JP2017181220A - 電流検出センサおよび電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ直流電流から交流電流まで検出する。【解決手段】磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯２１と、環状に湾曲させられた磁芯２１における一端部２１ａおよび他端部２１ｂを、この一端部２１ａおよびこの他端部２１ｂのうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつこの一端部２１ａの端面およびこの他端部２１ｂの端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部１２と、保持部１２内における対向状態での一端部２１ａの端面と他端部２１ｂの端面との間の空隙部ＧＰとなる部位に配設されて、磁芯２１内に誘起された磁束を検出して検出信号Ｓ１を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかで構成された磁気センサ１３を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象電路の周りを囲む状態で装着されてこの測定対象電路に流れる電流を検出する電流検出センサ、およびこの電流検出センサを備えた電流測定装置に関するものである。

この種の電流検出センサを備えた電流測定装置の一例として、下記の特許文献１に開示された電流検出装置が知られている。この電流検出装置は、ロゴスキーコイル、増幅部、処理部および表示部を備え、ロゴスキーコイルを測定対象電線（測定対象電路の一例）の周りを囲む状態で装着することにより、測定対象電線に流れる電流を検出して、その電流値を表示可能に構成されている。

ロゴスキーコイルは、絶縁性および可撓性を有する非磁性材料を用いて棒状に形成された巻芯と、巻芯の一端から他端に亘って巻芯の外周面に巻回された巻線と、巻芯の一端から他端に亘って巻芯の中心部を貫通して配設されると共にその巻芯の一端側に位置する端部が巻線における巻芯の一端側に位置する端部と接続された巻き戻し線と、絶縁性および可撓性を有する非磁性材料を用いて、巻線が巻回された巻芯の外周面全体を覆うようにして形成された絶縁被覆と、巻き戻し線における巻芯の他端側に位置する端部に接続された出力電線と、巻線における巻芯の他端側に位置する端部に接続された他の出力電線と、絶縁性を有する材料を用いて形成されて巻芯の絶縁被覆で覆われた他端側に取り付けられた保持部とを備えている。この場合、保持部は、巻芯の絶縁被覆で覆われた一端側をその内部に挿着可能に構成されており、内部にこの巻芯の一端側が挿着されたときには、巻芯の各端部の端面同士が対向する状態で保持可能に構成されている。

この構成により、ロゴスキーコイルは、巻芯の一端側が保持部に未挿着の非環状状態から、巻芯の一端側が保持部に挿着された環状状態に容易に移行することができるため、測定対象電線に容易に装着（取り付け）可能となっている。同様にして、測定対象電線からの取り外しについても、簡単に行えるようになっている。

特許第５５４７０３１号公報（第４−５頁、第１図）

ところが、上記した電流検出装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、この電流検出装置では、可撓性を有するロゴスキーコイルを使用する構成のため、様々な太さの測定対象電線（測定対象電路）や、配線状態が混み合った複数の電線のうちの１つの測定対象電線に対しても容易に装着して電流を検出することができるというメリットがあるものの、検出し得る電流は交流電流に限定される（直流電流は検出できない）という改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ直流電流から交流電流まで検出し得る電流検出センサ、およびこの電流検出センサを備えた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記載の電流検出センサは、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、環状に湾曲させられた前記磁芯における一端部および他端部を、当該一端部および当該他端部のうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつ当該一端部の端面および当該他端部の端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部と、前記保持部内における前記対向状態での前記一端部の前記端面と前記他端部の前記端面との間の空隙部となる部位に配設されて、前記磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかを備えている。

請求項２記載の電流測定装置は、測定対象電路に装着される請求項１記載の電流検出センサと、前記測定対象電路に電流が流れることによって前記磁芯内に前記磁束が誘起されているときの前記検出信号に基づいて前記電流の電流値を測定する処理部とを備えている。

請求項１記載の電流検出センサによれば、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、この磁芯の一端部および他端部を両端部の端面が対向する対向状態で保持可能な保持部と、磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかとを備えたことにより、測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ、測定対象電路に流れる測定電流について、直流電流から交流電流まで検出することができる。

請求項２記載の電流測定装置によれば、上記の電流検出センサを備えたことにより、測定対象電路に流れる測定電流について、直流電流から交流電流までその電流値を測定することができる。

電流検出センサ２を含む電流測定装置１の外観図である。 図１における磁芯部１１の内部構造を示すＡ−Ａ線断面図である。 図１における連結用部材２３が装着された磁芯部１１の内部構造を示すＢ−Ｂ線断面図である。 電流検出センサ２における保持部１２内の空隙部ＧＰ近傍の拡大断面図である。 電流測定装置１の構成図である。 電流検出センサ２における他の構造の保持部１２内の空隙部ＧＰ近傍の拡大断面図である。

以下、電流検出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、電流測定装置としての電流測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

電流測定装置１は、図１に示すように、電流検出センサ２および測定装置本体３を備え、例えば電線やバスバーなどの電流供給用の線状導体または棒状導体のような測定対象電路５１に、電流検出センサ２を環状に湾曲させて測定対象電路５１の周りを囲む状態で装着することにより、測定対象電路５１に流れる測定電流Ｉ（直流電流および交流電流のうちの少なくとも一方）の電流値Ｉ１を測定可能に構成されている。

電流検出センサ２は、図１に示すように、一例として、磁芯部１１、保持部１２、磁気センサ１３、信号ケーブル１４およびコネクタ１５を備えている。

磁芯部１１は、一例として、磁芯２１、絶縁被覆２２および連結用部材２３を備えている。この場合、磁芯２１は、軟磁性部材（磁性部材の一例）で構成されて可撓性（柔軟性）を有する棒状に形成されている。また、磁芯２１は、可撓性を有することにより、環状に湾曲可能となっている。一例として、磁芯２１は、軟磁性粉末を、樹脂材料（例えば、ウレタン樹脂）などの結合材料を用いて棒状に成型することで作製されている。本例では一例として、磁芯２１は、図２，３に示すようにその断面形状が円形に形成されると共に、一定の太さの棒状に形成されているが、断面形状は円形に限定されず、例えば楕円形や、四角形などの多角形とすることもできる。

絶縁被覆２２は、絶縁性および柔軟性を有する非磁性の樹脂材料を用いて、図１〜３に示すように、一例として、磁芯２１の両端面を除く表面全体（つまり、外周面）を覆う状態（つまり、磁芯２１の一端部２１ａ（図１中の左端部）および他端部２１ｂ（同図中の右端部）の各端面は露出する状態）で、一定の厚みに形成されている。なお、本例では、絶縁被覆２２は、図２，３に示すように一層に形成されているが、２層など多層に形成されていてもよい。

連結用部材２３は、一例として、剛性を有する非磁性の樹脂材料を用いて、図４に示すように、キャップ状（一方の端部側が開口し、他方の端部側が閉塞された有底の筒体状（本例では、磁芯２１の断面形状に合わせて、有底の円筒体状））に形成されて、絶縁被覆２２で覆われた磁芯２１の一端部２１ａ（つまり、磁芯部１１の一端部１１ａ）に装着されている。具体的には、連結用部材２３は、磁芯２１の一端部２１ａの端面（後述するＰＬ３）と有底の筒体である連結用部材２３の内底面（他方の端部側の内面）とが接触するまで、その開口する一方の端部側から磁芯部１１の一端部１１ａを内部に挿入して固定することにより、磁芯２１の一端部２１ａ（つまり、磁芯部１１の一端部１１ａ）に装着されている。また、一例として、連結用部材２３の外周面には、後述するようにして保持部１２に挿着された際に保持部１２内に配設された不図示の係合機構によって係合される不図示の係合部（例えば、係合溝）が形成されている。

保持部１２は、剛性を有する樹脂材料（非磁性材料および磁性材料のいずれでもよいが、後述する磁気センサ１３への不要な磁界の影響を軽減するためには磁性材料が好ましい）を用いて、一例として図１，４に示すように箱状に形成されて、環状に湾曲させられた磁芯部１１における一端部１１ａ（図１，４中の左端部）および他端部１１ｂ（図１，４中の右端部）のうちの少なくとも一方を着脱自在に（結果として、この磁芯部１１の芯材である磁芯２１における一端部２１ａ（図１中の左端部）および他端部２１ｂ（図１中の右端部）のうちの少なくとも一方を着脱自在に）、かつ図４に示すように磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３および磁芯２１の他端部２１ｂの端面ＰＬ２が互いに対向する対向状態で保持可能に構成されている。

本例では、保持部１２は、一例として、図１，４に示すように、互いに対向する２つの壁部３３，３４を備えており、この２つの壁部３３，３４には、磁芯部１１の一端部１１ａ（本例ではこの一端部１１ａに装着された連結用部材２３）を挿着な挿着孔３１と、磁芯部１１の他端部１１ｂを挿着可能な挿着孔３２とが同軸（互いの軸線が一致する状態）となるようにそれぞれ形成されている。また、壁部３３の内面には、挿着孔３１の口縁から壁部３４側に向けて延出する第１筒体３５（内径が挿着孔３１の内径と同じ筒体）が形成されている。また、壁部３４の内面には、挿着孔３２の口縁から壁部３３側に向けて延出する第２筒体３６（内径が挿着孔３２の内径と同じ筒体）が第１筒体３５と同軸に形成されている。

また、保持部１２には、その内部に不図示の係合機構が配設されると共に、その壁部（例えば壁部３３，３４の一方）に係合機構を動作させるための不図示の解除レバーが配設されている。この係合機構は、挿着孔３１から第１筒体３５内に挿着された連結用部材２３の係合部に係合する例えば不図示の係合爪を有して、連結用部材２３の挿着状態を維持する機能を備えている。また、解除レバーは、係合機構を動作させて、係合爪の連結用部材２３の係合部との係合状態を解除する機能を備えている。

磁芯部１１は、図１，４に示すように、その他端部１１ｂが保持部１２に形成された挿着孔３２から第２筒体３６内に挿入されて固定されることにより、保持部１２に一体的に連結されている。また、保持部１２は、上記の連結用部材２３の挿着状態において、連結用部材２３における第２筒体３６側の端面ＰＬ１と、この端面ＰＬ１に対向する磁芯部１１の他端部１１ｂ側の端面ＰＬ２（磁芯２１の他端部２１ｂの端面でもある）との間に幅狭な空隙部ＧＰが形成されるように構成されている。

以上の構成により、本例の保持部１２は、環状に湾曲させられた磁芯部１１における一端部１１ａ（この一端部１１ａに装着された連結用部材２３）を着脱自在に、かつ磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３（図１，４中の左端面）および磁芯２１の他端部２１ｂの端面ＰＬ２（図１，４中の右端面）が互いに対向する対向状態で保持可能に構成されている。

なお、本例の電流検出センサ２では、磁芯部１１の一方の端部（上記の例では他端部１１ｂ）を保持部１２に固定的に連結して、他方の端部（上記の例では一端部１１ａ）のみを保持部１２に対して着脱自在に挿着可能とする構成を採用しているが、図示はしないが、磁芯部１１の両端部を上記の例での一端部１１ａと同様の構成として、この両端部を保持部１２に対して着脱自在に挿着可能とする構成を採用してもよい。

磁気センサ１３は、図１，４に示すように、磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３と他端部２１ｂの端面ＰＬ２との間の空隙部（具体的には、磁芯部１１の一端部１１ａの端面（連結用部材２３の端面ＰＬ１）と他端部１１ｂの端面ＰＬ２との間の空隙部ＧＰ）となる部位に配設されている。また、磁気センサ１３は、ホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のように、磁束の大きさと共に磁束の向きについても検出し得る（つまり、交流磁束と共に直流磁束も検出し得る）磁気検出素子で構成されている。

この磁気センサ１３は、保持部１２内に配設された不図示の駆動回路によって駆動されることにより、 一端部１１ａと他端部１１ｂとが保持部１２によって保持されて環状となっている（つまり、閉磁路となっている）磁芯部１１の磁芯２１内に誘起されて空隙部ＧＰを通過する磁束ＭＦを検出して、磁束ＭＦの磁束密度に応じた電圧値であって、かつ検出した磁束ＭＦの向きに応じた極性の検出信号Ｓ１（電圧信号）を出力する。この検出信号Ｓ１は、例えば、保持部１２内に配設された増幅器３７（図５参照）で検出信号Ｓ２に増幅され、この検出信号Ｓ２は、保持部１２とコネクタ１５とを接続する信号ケーブル１４を経由して、保持部１２からコネクタ１５に出力される。

測定装置本体３は、ケース４１、ケース４１の外面に配設されて電流検出センサ２のコネクタ１５が接続されるコネクタ４２、ケース４１に内蔵された処理部４３および出力部４４を備えている。この測定装置本体３では、処理部４３が、測定対象電路５１に装着された電流検出センサ２から出力された検出信号Ｓ２をコネクタ４２を介して入力し、この検出信号Ｓ２の電圧値に基づいて測定対象電路５１に流れる測定電流Ｉの電流値Ｉ１を算出すると共にこの検出信号Ｓ２の極性に基づいて測定電流Ｉの極性を特定して、特定した極性を示す情報と共に電流値Ｉ１を示す情報を電流情報として出力部４４に出力する。

出力部４４は、一例として、ＬＣＤなどのディスプレイ装置で構成されて、処理部４３から出力された電流情報に基づいて電流値Ｉ１とその極性とを画面に表示する。なお、出力部４４は、ディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路で構成してもよく、例えば、メディアインターフェース回路としてリムーバブルメディアに上記の電流情報を記憶させたり、ネットワークインターフェース回路としてネットワーク経由で外部装置に上記の電流情報を伝送させたりする構成を採用することもできる。

次に、測定対象電路５１の測定電流Ｉについての電流測定装置１による測定動作と共に電流検出センサ２の検出動作について説明する。

電流測定装置１では、測定電流Ｉの測定動作に先立ち、まず、測定対象電路５１を取り囲むようにして電流検出センサ２の磁芯部１１を環状に湾曲させ（曲げ）、次いで、図１に示すように、磁芯部１１の一端部１１ａ（具体的には、連結用部材２３）を保持部１２の挿着孔３１から第１筒体３５内に挿入して保持部１２に挿着する。これにより、電流検出センサ２は、測定対象電路５１の周りを囲むようにして測定対象電路５１に装着される。この場合、磁芯部１１を構成する磁芯２１およびその外周に形成された絶縁被覆２２が共に柔軟性を有する構成であるため、磁芯部１１は容易に曲げることが可能となっている。

また、連結用部材２３は、保持部１２内に配設された係合機構によって係合されるため、保持部１２に配設された解除レバーが操作されない限り、この挿着状態が維持される。また、この挿着状態では、図４に示すように、磁芯部１１を構成する磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３が、他端部２１ｂの端面ＰＬ２と幅狭な空隙部ＧＰを介して対向する状態となる。したがって、磁芯２１は、空隙部ＧＰを介して閉磁路を構成した状態となっている。

このようにして電流検出センサ２が取り付けられた測定対象電路５１に測定電流Ｉが流れたときには、測定対象電路５１の周囲に磁界が発生し、これに伴い磁芯部１１の磁芯２１内には、この磁界の強さに応じた密度で磁束が誘起する。保持部１２内に配設された磁気センサ１３は、この磁束を検出して、磁束密度に応じた電圧値で、かつ磁束の向きに応じた極性の検出信号Ｓ１を出力する。また、保持部１２内に配設された増幅器３７は、この検出信号Ｓ１を増幅し、検出信号Ｓ２として信号ケーブル１４を介してコネクタ１５に出力する。

測定装置本体３では、処理部４３が、電流検出センサ２から出力された検出信号Ｓ２をコネクタ４２を介して入力し、この検出信号Ｓ２の電圧値に基づいて測定対象電路５１に流れる測定電流Ｉの電流値Ｉ１を算出すると共にこの検出信号Ｓ２の極性に基づいて測定電流Ｉの極性を特定して、特定した極性を示す情報と共に電流値Ｉ１を示す情報を電流情報として出力部４４に出力する。出力部４４は、処理部４３から出力された電流情報に基づいて電流値Ｉ１とその極性とを画面に表示する。

このように、この電流検出センサ２では、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯２１と、環状に湾曲させられた磁芯２１における一端部２１ａおよび他端部２１ｂを、この一端部２１ａおよびこの他端部２１ｂのうちの少なくとも一方（本例では連結用部材２３が装着された一端部２１ａ）を着脱自在に、この一端部２１ａの端面ＰＬ３およびこの他端部２１ｂの端面ＰＬ２が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部１２と、保持部１２内における対向状態での各端面ＰＬ３，ＰＬ２間の空隙部ＧＰとなる部位に配設された磁気センサ１３（ホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれか）を備えている。

したがって、この電流検出センサ２によれば、測定対象電路５１の周りを囲む状態に装着可能としつつ、測定対象電路５１に流れる測定電流Ｉについて、直流電流から交流電流まで検出することができる。また、この電流検出センサ２を備えた電流測定装置１によれば、測定対象電路５１に流れる測定電流Ｉについて、直流電流から交流電流までその電流値Ｉ１を測定することができる。

なお、上記の例では、図４に示すように、磁芯部１１を構成する磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３と他端部２１ｂの端面ＰＬ２との間に幅狭な空隙部ＧＰを形成して、磁芯２１だけで閉磁路を形成する構成を採用しているが、図６に示すように、磁芯２１に加えて他の磁性部材３８（例えば軟磁性部材で構成された部材）で閉磁路を形成する構成を採用することもできる。この場合、上記した電流検出センサ２と同一の構成要素については重複した説明を省略する。この図６に示す構成では、磁芯部１１を構成する磁芯２１の一端部２１ａの端面ＰＬ３と他端部２１ｂの端面ＰＬ２との間に少し幅広な空隙部ＧＰを形成して、この空隙部ＧＰ内に磁性部材３８を例えば第２筒体３６内に挿着することで配置し、空隙部ＧＰ内におけるこの磁性部材３８と磁芯２１の他端部２１ｂの端面ＰＬ２との間に磁気センサ１３を配置している。また、この構成では、連結用部材２３は、その第２筒体３６側の端面ＰＬ１が磁性部材３８と接触する状態で保持部１２に挿着される。

１ 電流測定装置
２ 電流検出センサ
１２ 保持部
１３ 磁気センサ
２１ 磁芯
２１ａ 磁芯の一端部
２１ｂ 磁芯の他端部
ＧＰ 空隙部
Ｓ１ 検出信号

Claims (2)

1. 磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、
   環状に湾曲させられた前記磁芯における一端部および他端部を、当該一端部および当該他端部のうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつ当該一端部の端面および当該他端部の端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部と、
   前記保持部内における前記対向状態での前記一端部の前記端面と前記他端部の前記端面との間の空隙部となる部位に配設されて、前記磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかを備えている電流検出センサ。
2. 測定対象電路に装着される請求項１記載の電流検出センサと、
   前記測定対象電路に電流が流れることによって前記磁芯内に前記磁束が誘起されているときの前記検出信号に基づいて前記電流の電流値を測定する処理部とを備えている電流測定装置。

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