JP2020160036A

JP2020160036A - 多相電流検出装置

Info

Publication number: JP2020160036A
Application number: JP2019076672A
Authority: JP
Inventors: 信幸新地; Nobuyuki Shinchi
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01

Abstract

【課題】被測定電流が印加され、隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減し、被測定電流を精度良く検出でき、且つ小型で低コストの多相電流検出装置を提供すること。【解決手段】被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、隣り合う一次導体が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期の９０°または、２７０°と合うように平行にずらして配置されることで、前記隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減し、被測定電流を精度良く検出でき、且つ小型化と低コスト化が可能となる。【選択図】図２

Description

この発明は、被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
隣り合う一次導体が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期の９０°または、２７０°と合うように平行にずらして配置されているコアレスの多相電流検出装置に関するものである。

従来、非接触で被測定電流を計測する手法としては、一般的に、磁気コアを用いたものがある。磁気コアを利用した電流検出装置は、磁気コアを被測定電流の流れる導体を取り囲む様に設置し、磁気コアに設けたギャップ部とともに磁気回路を形成する。ギャップ部に設置した磁電変換素子を通じて、被測定電流により磁気回路に生じた磁束の大きさを測定することで、非接触で被測定電流の大きさを測定する。

近年、小型化や軽量化、あるいは高精度化等を目的とし、特に大電流計測において磁気コアを用いないコアレスの多相電流検出装置が提案されている。コアレスの多相電流検出装置としては、一対の検出素子を、クランク状に２度直角に折り曲げた導体に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２６６２９０公報

発明が解決しようとする課題

前記特許文献１に開示されている多相電流検出装置は、一対の検出素子を用いて、隣り合う他の導体を流れる電流に起因して当該一対の検出素子に作用する磁界の強さが互いに同じになるように配置され、一対の検出素子の出力の差分を用いることで、検出対象以外の導体から発生した磁界に起因する検出精度の低下を回避している。また、一対の検出素子と少なくとも一つの導体との間において所定方向の位置ずれが発生したときでも、位置ずれが発生していないときと同様の検出精度を確保することができる。
しかしながら、一対の検出素子と少なくとも一つの導体との位置ずれは所定方向に限定されないため検出誤差が発生するという問題点があった。

また、導体をクランク状に加工することから、導体入力のプラス側（入口）とマイナス側（出口）が同一線上にないため多相電流検出装置が小型化と低コスト化に向かないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減し、被測定電流を精度良く検出でき、且つ小型で低コストな多相電流検出装置を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

この発明に係わる多相電流検出装置は、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体を複数備えたものである。

また、この発明に係わる多相電流検出装置は、隣り合う一次導体が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期の９０°または、２７０°と合うように平行にずらして配置されたものである。

また、この発明に係わる多相電流検出装置は、電流密度が均一な連続するＵ字部と逆Ｕ字部を有する一次導体を備えたものである。

また、この発明に係わる多相電流検出装置は、連続するＵ字部と逆Ｕ字部に繋がる直線部を有する一次導体を備えたものである。

また、この発明に係わる多相電流検出装置は、前記一次導体の連続するＵ字部と逆Ｕ字部の面に近接し、且つＵ字部と逆Ｕ字部の略中心線の位置であり、被測定電流により発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子を備え、前記一対の磁電変換素子が前記一次導体の連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する対向方向の磁束が印加されるように設置したものである。

また、この発明に係わる多相電流検出装置は、前記一対の磁電変換素子が略同一の感度を有したものである。

発明の効果

以上のように、この発明によれば、被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
隣り合う一次導体が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期の９０°または、２７０°と合うように平行にずらして配置されることで、前記隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減する効果がある。

また、前記一次導体に設置される前記の少なくとも一つの電流密度が均一な連続するＵ字部と逆Ｕ字部で構成され、前記一次導体の連続するＵ字部と逆Ｕ字部の面に近接し、且つＵ字部と逆Ｕ字部の略中心線の位置であり、被測定電流により発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子とを備え、前記一対の磁電変換素子が前記一次導体の連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する対向方向の磁束が印加されることにより、前記一対の磁電変換素子の感磁方向と面外方向の磁束が減衰する効果がある。

また、前記隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減する効果と、前記一対の磁電変換素子の感磁方向と面外方向の磁束が減衰する効果により、検出誤差を低減する効果がある。

また、前記一対の磁電変換素子のそれぞれが対向方向の磁束を検出することにより、外部から混入する磁束の影響を低減し、検出誤差を低減する効果がある。

また、前記一対の磁電変換素子のそれぞれが略同一の感度を有することにより、前述の一対の磁電変換素子と一次導体の位置ずれにより混入する一対の磁電変換素子の感磁方向と面外方向の磁束の影響と、外部から混入する磁束の影響を低減し、検出誤差を低減する効果は最大となる。

また、前記の少なくとも一つの電流密度が均一な連続するＵ字部と逆Ｕ字部に直線部を備えることにより、導体入力のプラス側（入口）とマイナス側（出口）が同一線上になるため多相電流検出装置の寸法が拡大することなく、小型化の効果がある。

また、前記隣り合う一次導体から発生する磁束の影響を低減する効果により、前記隣り合う一次導体との距離を短くできることから、小型化、さらには低コスト化の効果がある。

この発明の実施形態１による多相電流検出装置の斜視図である。この発明の実施形態１による多相電流検出装置の平面図である。この発明の実施形態１による多相電流検出装置の１周期のずれを例示する図である。この発明の実施形態１による図３のＺ方向の磁束密度を示す表である。

次に、本発明の実施形態に係る多相電流検出装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこられの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１による多相電流検出装置（１）の斜視図を示すもので、図２は、多相電流検出装置（１）の平面図（ＸＹ面）、図３は、多相電流検出装置（１）の１周期のずれの例示図、図４は、図３のＺ方向の磁束密度を示す表である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

実施形態１に係る多相電流検出装置（１）は、被測定電流が印加される一次導体（２）に設置されるＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）と一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）と、これを設置する基材（８）で構成されている。なお、基材（８）は一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）に供給する電源や感度の極性を制御し、また、感度を調整する回路部（１４）を備える。

図１に示す多相電流検出装置（１）は、例示として２相の電流を検出し、一次導体（２）は、五つの連続するＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）と直線部（１０）を備える。

また、図１に示す一次導体（２）は、軟銅材により形成される。また、一次導体（２）に設置されるＵ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）と直線部（１０）は、一次導体（２）と同様の軟銅材により形成されており、プレス加工等により曲げ加工されている。また、Ｕ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）と直線部（１０）を含めた一次導体（２）は、軟銅材のシートメタルから打ち抜かれて形成されてもよい。また、Ｕ字部（３）および逆Ｕ字部（４）は別々に曲げ加工され、それぞれを溶接することで一次導体（２）を形成してもよい。

また、隣り合う一次導体（２）は、前記連続するＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の１周期の９０°と合うように平行にずらして配置されることで、前記隣り合う一次導体（２）から発生する磁束の影響を低減する効果がある。

また、一次導体（２）は、Ｕ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）を含まない部分が直線に構成されており、導体入力のプラス側（入口）（１６）とマイナス側（出口）（１７）が同一線上にあるため、多相電流検出装置（１）の寸法が拡大することなく、小型化の効果がある。

また、一次導体（２）は、連続するＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）を１周期として５周期設置され、前記一次導体（２）の連続するＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の面に近接し、前記５周期の略中央であり、且つＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の略中心線（５）及び（６）のそれぞれに一致する位置に一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）を備えており、前記一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）はホール素子や磁気抵抗効果素子で構成される。

一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は、感磁面が同一平面となるように基材（８）に設置されており、基材（８）はガラスエポキシ材で形成されるプリント配線基板や半導体ＩＣを形成するシリコン基材で構成される。

図２に示す一次導体（２）には、Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）が備えられ、多相電流検出装置（１）に備えられる一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は、前記Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の略中心線（５）及び（６）のそれぞれに一致する位置に配置され、且つ前記Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の結合部の中心（１３）に対して点対称に配置されることで、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）にはそれぞれＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）で発生するＺ方向の互いに対向方向の磁束が印加される。

また、前記５周期を構成するＵ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）のそれぞれのＵ字部の辺及び逆Ｕ字部の辺（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）、（１２ａ）、（１２ｂ）（１２ｃ）は電流密度が均一になるような導体幅や厚みで形成される。

また、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は、Ｕ字部（３）を構成するＵ字部の辺（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）と逆Ｕ字部（４）を構成する逆Ｕ字部の辺（１２ａ）、（１２ｂ）、（１２ｃ）のそれぞれの３辺に囲われた内側に配置される。

また、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は、電流密度が略均一な少なくとも一つの連続するＵ字部（３）と逆Ｕ字部（４）のそれぞれの３辺の内側で発生するＺ方向の磁束に対して最大の出力電圧を得る感磁方向を有している。
また、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は、Ｕ字部（３）に繋がる直線部（１０）の幅方向の中心と、逆Ｕ字部（４）に繋がる直線部（１０）の幅方向の中心を結ぶ直線（１５）上であり、Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）の結合部の中心（１３）に点対称であり、Ｕ字部（３）の略中心線（５）と逆Ｕ字部（４）の略中心線（６）と重なる位置にそれぞれ配置される。

また、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）近傍の磁束は、Ｕ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）を構成するＵ字部の辺（１１ａ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ａ）で発生するＸ方向の磁束と、Ｕ字部の辺（１１ｂ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ｂ）で発生する前記Ｕ字部の辺（１１ａ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ａ）で発生するＸ方向の磁束と対向するＸ方向の磁束との打消しの効果により減衰する。

また、前記打消しの効果は、Ｕ字部（３）及び逆Ｕ字部（４）を構成するＵ字部の辺（１１ａ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ａ）で発生するＸ方向の磁束と、Ｕ字部の辺（１１ｂ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ｂ）で発生する前記Ｕ字部の辺（１１ａ）及び逆Ｕ字部の辺（１２ａ）で発生するＸ方向の磁束を略等しくするために、Ｕ字部の辺（１１ａ）（１１ｂ）及び（１２ａ）（１２ｂ）の電流密度は均一である。

次に、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）はＺ方向にそれぞれ対向する感度を有するように回路部（１４）により制御される。
また、前記回路部（１４）は、前記一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）の感度を略同一に調整する機能を有する。
また、前記回路部（１４）は、前記一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）それぞれの差を演算し、前記演算の結果を増幅する機能を有する。

次に、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）は一つの基材（８）の同一平面上であり、且つ前記基材（８）の同一平面が、Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）のＸＹ面と近接し、略平行に設置される。
また、図示では省略するが、Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）と基材（８）はエポキシ等の樹脂で固定される。

例えば、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）の感磁面（９）は、基材（８）の同一平面上に設置されるが、Ｕ字部（３）と逆Ｕ字部（４）のＸＹ面と前記基材（８）の同一平面が平行ではなく、位置ずれにより傾いて設置された場合、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）には本来の感度方向であるＺ方向の面外方向であるＸ方向とＹ方向の磁束が混入して検出誤差の要因となる。しかし、一対の磁電変換素子（７ａ）、（７ｂ）はそれぞれ対向する感度を有し、且つ略同一の感度に調整され、且つ後段の回路部（１４）で差を演算することにより、前記検出誤差の要因となるＸ方向とＹ方向の磁束の影響を低減でき、また、多相電流検出装置（１）の外部で発生する磁束の低減もできる。

図３は、隣り合う一次導体（２ａ）、（２ｂ）が、連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期と０°、９０°、１８０°、２７０°と合うように平行にずらして配置された場合をそれぞれ（１８）、（１９）、（２０）、（２１）に斜視図に示するもので、また、（２２）、（２３）、（２４）、（２５）はそれぞれの平面図（ＸＹ面）を示す。

図４は、隣り合う一次導体（２ａ）、（２ｂ）が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期のずれが０°（１８）、９０°（１９）、１８０°（２０）、２７０°（２１）に配置される際に、一次導体（２ｂ）から発生する磁束が、一次導体（２ａ）に設置される一対の磁電変換素子（７ａ）及び（７ｂ）に影響する磁束密度を示すものであり、仮に図３の一次導体（２ｂ）に８００Ａ印加された場合を例示している。図４によると、１周期のずれが９０°（１９）と２７０°（２１）に配置される場合の磁束密度が低く、一次導体（２ａ）の磁束密度を測定する際に一次導体（２ｂ）から受ける磁束の影響が低減される。

１多相電流検出装置、２一次導体、３Ｕ字部、４逆Ｕ字部、５Ｕ字部の略中心線、６逆Ｕ字部の略中心線、７ａ、７ｂ一対の磁電変換素子、８基材、９感磁面、１０直線部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃＵ字部の辺、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ逆Ｕ字部の辺、１３結合部の中心、１４回路部、１５幅方向の中心を結ぶ直線、１６導体入力のプラス側（入口）、１７導体入力のマイナス側（出口）、１８、２２１周期とのずれ０°、１９、２３１周期とのずれ９０°、２０、２４１周期とのずれ１８０°、２１、２５１周期とのずれ２７０°

Claims

被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
隣り合う一次導体が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の１周期の９０°または、２７０°と合うように平行にずらして配置されることを特徴とする多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の電流密度が均一であることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部に繋がる直線部を備えることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記一対の磁電変換素子が、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部のそれぞれに繋がる一次導体の直線部の幅方向の中心を結ぶ直線上であり、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の面に近接し、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の３辺の内側に面し、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部の略中心線上に配置されることを特徴とする請求項１から３に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記一対の磁電変換素子が、前記回路部により感度方向が対向方向に制御されることで、前記一対の磁電変換素子の感度方向と面外方向の磁束を抑制することを特徴とする請求項１から４に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記一対の磁電変換素子が前記回路部により、略同一の感度に調整されることを特徴とする請求項１から５に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記基材がガラスエポキシ材で形成されるプリント配線基板であることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記基材が半導体ＩＣを形成するシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部が前記基材とエポキシ等の樹脂材で固定されることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記磁電変換素子がホール素子であることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。
被測定電流が印加され、連続するＵ字部と逆Ｕ字部を二つ以上有する一次導体と、前記連続するＵ字部と逆Ｕ字部で発生する磁束が印加されるように設置された少なくとも一対の磁電変換素子と、前記磁電変換素子が設置される基材と、前記磁電変換素子を制御する回路部とを複数備え、
前記磁電変換素子が磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１に記載の多相電流検出装置。