JP2017044548A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流を計測する場合に好適な計測特性の直線性ならびに計測精度を有し、小型軽量とコスト抑制を図ることが可能な電流センサを提供する。
【解決手段】電流が流れる導体表面に設置される電流センサ１であって、電流によって生じる磁界方向に沿って配置される長形の磁気集束器本体１１と、磁気集束器本体１１の長手方向各端部から延設された複数のアーム部１２ａ，１２ｂと、アーム部１２ａ，１２ｂの先端から空隙を設けて設置されたアンテナ部１２１ａ，１２１ｂと、複数のアーム部１２ａ，１２ｂの先端に設けた各間隙に配置される電磁変換手段１３ａ，１３ｂとを備え、アーム部１２ａ，１２ｂは、磁気集束器本体１１の端部における磁気ポテンシャルと同位の位置でアンテナ部１２１ａ，１２１ｂが磁束を集束し、該磁束密度を磁電変換手段１３ａ，１３ｂが検出するように磁界方向に対して鉛直方向に延設されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流を磁気的に計測する電流センサに関するもので、特に大きな電流計測を可能にするものである。

銅バー、大ゲージケーブルなどの導体に流れる電流を計測対象とするときには、磁気的な計測を行っており、従来より閉磁路方式ならびに適度な空隙を設けた開磁路方式が利用されている。
これらの計測方式は、流れる電流によって磁気回路に起磁力を生じさせ、計測対象に流れる電流の量的情報を磁電変換によって取得するものである。具体的には、磁気センサによる磁束密度の計測を行い、間接的に電流計測を実施している（例えば、特許文献１参照）。

上記の計測方式は、磁気的外乱の影響が少なく、計測原理的に優れていることから広範囲の電流計測に用いられている。
しかしながら、１万アンペア程度の大電流を計測する場合に、従来より使用されているホール素子または磁気変換素子では、磁気回路の抵抗を大きく設定しなければならず、前述の空隙部分を大きく設ける必要がある。空隙部分を極度に大きくすると、磁気回路において空隙部分の高磁気抵抗路と磁性材料による低磁気抵抗路の比率が変化し、電流を起磁力として計測する場合の精度が劣化する。
そのため、大きな空隙部分を設ける場合には、磁気抵抗の低い磁性体部分の磁気路を延長することが必要になる。即ち磁気回路の総磁路を長く設け、電流路を中心に大きな半径で磁気回路を形成する必要がある。

特開２０１３−７９８６２号公報

前述のような磁気回路を有する電流センサを使用して、大電流計測を行う場合には相対的に大型で高コストの装置が必要になる。
また、計測系を構築するとき、電流路となる電流ケーブル等を磁気回路内に挿通させる特別な工事が必要になる。即ち、前述のように磁気回路の半径を大きく構成して、所望の空隙部分の比率を確保すると、膨大なコストが必要になり事業的観点でバランスを欠くことになるという問題点があった。
また、大電流を計測する場合には、前述のように磁気回路ならびに空隙部分の構成を大きくすることが望まれるが、小電流を計測する場合に比べて計測精度を犠牲にすることが避けられず、上述のような磁気回路型の大電流計測では、保証可能な計測精度に限界があり、小電流計測の精度に大きく及ばないという問題点があった。

これに対して、計測精度を適度に妥協して計測原理自体を見直した方法がある。この計測方法は、電流が流れる導体近傍の磁界分布を検出して当該電流を推測するもので、大きな磁気回路を形成する必要がないことから、小型軽量化を図ることが容易になる。また、大電流計測に要するコストを、大幅に低減する可能性がある。
上記の導体近傍の磁界を検出する計測方法は、電流を磁気量として計測するとき、変換処理の安定性を維持して良好な計測精度を確保するためには、計測系の設置・変更毎に校正が必須となる。この校正によって、電流値と計測量との間に良好な直線性を得ることができる。しかしながら、近傍磁界を計測するときには、地磁気や周辺の建築構造物に含まれる磁性体によって発生する外乱磁界が影響する。即ち、地磁気や外乱磁界によって計測値が変動し、計測精度が損なわれるという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、大電流を計測する場合に好適な計測特性の直線性ならびに計測精度を有し、小型軽量とコスト抑制を図ることが可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明に係る電流センサは、電流が流れる導体表面に設置される電流センサであって、前記電流によって生じる磁界方向に沿って配置される長形の磁気集束器本体と、前記磁気集束器本体の長手方向各端部から延設された複数のアーム部と、前記アーム部の先端から空隙を設けて設置されたアンテナ部と、前記複数のアーム部の先端に設けた各間隙に配置される磁電変換手段とを備え、前記アーム部は、前記磁気集束器本体の端部における磁気ポテンシャルと同位の位置で前記アンテナ部が磁束を集束し、該磁束密度を前記磁電変換手段が検出するように前記磁界方向に対して鉛直方向に延設されることを特徴とする。

また、前記複数のアーム部先端に設置されたアンテナ部間の距離をＬ、前記電流によって生じる磁界強度をＨとしたとき、前記アンテナ部は、磁気ポテンシャルが＋ＬＨ／２となる位置に配置された第１アンテナ部と、磁気ポテンシャルが−ＬＨ／２となる位置に配置された第２アンテナ部とからなり、前記複数のアーム部は、前記第１アンテナ部を先端に設置した第１アーム部と、前記第２アンテナ部を先端に設置した第２アーム部と、からなることを特徴とする。

また、前記磁電変換手段は、前記第１アーム部の空隙に配置された第１磁電変換手段と、前記第２アーム部の空隙に配置された第２磁電変換手段と、であり、前記第１磁電変換手段の出力信号と前記第２磁電変換手段の出力信号とを用いて、前記導体に流れる電流値を求める演算手段を有することを特徴とする。

また、前記演算手段は、前記第１磁電変換手段の出力信号と前記第２磁電変換手段の出力信号とを演算処理することにより、該電流センサの取り付け位置ならびに磁束の偏流による誤差要因を除去することを特徴とする。

本発明によれば、導体に設置することが簡易にでき、また、リニアな計測特性を備えることにより精度良く大きな電流を計測することができる。

本発明の実施例による電流センサの概略構成図である。 実施例の電流センサに集束される磁束を示す説明図である。 実施例の電流センサに集束される磁束を示す説明図である。 導体に電流が流れることによって生じる磁界を示す説明図である。 磁性体モデルの周囲の磁界を示す説明図である。 図５の磁性体モデル周囲に生じる磁気ポテンシャルを示す説明図である。 集束磁性体が磁界に与える影響を示す説明図である。 図１の電流センサの概略構成を示す説明図である。 集束磁性体の影響を示す説明図である。 この実施例による電流センサの他の構成例を示す説明図である。 この実施例による電流センサの他の設置例を示す説明図である。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。

（実施例）
図１は、本発明の実施例による電流センサの概略構成図である。この図は、本実施例の電流センサ１を上方から視た場合の構成を表しており、磁電変換素子の出力信号を処理する回路部分や配線接続等の図示を省略している。
図示した電流センサ１は、電流を通電するバスバー（Ｂｕｓ−ｂａｒ）２に装着された状態であり、バスバー２の表面上において略Ｕ字状に設置構成されている。
バスバー２は、例えば帯状銅板からなる導体であり、少なくとも上面等に電流センサ１を設置することができる平面部分を有し、数［ｋＡ］程度、もしくはそれ以上の大電流通電に耐用可能なものである。

電流センサ１は、上方視したとき略Ｕ字状となる磁気集束器１０を基板１４の上面に設置している。磁気集束器１０は、Ｕ字状の二つの両端部分を成すアーム部１２ａ，１２ｂ、これらアーム部１２ａとアーム部１２ｂとを接続してＵ字状の底部分を形成する磁気集束器本体１１によって構成されている。
アーム部１２ａは、先端部分にアンテナ部１２１ａが配置され、このアンテナ部１２１ａとアーム部１２ａとの間に空隙が設けられている。この空隙にはホール素子１３ａが設置されている。この空隙の間隔は、ホール素子１３ａ，１３ｂを配置することが可能であり、Ｕ字コア（電流センサ１の略Ｕ字状に形成された部位）の較差の程度で決まる。

また、この空隙を設けることによって、アンテナ部１２１ａに周辺の磁気ポテンシャルを反映させるため、適度な磁気抵抗を生じさせている。
アーム部１２ｂは、先端部分にアンテナ部１２１ｂが配置され、このアンテナ部１２１ｂとアーム部１２ｂとの間に、アーム部１２ａと同様な空隙が設けられている。この空隙にはホール素子１３ｂが設置されている。

アンテナ部１２１ａを含むアーム部１２ａ及びアンテナ部１２１ｂを含むアーム部１２ｂは、集束磁性体を用いて構成されており、例えば磁気集束器本体１１と同一の強磁性体によって構成されている。
即ち、磁気集束器１０（ホール素子１３ａ，１３ｂを除く）は、高い透磁率の磁性体によって構成されている。また、アーム部１２ａのアンテナ部１２１ａを除いた部分、ならびにアーム部１２ｂのアンテナ部１２１ｂを除いた部分は、磁気集束器本体１１と一体形成されている。

アンテナ部１２１ａ，１２１ｂの断面、もしくはホール素子１３ａ，１３ｂと接する端面は、当該ホール素子１３ａ，１３ｂの磁束検出部分と同様な形状ならびに大きさ（面積）をしており、磁束が効率良くホール素子１３ａ及びホール素子１３ｂを通過するように形成されている。なお、ホール素子１３ａ，１３ｂと接する端面を除いて、アンテナ部１２１ａ，１２１ｂの断面等をホール素子１３ａ，１３ｂの磁束検出部分よりも大きく構成してもよい。

ホール素子１３ａ，１３ｂは、いずれも同様な磁電変換素子であり、磁束密度に応じた電圧を出力し、リニアな出力特性を有したものである。
磁気集束器１０は、バスバー２を流れる電流方向に対応させてＵ字状の開口部分を配置しており、例えば、図中上方に向って開口している。換言すると、磁気集束器１０は、電流の下流側へ向けて開口するようにバスバー２の表面上に設置されている。

基板１４は、例えばガラスエポキシの板材に図示を省略したプリントパターンを形成したもので、例えば、ホール素子１３ａ及びホール素子１３ｂに電源電流を供給する配線パターン、各ホール素子１３ａ，１３ｂの出力信号を外部出力するための配線パターンなどが形成されている。
なお、基板１４は、ガラスエポキシの他、紙エポキシなどを用いることも可能で、吸湿性、剛性、熱膨張率などが電流センサ１の使用環境に耐用できるものであればよい。
また、基板１４は、上記の電源電流を外部から入力し、また、各ホール素子１３ａ，１３ｂの出力信号（出力電圧）を外部へ出力するためのコネクタあるいはリード配線等（図示省略）を備えている。

なお、電流センサ１、もしくは各素子などを実装した基板１４は、例えば図示を省略した取り付け部材等を介してバスバー２に固定されており、当該バスバー２から電気的に絶縁されている。
また、電流センサ１は、ホール素子１３ａ，１３ｂの各出力信号を入力して電流Ｉｆの値を求める例えば演算ユニット等（図示省略）に配線接続されている。

次に動作について説明する。
図２及び図３は、本実施例の電流センサに集束される磁束を示す説明図である。図２は、図１に示した電流センサ１の斜視図であり、バスバー２に電流Ｉｆが流れた場合に生じる磁束φ１，φ２を示したものである。
また、図３は、図２に示した電流センサ１の周囲に生じている磁束φ１，φ２を、当該電流センサ１の上方ならびに側方から視た状態を示したものである。

図４は、導体に電流が流れることによって生じる磁界を示す説明図である。導体１００に電流Ｉｆが流れたとき、導体１００の周囲には磁界Ｈが発生する。磁界Ｈは、アンペールの法則によって表現すると、導体１００から距離ｒの点（位置）において、Ｈ＝Ｉｆ／（２πｒ）の強さを有する。
図２において、図中奥方向へ電流Ｉｆが流れるとき、バスバー２の周囲には右回りの磁界が生じる。この磁界中に電流センサ１が載置されている場合、電流センサ１に設けた磁気回路内を矢印で示したように磁束が通過する。
磁気回路を構成する磁気集束器１０は、バスバー２の上面において略Ｕ字状となるように形成されており、概ね、磁束φ１の経路と磁束φ２の経路が生じる。

バスバー２に電流Ｉｆが流れると、当該バスバー２の断面周囲に沿って磁束φ１が流れ、この磁束φ１は磁気集束器本体１１を長手方向に通過する。
また、バスバー２の周囲を流れる磁束φ２は、アーム部１２ａ，１２ｂの先端部分に集束し、磁気集束器１０を介してバスバー２の周囲を周回する。
詳しくは、アンテナ部１２１ａの先端から入射してホール素子１３ａを通過し、アーム部１２ａの基端部分を通過する。さらに、磁気集束器本体１１を長手方向に通過してアーム部１２ｂの基端部分からホール素子１３ｂを通過し、アンテナ部１２１ｂの先端から放出される。磁束φ２は、このようにアンテナ部１２１ａの先端とアンテナ部１２１ｂの先端との間に設けた磁気回路を流れ、バスバー２の周囲を周回する。
なお、バスバー２から磁束φ２の計測点（ホール素子１３ａ，１３ｂの磁束φ２が通過する部分）までの距離は、図３（ｂ）に示した距離ｒ１である。

図５は、磁性体モデルの周囲の磁界を示す説明図である。この図は、磁界中に磁気集束器の磁性体モデルを設置したとき、その周囲の磁気ポテンシャルを、等高線を用いて表したものである。なお、図中の磁界の向きは、矢印αで示した方向である。
図示した磁気集束器１５０は、直線状に延びた長形の磁性体モデルであり、長手方向の長さがＬで高透磁率の磁性体である。この磁気集束器１５０は、長手方向が磁界の向きに沿うように配置されている。
なお、前述の磁気集束器１０もしくは電流センサ１を構成する各磁性体は、計測対象の電流範囲（最大電流値）において生じる磁界中で磁気飽和することのない材料であり、また磁気飽和し難い形状に形成されている。

図６は、図５の磁性体モデル周囲に生じる磁気ポテンシャルを示す説明図である。この図は、図５の磁気集束器１５０を例えばＸ−Ｙ平面上に存在する磁性体とした場合の磁気ポテンシャルを表したものである。
図５において矢印αで示した磁界方向に沿って長形の磁気集束器１５０を設置したとき、当該磁気集束器１５０における磁気ポテンシャルの勾配は図６に示したようになり、磁気集束器１５０内においては磁気ポテンシャルの勾配が概ね「０」になる。
なお、磁気集束器１５０周囲の勾配は、当該磁気集束器１５０の表面近傍で急峻になり、ある程度以上離れると本来の磁界の勾配となる。

磁気集束器１５０の長さをＬ、磁界の強さをＨとしたとき、磁気集束器１５０の長手方向両端において、磁気集束器１５０に磁束が入力する側では上記の磁気ポテンシャルの差が＋ＬＨ／２となり、磁気集束器１５０から磁束が出力する側では−ＬＨ／２の差が生じる。
また、磁気集束器１５０の長手方向両端では磁気ポテンシャルの差が上記のようになることから、磁気集束器１５０の長手方向中央の周囲磁界は、磁気ポテンシャルの勾配が「０」になる。

磁気集束器１５０の表面は磁気ポテンシャル「０」であることから、磁気集束器１５０の表面近傍では、磁気集束器１５０の表面に沿って磁気ポテンシャルの差（勾配）が生じる。このことから、図５に示したように磁気集束器１５０周囲において、部分的に当該磁気集束器１５０の長手方向と略平行になる等高線が生じる。
即ち、磁気集束器１５０は、矢印αの磁界方向に対して９０度の方向（矢印Ｂが示す方向）に、当該磁気集束器１５０近傍の磁界方向を変換する。
このように磁界方向が変化することによって、磁気集束器１５０の周囲には部分的に斉一な強度の磁界が生じる。このことから、磁気集束器１５０の長手方向の長さＬに関して積分処理を行うことにより、様々な外乱要素を抑圧することができる。

本実施例の電流センサ１は、アーム部１２ａ，１２ｂが磁気集束器本体１１の長手方向両端に各々設置されており、磁気集束器１５０の両端から鉛直方向に延設したように設けられている。
前述のように磁気集束器１５０の長手方向両端は、磁気ポテンシャルが各々＋ＬＨ／２、−ＬＨ／２となっていることから、磁気集束器本体１１の各端部に配置されているアーム部１２ａ（ホール素子１３ａ）は＋ＬＨ／２に比例した値を計測し、アーム部１２ｂ（ホール素子１３ｂ）は−ＬＨ／２に比例した値を計測する。
具体的には、アンテナ部１２１ａならびにアンテナ部１２１ｂの先端部分が配置された位置の磁束を集束し、例えば図５に示した計測位置２０１ａ，２０１ｂの磁束密度を計測する。ここで、計測位置２０１ａの磁気ポテンシャルは＋ＬＨ／２、計測位置２０１ｂの磁気ポテンシャルは−ＬＨ／２である。なお、上記のＬは、アーム部１２ａとアーム部１２ｂとの間の距離を示し、磁気集束器本体１１の長手方向長さである。

図７は、集束磁性体が磁界に与える影響を示す説明図であり、前述のアーム部１２ａ，１２ｂの長さに関する条件を説明するためのモデルを例示している。
磁気集束器１０において、アンテナ部１２１ａとアーム部１２ａとの間の空隙、ならびにアンテナ部１２１ｂとアーム部１２ｂとの間の空隙が磁束の計測点となる。磁束を計測するとき、アーム部１２ａ，１２ｂの長さが短すぎると、磁気集束器本体１１の磁界歪を直接計測点が拾うことになり、計測精度や感度に影響を与える。
以下、磁気集束器本体１１によって生じる影響、ならびにアーム部１２ａ，１２ｂの適当な長さに関し、図７に示したモデル（集束磁性体３０１）を用いて説明する。なお、アーム部１２ａ，１２ｂにおいても厳密には磁界歪が発生し、この影響を受ける。しかしながら、この影響は計測手段に関して阻害要因にならないことから、ここでは、計測感度阻害要因となり得る磁気集束器の影響と考え、当該各アーム部の影響については説明を省略する。

図７（ａ）は、ソレノイドコイル３００の内部に集束磁性体３０１を配置した状態を示している。ここで、ソレノイドコイル３００は無限長であって、電流が導通されたとき図中左側がＳ極、右側がＮ極となる斉一磁界を発生させるものとする。また、集束磁性体３０１は、ソレノイドコイル３００と同様に無限長の磁性体モデルであり、集束磁性体３０１の断面３０２は、図７（ｂ）ならびに図７（ｃ）に示したように高さｈを有している。
ここで、集束磁性体３０１の周辺磁界（磁気ポテンシャル）の測定点を、図７（ｂ）に示したｘ１とする。この測定点ｘ１は、例えばソレノイドコイル３００が発生する斉一磁界のＳ極側に配置されており、集束磁性体３００の高さｈを有する側面３０３から距離ｘ離れた位置に設けられている。
また、ここで、上記の側面３０３と測定点ｘ１との間に生じる立体角をω［ｓｔｒ］とする。なお、立体角ωは、集束磁性体３０１の、延設方向における任意の長さ部分（周辺磁界を測定する部分）に対して生じるものである。

図７のモデルにおいて、ソレノイドコイル３００が発生させた（例えばＳ極からＮ極方向の）斉一磁界の強さを「１」としたとき、測定点ｘ１で測定される磁界は、集束磁性体３０１の影響によって（４π−２ω）／４π＝１−ω／２πに弱められる。
測定点ｘ１で測定される磁界強さを５０［％］以上とするためには、上式の１−ω／２πより、立体角ωをπ以下にする必要がある。そのため、断面３０２から測定点ｘ１までの距離をｘとしたとき、距離ｘはｈ／２以上に設定しなければならない。
また、測定点ｘ１で測定される磁界の強さを７５［％］以上とするためには、立体角ωをπ／２以下にする必要がある。このとき、距離ｘはｈ以上に設定しなければならない。

前述のように集束磁性体３０１は磁界に影響することから、斉一磁界に生じる磁気ポテンシャルを、集束磁性体３０１による影響を５０［％］以下に抑えて測定するには、立体角ω＝π以下、距離ｘ＝ｈ／２以上となる位置に測定点ｘ１を設ける。
また、集束磁性体３０１の影響を２５［％］以下に抑えて磁気ポテンシャルを測定するには、立体角ω＝π／２以下、距離ｘ＝ｈ以上となる位置に測定点ｘ１を設ける。
無限長の集束磁性体３０１の影響を抑えて磁気ポテンシャルを測定するには、上記の位置に測定点ｘ１を設定する。なお、集束磁性体３０１の影響は、測定点ｘ１から遠ざかるほど影響が小さくなり、集束磁性体３０１の無限遠となる部分は影響が皆無と考えることができる。即ち、測定点ｘ１に大きく影響するのは、当該測定点ｘ１に最も近い側面３０３であり、この側面３０３と測定点ｘ１との間に生じる立体角ωの大きさが影響する。
これらのことから、実際に電流センサを構成するときには、測定点に最も近い集束磁性体の影響について考慮すれば実用上は十分である。そこで、例えば側面３０３からの距離ｘがｈ、立体角ωが仰角Ａとなる位置に測定点ｘ１を設定する。

図８は、図１の電流センサの概略構成を示す説明図である。図１を用いて説明した電流センサ１は、図８に示したように磁気集束器１０（アーム部１２ａ，１２ｂを含む）の高さをｈとし、磁気集束器本体１１と接するアーム部１２ａの基端部から、アンテナ部１２１ａの（アーム部１２ａの長手方向）中心までの長さをｘとして構成されている。なお、アーム部１２ｂの基端部からアンテナ部１２１ｂの中心までの長さも同様にｘである。
図９は、集束磁性体の影響を示す説明図である。この図は、横軸が任意の集束磁性体から測定点までの距離ｘで、縦軸が集束磁性体の影響によって減少する磁界強さの割合を示している。なお、ここでもｈは集束磁性体の断面高さを表している。

図９に示したように、集束磁性体の影響は、集束磁性体端部の断面から測定点までの距離ｘがｈ／２のとき仰角Ａは９０度となり、この測定点においては実際の斉一磁界よりも５０［％］減少した磁界強さが観測される。
また、距離ｘがｈのとき仰角Ａは５３度となり、この測定点においては２９［％］減少したものが観測される。距離ｘが３ｈ／２のときには仰角Ａが３７度となり、この測定点においては２１［％］減少したものが観測される。距離ｘが２ｈのときには仰角Ａが２８度となり、この測定点においては１６［％］減少したものが観測される。
仰角Ａ［ｒａｄ］としたとき、距離ｘの測定点では集束磁性体によってＡ／π×１００［％］減少したものが観測される。

図８などに示した電流センサ１は、アーム部１２ａの基端部からの距離がｘとなるアンテナ部１２１ａの中心位置に測定点が設定されている。
なお、アンテナ部１２１ｂについても同様な位置に測定点が設定されており、ここではアーム部１２ａならびにアンテナ部１２１ａを例示して説明する。
アンテナ部１２１ａに設定された測定点と、（アーム部１２ａ基端部断面と接する）磁気集束器本体１１の壁面との間に生じる仰角をＡとしたとき、ω＝Ａ／２π、ｘ４π＝２Ａとなる。電流センサ１もしくはアンテナ部１２１ａ周辺の磁気ポテンシャルＰは、Ｐ＝ｋＩ｛（４π−２Ａ）−２Ａ｝＝４ｋＩ（π−Ａ）と表される。

集束磁性体即ち磁気集束器本体１１が無い場合には仰角Ａ＝０となることから、このときの磁気ポテンシャルＰは、（π−Ａ）／π×１００［％］で表される強さを有する。また、磁気集束器本体１１から受ける影響は、−Ａ／π×１００［％］で表される。このことから、仰角Ａが９０度のとき実際の磁界よりも５０［％］低減したものが観測され、仰角Ａが４５度のときには２５［％］低減したものが観測される。
アンテナ部１２１ａは、前述の集束磁性体の影響を受けることなく周辺磁界を測定することが好ましい。そのためには、磁気集束器本体１１に対する仰角Ａが小さくなるように構成することが望まれる。
例えば、仰角Ａを４５度とした場合、図８に示した距離ｘは約１．２ｈの長さになる。

ホール素子１３ａ及びホール素子１３ｂの各出力信号は、前述のように演算ユニットに入力され、当該演算ユニットに備えられたプロセッサ等はソフトウェアプログラムに則した所定の演算を行う。
上記の演算ユニットは、前述のように磁気集束器１０もしくは磁気集束器本体１１の長さＬについて積分処理を行い、磁気集束器本体１１の近傍に存在する磁界に対する非直線性の影響、即ち次数の高い磁界変化の抑圧を行う。具体的には、電流センサ１の取り付け位置において生じる誤差要因、電流センサ１周辺（またさらに、電流センサ１の磁気回路内）の磁束の偏流によって生じる誤差要因などを除去もしくは抑圧する。
上記の積分処理は、直線状の積分となるため、例えば、図４に示した直線的に流れる電流（直線状の導体）周辺の周回積分を要するものに比べて、有効な外乱要素の抑圧を行うことができ、ホール素子１３ａ，１３ｂの出力信号から良好な出力直線性を得ることができる。

図１０は、この実施例による電流センサの他の構成例を示す説明図である。この図は、これまで説明した磁気集束器１０の様々な構成例を示したもので、同一あるいは相当する部分に、図１等と同じ符号を使用している。
図１０（ａ）に示した電流センサの磁気集束器は、断面四辺形の角棒状あるいはレンガ状に形成された磁気集束器本体１１の両端に、角棒状等に形成されたアーム部１２ａおよびアーム部１２ｂを各々接合し、上方から視たとき略コの字状となるように構成されている。

図１０（ｂ）に示した電流センサの磁気集束器は、磁気集束器本体１１の長手方向両端近傍に、図１０（ａ）に示したものと同様に構成されたアーム部１２ａならびにアーム部１２ｂを接合したものである。
詳しくは、図１０（ａ）と同様に角棒状等に形成された磁気集束器本体１１の長手方向の先端よりも中央寄りの位置に、アーム部１２ａまたはアーム部１２ｂを接合している。そのため、磁気集束器本体１１の長手方向端部は、アーム部１２ａならびにアーム部１２ｂの各側面（外側面）よりも外側に突出した位置に配される。

図１０（ｃ）に示した磁気集束器は、磁気集束器本体１１とアーム部１２ａとアーム部１２ｂとを一体形成したもので、どの部分においても同様な断面形状をしており、例えば断面四辺形に形成されている。
また、この磁気集束器は、上方から視たとき略Ｕ字状となるように形成されており、磁気集束器本体１１とアーム部１２ａとの接合部位、ならびに、磁気集束器本体１１とアーム部１２ｂとの接合部位は、角隅部分が生じないように各々ラウンド形状に形成されている。
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）に示した各磁気集束器は、どの構成においても、図１、図２等を用いて説明した電流センサ１、もしくは磁気集束器１０と同様な磁束の経路が形成され、前述の説明のように磁束を検出することができるものである。即ち、本実施例の電流センサ１は、図１０に示した、いずれかのように構成してもよく、さらに、前述のように磁束の計測が可能なことを条件として、電流センサもしくは磁気集束器等の形状等は、ここで例示したものに限定されない。

図１１は、この実施例による電流センサの他の設置例を示す説明図である。図１１（ａ）に示した設置状態は、バスバー２に流れる電流Ｉｆに対向して、アンテナ部１２１ａおよびアンテナ部１２１ｂが先端となって、磁気集束器本体１１がアンテナ部１２１ａ等の背後側に配置されるように、電流センサ１をバスバー２に設置したものである。
換言すると、図２に示した電流センサ１とは逆向きにバスバー２に設置したもので、前述の電流センサ１の略Ｕ字状、あるいは略コの字状の開口部位を、電流Ｉｆに向けて設置している。

図１１（ｂ）に示した設置状態は、磁気集束器本体１１の外側面（上記の開口した部位の背面側）がバスバー２の表面と対向近接し、また、アーム部１２ａ、アーム部１２ｂ、アンテナ部１２１ａ、アンテナ部１２１ｂ等が、バスバー２表面に対して鉛直方向に延びるように電流センサ１を設置したものである。
詳しくは、磁気集束器本体１１をバスバー２に設置し、この磁気集束器本体１１から上方へアーム部１２ａおよびアーム部１２ｂを延設し、これらのアーム部先端に、前述のものと同様にホール素子１３ａ、アンテナ部１２１ａ、ホール素子１３ｂ、アンテナ部１２１ｂを設けている。

例えば、図１１の（ａ）および（ｂ）に示したように本実施例の電流センサを設置した場合でも、バスバー２に流れる電流Ｉｆによって発生した磁束を磁気集束器等によって集束し、バスバー２周辺の磁界強度、即ち電流Ｉｆの大きさを計測することが可能である。なお、図１１に示したように設置した場合でも、当該電流センサ内を通過する磁束は、図２ならびに図３を用いて説明したものと概ね同様な経路を通る。
また、図２ならびに図３に示した状態、あるいは、図１１に例示した各状態のいずれかのように電流センサをバスバー２に設置するとき、電流センサをバスバー２の表面に直接載置してもよいが、例えば、バスバー２に発生する熱等の影響を避けるため、電流センサの筐体（図示省略）にスペーサまたは断熱材等を備え、バスバー２表面から当該電流センサを適当に離間して設置するように構成してもよい。

以上のように本実施例によれば、大きな空隙を磁気回路に設けることを要しないため、小型化ならびに設置装着を容易にすることができ、コストの低減を図ることが可能になる。
また、バスバー等の導体表面に設置することから、メンテナンス性を向上させることができる。
また、比較的簡易な演算処理によって外乱要素を抑圧し、所望の計測精度で計測値を得ることが可能になる。

１電流センサ
２バスバー
１０磁気集束器
１１磁気集束器本体
１２ａ，１２ｂアーム部
１３ａ，１３ｂホール素子
１４基板
１００導体
１２１ａ，１２１ｂアンテナ部
１５０磁気集束器
２０１ａ，２０１ｂ計測位置
３００ソレノイドコイル
３０１集束磁性体
３０２断面
３０３側面

Claims (4)

1. 電流が流れる導体表面に設置される電流センサであって、
   前記電流によって生じる磁界方向に沿って配置される長形の磁気集束器本体と、
   前記磁気集束器本体の長手方向各端部から延設された複数のアーム部と、
   前記アーム部の先端から空隙を設けて設置されたアンテナ部と、
   前記複数のアーム部の先端に設けた各間隙に配置される磁電変換手段と、
   を備え、
   前記アーム部は、
   前記磁気集束器本体の端部における磁気ポテンシャルと同位の位置で前記アンテナ部が磁束を集束し、該磁束密度を前記磁電変換手段が検出するように前記磁界方向に対して鉛直方向に延設される、
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記複数のアーム部先端に設置されたアンテナ部間の距離をＬ、前記電流によって生じる磁界強度をＨとしたとき、
   前記アンテナ部は、
   磁気ポテンシャルが＋ＬＨ／２となる位置に配置された第１アンテナ部と、
   磁気ポテンシャルが−ＬＨ／２となる位置に配置された第２アンテナ部と、
   からなり、
   前記複数のアーム部は、
   前記第１アンテナ部を先端に設置した第１アーム部と、
   前記第２アンテナ部を先端に設置した第２アーム部と、
   からなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁電変換手段は、
   前記第１アーム部の空隙に配置された第１磁電変換手段と、
   前記第２アーム部の空隙に配置された第２磁電変換手段と、
   であり、
   前記第１磁電変換手段の出力信号と前記第２磁電変換手段の出力信号とを用いて、前記導体に流れる電流値を求める演算手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記演算手段は、
   前記第１磁電変換手段の出力信号と前記第２磁電変換手段の出力信号とを演算処理することにより、該電流センサの取り付け位置ならびに磁束の偏流による誤差要因を除去する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。

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