KR20180048337A - 전류 측정 장치 - Google Patents

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요코가와 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

피측정 전류에 의해 발생하는 자계를 측정하는 저주파 계측용 센서와,
상기 저주파 계측용 센서와 감자 방향이 대략 평행이 되도록 배치되어, 상기 자계를 측정하고, 상기 저주파 계측용 센서에 가해지는 상기 자계를 캔슬하는 자계를 발생하는 고주파 계측용 센서와,
상기 저주파 계측용 센서에 의해 측정된 상기 자계 신호에 기초하여 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 전류를 제어하는 부귀환 회로와,
상기 부귀환 회로 내에 배치되어, 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는, 상기 부귀환 회로에 의해 제어되는 상기 전류의 주파수 특성을 조정하는 로우 패스 필터와,
상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 상기 전류에 기초하여 상기 피측정 전류의 측정값을 출력하는 출력부를 구비하는, 전류 측정 장치.

Description

전류 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING CURRENT}
본 발명은 전류 측정 장치에 관한 것이다.
본원은, 2016년 10월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2016-213790호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
피측정 도체에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서로서, 피측정 도체의 주위에 형성된 자기 센서를 사용하여, 피측정 도체에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계를 측정하는 전류 센서가 있다. 전류 센서에는, 피측정 도체를 1 주(周)하는 자성 코어 (이하, 「집자 코어」 라고 한다.) 가 배치되어 자기 센서의 측정 감도를 높이는 것이 있다.
전류 센서는, 자기 센서에 가해지는 자계를 캔슬하기 위한 피드백 코일을 갖는 것이 있다. 피드백 코일은, 피측정 전류의 크기에 따른 전류에 의해 자기 센서에 가해지는 자계와 역방향의 자계를 발생함으로써, 자기 센서에 가해지는 자계를 캔슬할 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-039848호를 참조).
피측정 도체를 주회 (周回) 하는 공심 (空芯) 의 코일을 갖고, 피측정 전류에 따른 유도 기전력에 기초하여 교류의 피측정 전류를 측정하는 로고스키 코일을 사용한 전류 센서가 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-257905호를 참조).
그러나, 종래의 전류 센서에 사용되는 집자 (集磁) 코어는, 산화철을 주성분으로 하는 세라믹스 등의 단단한 재료에 의해 형상이 고정화되기 때문에, 충격에 대하여 약하고, 또 센서의 장착 스페이스나 위치가 한정되어 버린다. 이 때문에, 집자 코어를 갖는 전류 센서는, 예를 들어, 파워 반도체의 IC 핀이나 배선이 집적된 버스 바의 주변 등, 스페이스가 한정되는 좁은 장소에 배치되는 경우나, 진동 환경하에서의 사용이 곤란해지는 경우가 있었다.
로고스키 코일을 사용한 전류 센서는, 교류 전류를 측정하는 것이기 때문에, 직류 전류나 주파수가 낮은 교류 전류를 측정할 수 없어, 주파수에 따라 센서를 구분해서 사용할 필요가 있었다.
피측정 전류에 의해 발생하는 자계를 측정하는 저주파 계측용 센서와, 상기 저주파 계측용 센서와 감자 (感磁) 방향이 대략 평행이 되도록 배치되어, 상기 자계를 측정하고, 상기 저주파 계측용 센서에 가해지는 상기 자계를 캔슬하는 자계를 발생하는 고주파 계측용 센서와, 상기 저주파 계측용 센서에 의해 측정된 상기 자계 신호에 기초하여 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 전류를 제어하는 부귀환 회로와, 상기 부귀환 회로 내에 배치되어, 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는, 상기 부귀환 회로에 의해 제어되는 상기 전류의 주파수 특성을 조정하는 로우 패스 필터와, 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 상기 전류에 기초하여 상기 피측정 전류의 측정값을 출력하는 출력부를 구비하는, 전류 측정 장치.
본 발명의 추가적인 특징 및 양태는, 첨부 도면을 참조하여, 이하에 서술하는 실시형태의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1a 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 용도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 1b 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 용도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4a 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 감도의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4b 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 감도의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 회로 구성의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 6 은, 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 제 1 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 제 1 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 제 2 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11a 는, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11b 는, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14 는, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15 는, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16 은, 제 6 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태를 바람직한 실시형태를 참조하여 설명한다. 당업자는, 본 발명의 교시를 이용하여 본 실시형태의 많은 대체 수단을 달성할 수 있고, 본 발명은 여기서 설명되는 바람직한 본 실시형태에 한정되지 않는다.
본 발명의 하나의 양태는, 설치 스페이스가 한정되는 장소에서의 이용이 가능하고, 넓은 범위의 주파수의 전류를 측정할 수 있는, 전류 측정 장치를 제공하는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1a 및 도 1b 를 이용하여, 전류 측정 장치의 용도를 설명한다. 도 1a 및 도 1b는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 용도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 1a 에 있어서, 전류 측정 장치 (100) 는, 전류 센서 (1), 케이블 (2) 및 회로부 (3) 를 갖는다. 전류 센서 (1) 는 피측정 도체에 흐르는 전류의 크기에 따라 발생하는 자계의 강도를 검출한다. 전류 센서 (1) 는 검출한 자계의 강도를, 전류값 또는 전압값으로서 출력한다. 전류 센서 (1) 의 상세한 내용은 도 2 등을 이용하여 후술한다.
전류 센서 (1) 는, 집자 코어가 없는 와이어 형상의 플렉시블한 센서이다. 전류 센서 (1) 는 루프 형상을 갖고 있고, 피측정 도체를 주회시킬 수 있다. 도 1a 에 있어서, 파워 IC (a) 의 핀 (a1) 이 피측정 도체이고, 전류 센서 (1) 가 핀 (a1) 에 흐르는 전류를 측정한다. 핀 (a1) 은 파워 IC (a) 로부터 소정의 피치로 배치되어 있다. 따라서, 핀 (a1) 의 피치 등에 의해, 핀 (a1) 에 흐르는 전류를 측정하기 위한 센서의 설치 스페이스가 한정된다. 전류 센서 (1) 는, 집자 코어를 갖고 있지 않기 때문에, 집자 코어의 치수에 의한 영향을 받는 일이 없다. 집자 코어는, 자성체의 자기 포화를 고려하여 소정의 크기가 필요하기 때문에, 집자 코어를 갖는 전류 센서는 소형화가 곤란해진다. 전류 센서 (1) 는, 집자 코어가 없는 와이어 형상의 플렉시블한 센서이기 때문에, 파워 IC (a) 의 핀 (a1) 과 같은 설치 스페이스가 한정되는 피측정 도체에 대하여 설치되는 경우라도, 핀 (a1) 을 주회하도록 설치할 수 있다. 전류 센서 (1) 는, 집자 코어를 갖고 있지 않기 때문에 히스테리시스 문제가 잘 발생하지 않는다. 전류 센서 (1) 의 와이어의 길이나 굵기 (직경) 는 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서 (1) 의 직경을 핀 (a1) 의 피치에 맞춰 선택할 수 있다. 또한, 전류 센서 (1) 는, 집자 코어를 갖고 있지 않기 때문에 집자 코어의 잔류 자화를 소거하는 소자 (消磁) 를 실시할 필요가 없다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 전류 센서 (1) 는, 케이블 (2) 을 통해서 회로부 (전류 측정 장치 본체) (3) 에 접속된다. 그러나, 전류 센서 (1) 는, 케이블 (2) 을 통하지 않고 회로부 (3) 에 직접 접속되어도 된다. 즉, 케이블 (2) 의 유무 및 케이블 (2) 의 길이는, 용도에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 이하의 도면의 설명에 있어서도 마찬가지로 케이블 (2) 의 유무 및 길이는 적절히 선택되면 된다. 회로부 (3) 는, 전류 센서 (1) 로 검출된 피측정 도체에 발생하는 자계의 강도를, 피측정 도체에 흐르는 전류의 전류값으로 변환한다. 회로부 (3) 의 상세한 내용도 후술한다.
도 1b 에 있어서, 버스 바 (b) 가 피측정 도체이고, 전류 센서 (1) 가 전류를 측정한다. 버스 바 (b) 는, 예를 들어, 하이브리드 차의 경우와 같이 집적된 배선에 대하여 대전류를 공급하는 용도로 이용된다. 예를 들어, 버스 바 (b) 에는, 소정의 피치로 배선 접속부 (b1) 가 형성되고, 도시되지 않은 배선이 고밀도로 접속된다. 이 때문에, 버스 바 (b) 의 전류를 측정하는 경우, 전류 센서 (1) 의 설치 스페이스가 한정된다. 전류 센서 (1) 는, 집자 코어가 없는 와이어 형상의 플렉시블한 센서이기 때문에, 버스 바 (b) 와 같은 설치 스페이스가 한정되는 피측정 도체에 대하여 설치되는 경우라도, 고밀도인 배선 사이에 버스 바 (b) 를 주회하도록 전류 센서 (1) 를 설치할 수 있다.
다음으로, 도 2 를 이용하여, 전류 측정 장치 (100) 의 구성을 설명한다. 도 2 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 전류 측정 장치 (100) 는, 전류 센서 (1), 케이블 (2), 회로부 (3) 및 커넥터 (4) 를 갖는다. 전류 센서 (1) 는, 복합 센서 (10), 저주파 계측용 센서 와이어 (13), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (15) 를 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 「저주파」 및 「고주파」 는, 주파수의 절대값을 나타내는 것이 아니라, 피측정 전류의 주파수를 고주파와 저주파로 나누었을 경우의 상대적인 주파수를 나타내고 있다. 저주파는, 직류를 포함한다.
전류 센서 (1) 에 포함되는 저주파 계측용 센서 와이어 (13), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (15) 는, 도시되지 않은 동일한 피복 등에 의해 묶여져 루프 형상을 형성하고 있다. 이하 (도 2 ∼ 도 16) 에서 설명하는 본 실시형태에서는, 루프 형상으로 묶여진 와이어의 군을, 「와이어부」 라고 한다. 와이어부는 집자 코어를 갖고 있지 않기 때문에 플렉시블하다. 와이어부는, 플렉시블하기 때문에, 도체 (c) 주변의 설치 스페이스가 한정되는 경우라도 용이하게 도체 (c) 에 주회하여 설치할 수 있다.
복합 센서 (10) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 를 갖는다. 복합 센서 (10) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 를 사용하여, 도체 (c) 에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계를 측정한다. 복합 센서 (10) 는, 와이어부의 루프의 일부에 형성되고, 와이어부가 도체 (c) 를 주회되었을 때에 도체 (c) 의 주위에 발생하는 자계를 측정할 수 있다. 도 2 에 있어서는, 도체 (c) 가 와이어부의 루프 중심에 있다. 복합 센서 (10) 가 1 개인 경우에는, 도시되지 않은 지그 등이 복합 센서 (10) 와 도체 (c) 의 거리를 일정하게 함으로써 전류를 정확하게 측정할 수 있다.
저주파 계측용 센서 (11) 는 임의 종류의 자기 센서이다. 자기 센서의 종류는, 자기 센서에 사용되는 소자의 종류에 따라 분류할 수 있다. 저주파 계측용 센서에 사용되는 소자는, 예를 들어, 자기 저항 소자, 홀 소자, 플럭스 게이트 소자, 자기 임피던스 소자 등이다. 자기 저항 (MR：Magneto Resistance) 소자는, 인가된 자기의 크기에 따라 변화하는 자기 저항의 변화율을 검출함으로써 자계를 검출하는 센서이다. 자기 저항 소자는, 온도 특성이 우수하고, 저렴하다. 홀 소자는, 홀 효과를 이용하여 자계를 전기 신호로 변환하는 센서이다. 홀 소자는, 저렴하고 사용하는 소재에 따라 감도나 온도 특성을 선택할 수 있다. 플럭스 게이트 소자는, 고투자율 자성 코어를 교류 여자하고, 고투자율 자성 코어로부터의 자속을 픽업 코일에 의해 검지하는 센서이다. 플럭스 게이트 소자는, 고감도이고 직선성이나 온도 특성이 우수하다. 자기 임피던스 (MI：Magneto Impedance) 소자는, 자기 임피던스 효과를 이용한 센서이다. 자기 임피던스 소자는, 아모르퍼스 합금 와이어에 의해 고감도이고 온도 특성 및 내열성이 우수하고, 광대역화가 가능하다.
고주파 계측용 센서 (12) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감자 방향과 고주파 계측용 센서 (12) 의 감자 방향이 평행이 되도록 배치되어 있다. 감자 방향은, 자계에 대하여 최대 감수성을 갖는 방향이다. 감자 방향은, 고주파 계측용 센서 (12) 가 예를 들어 코일 형상인 경우, 코일의 개구부가 자계의 방향과 수직이 되는 방향이다. 도 2 에 있어서의 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 의 감자 방향은, 와이어부의 원주 방향이다. 도 2 에 있어서 저주파 계측용 센서 (11) 는 원통 형상이다. 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감자 방향인 원통 형상의 중심축과 고주파 계측용 센서 (12) 의 감자 방향인 중심축은 대략 동일해지도록 배치되어 있다. 즉, 도 2 에 있어서 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 는, 동심원에 배치되어 있다. 도 2 에서는, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 를 포함하도록 배치되어 있다. 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 의 구성의 상세한 내용은 도 3 에서 후술한다. 피측정 전류에 대한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성은, 피측정 전류에 대한 고주파 계측용 센서 (12) 의 주파수 특성과는 상이하다. 저주파 계측용 센서 (11) 는 직류 및 저주파역에 있어서 감도가 높은 센서이다. 한편, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 에 비해 고주파역에 있어서 감도가 높은 센서이다. 일례로서, 본 실시형태에 있어서 고주파 계측용 센서 (12) 는, 도체 (c) 에 피측정 전류가 흐를 때에 발생하는 자속이 코일 중을 통과하도록 설치되는 로고스키 코일이다. 로고스키 코일은 공심 코일을 환상 (環狀) 으로 한 코일이며, 교류의 전류 측정에 사용할 수 있다. 도 2 에 나타내는 고주파 계측용 센서 (12) 에 있어서, 환상의 코일의 일부는 코일로서 사용되고, 다른 부분은 와이어부로서 사용된다. 본 구성에 의해, 코일의 인덕턴스와 부유 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 공진점을 높게 할 수 있고, 그 결과, 측정 범위가 확대된다. 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 를 조합함으로써 피측정 전류를 넓은 범위의 주파수에 있어서 측정하는 것이 가능해진다. 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도의 주파수 특성의 상세한 내용은 도 4a 및 도 4b 에서 후술한다.
저주파 계측용 센서 (11) 는, 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 를 통해서 구동 전류 혹은 구동 전압이 공급되어 구동된다. 구동된 저주파 계측용 센서 (11) 는, 도체 (c) 에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계의 강도에 따른 신호를 저주파 계측용 센서 와이어 (13) 를 통해서 출력한다. 저주파 계측용 센서 와이어 (13) 및 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 에 사용되는 소자의 종류에 따라 그 동작이 상이하다. 저주파 계측용 센서 (11) 에 사용되는 소자의 종류는, 예를 들어, 자기 저항 소자, 홀 소자, 플럭스 게이트 소자, 자기 임피던스 소자 등이다. 소자의 종류에 의한 복합 센서 (10) 의 구성에 대해서는 후술한다.
커넥터 (4) 는, 와이어부 (전류 센서 (1) 의 저주파 계측용 센서 와이어 (13), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (15)) 를 케이블 (2) 을 통해서 전류 센서 (1) 에 접속한다. 커넥터 (4) 는 도시되지 않는 2 개의 블록으로 구성된다. 커넥터 (4) 의 일방의 블록은 케이블 (2) 과 항상 접속되어 있다. 한편, 커넥터 (4) 의 타방의 블록은, 일방의 블록에 삽입되어 있을 때에는 케이블 (2) 과 접속되고, 일방의 블록으로부터 빼내어져 있을 때에는 케이블 (2) 과 절단된다. 와이어부의 양단의 각각의 일단을 커넥터 (4) 의 각각의 블록에 접속함으로써, 커넥터 (4) 의 삽입 발출로 와이어부의 일단과 케이블 (2) 의 접속 및 절단을 실시할 수 있다. 즉, 커넥터 (4) 가 빼내어진 상태에서 와이어부가 도체 (c) 에 주회된 후, 커넥터 (4) 가 삽입됨으로써 루프를 형성할 수 있다. 커넥터 (4) 는, 상기 서술한 바와 같이, 케이블 (2) 을 개재하지 않고 전류 센서 (1) 를 직접 회로부 (3) 에 접속할 수도 있다.
회로부 (3) 는, 자기 센서 회로 (31), 부귀환 회로 (32), 구동 회로 (33), 전류 전압 변환부 (34) 및 출력부 (전압 출력부) (35) 를 갖는다. 부귀환 회로 (32) 는, 적분 회로 (321), 제한 저항 (322), 미분 회로 (323), 증폭 회로 (324) 및 로우 패스 필터 (LPF) (326) 를 갖는다. 자기 센서 회로 (31) 는, 케이블 (2) 을 통해서 저주파 계측용 센서 와이어 (13) 와 접속된다. 자기 센서 회로 (31) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 로부터 출력된 신호를 처리하여 부귀환 회로 (32) 에 출력한다. 자기 센서 회로 (31) 는, 예를 들어, 저주파 계측용 센서 (11) 로부터 출력된 신호를 증폭하는 증폭 회로이다. 구동 회로 (33) 는, 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (14) 를 통해서 저주파 계측용 센서 (11) 에 구동 전력 (전류 또는 전압) 을 공급한다.
부귀환 회로 (32) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 로부터의 출력을 제어하여, 고주파 계측용 센서 와이어 (15) 를 통해서 고주파 계측용 센서 (12) 에 대하여 저주파 계측용 센서 (11) 로부터의 출력에 따른 전류를 공급한다. 고주파 계측용 센서 (12) 는, 부귀환 회로 (32) 로부터 공급되는 전류에 기초하여, 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 방향으로 자계를 발생시킨다. 부귀환 회로 (32) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 로부터의 출력이 0 이 되도록 고주파 계측용 센서 (12) 에 피드백 전류를 출력하는 부귀환 제어를 실시한다. 즉, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 도체 (c) 의 자계를 측정함과 함께, 저주파 계측용 센서 (11) 에 의해 측정된 자계의 강도에 따라 발생하는 전류에 기초하여 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 자계를 발생시키는 피드백 코일로서 동작한다. 상기 서술한 바와 같이, 직류 또는 저주파역에서는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도가 높고, 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 낮다. 이 때문에, 직류 또는 저주파역에 있어서 고주파 계측용 센서 (12) 는 주로 피드백 코일로서 동작한다. 한편, 고주파역에서는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도가 낮고, 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 높다. 이 때문에, 고주파역에 있어서 고주파 계측용 센서 (12) 는 주로 로고스키 코일로서 동작한다. 본 실시형태의 전류 센서 (1) 는, 출력 신호를 피드백 코일로부터의 전류로서 검출한다. 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 를 피드백 코일로서 사용한 전류 센싱에 있어서, 제로 플럭스가 되도록 피드백 코일에 흐르는 전류를 제어하고 있다. 고주파 계측용 센서 (12) 를 로고스키 코일로서 사용한 전류 센싱에 있어서, 고주파 계측용 센서 (12) 에 가해지는 자계를 방해하는 방향으로 유도 전류가 발생한다. 그 때문에, 상기 2 종류의 방식으로는 함께 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일 내의 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고 있고, 고주파 계측용 센서 (12) 로부터의 출력 전류만으로 신호로서 검출할 수 있다. 따라서, 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도를 조정하는 조정 회로나 서로의 출력을 가산하는 가산 회로를 별도 형성하는 필요가 없다.
부귀환 회로 (32) 의 적분 회로 (321), 미분 회로 (323) 및 증폭 회로 (324) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 에 의해 측정된 도체 (c) 의 자계의 강도에 기초하는 전압값을 적분, 미분 및 증폭함으로써 PID (Proportional-Integral-Differential) 제어하고, 전류값으로 변환한다. 제한 저항 (322) 은, 증폭 회로 (324), 미분 회로 (323) 및 적분 회로 (321) 와 함께 부귀환 회로 (32) 에 포함된다. 제한 저항 (322) 은, 증폭 회로 (324), 미분 회로 (323) 및 적분 회로 (321) 로부터 출력되는 전류값을 고주파 계측용 센서 (12) 에 피드백 출력한다. 부귀환 회로 (32) 는, 적분 회로 (321), 미분 회로 (323) 및 증폭 회로 (324) 중 적어도 1 개를 사용하여 전압값을 제어해도 된다. 복수의 회로로 계측된 측정값을 가산함으로써, 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
전류 전압 변환부 (34) 는, 고주파 계측용 센서 와이어 (15) 를 통해서 고주파 계측용 센서 (12) 에 흐르는 전류를 전압으로 변환한다. 전압 출력부 (35) 는, 전류 전압 변환부 (34) 에 의해 변환된 전압을 도체 (c) 의 피측정 전류의 측정값으로서 회로부 (3) 의 외부에 출력한다. 전압 출력부 (35) 는, 소정의 레인지의 전류값을, 예를 들어 0 ∼ 5 v 의 레인지의 전압으로서 출력한다.
로우 패스 필터 (326) 는, 부귀환 회로 (32) 내에 배치되어 있다. 예를 들어, 로우 패스 필터 (326) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 출력을 처리하는 자기 센서 회로 (31) 와, 3 개의 회로 (적분 회로 (321), 미분 회로 (323) 및 증폭 회로 (324)) 사이에 삽입된다. 요컨대, 로우 패스 필터 (326) 는, 자기 센서 회로 (31) 를 통해서, 저주파 계측용 센서 (11) 에 접속된다. 로우 패스 필터 (326) 는, 자기 센서 회로 (31) 의 출력에 포함되는 고주파 성분을 차단하여 저주파 성분을 통과시킨다. 이에 따라, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 출력 신호의 주파수 특성을 조정할 수 있다. 로우 패스 필터 (326) 는, 주파수 특성이 조정된 저주파 계측용 센서 (11) 의 출력을 적분 회로 (321), 미분 회로 (323) 및 증폭 회로 (324) 에 출력한다. 부귀환 회로 (32) 는, 주파수 특성이 조정된 저주파 계측용 센서 (11) 의 출력 신호를 이용하여 고주파 계측용 센서 (12) 를 피드백 코일로서 동작시킨다.
로우 패스 필터 (326) 는, 예를 들어, 콘덴서 (C) 와 저항기 (R) 로 이루어지는 CR 형의 로우 패스 필터여도 된다. 로우 패스 필터 (326) 는, 코일 (L) 과 콘덴서 (C) 로 이루어지는 LC 형의 로우 패스 필터여도 된다. 로우 패스 필터 (326) 는, 연산 증폭기를 사용한 액티브형 로우 패스 필터여도 된다.
도 2 에 있어서는, 로우 패스 필터 (326) 가 부귀환 회로 (32) 의 내부에 배치되어 있는 경우를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저주파 계측용 센서 (11), 자기 센서 회로 (31), 로우 패스 필터 (326), 적분 회로 (321), 미분 회로 (323), 증폭 회로 (324), 제한 저항 (322) 및 고주파 계측용 센서 (12) 에 의해 피드백 루프가 형성되어 있기 때문에, 로우 패스 필터 (326) 는 자기 센서 회로 (31) 의 내부에 배치되어도 된다. 또한, 로우 패스 필터 (326) 는, 동일한 피드백 루프가 형성된 예를 나타내는 후술하는 도 5 등에 있어서도, 부귀환 회로 (32) 의 외측의 피드백 루프가 형성되는 위치에 배치되어도 된다.
다음으로, 도 3 을 이용하여, 복합 센서 (10) 의 구성을 설명한다. 도 3 은, 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 에 있어서, 저주파 계측용 센서 (11) 는 임의의 자기 센서이다. 저주파 계측용 센서 (11) 는 상기 서술한 바와 같이 자기 저항 소자, 홀 소자, 플럭스 게이트 소자, 자기 임피던스 소자 등, 다양한 자기 센서이면 된다. 고주파 계측용 센서 (12) 의 감자 방향은, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감자 방향과 동일해지도록 배치되어 있다. 저주파 계측용 센서 (11) 의 감자 방향은, 도 3 에 있어서의 좌우 방향이다. 도 3 에 있어서는, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일의 원의 중심축과, 저주파 계측용 센서 (11) 의 원의 중심축은 대략 일치하고 있다.
복합 센서 (10) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 가 조합된 센서이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일은, 저주파 계측용 센서 (11) 를 포함하도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 외형에 가까운 내경을 갖는 중공의 원통 형상의 절연체에 코일상으로 도선을 감아 만들어진다. 코일상으로 감긴 도선은 접착제에 의해 고정되고, 원통상의 절연체가 인발되어 사용되어도 된다. 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일이 저주파 계측용 센서 (11) 를 포함함으로써, 제한 저항 (322) 을 통해서 고주파 계측용 센서 (12) 에 전류가 흘렀을 때에 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일에 발생하는 자계를, 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계와 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32) 가, 고주파 계측용 센서 (12) 에 제한 저항 (322) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계 (즉, 저주파 계측용 센서 (11) 로부터의 출력) 에 따라 제어함으로써, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일에 발생하는 역방향의 자계에서 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 것이 가능해진다. 즉, 도 3 에 도시하는 바와 같이, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일이 저주파 계측용 센서 (11) 를 포함함으로써, 고주파 계측용 센서 (12) 를 피드백 코일로서 동작시키는 것이 가능해진다. 따라서, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 도체 (c) 에 흐르는 전류를 측정함과 함께, 피드백 코일로서 동작한다. 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일의 직경, 권수 및 권선 직경 등은, 고주파 계측용 센서 (12) 로 검출되는 전류의 크기나 저주파 계측용 센서 (11) 가 받는 자계의 강도 (즉, 고주파 계측용 센서 (12) 를 피드백 코일로서 사용할 때의 캔슬해야 할 자계의 강도) 나 저주파역의 주파수 특성 등에 의해 적절히 정할 수 있다.
도 3 에 있어서는, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일이 저주파 계측용 센서 (11) 를 포함하도록 배치되지만, 고주파 계측용 센서 (12) 가 저주파 계측용 센서 (11) 의 피드백 코일로서 동작 가능하면, 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 의 배치는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 고주파 계측용 센서 (12) 에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계가 저주파 계측용 센서 (11) 에 가해지는 자계를 캔슬할 수 있으면 된다. 예를 들어, 저주파 계측용 센서 (11) 의 중심축과 고주파 계측용 센서 (12) 의 중심축을 대략 일치시킨 상태에서, 저주파 계측용 센서 (11) 가 고주파 계측용 센서 (12) 를 포함해도 된다. 1 개의 저주파 계측용 센서 (11) 에 대하여 복수의 고주파 계측용 센서 (12) 가 배치되어도 되고, 또는 복수의 저주파 계측용 센서 (11) 에 대하여 1 개의 고주파 계측용 센서 (12) 가 배치되어도 된다.
다음으로, 도 4a 및 도 4b 를 사용하여, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 에 의한 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도의 주파수 특성을 설명한다. 도 4a 및 도 4b 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 감도의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4a 에 있어서, 세로축은, 도체 (c) 에 흐르는 피측정 전류에 대한 센서 출력 전압의 비율을 나타낸 감도이다. 가로축은, 피측정 전류의 주파수이다.
고주파 계측용 센서 (12) 인 코일에 의한 자계의 귀환이 없는 것으로 가정한 경우의 저주파 계측용 센서 (11) 의 오픈 루프 출력은, 코일에 의한 로우 패스 필터 성분이 있기 때문에, 컷오프 주파수 Fcl1 의 주파수 특성을 갖는다. 저주파 계측용 센서 (11) 의 오픈 루프 출력은, 컷오프 주파수 Fcl1 이하의 대역에 있어서는 감도 S1 이 되고, 컷오프 주파수 Fcl1 이상의 대역에 있어서는 감도 S1 보다 저하된다. 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 에 있어서, 도 2 의 구성에 있어서 로우 패스 필터 (326), 적분 회로 (321), 미분 회로 (323) 가 없고, 또 고주파 계측용 센서 (12) 로서 코일을 사용하는 경우, 피드백 루프 내에 코일에 의한 로우 패스 필터 성분이 있다. 이 때문에, 증폭 회로 (324) 의 게인을 A0 으로 하면, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 컷오프 주파수는 (1＋A0)Fcl1 이 되고, 컷오프 주파수가 고역측으로 이동한다. 컷오프 주파수 (1＋A0)Fcl1 이상의 대역에 있어서는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 출력은 감도 S2 보다 저하된다.
고주파 계측용 센서 (12) 는, 코일에 의한 하이 패스 필터 성분이 작용하여, 컷오프 주파수 Fch1 의 주파수 특성을 갖는다. 고주파 계측용 센서 (12) 의 출력은, 컷오프 주파수 Fch1 이상의 대역에 있어서는 감도 S2 가 되고, 컷오프 주파수 Fch1 이하의 대역에 있어서는 감도 S2 보다 저하된다. 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 에 의한 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 함께 S2 가 되는 것은, 고주파 계측용 센서 (12) 의 코일 내의 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고, 고주파 계측용 센서 (12) 로부터의 제어 전류를 출력 신호로서 검출하고 있기 때문이다. 컷오프 주파수 Fcl1 과 컷오프 주파수 Fch1 은, 동일한 코일이기 때문에 동일하다.
복합 센서 (10) 의 감도는, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도를 결합시킨 감도이다. 도 4a 및 도 4b 에 있어서, 복합 센서 (10) 의 감도를 도시하는 굵은 선으로 나타낸다. 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 양방 얻어지는 주파수역에 있어서는, 복합 센서 (10) 의 감도는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도를 중첩한 값이 된다. 복합 센서 (10) 의 감도는, 직류로부터 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 대략 0 인 주파수 대역에 있어서, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도와 동일한 주파수 특성이 된다. 복합 센서 (10) 의 감도는, 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도가 대략 0 이 되는 주파수 이상의 대역에 있어서, 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도와 동일한 주파수 특성이 된다.
본 실시형태에 있어서는, 상기 서술한 바와 같은 주파수 특성을 갖는 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 를 사용하기 때문에, 직류부터 고주파까지 폭넓은 주파수역에 있어서 감도를 갖는 복합 센서 (10) 를 실현할 수 있다.
도 4b 를 참조하여, 주파수 특성의 조정에 대해 설명한다. 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 를 결합함으로써 얻어지는 감도가 플랫한 주파수 특성이 되기 위해서는, 로우 패스 필터를 사용하여 주파수 특성을 조정할 필요가 있다. 도 5 에 있어서 후술하는 로우 패스 필터 (LPF) 를 사용함으로써, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도가 저하되는 컷오프 주파수를, 저주파측으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 중첩되는 주파수역에 있어서, 복합 센서 (10) 의 감도의 크기를 조정하는 것이 가능해진다. 도 4b 에 나타내는 바와 같이, 로우 패스 필터에 의해 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성을 변경함으로써, 복합 센서 (10) 의 감도가 직류부터 고주파까지 플랫한 주파수 특성이 되도록 하고 있다. 로우 패스 필터를 사용하여 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성을 조정함으로써, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도를 조정하는 조정 회로나 서로의 출력을 가산하는 가산 회로를 별도 형성하지 않고, 플랫한 감도의 주파수 특성을 얻는 것이 가능해진다. 도 4b 에 있어서는, 복합 센서 (10) 의 감도가 직류부터 고주파까지 플랫하게 되어 있지만, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성과 고주파 계측용 센서 (12) 의 주파수 특성에 따라서는, 복합 센서 (10) 의 주파수 특성은 플랫으로는 되지 않는 경우가 있다. 본 실시형태에서는 로우 패스 필터의 주파수 특성을 조정하면서 복합 센서 (10) 의 감도를 미세 조정하는 것이 가능해진다.
도 4b 에서는, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 감도가 저하되는 주파수를, 로우 패스 필터를 사용하여 저주파측으로 이동시킴으로써, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 와 고주파 계측용 센서 (12) 를 결합함으로써 얻어지는 감도를 조정하는 것으로 하였다. 그러나, 감도의 조정 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고주파 계측용 센서 (12) 의 감도가 저하되는 주파수를, 하이 패스 필터를 사용하여 고주파측으로 이동시킴으로써 감도의 조정을 실시해도 된다. 또, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성과 고주파 계측용 센서 (12) 의 주파수 특성을 각각 이동시켜 감도의 조정을 실시해도 된다. 단, 고주파 계측용 센서 (12) 는, 로고스키 코일을 사용한 전류 센서이며, 코일 자체의 저항 성분과 인덕턴스 성분에 의해 하이 패스 특성을 갖고, 부귀환 회로 (32) 의 후단에 접속되어 있다. 이 때문에, 고주파 계측용 센서 (12) 의 주파수 특성을 하이 패스 필터를 사용하여 조정하는 것보다, 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성을 로우 패스 필터를 사용하여 조정하는 편이 회로 구성을 단순화하는 것이 가능해진다. 도 5 를 참조하여, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성을 로우 패스 필터를 사용하여 조정하는 방법을 설명한다.
다음으로, 도 5 를 사용하여, 부귀환 회로 (32) 의 다른 구성을 설명한다. 도 5 는, 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 회로 구성의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5 에 있어서, 회로부 (3a) 는, 도 2 에 있어서 설명한 회로부 (3) 의 다른 실시형태이다. 도 5 에 있어서, 도 2 에 있어서의 전류 센서 (1) 등의 회로부 (3) 이외의 구성은 모두 동일하기 때문에, 회로부 (3a) 만을 도시하고 그 밖의 것을 생략한다. 도 5 에 있어서, 도 2 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
부귀환 회로 (32) 는, 로우 패스 필터 (326), 증폭 회로 (324) 및 제한 저항 (322) 을 갖는다. 부귀환 회로 (32) 의 증폭 회로 (324) 는, 저주파 계측용 센서 (11) 에 의해 측정된 도체 (c) 의 자계의 강도에 기초하여 적분 제어하고, 전압값을 출력한다. 제한 저항 (322) 은, 증폭 회로 (324) 와 함께 부귀환 회로 (32) 에 포함되고, 증폭 회로 (324) 로부터 출력되는 전압값을 전류값으로 변환하여, 고주파 계측용 센서 (12) 에 피드백 출력한다. 로우 패스 필터 (326) 는, 자기 센서 회로 (31) 의 후단 혹은 증폭 회로 (324) 의 후단에 접속할 수 있고, 피드백 루프를 사용한 저주파 계측용 센서 (11) 의 주파수 특성을 조정한다.
다음으로, 도 6 을 사용하여, 복합 센서를 복수 사용한 전류 센서의 구성을 설명한다. 도 6 은, 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 에 있어서의 전류 센서 (1) 는, 도 2 에 있어서 설명한 전류 센서 (1) 의 다른 실시형태이다. 도 6 에 있어서는, 도 2 에 있어서의 전류 센서 (1) 이외에는 유사한 구성이기 때문에, 전류 센서 (1) 및 커넥터 (41) 만을 도시하고 그 밖의 것을 생략한다. 도 6 에 있어서, 도 2 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 6 에 있어서, 전류 센서 (1) 는, 복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103), 복합 센서 (104), 저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 를 갖는다. 복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103), 복합 센서 (104), 저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 는 루프 형상의 와이어부이다.
전류 센서 (1) 에 있어서, 복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103) 및 복합 센서 (104) 의, 와이어부의 주위에 복수 세트 배치된 복합 센서를, 이하 「복합 센서군」 이라고 한다. 복합 센서에 의해 계측되는 도체 (c) 에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계의 강도는, 복합 센서와 도체 (c) 의 거리에 따라 상이하다. 복합 센서군은, 도체 (c) 의 주위에 배치됨으로써, 복합 센서가 1 개인 경우에 비해 복합 센서와 도체 (c) 의 거리에 의한 영향을 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 복합 센서군에 있어서의 각 복합 센서는, 와이어부의 주위에 균등 각도 (균등 간격) 로 배치되는 것이 바람직하다. 도 6 에 나타내는 예에 있어서, 복합 센서군이, 4 개의 복합 센서 (복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103) 및 복합 센서 (104)) 를 구비하기 때문에, 각각의 복합 센서는 와이어부를 원으로 한 경우, 대략 90° 마다 배치한다. 복합 센서가 복수 세트 배치되는 경우라도, 와이어부는 플렉시블하다. 이 때문에, 도체 (c) 주변의 설치 스페이스가 한정되는 경우라도, 전류 센서 (1) 를 도체 (c) 에 용이하게 주회하여 설치할 수 있다.
복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103) 및 복합 센서 (104) 는, 각각 도 2 등에서 설명한 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 를 갖는다. 복합 센서군은, 와이어부의 루프의 주위에 형성되고, 와이어부에서 도체 (c) 를 주회시켰을 때에 도체 (c) 의 주위에 발생하는 자계를 측정할 수 있다. 도 6 에 있어서, 설명을 용이하게 하기 위해서, 도체 (c) 의 직경과 와이어부의 루프의 직경이 꽤 상이하도록 도시되어 있다. 그러나, 복합 센서군에 의해 도체 (c) 와 와이어부 사이의 거리에 의한 영향을 줄일 수 있으므로, 도체 (c) 의 직경과 와이어부의 루프의 직경의 차를, 도 2 의 경우에 비해 크게 할 수 있다.
저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 는, 복합 센서의 수만큼 배치된다. 즉, 저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 는, 복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103) 및 복합 센서 (104) 의 4 개분의 배선을 갖고 있다. 도 6 에 있어서 도시 생략한 도 2 에 도시한 회로부 (3) 에 대해, 상기 4 개의 복합 센서에 있어서 1 개의 회로부를 공유해도 되고, 각각 개별적으로 회로부를 가져도 된다. 커넥터 (41) 는, 저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 의 수에 따른 접점을 갖는다. 저주파 계측용 센서 와이어 (131), 저주파 계측용 센서 구동 와이어 (141) 및 고주파 계측용 센서 와이어 (151) 는, 복합 센서 (101), 복합 센서 (102), 복합 센서 (103) 및 복합 센서 (104) 내의 저주파 계측용 센서 (11) 및 고주파 계측용 센서 (12) 와 각각 하나의 배선으로 연결되어 있어도 된다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 전류 센서 (1) 는, 4 개의 복합 센서를 갖는 것으로 했지만, 복합 센서의 수는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복합 센서의 수를 5 이상으로 해도 된다. 와이어부가 도체 (c) 의 주위를 주회할 수 있는 정도로 플렉시블하면, 복합 센서를 와이어부의 대략 전체 주위에 배치하도록 해도 된다.
＜제 1 실시형태＞
다음으로, 도 7 을 이용하여, 제 1 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 7 은, 제 1 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 이하에 설명하는 제 1 실시형태 ∼ 제 6 실시형태는, 저주파 계측용 센서에 있어서의 자기 센서의 소자의 종류와, 복합 센서의 수 (단수 또는 복수) 의 차이에 따라 분류된다.
제 1 실시형태는, 저주파 계측용 센서로서 하나의 자기 저항 소자를 사용하는 경우의 실시형태이다. 자기 저항 소자는, 신호 자계의 극성을 판정하기 위해서, 바이어스 자계가 인가된다. 예를 들어 피드백 코일에 전류를 흘려 바이어스 자계가 인가되면, 자기 저항 소자는, 높은 선형성 및 감도를 나타내는 동작점에서 구동되고, 극성을 판별하는 것이 가능해진다. 바이어스 자계가 인가된 자기 저항 소자의 출력이 피드백 코일에 전류로서 부귀환하여, 자기 저항 소자에 대한 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고 (제로 플럭스), 피드백 코일에 흐르는 전류를 출력 신호로서 출력한다. 이에 따라, 히스테리시스나 자기 포화를 회피할 수 있기 때문에, 직선성이나 스팬이 크게 향상된다. 고주파 계측용 코일을 피드백 코일로서 사용했을 때에도 용이하게 결합이 가능해져, 주파수 특성이 향상된다. 고감도 자기 저항 소자와 저감도 자기 저항 소자가 피드백 코일에 포함되고, 피드백 코일이 코일 내의 자기 저항 소자에 바이어스 자계를 인가한다. 고감도 자기 저항 소자와 저감도 자기 저항 소자를 사용하여 양방의 차동 출력을 취득함으로써, 자기 저항 소자의 온도 특성을 보정할 수 있다. 신호 자계의 극성을 판정하기 위한 바이어스 자계는, 예를 들어, 자석의 자계를 사용하여 인가되어도 된다. 자기 저항 소자로는, 적층면에 수직인 방향의 자계 성분을 검출하는 자기 저항 소자를 사용한다. 그러나, 자기 저항 소자로서, 나노 그래뉼러 TMR (터널 자기 저항) 형 자기 센서 등을 사용해도 된다. 나노 그래뉼러 TMR 형 자기 센서는, 연자성 요크의 길이 방향 (표면에 수평한 방향) 의 자계 성분을 검출하는 나노 그래뉼러 TMR 막을 연자성 요크로 끼워 넣은 구조를 갖는다. 자기 센서로서 자기 저항 소자를 사용했을 때의 구성예를 이하에 나타낸다.
도 7 에 있어서, 전류 측정 장치 (100a) 는, 전류 센서 (1a), 케이블 (2a), 회로부 (3a) 및 커넥터 (4a) 를 갖는다. 전류 센서 (1a) 는, 복합 센서 (10a), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13a1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13a2), 및 고주파 계측용 코일 와이어 (15a) 를 갖는다. 예를 들어, 제 1 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10a) 는, 저주파 계측용 센서로서 자기 저항 센서 (11a) 를 구비하고, 고주파 계측용 센서로서 고주파 계측용 코일 (12a) 을 구비한다. 즉, 고주파 계측용 코일 (12a) 은, 자기 저항 센서 (11a) 를 포함하여, 고주파 계측용 코일 (12a) 의 감자 방향과 자기 저항 센서 (11a) 의 감자 방향을 일치시키고 있다. 이에 따라, 제한 저항 (322a) 을 통해서 고주파 계측용 코일 (12a) 에 전류가 흘렀을 때에 고주파 계측용 코일 (12a) 에 발생하는 자계의 방향과 자기 저항 센서 (11a) 에 가해지는 자계의 방향을 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32a) 는, 고주파 계측용 코일 (12a) 에 제한 저항 (322a) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 자기 저항 센서 (11a) 로부터의 출력에 따라 제어한다. 이에 따라, 고주파 계측용 코일 (12a) 에 발생하는 역방향의 자계에서 자기 저항 센서 (11a) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 것이 가능해진다. 즉, 고주파 계측용 코일 (12a) 은, 도체 (c) 에 흐르는 전류를 측정함과 함께, 피드백 코일로서 동작한다.
고감도 자기 저항 센서 와이어 (13a1) 는, 도 8 에서 후술하는 자기 저항 센서 (11a) 의 고감도 자기 저항 센서와 회로부 (3a) 를 커넥터 (4a) 에 접속한다. 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13a2) 는, 자기 저항 센서 (11a) 의 저감도 자기 저항 센서를 커넥터 (4a) 에 접속한다. 고주파 계측용 코일 와이어 (15a) 는, 고주파 계측용 코일 (12a) 을 커넥터 (4a) 에 접속한다.
커넥터 (4a) 는, 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13a1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13a2), 및 고주파 계측용 코일 와이어 (15a) 를 케이블 (2a) 에 접속하여, 케이블 (2a) 을 통해서 자기 저항 센서 (11a) 로부터 출력된 신호와, 고주파 계측용 코일 (12a) 로부터 출력된 신호를 차동 증폭 회로 (31a) 에 출력한다.
차동 증폭 회로 (31a) 는, 도 8 에서 후술하는 자기 저항 센서 (11a) 의 고감도 자기 저항 센서로부터의 출력 신호와 저감도 자기 저항 센서로부터의 출력 신호의 차동 출력을 산출함으로써, 피측정 전류에 비례한 전압을 부귀환 회로 (32a) 에 대하여 출력한다. 정전류원 (33a) 은, 자기 저항 센서 (11a) 에 정전류를 공급한다.
다음으로, 도 8 을 이용하여, 도 7 에서 설명한 제 1 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10a) 의 구성을 설명한다. 도 8 은, 제 1 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 에 있어서, 복합 센서 (10a) 는, 자기 저항 센서 (11a) 와 고주파 계측용 코일 (12a) 을 갖는다. 자기 저항 센서 (11a) 는, 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 를 갖는다. 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 는, 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 와 평행하게 배치된다. 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 의 감자 방향은, 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 의 감자 방향과 동일하다. 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 의 각각의 일단은 접지되고, 타단에는 정전류원 (33a) 이 접속된다. 도 7 에 나타내는 차동 증폭 회로 (31a) 는, 자계의 강도에 따라 각각의 자기 저항 센서에 가해지는 전압의 차동 출력을 검출한다. 자계의 변화에 대한 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 의 저항값의 변화는, 자계의 변화에 대한 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 의 저항값의 변화보다 크다. 차동 증폭 회로 (31a) 는, 각각의 저항값의 변화의 크기를, 정전류원 (33a) 에 의해 발생하는 전압값의 차 (차동 출력) 로서 검출하고, 전압값의 차에 따라 자계의 크기를 측정한다.
고주파 계측용 코일 (12a) 의 감자 방향은, 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 를 갖는 자기 저항 센서 (11a) 의 감자 방향과 동일하다. 고주파 계측용 코일 (12a) 이 자기 저항 센서 (11a) 를 포함하도록 배치됨으로써, 코일이 형성된다. 구체적으로는, 고주파 계측용 코일 (12a) 은, 자기 저항 센서 (11a) 의 외형에 가까운 내경을 갖는 중공의 원통상의 절연체에 코일상으로 도선을 감아 만들어진다. 코일상으로 감긴 도선은 접착제에 의해 고정되고, 원통상의 절연체가 인발되어 사용되어도 된다. 고주파 계측용 코일 (12a) 은, 도 7 의 제한 저항 (322a) 을 통해서 고주파 계측용 코일 (12a) 에 전류가 흘렀을 때에, 고주파 계측용 코일 (12a) 에 발생하는 자계의 방향을 자기 저항 센서 (11a) 에 가해지는 자계의 방향과 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32a) 가, 고주파 계측용 코일 (12a) 에 제한 저항 (322a) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 자기 저항 센서 (11a) 에 가해지는 자계 (즉, 자기 저항 센서 (11a) 로부터의 출력) 에 따라 제어함으로써, 고주파 계측용 코일 (12a) 은, 고주파 계측용 코일 (12a) 에 발생하는 역방향의 자계에서 자기 저항 센서 (11a) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 피드백 코일로서 동작한다.
＜제 2 실시형태＞
다음으로, 도 9 를 이용하여, 제 2 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 9 는, 제 2 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제 2 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치는, 제 1 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10a) 가 복수 세트 배치되는 전류 센서를 사용한다.
도 9 에 있어서, 전류 센서 (1a) 는, 도 7 에 있어서 설명한 전류 센서 (1a) 의 다른 실시형태이다. 도 9 에서는, 도 7 에 있어서의 전류 센서 (1a) 이외에는 유사한 구성이기 때문에, 전류 센서 (1a) 및 커넥터 (41a) 만을 도시하고 그 밖의 것을 생략한다. 도 9 에 있어서, 도 7 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 9 에 있어서, 전류 센서 (1a) 는, 복합 센서 (101a), 복합 센서 (102a), 복합 센서 (103a), 복합 센서 (104a), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (131a1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (131a2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151a) 를 갖는다. 복합 센서 (101a), 복합 센서 (102a), 복합 센서 (103a), 복합 센서 (104a), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (131a1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (131a2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151a) 는 루프 형상의 와이어부이다.
전류 센서 (1a) 에 있어서, 복합 센서군 (복합 센서 (101a), 복합 센서 (102a), 복합 센서 (103a) 및 복합 센서 (104a)) 을 와이어부의 주위에 배치함으로써, 복합 센서와 도체 (c) 의 거리의 편차에 따른 자계의 강도의 편차의 영향을 저감하는 것이 가능해진다. 복합 센서가 복수 세트 배치되는 경우라도, 와이어부는 플렉시블하다. 이 때문에, 도체 (c) 주변의 설치 스페이스가 한정되는 경우라도, 전류 센서 (1a) 를 도체 (c) 에 용이하게 주회하여 설치할 수 있다.
＜제 3 실시형태＞
다음으로, 도 10 을 이용하여, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 10 은, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 에 있어서, 전류 측정 장치 (100b) 는, 전류 센서 (1b), 케이블 (2b), 회로부 (3b) 및 커넥터 (4b) 를 갖는다. 전류 센서 (1b) 는, 복합 센서 (10b), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13b1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13b2), 및 고주파 계측용 코일 와이어 (15b) 를 갖는다.
예를 들어, 제 3 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10b) 는, 저주파 계측용 센서로서 도 11a 및 도 11b 에 나타내는 자기 저항 센서 (11b) 를 구비하고, 고주파 계측용 센서로서 고주파 계측용 코일 (12b) 을 구비한다. 즉, 고주파 계측용 코일 (12b) 은, 자기 저항 센서 (11b) 를 포함하여, 고주파 계측용 코일 (12b) 의 감자 방향과 자기 저항 센서 (11b) 의 감자 방향을 일치시키고 있다. 이에 따라, 제한 저항 (322b) 을 통해서 고주파 계측용 코일 (12b) 에 전류가 흘렀을 때에 고주파 계측용 코일 (12b) 에 발생하는 자계의 방향과, 자기 저항 센서 (11b) 에 가해지는 자계의 방향을 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32b) 는, 고주파 계측용 코일 (12b) 에 제한 저항 (322b) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 자기 저항 센서 (11b) 로부터의 출력에 따라 제어한다. 이에 따라, 고주파 계측용 코일 (12b) 에 발생하는 역방향의 자계에서 자기 저항 센서 (11b) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 것이 가능해진다. 즉, 고주파 계측용 코일 (12b) 은, 도체 (c) 에 흐르는 전류를 측정함과 함께, 피드백 코일로서 동작한다.
고감도 자기 저항 센서 와이어 (13b1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13b2), 고주파 계측용 코일 와이어 (15b) 및 커넥터 (4b) 의 기능은 도 11a 및 도 11b 의 설명에 있어서 후술한다.
브리지 회로 (31b) 는, 도 11a 및 도 11b 에서 후술하는 자기 저항 센서 (11b) 의 고감도 자기 저항 센서와 저감도 자기 저항 센서를 사용하여 구성된 브리지 회로이다. 브리지 회로 (31b) 는, 피측정 전류에 비례한 전압을 부귀환 회로 (32b) 에 대하여 공급한다. 정전압원 (33b) 은, 자기 저항 센서 (11b) 에 정전압을 공급한다.
다음으로, 도 11a 및 도 11b 를 이용하여, 도 10 에서 설명한 제 3 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10b) 의 구성을 설명한다. 도 11a 및 도 11b 는, 제 3 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11a 에 있어서, 복합 센서 (10b) 는, 자기 저항 센서 (11b) 와 고주파 계측용 코일 (12b) 을 갖는다. 자기 저항 센서 (11b) 는, 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 를 갖는다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 는, 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 와 평행하게 배치된다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 의 감자 방향은, 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 감자 방향과 동일하다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 의 일단과 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 일단은 직렬로 접속된다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 의 다른 일단은, 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13b1) 에 접속된다. 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 다른 일단은, 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13b2) 에 접속된다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 접속점 (중점) 은, 자기 저항 센서 신호 와이어 (13b3) 에 접속된다.
제 3 실시형태에 있어서의 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 는, 감자 방향을 동일하게 하여 평행하게 배치되는 점에서, 제 2 실시형태에 있어서의 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 와 동일하다. 그러나, 제 2 실시형태에 있어서의 고감도 자기 저항 센서 (11a1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11a2) 가 병렬로 접속되는 데 반해, 제 3 실시형태에 있어서의 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 가 직렬로 접속되는 점에 있어서 상이하다.
도 11b 는, 브리지 회로 (31b) 를 포함한 회로도이다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1), 저감도 자기 저항 센서 (11b2), 저항 (R1) 및 저항 (R2) 은 브리지 회로를 형성하고 있다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 중점은, 자기 저항 센서 신호 와이어 (13b3) 에 접속되어, 브리지 회로 (31b) 의 자기 저항 센서 브리지 출력의 일단이 된다. 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 에 접속된 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13b1) 는, 풀 업 됨과 함께, 브리지 회로 (31b) 의 저항 (R1) 에 접속된다. 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 에 접속된 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13b2) 는, 접지됨과 함께, 브리지 회로 (31b) 의 저항 (R2) 에 접속된다. 저항 (R1) 과 저항 (R2) 은 직렬로 접속되어, 저항 (R1) 과 저항 (R2) 의 중점은 브리지 회로 (31b) 의 자기 저항 센서 브리지 출력의 다른 일단이 된다.
자기 저항 센서 브리지 출력의 일단은, 풀 업 전압에 대한 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 분압이며, 고감도 자기 저항 센서 (11b1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11b2) 의 저항값의 변화에 의해 값이 변화된다. 한편, 자기 저항 센서 브리지 출력의 다른 일단은, 풀 업 전압에 대한 저항 (R1) 과 저항 (R2) 의 분압이며 고정값이다. 제 3 실시형태에 있어서, 고감도 자기 저항 센서 (11b1), 저감도 자기 저항 센서 (11b2), 저항 (R1) 및 저항 (R2) 에 의해 만들어지는 브리지 회로가 사용된다. 이에 따라, 피측정 전류에 따른 자기 저항 센서 브리지 출력을 전압으로 출력할 수 있다.
＜제 4 실시형태＞
다음으로, 도 12 를 이용하여, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 12 는, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제 4 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치는, 제 3 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10b) 가 복수 세트 배치되는 전류 센서를 사용한다.
도 12 에 있어서, 전류 센서 (1b) 는, 도 9 에 있어서 설명한 전류 센서 (1b) 의 다른 실시형태이다. 도 12 에서는, 도 9 에 있어서의 전류 센서 (1b) 이외에는 유사한 구성이기 때문에, 전류 센서 (1b) 및 커넥터 (41b) 만을 도시하고 그 밖의 것을 생략한다. 도 12 에 있어서, 도 9 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 12 에 있어서, 전류 센서 (1b) 는, 복합 센서 (101b), 복합 센서 (102b), 복합 센서 (103b), 복합 센서 (104b), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (131b1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (131b2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151b) 를 갖는다. 복합 센서 (101b), 복합 센서 (102b), 복합 센서 (103b), 복합 센서 (104b), 고감도 자기 저항 센서 와이어 (131b1), 저감도 자기 저항 센서 와이어 (131b2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151b) 는 루프 형상의 와이어부이다.
전류 센서 (1b) 에 있어서, 복합 센서군 (복합 센서 (101b), 복합 센서 (102b), 복합 센서 (103b) 및 복합 센서 (104b)) 을 와이어부의 주위에 배치함으로써, 복합 센서와 도체 (c) 의 거리의 편차에 따른 자계의 강도의 편차의 영향을 저감하는 것이 가능해진다. 복합 센서가 복수 세트 배치되는 경우라도, 와이어부는 플렉시블하다. 이 때문에, 도체 (c) 주변의 설치 스페이스가 한정되는 경우라도, 전류 센서 (1b) 를 도체 (c) 에 용이하게 주회하여 설치할 수 있다.
다음으로, 도 13 을 이용하여, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성을 설명한다. 도 13 은, 제 4 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13 에 있어서, 고감도 자기 저항 센서 (111b1), 고감도 자기 저항 센서 (112b1), 고감도 자기 저항 센서 (113b1), 고감도 자기 저항 센서 (114b1), 저감도 자기 저항 센서 (111b2), 저감도 자기 저항 센서 (112b2), 저감도 자기 저항 센서 (113b2), 저감도 자기 저항 센서 (114b2), 저항 (R3) 및 저항 (R4) 에 의해 브리지 회로가 형성된다. 직렬로 접속된, 고감도 자기 저항 센서 (111b1), 고감도 자기 저항 센서 (112b1), 고감도 자기 저항 센서 (113b1) 및 고감도 자기 저항 센서 (114b1) 를, 이하 「고감도 자기 저항 센서 (11nb1)」 라고 칭한다. 직렬로 접속된, 저감도 자기 저항 센서 (111b2), 저감도 자기 저항 센서 (112b2), 저감도 자기 저항 센서 (113b2), 저감도 자기 저항 센서 (114b2) 를, 이하 「저감도 자기 저항 센서 (11nb2)」 라고 칭한다. 고감도 자기 저항 센서 (11nb1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11nb2) 의 중점은, 자기 저항 센서 신호 와이어 (13b3) 에 접속되어, 브리지 회로 (31b) 의 자기 저항 센서 브리지 출력의 일단이 된다. 고감도 자기 저항 센서 (11nb1) 에 접속된 고감도 자기 저항 센서 와이어 (13b1) 는, 풀 업 됨과 함께, 브리지 회로 (31b) 의 저항 (R3) 에 접속된다. 저감도 자기 저항 센서 (11nb2) 에 접속된 저감도 자기 저항 센서 와이어 (13b2) 는, 접지됨과 함께, 브리지 회로 (31b) 의 저항 (R4) 에 접속된다. 저항 (R3) 과 저항 (R4) 은 직렬로 접속되어, 저항 (R3) 과 저항 (R4) 의 중점은 브리지 회로 (31b) 의 자기 저항 센서 브리지 출력의 다른 일단이 된다.
자기 저항 센서 브리지 출력의 일단은, 풀 업 전압에 대한 고감도 자기 저항 센서 (11nb1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11nb2) 의 분압이며, 고감도 자기 저항 센서 (11nb1) 와 저감도 자기 저항 센서 (11nb2) 의 저항값의 변화에 따라 값이 변화된다. 한편, 자기 저항 센서 브리지 출력의 다른 일단은, 풀 업 전압에 대한 저항 (R3) 과 저항 (R4) 의 분압이며 고정값이다. 제 4 실시형태에 있어서, 고감도 자기 저항 센서 (11nb1), 저감도 자기 저항 센서 (11nb2), 저항 (R3) 및 저항 (R4) 에 의해 만들어지는 브리지 회로가 사용된다. 이에 따라, 피측정 전류에 따른 자기 저항 센서 브리지 출력을 전압으로 출력할 수 있다.
＜제 5 실시형태＞
다음으로, 도 14 를 이용하여, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 14 는, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14 에 있어서, 전류 측정 장치 (100c) 는, 전류 센서 (1c), 케이블 (2c), 회로부 (3c) 및 커넥터 (4c) 를 갖는다. 전류 센서 (1c) 는, 복합 센서 (10c), 검지 코일 와이어 (13c1), 자기 센서 구동 와이어 (13c2), 및 고주파 계측용 코일 와이어 (15c) 를 갖는다.
제 5 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10c) 는, 저주파 계측용 센서로서 자기 임피던스 (MI) 센서 (11c) 를 사용한다. 예를 들어, MI 센서 (11c) 는, 자기 임피던스 소자인 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 와, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 의 자기 임피던스 효과를 검지하는 검지 코일 (11c1) 을 갖는다. 복합 센서 (10c) 는, 고주파 계측용 센서로서 고주파 계측용 코일 (12c) 을 구비한다. 고주파 계측용 코일 (12c) 은, MI 센서 (11c) 를 포함하여, 고주파 계측용 코일 (12c) 의 감자 방향과 MI 센서 (11c) 의 감자 방향을 일치시키고 있다. 이에 따라, 제한 저항 (322c) 을 통해서 고주파 계측용 코일 (12c) 에 전류가 흘렀을 때에 고주파 계측용 코일 (12c) 에 발생하는 자계의 방향과 MI 센서 (11c) 에 가해지는 자계의 방향을 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32c) 는, 고주파 계측용 코일 (12c) 에 제한 저항 (322c) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 MI 센서 (11c) 로부터의 출력에 따라 제어한다. 이에 따라, 고주파 계측용 코일 (12c) 에 발생하는 역방향의 자계에서 MI 센서 (11c) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 것이 가능해진다. 즉, 고주파 계측용 코일 (12c) 은, 도체 (c) 에 흐르는 피측정 전류를 측정함과 함께, 피드백 코일로서 동작한다.
아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 는, 와이어의 둘레 방향으로 자기 이방성을 갖고 있다. 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 는, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 로의 직류 성분의 통전에 의해 둘레 방향에 있어서 일방향으로 자화된다. 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 의 축 방향으로 외부 자계가 인가되면, 둘레 방향으로 야기된 자기 모멘트가 외부 자계의 인가 방향을 따라 회전한다. 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 에 고주파 전류를 통전함으로써 원주 방향으로 자계가 발생한다. 이에 따라, 외부 자계의 인가에 의해 회전한 둘레 방향의 자기 모멘트가, 외부 자계의 인가 전의 둘레 방향으로 되돌아오도록 회전한다. 이 자기 모멘트의 회전에 의해, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 의 축 방향으로 통전 주파수로 변동하는 자기 모멘트 성분이 발생한다. 이 자기 모멘트 성분을 검지 코일 (11c1) 에 의해 검출함으로써, 외부 자계에 비례한 진폭을 갖고, 고주파 통전과 동일한 주파수의 신호가 MI 센서 회로 (31c) 에 출력된다. MI 센서 회로 (31c) 는, 아날로그 스위치를 사용한 검파 회로를 갖는다. MI 센서 회로 (31c) 는, 검지 코일 (11c1) 의 출력으로부터 구동 주파수 성분을 제거하고, 외부 자계를 전압 신호로서 검출한다. 검파된 출력은, 부귀환 회로 (32c) 를 통해서 피드백 코일로서 동작시키는 고주파 계측용 코일 (12c) 에 전류로서 부귀환하여, 자기 임피던스 소자에 대한 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고 (제로 플럭스), 피드백 코일에 흐르는 전류를 출력 신호로서 출력한다. 이에 따라, 히스테리시스나 자기 포화를 회피할 수 있고, 직선성이나 스팬이 크게 향상된다. 고주파 계측용 코일을 피드백 코일로서 사용했을 때에도 용이하게 결합이 가능해져, 주파수 특성이 향상된다. 특히, 고감도인 MI 센서를 사용함으로써, 피드백 루프 내의 오픈 루프 게인을 크게 취하는 것이 가능해져, 출력 오차가 작아진다. MI 센서에 있어서는, 감자부로서 아모르퍼스 자성 와이어가 사용되고 있어, 반도체 소자를 사용한 홀 소자나 MR 센서와 비교하면, 내열성이나 온도 특성의 점에서 유리하다. 그 때문에, MI 센서를 사용함으로써, 고온 환경하에서의 고정밀도 전류 계측이 가능해진다.
부귀환 회로 (32c) 및 고주파 계측용 코일 (12c) 의 동작은 다른 실시형태와 동일하므로 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 자기 임피던스 소자로서 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 를 예시했지만, 자기 임피던스 소자는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 자기 임피던스 소자로서, 구리 등의 도체막과 아모르퍼스 연자성 막이 적층된 구조를 갖는 소자를 사용해도 된다.
본 실시형태에서는, 아모르퍼스 자성 와이어를 검지 코일이 포함하고, 검지 코일을 피드백 코일이 포함하는 형태의 자기 임피던스 소자를 사용했지만, 자기 임피던스 소자는 이것에 한정되지 않는다. 자기 임피던스 소자는, 예를 들어, 아모르퍼스 자성 와이어를 피드백 코일이 포함하고, 피드백 코일을 검지 코일이 포함하는 형태의 소자를 사용해도 된다. 이와 같은 코일의 인덕턴스 L 은 하기 식으로 나타낸다.
L = μ0 × S × N2/l
(μ0：진공의 투자율, S：공심 코일의 단면적, N：코일의 권수, l：코일의 길이)
자기 임피던스 소자의 검지 코일의 내부에 피드백 코일이 형성됨으로써, 피드백 코일의 반경을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 인덕턴스를 작게 할 수 있다. 코일의 인덕턴스와 기생 용량에 의해 발생하는 공진점을 고주파 영역에 설정할 수 있기 때문에, 고주파 특성이 향상된다.
본 실시형태에서는, 자기 임피던스 소자로서, 아모르퍼스 자성 와이어를 사용했지만, 자기 임피던스 소자는 이것에 한정되지 않는다. 자기 임피던스 소자로서, 예를 들어, 띠형상으로 형성한 아모르퍼스 자성 리본을 사용해도 된다. 자기 임피던스 소자는, 실리콘 기판 등 상에 형성된 연자성 박막을 구비하는 소자여도 된다.
자기 임피던스 소자의 아모르퍼스 자성 와이어에는, 구동 회로에 의해, 고주파의 정현파 전류를 통전해도 되고, 펄스 전류를 통전해도 된다. 구동 회로에 의해 듀티비가 조정된 펄스 전류를 통전함으로써, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 펄스 전류를 통전하는 경우, 아날로그 스위치의 동기 검파도 동일하게 변경하고, 펄스 출력 신호를 취득하도록 조정한다.
본 실시형태에 있어서의 자기 임피던스 소자는, 자기적인 폐 (閉) 루프가 형성되지 않는 점에서 CT (Current Transformer) 와 상이하다.
본 실시형태에 있어서는, 자기 임피던스 소자로서, 둘레 방향으로 자기 이방성을 갖는 아모르퍼스 자성 와이어가 사용된다. 그러나, 자기 임피던스 소자로서, 퍼멀로이 등의 고투자율 자성 와이어가 사용되어도 된다. 둘레 방향으로 자기 이방성을 미리 유기한 자성 와이어에 의해, 자기 임피던스 소자가 고감도화 된다. 그러나, 둘레 방향에 대한 자기 이방성 처리가 실시되어 있지 않은 고투자율의 자성 와이어인 퍼멀로이 와이어 등을 사용하여, 직류 전류를 통전함으로써 둘레 방향으로 자화시켜도 된다. 퍼멀로이 와이어를 사용함으로써 범용성을 높일 수 있다.
다음으로, 도 15 를 이용하여, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성을 설명한다. 도 15 는, 제 5 실시형태에 있어서의 전류 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15 에 있어서, 복합 센서 (10c) 는, MI 센서 (11c) 와 고주파 계측용 코일 (12c) 을 갖는다. MI 센서 (11c) 는, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 와 검지 코일 (11c1) 을 갖는다. MI 센서 (11c) 의 감자 방향은, 고주파 계측용 코일 (12c) 의 감자 방향과 동일하다. 고주파 계측용 코일 (12c) 이 MI 센서 (11c) 를 포함하도록 배치된다. 검지 코일 (11c1) 은, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 의 둘레 방향의 자기 모멘트의 회전에 의해, 아모르퍼스 자성 와이어 (11c2) 의 축 방향으로 통전 주파수로 변동하는 자기 모멘트 성분이 발생한다. 이 자기 모멘트 성분을 검지 코일 (11c1) 에 의해 검출하고, MI 센서 회로 (31c) 중의 아날로그 스위치를 사용한 검파 회로에 의해 구동 주파수 성분을 제거하고, 외부 자계를 전압 신호로서 검출한다. 이에 따라, 피측정 전류의 크기를 측정할 수 있다.
고주파 계측용 코일 (12c) 은, 구체적으로는, MI 센서 (11c) 의 외형에 가까운 내경을 갖는 중공의 원통상의 절연체에 코일상으로 도선을 감아 만들어진다. 코일상으로 감긴 도선은 접착제에 의해 고정되고, 원통상의 절연체가 인발되어 사용되어도 된다. 고주파 계측용 코일 (12c) 은, 도 14 의 제한 저항 (322c) 을 통해서 고주파 계측용 코일 (12c) 에 전류가 흘렀을 때에, 고주파 계측용 코일 (12c) 에 발생하는 자계의 방향을 MI 센서 (11c) 에 가해지는 자계의 방향과 평행하게 할 수 있다. 부귀환 회로 (32c) 가, 고주파 계측용 코일 (12c) 에 제한 저항 (322c) 을 통해서 흐르는 전류의 크기를 MI 센서 (11c) 에 가해지는 자계 (즉, MI 센서 (11c) 로부터의 출력) 에 따라 제어함으로써, 고주파 계측용 코일 (12c) 은, 고주파 계측용 코일 (12c) 에 발생하는 역방향의 자계에서 MI 센서 (11c) 에 가해지는 자계를 캔슬하는 피드백 코일로서 동작한다.
＜제 6 실시형태＞
다음으로, 도 16 을 이용하여, 제 6 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 16 은, 제 6 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제 6 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치는, 제 5 실시형태에 있어서의 복합 센서 (10c) 가 복수 세트 배치되는 전류 센서를 사용한다.
도 16 에 있어서, 전류 센서 (1c) 는, 도 14 에 있어서 설명한 전류 센서 (1c) 의 다른 실시형태이다. 도 16 에서는, 도 14 에 있어서의 전류 센서 (1c) 이외에는 유사한 구성이기 때문에, 전류 센서 (1c) 및 커넥터 (41c) 만을 도시하고 그 밖의 것을 생략한다. 도 16 에 있어서, 도 14 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 16 에 있어서, 전류 센서 (1c) 는, 복합 센서 (101c), 복합 센서 (102c), 복합 센서 (103c), 복합 센서 (104c), 검지 코일 와이어 (13c1), 자기 센서 구동 와이어 (13c2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151c) 를 갖는다. 복합 센서 (101c), 복합 센서 (102c), 복합 센서 (103c), 복합 센서 (104c), 검지 코일 와이어 (13c1), 자기 센서 구동 와이어 (13c2) 및 고주파 계측용 코일 와이어 (151c) 는 루프 형상의 와이어부이다.
전류 센서 (1c) 에 있어서, 복합 센서군 (복합 센서 (101c), 복합 센서 (102c), 복합 센서 (103c) 및 복합 센서 (104c)) 을 와이어부의 주위에 배치함으로써, 복합 센서와 도체 (c) 의 거리의 편차에 따른 자계의 강도의 편차의 영향을 저감하는 것이 가능해진다. 복합 센서가 복수 세트 배치되는 경우라도, 와이어부는 플렉시블하다. 이 때문에, 도체 (c) 주변의 설치 스페이스가 한정되는 경우라도, 전류 센서 (1c) 를 도체 (c) 에 용이하게 주회하여 설치할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치는, 피측정 전류에 의해 발생하는 자계를 측정하는 저주파 계측용 센서와, 상기 저주파 계측용 센서의 감자 방향과 감자 방향이 평행이 되도록 배치되어, 상기 자계를 측정하는 고주파 계측용 센서를 구비한다. 상기 고주파 계측용 센서는, 상기 저주파 계측용 센서에 의해 측정된 자계의 강도에 따라 발생하는 전류에 기초하여 상기 저주파 계측용 센서에 가해지는 자계를 캔슬하는 자계를 발생시킨다. 이에 따라, 본 실시형태에 있어서의 전류 측정 장치는, 설치 스페이스가 한정되는 장소에서의 이용이 가능하고, 넓은 범위의 주파수의 전류를 측정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 저주파 계측용 센서에 사용하는 소자의 종류는 상기 서술한 소자에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저주파 계측용 센서에 사용되는 소자로서, 홀 소자를 사용할 수 있다. 홀 소자는, 홀 효과를 이용한 센서이다. 홀 효과는, 반도체 박막에 전압 혹은 전류를 흘려 표면에 수직인 방향으로 자계를 인가하면, 로렌츠력에 의해 반도체 박막 내의 전자의 분포가 치우침으로써, 전류와 자계의 양자의 벡터적의 방향으로 전압이 발생하는 현상이다. 입력 단자 사이에 전류 혹은 전압을 인가하고, 표면에 수직인 방향으로 외부 자계가 인가되면, 입력 단자 사이에 직교하는 출력 단자 사이에 외부 자계에 비례한 출력 전압 신호가 검출된다.
홀 소자를 사용했을 때의 동작예를 나타낸다. 구동 회로가 홀 센서 입력 단자 사이에 전류 혹은 전압을 인가하고, 홀 센서의 출력이 피드백 코일에 전류로서 부귀환하여, 홀 소자에 대한 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고 (제로 플럭스), 피드백 코일에 흐르는 전류를 출력 신호로서 출력한다. 이에 따라, 고주파 계측용 코일을 피드백 코일로서 사용했을 때에도 용이하게 주파수 특성의 결합이 가능해져, 주파수 특성이 향상된다. 홀 소자로는, 표면에 수직인 방향의 자계 성분을 검출하는 횡형 홀 소자가 사용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 홀 소자로서, 표면에 수평한 방향의 자계 성분을 검출하는 종형 홀 소자가 사용되어도 된다.
또, 저주파 계측용 센서에 사용되는 소자로서, 플럭스 게이트 소자가 사용되어도 된다. 플럭스 게이트 소자는, 평행형 (피측정 자계와 구동 자계가 같은 방향) 이어도 되고 직교형 (피측정 자계와 구동 자계가 직교) 이어도 된다. 평행형의 플럭스 게이트 소자는, 고투자율 자성 코어의 B (자속 밀도)-H (자계) 특성을 이용한 센서이다. 예를 들어, 평행형의 플럭스 게이트 소자는, B-H 도에 있어서 원점 부근에서 큰 기울기 (투자율) 를 갖는 고투자율 자성 코어와, 자성 코어에 대하여 교류 자계를 인가하는 드라이브 코일과, 드라이브 코일에 의해 변조된 외부 자계를 검출하는 픽업 코일을 갖는다.
단일의 고투자율 자성 코어를 사용한 단심형의 플럭스 게이트 소자에 있어서는, 드라이브 코일에 의해 고투자율 자성 코어를 포화 영역까지 교류 여자하고, 여자된 고투자율 자성 코어로부터의 자속을 픽업 코일이 검지한다. 외부 자계가 인가되어 있지 않은 상태에 있어서, 플럭스 게이트 소자로부터 얻어지는 파형은, 시간축에 대하여 정부 (正負) 대칭이다. 외부 자계가 인가되어 있는 상태에 있어서, 외부 자계 인가 방향과 같은 방향의 자속을 픽업 코일로 검지할 때에는, 자성 코어 내의 자속이 가산되기 때문에 포화 시간이 길어진다. 외부 자계의 인가 방향과 역방향의 자속을 픽업 코일로 검지하는 경우에는, 자성 코어 내의 자속이 감산되기 때문에, 포화 시간이 짧아진다. 이에 따라, 파형이 변형되고, 시간축에 대하여 비대칭의 파형이 얻어진다. 비대칭의 파형에는 여자 주파수의 배주파 (倍周波) 성분이 중첩하고 있고, 이 배주파 성분이 외부 자계에 비례하고 있다. 이 때문에, 동기 검파 등을 이용하여 배주파 성분의 진폭값을 취출함으로써, 외부 자계를 전압 신호로서 검출하는 것이 가능해진다.
플럭스 게이트 소자의 출력이 피드백 코일에 전류로서 부귀환하여, 플럭스 게이트 소자에 대한 인가 자계가 제로가 되도록 제어되고 (제로 플럭스), 피드백 코일에 흐르는 전류를 출력 신호로서 출력한다. 이에 따라, 히스테리시스나 자기 포화를 회피할 수 있고, 직선성이나 스팬이 크게 향상된다. 고주파 계측용 코일을 피드백 코일로서 사용함으로써, 용이하게 결합이 가능해진다.
플럭스 게이트 소자로서, 여기서는 피측정 자계와 구동 자계가 같은 방향이 되는 평행 플럭스 게이트 소자를 사용했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 피측정 자계와 구동 자계가 직교하는 직교 플럭스 게이트 소자를 사용함으로써, 드라이브 코일이 불필요해진다. 직류 바이어스를 인가하지 않고, 출력이 구동 주파수의 배주파가 되는 배주파형 직교 플럭스 게이트 소자를 사용해도 된다. 혹은 직류 바이어스를 인가하고, 출력이 구동 주파수와 동일해지는 기본파형 직교 플럭스 게이트 소자를 사용해도 된다.
플럭스 게이트 소자로서, 단심형의 플럭스 게이트 소자를 사용하는 대신에, 2 심 구성에 의해 드라이브 코일에 의한 여자 성분을 캔슬하는 차동형의 플럭스 게이트 소자를 사용해도 된다. 고투자율 자성 코어로서, 링 코어를 사용한 링 코어형 플럭스 게이트 소자를 사용해도 된다.
예를 들어, 본 실시형태에서 설명한 장치를 구성하는 기능을 실현하기 위한 프로그램을, 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록 매체에 기록하여, 당해 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어들이게 하고, 실행함으로써, 본 실시형태의 상기 서술한 각종 처리를 실시해도 된다. 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」 이란, OS 나 주변 기기 등의 하드웨어를 포함해도 된다. 「컴퓨터 시스템」 은, WWW 시스템을 이용하고 있는 경우이면, 홈 페이지 제공 환경 (혹은 표시 환경) 도 포함하는 것으로 한다. 「컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록 매체」 란, 플렉시블 디스크, 광 자기 디스크, ROM, 플래시 메모리 등의 기입 가능한 불휘발성 메모리, CD-ROM 등의 가반 (可搬) 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다.
또한 「컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록 매체」 란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통해서 프로그램이 송신되었을 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리 (예를 들어 DRAM (Dynamic Random Access Memory)) 와 같이, 일정 시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함하는 것으로 한다. 상기 프로그램은, 이 프로그램을 기억 장치 등에 격납한 컴퓨터 시스템으로부터, 전송 매체를 통해서, 혹은, 전송 매체 중의 전송파에 의해 다른 컴퓨터 시스템에 전송되어도 된다. 여기서, 프로그램을 전송하는 「전송 매체」 는, 인터넷 등의 네트워크 (통신망) 나 전화 회선 등의 통신 회선 (통신선) 과 같이 정보를 전송하는 기능을 갖는 매체를 말한다. 상기 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 또한, 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현하는 것, 소위 차분 파일 (차분 프로그램) 이어도 된다.
본 명세서에 있어서 「전, 후, 상, 하, 우, 좌, 수직, 수평, 종, 횡, 행 및 열」 등의 방향을 나타내는 단어는, 본 발명의 장치에 있어서의 이들 방향에 대해 언급한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 있어서의 이들 단어는, 본 발명의 장치에 있어서 상대적으로 해석되어야 한다.
「구성된다」 라는 단어는, 본 발명의 기능을 실행하기 위해서 구성되고, 또는 장치의 구성, 요소, 부분을 나타내기 위해서 사용된다.
또한, 클레임에 있어서 「민즈·플러스·펑션」 으로서 표현되어 있는 단어는, 본 발명에 포함되는 기능을 실행하기 위해서 이용할 수 있는 모든 구조를 포함해야 하는 것이다.
「유닛」 이라고 하는 단어는, 구성 요소, 유닛, 하드웨어나 원하는 기능을 실행하기 위해서 프로그래밍된 소프트웨어의 일부분을 나타내기 위해서 사용된다. 하드웨어의 전형예는 디바이스나 회로이지만, 이들에 한정되지 않는다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 일은 없다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 일은 없고, 첨부된 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (15)

  1. 피측정 전류에 의해 발생하는 자계를 측정하는 저주파 계측용 센서와,
    상기 저주파 계측용 센서와 감자 (感磁) 방향이 대략 평행이 되도록 배치되어, 상기 자계를 측정하고, 상기 저주파 계측용 센서에 가해지는 상기 자계를 캔슬하는 자계를 발생하는 고주파 계측용 센서와,
    상기 저주파 계측용 센서에 의해 측정된 상기 자계에 기초하여 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 전류를 제어하는 부귀환 회로와,
    상기 부귀환 회로 내에 배치되어, 상기 고주파 계측용 센서에 흐르는, 상기 부귀환 회로에 의해 제어되는 상기 전류의 주파수 특성을 조정하는 로우 패스 필터와,
    상기 고주파 계측용 센서에 흐르는 상기 전류에 기초하여 상기 피측정 전류의 측정값을 출력하는 출력부를 구비하는, 전류 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 계측용 센서가, 상기 저주파 계측용 센서를 포함하는, 전류 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고주파 계측용 센서가 코일을 구비하는, 전류 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서 및 상기 고주파 계측용 센서가, 상기 저주파 계측용 센서 또는 상기 고주파 계측용 센서 중 어느 것과 도통하는 루프 형상의 와이어에 접속되는, 전류 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수 세트의 상기 저주파 계측용 센서 및 상기 고주파 계측용 센서가, 상기 와이어에 접속되는, 전류 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 계측용 센서가, 상기 고주파 계측용 센서와 도통하는 루프 형상의 와이어에 접속되고,
    상기 저주파 계측용 센서가, 상기 저주파 계측용 센서와 도통하는 루프 형상의 와이어에 접속되는, 전류 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 계측용 센서는 중공의 원통상의 절연체에 코일상으로 도선이 감긴 센서인, 전류 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 고감도 자기 저항 센서와 저감도 자기 저항 센서를 구비하고,
    상기 고감도 자기 저항 센서는, 상기 저감도 자기 저항 센서와 평행하게 배치되고,
    상기 고감도 자기 저항 센서의 감자 방향은, 상기 저감도 자기 저항 센서의 감자 방향과 동일한, 전류 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 자기 임피던스 소자와, 상기 자기 임피던스 소자의 자기 임피던스 효과를 검지하는 검지 코일을 갖는 자기 임피던스 센서인, 전류 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기 임피던스 소자는, 둘레 방향으로 자기 이방성을 갖는 아모르퍼스 자성 와이어인, 전류 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기 임피던스 소자는, 실리콘 기판 상에 형성된 연자성 박막을 구비하는 소자인, 전류 측정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 표면에 수직인 방향의 자계 성분을 검출하는 횡형 홀 소자를 구비하는, 전류 측정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 표면에 수평한 방향의 자계 성분을 검출하는 종형 홀 소자를 구비하는, 전류 측정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 피측정 자계와 구동 자계가 같은 방향이 되는 평행 플럭스 게이트 소자를 구비하는, 전류 측정 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 계측용 센서는, 피측정 자계와 구동 자계가 직교하는 직교 플럭스 게이트 소자를 구비하는, 전류 측정 장치.
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