JP2012026755A - 電流測定装置および電流測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体に影響を及ぼすことなく非接触でかつ場所的な制約も受けず、被測定電流の電流値を高精度に測定すること。
【解決手段】基準平面Ｓ１上に配置された線状部分２ａを有する導体２と、電流量を変化可能とした可変電流を導体２に流す電流発生手段３と、磁界の強さを検出するセンサー部４、５と、被検体Ｗを基準平面Ｓ１上に位置決めするとともに、センサー部４、５を基準平面Ｓ１から外れた位置に位置決めする位置決め手段２０と、を備え、センサー部４、５は、該センサー部４、５に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出する電流測定装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体に流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定装置および電流測定方法に関する。

従来から、被検体である電気回路に流れる被測定電流を測定する手法として、例えば下記非特許文献１に示すような、シャントを電気回路に挿入してシャント抵抗両端に現れる電圧を測定し、電圧とシャント抵抗値とから被測定電流を算出する手法がある。
また、シャント抵抗を挿入せずに非接触で被測定電流を測定する方法として、下記非特許文献２に示されるクランプ式の電流計がある。この方法では、測定対象とする導体を環状磁芯内に挿通させて被測定電流を測定する。
さらに、被測定電流が直流電流の場合、下記特許文献１に記載の電流測定方式で被測定電流を測定することが考えられる。この方法においても、測定対象とする導体を環状磁芯内に挿通させて被測定電流を測定する。

国際公開第０３／１０７０１７号パンフレット

「港湾構造物の電気防食調査（その１）」、港湾技研資料、運輸省 港湾技術研究所、昭和５９年３月、Ｎｏ．４７５ カタログ ディジタルクランプオンハイテスタ３２８１、３２８２等、日置電気

しかしながら、前記非特許文献１に記載の方法では、電気回路（被検体）を一部切断し、シャント抵抗を挿入しなければならないため、例えば、電気回路としてのパイプラインに流れる被測定電流を測定するというような、電気回路を切断することが不可能な場合には適用することができないといった課題があった。さらに、電気回路を切断してシャント抵抗を挿入し、シャント両端の電圧が測定できたとしても、もともとあった測定回路系にシャント抵抗分が加味されることとなる。したがって、シャント抵抗分が加味されない本来測定したい被測定電流の電流値が原理的に測定できないといった課題があった。

また、前記非特許文献２に記載の方法は、交流測定においてはカレントトランスフォーマとして広く知られている。しかしカレントトランスフォーマは、被測定電流の作り出す磁束の変化を環状磁芯でとらえ、測定可能な電流に変換する機構であるため、交流にしか適用することができない。
なお、前記非特許文献２に示されるクランプオンテスタでは、環状磁芯の一部を切り欠き、そこにホール素子を挿入して直流磁界を検出することで直流を測定することを可能としている。しかし、ホール素子は温度依存性が強く、測定条件の変化によって測定精度も大きく変化することが課題として挙げられる。

また、前記特許文献１に記載の方法では、測定対象とする電気回路（被検体）を切断することなく、環状磁芯内に電気回路を挿通させるためには、環状磁芯を分割しクランプさせる機構を持たせなければならない。しかしながら、非常に精度の良いクランプ構造の加工を施しても、切断部分でのエアギャップを消滅させることは不可能である。したがって、環状磁芯にエアギャップができることで、測定精度が低下することが課題として挙げられる。
さらに、長期的にみると前記クランプ機構が磁芯全体の弱点部となり、ここからの機械的破損や隙間腐食の発生原因となるといったことも課題として挙げられる。

また、電気回路（被検体）は、壁面に沿って延びていたり、壁内部または地中、コンクリート内部などに埋設されていたりする場合がある。そのため前記非特許文献２および前記特許文献１記載の方法では、構造的に環状磁芯内に電気回路を挿通できない場合があるといった場所的な制約があるといった課題があった。

また、以上列挙した各測定方法において、直流電流を測定対象として地球上で測定する場合には、測定系への外乱要因としての地磁気の混入は避けることはできず、地磁気の影響排除を行わなければならないといった課題があった。地磁気の対策としては、例えばパーマロイのような高級磁性鋼材でシールドするなどの対策を施すことも考えられる。しかしこの場合、構造の複雑化による取扱いの煩雑さの増加や、加工費および材料費の高騰といったことが課題として挙げられる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その主目的は、被検体に影響を及ぼすことなく非接触でかつ場所的な制約も受けず、被測定電流の電流値を高精度に測定することができる電流測定装置および電流測定方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、外部磁界の影響を排除し、安価で構造も単純な電流測定装置および電流測定方法を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る電流測定装置は、被検体に流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定装置であって、基準平面上に配置された線状部分を有する導体と、電流量を変化可能とした可変電流を前記導体に流す電流発生手段と、磁界の強さを検出するセンサー部と、前記被検体を前記基準平面上に位置決めするとともに、前記センサー部を前記基準平面から外れた位置に位置決めする位置決め手段と、を備え、前記センサー部は、該センサー部に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出することを特徴とする。

また、本発明に係る電流測定方法は、被検体に流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定装置を用いた電流測定方法であって、前記電流測定装置は、基準平面上に配置された線状部分を有する導体と、電流量を変化可能とした可変電流を前記導体に流す電流発生手段と、磁界の強さを検出するセンサー部と、を備え、該センサー部は、該センサー部に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出し、前記基準平面上に前記被検体を配置するとともに、前記センサー部を前記基準平面から外れた位置に配置する配置工程と、前記被検体から発生する磁界および前記線状部分から発生する磁界を合成してなり、前記センサー部に作用する合成磁界における前記少なくとも一方向の成分の磁界の強さが０になったときの前記可変電流の電流値を計測する計測工程と、前記計測工程で得られた前記可変電流の電流値に基づいて前記被測定電流の電流値を算出する算出工程と、を有し、前記計測工程は、前記電流発生手段によって前記可変電流をその電流値を変化させながら前記導体に流し、前記センサー部によって前記少なくとも一方向の磁界の強さを検出することで行うことを特徴とする。

これらの発明では、まず、基準平面上に被検体を配置するとともに、センサー部を基準平面から外れた位置に配置する配置工程を行う。その後、前記合成磁界における前記少なくとも一方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値を計測する計測工程を行う。この計測工程は、電流発生手段によって可変電流をその電流値を変化させながら導体に流し、センサー部によって前記少なくとも一方向の磁界の強さを検出することで行う。そして、計測工程で得られた可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値を算出する算出工程を行う。

以上により、被検体に流れる被測定電流の電流値を非接触で安定して測定することが可能になり、被検体を加工せずにこの被検体に影響を及ぼすことなく、容易に被測定電流の電流値を測定することができる。
また前記従来技術のように、被検体を環状磁芯内に挿通させるといった必要が無いので、場所的な制約を受けずに測定することができる。さらに、このように被検体を環状磁芯内に挿通させる必要が無いので、環状磁芯にエアギャップができることによって測定精度が低下するといったおそれがなく、被測定電流の電流値を高精度に測定することができる。
また配置工程の際、センサー部を基準平面から外れた位置に配置するので、センサー部によって前記合成磁界における複数方向の成分の磁界の強さを検出することができる。すなわち、センサー部が基準平面上に位置する場合、前記合成磁界の元となる被検体から発生する磁界、および線状部分から発生する磁界のいずれもが、基準平面に直交する同一方向にセンサー部に作用することとなる。
これにより、被測定電流の電流値を確実に高精度に算出することができる。

また、前記電流測定装置では、前記線状部分は、直線状に形成され、前記位置決め手段は、前記被検体を、前記線状部分に直交し前記基準平面に平行なＸ方向に前記線状部分と並列しかつ該線状部分に平行になるように位置決めするとともに、前記センサー部を、前記線状部分が延在するＺ方向において、前記線状部分と前記被検体とが平行に並列する区間の内側の領域に位置決めしても良い。

また、前記電流測定方法では、前記線状部分は、直線状に形成され、前記配置工程の際、前記被検体を、前記線状部分に直交し前記基準平面に平行なＸ方向に該線状部分と並列しかつ該線状部分に平行になるように配置するとともに、前記センサー部を、前記線状部分が延在するＺ方向において、前記線状部分と前記被検体とが平行に並列する区間の内側の領域に配置しても良い。

これらの場合、配置工程の際、Ｚ方向において、線状部分と被検体とが平行に並列する区間の内側の領域にセンサー部を配置するので、前記合成磁界の磁界の強さを高精度に検出することができる。

また、前記電流測定装置では、前記センサー部は、該センサー部に作用する磁界のうち、前記Ｘ方向の成分の磁界の強さ、または前記Ｘ方向および前記Ｚ方向に直交するＹ方向の成分の磁界の強さを検出しても良い。

また、前記電流測定方法では、前記計測工程の際、前記センサー部によって、該センサー部に作用する磁界のうち、前記Ｘ方向の成分の磁界の強さ、または前記Ｘ方向および前記Ｚ方向に直交するＹ方向の成分の磁界の強さを検出しても良い。

これらの場合、計測工程の際、センサー部によって、センサー部に作用する磁界のうち、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、またはＹ方向の成分の磁界の強さを検出するので、算出工程の際、可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値を容易に算出することができる。

また、前記電流測定装置では、前記位置決め手段は、前記センサー部を、前記Ｘ方向において、前記線状部分と前記被検体との間に位置する領域に位置決めしても良い。

また、前記電流測定方法では、前記配置工程の際、前記Ｘ方向において、前記線状部分と前記被検体との間に位置する領域に前記センサー部を配置しても良い。

これらの場合、配置工程の際、Ｘ方向において、線状部分と被検体との間に位置する領域にセンサー部を配置するので、前記合成磁界の磁界の強さをより高精度に検出することができる。

また、前記電流測定装置では、前記位置決め手段は、前記センサー部を、該センサー部から前記被検体までの前記Ｘ方向に沿った距離と、該センサー部から前記線状部分までの前記Ｘ方向に沿った距離と、が同等になるように位置決めしても良い。

また、前記電流測定方法では、前記配置工程の際、前記センサー部を、該センサー部から前記被検体までの前記Ｘ方向に沿った距離と、該センサー部から前記線状部分までの前記Ｘ方向に沿った距離と、が同等になるように配置しても良い。

これらの場合、配置工程の際、センサー部を、該センサー部から被検体までのＸ方向に沿った距離と、該センサー部から線状部分までのＸ方向に沿った距離と、が同等になるように配置するので、算出工程の際、可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値をより容易に算出することができる。

また、前記電流測定装置では、前記センサー部として、第１センサー部および第２センサー部を備え、前記位置決め手段は、前記第１センサー部および前記第２センサー部を、前記Ｚ方向に直交する同一のＸＹ平面上に位置決めしても良い。

また、前記電流測定方法では、前記センサー部として、第１センサー部および第２センサー部を備え、前記配置工程の際、これらのセンサー部を、前記Ｚ方向に直交する同一のＸＹ平面上に配置し、前記計測工程の際、前記第１センサー部および前記第２センサー部それぞれによって、前記Ｘ方向の成分または前記Ｙ方向の成分の磁界の強さを検出し、これらのセンサー部によって検出された磁界の強さが互いに同等になるときの前記可変電流の電流値を計測しても良い。

これらの場合、計測工程の際、第１センサー部および第２センサー部それぞれによって検出されたＸ方向の成分、またはＹ方向の成分の磁界の強さが互いに同等になるときに、前記合成磁界におけるＸ方向の成分またはＹ方向の成分の磁界の強さが０になる。したがって、計測工程の際、外部磁界の影響によらず、前記合成磁界におけるＸ方向の成分またはＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流を高精度に計測することができる。
またこのように、外部磁界をシールドせずに、外部磁界の影響を排除した測定を行うことができるので、電流測定装置を安価で構造も単純なものとすることができる。

本発明に係る電流測定装置および電流測定方法によれば、被検体に影響を及ぼすことなく非接触でかつ場所的な制約も受けず、被測定電流の電流値を高精度に測定することができる。

本発明の第１実施形態に係る電流測定装置の概略構成図である。 図１に示すＡ−Ａ断面矢視図である。 本発明に係る電流測定方法の説明図である。 本発明に係る電流測定方法の説明図である。 図１に示す電流測定装置において、可変電流の電流値と、センサー部によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さと、の関係を示すグラフである。 図１に示す電流測定装置において、可変電流の電流値と、センサー部によって検出されたＹ方向の成分の磁界の強さと、の関係を示すグラフである。 図１に示す電流測定装置において、可変電流の電流値と、センサー部によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さと、の関係を示すグラフである。 図１に示す電流測定装置において、可変電流の電流値と、センサー部によって検出されたＹ方向の成分の磁界の強さと、の関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る電流測定装置の概略構成図である。

（第１実施形態）
（電流測定装置）
以下、図面を参照し、本発明に係る第１実施形態を説明する。
図１に示すように、電流測定装置１は、リード線等の被検体Ｗに流れる直流電流である被測定電流の電流値を測定する。この種の電流測定装置１は、電気防食におけるモニタリング、調査、診断といった方面への応用が期待できる。
なお図示の例では、被検体Ｗの断面形状は円形となっている（図２参照）。

図１および図２に示すように、電流測定装置１は、基準平面Ｓ１上に配置された線状部分２ａを有する導体２と、電流値を変化可能な直流電流である可変電流を導体２に流す電流発生手段３と、磁界の強さを検出するセンサー部４、５を有する磁界検出手段６と、被検体Ｗを基準平面Ｓ１上に位置決めするとともに、センサー部４、５を、基準平面Ｓ１から外れた位置に位置決めする位置決め手段２０と、を備えている。

図２に示すように、導体２は、例えば金属等の電気抵抗が小さい材料で形成され、導体２の断面形状は円形に形成されている。図１に示すように、この導体２の線状部分２ａは、直線状に形成されている。なお以下では、線状部分２ａに直交し基準平面Ｓ１に平行な方向をＸ方向といい、線状部分２ａが延在する方向をＺ方向といい、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向という。

電流発生手段３は、導体２に可変電流を流す出力可変直流電源７と、可変電流の電流値を計測する直流電流計８と、を備えている。なお図示の例では、直流電流計８は、可変電流の電流値を表示可能となっている。

磁界検出手段６は、センサー部４、５としての第１センサー部４および第２センサー部５と、これらのセンサー部４、５で検出された磁界の強さに関する磁気信号を処理する処理部９と、を備えている。

センサー部４、５は、このセンサー部４、５に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出する。本実施形態では、センサー部４、５は、このセンサー部４、５に作用する磁界のうち、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出する。

なおセンサー部４、５としては、ＭＩ素子（磁気インピーダンス素子）、ホール素子、磁気コイル、ＳＱＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）等、磁気検知機能を有するものであればどのようなセンサーでも適用可能である。この種のセンサーには、磁界の強さを磁界の向きとともに検出する有極性のものと、磁界の強さは検出するが磁界の向きは検出できない無極性のものとがあり、図示の例では、有極性の構成を採用している。

また処理部９は、センサー部４、５によって計測された磁界の強さを、正の値〜零（０）〜負の値として表示する。なお、センサー部４、５として無極性の構成を採用した場合、処理部９は、磁界の強さを正の値〜零（０）として表示する。

位置決め手段２０は、被検体Ｗを、Ｘ方向に線状部分２ａと並列しかつ該線状部分２ａに平行になるように位置決めする。また位置決め手段２０は、センサー部４、５を、Ｚ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとが平行に並列する区間の内側の領域Ｔ１に位置決めし、かつＺ方向に直交する同一のＸＹ平面Ｓ２上に位置決めする。

また図２に示すように、位置決め手段２０は、センサー部４、５を、Ｘ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとの間に位置する領域Ｔ２に位置決めし、かつ、該センサー部４、５から被検体ＷまでのＸ方向に沿った距離Ｌ１と、該センサー部４、５から線状部分２ａまでのＸ方向に沿った距離Ｌ２と、が同等になるように位置決めする。さらに位置決め手段２０は、第１センサー部４および第２センサー部５を、基準平面Ｓ１を挟んで互いに反対側に位置決めする。

図示の例では、位置決め手段２０は、被検体Ｗが配置される被検体配置部Ｗ１と、線状部分２ａとセンサー部４、５および被検体配置部Ｗ１とを各別に連結する連結部材２１、２２、２３と、を備えている。

被検体配置部Ｗ１には、被検体ＷがＺ方向に沿って配置される。図示の例では、被検体配置部Ｗ１は、Ｚ方向に延在し被検体Ｗが内挿可能な管状に形成されるとともに径方向に２分割されている。そして被検体Ｗは、分割された被検体配置部Ｗ１によって径方向の両側から挟みこまれることで、被検体配置部Ｗ１に配置されている。Ｚ方向に延在しており、この被検体配置部Ｗ１には、

また図示の例では、連結部材２１、２２、２３として、線状部分２ａと第１センサー部４とを連結する第１連結部材２１と、線状部分２ａと第２センサー部５とを連結する第２連結部材２２と、線状部分２ａと被検体配置部Ｗ１とを連結する第３連結部材２３と、が備えられている。これらの連結部材２１、２２、２３は、線状部分２ａ、センサー部４、５および被検体配置部Ｗ１にそれぞれ着脱自在に装着されている。
そして、センサー部４、５および被検体配置部Ｗ１（被検体Ｗ）は、連結部材２１、２２、２３によって線状部分２ａに連結されることで、線状部分２ａ（基準平面Ｓ１）に対して位置決めされる。

なお、センサー部４、５から被検体ＷまでのＸ方向に沿った距離Ｌ１と、該センサー部４、５から線状部分２ａまでのＸ方向に沿った距離Ｌ２と、が同等になるように配置することで、被検体Ｗの中心軸線Ｏ１と、線状部分２ａの中心軸線Ｏ２と、第１センサー部４の中心（検出点）Ｏ３と、を頂点としてＸＹ平面Ｓ２上に形成される三角形は、二等辺三角形（図示の例では、直角二等辺三角形）となる。また、被検体Ｗの中心軸線Ｏ１と、線状部分２ａの中心軸線Ｏ２と、第２センサー部５の中心（検出点）Ｏ４と、を頂点としてＸＹ平面Ｓ２上に形成される三角形も同様に二等辺三角形（図示の例では、正三角形）となる。図示の例では、これらの２つの三角形は、非合同となっている。

（電流測定原理）
次に、前記電流測定装置１を用いて被検体Ｗに流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定原理について、測定に外部磁界が影響しない場合を説明する。
なお外部磁界としては、例えば、地磁気のように一様に分布する平行磁界や、アノードが付属している鋼構造物や鉄板等の強磁性体による磁界が挙げられる。また、測定に外部磁界が影響しない場合としては、外部磁界が無視できるほど小さかったり、被検体Ｗおよび前記電流測定装置１を磁気遮蔽手段（例えば、パーマロイ等の磁気遮蔽材料で形成されたもの）で覆ったりする場合などが考えられる。

まず、前述のように被検体Ｗと、線状部分２ａと、センサー部４、５と、の位置関係が決められた状態で、第１センサー部４が検出する磁界の強さ（Ａ／ｍ）の理論値を求める。なお、第２センサー部５が検出する磁界の強さの理論値については、第１センサー部４と同様に求めることができるので省略する。

図３に示すように、被検体Ｗに流れる被測定電流が被検体Ｗの周囲に作り出す磁界による磁力線Ｍは、被検体Ｗの中心軸線Ｏ１を中心とした円形になる。したがって、被測定電流が作り出し第１センサー部４に作用する磁界は、第１センサー部４を通る磁力線Ｍの接線方向に向けて発生し、この磁界の強さは、ビオサバールの法則によって下記（１）式で表される。なお、以下式において、μは大気の透磁率（Ｎ／Ａ^２）を意味し、Ｉ_ｏは被測定電流の電流値を意味し、ｒ_１はＸＹ平面Ｓ２に沿った被検体Ｗの中心軸線Ｏ１と第１センサー部４の中心Ｏ３との距離を意味している。

上記（１）式より、この磁界のＸ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さはそれぞれ、下記（２）式、および（３）式で表される。なお、以下式において、θは、基準平面Ｓ１を基準とし被検体Ｗから見た第１センサー部４の仰角を意味している。

一方、図４に示すように、電流発生手段３によって、被測定電流と同一方向に向けて可変電流を導体２に流すと、この可変電流が線状部分２ａの周囲に作り出す磁界による磁力線Ｍは、線状部分２ａの中心軸線ｏ２を中心とした円形になる。したがって、可変電流が作り出し第１センサー部４に作用する磁界は、第１センサー部４を通る磁力線Ｍの接線方向に向けて発生し、この磁界の強さは、ビオサバールの法則によって下記（４）式で表される。なお、以下式において、Ｉ_ｖは可変電流の電流値を意味し、ｒ_２はＸＹ平面Ｓ２に沿った線状部分２ａの中心軸線Ｏ２と第１センサー部４の中心Ｏ３との距離を意味している。また可変電流の電流値は、被測定電流と同一方向に向けて流れる場合を正とし、被測定電流と反対方向に向けて流れる場合を負とする。

上記（４）式より、この磁界のＸ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さはそれぞれ、下記（５）式、および（６）式で表される。なお、以下式において、φは、基準平面Ｓ１を基準とし線状部分２ａから見た第１センサー部４の仰角を意味している。

以上より、被検体Ｗから発生する磁界および線状部分２ａから発生する磁界が合成されてなり、第１センサー部４によって検出される合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さはそれぞれ、下記（７）式、および（８）式で表される。

上記（７）式、および（８）式により、第１センサー部４が検出する磁界の強さの理論値が求められることとなる。

ここで、上記（７）式において磁界の強さが０になる場合を考えると、下記（９）式のようになり、この（９）式をＩ_ｖについて整理すると下記（１０）式のようになる。なお、ｒ_１×ｓｉｎθ＝ｒ_２×ｓｉｎφである。

また、上記（８）式において磁界の強さが０になる場合を考えると、下記（１１）式のようになる。

さらに本実施形態では、被検体Ｗの中心軸線Ｏ１と、線状部分２ａの中心軸線Ｏ２と、第１センサー部４の中心Ｏ３と、を頂点としてＸＹ平面Ｓ２上に形成される三角形が、二等辺三角形なので、ｒ_１＝ｒ_２、θ＝φとなり、上記（１０）式、および（１１）式は、下記（１２）式、および（１３）式に整理することができる。

上記（１２）式より、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値（Ｉ_ｖ）に基づいて、被測定電流の電流値（Ｉ_Ｏ）を算出することができる。また上記（１３）式より、前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値（Ｉ_ｖ）に基づいて、被測定電流の電流値（Ｉ_Ｏ）を算出することができる。

（電流測定方法）
次に、前述した電流測定原理に基づいて、被測定電流の電流値を測定する電流測定方法について説明する。
まず、基準平面Ｓ１上に被検体Ｗを配置するとともに、センサー部４、５を基準平面Ｓ１から外れた位置に配置する配置工程を行う。

この工程では、図１に示すように、被検体Ｗを線状部分２ａとＸ方向に並列しかつ該線状部分２ａに平行になるように配置する。このとき、被検体Ｗを被検体配置部Ｗ１に配置するとともに、第３連結部材２３によって線状部分２ａと被検体配置部Ｗ１とを連結し、被検体Ｗを線状部分２ａに対して位置決めする。

また、センサー部４、５を、線状部分２ａが延在するＺ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとが平行に並列する区間の内側の領域Ｔ１に配置するとともに、第１センサー部４および第２センサー部５を、Ｚ方向に直交する同一のＸＹ平面Ｓ２上に配置する。さらに図２に示すように、センサー部４、５を、Ｘ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとの間に位置する領域Ｔ２に配置するとともに、該センサー部４、５から被検体ＷまでのＸ方向に沿った距離Ｌ１と、該センサー部４、５から線状部分２ａまでのＸ方向に沿った距離Ｌ２と、が同等になるように配置する。さらにまた、第１センサー部４と第２センサー部５とを、基準平面Ｓ１を挟んで互いに反対側に配置する。このとき、センサー部４、５と線状部分２ａとを連結部材２１、２２によって連結し、センサー部４、５を線状部分２ａに対して位置決めする。

その後、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さがそれぞれ０になったときの可変電流の電流値を計測する計測工程を行う。
なおこの計測工程は、第１センサー部４を用いる場合も、第２センサー部５を用いる場合も、同様に行うので、以下では第１センサー部４を用いる場合について説明し、第２センサー部５を用いる場合については、その説明を省略する。

この計測工程は、電流発生手段３によって可変電流をその電流値を変化させながら導体２に流し、第１センサー部４によってＸ方向の成分の磁界の強さを検出することで行う。また、電流発生手段３によって可変電流をその電流値を変化させながら導体２に流し、第１センサー部４によってＹ方向の成分の磁界の強さを検出することで行う。
ここで本電流測定方法では、測定に外部磁界が影響していないので、第１センサー部４によって検出された磁界の強さは、前記合成磁界の磁界の強さと一致する。

なお、可変電流の電流値と、第１センサー部４によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さと、の関係は、図５に示すグラフに示された２直線１００、１０１のうちの実線１００のようになる。このグラフにおいて、横軸は、可変電流の電流値（Ａ）を示し、縦軸は、Ｘ方向の成分の磁界の強さ（Ａ／ｍ）を示している。またこのグラフにおいて、可変電流の電流値（横軸）は、被測定電流と同一方向に向けて流れる場合を正とし、磁界の強さ（縦軸）は、Ｘ方向に沿って被検体Ｗよりも線状部分２ａ側を正としている。

また、可変電流の電流値と、第１センサー部４によって検出されたＹ方向の成分の前記磁界の強さと、の関係は、図６に示すグラフに示された２直線１１０、１１１のうちの実線１１０のようになる。このグラフにおいて、横軸は、可変電流の電流値（Ａ）を示し、縦軸は、Ｙ方向の成分の磁界の強さ（Ａ／ｍ）を示している。またこのグラフにおいて、可変電流の電流値（横軸）は、被測定電流と同一方向に向けて流れる場合を正とし、磁界の強さ（縦軸）は、Ｚ方向に沿って鉛直上側（図２の紙面上側）を正としている。

そして、計測工程で得られた可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値を算出する算出工程を行う。すなわち、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値（図５に示す例では、Ｉ_ｖ＝−１０）と、上記（１２）式と、を用いて、被測定電流の電流値（図５に示す例では、Ｉ_ｏ＝１０）を算出する。また、前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値（図６に示す例では、Ｉ_ｖ＝１０）と、上記（１３）式と、を用いて、被測定電流の電流値（図６に示す例では、Ｉ_ｏ＝１０）を算出する。
以上より、被測定電流の電流値を算出することができる。

なお、可変電流の電流値を変化させながら、第１センサー部４によってＸ方向の成分およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出するのと併せて、第２センサー部５によってＸ方向の成分およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出しても良い。
この場合、可変電流の電流値と、第２センサー部５によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さと、の関係は、図５に示すグラフに示された２直線１００、１０１のうちの二点鎖線１０１のようになる。このグラフにおいて、２直線１００、１０１は、いずれも上記（１２）式を満たすため、磁界の強さが０のときに交差することとなる。なお第１センサー部４および第２センサー部５が、基準平面Ｓ１を挟んで互いに反対側に配置されていることから、これらの２直線１００、１０１の傾きは、正負が互いに逆になっている。
さらに、可変電流の電流値と、第２センサー部５によって検出されたＹ方向の成分の磁界の強さと、の関係は、図６に示すグラフに示された２直線１１０、１１１のうちの二点鎖線１１１のようになる。このグラフにおいて、２直線１１０、１１１は、いずれも上記（１３）式を満たすため、磁界の強さが０のときに交差することとなる。

以上説明したように、本実施形態に係る電流測定装置１および電流測定方法によれば、被検体Ｗに流れる被測定電流の電流値を非接触で安定して測定することが可能になり、被検体Ｗを加工せずにこの被検体Ｗに影響を及ぼすことなく、容易に被測定電流の電流値を測定することができる。

また前記従来技術のように、被検体Ｗを環状磁芯内に挿通させるといった必要が無いので、場所的な制約を受けずに測定することができる。さらに、このように被検体Ｗを環状磁芯内に挿通させる必要が無いので、環状磁芯にエアギャップができることによって測定精度が低下するといったおそれがなく、被測定電流の電流値を高精度に測定することができる。

また配置工程の際、センサー部４、５を基準平面Ｓ１から外れた位置に配置するので、センサー部４、５によって前記合成磁界における複数方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の成分の磁界の強さを検出することができる。すなわち、センサー部４、５が基準平面Ｓ１上に位置する場合、前記合成磁界の元となる被検体Ｗから発生する磁界、および線状部分２ａから発生する磁界のいずれもが、基準平面Ｓ１に直交する同一方向（Ｙ方向）にセンサー部４、５に作用することとなる。
これにより、被測定電流の電流値を確実に高精度に算出することができる。

また、配置工程の際、Ｚ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとが平行に並列する区間の内側の領域Ｔ１にセンサー部４、５を配置するので、前記合成磁界の磁界の強さを高精度に検出することができる。
さらに、配置工程の際、Ｘ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとの間に位置する領域Ｔ２にセンサー部４、５を配置するので、前記合成磁界の磁界の強さをより高精度に検出することができる。

また、計測工程の際、センサー部４、５によって、センサー部４、５に作用する磁界のうち、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出するので、算出工程の際、可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値を容易に算出することができる。
さらに、配置工程の際、センサー部４、５を、該センサー部４、５から被検体ＷまでのＸ方向に沿った距離Ｌ１と、該センサー部４、５から線状部分２ａまでのＸ方向に沿った距離Ｌ２と、が同等になるように配置するので、算出工程の際、可変電流の電流値に基づいて被測定電流の電流値をより容易に算出することができる。

なお本実施形態では、第２センサー部５を備えるものとしたが、第２センサー部５は無くても良い。
またセンサー部４、５は、このセンサー部４、５に作用する磁界のうち、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出するものとしたが、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、またはＹ方向の成分の磁界の強さを検出するものであっても良い。さらに、Ｘ方向およびＹ方向と異なる方向の成分の磁界の強さを検出するものであっても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

（電流測定原理）
本実施形態では、前記電流測定装置１を用いて被検体Ｗに流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定原理について、測定に外部磁界が影響する場合を説明する。
この場合、センサー部４、５によって検出される磁界の強さは、前記合成磁界の磁界の強さに、一定の外部磁界の磁界の強さが加えられたものとなる。すなわち、図７に示すように、可変電流の電流値と、センサー部４、５によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さと、の関係は、外部磁界の影響がない場合に比べて、一定の外部磁界の磁界の強さの分だけ全体的に縦軸方向にシフトすることとなる。

ここで前述のように、図７に示すグラフにおいて、２直線１００、１０１は、合成磁界の磁界の強さが０のときに交差する。すなわち、第１センサー部４および第２センサー部５によって検出されたＸ方向の成分の磁界の強さが互いに同等になるときに、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になる。したがって、このときの可変電流の電流値を計測し、この電流値と上記（１２）式とを用いることで、被測定電流の電流値を算出することができる。

また図８に示すように、可変電流の電流値と、センサー部４、５によって検出されるＹ方向の成分の磁界の強さと、の関係も同様であり、第１センサー部４および第２センサー部５によって検出されたＹ方向の成分の磁界の強さが互いに同等になるときの可変電流の電流値を計測し、この電流値と上記（１３）式とを用いることで、被測定電流の電流値を算出することができる。

（電流測定方法）
次に、前述した電流測定原理に基づいて、被測定電流の電流値を測定する電流測定方法について説明する。

この場合、計測工程の際、第１センサー部４および第２センサー部５それぞれによって、Ｘ方向の成分の磁界の強さを検出し、これらのセンサー部４、５によって検出された磁界の強さが互いに同等になるときの可変電流の電流値を計測する。この電流値が、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値となる。
またこのとき、第１センサー部４および第２センサー部５それぞれによって、Ｙ方向の成分の磁界の強さを検出し、これらのセンサー部４、５によって検出された磁界の強さが互いに同等になるときの可変電流の電流値を計測する。この電流値が、前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値となる。

以上説明したように、本実施形態に係る電流測定装置１および電流測定方法によれば、計測工程の際、外部磁界の影響によらず、前記合成磁界におけるＸ方向の成分、およびＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流を高精度に計測することができる。
またこのように、外部磁界をシールドせずに、外部磁界の影響を排除した測定を行うことができるので、電流測定装置１を安価で構造も単純なものとすることができる。

なお本実施形態では、センサー部４、５は、このセンサー部４、５に作用する磁界のうち、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、およびＹ方向の成分の磁界の強さを検出するものとしたが、第１センサー部４と第２センサー部５とが、同一方向の成分の磁界の強さを検出すれば、これに限られるものではない。例えば、センサー部４、５は、Ｘ方向の成分の磁界の強さ、またはＹ方向の成分の磁界の強さを検出するものであっても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を説明する。
なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

（電流測定装置）
本実施形態の電流測定装置１０は、被検体Ｗに流れる交流電流である被測定電流の電流値を測定し、前記電流発生手段３は、交流電流である可変電流を導体２に流す。この電流測定装置１０は、前記導体２と、前記電流発生手段３と、前記磁界検出手段６と、基準信号を発生する基準信号発生器１１と、を備えている。

電流発生手段３は、所望の周波数と位相の可変電流を導体２に流す出力可変交流電源１２と、導体２を流れる可変電流の位相を調整する移相器１３と、可変電流の電流値を計測する交流電流計１４と、を備えている。なお図示の例では、交流電流計１４は、可変電流の位相を計測可能となっており、例えばロックインアンプ等で構成されている。

センサー部４、５は、交流電流によって発生させられる交流磁界の磁界の強さ（実効値、ピークツーピーク値など）を検出する。また処理部９は、センサー部４、５の磁気信号から被測定電流の周波数および位相を算出可能となっている。
基準信号発生器１１は、電流発生手段３の交流電流計１４、および磁気検出手段６の処理部９に接続されており、これらの交流電流計１４および処理部９に位相のずれを測定するための基準信号を送出する。

（電流測定原理）
次に、前記電流測定装置１０を用いて被検体Ｗに流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定原理について、測定に外部磁界が影響しない場合を説明する。

交流電流は直流電流が交番して流れるものと考えられるので、被測定電流と可変電流とを同位相とした場合において、被測定電流の電流値と可変電流の電流値との関係は、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になる場合には上記（１２）式を満たし、また前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になる場合には上記（１３）式を満たすこととなる。

ここで上記（１２）式では、被測定電流の電流値と可変電流の電流値との正負が逆になっている。したがって、被測定電流と可変電流とを逆位相にした状態で、可変電流の電流値を変化させ、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値を、被測定電流の電流値として求めることができる。

一方、上記（１３）式では、被測定電流の電流値と可変電流の電流値との正負が同一になっている。したがって、被測定電流と可変電流とを同位相にした状態で、可変電流の電流値を変化させ、前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値を、被測定電流の電流値として求めることができる。

（電流測定方法）
次に、測定に外部磁界が影響しない場合の電流測定方法について説明する。
この場合、前記配置工程とともに、被測定電流と可変電流との位相を調整する位相調整工程を行う。
この位相調整工程では、まず、出力可変交流電流が導体２に流す可変電流の周波数を、被測定電流の周波数に調整する。なお、被測定電流の周波数が未知の場合には、被測定電流によって発生させられる磁界の周波数を、被測定電流の周波数としてセンサー部４、５によって検出し、処理部９から取得しても良い。このとき、センサー部４、５を被検体Ｗに近接させることで、被測定電流の周波数を高精度に測定しても良い。

また、被測定電流と可変電流との位相のずれを検出する。図示の例では、まず基準信号発生器１１が、磁界検出手段６の処理部９および電流発生手段３の交流電流計１４にそれぞれ基準信号を送出する。すると、処理部９は、センサー部４、５の磁気信号から求められる被測定電流の位相と基準信号の位相とのずれを算出し、また交流電流計１４は、可変電流の位相と基準信号の位相とのずれを算出する。これらの位相のずれに基づいて被測定電流と可変電流との位相のずれを検出する。
なおセンサー部４、５に代えて、カレントトランスフォーマを用いて被測定電流の位相を測定しても良い。この場合、カレントトランスフォーマによって所望の周波数でフィルタリングすることで、被測定電流の位相を高精度に検出することができる。

そして、被測定電流と可変電流との位相を調整する。このとき、後の計測工程で、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値を計測する場合には、被測定電流と可変電流とを逆位相とする。また後の計測工程で、前記合成磁界におけるＹ方向の成分の磁界の強さが０になったときの可変電流の電流値を計測する場合には、被測定電流と可変電流とを同位相とする。
なお、これらの被測定電流と可変電流との周波数の調整、被測定電流と可変電流との位相のずれの検出および調整は、図示しない制御部などで自動に行うものとしても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る電流測定装置１０および電流測定方法によれば、被検体Ｗに被測定電流として交流電流が流れている場合であっても、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお本実施形態では、電流測定原理および電流測定方法について、測定に外部磁界が影響しない場合について説明したが、測定に外部磁界が影響していても、本発明を採用することが可能である。この場合、前記第２実施形態で示した電流測定原理および電流測定方法と同様に、第１センサー部４および第２センサー部５によって検出されたＸ方向（Ｙ方向）の成分の磁界の強さが互いに同等になるときに、前記合成磁界におけるＸ方向の成分の磁界の強さが０になっていることとなる。したがって、このときの可変電流の電流値を計測し、この電流値に基づいて、被測定電流の電流値を算出することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記各実施形態では、導体２および被検体Ｗの断面形状を円形としたが、これらに限らず、断面形状は楕円形、正方形、長方形等、いずれであってもよい。また、導体２の線状部分２ａは直線状に形成されているとしたが、線状部分２ａは湾曲状に形成されていてもよい。

また、前記電流測定装置１、１０に、電流測定装置１、１０の各構成要素を制御可能な図示しない制御部を設け、制御部によって前記電流測定方法を自動で行う構成としても良い。

また、前記各実施形態では、位置決め手段２０は、センサー部４、５を、該センサー部４、５から被検体ＷまでのＸ方向に沿った距離Ｌ１と、該センサー部４、５から線状部分２ａまでのＸ方向に沿った距離Ｌ２と、が同等になるように位置決めするものとしたが、これに限られない。

さらに、前記各実施形態では、位置決め手段２０は、センサー部４、５を、Ｘ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとの間に位置する領域Ｔ２に位置決めするものとしたが、これに限られない。

さらにまた、前記各実施形態では、位置決め手段２０は、センサー部４、５を、Ｚ方向において、線状部分２ａと被検体Ｗとが平行に並列する区間の内側の領域Ｔ１に位置決めするものとしたが、これに限られない。

また位置決め手段２０は、前記各実施形態に示されるものに限られない。
例えば、位置決め手段２０は、第１連結部材２１および第２連結部材２２に代えて、導体２およびセンサー部４、５を一体に保持する保持具（ケース等）を備える構成であっても良い。
また例えば、被検体Ｗが構造物（壁内部または地中、コンクリート内部など）に埋設されている場合、被検体配置部Ｗ１および第１連結部材２１に代えて、該構造物と線状部分２ａとを連結することで、構造物を線状部分２ａに対して位置決めする連結部材を備える構成であっても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１、１０ 電流測定装置
２ 導体
２ａ 線状部分
３ 電流発生手段
４ 第１センサー部
５ 第２センサー部
２０ 位置決め手段
Ｗ 被検体
Ｓ１ 基準平面
Ｓ２ ＸＹ平面

Claims (12)

1. 被検体に流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定装置であって、
   基準平面上に配置された線状部分を有する導体と、
   電流量を変化可能とした可変電流を前記導体に流す電流発生手段と、
   磁界の強さを検出するセンサー部と、
   前記被検体を前記基準平面上に位置決めするとともに、前記センサー部を前記基準平面から外れた位置に位置決めする位置決め手段と、を備え、
   前記センサー部は、該センサー部に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出することを特徴とする電流測定装置。
2. 請求項１記載の電流測定装置であって、
   前記線状部分は、直線状に形成され、
   前記位置決め手段は、前記被検体を、前記線状部分に直交し前記基準平面に平行なＸ方向に前記線状部分と並列しかつ該線状部分に平行になるように位置決めするとともに、前記センサー部を、前記線状部分が延在するＺ方向において、前記線状部分と前記被検体とが平行に並列する区間の内側の領域に位置決めすることを特徴とする電流測定装置。
3. 請求項２記載の電流測定装置であって、
   前記センサー部は、該センサー部に作用する磁界のうち、前記Ｘ方向の成分の磁界の強さ、または前記Ｘ方向および前記Ｚ方向に直交するＹ方向の成分の磁界の強さを検出することを特徴とする電流測定装置。
4. 請求項３記載の電流測定装置であって、
   前記位置決め手段は、前記センサー部を、前記Ｘ方向において、前記線状部分と前記被検体との間に位置する領域に位置決めすることを特徴とする電流測定装置。
5. 請求項４記載の電流測定装置であって、
   前記位置決め手段は、前記センサー部を、該センサー部から前記被検体までの前記Ｘ方向に沿った距離と、該センサー部から前記線状部分までの前記Ｘ方向に沿った距離と、が同等になるように位置決めすることを特徴とする電流測定装置。
6. 請求項５記載の電流測定装置であって、
   前記センサー部として、第１センサー部および第２センサー部を備え、
   前記位置決め手段は、前記第１センサー部および前記第２センサー部を、前記Ｚ方向に直交する同一のＸＹ平面上に位置決めすることを特徴とする電流測定装置。
7. 被検体に流れる被測定電流の電流値を測定する電流測定装置を用いた電流測定方法であって、
   前記電流測定装置は、
   基準平面上に配置された線状部分を有する導体と、
   電流量を変化可能とした可変電流を前記導体に流す電流発生手段と、
   磁界の強さを検出するセンサー部と、を備え、
   該センサー部は、該センサー部に作用する磁界における少なくとも一方向の成分の磁界の強さを検出し、
   前記基準平面上に前記被検体を配置するとともに、前記センサー部を前記基準平面から外れた位置に配置する配置工程と、
   前記被検体から発生する磁界および前記線状部分から発生する磁界を合成してなり、前記センサー部に作用する合成磁界における前記少なくとも一方向の成分の磁界の強さが０になったときの前記可変電流の電流値を計測する計測工程と、
   前記計測工程で得られた前記可変電流の電流値に基づいて前記被測定電流の電流値を算出する算出工程と、を有し、
   前記計測工程は、前記電流発生手段によって前記可変電流をその電流値を変化させながら前記導体に流し、前記センサー部によって前記少なくとも一方向の磁界の強さを検出することで行うことを特徴とする電流測定方法。
8. 請求項７記載の電流測定方法であって、
   前記線状部分は、直線状に形成され、
   前記配置工程の際、前記被検体を、前記線状部分に直交し前記基準平面に平行なＸ方向に該線状部分と並列しかつ該線状部分に平行になるように配置するとともに、前記センサー部を、前記線状部分が延在するＺ方向において、前記線状部分と前記被検体とが平行に並列する区間の内側の領域に配置することを特徴とする電流測定方法。
9. 請求項８記載の電流測定方法であって、
   前記計測工程の際、前記センサー部によって、該センサー部に作用する磁界のうち、前記Ｘ方向の成分の磁界の強さ、または前記Ｘ方向および前記Ｚ方向に直交するＹ方向の成分の磁界の強さを検出することを特徴とする電流測定方法。
10. 請求項９記載の電流測定方法であって、
    前記配置工程の際、前記Ｘ方向において、前記線状部分と前記被検体との間に位置する領域に前記センサー部を配置することを特徴とする電流測定方法。
11. 請求項１０記載の電流測定方法であって、
    前記配置工程の際、前記センサー部を、該センサー部から前記被検体までの前記Ｘ方向に沿った距離と、該センサー部から前記線状部分までの前記Ｘ方向に沿った距離と、が同等になるように配置することを特徴とする電流測定方法。
12. 請求項１１記載の電流測定方法であって、
    前記センサー部として、第１センサー部および第２センサー部を備え、
    前記配置工程の際、これらのセンサー部を、前記Ｚ方向に直交する同一のＸＹ平面上に配置し、
    前記計測工程の際、前記第１センサー部および前記第２センサー部それぞれによって、前記Ｘ方向の成分または前記Ｙ方向の成分の磁界の強さを検出し、これらのセンサー部によって検出された磁界の強さが互いに同等になるときの前記可変電流の電流値を計測することを特徴とする電流測定方法。

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