JPH10197567A

JPH10197567A - 電流測定器

Info

Publication number: JPH10197567A
Application number: JP8356580A
Authority: JP
Inventors: Hisao Ono; 久雄尾野; Takashi Araki; 喬荒木
Original assignee: Yupiteru Industries Co Ltd
Current assignee: Yupiteru Industries Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電流測定器内の内部抵抗を限りなく小さくし
ても電流を測定することができ、実際に流れる電流を高
精度に測定をすることができ、測定結果を各種装置へ出
力することができる電流測定器を提供すること【解決手段】測定対象の電流を通電するための測定用
コイル１０と、フラックスゲート型の磁気センサ１２と
を備える。そして、測定コイルに通電することにより発
生する磁界の強度を磁気センサで検出する。すると、磁
気センサは、ピックアップコイル１６にて微小磁界の変
化を精度よく検出でき、磁界強度に応じた電圧値として
出力される。そして、磁界の強度は、電流値に対して一
義的に決まるので、出力電圧から電流値を求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流測定器に関す
るものである。

【０００２】

【発明の背景】よく知られているように、電流を測定す
る電流計としては、例えば電磁石の一部を構成するコイ
ルに測定対象の電流を流し、その時に発生する磁界を利
用して機械的な方法により検針を所定角度振らせ、係る
振れたときの検針の目盛板上の位置を読むことにより、
電流値を検知する構成のものがある。

【０００３】しかし、係る構成では、目盛を人間が目視
により読みとるため、読み取り誤差があるばかりでな
く、個人差によるばらつきも生じる。さらに、係る測定
した電流値を記憶装置に記録する場合には、一旦人間が
読み取り、それを再度データ入力しなければならず、自
動的にデータを記録することはできない。さらには、係
る測定した電流値に基づいて、フィードバック制御，Ｐ
ＩＤ制御等の各種の制御を行おうとした場合には、上記
電磁誘導を利用した電流計では対処できなくなる。

【０００４】また、測定した電流値に関する情報を、デ
ジタルデータ（電気信号）として出力できるようにした
デジタルメータなる測定器もある。係るタイプのもので
は、自動的な測定データの転送・記録や、各種制御に用
いることができる。そして、係るデジタルメータも各種
のタイプのものがあるが、いずれにしてもその測定原理
は抵抗値が既知の精密な抵抗（基準抵抗）に電流を流
し、そのときの基準抵抗の両端子間での電圧降下を求
め、係る求めた電圧情報をオームの法則等を利用して電
流値に変換するようになっている。

【０００５】したがって、電圧として一旦取り出すこと
から、必ず基準抵抗の抵抗値は、一定値以上のものが必
要となり、零或いは限りなく零に近づけることはできな
い。その結果、その基準抵抗を電流が流れることにより
電圧降下分の損失が発生し、電流計を取り外した際に実
際に流れる電流値を精度よく測定することはできなかっ
た。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、電流測定器内の内部抵抗を限りなく小さくしても電
流を測定することができ、実際に流れる電流を高精度に
測定をすることができ、測定出力を目視はもちろんのこ
と各種装置へ出力することができる電流測定器を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る電流測定器では、測定対象の電流を
通電するための測定用コイルと、フラックスゲート型の
磁気センサとを備え、前記測定コイルに通電することに
より発生する磁力を前記磁気センサで検出し、通電した
電流値に応じた信号を出力するように構成した（請求項
１）。

【０００８】まず測定用コイルを、測定対象回路に直列
に接続し、当該測定用コイルに電流を流す。すると、測
定コイルからは通電した電流値に応じた磁界が発生す
る。そして、その磁界（磁力）を磁気センサで検出す
る。フラックスゲート型の磁気センサは、外部の微弱磁
界の変化を高精度に測定することができるので、電流値
の差に基づく磁界の変化を精度よく検出できる。そし
て、磁界の強さと電流値は１対１に対応しているので、
磁気センサからは、電流に応じた信号（電圧等）が出力
する。したがって、係る信号から電流値を算出できる。
そして、係る信号は電気信号となるので、外部の装置に
与えることができ、データを自動的に記録したり、別の
装置の制御に用いることができる。また、測定用コイル
では電圧降下を発生させる必要がないので、微小抵抗を
用いることができ、実際の回路に流れる電流とほぼ等し
い電流を測定コイルに通電でき、高精度な測定ができ
る。

【０００９】そして、好ましくは前記磁気センサは、ド
ライブコイルと、ピックアップコイルとを有し、前記ピ
ックアップコイルに対して加わる外部磁界の影響を消滅
させる所定の磁界を印加するためのキャンセルコイルを
さらに備えるようにできる（請求項２）。

【００１０】すなわち、高精度な測定を行うべく磁気セ
ンサを高感度にすると、地磁気や周囲の磁気等の外部磁
界の影響を受け、かえって測定用コイルから発生する磁
界を精度よく検出できなくなる。そこでキャンセルコイ
ルに所定の電流を流すことにより外部磁界と逆方向の磁
界を発生させ、当該外部磁界を打ち消す。これにより、
ピックアップコイルで検出する磁界は、測定用コイルか
ら発生する磁界のみとなり、誤差のない高精度な測定が
可能となる。

【００１１】さらにまた、少なくとも前記測定用コイル
を冷却する冷却手段をさらに備えるようにしてもよい
（請求項３）。すなわち、高精度な測定を行うために
は、磁気センサ自体の感度を高くすることとは別に、測
定用コイルでの電圧降下を少なくし、通電する電流値
が、測定用コイルがない実際の回路に流れる電流値と等
しくするのがよい。そこで、冷却手段で測定用コイルを
冷却することにより、抵抗値をさらに小さくし、より高
精度な測定を可能とする。そして、冷却手段としては、
冷蔵・冷凍装置のような装置でもよく、また、液体窒素
のように非常に低温度の媒体を用い、その媒体で冷却す
るようにしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の概
念図を示している。同図に示すように、測定対象の電流
を流す測定用コイル１０と、その測定用コイル１０から
発生する磁界を検出するフラックスゲート型の磁気セン
サ１２とを有している。そして、本形態の磁気センサ１
２では、所定の相対位置関係にあるドライブコイル１４
と、ピックアップコイル１６を有し、さらに地磁気その
他の外部磁界の影響を打ち消すための磁界を発生させる
キャンセルコイル１８を備えている。

【００１３】ドライブコイル１４は、仮想円周上を同一
方向に巻き付けながら１周するようにして構成されてい
る。これにより、図２に示すように、ドライブコイル１
４に電流を流すと、コイル各部位では仮想円周の接線方
向に磁界が発生する。そして、係るコイルは、１本の連
続したものであるので、各部位での電流は等しい。した
がって、ドライブコイル１４を任意の直径（例えば図２
上の上下方向）位置で半割り、その両側の磁界の強度
（磁力）の総和は、「ベクトルＨ」と「ベクトル−Ｈ」
となり、絶対量は等しく、磁界の向きが１８０度異なる
ようになる。そして、ドライブコイル１４に交流を印加
しても、具体的な磁界の向きは瞬時で異なるが、コイル
全体の磁力の総和は０となる。したがって、ドライブコ
イル１４から発生する仮想円周が属する平面方向の磁力
は０となる。よって、ピックアップコイル１４に対する
電磁誘導はなく、ピックアップコイル１４の出力電圧ｖ
も０となる。

【００１４】また、測定用コイル１０と、ピックアップ
コイル１６とは、同軸状に配置している。これにより、
測定コイル１０から発生する磁界は、ピックアップコイ
ル１６を切るようになる。そこで、測定用コイル１０に
測定対象の電流を通電すると、図２中二点鎖線に示すよ
うに、その通電した電流の大きさに応じた磁界（ベクト
ルＨ0 ）が発生する。したがって、測定コイル１０から
発生した磁界は、上記したドライブコイル１４の２分割
した両側に対してそれぞれＨ0 ずつ印加されるので、結
局ピックアップコイル１６には、その測定用コイル１０
から発生した磁界の２倍（２Ｈ0 ）が加わり、電磁誘導
により係る２Ｈ0 に応じた起電力ｖが発生する。

【００１５】つまり、このピックアップコイル１６の出
力は、測定用コイル１０から発生する磁界、すなわち、
測定用コイル１０に通電された電流の大きさに応じた電
圧信号となる。さらに、係るピックアップコイル１６の
出力端子に出現する電圧は、アナログデータであるの
で、本例では、さらにその出力端子に電流算出部２０を
接続し、デジタルデータとして出力可能としている。

【００１６】つまり、電流算出部２０は、まず与えられ
た電圧信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータにする。そ
して、所定の演算処理を行い、電流値を求め出力するよ
うになっている。すなわち、電圧信号と、通電された電
流値とは一義的に対応するので、例えば予め電流値と電
圧値との相関を求め、それをテーブルとして保持してお
き、与えられた電圧値に基づいてテーブルを参照し、電
流値を検出することができる。また、電流値と電圧値の
相関が、各種の演算式（近似式も含む）で表せる場合に
は、係る演算式に電圧値を代入して求めるようにしても
よい。

【００１７】また、測定精度を向上させるためには、測
定用コイル１０の抵抗値を小さくする必要がある。そこ
で、本形態では、図３に示すように、太径（例えば１．
５ｍｍ）の銅線１０ａの周囲を絶縁チューブ１０ｂで被
覆したものを所定回数（例えば１２ターン）巻き付けた
ものを用いることができる。上記した寸法のものとする
と、その測定用コイル１０の抵抗値は０．２Ω以下とす
ることができ、測定用コイル１０がない通常の状態にお
ける電流とほとんど等しい状態（測定用コイル１０の抵
抗値を無視できる）とすることができる。

【００１８】そして、本形態では、測定用コイル１０に
電流が流れることにより発生する磁界を検出することに
より、電流値を求めるようにしたため、従来のデジタル
メータのように電圧降下を生じさせる必要がない。その
ため、測定用コイル１０の抵抗値を可及的に小さくして
も電流値を検出することができ、しかも、小さいほどそ
こでの損失が少なくなり、実際の動作中（電流測定器を
設けない）時に流れる電流そのものを測定することがで
きる。

【００１９】さらに、図示省略するが、少なくとも測定
用コイル１０を、冷却手段内に実装し、測定用コイル１
０を冷却し、その温度を低下させるようにしてもよい。
係る構成をとると、測定用コイル１０の抵抗値が、常温
時の抵抗値に比べてさらに低下することになり、より高
精度な測定を行うことができる。そして、冷却手段とし
ては、例えば電気的な冷蔵装置・冷凍装置のような装置
でもよく、或いは、液体窒素等の冷却媒体を用い、その
媒体内に浸漬させてもよく、各種の方式をとることがで
きる。

【００２０】さらにまた、本例では、電流算出部２０の
出力をキャンセルコイル１８に通電する可変低電流電源
２２に与え、出力電流を調整するようになっている。つ
まり、上記したように、原理的（理想的）には測定コイ
ル１０に通電されていない場合には、ピックアップコイ
ル１６の出力は０になるが、例えば磁気センサ１２の感
度を高くすると、地磁気やその他の外部磁界（ノイズ）
を検出してしまうおそれがある。

【００２１】そこで、測定コイル１０を開放（測定対象
物に接続しない）状態の時に、キャンセルコイル１８に
可変定電流電源２２から定電流を通電し、外部磁界と反
対方向の磁界を発生させ、外部磁界をキャンセルするよ
うにしている。そして、係る調整は、ピックアップコイ
ル１６の出力が０になるようする。つまり、電流算出部
２０の出力が０になるように可変定電流電源２２から制
御信号を出力する。そして、出力が０になった時の可変
定電流電源２２の出力を維持しながら、実際の測定を行
う。

【００２２】なお、上記したように自動調整を行うので
はなく、可変定電流電源２２にボリュームを設け、手動
により出力が０になるように制御してもよい。係る場合
には、例えば電流算出部２０に表示装置を設け、電流値
を目視により確認したり、ＬＥＤ等を点灯させる等し
て、調整が完了したことを知らせるようにするなど、調
整が完了したことを作業者に知らせる機構を設けるのが
好ましい。

【００２３】図４は、上記した実施の形態を実際の装置
に適用した例について示している。同図に示すように、
両端開口した四角柱状の樹脂製の枠体２４の内部に、ド
ライブコイル１４を挿入する。そして、その枠体２４の
外周囲にピックアップコイル１６を巻き付け、さらにそ
の外側に測定用コイル１０を巻き付けている。なお、こ
のように測定用コイル１０を外側にしたのは、コイルを
形成する銅線の径の差である。さらに、キャンセルコイ
ル１８を設ける場合には、ピックアップコイル１６の内
側或いは外側（測定用コイル１０よりも内側）に、巻き
付けるようになる。

【００２４】なお、図示の状態では、各コイルを重ねる
ようにした配置したが、本発明はこれに限ることはな
く、軸方向にずらして配置してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明に係る電流測定器で
は、測定用コイルに電流を流す際に発生する磁界を検出
し、その磁界の強さから電流値を求めるため、電流測定
器内の内部抵抗（測定用コイル）で電圧降下を生じさせ
る必要はない。したがって、係る測定用コイルの抵抗値
を限りなく小さくしても電流を測定することができると
ともに、実際に流れる電流を高精度に測定をすることが
できる。そして、磁気センサの検出出力は、電気信号と
なるので、各種の表示手段を接続することにより測定出
力を目視で検出することができる。また、係る電気信号
を他の装置へ出力することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電流測定器の好適な一実施の形態
を示す概略図である。

【図２】その動作原理を示す図である。

【図３】測定用コイルの一例を示す図である。

【図４】電流測定器の外観図である。

【符号の説明】

１０測定用コイル１２フラックスゲート型磁気センサ１４ドライブコイル１６ピックアップコイル１８キャンセルコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の電流を通電するための測定用
コイルと、フラックスゲート型の磁気センサとを備え、前記測定コイルに通電することにより発生する磁力を前
記磁気センサで検出し、通電した電流値に応じた信号を
出力するようにしたことを特徴とする電流測定器。
【請求項２】前記磁気センサは、ドライブコイルと、
ピックアップコイルとを有し、前記ピックアップコイルに対して加わる外部磁界の影響
を消滅させる所定の磁界を印加するためのキャンセルコ
イルをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の
電流測定器
【請求項３】少なくとも前記測定用コイルを冷却する
冷却手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１また
は２に記載の電流測定器。