JP2022167857A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】安価な電流センサであって、現在入手可能な電流センサと比べて小さい設置スペースしか必要とせず、取り付けが容易な電流センサを提供する。【解決手段】少なくとも１つの検知コイル（６，７）を支える少なくとも１つの支持要素（１，２）を備える電流センサを提供する。支持要素（１，２）はまた、少なくとも１つの検知コイル（６，７）が配置された少なくとも１つの面（４，５）を有している。検知コイル（６，７）は、通電導体（３）に関連して使用される。少なくとも２つの検知コイル（６，７）は、通電導体（３）の長手軸（９）に対する個々の検知コイル（６，７）の角度配向、及び／又は、前記通電導体（３）に対する個々の検知コイル（６，７）の垂直距離、のうちの少なくとも一方について、互いに異なっている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の特徴に関連する電流センサに関する。

ＵＳ ２０２１／００４８４５４ Ａ１は、プリント基板を備える集積電流測定装置を開示している。このプリント基板は、分流抵抗器として構成されている。分流抵抗器は、プリセットされた抵抗値を有する抵抗素子と、当該抵抗素子の両側から延びる端子と、を含む。分流抵抗器は、プリント基板の底面に取り付けられている。ホールセンサが、プリント基板の上面に、分流抵抗器に対向するように搭載されており、ここでプリント基板は、ホールセンサと分流抵抗器との間に配置された状態となっている。

ＵＳ ２０２１／００４８４５４ Ａ１

本発明の目的は、安価な電流センサであって、現在入手可能な電流センサと比べて小さい設置スペースしか必要とせず、取り付けが容易な電流センサを提供することにある。

この目的は、通電導体に関連して使用される少なくとも１つの支持要素を備える電流センサによって達成される。

支持要素は、少なくとも１つの検知コイルを支えている。支持要素は、少なくとも１つの検知コイルが配置された少なくとも１つの面を有している。

少なくとも２つの検知コイルは、通電導体の長手軸に対する個々の検知コイルの角度配向に関して、互いに異なっている。

あるいは、少なくとも２つの検知コイルは、通電導体に対する個々の検知コイルの垂直距離に関して、互いに異なっている。

電流が、通電導体を通って流れ、磁界を生成する。

支持要素は、通電導体の近傍に位置している。

また、支持要素は、通電導体によって生成された磁界に対して角度を有して配置されている。

検知コイルの磁界に関する感度は、通電導体を通って流れる電流によって生成された磁界に対する、検知コイルの角度配向に依存する。

＜電流センサ＞
公知の電流センサは、通電導体を通って流れる電流を測定する。通電導体を通って流れる電流は、通電導体の周辺領域に磁界を生成する。通電導体は、バスバーとして構成されていてよい。

いわゆるバスバーの代わりに、他の通電導体を用いることも可能である。

電流センサ内には、検知コイルが配置されている。検知コイルをバスバーに対して、どこに及びどのように配置することが出来るかについては、様々な選択肢がある。

磁界を生成及び／又は検出するためにコイルが使用される。検知コイルは、通電導体に対する検知コイルの位置若しくは角度配向によって、又は、距離によって定義される感度を有している。

以下に、検知コイルをより詳細に説明する。

電流センサは、通電導体を通って流れる電流によって生成される磁界を測定する。

公知の電流センサは、分流抵抗器、変流器、及び／又は、磁界に基づくトランスデューサといった技術を含む。

電流センサは、検出された磁界に比例する信号を生成する。

電流センサによって生成される信号は、例えば電流計において、測定された電流を表示するために使用可能である。

電流を測定するために使用される技術は、基礎となる物理的原理に応じて分類される。

電流センサは、少なくとも１つの第１のチャネル及び少なくとも１つの第２のチャネルを含んでいてよい。

第１のチャネル及び第２のチャネルは、それぞれ、少なくとも２つのコイルを含んでいてよい。両方のコイルは、互いに対して軸方向又は径方向に並んでいてよい。

少なくとも２つのコイルは、それぞれ、通電導体に隣接して配置されている。

個々のコイルの個々の感度について、両方のチャネル（第１及び第２のチャネル）は異なる感度を有していてよい。

電流の測定は、ファラデー効果センサ又はホール効果センサに基づき得る。

電流を測定するために、フラックスゲートセンサ又は分流抵抗器を使用可能である。

また、光ファイバ電流センサを使用して、電流を測定することも可能である。言うまでもなく、電流は、他の技術的手段によっても検出及び／又は測定可能である。

以下では、一例として、本発明は、磁界センサに基づき、通電導体を通って流れる電流によって生成された磁界を測定する。

通電導体を通って流れる電流によって生成された磁界を測定する磁界センサは、ホール効果センサであり得る。電流センサは、フラックスゲートセンサ又は磁気抵抗センサであってもよい。

ホール効果センサは、磁気システムによって生成された磁界を検知する。

ホール効果センサは、基本的な磁界センサであり、多くの用途に利用可能な出力を作成するために信号調節を必要とする。

フラックスゲートセンサは、通常、上述のホール効果センサと類似した測定原理に基づいて動作する。

いずれのセンサ（ホール効果センサ及びフラックスゲートセンサ）でも、電流によって磁界が生成される。ここでは、測定は特定の検知素子によって行われる。

ホール効果センサとは異なり、フラックスゲートセンサはホール効果センサの代わりに可飽和インダクタを使用する。

磁気抵抗電流センサは、通常、磁界が印加されると、その抵抗を放物線状に変化させる二端子デバイスとして設計されている。

磁気抵抗器の抵抗値は、磁界に応じて変動する。これは、磁気抵抗効果としても知られている。

＜支持要素＞
支持要素は、少なくとも１つの検知コイルを支えている。

支持要素は、少なくとも１つの検知コイルが配置された少なくとも１つの面を備えている。

言うまでもなく、支持要素は、２つ以上の面を含んでいてよい。

したがって、支持要素は、支持要素の２つの面が互いに離反した長方形を有していてよい。

長方形の本体を有する支持要素は、検知コイルを支えるために、２つよりも多い数の面を有していてもよい。

支持要素の各面は、少なくとも１つの検知コイルを支えている。

支持要素は、通電導体の近傍に位置している。

通電導体に隣接した位置では、支持要素は、通電導体を通って流れる電流によって生成された、通電導体の磁界に対して角度を有して配置されている。

通電導体の磁界については、以下で、より詳細に説明する。

本発明の一実施形態では、少なくとも４つの検知コイルを支える支持要素が、通電導体の上にクリップ留めされている。

支持要素は、通電導体の上にクリップ留めされて、摩擦ロックを提供し得る。

支持要素は、形状結合された連結部によって、又は、構造結合された連結部によって、通電導体の上にクリップ留めされていてもよい。

支持要素は、絶縁材の平坦なシートを含んでいてよい。

支持要素は、支持要素に積層された銅箔の層をさらに含んでいてもよい。

支持要素は、任意の形状の基材であってよい。

一例として、支持要素は、電気部品又は電子部品を機械的に支持及び電気的に接続するプリント基板である。

支持要素は、少なくとも１つの導電トラック、又は、少なくとも１つの導電パッドを備え、及び／又は、非導電性基材の薄層の上及び／又は間に積層された１つ又は複数の銅の薄層からエッチングされた他の機構を有する。

上述のように、支持要素は、片面であってもよいし、両面であってもよい。

片面の支持要素は、１つの銅層を含み、両面の支持要素は、１つの支持要素の両面に銅層を支えている。

支持要素は、多数の面を含み、支持要素の各面は、少なくとも１つの検知コイルを支えていてよい。

＜検知コイル＞
検知コイルは、電磁気コイルであってもよい。

検知コイルは、電線等の導電体である。

検知コイルは、通電導体を通って流れる電流によって生成される磁界と相互作用する。

本発明によれば、電流は、通電導体を通って流れることによって、磁界を生成する。

検知コイルは、少なくとも１つのループを有する巻線を含む。したがって、検知コイルは、軸方向において前後に配置された多数のループから構成されてもよい。

検知コイルのこのループの中心には、コア領域が存在する。

検知コイルのループは、互いに電気絶縁されている。

本発明の一実施形態によれば、検知コイルは、コモンモード阻止において、支持要素、及び／又は、別の検知コイル、及び／又は、通電導体に接続されている。

コモンモード阻止とは、電気差動増幅器の２つの入力電圧が同じ量だけ変化する時に、出力電圧の変化がどれ位少ないかを示すものである。

したがって、電気差動増幅器の２つの入力電圧は、コモンモードにおいて変化する。

本発明の他の一実施形態は、少なくとも２つの検知コイルを提供する。これらの検知コイルは、それぞれ、通電導体の長手軸に対して角度を有して配置されている。

長手軸に対する検知コイルの角度は、互いに異なる。

通電導体の長手軸に対する所定の位置を維持するためには、少なくとも２つ、好ましくは４つの検知コイルが支持要素に搭載されている。

したがって、検知コイルは、通電導体の長手軸に対して、ゼロと９０度との間の角度で位置付けられ得る。

検知コイルは、通電導体の長手軸に対して、他の任意の角度で配置されていてもよい。

本発明の他の一実施形態では、検知コイルは、通電導体の長手軸に沿って延びている。

本発明のさらに他の一実施形態では、少なくとも２つの検知コイルが当該長手軸に対して横方向に配置されている。

通電導体の長手軸に対する検知コイルの角度配向に従い、磁界に対する検知コイルの角度配向が変化する。

換言すると、通電導体の長手軸に対する検知コイルの角度配向は、通電導体を通って流れる電流によって生成される磁界に対する検知コイルの角度配向に影響する。

通電導体を通って流れる電流によって生成される磁界に対する検知コイルの角度配向が、検知コイルの感度を決定する。

単に一例として、通電導体及び／又は磁界に対する検知コイルの角度配向の以下の値は、各検知コイルの対応する感度値を導く。

言うまでもなく、別の角度値を用いてもよい。

上記の表１を参照すると、通電導体の長手軸に対する、及び／又は、通電導体の磁界に対する特定のコイルの角度配向が６０°（度）の場合、各コイルの感度の量は５０％となる。

コイルの最大感度（１００％）は、通電導体の磁界に対する特定のコイルの角度配向が０°（度）の場合に得られる。

コイルの最小感度（０％）は、通電導体の磁界に対する特定のコイルの角度配向が９０°（度）の場合に得られる。

本発明の他の一実施形態によれば、検知コイルは、通電導体の方に向けられた支持要素の面に配置されている。

本発明の他の一実施形態は、通電導体から離反した支持要素の面の検知コイルを提供する。

支持要素の両面に、少なくとも１つのコイルが配置されていてよい。

本発明のさらなる一実施形態によれば、少なくとも２つの支持要素が通電導体の一側面に配置されていてよい。

これらの少なくとも２つの支持要素は、通電導体に対して軸方向に配置されていることが可能である。

また、これらの少なくとも２つの支持要素は、通電導体に対して径方向に配置されていることが可能である。

通電導体に対して径方向及び／又は軸方向に配置されている、これらの少なくとも２つの支持要素は、少なくとも１つの検知コイルを備えていてよい。支持要素の各面に、少なくとも２つの検知コイルが配置されていてよい。

本発明のさらなる実施形態は、少なくとも２つの検知コイルが支持要素の各面に配置されていることを示している。ここでは、支持要素の面は互いに離反している。

この実施形態は、互いに反対方向を向いた少なくとも２つの検知コイルを提供する。

また、検知コイルは、通電導体に対して異なる距離で配置されている。

本発明の他の一実施形態によれば、検知コイルは、互いに対称に支持要素の面に配置されている。

言うまでもなく、検知コイルは、非対称に支持要素の面に配置されていてもよい。

対称軸は、支持要素に対して垂直であり得る。

一例として、対称軸は、支持要素を貫通する平面において延びていてもよい。

本発明の他の一実施形態は、磁界を検知する検知コイルが感度を有していることを開示する。

感度は、通電導体に対する検知コイルの位置に依存する。

感度は、通電導体に対する検知コイルの角度配向に依存し得る。

あるいは、感度は、通電導体に対する検知コイルの距離に依存していてもよい。

検知コイルの感度は、測定可能な、印加電流パラメータの最大値及び最小値を含む全ての値を含む。

検知コイルの感度は、特に、通電導体の長手軸に対する検知コイルの角度配向に依存している。

本発明の他の一実施形態は、１つ又は複数の検知コイル、及び、１つ又は複数の支持要素を含むハウジングを提供する。

このハウジングは、検知コイル及び／又は支持要素及び／又は通電導体を、少なくとも部分的に包囲している。

ハウジングは、包囲される部品を、汚染及び／又は損傷から保護することに役立つ。

＜通電導体＞
通電導体は、電流を導通させる。

通電導体の通電性能は、導電性と呼ばれる。

通常、通電導体は、少なくとも１つの金属から製造される。金属のうち、通電導体は、銅から成ることが可能である。

通電導体は、様々な金属の合金を含んでいてもよい。

本発明の他の一実施形態では、バスバーの形の通電導体が開示される。

バスバーは、矩形の平坦な金属ボディから構成されていることが可能である。バスバーは、平坦なストリップであり得る。バスバーは、頑丈な棒やロッドとして提供されていてもよい。バスバーは、多数の異なる形状で形成され得る。

バスバーは、大電流を分配させるように構成されている。

バスバーは、通常、絶縁されていない。バスバーは、十分な剛性を有している。

通常、バスバーは、銅、真鍮、又は、アルミニウムから成る。

＜通電導体及び磁界＞
通電導体を通って流れる電流が、磁界を生成する。磁界は、通電導体を通って流れる電流に対して垂直に延びる。

単に一例として、電流は、通電導体の長手軸に沿って流れて磁界を生成する。磁界は、通電導体の長手軸に対して径方向に延びる。

さらに、磁界の規模は、通電導体を通って流れる電流の量に比例する。

磁界の放射は、通電導体の形状に影響を受ける。

矩形の通電導体（バスバー等）の角が、通電導体の磁界に影響する。したがって、通電導体（バスバー）に近い距離において、磁界は、楕円形のようになる。

本発明のさらなる一実施形態によれば、通電導体は、孔を有している。

少なくとも２つの検知コイルを支える支持要素は、通電導体の孔を通って延びている。

通電導体の孔を通って延びながら、支持要素は、通電導体に対する、好ましくは直角の角度配向を有している。

また、通電導体の孔を通って延びる支持要素は、磁界に対して垂直な配向を有している。

通電導体の中心に配置された孔が、電流を２つの等しい部分に分割する。

通電導体を通って流れる電流によって生成された磁界は、この孔の内部で正反対の勾配を生成する。

磁界は、通電導体を通って流れる電流に対して垂直に延びる。したがって、磁界は、通電導体の孔の中心に向かって集結する。通電導体の孔により、磁界が三次元の態様を有するようになる。

通電導体の孔を通って延びながら、支持要素は、通電導体を通って流れる電流に対して平行に配置されていてもよい。

孔の中では、支持要素は、通電導体内で電流の流れの向きに対して直角の位置に配置されていてもよい。

以下において、本発明を、４つの例を参照しながらより詳細に説明する。
通電導体であって、通電導体に対して平面状に配置された４つの検知コイルを備える通電導体を示す図である。 支持要素が貫通している孔を有する通電導体を示す図である。 通電導体上にクリップ留めされた支持要素を示す図である。 通電導体と、各面上で１つの検知コイルを支える１つの支持要素と、を示す図である。 通電導体の各側面に１つ配置されたコイルを備える通電導体であって、これらのコイルは、通電導体から離間されている通電導体を示す図である。 通電導体の長手軸に対して横方向に配置された２つの検知コイルを有する電流センサを示す図である。 再び図１を参照し、図１に示される検知コイルの配置条件において測定した結果を示す座標系を含む図である。 図１の条件下で行った周波数試験の結果を示す図である。 再び図１を参照し、図１に示される検知コイルの配置条件において測定した結果を示す図であり、ここで、検知コイルは１１０（オーム）の利得抵抗を有する。 再び図１を参照し、高基準試験の結果を示す図である。 再び図１を参照し、異なる数の巻線コイルを比較した結果を示す図である。 再び図１を参照し、検知コイルの出力信号動作を示す図である。 再び図１を参照し、外部磁界に影響を受ける検知コイルの出力信号動作を示す図である。 再び図２を参照し、図２に示される検知コイルの配置条件において測定した結果を提供する座標系を含む図である。 再び図４を参照し、図４に示される検知コイルの配置条件において測定した結果を提供する座標系を含む図である。 検知コイルの予期される巻線感度を提供する座標系を示す図である。 再び図１を参照し、通電導体の長手軸に対して径方向に延びる磁界の線を示す図である。 矢印Ｘの方向及び矢印Ｙの方向の両方における、検知コイルのコアに沿った磁束密度の値を示す図である。 矢印Ｘの方向における、検知コイルのコアに沿った磁束密度の値を示す図である。 矢印Ｙの方向における、検知コイルのコアに沿った磁束密度の値を示す図である。 図１及び図４を参照し、検知コイルが通電導体の長手軸に対して異なる角度配向で配置された通電導体を示す図である。 図１及び図４を参照し、通電導体の磁界に関する支配的な磁界成分（Ｂｘ）を示す図である。 図１及び図４を参照し、通電導体の磁界に関する支配的な磁界成分（Ｂｘ）を示す図である。 異なるコイルの位置における磁界値の比較を示す図である。 通電導体の長手軸に対して横方向の配向を有する検知コイルに関する、図２３に相当する座標系を示す図である。 通電導体に対して異なる距離に配置された２つの個々の検知コイルを示す図である。 図２を参照し、２つのコイルが貫通した孔を備える通電導体の磁界を示す図である。 図２を参照し、矢印Ｘ及び矢印Ｙの両方に沿った磁束密度の合計を示す図である。 図２７の図に類似した図であって、図２７では、磁束密度（Ｂ）は矢印Ｙの方向に示されている点が相違点である。 再び図２を参照し、通電導体に対する検知コイルの矢印Ｙに沿った距離に応じた磁束密度を表す座標系を示す図である。 再び図２を参照し、通電導体に対する検知コイルの矢印Ｙに沿った距離に応じた磁束密度を表す座標系を示す図である。 通電導体の孔の直径にわたる、磁束密度の変動を示す図である。 通電導体を貫通した孔の近傍に形成された磁界ホットスポットの変動を示す図である。 フラックスゲートセンサの中心における最大磁界が、フラックスゲートセンサの通電導体（バスバー）からの距離に依存していることを示す図である。 ４つのチャネルを表す座標系を示す図である。各チャネルは１つの検知コイルを備えており、これらの検知コイルは、互いに対して異なる傾斜角を有している。

図７～図１１において、座標系のＸ軸上の値（Ｉ）は、バスバーを流れる電流の強度を指す。電流の強度の値は、Ａ（アンペア）で表されている。

図７～図１１において、Ｙ軸上の値Ｖｏｕｔ（ｍＶ）は、バスバーを流れる電流によって検知コイル内に誘導される電圧を指す。

図１は、２つの支持要素１、２が通電導体３にクリップ留めされている部分図ｐ１を示す。

各支持要素１、２は、それぞれ通電導体３に対向する面４、５を備えている。

通電導体３に対向する面４、５において、各支持要素１、２は、検知コイル６、７を支えている。

図１の部分図ｐ２は、側方から見た通電導体３の断面を示す図である。

電流８が、通電導体３の長手軸９の方向に流れており、磁界１０を生成している。

図示されていない支持要素１、２により、検知コイル６、７は通電導体３の近傍に配置されている。

したがって、各検知コイル６、７は、磁界１０に対して露出されている。

図１の部分図ｐ３は、検知コイル６、７の角度配向１２が、磁界１０に対する検知コイル６、７の感度１００％を提供することを開示している。

通電導体３の長手軸９に対する、及び／又は、磁界１０に対する検知コイル６、７の角度配向１３は、磁界１０に対する検知コイル６、７の感度７０％を提供する。

通電導体３の磁界１０や通電導体３の長手軸９に対する、検知コイル６、７の角度配向１４は、検知コイル６、７の感度４０％を提供する。

磁界１０に対してほぼ垂直な角度配向は、検知コイル６、７の感度０％を提供する。

図２の部分図ｐ１は、孔１６を有する通電導体３を示している。

支持要素１、２は、通電導体３の孔１６を貫通して延びている。

支持要素１、２は、２つの検知コイル６、７を提供する。

検知コイル６、７は、異なる極性１７を有している。

図２の部分図ｐ２は、通電導体３の断面を示している。

支持要素１、２は、孔１６を貫通して延びている。

支持要素１、２は、２つの面を有している。

支持要素１、２の面４、５は、互いに対向する方向に向いている。

図２の部分図ｐ３は、通電導体３の平面図であり、その中心に孔１６がある。

長手軸９に沿った電流８が、通電導体３の長手軸９に対して径方向に延びる磁界１０を生成する。

支持要素１、２は、通電導体３の孔１６を貫通して延びている。

支持要素１の面４及び５の上に配置された検知コイル６、７は、孔１６を貫通して延びる磁界１０に対する角度配向１２を有している。

検知コイル６、７の角度配向１２により、検知コイル６、７の感度が１００％となる。

図３は、支持要素１、２が通電導体３にクリップ留めされている部分図ｐ１を示す。

支持要素１、２は、２つの面４、５を示している。

各面４、５は、２つの検知コイル６、７を支えている。

支持要素１、２の面４では、検知コイル６、７が、通電導体３の各側に配置されている。

支持要素１、２の面５では、検知コイル６、７が、通電導体３の長手軸９に対して、通電導体３の一方の側に配置されている。

図３の部分図ｐ２は、図３の部分図ｐ１の側面図を示す。

部分図ｐ２において、支持要素１、２の面４に検知コイル６、７が設けられている。

検知コイル６、７は、通電導体３に対して平行に配置されている。

図３の部分図ｐ２では、検知コイル６及び７は、長手軸９に対して通電導体３の各側に配置されている。

図３の部分図ｐ３は、検知コイル６、７が通電導体３の長手軸９に対して通電導体３の一方の側に配置された支持要素１、２を示している。

図４は、図１に示される部分図ｐ１、ｐ２、及び、ｐ３に類似した部分図ｐ１、ｐ２、及び、ｐ３を示している。

図４の部分図ｐ１、ｐ２、及び、ｐ３は、通電導体３の一方の側に１つの支持要素１、２だけが配置されている点において異なっている。

図４の部分図ｐ１及びｐ２では、支持要素１、２は、通電導体３の一方の側に配置されている。

しかしながら、支持要素１、２は、その各面４、５にそれぞれ１つの検知コイル６、７を示している。

図４の部分図ｐ１及びｐ２では、支持要素１、２の面４は、通電導体３の方に向けられている。

支持要素１、２の面５は、通電導体３から離反している。

したがって、通電導体３に対する検知コイル６の径方向の距離は、通電導体３に対する検知コイル７の径方向の距離よりも小さい。検知コイル７は、支持要素１、２の面５に配置されている。

電流８が通電導体３の長手軸９に沿って通電導体３を通って流れると、磁界１０が生成される。

支持要素１、２の両面４及び５上の検知コイル６及び７の配置により、検知コイル６及び７が磁界１０に対して異なって露出されることになる。

磁界１０に対する検知コイル６及び７の異なる露出は、通電導体３及び磁界１０に対する検知コイル６及び７の角度配向によるものである。

図５は、両側にそれぞれ１つの支持要素１、２が配置された通電導体３を示している。

各支持要素１、２は、通電導体３の方を向いた、支持要素１、２の面４、５に配置された個々の検知コイル６、７を支えている。

両方の支持要素１、２は、通電導体３から離間されている。したがって、個々の検知コイル６、７も、通電導体３に対して距離を置いて配置されている。

図６は、通電導体３の長手軸９に軸対称に隣り合って配置された２つの検知コイル６、７を有する電流センサを示している。

図６は、バスバーに対して一対に配置された２つの検知コイルを示している。この一対の検知コイルのうちの第１の検知コイルは、バスバーの長手軸に対して傾斜して配置されている。

この一対の検知コイルのうちの第２の検知コイルを位置決めするためには、バスバーの長手軸に対する第１の検知コイルの傾斜角を、バスバーの長手軸を中心に鏡映反転させる。

バスバーの長手軸に対する第１及び第２の検知コイルの傾斜角は、同一である。

第１の検知コイルの傾斜角をバスバーの長手軸を中心に鏡映反転させることにより、第２の検知コイルの鏡映反転された傾斜角が得られる。

両方の検知コイル（第１の検知コイル及び第２の検知コイル）の傾斜角は、同じ大きさであるが、正反対の符号を有している。

一効果として、傾斜角をバスバーの長手軸を中心に鏡映させることにより、バスバーに対する検知コイルの正反対の測定信号が導かれる。

検知コイルは、ボビン内に配置されたコアを有している場合が多い。コアとボビンとの間の空間により、検知コイルによる測定が不正確な結果になる場合がある。

２つの検知コイル（第１の検知コイル及び第２の検知コイル）間の角度により、測定がさらに不正確となる。バスバーの長手軸に対する第１の検知コイル及び第２の検知コイルの傾斜角は、同じ大きさであるが正反対の符号を有している。これらの２つのコイル間の角度が大きければ大きいほど、コイルの測定が不正確になる。

不正確な測定は、第１及び第２の検知コイルの測定結果を互いに減算することによって、数学的に排除される。バスバーに対する検知コイルの物理的配置によって、及び／又は、コアとボビンとの間の空間によって起こり得る機械的不正確性は、個々のコイルの測定結果を減算することにより数学的に排除される。

バスバーの長手軸を中心に鏡映反転された傾斜角を有する検知コイル間の角度を低減すれば、外部磁界の検知コイル(第１及び第２の検知コイル)への影響が大幅に低減される。

検知コイルの測定信号は、外部磁界によって影響を受け、結果として磁気ノイズ障害を引き起こし、検知コイルの測定信号に影響する。個々の検知コイルの測定結果を減算することは、いわゆる信号対雑音比をさらに向上させる。

図７は、検知コイル６、７によって行われた測定の結果を表す座標系である。図７では、異なるアンペア値（Ａ）を有する電流が、通電導体３に印加されている。

アンペア値（Ａ）は、座標系のＸ軸にプロットされている。

対応する出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）が、Ｙ軸に示されている。

図７の座標系には、異なる曲線が示されている。

個々の曲線は、異なるコイル６、７を示している。

各コイル６、７は、通電導体３に対して異なる角度配向１２、１３、１４、１５を有している。

図７の例では、各検知コイル６、７は、それぞれ、２７オーム、５６オーム、１１０オーム、又は、３３０オームの抵抗を有している。

したがって、通電導体３に対する検知コイル６、７の角度配向に応じて、各検知コイル６、７は、異なる出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）を有する。

図８は、図１に関連して、図１に示されるコイル６、７に対して行われた周波数（ｗ）試験の結果を示す図である。

図８のｘ軸では、電流（アンペア（Ａ））が０Ａ～４００Ａの範囲にわたっている。

Ｙ軸は、対応する出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）を表示している。

図８に示される各曲線は、異なる回線周波数を表している。

回線周波数とは、配電網における交流電圧による電気供給源の周波数である。

図８において、長手軸９に対する角度配向が５°の検知コイル６、７について、周波数試験を行った。

図９には、アンペア値（Ａ）がＸ軸にプロットされており、出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）がＹ軸にプロットされている。

図９の各曲線は、通電導体３の長手軸９に対する個々の検知コイル６、７の異なる角度配向１２、１３、１４、１５を表している。

図９では、通電導体３の長手軸９に対する検知コイル６、７の角度配向は、５°の角度から９０°の角度までの範囲を有している。

図１０は、通電導体３の長手軸９に対する検知コイル６、７の角度配向が５°である場合の高基準試験を示す図である。

図１０の異なる曲線は、通電導体３に対する検知コイル６、７の垂直距離を表しており、その範囲は１．４５ｍｍ～７．５ｍｍである。

図１１は、異なる数の巻線のコイル５、６の比較を示す図である。

図１１の曲線は、通電導体３に対する個々のコイル６、７の様々な垂直距離を表すものである。この垂直距離は、１．５ｍｍから、２．５ｍｍ、５ｍｍ、及び、７．５ｍｍの範囲を有している。

図１１の各曲線は、上述の垂直距離のうちの１つに関連付けられている。

図１１の曲線は、４つの群に分けられる。
第１の群：垂直距離２．５ｍｍ
第２の群；垂直距離５ｍｍ
第３の群：垂直距離７．５ｍｍ
第４の群：垂直距離１．５ｍｍ

また、垂直距離の各群は、異なる数の巻線を有するコイル６、７を指す。

垂直距離の各群内において、コイル６、７は異なる回線周波数に関連する。

図１２は、通電導体３の長手軸９に対して横方向に配置された２つの検知コイル６、７に関連する座標系を示している。

図１２によれば、曲線ＣＨ１及びＣＨ２は、それぞれ、コイル６及び７に関連するものである。

図１２では、Ｘ軸にプロットされた値は、電流のアンペア値（Ａ）を示す。

Ｙ軸には、対応する電圧（Ｖ）が示されている。

曲線ＣＨ１は、通電導体３の長手軸９に対する角度配向が５°であるコイル６に関連する。

曲線ＣＨ２は、通電導体３の長手軸９に対する角度配向が－５°であるコイル７に関連する。

図１２に加えて、図１３では、両曲線ＣＨ１及びＣＨ２は平行に変位されている。

平行な曲線ＣＨ１’及びＣＨ２’は、両方の検知コイル６及び７が、それぞれ、外部磁界に露出されていることを示している。

図１４は、通電導体３に設けられた孔１６を貫通して延びる検知コイル６、７（上記の図２を参照）に関する図である。

通電導体３の長手軸９に対する検知コイル６、７の角度配向の度数（°）が、Ｘ軸にプロットされている。

Ｙ軸には、通電導体３を通って流れる電流のアンペア値が示されている。

Ｙ軸のアンペア値（Ａ）は、ほぼ１５０Ａで始まっている。

図１５のＸ軸には、電流がアンペア（Ａ）で表されており、Ｙ軸は出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）を示している。

図１５に示される曲線は、通電導体３に対する検知コイル６、７の異なる角度配向に応じた、出力電圧値（Ｖｏｕｔ：ｍＶ）を表している。

コイル６、７の予期される巻線感度が、図１６に示されている。

図１７は、通電導体３の横断面図である。

支持要素１及び２の面４、５上に、検知コイル６及び７が視認可能である。

磁界１０の線が、通電導体３の長手軸９に対して径方向に延びている。

左側の囲み欄には、磁束密度がテスラ（Ｂ）で表示されている。

図１７に示される矢印は、磁界１０の線の流れの方向を表している。

図１８は、磁界１０の磁束密度（Ｂ）を示している点において図１７と異なる。

磁界１０の磁束密度（Ｂ）の値は、図１８の左側の囲み欄に表示されている。

図１８は、含まれる全てのコイル６、７の、矢印Ｘの方向及び矢印Ｙの方向の両方における磁束密度（Ｂ）の値を示している。

図１８とは異なり、図１９は、通電導体３の矢印Ｘの方向における磁束密度プロット（Ｂ）を示している。

図１８及び図１９とは異なり、図２０は、矢印Ｙの方向における磁界１０の磁束密度（Ｂ）の値を示している。

図２１は、検知コイル６、７が通電導体３の近傍に配置された通電導体３を示す図である。

個々の検知コイル６、７の角度配向１２、１３、１４、１５に応じて、検知コイル６、７を、Ｌ１及びＬ５、Ｌ２及びＬ６、Ｌ３及びＬ７、Ｌ４及びＬ８と呼ぶ。

図２１では、文字Ｌは、Ａ電線の中心の線を表す。磁界１０は、Ａ電線の中心の線に沿って測定される。

図２１の例では、コイルは、通電導体３の表面から約１．４５ｍｍ離間されている。

図２２は、磁束密度（Ｂ）の支配的な磁界成分（Ｂｘ）を示す図である。支配的な磁界成分（Ｂｘ）は、磁界配向によって生じる。ここで、磁界１０の向きは、電流の方向に起因する。

電流の流れは、通電導体３の長手軸９に沿って向けられている。

図２２では、コイルＬ４及びＬ８が、通電導体３の長手軸９に対して横方向に配置されている。

また、図２２に示されるコイルＬ４及びＬ８は、通電導体３の長手軸９に対して同じ角度配向を有している。

通電導体３の長手軸９に対して、コイルＬ４及びＬ８のうちの一方は、通電導体３の上側に配置されており、コイルＬ４及びＬ８のうちの他方は、通電導体３の下側に配置されている。

通電導体３の上側及び下側に配置されながら、コイルＬ４及びＬ８は、磁界の線について反対方向を有している。

結果として、コイルＬ４及びＬ８は、約１４０ガウスの高磁界を有している。

コイルＬ４及びＬ８とは異なり、図２２では、コイルＬ５及びＬ１は、通電導体３の長手軸９の方向において配置されている。

磁界の線に対するコイルＬ５及びＬ１の配向の方向により、検知コイルＬ５及びＬ１は、約０．５Ｇの最低磁界１０を有している。

図２３は、異なるコイル位置における磁界値の比較を示す図である。

図２３の座標系のＸ軸は、通電導体３に対するコイル６、７の距離を示している。Ｙ軸は、磁界１０の磁束密度（Ｂ）をテスラで表している。

図２３の例では、支持要素１、２は、通電導体３の表面から５ｍｍ離間されている。

検知コイル６、７は、通電導体３から約１．４５ｍｍ離間されている。

この座標系は、各測定コイル６、７内部の異なる線の磁束密度（Ｂ）の合計を示している。

各測定コイル６、７内部の様々な線は、通電導体３と検知コイル６、７との間の異なる距離（１ｍｍ～１０ｍｍ）を表している。

座標系のＸ軸は、０ｍｍ～６ｍｍの範囲の距離を表す。

一方、Ｙ軸は、磁束密度（Ｂ）をテスラで示しており、コイル６、７の内部の異なる線を表す。

一例として、図２３では、１つのコイル６、７が、通電導体３から１．４５ｍｍ離間されており、１つの支持要素１、２が、通電導体３から５ｍｍ離間されている。

図２４は、図２３と同様の座標系を示している。

図２４では、検知コイル６、７は、通電導体３の長手軸９に対して横方向に配向されている。

通電導体３の長手軸９に対する横方向の配向において、コイル６、７は、通電導体３の長手軸９に対して９０°の角度に位置決めされている。

図２５は、２つの個々の検知コイルＬ８及びＬ４に関連するものである。

通電導体３の上側及び下側に配置されながら、コイルＬ４及びＬ８は、磁界の線に対して反対の配向を有している。

また、検知コイルＬ８及びＬ４は、通電導体３に対する異なる距離に配置されており、この距離は、１ｍｍ～１０ｍｍの範囲である。

通電導体３に対する検知コイルＬ８及びＬ４の距離に応じて、かつ、磁界の線に対する個々のコイルＬ８及びＬ４の向きに応じて、コイルのＡ電線の中心に対する磁界１０の密度は、それぞれ、－１４．４～－６．１の範囲、及び、６．１～１４．１４の範囲である。

図２６は、孔１６を有する通電導体３を示している。

２つのコイル６、７は、通電導体３の孔１６を貫通して延びている。

通電導体３は、通電導体３の長手軸９に対して直角に切断されている。

電流は、通電導体３の長手軸９に沿って流れる。

したがって、磁界１０の線は、通電導体３の長手軸９に対して径方向に延び、磁界１０の線が、通電導体３の孔１６を貫通して延びている。

図２７は、矢印Ｘ及び矢印Ｙの両方に沿った磁束密度の合計を示す図である。

矢印Ｙは、通電導体３に対して垂直に、孔１６を貫通して延びている。

他方、矢印Ｘは、通電導体３の１つの平面内を延びている。

図２８の描画は、図２７の描画に類似している。

しかしながら、図２８は、磁束密度（Ｂ）が通電導体３の孔１６を貫通して延びる矢印Ｙの方向に示されている点において、図２７と異なる。

図２９は、通電導体３の孔１６を貫通して延びる２つの検知コイルＬ１及びＬ２に関連するものである。

通電導体３を通って流れる電流に応じて、各検知コイルＬ１及びＬ２は、それぞれ磁界１０を有する。

しかしながら、検知コイルＬ１及びＬ２の磁界１０の磁力線は、反対の方向に向けられている。

図３０は、通電導体３の孔１６の全長にわたる、磁束密度の変動を示す図である。

図３０の磁束密度は、通電導体３の孔１６を貫通して矢印Ｙに沿って延びる２つの検知コイル６及び７に関連するものである。

図３１は、孔１６の近傍に形成され、通電導体３を貫通して延びる磁界ホットスポットの変動を示す図である。

磁界ホットスポットは、孔１６の縁部の近傍に形成されている。

孔１６の縁部は、各フラックスゲートセンサの中心に向かうにつれて徐々に縮小する。

したがって、磁界ホットスポットは、４．５ｍテスラの値に到達する。

図３２は、フラックスゲートの中心における最大磁界１０が、通電導体（バスバー）３からのフラックスゲートの距離に依存していることを示す図である。

通電導体３を貫通する孔１６の場合、フラックスゲートの中心における最大磁界は、約４．９ｍＴである。

図３３は、４つのチャネルを表す座標系を示す図である。各チャネルは、互いに対して同じ傾斜角を有する２つの検知コイルを備えている。図３３では、両方のチャネル及びその関連付けられた検知コイルを、それぞれ、ＣＨ１～ＣＨ４と呼ぶ。

図３３では、検知コイル（ＣＨ１）及び（ＣＨ２）の測定結果、及び、検知コイル（ＣＨ３）及び（ＣＨ４）の測定結果を、それぞれ、互いに対して減算する。

１ 支持要素
２ 支持要素
３ 通電導体
４ 支持要素の面
５ 支持要素の面
６ 検知コイル
７ 検知コイル
８ 電流
９ 長手軸
１０ 磁界
１１ 通電導体の近傍
１２ 角度配向
１３ 角度配向
１４ 角度配向
１５ 角度配向
１６ 孔
１７ 検知コイルの極性
１８ 対向面
１９ 対向面
２０ 水平距離

Claims (13)

1. 少なくとも１つの支持要素（１，２）を備える電流センサであって、
   前記少なくとも１つの支持要素（１，２）は、
   少なくとも１つの検知コイル（６，７）を支えると共に、
   前記少なくとも１つの検知コイル（６，７）が配置された少なくとも１つの面（４，５，１８，１９）を有し、
   前記検知コイル（６，７）は、通電導体（３）に関連して使用される、電流センサにおいて、
   少なくとも２つの検知コイル（６，７）は、
   前記通電導体（３）の長手軸（９）に対する個々の前記検知コイル（６，７）の角度配向、及び／又は、
   前記通電導体（３）に対する個々の前記検知コイル（６，７）の垂直距離若しくは位置（２０）、のうちの少なくとも一方について、互いに異なっていることを特徴とする、電流センサ。
2. 前記通電導体（３）はバスバーであることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記検知コイル（６，７）は、コモンモード阻止において、前記支持要素（１，２）、及び／又は、別の検知コイル（６，７）、及び／又は、前記通電導体（３）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
4. 前記支持要素（１，２）は、前記通電導体（３）に設けられた孔（１６）を貫通して延びることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
5. 少なくとも２つの検知コイル（６，７）は、前記通電導体（３）の長手軸（９）に対して角度を有して配置されており、前記検知コイル（６，７）の前記長手軸（９）に対する角度は、互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
6. 少なくとも２つの検知コイル（６，７）は、前記通電導体（３）の長手軸（９）に対して角度を有して配置されており、前記検知コイル（６，７）の前記長手軸（９）に対する角度は、互いに同一であることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
7. 前記検知コイル（６，７）は、前記通電導体（３）の方に向けられた前記支持要素（１，２）の面（４，５，１８，１９）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
8. 前記検知コイル（６，７）は、前記通電導体（３）に離反した前記支持要素（１，２）の面（４，５，１８，１９）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
9. 互いに離反している前記支持要素（１，２）の各面（４，５，１８，１９）に、少なくとも１つの検知コイル（６，７）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
10. 前記検知コイル（６，７）は、前記支持要素（１，２）の両面（４，５，１８，１９）で、互いに対称に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
11. 少なくとも２つの検知コイル（６，７）が、前記通電導体（３）の長手軸（９）の方向に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
12. 少なくとも２つの検知コイル（６，７）が、前記長手軸に対して横方向に配置されていることを特徴とする、請求項１～１０の１つ又は複数に記載の電流センサ。
13. 少なくとも２つの検知コイル（６，７）を支える前記支持要素（１，２）は、前記通電導体（３）にクリップ留めされていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
    

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