JP2009063396A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】被測定導体以外の近接導体を含む外部磁界から受ける影響を効果的に低減しながら被測定導体を流れる微小電流を含む電流を安定的に測定できる電流センサの提供。
【解決手段】相互に対向する一側開放端１３ａと他側開放端１４ａとの間に空隙ｓを介在させてなる略円環状を呈するメインコア１２と、一側開放端１３ａ側から外方に向けて突出配置される一側サブコア２２と、他側開放端１４ａ側から一側サブコア２２とは非接触で同方向に向けて突出配置される他側サブコア３２と、これら一側サブコア２２と他側サブコア３２との各突出開放端２４，３４との間に各別にギャップＧを介在させて対向配置される連結コア４２とで構成され、一側サブコア２２と連結コア４２との間と、他側サブコア３２と連結コア４２との間とには、磁気検出素子４６，４７を各別に介在配置させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定導体以外の近接導体を含む外部磁界による影響を効果的に低減することができる電流センサに関する技術である。

電流センサを内蔵させてなるクランプ式電流計は、下記特許文献１に開示されているように活線状態にある電線等の被測定導体をクランプして測定する際に用いらている。
特開平８−２２０１４１号公報

図３は、引用文献１の開示技術に基づいて描き起こした説明図であり、そのうちの（ａ）は、電流センサと検出回路との関係を、（ｂ）は、電流センサと近接導体との関係を、（ｃ）は、電流センサの全体を磁気シールドした状態をそれぞれ模式的に示す説明図である。

同図によれば、電流センサ１は、開閉自在に二分割された一側コア部２と他側コア部３とで構成されている。また、一側コア部２と他側コア部３とには、相互に対称となる位置関係のもとでホール素子４が各別に介在配置されている。

このため、図３（ａ）に示すようにしてクランプされた被測定導体Ｌ_１に流れる電流により発生する磁束φは、各ホール素子４で検出され、これらを加算して出力させることができる。この場合、一方のホール素子４のための増幅器５と、他方のホール素子４のための増幅器６とを調整して感度バランスをとることで、クランプ時における被測定導体Ｌ_１の位置との関係でもたらされる影響を低減することができるようになっている。また、各ホール素子４は、磁気シールド材で覆うことで外部磁界の影響を低減することもできる。

しかし、図３に示す電流センサ１は、検出感度が低いばかりでなく、温度特性にも劣るホール素子４を用いているので、低電流を安定的に測定するのが難しいという不都合があった。

また、電流センサ１のホール素子４，４相互は、大きく離れているので、図３（ｂ）に示すように近接導体Ｌ_２の近くにあるホール素子４では、近接導体Ｌ_２に流れる電流により発生する磁束がφ_１となり、遠くにあるホール素子４では、近接導体Ｌ_２に流れる電流により発生する磁束がφ_２となり、その差が大きくなって相殺することができなくなる不具合があった。

このため、電流センサ１は、図３（ｃ）に示すようにその全体を磁気シールド７で覆うことが必要になり、全体構造もそれだけ複雑化する問題があった。

本発明は、従来技術の上記課題に鑑みてなされたものであり、被測定導体以外の近接導体を含む外部磁界から受ける影響を効果的に低減しながら被測定導体を流れる微小電流を含む電流を安定的に測定することができる電流センサを提供することに目的がある。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、相互に対向する一側開放端と他側開放端との間に空隙を介在させてなる略円環状を呈するメインコアと、前記一側開放端側から外方に向けて突出配置される一側サブコアと、前記他側開放端側から前記一側サブコアとは非接触で同方向に向けて突出配置される他側サブコアと、これら一側サブコアと他側サブコアとの各突出開放端との間に各別にギャップを介在させて対向配置される連結コアとで構成され、前記一側サブコアと前記連結コアとの間と、前記他側サブコアと前記連結コアとの間とには、磁気検出素子を各別に介在配置させたことを最も主要な特徴とする。

この場合、前記メインコアは、開閉自在に二分割された一側メインコア部と他側メインコア部とで形成するのが好ましい。

また、前記一側サブコアと前記他側サブコアと前記連結コアとは、把持用筐体内に収容配置することができる。この場合、前記一側サブコアと前記他側サブコアと前記連結コアとは、磁気シールドした上で前記把持用筐体内に収容配置するのが望ましい。

請求項１に係る発明によれば、磁気検出素子を介することで、ホール素子とは異なり高感度で温度安定性が非常に高い状態のもとで測定信号を検出することができる。また、磁気検出素子相互を接近させて配置することができるので、磁束の差を小さくして相殺性を向上させることができる。さらに、メインコア中には、磁気検出素子が存在していないので、メインコアの全体を磁気シールドで覆うことなく構造を簡素化して、被測定導体の位置により受けがちな測定上の影響や、近接導体を含む外部磁界から受けがちな測定上の影響を効果的に低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、メインコアが開閉自在に二分割された一側メインコア部と他側メインコア部とで形成されているので、活線状態にある被測定導体を容易にクランプして測定することができる。

請求項３に係る発明によれば、電流センサを構成している一側サブコアと他側サブコアと連結コアとが把持用筐体内に収容配置されているので、磁気検出素子を把持用筐体の容積分だけ近接導体側から引き離すことができ、磁気検出素子を磁気シールドで覆うことなく近接導体を含む外部磁界から受けがちな測定上の影響を低減させることができる。

請求項４に係る発明によれば、把持用筐体内で磁気検出素子ともども一側サブコアと他側サブコアと連結コアとが磁気シールドで覆われているので、より効果的に近接導体を含む外部磁界から受けがちな測定上の影響を低減することができる。

図１は、本発明の一例を模式的に示す説明図であり、電流センサ１１の全体は、相互に対向する一側開放端１３ａと他側開放端１４ａとの間に空隙ｓを介在させてなる略円環状を呈するメインコア１２と、一側開放端１３ａ側から外方（図示例では下方）に向けて突出配置される一側サブコア２２と、他側開放端１４ａ側から一側サブコア２２とは非接触で同方向に向けて突出配置される他側サブコア３２と、これら一側サブコア２２と他側サブコア３２との各突出開放端２４，３４との間に各別にギャップＧを介在させて対向配置される連結コア４２とで構成されている。

このうち、メインコア１２は、突合せ端部１３ｂ，１４ｂを介して左右対称となっての開閉を自在に二分割された一側メインコア部１３と他側メインコア部１４とで形成されている。

また、一側サブコア２２は、その基端部２３を介して一側メインコア部１３の一側開放端１３ａが位置する部位と支軸２６を介して連結されており、その突出開放端２４が位置する部位に該突出開放端２４側を開口させた凹部２５が形成されている。

さらに、他側サブコア３２は、その基端部３３を介して他側メインコア部１４の他側開放端１４ａが位置する部位と支軸３６を介して連結されており、その突出開放端３４が位置する部位に該突出開放端３４側を開口させた凹部３５が形成されている。

一方、連結コア４２は、一側サブコア２２の突出開放端２４と、他側サブコア３２の突出開放端３４とのそれぞれに、その長さ方向（図示例では左右方向）が対向する位置関係のもとで配置されている。

また、連結コア４２は、一側サブコア２２の凹部２５との対向面に一側凹部４３を、他側サブコア３２の凹部３５との対向面に他側凹部４４をそれぞれ備えている。

しかも、一側サブコア２２の凹部２５と連結コア４２の一側凹部４３とで形成される一側空間２８内には、一方の磁気検出素子４６であるフラックスゲート４８が、他側サブコア３２の凹部３５と連結コア４２の他側凹部４４とで形成される他側空間３８内には、他方の磁気検出素子４７であるフラックスゲート４９が、それぞれの検出方向が逆（相殺する方向）になるように位置させて収容配置されている。

このため、被測定導体Ｌ_１を流れる電流により電流センサ１１内に発生する磁束φ（図１中に矢印方向として示す）は、一方のフラックスゲート４８と他方のフラックスゲート４９とを励磁信号と同期した信号で同期検波して増幅器を経させることで、測定電流とほぼ比例した出力信号が得られることになる。

また、電流センサ１１を構成している一側サブコア２２と他側サブコア３２と連結コア４２とは、図２（ａ）に示すように把持用筐体５１内に収容配置することで、フラックスゲート４８，４９も近接導体Ｌ_２から引き離すことができる。

さらに、把持用筐体５１内にフラックスゲート４８，４９ともども位置する一側サブコア２２と他側サブコア３２と連結コア４２とは、より効果的に外部磁界からの影響を低減するために、図２（ｂ）に示すように適宜の磁気シールド材からなる磁気シールド５２で覆っておくこともできる。

次に、上記構成からなる本発明の作用・効果を図１に示す例に基づいて説明すれば、一側メインコア部１３の突合せ端部１３ｂと他側メインコア部１４の突合せ端部１４ｂとが相互に離→間するようにメインコア１２を開き、その内部空間内に被測定導体Ｌ_１を導入してクランプする。

このとき、電流センサ１１内に発生する磁束φは、被測定導体Ｌ_１を流れる電流により、一側メインコア部１３→一側サブコア２２→フラックスゲート４８→連結コア４２→フラックスゲート４９→他側サブコア３２と流れることになる。

この際の磁束φは、一方のフラックスゲート４８と他方のフラックスゲート４９とを介することで、ホール素子とは異なり高感度（例えば２０ｍＡの微小電流）で温度安定性が非常に高い状態のもとで検出することができる。

また、一方のフラックスゲート４８と他方のフラックスゲート４９とは、図３（ｂ）に示すホール素子４，４と近接導体Ｌ_２との関係に比べて相互の離間距離を短くして配置することができるので、磁束の差を小さくして相殺性を向上させることができる。

しかも、メインコア１２中には、磁気検出素子４６，４７であるフラックスゲート４８，４９が存在していないので、メインコア１２の全体を磁気シールドで覆うことなく、被測定導体Ｌ_１のクランプ位置により受けがちな測定上の影響や、図２に示す近接導体Ｌ_２を含む外部磁界から受けがちな測定上の影響を効果的に低減することができる。

また、図２（ａ）に示すように電流センサ１１を構成している一側サブコア２２と他側サブコア３２と連結コア４２とを把持用筐体５１内に収容配置してある場合には、フラックスゲート４８，４９も把持用筐体５１の容積分だけ近接導体Ｌ_２側から引き離すことができるので、フラックスゲート４８，４９を磁気シールドで覆うことなく近接導体Ｌ_２を含む外部磁界から受けがちな影響を低減させることができる。

また、図２（ｂ）に示すように把持用筐体５１内でフラックスゲート４８，４９ともども一側サブコア２２と他側サブコア３２と連結コア４２とを磁気シールド５２で覆っておく場合には、より効果的に近接導体Ｌ_２を含む外部磁界から受けがちな測定上の影響を低減することができる。

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その具体的な内容は、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変形を加えることができる。例えば、メインコア１２は、図示例のクランプ型（両開きと片開きとを含む）に代えて開閉操作のできない貫通型として形成することもできる。また、磁気検出素子は、フラックスゲート以外にも例えば磁気抵抗効果素子やホール素子などを用いることができる。さらに、感度は、単にギャップＧの間隔を調整することで、所望に応じたレベルに微調整することができる。

本発明の一例を模式的に示す説明図。 本発明の他例を模式的に示す説明図であり、そのうちの（ａ）は磁気検出素子側を把持用筐体内に収容した状態での説明図を、（ｂ）は磁気検出素子側を把持用筐体内で磁気シールドした状態での説明図をそれぞれ示す。 引用文献１の開示技術に基づいて描き起こした説明図であり、そのうちの（ａ）は、電流センサと検出回路との関係を、（ｂ）は、電流センサと近接導体との関係を、（ｃ）は、電流センサの全体を磁気シールドした状態をそれぞれ模式的に示す説明図である。

符号の説明

１１ 電流センサ
１２ メインコア
１３ 一側メインコア部
１３ａ 一側開放端
１３ｂ 突合せ端部
１４ 他側メインコア部
１４ａ 他側開放端
１４ｂ 突合せ端部
２２ 一側サブコア
２３ 基端部
２４ 突出開放端
２５ 凹部
２６ 支軸
３２ 他側サブコア
３３ 基端部
３４ 突出開放端
３５ 凹部
３６ 支軸
４２ 連結コア
４３ 一側凹部
４４ 他側凹部
４６，４７ 磁気検出素子
４８，４９ フラックスゲート
５１ 把持用筐体
５２ 磁気シールド
Ｌ_１ 被測定導体
Ｌ_２ 近接導体
ｓ 空隙
Ｇ ギャップ

Claims (4)

1. 相互に対向する一側開放端と他側開放端との間に空隙を介在させてなる略円環状を呈するメインコアと、
   前記一側開放端側から外方に向けて突出配置される一側サブコアと、前記他側開放端側から前記一側サブコアとは非接触で同方向に向けて突出配置される他側サブコアと、
   これら一側サブコアと他側サブコアとの各突出開放端との間に各別にギャップを介在させて対向配置される連結コアとで構成され、
   前記一側サブコアと前記連結コアとの間と、前記他側サブコアと前記連結コアとの間とには、磁気検出素子を各別に介在配置させたことを特徴とする電流センサ。
2. 前記メインコアは、開閉自在に二分割された一側メインコア部と他側メインコア部とで形成された請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記一側サブコアと前記他側サブコアと前記連結コアとは、把持用筐体内に収容配置される請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記一側サブコアと前記他側サブコアと前記連結コアとは、磁気シールドされて前記把持用筐体内に収容配置される請求項３に記載の電流センサ。

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