JPWO2006090769A1 - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

構造的な工夫により、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出する。電流測定対象のバスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場を検知するホール素子２ａ、２ｂと、これらホール素子２ａ、２ｂの検知出力を処理してバスバー４ａに流れる電流値を算出する信号処理集積回路３とが実装されたプリント基板１を含む電流測定装置において、ホール素子２ａ、２ｂの感磁面が、バスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場の方向に対して略垂直になるようにし、かつ、ホール素子２ａ、２ｂと信号処理集積回路３とを電気的に接続する配線の設けられているプリント基板１の基板表面が磁場の方向に対して略平行に位置するように、バスバー４ａに対してプリント基板１を固定する。

Description

本発明は電流測定装置に関し、特に多相の電流を小型で、精度よく測定するための電流測定装置に関する。

多相の電流が流れるインバータ等でその電流を測定する場合、磁気センサを用いた小型の装置で精度よく各相の電流を測定することは難しい。他相の電流から生成される磁場の影響を受けず、精度よく測定するために、被測定導体、磁気コア、磁気センサを組み合わせる手法が多く取られてきた。信号処理集積回路や磁気センサの載ったプリント基板をコアのギャップに入れるような手法が多く取られている。この場合、磁気コアとプリント基板を一体として使用するため、サイズを小型にできないという問題があった。また、磁気センサを載せた基板をギャップに入れたり、被測定導体近傍に配置した場合、磁気センサと信号処理回路との信号線に生じる配線ループに誘導起電力が生じる。その起電力のレベルは、容易に磁気センサの出力以上となる。これを補正する手段として、信号処理回路を工夫したり、コアにコイルを巻きつけたりして補正を行う工夫も行われてきた。しかしながら、これらの手法は、回路や構成を複雑にし小型化を難しくしていた。

ところで、測定対象に流れる電流によって生じる磁界を検出して電流値を求める電流センサが、特開２００２−２４３７６６号公報や特開２００１−１５３８９５号公報に記載されている。また、磁気センサと信号処理回路とを同一基板上に実装し、磁気コアのギャップに挿入する形態の電流センサが、特開平６−２０１７３２号公報に記載されている。
上述した特開２００２−２４３７６６号公報や特開２００１−１５３８９５号公報に記載されている電流センサでは、被測定電流が数１００Ｈｚ以上の周波数で流れると、磁気センサからの信号に加え、磁気センサと検出回路の配線や検出回路内の配線ループに被測定電流起因の誘導起電力が発生し、正しい精度で測定できなくなるという問題があった。また、多相電流を検出しようとすると、近傍の電流線から受ける磁場が均一でないため、それをうまく消せないという問題があった。

また、特開平６−２０１７３２号公報の場合、測定する電流の周波数帯が上がってくると誘導起電力の影響低減のために磁気センサと信号処理回路間の配線ループ面積を最小減に抑えつつ、その距離をある程度以上に保つ必要があった。
本発明の目的は、構造的な工夫により、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる電流測定装置を提供することである。

本発明の電流測定装置は、平板状の導体が、電流を流れる方向に平行に、かつ前記複数の平板状の導体が一つの平面内に位置するように配置され、前記複数の導体のそれぞれに流される電流のうち、少なくとも１つの導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、
測定対象の前記導体に流れる電流により生じる磁場を検知するための一対の磁気センサを備え、
前記磁気センサは、前記平面に対して対称な位置に配置され、かつ前記磁気センサの感磁方向が前記測定対象の導体に流れる電流による生じる磁場を検知するように配置されていることを特徴とする。このように構成すれば、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。

前記磁気センサは、前記平板状の導体の中心線から幅方向にずれた位置に配置されていてもよい。このように配置すれば、他相電流からの影響をより抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成をより抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。
前記一対の磁気センサは、前記電流の方向に垂直に配置された基板に固定され、前記基板には前記導体が挿入されて前記導体を固定するための凹部または孔部を有していてもよい。孔部の内面がバスバーの表面に当接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことができる。

前記基板には、前記磁気センサの検知出力を処理して前記導体に流れる電流値に変換する変換部と、前記磁気センサと前記変換部とを電気的に接続する配線部と、を有し、
前記配線部が前記磁場の方向に対して平行になるように、形成されていてもよい。こうすることにより、交流電流が導体に流れた時に生じる誘導起電力が発生しにくくなる。
前記測定対象の導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含んでいてもよい。磁性体を巻く等、磁気シールドを施すことにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をよりいっそう低減できる。

前記磁気センサの感磁方向が、前記平面に対して水平、かつ隣接する導体に流れる電流により発生する磁気に対して不感となる角度に傾けて配置されていてもよい。他の導体を流れる電流によって生成される合成磁場の向きに対して、法線方向が感磁方向である感磁面を平行になるように、僅かに傾ける等により合成磁場の向き対して不感にすることにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をさらに低減できる。
前記磁気センサはホール素子を含んでいてもよい。ホール素子を用いることで磁場の向きを含めて磁場の大きさを検出でき、結果として外乱の磁場の影響を低減し、測定対象電流を精度よく測定することができる。

本発明による電流測定装置の測定原理を示す図である。 プリント基板に実装されているホール素子などの配線を示す図である。 ホール素子を用いて電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計算する場合の計算条件を示す図である。 ホール素子を用いて電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計算する場合の計算結果を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例１の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例２の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例３の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例４の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例５の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例６の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例７の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例８の構成を示す図である。 本発明による電流測定装置の実施例９の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。以下、磁気センサとしてホール素子を用いて説明するが、ホール素子同様に、磁場の向きを含めて検出し、出力を出す磁気センサであれば置き換える事ができる。例えば、コイル等も磁気センサとして利用することが可能である。
（原理）
図１（Ａ）に示されているように、本装置は、電流測定対象に流れる電流によって生じる磁場を検知するホール素子２ａ及び２ｂと、これらホール素子２ａ及び２ｂの検知出力を処理して電流測定対象に流れる電流値を算出する信号処理集積回路３とを含み、これらがプリント基板１に実装された構成を有している。本例では、プリント基板１の長辺は約２０ｍｍ、短辺は約１５ｍｍである。また、プリント基板１には、測定対象を挿入するための凹部１０が設けられている。そして、この凹部１０の近傍に、ホール素子２ａ及び２ｂが設けられている。ホール素子２ａ及び２ｂの感磁面は、プリント基板１の短辺に平行（長辺に垂直）な方向である。尚、感磁面とはホール素子が入力磁場に対して感度を持つ素子面のことで、この感磁面に垂直な法線方向が感磁方向となる。以下、断りの無い限り「感磁面」はここで説明した定義に従うものとする。

本例では、扁平形状導体であるバスバーを電流測定対象とする。例えば、同図（Ｂ）に示されているように、略平行に複数本設けられているバスバー４ａ、４ｂのうちの１本が電流測定対象である。そして、同図に示されているように、電流測定対象であるバスバー４ａは、プリント基板１の凹部１０に挿入された状態になっている。この場合、凹部１０の内面が、バスバー４ａの表面に当接した状態で固定されている。この状態においては、２つの磁気センサ２ａ及び２ｂが、測定対象であるバスバー４ａを挟んだ位置に固定されることになる。

なお、同図では２本のバスバーが並んで設けられているが、３本以上のバスバーが並んで設けられていても良い。
このような位置関係になっているため、測定対象のバスバー４ａを流れる電流（同図中の矢印Ｙａ）による磁場５ａはホール素子の感磁面にほぼ垂直に入り、ホール起電力を出力する。一方、それ以外の隣接するバスバー４ｂを流れる電流（同図中の矢印Ｙｂ）による磁場５ｂは、感磁面にほぼ平行となるため、それによるホール起電力は極めて小さくなる。

同図（Ｂ）に示されているような位置関係にあるとき、プリント基板１の表面に存在する配線ループ面とバスバー４ａ及び４ｂを流れる電流によって生じる磁場とが平行になるため、交流電流がバスバーに流れた時に生じる誘導起電力が発生しにくくなる。このことについて、図２を参照して説明する。
図２はプリント基板に実装されているホール素子などの配線を示す図である。同図において、信号処理集積回路３は、増幅器３１及び３２と、加減算器３３と、電流源Ｉａ及びＩｂと、抵抗Ｒａ及びＲｂとを含んで構成されている。ホール素子２ａは抵抗Ｒａと共に電源電圧Ｖａと電流源Ｉａとの間に直列に接続されている。ホール素子２ｂは抵抗Ｒｂと共に電源電圧Ｖｂと電流源Ｉｂとの間に直列に接続されている。

ホール素子２ａの感磁面によって磁場が検出されると、その磁束密度に応じた値の電圧がホール素子２ａから出力される。その出力は増幅器３１によって増幅され、その増幅出力は加減算器３３の＋側入力端子に入力される。同様に、ホール素子２ｂの感磁面によって磁場が検出されると、その磁束密度に応じた値の電圧がホール素子２ｂから出力される。その出力は増幅器３２によって増幅され、その増幅出力は加減算器３３の−側入力端子に入力される。加減算器３３からは、ホール素子２ａの出力電圧値とホール素子ｂの出力電圧値との差が出力電圧Ｖｏｕｔとして導出される。

このような構成において、ホール素子２ａと増幅器３１との間には、配線ループｓ１（ループ面積をＳ１とする）が存在している。また、ホール素子２ｂと増幅器３２との間にも、配線ループｓ２（ループ面積をＳ２とする）が存在している。これら配線ループの存在により、加減算器３３からの出力電圧Ｖｏｕｔには誤差が生じる。すなわち、配線ループのループ面積をＳ、磁束密度をＢとすると、磁場によって配線ループに生じる誘導起電力Ｖｉｎｄは、
Ｖｉｎｄ＝−ｄφ／ｄｔ＝−ｄ（Ｂ・Ｓ）／ｄｔ
となる。このため、ホール素子２ａと増幅器３１との間の配線ループｓ１の場合、磁束密度Ｂ１の磁場により、
Ｖｉｎｄ１＝−ｄ（Ｂ１・Ｓ１）／ｄｔ
が生じ、これに本来のホール起電力Ｖｈ１を加えたＶｈ１＋Ｖｉｎｄ１が増幅器３１に入力される。よって、増幅器３１からはゲインＧを乗算したＧ・（Ｖｈ１＋Ｖｉｎｄ１）が出力される。

同様に、ホール素子２ｂと増幅器３２との間の配線ループｓ２の場合、磁束密度Ｂ２の磁場により、
Ｖｉｎｄ２＝−ｄ（Ｂ２・Ｓ２）／ｄｔ
が生じ、これに本来のホール起電力Ｖｈ２を加えたＶｈ２＋Ｖｉｎｄ２が増幅器３２に入力される。よって、増幅器３２からはゲインＧを乗算したＧ・（Ｖｈ２＋Ｖｉｎｄ２）が出力される。
加減算器３３の出力電圧Ｖｏｕｔは、増幅器３１の出力と増幅器３２の出力との差、すなわち、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ・（Ｖｈ１＋Ｖｉｎｄ１−（Ｖｈ２＋Ｖｉｎｄ２））
＝Ｇ・（Ｖｈ１−Ｖｈ２）＋Ｇ・（Ｖｉｎｄ１−Ｖｉｎｄ２）…（１）
となる。ここで、ループｓ１、ｓ２の面積及び磁束密度Ｂ１、Ｂ２の違いによって、Ｖｉｎｄ１、Ｖｉｎｄ２は異なる値となる。このため、ホール素子本来の出力である式（１）の第１項に、同式の第２項が誤差として加算されることになる。なお、ホール素子２ａ、２ｂについては、それぞれの感磁面が平行に配置されるため、ホール起電力Ｖｈ１、Ｖｈ２について均一な磁場の影響はキャンセルされる。

図１（Ｂ）に戻り、同図に示されている位置関係であれば、ホール素子の感磁面は隣接するプリント基板１の表面に存在する配線ループ面とバスバー４ａ及び４ｂを流れる電流
によって生じる磁場とが平行になるため、交流電流がバスバーに流れた時に生じる誘導起電力（すなわち式（１）の第２項）が発生しにくくなる。つまり、同図（Ｂ）の構成によれば、隣接するバスバー４ｂ及び測定対象であるバスバー４ａを流れる電流による誘導起電力の影響を大幅に低減しながら、バスバー４ａを流れる電流を高感度で測定することができる。

なお、バスバー４ａ及び４ｂに流れている電流は、例えば４００Ａとする。流れる電流の周波数が変化した時、バスバー４ａ及び４ｂ内の電流密度分布が変化する。このため、バスバーの中央部に電流センサを配置すると電流センサの電流感度が大きく変化するが、図１（Ｂ）の構成を採用すればその影響の少ないバスバーのエッジ近傍に電流センサを配置することができる。
（隣接バスバー電流の影響）
発明者は、３本のバスバーに３相電流を流した場合において、ホール素子を用いて電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計算した。この場合の計算条件が図３に示されている。すなわち、同図（Ａ）に示されているように、プリント基板１の長辺は約２０ｍｍ、短辺は約１５ｍｍである。プリント基板１には、測定対象を挿入するための凹部１０が設けられている。

また、同図（Ｂ）にはプリント基板１ａの凹部にバスバー４ａが挿入された状態が示されている。凹部１０の幅は１．８ｍｍであり、バスバー４ａがこの凹部１０に挿入された状態で固定される。そして、この凹部１０の、バスバー４ａの主表面に当接する内面の位置から短辺方向に２．５ｍｍ、バスバー４ａの側面に当接する内面の位置から長辺方向に２ｍｍの位置に、ホール素子２ａ、２ｂが設けられている。ホール素子２ａ及び２ｂの感磁面は、プリント基板１の短辺に平行（長辺に垂直）な方向である。

同図（Ｃ）には、隣接バスバーとの位置関係が示されている。すなわち、バスバー４ａと４ｂとが隣接して設けられており、バスバー同士の端部間距離をＤ とする。バスバー４ａが電流測定対象である。そして、電流測定対象ではない、バスバー４ｂを流れる電流による磁場の、バスバー４ａを流れる電流の測定結果への影響を計算した。
この結果、図４に示されているような結果を得た。同図（Ａ）のように配置した３相電流の流れる３組のバスバー４ａ〜４ｃに、２個のホール素子と信号処理集積回路とを組み合わせたプリント基板１ａ及び１ｂを配置した。バスバー４ａ〜４ｃにはそれぞれ４００Ａの電流を流した。このとき、各バスバーに流れる電流がどの程度の影響を与えるかを調べた。中央バスバー４ｂに流れる電流の生成する磁界により生じる外側のバスバー４ａに配置した電流センサへの影響（以下、影響（１）と呼ぶ）は、同図（Ｂ）及び（Ｃ）中の◆で示されたグラフである。また、外側のバスバー４ｃを流れる電流の生成する磁界により生じる、他の外側のバスバー４ａに配置した電流センサへの影響（以下、影響（２）と呼ぶ）は、同図（Ｂ）及び（Ｃ）中の■で示されたグラフの通りである。なお、同図（Ｂ）は両端のバスバーに配置した電流センサに対する隣接バスバー電流の影響（％誤差）を示す図、同図（Ｃ）は両端のバスバーに配置した電流センサに対する隣接バスバー電流の影響（電流値換算誤差）を示す図、である。

同図（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、横軸はバスバー端部間距離Ｄであるが、端部間の距離がおよそ２６〜２７ｍｍ以上であれば、影響（１）を４Ａ以下にすることができ、影響を１％以下に抑えることができる。また影響（２）については、７〜８ｍｍ以上であれば、４Ａ以下にすることができ、影響を１％以下に抑えることができる。
（実施例１）
図５は、本発明による電流測定装置の実施例１の構成を示す図である。同図（Ａ）において、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃが隣接し、略平行に設けられている。これら３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃのうち、端部に位置するバスバー４ａは、プリント基板１ａの凹部に挿入されている。プリント基板１ａには、図１の場合と同様に、ホール素子２ａ及び２ｂと、信号処理集積回路３とが設けられている。同様に、反対側の端部に位置するバスバー４ｃは、プリント基板１ｂの凹部に挿入されている。

ここで、同図（Ｂ）にはプリント基板１ａの凹部にバスバー４ａが挿入された状態が示されている。同図に示されているように、プリント基板１ａの長辺は約２０ｍｍ、短辺は約１５ｍｍである。各バスバー４ａ〜４ｃは、幅１３ｍｍ、厚さ１．８ｍｍである。また、プリント基板１ａには、測定対象バスバーを挿入するための凹部１０が設けられている。凹部１０の幅は１．８ｍｍであり、バスバー４ａがこの凹部１０に挿入された状態で固定される。そして、この凹部１０の、バスバー４ａの主表面に当接する内面の位置から短辺方向に２．５ｍｍ、バスバー４ａの側面に当接する内面の位置から長辺方向に２ｍｍの位置に、ホール素子２ａ、２ｂが設けられている。ホール素子２ａ及び２ｂの感磁面は、プリント基板１ａの短辺に平行（長辺に垂直）な方向である。反対側の端部に位置するバスバー４ｃが凹部に挿入されている、プリント基板１ｂの構成も同様であり、ホール素子２ａ’、２ｂ’及び信号処理集積回路３’が実装されている。

このような構成において、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃにインバータ等の３相電流が流れる場合を考える。インバータ等の３相電流は、その和が常に０になるため、２相の電流を測定すれば３相目は計算によって求めることができる。電流センサの配置はいずれでもよいが、図５（Ａ）に示されているように両端部であれば、各相の影響を極小に抑えることができるので好適である。また、バスバー同士の間が例えば１０ｍｍであるとすれば、スペースの都合でプリント基板１ａや１ｂを設けるのは困難である。

このため、同図（Ａ）に示されているように、平行に配設された３相電流バスバー４ａ、４ｂ、４ｃの両端２相に対して、電流センサの実装されたプリント基板１ａや１ｂを外側から配置する。このように、プリント基板を両端に配置すれば、隣接バスバーからの距離を確保でき、隣接するバスバーによる影響を低減できる。
（実施例２）
図６（Ａ）に示されているように、１枚のプリント基板１ａに孔部１１ａ〜１１ｃを設けておき、これら孔部１１ａ〜１１ｃにバスバーを挿入する構成を採用しても良い。この場合、同図（Ｂ）に示されているように、プリント基板１ａの孔部１１ａ〜１１ｃに、対応するバスバー４ａ〜４ｃを挿入した状態で固定すれば、図５の場合と同様に電流を測定できる。本例の場合、１枚のプリント基板１ａを用いて電流測定装置を構成することで、各バスバーとホール素子２ａ及び２ｂとの位置決めを容易に実現できる。

（実施例３）
ところで、最も影響の大きな直ぐ隣のバスバーに磁性体を巻いてシールドを施すとさらに中央のバスバーの外部バスバーへ与える影響を低減できる。例えば、図７に示されているように、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃのうち、中央のバスバー４ｂに磁性体６を設ける。本例では、磁性体６の孔部に、バスバー４ｂを挿入した構成を採用している。バスバー４ｂは測定対象ではないので、プリント基板を設けるためのギャップなどを磁性体６に設ける必要はない。このため、小型にすることができ、装置全体のサイズが増大することを抑えることができる。
この磁性体６を設けることにより、直ぐ隣のバスバーの影響を排除でき、ホール素子への影響を１％以下に抑えることができる。
（実施例４）
また、図６に示されている構成に、磁性体を追加しても良い。すなわち、図８に示されているように、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃのうち、中央のバスバー４ｂに磁性体６を設ける。

このような構成を採用すれば、１枚のプリント基板１ａを用いているので各バスバーとホール素子２ａ及び２ｂとの位置決めを容易に実現できると共に、直ぐ隣のバスバーの影響を排除でき、ホール素子への影響を１％以下に抑えることができる。
（実施例５）
さらに、各バスバーに磁性体を設けても良い。すなわち、図９に示されているように、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃに、それぞれ磁性体６ａ、６ｂ、６ｃを設ける。このような構成を採用すれば、磁性体の数は増えるが、３本のバスバー４ａ、４ｂ、４ｃに流れる３相電流を検出することができる。ただし、バスバー間隔が狭い場合（例えば１０ｍｍ程度）、基板寸法の関係で、中央のバスバー４ｂにプリント基板１ｃを挿入するのは難しい。
（実施例６）
ところで、本来、２つのホール素子は互いに平行に配置し、一様な外乱磁場をキャンセルするようにすべきである。しかし、外乱磁場より隣接バスバーに流れる電流の生成する磁場の影響の方が大きい場合、隣接バスバーに流れる電流の生成する磁場の影響低減を優先すべきである。これを実現するには、隣接バスバーから生成される磁場の向きに感磁面を平行になるように、僅かに傾けてホール素子を設ければ良い。例えば、図１０（Ａ）に示されているように、バスバー同士の間の距離が１０ｍｍ、隣接バスバー４ｂの中心からホール素子２ａの中心までの距離が２７．５ｍｍ、測定対象であるバスバー４ａの厚さの中心からホール素子２ａの中心までの距離が３．５ｍｍである場合、同図中の角度θは約７度となる。なお、同図中の矢印Ｙは隣接バスバーによる影響成分である。

本例の場合、同図（Ｂ）に示されているように、ホール素子２ａ及び２ｂを傾けて配置することで、隣接バスバーの電流起因磁場をホール素子の感磁面と略平行にし、磁場に対して不感にすることを狙う。このようにホール素子を傾けることにより、精度を大きく改善することができる。本例のようにホール素子を７度傾けた場合の測定対象電流磁場検出への影響は、ｃｏｓ（７ｄｅｇ）＝０．９９３であり、０．７％程度に収まることになる。
（実施例７）
上述した実施例６では、ホール素子２ａ及び２ｂについて、隣接するバスバーからの距離を離すことによる影響の低減効果と、ホール素子２ａ及び２ｂを傾けて配置することによる効果との相乗効果とを狙った。本実施例では、ホール素子２ａ及び２ｂを、隣接バスバーに近い方の端部付近に配置することで、実施例６で述べたホール素子傾け配置による隣接バスバー電流による影響低減効果はそのままで、測定対象電流によって生じる磁場（すなわち測定したい磁場）を効率良く捉えることを狙う。

図１１のように、隣接バスバー４ｂに流れる電流によって生じる磁場５ｂは、傾けて配置されたホール素子２ａ及び２ｂの感磁方向にほぼ垂直に入射するため、感度を持たない。この点は、上述した実施例６と同じ作用である。
一方、被測定バスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場５ａは、ホール素子２ａ及び２ｂの感磁方向に、実施例６の場合に比べて、より一致する関係となる。このため、被測定電流によって生じる磁場５ａを更に効率良く検出することが可能となる。

なお、図１１には信号処理集積回路３は描かれていないが、実際にはプリント基板１に実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。
（実施例８）
交流（周波数が概ね数ｋＨｚ以上）電流が被測定対象バスバーに流れると、表皮効果によって、生じる磁場５ａは図１２のように繭型の分布を示す。本実施例では、ホール素子２ａ及び２ｂを、この分布に合致するように配置する。隣接バスバー４ｂに流れる電流によって生じる磁場５ｂは、傾けて配置されたホール素子２ａ及び２ｂの感磁方向にほぼ垂直に入射するため、感度を持たない。

これに対し、被測定バスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場５ａはホール素子２ａ及び２ｂの感磁方向により一致する関係となる。このため、被測定バスバー４ａに流れる電流が交流（周波数が概ね数ｋＨｚ以上）電流の場合には、ホール素子２ａ及び２ｂを傾けない場合に比べて、被測定電流によって生じる磁場５ａを更に効率良く検出することが可能となる。
なお、図１２には信号処理集積回路３は描かれていないが、実際にはプリント基板１に実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。
（実施例９）
バスバーが３本以上ある場合において、両端部以外の位置のバスバーに適した配置について、以下説明する。以下、図１３を参照し、バスバーが３本で、その中央のバスバーに適した配置について説明する。

本実施例においては、図１３に示されているように、２組のホール素子２ａ及び２ｂ、２ａ’及び２ｂ’を被測定対象電流の流れるバスバー４ｂの中心Ｐに対して点対称の位置に配置する。バスバー４ｂは、プリント基板１ａの孔に挿入された状態で固定されている。
このように配置することで、これらホール素子に近く影響が大きな隣接バスバー４ａ、４ｃに流れる電流の影響を優先的に低減させることができ、更に被測定対象バスバー４ｂに高周波電流が流れた際にも、被測定電流によって生じる磁場５ａを更に効率良く検出することが可能となる。

同図は、被測定対象バスバー４ｂの中心Ｐに対して点対称の位置に２組のホール素子を配置し、かつ、バスバー４ｂに高周波電流が流れた状態を示しており、表皮効果によって、生じる磁場５ａは図１２の場合と同様に繭型の分布を示す。
ここで、ホール素子２ａ及び２ｂ’を省略してホール素子２ａ’及び２ｂの組合せで磁場５ａを検出するようにしても良いし、ホール素子２ａ’及び２ｂを省略してホール素子２ａ及び２ｂ’の組合せで磁場５ａを検出するようにしても良い。

なお、図１３には信号処理集積回路３は描かれていないが、実際にはプリント基板１ａに実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。
（電流測定方法）
上述した電流測定装置においては、以下のような電流測定方法が用いられている。すなわち、長手方向に対して垂直な断面が幅方向に広く厚さ方向に薄い略長方形である様な扁平形状の導体が、ｎ本（ｎは２以上の整数）、上記長手方向に対して平行に隣接して設けられ、電流が上記ｎ本の導体の上記長手方向に流れている時、上記ｎ本の扁平形状の導体のうちのｍ本（ｍは１以上ｎ以下の整数）である被測定導体に流れる電流の大きさを、上記ｍ本の被測定導体各々の近傍に２個ずつ設けられ上記ｍ本の被測定導体各々に流れる電流によって生じる磁場を検知する磁気センサの出力に基づいて測定する電流測定方法であって、上記２個ずつの磁気センサを、上記ｍ本の被測定導体各々の前記幅方向の中央位置から該幅方向に所定距離だけ離れた位置に、上記ｍ本の被測定導体各々に対して互いに対称となるように設け、かつ、該磁気センサの感磁方向が、上記磁場の方向と同じ方向になるように設けた電流測定方法が用いられている。

この電流測定方法により、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。
なお、ここで言う長手方向は、導体において、電流の流れる方向を意味し、必ずしも導体形状を考えた時、長辺方向を指しているわけではない。一般に、長辺方向が電流の流れる方向になっているためこのような表現とした。
（まとめ）
以上説明したように、本発明においては、プリント基板に凹部や孔部を設けておき、それらの内面がバスバーの表面に当接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことができる。

また、ホール素子の感磁面が、電流測定対象以外のバスバーを流れる電流による磁場の方向に対して略平行になるように、ホール素子をプリント基板に実装することにより、隣接バスバーを流れる電流による磁場は、ホール素子感磁面に対して平行に近い方向に印加されるため、その影響を大幅に軽減できる。ホール素子と電流値を算出する回路とを電気的に接続する配線の設けられているプリント基板表面が磁場の方向に対して略平行に位置するように、プリント基板を電流測定対象のバスバーに垂直に配置することによって、プリント基板上にできる配線ループ面に対して被測定電流が生成する磁場を平行にできる。そのため、被測定電流に起因する誘導起電力の発生を抑えることができる。

つまり、この配線ループによる誘導起電力がホール起電力に加えられると出力の精度が大幅に悪くなるが、上記配置によりプリント基板の基板面の法線方向に被測定電流が流れるように配置されるため、配線ループ面と磁場の方向とをほぼ平行にすることができる。その結果、被測定電流の変化による誘導起電力の影響を大幅に低減することができる。
凹部又は孔部の近傍にホール素子を設けることにより、測定対象である扁平なバスバーのエッジ（端部）上部へホール素子を配置することができる。扁平な導体に電流が流れている場合、そのエッジ付近は電流の周波数に依存し難い測定結果が得られるので、このように配置すれば、被測定電流の周波数に依存するバスバー内部の電流分布の変化に起因した電流感度の変化を抑えることができる。

（請求の範囲に関する付記）
（１）長手方向に対して垂直な断面が幅方向に広く厚さ方向に薄い略長方形である様な扁平形状の導体が、ｎ本（ｎは２以上の整数）、前記長手方向に対して平行に隣接して設けられ、電流が前記ｎ本の導体の前記長手方向に流れている時、前記ｎ本の扁平形状の導体のうちのｍ本（ｍは１以上ｎ以下の整数）である被測定導体に流れる電流の大きさを、前記ｍ本の被測定導体各々の近傍に２個ずつ設けられ前記ｍ本の被測定導体各々に流れる電流によって生じる磁場を検知する磁気センサの出力に基づいて測定する電流測定装置であって、
前記２個ずつの磁気センサは、前記ｍ本の被測定導体各々の前記幅方向の中央位置から該幅方向に所定距離だけ離れた位置に、前記ｍ本の被測定導体各々に対して互いに対称となるように設けられ、かつ、該磁気センサの感磁方向が、前記磁場の方向と同じ方向になるように設けられていることを特徴とする電流測定装置。このように構成すれば、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。
（２）前記ｍ本の被測定導体を更に備えていることを特徴とする（１）に記載の電流測定装置。バスバーなどの被測定導体と共に電流測定装置を構成すれば、上記（１）の電流測定装置と同様に他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。
（３）前記被測定導体が挿入され該被測定導体表面に内面が当接する凹部を有する基板を更に備え、前記２個の磁気センサは、前記凹部近傍に設けられていることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流測定装置。凹部の内面がバスバーの表面に当接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことができる。
（４）前記被測定導体が挿入され該被測定導体表面に内面が当接する孔部を有する基板を更に備え、前記２個の磁気センサは、前記孔部近傍に設けられていることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流測定装置。孔部の内面がバスバーの表面に当接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことができる。
（５）前記磁気センサは基板に実装され、
前記基板は、前記磁気センサの検知出力を処理して前記被測定導体に流れる電流値を算出する回路と、前記磁気センサと前記回路とを電気的に接続する配線と、を有し、
前記配線の設けられている基板表面が前記磁場の方向に対して略平行に位置するように、前記被測定導体に対して前記基板が位置していることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流測定装置。こうすることにより、交流電流が導体に流れた時に生じる誘導起電力が発生しにくくなる。
（６）前記被測定導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含むことを特徴とする（１）から（５）までのいずれか１項に記載の電流測定装置。磁性体を巻く等、磁気シールドを施すことにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をよりいっそう低減できる。
（７）前記磁気センサの感磁方向が、前記被測定導体以外の複数の導体を流れる全ての電流により発生される合成磁場の向き対して不感な方向になっていることを特徴とする（１）から（５）までのいずれか１項に記載の電流測定装置。他の導体を流れる電流によって生成される合成磁場の向きに対して、法線方向が感磁方向である感磁面を平行になるように、僅かに傾ける等により合成磁場の向き対して不感にすることにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をさらに低減できる。
（８）前記磁気センサはホール素子を有することを特徴とする（１）から（７）までのいずれか１項に記載の電流測定装置。ホール素子を用いることで磁場の向きを含めて磁場の大きさを検出でき、結果として外乱の磁場の影響を低減し、測定対象電流を精度よく測定することができる。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。本発明は例えば商用３相交流の測定装置や、３相モータ駆動用インバータ装置などの、他相電流からの影響を抑えつつ電流を測定する場合に、好適に利用できる。

Claims (7)

1. 平板状の導体が、電流を流れる方向に平行に、かつ前記複数の平板状の導体が一つの平面内に位置するように配置され、前記複数の導体のそれぞれに流される電流のうち、少なくとも１つの導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、
   測定対象の前記導体に流れる電流により生じる磁場を検知するための一対の磁気センサを備え、
   前記磁気センサは、前記平面に対して対称な位置に配置され、かつ前記磁気センサの感磁方向が前記測定対象の導体に流れる電流による生じる磁場を検知するように配置されていることを特徴とする電流測定装置。
2. 前記磁気センサは、前記平板状の導体の中心線から幅方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
3. 前記一対の磁気センサは、前記電流の方向に垂直に配置された基板に固定され、前記基板には前記導体が挿入されて前記導体を固定するための凹部または孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
4. 前記基板には、前記磁気センサの検知出力を処理して前記導体に流れる電流値に変換する変換部と、前記磁気センサと前記変換部とを電気的に接続する配線部と、を有し、
   前記配線部が前記磁場の方向に対して平行になるように、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
5. 前記測定対象の導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
6. 前記磁気センサの感磁方向が、前記平面に対して水平、かつ隣接する導体に流れる電流により発生する磁気に対して不感となる角度に傾けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
7. 前記磁気センサはホール素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
   
   

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