JP2001074784A

JP2001074784A - 電流感知装置

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Publication number: JP2001074784A
Application number: JP2000225539A
Authority: JP
Inventors: Mark Allen Juds; アレンジュドゥスマーク; Kurt Von Eckroth; フォンエクロッホクルト; Charles Joseph Tennies; ジョセフテニーズチャールズ; James E Hansen; エドワードハンセンジェームズ; Mark G Solveson; ジョージソルベソンマーク; Jerome Kenneth Hasting; ケネスハスティングジェローム; Scott Reid; レイドスコット
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-03-23
Also published as: BR0003522A; EP1074848A1; CN1282874A

Abstract

(57)【要約】【課題】電気導体から等しいまたは異なる距離を置いて
配置された複数の磁束センサを含む新規でかつ改良され
た電流感知装置を提供すること。【解決手段】電気導体10と、この電気導体の回りに生じ
る磁界14、16内に配置されて第１出力を発生する第１磁
束センサ22と、前記磁界14、16内に配置されて第２出力
を発生する第２磁束センサ24；24’と、前記第１，第２
出力を比較するために前記第１，第２磁束センサに接続
された制御手段38とを含む電流感知装置。さらに、第
１，第２磁束センサが、電気導体10が通過する共通平面
に配置され、かつ制御手段38が第１，第２出力を代数学
的に操作して、第１，第２磁束センサに対する外部磁界
の影響を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気導体内に導か
れる電流を感知するための新規でかつ改良された電流感
知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気導体を介して電流が流れる間、磁界
が電気導体の回りに形成される。この磁界の強さは、電
気導体を通って導かれる電流の大きさを示す。これま
で、磁束センサは、電気導体の回りの磁界を検出するた
めに利用できることが以前から示されており、これによ
って、電気導体に導かれる電流の大きさを検出する。し
かし、磁束センサは、外来の磁界にさらされ、かつ外部
磁界の影響による誤った出力を生じることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明は、電気導体から等しいまたは異なる距離を
置いて配置された複数の磁束センサを含む新規でかつ改
良された電流感知装置を提供することを目的としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明
の電流感知装置は、電気導体と、この電気導体の回りに
生じる磁界内に配置されて第１出力を発生する第１磁束
センサと、前記磁界内に配置されて第２出力を発生する
第２磁束センサと、前記第１，第２出力を比較するため
に前記第１，第２磁束センサに接続された制御手段とを
含み、前記第１，第２磁束センサが、前記電気導体が通
過する共通平面に配置され、かつ前記制御手段が前記第
１，第２出力を代数学的に操作して、前記第１，第２磁
束センサに対する外部磁界の影響を除去するようにした
ことを特徴としている。

【０００５】制御装置は、磁束センサからの出力を比較
し、電気導体を流れる電流の大きさを検出する。磁束セ
ンサは、電気導体から異なる距離に置かれるので、２つ
の磁束センサからの出力間に、電気導体に導かれる電流
に関して所定の関係が維持される。磁束センサが外部磁
界にさらされると、２つの磁束センサからの出力間の比
が変化する。磁束センサの出力における変化が外部磁界
によるとき、この変化を制御装置によって検出できる。

【０００６】しかし、２つの磁束センサからの出力間の
差は、直接電流に比例し、また、電気導体からセンサま
での距離の逆数に比例する。その結果、外部磁界からの
影響は、完全に除去される。これに対して、磁束センサ
は、同一または異なる距離に電気導体に対向して配置す
ることができ、出力信号は、制御装置によって代数的に
合計され、外部磁界の影響を除去できる。

【０００７】本発明の前述のおよび他の目的ならびに特
徴は、付随する図面と関連して説明されることから明ら
かになるであろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１において、円筒状の電気導体１０
は、矢印１２で概略示された電流を導く。磁界は、電気
導体１０内を流れる電流によって生じる。磁界を形成す
る磁力線は、図１において、矢印１４、１６で概略示さ
れている。

【０００９】電流１２によって生じた磁束の強さは、電
流の大きさに直接関係する。しかし、与えられた電流１
２の大きさに対して、その電流によって生じた磁界の強
さは、導体１０からの距離の逆数にしたがって変化す
る。

【００１０】矢印１４で概略示された磁力線は、矢印１
６で概略示した磁力線よりも導体１０により近くに配置
されている。それゆえ、磁力線１４で示された部分の磁
界の強さは、磁力線１６で示された部分の強さよりも大
きい。矢印１４によって示された部分の磁界の強さと矢
印１６によって示された部分の磁界の強さの比は、導体
１０を通って流れる電流の大きさに関係なく一定に維持
される。矢印１４，１６によって示された部分の磁界の
強さの比は、電流１２以外の供給源から生じる磁界が電
流１２から発生する磁界に付加される場合に変化する。

【００１１】一対の磁束センサ２２，２４は、電気導体
１０内の電流１２によって生じた磁界内に配置され、か
つ電気導体１０から異なる距離に配置されている。その
結果、磁束センサ２２は、磁束センサ２４よりも電気導
体１０により近くに位置している。

【００１２】矢印１４によって示された比較的強い磁束
は、磁束センサ２２の磁束感応表面２８を通過する。矢
印１６で示された比較的弱い磁束は、磁束センサ２４の
磁束感応表面３０を通過する。磁束センサ２２，２４
は、種々の異なる構成が可能であるが、本発明の実施形
態においては、磁束センサ２２，２４は、ホール効果セ
ンサである。

【００１３】図１に示す本発明の特定の実施形態では、
磁束センサ２２，２４の磁束感応表面２８，３０は、電
気導体１０の半径を形成する共通平面に配置されてい
る。しかし、磁束センサ２２，２４は、互いにかつ電気
導体に対して異なる位置に配置されていることを理解し
てほしい。例えば、磁束センサ２２，２４は、後で述べ
るように、電気導体の両側に等距離に、または電気導体
から一方側に位置し、かつ半径方向に異なる距離を置い
て配置することができる。

【００１４】磁束センサ２２，２４からの出力は、コン
トローラ３８（制御手段）にリード線３４，３６で導か
れる。このコントローラは、磁束センサ２２からの出力
を用いて、公知の方法で電流の大きさを決定する。ま
た、コントローラ３８は、磁束センサ２２からの出力と
磁束センサ２４からの出力とを比較する。外部磁界がな
い場合、磁束センサ２２，２４からの出力の比は、電流
１２の大きさの変化に対して一定に保たれる。

【００１５】電気導体１０により近い磁束センサ２２か
らの出力は、磁束センサ２４からの出力よりも大きくな
る。磁束センサ２２，２４からの出力は、互いに対して
電気導体１０から離間した磁束センサの距離によって決
まる比となっている。その結果、磁束センサ２２からの
出力は、磁束センサ２４からの出力よりも、両センサ間
の間隔によって決まる比率だけ大きくなっている。

【００１６】電気導体１０の回りの磁界の強さは、電気
導体１０を流れる電流１２に直接比例している。しか
し、磁束センサ２２，２４からの各出力の大きさの絶対
値に係わらず、磁束センサ２２，２４が電流１２によっ
て生じた磁束にのみさらされている限り、互いに対して
同一の比となる。

【００１７】磁束センサ２２，２４が外部磁界、例え
ば、隣接導体（図示略）からの磁界にさらされる場合、
磁束センサ２２，２４からの出力の比は、互いに関し
て、磁束センサ２２，２４が電流１２から発生する磁束
のみにさらされる場合の磁束センサ２２，２４からの出
力信号の比と異なる比を有することになる。

【００１８】磁束センサ２２，２４からの出力が互いに
関して所定の比にある限り、磁束センサ２２，２４は、
電流１２から生じる磁束のみにさらされる。しかし、磁
束センサ２２からの出力と磁束センサ２４からの出力と
の比が所定の比と異なる場合、磁束センサ２２，２４
は、外部の磁界にされされていることが明らかである。

【００１９】コントローラ３８は、磁束センサ２２から
の出力と、磁束センサ２４からの出力とを比較する。磁
束センサ２２からの出力と磁束センサ２４からの出力の
比が、所定の比と異なる場合、コントローラ３８は、磁
束センサが外部磁界にさらされたことを示す信号をリー
ド線４２を介して供給する。

【００２０】さらに、コントローラ３８は、磁束センサ
２２からの出力と、磁束センサ２４からの出力との間の
差に等しい信号をリード線４４を介して供給する。磁束
センサ２２，２４からの出力間の差は、電気導体１０を
流れる電流１２の大きさの変化の関数として変化する。
磁束センサ２２，２４からの出力間の差は、電気導体１
０からの磁束センサの距離に反比例する所定量だけ異な
る。外部磁界の影響は、完全に除去される。それゆえ、
磁束センサ２２，２４の各信号の大きさにおける差と、
リード線４４上に供給される信号は、電気導体１０に流
れる電流に比例している。

【００２１】外部磁界の影響を取り除くために、磁束セ
ンサ２２，２４は、共に比較的近接しかつ同一平面内に
配置される。しかし、磁束センサ２２，２４は、電気導
体から異なる距離に配置されている。磁束センサ２２，
２４が共に比較的近接して配置されているので、外部磁
界は、両方の磁束センサに同じ作用を与える。

【００２２】磁束センサ２２によって供給される信号
（SIG₂₂）は、電気導体１０内の電流（I₁₂）と外部磁界
の強さ（β_EXT）に比例する（∝）関数であり、電気導
体１０から離設した磁束センサ２２までの距離（R₂₂）
に反比例する。すなわち、次式で表される。 SIG₂₂∝μ_O（I₁₂／2πR₂₂）＋β_EXT

【００２３】磁束センサ２４によって供給される信号
（SIG₂₄）は、電気導体１０内の電流（I₁₂）と外部磁界
の強さ（β_EXT）に比例する（∝）関数であり、電気導
体１０から離設した磁束センサ２４までの距離（R₂₄）
に反比例する。すなわち、次式で表される。 SIG₂₄∝μ_O（I₁₂／2πR₂₄）＋β_EXT

【００２４】外部磁界がないとき、β_EXT ＝0 であ
る。磁束センサ２２からの信号（SIG₂ ₂）と磁束センサ
２４からの信号（SIG₂₄）との比は、磁束センサ２２，
２４が電気導体１０から離れた距離（R₂₂とR₂₄）によっ
てのみ決まる。すなわち、β_EXT ＝0 のとき、（SI
G₂₂／SIG₂₄）＝（R₂₄／R₂₂）

【００２５】磁束センサ２２，２４が電気導体１０から
離れた距離が既知であり、かつそれが一定に保たれるの
で、これらの磁束センサによって供給される信号の比
も、外部磁界がない場合には、既知でありかつ一定にと
どまる。

【００２６】上述したように、磁束センサ２２，２４か
らの出力間の差（SIG₂₂−SIG₂₄）は、電気導体内を流れ
る電流に比例し、かつ外部磁界β_EXTの作用とは無関係
である。これは、外部磁界の影響が取り除かれるからで
ある。それゆえ、磁束センサ２２，２４からの出力が引
き算される。 SIG₂₂−SIG₂₄＝μ_O（I₁₂／2π）｛（1／R₂₂）−（1／R
₂₄）｝

【００２７】どのようなシステムに対しても、磁束セン
サ２２，２４が電気導体から離れた距離（R₂₂とR₂₄）は
一定である。それゆえ、 SIG₂₂−SIG₂₄ ∝ I₁₂

【００２８】外部磁束の影響は、電気導体内の電流の大
きさの変化を示すようなセンサ出力を残しながら、他の
センサ対の配置によって排除することができる。例え
ば、２つの磁束センサが、図１においてセンサ２４’を
破線で示したように、電気導体の両側に配置されかつ共
通平面にある場合、このとき、外部磁界の磁束は、セン
サ２４または２４’の一方に対する電気導体１０を流れ
る電流１２からの磁束１４に対向する。

【００２９】その結果、この配置において、外部磁界の
影響を除去するために、コントローラ３８による比較に
より、センサ２２とセンサ２４’からの信号を代数的に
合計しなければならない。この配置において、センサ
は、電気導体から半径方向に同一の距離に配置すること
ができる。

【００３０】当業者であればわかるように、磁束センサ
は、極性、即ち、特定の方向における磁束に対して正に
感応する磁束を有することもできる。上述の記載及び公
式は、極性に感応しない磁束センサおよび極性に感応す
る磁束センサの両方に対して有効であり、極性に感応す
る磁束センサは、電気導体に流れる電流によって電気導
体の回りに生じた磁界に整合した極性を有する。しか
し、１つのセンサーの極性が逆転すると、その時、コン
トローラ３８は、外部磁界の影響を除去するために上述
したものとは反対の作動を実行する。

【００３１】本発明は、電気導体１０の回りに特定して
位置付けられた複数の磁束センサ２２，２４または２
４’を設けている。コントローラ３８は、磁束センサ２
２，２４または２４’からの出力を比較して、電気導体
を流れる電流１２の大きさを検出する。磁束センサ２
２，２４または２４’の位置決めと、コントローラの代
数的な作業は、磁束センサ２２，２４または２４’に生
じる外部磁界の影響を除去するように選択され、電気導
体を流れる電流による２つの磁束センサからの出力間の
所定の関係を維持する。

【００３２】磁束センサ２２，２４または２４’を外部
磁界にさらすことにより、２つの磁束センサからの出力
間の関係が変化する。コントローラ３８は、磁束センサ
２２，２４または２４’の出力における変化が外部磁界
によるものであるとき、この変化を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成される電流感知装置を説明
するための単純化した概略図である。

【符号の説明】

１０電気導体１２電流１４，１６磁力線２２，２４磁束センサ２８，３０磁束感応表面３４，３６，４２，４４リード線３８コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 ＥａｔｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者クルトフォンエクロッホアメリカ合衆国ウイスコンシン 53066 オコノモボックウォーターヴィレロードウエスト 350 サウス 53279 (72)発明者チャールズジョセフテニーズアメリカ合衆国ウイスコンシン 53188 ワウケッシャマックルストーンコート 2904 (72)発明者ジェームズエドワードハンセンアメリカ合衆国ウイスコンシン 53154 オーククリークベルデブドライブ 8260 (72)発明者マークジョージソルベソンアメリカ合衆国ウイスコンシン 53066 オコノモボックウエストオーバーストリート 621 エイ (72)発明者ジェロームケネスハスティングアメリカ合衆国ウイスコンシン 53089 サセックスアシュストリートウエスト 240 ノース 6496 (72)発明者スコットレイドアメリカ合衆国ウイスコンシン 53005 ブルックフィールドピルグリムロード 3160

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気導体（10）と、この電気導体の回りに
生じる磁界（14、16）内に配置されて第１出力を発生す
る第１磁束センサ（22）と、前記磁界（14、16）内に配
置されて第２出力を発生する第２磁束センサ（24または
24’）と、前記第１，第２出力を比較するために前記第
１，第２磁束センサに接続された制御手段（38）とを含
む電流感知装置であって、前記第１，第２磁束センサが、前記電気導体が通過する
共通平面に配置され、かつ前記制御手段が前記第１，第
２出力を代数学的に操作して、前記第１，第２磁束セン
サ（22、24、または24’）に対する外部磁界の影響を除
去するようにしたことを特徴とする電流感知装置。
【請求項２】制御手段（38）は、前記第１，第２出力間
の関係が前記第１，第２磁束センサ（22、24、または2
4’）に対する外部磁界の影響によって変化する場合
に、有効に作動することを特徴とする請求項１記載の電
流感知装置。
【請求項３】制御手段（38）は、前記第１，第２磁束セ
ンサ（22、24、または24’）からの前記第１，第２出力
の間に所定の関係がある場合に、作動可能であることを
特徴とする請求項１記載の電流感知装置。
【請求項４】制御手段（38）は、前記所定の関係から変
化する前記第１，第２出力間の関係に応答して出力信号
を発生するのに有効であることを特徴とする請求項３記
載の電流感知装置。
【請求項５】制御手段（38）は、電気導体内に流れる電
流に比例し、かつ外部磁界からの影響を受けない出力信
号を供給することを特徴とする請求項１記載の電流感知
装置。
【請求項６】前記出力信号は、前記第１，第２出力の差
に比例していることを特徴とする請求項５記載の電流感
知装置。
【請求項７】前記出力信号は、前記第１，第２出力の合
計値に比例していることを特徴とする請求項５記載の電
流感知装置。
【請求項８】第１磁束センサ（22）は、前記電気導体か
ら第１の距離に配置され、第２磁束センサ（24）は、前
記電気導体に対して前記第１磁束センサと同一側に配置
されており、前記第２磁束センサ（24）は、前記電気導
体から第２の距離に配置され、この第２の距離は、前記
第１の距離よりも大きいことを特徴とする請求項１記載
の電流感知装置。
【請求項９】第１，第２磁束センサ（22、24’）は、前
記電気導体の両側にそれぞれ対向して配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の電流感知装置。
【請求項１０】第１，第２磁束センサ（22、24’）は、
前記電気導体から等しい距離に配置されていることを特
徴とする請求項９記載の電流感知装置。