形状的中空构件。壳体11(第一壳体11a和第二壳体11b)由不会对由电流I生成的磁场产生影响的材质(例如树脂等非磁性材料)形成。壳体11在内部容纳磁屏蔽件12和固定机构13。

切口部CP1在壳体11的-Z侧形成为从+X侧的端部到达-X侧的端部。该切口部CP1用于能够将被测量导体MC的一部分配置在壳体11的内部。另外，图2所例示的切口部CP1在X轴方向上观察时的形状为大致倒U形状。切口部CP1形成为从壳体11的+X侧的端部到达-X侧的端部，因此能够容易将被测量导体MC的一部分配置在壳体11的内部。即，仅通过以切口部CP1与被测量导体MC平行的方式使切口部CP1朝向被测量导体MC来配置传感器头10并使传感器头10向被测量导体MC移动，就能够容易将被测量导体MC的一部分配置在壳体11的内部。

图3A～图3C是表示本发明的第一实施方式的电流测量装置所具备的磁屏蔽件的图。另外，图3A是磁屏蔽件12的外观立体图，图3B是沿着图3A中的A-A线的剖面向视图。如图3A所示，磁屏蔽件12由第一屏蔽构件12a和第二屏蔽构件12b组合而成，且是在-Z侧形成有切口部CP2的长方体形状的中空构件。磁屏蔽件12(第一屏蔽构件12a和第二屏蔽构件12b)由保持力小且导磁率高的软磁性体(例如坡莫合金等)形成。该磁屏蔽件12是为了屏蔽由流过被测量导体MC的电流I产生的磁场(信号磁场)以外的磁场(外部磁场)而提高电流I的测量精度而设置的。

切口部CP2在磁屏蔽件12的-Z侧形成为从+X侧的端部到达-X侧的端部。该切口部CP2是为了在进行流过被测量导体MC的电流I的测量时将被测量导体MC的一部分配置在磁屏蔽件12的内部而设置的。即，切口部CP2是为了将被测量导体MC的一部分配置在外部磁场被屏蔽的磁屏蔽件12的内部而设置的。切口部CP2设定为在X轴方向上观察时的形状和大小与形成于壳体11的切口部CP1的形状和大小相同(或者大致相同)。磁屏蔽件12以在X轴方向上观察时切口部CP2与壳体11的切口部CP1重叠的方式容纳在壳体11内。

以即使能够由电流测量装置1测量的最大电流(上限电流：例如有效值为1000[A])流过被测量导体MC也不会产生磁饱和的方式设定磁屏蔽件12的厚度。磁屏蔽件12例如可以使用具有不产生上述磁饱和的厚度的软磁性体来制作，也可以使用重叠多个厚度薄的软磁性体而成为不产生上述磁饱和的厚度的层叠体来制作。或者，磁屏蔽件12也可以通过铸造或切削等制作具有不产生上述磁饱和的厚度的磁屏蔽件12。

如图3B所示，磁屏蔽件12在内部容纳磁传感器SE1(第一传感器)。将磁传感器SE1设置在磁屏蔽件12的内部是为了通过在排除了外部磁场的影响的状态下检测信号磁场而提高电流I的测量精度。磁传感器SE1检测由流过被测量导体MC的电流I产生的直流磁场和低频(例如数[kHz]左右为止)的交流磁场。例如，在流过被测量导体MC的电流I为直流电流的情况下，检测图3B中所示的磁场H。

磁传感器SE1由于用于测量流过被测量导体MC的电流I，因此要求响应性。磁传感器SE1例如优选延迟时间小于1[msec]。磁传感器SE1只要响应速度足够快，则可以是模拟传感器，也可以是数字传感器。磁传感器SE1的检测轴优选为三轴以上，但是也可以是一轴或两轴。在磁传感器SE1的检测轴为两轴以下的情况下，磁传感器SE1在磁屏蔽件12内配置成在传感器头10通过固定机构13固定于被测量导体MC时使检测轴(感磁方向)成为由电流I生成的磁场的方向(被测量导体MC的切线方向)。通过以上述方式配置磁传感器SE1，能够减小从切口部CP2流入到磁屏蔽件12内的外部磁场对磁传感器SE1造成的影响。

为了确保电流测量装置1的测量精度，磁传感器SE1使用噪声小的。例如，磁传感器SE1使用在磁传感器SE1的检测结果中包含的噪声成分的大小为电流测量装置1的测量范围的0.1％左右的。另外，作为磁传感器SE1，例如可以使用霍尔元件、磁阻效应元件等。

磁传感器SE1在磁屏蔽件12内设置在信号磁场与外部磁场的强度比(SN比(信噪比))为100比1左右以上的位置。图4是表示本发明的第一实施方式中的SN比的模拟结果的图。另外，在图4所示的曲线图中，横轴为距被测量导体MC的中心的Z方向的距离，纵轴为SN比(对数)。

另外，如三相交流那样，图4所示的模拟结果是与被测量导体MC相邻地存在其他导体的情况下的，所述其他导体中流过与流过被测量导体MC的电流I同等大小的电流。在图4中，由实线表示的曲线是设置有磁屏蔽件12时的模拟结果，由虚线表示的曲线是省略了磁屏蔽件12时的模拟结果。此外，如图4所示，在模拟中，将被测量导体MC的半径设定为5[mm]。

参照图4，可知SN比在设置有磁屏蔽件12时远高于省略磁屏蔽件12时。此外，SN比随着距被测量导体MC的距离(距被测量导体MC的中心的距离)变长而逐渐降低。在图4所示的模拟结果中，如果距被测量导体MC的中心的距离在5～8[mm]以内，则SN比为100比1以上。磁传感器SE1例如在磁屏蔽件12内设置在距被测量导体MC的中心的Z方向的距离为8[mm]的位置。

固定机构13是用于相对于被测量导体MC固定传感器头10的机构，如图2所示配置在磁屏蔽件12的+X侧。与被测量导体MC的直径无关，该固定机构13以被测量导体MC的中心与磁传感器SE1的距离成为预先规定的基准距离r的方式固定被测量导体MC。例如，固定机构13以被测量导体MC的中心与磁传感器SE1的距离成为8[mm]的方式固定被测量导体MC。

通过固定机构13将磁传感器SE1相对于被测量导体MC的距离设为上述基准距离r是为了仅使用磁传感器SE1的检测结果来求出流过被测量导体MC的电流I。即，通过磁传感器SE1的检测结果与根据基准距离r唯一确定的常数之积来求出流过被测量导体MC的电流I。如果通过固定机构13将磁传感器SE1相对于被测量导体MC的距离设为基准距离r，则仅使用磁传感器SE1的测量结果来求出流过被测量导体MC的电流I。

如图2所示，固定机构13是包括一对引导构件13a、一对固定用臂13b、左右螺钉13c和旋钮构件13d的带有引导件的螺钉机构。另外，构成固定机构13的构件(一对引导构件13a、一对固定用臂13b、左右螺钉13c和旋钮构件13d)例如由树脂等非磁性材料形成。

引导构件13a是用于在Y方向上引导固定用臂13b的圆柱形状的构件。一对引导构件13a在Z方向上隔开一定的间隔以长边方向沿着Y方向的方式配置。固定用臂13b是四棱柱形状的构件，形成有V形槽状的把持部GR、供引导构件13a穿过的引导孔、以及供左右螺钉13c穿过的螺纹孔。一对固定用臂13b以将把持部GR对置的方式配置，引导构件13a穿过引导孔，并且左右螺钉13c与螺纹孔螺纹连接。

左右螺钉13c例如是从中央部向右侧(+Y侧)设置有右螺钉并从中央部向左侧(-Y侧)设置有左螺钉的圆柱形状的螺钉。旋钮构件13d是安装于左右螺钉13c的一端部(+Y侧的端部)的圆柱形状的构件，通过用户的操作使左右螺钉13c绕轴旋转。如果通过旋钮构件13d的操作使左右螺钉13c绕轴向一个方向旋转，则一对固定用臂13b以相互分离的方式在Y方向上移动。相对于此，如果通过旋钮构件13d的操作使左右螺钉13c绕轴向另一个方向旋转，则一对固定用臂13b以相互接近的方式在Y方向上移动。

在此，在被测量导体MC固定于传感器头10的情况下，被测量导体MC成为被形成于一对固定用臂13b的V槽状的把持部GR夹持的状态。如果被测量导体MC被把持部GR夹持，则Y方向的位置和Z方向的位置被限制，被测量导体MC的中心的Y方向的位置和Z方向的位置与被测量导体MC的直径无关而成为相同的位置。由此，与被测量导体MC的直径无关，被测量导体MC以被测量导体MC的中心与磁传感器SE1的距离成为预先规定的基准距离r的方式固定于传感器头10。

图1所示的电路部20基于从传感器头10输出的检测结果(磁传感器SE1的检测结果)，测量流过被测量导体MC的电流I。电路部20向外部输出或显示电流I的测量结果。作为连接传感器头10和电路部20的电缆CB能够使用任意的电缆，但是优选具有柔性的电缆，此外，优选容易布置的电缆，另外，优选难以产生断线的电缆。

图5是示出本发明的第一实施方式的电流测量装置的要部构成的框图。另外，在图5中，对与图1所示的构成对应的模块标注相同的附图标记。以下，主要参照图5，对电路部20的内部构成的详细情况进行说明。如图2所示，电路部20包括运算部21(第一运算部)和输出部22。

运算部21根据磁传感器SE1的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流I。在此，如上所述，磁传感器SE1检测直流磁场和低频的交流磁场，因此由运算部21求出的电流I是直流和低频的成分。在运算部21中预先存储有表示上述基准距离r的距离信息。运算部21通过计算磁传感器SE1的检测结果(磁场H)与根据基准距离r唯一确定的常数之积，求出流过被测量导体MC的电流I。

输出部22将由运算部21计算出的电流I的测量结果输出到外部。另外，输出部22例如可以包括将表示电流I的测量结果的信号输出到外部的输出端子，也可以包括向外部显示电流I的测量结果的显示装置(例如液晶显示装置)。

在此，如图1所示，电路部20与传感器头10分离，经由电缆CB与传感器头10连接。通过这样的结构，能够使磁场检测功能(磁传感器SE1)与运算功能(运算部21和输出部22)分离。由此，传感器头10的布置变得容易，例如也能够容易进行传感器头10向狭窄的场所的设置。此外，能够避免运算功能设置在传感器头10内时产生的各种问题(例如温度特性、绝缘耐性)等，由此能够扩大电流测量装置1的用途。

<电流测量装置的动作>

接着，说明使用电流测量装置1测量流过被测量导体MC的电流I时的动作。首先，电流测量装置1的用户为了测量流过被测量导体MC的电流I，如图1所示，进行将传感器头10固定于被测量导体MC的作业。

具体地说，电流测量装置1的用户进行如下作业：以切口部CP1与被测量导体MC平行的方式使切口部CP1朝向被测量导体MC来配置传感器头10，并且使传感器头10向被测量导体MC移动。由此，被测量导体MC的一部分配置在传感器头10的壳体11的内部。电流测量装置1的用户进行如下作业：操作固定机构13的旋钮构件13d，使一对固定用臂13b向相互接近的方向移动，成为由一对固定用臂13b的把持部GR夹持被测量导体MC的状态。

如果进行以上的作业，则被测量导体MC通过固定机构13固定于传感器头10，并且被测量导体MC部成为穿过设置于传感器头10的磁屏蔽件12的切口部CP2的状态。另外，在该状态下，磁传感器SE1相对于穿过磁屏蔽件12的切口部CP2的被测量导体MC的距离设定为基准距离r。

如果以上的作业结束，则进行测量流过被测量导体MC的电流I的处理。具体地说，首先，通过磁传感器SE1进行检测由流过被测量导体MC的电流I形成的磁场的处理。接着，在运算部21进行根据磁传感器SE1的检测结果求出流过被测量导体MC的电流I的处理。具体地说，在运算部21中进行如下处理：通过计算存储于自身的常数(根据基准距离r唯一确定的常数)与磁传感器SE1的检测结果(磁场H)之积，求出流过被测量导体MC的电流I(直流和低频的成分)。如果以上的处理结束，则通过输出部22进行输出表示由运算部21求出的电流I的信息的处理。以上的处理连续或以一定周期(例如1秒)反复进行。

如上所述，在本实施方式中包括：中空的磁屏蔽件12，具有供被测量导体MC穿过的切口部CP2，在内部容纳磁传感器SE1；固定机构13，以被测量导体MC的中心与磁屏蔽件12的距离成为预先规定的基准距离r的方式固定被测量导体MC；以及运算部21，根据磁传感器SE1的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流。因此，在本实施方式中，能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体MC的电流I(直流和低频的成分)。

[第二实施方式]

<电流测量装置的结构>

图6是本发明的第二实施方式的电流测量装置的外观图。如图6所示，本实施方式的电流测量装置2包括由电缆CB连接的传感器头10A和电路部20A，以非接触方式测量流过被测量导体MC的电流I。另外，被测量导体MC例如是功率半导体的引脚、母线等任意的导体，但是在本实施方式中，为了简化说明，被测量导体MC是圆柱形状的导体。

传感器头10A是在第一实施方式的传感器头10上追加了罗哥夫斯基传感器SE2(第二传感器)的结构。上述第一实施方式的电流测量装置1测量流过被测量导体MC的电流I的直流和低频的成分。相对于此，本实施方式的电流测量装置2除了能够测量流过被测量导体MC的电流I的直流和低频的成分以外，还能够测量从低频到高频的成分。

罗哥夫斯基传感器SE2检测由流过被测量导体MC的电流I产生的从低频(例如数[kHz])到高频(例如数十[MHz])的交流磁场。罗哥夫斯基传感器SE2是使用罗哥夫斯基线圈(空心线圈)的传感器，配置成包围被测量导体MC的周围的状态。另外，罗哥夫斯基传感器SE2为了容易配置在被测量导体MC的周围，其一端部E1构成为能够相对于传感器头10A装拆。

电路部20A基于从传感器头10A输出的检测结果(磁传感器SE1和罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果)，测量流过被测量导体MC的电流I。电路部20A向外部输出或显示电流I的测量结果。电缆CB与第一实施方式同样，优选具有柔性的电缆，此外，优选容易布置的电缆，另外，优选难以产生断线的电缆。

图7是表示本发明的第二实施方式的电流测量装置的要部构成的框图。另外，在图7中，对与图5所示的构成对应的模块标注相同的附图标记。以下，主要参照图7，对电路部20A的内部构成的详细情况进行说明。如图7所示，电路部20A除了运算部21和输出部22以外，还包括运算部23(第二运算部)和合成部24。

运算部23根据罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流I。在此，如上所述，罗哥夫斯基传感器SE2是检测从低频到高频的交流磁场的，因此由运算部23求出的电流I是从低频到高频的成分。罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果表示由在流过被测量导体MC的电流I(交流电流)的周围产生的交流磁场在罗哥夫斯基线圈中感应的电压。运算部23通过进行将罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果(电压)转换为电流值的运算，求出流过被测量导体MC的电流I。

合成部24对运算部21的运算结果和运算部23的运算结果进行合成。具体地说，合成部24包括低通滤波器24a、高通滤波器24b、信号电平调整部24c和加法部24d。低通滤波器24a从运算部21的运算结果中除去高频成分并使低频成分通过，成为适合于后述的合成处理的期望的频率特性的信号。高通滤波器24b从运算部23的运算结果中除去低频成分并使高频成分通过，成为适合于后述的合成处理的期望的频率特性的信号。

信号电平调整部24c调整从低通滤波器24a输出的信号的电平。例如，在有效值相同的直流电流和交流电流流过被测量导体MC的情况下，信号电平调整部24c调整从低通滤波器24a输出的信号的信号电平成为与从高通滤波器24b输出的信号的信号电平相同。作为该信号电平调整部24c，例如可以使用可变电阻。

另外，在本实施方式中包括仅调整从低通滤波器24a输出的信号的电平的信号电平调整部24c，但是本发明并不限定于此。例如，可以代替信号电平调整部24c具备或在信号电平调整部24c的基础上具备调整从高通滤波器24b输出的信号的电平的信号电平调整部。或者，也可以具备能够分别调整第一信号的电平和第二信号的电平的信号电平调整部。

加法部24d将通过信号电平调整部24c调整了信号电平的信号与从高通滤波器24b输出的信号相加。通过信号电平调整部24c调整了信号电平的信号是表示电流I的直流和低频的成分的信号。从高通滤波器24b输出的信号是表示电流I的高频成分的信号。因此，通过将它们相加，能够得到表示直流和到高频为止的交流成分的信号。

图8A～图8C是用于说明在本发明的第二实施方式中由电路部的合成部进行的处理的图。另外，图8A是表示低通滤波器24a的滤波器特性的一例的图。图8B是表示高通滤波器24b的滤波器特性的一例的图。图8C是表示合成部的频率特性的一例的图。

如图8A、图8B所示，低通滤波器24a和高通滤波器24b的截止频率均为fc。即，低通滤波器24a具有如下特性：大致除去比截止频率fc高的频率成分，并且使比截止频率fc低的频率成分通过。此外，高通滤波器24b具有如下特性：大致除去比截止频率fc低的频率成分，并且使比截止频率fc高的频率成分通过。

如图8C所示，合成部24的频率特性可以说是图8A所示的特性和图8B所示的特性在截止频率fc及其附近被合成为平坦的特性。即，合成部24的频率特性成为从低频到高频的交流电流的有效值平坦的特性，直流电流的有效值(电流值)成为与在该频率特性中的平坦的交流电流的有效值大致一致的值。

在此，为了使由合成部24合成的信号(电流I的测量结果)成为再现流过被测量导体MC的电流I的信号，磁传感器SE1的延迟时间t_delay与上述截止频率fc的关系需要满足t_delay<(1/fc)×(1/100)的关系。另外，上述延迟时间t_delay是从流过被测量导体MC的电流变化起(即从施加于磁传感器SE1的磁场变化起)到磁传感器SE1输出检测结果为止所需的时间。

输出部22将由合成部24合成的信号(电流I的测量结果)输出到外部。另外，输出部22与第一实施方式同样，例如可以包括将表示电流I的测量结果的信号输出到外部的输出端子，也可以包括向外部显示电流I的测量结果的显示装置(例如液晶显示装置)。

在此，如图7所示，电路部20A与传感器头10A分离，经由电缆CB与传感器头10A连接。通过这样的结构，能够使磁场检测功能(磁传感器SE1、罗哥夫斯基传感器SE2)与运算功能(运算部21、23、合成部24和输出部22)分离。由此，传感器头10A的布置变得容易，例如也能够容易进行传感器头10A向狭窄的场所的设置。此外，能够避免运算功能设置在传感器头10A内时产生的各种问题(例如温度特性、绝缘耐性)等，由此能够扩大电流测量装置2的用途。

<电流测量装置的动作>

接着，说明使用电流测量装置2测量流过被测量导体MC的电流I时的动作。首先，电流测量装置2的用户为了测量流过被测量导体MC的电流I，与第一实施方式同样，进行通过固定机构13将传感器头10A固定于被测量导体MC的作业。如果进行以上的作业，则与第一实施方式同样，被测量导体MC通过固定机构13固定于传感器头10A，磁传感器SE1相对于被测量导体MC的距离设定为基准距离r。

此外，如图6所示，电流测量装置2的用户进行将罗哥夫斯基传感器SE2配置成包围被测量导体MC周围的状态的作业。此时，电流测量装置2的用户根据需要进行如下作业：将罗哥夫斯基传感器SE2的一端部E1从传感器头10A拆下，并且将上述传感器头10A固定于被测量导体MC。并且，也可以在作业结束后，将罗哥夫斯基传感器SE2配置成上述状态之后，将罗哥夫斯基传感器SE2的一端部E1安装于传感器头10A。

如果以上的作业结束，则进行测量流过被测量导体MC的电流I的处理。具体地说，首先，进行如下处理：通过磁传感器SE1和罗哥夫斯基传感器SE2，检测由流过被测量导体MC的电流I形成的磁场。接着，运算部21、23进行如下处理：根据磁传感器SE1和罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流I。具体地说，在运算部21中进行如下处理：通过计算存储于自身的常数(根据基准距离r唯一确定的常数)与磁传感器SE1的检测结果(磁场H)之积，求出流过被测量导体MC的电流I(直流和低频的成分)。此外，在运算部23中进行如下处理：通过进行将罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果(电压)转换为电流值的运算，求出流过被测量导体MC的电流I(从低频到高频的成分)。

接着，通过合成部24进行对由运算部21、23计算出的电流进行合成的处理。具体地说，首先，运算部21的运算结果输入到低通滤波器24a而除去高频成分，运算部23的运算结果输入到高通滤波器24b而除去低频成分。接着，通过信号电平调整部24c进行如下处理：调整从低通滤波器24a输出的信号(通过了低通滤波器24a的低频成分)和从高通滤波器24b输出的信号(通过了高通滤波器24b的高频成分)的电平。

并且，通过加法部24d进行将由信号电平调整部24c调整了信号电平的信号与从高通滤波器24b输出的信号相加的处理。由此，将由运算部21、23计算出的电流合成。如果以上的处理结束，则从输出部22输出由合成部24合成的电流。以上的处理连续或以一定周期(例如1秒)反复进行。

如上所述，在本实施方式中设置有：磁传感器SE1，容纳于磁屏蔽件12，检测由流过被测量导体MC的电流产生的直流磁场和低频的交流磁场；以及罗哥夫斯基传感器SE2，检测由流过被测量导体MC的电流产生的从低频到高频的交流磁场。并且，根据磁传感器SE1的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流(直流电流和低频的交流电流)，根据罗哥夫斯基传感器SE2的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流(从低频到高频)，并且将各个运算结果合成。因此，在本实施方式中，能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体MC的电流I(直流和低频的成分以及从低频到高频的成分)。

[第三实施方式]

<电流测量装置的结构>

图9是本发明的第三实施方式的电流测量装置的外观图。如图9所示，本实施方式的电流测量装置3是将图6所示的电流测量装置2所具备的传感器头10A替换为传感器头10B的结构。本实施方式的电流测量装置3与第二实施方式的电流测量装置2同样，除了能够测量流过被测量导体MC的电流I的直流和低频的成分以外，还能够测量从低频到高频的成分。

图10是本发明的第三实施方式的电流测量装置所具备的传感器头的磁屏蔽件的剖面向视图。另外，图10相当于图3B所示的剖面向视图。传感器头10B是如下结构：省略第二实施方式的传感器头10A的罗哥夫斯基传感器SE2，取而代之设置有线圈SE3(第二传感器)。

线圈SE3与罗哥夫斯基传感器SE2同样，检测由流过被测量导体MC的电流I产生的从低频(例如数[kHz])到高频(例如数十[MHz])的交流磁场。线圈SE3根据能够由电流测量装置3测量的最大电流(上限电流)和能够由电流测量装置3测量的最大频率来设计，如图10所示，容纳在磁屏蔽件12的内部。

具体地说，线圈SE3在磁屏蔽件12内配置成在传感器头10B通过固定机构13固定于被测量导体MC时使检测轴(感磁方向)成为由电流I生成的磁场的方向(被测量导体MC的切线方向)。通过以上述方式配置线圈SE3，能够减小从切口部CP2流入到磁屏蔽件12内的外部磁场对线圈SE3造成的影响。在图10所示的例子中，线圈SE3在磁屏蔽件12的内部，配置在与被测量导体MC的中心的距离比磁传感器SE1与被测量导体MC的中心的距离长的位置。另外，传感器头10B的内部中的线圈SE3的位置并不限定于图10所例示的位置，也可以设置在与图10所例示的位置不同的位置。

电路部20A是与第二实施方式的电流测量装置2所具备的电路部20A相同的结构。本实施方式的电流测量装置3的电路构成只要将图7所示的罗哥夫斯基传感器SE2替换为线圈SE3、将传感器头10A替换为传感器头10B即可。电缆CB与第一、第二实施方式同样，优选具有柔性的电缆，此外，优选容易布置的电缆，另外，优选难以产生断线的电缆。

<电流测量装置的动作>

本实施方式的电流测量装置3的动作基本上与第二实施方式的电流测量装置2的动作相同，因此省略详细说明。另外，在本实施方式中，省略了第二实施方式的电流测量装置2所具备的罗哥夫斯基传感器SE2，因此省略在第二实施方式中进行的罗哥夫斯基传感器SE2的配置作业(将罗哥夫斯基传感器SE2配置成包围被测量导体MC周围的状态的作业)。

如上所述，在本实施方式中，在磁屏蔽件12的内部容纳有：磁传感器SE1，检测由流过被测量导体MC的电流产生的直流磁场和低频的交流磁场；以及线圈SE3，检测由流过被测量导体MC的电流产生的从低频到高频的交流磁场。并且，根据磁传感器SE1的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流(直流电流和低频的交流电流)，根据线圈SE3的检测结果，求出流过被测量导体MC的电流(从低频到高频)，并且将各个运算结果合成。因此，在本实施方式中，能够以小型且非接触方式高精度地测量流过被测量导体MC的电流I(直流和低频的成分以及从低频到高频的成分)。

此外，在本实施方式中，包括容纳在磁屏蔽件12的内部的线圈SE3来代替第二实施方式的电流测量装置2所具备的罗哥夫斯基传感器SE2。因此，能够省略第二实施方式所需的罗哥夫斯基传感器SE2的配置作业(将罗哥夫斯基传感器SE2配置成包围被测量导体MC周围的状态的作业)，并且能够使传感器头进一步小型化。

[第四实施方式]

本发明的第四实施方式的电流测量装置在上述第一～第三实施方式的电流测量装置1～3所具备的传感器头10、10A、10B的磁屏蔽件12的内部设置有梁构件BM。这样的电流测量装置提高磁屏蔽件12内的SN比，实现测量精度的提高。另外，以下，以在第一实施方式的电流测量装置1所具备的传感器头10的磁屏蔽件12的内部设置有梁构件BM的结构为例进行说明。

图11A～图11D是表示本发明的第四实施方式的电流测量装置的传感器头上设置的磁屏蔽件的结构的图。图11A是磁屏蔽件12的外观立体图，图11B是磁屏蔽件12的剖面向视图，图11C、图11D是例示设置在磁屏蔽件12的内部的梁构件BM的立体图。另外，图11B相当于图3B所示的剖面向视图。

梁构件BM例如由与磁屏蔽件12相同的材质(例如坡莫合金等)形成。梁构件BM的粗细设定为与磁屏蔽件12的厚度同等以上，使得即使能够由电流测量装置1测量的最大电流(上限电流)流过被测量导体MC也不会磁饱和。另外，梁构件BM也可以通过与磁屏蔽件12相同的制法制作。

此外，梁构件BM可以与磁屏蔽件12一体形成，也可以与磁屏蔽件12分体形成。在梁构件BM与磁屏蔽件12分体形成的情况下，例如，能够使用图11C或图11D所示的梁构件BM。图11C所示的梁构件BM是如下构件：由四棱柱状的梁部bm以及设置于梁部bm的两端的一对柱状的支承部sp构成。图11D所示的梁构件BM是如下构件：由四棱柱状的梁部bm、设置于梁部bm的两端的一对柱状的支承部sp以及连接支承部sp的另一端彼此的连接部cn构成。

梁构件BM例如以四棱柱状的梁部bm在磁传感器SE1的-Z侧(磁传感器SE1与切口部CP2之间)沿X方向延伸的方式配置在磁屏蔽件12的内部。此时，梁构件BM的梁部bm的两端部(一对柱状的支承部sp)分别与第一屏蔽构件12a和第二屏蔽构件12b的内壁接触。另外，梁构件BM不一定需要配置成梁部bm在X方向上延伸。例如，梁构件BM也可以配置成梁部bm在Y方向上延伸。

图12A和图12B是表示本发明的第四实施方式中的磁通密度分布的模拟结果的图。具体地说，图12所示的模拟结果是通过模拟而求出存在Z轴方向的外部磁场EM时的磁屏蔽件12内的磁通密度的结果。图12A表示未设置梁构件BM的例子，图12B表示设置有梁构件BM的例子。

参照图12A，未设置梁构件BM时的磁屏蔽件12内的磁通密度分布大致为磁通密度以被测量导体MC为中心、随着远离被测量导体MC而逐渐降低的椭圆形状的分布。相对于此，参照图12B，在设置有梁构件BM时的磁屏蔽件12内的磁通密度分布中，在梁构件BM的+Z侧出现磁通密度降低的区域R1。

图13是表示本发明的第四实施方式中的SN比的模拟结果的图。另外，图13所示的曲线图与图4所示的曲线图同样，横轴为距被测量导体MC的中心的Z方向的距离，纵轴为SN比(对数)。另外，如图13所示，在模拟中，将被测量导体MC的半径设定为5[mm]，将粗细为2[mm]的梁构件BM设定在从被测量导体MC的中心离开6[mm]的位置。

参照图13，可知在省略了梁构件BM的情况下，SN比随着距被测量导体MC的距离(距被测量导体MC的中心的距离)变长而逐渐降低。相对于此，可知在设置有梁构件BM的情况下，在距被测量导体MC的中心的距离为11.5[mm]附近的位置，出现SN急剧上升而成为100比1以上的部位。由此，通过在该部位配置磁传感器SE1，能够实现测量精度的提高。

以上，说明了本发明的实施方式的电流测量装置，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在本发明的范围内自由地变更。例如，上述实施方式中的电流测量装置通过电缆CB连接了传感器头和电路部，但是也可以将电路部的功能设置于传感器头，使传感器头与电路部一体化。

此外，在上述实施方式中，以传感器头的固定机构13是带有引导件的螺钉机构的情况为例进行了说明，但是固定机构13并不限定于带有引导件的螺钉机构。与被测量导体MC的直径无关，固定机构13只要能够以被测量导体MC的中心与磁传感器SE1的距离成为预先规定的基准距离r的方式固定被测量导体MC，则能够采用任意的机构。例如，能够采用以夹持被测量导体MC的侧面的方式构成的树脂制的板簧等。

此外，在上述实施方式中，说明了传感器头的固定机构13配置在磁屏蔽件12的+X侧的例子。但是，固定机构13可以配置在磁屏蔽件12的-X侧，或者也可以配置在磁屏蔽件12的内部。

在本说明书中“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、纵、横、行和列”等表示方向的术语是指本发明的装置中的这些方向。因此，本发明的说明书中的这些术语应在本发明的装置中相对地解释。

“构成”这样的术语构成为用于执行本发明的功能，或者用于表示装置的构成、要素、部分。

此外，在权利要求中表述为“手段加功能”的术语应当包括能够用于执行包含于本发明的功能的任何结构。

“单元”这样的术语用于表示构成要素、单元、硬件、为了执行所希望的功能而编程的软件的一部分。硬件的典型例是设备、电路，但是并不限于此。

以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施例。能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。本发明不由上述说明限定而仅由所附的权利要求书限定。

附图标记说明

1～3电流测量装置

10、10A、10B传感器头

12磁屏蔽件

13固定机构

20、20A电路部

21、23运算部

24合成部

BM梁构件

CP2切口部

I电流

MC被测量导体

r基准距离

SE1磁传感器

SE2罗哥夫斯基传感器

SE3线圈

Claims (14)

1.一种电流测量装置，测量流过被测量导体的电流，所述电流测量装置的特征在于包括：

第一传感器，检测由流过所述被测量导体的电流产生的直流磁场和低频的交流磁场；

中空的磁屏蔽构件，具有供所述被测量导体穿过的切口部，在内部容纳所述第一传感器；

固定机构，以穿过所述磁屏蔽构件的所述切口部的所述被测量导体的中心与所述第一传感器的距离成为预先规定的基准距离的方式固定所述被测量导体；以及

第一运算部，根据所述第一传感器的检测结果，求出流过所述被测量导体的电流。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于包括：

传感器头，具有所述第一传感器、所述磁屏蔽构件和所述固定机构；以及

电路部，具有所述第一运算部。

3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，

所述传感器头还包括第二传感器，所述第二传感器检测由流过所述被测量导体的电流产生的从低频到高频的交流磁场，

所述电路部还包括：

第二运算部，根据所述第二传感器的检测结果，求出流过所述被测量导体的电流；以及

合成部，对所述第一运算部的运算结果和所述第二运算部的运算结果进行合成。

4.根据权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，所述第二传感器包括罗哥夫斯基传感器，所述罗哥夫斯基传感器卷绕在穿过所述磁屏蔽构件的所述切口部的所述被测量导体的周围。

5.根据权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，所述第二传感器包括容纳在所述磁屏蔽构件的内部的线圈。

6.根据权利要求5所述的电流测量装置，其特征在于，所述线圈以感磁方向成为穿过所述切口部的所述被测量导体的切线方向的方式配置在所述磁屏蔽构件的内部。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电流测量装置，其特征在于，在所述磁屏蔽构件的内部，在所述切口部与所述第一传感器之间形成有梁构件。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电流测量装置，其特征在于，所述第一传感器以感磁方向成为穿过所述切口部的所述被测量导体的切线方向的方式配置在所述磁屏蔽构件的内部。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁屏蔽构件的厚度设定为即使能够由所述电流测量装置测量的最大电流流过所述被测量导体也不会磁饱和。

10.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述第一运算部通过计算所述第一传感器的检测结果与根据所述基准距离唯一确定的常数之积，求出流过所述被测量导体的电流。

11.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括输出部，所述输出部将由所述第一运算部求出的流过所述被测量导体的电流的测量结果输出到外部。

12.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述电路部与所述传感器头分离，经由电缆与所述传感器头连接。

13.根据权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，

所述合成部包括：

低通滤波器，从所述第一运算部的运算结果中除去高频成分并使低频成分通过；

高通滤波器，从所述第二运算部的运算结果中除去低频成分并使高频成分通过；

信号电平调整部，调整从所述低通滤波器输出的信号的电平；以及

加法部，将通过所述信号电平调整部调整了电平的信号与从所述高通滤波器输出的信号相加。

14.根据权利要求7所述的电流测量装置，其特征在于，所述梁构件的粗细设定为与所述磁屏蔽构件的厚度同等以上，使得即使能够由所述电流测量装置测量的最大电流流过所述被测量导体也不会磁饱和。

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