JP2006189319A

JP2006189319A - 電流測定方法

Info

Publication number: JP2006189319A
Application number: JP2005001264A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Furuya; 正保降矢
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】半導体基板などの非磁性構造物の表面または内部に流れる電流にて発生する磁界から、ゴスキーコイルを用いて電流を簡便に測定し得るようにする。
【解決手段】絶縁基板１０上に半導体素子２０，２１が配置されており、その配線が符号３０，３１で示されている場合に、例えば測定対象配線３０の周りに、半環状のロゴスキーコイル対４０，４１を配置する。このコイル対はトロイダルコイル５０、帰路線５１および信号引出線対５２から構成され、ロゴスキーコイル対４０，４１の各端部を、絶縁基板１０を挟み近接して対向配置するだけでよいので、基板１０をコイルで周回させる等の必要性を無くす。
【選択図】図１

Description

この発明は、いわゆるロゴスキーコイルを用いた電流測定方法に関する。

図４は、例えば特許文献１にも開示されているロゴスキーセンサの従来例を示す原理図である。
図示のように、一部を切り欠いた環状の絶縁体コア１にトロイダルコイル２を巻き、コア１の中心部には環状に一巻きの導体３を配置して構成される。一巻きの導体３は帰路線とも呼ばれ、トロイダルコイル２へ電気的に直列に接続されている。他端子対は信号検出端子であり、その端子出力は信号処理部４で処理されて出力信号になる。つまり、切り欠き部を利用して電流経路５の流れをトロイダルコイル２で囲む構成となっている。

図４の構成では、流れる電流で発生する周囲の磁界Ｈを、トロイダルコイルにより次式のように周回積分することにより、電流値ｉを求めることができる（アンペアの周回積分の法則）。
∫_LＨ・ｄＬ＝ｉ
ここで、外部からの磁界に対し、トロイダルコイル自身が一巻きとして作用して測定誤差を生じるので、それを相殺するために直列に逆方向に一巻きの導体を設けている。このようなコイルを一般にロゴスキーコイルと呼び、電流経路に影響を与えずに装着，計測し得る利点を有する。

ロゴスキーコイルの応用例としては、例えば特許文献２に開示されている、図５に示すものがある。建物の柱や鉄塔の落雷電流測定には大型のコイルが必要で、そのためコイルのインダクタンスやコイルと帰路線間の漂遊静電容量が大きくなる。その結果、共振周波数が低くなるので、高周波領域の測定精度が低下する。そこで、図５のように、ロゴスキーコイルをソレノイドコイルのように分割してコイル群６〜９を形成し、単独でのインダクタンスと漂遊静電容量を小さくして周波数特性を向上させるようにし、それぞれのコイル出力を加算処理するものがある。

特開平１０−２８２１５４号公報（第３頁、図５）特開２０００−０６５８６６号公報（第３頁、図１）

ところで、図４，５のようなロゴスキーセンサにより、例えばパワー半導体モジュールの基板上の配線電流を測定する場合、周回のために基板を迂回してロゴスキーコイルを配置しなければならない、という問題がある。また、一般に基板上の配線は複数であり、単一配線を周回させるのは困難な場合が多い、という問題もある。
したがって、この発明の課題は、基板上の単一配線の電流を測定し得るようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、非磁性構造物の表面または表面近傍もしくは内部に配置された導体に流れる電流によって発生する磁界を、ロゴスキーコイルを用いて計測し電流を測定するに当り、
前記ロゴスキーコイルを複数に分割し、分割されたコイルの各端部を前記非磁性構造物の両面に近接して対向配置することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記分割された各コイルの出力を順方向に合算することができる（請求項２の発明）。

上記請求項１または２の発明においては、前記前記非磁性構造物の一部または全部を電気絶縁体とすることができ（請求項３の発明）、または、前記非磁性構造物の一部または全部を非磁性導体とすることができる（請求項４の発明）。
また、請求項１〜４のいずれかの発明においては、前記分割された各コイルで形成される周回領域内に非測定対象の導体が含まれる場合は、その非測定対象の導体電流は別の位置または時間にて測定し、非対象導体電流による影響を相殺可能にすることができる（請求項５の発明）。

この発明によれば、ロゴスキーコイルを複数に分割し、分割されたコイル端部を非磁性体構造物を介して対抗配置する構成としたので、構造物を避けて迂回させる必要がなく、小領域での電流測定が可能となる利点が得られる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
これは、絶縁基板１０に半導体素子２０，２１が配置されており、その配線が符号３０，３１で示されている例である。ここでは、測定対象配線３０の周りに、半環状のロゴスキーコイル対４０，４１を配置する。このコイル対はトロイダルコイル５０、帰路線５１および信号引出線対５２から構成される。ロゴスキーコイル対４０，４１の各端部は、絶縁基板１０を挟み近接して対向配置されている。なお、対向部分の一部または全部は絶縁物に限らず、非磁性体であれば通流導体でも非通流導体でもよい。また、トロイダルコイルの巻き方向は、信号引出線対５２の矢印方向に電流を流したときの磁界を、矢印６０の方向としている。信号引出後の値を合算することが基本なので、信号処理方法が明確ならば巻き方向は特に限定されないが、上記のようにするのが簡便である。

図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
この例は、ロゴスキーコイル４３を付加し、コイル４０，４１，４３の各端部を３箇所で対向させた例である。このように、ロゴスキーコイルの分割数は、「２」を越えてもその端部を対向させることにより目的とする機能は確保できるので、被測定系の構造に応じて周回分割数を決定すればよく、分割数は問わないものとする。

図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
これは、ロゴスキーコイル４０，４１の周回領域内に、測定対象配線３０の外に非測定対象配線３２も包含している例である。この場合、非測定対象配線３２の電流が、図示されない別の位置で単独に測定できることが条件で、これにより非測定対象配線３２の電流が相殺できるので、このような場合にも適用可能である。なお、非測定対象配線の電流が測定対象配線の電流と時間的に分離できる場合も、同様である。
以上では、対象とする配線が基板上に露出している例について説明したが、この発明は配線が露出していない場合にも適用できるのは勿論である。

この発明の第１の実施の形態を示す構成図この発明の第２の実施の形態を示す構成図この発明の第３の実施の形態を示す構成図電流センサの原理構成図従来例を示す構成図

符号の説明

１０…絶縁基板、２０，２１…半導体素子、３０，３１…配線、４０，４１…ロゴスキーコイル対、４３…ロゴスキーコイル、５０…トロイダルコイル、５１…帰路線、５２…信号引出線対、６０…磁界の方向。

Claims

非磁性構造物の表面または表面近傍もしくは内部に配置された導体に流れる電流によって発生する磁界を、ロゴスキーコイルを用いて計測し電流を測定するに当り、
前記ロゴスキーコイルを複数に分割し、分割されたコイルの各端部を前記非磁性構造物の両面に近接して対向配置することを特徴とする電流測定方法。
前記分割された各コイルの出力を順方向に合算することを特徴とする請求項１に記載の電流測定方法。
前記非磁性構造物の一部または全部が電気絶縁体であることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定方法。
前記非磁性構造物の一部または全部が非磁性導体であることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定方法。
前記分割された各コイルで形成される周回領域内に非測定対象の導体が含まれる場合は、その非測定対象の導体電流は別の位置または時間にて測定し、非対象導体電流による影響を相殺可能にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電流測定方法。