JPH10307156A - ｎ本の導体中の電流を測定する方法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents
ｎ本の導体中の電流を測定する方法およびこの方法を実施する装置Info
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- JPH10307156A JPH10307156A JP10108138A JP10813898A JPH10307156A JP H10307156 A JPH10307156 A JP H10307156A JP 10108138 A JP10108138 A JP 10108138A JP 10813898 A JP10813898 A JP 10813898A JP H10307156 A JPH10307156 A JP H10307156A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定装置を技術的に単純化し、コンパクトな
構造にし、簡単な計算で所望の値を得ることのできる、
少なくとも二本の導体の電流を測定する方法を提示す
る。そして、単純でコンパクトな構造に特徴のあるこの
方法を実施する装置を提供する。 【解決手段】 ｎ本の導体（ｎ≧２でｎ＝整数）中の電
流を測定する方法にあって、ｎ−１個の磁気抵抗センサ
Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3,... Ｍn-1 を用いてｎ本の導体中の電流の
測定を行い、これ等のセンサが一つの導体電流またはそ
れ以上の導体電流から生じる磁場強度の差を測定するグ
ラジオメータとして形成されている。また、上記の方法
を実施する装置にあって、導体電流のためにｎ本の電流
導体をｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ2 の近くに配置
し、これ等のセンサＭ1,Ｍ2 が二つの導体電流で生じる
磁場強度の差を検出するように設計されている。
構造にし、簡単な計算で所望の値を得ることのできる、
少なくとも二本の導体の電流を測定する方法を提示す
る。そして、単純でコンパクトな構造に特徴のあるこの
方法を実施する装置を提供する。 【解決手段】 ｎ本の導体（ｎ≧２でｎ＝整数）中の電
流を測定する方法にあって、ｎ−１個の磁気抵抗センサ
Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3,... Ｍn-1 を用いてｎ本の導体中の電流の
測定を行い、これ等のセンサが一つの導体電流またはそ
れ以上の導体電流から生じる磁場強度の差を測定するグ
ラジオメータとして形成されている。また、上記の方法
を実施する装置にあって、導体電流のためにｎ本の電流
導体をｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ2 の近くに配置
し、これ等のセンサＭ1,Ｍ2 が二つの導体電流で生じる
磁場強度の差を検出するように設計されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ｎ本の導体（ｎ
＝自然数でｎ≧ 2）の電流を測定する方法およびこの方
法を実施する装置に関する。
＝自然数でｎ≧ 2）の電流を測定する方法およびこの方
法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術（ドイツ公告特許第 43 00 6
05号明細書）によれば、磁気抵抗センサ・チップを用い
て電流を測定することが知られている。この場合、出力
信号が測定すべき電流に比例している。磁気抵抗センサ
・チップを用いて、電流により誘起する磁場とこの磁場
の勾配をセンサ・チップで測定して、電位を加えること
なく、電流の電流強度を測定することができる。
05号明細書）によれば、磁気抵抗センサ・チップを用い
て電流を測定することが知られている。この場合、出力
信号が測定すべき電流に比例している。磁気抵抗センサ
・チップを用いて、電流により誘起する磁場とこの磁場
の勾配をセンサ・チップで測定して、電位を加えること
なく、電流の電流強度を測定することができる。
【０００３】従来の技術により三相電流を測定する場合
にはホール変換器を使用する。このホール変換器の難点
は、ホール素子の磁場感度が物理的に予め与えられてい
るため、何れの場合でも、磁束を導き磁場を集中させる
ため磁芯（積層板あるいはフェライト）を使用しなけれ
ばならい点にある。従って、構造容積が比較的大きくな
り、これは、例えばハイブリッド回路のような面状の組
込技術の集積にとって大きな障害になる。そのため、ホ
ール素子を磁束集中体の空隙の中に組み込まなければな
らず、これは測定導体が鉄心に対して十分絶縁されてい
ない限り、密封処置を講じて空気区域と漏れ区域を維持
するため経費を高める。
にはホール変換器を使用する。このホール変換器の難点
は、ホール素子の磁場感度が物理的に予め与えられてい
るため、何れの場合でも、磁束を導き磁場を集中させる
ため磁芯（積層板あるいはフェライト）を使用しなけれ
ばならい点にある。従って、構造容積が比較的大きくな
り、これは、例えばハイブリッド回路のような面状の組
込技術の集積にとって大きな障害になる。そのため、ホ
ール素子を磁束集中体の空隙の中に組み込まなければな
らず、これは測定導体が鉄心に対して十分絶縁されてい
ない限り、密封処置を講じて空気区域と漏れ区域を維持
するため経費を高める。
【０００４】欧州公開特許第 597 404号によれば、電流
を測定するためより少ないセンサで動作する、つまり例
えば２個のセンサで三導体システムの電流を測定する装
置は周知である。この刊行物によれば、電流導体の個々
の磁場を測定するために使用するのではなく、多導体系
で個々の磁場を重ねて生じる合成磁場を測定するために
使用する（第２頁の第 50 〜 52 行）。磁場をベクトル
的に検出してこの配置の角度が分かるはずである。その
ため、複雑な計算が必要となり、これには経費が掛かり
実用的でない。
を測定するためより少ないセンサで動作する、つまり例
えば２個のセンサで三導体システムの電流を測定する装
置は周知である。この刊行物によれば、電流導体の個々
の磁場を測定するために使用するのではなく、多導体系
で個々の磁場を重ねて生じる合成磁場を測定するために
使用する（第２頁の第 50 〜 52 行）。磁場をベクトル
的に検出してこの配置の角度が分かるはずである。その
ため、複雑な計算が必要となり、これには経費が掛かり
実用的でない。
【０００５】更に、刊行物、欧州公開特許第 597 404号
明細書によれば、ベクトル磁場に比例する電気測定信号
を出力するセンサが必要である。
明細書によれば、ベクトル磁場に比例する電気測定信号
を出力するセンサが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、測
定装置を技術的に単純化し、コンパクトな構造にし、簡
単な計算で所望の値を得ることのできる、少なくとも二
本の導体の電流を測定する方法を提示し、単純でコンパ
クトな構造に特徴のあるこの方法を実施する装置を提供
することにある。
定装置を技術的に単純化し、コンパクトな構造にし、簡
単な計算で所望の値を得ることのできる、少なくとも二
本の導体の電流を測定する方法を提示し、単純でコンパ
クトな構造に特徴のあるこの方法を実施する装置を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、ｎ本の導体（ｎ≧２でｎ＝整数）中の電流を測
定する方法にあって、ｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ
2,Ｍ3,... Ｍn-1 を用いてｎ本の導体中の電流の測定を
行い、これ等のセンサが一つの導体電流またはそれ以上
の導体電流から生じる磁場強度の差を測定するグラジオ
メータとして形成されていることによって解決されてい
る。
により、ｎ本の導体（ｎ≧２でｎ＝整数）中の電流を測
定する方法にあって、ｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ
2,Ｍ3,... Ｍn-1 を用いてｎ本の導体中の電流の測定を
行い、これ等のセンサが一つの導体電流またはそれ以上
の導体電流から生じる磁場強度の差を測定するグラジオ
メータとして形成されていることによって解決されてい
る。
【０００８】更に、上記の課題は、この発明により、上
記の方法を実施する装置にあって、導体電流のためにｎ
本の電流導体をｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ2 の近
くに配置し、これ等のセンサＭ1,Ｍ2 が二つの導体電流
で生じる磁場強度の差を検出するように設計されている
ことによって解決されている。
記の方法を実施する装置にあって、導体電流のためにｎ
本の電流導体をｎ−１個の磁気抵抗センサＭ1,Ｍ2 の近
くに配置し、これ等のセンサＭ1,Ｍ2 が二つの導体電流
で生じる磁場強度の差を検出するように設計されている
ことによって解決されている。
【０００９】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明によりグラジオメータと
して形成された磁気抵抗センサを使用して、つまり導体
の電流により発生する磁場を検出して、この発明による
方法でｎ本の導体に対してｎ−１個のスカラー量を得て
いる。この発明によれば、単純な計算で所望の値を得て
いる。
して形成された磁気抵抗センサを使用して、つまり導体
の電流により発生する磁場を検出して、この発明による
方法でｎ本の導体に対してｎ−１個のスカラー量を得て
いる。この発明によれば、単純な計算で所望の値を得て
いる。
【００１１】この発明によれば、ｎ本の導体の電流の測
定をｎ−１個の磁気抵抗センサ（ｎ≧ 2）を用いて行
う。これにより、先ず第一に、ホール変換器で測定する
のとは異なり、磁束集中体を省くことができる。何故な
ら、磁気抵抗技術の磁場感度はホール効果の磁場感度よ
り約 20 の係数ほどになるからである。更に、磁気抵抗
センサはホール効果に基づく電流センサに比べて非常に
コンパクトな構造を持っている。これは、先ず第一にホ
ール素子の物理的に予め与えられた磁場感度のために、
何れの場合でも、磁気抵抗センサの場合には省くことの
できる磁束を案内し磁場を集中させるため鉄心を使用す
る必要がないと言う事実に基づいている。更に、導体は
磁場を補償するために磁気抵抗センサの場合にマイクロ
システム技術による解決策としてセンサ・チップ内に組
み込まれているので、これによっても非常にコンパクト
な構造となる。更に、磁気抵抗電流センサに基づく技術
は、例えばシャント抵抗に対して電位を切り離した電流
測定の時に必要となるような、高い測定電位に対して何
ら補助電力を必要としない。
定をｎ−１個の磁気抵抗センサ（ｎ≧ 2）を用いて行
う。これにより、先ず第一に、ホール変換器で測定する
のとは異なり、磁束集中体を省くことができる。何故な
ら、磁気抵抗技術の磁場感度はホール効果の磁場感度よ
り約 20 の係数ほどになるからである。更に、磁気抵抗
センサはホール効果に基づく電流センサに比べて非常に
コンパクトな構造を持っている。これは、先ず第一にホ
ール素子の物理的に予め与えられた磁場感度のために、
何れの場合でも、磁気抵抗センサの場合には省くことの
できる磁束を案内し磁場を集中させるため鉄心を使用す
る必要がないと言う事実に基づいている。更に、導体は
磁場を補償するために磁気抵抗センサの場合にマイクロ
システム技術による解決策としてセンサ・チップ内に組
み込まれているので、これによっても非常にコンパクト
な構造となる。更に、磁気抵抗電流センサに基づく技術
は、例えばシャント抵抗に対して電位を切り離した電流
測定の時に必要となるような、高い測定電位に対して何
ら補助電力を必要としない。
【００１２】この発明によれば、この発明による構造を
大幅に変更するため、磁束集中体を使用することも可能
である。この発明によるコンパクトな構造は、従来の技
術とは異なり、得られている。何故なら、磁束集中体を
配置することにより、磁気抵抗センサを蜜接配置するこ
とができるからである。従って、磁気抵抗センサを使用
して得られるコンパクトな構造が得られている。
大幅に変更するため、磁束集中体を使用することも可能
である。この発明によるコンパクトな構造は、従来の技
術とは異なり、得られている。何故なら、磁束集中体を
配置することにより、磁気抵抗センサを蜜接配置するこ
とができるからである。従って、磁気抵抗センサを使用
して得られるコンパクトな構造が得られている。
【００１３】電流の測定は、磁気抵抗センサ技術でも、
電流の流れる導体の磁場を測定することに帰する。
電流の流れる導体の磁場を測定することに帰する。
【００１４】この発明によれば、少なくとも２本の導体
の電流を単純でコンパクトな構造にして測定できる。例
えば、インバータのモータ出力に対する三相電流の測定
を行うことができる。あるいは、この発明による方法
は、例えば周波数変換器内あるいはサーボ制御器内のよ
うな電気駆動部の電力調整回路に使用できる。
の電流を単純でコンパクトな構造にして測定できる。例
えば、インバータのモータ出力に対する三相電流の測定
を行うことができる。あるいは、この発明による方法
は、例えば周波数変換器内あるいはサーボ制御器内のよ
うな電気駆動部の電力調整回路に使用できる。
【００１５】ｎ本の導体の電流をｎ−１個の磁気抵抗セ
ンサで測定して求めることにより、この発明の他の構成
によれば、この発明による方法を誤差検知にも使用する
ことができる。個々の電流の電流強度を測定することに
より、過電流および／または誤動作電流を検出し、その
場合に、例えば駆動技術による使用に対応するモジュー
ルを保護することができる。
ンサで測定して求めることにより、この発明の他の構成
によれば、この発明による方法を誤差検知にも使用する
ことができる。個々の電流の電流強度を測定することに
より、過電流および／または誤動作電流を検出し、その
場合に、例えば駆動技術による使用に対応するモジュー
ルを保護することができる。
【００１６】更に、電流測定から、例えば電圧や出力の
ような他の量を導くことができる。
ような他の量を導くことができる。
【００１７】短絡の場合、例えば最終段回路を確実に止
めるには 10 マイクロ秒より短い反応時間を必要とす
る。この保護はこの発明による装置で保証できる。
めるには 10 マイクロ秒より短い反応時間を必要とす
る。この保護はこの発明による装置で保証できる。
【００１８】過負荷保護は、例えば積分∫i2dtあるいは
∫i dtを監視して、あるいは温度検知器により行われ
る。
∫i dtを監視して、あるいは温度検知器により行われ
る。
【００１９】従来の技術で普通の三相電流を前提とすれ
ば、三相電流の電流強度を測定するため、この発明によ
れば二つの磁気抵抗センサが必要である。
ば、三相電流の電流強度を測定するため、この発明によ
れば二つの磁気抵抗センサが必要である。
【００２０】出力信号として、磁気抵抗センサは測定す
べき電流に比例する信号を出力する。電流導体中の電流
の流れの方向に応じて、センサは電流導体の磁場の差を
測定するか、あるいはこれ等の磁場を互いに加算する。
べき電流に比例する信号を出力する。電流導体中の電流
の流れの方向に応じて、センサは電流導体の磁場の差を
測定するか、あるいはこれ等の磁場を互いに加算する。
【００２１】三相電流の測定を行い、三相電流が正の電
流方向なら、三相電流を測定する場合に使用する二つの
磁気抵抗センサが三つの電流導体のそれぞれ二つのから
の磁場強度の差を測定し、出力信号としてそれぞれ相電
流の各電流強度の差に比例する電圧を直接出力する。こ
れに対する式と各時点で全ての電流強度を積算すると零
になると言う規則を設定して、それに応じた関係を形成
できるので、二つのセンサを用いて三つの電流に関する
情報を得ることができる。
流方向なら、三相電流を測定する場合に使用する二つの
磁気抵抗センサが三つの電流導体のそれぞれ二つのから
の磁場強度の差を測定し、出力信号としてそれぞれ相電
流の各電流強度の差に比例する電圧を直接出力する。こ
れに対する式と各時点で全ての電流強度を積算すると零
になると言う規則を設定して、それに応じた関係を形成
できるので、二つのセンサを用いて三つの電流に関する
情報を得ることができる。
【００２２】導体がフェライト磁芯を通して案内される
磁束集中体を有するこの発明による測定装置では、以下
の利点が生じる。即ち、 ・導体の幾何学形状から磁場の強度や磁場の変化を取り
出せる。 ・一次導体の横断面が拡大する、何故なら磁束の集中が
導体通路を狭めて行われないからである。一次導体の横
断面を狭めると損失出力が少なくなる。これにより、Ｓ
ＭＤモジュール（Surface Mounted Device＝表面組込可
能な部品）として実現できる。 ・フェライト磁芯で磁気シールドすることにより、場合
によって回路ホルダーおよび／または冷却面として使用
され、測定装置の下に組み込む金属基板内に、例えばＩ
ＭＳ（Insulated Metal Substrate ; 絶縁金属基板) あ
るいはＤＣＢ（Direct Copper Bonding ; 直接銅ボンデ
ング）基板あるいはハウジング部材のような他の金属部
品内に渦電流の発生が少ない。 ・表皮効果あるいは近接効果の電磁作用を低減する。 ・外部の擾乱磁場のシールド。 ・磁束集中体によりコンパクトな構造が可能である。
磁束集中体を有するこの発明による測定装置では、以下
の利点が生じる。即ち、 ・導体の幾何学形状から磁場の強度や磁場の変化を取り
出せる。 ・一次導体の横断面が拡大する、何故なら磁束の集中が
導体通路を狭めて行われないからである。一次導体の横
断面を狭めると損失出力が少なくなる。これにより、Ｓ
ＭＤモジュール（Surface Mounted Device＝表面組込可
能な部品）として実現できる。 ・フェライト磁芯で磁気シールドすることにより、場合
によって回路ホルダーおよび／または冷却面として使用
され、測定装置の下に組み込む金属基板内に、例えばＩ
ＭＳ（Insulated Metal Substrate ; 絶縁金属基板) あ
るいはＤＣＢ（Direct Copper Bonding ; 直接銅ボンデ
ング）基板あるいはハウジング部材のような他の金属部
品内に渦電流の発生が少ない。 ・表皮効果あるいは近接効果の電磁作用を低減する。 ・外部の擾乱磁場のシールド。 ・磁束集中体によりコンパクトな構造が可能である。
【００２３】磁束集中体を備えた測定装置の構造は、磁
束集中体が基本的に幾分場所を必要とするが、磁束集中
体のない構造よりも場所を取らない。この状況は、磁束
集中体を使用する場合、センサを蜜に並べて配置でき、
従って場所の要請をほぼ等しくすることに由来する。
束集中体が基本的に幾分場所を必要とするが、磁束集中
体のない構造よりも場所を取らない。この状況は、磁束
集中体を使用する場合、センサを蜜に並べて配置でき、
従って場所の要請をほぼ等しくすることに由来する。
【００２４】
【実施例】以下、実施例を示す添付図面を参照してこの
発明をより詳しく説明する。
発明をより詳しく説明する。
【００２５】図１は、絶縁体２の上に配置されたセンサ
・チップＭ1 を持つ装置１を示す。センサ・チップＭ1
に対向する絶縁体２の側には、二つの電流導体１１，１
２が配置されている。電流導体１１には強度ｉ1 の電流
が流れ、電流導体１２には強度ｉ2 の電流が流れる。電
流導体１１の電流の向きは図面に入る方向であり、電流
導体１２の電流の向きは図面から出る方向である。
・チップＭ1 を持つ装置１を示す。センサ・チップＭ1
に対向する絶縁体２の側には、二つの電流導体１１，１
２が配置されている。電流導体１１には強度ｉ1 の電流
が流れ、電流導体１２には強度ｉ2 の電流が流れる。電
流導体１１の電流の向きは図面に入る方向であり、電流
導体１２の電流の向きは図面から出る方向である。
【００２６】電流によるＸ方向の磁場を考慮すると、図
２に示す曲線が得られる。磁気センサＭ1 は磁場勾配を
測定するセンサとして形成されているので、このセンサ
を用いると、例えば測定点ＡとＢの間の磁場の差を測定
できる。
２に示す曲線が得られる。磁気センサＭ1 は磁場勾配を
測定するセンサとして形成されているので、このセンサ
を用いると、例えば測定点ＡとＢの間の磁場の差を測定
できる。
【００２７】図３によれば、３つの電流導体２１，２
２，２３が設けてあり、これ等の導体中にはそれぞれ強
度ｉ1,ｉ2,ｉ3 の電流が流れる。図３によれば、これ等
の電流は同じ方向に流れている。この場合、その方向が
図面に入る方向であるか、図面から出る方向であるかは
問題ではない。
２，２３が設けてあり、これ等の導体中にはそれぞれ強
度ｉ1,ｉ2,ｉ3 の電流が流れる。図３によれば、これ等
の電流は同じ方向に流れている。この場合、その方向が
図面に入る方向であるか、図面から出る方向であるかは
問題ではない。
【００２８】センサＭ1 とＭ2 は電流導体２１，２２；
２２，２３の磁場強度の差を測定し、直接出力信号とし
て、各電流強度ｉ1,ｉ2,ｉ3 の差に比例する値のそれぞ
れ一つの電圧を与える。
２２，２３の磁場強度の差を測定し、直接出力信号とし
て、各電流強度ｉ1,ｉ2,ｉ3 の差に比例する値のそれぞ
れ一つの電圧を与える。
【００２９】従って、以下の関係、 ｕM1＝Ｋ1(ｉ1 −ｉ2 ） (1) ｕM2＝Ｋ2(ｉ2 −ｉ3 ） (2) Ｋ＝比例係数 が得られる。三つの電流強度の和は零に等しいという規
則により、第三の式、 Σｉn ＝ｉ1 ＋ｉ2 ＋ｉ3 ＝ 0, ｎ＝ 1, 2 ,3 (3) こうして、三つの未知量ｉ1,ｉ2,ｉ3 に対して三つの式
が得られる。
則により、第三の式、 Σｉn ＝ｉ1 ＋ｉ2 ＋ｉ3 ＝ 0, ｎ＝ 1, 2 ,3 (3) こうして、三つの未知量ｉ1,ｉ2,ｉ3 に対して三つの式
が得られる。
【００３０】センサＭ1 とＭ2 のところで出力信号とし
て得られた電圧の差をとると、 ｕM1−ｕM2＝Ｋ1(ｉ1 −ｉ2 ）−Ｋ2(ｉ2 −ｉ3 ） (4) が得られる。
て得られた電圧の差をとると、 ｕM1−ｕM2＝Ｋ1(ｉ1 −ｉ2 ）−Ｋ2(ｉ2 −ｉ3 ） (4) が得られる。
【００３１】センサＭ1 とＭ2 のところで得られた電圧
の和をとると、 ｕM1＋ｕM2＝Ｋ1(ｉ1 −ｉ2 ）＋Ｋ2(ｉ2 −ｉ3 ） (5) が得られる。式 (3)から、 ｉ1 ＋ｉ3 ＝−ｉ2 となる。図３の配置では、適当な校正により、Ｋ1 ＝Ｋ
2 ＝Ｋとなることに配慮することができる。これによ
り、式(4) から、 ｕM1−ｕM2＝Ｋ（ｉ1 ＋ｉ3 − 2ｉ2 ）＝Ｋ（− 3
ｉ2 ） となる。
の和をとると、 ｕM1＋ｕM2＝Ｋ1(ｉ1 −ｉ2 ）＋Ｋ2(ｉ2 −ｉ3 ） (5) が得られる。式 (3)から、 ｉ1 ＋ｉ3 ＝−ｉ2 となる。図３の配置では、適当な校正により、Ｋ1 ＝Ｋ
2 ＝Ｋとなることに配慮することができる。これによ
り、式(4) から、 ｕM1−ｕM2＝Ｋ（ｉ1 ＋ｉ3 − 2ｉ2 ）＝Ｋ（− 3
ｉ2 ） となる。
【００３２】これに応じた更なる計算により、電流強度
ｉ1 とｉ3 に対する対応する値が得られるので、磁気抵
抗センサＭ1,Ｍ2 で得られる電圧により電流導体２１，
２２，２３を流れる電流ｉ1,ｉ2,ｉ3 に関する情報を得
る。
ｉ1 とｉ3 に対する対応する値が得られるので、磁気抵
抗センサＭ1,Ｍ2 で得られる電圧により電流導体２１，
２２，２３を流れる電流ｉ1,ｉ2,ｉ3 に関する情報を得
る。
【００３３】図４にセンサ・チップに対して示す特性曲
線のほぼ直線状の領域（Ｄ）で測定を行うと好ましい。
誤動作の場合、例えば短絡が生じると、図４の特性曲線
の領域（Ｃ）で測定すれば未だ誤差なしでも測定でき
る。
線のほぼ直線状の領域（Ｄ）で測定を行うと好ましい。
誤動作の場合、例えば短絡が生じると、図４の特性曲線
の領域（Ｃ）で測定すれば未だ誤差なしでも測定でき
る。
【００３４】補償電流によりほぼ直線状の特性曲線領域
で測定する調整を行うと有利である。しかし、補償電流
なしに測定を行うこともできる。
で測定する調整を行うと有利である。しかし、補償電流
なしに測定を行うこともできる。
【００３５】図３に示すように、電流ｉ1,ｉ2,ｉ3 が同
じ方向に流れると、可能な電流強度の全ての差がセンサ
Ｍ1,Ｍ2 により求まる。
じ方向に流れると、可能な電流強度の全ての差がセンサ
Ｍ1,Ｍ2 により求まる。
【００３６】例えば、電流が負の方向に流れるように電
流導体を配置することもできるので、センサＭ1,Ｍ2 に
より磁場の強度の差が求まるのでなく、この場合、磁場
の強度の和が求まる。これは、センサＭ1 とＭ2 が比較
的大きい磁場を測定することを意味し、これは再びセン
サＭ1 とＭ2 の信号の最大値がかなり大きいことを意味
する。その場合、センサは特性曲線の高い領域にあり、
特性曲線の限界領域に近いか、あるいはこの限界を越え
ている。この構成は他の理由からも非常に有利である。
何故なら、電流の流れ方向が逆である場合、磁場の差が
生じなくて、この場合には測定値の平均ができなくなる
からである。
流導体を配置することもできるので、センサＭ1,Ｍ2 に
より磁場の強度の差が求まるのでなく、この場合、磁場
の強度の和が求まる。これは、センサＭ1 とＭ2 が比較
的大きい磁場を測定することを意味し、これは再びセン
サＭ1 とＭ2 の信号の最大値がかなり大きいことを意味
する。その場合、センサは特性曲線の高い領域にあり、
特性曲線の限界領域に近いか、あるいはこの限界を越え
ている。この構成は他の理由からも非常に有利である。
何故なら、電流の流れ方向が逆である場合、磁場の差が
生じなくて、この場合には測定値の平均ができなくなる
からである。
【００３７】この発明によれば、補償電流を用いても、
用いなくても磁気抵抗センサを使用することができる。
補償電流を用いないなら、センサの出力信号は測定すべ
き電流の直線状グラフとならない。例えば、この場合の
出力信号が正弦波電流ｉ1,ｉ 2,ｉ3 の場合に正弦波状に
形成されない。何故なら、動作点が特性曲線の高いとこ
ろにあるからである。この場合、電流の強度の和を検出
する、つまり電流の負の電流方向を選ぶことも不利であ
る。何故なら、この場合には、再び上昇する特性曲線の
領域から出る恐れが生じるからである。
用いなくても磁気抵抗センサを使用することができる。
補償電流を用いないなら、センサの出力信号は測定すべ
き電流の直線状グラフとならない。例えば、この場合の
出力信号が正弦波電流ｉ1,ｉ 2,ｉ3 の場合に正弦波状に
形成されない。何故なら、動作点が特性曲線の高いとこ
ろにあるからである。この場合、電流の強度の和を検出
する、つまり電流の負の電流方向を選ぶことも不利であ
る。何故なら、この場合には、再び上昇する特性曲線の
領域から出る恐れが生じるからである。
【００３８】これは、全ての電流が同じ方向に流れる場
合、補償電流をより良く省けることを意味する。
合、補償電流をより良く省けることを意味する。
【００３９】図５はセンサ・チップＭ1,Ｍ2 を有するこ
の発明による電流測定装置２５を示す。センサ・チップ
Ｍ1 の測定領域には電流導体２１，２２が配置されてい
る。センサ・チップＭ2 の測定領域には電流導体２２，
２３が配置されている。
の発明による電流測定装置２５を示す。センサ・チップ
Ｍ1 の測定領域には電流導体２１，２２が配置されてい
る。センサ・チップＭ2 の測定領域には電流導体２２，
２３が配置されている。
【００４０】電流導体２３はセンサ・チップＭ1 の測定
領域に対して大きな間隔にして配置されている。同様
に、電流導体２１は、擾乱磁場の影響をなくするため、
もしくは低減するため、センサ・チップＭ2 の測定領域
に対して大きな間隔にして配置されている。
領域に対して大きな間隔にして配置されている。同様
に、電流導体２１は、擾乱磁場の影響をなくするため、
もしくは低減するため、センサ・チップＭ2 の測定領域
に対して大きな間隔にして配置されている。
【００４１】電流の強度ｉ1,ｉ2,ｉ3 を求めることによ
り、短絡あるいは地絡を確認し、例えば最終段回路を確
実に止めることを保証するため、それ等に非常に短い反
応時間内で反応することができる。
り、短絡あるいは地絡を確認し、例えば最終段回路を確
実に止めることを保証するため、それ等に非常に短い反
応時間内で反応することができる。
【００４２】短絡の場合には、意図しない、例えば電流
導体２１と２２の間に接続が生じるので、センサ・チッ
プＭ1 は両方の電流導体で値として強く上昇する短絡電
流をほぼ測定する。
導体２１と２２の間に接続が生じるので、センサ・チッ
プＭ1 は両方の電流導体で値として強く上昇する短絡電
流をほぼ測定する。
【００４３】地絡の場合には、電流も非常に早く増大す
る。この電流は、地絡が何処にあるかに応じて、センサ
・チップの一方Ｍ1 かＭ2 により測定される。出力回路
段と後続する装置、例えばモータを保護するため、相電
流に対して最大の振幅を与える。この最大限界は比較器
中でセンサからの値と比較され、これにより最終段回路
の保護が保証される。
る。この電流は、地絡が何処にあるかに応じて、センサ
・チップの一方Ｍ1 かＭ2 により測定される。出力回路
段と後続する装置、例えばモータを保護するため、相電
流に対して最大の振幅を与える。この最大限界は比較器
中でセンサからの値と比較され、これにより最終段回路
の保護が保証される。
【００４４】図６は、絶縁体３の上に配置されているセ
ンサ・チップ３１を有する装置３０を示す。
ンサ・チップ３１を有する装置３０を示す。
【００４５】このセンサ・チップ３１に対向する絶縁体
３２の側には二つの電流導体３３，３４が配置されてい
る。これ等の電流導体３３，３４は断面がほぼＥ字型に
形成されているフェライト磁芯３５の中に配置されてい
る。各電流導体３３，３４はフェライト磁芯の空気通路
の中でフェライト磁芯の両脚の間にこれ等の脚に対して
間隔を保って配置されている。
３２の側には二つの電流導体３３，３４が配置されてい
る。これ等の電流導体３３，３４は断面がほぼＥ字型に
形成されているフェライト磁芯３５の中に配置されてい
る。各電流導体３３，３４はフェライト磁芯の空気通路
の中でフェライト磁芯の両脚の間にこれ等の脚に対して
間隔を保って配置されている。
【００４６】図７には、装置３６の他の構成が示してあ
る。この装置３６には絶縁体３９の上に配置されている
二つのセンサ・チップ３７，３８がある。
る。この装置３６には絶縁体３９の上に配置されている
二つのセンサ・チップ３７，３８がある。
【００４７】電流導体４０には電流ｉ1 が流れ、電流導
体４１には電流ｉ2 が流れる。電流導体４０，４１の電
流の方向は図面に入る方向であり、電流導体４３，４４
の電流の方向も同じである。電流導体４２の電流は図面
から出る。電流導体４２は強度ｉ2 の電流を通す。
体４１には電流ｉ2 が流れる。電流導体４０，４１の電
流の方向は図面に入る方向であり、電流導体４３，４４
の電流の方向も同じである。電流導体４２の電流は図面
から出る。電流導体４２は強度ｉ2 の電流を通す。
【００４８】センサ・チップ３７は導体４０，４１にそ
れぞれ流れる電流ｉ1 とｉ2 による磁場の中にある。セ
ンサ・チップ３８は電流導体４３，４４の電流ｉ3 とｉ
4 のよる磁場の中にある。
れぞれ流れる電流ｉ1 とｉ2 による磁場の中にある。セ
ンサ・チップ３８は電流導体４３，４４の電流ｉ3 とｉ
4 のよる磁場の中にある。
【００４９】センサ・チップ３７，３８は、図５に示す
以外に、一定の高さにある、つまり隣接している。これ
は、電流導体４０，４１が断面をほぼＥ字型に形成した
フェライトの構造部品４５の中に配置されているので可
能である。同様に、電流導体４３，４４は断面をほぼＥ
字型に形成されたフェライト構造部品４６の中に配置さ
れている。
以外に、一定の高さにある、つまり隣接している。これ
は、電流導体４０，４１が断面をほぼＥ字型に形成した
フェライトの構造部品４５の中に配置されているので可
能である。同様に、電流導体４３，４４は断面をほぼＥ
字型に形成されたフェライト構造部品４６の中に配置さ
れている。
【００５０】フェライト磁芯を持つ図６と７に示す測定
装置により磁気シールで得られるので、隣接する金属ケ
ースおよび／または、例えばＩＭＳ（Insulated Metal
Substrate ; 絶縁金属基板）およびＤＣＢ（Direct Cop
per Bonding ; 直接銅ボンデイング）のような回路担体
により少ない渦電流が生じる。
装置により磁気シールで得られるので、隣接する金属ケ
ースおよび／または、例えばＩＭＳ（Insulated Metal
Substrate ; 絶縁金属基板）およびＤＣＢ（Direct Cop
per Bonding ; 直接銅ボンデイング）のような回路担体
により少ない渦電流が生じる。
【００５１】この配置の他の利点は外部擾乱磁場に対す
るシールドである。
るシールドである。
【００５２】コンパクトな構造は、図７により図５の構
造に比べて、磁気シールド作用のためセンサ３７，３８
をより近くに配置でき、これにより図５の構造とは異な
り隣接配置できることにより可能である。
造に比べて、磁気シールド作用のためセンサ３７，３８
をより近くに配置でき、これにより図５の構造とは異な
り隣接配置できることにより可能である。
【００５３】図８は電流空間ベクトル評価用の測定装置
を示す。
を示す。
【００５４】制御技術の目的のため三相電気機械のモデ
ルを形成する場合、空間フェーザー（独語 Zeiger = 米
語 Phasor)が達成されている。三相システムの重要な特
別な場合には、この考察方法で 120°/p（p ＝極対の
数）ほど三本の巻線が幾何学的にずれていることが評価
され、これ等の三つの巻線に対して有効な電気量が複素
空間ベクトル量になる。
ルを形成する場合、空間フェーザー（独語 Zeiger = 米
語 Phasor)が達成されている。三相システムの重要な特
別な場合には、この考察方法で 120°/p（p ＝極対の
数）ほど三本の巻線が幾何学的にずれていることが評価
され、これ等の三つの巻線に対して有効な電気量が複素
空間ベクトル量になる。
【００５５】台に固定された座標系では、実際の軸は巻
線ｕの作用方向に一致するように設定される。この時、
線ｕの作用方向に一致するように設定される。この時、
【外１】 となる。ここで、
【外２】 および Ｉs(t) ＝複素数 あるいは、
【外３】 である。
【００５６】電気機械では、通常Σｉa,b,c ＝0 である
ので、この空間フェーザーの式は簡単になる。つまり、
ので、この空間フェーザーの式は簡単になる。つまり、
【外４】
【００５７】制御された駆動部では通常マイクロコント
ローラ／信号プロセッサに付いて行われるこの変換は、
測定装置が適当に構成されている場合、電流測定と共に
行われる。こうして、マイクロコントローラの負担は軽
減される。
ローラ／信号プロセッサに付いて行われるこの変換は、
測定装置が適当に構成されている場合、電流測定と共に
行われる。こうして、マイクロコントローラの負担は軽
減される。
【外５】 、βセンサ４８は（ｉ2(t)−ｉ3(t)) に比例する量を測
定する。式(6) の規格化は信号をアナログ処理する時に
考慮される。
定する。式(6) の規格化は信号をアナログ処理する時に
考慮される。
【００５８】図８の配置によりセンサ４７，４８の測定
方向は互いに直交している。従って、相互の影響は最小
になっている。
方向は互いに直交している。従って、相互の影響は最小
になっている。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による少
なくとも二つの導体の電流を測定する方法を使用する
と、測定装置を技術的に単純化し、コンパクトな構造に
し、簡単な計算で所望の値を得ることができる。そし
て、この方法を実施する装置は単純でコンパクトな構造
となる。
なくとも二つの導体の電流を測定する方法を使用する
と、測定装置を技術的に単純化し、コンパクトな構造に
し、簡単な計算で所望の値を得ることができる。そし
て、この方法を実施する装置は単純でコンパクトな構造
となる。
【図１】 第一実施例の模式断面図、
【図２】 図１で生じる磁場強度のグラフ、
【図３】 第二実施例の模式断面図、
【図４】 センサの特性曲線
【図５】 この測定装置の模式平面図、
【図６】 フェライト磁芯を持つこの発明による装置の
断面図、
断面図、
【図７】 変更された実施例の断面図、
【図８】 電流空間ベクトル評価用の配置図である。
１ 装置 ２ 絶縁体 １１，１２ 電流導体 ２１，２２，２３ 電流導体 ２５ 電流測定装置 ３０ 装置 ３１ センサ・チップ ３２ 絶縁体 ３３，３４ 電流導体 ３５ フェライト磁芯 ３６ 装置 ３７，３８ センサ・チップ ３９ 絶縁体 ４０，４１，４２，４３，４４ 電流導体 ４５，４６ フェライト磁芯 ４７ αセンサ ４８ βセンサ Ｍ1,Ｍ2 センサ・チップ ｉ1,ｉ2,ｉ3 電流 Ｃ，Ｄ 特性曲線の領域 Ｈx 磁場 ａ 一定の定数 ｐ 極対の数 ｕ，ｖ，ｗ 三相回転機械の巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・カムマー ドイツ連邦共和国、35444 ビーベルター ル、ホフマンストラーセ、７アー (72)発明者 アンドレアス・ビユンテ ドイツ連邦共和国、35452 ホイヒエルハ イム、シユヴイムバートストラーセ、34 (72)発明者 ヤン・トールステン・ヴエーバー ドイツ連邦共和国、35452 ホイヒエルハ イム、シラーストラーセ、28
Claims (18)
- 【請求項１】 ｎ本の導体（ｎ≧２でｎ＝整数）中の電
流を測定する方法において、 ｎ−１個の磁気抵抗センサ（Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3,... Ｍn-1 ）
を用いてｎ本の導体中の電流の測定を行い、これ等のセ
ンサが一つの導体電流またはそれ以上の導体電流から生
じる磁場強度の差を測定するグラジオメータとして形成
されていることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 ｎ本の導体の電流の電流強度ｉn を測定
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 過電流および／または誤差電流を検出す
るために求めた測定値を使用することを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項４】 電圧および／または出力を検出するため
に求めた測定値を使用することを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項５】 磁気抵抗センサ（Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3,....Ｍ
n-1 ）で検出した導体電流は同じ流れ方向であることを
特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 磁気抵抗センサ（Ｍ1,Ｍ2,Ｍ3,....Ｍ
n-1 ）で検出したｎ導体電流の少なくとも一つは残りの
導体電流とは反対の流れ方向であることを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 磁場補償を伴う磁気抵抗センサを使用す
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 磁気抵抗センサは磁場補償なしに使用さ
れることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 ｎ導体電流の測定は制御技術の問題のた
めに、および／または電気駆動部の出力電子制御回路の
誤差認識のために使用されることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項１０】 ｎ本の導体の少なくとも２本が少なく
とも部分的にフェライトで取り囲まれていて、これ等の
導体がフェライトの被覆（３５，４５，４６）に対して
適当に絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項１１】 対称な三相電流系で、それぞれグラジ
オメータ装置として形成された一つのセンサ（４７）を
用いて個々の電流を測定し、他のセンサ（４８）を用い
て残りの二つの電流の差を更に測定して、この系の直交
電流空間フェーザーを表す二つのセンサ信号を発生する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 請求項１の方法を実施する装置におい
て、導体電流のためにｎ本の電流導体をｎ−１個の磁気
抵抗センサ（Ｍ1,Ｍ2 ）の近くに配置し、これ等のセン
サ（Ｍ1,Ｍ2 ）が二つの導体電流で生じる磁場強度の差
を検出するように設計されていることを特徴とする装
置。 - 【請求項１３】 電流導体は測定すべき導体電流を伴う
二つの電流導体（２１，２２）が一つのセンサ（Ｍ1 ）
の測定領域の近くに配置されているように配置され、残
りの電流導体（２３）がこの測定領域に間隔を保って配
置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装
置。 - 【請求項１４】 ｎ本の電流導体（３３，３４；４０，
４１；４３，４４）の少なくとも一つはフェライトの部
品（３５，４５，４６）の中に少なくとも部分的にフェ
ライトに対して十分な絶縁性を持って、および／または
フェライト磁芯の両方の脚部に対して十分な距離に配置
されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１５】 少なくとも一つのフェライト部品（３
５，４５，４６）はそれぞれｎ−１個の磁気抵抗センサ
（Ｍ1,Ｍ2 ）の領域に設けてあることを特徴とする請求
項１４に記載の装置。 - 【請求項１６】 フェライト部品（３５，４５，４６）
は断面をほぼＥ字状に形成され、両方の脚部は少なくと
も部分的に絶縁体（２，３２，３９）の上に配置されて
いることを特徴とする請求項１４に記載の装置。 - 【請求項１７】 電流導体（３３，３４；４０，４１；
４３，４４）はフェライト部品（３５，４５，４６）の
脚部の間に、しかもフェライトに対して十分な絶縁性を
持って、および／またはフェライト磁芯の脚部に対して
十分な間隔にして配置されていることを特徴とする請求
項１６に記載の装置。 - 【請求項１８】 請求項１１の方法を実施する装置にお
いて、二つのセンサ（４７，４８）の測定方向は磁場勾
配の相互の影響が最小になるように互いに直交している
ことを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19716518 | 1997-04-19 | ||
| DE19748550:2 | 1997-11-03 | ||
| DE19748550A DE19748550A1 (de) | 1997-04-19 | 1997-11-03 | Verfahren zum Messen von elektrischen Strömen in n Leitern sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE19716518:4 | 1997-11-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10307156A true JPH10307156A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=26035927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10108138A Pending JPH10307156A (ja) | 1997-04-19 | 1998-04-17 | ｎ本の導体中の電流を測定する方法およびこの方法を実施する装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6310470B1 (ja) |
| EP (1) | EP0874244B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10307156A (ja) |
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