WO2023176739A1 - 電流センサ及び電線診断システム - Google Patents

電流センサ及び電線診断システム Download PDF

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WO2023176739A1
WO2023176739A1 PCT/JP2023/009393 JP2023009393W WO2023176739A1 WO 2023176739 A1 WO2023176739 A1 WO 2023176739A1 JP 2023009393 W JP2023009393 W JP 2023009393W WO 2023176739 A1 WO2023176739 A1 WO 2023176739A1
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WO
WIPO (PCT)
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current sensor
bias magnet
magnetostrictive member
electric wire
magnetic field
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/009393
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰行 岡田
佳正 渡邊
甚 井上
武史 武舎
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2023556558A priority Critical patent/JP7450827B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks

Definitions

  • the present disclosure relates to a current sensor and a wire diagnostic system.
  • abnormalities in electric wires are monitored using electrical information such as the amount of current, voltage, or phase.
  • Abnormality monitoring uses measurement data obtained from equipment such as ammeters or voltmeters installed on power distribution boards such as substations, and determines whether the data is healthy or healthy based on comparison with predetermined thresholds or signal changes. An abnormality has been determined. If an abnormality occurs, in addition to measurements using these permanently installed devices, inspectors may also go to the wire and inspect the wire.
  • Patent Document 1 Current sensors that can be easily installed on electric wires and do not require a power source for operation have been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • Conventional technology uses a sensor that utilizes the magnetostrictive effect, which is deformation caused by a magnetic field, and the piezoelectric effect, which generates voltage due to deformation, so that a voltage is generated in accordance with the current in the wire.
  • the electromagnetic conversion effect that converts a current magnetic field into voltage is determined by the combination of a piezoelectric member and a magnetostrictive member, and when trying to apply a conventional current sensor to wires with different rated currents, the current sensor components such as material selection and shape may be affected. needs to be changed each time. As a result, it is necessary to provide a lineup of many types of current sensors depending on the current value to be measured, and there is a concern that the cost of the current sensor will increase.
  • one or more aspects of the present disclosure aim to provide a current sensor that can arbitrarily vary the input/output characteristics of the current sensor that includes a magnetostrictive member and a piezoelectric member.
  • a current sensor is a current sensor that detects a current flowing through an electric wire, and includes a piezoelectric member that is formed in a plate shape and generates a voltage by deformation in the thickness direction; , an electromagnetic transducer comprising: a magnetostrictive member disposed along the length of the piezoelectric member and deforming the piezoelectric member in the thickness direction by expanding and contracting in the length direction by a magnetic field; and a bias magnet that applies a magnetic field to the electromagnetic transducer, and the strength of the magnetic field applied from the bias magnet to the electromagnetic transducer is changed in accordance with the rated current of the electric wire.
  • a current sensor that can arbitrarily vary the input/output characteristics of the current sensor made of a magnetostrictive member and a piezoelectric member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the expansion and contraction directions of the first magnetostrictive member and the second magnetostrictive member and the polarization direction of the piezoelectric member in the first embodiment.
  • (A) and (B) are schematic diagrams for explaining how the electromagnetic conversion element is deformed. It is a graph showing changes in magnetic flux density, which is an index of excitation strength, according to the distance from the magnet surface.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the magnetization direction of a bias magnet and the distance from the surface of the bias magnet.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a case where the number of layers of bias magnets is changed in the magnetization direction of the bias magnets.
  • (A) to (C) are graphs showing the output of the current sensor when the number of bias magnets is changed. It is a graph showing the dependence of the output of a current sensor on the number of magnets with respect to a constant current.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor according to a second embodiment.
  • (A) and (B) are cross-sectional views showing a housing and a modification of the housing.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an element-containing section.
  • (A) and (B) are cross-sectional views showing an example in which a plurality of electromagnetic conversion elements are arranged in one element built-in part.
  • (A) and (B) are cross-sectional views schematically showing the configuration of a modified example of the current sensor according to the second embodiment. It is a graph showing the relationship between the current flowing in the electric wire and the output of the current sensor.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 3.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 4.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining deformation of an electromagnetic transducer by a bias magnet.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the expansion/contraction direction of the first magnetostrictive member and the second magnetostrictive member and the polarization direction of the piezoelectric member in Embodiment 4.
  • FIG. (A) and (B) are schematic diagrams for explaining how the electromagnetic conversion element is deformed in Embodiment 4.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 5.
  • 7 is a cross-sectional view showing the flow of magnetic lines of force in a current sensor according to Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor 100 according to the first embodiment.
  • Current sensor 100 includes an electromagnetic conversion element 110 and a bias magnet 120.
  • the electromagnetic transducer 110 includes a first magnetostrictive member 111A, a second magnetostrictive member 111B, and a piezoelectric member 112.
  • the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B are made of a magnetostrictive material that is deformed by applying a magnetic field.
  • an alloy consisting of iron (Fe), dysprosium (Dy), and terbium (Tb) called Terfenol-D is used as the magnetostrictive material.
  • the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B are formed in a plate shape, and expand and contract in the longitudinal direction by a magnetic field.
  • the piezoelectric member 112 is made of a piezoelectric material that has a voltage effect, which is a phenomenon in which polarization proportional to pressure appears when pressure is applied to a substance.
  • the generally known lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric material.
  • the piezoelectric member 112 is formed into a plate shape, generates a voltage by deformation in the thickness direction, and is disposed between the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B.
  • the first magnetostrictive member 111A, the second magnetostrictive member 111B, and the piezoelectric member 112 each have a thickness of 1.0 mm in the vertical direction in FIG. 1, and a width of 6 mm in the depth direction in FIG.
  • the length of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B is 12 mm, and the length of the piezoelectric member 112 is 15 mm.
  • the reason why the piezoelectric member 112 is longer than the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B is to provide the electrode 102 to which the lead wires 101A and 101B are soldered to take out the voltage generated in the piezoelectric member 112. be.
  • the first magnetostrictive member 111A, the second magnetostrictive member 111B, and the piezoelectric member 112 are bonded with silver paste.
  • the magnetostrictive material and the piezoelectric material are not limited to the above materials, and other materials may be used. Also, the dimensions of these members may be other dimensions.
  • Bias magnet 120 provides a magnetic field to electromagnetic conversion element 110.
  • an NdFeB magnet which is a rare earth magnet, is used as the bias magnet 120.
  • NdFeB magnets are magnets whose main components are neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B).
  • the dimensions of the bias magnet 120 are 4 mm x 4 mm x 2 mm, and the dimension in the magnetization direction shown in FIG. 1 is 2 mm.
  • the bias magnet 120 applies a magnetic field to the electromagnetic transducer 110 in the longitudinal direction of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B.
  • the current sensor 100 in the first embodiment changes the magnitude of the voltage generated in the piezoelectric member 112 included in the electromagnetic transducer 110 by changing the strength of the magnetic field applied from the bias magnet 120 to the electromagnetic transducer 110. change the value.
  • the current sensor 100 then changes the strength of the magnetic field applied from the bias magnet 120 to the electromagnetic conversion element 110 in accordance with the rated current of the electric wire 103.
  • the bias magnet 120 is arranged to face one end b in the longitudinal direction of the electromagnetic transducer 110 so that the magnetization direction is parallel to the longitudinal direction of the electromagnetic transducer 110.
  • an electromagnet other than the bias magnet can be used as the excitation source, but in this case, a bias magnet that does not require a power source for excitation is used.
  • the current sensor 100 configured as described above is arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the electric wire 103 to be measured.
  • the current sensor 100 is arranged so that the longitudinal direction of the electromagnetic transducer 110 or the magnetization direction of the bias magnet 120 is orthogonal to the electric wire 103.
  • the magnetic field created by the electric wire 103 is equal to the circumferential direction (in other words, the tangential direction) of the cross section of the electric wire 103, and decreases in the normal direction. Therefore, by arranging the current sensor 100 at a predetermined distance away from the electric wire 103 so that the tangential direction of the electric wire 103 is parallel to the longitudinal direction of the current sensor 100, the electromotive force caused by the current can be efficiently reduced. You can get a good deal.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the expansion and contraction directions of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B, and the polarization direction of the piezoelectric member 112.
  • the direction of expansion and contraction when a magnetic field is applied to the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B is set in the left-right direction in FIG. 2, and the polarization direction of the piezoelectric member 112 is , are set in the vertical direction of FIG.
  • the directions of expansion and contraction of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B are set to be opposite to each other with respect to changes in the magnetic field.
  • the directions of expansion and contraction are opposite to each other means, for example, when the first magnetostrictive member 111A shown in FIG. 2 has a characteristic that it extends as the magnetic field applied to the left in FIG. 111B means a characteristic that increases as the magnetic field applied to the right in FIG. 2 increases.
  • the electric wires 103#1 and 103#2 are arranged below the electromagnetic transducer 110, and When a current flows through 2, the electromagnetic conversion element 110 deforms to become convex downward or convex upward depending on the direction of the current.
  • a current flows in the depth direction of FIG. 3(A) a rightward magnetic field is applied to the entire electromagnetic conversion element 110, and the first magnetostrictive member 111A contracts.
  • the electromagnetic transducer 110 deforms to become convex downward.
  • FIG. 3(B) as the current flows toward the front in FIG.
  • a leftward magnetic field is applied to the entire electromagnetic transducer 110, the first magnetostrictive member 111A extends, and the second magnetostrictive member By shrinking 111B, the electromagnetic transducer 110 deforms to become convex upward.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in magnetic flux density, which is an index of excitation strength, depending on the distance from the magnet surface. As shown in FIG. 5, the distance from the magnet surface is, as shown in FIG. This is the distance to one end 110a.
  • a curve C1 shown in FIG. 4 indicates the magnetic flux density when the center of the electromagnetic transducer 110 is aligned with the center 120b of the magnet surface 120a, as shown in FIG.
  • a curve C2 shown in FIG. 4 shows the magnetic flux density when the center of the electromagnetic transducer 110 is located above the center 120b of the magnet surface 120a in the thickness direction, as shown in FIG. .
  • a curve C3 shown in FIG. 4 shows the magnetic flux density when the center of the electromagnetic transducer 110 is located further above the center 120b of the magnet surface 120a, as shown in FIG.
  • the magnetic flux density decreases in inverse proportion to the square of the excitation source, and also decreases outward (here, upward) from the center 120b of the magnet surface 120a. Therefore, by changing the distance between the electromagnetic transducer 110 and the bias magnet 120, or by shifting the position where the bias magnet 120 faces the electromagnetic transducer 110 up and down, the strength of the magnetic field applied to the electromagnetic transducer 110 can be changed. can be done.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the output when the position of the bias magnet 120 relative to the electromagnetic transducer 110 is changed in the vertical direction. Although an alternating current is flowing through the electric wire 103 here, it is clear from the operating principle of the electromagnetic conversion element 110 that a similar output can be obtained with a direct current.
  • FIG. 7(A) the straight line L1 shown in FIG. The output when combined is shown.
  • FIG. 7(B) the straight line L2 shown in FIG. The output is shown when is above.
  • the output from the electromagnetic transducer 110 is proportional to the amount of deformation of the electromagnetic transducer 110, and the magnitude of the magnetic field that causes the deformation of the electromagnetic transducer 110 increases in proportion to the current value. Therefore, as shown in FIG. 6, the sensor output, which is the output of the current sensor 100, changes linearly according to the current value.
  • the electromagnetic transducer is If the element 110 is arranged offset above the center in the thickness direction, the output of the current sensor 100 is reduced.
  • the output of the current sensor 100 also changes depending on the magnitude of the magnetic field applied to the electromagnetic transducer 110. It is clear that although not shown, the output of the current sensor 100 is also reduced by increasing the facing distance between the bias magnet 120 and the electromagnetic conversion element 110.
  • FIG. 8 is a graph showing changes in magnetic flux density from the surface of the bias magnet 120 (the surface through which the magnetization direction of the magnet passes) when the number of bias magnets 120 of the same size is changed by changing the number of stacked magnets. It is. The case where there is only one bias magnet 120 corresponds to curve C3 shown in FIG. 4.
  • the number of layers of bias magnets 120 is changed in the magnetization direction of bias magnets 120.
  • the magnetic flux density As shown in FIG. 8, there is a tendency for the magnetic flux density to increase as the number of bias magnets 120 increases, but the rate of increase does not match the increase in number. For example, as shown in FIG. 8, there is no significant difference between increasing the number of bias magnets 120 to two and increasing the number of bias magnets 120 to three. Moreover, the magnetic flux density is almost the same between the case where there are three bias magnets 120 and the case where there are four bias magnets 120. This suggests that stacking the bias magnets 120 to increase the excitation magnetic field is not very effective.
  • FIGS. 10A to 10C are graphs showing the output of the current sensor 100 when the number of bias magnets 120 is changed.
  • FIG. 10(A) is a graph when the number of bias magnets 120 is one
  • FIG. 10(B) is a graph when there are two bias magnets 120
  • FIG. 10(C) is a graph when the number of bias magnets 120 is two. This is a graph when there are three bias magnets 120.
  • FIG. 11 is a graph showing the dependence of the output of the current sensor 100 on the number of magnets with respect to a constant current (here, 90 A).
  • the output of the current sensor 100 does not monotonically increase.
  • the output is saturated.
  • the number of bias magnets 120 is changed here, for example, even if the thickness of the bias magnets 120 is increased by a constant thickness (for example, 2 mm), the number of bias magnets 120 facing the electromagnetic transducer 110 may be increased. It is known that the magnetic flux density distribution from the surface of .
  • the increasing tendency of the output of the current sensor 100 with respect to the thickness of the bias magnet 120 is also similar to that shown in FIG. It is obvious that it can be done.
  • the point at which the output of the current sensor 100 is saturated is determined by the dimension of the bias magnet 120 in the magnetization direction and the dimension of the electromagnetic transducer 110 in the longitudinal direction.
  • the output of the current sensor 100 is approximately proportional to the magnetic flux density from the surface of the bias magnet 120, the output of the current sensor 100 can be increased or decreased depending on the magnitude of the excitation magnetic field.
  • the output of current sensor 100 can be changed.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor 200 according to the second embodiment.
  • Current sensor 200 includes an electromagnetic conversion element 110, a bias magnet 120, and a housing 230.
  • the electromagnetic transducer 110 and bias magnet 120 of the current sensor 200 according to the second embodiment are the same as the electromagnetic transducer 110 and the bias magnet 120 of the current sensor 100 according to the first embodiment. Therefore, the electromagnetic transducer 110 includes a first magnetostrictive member 111A, a second magnetostrictive member 111B, and a piezoelectric member 112.
  • the housing 230 includes an element built-in part 231 that houses the electromagnetic transducer 110 and a bias magnet 120 that excites the electromagnetic transducer 110, and a conductor grip part 232 that grips the electric wire 103 to be measured.
  • FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing a housing 230 and a modification of the housing 230.
  • the magnetic flux density decreases in proportion to the square of the distance from the magnetic field generation source. Therefore, in order to obtain as large an output as possible from the current sensor 200, the electric wire 103 and the electromagnetic conversion element 110 must be It is desirable to have them as close as possible.
  • the conductor grip part 232 of the housing 230 is fitted into the element built-in part 231 and fixed.
  • the magnetostrictive members 111A and 111B contain a large amount of iron, there is a concern that their performance may deteriorate due to rusting or the like due to long-term exposure to the atmosphere. Therefore, in order to ensure weather resistance, at least the electromagnetic conversion element 110 among the components of the current sensor 200 needs to be covered with a weather resistant material such as resin. As mentioned above, in order to bring the current sensor and the electric wire as close as possible, it is desirable to make the coating resin as thin as possible while still ensuring weather resistance.
  • the conductor gripping portion 232 includes bonding surfaces 232a1 and 232a2, inner wall surfaces 232b1 and 232b2, and pressing surfaces 232c1 and 232c2 extending from each of the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 toward the other.
  • the joint surfaces 232a1 and 232a2 are provided with fitting members (not shown) for fitting into the element built-in part 231, and when the conductor grip part 232 is fitted into the element built-in part 231, It is a contact surface.
  • the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 are surfaces extending toward the inside of the conductor gripping portion 232 from the joint surfaces 232a1 and 232a2, respectively.
  • the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 are substantially perpendicular to the joint surfaces 232a1 and 232a2, and the distance D1 between the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 is equal to or larger than the diameter D2 of the electric wire 103 shown in FIG. It is assumed that there is
  • the pressing surfaces 232c1 and 232c2 are surfaces extending from each of the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 toward the other.
  • the pressing surface 232c1 is a surface extending from the inner wall surface 232b1 to the inner wall surface 232b2
  • the pressing surface 232c2 is a surface extending from the inner wall surface 232b2 to the inner wall surface 232b1.
  • the holding surfaces 232c1 and 232c2 are joined to each other in the middle of the distance D1 between the inner wall surfaces 232b1 and 232b, and the angle R between the holding surfaces 232c1 and 232c2 is larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees. It is composed of The holding surfaces 232c1 and 232c2 are configured to come into contact with the electric wire 103 when the conductor gripping portion 232 is fitted into the element built-in portion 231. With this configuration, when the conductor gripping part 232 is fitted into the element built-in part 231, the holding surfaces 232c1 and 232c2 hold the electric wire 103 in the element so that the holding surfaces 232c1 and 232c2 bring the electric wire 103 close to the element built-in part 231. Since it is pushed in the direction of the portion 231, the electromagnetic conversion element 110 and the electric wire 103 come close to each other.
  • the angle R between the pressing surfaces 232c1 and 232c2 is larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees. This is to reduce the deviation in the width direction of the electric wire 103 with respect to the longitudinal direction of the electromagnetic conversion element 110, and also to reduce such deviation regardless of the diameter of the electric wire 103. .
  • the longitudinal direction of the electromagnetic transducer 110 and the width direction of the electric wire 103 are the left-right direction in FIG. 13(A).
  • the inner wall surfaces 232b1 and 232b2 may be connected to each other by a semicircular arc-shaped pressing surface 232c#1, as shown in FIG. 13(B).
  • the pressing surface 232c#1 may be formed so as to be in contact with the outer circumferential surface of the electric wire 103.
  • the shape of the conductor gripping part 232 may be other than the above example.
  • the conductor grip part 232 functions as a fixing member for attaching the element built-in part 231 serving as a cover to the electric wire 103 so that the longitudinal direction of the electromagnetic conversion element 110 is orthogonal to the longitudinal direction of the electric wire 103. .
  • the element built-in portion 231 functions as a cover that covers the electromagnetic conversion element 110 and the bias magnet 120.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the element built-in portion 231.
  • the element built-in portion 231 holds the bias magnet 120 and the electromagnetic conversion element 110 therein. In other words, the element built-in portion 231 surrounds the bias magnet 120 and the electromagnetic conversion element 110.
  • the element built-in portion 231 includes a partition wall 231a for separating the bias magnet 120 and the electromagnetic conversion element 110 by an arbitrary dimension.
  • a resin material may be used from the viewpoint of ensuring electrical insulation, and a magnetic material such as a silicon steel plate or a high magnetic permeability material may be used to control the excitation magnetic field from the bias magnet 120. It's okay to be hit.
  • the bias magnet 120 and the electromagnetic transducer 110 may be brought into contact without providing the partition 231a. You may let them. However, since the electromagnetic transducer 110 generates an electromotive force due to its deformation, it is preferable that the bias magnet 120 not be brought into contact with the electromagnetic transducer 110 from the viewpoint of not hindering the deformation of the electromagnetic transducer 110.
  • a gap is provided between the bias magnet 120, the partition wall 231a, and the electromagnetic transducer 110 in order to clearly show each, but since the magnetostrictive members 111A and 111B contain a large amount of iron, the bias magnet 120 is attracted by magnetic force. Therefore, no gap actually exists, the bias magnet 120 is in contact with the partition wall 231a, and the electromagnetic transducer element 110 is also in contact with the partition wall 231a. In this way, the electromagnetic transducer 110 is fixed to the partition wall 231a by the magnetic force of the bias magnet 120, so a mechanism for fixing the electromagnetic transducer 110 to the element built-in part 231 is unnecessary, and the electromagnetic transducer 110 is restrained as much as possible. Therefore, it becomes possible to extract the maximum amount of electromotive force.
  • FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views showing an example in which a plurality of electromagnetic conversion elements 110 are arranged in one element built-in part 231.
  • a plurality of bias magnets 120 may be provided to correspond to each of the plurality of electromagnetic conversion elements 110.
  • one bias magnet 120 may be provided for a plurality of electromagnetic conversion elements 110. Since one bias magnet 120 has a width corresponding to the width of the electromagnetic transducers 110 arranged in parallel, it becomes possible to excite all the electromagnetic transducers 110 with that one bias magnet 120. . With this configuration, the number of parts can be reduced and the cost of the current sensor 200 can be reduced.
  • FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views showing a modification of the current sensor 200 according to the second embodiment.
  • the current sensor 200#2 according to the first modified example of the second embodiment is mounted not on the element built-in portion 231#2 side of the housing 230#2, but on the conductor gripping side.
  • the electromagnetic conversion element 110 and the bias magnet 120 are built into the portion 232#2 side.
  • the electromagnetic transducer 110 and the bias magnet 120 be arranged along the pressing surface 232c1#2 of the conductor gripping part 232#2, as shown in FIG. 16(A).
  • the positional relationship between the electric wire 103 and the electromagnetic conversion element 110 can be uniquely determined by the structure of the housing 230#2.
  • the electromagnetic transducer 110 and the bias magnet 120 are arranged along both the holding surface 232c1#3 and the holding surface 232c2#3. Good too.
  • Embodiment 3 The current sensors 100, 200 according to the first or second embodiment do not require a power source to drive the current sensors 100, 200, and can obtain an electromotive force by using the current magnetic field of the electric wire 103 to be measured. .
  • FIG. 10(C) when three bias magnets 120 are placed facing the electromagnetic transducer 110 and a current of 90 A is applied, an output of about 2.3 V is obtained. I understand that.
  • FIG. 6 or FIG. 8 it was also explained that the output of the current sensor 100 with respect to the current value exhibits excellent linearity.
  • a voltage of 3.3V can be obtained for a current of about 140A, as shown in FIG.
  • a current sensor is connected to the electric wire 103 with a current value of 140A or more.
  • the electromotive force of current sensors 100 and 200 is used to transmit current values without a power storage device. Further, even if the rated current is small, communication is possible if a current exceeding 140 A flows due to an overhead line accident or the like.
  • overcurrent is caused by an overloaded state or a ground fault due to disconnection, and overcurrent is thought to flow relatively continuously rather than for a short period of time like a sudden current.
  • the driving voltage can be secured for a period of about 20 ms to 30 ms.
  • a power storage circuit may also be used to intermittently transmit the detected rated current value.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor 300 according to the third embodiment.
  • Current sensor 300 includes an electromagnetic conversion element 110, a bias magnet 120, and a housing 330.
  • the electromagnetic transducer 110 and bias magnet 120 of the current sensor 300 according to the third embodiment are the same as the electromagnetic transducer 110 and the bias magnet 120 of the current sensor 100 according to the first embodiment. Therefore, the electromagnetic transducer 110 includes a first magnetostrictive member 111A, a second magnetostrictive member 111B, and a piezoelectric member 112.
  • the housing 330 functions as a communication unit, including an element built-in part 231 that contains the electromagnetic transducer 110 and a bias magnet 120 that excites the electromagnetic transducer 110, a conductor grip part 232 that grips the electric wire 103 to be measured.
  • the communication unit built-in section 340 has a built-in communication circuit board 341 built therein.
  • the element built-in part 231 and the conductor grip part 232 of the housing 330 in the third embodiment are the same as the element built-in part 231 and the conductor grip part 232 of the housing 230 in the second embodiment.
  • a communication unit built-in section 340 is attached to the element built-in section 231.
  • the communication unit built-in portion 340 is also desirably made of a weather-resistant material.
  • the communication unit built-in section 340 includes a communication circuit board 341 therein.
  • the communication circuit board 341 includes a communication circuit that transmits and receives data, and a power supply circuit that supplies power to the communication circuit.
  • An electromagnetic conversion element 110 is electrically connected to the power supply circuit.
  • the communication circuit board 341 may be a transmission line board that only transmits data.
  • the communication unit also becomes a transmitting unit.
  • the current sensor 300 according to the third embodiment includes a transmitting unit that is driven by the voltage generated in the piezoelectric member 112 and transmits data that can detect an abnormality in the electric wire 103.
  • the data transmitted from the communication circuit board 341 may be voltage data corresponding to the electromotive force of the electromagnetic conversion element 110 input to the communication circuit board 341, or simply tag information indicating that the communication circuit board 341 has been activated.
  • the data may be unique to the communication circuit board 341, as shown in FIG.
  • the current value detected by the current sensor 300 can be found. If the data is unique to the communication circuit board 341, it can be seen that the current sensor 300 has been activated, so it can be seen that an overcurrent sufficient to activate the communication circuit has flowed in the electric wire 103 to be measured.
  • Embodiment 3 by installing a large number of current sensors according to Embodiment 3 in a power distribution network composed of electric wires 103, it is possible to construct an electric wire diagnostic system (not shown) that issues an alarm when an overhead line accident occurs due to overcurrent. becomes possible.
  • the current sensor 300 does not require a power source to operate, and the communication microcomputer can also operate with the output of the current sensor 300, so the current sensor 300 can be placed even in places where it is difficult to secure a power source, making it possible to detect catenary accidents early. Become.
  • the electric wire diagnostic system includes a current sensor 300 and a current line diagnostic section that detects an abnormality in the electric wire based on data transmitted from the current sensor 300.
  • the wire diagnostic system includes a current sensor 300 installed on the wire 103, an external server (not shown) that receives the current value or current waveform transmitted from the current sensor 300, and an external server that receives the current value or current waveform transmitted from the current sensor 300.
  • the electric wire diagnosis section can diagnose an abnormality in the electric wire 103 based on the received current value or current waveform.
  • the wire diagnosis section may immediately diagnose abnormalities in the wire 103 from the current value or current waveform transmitted from the current sensor 300, or may diagnose the damage level of the overhead wire with the current value or current waveform stored in an external server.
  • An abnormality in the electric wire 103 may be diagnosed from a database showing the relationship between the following.
  • the electric wire diagnostic system allows the current sensor 300 to be placed even in places where it is difficult to secure a power supply, and enables early detection of overhead line accidents.
  • the wire diagnosis section may directly receive the current value or current waveform transmitted from the current value transmitting unit to diagnose abnormalities in the wire.
  • the wire diagnosis section can be realized by a so-called computer.
  • the computer includes a receiving section as a receiving device that can receive data from the current sensor 300.
  • the wire diagnosis section may be provided in an external server.
  • two magnetostrictive members the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B
  • the piezoelectric member 112 can be deformed using only one of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B
  • polarization can be generated in the thickness direction of the piezoelectric member 112.
  • the electromagnetic transducer 110 may include only one of the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor 400 according to the fourth embodiment.
  • Current sensor 400 includes an electromagnetic conversion element 110 and a bias magnet 420.
  • the electromagnetic transducer 110 of the current sensor 400 according to the fourth embodiment is similar to the electromagnetic transducer 110 of the current sensor 100 according to the first embodiment.
  • bias magnet 420 provides a magnetic field to the electromagnetic conversion element 110.
  • the material of bias magnet 420 is the same as that of bias magnet 120 of current sensor 100 according to the first embodiment.
  • Bias magnet 420 includes a first bias magnet 420A and a second bias magnet 420B. As shown in FIG. 19, the first bias magnet 420A and the second bias magnet 420B are both configured such that their magnetization directions M1 and M2 are parallel to the longitudinal direction of the electromagnetic transducer 110. However, the magnetization direction M1 of the first bias magnet 420A and the magnetization direction M2 of the second bias magnet 420B are exactly opposite. Note that the magnetization direction M1 is also referred to as a first direction, and the magnetization direction M2 is also referred to as a second direction.
  • a bias magnetic field is applied to the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B by installing the bias magnet 120 as shown in FIG.
  • the first magnetostrictive member 111A shrinks compared to the state without a magnetic field before setting.
  • the second magnetostrictive member 111B is in an extended state compared to the state without a magnetic field before setting.
  • warpage occurs in the electromagnetic transducer 110 when the bias magnet 120 and the electromagnetic transducer 110 are combined. For this reason, polarization occurs in the thickness direction of the piezoelectric member 112, and a potential difference occurs between the upper and lower electrodes, resulting in the generation of voltage.
  • the output of the current sensor 100 may be affected.
  • a rightward bias magnetic field is applied to the first magnetostrictive member 111A from the first bias magnet 420A, and a rightward bias magnetic field is applied to the second magnetostrictive member 111B from the second bias magnet.
  • a leftward bias magnetic field is applied from 420B.
  • the first magnetostrictive member 111A contracts in response to the magnetic field in the right direction
  • the second magnetostrictive member 111B contracts in response to the magnetic field in the left direction.
  • Both the magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B are in a more contracted state than in the no-magnetic-field state before setting. Since both the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B contract, no warpage occurs in the electromagnetic transducer element 110.
  • the magnetic field caused by the current applies a magnetic field of C[T] to the electromagnetic transducer 110 in a rightward direction.
  • the first magnetostrictive member 111A further contracts from the state where the bias magnetic field is applied, and the second magnetostrictive member 111A
  • the member 111B extends from the state where the bias magnetic field is applied. Therefore, as the current flows, a downward convex warpage occurs, the piezoelectric member 112 is deformed, and the voltage changes.
  • the sensitivity can be adjusted by changing the distance or relative vertical position between the bias magnet 420 and the electromagnetic transducer 110, and the number of bias magnets 420.
  • bias magnet 420 described in the fourth embodiment may be used instead of the bias magnet 120 described in the second or third embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a current sensor 500 according to the fifth embodiment.
  • Current sensor 500 includes an electromagnetic conversion element 510 and a bias magnet 420.
  • Bias magnet 420 of current sensor 500 according to Embodiment 4 is similar to bias magnet 420 of current sensor 400 according to Embodiment 4. Therefore, the bias magnet 420 includes a first bias magnet 420A and a second bias magnet 420B, and the magnetization direction M1 of the first bias magnet 420A and the magnetization direction M2 of the second bias magnet 420B are as follows. It's the exact opposite.
  • the electromagnetic transducer 510 in the fifth embodiment includes a first magnetostrictive member 111A, a second magnetostrictive member 111B, a piezoelectric member 112, and a magnetic yoke 513.
  • the first magnetostrictive member 111A, the second magnetostrictive member 111B, and the piezoelectric member 112 of the electromagnetic transducer 510 in the fifth embodiment are the same as the first magnetostrictive member 111A, the second magnetostrictive member 112 of the electromagnetic transducer 110 in the first embodiment. This is the same as the member 111B and the piezoelectric member 112.
  • the magnetic yoke 513 is disposed on the opposite side of the bias magnet 420 in the longitudinal direction of the electromagnetic conversion element 510.
  • the magnetic yoke 513 is a U-shaped member including a first portion 513a, a second portion 513b, and a third portion 513c.
  • the first portion 513a is a plate-shaped portion that extends in a direction parallel to the longitudinal direction of the first magnetostrictive member 111A and faces the first magnetostrictive member 111A.
  • the second portion 513b is a plate-shaped portion that extends in a direction parallel to the longitudinal direction of the second magnetostrictive member 111B and faces the second magnetostrictive member 111B.
  • the third portion 513c is a portion that connects the first portion 513a and the second portion 513b on the side opposite to the first magnetostrictive member 111A and the second magnetostrictive member 111B.
  • the reason why the magnetic yoke 513 is formed in a U-shape is to avoid contact with the electrode 102 and the lead wires 101A and 101B from the electrode 102.
  • the shape of the magnetic yoke 513 is not particularly limited as long as it can achieve this purpose.
  • the electromagnetic conversion element 510 described in the fifth embodiment may be used instead of the electromagnetic conversion element 110 described in the second or third embodiment.

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Abstract

電流センサ（１００）は、電線（１０３）に流れる電流を検出する。電流センサ（１００）は、板状に形成され、厚さ方向における変形によって電圧を発生する圧電部材（１１２）、及び、板状に形成され、圧電部材（１１２）の長さ方向に沿って配置され、磁界によって長さ方向に伸縮することで圧電部材（１１２）を厚さ方向に変形させる磁歪部材（１１１Ａ、１１１Ｂ）を備える電磁変換素子（１１０）と、磁歪部材（１１１Ａ、１１１Ｂ）の長手方向から、電磁変換素子（１１０）に磁界を与えるバイアス磁石（１２０）と、を備え、電線（１０３）の定格電流に合わせて、バイアス磁石（１２０）から電磁変換素子（１１０）に与える磁界の強さを変化させる。

Description

電流センサ及び電線診断システム
　本開示は、電流センサ及び電線診断システムに関する。
　電気の供給元である発電所と、電気需給先とを結ぶ配電網においては、電流量、電圧又は位相等の電気的情報を用いて電線の異常を監視している。異常監視には、変電所等の受配電盤に設置される電流計又は電圧計等の機器で得た計測データが用いられ、予め定められた閾値との比較又は信号推移等を基に、健全又は異常が判定されている。異常が発生した場合は、これらの常設機器を用いた計測だけでなく、電線に点検員が出向いてその電線の検査を行う場合もある。
　異常発生を事前に察知するには、定常状態での計測地点を増やし、異常の兆候をいち早くとらえることが有効である。そのためには、計測装置の駆動に必要な電源が確保できる受配電設備又は変電トランスが設置されている電柱等のほか、山間部等の人が容易に立ち入りできないような箇所でも計測が行えることが望まれる。
　このため、従来から、電線に容易に設置可能で、動作に電源が不要な電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。従来の技術では、磁界による変形である磁歪効果と、変形による電圧発生である圧電効果とを利用したセンサを用いるため、電線の電流に応じた電圧が発生する。
特開２０１９－０１１９８９号公報
　電流磁界を電圧に変換する電磁変換効果は、圧電部材と、磁歪部材との組合せで決まり、定格電流の異なる電線に従来の電流センサを適用しようとすると、材料選定又は形状といった電流センサの構成要素をその都度変更する必要がある。その結果、計測対象の電流値に応じて電流センサの種類を数多くラインナップする必要があり、電流センサのコストが上がってしまう懸念がある。
　そこで、本開示の一又は複数の態様は、磁歪部材と、圧電部材とからなる電流センサの入出力特性を、任意に可変できる電流センサを提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る電流センサは、電線に流れる電流を検出する電流センサであって、板状に形成され、厚さ方向における変形によって電圧を発生する圧電部材、及び、板状に形成され、前記圧電部材の長さ方向に沿って配置され、磁界によって長さ方向に伸縮することで前記圧電部材を厚さ方向に変形させる磁歪部材、を備える電磁変換素子と、前記磁歪部材の長手方向から、前記電磁変換素子に磁界を与えるバイアス磁石と、を備え、前記電線の定格電流に合わせて、前記バイアス磁石から前記電磁変換素子に与える前記磁界の強さを変化させることを特徴とする。
　本開示の一又は複数の態様によれば、磁歪部材と、圧電部材とからなる電流センサの入出力特性を、任意に可変できる電流センサを提供することができる。
実施の形態１に係る電流センサの構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１において、第１の磁歪部材及び第２の磁歪部材の伸縮方向と、圧電部材の分極方向とを示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、電磁変換素子の変形の仕方を説明するための概略図である。 励磁の強さの指標である磁束密度の、磁石表面からの距離に応じた変化を表すグラフである。 バイアス磁石の磁化方向と、バイアス磁石の表面からの距離とを説明するための概略図である。 電磁変換素子に対するバイアス磁石の位置を上下方向に変化させた際の出力の例を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、電磁変換素子に対するバイアス磁石の位置を説明するための概略図である。 バイアス磁石の個数を変えた場合の、バイアス磁石の表面からの磁束密度の変化を示すグラフである。 バイアス磁石の磁化方向にバイアス磁石の積層数を変える場合の一例を示す斜視図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、バイアス磁石の個数を変えた場合の電流センサの出力を示すグラフである。 一定の電流に対する、電流センサの出力の、磁石個数依存性を示すグラフである。 実施の形態２に係る電流センサの構成を概略的に示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、筐体及び筐体の変形例を示す断面図である。 素子内蔵部の構成を概略的に示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、一つの素子内蔵部に、複数の電磁変換素子を配置する例を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２に係る電流センサの変形例の構成概略的に示す断面図である。 電線に流れる電流と、電流センサの出力との関係を示すグラフである。 実施の形態３に係る電流センサの構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態４に係る電流センサの構成を概略的に示す断面図である。 バイアス磁石による電磁変換素子の変形を説明するための概略図である。 実施の形態４において、第１の磁歪部材及び第２の磁歪部材の伸縮方向と、圧電部材の分極方向とを示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態４において、電磁変換素子の変形の仕方を説明するための概略図である。 実施の形態５に係る電流センサの構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係る電流センサにおける磁力線の流れを示す断面図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電流センサ１００の構成を概略的に示す断面図である。
　電流センサ１００は、電磁変換素子１１０と、バイアス磁石１２０とを備える。
　電磁変換素子１１０は、第１の磁歪部材１１１Ａと、第２の磁歪部材１１１Ｂと、圧電部材１１２とを備える。
　第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂは、磁界をかけることによって変形する材料である磁歪材料により構成されている。ここでは、磁歪材料として、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄと呼ばれる、鉄（Ｆｅ）と、ディスプロシウム（Ｄｙ）と、テルビウム（Ｔｂ）とからなる合金が用いられている。
　また、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂは、板状に形成され、磁界によって長手方向に伸縮する。
　圧電部材１１２は、物質に圧力を加えると、圧力に比例した分極が現れる現象である電圧効果を有する材料である圧電材料により構成されている。ここでは、圧電材料として、一般的に知られるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。
　ここでは、圧電部材１１２は、板状に形成され、厚さ方向における変形によって電圧を発生し、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの間に配置される。
　第１の磁歪部材１１１Ａ、第２の磁歪部材１１１Ｂ及び圧電部材１１２は、いずれも、図１の上下方向である厚さを１．０ｍｍとし、図１の奥行方向である幅を６ｍｍとする。
　第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの長さは１２ｍｍとし、圧電部材１１２の長さは１５ｍｍとする。圧電部材１１２が、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂよりも長いのは、圧電部材１１２で発生した電圧を取り出すためのリード線１０１Ａ、１０１Ｂをはんだ付けする電極１０２を設けるためである。
　第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂと、圧電部材１１２とは、銀ペーストで接着されている。なお、磁歪材料及び圧電材料については、上記の材料に限定されるものではなく、他の材料が用いられてもよい。また、これらの部材の寸法も、他の寸法であってよい。
　バイアス磁石１２０は、電磁変換素子１１０に磁場を与える。ここでは、バイアス磁石１２０として、希土類磁石であるＮｄＦｅＢ磁石が用いられている。ＮｄＦｅＢ磁石は、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を主成分とした磁石である。
　バイアス磁石１２０の寸法は、４ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍであり、図１に示されている磁化方向の寸法が、２ｍｍになっている。
　バイアス磁石１２０は、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの長手方向に、電磁変換素子１１０に磁界を与える。そして、実施の形態１における電流センサ１００は、バイアス磁石１２０から電磁変換素子１１０に与える磁界の強さを変化させることで、電磁変換素子１１０に含まれている圧電部材１１２で発生する電圧の大きさを変化させる。そして、電流センサ１００は、電線１０３の定格電流に合わせて、バイアス磁石１２０から電磁変換素子１１０与える磁界の強さを変化させる。
　例えば、バイアス磁石１２０は、図１に示されているように、磁化方向が電磁変換素子１１０の長手方向に平行になるように、電磁変換素子１１０の長手方向の一端ｂに対向するように配置されている。なお、励磁源としてはバイアス磁石以外に電磁石を用いることもできるが、今回は励磁のための電源を必要としないバイアス磁石が用いられている。
　以上のように構成された電流センサ１００は、図１に示されているように、計測対象の電線１０３の長手方向と直交する方向に配置されている。言い換えると、電磁変換素子１１０の長手方向又はバイアス磁石１２０の磁化方向が電線１０３に対して直交するように、電流センサ１００は、配置されている。
　電線１０３には、図１の奥行方向に電流が流れるようになっている。電線１０３の作る磁界は、電線１０３の断面の円周方向（言い換えると、接線方向）に等しく、その法線方向に低減する。従って、電流センサ１００は、電線１０３から予め定められた距離だけ離れた場所に、電線１０３の接線方向が電流センサ１００の長手方向に平行となるように配置することで、電流による起電力を効率よく得ることができる。
　図２は、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの伸縮方向と、圧電部材１１２の分極方向を示す断面図である。
　図２に示されているように、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂに磁界を加えた際の伸縮方向は、図２の左右方向に設定され、圧電部材１１２の分極方向は、図２の上下方向になるように設定されている。また、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの伸縮方向は、磁界変化に対して互いに逆向きになるように設定されている。
　「伸縮方向が互いに逆向きである」は、例えば、図２に示されている第１の磁歪部材１１１Ａが図２の左向きに印加される磁界が大きくなるほど延びる特性の場合、第２の磁歪部材１１１Ｂは、図２の右向きに印加される磁界が大きくなるほど伸びる特性であることを意味する。
　このため、図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示されているように、電磁変換素子１１０の下側に電線１０３＃１、１０３＃２を配置して、電線１０３＃１、１０３＃２に電流が流れると、電流の向きによって、電磁変換素子１１０は、下に凸又は上に凸になるように変形する。具体的には、図３（Ａ）では、図３（Ａ）の奥行方向に電流が流れることで、電磁変換素子１１０全体に右向きの磁界が印加され、第１の磁歪部材１１１Ａが縮んで、第２の磁歪部材１１１Ｂが延びることにより、電磁変換素子１１０は下に凸となるように変形する。図３（Ｂ）では、図３（Ｂ）の手前方向に電流が流れることで、電磁変換素子１１０全体に左向きの磁界が印加され、第１の磁歪部材１１１Ａが伸びて、第２の磁歪部材１１１Ｂが縮むことにより、電磁変換素子１１０は上に凸となるように変形する。
　これらのような変形によって、圧電部材１１２の厚さ方向に分極が生じるので、上下の電極に電位差が生じて電圧を取り出すことができる。この変形量は、磁界の大きさによって変化するので、電線１０３＃１、１０３＃２に流れる電流の電流値に応じた出力を得ることができる。
　図４は、励磁の強さの指標である磁束密度の、磁石表面からの距離に応じた変化を表すグラフである。
　磁石表面からの距離は、図５に示されているように、バイアス磁石１２０の、図１に示されている電磁変換素子１１０の長手方向の一端１１０ａに対向する表面である磁石表面１２０ａから、その一端１１０ａまでの距離である。
　図４に示されている曲線Ｃ１は、図５に示されているように、磁石表面１２０ａの中心１２０ｂに、電磁変換素子１１０の中心を合わせた場合の磁束密度を示す。図４に示されている曲線Ｃ２は、図５に示されているように、磁石表面１２０ａの厚さ方向における中心１２０ｂよりも上方に、電磁変換素子１１０の中心がある場合の磁束密度を示す。図４に示されている曲線Ｃ３は、図５に示されているように、磁石表面１２０ａの中心１２０ｂよりもさらに上方に、電磁変換素子１１０の中心がある場合の磁束密度を示す。
　以上のように、磁束密度は、励磁源の二乗に反比例して減少し、磁石表面１２０ａの中心１２０ｂから外側（ここでは、上方）に向かっても減少する。
　従って、電磁変換素子１１０と、バイアス磁石１２０との距離を変化させること、又は、バイアス磁石１２０が電磁変換素子１１０に対向する位置を上下にずらすことで、電磁変換素子１１０に加わる磁界強度を変化させることができる。
　図６は、電磁変換素子１１０に対するバイアス磁石１２０の位置を上下方向に変化させた際の出力の例を示すグラフである。
　ここでは、電線１０３に交流電流を流しているが、電磁変換素子１１０の動作原理から、直流電流に対しても同様の出力が得られることは明らかである。
　図６に示されている直線Ｌ１は、図７（Ａ）に示されているように、電磁変換素子１１０の厚さ方向の中心と、バイアス磁石１２０の磁化方向に対して垂直方向の中心とをあわせた場合の出力を示す。
　図６に示されている直線Ｌ２は、図７（Ｂ）に示されているように、電磁変換素子１１０の厚さ方向の中心よりも、バイアス磁石１２０の磁化方向に対して垂直方向の中心が上方にある場合の出力を示す。
　図３で説明したように、電磁変換素子１１０からの出力は、電磁変換素子１１０の変形量に比例し、電磁変換素子１１０の変形をもたらす磁界の大きさは電流値に比例して大きくなる。このため、図６に示されているように、電流センサ１００の出力であるセンサ出力は、電流値に応じて直線的に変化する。
　図６に示されているように、図７（Ａ）のように電磁変換素子１１０の厚さ方向の中心に、バイアス磁石１２０を配置した場合に比べ、図７（Ｂ）のように電磁変換素子１１０の厚さ方向の中心よりも上側にオフセットして配置した場合は、電流センサ１００の出力が低下している。
　図４を用いて説明したように、バイアス磁石１２０と、電磁変換素子１１０との位置関係によって磁界が変化することから、電磁変換素子１１０に加わる磁界の大きさによって、電流センサ１００の出力も変化することは明らかである。図示はしていないが、バイアス磁石１２０と、電磁変換素子１１０との間の対向距離を遠ざけることによっても、電流センサ１００の出力は低下する。
　図８は、同一寸法のバイアス磁石１２０の積層数を変えることで、磁石の個数を変えた場合の、バイアス磁石１２０の表面（磁石の磁化方向が貫く表面）からの磁束密度の変化を示すグラフである。
　バイアス磁石１２０が一個の場合が、図４に示されている曲線Ｃ３に相当する。
　ここでは、図９に示されているように、バイアス磁石１２０の磁化方向にバイアス磁石１２０の積層数が変えられている。
　図８に示されているように、バイアス磁石１２０の数が増えると、磁束密度が増加する傾向はみられるが、増加の割合は個数の増加に一致しない。例えば、図８に示されているように、バイアス磁石１２０を２個に増やした場合と、バイアス磁石１２０を３個に増やした場合とで、大きな差は見られない。また、バイアス磁石１２０が３個の場合と、バイアス磁石１２０が４個の場合とで、磁束密度はほぼ一致している。このことから、励磁磁界を増やすためにバイアス磁石１２０を積層することはあまり有効ではないことが示唆される。
　図１０（Ａ）～（Ｃ）は、バイアス磁石１２０の個数を変えた場合の電流センサ１００の出力を示すグラフである。
　ここで、図１０（Ａ）は、バイアス磁石１２０が１個の場合のグラフであり、図１０（Ｂ）は、バイアス磁石１２０が２個の場合のグラフであり、図１０（Ｃ）は、バイアス磁石１２０が３個の場合のグラフである。
　また、図１１は、一定の電流（ここでは、９０Ａ）に対する、電流センサ１００の出力の、磁石個数依存性を示すグラフである。
　図１０（Ａ）～（Ｃ）に示されているように、バイアス磁石１２０の個数を増やしていっても、電流センサ１００の出力は、単調増加せず、バイアス磁石１２０が３個で、その出力が飽和状態となっている。
　なお、ここではバイアス磁石１２０の個数が変更されているが、例えば、バイアス磁石１２０の厚さを一定厚さ（例えば、２ｍｍ）ずつ増加させた場合でも、電磁変換素子１１０と対向するバイアス磁石１２０の表面からの磁束密度分布は、同様の傾向を示すことが分かっている。そして、バイアス磁石１２０の厚さに対する電流センサ１００の出力の増加傾向も、図１１と同様になるので、電流センサ１００の出力の設定においては、バイアス磁石１２０の厚さを適宜設定することでも成しえることは自明である。電流センサ１００の出力が飽和するポイントは、バイアス磁石１２０の磁化方向寸法と、電磁変換素子１１０の長手方向の寸法とによって決まる。
　以上のように、電流センサ１００の出力は、バイアス磁石１２０の表面からの磁束密度に概ね比例していることから、励磁磁界の大小で電流センサ１００の出力を増減させることができる。
　言い換えると、電磁変換素子１１０に対するバイアス磁石１２０の配置、バイアス磁石１２０のサイズ又はバイアス磁石１２０の個数を変化させることで、バイアス磁石１２０から電磁変換素子１１０に与える磁界の強さを変化させて、電流センサ１００の出力を変化させることができる。
実施の形態２．
　図１２は、実施の形態２に係る電流センサ２００の構成を概略的に示す断面図である。
　電流センサ２００は、電磁変換素子１１０と、バイアス磁石１２０と、筐体２３０とを備える。
　実施の形態２に係る電流センサ２００の電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０は、実施の形態１に係る電流センサ１００の電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０と同様である。このため、電磁変換素子１１０は、第１の磁歪部材１１１Ａと、第２の磁歪部材１１１Ｂと、圧電部材１１２とを備える。
　筐体２３０は、電磁変換素子１１０と、電磁変換素子１１０を励磁するバイアス磁石１２０とを内蔵する素子内蔵部２３１と、計測対象となる電線１０３を把持する導体把持部２３２とを備える。
　図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、筐体２３０及び筐体２３０の変形例を示す断面図である。
　前述のとおり、磁束密度は、磁界発生源からの距離の２乗に比例して低下するため、電流センサ２００の出力を極力大きく取り出すためには、電線１０３と、電磁変換素子１１０とは可能な限り近接させることが望ましい。
　そこで、図１３（Ａ）に模式的に示されているように、筐体２３０は、導体把持部２３２が素子内蔵部２３１に嵌合され固定される。
　ただし、磁歪部材１１１Ａ、１１１Ｂは鉄を多く含むため、長期の大気暴露により錆の発生等による性能低下の懸念がある。従って、耐候性を確保するため、電流センサ２００の構成要素のうち少なくとも電磁変換素子１１０は、樹脂等の耐候性素材で被覆する必要がある。
　上述のとおり、電流センサと電線を極力近接させるためには、被覆樹脂は耐候性を確保できる範囲で極力薄くすることが望ましい。
　導体把持部２３２は、接合面２３２ａ１、２３２ａ２と、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２と、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２のそれぞれから、他方に向かって延びる押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２とを備える。
　接合面２３２ａ１、２３２ａ２は、素子内蔵部２３１に嵌合するための嵌合部材（図示せず）を備え、素子内蔵部２３１に導体把持部２３２を嵌合させた際に、素子内蔵部２３１に接する面である。
　内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２は、接合面２３２ａ１、２３２ａ２のそれぞれから導体把持部２３２の内側に向かって延びる面である。内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２は、接合面２３２ａ１、２３２ａ２に対してほぼ垂直の面となっており、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２の間隔Ｄ１は、図１２に示されている電線１０３の直径Ｄ２以上となっているものとする。
　押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２は、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２のそれぞれから、他方に向かって延びる面である。
　例えば、押さえ面２３２ｃ１は、内壁面２３２ｂ１から内壁面２３２ｂ２の方向に延びる面であり、押さえ面２３２ｃ２は、内壁面２３２ｂ２から内壁面２３２ｂ１の方向に延びる面である。
　押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２同士は、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂとの間の間隔Ｄ１の中間で接合し、押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２同士の間の角度Ｒが０度よりも大きく、１８０度よりも小さくなるように構成されている。そして、押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２は、素子内蔵部２３１に導体把持部２３２を嵌合させた際に、電線１０３に接するように構成されている。
　このように構成されることで、導体把持部２３２を素子内蔵部２３１に嵌合させた際に、押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２が電線１０３を素子内蔵部２３１に近接させるように、電線１０３を素子内蔵部２３１の方向に押し込むので、電磁変換素子１１０と、電線１０３とが近接することになる。
　以上のように、図１３（Ａ）に示されている構成では、押さえ面２３２ｃ１、２３２ｃ２同士の間の角度Ｒが０度よりも大きく、１８０度よりも小さくなっている。これは、電磁変換素子１１０の長手方向に対して電線１０３の幅方向のずれを小さくするためであり、さらに、電線１０３の直径の大きさによらず、そのようなずれを小さくするためである。なお、電磁変換素子１１０の長手方向及び電線１０３の幅方向は、図１３（Ａ）の左右方向である。
　なお、電線１０３の直径が既知である場合は、図１３（Ｂ）に示されているように、内壁面２３２ｂ１、２３２ｂ２同士を、半円弧状の押さえ面２３２ｃ＃１で接続してもよい。押さえ面２３２ｃ＃１は、電線１０３の外周面と接するように形成されていればよい。
　ここで、電線１０３と、電磁変換素子１１０とを近接させる目的であれば、導体把持部２３２の形状は、上記の例以外の形状としてもよい。
　以上のように、導体把持部２３２は、電磁変換素子１１０の長手方向が、電線１０３の長手方向と直交するように、カバーとしての素子内蔵部２３１を電線１０３に取り付けるための固定部材として機能する。
　素子内蔵部２３１は、電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０を覆うカバーとして機能する。
　図１４は、素子内蔵部２３１の構成を概略的に示す断面図である。
　素子内蔵部２３１は、内部に、バイアス磁石１２０と、電磁変換素子１１０とを保持する。言い換えると、素子内蔵部２３１は、バイアス磁石１２０及び電磁変換素子１１０の周囲を囲んでいる。
　そして、素子内蔵部２３１は、バイアス磁石１２０と、電磁変換素子１１０との間を、任意の寸法だけ離間させるための隔壁２３１ａを備える。
　隔壁２３１ａの材質については、電気的絶縁を確保する観点から樹脂材料が用いられてもよく、バイアス磁石１２０からの励磁磁界を制御するために、珪素鋼板又は高透磁率材等の磁性体が用いられてもよい。
　磁石磁界の強度によって、隔壁２３１ａを設けることで電磁変換素子１１０を励磁するのに十分な磁界を確保出来ない場合は、隔壁２３１ａを設けずに、バイアス磁石１２０と、電磁変換素子１１０とを接触させてもよい。しかしながら、電磁変換素子１１０は、その変形により起電力を生じるため、電磁変換素子１１０の変形を妨げない観点では、バイアス磁石１２０は、電磁変換素子１１０に接触させない方が望ましい。
　なお、図１４では、それぞれを明確に示すため、バイアス磁石１２０、隔壁２３１ａ及び電磁変換素子１１０の間に空隙が設けられているが、磁歪部材１１１Ａ、１１１Ｂは鉄を多く含むため、バイアス磁石１２０に磁力によって吸引される。従って、実際には空隙は存在せず、バイアス磁石１２０は、隔壁２３１ａに接触し、電磁変換素子１１０も隔壁２３１ａに接触している。
　このように、電磁変換素子１１０は、バイアス磁石１２０の磁力によって隔壁２３１ａに固定されるので、電磁変換素子１１０を素子内蔵部２３１に固定する機構は不要であり、電磁変換素子１１０を極力拘束せず、起電力を最大限に取り出すことが可能となる。
　図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、一つの素子内蔵部２３１に、複数の電磁変換素子１１０を配置する例を示す断面図である。
　このような場合、図１５（Ａ）に示されているように、複数の電磁変換素子１１０のそれぞれに対応するように、複数のバイアス磁石１２０が設けられてもよく。図１５（Ｂ）に示されているように、複数の電磁変換素子１１０に対して、一つのバイアス磁石１２０が設けられてもよい。一つのバイアス磁石１２０が、並列に配置されている電磁変換素子１１０の幅に応じた幅を備えることで、その一つのバイアス磁石１２０で、全ての電磁変換素子１１０を励磁することが可能となる。このような構成にすることで、部品点数を減らして電流センサ２００の低コスト化を図ることができる。
　図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２に係る電流センサ２００の変形例を示す断面図である。
　図１６（Ａ）に示されているように、実施の形態２の第１の変形例に係る電流センサ２００＃２は、筐体２３０＃２の素子内蔵部２３１＃２側ではなく、導体把持部２３２＃２側に、電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０が内蔵されている。
　この場合、電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０は、図１６（Ａ）に示されているように、導体把持部２３２＃２の押さえ面２３２ｃ１＃２に沿って配置されることが望ましい。このような構成とすることで、電線１０３と、電磁変換素子１１０との位置関係が、筐体２３０＃２の構造で一意に決めることができる。
　また、図１６（Ｂ）に示されている電流センサ２００＃３のように、電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０が、押さえ面２３２ｃ１＃３及び押さえ面２３２ｃ２＃３の両方に沿って配置されてもよい。
実施の形態３．
　実施の形態１又は２に係る電流センサ１００、２００は、電流センサ１００，２００を駆動するための電源を必要とせず、計測対象の電線１０３の電流磁界を利用して起電力を得ることができる。例えば、図１０（Ｃ）に示されているように、電磁変換素子１１０に三個のバイアス磁石１２０を対向させた際に、９０Ａの電流を流すと２．３Ｖ程度の出力が得られていることが分かる。また、図６又は図８では、電流値に対する電流センサ１００の出力が優れた直線性を示すことも説明した。今回構成した電流センサ１００、２００では、図１７に示すように１４０Ａ程度の電流に対して３．３Ｖの電圧が得られる。
　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＬＰＷＡ（Ｌｏｗ　Ｐｏｗｅｒ　Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ）等の一般的な通信用マイコンは、その動作電圧が３．３Ｖ程度であることから、このように電流値が１４０Ａ以上の電線１０３に電流センサ１００、２００を設置した場合は、電流センサ１００、２００の起電力を用いると、蓄電装置なしに電流値を送信することが可能となる。また、定格電流が小さい場合でも、架線事故等により１４０Ａを超えるような電流が流れた場合には通信が可能となる。
　過電流の発生は、過負荷がかかった状態又は断線による地絡等が要因であり、過電流は、突発電流のような短期間ではなく、比較的連続して流れると考えられる。また、無線通信回路の駆動には２０ｍｓ～３０ｍｓ程度の期間、駆動電圧が確保できればよい。定常状態では動作せず、異常時のみ動作することを考慮して、蓄電回路等が備えられていなくてもよい。但し、過電流のみならず、定格範囲の電圧を常時監視する場合には、検出された定格電流値を間欠送信するために蓄電回路が併用されてもよい。
　図１８は、実施の形態３に係る電流センサ３００の構成を概略的に示す断面図である。
　電流センサ３００は、電磁変換素子１１０と、バイアス磁石１２０と、筐体３３０とを備える。
　実施の形態３に係る電流センサ３００の電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０は、実施の形態１に係る電流センサ１００の電磁変換素子１１０及びバイアス磁石１２０と同様である。このため、電磁変換素子１１０は、第１の磁歪部材１１１Ａと、第２の磁歪部材１１１Ｂと、圧電部材１１２とを備える。
　筐体３３０は、電磁変換素子１１０と、電磁変換素子１１０を励磁するバイアス磁石１２０とを内蔵する素子内蔵部２３１と、計測対象となる電線１０３を把持する導体把持部２３２と、通信ユニットとして機能する通信回路基板３４１を内蔵する通信ユニット内蔵部３４０とを備える。
　実施の形態３における筐体３３０の素子内蔵部２３１及び導体把持部２３２は、実施の形態２における筐体２３０の素子内蔵部２３１及び導体把持部２３２と同様である。
　但し、実施の形態３における筐体３３０では、素子内蔵部２３１に通信ユニット内蔵部３４０が取り付けられている。通信ユニット内蔵部３４０についても、耐候性素材で形成されていることが望ましい。
　通信ユニット内蔵部３４０は、通信回路基板３４１を内蔵する。
　通信回路基板３４１は、図示していないが、データの送受信を行う通信回路と、通信回路に電源を供給する電源回路とを備える。電源回路には、電磁変換素子１１０が電気的に接続される。
　実施の形態３では、外部からの送信データを用いて電流センサ３００を駆動させる必要がないため、通信回路基板３４１は、データの送信のみを行う送信回線基板であってもよい。この場合、通信ユニットも送信ユニットとなる。言い換えると、実施の形態３に係る電流センサ３００は、圧電部材１１２で生ずる電圧で駆動し、電線１０３の異常を検出することのできるデータを送信する送信ユニットを備える。
　通信回路基板３４１から送信するデータについては、通信回路基板３４１に入力された電磁変換素子１１０の起電力に相当する電圧データとしてもよいし、単に通信回路基板３４１が起動したことを示すタグ情報のように、通信回路基板３４１に固有のデータであってもよい。
　電圧データは、受信装置側で電流値に読み替えれば、電流センサ３００で検出された電流値が分かる。通信回路基板３４１の固有のデータであれば、電流センサ３００が起動したことが分かるので、計測対象となる電線１０３にて通信回路が起動するだけの過電流が流れたことがわかる。
　従って、実施の形態３に係る電流センサを電線１０３で構成される配電網に多数設置することで、過電流により架線事故が生じた際に警報する電線診断システム（図示せず）を構築することが可能となる。電流センサ３００は、動作に電源が不要であり、通信用マイコンも電流センサ３００の出力で動作できるため、電源の確保が困難な場所でも電流センサ３００を配置でき、架線事故の早期発見が可能となる。
　電線診断システムは、電流センサ３００と、電流センサ３００から送信されてくるデータに基づいて電線の異常を検出する電流線診断部とを備える。
　具体的には、その電線診断システムは、電線１０３上に設置される電流センサ３００と、電流センサ３００から送信される電流値又は電流波形を受信する外部サーバ（図示せず）と、外部サーバが受信した電流値又は電流波形に基づいて電線１０３の異常を診断する電線診断部とで構成することができる。電線診断部は、電流センサ３００から送信される電流値又は電流波形から、即座に電線１０３の異常を診断してもよいし、外部サーバに蓄積される電流値又は電流波形と架線の損傷度合いとの関係を示すデータベースから、電線１０３の異常を診断してもよい。電線診断システムは、電源の確保が困難な場所でも電流センサ３００を配置でき、架線事故の早期発見が可能となる。
　また、電線診断システムの中に外部サーバを設けず、電線診断部が電流値送信ユニットから送信される電流値又は電流波形を直接受信し、電線の異常を診断してもよい。この場合、電線診断部は、いわゆるコンピュータにより実現することができる。そのコンピュータは、電流センサ３００からのデータを受信することのできる受信装置としての受信部を備える。
　なお、電線診断部は、外部サーバに設けられていてもよい。
　以上に記載された実施の形態１～３では、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの二つの磁歪部材が使用されているが、実施の形態１～３は、このような例に限定されない。例えば、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの何れか一方だけでも、圧電部材１１２を変形させることができるため、圧電部材１１２の厚さ方向に分極を生じさせることができる。言い換えると、電磁変換素子１１０として、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂの何れか一方だけが備えられていてもよい。
実施の形態４．
　図１９は、実施の形態４に係る電流センサ４００の構成を概略的に示す断面図である。
　電流センサ４００は、電磁変換素子１１０と、バイアス磁石４２０とを備える。
　実施の形態４に係る電流センサ４００の電磁変換素子１１０は、実施の形態１に係る電流センサ１００の電磁変換素子１１０と同様である。
　バイアス磁石４２０は、電磁変換素子１１０に磁場を与える。バイアス磁石４２０の材質は、実施の形態１に係る電流センサ１００のバイアス磁石１２０と同様である。
　バイアス磁石４２０は、第１のバイアス磁石４２０Ａと、第２のバイアス磁石４２０Ｂとにより構成される。
　第１のバイアス磁石４２０Ａ及び第２のバイアス磁石４２０Ｂは、図１９に示されているように、ともに磁化方向Ｍ１、Ｍ２が電磁変換素子１１０の長手方向に平行となるようにされている。しかしながら、第１のバイアス磁石４２０Ａの磁化方向Ｍ１と、第２のバイアス磁石４２０Ｂの磁化方向Ｍ２とは、正反対となっている。なお、磁化方向Ｍ１を第１の方向、磁化方向Ｍ２を第２の方向ともいう。
　実施の形態１では、図１に示されているようにバイアス磁石１２０を設置することにより第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂにバイアス磁界が印加される。
　しかしながら、図２０に示されているように、例えば、バイアス磁石１２０の磁化方向Ｍ３が、図面の右方向である場合、第１の磁歪部材１１１Ａは、セッティング前の無磁場の状態と比べて縮んだ状態となり、第２の磁歪部材１１１Ｂは、セッティング前の無磁場の状態よりと比べて伸びた状態となる。これにより、図２０に示されているように、バイアス磁石１２０と電磁変換素子１１０とを組み合わせた時点で電磁変換素子１１０に反りが発生することとなる。このため、圧電部材１１２の厚さ方向に分極が生じ、上下の電極に電位差が生じて、電圧が発生してしまい。電流センサ１００の出力に影響する場合がある。
　実施の形態４では、図１９に示されているように、第１の磁歪部材１１１Ａには第１のバイアス磁石４２０Ａから右向きのバイアス磁界が、第２の磁歪部材１１１Ｂには第２のバイアス磁石４２０Ｂから左向きのバイアス磁界が印加されている。
　これにより、図２１に示されているように、第１の磁歪部材１１１Ａは、右方向の磁界に対して縮み、第２の磁歪部材１１１Ｂは左方向の磁界に対して縮むため、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂは、ともにセッティング前の無磁場の状態と比べてより縮んだ状態となる。第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂがともに縮むため、電磁変換素子１１０に反りは発生しない。
　ここで、図２２（Ａ）のように電線１０３＃１に紙面奥向きに電流が流れると、電流による磁界が電磁変換素子１１０に右向きにＣ［Ｔ］の磁界が印加される。このとき、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂには、ともに右向きの磁界が印加されるため、第１の磁歪部材１１１Ａはバイアス磁界が掛かった状態からさらに縮み、第２の磁歪部材１１１Ｂはバイアス磁界が掛かった状態から伸びる。よって、電流が流れることにより下に凸型の反りが発生し、圧電部材１１２が変形して電圧が変化する。
　同様に、図２０（Ｂ）のように電線１０３＃２に紙面手前向きに電流が流れると、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂには、ともに左向きの磁界が印加されるため、第１の磁歪部材１１１Ａは、バイアス磁界が掛かった状態から伸び、第２の磁歪部材１１１Ｂは、バイアス磁界が掛かった状態からさらに縮むため、上に凸型の反りが発生する。
　なお、バイアス磁石４２０と、電磁変換素子１１０との距離又は上下の相対位置、及び、バイアス磁石４２０の枚数を変更させることにより感度を調整できる点は、実施の形態１と同様である。
　以上のように、実施の形態４によれば、バイアス磁石４２０と、電磁変換素子１１０とを組み合わせた時点での電磁変換素子１１０に発生する反りを防止することができる。
　なお、実施の形態４に記載されているバイアス磁石４２０が、実施の形態２又は３に記載されているバイアス磁石１２０の代わりに使用されてもよい。
実施の形態５．
　図２３は、実施の形態５に係る電流センサ５００の構成を概略的に示す断面図である。
　電流センサ５００は、電磁変換素子５１０と、バイアス磁石４２０とを備える。
　実施の形態４に係る電流センサ５００のバイアス磁石４２０は、実施の形態４に係る電流センサ４００のバイアス磁石４２０と同様である。
　このため、バイアス磁石４２０は、第１のバイアス磁石４２０Ａと、第２のバイアス磁石４２０Ｂとを備え、第１のバイアス磁石４２０Ａの磁化方向Ｍ１と、第２のバイアス磁石４２０Ｂの磁化方向Ｍ２は、正反対となっている。
　実施の形態５における電磁変換素子５１０は、第１の磁歪部材１１１Ａと、第２の磁歪部材１１１Ｂと、圧電部材１１２と、磁性ヨーク５１３とを備える。
　実施の形態５における電磁変換素子５１０の第１の磁歪部材１１１Ａ、第２の磁歪部材１１１Ｂ及び圧電部材１１２は、実施の形態１における電磁変換素子１１０の第１の磁歪部材１１１Ａ、第２の磁歪部材１１１Ｂ及び圧電部材１１２と同様である。
　磁性ヨーク５１３は、電磁変換素子５１０の長手方向において、バイアス磁石４２０の反対側に配置されている。
　磁性ヨーク５１３は、第１の部分５１３ａと、第２の部分５１３ｂと、第３の部分５１３ｃとを備えるコの字状の部材である。
　具体的には、第１の部分５１３ａは、第１の磁歪部材１１１Ａの長手方向と平行な方向に延び、第１の磁歪部材１１１Ａに対向する板状の部分である。
　第２の部分５１３ｂは、第２の磁歪部材１１１Ｂの長手方向と平行な方向に延び、第２の磁歪部材１１１Ｂに対向する板状の部分である。
　第３の部分５１３ｃは、第１の部分５１３ａ及び第２の部分５１３ｂを、第１の磁歪部材１１１Ａ及び第２の磁歪部材１１１Ｂとは反対側で連結する部分である。
　なお、磁性ヨーク５１３がコの字状に形成されているのは、電極１０２及び電極１０２からのリード線１０１Ａ、１０１Ｂとの接触を避けるためである。このような目的を果たすことができれば、磁性ヨーク５１３の形状は、特に限定されない。
　以上のような磁性ヨーク５１３を設けることにより、図２４の矢印Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３で示されているように、第１のバイアス磁石４２０Ａから出た磁力線は、第１の磁歪部材１１１Ａの内部を通って磁性ヨーク５１３に入り、磁性ヨーク５１３を経由して第２の磁歪部材１１１Ｂの内部を通って、第２のバイアス磁石４２０Ｂに入るループを描く。これにより、電磁変換素子５１０に印加される磁界を磁石の枚数を増やさずに高めることができ、センサ感度を高めることができる。
　実施の形態５に記載されている電磁変換素子５１０が、実施の形態２又は３に記載されている電磁変換素子１１０の代わりに使用されてもよい。
　１００，２００，３００，４００，５００　電流センサ、　１０３　電線、　１１０，５１０　電磁変換素子、　１１１Ａ　第１の磁歪部材、　１１１Ｂ　第２の磁歪部材、　１１２　圧電部材、　５１３　磁性ヨーク、　１２０，４２０　バイアス磁石、　４２０Ａ　第１のバイアス磁石、　４２０Ｂ　第２のバイアス磁石、　２３０，３３０　筐体、　２３１　素子内蔵部、　２３２　導体把持部、　３４０　通信ユニット内蔵部、　３４１　通信回路基板。

Claims (10)

  1. 　電線に流れる電流を検出する電流センサであって、
    　板状に形成され、厚さ方向における変形によって電圧を発生する圧電部材、及び、板状に形成され、前記圧電部材の長さ方向に沿って配置され、磁界によって長さ方向に伸縮することで前記圧電部材を厚さ方向に変形させる磁歪部材、を備える電磁変換素子と、
    　前記磁歪部材の長手方向から、前記電磁変換素子に磁界を与えるバイアス磁石と、を備え、
    　前記電線の定格電流に合わせて、前記バイアス磁石から前記電磁変換素子に与える前記磁界の強さを変化させること
    　を特徴とする電流センサ。
  2. 　前記磁歪部材は、第１の磁歪部材と、第２の磁歪部材と、により構成され、
    　前記圧電部材は、前記第１の磁歪部材及び前記第２の磁歪部材の間に配置されていること
    　を特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
  3. 　前記バイアス磁石は、前記第１の磁歪部材に対して第１の方向に磁界を与える第１のバイアス磁石と、前記第２の磁歪部材に対して、前記第１の方向とは反対の第２の方向に磁界を与える第２のバイアス磁石とにより構成されていること
    　を特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
  4. 　前記電磁変換素子に対して、前記バイアス磁石が設けられている側とは反対側に、前記第１の磁歪部材を通った、前記バイアス磁石からの磁力線を、前記第２の磁歪部材に送るための磁性ヨークをさらに備えること
    　を特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
  5. 　前記電磁変換素子に対する前記バイアス磁石の配置、前記バイアス磁石のサイズ、又は、前記バイアス磁石の個数を変化させることで、前記バイアス磁石から前記電磁変換素子に与える前記磁界の強さを変化させること
    　を特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電流センサ。
  6. 　前記電磁変換素子及び前記バイアス磁石を覆うカバーをさらに備え、
    　前記電磁変換素子は、前記バイアス磁石の磁力により、前記カバー内において固定されていること
    　を特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電流センサ。
  7. 　前記カバーは、前記電磁変換素子と、前記バイアス磁石との間に隔壁を有すること
    　を特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
  8. 　前記電磁変換素子の長手方向が、電線の長手方向と直交するように、前記電線に前記カバーを取り付けるための固定部材をさらに備えること、
    　を特徴とする請求項６又は７に記載の電流センサ。
  9. 　前記圧電部材で生ずる電圧で駆動し、前記電線の異常を検出することのできるデータを送信する送信ユニットをさらに備えること
    　を特徴とする請求項７に記載の電流センサ。
  10. 　請求項９に記載の電流センサと、
    　前記データに基づいて前記電線の異常を検出する電流線診断部と、を備えること
    　を特徴とする電線診断システム。
     
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