JPWO2013186854A1

JPWO2013186854A1 - 電流センサ

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Publication number: JPWO2013186854A1
Application number: JP2014520840A
Authority: JP
Inventors: 壷井　修; 修壷井; 弘光曾根田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: CN104380424B; CN104380424A; JP5871065B2; WO2013186854A1; US9852867B2; US20150084723A1

Abstract

スイッチ機能付き電流センサの小型化を課題とする。電路から発生する磁束を磁気センサに集束させる磁気回路と、前記磁気回路の一部を形成する可動磁性体に連動して前記電路を開閉するスイッチと、前記磁気回路を励磁し、前記磁気回路の一部を形成する固定磁性体に前記可動磁性体を引き寄せ可能な磁力を発生させる励磁コイルと、を備える。

Description

本願は、電流センサに関する。

電気機器には、電流を検知する機能と電流を遮断する機能とを兼ね備えたものがある。電流を検知する機能と電流を遮断する機能とを兼ね備えたものの典型例としては、例えば、過電流継電器が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。

また、近年では、電力需要の増加や地球環境への配慮から、電力消費量の削減が求められている。電力消費量を削減する取り組みの一つに、例えば、ユーザに対する電気機器の電力消費量の可視化が挙げられる。電気機器の電力消費量に関する情報は、電気機器の効率的な運用の実現を可能にし得る。例えば、オフィスの場合、ＯＡ（Office Automation）機器の電力消費量に関する情報は、効率的な業務の遂行計画を策定する上で有益である。そこで、例えば、分電盤やテーブルタップに電流センサを設置し、分電盤やテーブルタップの配下に繋がる電気機器の電力消費量に応じて各電気機器を制御することが試みられている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００５−３４５４４６号公報特開平１１−３１３４４１号公報

電流を検知する機能を司る電流センサと電流を遮断する機能を司る電流遮断手段とを一つの電気機器に組み込む場合、両方の部品を設置するスペースを要する。

また、電流センサに用いられる磁性体は、一般的に、ヒステリシスを抑えるために透磁率と保磁力の小さい磁性体（例えば、フェライト等が挙げられる）が用いられる。電流センサの場合、例えば、ヒステリシスの増大は、被測定電流により測定値のドリフト・バイアスを発生させ、測定精度を低下させる一因になる。一方、例えば、電流遮断手段の一種である電磁継電器の励磁コイルに用いられる磁性体は、磁力を増やすために透磁率と保磁力の大きい磁性体（例えば、金属等が挙げられる）が用いられる。よって、電流センサと電流遮断手段とを一つの電気機器に組み込む場合、外来ノイズや電流センサと電流遮断手段との相互干渉、あるいは電気機器に備わっている部材のヒステリシスによる電流センサの測定精度の低下に対し、配慮を要する。

そこで、本願は、スイッチ機能付き電流センサの小型化を課題とする。

本願は、次のような電流センサを開示する。
電路から発生する磁束を磁気センサに集束させる磁気回路と、
前記磁気回路の一部を形成する可動磁性体に連動して前記電路を開閉するスイッチと、
前記磁気回路を励磁し、前記磁気回路の一部を形成する固定磁性体に前記可動磁性体を引き寄せ可能な磁力を発生させる励磁コイルと、を備える、
電流センサ。

上記電流センサであれば、スイッチ機能付き電流センサを小型化可能となる。

実施形態に係る電流センサを示した図の一例である。電流センサの上面図の一例である。図１において符号Ａ−Ａで示す線で電流センサを切断した場合の断面図の一例である。制御回路の構成図の第一例である。可動磁性体の位置と可動磁性体に作用する力との関係を表したグラフの一例である。制御回路を変形した変形例に係る制御回路の構成図の一例である。第一変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第二変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第三変形例に係る電流センサを示した図の一例である。復帰ピンを押した状態を示した図の一例である。第四変形例に係る電流センサを示した図の一例である。引っ張りバネを拡大した図の一例である。復帰ピンを押した状態を示した図の一例である。第四変形例に係る電流センサにおいて、可動磁性体の位置と可動磁性体に作用する力との関係を表したグラフの一例である。第五変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第五変形例に係る電流センサの上面図の一例である。図１５において符号Ｂ−Ｂで示す線で電流センサを切断した場合の断面図の一例である。制御回路の構成図の第二例である。可動磁性体の位置と可動磁性体に作用する力との関係を表したグラフの一例である。制御回路を変形した変形例に係る制御回路の構成図の一例である。実施形態に係る電流センサおよび制御回路の適用例を示した図の一例である。

以下、本願発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様を例示したものであり、本願発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電流センサを示した図の一例である。本実施形態に係る電流センサ１は、磁気回路２を形成する可動磁性体３および固定磁性体４と、可動磁性体３に連動するスイッチ５と、固定磁性体４に取り付けられた励磁コイル６とを備える。

電流センサ１は、電路７の電流を計測する機能を司る。すなわち、電流センサ１は、電路７を取り囲むように可動磁性体３および固定磁性体４が磁気回路２を形成している。よって、電路７から発生する磁界の磁束は磁気回路２に集束する。また、固定磁性体４と磁気回路２との間にある隙間８，９には、電路７の電流に比例した強度の磁界が発生する。そこで、電流センサ１は、可動磁性体３と固定磁性体４との間にある隙間８に配置した磁界センサ１０で電路７の電流を検知する。なお、可動磁性体３および固定磁性体４は、電流の測定に影響を与えるヒステリシスを抑えるために透磁率と保磁力の小さい磁性体、例えば、フェライト等を用いることが好ましい。また、磁界センサ１０は、可動磁性体３が動いた場合の機械的衝撃が加わらないよう、隙間９よりも可動磁性体３の支点１４に近い隙間８に配置されている。これにより、磁界センサ１０が破損する可能性が低減する。しかし、磁界センサ１０は、隙間９に配置することも可能である。

また、電流センサ１は、電路７を開閉する機能を司る。すなわち、電流センサ１は、可動磁性体３に連動するスイッチ５が電路７の途中に取り付けられている。スイッチ５は、支点１４を中心に回動可能な可動磁性体３に連動する可動接点１１が動くことにより、可動接点１１が固定接点１２と接触し或いは固定接点１２から離れる。可動接点１１は、引っ張りバネ１３により、固定接点１２に接触する方向へ付勢されている。また、可動磁性体３は、固定磁性体４から離れる方向に付勢される。可動接点１１は、固定磁性体４に巻き付けられている励磁コイル６に流す電流を制御することにより、動かすことが可能である。例えば、励磁コイル６で磁気回路２を励磁することにより発生する隙間９の磁気誘引力が引っ張りバネ１３の張力を上回ると、可動磁性体３は、固定磁性体４に引き寄せられる。また、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられると、可動接点１１は固定接点１２から離れる。なお、支点１４は、ピンやスリーブによる回転機構、あるいは曲げばねによる回転機構を適用することが可能である。また、励磁コイル６は、固定磁性体４ではなく、可動磁性体３に取り付けてもよい。

図２は、電流センサ１の上面図の一例である。また、図３は、図１において符号Ａ−Ａで示す線で電流センサ１を切断した場合の断面図の一例である。可動接点１１は、可動磁性体３に固定される基部１５と、基部１５から二股に伸びる接触部１６（Ｂ），１６（Ｓ）とを備える。また、固定接点１２は、電源に接続される母線側のバスバー１７（Ｂ）に設けられた被接触部１８（Ｂ）と、負荷に接続され且つ可動磁性体３及び固定磁性体４に取り囲まれる支線側のバスバー１７（Ｓ）に設けられた被接触部１８（Ｓ）とを備える。可動接点１１が固定接点１２に接触すると、接触部１６（Ｂ）が被接触部１８（Ｂ）に接触し、接触部１６（Ｓ）が被接触部１８（Ｓ）に接触する。接触部１６（Ｂ）が被接触部１８（Ｂ）に接触し、接触部１６（Ｓ）が被接触部１８（Ｓ）に接触すると、バスバー１７（Ｓ）は、可動接点１１を介してバスバー１７（Ｂ）と電気的に接続される。

可動接点１１は、接触部１６（Ｂ）と接触部１６（Ｓ）とを基部１５から二股に分けて伸ばすことにより、被接触部１８（Ｂ）に接触する部位と被接触部１８（Ｓ）に接触する部位とを分離し、各接点間の寸法の公差等に起因する電気的な接触不良を防止している。しかし、スイッチ５は、このような態様に限定されるものではない。すなわち、スイッチ５は、例えば、バスバー１７（Ｓ）が電源に接続されており、バスバー１７（Ｂ）が負荷に接続されていてもよい。また、スイッチ５は、例えば、可動接点１１が弾性変形可能なケーブルにより負荷あるいは電源に直接繋がっていてもよい。可動接点１１が負荷あるいは電源に直接繋がっている場合、可動接点１１に設けられている２つの接触部１６（Ｂ），１６（Ｓ）や固定接点１２に設けられている２つの被接触部１８（Ｂ），１８（Ｓ）をそれぞれ一つに省略可能である。

上記電流センサ１は、次のような制御回路１９を励磁コイル６に接続することにより、電路７の電流を計測する機能と電路７を開閉する機能とを司ることが可能である。図４は、制御回路１９の構成図の第一例である。

制御回路１９は、磁気平衡方式により電流を検知するための回路である。すなわち、制御回路１９は、磁界センサ１０に内蔵されているホール素子に駆動電力を供給する定電流源２２と、ホール電圧がゼロとなるように励磁コイル６の電流を負帰還制御する増幅器２０−ＮＦＢ（Negative Feed Back）とを備える。なお、磁界センサ１０には、ホール素子の代わりに磁気抵抗素子を内蔵してもよい。ホール電圧がゼロとなるように増幅器２０−ＮＦＢが励磁コイル６の電流を負帰還制御すると、磁界センサ１０を通過する磁束の密度がゼロとなるよう、磁気回路２の磁気が打ち消される。よって、制御回路１９は、磁気平衡状態における励磁コイル６の電流を、電流−電圧変換回路２９で計測電圧に変換し、電路７を流れる電流の測定信号を高精度に出力することが可能となる。

また、制御回路１９は、ホール電圧が増幅するように励磁コイル６の電流を正帰還制御する増幅器２０−ＰＦＢ（Positive Feed Back）と、作動させる増幅器を外部から入力される遮断信号に基づいて切り替える切替スイッチ２１とを備える。ホール電圧が増幅するように増幅器２０−ＰＦＢが励磁コイル６の電流を正帰還制御すると、隙間９を通過する磁束の密度が上昇する。隙間９の磁気誘引力が引っ張りバネ１３の張力を上回ると、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられ、可動接点１１が固定接点１２から離れる。

図５は、可動磁性体３の位置と可動磁性体３に作用する力との関係を表したグラフの一例である。制御回路１９を上述の電流センサ１の励磁コイル６に接続した状態において、電路７をオンにしたい場合には、制御回路１９に入力する遮断信号を停止する。制御回路１９に入力する遮断信号を停止すると、増幅器２０−ＰＦＢによる正帰還制御が停止すると共に増幅器２０−ＮＦＢによる負帰還制御が開始される。増幅器２０−ＮＦＢによる負帰還制御によって磁気回路２の磁束密度が低下し、磁気誘引力が引っ張りバネ１３の張力を下回ると、可動磁性体３が固定磁性体４から引き離される。可動磁性体３が固定磁性体４から引き離され、可動接点１１が固定接点１２に接触するに至ると、電源から負荷への給電が開始される。また、増幅器２０−ＮＦＢの負帰還制御により磁気回路２が磁気平衡状態に至ると、電路７を流れる電流に応じた計測信号が制御回路１９から出力される。

また、制御回路１９を上述の電流センサ１の励磁コイル６に接続した状態において、スイッチ５をオフにしたい場合、制御回路１９に遮断信号を入力する。制御回路１９に遮断信号が入力されると、増幅器２０−ＮＦＢによる負帰還制御が停止すると共に増幅器２０−ＰＦＢによる正帰還制御が開始される。増幅器２０−ＰＦＢによる正帰還制御によって磁気回路２の磁束密度が上昇し、磁力の誘引力が引っ張りバネ１３の張力を上回ると、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられる。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられ、可動接点１１が固定接点１２から離れると、電源から負荷への給電が停止される。

上記電流センサ１であれば、電流を検知する機能と電流を遮断する機能の両方を司ることが可能であるため、別体の電流センサと電流遮断手段とを一つの電気機器に組み込む場合に比べ、設置スペースを削減することが可能である。

また、上記電流センサ１であれば、電路７の電流測定時、可動磁性体３が電路７の電流によらず機械的に静止している。よって、電路７の電流に対する磁束密度の非線形性や、外部振動に起因する可動磁性体３の共振が抑制され、電流の測定精度に及ぼす影響も抑制される。この結果、電路７の電流を高精度に測定することが可能である。

また、上記制御回路１９は、スイッチ５をオフにすると正帰還制御が行われるため、電路７を流れる電流により磁気回路２に発生する磁力が更に強くなるように励磁コイル６に界磁電流が流れ、可動磁性体３を動かす磁力の不足が補われる。よって、上記電流センサ１は、電流測定の精度を高めるためにヒステリシスが小さく透磁率の小さい磁性体を用い、また、磁界センサ１０を設置するための隙間８が存在しているにも関わらず、可動磁性体３を励磁コイル６で動かすことが可能である。

なお、上記電流センサ１は、電路７を流れる電流が交流であっても直流であっても電流値を測定可能である。但し、交流の場合にはゼロクロス付近で電磁力が低下するため、スイッチ５をオフにする場合の励磁コイルの電流は、ピーク値ではなく平均値で設計することが望ましい。

＜制御回路の変形例（その１）＞
図６は、上記制御回路１９を変形した変形例に係る制御回路の構成図の一例である。本変形例に係る制御回路１９Ａは、上記制御回路１９に備わっていた増幅器２０−ＰＦＢが省略されている。そして、遮断信号が外部から入力されると、負帰還制御を行う増幅器２０−ＮＦＢが停止されると共に、励磁コイル６に一定の電圧が印加される。その他については、上記制御回路１９と同様である。

上記電流センサ１は、本変形例に係る制御回路１９Ａを励磁コイル６に接続した場合であっても、上記制御回路１９と同様、電路７の電流を計測する機能とスイッチ５を開閉する機能とを司ることが可能である。

＜電流センサの第一変形例＞
図７は、第一変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第一変形例に係る電流センサ１Ａは、スイッチ５が支点１４を挟んで可動磁性体３の反対側ではなく、可動磁性体３の上側に取り付けられている。

第一変形例に係る電流センサ１Ａは、上述した制御回路１９を励磁コイル６に接続することにより、上記電流センサ１と同様、電路７の電流を計測する機能と電路７を開閉する機能とを司ることが可能である。

＜電流センサの第二変形例＞
図８は、第二変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第二変形例に係る電流センサ１Ｂは、電流を計測する電路７Ｂがバスバーではなくケーブルで形成されている。すなわち、電路７Ｂは、電源に接続される母線側のケーブル２３（Ｂ）と、負荷に接続される支線側のケーブル２３（Ｓ）とによって形成されている。また、ケーブル２３（Ｓ）は、固定磁性体４に巻き付けられている。固定磁性体４に巻き付けるケーブル２３（Ｓ）の巻き数は、固定磁性体４と可動磁性体３とによって形成される磁気回路２に集束する磁気が適当な磁束密度となるよう、励磁コイル６の巻き数等に応じて適宜決定される。その他については、上記電流センサ１と同様である。

第二変形例に係る電流センサ１Ｂは、上述した制御回路１９を励磁コイル６に接続することにより、上記電流センサ１と同様、電路７Ｂの電流を計測する機能と電路７Ｂを開閉する機能とを司ることが可能である。なお、電流センサ１Ｂの場合、電路７Ｂの電流により磁気回路２に発生する磁束密度は概ね電路７Ｂの巻き線数に比例する。よって、励磁コイル６においても十分に巻き数を確保するか、或いは十分な電流供給能力を制御回路１９Ｂにもたせることになる。しかし、第二変形例に係る電流センサ１Ｂであれば、センサ感度が上がり、外部からの磁界ノイズの影響等を低減することが可能である。

＜電流センサの第三変形例＞
図９は、第三変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第三変形例に係る電流センサ１Ｃは、ラッチ機構２４及びラッチ解除機構２５が備わっている。ラッチ機構２４は、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられた状態を、永久磁石の磁力を利用して保持する。

ラッチ機構２４は、支点１４Ｃを中心に回動可能な状態で固定磁性体４に取り付けられた永久磁石２６と、永久磁石２６を可動磁性体３に接触する方向に付勢する圧縮バネ２７とを備える。ラッチ解除機構２５は、永久磁石２６を可動磁性体３から引き離す方向に押すことが可能な復帰ピン２８を備える。永久磁石２６は、可動磁性体３が接触した場合、引っ張りバネ１３が可動磁性体３を固定磁性体４から引き離す力よりも強い磁気吸引力を可動磁性体３に対して及ぼす。このため、可動磁性体３は、永久磁石２６に接触すると、引っ張りバネ１３により固定磁性体４から引き離されることなく、固定磁性体４に接触した状態を保つ。

第三変形例に係る電流センサ１Ｃは、上述した制御回路１９を励磁コイル６に接続することにより、電路７の電流を計測する機能と電路７を開く機能とを司ることが可能である。すなわち、制御回路１９に遮断信号を入力すると、固定磁性体４に引き寄せられた可動磁性体３が永久磁石２６に接触する。可動磁性体３が永久磁石２６に接触すると、永久磁石２６の磁気吸引力により、可動磁性体３は、固定磁性体４に接触した状態を保つ。従って、第三変形例に係る電流センサ１Ｃであれば、遮断信号を入力してスイッチ５をオフにした後、制御回路１９を停止してもスイッチ５をオフの状態に保つことが可能である。

また、第三変形例に係る電流センサ１Ｃは、復帰ピン２８を押してやることにより、スイッチ５をオンにすることも可能である。図１０は、復帰ピン２８を押した状態を示した図の一例である。復帰ピン２８を押すと、永久磁石２６が可動磁性体３から離れる。永久磁石２６が可動磁性体３から離れると、可動磁性体３は、引っ張りバネ１３により、固定磁性体４から離れる方向へ付勢される。押された復帰ピン２８は、圧縮バネ２７により元の位置に復帰する。

＜電流センサの第四変形例＞
図１１は、第四変形例に係る電流センサを示した図の一例である。第四変形例に係る電流センサ１Ｄは、第三変形例に係る電流センサ１Ｃのラッチ機構２４を改変したものであり、引っ張りバネ１３Ｄにラッチ機能を持たせている。

図１２は、引っ張りバネ１３Ｄを拡大した図の一例である。引っ張りバネ１３Ｄは、支点１４が引っ張りバネ１３Ｄの可動範囲内となるように設置されている。よって、可動磁性体３を動かした場合に発生する引っ張りバネ１３Ｄの張力の上死点は、可動接点１１が固定接点１２に接触した状態における可動磁性体３の角度と、固定磁性体４に接触した状態における可動磁性体３の角度との間の中間に位置することになる。引っ張りバネ１３Ｄの張力の上死点が可動磁性体３の可動範囲の中間に位置しているため、可動磁性体３に加わる回転モーメントは、支点１４を境に反転する。このため、引っ張りバネ１３Ｄは、可動接点１１が固定接点１２に接触した状態においてはその接触状態を保ち、可動磁性体３が固定磁性体４に接触した状態においてはその接触状態を保つ。従って、第四変形例に係る電流センサ１Ｄであれば、第三変形例に係る電流センサ１Ｃと同様、遮断信号を入力してスイッチ５をオフにした後、制御回路１９を停止することが可能である。

また、第四変形例に係る電流センサ１Ｄは、復帰ピン２８を押してやることにより、電路７を閉じることも可能である。図１３は、復帰ピン２８を押した状態を示した図の一例である。復帰ピン２８を押すと、可動磁性体３が固定磁性体４から押し離される。可動磁性体３が復帰ピン２８に押されて引っ張りバネ１３Ｄの張力の上死点を通過すると、可動磁性体３は、引っ張りバネ１３Ｄにより、固定磁性体４から離れる方向へ更に付勢される。押された復帰ピン２８は、圧縮バネ２７により元の位置に復帰する。

図１４は、第四変形例に係る電流センサ１Ｄにおいて、可動磁性体３の位置と可動磁性体３に作用する力との関係を表したグラフの一例である。制御回路１９を上述の電流センサ１Ｄの励磁コイル６に接続した状態において、スイッチ５をオフにしたい場合には、制御回路１９に遮断信号を入力する。制御回路１９に遮断信号が入力されると、増幅器２０−ＰＦＢによる正帰還制御が開始される。増幅器２０−ＰＦＢによる正帰還制御によって磁気回路２の磁束密度が上昇し、磁気誘引力が引っ張りバネ１３Ｄの張力を上回ると、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられる。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられ、可動接点１１が固定接点１２から離れるに至ると、スイッチ５がオフになる。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられる過程で、可動磁性体３が引っ張りバネ１３Ｄの張力の上死点を通過すると、可動磁性体３には、励磁コイル６の磁気誘引力の他、引っ張りバネ１３Ｄの張力が更に加わる。この結果、可動磁性体３は、固定磁性体４から離れた状態で保持される。

＜電流センサの第五変形例＞
図１５は、第五変形例に係る電流センサを示した図の一例である。上記実施形態や各変形例（第一変形例から第四変形例まで）に係る電流センサは、いわゆるＢ接点方式のスイッチを採用していた。一方、第五変形例に係る電流センサ１Ｅは、いわゆるＡ接点方式のスイッチ５Ｅを採用している。

すなわち、第五変形例に係る電流センサ１Ｅは、可動接点１１Ｅが支点１４を挟んで引っ張りバネ１３の反対側に取り付けられている。よって、可動接点１１Ｅは、引っ張りバネ１３により固定接点１２Ｅから離間する方向へ付勢される。可動磁性体３は、上記実施形態に係る電流センサ１と同様、固定磁性体４から離れる方向に付勢される。可動接点１１Ｅは、励磁コイル６に流す電流を制御することにより動かすことが可能である。例えば、励磁コイル６で磁気回路２を励磁することにより発生する隙間９の磁気誘引力が、引っ張りバネ１３Ｅの張力に勝ると、可動磁性体３は、固定磁性体４に引き寄せられる。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられると、可動磁性体３に取り付けられている可動接点１１Ｅは、固定接点１２Ｅに接触する。

図１６は、第五変形例に係る電流センサ１Ｅの上面図の一例である。また、図１７は、図１５において符号Ｂ−Ｂで示す線で電流センサ１Ｅを切断した場合の断面図の一例である。可動接点１１Ｅは、可動磁性体３に固定される基部１５Ｅと、基部１５Ｅから二股に伸びる接触部１６Ｅ（Ｂ），１６Ｅ（Ｓ）とを備える。また、固定接点１２Ｅは、電源に接続される母線側のバスバー１７Ｅ（Ｂ）に設けられた被接触部１８Ｅ（Ｂ）と、負荷に接続され且つ可動磁性体３及び固定磁性体４に取り囲まれる支線側のバスバー１７Ｅ（Ｓ）に設けられた被接触部１８Ｅ（Ｓ）とを備える。可動接点１１Ｅが固定接点１２Ｅに接触すると、接触部１６Ｅ（Ｂ）が被接触部１８Ｅ（Ｂ）に接触し、接触部１６Ｅ（Ｓ）が被接触部１８Ｅ（Ｓ）に接触する。接触部１６Ｅ（Ｂ）が被接触部１８Ｅ（Ｂ）に接触し、接触部１６Ｅ（Ｓ）が被接触部１８Ｅ（Ｓ）に接触すると、バスバー１７Ｅ（Ｓ）は、可動接点１１Ｅを介してバスバー１７Ｅ（Ｂ）と電気的に接続される。

上記電流センサ１Ｅは、次のような制御回路１９Ｅを励磁コイル６に接続することにより、電路７の電流を計測する機能と電路７を開閉する機能とを司ることが可能である。図１８は、制御回路１９Ｅの構成図の第二例である。

制御回路１９Ｅは、上記制御回路１９と同様、磁気平衡方式により電流を検知するための回路である。但し、第五変形例に係る電流センサ１Ｅは、Ａ接点方式のスイッチ５Ｅを用いているため、電路７の電流測定時、可動磁性体３を固定磁性体４に引き寄せるための電流を励磁コイル６に流すことになる。そこで、制御回路１９Ｅは、ホール電圧がゼロとなるように励磁コイル６の電流を負帰還制御する増幅器２０Ｅ−ＮＦＢから励磁コイル６へ繋がる回路の途中に、投入信号の成分を増幅した電流を重畳する増幅器２０Ｅ−Ｃが設けられている。よって、励磁コイル６には、電路７を流れる電流に起因して磁気回路２に発生する磁束を打ち消すための成分の他、制御回路１９Ｅに投入される投入信号の成分を加えた電流が流れる。制御回路１９Ｅは、励磁コイル６を通過した電流のうち投入信号の成分を取り除いたものを、電路７を流れる電流の測定信号として出力する。なお、励磁電流を直流、測定対象の電流を交流とすれば、交流成分である測定電流に重畳される励磁電流の直流成分を容易に除去可能である。

図１９は、可動磁性体３の位置と可動磁性体３に作用する力との関係を表したグラフの一例である。制御回路１９Ｅを第五変形例に係る電流センサ１Ｅの励磁コイル６に接続した状態において、スイッチ５Ｅをオンにしたい場合には、制御回路１９Ｅに投入信号を入力する。制御回路１９に投入信号を入力すると、増幅器２０Ｅ−ＮＦＢ，２０Ｅ−Ｃによる負帰還制御が開始され、可動磁性体３を固定磁性体４に引き寄せるための励磁電流が励磁コイル６に流れる。励磁コイル６によって隙間９に発生する磁力の誘引力が引っ張りバネ１３Ｅの張力を上回ると、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられる。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられると、可動接点１１Ｅが固定接点１２Ｅに接触し、スイッチ５Ｅがオンになる。スイッチ５Ｅがオンになり、電路７に電流が流れると、電路７を流れる電流の測定信号が制御回路１９Ｅから出力される。

また、制御回路１９Ｅを第五変形例に係る電流センサ１Ｅの励磁コイル６に接続した状態において、スイッチ５Ｅをオフにしたい場合、制御回路１９Ｅに入力している投入信号を遮断する。投入信号を遮断すると、増幅器２０Ｅ−ＮＦＢ，２０Ｅ−Ｃによる負帰還制御が停止され、励磁コイル６に流れていた励磁電流が遮断される。励磁コイル６に流れていた励磁電流が遮断されると、可動磁性体３が引っ張りバネ１３Ｅにより固定磁性体４から引き離され、可動接点１１Ｅが固定接点１２Ｅから離れる。可動接点１１Ｅが固定接点１２Ｅから離れると、電源から負荷への給電が停止される。

なお、第五変形例に係る電流センサ１Ｅは、スイッチ５Ｅをオンにする場合、励磁コイル６に電流を流し、引っ張りバネ１３Ｅのバネ力（図１９のグラフの「ＦＳ１」に相当）よりも大きな電磁力（図１９のグラフの「ＦＭ１」に相当）を発生させる。これにより、可動磁性体３は、固定磁性体４に引き寄せられる。隙間９が小さくなるに従い、隙間９に発生する電磁力は益々大きくなる。隙間９が最小になると、隙間９に発生する電磁力は最大になる（図１９のグラフ「ＦＭ２」を参照）。この状態に至れば、励磁コイル６を流れる電流の大きさを下げても、電磁力「ＦＭ２」がバネ力「ＦＳ２」を上回っている限り、スイッチ５Ｅのオン状態を維持可能である。但し、励磁コイル６には電流を流し続けることになる。

＜制御回路の変形例（その２）＞
図２０は、上記制御回路１９Ｅを変形した変形例に係る制御回路の構成図の一例である。本変形例に係る制御回路１９Ｆは、上記制御回路１９Ｅに備わっていた増幅器２０Ｅ−Ｃに代わり、変成器３０が設けられている。よって、励磁コイル６には、電路７を流れる電流に起因して磁気回路２に発生する磁束を打ち消すための成分の他、制御回路１９Ｆに投入される投入信号の成分を加えた電流が流れる。その他については、上記制御回路１９Ｅと同様である。

上記電流センサ１Ｅは、本変形例に係る制御回路１９Ｆを励磁コイル６に接続した場合であっても、上記制御回路１９Ｅの場合と同様、電路７の電流を計測する機能と電路７を開閉する機能とを司ることが可能である。

＜電流センサおよび制御回路の適用例＞
図２１は、上記実施形態に係る電流センサ１および制御回路１９の適用例を示した図の一例である。上記実施形態や各変形例に係る電流センサおよび制御回路は、例えば、テーブルタップや分電盤等の配電機器３１に適用可能である。一つの配電機器３１に複数の電流センサ１を設ける場合、各電流センサ１を制御する制御回路１９は一つに統合してもよいし、各電流センサ１に対して個別に設けてもよい。

配電機器３１に内蔵した制御回路１９は、例えば、配電機器３１に内蔵した通信回路３２を経由して外部の機器と接続することにより、他の機器との連携動作を実現する電力管理システム３５を構築することが可能である。すなわち、配電機器３１に繋がっている負荷の電力消費量を集計したい場合、例えば、配電機器３１の通信回路３２に繋がる通信回線を、中継器３３等を経由して集計器３４に繋ぐことにより、各負荷の電力消費量を集計器３４が集計可能となる。また、上記実施形態や各変形例に係る電流センサおよび制御回路を適用した配電機器３１を用いて構築された電力管理システム３５であれば、各負荷に供給する電力を集計器３４側で適宜遮断することも可能である。また、データの通信は、例えば、ＡＤ（Analog to Digital）変換器を用いてデジタル信号により行ってもよいし、アナログ信号のままで行ってもよい。データの通信をデジタル信号で行う場合、電流に関するデータは、例えば、演算装置や記憶装置を経由して集計するようにしてもよい。

なお、上記実施形態や各変形例に係る電流センサおよび制御回路は、テーブルタップや分電盤等の配電機器３１への適用に限られるものではない。例えば、電路の電流値が既定の値に達した場合に上記遮断信号を発生させるように制御回路を改変すれば、上記実施形態や各変形例に係る電流センサおよび制御回路を過電流継電器として用いることも可能となる。また、上記実施形態や各変形例は、適宜組み合わせることも可能である。

以下、上記電流センサ１の具体的な設計に関する検討結果について説明する。例えば、電路７に電流が流れていない場合、励磁コイル６の電磁力はゼロである。また、例えば、可動磁性体３は、引っ張りバネ１３により約５．４μＮ程度の力で常に引っ張り上げられ、始点において静止しているものとする。また、磁気回路２は、例えば、比透磁率が１０００、断面が３ｍｍ角、磁路長が３６．６ｍｍであるものとする。また、可動磁性体３は、例えば、長さが２０ｍｍで、断面が３ｍｍ角であるものとする。また、例えば、可動磁性体３が固定磁性体４から引き離された状態において、隙間９の長さは１．４ｍｍであるものとする。また、例えば、可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられた状態において、隙間９の長さは０．５ｍｍであるものとする。

上記電流センサ１を例えばこのように設計した場合、電路７に２８Ａの電流が流れると、計算上、磁気回路２には１ｍＴ弱の磁束密度の磁界が発生し、磁気回路２に発生する電磁力（図５のグラフの「ＦＭ１」に相当）は２．７μＮとなる。仮に、隙間９の長さが０．５ｍｍになれば、磁気回路２に発生する磁界の磁束密度は２４．５ｍＴに増加し、電磁力は５．０５ｍＮとなる。このような電流センサ１においては、励磁コイル６の巻き数を１０００、引っ張りバネ１３のバネ定数を１１．０ｍＮ／ｍ、引っ張りバネ１３の初期伸び変位を０．５ｍｍとすることで、励磁コイル６によるスイッチ５の開閉動作が実現可能となる。

また、電路７の電流を測定する際は、負帰還制御により最大２８ｍＡの電流を励磁コイル６に流すことで磁気回路２の磁界を打ち消し、磁束密度と電磁力を共にゼロにする。この状態において励磁コイル６に流れる励磁電流は、測定すべき電路７の電流値に対応している。また、可動磁性体３は、引っ張りバネ１３によって約５．４μＮ程度の力で常に引っ張り上げられ、固定磁性体４から引き離された状態を保つ。

スイッチ５を切る際は、正帰還制御により、励磁コイル６に励磁電流を流す。例えば、電路７の電流が２８Ａで励磁電流が２９ｍＡであると仮定すると、電磁力（図５のグラフの「ＦＭ２」に相当）は５．５μＮとなる。すなわち、引っ張りバネ１３のバネ力よりも大きい電磁力が発生するので、可動磁性体３は固定磁性体４に引き寄せられ始める。可動磁性体３が固定磁性体４に引き寄せられるにつれて、隙間９に発生する電磁力は益々増加する。この結果、可動磁性体３は、隙間９の長さが最小となる位置まで固定磁性体４に引き寄せられるに至る。なお、実際の使用に際しては、励磁電流を、上記理論値を上回る値（例えば、５０ｍＡ）とすることにより、可動磁性体３を固定磁性体４に一瞬で引き寄せることも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ・・電流センサ：２・・磁気回路：３・・可動磁性体：４・・固定磁性体：５，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ・・スイッチ：６・・励磁コイル

Claims

電路から発生する磁束を磁気センサに集束させる磁気回路と、
前記磁気回路の一部を形成する可動磁性体に連動して前記電路を開閉するスイッチと、
前記磁気回路を励磁し、前記磁気回路の一部を形成する固定磁性体に前記可動磁性体を引き寄せ可能な磁力を発生させる励磁コイルと、を備える、
電流センサ。
前記電路が閉じる方向に前記スイッチの接点を付勢する付勢手段と、
前記電路を閉じる場合、前記磁気センサの信号に基づいて前記励磁コイルに負帰還制御を行うと共に、前記負帰還制御の制御量を前記電路の電流に比例する信号として出力する制御部と、を更に備える、
請求項１に記載の電流センサ。
前記制御部は、前記電路を開く場合、前記磁気センサの信号に基づいて前記励磁コイルに正帰還制御を行い、前記可動磁性体を前記固定磁性体に引き寄せ可能な磁力を前記励磁コイルに発生させる、
請求項２に記載の電流センサ。
前記電路が開く方向に前記スイッチの接点を付勢する付勢手段と、
前記電路を閉じる場合、前記磁気センサの出力に規定の電流を重畳した信号に基づいて前記励磁コイルに負帰還制御を行うと共に、前記負帰還制御の制御量から前記規定の電流の成分を除いたものを前記電路の電流に比例する信号として出力する制御部と、を更に備える、
請求項１に記載の電流センサ。
前記励磁コイルの通電を停止した状態において、前記固定磁性体に引き寄せられた前記可動磁性体をラッチするラッチ手段を更に備える、
請求項１から４の何れか一項に記載の電流センサ。