JP2001033491A - 電流計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサが一つで、かつ計測用ハーネスの
位置による検出誤差を低減できる電流計測装置を提供す
る。さらに外部磁気シールドの着磁が磁性体コアに与え
る影響を排除し、着磁による磁気センサの出力誤差を低
減する。 【解決手段】 Ｃ字型の磁性体コア２のギャップに磁気
センサ１を設けると共に、内側に同心状に筒状の磁性体
である内側磁性体円筒３を設け、内側磁性体円筒３の中
に計測用ハーネスを通したので、計測用ハーネスが内側
磁性体円筒３内のどの位置にあっても、磁気センサ１の
出力が変化しないようにできる。また、外側磁性体円筒
６の両端面に、中央に穴のあいた２枚の磁性体板７が、
磁性体コア２の内側および外側の筒状の磁性体である内
側磁性体円筒３および外側磁性体円筒６と十分な接触面
積をとって、磁性体コア２を同心状に包み込むように覆
うので、更なる誤差低減ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電流計測装置に
かかわり、詳しくは電流計測装置の誤差低減に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電流センサにはＣ字型の磁性
体コアが用いられ、その磁性体コアの中心に計測電流を
貫通させた時、ギャップに生ずる、電流に比例した磁束
密度をギャップに挿入した磁気センサで検知し、電流
や、電圧に変換する方法がとられてきた。

【０００３】しかし、磁性体コア内を通したハーネス
が、磁気センサを設置したギャップの近くにある場合
と、離れた位置にある場合とでは、ギャップに生じる磁
束密度分布に差が生じて検出誤差になっていた。特に、
ギャップが大きい場合は、それが顕著に表れる。

【０００４】この問題に対し、実用新案登録第３００５
５８０号などでは、Ｃ字型のコアと磁気センサのペアを
２つ用意し、左右対称に配置しそれぞれのセンサの出力
の平均値を取ることで、計測用ハーネスの位置によらな
い出力を得る方式も提案されているが、この方法では必
ず磁性体コアと磁気センサが２つ必要となり、不経済で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、新
たな構成により、磁気センサが一つで、かつハーネスの
位置による検出誤差を低減できる電流計測装置を提供す
ることにある。

【０００６】より具体的には、本発明はＣ字型の磁性体
コアをできる限り均一に磁化させる構成とするか、もし
くは確実に消磁させる構成を付加することにより着磁に
よる磁気センサの出力誤差を低減することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１に記載の発明によれば、Ｃ字型の磁
性体コアのギャップに磁気センサを設けると共に、内側
に同心状に筒状の磁性体である内側磁性体円筒を設け、
該内側磁性体円筒の中に計測用ハーネスを通したので、
計測用ハーネスに電流が流れると、内側磁性体円筒には
ギャップがないため計測用ハーネスがどの位置にあって
も内側磁性体円筒は均一に強く磁化され、磁性体コアと
内側磁性体円筒との磁気的な結合は内側磁性体円筒の均
一な磁化により計測用ハーネスの位置に関わらず安定し
たものとなる。このため、計測用ハーネスが内側磁性体
円筒内のどの位置にあっても、磁気センサの出力が変化
しないようにできる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明によれば、磁
性体コアの外側にも筒状の磁性体である外側磁性体円筒
を同心状に設けたので、計測電流により均一に磁化され
た内側と外側の磁性体円筒に磁性体コアが挟まれるた
め、請求項１に記載の発明による時よりも磁性体コアの
ギャップ内の磁束が安定し、誤差の少ない出力が得られ
る。

【０００９】また、請求項３に記載の発明によれば、外
側磁性体円筒の両端面に、中央に穴のあいた２枚の磁性
体板が、磁性体コアの内側および外側の筒状の磁性体で
ある内側磁性体円筒および外側磁性体円筒と十分な接触
面積をとって、磁性体コアを同心状に包み込むように覆
うので、シールドによって外部からの磁気の影響を少な
くすることができ、更なる誤差低減ができる。

【００１０】また、請求項４に記載の発明によれば、Ｃ
字型の磁性体コアのギャップに磁気センサを設けた電流
計測装置において、更に外側に磁性コアと同心状に筒状
の磁性体である外側磁性体円筒を設け、かつ外側磁性体
円筒の両端面に、中央に穴のあいた２枚の磁性体板が外
側磁性体円筒と十分な接触面積をとって磁性体コアを外
側から覆うと共に、計測用ハーネスを磁性体コアのほぼ
中心部に通したので、地磁気などの外部磁気をシールド
する効果が更に高まり、外部磁気による誤差を更に減少
させることができる。

【００１１】また、請求項５に記載の発明によれば、ク
ランプによる着脱の際の結合度合いである磁気抵抗の変
化をなくすことができ、貫通型の電流計測装置の場合と
なんら変わりのない特性を得られる。

【００１２】また、請求項６に記載の発明によれば、さ
らに、消磁機構を設けたので、磁性体コアのみならず、
内側磁性体円筒、外側磁性体円筒および磁性体板の着磁
も解消できるので、着磁による誤差の低減ができる。

【００１３】また、請求項７に記載の発明によれば、内
側磁性体円筒内を貫通し、かつ磁性体コアの外側を取り
巻く消磁用巻線を含む消磁機構を備えるので、簡単な構
成により確実に着磁が解消でき、着磁による誤差の低減
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を説明する。

【００１５】図１は本発明の電流計測装置の第１実施形
態の構成を示す斜視図である。

【００１６】１は磁気センサで、ホール素子、ＭＲ素子
などが用いられる。

【００１７】２は磁性体コアで、コアの一部に、１の磁
気センサを入れるためのギャップが設けてあり、その材
料としては、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板など
が用いられる。

【００１８】３は内側磁性体円筒で、磁性体コア２と同
心円になるようにコアの内側に置かれる。材質は磁性体
コア２と同様に、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板
などの磁性体が用いられる。

【００１９】４は、磁気センサの駆動回路と出力処理を
行う磁気センサ駆動部である。

【００２０】５は計測用ハーネスで、内側磁性体円筒３
の中を貫通させる。但し、計測用ハーネス５は、本発明
の構成には入らない。

【００２１】次に作動を説明する。

【００２２】計測用ハーネス５に電流が流れると、内側
磁性体円筒３は磁化される。この時、内側磁性体円筒３
にはギャップが無いので、計測用ハーネス５がどの位置
にあっても、内側磁性体円筒３は均一に強く磁化され
る。

【００２３】そして、磁性体コア２と内側磁性体円筒３
との磁気的な結合は、内側磁性体円筒３の均一な磁化に
より、計測用ハーネス５の位置に関わらず安定したもの
となるため、磁性体コア２のギャップでは、常に電流に
比例した磁束密度が発生する。これを磁気センサ１で検
出し、電圧あるいは電流に変換して出力し、さらにそれ
らの出力を数値に変換して表示することもできる。

【００２４】図２は本発明の電流計測装置の第２実施形
態の構成を示す正面図である。

【００２５】第１実施形態に加え、磁性体コア２の外側
にも外側磁性体円筒６を取り付けたのが第２実施形態で
ある。こうすることにより、計測電流により均一に磁化
された内側磁性体円筒３と外側磁性体円筒６に磁性体コ
ア２が挟まれるため、第１実施形態の時よりも磁性体コ
ア２のギャップ内の磁束が安定し、誤差の少ない磁気セ
ンサの出力が得られる。

【００２６】図３は本発明の電流計測装置の第３実施形
態の構成を示す分解斜視図である。

【００２７】図３に示すように、内側磁性体円筒３、外
側磁性体円筒６と中央に穴のあいた２枚の磁性体板７
が、十分な接触面積をとって磁性体コア２を包み込むよ
うにシールドすることによって、外部からの磁気の影響
を少なくすることができ、更なる計測誤差低減が望め
る。

【００２８】なお、磁気センサ１と磁気センサ駆動部４
とをつなぐ信号線の取り出しは、磁性体コア２のギャッ
プ部分からできるだけ離れた所に設けたほうが、外部磁
界の影響が磁気センサに及びにくくなるため、ここでは
ギャップ位置から９０°ずらした位置で磁性体板７に切
欠き１０を設け信号線を取り出している。

【００２９】また、別の実施形態として、外側磁性体円
筒６に切欠きを設けて信号線を取り出してもよい。

【００３０】第１、第２、第３の実施形態では、貫通型
の電流計測装置について説明してきたが、本発明は使い
勝手の良い、クランプ型の電流計測装置にも応用でき
る。この時、磁性体円筒３、６、磁性体板７および磁性
体コア２を分割する必要がある。図４、図５は磁性体円
筒３、６の分割形態に関するもので、図４はお互いがか
み合うようにした形の第４実施形態の斜視図、図５は嵌
合部が重なり合うように端の部分を薄くするように分割
した形の第５実施形態を示すもので、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は正面図を各々示す。磁性体板７についても嵌合
部が重なり合うように、端の部分を薄くする形で分割す
る。

【００３１】図６、図７及び図８、図９、図１０、図１
１は磁性体コア２の分割形態に関するもので、図６は磁
性体の板を水平に積み重ねた第６実施形態を示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。また、図７は
磁性体の板を半径方向に積み重ねた第７実施形態を示す
もので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。図
８、図９、図１０、図１１は嵌合部のでこぼこがかみ合
うように削り出しあるいは成形したコアとした第８、第
９、第１０および第１１実施形態を示すもので、各々
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。

【００３２】このように分割することによって、着脱の
際の結合度合いである磁気抵抗の変化をなくすことがで
き、貫通型の電流計測装置の場合と何ら変わりの無い特
性を得られる。

【００３３】図１２は本発明の基本構成を示し、消磁機
構を持たせた場合の電流計測装置の基本構成の斜視図で
ある。消磁機構を持たせることによっても計測の誤差低
減を図ることができる。

【００３４】図１２において、１は磁気センサで、ホー
ル素子、ＭＲ素子などが用いられる。

【００３５】２は磁性体コアで、コアの一部に磁気セン
サ１を入れるためのギャップが設けてあり、材質として
はフェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板などが用いられ
る。

【００３６】４は、磁気センサの駆動回路と出力処理を
行う磁気センサ駆動部である。

【００３７】５は計測用ハーネスであり、８は磁性体コ
ア２を消磁するために交流の減衰電流を流すための消磁
用巻線である。

【００３８】但し、計測用ハーネス５は本発明の構成に
は入らない。

【００３９】９１は消磁用巻線８に流す電流を制御する
消磁電流制御部であり、９２は消磁スイッチで、消磁を
したい時に操作する。

【００４０】次にこの基本構成の作動を説明する。

【００４１】計測用ハーネス５に電流が流れると、磁性
体コア２のギャップには、電流に比例した磁束密度が発
生する。これを磁気センサ１で検出し、電圧あるいは電
流に変換して出力し、さらにそれらの出力を数値に変換
して表示する。

【００４２】図１３は、消磁電流制御部９１により消磁
用巻線８に印加される交流の減衰電流を示すグラフであ
る。

【００４３】消磁スイッチ９２を操作することにより、
消磁電流制御部９１では図１３に示すような交流の減衰
電流を流すことで、磁性体コア２及びシールドの着磁を
解消する。

【００４４】基本構成では、使う人の操作により消磁を
していたが、第１２実施形態として、図示しない電源ス
イッチのオンオフと消磁スイッチ９２を連動させること
で、電源を入れた時には必ず消磁を行うようにしても良
い。もちろん、使う人の操作による消磁も行えるように
しても良い。

【００４５】図１４は本発明の電流計測装置の第１３実
施形態を示す斜視図である。

【００４６】第１の実施形態において、図１４に示すよ
うに内側磁性体円筒３を巻き込むように、消磁用巻線８
を巻くことにより、磁性体コア２のみならず、内側磁性
体円筒３の着磁も解消できるので、着磁による誤差の低
減ができる。

【００４７】図１５は第３実施形態に消磁機構を持たせ
た第１４実施形態を示す部分断面斜視図である。

【００４８】第１４実施形態においても、内側磁性体円
筒３、外側磁性体円筒６、磁性体板７を巻き込むよう
に、消磁用巻線８を巻くことにより、磁性体コア２のみ
ならず、内側磁性体円筒３、外側磁性体円筒６、磁性体
板７の着磁も解消できるので、着磁による誤差の低減が
できる。

【００４９】図１５において、磁気センサ１と、磁気セ
ンサ駆動部４とをつなぐ信号線の取り出し穴は、磁性体
コア２のギャップからできるだけ離したほうが外部磁気
のシールド効果の減少が抑えられるため、図１５では磁
気センサから出た信号線は磁性体３、６、７で囲まれた
空間を通してギャップからほぼ９０°ずらして磁性体板
７に設けた切欠き１０から取り出した例を示している。

【００５０】図１６は第１５実施形態を示す部分断面斜
視図である。

【００５１】図１６は、第１４実施形態において内側磁
性体円筒３を除いた第１５の実施形態の構成である。こ
のように、磁性体コア２の外側だけを磁性体で覆う形に
し、外部磁気シールドした場合にも効果がある。また、
外部磁気シールドは、二重にしてもよい。これにより、
地磁気などの外部磁気をシールドする効果が更に高ま
り、外部磁気による誤差を更に減少させることができ
る。

【００５２】以上のように、本発明によれば、電流計測
する計測用ハーネスの位置に起因する計測誤差を、小さ
くすることができるので、これまでのように磁気センサ
を２つ使って平均値をとりハーネスの位置に起因する計
測誤差を緩和する必要がないので、信頼性も高く経済的
である。

【００５３】また、消磁巻線で磁性体コアのみならず、
磁性体コアの周囲を取り巻く磁性体を含めて消磁できる
ため、例えば磁気センサが強磁界にさらされてシールド
そのものが着磁してしまった場合にも消磁が可能なの
で、誤差を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電流計測装置の第１実施形態の構成を
示す斜視図である。

【図２】本発明の電流計測装置の第２実施形態の構成を
示す正面図である。

【図３】本発明の電流計測装置の第３実施形態の構成を
示す分解斜視図である。

【図４】磁性体円筒３、６の分割形態に関するもので、
お互いがかみ合うようにした形の第４実施形態の斜視図
である。

【図５】磁性体円筒３、６の分割形態に関するもので、
嵌合部が重なり合うように端の部分を薄くするように分
割した形の第５実施形態を示すもので、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は正面図を各々示す。

【図６】磁性体コア２の分割形態に関するもので、磁性
体の板を水平に積み重ねた第６実施形態を示し、（Ａ）
は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図７】磁性体コア２の分割形態に関するもので、磁性
体の板を半径方向に積み重ねた第７実施形態を示すもの
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図８】磁性体コア２の分割形態に関するもので、嵌合
部のでこぼこがかみ合うように削り出しあるいは成形し
たコアとした第８実施形態を示すもので、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図９】磁性体コア２の分割形態に関するもので、嵌合
部のでこぼこがかみ合うように削り出しあるいは成形し
たコアとした第９実施形態を示すもので、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図１０】磁性体コア２の分割形態に関するもので、嵌
合部のでこぼこがかみ合うように削り出しあるいは成形
したコアとした第１０実施形態を示すもので、（Ａ）は
平面図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図１１】磁性体コア２の分割形態に関するもので、嵌
合部のでこぼこがかみ合うように削り出しあるいは成形
したコアとした第１１実施形態を示すもので、（Ａ）は
平面図、（Ｂ）は正面図を示す。

【図１２】消磁機構を持たせた場合の本発明の電流計測
装置の基本構成の斜視図である。

【図１３】消磁電流制御部９１により消磁用巻線８に印
加される交流の減衰電流を示すグラフである。

【図１４】本発明の電流計測装置の第１３実施形態を示
す斜視図である。

【図１５】第３実施形態に消磁機構を持たせた第１４実
施形態を示す部分断面斜視図である。

【図１６】第１５実施形態を示す部分断面斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁気センサ ２ 磁性体コア ３ 内側磁性体円筒 ５ 計測用ハーネス ６ 外側磁性体円筒 ７ 磁性体板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 哲郎 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 伊藤 慎一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 稲津 雅弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G025 AA11 AB01 AB02 CA04 2G035 AA01 AA10 AC13 AD18 AD19 AD66

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ字型の磁性体コアのギャップに磁気セ
   ンサを設けると共に、内側に同心状に筒状の磁性体であ
   る内側磁性体円筒を設け、該内側磁性体円筒の中に計測
   用ハーネスを通したことを特徴とする電流計測装置。
2. 【請求項２】 前記磁性体コアの外側にも筒状の磁性体
   である外側磁性体円筒を同心状に設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の電流計測装置。
3. 【請求項３】 前記外側磁性体円筒の両端面に、中央に
   穴のあいた２枚の磁性体板が、前記磁性体コアの内側お
   よび外側の筒状の磁性体である前記内側磁性体円筒およ
   び前記外側磁性体円筒と十分な接触面積をとって、前記
   磁性体コアを同心状に包み込むように覆うことを特徴と
   する請求項２に記載の電流計測装置。
4. 【請求項４】 Ｃ字型の磁性体コアのギャップに磁気セ
   ンサを設けた電流計測装置において、前記磁性体コアの
   外側に該磁性体コアと同心状に筒状の磁性体である外側
   磁性体円筒を設け、かつ該外側磁性体円筒の両端面に、
   中央に穴のあいた２枚の磁性体板が前記外側磁性体円筒
   と十分な接触面積をとって前記磁性体コアを外側から覆
   うと共に、計測用ハーネスを前記磁性体コアのほぼ中心
   部に通したことを特徴とする電流計測装置。
5. 【請求項５】 クランプ式の電流計測装置から構成さ
   れ、前記磁性体コア、該磁性体コアの内側及び外側の筒
   状の磁性体及び中央に穴のあいた２枚の前記磁性体板が
   分割でき、その嵌合部は突き合わせでなく、重なり合う
   構造を持つことを特徴とする請求項３または４のいずれ
   かに記載の電流計測装置。
6. 【請求項６】 さらに、消磁機構を設けたことを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の電流計測装置。
7. 【請求項７】 前記内側磁性体円筒内を貫通し、かつ磁
   性体コアの外側を取り巻く消磁用巻線を含む消磁機構を
   備えることを特徴とする請求項１に記載の電流計測装
   置。