JP2019105546A - 電流センサ及び電力量計 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1である電流センサ100の概要構成を示す平面図である。また、図2は、図1に示した電流センサ100の側面図である。さらに、図3は、図1に示したギャップ3に介在する基板4の平面図である。図1〜図3において、電流センサ100は、電流を流す電流バー1を囲むように形成された集磁コア2と、集磁コア2のギャップ3に介在して磁気検出を行う磁気検出素子5が設けられ、電流バー1に流れる電流信号を検出する基板4とを有する。ギャップ3の端面と磁気検出素子5との間に、それぞれ導電性シールド板6a,6bが設けられる。導電性シールド板6aは、ギャップ3の上部の端部に取り付けられ、導電性シールド板6bは、ギャップ3の下部の端部に取り付けられる。磁気検出素子5は、基板4の上面であってギャップ3の端面間に配置される。基板4の下面と導電性シールド板6bとの間には絶縁板7が配置される。なお、導電性シールド板6a,6bの面積は、少なくともギャップ3の端面の断面積以上の大きさである。また、磁気検出素子5の断面積は、少なくともギャップ3の端面の断面積以下の大きさである。導電性シールド板6aと磁気検出素子5を含む基板4とは空気を介して絶縁され、導電性シールド板6bと磁気検出素子5を含む基板4とは絶縁板7を介して絶縁される。
図4は、本発明の実施の形態2である電流センサ101の側面図である。また、図5は、図4に示したギャップ3に介在する基板4の平面図である。図4及び図5に示すように、本実施の形態2では、実施の形態1の導電性シールド板6a,6bに替えて導電性シールド板8a,8bを設けている。導電性シールド板8aは、中央部分に空洞9aが形成され、この空洞9aの領域に磁気検出素子5が配置される。導電性シールド板8aは、四方に設けたパッド26によって基板4の表面に半田付けなどによって取り付けられる。一方、導電性シールド板8bは、基板4の裏面から磁気検出素子5を覆うように取り付けられる。すなわち、導電性シールド板8a,8bは、基板4に直接接触するように接続される。なお、導電性シールド板8a,8bは、それぞれ対向配置され、磁気検出素子5を挟み込むように配置される。
図6は、本発明の実施の形態3である電流センサの基板4の平面図である。上記の実施の形態2では、磁気検出素子5としてコイルパターン21を用いていたが、図6に示すように、コイルパターン21に替えてホール素子31を用いた磁気検出素子35としてもよい。この場合、ホール素子31側の端子32a〜32dと信号処理回路10側の端子32e〜32hとは、ビアで形成され、各端子間を接続する接続線33a〜33dは、基板4内の中間層に形成され、基板4と導電性シールド板8a,8bとの絶縁性を確保している。なお、実施の形態2と同様に、導電性シールド板8a,8bは、パッド36を用いて基板4に接続される。なお、実施の形態1の磁気検出素子5にホール素子31を用いてもよい。
図7は、本発明の実施の形態4である電流センサの基板44に形成した磁気検出素子45の平面図である。また、図8は、図7に示した磁気検出素子45のA−A線断面図である。図7及び図8に示すように、基板44は多層基板であり、2つのコイルパターン41a,41bを有する磁気検出素子45は、基板44内に形成されている。2つのコイルパターン41a,41bは、ビア42の導電部材で接続されている。ビア42は、内層にスルーホールを埋め込んだインナーバイアホールである。各コイルパターン41a,41bは、端子43a,43bに接続される。端子43a,43bは、導電性シールド板40a,40bが設けられる領域外の基板44に設けられたスルーホールに導電材が埋め込まれたものである。
図10は、本発明の実施の形態5である電流センサの基板54に形成した磁気検出素子55の平面図である。また、図11は、図10に示した磁気検出素子55のB−B線断面図である。図10及び図11に示すように、磁気検出素子45に対応する磁気検出素子55は、2つのコイルパターン41a,41bに対応する2つのコイルパターン51a,51bを有する。実施の形態5は、実施の形態4のビア42に替えて、基板54の表面まで貫通するスルーホールのビア52とし、導電性シールド板40a,40bに替えて、それぞれビア52に対応する位置に小さい空洞60a,60bを設けた導電性シールド板50a,50bとしている。空洞60a,60bは、基板54に形成されたビア52の導電部に接触しないようにするためである。
ここでは、導電性シールド板6a,6bを設けた実施の形態1と導電性シールド板8a,8bを設けた実施の形態2との磁気遮蔽効果を比較する。図12は、導電性シールド板を設けない場合、空洞9aがない導電性シールド板6a,6bを設けた実施の形態1の場合、空洞9aがある導電性シールド板8a,8bを設けた実施の形態2の場合における信号強度の周波数依存性を示す図である。曲線L1は、導電性シールド板を設けない場合を示し、曲線L2は、空洞9aがない導電性シールド板6a,6bを設けた実施の形態1の場合を示し、曲線L3は、空洞9aがある導電性シールド板8a,8bを設けた実施の形態2の場合を示している。なお、導電性シールド板6a,6b、8a,8bは、厚さ1mmの銅で形成されている。この導電性シールド板の厚さ1mmは、導電性シールド板の材質が銅のとき、周波数が3kHz程度の時の表皮深さである。なお、図12は、50Hzでの出力信号を1としたとき、コイルパターンである磁気検出素子に発生している誘導電圧を検出信号としている。
図14は、実施の形態1〜5で示した電流センサを用いた電力量計200の一例を示すブロック図である。この電力量計200は、電源SPと負荷LDとの間の三相電力量を計測するものであり、2電力計法により求めている。なお、図15は、三相電流IR,IS,IT及び三相電圧VR,VS,VT間のベクトル図を示している。
P=VRS・IR+VTS・IT
=(VR−VS)・IR+(VT−VS)・IT
=VR・IR+VS・(−IR−IT)+VT・IT
=VR・IR+VS・IS+VT・IT
となり、各相の電力を合計した電力を求めたことと同じになる。
1a,1b,100,101 電流センサ
2 集磁コア
3 ギャップ
4,44,54 基板
5,35,45,55 磁気検出素子
6a,6b,8a,8b,40a,40b,50a,50b 導電性シールド板
7 絶縁板
9a,60a,60b 空洞
10 信号処理回路
11 フィルタ回路
12 増幅回路
13 出力回路
21 コイルパターン
22a,42,52 ビア
22b〜22e,32a〜32h,43a,43b,53a,53b 端子
23a,23b,33a〜33d 接続線
26,36,46,56 パッド
31 ホール素子
41a,41b,51a,51b コイルパターン
200 電力量計
201a,201b 電圧センサ
202 電力量算出部
203 出力部
L1,L2,L3,L11,L12 曲線
LD 負荷
SP 電源
Claims (8)
- 電流を流す電流バーを囲むように形成された集磁コアと、前記集磁コアのギャップに介在して磁気検出を行う磁気検出素子が設けられ、前記電流バーに流れる電流信号を検出する基板とを有した電流センサであって、
前記ギャップの端面と前記磁気検出素子との間に導電性シールド板を設けたことを特徴とする電流センサ。 - 前記導電性シールド板は、除去対象周波数及び材質の表皮深さに対応する厚さであることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
- 前記導電性シールド板は、各キャップの端面と前記磁気検出素子との間のそれぞれに設けられた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。
- 前記導電性シールド板は、非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の電流センサ。
- 前記磁気検出素子は、前記基板に形成された1以上のコイルパターンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の電流センサ。
- 前記導電性シールド板または一方の前記導電性シールド板は、中央部分に空洞が形成され、
前記磁気検出素子は、前記空洞が形成される領域に配置されるとともに、前記導電性シールド板または前記一方の導電性シールド板に対して絶縁されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の電流センサ。 - 前記コイルパターンは、前記基板内部に複数層として埋め込まれたことを特徴とする請求項5に記載の電流センサ。
- 請求項1〜7のいずれか一つに記載した電流センサが検出した電流信号と電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記電流バーを流れる電力量を算出することを特徴とする電力量計。
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