JPH08194016A

JPH08194016A - 電流センシング装置

Info

Publication number: JPH08194016A
Application number: JP7006101A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kanzaki; 昇神崎; Yasuyuki Masunaga; 靖行増永
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】ブスバー１をＵ字状に曲げて設けた往復導体部
２の近傍の電流Ｉによる磁界を所定の磁界強度以上で出
力が飽和する磁気センサ３で測定し、電流Ｉが所定値に
達すると電流回路を遮断する遮断器で、電流測定の分解
能を高め、測定電流範囲を拡大する。【構成】往復導体部２の導体脚１ａ，１ｂの夫々の電流
中心線（導体中心線）１１，１２を含む平面に直交し、
導体脚１ａ，１ｂの中間を通る直線４のほぼ上に導体か
らの距離が異なる複数のセンサ３−１〜３−３を設け、
小電流の測定時には導体に近いセンサ３−１に、大電流
の測定時には導体から離れたセンサ３−３に切換え、測
定電流の大小に関係なくセンサ部分の磁界強度を飽和の
ない適切な範囲に納める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば主電気回路の電
流が所定値を超えたとき主電気回路を遮断する回路遮断
器などに使用される電流センシング装置に関する。な
お、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。

【０００２】

【従来の技術】従来、回路遮断器に用いられる電流セン
シング方法としては、バイメタルによる、過電流時の
温度上昇を利用する方法や、トロイダルコイルに測定
すべき電流を貫通させて、トロイダルコイルへの誘導電
流を測定する方法が知られている。また、本出願人の
先願になる実公平５−２６６８３号では、電流通路を往
復導体で形成して、往復導体間に磁気センサとしてのホ
ール素子を配置して検出する方法により、コスト低減と
小型化を図る方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来技術には以下の問題点があった。バイメタルによる方法：測定電流を精度よく測ること
ができず、電流値に応じたきめこまかな制御ができな
い。トロイダルコイルを用いる方法：（磁性材料をコイル
の芯材とする場合）磁性材料の磁気飽和までしか磁界を測定できないことか
ら、測定電流範囲が狭くなる。この解決にはコイルの形
状を大きくしなければならない。

【０００４】（磁性材料をコイルの芯材としない場合）
測定電流の感度が悪い、さらに３相交流の遮断器の場合
は他相の電流の影響が表れ、正確な測定ができない。前記先願の方法：小型で電流を精度よく測定できる
が、ホール素子の飽和によって測定電流範囲が制限され
る。

【０００５】そこで本発明は前記先願の問題点を解消
し、回路遮断器の測定電流範囲を拡大したり、各種の遮
断電流の範囲を同一機種で切替設定できる電流センシン
グ装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の電流センシング装置は、測定対象の同
じ電流（Ｉ）が流れる２つの導体脚（１ａ，１ｂなど）
を、この各導体脚の電流の通流方向が互に逆方向とな
り、且つ２つの導体脚の電流の中心線（１１，１２な
ど）がほぼ同一の平面に含まれるように対向してなる往
復導体部（２など）と、前記平面にほぼ直交し、且つこ
の２つの導体脚の間を通る１又は複数の直線（４など）
上の複数点の磁界強度を磁気センサ（３など）を介して
検出する磁界検出手段とを備えたものとする。

【０００７】また、請求項２の電流センシング装置で
は、請求項１に記載の電流センシング装置において、前
記磁界検出手段は前記磁気センサを前記複数点に（３−
１〜３−３などとして）１つづつ配置してなり、且つこ
の各磁気センサの出力を１つづつ切換え選択して取出す
切換選択手段（図外のスイッチなど）を備えたものであ
るようにする。

【０００８】また、請求項３の電流センシング装置で
は、請求項１に記載の電流センシング装置において、前
記磁界検出手段は前記磁気センサを１つ保持して前記複
数点に移動配置する移動手段（プリント配線基板５，位
置決め手段６など）を備えたものであるようにする。

【０００９】また、請求項４の電流センシング装置で
は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電流センシン
グ装置において、前記往復導体部は前記電流の流れる１
つの導体をＵ字状に曲げて形成されたものであるように
する。また、請求項５の電流センシング装置では、請求
項１ないし４のいずれかに記載の電流センシング装置に
おいて、前記磁気センサはホール素子であるようにす
る。

【００１０】また、請求項６の電流センシング装置で
は、請求項１ないし５のいずれかに記載の電流センシン
グ装置は、回路遮断器に使用されるものであるようにす
る。

【００１１】

【作用】往復導体の電流通流の中心線を含む平面に対し
て垂直で、往復導体の間を通る１又は複数の直線上の複
数の点に１つづつ磁気センサを設けてその出力を切換え
たり、この複数点に１つの磁気センサを移動できるよう
にする。即ち、導体からの距離が異なる位置にセンサを
置く。

【００１２】往復導体における磁界の強さは導体からの
距離の増加と共に減少するので、測定電流が大きい場
合、導体からの距離が近いセンサは磁界が強すぎて出力
飽和していても、導体からの距離が遠いセンサはまだ飽
和しないことになる。従って、測定電流範囲に応じて上
記センサを使いわけることで、測定電流範囲の拡大がで
きる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例としての原理的
な構成図である。同図において１は電流Ｉが流れる主回
路導体としての平板状のブスバーで、このブスバー１は
Ｕ字状に曲げられて往復導体部２を形成している。３
（３−１，３−２，３−３）は、例えばホール素子から
なる磁気センサであり、この３つの磁気センサ３−１〜
３−３は往復導体部２のブスバー１としての導体脚１
ａ，１ｂの電流の夫々の中心線（２点鎖線で示す）１
１，１２が含まれる平面に垂直で、且つ導体脚１ａ，１
ｂの間を通る直線（１点鎖線で示す）４上にほぼ配置さ
れている。

【００１４】なお、磁気センサ３−１，３−２，３−３
を夫々センサ＃１，＃２，＃３とも呼ぶ。但しセンサ＃
１〜＃３はこの例では同一の直線４上にほぼ配置されて
いるが、本発明はこれに限定されるものではない。図２
は往復導体による磁界を近似的に表した図で、この図は
導体の通電断面を点として、つまり図１の導体脚１ａ，
１ｂを流れる電流Ｉが夫々その中心線１１，１２部分に
集中して流れるものとして画かれている。そしてこの紙
面は直線４を含み、中心線１１，１２に直交している。
なお、電流の中心線１１，１２はこの例では、ブスバー
１の通電方向に直交する断面の中心を通る線とみなすこ
とができる。

【００１５】また、図２では簡単のため往復導体間の距
離（つまり中心線１１，１２の間の距離）をｄとし、直
線４は距離ｄを２分する位置を通るものとする。次に各
センサ＃１（３−１），＃２（３−２），＃３（３−
３）の部分の夫々の磁界強度Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を往復導
体の長さが無限長の場合を例にとって説明する。センサ
＃１は往復導体間の中央位置に配置されているものとす
ると、その磁界強度Ｈ１は次式（１）で表される。

【００１６】

【数１】Ｈ１＝Ｉ・ｄ／２π（ｄ／２）・（ｄ／２）＝２Ｉ／πｄ・・・（１）但しＩ：電流ｄ：往復導体間距離センサ＃２はほぼ直線４上で、往復導体の電流中心線１
１，１２からの距離が夫々ｒ３とｒ４の位置に配置され
ているものとすると、この磁界強度Ｈ２は次式（２）で
表される。

【００１７】

【数２】Ｈ２＝Ｉ・ｄ／２π・ｒ３・ｒ４・・・（２）さらに距離ｒ３＝ｒ４とすれば式（２）は次式（２Ａ）
となる。

【００１８】

【数３】Ｈ２＝Ｉ・ｄ／２π・ｒ３² ・・・（２Ａ）同様にセンサ＃３はほぼ直線４上で、往復導体の電流中
心線１１，１２からの距離が夫々ｒ１，ｒ２の位置に配
置されているものとすると、この磁界強度Ｈ３は次式
（３）で表される。

【００１９】

【数４】Ｈ３＝Ｉ・ｄ／２π・ｒ１・ｒ２・・・（３）さらに距離ｒ１＝ｒ２とすれば式（３）は次式（３Ａ）
となる。

【００２０】

【数５】Ｈ３＝Ｉ・ｄ／２π・ｒ１² ・・・（３Ａ）現実の図１でのセンサ＃１，＃２，＃３での磁界強度に
はブスバー１が平板状で断面が図２のような点でなく、
また平行部分の長さが有限であるなどの影響が表れる
が、近似的には前記の式（１）〜（３Ａ）で示され、磁
界強度は導体からの距離の増大によって減少する関係に
ある。

【００２１】図４は磁気センサにホール素子を用いた場
合のセンサ出力（縦軸）と磁界強度（横軸）の特性図を
示す。この図は磁界強度Ｈｘでセンサ出力が飽和する特
性を表している。図３は図４のセンサを図１，図２のよ
うに配置した場合のセンサ出力と測定電流の関係を示
す。電流Ｉと磁界Ｈの関係は式（１）〜（３Ａ）に示す
ように比例関係にあるので、磁界強度Ｈｘで飽和するセ
ンサ出力は、図３上ではセンサ＃１，＃２，＃３につい
て夫々Ｉｘ，Ｉｙ，Ｉｚで飽和していることを示す。従
って図外のスイッチを介してセンサ＃１〜＃３の出力を
１つづつ切換え，選択して取込むようにし、電流範囲が
Ｉｘまではセンサ＃１で測定し、Ｉｘ〜Ｉｙまではセン
サ＃２で測定し、Ｉｙ〜Ｉｚまでをセンサ＃３で測定す
れば、測定電流範囲はＩｚまで拡大できることになる。
なお、全ての電流範囲をセンサ＃３で測定しようとする
と少ない電流範囲（例えばＩｘまで）ではセンサ出力が
小さく、精度のよい測定が困難である。

【００２２】図５は本発明の第２の実施例としての構成
図である。同図では図１に示したＵ字上に構成されたブ
スバー１の往復導体部２の導体間にプリント配線基板５
が挿入され、この基板５上に１つのセンサ３が配置され
ている。このプリント配線基板５は、この例では図１の
直線４を含み、且つ中心線１１，１２に平行（従って導
体脚１ａ，１ｂに平行）に設けられている。そしてこの
基板５は位置決め手段６によって直線４の方向にスライ
ドできる構造となっている。回路遮断器の電流範囲が小
さい場合は、基板５はセンサ３をブスバー１に近づける
方向に移動され、電流範囲が大きい場合は、センサ３を
ブスバー１から遠ざける方向に移動される。これにより
図３で述べたと同様の原理により回路遮断器が同一機種
にて、各種の電流範囲に対応できるようになる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば往復導体の電流の中心線
を含む平面に直交し、且つ往復導体の間を通る１又は複
数の直線上の複数の位置に夫々センサを配置し、または
１つのセンサをこの複数位置に移動させ、電流範囲によ
って使用するセンサを切換えたり、センサの移動位置を
変えるようにしたので、電流の分解能のよいセンシング
ができるとともに、測定電流範囲を拡大することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としての原理的な構成図

【図２】図１のセンサ部の磁界強度の説明図

【図３】図１における測定電流とセンサ出力の関係を示
す特性図

【図４】図１における磁気センサの磁界強度とセンサ出
力との関係を示す特性図

【図５】本発明の第２の実施例としての構成図

【符号の説明】

１ブスバー１ａ，１ｂ導体脚２往復導体部３（３−１，３−２，３−３）磁気センサ３−１センサ＃１３−２センサ＃２３−３センサ＃３４直線５プリント配線基板６位置決め手段１１，１２電流中心線（導体中心線）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の同じ電流が流れる２つの導体脚
を、この各導体脚の電流の通流方向が互に逆方向とな
り、且つ２つの導体脚の電流の中心線がほぼ同一の平面
に含まれるように対向してなる往復導体部と、前記平面にほぼ直交し、且つこの２つの導体脚の間を通
る１又は複数の直線上の複数点の磁界強度を磁気センサ
を介して検出する磁界検出手段とを備えたことを特徴と
する電流センシング装置。
【請求項２】請求項１に記載の電流センシング装置にお
いて、前記磁界検出手段は前記磁気センサを前記複数点に１つ
づつ配置してなり、且つこの各磁気センサの出力を１つ
づつ切換え選択して取出す切換選択手段を備えたもので
あることを特徴とする電流センシング装置。
【請求項３】請求項１に記載の電流センシング装置にお
いて、前記磁界検出手段は前記磁気センサを１つ保持して前記
複数点に移動配置する移動手段を備えたものであること
を特徴とする電流センシング装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の電流
センシング装置において、前記往復導体部は前記電流の流れる１つの導体をＵ字状
に曲げて形成されたものであることを特徴とする電流セ
ンシング装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の電流
センシング装置において、前記磁気センサはホール素子であることを特徴とする電
流センシング装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の電流
センシング装置は、回路遮断器に使用されるものである
ことを特徴とする電流センシング装置。