JP2011002348A - 磁気センサおよび電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数特性の向上を図りつつ製造コストを低減し得る磁気センサを提供する。
【解決手段】磁性コアの周囲に導線１００を巻回して略弧状に形成された一対の有芯コイル１２と、導線１００を巻回して空芯形に形成されると共に各有芯コイル１２に沿ってそれぞれ配設された一対の空芯コイル１３とを備えて、各有芯コイル１２における各々の一端部６１同士および各々の他端部６２同士を互いに近接させると共に各空芯コイル１３における各々の一端部５１同士および各々の他端部５２同士を互いに近接させた近接状態において磁気を検出可能に構成され、各空芯コイル１３は、中央部５３における導線１００の巻き密度が中央部５３を除く他の部位における導線１００の巻き密度よりも低密度となるようにそれぞれ形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気を検出する磁気センサ、およびその磁気センサを備えた電流測定装置に関するものである。

この種の磁気センサとして、特開２００７−３０９７３２号公報において出願人が開示した磁気センサが知られている。この磁気センサは、シールド板で覆われた一対の弧状の有芯コイルおよび一対の弧状の空芯コイルを備えて構成されている。この磁気センサでは、使用状態において、各有芯コイルの一端部同士および他端部同士が互いに近接して各有芯コイルが環状体を構成すると共に、各空芯コイルの一端部同士および他端部同士が互いに近接して各空芯コイルが環状体を構成する。そして、この状態において各有芯コイルおよび各空芯コイルが磁気を検出して検出信号をそれぞれ出力する。この場合、この磁気センサを備えた測定装置では、測定レンジとして高レンジが選択されているときには高レベルの磁気の検出に適した空芯コイルから出力された検出信号に基づいて測定を行い、測定レンジとして低レンジが選択されているときには低レベルの磁気の検出に適した有芯コイルから出力された検出信号に基づいて測定を行うことで、１つの磁気センサで小さな電流値から大きな電流値までを効率的に測定することが可能となっている。一方、この種の磁気センサでは、環状体を構成した状態における各有芯コイルの一端部同士および他端部同士の近接部位（不連続部位）の磁気抵抗が他の部位よりも大きくなるため、環状体の周方向に沿った磁気抵抗が不均一となる。また、大きな電流値の測定時には、有芯コイルのシールド板が磁気飽和することがある。そして、磁気抵抗が不均一なことによる漏れ磁束の不均一さにより、空芯コイルがその漏れ磁束の影響を受けることに起因して、磁気センサの周波数特性が低下することが発明者の実験結果から明らかとなっている。このため、出願人が開示している上記の磁気センサでは、空芯コイルの両端部の外径が両端部を除く他の部位よりも大径に形成して、両端部の磁気結合を他の部位の磁気結合よりも大きくすることで、各空芯コイルの端部同士の近接部位における検出感度を増加させて、磁気センサの周波数特性を向上させている。

特開２００７−３０９７３２号公報（第４−７頁、第５図）

ところが、上記の磁気センサには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、上記の磁気センサでは、周波数特性を向上させるために、両端部の外径を両端部を除く他の部位よりも大径に形成した空芯コイルを用いている。しかしながら、このような空芯コイルは、製造工程が複雑なため、これに起因して、空芯コイルの製造コストひいては磁気センサの製造コストが上昇するという課題が存在する。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、周波数特性の向上を図りつつ製造コストを低減し得る磁気センサおよび電流測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の磁気センサは、磁性コアの周囲に導線を巻回して略弧状に形成された一対の第１コイルと、導線を巻回して空芯形に形成されると共に前記各第１コイルに沿ってそれぞれ配設された一対の第２コイルとを備えて、前記各第１コイルにおける各々の一端部同士および各々の他端部同士を互いに近接させると共に前記各第２コイルにおける各々の一端部同士および各々の他端部同士を互いに近接させた近接状態において磁気を検出する磁気センサであって、前記各第２コイルは、当該第２コイルの前記一端部と前記他端部との間の所定部位における前記導線の巻き密度が当該所定部位を除く他の部位における当該導線の巻き密度よりも低密度となるようにそれぞれ形成されている。

また、請求項２記載の磁気センサは、請求項１記載の磁気センサにおいて、前記各第２コイルは、前記所定部位の長さが前記近接状態における前記各第２コイルの前記各一端部間の離間距離および前記各他端部間の離間距離以上となるように形成されている。

また、請求項３記載の磁気センサは、請求項１または２記載の磁気センサにおいて、前記第２コイルは、前記所定部位における前記導線の巻回数が１回未満に規定されている。

また、請求項４記載の電流測定装置は、請求項１から３のいずれかに記載の磁気センサと、当該磁気センサによって検出された前記磁気の強度に基づいて電流を測定する測定部とを備えている。

請求項１記載の磁気センサおよび請求項４記載の電流測定装置によれば、第２コイルの一端部と他端部との間の所定部位における導線の巻き密度が所定部位を除く他の部位における導線の巻き密度よりも低密度となるように各第２コイルを形成したことにより、一端部から他端部に渡って巻き密度が変わらないように形成された第２コイルと比較して、検出感度の低い部位が増える分、各第２コイルによって構成される環状体の周方向に沿った検出感度を平均化することができる。このため、この磁気センサおよび電流測定装置によれば、各第１コイルによって構成される環状体の周方向に沿った漏れ磁束が不均一となることに起因する電流の周波数の違いによる測定値の偏差の変動を十分に小さく抑えることができるため、その結果、周波数特性を十分に向上させることができる。また、この磁気センサおよび電流測定装置によれば、例えば、直径が一定の円筒状のチューブの周囲に導線を巻回する際にその巻き密度を異ならせて、所定部位を除く他の部位を高密度とすると共に、所定部位を低密度にするだけで第２コイルを製造することができるため、両端部の外径を大径に形成した第２コイルを備えた構成と比較して、第２コイルの製造工程を十分に簡略化することができる。したがって、この磁気センサおよび電流測定装置によれば、周波数特性の向上を図りつつ製造コストを十分に低減することができる。

また、請求項２記載の磁気センサおよび請求項４記載の電流測定装置によれば、所定部位の長さが近接状態における各第２コイルの各一端部間の離間距離および各他端部間の離間距離以上となるように各第２コイルを形成したことにより、所定部位における検出感度を、各一端部同士の近接部位（不連続部位）の検出感度および各他端部同士の近接部位の検出感度に近付けることができる。したがって、この磁気センサおよび電流測定装置によれば、各第２コイルによって構成される環状体の周方向に沿った検出感度を十分に平均化することができるため、周波数特性をさらに向上させることができる。

また、請求項３記載の磁気センサおよび請求項４記載の電流測定装置によれば、第２コイルの所定部位における導線の巻回数を１回未満に規定したことにより、例えば、所定部位の長さを、各一端部間の離間距離および各他端部間の離間距離以上に規定して、その所定部位における導線の巻数を最も少ない１回未満とすることで、所定部位における検出感度を、巻数がそれぞれ０回である各一端部同士の近接部位の検出感度および各他端部同士の近接部位の検出感度に一層近付けることができる。したがって、この磁気センサおよび電流測定装置によれば、各第２コイルによって構成される環状体の周方向に沿った検出感度をさらに平均化することができるため、周波数特性を一層向上させることができる。

電流測定装置１の正面図である。 電流測定装置１のブロック図である。 電流測定装置１の側面図である。 第１センサ３ａおよび第２センサ３ｂを回動させた状態の電流測定装置１の正面図である。 磁気センサ２の構成を示す斜視図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 第１センサ３ａおよび第２センサ３ｂを回動させた状態の磁気センサ２の斜視図である。 有芯コイル１２の分解斜視図である。 空芯コイル１３の斜視図である。 空芯コイル３１３の周波数特性図である。 空芯コイル１３の周波数特性図である。

以下、本発明に係る磁気センサおよび電流測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電流測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。図１に示す電流測定装置１は、例えば、電線２００に流れる電流Ｉ（図２参照）を非接触で測定可能なクランプ式の電流測定装置であって、磁気センサ２および本体部４を備えて構成されている。磁気センサ２は、本発明に係る磁気センサの一例であって、第１センサ３ａおよび第２センサ３ｂ（以下、両者を区別しないときには「センサ３」ともいう）を備えて構成されている。

第１センサ３ａは、図１，３，５に示すように、ケース１１、有芯コイル（第１コイル）１２および空芯コイル（第２コイル）１３を備えて構成されて、ケース１１に形成された軸孔１４（図５参照）に図外のピンが挿通されることにより、そのピンを介して本体部４に回動可能に取り付けられると共に、図外のばねによって図５に示す矢印Ａの方向に付勢されている。

ケース１１は、図３に示すように、互いに嵌合可能な樹脂製の第１ケース１１ａおよび第２ケース１１ｂを備えている。この場合、両ケース１１ａ，１１ｂは、嵌合状態において、有芯コイル１２を収容する平面視が略弧状の第１コイル収容部２１、第１コイル収容部２１に沿うようにして第１コイル収容部２１の外側に配置されて空芯コイル１３を収容する平面視が略弧状の第２コイル収容部２２（いずれも図５参照）、および電流測定装置１の使用時に第１センサ３ａを回動させるためのレバー２３を構成する。また、両ケース１１ａ，１１ｂにおける第１コイル収容部２１および第２コイル収容部２２の形成部位は、図６に模式的に示すように、嵌合状態における内周側（同図における左側）および外周側（同図における右側）が、厚み方向（同図における上下方向）の中央部に向かうに従って徐々に突出する曲面（半円状の断面形状）となるように形成されている。つまり、両ケース１１ａ，１１ｂにおける第１コイル収容部２１および第２コイル収容部２２の形成部位は、断面形状が全体として楕円状に形成されている。

有芯コイル１２は、磁気を検出して検出信号Ｓｄ１を出力する。この場合、有芯コイル１２は、比較的低レベル（小さい値）の磁気を検出するのに適した特性を有している。具体的には、有芯コイル１２は、図８に示すように、磁性体としての金属板を所要の枚数積層した磁性コア１２ａ、磁性コア１２ａにおける両端部を除く部位を被覆する樹脂製のボビン１２ｂ、ボビン１２ｂの周囲に巻回された導線１００（ボビン１２ｂの周囲に巻回された状態の導線１００を以下「巻線１２ｃ」ともいう）、および巻線１２ｃのさらに外側に取り付けられた複数の金属製のシールド板１２ｄを備えて構成されている。また、有芯コイル１２は、平面視が略円弧状（略弧状の一例）に形成されて、図５，７に示すように、ケース１１の第１コイル収容部２１に収容されている。

空芯コイル１３は、磁気を検出して検出信号Ｓｄ２（以下、上記した検出信号Ｓｄ１と区別しないときには「検出信号Ｓｄ」ともいう）を出力する。また、空芯コイル１３は、図５，７に示すように、円弧状に湾曲させられた状態で有芯コイル１２の外側に沿うようにしてケース１１の第２コイル収容部２２に収容されている。この場合、空芯コイル１３は、比較的高レベル（大きな値）の磁気を検出するのに適した特性を有している。具体的には、空芯コイル１３は、図９に示すように、可撓性を有する非磁性材料（例えば、樹脂）によって直径が一定（ほぼ一定）の円筒状に形成されたチューブ１３ａ、およびチューブ１３ａの周囲に巻回された導線１００（チューブ１３ａの周囲に巻回された導線１００を以下「巻線１３ｂ」ともいう）を備えて直径が一定（ほぼ一定）の円筒状の空芯形に形成されている。

また、この空芯コイル１３は、図９に示すように、一端部５１と他端部５２との間の所定部位（一例として、空芯コイル１３の長さ方向の中央部５３）における導線１００の巻き密度が、中央部５３を除く他の部位における導線１００の巻き密度よりも低密度となるように形成されている。具体的には、この空芯コイル１３では、中央部５３よりも一端部５１側の部位（以下、「一端部側５４」ともいう）、および中央部５３よりも他端部５２側の部位（以下、「他端部側５５」ともいう）において、導線１００が所定の巻回数だけチューブ１３ａの周囲に巻回され、中央部５３において、導線１００がチューブ１３ａの周囲を１回以上（１ターン以上）巻かれずに一端部側５４と他端部側５５と間に渡らされている。つまり、この空芯コイル１３では、中央部５３における導線１００の巻回数（ターン数）が１回未満に規定されている。また、この空芯コイル１３は、中央部５３の長さ（同図における左右方向の長さ）Ｌ１、各センサ３の各空芯コイル１３の各々の一端部５１同士および各々の他端部５２同士が互いに近接する近接状態における各一端部５１間の離間距離Ｌ２（図５参照）、および近接状態における各他端部５２間の離間距離Ｌ３（同図参照）が互いに同じ（またはほぼ等しい）長さとなるように形成されている。

第２センサ３ｂは、図１，３，５に示すように、ケース３１、並びに上記した有芯コイル１２および空芯コイル１３を備えて構成されて、ケース３１に形成された軸孔３２（図５参照）に図外のピンが挿通されることにより、そのピンを介して本体部４に回動可能に取り付けられると共に、図外のばねによって同図に示す矢印Ｂの方向に付勢されている。

ケース３１は、図３に示すように、互いに嵌合可能な樹脂製の第３ケース３１ａおよび第４ケース３１ｂを備えている。この場合、両ケース３１ａ，３１ｂは、上記した第１ケース１１ａおよび第２ケース１１ｂと同様にして、嵌合状態において、第１コイル収容部２１、第２コイル収容部２２およびレバー２３（いずれも図５参照）を構成する。また、両ケース３１ａ，３１ｂは、第１ケース１１ａおよび第２ケース１１ｂと同様にして、図６に模式的に示すように、嵌合状態における内周側（同図における右側）および外周側（同図における左側）が、厚み方向（同図における上下方向）の中央部に向かうに従って徐々に突出する曲面となるように形成されている。

この場合、第１センサ３ａおよび第２センサ３ｂは、図５に示すように、使用状態において各々の端部同士が互いに係合して環状体を構成する。また、この状態において、各センサ３の各有芯コイル１２における各々の一端部６１同士および各々の他端部６２同士が互いに近接して各有芯コイル１２が環状体を構成し、各センサ３の各空芯コイル１３における各々の一端部５１同士および各々の他端部５２同士が互いに近接して環状体を構成する。また、各センサ３における各有芯コイル１２は、環状体を構成した状態（使用状態）において、磁気を検出して検出信号Ｓｄ１を出力し、各センサ３における各空芯コイル１３は、環状体を構成した状態において、磁気を検出して検出信号Ｓｄ２を出力する。

ここで、各有芯コイル１２が環状体を構成した状態において、各一端部６１同士および各他端部６２同士の近接部位は磁気抵抗が大きく、これに対して、有芯コイル１２の各一端部６１同士の近接部位および各他端部６２同士の近接部位を除く各有芯コイル１２の中間部（例えば、空芯コイル１３の中央部５３の近傍）は磁気抵抗が小さい。このため、各一端部６１同士の近接部位および各他端部６２同士の近接部位では、電流Ｉが大きくても磁気飽和し難いため、電流Ｉの大小に対して有芯コイル１２からの漏れ磁束の直線性が良いが、有芯コイル１２の中間部では、磁気飽和し易く、電流Ｉに対する漏れ磁束の直線性が悪くなり、電流Ｉが大きくなると、漏れ磁束が非常に大きくなる。一方、各空芯コイル１３は電流Ｉにより発生する磁束と各有芯コイル１２の漏れ磁束の合成値を検出しているため、一端部５１から他端部５２に渡って巻き密度が変わらないように形成された空芯コイルを備えた構成では、電流Ｉが大きいほど有芯コイル１２の中間部において発生する漏れ磁束が大きくなるため、電流Ｉと検出する磁束の合成値との間の直線性が悪くなる。さらに、各有芯コイル１２における磁性コア１２ａの周波数特性の影響を受け易くなる。これに対して、この空芯コイル１３においては、各有芯コイル１２の中間部に隣接する中央部５３における導線１００の巻き密度が一端部側５４および他端部側５５における導線１００の巻き密度よりも低密度となるように形成されているため、電流Ｉが大きくても、有芯コイル１２の中間部で発生する漏れ磁束を検出し難くなり、直線性や周波数特性が向上している。この結果、この空芯コイル１３を備えた磁気センサ２では、後述するように、両端部の外径を大径に形成した従来の空芯コイルと同様にして周波数特性が向上されている。また、この空芯コイル１３は、直径が一定の円筒状のチューブ１３ａの周囲に導線１００を巻回することによって形成されている。このため、両端部の外径を大径に形成した空芯コイルと比較して、製造工程を簡略化することが可能となっている。したがって、この空芯コイル１３を用いた磁気センサ２では、周波数特性の向上を図りつつ製造コストを低減することが可能となっている。

また、この空芯コイル１３は、中央部５３の長さＬ１、近接状態における各一端部５１間の離間距離Ｌ２、および近接状態における各他端部５２間の離間距離Ｌ３が互いに同じ（またはほぼ等しい）長さとなるように形成されている。このため、この空芯コイル１３を用いた磁気センサ２では、中央部５３における検出感度を、近接状態の各一端部５１同士の近接部位における検出感度、および各他端部５２同士の近接部位における検出感度に近付けることができる。この結果、この空芯コイル１３を用いた磁気センサ２では、各空芯コイル１３によって構成される環状体の周方向に沿った検出感度がより十分に平均化されている。

本体部４は、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換部４１、表示部４２、操作部４３、検出部４４、制御部４５、およびこれらの各構成要素が収容または配設されるケース４６（図１参照）を備えて構成されている。Ａ／Ｄ変換部４１は、制御部４５と共に測定部を構成し、磁気センサ２（有芯コイル１２および空芯コイル１３）から出力される検出信号Ｓｄをアナログ／デジタル変換して電流データＤｉを出力する。表示部４２は、例えば液晶パネルで構成されて、ケース４６の正面パネルに配設されている。また、表示部４２は、制御部４５の制御に従って各種の測定値等を表示する。

操作部４３は、電源スイッチやレンジ切替えスイッチ等の各種のスイッチを備えて構成されて、図１に示すように、ケース４６の正面パネルに配設されている。また、操作部４３は、スイッチ操作に応じた操作信号を出力する。検出部４４は、ケース４６の内部に配設されて、両センサ３の回動（つまり両センサ３における先端部の離反）を検出して検出信号Ｓｓを出力する。制御部４５は、操作部４３から出力される操作信号や検出部４４から出力される検出信号Ｓｓに従って本体部４を構成する各部を制御する。また、制御部４５は、Ａ／Ｄ変換部４１から出力される電流データＤｉに基づいて（つまり磁気センサ２から出力される検出信号Ｓｄに基づいて）電流値Ｉｍを算出すると共に、算出した電流値Ｉｍを表示部４２に表示させる。

次に、電流測定装置１を用いて電流Ｉを測定する方法について、図面を参照して説明する。

例えば、図４に示す電線２００に流れている電流Ｉの電流値Ｉｍを測定する際には、操作部４３のレンジ切替えスイッチを操作して測定レンジを最大レンジに設定する。次いで、同図に示すように、第１センサ３ａおよび第２センサ３ｂのレバー２３，２３を本体部４側（同図に示す矢印Ｃ，Ｄの向き）に押し込むことにより、両センサ３を同図に示す矢印Ｅ，Ｆの向きに回動させて、両センサ３の先端部を互いに離反させる。この際に、検出部４４が両センサ３の回動を検出して検出信号Ｓｓを制御部４５に出力する。これに応じて、制御部４５が図外の電源部を制御してＡ／Ｄ変換部４１および表示部４２に対する電源供給を開始させる。

続いて、図４に示すように、電線２００を両センサ３によって取り囲んだ状態でレバー２３，２３の押し込みを解除する。この際に、両センサ３が図外のばねの付勢力によって回動させられて、図１，５に示すように、各々の先端部同士が互いに連結して環状体を構成する。この場合、この電流測定装置１では、図６に示すように、両センサ３（各ケース１１，３１）の内周側および外周側が曲面で形成されている。このため、センサの断面形状が角張っている構成とは異なり、電線２００の周辺に他の電線等の障害物が存在していたとしても、センサ３を電線２００の近傍に移動させたり両センサ３を回動させる際にセンサ３がこれらの障害物に引っ掛かるような事態が確実に防止される。また、内周側および外周側を曲面に形成したことで、この部位を矩形、つまり角張った形状とした構成と比較して、ケース１１，３１の剛性が高められているため、障害物との接触等によるケース１１，３１の破損を防止することが可能となっている。

次いで、両センサ３の有芯コイル１２および空芯コイル１３が、電線２００に流れている電流Ｉによって電線２００から発生している磁気を検出して、検出信号Ｓｄ１，Ｓｄ２をそれぞれ出力する。次いで、制御部４５が、Ａ／Ｄ変換部４１を制御して、検出信号Ｓｄをアナログ／デジタル変換させて電流データＤｉを出力させる。この場合、測定レンジが最大レンジに設定されているため、制御部４５は、高レベルの磁気の検出に適した空芯コイル１３から出力された検出信号Ｓｄ２をアナログ／デジタル変換させるようにＡ／Ｄ変換部４１を制御する。続いて、制御部４５は、電流データＤｉに基づいて電流値Ｉｍを算出する。次いで、制御部４５は、表示部４２を制御して、算出した算出した電流値Ｉｍを表示させる。

この場合、空芯コイル１３は、中央部５３における導線１００の巻き密度を一端部側５４および他端部側５５における導線１００の巻き密度よりも低密度としたことで、後述するように、電線２００に流れている電流Ｉの周波数による検出精度の変動が少ない周波数特性を有している。このため、電線２００に流れている電流Ｉの周波数に拘わらず、電線２００から発生している磁気が空芯コイル１３によって高精度で検出される結果、その電流Ｉの電流値Ｉｍが正確に測定される。

次に、上記した電線２００とは異なる電線２００に流れている電流Ｉの電流値Ｉｍを測定する際には、上記した操作と同様にして、測定レンジを最大レンジに設定した後に、その電線２００の周囲をセンサ３によって取り囲む。次いで、制御部４５が、Ａ／Ｄ変換部４１を制御して、磁気センサ２から出力されている検出信号Ｓｄをアナログ／デジタル変換させて電流データＤｉを出力させる。この場合、測定レンジが最大レンジに設定されているため、制御部４５は、空芯コイル１３から出力された検出信号Ｓｄ２をアナログ／デジタル変換させるようにＡ／Ｄ変換部４１を制御する。続いて、制御部４５は、電流データＤｉに基づいて電流値Ｉｍを算出すると共に、算出した算出した電流値Ｉｍを表示部４２に表示させる。

ここで、例えば、表示部４２に表示された電流値Ｉｍが比較的小さく、設定した測定レンジの下限に近いときには、測定精度を向上させるために測定レンジを低レンジに変更するのが好ましい。この場合には、操作部４３のレンジ切替えスイッチを操作して、測定レンジを表示された電流値Ｉｍに適合したレンジに変更する。この際に、制御部４５は、操作部４３から出力される操作信号に従ってＡ／Ｄ変換部４１を制御することにより、空芯コイル１３から出力されている検出信号Ｓｄ１に代えて、低レベルの磁気の検出に適した有芯コイル１２から出力されている検出信号Ｓｄ２をアナログ／デジタル変換させる。

次いで、制御部４５は、電流データＤｉに基づいて電流値Ｉｍを算出すると共に、算出した電流値Ｉｍを表示部４２に表示させる。この場合、有芯コイル１２が低いレベルの磁気を正確に検出する特性を有しているため、低レベルの電流値Ｉｍが正確に測定される。

なお、発明者らは、上記した磁気センサ２の周波数特性を検証するため、次のような実験を行った。この実験では、電流出力装置から１００Ａの実験用の電流Ｉ（交流定電流）を電線２００に流し、電流測定装置１を用いて上記した測定方法に従ってその電流値Ｉｍを測定した。この際に、電流出力装置から出力される電流Ｉの周波数を３０Ｈｚから４００Ｈｚまで段階的に変更して複数の周波数についての電流値Ｉｍを測定した。また、電流出力装置から２００Ａの実験用の電流Ｉを電線２００に流し、周波数を３０Ｈｚから４００Ｈｚまで段階的に変更して複数の周波数についての電流値Ｉｍを測定した。また、一端部５１から他端部５２に渡って同じ巻き密度で導線１００をチューブ１３ａに巻回して比較用の空芯コイル３１３を製造し、空芯コイル１３に代えて、その空芯コイル３１３を備えた電流測定装置３０１を用いて同様の測定を行った。

次いで、周波数が５５Ｈｚの実験用の電流Ｉを流したときの測定値を基準値として、その基準値に対する他の周波数における測定値の偏差を算出し、その偏差と電流Ｉの周波数との関係を調査した。この結果、図１０に示すように、空芯コイル３１３を備えた電流測定装置３０１では、周波数の違いによって測定値の偏差が大きく変動するのに対して、図１１に示すように、空芯コイル１３を備えた電流測定装置１では、周波数の違いによる測定値の偏差の変動が十分に小さい範囲内に収まっていることが明らかとなった。この結果から、上記した空芯コイル１３を備えた構成を採用することで、磁気センサ２の周波数特性が十分に向上することが明らかである。

このように、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、中央部５３における導線１００の巻き密度が一端部側５４および他端部側５５における導線の巻き密度よりも低密度となるように各第２コイルを形成したことにより、一端部５１から他端部５２に渡って巻き密度が変わらないように形成された空芯コイルと比較して、検出感度の低い部位が増える分、各空芯コイル１３によって構成される環状体の周方向に沿った検出感度を平均化することができる。このため、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、各有芯コイル１２によって構成される環状体の周方向に沿った漏れ磁束が不均一となることに起因する電流Ｉの周波数の違いによる測定値の偏差の変動を十分に小さく抑えることができるため、その結果、周波数特性を十分に向上させることができる。また、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、直径が一定の円筒状のチューブ１３ａの周囲に導線１００を巻回する際にその巻き密度を異ならせて、一端部側５４および他端部側５５を高密度とすると共に、中央部５３を低密度にするだけで空芯コイル１３を製造することができるため、両端部の外径を大径に形成した空芯コイルを備えた構成と比較して、空芯コイル１３の製造工程を十分に簡略化することができる。したがって、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、周波数特性の向上を図りつつ製造コストを十分に低減することができる。

また、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、中央部５３の長さＬ１が近接状態における各第２コイルの各一端部５１間の離間距離Ｌ２および各他端部５２間の離間距離Ｌ３と同じ長さとなるように各空芯コイル１３を形成したことにより、中央部５３における検出感度を、各一端部５１同士の近接部位（不連続部位）の検出感度および各他端部５２同士の近接部位の検出感度に近付けることができる。したがって、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、各空芯コイル１３によって構成される環状体の周方向に沿った検出感度を十分に平均化することができるため、周波数特性をさらに向上させることができる。また、中央部５３の長さＬ１が各一端部５１間の離間距離Ｌ２および各他端部５２間の離間距離Ｌ３よりも長くなるように各空芯コイル１３を形成することで、中央部５３における検出感度を、各一端部５１同士の近接部位の検出感度および各他端部５２同士の近接部位の検出感度にさらに近付けることができる。

また、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、空芯コイル１３の中央部５３における導線１００の巻回数を１回未満に規定したことにより、例えば、中央部５３の長さＬ１を、各一端部５１間の離間距離Ｌ２および各他端部５２間の離間距離Ｌ３以上に規定して、その中央部５３における導線１００の巻数を最も少ない１回未満とすることで、中央部５３における検出感度を、巻数がそれぞれ０回である各一端部５１同士の近接部位の検出感度および各他端部５２同士の近接部位の検出感度に一層近付けることができる。したがって、この磁気センサ２および電流測定装置１によれば、各空芯コイル１３によって構成される環状体の周方向に沿った検出感度をさらに平均化することができるため、周波数特性を一層向上させることができる。

なお、導線１００の巻き密度を低密度とする部位（所定部位）を空芯コイル１３の長さ方向の中間部位である中央部５３に規定した例について上記したが、この所定部位の位置は、任意に規定することができる。また、この所定部位の数は、１つに限定されず、任意の複数に規定することができる。また、所定部位（上記の例では、中央部５３）の長さＬ１、各空芯コイル１３の各一端部５１間の離間距離Ｌ２、および各空芯コイル１３の各他端部５２間の離間距離Ｌ３を互いに同じ長さとなるように形成した例について上記したが、所定部位の長さＬ１は、離間距離Ｌ２，Ｌ３以上である限り任意に規定することができる。また、離間距離Ｌ２，Ｌ３が互いに異なっていてもよい。また、中央部５３（所定部位）における導線１００の巻き回数（ターン数）を１未満に規定した例について上記したが、一端部側５４および他端部側５５の巻き密度よりも低密度である限り、中央部５３における導線１００の巻き回数は任意に規定することができる。さらに、空芯コイル１３を有芯コイル１２の外側に配置する例について上記したが、空芯コイル１３を有芯コイル１２の内側に配置する構成を採用することもできる。また、空芯コイル１３と有芯コイル１２とを並べて配置する構成を採用することもできる。

１ 電流測定装置
２ 磁気センサ
１２ 有芯コイル
１２ａ 磁性コア
１３ 空芯コイル
１３ａ チューブ
１３ｂ 巻線
４１ Ａ／Ｄ変換部
４５ 制御部
５１ 一端部
５２ 他端部
５３ 中央部
５４ 一端部側
５５ 他端部側
６１ 一端部
６２ 他端部
１００ 導線
Ｉ 電流
Ｉｍ 電流値
Ｌ１ 長さ
Ｌ２，Ｌ３ 離間距離

Claims (4)

1. 磁性コアの周囲に導線を巻回して略弧状に形成された一対の第１コイルと、導線を巻回して空芯形に形成されると共に前記各第１コイルに沿ってそれぞれ配設された一対の第２コイルとを備えて、前記各第１コイルにおける各々の一端部同士および各々の他端部同士を互いに近接させると共に前記各第２コイルにおける各々の一端部同士および各々の他端部同士を互いに近接させた近接状態において磁気を検出する磁気センサであって、
   前記各第２コイルは、当該第２コイルの前記一端部と前記他端部との間の所定部位における前記導線の巻き密度が当該所定部位を除く他の部位における当該導線の巻き密度よりも低密度となるようにそれぞれ形成されている磁気センサ。
2. 前記各第２コイルは、前記所定部位の長さが前記近接状態における前記各第２コイルの前記各一端部間の離間距離および前記各他端部間の離間距離以上となるように形成されている請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第２コイルは、前記所定部位における前記導線の巻回数が１回未満に規定されている請求項１または２記載の磁気センサ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の磁気センサと、当該磁気センサによって検出された前記磁気の強度に基づいて電流を測定する測定部とを備えている電流測定装置。

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