JP5799246B2 - 通電情報計測装置 - Google Patents
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Description
本発明は、通電情報計測装置にかかり、特に磁性薄膜をセンサとして用い、電流や電圧などの通電情報を計測する通電情報計測装置に関する。
通電情報計測装置には、磁性薄膜をセンサとして用いた電流センサや、磁性薄膜をセンサとして用い、電流および電圧を入力して、両入力から得られる電力に相当する信号を直接出力する電力計測装置などがある。従来の電流センサは、電路の外周を囲む形状をした磁性体を積層したコアと、コアにトロイダル状に巻きつけたコイルと、コアおよびコイル部の外側に全体を囲むように配置されたシールド部材と筐体および信号線とから構成されている。特に、高精度の計測を必要とする通電情報計測装置においては、電路形状、電線位置によらず電流により生ずる（センサ）に印加される磁界を一定とする必要がある。
そこで、被検出電源と磁界センサの距離を一定とする機構を設けて、通電情報を検出する方法が提案されている。
例えば、特許文献１では、図２３に断面説明図を示すように、電流センサ１０１は、磁気インピーダンス素子１０２と、駆動回路を備えた回路部１０５と、被検出電線Ｄに通電された電流値を求める演算部１０９とを具備している。磁気インピーダンス素子１０２は、通電された被検出電線Ｄの外周に近接配置されるとともに、この被検出電線の周囲に生じる磁界の強さに応じて電圧を発生する。回路部１０５は、この磁気インピーダンス素子１０２に電流を供給してこの磁気インピーダンス素子１０２を駆動する駆動回路を備えている。また、演算部１０９は、この磁気インピーダンス素子１０２に発生する電圧に基づいて、被検出電線Ｄに通電された電流値を求めるものである。磁気インピーダンス素子１０２は、非磁性体からなる筐体部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）に保持されており、筐体部１１１の外周には外乱磁界を遮断するための磁気シールドを構成するシールド部材１１３が設けられている。磁界は、高感度な磁気インピーダンス素子１０２によって検出されるため、この装置では、被検出電線Ｄに通電される電流は安定して検出される。ここで筐体部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）は、被検出電線Ｄを保持するための保持部１１２（１１２ａ、１１２ｂ）を有している。
例えば、特許文献１では、図２３に断面説明図を示すように、電流センサ１０１は、磁気インピーダンス素子１０２と、駆動回路を備えた回路部１０５と、被検出電線Ｄに通電された電流値を求める演算部１０９とを具備している。磁気インピーダンス素子１０２は、通電された被検出電線Ｄの外周に近接配置されるとともに、この被検出電線の周囲に生じる磁界の強さに応じて電圧を発生する。回路部１０５は、この磁気インピーダンス素子１０２に電流を供給してこの磁気インピーダンス素子１０２を駆動する駆動回路を備えている。また、演算部１０９は、この磁気インピーダンス素子１０２に発生する電圧に基づいて、被検出電線Ｄに通電された電流値を求めるものである。磁気インピーダンス素子１０２は、非磁性体からなる筐体部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）に保持されており、筐体部１１１の外周には外乱磁界を遮断するための磁気シールドを構成するシールド部材１１３が設けられている。磁界は、高感度な磁気インピーダンス素子１０２によって検出されるため、この装置では、被検出電線Ｄに通電される電流は安定して検出される。ここで筐体部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）は、被検出電線Ｄを保持するための保持部１１２（１１２ａ、１１２ｂ）を有している。
また図２４に斜視図、図２５に断面図を示すような通電情報計測装置も提案されている。この装置では磁界センサとして電流検出コイル１１０を備えた第１のケース部２１１と、被検出電線Ｄを収納するための凹部を備えた第２のケース部２１２とを用いており、これら第１及び第２のケース部にはコアが埋め込まれるとともにその外側にシールド部材１１３が埋め込まれている。この構成によれば、電路を収納し第１のケース部と第２のケース部とを嵌合した時、２つのコアが磁路として閉じるので、電路形状や電線位置によらずに磁界を一定とすることができる。
しかしながら、このセンサにおいては、貫通する電路の位置のずれの影響が少なくなるよう、電路を囲む磁性体（コア）を用いているため、計測装置が大型化するという問題があった。また、製造コストの高騰を招くという問題もあった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、被測定電路の電流・電力などの通電情報を高精度に計測することのできる小型かつ安価な通電情報計測装置を提供することを目的とする。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、被測定電路の電流・電力などの通電情報を高精度に計測することのできる小型かつ安価な通電情報計測装置を提供することを目的とする。
そこで本発明の通電情報計測装置は、磁界センサと、被測定体としての電路を構成する一次導体に対して所定の位置関係となるように前記磁界センサを保持する保持部と、を有し、前記保持部は、前記磁界センサの検出方向が電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に垂直な方向と一致するとともに、前記電路断面上で前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離が一定となるように、前記電路に前記磁界センサを保持するように構成されたことを特徴とする。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記磁界センサは、磁気抵抗効果を用いたセンサであり、その検出方向が前記基板平面上に沿うように基板上に形成され、前記保持部は、前記基板が前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離を一定とするように、前記基板を固定するものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記磁界センサが、交流が流れる前記一次導体に対し、平行となるように配置された磁性薄膜と、前記一次導体に接続され、前記磁性薄膜に抵抗体を介して素子電流を供給する入出力端子を備えた給電部と、第１及び第２の電力検出端子を備えた検出部とを具備し、前記第１及び第２の電力検出端子を結ぶ線分が前記入出力端子を結ぶ線分と直交したものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記保持部は、前記磁界センサを収容する第１のケース部と、前記第１のケース部に対向し、前記電路を固定する第２のケース部とを有するものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１及び第２のケース部の少なくとも一方が凹部を有するものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１のケース部内に前記磁界センサが固定され、前記第２のケース部は前記電路を挿通させる挿通穴を有し、前記挿通穴は、前記第１のケース部の前記磁界センサの中心を通り前記磁界センサの検出方向に沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部を有し、前記挿通穴の凹部断面の２点で前記電路を構成する一次導体が接するように構成されたものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１導体はほぼ円形の断面を有し、前記挿通穴は、前記第１のケース部との対向面側に開口し、前記第１のケース部から最も遠い側に位置する前記凹部の底面が、前記一次導体または前記一次導体を覆う外皮形状に沿った形状を構成するものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記底面は、複数の径をもつ円弧形状の組み合わせからなり、前記第１のケース部から遠い側に位置するものほどその半径が小さいものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記凹部は前記電路の長手方向に対し、前記磁界センサの長さよりも長く、前記磁界センサを挟んで両側に前記電路を固定できるように構成されたものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１または第２のケース部の少なくとも一方が前記電路を付勢する弾性構造体を具備したものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記保持部は、前記磁界センサを収容する凹部を備えたケース部と、前記ケース部の凹部内壁に形成され、前記電路を保持する保持アーム部で構成されたものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記磁界センサを収容する第１のケース部に対し、前記電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動で、前記電路を構成する一次導体を挟んで固定するように構成されたものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記第１のケース部に対し固定可能でかつ弾性を有する係合部を具備し、前記第１のケース部は前記係合部に係合する被係合部を有し、係合部または被係合部のいずれかが前記線分に沿って複数個配設されたものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記第１のケース部に対し前記線分に沿った所望の位置で固定可能なネジ部を有するものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記電路と前記磁界センサとの距離を判別する距離測定部を具備したものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部と、前記第１のケース部との相対距離を測定する距離判別部を具備したものを含む。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１および第２のケース部は、断面コの字状の磁性材料からなるシールド部材を有し、前記各シールド部材は、前記電路と前記磁界センサとを覆うように相対向して配置され、その先端部は対向を避けてずらして配置されたものを含む。
本発明によれば、電路と磁界センサの位置関係を固定することができ、位置ばらつきの補正を行うことなく高精度の電流、電圧などの通電情報の計測が可能であり、小型化を図るとともに低コスト化を図ることが可能となる。特に、出力電圧の直流成分を取り出すことで、極めて簡単な構成で、力率を別途計測することなく、直接電力を取り出すことができる電力センサに対して、高精度で信頼性の高い電力計測を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の通電情報計測装置としての電力計測装置は、磁界センサ１０と被測定体としての電路４０との位置精度を高め、容易に信頼性の高い測定精度を得ることができるようにしたものである。図１に斜視図、図２に断面図を示すように、磁界センサ１０と、前記磁界センサ１０を被測定体としての電路４０を構成する一次導体を囲むように保持する保持部とを有する。そして、この保持部によって、磁界センサ１０の検出方向Ｄｓが電路４０断面上の中心Ｏｃと磁界センサ１０の中心Ｏｓを結ぶ線分Ｌｏに垂直な方向と一致するように、電路４０に磁界センサ１０を保持している。また、この磁界センサ１０は、電路４０断面上で電路４０の中心Ｏｃと磁界センサ１０の中心Ｏｓとの距離が一定となるように保持されている。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の通電情報計測装置としての電力計測装置は、磁界センサ１０と被測定体としての電路４０との位置精度を高め、容易に信頼性の高い測定精度を得ることができるようにしたものである。図１に斜視図、図２に断面図を示すように、磁界センサ１０と、前記磁界センサ１０を被測定体としての電路４０を構成する一次導体を囲むように保持する保持部とを有する。そして、この保持部によって、磁界センサ１０の検出方向Ｄｓが電路４０断面上の中心Ｏｃと磁界センサ１０の中心Ｏｓを結ぶ線分Ｌｏに垂直な方向と一致するように、電路４０に磁界センサ１０を保持している。また、この磁界センサ１０は、電路４０断面上で電路４０の中心Ｏｃと磁界センサ１０の中心Ｏｓとの距離が一定となるように保持されている。
この磁界センサ１０は、以下に詳述するが、磁気抵抗効果を用いたセンサであり、その検出方向Ｄｓが基板１１の平面上に沿うように基板１１上に形成された磁性体薄膜と配線パターンとからなるセンサ部１２を具備している。そして、この基板１１は、第１のケース部２０とこれに係合する第２のケース部３０とからなる保持部によって、基板１１が電路４０の中心Ｏｃと磁界センサ１０のセンサ部１２の中心Ｏｓとの距離を一定とするように、固定される。
そしてこの保持部は、第１のケース部２０とこれに係合する第２のケース部３０とで構成される。そしてこの第１のケース部２０内に磁界センサ１０が固定され、第２のケース部３０は電路４０を挿通させる挿通穴３５を有し、この挿通穴３５に両側から突出する弾性片３３によって、電路４０を構成する一次導体が保持されている。このようにして、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称となるように電路４０が磁界センサ１０に位置決めされる。
そして、この一次導体としての電線４１はほぼ円形の断面を有し、第２のケース部３０に形成される挿通穴３５は、第１のケース部２０との対向面側に開口する。第２のケース部３０から突出する弾性片３３が、この電線４１を覆う外皮４２の形状に沿った形状を構成し、電線４１を弾性的に固定する。
また、第２のケース部３０は、第１のケース部２０に対し固定可能でかつ弾性を有する係合部としての溝部３４を有し、第１のケース部は上記溝部３４に係合する係合片２４を具備しており、上記線分Ｌｏに沿ってこの溝部３４が複数個配設されている。
第２のケース部３０は、第１のケース部２０よりも小型に形成され、第１のケース部２０の内面をガイドとして基板法線方向に移動可能であり、第２のケース部３０の側面には複数の溝部３４が平行に形成され、第１のケース部２０に形成された係合片２４の先端と係合し、両者の位置関係を任意の溝位置で固定することができるため、大きさの異なる電路に対して、最適な位置で固定することができる。この係合片２４は樹脂製である。
第２のケース部３０は、第１のケース部２０よりも小型に形成され、第１のケース部２０の内面をガイドとして基板法線方向に移動可能であり、第２のケース部３０の側面には複数の溝部３４が平行に形成され、第１のケース部２０に形成された係合片２４の先端と係合し、両者の位置関係を任意の溝位置で固定することができるため、大きさの異なる電路に対して、最適な位置で固定することができる。この係合片２４は樹脂製である。
さらにまた、第１および第２のケース部は、それぞれ断面コの字状の磁性材料からなるシールド部材２２、３２を有し、前記各シールド部材２２、３２は、前記電路と前記磁界センサとを覆うように相対向して配置され、その先端部は対向を避けてずらして配置されている。
このように、本実施の形態では、電路４０の大きさに応じて弾性片３３が変位可能であり、挿通穴３５の容積が調整可能に形成されており、電路４０と磁界センサ１０の位置関係を固定することができ、位置ばらつきの補正を行うことなく高精度の電力計測が可能であり、小型化を図るとともに低コスト化を図ることが可能となる。
また、磁気抵抗効果を用いた薄膜磁界センサを基板上に形成することで、コイルが不要となり、より位置精度を高めることが可能となるとともに、小型化が容易となる。
さらにまた、複数の溝部３４に対して係合片２４を係合可能であり、電路断面上の中心と磁界センサ１０の中心を結ぶ線分に沿って可動であり、電路を保持するように構成されているため、この電力計測装置は、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
また、シールド部材２２，３２が対向を避けてずらして配置され、一部で重なるように入れ子状に配置されているため、シールド効果が高く、磁界センサの近傍にある被計測電路以外の外部電線などによる磁界の影響を抑制することができる。
また、磁気抵抗効果を用いた薄膜磁界センサを基板上に形成することで、コイルが不要となり、より位置精度を高めることが可能となるとともに、小型化が容易となる。
さらにまた、複数の溝部３４に対して係合片２４を係合可能であり、電路断面上の中心と磁界センサ１０の中心を結ぶ線分に沿って可動であり、電路を保持するように構成されているため、この電力計測装置は、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
また、シールド部材２２，３２が対向を避けてずらして配置され、一部で重なるように入れ子状に配置されているため、シールド効果が高く、磁界センサの近傍にある被計測電路以外の外部電線などによる磁界の影響を抑制することができる。
次に、本発明の実施の形態で用いた電力計測装置の測定原理について説明する。
この電力計測装置では、強磁性体内において、電流と磁化のなす角度によりその磁性体の電気抵抗値が変わる現象であるプレーナホール効果を利用し、線形特性を得ることができる点に着目し、電力に比例する信号成分を取り出すようにしている。図３および４にこの測定原理を示す。図３はこの電力測定装置の測定原理を示す概要説明図、図４は等価回路図である。
ここで用いられる磁界センサは、外部磁界の変化を電気信号に変換する素子であり、磁界検出膜としての強磁性薄膜３をパターニングし、その磁界検出膜のパターンに電流を流し電圧変化として外部磁界の変化を電気信号に変換するものである。
ここで図４に示すように、強磁性薄膜は抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなるブリッジ回路とみなすことができる。
ここで用いられる磁界センサは、外部磁界の変化を電気信号に変換する素子であり、磁界検出膜としての強磁性薄膜３をパターニングし、その磁界検出膜のパターンに電流を流し電圧変化として外部磁界の変化を電気信号に変換するものである。
ここで図４に示すように、強磁性薄膜は抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなるブリッジ回路とみなすことができる。
となり、直流成分の項(第１項)と、交流成分の項(第２項)とに分けられる。
ここでｋは膜固有特性で決まる係数である。
すなわち、抵抗ブリッジが零磁界で平衡している場合（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４）、印加磁界により現れる出力Ｖｍｒ（電力信号）は、Ｉ１,Ｖ２に対して線形特性を得る。
ここでｋは膜固有特性で決まる係数である。
すなわち、抵抗ブリッジが零磁界で平衡している場合（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４）、印加磁界により現れる出力Ｖｍｒ（電力信号）は、Ｉ１,Ｖ２に対して線形特性を得る。
これは以下の理由による。
抵抗変化率ΔＲ１／Ｒ１はＩ１に比例し、強磁性薄膜にかかる電圧ＶｂはＩ２に比例するよう設計可能であるため、Ｖｍｒ出力はＩ１とＩ２の積に比例する。すなわち電力に比例する信号成分である。Ｉ１とＩ２を瞬時式に展開すると、Ｖｍｒは、（ＤＣ項）＋（２ω項）である。
抵抗変化率ΔＲ１／Ｒ１はＩ１に比例し、強磁性薄膜にかかる電圧ＶｂはＩ２に比例するよう設計可能であるため、Ｖｍｒ出力はＩ１とＩ２の積に比例する。すなわち電力に比例する信号成分である。Ｉ１とＩ２を瞬時式に展開すると、Ｖｍｒは、（ＤＣ項）＋（２ω項）である。
そこで、第１項である直流成分の項（ＤＣ項）をとりだすことで、平均電力を取り出すことが可能となる。
次に、本発明の電力計測装置で用いられる磁界センサの測定原理について説明する。
本発明では、磁性薄膜として用いる強磁性薄膜３に対し、素子電流方向に対し直交する方向に出力取り出しを行うようにするとともに、出力取り出し方向に対してほぼ対称となるようにしている。
本発明では、磁性薄膜として用いる強磁性薄膜３に対し、素子電流方向に対し直交する方向に出力取り出しを行うようにするとともに、出力取り出し方向に対してほぼ対称となるようにしている。
つまり図５に原理説明図を示すように、円形の強磁性薄膜３のパターンの中心に対して対称な位置にあり、この強磁性薄膜パターンの周縁上にある点Ａ，Ｂを通電部とし、この線分ＡＢに直交するとともに、円の中心を通る線分ＣＤを出力取り出し方向としている。
このとき、図５に示すように、強磁性薄膜３にその直径方向に沿って配置された導体に電流Ｉ１を流し、その電流によって生じる磁界をＨ、素子の持つ自発磁化をＭとしたとき、磁界Ｈ、素子の持つ自発磁化Ｍを合成した磁束密度ベクトルをＢＭ０とするとともに電流密度ベクトルと磁束密度ベクトルのなす角をθと、強磁性薄膜３の点Ａ−Ｂ間の抵抗をＲ、磁界によって変化する点Ａ−Ｂ間の抵抗値の最大値をΔＲとすると、点Ｃ−Ｄ間の電圧ＶＣＤは、電圧ＶＡＣと電圧ＶＡＤとの差で表すことができる。
これを数式化すると、
ＶＣＤ＝Ｉ２（ΔＲｓｉｎ２θ） （式３）
で表すことができる。ここでＩ２は素子電流である。この数式はプレーナホール効果から説明される。
つまり交流磁界を印加した時、正負を判定することができる。
また、磁界を印加しないときのオフセットがなく、ゼロとなるため回路構成を簡単にすることができる。
これを数式化すると、
ＶＣＤ＝Ｉ２（ΔＲｓｉｎ２θ） （式３）
で表すことができる。ここでＩ２は素子電流である。この数式はプレーナホール効果から説明される。
つまり交流磁界を印加した時、正負を判定することができる。
また、磁界を印加しないときのオフセットがなく、ゼロとなるため回路構成を簡単にすることができる。
ところで、強磁性薄膜（端部間）の電圧を検出する検出部（Ｃ，Ｄ）との間に電流Ｉ１を流し、その電流によって生じる磁界をＨ、素子の持つ自発磁化をＭとしたとき、磁界Ｈ、素子の持つ自発磁化Ｍを合成した磁束密度ベクトルをＢＭ０とするとともに電流密度ベクトルと磁束密度ベクトルのなす角をθと、強磁性薄膜３の点Ａ−Ｂ間の抵抗をＲ、磁界によって変化する点Ａ−Ｂ間の抵抗値の最大値をΔＲとすると、点Ｃ−Ｄ間の電圧ＶＣＤは、電圧ＶＡＣと電圧ＶＡＤとの差で表すことができる。
図６にこの電力計測装置の説明図を示す。この電力計測装置は、交流が流れる一次導体に対し、平行となるように配置された強磁性薄膜と、一次導体に接続され、前記強磁性薄膜に抵抗体を介して素子電流を供給する入出力端子を備えた給電部と、前記強磁性薄膜端両端の出力を検出する検出部とを具備した磁界センサ１０と、前記検出部の出力から直流成分を抽出する直流成分抽出部６０とを具備したことを特徴とする。
ここで磁界センサ１０の給電部は、負荷としての抵抗体９を介して交流電源８に接続されている。また検出部に接続された直流成分抽出部６０は、アンプ６１と、Ａ／Ｄ変換器６２と、ＣＰＵ６３とで構成される。
また、この電力計測装置は、プリント配線基板からなる回路基板１１上に配線パターンを介して実装されたセンサ部１２とで磁界センサ１０を構成している。このプリント配線基板上の回路パターンに半田接続されたチップ部品からなるアンプ６１と、Ａ／Ｄ変換器６２と、ＣＰＵ６３とが接続されて構成されている。
また、この電力計測装置は、プリント配線基板からなる回路基板１１上に配線パターンを介して実装されたセンサ部１２とで磁界センサ１０を構成している。このプリント配線基板上の回路パターンに半田接続されたチップ部品からなるアンプ６１と、Ａ／Ｄ変換器６２と、ＣＰＵ６３とが接続されて構成されている。
ここで図６に示すように、磁界センサが直流成分抽出部６０とともに、回路基板１１上に形成されているため磁界センサの強磁性薄膜とアンプ６１の入力線とで囲む面Ｓが一次導体電流Ｉ１によって生じる磁束を横切らないので、鎖交磁束による不要な誘導起電力の影響を低減することができる。また薄型化および小型化が可能となる。
また、本発明は、上記電力計測装置において、前記強磁性薄膜は、前記素子電流の方向に対して磁気抵抗が対称となるように形成される。
一般に抵抗ブリッジは不平衡であるため、次式（４）となる。ここでは、抵抗値Ｒ１が磁気抵抗変化によりＲ１＋ΔＲ１に変化するものとした。なお、電力成分は（ＤＣ）項である。このうちのω項として現れる不平衡成分は電力には無関係である。
としたとき、θ＝π／４の磁界印加のときにＶｍｒは最大値をとるが、出力取り出し点において対称である構成のときに最も効率よく信号を取り出すことができる。このように上記構成によれば、素子電流の方向に対して磁気抵抗が対称となるように形成されているため、Ｖｍｒ出力の最大値を大きく取ることができ、システムとしてのＳ／Ｎ比が向上する。
従って上記構成によれば、高精度の電力計測が可能となる。
従って上記構成によれば、高精度の電力計測が可能となる。
このように、本実施の形態によれば、強磁性体内において、電流と磁化のなす角度によりその磁性体の電気抵抗値が変わる現象であるプレーナホール効果を利用し、バイアス磁界なしで線形特性を得ることができる点に着目し、高精度の電力検出を実現する。検出部で電力に比例する信号成分を取り出し、直流成分抽出部によって、検出部の出力から直流成分を抽出する。このとき、前述したようにセンサ部に対して電路を高精度に固定し、素子電流の方向に対して磁気抵抗が対象となるように配置しているため、抽出した波形は電流×電圧×力率成分、すなわち、電力となっている。このため、波形から掛け算をすることなく直接計測することができる。
(実施の形態２)
次に本発明の実施の形態２について説明する。
前記実施の形態１では、弾性片３３によって弾性的に電路４０を保持したが、本実施の形態では、突出片に代えて凹部３７ａを形成したブロック３６を装着したことを特徴とする。図７に実施の形態２の電力計測装置の断面図、図８に上面図、図９（ａ）に斜視図を示す。本実施の形態では、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された断面円弧状の凹部３７ａを有するブロックを装着している。そしてこのブロックの挿通穴３５の凹部３７ａ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接するように構成している。
次に本発明の実施の形態２について説明する。
前記実施の形態１では、弾性片３３によって弾性的に電路４０を保持したが、本実施の形態では、突出片に代えて凹部３７ａを形成したブロック３６を装着したことを特徴とする。図７に実施の形態２の電力計測装置の断面図、図８に上面図、図９（ａ）に斜視図を示す。本実施の形態では、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された断面円弧状の凹部３７ａを有するブロックを装着している。そしてこのブロックの挿通穴３５の凹部３７ａ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接するように構成している。
ここでも電路４０を固定する保持部は、第１のケース部２０とこれに係合する第２のケース部３０とで構成される。そしてこの第１のケース部２０内に磁界センサ１０が固定され、第２のケース部３０の内壁にブロック３６が装着され、このブロックが電路４０を挿通させる挿通穴３５を形成している。この挿通穴３５は、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部３７ａを有し、挿通穴３５の凹部３７ａに電路４０を構成する一次導体が接するように構成される。
この一次導体としての電線４１はほぼ円形の断面を有する。そして、第２のケース部３０に形成される挿通穴３５は、第１のケース部２０との対向面側に開口している。また、第１のケース部２０から最も遠い側に位置する凹部３７ａの底面は、この電線４１を覆う外皮４２の形状に沿った形状を構成する。
このように、第２のケース部３０に設けられたブロック３６の凹部３７ａの輪郭曲線が、入り口での開口距離Ｌ１に比べて奥に行くほど小さくなるように形成されている。
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
このように、第２のケース部３０に設けられたブロック３６の凹部３７ａの輪郭曲線が、入り口での開口距離Ｌ１に比べて奥に行くほど小さくなるように形成されている。
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
また、図８に示す上面図から明らかなように、凹部３７ａは電路４０の長手方向に対し、磁界センサ１０の長さよりも長く、磁界センサ１０を挟んで両側に電路４０を固定できるように構成されている。
このため、長手方向に対して癖がつき歪みをもつ一次導体を用いて電路４０を形成する場合にも一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
このため、長手方向に対して癖がつき歪みをもつ一次導体を用いて電路４０を形成する場合にも一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
また、この形状により、幅の大きな電路は入口に近い部分で第２のケース部３０のブロック３６に当接し、幅の狭い電路は奥まった部分で第２のケース部３０のブロック３６に接することになる。従って、この装置によれば、さまざまな大きさの電路に対して、常に２か所以上で安定して挟み込むことができる形状となっている。
なお、前記実施の形態では図９（ａ）に斜視図を示すように、ブロック３６の内壁全体で凹部３７ａを形成しているため、安定して支持することができる。
これに対し、図９（ｂ）に斜視図を示すように、ブロック３６の外郭のみに凹部３７ｓを形成し、支持するようにしてもよい。この場合はより密着性が良好となるという効果がある。
これに対し、図９（ｂ）に斜視図を示すように、ブロック３６の外郭のみに凹部３７ｓを形成し、支持するようにしてもよい。この場合はより密着性が良好となるという効果がある。
(実施の形態３)
次に本発明の実施の形態３について説明する。
図１０に本発明の実施の形態３の電力計測装置の断面図を示す。前記実施の形態２の電力計測装置では、断面円弧状の凹部３７ａを形成したブロック３６を用いたが、本実施の形態の電力計測装置では、以下の構成をとる。つまりこの電力計測装置では、断面がテーパ状をなす凹部３７ｂを有するブロックを第２のケース部３０の内壁に装着している。すなわち、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部３７ｂを有するブロックを装着している。従って、挿通穴３５の凹部３７ｂ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接する。
ここでも、電路を固定する保持部は、第１のケース部２０とこれに係合する第２のケース部３０とで構成される。そしてこの第１のケース部２０内に磁界センサ１０が固定され、第２のケース部３０の内壁にブロック３６が装着され、このブロックが電路４０を挿通させる挿通穴３５を形成している。この挿通穴３５は、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部３７ｂを有する。そして、挿通穴３５の凹部３７ｂ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接する。
次に本発明の実施の形態３について説明する。
図１０に本発明の実施の形態３の電力計測装置の断面図を示す。前記実施の形態２の電力計測装置では、断面円弧状の凹部３７ａを形成したブロック３６を用いたが、本実施の形態の電力計測装置では、以下の構成をとる。つまりこの電力計測装置では、断面がテーパ状をなす凹部３７ｂを有するブロックを第２のケース部３０の内壁に装着している。すなわち、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部３７ｂを有するブロックを装着している。従って、挿通穴３５の凹部３７ｂ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接する。
ここでも、電路を固定する保持部は、第１のケース部２０とこれに係合する第２のケース部３０とで構成される。そしてこの第１のケース部２０内に磁界センサ１０が固定され、第２のケース部３０の内壁にブロック３６が装着され、このブロックが電路４０を挿通させる挿通穴３５を形成している。この挿通穴３５は、第１のケース部２０の磁界センサ１０の中心Ｏｓを通り磁界センサ１０の検出方向Ｄｓに沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部３７ｂを有する。そして、挿通穴３５の凹部３７ｂ断面の２点で電路４０を構成する一次導体が接する。
この一次導体としての電線４１はほぼ円形の断面を有する。そして、第２のケース部３０に形成される挿通穴３５は、第１のケース部２０との対向面側に開口し、前記第１のケース部２０から最も遠い側に位置する凹部３７ｂの底面が、この電線４１を覆う外皮４２の形状に沿った形状を構成する。
このように、第２のケース部３０に設けられたブロック３６の凹部３７ｂの曲線が、入り口での開口距離Ｌ１に比べて奥に行くほど小さくなるように形成されている。
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
この形状により、幅の大きな電路は入口に近い部分で第２のケース部３０のブロック３６に当接し、幅の狭い電路は奥まった部分で第２のケース部３０のブロック３６に接することになる。このようにして、第１のケース部２０と第２のケース部３０とで構成された保持部が、さまざまな大きさの電路に対して、常に２か所以上で安定して挟み込むことができる形状となっている。
(実施の形態４)
次に本発明の実施の形態４について説明する。
前記実施の形態２では、断面円弧状の凹部３７ａを形成したブロック３６を用いたが、本実施の形態では、図１１に示すように、底面が、複数の径をもつ円弧形状の組み合わせからなり、前記第１のケース部から遠い側に位置するものほどその半径が小さくなるように形成された凹部３７ｃをもつブロック３６を用いたことを特徴とする。
図１２（ａ）は径ｒ１の大きい電路４０を用いた場合、図１２（ｂ）は径ｒ３の小さい電路４０を用いた場合の係止状態を示す図である。いずれの場合も確実に電路と磁界センサとの距離を一定に配置することができる。
次に本発明の実施の形態４について説明する。
前記実施の形態２では、断面円弧状の凹部３７ａを形成したブロック３６を用いたが、本実施の形態では、図１１に示すように、底面が、複数の径をもつ円弧形状の組み合わせからなり、前記第１のケース部から遠い側に位置するものほどその半径が小さくなるように形成された凹部３７ｃをもつブロック３６を用いたことを特徴とする。
図１２（ａ）は径ｒ１の大きい電路４０を用いた場合、図１２（ｂ）は径ｒ３の小さい電路４０を用いた場合の係止状態を示す図である。いずれの場合も確実に電路と磁界センサとの距離を一定に配置することができる。
この構成によれば、凹部３７ｃが、大きな径をもつ複数の円弧から小さい径の円弧を順に入口から並べた形状を構成し、いずれも左右対称であるため、サイズの異なる電路に対しても確実に磁界センサに対して一定距離をなすように配置することができる。この構成によれば、確実に電路と磁界センサとの距離を一定に配置することができるが、電路の中心が偏ることになり、径が小さいものほど磁界センサ１０との距離が大きくなるため、この場合は必要に応じて演算処理により補正を行う。あるいは後述する実施の形態１０で図２２を参照して説明するように、２つの磁界センサを用いて計測することにより、実際の距離に依存することなく計測することが可能である。さらにまた、径が小さい電路４０を用いる場合には、このブロック３６の内部に弾性体を配し、電路４０を弾性的に保持するようにすることで確実に固定することができる。
(実施の形態５)
次に本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態では、図１３に斜視図、図１４に分解斜視図を示すように、第１または第２のケース部が電路４０を付勢する発泡樹脂からなる弾性構造体を具備したものである。
ここでは第２のケース部３０に磁界センサ１０が埋め込まれている。そして第１または第２のケース部は、半円筒状の第１及び第２の弾性体２８，３８を有しており、この第１及び第２の弾性体２８，３８の内壁面２９，３９で電路を弾性的に固定するように構成されている。
次に本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態では、図１３に斜視図、図１４に分解斜視図を示すように、第１または第２のケース部が電路４０を付勢する発泡樹脂からなる弾性構造体を具備したものである。
ここでは第２のケース部３０に磁界センサ１０が埋め込まれている。そして第１または第２のケース部は、半円筒状の第１及び第２の弾性体２８，３８を有しており、この第１及び第２の弾性体２８，３８の内壁面２９，３９で電路を弾性的に固定するように構成されている。
ここでは電路を挟持すると弾性体が電路外形に合わせてたわみ、その反力により電路を中心位置に付勢する。この場合も電路のサイズにかかわらず電路の中心位置を同じ位置に合わせることができる。
この構成によれば、第１または第２のケース部の少なくとも一方に電路に対して周囲から均等に付勢する弾性構造体を有しているため、一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
(実施の形態６)
次に本発明の実施の形態６について説明する。
本実施の形態では、図１５（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、磁界センサ１０を埋め込み形成された立体配線基板で構成されたケース部２０の凹部内壁に一対の保持アーム部５０を設け、この保持アーム部５０で電路を保持するものである。図１５（ａ）は電路装着前、図１５（ｂ）は電路装着状態を示す。
電路挿入前には、固定されていない保持アームを電路幅より大きく広げ、装着時には電路をケース部内部に収めて保持アームの押し下げ力で電路位置を固定する。
この保持アームは弾性体で構成するのが望ましく、一部曲線部分を有して電路形状に合う形となっており、固定強度を向上している。
次に本発明の実施の形態６について説明する。
本実施の形態では、図１５（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、磁界センサ１０を埋め込み形成された立体配線基板で構成されたケース部２０の凹部内壁に一対の保持アーム部５０を設け、この保持アーム部５０で電路を保持するものである。図１５（ａ）は電路装着前、図１５（ｂ）は電路装着状態を示す。
電路挿入前には、固定されていない保持アームを電路幅より大きく広げ、装着時には電路をケース部内部に収めて保持アームの押し下げ力で電路位置を固定する。
この保持アームは弾性体で構成するのが望ましく、一部曲線部分を有して電路形状に合う形となっており、固定強度を向上している。
この構成によれば、ひとつのケース部２０で電路を固定することができ、追加部材が不要となり、部品点数の低減を図ることができる。
また、図１６（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、一対の保持アーム部５０がななめ上方から電路４０を保持するようにしてもよい。
さらにまた、図１７（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、１つの保持アーム部５０で上方から電路４０を保持するようにしてもよい。
また、図１６（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、一対の保持アーム部５０がななめ上方から電路４０を保持するようにしてもよい。
さらにまた、図１７（ａ）および（ｂ）に断面図を示すように、１つの保持アーム部５０で上方から電路４０を保持するようにしてもよい。
(実施の形態７)
次に本発明の実施の形態７について説明する。
本実施の形態では、図１８および図１９に斜視図を示すように、第１のケース部２０に対し第２のケース部が、平行移動可能な溝部２０Ｕを有し、前記第１のケース部に対し前記線分に沿った所望の位置で固定可能なネジ部５２を有するものを含む。ここで第２のケース部は、磁界センサ１０を収容する第１のケース部２０に対し、電路４０断面上の中心と磁界センサ１０の中心を結ぶ線分に沿って可動で、電路４０を構成する一次導体を挟んで固定するように構成される。
次に本発明の実施の形態７について説明する。
本実施の形態では、図１８および図１９に斜視図を示すように、第１のケース部２０に対し第２のケース部が、平行移動可能な溝部２０Ｕを有し、前記第１のケース部に対し前記線分に沿った所望の位置で固定可能なネジ部５２を有するものを含む。ここで第２のケース部は、磁界センサ１０を収容する第１のケース部２０に対し、電路４０断面上の中心と磁界センサ１０の中心を結ぶ線分に沿って可動で、電路４０を構成する一次導体を挟んで固定するように構成される。
この構成によれば、ネジ部５２を貫通保持し、ねじの先端により電路を保持しているため、ねじの貫通長さを無段階に調整することが可能で、いかなるサイズの電路に対しても追加部材なしに確実で安価な固定が可能となる。
また、電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動であり，電路を保持するように構成されているため、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
また、電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動であり，電路を保持するように構成されているため、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
また、第１のケース部２０に対し第２のケース部３０を平行移動することで、長手方向に延びる第１のケース部２０の２本の溝部２０Ｕが、第２のケース部３０の凸部３０Ｔと係合するようにしているため、安定した係合が可能となる。
第１及び第２のケース部は所定の位置で組み合わせ固定されており、両者の間に電路を貫通させる空間を有している。第２のケース部３０には押圧部材としてのネジ部５２が貫通保持されており、その先端において直接または接触片を介して間接的に電路を押圧することができるようになっている。そしてねじ込み量の調整により大きさの異なる電路を一定の位置に固定することができる。
(実施の形態８)
次に本発明の実施の形態８について説明する。
本実施の形態８の電力計測装置の断面図を、図２０に示す。この電力計測装置では、基板１１の第１の面１１Ａ上には距離センサ発光部としてのＬＥＤ発光素子部１３１と電路４０からの反射光を検出する受光素子部１３２とが設けられ、距離測定部を構成している。この距離測定部により、基板１１の第１の面１１Ａと電路４０との距離を検出できるようになっている。他部については前記実施の形態１の電力計測装置と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
この構成によれば、電路が直接第１のケース部２０に接していない場合にも距離の測定が可能であるため、係合片２４が係合する溝部３４の位置から距離を算出するのと比較しても、より高精度の検出を実現することができる。
次に本発明の実施の形態８について説明する。
本実施の形態８の電力計測装置の断面図を、図２０に示す。この電力計測装置では、基板１１の第１の面１１Ａ上には距離センサ発光部としてのＬＥＤ発光素子部１３１と電路４０からの反射光を検出する受光素子部１３２とが設けられ、距離測定部を構成している。この距離測定部により、基板１１の第１の面１１Ａと電路４０との距離を検出できるようになっている。他部については前記実施の形態１の電力計測装置と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
この構成によれば、電路が直接第１のケース部２０に接していない場合にも距離の測定が可能であるため、係合片２４が係合する溝部３４の位置から距離を算出するのと比較しても、より高精度の検出を実現することができる。
(実施の形態９)
次に本発明の実施の形態９について説明する。
本実施の形態９の電力計測装置の断面図を、図２１に示す。この電力計測装置は、第１のケース部２０に内蔵された基板１１上に光学的に距離を測定する距離センサを構成するＬＥＤ発光部１３１と、第２のケースの上壁からの反射光を検出する受光素子部１３２とを具備している。そしてさらにこの電力計測装置は、基板１１と第２のケース部３０との距離を測定することで第１のケース部２０と第２のケース部３０との距離を判別する距離判別部を構成し、磁界センサから被測定電路までの距離を測定するものである。他部については前記実施の形態１の電力計測装置と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
この構成により磁界センサを内蔵する第１のケース部２０と、これに対向する第２のケース部３０までの距離を測定することで、第１および第２のケース部２０，３０間に挟持された電路４０の大きさを計算することができる。従って、電路の大きさにより電路中心までの距離を求めることができるため、磁界センサの出力に対して補正をかけて精度よく電力計測を行うことができる。
次に本発明の実施の形態９について説明する。
本実施の形態９の電力計測装置の断面図を、図２１に示す。この電力計測装置は、第１のケース部２０に内蔵された基板１１上に光学的に距離を測定する距離センサを構成するＬＥＤ発光部１３１と、第２のケースの上壁からの反射光を検出する受光素子部１３２とを具備している。そしてさらにこの電力計測装置は、基板１１と第２のケース部３０との距離を測定することで第１のケース部２０と第２のケース部３０との距離を判別する距離判別部を構成し、磁界センサから被測定電路までの距離を測定するものである。他部については前記実施の形態１の電力計測装置と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
この構成により磁界センサを内蔵する第１のケース部２０と、これに対向する第２のケース部３０までの距離を測定することで、第１および第２のケース部２０，３０間に挟持された電路４０の大きさを計算することができる。従って、電路の大きさにより電路中心までの距離を求めることができるため、磁界センサの出力に対して補正をかけて精度よく電力計測を行うことができる。
(実施の形態１０)
次に本発明の実施の形態１０について説明する。
本実施の形態１０の電力計測装置の断面図を、図２２に示す。この電力計測装置では、第１のケース部２０に内蔵された基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂに相対向して第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂを配設して、２つの磁界センサを形成している。これら２つの磁界センサによって、被測定電路までの距離に依存することなく計測を行うことができる。
ここで、第１のケース部２０に内蔵された基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂ上に相対向して、磁界センサ（第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂ）を形成し、電路の発する磁界を計測すると、電路と反対面にある磁界センサはもうひとつの磁界センサよりも弱い磁界を検出することになる。
ここで、計測電流をＩ１，基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂの距離をｄ、電線（導体）４１の中心と第２の面１１Ｂとの距離をｒ、第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂで計測される磁界の強さをＨＡ，ＨＢとしたとき、
ＨＡ＝Ｉ１／２π（ｒ＋ｄ）
ＨＢ＝Ｉ１／２π（ｒ）
であらわすことができる。
上記２つの式より、
Ｉ１＝２πｄ・ＨＡ・ＨＢ／（ＨＢ−ＨＡ）
このため、両者の出力に基づき、電路までの距離に依存することなく電流による磁界を計測することができ、よって高精度の電力計測が可能となる。
次に本発明の実施の形態１０について説明する。
本実施の形態１０の電力計測装置の断面図を、図２２に示す。この電力計測装置では、第１のケース部２０に内蔵された基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂに相対向して第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂを配設して、２つの磁界センサを形成している。これら２つの磁界センサによって、被測定電路までの距離に依存することなく計測を行うことができる。
ここで、第１のケース部２０に内蔵された基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂ上に相対向して、磁界センサ（第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂ）を形成し、電路の発する磁界を計測すると、電路と反対面にある磁界センサはもうひとつの磁界センサよりも弱い磁界を検出することになる。
ここで、計測電流をＩ１，基板１１の第１及び第２の面１１Ａ，１１Ｂの距離をｄ、電線（導体）４１の中心と第２の面１１Ｂとの距離をｒ、第１及び第２のセンサ部１２Ａ，１２Ｂで計測される磁界の強さをＨＡ，ＨＢとしたとき、
ＨＡ＝Ｉ１／２π（ｒ＋ｄ）
ＨＢ＝Ｉ１／２π（ｒ）
であらわすことができる。
上記２つの式より、
Ｉ１＝２πｄ・ＨＡ・ＨＢ／（ＨＢ−ＨＡ）
このため、両者の出力に基づき、電路までの距離に依存することなく電流による磁界を計測することができ、よって高精度の電力計測が可能となる。
この電力計測について以下に詳述する。
前記実施の形態１において（式２）の最終行は、次式であらわされる。
ＶｍｒＡ，ＶｍｒＢをそれぞれ第１のセンサ部１２Ａ、第２のセンサ部１２Ｂの測定値として次式に示す値を得ることができる。
前記実施の形態１において（式２）の最終行は、次式であらわされる。
また、ｋは磁界に関する比例定数であり、アンペールの法則により距離に反比例するゆえ、
ｋＡ＝ｋ’/（ｒ＋ｄ）
ｋＢ＝ｋ’/（ｒ）
となり、下記のように書き換えることができる。
ｋＡ＝ｋ’/（ｒ＋ｄ）
ｋＢ＝ｋ’/（ｒ）
となり、下記のように書き換えることができる。
ｄは図２２に示すように、センサ間距離であり、設計によって決まる既知の値である。
式５において、未知数はｒ及び、
式５において、未知数はｒ及び、
求めたい瞬時電力は、
以上より、（式５）において、式２つで未知数２つであるから、（式２）の場合と同様に、瞬時電力は求めることができ、距離rに関係なく瞬時電力が正しく求められる。
なお、前記実施の形態において、磁界センサとしては、ガラス基板などの基板上に直接磁性体薄膜パターンを形成したものを用いてもよいが、一旦チップを形成し、ガラス基板やプリント配線板などに実装するようにしてもよい。実装方法としては、ワイヤボンディング法や、フリップチップ法などがある。またチップ内に、処理回路も含めて集積化することでより高精度で信頼性の高い磁界センサを提供することが可能となる。
なお前記実施の形態に限定されるものではなく、磁性薄膜の出力取り出し方向を素子電流方向に対し直交する方向とするとともに、素子電流の方向に対して磁気抵抗が対称となるように形成するものであれば適用可能である。本発明の電力計測装置によれば、方向の正負を判定することができ、かつ磁界を印加しないときのオフセットがなくなるため回路構成を簡単にすることができる。
また前記実施の形態では強磁性薄膜を用いた磁界センサを用いたが、これに限定されることなく他の磁界センサを用いてもよい。
また前記実施の形態では強磁性薄膜を用いた磁界センサを用いたが、これに限定されることなく他の磁界センサを用いてもよい。
以下本発明の態様について概略を述べる。
本発明の通電情報計測装置は、磁界センサと、被測定体としての電路を構成する一次導体に対して所定の位置関係となるように前記磁界センサを保持する保持部と、を有し、前記保持部は、前記磁界センサの検出方向が電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に垂直な方向と一致するとともに、前記電路断面上で前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離が一定となるように、前記電路に前記磁界センサを保持するように構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、前記電路と前記磁界センサの位置関係を正しい位置に固定することができ、位置ばらつきの補正を行うことなく高精度の計測を行うことが可能となり、装置の小型化を図るとともに低コスト化を図ることが可能となる。
本発明の通電情報計測装置は、磁界センサと、被測定体としての電路を構成する一次導体に対して所定の位置関係となるように前記磁界センサを保持する保持部と、を有し、前記保持部は、前記磁界センサの検出方向が電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に垂直な方向と一致するとともに、前記電路断面上で前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離が一定となるように、前記電路に前記磁界センサを保持するように構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、前記電路と前記磁界センサの位置関係を正しい位置に固定することができ、位置ばらつきの補正を行うことなく高精度の計測を行うことが可能となり、装置の小型化を図るとともに低コスト化を図ることが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記磁界センサは、磁気抵抗効果を用いたセンサであり、その検出方向が前記基板平面上に沿うように基板上に形成され、前記保持部は、前記基板が前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離を一定とするように、前記基板を固定するものを含む。
この構成によれば、磁気抵抗効果を用いた磁界センサを基板上に形成することで、コイルが不要となり、より位置精度を高めることが可能となるとともに、小型化が容易となる。
この構成によれば、磁気抵抗効果を用いた磁界センサを基板上に形成することで、コイルが不要となり、より位置精度を高めることが可能となるとともに、小型化が容易となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記磁界センサが、交流が流れる前記一次導体に対し、平行となるように配置された磁性薄膜と、前記一次導体に接続され、前記磁性薄膜に抵抗体を介して素子電流を供給する入出力端子を備えた給電部と、第１及び第２の電力検出端子を備えた検出部とを具備し、前記第１及び第２の電力検出端子を結ぶ線分が前記入出力端子を結ぶ線分と直交したものを含む。
この構成によれば、検出方向と被測定体である一次導体との位置関係を高精度に維持することができる。
この構成によれば、検出方向と被測定体である一次導体との位置関係を高精度に維持することができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記保持部は、前記磁界センサを収容する第１のケース部と、前記第１のケース部に対向し、前記電路を固定する第２のケース部とを有するものを含む。
この構成によれば、より確実に、磁界センサと電路との位置を固定することが可能となる。
この構成によれば、より確実に、磁界センサと電路との位置を固定することが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１及び第２のケース部の少なくとも一方が凹部を有するものを含む。
この構成によれば、凹部に電路をセットすることで、より確実に電路を磁界センサに対して、定位置に固定することができる。
この構成によれば、凹部に電路をセットすることで、より確実に電路を磁界センサに対して、定位置に固定することができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１のケース部内に前記磁界センサが固定され、前記第２のケース部は前記電路を挿通させる挿通穴を有し、前記挿通穴は、前記第１のケース部の前記磁界センサの中心を通り前記磁界センサの検出方向に沿った線分に対して対称で、次第に幅が狭くなるように形成された凹部を有し、前記挿通穴の凹部断面の２点で前記電路を構成する一次導体が接するように構成されたものを含む。
この構成によれば、電路を構成する一次導体のサイズに応じた凹部内の位置で電路が係止されることで一次導体のサイズに依存することなく安定して電路の位置を固定することが可能となる。
この構成によれば、電路を構成する一次導体のサイズに応じた凹部内の位置で電路が係止されることで一次導体のサイズに依存することなく安定して電路の位置を固定することが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１導体はほぼ円形の断面を有し、前記挿通穴は、前記第１のケース部との対向面側に開口し、前記第１のケース部から最も遠い側に位置する前記凹部の底面が、前記一次導体または前記一次導体を覆う外皮形状に沿った形状を構成するものを含む。
この構成によれば、外皮形状に沿った位置合わせを行うことができるため、より確実な位置合わせが可能となる。
この構成によれば、外皮形状に沿った位置合わせを行うことができるため、より確実な位置合わせが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記底面は、複数の径をもつ円弧形状の組み合わせからなり、前記第１のケース部から遠い側に位置するものほどその半径が小さいものを含む。
この構成によれば、径の異なる複数の円弧を組み合わせた形状の凹部を構成しているためより確実に安定して電路を保持することができる。
この構成によれば、径の異なる複数の円弧を組み合わせた形状の凹部を構成しているためより確実に安定して電路を保持することができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記凹部は前記電路の長手方向に対し、前記磁界センサの長さよりも長く、前記磁界センサを挟んで両側に前記電路を固定できるように構成されたものを含む。
この構成によれば、長手方向に対して癖がつき歪みをもつ一次導体を用いる場合にも一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
この構成によれば、長手方向に対して癖がつき歪みをもつ一次導体を用いる場合にも一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１または第２のケース部の少なくとも一方が前記電路を付勢する弾性構造体を具備したものを含む。
この構成によれば、第１または第２のケース部の少なくとも一方に電路に対して周囲から均等に付勢する弾性構造体を有しているため、一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
この構成によれば、第１または第２のケース部の少なくとも一方に電路に対して周囲から均等に付勢する弾性構造体を有しているため、一次導体の形状を補正し、確実に磁界センサの中心に合わせることができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記保持部は、前記磁界センサを収容する凹部を備えたケース部と、前記ケース部の凹部内壁に形成され、前記電路を保持する保持アーム部で構成されたものを含む。
この構成によれば、ひとつのケース部で電路を固定することができ、追加部材が不要となり、部品点数の低減を図ることができる。
この構成によれば、ひとつのケース部で電路を固定することができ、追加部材が不要となり、部品点数の低減を図ることができる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記磁界センサを収容する第１のケース部に対し、前記電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動で、前記電路を構成する一次導体を挟んで固定するように構成されたものを含む。
この構成によれば、電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動であり，電路を保持するように構成されているため、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
この構成によれば、電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動であり，電路を保持するように構成されているため、径の異なる一次導体に対しても取り付けが容易である。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記第１のケース部に対し固定可能でかつ弾性を有する係合部を具備し、前記第１のケース部は前記係合部に係合する被係合部を有し、係合部または被係合部のいずれかが前記線分に沿って複数個配設されたものを含む。
この構成によれば、追加部材なしにいかなるサイズの一次導体に対しても容易に固定可能である。
この構成によれば、追加部材なしにいかなるサイズの一次導体に対しても容易に固定可能である。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部は、前記第１のケース部に対し前記線分に沿った所望の位置で固定可能なネジ部を有するものを含む。
この構成によれば、ねじを貫通保持し、ねじの先端により電路を保持しているため、ねじの貫通長さを無段階に調整することが可能で、いかなるサイズの電路に対しても追加部材なしに確実で安価な固定が可能となる。
この構成によれば、ねじを貫通保持し、ねじの先端により電路を保持しているため、ねじの貫通長さを無段階に調整することが可能で、いかなるサイズの電路に対しても追加部材なしに確実で安価な固定が可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記電路と前記磁界センサとの距離を判別する距離測定部を具備したものを含む。
この構成によれば、距離測定部の出力により電路のサイズを検出することができ、予めセンサに対して電路のサイズを設定することなく、簡易に測定することが可能となる。
この構成によれば、距離測定部の出力により電路のサイズを検出することができ、予めセンサに対して電路のサイズを設定することなく、簡易に測定することが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第２のケース部と、前記第１のケース部との相対距離を測定する距離判別部を具備したものを含む。
この構成によれば、距離判別部の出力により電路のサイズを検出することができ、センサに対して電路のサイズを設定することなく、簡易に測定することが可能となる。
この構成によれば、距離判別部の出力により電路のサイズを検出することができ、センサに対して電路のサイズを設定することなく、簡易に測定することが可能となる。
また、本発明は、上記通電情報計測装置であって、前記第１および第２のケース部は、断面コの字状の磁性材料からなるシールド部材を有し、前記各シールド部材は、前記電路と前記磁界センサとを覆うように相対向して配置され、その先端部は対向を避けてずらして配置されたものを含む。
この構成によれば、磁界センサの近傍にある被計測電路以外の外部電線などによる磁界の影響を抑制することができる。
この構成によれば、磁界センサの近傍にある被計測電路以外の外部電線などによる磁界の影響を抑制することができる。
以上説明してきたように、本発明の通電情報計測装置によれば、力率が１でない場合あるいは高調波電流が含まれた負荷であっても正しい電力計測を行うことができる。従って、変流器などの電流センサを用いた従来の電力計測装置に比較して小型化、低いコスト化が可能となることから、種々の省エネツールに適用可能である。
本出願は、２０１０年０１月２１日出願の日本特許出願（特願２０１０−０１１４６０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
３ 強磁性薄膜（（環状）パターン）
Ａ，Ｂ 点（給電部）
Ｃ，Ｄ 点（検出部）
１０ 磁界センサ
１１ 回路基板
１１Ａ 第１の面
１１Ｂ 第２の面
１２ センサ部（磁性薄膜）
１２Ａ 第１のセンサ部
１２Ｂ 第２のセンサ部
２０ 第１のケース部
２２ シールド部材
２４ 係合片
３０ 第２のケース部
３２ シールド部材
３３ 弾性片
３４ 溝部
３５ 挿通穴
４０ 電路
４１ 電線
４２ 外皮
Ａ，Ｂ 点（給電部）
Ｃ，Ｄ 点（検出部）
１０ 磁界センサ
１１ 回路基板
１１Ａ 第１の面
１１Ｂ 第２の面
１２ センサ部（磁性薄膜）
１２Ａ 第１のセンサ部
１２Ｂ 第２のセンサ部
２０ 第１のケース部
２２ シールド部材
２４ 係合片
３０ 第２のケース部
３２ シールド部材
３３ 弾性片
３４ 溝部
３５ 挿通穴
４０ 電路
４１ 電線
４２ 外皮
Claims (11)
- 磁界センサと、
被測定体としての電路を構成する一次導体に対して所定の位置関係となるように前記磁界センサを保持する保持部と、
を有し、
前記保持部は、
前記磁界センサの検出方向が電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に垂直な方向と一致するとともに、
前記電路断面上で前記電路の中心と前記磁界センサの中心との距離が一定となるように、前記電路に前記磁界センサを保持するように構成され、
前記磁界センサが、その検出方向が基板の平面上に沿うように当該基板上に形成された磁性薄膜および配線パターンを備えるとともに、
当該磁界センサが、前記保持部の内部において位置決めされ、
前記保持部は、
前記磁界センサを収容する第１のケース部と、
前記第１のケース部に対向する第２のケース部と、を有し、
前記第２のケース部は前記一次導体が配置される凹部を有するとともに、当該凹部が複数の径をもつ円弧形状を組み合わせた形状を有する通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記磁界センサは、磁気抵抗効果を用いたセンサである通電情報計測装置。 - 請求項１または２に記載の通電情報計測装置であって、
前記磁界センサが、交流が流れる前記一次導体に対し、平行となるように配置された前記磁性薄膜と、
前記一次導体に接続され、前記磁性薄膜に抵抗体を介して素子電流を供給する入出力端子を備えた給電部と、
前記磁性薄膜の出力を検出する第１及び第２の電力検出端子を備えた検出部とを具備し、
前記第１及び第２の電力検出端子を結ぶ線分が前記入出力端子を結ぶ線分と直交した通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記凹部は、次第に幅が狭くなるように形成され、当該凹部の断面の２点で前記一次導体が接するように構成された通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記一次導体はほぼ円形の断面を有し、
前記凹部の底面が、前記一次導体または前記一次導体を覆う外皮形状に沿った形状を構成する通電情報計測装置。 - 請求項５に記載の通電情報計測装置であって、
前記凹部は、複数の径をもつ前記円弧形状の組み合わせについて、前記第１のケース部から遠い側に位置するものほどその半径が小さくなるように形成される通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記第２のケース部は
前記磁界センサを収容する前記第１のケース部に対し、
前記電路断面上の中心と前記磁界センサの中心を結ぶ線分に沿って可動で、
前記一次導体を挟んで固定するように構成された通電情報計測装置。 - 請求項７に記載の通電情報計測装置であって、
前記第２のケース部は、前記第１のケース部に対し前記線分に沿った所望の位置で固定可能なネジ部を有する通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記電路と前記磁界センサとの距離を判別する距離測定部を具備した通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記第２のケース部と、前記第１のケース部との相対距離を測定する距離判別部を具備した通電情報計測装置。 - 請求項１に記載の通電情報計測装置であって、
前記第１および第２のケース部は、断面コの字状の磁性材料からなるシールド部材を有し、
前記各シールド部材は、前記電路と前記磁界センサとを覆うように相対向して配置され、
前記各シールド部材の先端部は対向を避けてずらして配置された通電情報計測装置。
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