JP2016148597A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触型の電流センサに関し、詳しくは、多芯電線に流れる電流を計測できる電流センサの改良に関するものである。 The present invention relates to a non-contact type current sensor, and more particularly to an improvement of a current sensor that can measure a current flowing in a multicore electric wire.
図８は、従来の非接触型の電流センサの一例を示す構成説明図である。図８において、ドーナツ状の磁気コア１上にはコイル２が形成された変流器型であり、磁気コア１を貫くように被測定電線３が設置される。コイル２には、負荷抵抗４と電圧測定器５が並列に接続されている。 FIG. 8 is a configuration explanatory view showing an example of a conventional non-contact type current sensor. In FIG. 8, it is a current transformer type in which a coil 2 is formed on a donut-shaped magnetic core 1, and an electric wire 3 to be measured is installed so as to penetrate the magnetic core 1. A load resistor 4 and a voltage measuring device 5 are connected to the coil 2 in parallel.
変流器型の電流センサでは、被測定電線３に電流が流れることで発生する磁束を磁気コア１により集め、集められた磁束の時間変化を磁気コア１上に形成されたコイル２により電気的な信号に変換し、被測定電線３に流れる電流を測定する。 In the current transformer type current sensor, the magnetic core 1 collects the magnetic flux generated by the current flowing through the wire 3 to be measured, and the time variation of the collected magnetic flux is electrically generated by the coil 2 formed on the magnetic core 1. The current flowing through the wire to be measured 3 is measured.
このような構成において、被測定電線３が単相あるいは三相の電力源に接続された多芯電線であった場合、多芯電線内の各電線に流れる電流の総和は０Ａとなる。そのため、磁気コア１によって集められた磁束の総和も０Ｔ（テスラ）となり、多芯電線に電流が流れていても、変流器型の電流センサによる測定結果は０Ａとなる。 In such a configuration, when the measured wire 3 is a multi-core wire connected to a single-phase or three-phase power source, the sum of the currents flowing through the wires in the multi-core wire is 0A. Therefore, the sum total of the magnetic flux collected by the magnetic core 1 is also 0T (Tesla), and even if a current flows through the multicore electric wire, the measurement result by the current transformer type current sensor is 0A.
つまり、図８に示した変流器型の電流センサでは、多芯電線上で電流を測定することはおろか、検知することもできない。 That is, the current transformer type current sensor shown in FIG. 8 cannot measure or detect a current on a multi-core electric wire.
図９は、特許文献１に記載されている、「多芯ケーブル電流有無判定器」の構成説明図である。図９において、磁気センサ素子６を磁気検知部として被測定電線７の周囲における部分的な磁界を検知することで、被測定電線７に流れる電流を検知する。 FIG. 9 is a configuration explanatory diagram of a “multi-core cable current presence / absence determiner” described in Patent Document 1. In FIG. 9, the current flowing through the measured wire 7 is detected by detecting a partial magnetic field around the measured wire 7 using the magnetic sensor element 6 as a magnetic detection unit.
これにより、被測定電線７が多芯電線の場合でも、被測定電線７に流れる電流の有無を電流有無判定器８で判定することができる。 Thereby, even when the measured electric wire 7 is a multi-core electric wire, the current presence / absence determiner 8 can determine the presence or absence of the current flowing through the measured electric wire 7.
しかし、図９に示す多芯ケーブル電流有無判定器では、被測定電線７と磁気検知部６の相対的な位置を一義的に決められないことから、検知した磁界強度から電流値を算出することができない。 However, in the multicore cable current presence / absence determiner shown in FIG. 9, the relative position between the measured wire 7 and the magnetic detection unit 6 cannot be uniquely determined, so the current value is calculated from the detected magnetic field strength. I can't.
本発明は、このような課題を解決するものであって、その目的は、多芯電線の所望の芯線に流れる電流の電流値を非接触で測定できる電流センサを実現することにある。 This invention solves such a subject, The objective is to implement | achieve the current sensor which can measure the electric current value of the electric current which flows into the desired core wire of a multi-core electric wire non-contactingly.
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
磁気センサ素子で被測定電線の周囲における部分的な磁界を検知して多芯電線に流れる電流を非接触で測定するように構成された電流センサであって、
前記磁気センサ素子は前記被測定電線を構成する所望の芯線に流れる電流を非接触で測定することを特徴とする。
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention,
A current sensor configured to detect a partial magnetic field around a measured electric wire with a magnetic sensor element and measure a current flowing through the multicore electric wire in a non-contact manner,
The magnetic sensor element is characterized in that it measures a current flowing through a desired core wire constituting the wire to be measured in a non-contact manner.
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記磁気センサ素子は前記所望の芯線に流れる電流により発生する磁界が極大を示す位置に配置されることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the current sensor according to claim 1,
The magnetic sensor element is arranged at a position where a magnetic field generated by a current flowing through the desired core wire shows a maximum.
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電流センサにおいて、
前記磁気センサは、磁界の印加に対して電気的抵抗が変化する磁気抵抗素子、磁界の印加に対して電気的インピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子、ホール効果を利用して磁界を検出するホール素子またはフラックスゲート素子のいずれかを含むことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the current sensor according to claim 1 or 2,
The magnetic sensor includes a magnetoresistive element whose electrical resistance changes with application of a magnetic field, a magnetic impedance element whose electrical impedance changes with application of a magnetic field, a Hall element that detects a magnetic field using the Hall effect, or Any one of fluxgate elements is included.
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された電流センサにおいて、
前記磁気センサは、面状の配線部材を介して前記所望の芯線近傍に配置されることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the current sensor according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic sensor is arranged in the vicinity of the desired core wire via a planar wiring member.
これらにより、多芯電線の所望の芯線に流れる電流の電流値を非接触で測定できる電流センサを実現できる。 Accordingly, it is possible to realize a current sensor that can measure a current value of a current flowing through a desired core wire of a multicore electric wire in a non-contact manner.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく電流センサの一実施例を示す構成説明図であり、（Ａ）は外観の正面図、（Ｂ）は外観の側面図、（Ｃ）は（Ａ）の断面図、（Ｄ）は（Ｂ）の部分断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of a current sensor according to the present invention, (A) is a front view of the appearance, (B) is a side view of the appearance, (C) is a sectional view of (A), (D) is a fragmentary sectional view of (B).
図１において、被測定電線１０は２芯の撚り線構造であり、２本の導体１１ａと１１ｂの外周はそれぞれ絶縁体よりなる断面形状が円環形の被覆１２ａと１２ｂに内包されて撚り合わされ、これら絶縁体１２ａと１２ｂを含む外周全体は絶縁体よりなる断面形状が円形の保護外被覆１３に内包されている。 In FIG. 1, the electric wire 10 to be measured has a two-core stranded wire structure, and the outer circumferences of the two conductors 11 a and 11 b are each enclosed in a ring-shaped covering 12 a and 12 b and twisted together. The entire outer periphery including these insulators 12a and 12b is enclosed in a protective outer covering 13 having a circular cross-sectional shape made of an insulator.
本発明に基づく電流センサ２０は、被測定電流が流れる被測定電線１０を構成する導体１１ａと１１ｂよりなる所望の芯線に流れる電流を、磁気センサ素子で非接触に測定するように構成されている。 The current sensor 20 according to the present invention is configured to measure a current flowing through a desired core wire composed of the conductors 11a and 11b constituting the wire under measurement 10 through which the current to be measured flows, in a non-contact manner with a magnetic sensor element. .
電流センサ２０は、フレーム２１と、被測定電線１０に対して平行になるようにフレーム２１の内部に配置されたプリント基板２２と、このプリント基板２２上に実装された２個の磁気センサモジュール２３、２４と、プリント基板２２上に実装された信号処理回路２５とで構成されている。なお、図１に示す電流センサ２０は、ある一定時間内の電流の平均値を測定することができる。 The current sensor 20 includes a frame 21, a printed circuit board 22 disposed inside the frame 21 so as to be parallel to the measured electric wire 10, and two magnetic sensor modules 23 mounted on the printed circuit board 22. , 24 and a signal processing circuit 25 mounted on the printed circuit board 22. The current sensor 20 shown in FIG. 1 can measure the average value of current within a certain time.
フレーム２１の被測定電線１０と対向する面には被測定電線１０の保護外被覆１３の外周の少なくとも一部分に嵌め合うようにＶ字形の溝２１ａが設けられ、Ｖ字形の溝２１ａの上部にはプリント基板２２を被測定電線１０に対して平行になるように収納する収納部２１ｂが設けられている。 A V-shaped groove 21a is provided on the surface of the frame 21 opposite to the measured electric wire 10 so as to fit at least a part of the outer periphery of the protective outer covering 13 of the measured electric wire 10, and an upper portion of the V-shaped groove 21a is provided. A storage portion 21 b is provided for storing the printed circuit board 22 so as to be parallel to the measured electric wire 10.
磁気センサモジュール２３、２４は、実装されるプリント基板２２上で、被測定電線１０を構成する導体１１ａと１１ｂの中心を通りかつそのプリント基板２２面と垂直な線上に配置される。 The magnetic sensor modules 23 and 24 are arranged on the printed circuit board 22 to be mounted on a line that passes through the centers of the conductors 11a and 11b constituting the measured electric wire 10 and is perpendicular to the surface of the printed circuit board 22.
また、磁気センサモジュール２３、２４は、その感磁方向がプリント基板２２面と接し、かつ、電線の軸方向と直交するように配置される。なお、同一方向の磁界に対する応答は、磁気センサモジュール２３と２４で逆方向になるようにする。 Further, the magnetic sensor modules 23 and 24 are arranged so that the magnetic sensing direction is in contact with the surface of the printed circuit board 22 and is orthogonal to the axial direction of the electric wires. The response to the magnetic field in the same direction is reversed in the magnetic sensor modules 23 and 24.
すなわち、同一方向の磁界に対する磁気センサモジュール内の磁気抵抗素子の磁界に対する抵抗増加と抵抗減少の応答が磁気センサモジュール２３と２４が互いに逆方向になるように磁気センサモジュール２３と２４の向きを１８０度変えて設置する。 That is, the direction of the magnetic sensor modules 23 and 24 is changed so that the response of the resistance increase and the resistance decrease with respect to the magnetic field of the magnetoresistive element in the magnetic sensor module with respect to the magnetic field in the same direction is opposite to each other. Change the degree of installation.
図２は、本発明に基づく電流センサの一実施例を示す回路図である。磁気センサモジュール（ＭＳＭ）２３と２４は、いずれも１つの磁気抵抗素子とバイアス磁界を印加するための１つの永久磁石とからなる。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of a current sensor according to the present invention. Each of the magnetic sensor modules (MSMs) 23 and 24 includes one magnetoresistive element and one permanent magnet for applying a bias magnetic field.
磁気センサモジュール２３と２４は直列に接続され、磁気センサモジュール２３の一端は駆動用の電源線Ｌに接続されるとともに、２個の抵抗２６と２７が直列接続された抵抗直列回路の一端に接続され、磁気センサモジュール２４の他端は抵抗直列回路の他端とともに共通電位点に接続されている。 The magnetic sensor modules 23 and 24 are connected in series, one end of the magnetic sensor module 23 is connected to the driving power line L, and one end of a resistance series circuit in which two resistors 26 and 27 are connected in series. The other end of the magnetic sensor module 24 is connected to a common potential point together with the other end of the resistor series circuit.
直列接続された磁気センサモジュール２３と２４の接続点は信号処理回路２５に接続され、直列接続された抵抗２６と２７の接続点も信号処理回路２５に接続されている。 The connection point of the magnetic sensor modules 23 and 24 connected in series is connected to the signal processing circuit 25, and the connection point of the resistors 26 and 27 connected in series is also connected to the signal processing circuit 25.
図３は、信号処理回路２５の具体例を示すブロック図である。信号処理回路２５は、アナログ信号処理部２５ａ、デジタル信号処理部２５ｂ、電流演算部２５ｃ、データ格納部２５ｄなどで構成されている。 FIG. 3 is a block diagram showing a specific example of the signal processing circuit 25. The signal processing circuit 25 includes an analog signal processing unit 25a, a digital signal processing unit 25b, a current calculation unit 25c, a data storage unit 25d, and the like.
アナログ信号処理部２５ａは、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２から入力されるアナログ入力信号に対して全波整流処理、差動増幅処理、積分処理および低域通過フィルタ処理などを施してデジタル信号処理部２５ｂに出力するとともに、外部出力端子ＯＵＴ２にも出力する。 The analog signal processing unit 25a performs full-wave rectification processing, differential amplification processing, integration processing, low-pass filter processing, and the like on the analog input signals input from the input terminals IN1 and IN2, and supplies the digital signal processing unit 25b. In addition to outputting, it also outputs to the external output terminal OUT2.
デジタル信号処理部２５ｂは、アナログ信号処理部２５ａから出力された電圧信号をＡＤ変換してデジタル信号に変換し、電流演算部２５ｃに出力する。 The digital signal processing unit 25b AD converts the voltage signal output from the analog signal processing unit 25a into a digital signal, and outputs the digital signal to the current calculation unit 25c.
電流演算部２５ｃは、デジタル信号に変換された電圧信号値から被測定電流値の電流値を算出し、算出した被測定電流の電流値を外部出力端子ＯＵＴ１に出力する。 The current calculation unit 25c calculates the current value of the measured current value from the voltage signal value converted into the digital signal, and outputs the calculated current value of the measured current to the external output terminal OUT1.
データ格納部２５ｄには、被測定電線１０に関する各種の情報が入力端子ＩＮ３から入力され格納される。 In the data storage unit 25d, various types of information related to the measured electric wire 10 are input from the input terminal IN3 and stored.
データ格納部２５ｄに格納される被測定電線１０に関する各種の情報としては、
１）芯線数と導体径
２）中心と芯線の中心との距離
３）中心と磁気センサモジュール２３と磁気センサモジュール２４の中点との距離
４）被覆径
５）保護外被覆厚さ
６）芯線の撚りピッチ
などがある。
ここで、２）と３）は、被測定電線１０の芯線数と、導体径、被覆径、保護外被覆厚さから算出される。
As various information regarding the measured electric wire 10 stored in the data storage unit 25d,
1) Number of core wires and conductor diameter 2) Distance between center and center of core wire 3) Distance between center and midpoint of magnetic sensor module 23 and magnetic sensor module 24 4) Cover diameter 5) Outer coating thickness 6) Core wire There are other twist pitches.
Here, 2) and 3) are calculated from the number of core wires of the electric wire 10 to be measured, the conductor diameter, the coating diameter, and the protective outer coating thickness.
電流演算部２５ｃは、デジタル信号に変換された電圧信号値から被測定電流値の電流値を算出するのにあたり、より高精度の演算結果が必要な場合にはデータ格納部２５ｄに格納されている被測定電線１０に関する各種の情報を参照し、補正処理を行う。 When calculating the current value of the current value to be measured from the voltage signal value converted into a digital signal, the current calculation unit 25c is stored in the data storage unit 25d when a more accurate calculation result is required. A correction process is performed with reference to various pieces of information regarding the measured wire 10.
ところで、本発明に基づく電流センサを用いて被測定電線１０に流れる電流を測定するのにあたっては、被測定電線１０に電流センサを設置する位置が一義的に決定できることが望ましい。 By the way, in measuring the current flowing through the measured wire 10 using the current sensor according to the present invention, it is desirable that the position where the current sensor is installed on the measured wire 10 can be uniquely determined.
前述の図１において、電流センサの設置位置を一義的に決定することは、「２つの芯線１１ａと１１ｂのうちどちらか一方の芯線の中心」と「磁気センサモジュール２３と磁気センサモジュール２４の中点」との距離が最小となる位置に本電流センサを設置することである。 In FIG. 1 described above, the installation position of the current sensor is uniquely determined by “the center of one of the two core wires 11 a and 11 b” and “in the magnetic sensor module 23 and the magnetic sensor module 24. This is to install the current sensor at a position where the distance from the “point” is minimized.
図４は、被測定電線１０に電流センサを設置する位置を一義的に決定する位置決めモジュールの具体例を示すブロック図である。図４において、アナログ信号処理部２５ａにはデジタル信号処理部２５ｂが接続されるとともに、位置決めモジュールとして機能するアナログ信号測定部２６も接続されている。 FIG. 4 is a block diagram showing a specific example of a positioning module that uniquely determines the position where the current sensor is installed in the measured electric wire 10. In FIG. 4, a digital signal processing unit 25b is connected to the analog signal processing unit 25a, and an analog signal measurement unit 26 that functions as a positioning module is also connected.
アナログ信号測定部２６は、電流センサ２０の信号処理回路２５から出力される電圧信号を取得するアナログ信号処理部と、その電圧信号の大きさを表示する表示部とで構成されている。なお、表示部は、数値でデジタル表示するものに限らず、アナログメーターのような指示針の振れ回転角度やバーグラフの伸縮長さなどのメーター表示形式でもよい。 The analog signal measurement unit 26 includes an analog signal processing unit that acquires a voltage signal output from the signal processing circuit 25 of the current sensor 20 and a display unit that displays the magnitude of the voltage signal. Note that the display unit is not limited to a digital display with numerical values, but may be a meter display format such as a swing rotation angle of an indicator hand or an expansion / contraction length of a bar graph such as an analog meter.
図５は、電流センサ２０の被測定電線１０への取付けから測定開始までの全体の工程を示すフローチャートである。まず、電流センサ２０を被測定電線１０に取り付けた後（ステップＳ１）、補正係数を決定し（ステップＳ２）、電流の計測を開始する（ステップＳ３）。なお、電流センサ２０の電線１０への取り付けの工程と補正係数決定の工程は前後してもよい。 FIG. 5 is a flowchart showing the entire process from the attachment of the current sensor 20 to the measured wire 10 to the start of measurement. First, after the current sensor 20 is attached to the wire to be measured 10 (step S1), a correction coefficient is determined (step S2), and current measurement is started (step S3). Note that the step of attaching the current sensor 20 to the electric wire 10 and the step of determining the correction coefficient may be mixed.
図６は、図５のステップＳ１における電流センサ２０を被測定電線１０に取り付ける工程の詳細な流れを説明するフローチャートである。まず、電流センサ２０を被測定電線１０に取り付け（ステップＳ１）、電流センサ２０の出力電流を測定するための位置決めモジュールとして電流測定器を電流センサ２０の出力端子に接続する（ステップＳ２）。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the detailed flow of the process of attaching the current sensor 20 to the measured electric wire 10 in step S1 of FIG. First, the current sensor 20 is attached to the wire to be measured 10 (step S1), and a current measuring device is connected to the output terminal of the current sensor 20 as a positioning module for measuring the output current of the current sensor 20 (step S2).
電流センサ２０を被測定電線１０の軸方向あるいは周方向のいずれか一方の方向に移動させながら（ステップＳ３）、位置決めモジュールの表示値を確認する（ステップＳ４）。この作業を位置決めモジュールの表示値が極大を示すまで繰り返して続け（ステップＳ５）、位置決めモジュールの表示値が極大を示す位置で電流センサ２０を被測定電線１０に固定する（ステップＳ６）。電流センサ２０を被測定電線１０に固定するのにあたっては、両面テープや結束バンドなどを用いる。 While the current sensor 20 is moved in either the axial direction or the circumferential direction of the measured electric wire 10 (step S3), the display value of the positioning module is confirmed (step S4). This operation is repeated until the display value of the positioning module shows the maximum value (step S5), and the current sensor 20 is fixed to the measured wire 10 at the position where the display value of the positioning module shows the maximum value (step S6). In fixing the current sensor 20 to the electric wire 10 to be measured, a double-sided tape, a binding band or the like is used.
電流センサ２０を被測定電線１０に固定した後、電流センサ２０から位置決めモジュールを外す（ステップＳ７）。なお、この一連の工程は、被測定電線１０に一定の電流が流れている状態で実施する。この一連の工程により、「被測定電線１０内の芯線１１ａ、１１ｂのうちいずれか１本の芯線の中心」と「磁気センサモジュール２３と磁気センサモジュール２４の中点」との距離が最小となる位置に電流センサ２０が固定される。 After the current sensor 20 is fixed to the wire to be measured 10, the positioning module is removed from the current sensor 20 (step S7). This series of steps is performed in a state where a constant current is flowing through the measured wire 10. By this series of steps, the distance between “the center of any one of the core wires 11a and 11b in the measured electric wire 10” and “the midpoint of the magnetic sensor module 23 and the magnetic sensor module 24” is minimized. The current sensor 20 is fixed at the position.
図７は、図５のステップＳ２における補正係数の決定の流れを説明するフローチャートである。まず、電流センサ２０の信号処理回路２５の入力端子ＩＮ３から、前述のような被測定電線１０に関する各種の情報（芯線数と導体径、被覆径、保護外被覆厚さ、撚りピッチなど）を入力する（ステップＳ１）。 FIG. 7 is a flowchart illustrating the flow of determining the correction coefficient in step S2 of FIG. First, various kinds of information (the number of core wires and the conductor diameter, the coating diameter, the protective outer coating thickness, the twist pitch, etc.) relating to the measured electric wire 10 as described above are input from the input terminal IN3 of the signal processing circuit 25 of the current sensor 20. (Step S1).
電流センサ２０の信号処理回路２５内の電流演算部２５ｃでは、被測定電線１０の情報より、被測定電線１０の中心と芯線との距離と、「被測定電線１０の中心」と「磁気センサモジュール２３と磁気センサモジュール２４の中点」との距離などを算出する（ステップＳ２）。 In the current calculation unit 25 c in the signal processing circuit 25 of the current sensor 20, the distance between the center of the measured wire 10 and the core wire, the “center of the measured wire 10” and the “magnetic sensor module” based on the information of the measured wire 10. The distance between “23 and the midpoint of the magnetic sensor module 24” is calculated (step S2).
また、格納部２５ｄに格納された数値から、
１）被測定電線の芯線数
２）被測定電線の中心と芯線との距離
３）「被測定電線の中心」と「磁気センサモジュール１と磁気センサモジュール２の中点」との距離
４）芯線の撚りピッチに対応した数値
を取得し、補正係数Ｋに代入する（ステップＳ３）。
From the numerical value stored in the storage unit 25d,
1) Number of core wires of the wire to be measured 2) Distance between the center of the wire to be measured and the core wire 3) Distance between “center of the wire to be measured” and “midpoint of the magnetic sensor module 1 and the magnetic sensor module 2” 4) Core wire A numerical value corresponding to the twist pitch is obtained and substituted for the correction coefficient K (step S3).
測定動作を説明する。
被測定電線１０に流れる電流から生じる磁界が磁気センサモジュール２３と磁気センサモジュール２４により測定され、その磁界の強度に比例した大きさの電圧信号が信号処理回路２５に入力される。
The measurement operation will be described.
A magnetic field generated from the current flowing through the measured wire 10 is measured by the magnetic sensor module 23 and the magnetic sensor module 24, and a voltage signal having a magnitude proportional to the strength of the magnetic field is input to the signal processing circuit 25.
信号処理回路２５内のアナログ信号処理部２５ａにおいて、入力された電圧信号を、
１）それぞれ低域通過フィルタにより雑音を低減し、
２）それらを差動増幅した電圧信号を全波整流回路により直流信号に変換し、
３）その直流信号を設定された所定の時間で積分し、
４）その電圧信号の積分値をデジタル信号処理部に出力する。
In the analog signal processing unit 25a in the signal processing circuit 25, the input voltage signal is
1) Reducing noise with low-pass filters,
2) A voltage signal obtained by differentially amplifying them is converted into a DC signal by a full-wave rectifier circuit,
3) Integrate the DC signal at the set time,
4) The integrated value of the voltage signal is output to the digital signal processor.
デジタル信号処理部２５ｂでは、積分された電圧信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を電流演算部２５ｃに出力する。 The digital signal processing unit 25b converts the integrated voltage signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the current calculation unit 25c.
電流演算部２５ｃでは、（式１）に示すように、あらかじめ設定された補正係数をデジタル信号に変換された電圧信号の積分値に掛けることで、被測定電線１０に流れる電流の大きさに変換し、その値を外部端子より出力する。 In the current calculation unit 25c, as shown in (Equation 1), a preset correction coefficient is multiplied by the integrated value of the voltage signal converted into a digital signal, thereby converting it into the magnitude of the current flowing through the measured wire 10. The value is output from the external terminal.
電流演算部２５ｃでの演算方法は次のとおりである。電圧信号の積分値をＶ、被測定電流に流れる電流の大きさをＩとすると、電流の大きさＩは、
Ｉ＝Ｋ・Ｖ （１）
として算出される。
The calculation method in the current calculation unit 25c is as follows. Assuming that the integral value of the voltage signal is V and the magnitude of the current flowing through the current to be measured is I, the magnitude of the current I is
I = K ・ V (1)
Is calculated as
これらにより、被測定電線１０が多芯であっても、非接触で電線に流れる電流を計測できる。多芯電線から生じる磁界を検出できない従来の変流器型の電流センサとは異なり、本発明では、磁気抵抗素子により局所的な磁界を検出できるため、多芯電線から生じる磁界を検出できる。 As a result, even when the measured wire 10 is multi-core, the current flowing through the wire can be measured in a non-contact manner. Unlike a conventional current transformer type current sensor that cannot detect a magnetic field generated from a multicore electric wire, in the present invention, a local magnetic field can be detected by a magnetoresistive element, and therefore a magnetic field generated from a multicore electric wire can be detected.
多芯電線内の電流の有無を検知する従来の多芯ケーブル電流有無判定器と違い、本発明では、多芯電線１０と電流センサ２０の相対的な位置を決定する機構と、磁界強度の測定値から電流値を求める演算機能とを有しているため、多芯電線に流れる電流値を計測することができる。 Unlike the conventional multicore cable current presence / absence determiner that detects the presence / absence of current in the multicore electric wire, in the present invention, the mechanism for determining the relative positions of the multicore electric wire 10 and the current sensor 20 and the measurement of the magnetic field strength are provided. Since it has the calculation function which calculates | requires an electric current value from a value, the electric current value which flows into a multi-core electric wire can be measured.
本発明の電流センサ２０は、被測定電線１０の周囲を囲う構造ではないため、電流センサ全体のサイズが被測定電線１０の径に依存することなく省スペース化を実現でき、電線同士が近接した場所でも容易に取り付けられる。 Since the current sensor 20 of the present invention does not have a structure surrounding the wire to be measured 10, the size of the entire current sensor can be reduced without depending on the diameter of the wire to be measured 10, and the wires are close to each other. It can be easily installed on site.
本発明の電流センサ２０は、被測定電線１０の周囲を囲う構造ではないことから、シート状に形成することも可能であり、被測定電線１０の被覆の表面に貼り付けるだけで取り付けられる。そのため、電流センサ２０を設置する際に、被測定電線１０を断線しなくてもよく、クランプなどの電流センサ２０を固定するための機構も不要であり、取付けコスト（取付工数）を大幅に低減できる。 Since the current sensor 20 of the present invention does not have a structure surrounding the wire to be measured 10, the current sensor 20 can be formed in a sheet shape, and is attached only by being attached to the surface of the wire to be measured 10. Therefore, when installing the current sensor 20, it is not necessary to disconnect the wire 10 to be measured, and a mechanism for fixing the current sensor 20, such as a clamp, is unnecessary, and the installation cost (installation man-hour) is greatly reduced. it can.
磁気センサモジュール２３、２４としては、たとえばナノグラニュラ膜と軟磁性膜からなるトンネル磁気抵抗素子を用いる。他にも、磁界の印加に対して電気的抵抗が変化する異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）などの磁気抵抗素子や、磁界の印加に対して電気的インピーダンスが変化する軟磁性材料により構成されるアモルファスワイヤあるいは薄膜からなる磁気インピーダンス素子、ホール効果を利用して磁界を検出するホール素子、フラックスゲート素子を用いることができる。 As the magnetic sensor modules 23 and 24, for example, tunnel magnetoresistive elements made of a nanogranular film and a soft magnetic film are used. Besides, magnetoresistive elements such as anisotropic magnetoresistive elements (AMR), giant magnetoresistive elements (GMR), tunnel magnetoresistive elements (TMR), etc., whose electrical resistance changes with application of a magnetic field, A magnetic impedance element composed of an amorphous wire or a thin film made of a soft magnetic material whose electrical impedance changes with application, a Hall element that detects a magnetic field using the Hall effect, and a fluxgate element can be used.
また、本実施例では、１つの磁気センサモジュールが有する磁気センサ素子は１つであるが、２つ以上の磁気センサ素子で１つの磁気センサモジュールを構成してもよい。１つの磁気センサモジュールが有する磁気センサ素子が１つの場合、バイアス磁界の印加方法が容易であるため、磁気センサモジュール１つあたりのコストを抑えることができる。 In this embodiment, one magnetic sensor module has one magnetic sensor element, but one magnetic sensor module may be configured by two or more magnetic sensor elements. When one magnetic sensor module has one magnetic sensor element, the method of applying a bias magnetic field is easy, so that the cost per magnetic sensor module can be suppressed.
一方で、２つ以上の磁気センサ素子で１つの磁気センサモジュールを構成する場合には、電流センサとして部品点数を抑えることができる。 On the other hand, when one magnetic sensor module is constituted by two or more magnetic sensor elements, the number of parts can be suppressed as a current sensor.
また、本実施例では、直列接続された２つの磁気センサモジュール２３、２４と直列接続された２つの抵抗２６、２７で回路を構成しているが、２つの抵抗２６、２７を２つの磁気センサモジュールに置き換えてもよい。 In this embodiment, a circuit is constituted by two resistors 26 and 27 connected in series with two magnetic sensor modules 23 and 24 connected in series. However, the two resistors 26 and 27 are replaced by two magnetic sensors. It may be replaced with a module.
本実施例のように２つの磁気センサモジュール２３、２４と２つの抵抗２６、２７で回路を構成した場合、使用する磁気センサモジュールの数量が減るためコストを抑えることができる。これに対し、２つの抵抗も２つの磁気センサモジュールに置き換えることにより、電流センサとしての磁界に対する感度を向上させることができる。 When the circuit is constituted by the two magnetic sensor modules 23 and 24 and the two resistors 26 and 27 as in the present embodiment, the number of magnetic sensor modules to be used is reduced, so that the cost can be suppressed. In contrast, by replacing the two resistors with two magnetic sensor modules, the sensitivity to the magnetic field as the current sensor can be improved.
フレーム２１は、本実施例の形状に限るものではなく、電流センサ２０を任意の径の被測定電線１０に取り付けた際に、電流センサ２０内の磁気センサモジュールの感磁方向と、被測定電線１０から発生する磁界の方向とが一義的に決まるように固定できる形状であればよく、本実施例では「Ｖ字型」の切欠きを設けている。材質は、被測定電流からの漏電による感電事故を防ぐため絶縁性が比較的高い樹脂が望ましい。本実施例では、ABS樹脂を用いている。フレーム２１を被測定電線１０に固定する方法として、両面テープや結束バンドを用いることができる。 The frame 21 is not limited to the shape of this embodiment. When the current sensor 20 is attached to the measured electric wire 10 having an arbitrary diameter, the magnetic sensing direction of the magnetic sensor module in the current sensor 20 and the measured electric wire. Any shape can be used as long as it can be fixed so that the direction of the magnetic field generated from 10 is uniquely determined. In this embodiment, a “V-shaped” notch is provided. The material is preferably a resin having a relatively high insulating property in order to prevent an electric shock accident due to leakage from the current to be measured. In this embodiment, ABS resin is used. As a method of fixing the frame 21 to the measured electric wire 10, a double-sided tape or a binding band can be used.
本実施例で用いる信号処理回路２５内のアナログ信号処理部２５ａでは、電圧信号を積分する機能を有していることから、ある一定時間内の電流の平均値が得られる。電流の瞬時値が必要な用途では、積分機能を除くことで電流の瞬時値を測定することもできる。 Since the analog signal processing unit 25a in the signal processing circuit 25 used in this embodiment has a function of integrating the voltage signal, an average value of currents within a certain time can be obtained. In applications that require an instantaneous current value, the instantaneous current value can also be measured by removing the integration function.
補正係数Ｋを格納部２５ｄに格納しているが、センサシステムとして使用する場合は、外部出力先に補正係数を格納してもよい。この場合、電流センサ２０は補正前の電圧信号の積分値Ｖを外部出力端子より出力し、受信側のシステムにおいて、式（１）で示した補正を行う。本方式では、計測開始後に補正係数Ｋが変更できるという利点がある。 Although the correction coefficient K is stored in the storage unit 25d, when used as a sensor system, the correction coefficient may be stored in an external output destination. In this case, the current sensor 20 outputs the integrated value V of the voltage signal before correction from the external output terminal, and performs the correction indicated by the expression (1) in the receiving system. This method has an advantage that the correction coefficient K can be changed after the measurement is started.
補正係数Ｋは、感磁素子の感度と各芯線と磁気センサモジュールとの位置関係により決定される。本実施例では、下記１）〜４）の値ごとに補正係数Ｋが決められており、その決定方法は、各条件の電線上での実測値より決定するという方法である。他の決定方法として、電磁界シミュレーションにより補正係数Ｋを決定する方法もある。
１）被測定電線の芯線数
２）被測定電線の中心と芯線との距離
３）「被測定電線の中心」と「磁気センサモジュール１と磁気センサモジュール２の中点」との距離
４）芯線の撚りピッチ
The correction coefficient K is determined by the sensitivity of the magnetosensitive element and the positional relationship between each core wire and the magnetic sensor module. In the present embodiment, the correction coefficient K is determined for each of the following values 1) to 4), and the determination method is a method in which the correction coefficient K is determined from the actually measured values on the wires under the respective conditions. As another determination method, there is a method of determining the correction coefficient K by electromagnetic field simulation.
1) Number of core wires of the wire to be measured 2) Distance between the center of the wire to be measured and the core wire 3) Distance between “center of the wire to be measured” and “midpoint of the magnetic sensor module 1 and the magnetic sensor module 2” 4) Core wire Twisted pitch
被測定電線を構成する芯線の本数については限定していないが、特に被測定電線を電源ラインとして使用する場合には、単相電源電流を流すのにあたり二芯電線あるいは三芯電線を用いると、電流により生じる磁界分布が対称形になり測定精度が向上する。 Although the number of core wires constituting the wire to be measured is not limited, especially when using the wire to be measured as a power line, when using a two-core wire or a three-core wire to flow a single-phase power current, The magnetic field distribution caused by the current becomes symmetrical and the measurement accuracy is improved.
また、三相電源電流を流す場合には、三芯電線あるいは四芯電線を用いると、同様に電流により生じる磁界分布が対称形になり測定精度が向上する。 In addition, when a three-phase power source current is passed, if a three-core electric wire or a four-core electric wire is used, the magnetic field distribution generated by the current becomes symmetrical and the measurement accuracy is improved.
以上説明したように、本発明によれば、多芯電線の所望の芯線に流れる電流の電流値を非接触で測定できる電流センサが実現できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a current sensor that can measure a current value of a current flowing through a desired core wire of a multicore electric wire in a non-contact manner.
１０ 被測定電線
２０ 電流センサ
２１ フレーム
２２ プリント基板
２３、２４ 磁気センサモジュール
２５ 信号処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric wire to be measured 20 Current sensor 21 Frame 22 Printed circuit board 23, 24 Magnetic sensor module 25 Signal processing circuit
Claims (4)
前記磁気センサ素子は前記被測定電線を構成する所望の芯線に流れる電流を非接触で測定することを特徴とする電流センサ。 A current sensor configured to detect a partial magnetic field around a measured electric wire with a magnetic sensor element and measure a current flowing through the multicore electric wire in a non-contact manner,
The said magnetic sensor element measures the electric current which flows into the desired core wire which comprises the said to-be-measured electric wire non-contactingly, The current sensor characterized by the above-mentioned.
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