JP2013234990A - 計測モジュール、電子機器、電源タップ及び電源ユニット、並びに組込型計測モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】計測モジュール100は、一対の入力端子101a,101bと、一対の入力端子に接続された一対の電流路109a,109bと、一対の出力端子102a,102bとを有している。非磁性の絶縁部である仕切り107が計測モジュール100の内部空間を2つの空間に分割している。磁気検知素子110などの弱電部品は、一対の電流路109a,109bが収容されている空間とは物の空間に配置されている。仕切り107があるため、弱電部品と一対の電流路109a,109bとを近接して配置できるため、計測モジュール100を小型化できる。
【選択図】図2
Description
電流を入力する一対の入力端子と、
前記一対の入力端子に接続される電流路と、
前記電流路に接続され、前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、
前記電流路に沿って設けられた絶縁部と、
前記絶縁部を透過してくる前記電流路からの磁界を検知することで、当該電流路に流れる電流を検知する磁気検知素子と
を備え、
前記電流路は、前記絶縁部の一方面側に配置されており、
前記磁気検知素子は、前記絶縁部の他方面側に配置されていることを特徴とする。
電流を入力する一対の入力端子と、
前記一対の入力端子に接続される電流路と、
前記電流路に接続され、前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、
前記電流路に沿って設けられた絶縁部と、
前記一対の入力端子に印加される電圧を検知する電圧検知回路と
を備え、
前記電圧検知回路は、
前記一対の入力端子のうち第1入力端子に一端が接続された第1分圧素子と、
前記一対の入力端子のうち第2入力端子に一端が接続された第2分圧素子と、
前記第1分圧素子の他端が接続された第3分圧素子と、
前記第2分圧素子の他端が接続された第4分圧素子と、
前記第1分圧素子と前記第3分圧素子とによって分圧された電圧と前記第2分圧素子と前記第4分圧素子とによって分圧された電圧とを差動増幅する差動増幅回路と
を備え、
前記絶縁部には、前記第1分圧素子の他端と前記第2分圧素子の他端とが挿し通される孔部が設けられており、
前記電流路、前記第1分圧素子および前記第2分圧素子は、前記絶縁部の一方面側に設けられており、
前記第3分圧素子、前記第4分圧素子おおび前記差動増幅回路は、前記絶縁部の他方面側に配置されていることを特徴とする。
図1ないし図4を用いて実施例の電流または電力を計測するモジュール(以下、計測モジュール100と略す)について説明する。
実施例Bでは、さらに電圧検知回路を計測モジュール100に付与することで、実施例Aよりも正確に電力を検知できることを特徴としている。実施例Aで説明したように電力を評価する上では電流計測だけでも大まかには評価が可能である、しかし、電圧は負荷に依存して変動してしまう。よって、電流だけでは電力を正確に評価できない。そこで、電流と電圧を検知すれば、より正確に電力を求めることができる。以下の説明で、実施例Aと同じ部品のものは、同じ引用番号を付与することで説明の簡潔化を図る。
実施例Cでは実施例A、Bで説明した計測モジュール100の応用例を説明する。実施例A、Bで説明した計測モジュール100を採用することにより、電源回路の設計にほとんど影響を与えずに、電源部へ電力の監視や制御の機能を容易に付与することができる。
実施例Dでは、電源タップに組み込んだ例を示す。図11Aに差し込みプラグとプラグ受けとをそれぞれ1つずつ備えた電源タップ300の斜視図を示す。図11Bに側断面図で内部構成を示す。
図12は被測定電流に対する電流測定を行う実施例1の基本的な構成図である。一次導体1には検知対象の被測定電流Iが流れ、一次導体1は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
図24は実施例2の構成図である。例えば、厚さ1.6mmのガラスエポキシ材のセンサ基板11の片面に、X軸方向の幅10mm、Z軸方向の厚さ70μm、Y軸方向の長手方向50mmの銅パターンから成る一次導体12が設けられている。そして、一次導体12のX軸方向の中央に例えば直径2mmの貫通孔13がエッチングにより形成されている。センサ基板11の他面には、図25と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット14が配置され、半田付けのための電極15a〜15bがセンサ基板11上に引き出されている。
特開2006−184269号公報によれば、2個の磁気検知素子を使用することで、差動検知により外乱磁界を回避しようとする提案がなされている。この特許文献では、被測定電流による磁界検知を単一の磁気センサで検知する場合の外部磁界の影響を回避するために、一次導体としてのバスバーの中央部に開口部を形成して被測定電流を分流している。そして、開口部内に2つの導体部近傍に電流からの磁界がそれぞれ逆相になるようにそれぞれ磁気検知素子を配し、差動増幅によりバスバーから発生する磁界のみを検知している。
磁気検知素子である磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない場合には、一次導体1の貫通孔2の径だけで測定レンジを調整できることが好ましい。
図36は実施例3の電流センサの構成図である。厚さ1.6mmのガラスエポキシ材のセンサ基板11の片面に、X軸方向の幅10mm、Z軸方向の厚さ70μm、Y軸方向の長手方向50mmの銅パターンから成る一次導体12が設けられている。そして、一次導体12のX軸方向の中央に直径2mmの貫通孔13がエッチングにより形成されている。センサ基板11の他面には、図33と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット14が配置され、半田付けのための電極15a〜15cがセンサ基板11上に引き出されている。
実施例1ないし実施例5では、方向変更領域として非導電領域を採用した。つまり、実施例1ないし実施例5は、電流が非導電領域を迂回して流れることで発生する歪み磁界を検知し、検知した磁界から電流量を推定する発明である。実施例1ないし実施例5において共通した概念は、電流が非直線的に流れることを促進する領域を一次導体に設けることである。つまり、電流の流れる方向を曲げることができるのであれば、必ずしも非導電領域である必要はない。そこで、実施例6では、方向変更領域についての他の例について説明する。
実施例6では、座標位置で(2, 2.5)と(2, −2.5)の付近にそれぞれ磁気検知素子3a、3bの検知部4a、4bを置けば、入口9a、出口9bの幅W1、W2を変えることだけで被測定電流の仕様に対応できることを示した。別の方法としては入口9a、出口9bの配置位置を一次導体1の幅方向にオフセットさせてもよい。図49にそのレイアウトを示す。図39のレイアウトから、入口9a、出口9bを幅方向にdwだけずらしたものである。これにより、電流の広がりが変わるため、磁気検知素子3a、3bの検知部4a、4bが配置された位置での磁界の方向を変えることができる。
図51は実施例8の電流センサの構成図である。センサ基板11は、ガラスエポキシ材であり、その厚さ1.6mmである。センサ基板11の片面に一次導体12が設けられている。一次導体12は、X軸方向の幅8mm、Y軸方向の長さが7.5mmで、Z軸方向の厚さ70μmの銅パターンである。X、Y軸の原点Oは一次導体12の中心に設定する。
実施例9は、実施例1を変形した端子台に関する。この端子台は、実施例1の構造を基本とし、入力端子と出力端子の両端をネジ止めができるようになっている。
Claims (15)
- 電流を計測する計測モジュールであって、
電流を入力する一対の入力端子と、
前記一対の入力端子に接続される電流路と、
前記電流路に接続され、前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、
前記電流路に沿って設けられた絶縁部と、
前記絶縁部を透過してくる前記電流路からの磁界を検知することで、当該電流路に流れる電流を検知する磁気検知素子と
を備え、
前記電流路は、前記絶縁部の一方面側に配置されており、
前記磁気検知素子は、前記絶縁部の他方面側に配置されていることを特徴とする計測モジュール。 - 前記絶縁部は、前記計測モジュールの内側の空間を、前記一方面側の空間である第1の空間と、前記他方面側の空間である第2の空間とに仕切る仕切り部として機能し、
前記電流路は前記第1の空間に配置され、前記磁気検知素子は前記第2の空間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の計測モジュール。 - 前記計測モジュールは、前記仕切り部と共に前記第2の空間を覆うように配置された磁気シールドをさらに備えていることを特徴とする請求項2に記載の計測モジュール。
- 前記第2の空間には、直流電流を供給されて動作する弱電部品が実装されていることを特徴とする請求項2または3に記載の計測モジュール。
- 前記第2の空間に設けられた、前記絶縁部に取り付けられた脚部材と、前記脚部材によって支持された回路基板とをさらに備え、
前記回路基板には前記磁気検知素子が実装されていることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の計測モジュール。 - 前記一対の入力端子に印加される電圧を検知する電圧検知回路をさらに備え、
前記電圧検知回路は、
前記一対の入力端子のうち第1入力端子に一端が接続された第1分圧素子と、
前記一対の入力端子のうち第2入力端子に一端が接続された第2分圧素子と、
を備えていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の計測モジュール。 - 前記第1分圧素子および前記第2分圧素子は前記一方面側に設けられており、
前記絶縁部には、前記第1分圧素子の他端と前記第2分圧素子の他端とが挿し通される孔部が設けられており、
前記第1分圧素子の他端は、前記他方面側において第3分圧素子の一端と接続されており、
前記第2分圧素子の他端は、前記他方面側において第4分圧素子の一端と接続されており、
前記他方面側には、前記第1分圧素子と前記第3分圧素子とによって分圧された電圧と前記第2分圧素子と前記第4分圧素子とによって分圧された電圧とを差動増幅する差動増幅回路がさらに設けられていることを特徴とする請求項6に記載の計測モジュール。 - 前記他方面側に設けられ、前記磁気検知素子により検知された電流と、前記電圧検知回路により検知された電圧とから電力を決定する電力決定回路をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の計測モジュール。
- 前記磁気検知素子は、磁気インピーダンス素子、フラックスゲートセンサ、または、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の計測モジュール。
- 前記電流路のうち少なくとも一方の電流路は、当該電流路の伸びる方向に磁界を発生させるための非通電領域を備え、
前記磁気検知素子の磁界検知方向が前記電流路の伸びる方向に沿うように、当該磁気検知素子が配置されていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の計測モジュール。 - 電圧を計測する計測モジュールであって、
電流を入力する一対の入力端子と、
前記一対の入力端子に接続される電流路と、
前記電流路に接続され、前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、
前記電流路に沿って設けられた絶縁部と、
前記一対の入力端子に印加される電圧を検知する電圧検知回路と
を備え、
前記電圧検知回路は、
前記一対の入力端子のうち第1入力端子に一端が接続された第1分圧素子と、
前記一対の入力端子のうち第2入力端子に一端が接続された第2分圧素子と、
前記第1分圧素子の他端が接続された第3分圧素子と、
前記第2分圧素子の他端が接続された第4分圧素子と、
前記第1分圧素子と前記第3分圧素子とによって分圧された電圧と前記第2分圧素子と前記第4分圧素子とによって分圧された電圧とを差動増幅する差動増幅回路と
を備え、
前記絶縁部には、前記第1分圧素子の他端と前記第2分圧素子の他端とが挿し通される孔部が設けられており、
前記電流路、前記第1分圧素子および前記第2分圧素子は、前記絶縁部の一方面側に設けられており、
前記第3分圧素子、前記第4分圧素子おおび前記差動増幅回路は、前記絶縁部の他方面側に配置されていることを特徴とする計測モジュール。 - 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の計測モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の計測モジュールを備えたことを特徴とする電源タップ。
- 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の計測モジュールを備えたことを特徴とする電源ユニット。
- 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の計測モジュールを電子機器に組み込むためのモジュールとしたことを特徴とする組込型計測モジュール。
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