JP2018004284A - センサおよび電流測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】検出精度を向上させる。【解決手段】検出対象の導体を取り囲んだ状態において先端部21at,21btおよび基端部21ae,21beの間に空隙Ca,Cbがそれぞれ生じる状態で先端部21at,21btおよび基端部21ae,21beが互いに対向するように構成されたコア部材21a,21bと、先端部21atおよび基端部21aeに配設されて導体に電流が流れたときにコア部材21a,21bに生じる被検出量を検出する磁気検出素子22a,22bと、非磁性材料で形成されると共に先端部21atと磁気検出素子22aとの間および基端部21aeと磁気検出素子22bとの間にそれぞれ配置されて対向する先端部21at,21btまでの距離および基端部21ae,21beまでの距離が互いに等しくなるように磁気検出素子22a,22bを空隙Ca,Cbのそれぞれ中央部に位置させるスペーサ24a,24bを備えている。【選択図】図3

Description

本発明は、導体を取り囲むコアとコアの端部に配設された検出素子とを備えたセンサ、およびそのセンサを備えた電流測定装置に関するものである。
この種のセンサとして、下記特許文献1において出願人が開示したクランプセンサが知られている。このクランプセンサは、コアカバーとコアカバーに収納された磁気コアとをそれぞれ有して、先端部同士を当接させた(クランプした)ときに円環状をなす一対のセンサ部を備えて構成されている。また、一方のセンサ部における磁気コアの先端部には、磁電変換素子が配設されている。このクランプセンサでは、各センサ部で活線状態の被測定導体をクランプしたときに、磁電変換素子が磁界を検出する。
特開2000−180475号公報(第2−4頁、第1−3図)
ところが、上記のクランプセンサには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、このクランプセンサでは、一方のセンサ部における磁気コアの先端部に配設されている磁電変換素子が磁界を検出する。つまり、このクランプセンサでは、1つの磁電変換素子で磁界を検出する構成となっている。この場合、被測定導体をクランプしたときのセンサ部によって形成される円環内における被測定導体の位置に応じて、センサ部を通過する磁束線の数が異なることとなる。つまり、このクランプセンサでは、被測定導体の位置に応じてクランプセンサの感度が異なることとなる。具体的には、磁気コアの先端部(円環の上部)に磁電変換素子が配設されているこのクランプセンサでは、円環内の上部側(磁気コアの先端部側)に被測定導体が位置しているときはクランプセンサの感度が高くなり、これとは逆に、円環内の下部側(磁気コアの基端部側)に被測定導体が位置しているときはクランプセンサの感度が低くなる。この場合、センサ部の先端部および基端部の双方に磁電変換素子を配設し、各磁電変換素子によって検出された磁界の値を調整することで、上下方向(磁気コアの先端部側と基端部側を結ぶ方向)における感度のばらつきを是正する構成(例えば、特開2003−43073号公報において出願人が開示したクランプセンサ)が知られている。一方、このクランプセンサを含む従来のクランプセンサでは、各クランプ部の先端部同士を当接させた(クランプした)状態において各コアの対向する端部同士の間に空隙が形成されるように構成されている。また、従来のクランプセンサでは、各クランプ部の一方におけるコアの先端部(先端面)に近接(または、密着)するように磁電変換素子が配設されている。つまり、従来のクランプセンサでは、各コアにおける対向する2つの端部のいずれか一方側に偏った状態で磁電変換素子が配設されている。このため、従来のクランプセンサには、左右方向(上下方向に直交する方向)における感度のばらつきが生じる結果、さらなる精度の向上が困難となっており、この点の改善が望まれている。
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、検出精度を向上させ得るセンサおよび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記載のセンサは、検出対象の導体を取り囲んだ状態において各端部の間に空隙が生じる状態で当該各端部が互いに対向するように構成されたコアと、互いに対向する前記各端部の少なくとも一方に配設されて前記導体に電流が流れたときに前記コアに生じる被検出量を検出する検出素子とを備えたセンサであって、非磁性材料で形成されると共に前記少なくとも一方の端部と前記検出素子との間に配置されて前記対向する各端部までの距離が互いに等しくなるように当該検出素子を前記空隙の中央部に位置させるスペーサを備えている。
また、請求項2記載のセンサは、請求項1記載のセンサにおいて、前記コアは、一対のコア部材を備え、前記導体を取り囲んだ状態において当該各コア部材の一方における各端部と当該各コア部材の他方における各端部とがそれぞれ空隙が生じる状態で互いに対向するように構成され、互いに対向する2対の前記端部の各対における少なくとも一方の当該端部にそれぞれ配設された複数の前記検出素子と、前記少なくとも一方の端部と前記各検出素子との間にそれぞれ配置されて当該各検出素子を前記各空隙の中央部にそれぞれ位置させる当該各検出素子の数と同数の前記スペーサとを備えている。
また、請求項3記載の電流測定装置は、請求項1または2記載のセンサと、当該センサによって検出された前記被検出量に基づいて前記導体に流れる電流を測定する測定部とを備えている。
請求項1記載のセンサおよび請求項3記載の電流測定装置によれば、非磁性材料で形成されると共に少なくとも一方の端部と検出素子との間に配置されて対向する各端部までの距離が互いに等しくなるように検出素子を空隙の中央部に位置させるスペーサを備えたことにより、コア内における空隙の幅方向の導体の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、センサの左右方向の感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができる。したがって、このセンサおよび電流測定装置によれば、センサを用いた被検出量の検出精度を十分に向上させることができる。
また、請求項2記載のセンサおよび請求項3記載の電流測定装置によれば、一対のコア部材における互いに対向する2対の端部の各対における少なくとも一方の端部に配設した複数の検出素子と、各検出素子を各空隙の中央部にそれぞれ配置させる検出素子の数と同数のスペーサとを備えたことにより、コア内における空隙の幅方向に直交する方向(直交方向)の導体の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、直交方向における感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができる。したがって、このセンサおよび電流測定装置によれば、センサを用いた被検出量の検出精度をさらに向上させることができる。
電流測定装置1の正面図である。 電流測定装置1の構成を示す構成図である。 センサ2の構成を説明する説明図である。 電流測定装置1の使用方法を説明する説明図である。 従来のセンサの動作を説明する説明図である。 センサ2の動作を説明する説明図である。 センサ102の構成を説明する説明図である。 センサ202の構成を説明する説明図である。
以下、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1の構成について説明する。図1,2に示す電流測定装置1は、電流測定装置の一例であって、導体(例えば、両図に示す導線100)に流れる電流(直流電流)Idの電流値Imを金属非接触で測定可能に構成されている。具体的には、電流測定装置1は、図1,2に示すように、センサ2および本体部3を備えて構成されている。
センサ2は、図1に示すように、クランプ部11a,11b(以下、区別しないときには「クランプ部11」ともいう)を備え、導線100に電流Idが流れているときに生じる被検出量としての磁界を金属非接触で検出可能に構成されている。
また、クランプ部11aは、図1に示すように、コア部材21a、磁気検出素子22a,22b(以下、区別しないときには「磁気検出素子22」ともいう)、およびコアケース23aを備えて構成されている。また、クランプ部11bは、コア部材21b(以下、コア部材21a,21bを区別しないときには「コア部材21」ともいう)およびコアケース23bを備えて構成されている。
このセンサ2では、図1,4に示すように、クランプ部11bが支点Pを回動中心として回動可能に構成され、クランプ部11aが回動しない状態で本体部3の本体ケース30に固定されている。また、このセンサ2では、本体ケース30に配設されているレバー30aに対する操作に応じてクランプ部11bが回動するように構成されている(図4参照)。
また、このセンサ2では、使用時において、図1に示すように、クランプ部11a,11bの先端部11at,11bt同士および基端部11ae,11be同士が互いに当接して、クランプ部11a,11bによって環状体が形成される。
コア部材21a,21bは、図1,3に示すように、磁性材料によって平面視弧状にそれぞれ形成されてコアケース23a,23bにそれぞれ収容されている。この場合、コア部材21a,21bは、一例として、同じ長さ(同じ形状)に形成されているが、コア部材21a,21bを互いに異なる長さに形成することもできる。
また、コア部材21a,21bは、図1に示すように、クランプ部11a,11bによって導線100の周囲に環状体が形成されたとき(導線100をクランプしたとき)に、導線100を取り囲む環状のコアを構成する。また、このセンサ2では、図3に示すように、コア部材21a,21bが環状のコアを構成した状態では、コア部材21aの先端部21atとコア部材21bの先端部21btとの間に空隙Caが生じた状態で先端部21at,21btが互いに対向し、コア部材21aの基端部21aeとコア部材21bの基端部21beとの間に空隙Cb(以下、空隙Ca,Cbを区別しないときには「空隙C」ともいう)が生じた状態で基端部21ae,21beが互いに対向する。
磁気検出素子22a,22bは、検出素子の一例であって、図3に示すように、フレキシブル基板50に配設(実装)された状態でコア部材21aの先端部21atおよび基端部21aeにそれぞれ配設されている。この場合、フレキシブル基板50は、同図に示すように、コア部材21aの内周面に沿って配置され、一端部(同図における下側の端部)が後述する処理部33に接続されている。
また、図3に示すように、コア部材21aの先端部21atと磁気検出素子22a(磁気検出素子22aが実装されているフレキシブル基板50)との間には、スペーサ24aが配置されている。この場合、スペーサ24aは、非磁性材料(例えば、樹脂、銅、アルミニウム等)で形成されている。また、同図に示すように、スペーサ24aの厚みは、コア部材21a,21bの先端部21at,21btまでの距離が互いに等しい位置に磁気検出素子22aが位置する厚みに規定されている。このため、磁気検出素子22aは、先端部21atと磁気検出素子22aとの間にスペーサ24aが配置されることにより、コア部材21a,21bの先端部21at,21btまでの距離が互いに等しい位置に配設されている。具体的には、磁気検出素子22aは、同図に示すように、磁気検出素子22aの厚み方向(同図における左右方向)の中心Maから先端部21atの端面までの距離と、中心Maから先端部21btの端面までの距離とが互いに等しい位置に配設されている。つまり、磁気検出素子22aは、空隙Caにおける幅方向(同図における左右方向)の中央部に位置するように先端部21atに配設されている。なお、磁気検出素子22aを、スペーサ24aを介してコア部材21bの先端部21btに配設する構成を採用することもできる。
また、図3に示すように、コア部材21aの基端部21aeと磁気検出素子22b(磁気検出素子22bが実装されているフレキシブル基板50)との間にもスペーサ24b(以下、スペーサ24a,24bを区別しないときには「スペーサ24」ともいう)が配設されている。この場合、スペーサ24bの厚みは、スペーサ24aの厚みと同様に規定されている。このため、磁気検出素子22bは、基端部21aeと磁気検出素子22bとの間にスペーサ24bが配置されることにより、コア部材21a,21bの基端部21ae,21beまでの距離が互いに等しい位置に配設されている。具体的には、磁気検出素子22bは、同図に示すように、磁気検出素子22bの厚み方向(同図における左右方向)の中心Mbから基端部21aeの端面までの距離と、中心Mbから基端部21beの端面までの距離とが互いに等しい位置に配設されている。つまり、磁気検出素子22bは、空隙Cbにおける幅方向(同図における左右方向)の中央部に位置するように基端部21aeに配設されている。なお、磁気検出素子22bを、スペーサ24bを介してコア部材21bの基端部21beに配設する構成を採用することもできる。
また、各磁気検出素子22は、一例として、ホール素子で構成され、導線100に電流が流れたときにコア部材21に生じる被検出量としての磁界を検出して検出信号を出力する。なお、ホール素子に代えて、フラックスゲート型の素子で磁気検出素子22を構成することもできる。
本体部3は、図1,2に示すように、表示部31、操作部32、処理部33、およびこれらの各構成要素が収容または配設される本体ケース30を備えて構成されている。
表示部31は、例えば液晶パネルで構成されて、図1に示すように、本体ケース30の正面パネルに配設されている。また、表示部31は、処理部33の制御に従って電流Idの電流値Imを表示する。操作部32は、本体ケース30の正面パネルに配設された各種のスイッチ32aやダイヤル32b等を備えて構成され、これらの操作に応じた操作信号を出力する。
処理部33は、操作部32から出力される操作信号に従って本体部3を構成する各部を制御する。また、処理部33は、測定部として機能し、センサ2の各磁気検出素子22から出力される検出信号に基づいて導線100に流れる電流Idの電流値Imを測定して表示部31に表示させる。
次に、電流測定装置1の使用法について、図面を参照して説明する。
例えば、図4に示す導線100に流れている電流Idの電流値Imを測定する際には、本体部3の操作部32における電源用のスイッチ32aを操作して電源を投入し、次いで、センサ2の各クランプ部11で導線100をクランプする。具体的には、本体部3の本体ケース30に配設されているレバー30aを押し込む。この際に、同図に示すように、クランプ部11bが支点Pを回動中心として回動して、クランプ部11bの先端部11btがクランプ部11aの先端部11atから離反すると共に、クランプ部11bの基端部11beがクランプ部11aの基端部11aeから離反する。
続いて、各クランプ部11a,11bの各先端部11at,11btの間の隙間に導線100を通し、次いで、レバー30aの押し込みを解除することにより、図1に示すように、クランプ部11a,11bの先端部11at,11bt同士、およびクランプ部11a,11bの基端部11ae,11be同士を当接させる。これにより、クランプ部11a,11bによって導線100の周囲に環状体が形成されると共に、コア部材21a,21bによって導線100を取り囲む環状のコアが構成されて、導線100がクランプされる。
また、この状態では、図3に示すように、コア部材21aの先端部21atとコア部材21bの先端部21btとの間に空隙Caが生じた状態で先端部21at,21btが互いに対向し、コア部材21aの基端部21aeとコア部材21bの基端部21beとの間に空隙Cbが生じた状態で基端部21ae,21beが互いに対向している。
この場合、導線100に電流Idが流れているときには、その電流Idによってコア部材21a,21bに生じる磁界を磁気検出素子22a,22bが検出して検出信号を出力する。また、処理部33が、磁気検出素子22a,22bから出力される検出信号に基づいて導線100に流れる電流Idの電流値Imを測定すると共に、測定した電流値Imを表示部31に表示させる。
ここで、例えば、図5に示すように、コア部材21の対向する端部の一方に接するように磁気検出素子22が配設されて、磁気検出素子22が対向する端部間の空隙Cにおける幅方向の中央部に位置していない(同図では右側に位置している)従来のセンサでは、導線100が環状のコア内における左右方向(空隙Cの幅方向と平行な方向)の中央部に位置していないとき(同図の例では、中央部よりも右側に位置しているとき)には、コア部材21の対向する端部(同図における先端部21at,21bt)の双方を通過する磁束線(例えば、同図に示す磁束線L1)に加えて、対向する端部の一方(同図における先端部21at)だけを通過する磁束線L2も検出する。この場合、磁束線L2は、導線100が環状のコア内における左右方向の中央部に位置しているときには、磁気検出素子22によっては検出されない。したがって、磁気検出素子22が空隙Cの中央部に位置していない従来のセンサでは、環状のコア内における左右方向の導線100の位置に応じて感度が異なることとなる。
これに対して、このセンサ2では、互いに対向するコア部材21の端部の間の空隙Cの幅方向の中央部に位置するように磁気検出素子22が配設されているため、図6に示すように、導線100が環状のコア内における左右方向の中央部に位置していないときに生じる磁束線L2が磁気検出素子22によっては検出されないため、導線100が環状のコア内における左右方向の中央部に位置しているときと同じ(または、ほぼ同じ)感度が維持される。つまり、このセンサ2では、環状のコア内における左右方向の導線100の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、左右方向の感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することが可能となっている。
また、このセンサ2では、一対のコア部材21a,21bを備え、コア部材21a,21bにおける互いに対向する先端部21at,21btの間および基端部21ae,21beの間にそれぞれ生じる空隙Ca,Cbの幅方向の中央部に位置するように磁気検出素子22a,22bが1つずつ配設されている。このため、このセンサ2では、磁気検出素子22a,22bによって検出された磁界の値を調整することで、環状のコア内における上下方向(空隙Ca,Cbの幅方向に直交する方向)における導線100の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、上下方向における感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することが可能となっている。
続いて、測定が終了したときには、レバー30aを押し込んでクランプ部11bを回動させて、クランプ部11bの先端部11btおよび基端部11beをクランプ部11aの先端部11atおよび基端部11aeからそれぞれ離反させ(図4参照)、各先端部11at,11btの間の隙間から導線100をセンサ2の外側に位置させる。次いで、レバー30aの押し込みを解除する。
このように、このセンサ2および電流測定装置1によれば、非磁性材料で形成されると共にコア部材21の端部と磁気検出素子22との間に配置されて、対向するコア部材21の各端部までの距離が互いに等しくなるように磁気検出素子22を空隙Cの幅方向の中央部に位置させるスペーサ24を備えたことにより、各コア部材21によって構成される環状のコア内における左右方向(空隙Cの幅方向)の導線100の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、センサ2の左右方向の感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができる。したがって、このセンサ2および電流測定装置1によれば、センサ2を用いた磁界(被検出量)の検出精度を十分に向上させることができる。
また、このセンサ2および電流測定装置1によれば、一対のコア部材21a,21bにおける互いに対向する先端部21at,21btの一方(先端部21at)、および互いに対向する基端部21ae,21beの一方(基端部21ae)にそれぞれ配設した2つの磁気検出素子22a,22bと、磁気検出素子22a,22bを空隙Ca,Cbの中央部にそれぞれ配置させる2つ(検出素子の数と同数)のスペーサ24a,24bとを備えたことにより、コア部材21a,21bによって構成される環状のコア内における上下方向(空隙Ca,Cbの幅方向に直交する方向)の導線100の位置に応じて感度が異なる事態を防止して、上下方向における感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができる。したがって、このセンサ2および電流測定装置1によれば、センサ2を用いた磁界(被検出量)の検出精度をさらに向上させることができる。
なお、センサおよび電流測定装置の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、2つのコア部材21a,21bと、2つの磁気検出素子22a,22bとを備えた構成例について上記したが、コア部材21および磁気検出素子22の数はこれに限定されず、任意の数のコア部材21および磁気検出素子22を備えた構成を採用することができる。
一例として、図7に示すように、導線100(検出対象の導体)を取り囲んだときに環状のコアを構成する4つのコア部材21c〜21fと、4つの磁気検出素子22c〜22fとを備えたセンサ102を採用することができる。この場合、各コア部材21c〜21fは、一例として、同じ長さ(同じ形状)に形成されているが、各コア部材21c〜21fを互いに異なる長さに形成することもできる。このセンサ102では、各コア部材21c〜21fの端部と各磁気検出素子22c〜22fとの間に非磁性材料で形成されたスペーサ24c〜24fがそれぞれ配置され、これによって各コア部材21c〜21fの対向する端部の間の空隙Cc〜Cfにおける幅方向の中央部に位置するように各磁気検出素子22c〜22fがそれぞれ配設されている。したがって、このセンサ102においても、各コア部材21c〜21fによって構成される環状のコア内における左右方向および上下方向における感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができるため、センサ102を用いた磁界(被検出量)の検出精度を十分に向上させることができる。
また、図8に示すように、導線100(検出対象の導体)を取り囲み可能な環状のコアとして機能する1つのコア部材21gと、1つの磁気検出素子22gとを備えたセンサ202を採用することもできる。このセンサ202では、コア部材21gの端部と磁気検出素子22gとの間に非磁性材料で形成されたスペーサ24gが配置され、これによってコア部材21gの対向する端部の間の空隙Cgにおける幅方向の中央部に位置するように磁気検出素子22gが配設されている。したがって、このセンサ202においても、コア部材21g内における左右方向の感度を一定(または、ほぼ一定に)維持することができるため、センサ202を用いた磁界(被検出量)の検出精度を十分に向上させることができる。
また、コア部材21における対向する2つの端部の一方にのみ磁気検出素子22を配設した例について上記したが、対向する2つの端部の双方にスペーサ24を介して磁気検出素子22を配設する構成を採用することもできる。
1 電流測定装置
2 センサ
21a〜21g コア部材
21ae,21be 基端部
21at,21bt 先端部
22a〜22g 磁気検出素子
24a〜24g スペーサ
33 処理部
100 導線
102 センサ
202 センサ
Ca〜Cg 空隙

Claims (3)

  1. 検出対象の導体を取り囲んだ状態において各端部の間に空隙が生じる状態で当該各端部が互いに対向するように構成されたコアと、互いに対向する前記各端部の少なくとも一方に配設されて前記導体に電流が流れたときに前記コアに生じる被検出量を検出する検出素子とを備えたセンサであって、
    非磁性材料で形成されると共に前記少なくとも一方の端部と前記検出素子との間に配置されて前記対向する各端部までの距離が互いに等しくなるように当該検出素子を前記空隙の中央部に位置させるスペーサを備えているセンサ。
  2. 前記コアは、一対のコア部材を備え、前記導体を取り囲んだ状態において当該各コア部材の一方における各端部と当該各コア部材の他方における各端部とがそれぞれ空隙が生じる状態で互いに対向するように構成され、
    互いに対向する2対の前記端部の各対における少なくとも一方の当該端部にそれぞれ配設された複数の前記検出素子と、
    前記少なくとも一方の端部と前記各検出素子との間にそれぞれ配置されて当該各検出素子を前記各空隙の中央部にそれぞれ位置させる当該各検出素子の数と同数の前記スペーサとを備えている請求項1記載のセンサ。
  3. 請求項1または2記載のセンサと、当該センサによって検出された前記被検出量に基づいて前記導体に流れる電流を測定する測定部とを備えている電流測定装置。
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