JP2017138212A - 自己給電型の電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】管理が容易で、電流検出部の動作を安定させたり、電流検出の精度を高めたりし易い自己給電型の電流センサを提供する。【解決手段】電流検出の検出対象９０に取り付け可能なセンサ部１０と、センサ部１０に接続されて検出対象９０を流れる電流を検出する電流検出動作を行う電流検出部３０と、センサ部１０を介して検出対象９０から得られた電力を蓄電する蓄電動作を行う蓄電部２０と、電流検出部３０の制御を行う制御部８０とを備えた自己給電型の電流センサ１であって、制御部８０は、検出された電流の大きさに基いて、検出された電流の大きさが小さくなる程電流検出動作の周期である検出周期が長くなり、検出された電流の大きさが大きくなる程検出周期が短くなるように検出周期を決定し、決定された検出周期に従って電流検出部３０に電流検出動作を周期的に繰り返させることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、自己給電型の電流センサに関し、特に、センサ部と、蓄電動作を行う蓄電部と、電流検出動作を行う電流検出部と、電流検出部の制御を行う制御部とを備えた自己給電型の電流センサに関する。

近年、交流電力供給用の配線等の検出対象を流れる電流を検出するための電流センサとして、電流検出の検出対象に取り付け可能なセンサ部と、センサ部を介して検出対象から得られた電力を蓄電する蓄電動作を行う蓄電部と、センサ部に接続されて検出対象を流れる電流を検出する電流検出動作を行う電流検出部と、電流検出部の制御を行う制御部とを備え、検出対象から得られた電力を利用して検出対象を流れる電流の検出を行う電池交換が不要な自己給電型の電流センサが提案されている。

従来の自己給電型の電流センサに関しては、特許文献１等が開示されている。以下、従来の自己給電型の電流センサの構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、従来の自己給電型の電流センサの構成を示す説明図であり、特許文献１に係る電流測定装置５４０の構成を示している。

電流測定装置５４０は、図１０に示すように、蓄電ユニット５５０と、測定ユニット５５１とを備えている。蓄電ユニット５５０は、第１の電流センサ５２０（センサ部）と、第１の整流回路５２２と、蓄電回路５２３（蓄電部）とを有して構成される。測定ユニット５５１は、第２の電流センサ５２１（センサ部）と、第２の整流回路５２７と、抵抗５２４（検出抵抗）と、集積回路５２５と、通信用のアンテナ５２６とを有して構成される。

第１の電流センサ５２０は、磁性体コア５２０Ａとコイル５２０Ｂとを有して構成され、検出対象をギャップ５２０Ｃで挟み込むことができるようになっている。第２の電流センサ５２１は、磁性体コア５２１Ａとコイル５２１Ｂとを有して構成され、検出対象をギャップ５２１Ｃで挟み込むことができるようになっている。

第１の電流センサ５２０は、検出対象に取り付けられて、検出対象を流れる電流によって発生する磁気を電気信号に変換している。第１の整流回路５２２は、第１の電流センサ５２０が出力した電気信号を整流して蓄電可能な電力に変換している。蓄電回路５２３は、第１の電流センサ５２０や第１の整流回路５２２を介して得られた電力を蓄電すると共に、測定ユニット５５１に電力を供給している。

第２の電流センサ５２１は、第１の電流センサ５２０と同様に検出対象に取り付けられて、検出対象を流れる電流によって発生する磁気を電気信号に変換している。第２の整流回路５２７は、第２の電流センサ５２１が出力した電気信号を整流して直流の電気信号に変換している。抵抗５２４は第２の整流回路５２７の出力端子に接続されており、集積回路５２５は、抵抗５２４の両端の電圧に基いて検出対象を流れる電流を検出する電流検出動作と、検出回路の出力信号に基いて検出対象を流れる電流の電流値を演算する演算動作と、算出された電流値をアンテナ５２６を介して外部に無線送信する送信動作と、検出回路や通信回路を制御する制御動作とを行っている。

電流測定装置５４０は、このようにして、第１の電流センサ５２０や第１の整流回路５２２を介して検出対象から得られた電力を利用して検出対象を流れる電流の検出を行っている。尚、特許文献１では開示されていないが、通常、検出対象を流れる電流を検出する電流検出動作は、一定の検出周期に合わせて周期的に実行される。

特開２０１４−１５３１８４号公報

ところで、このような電流センサが使用される検出対象を流れる電流は常に一定ではなく、電流センサの設置環境（設置場所や時間帯や検出対象に接続される電気器具等）によって大きく変化する場合が有る。しかしながら、従来の電流センサでは、電流検出動作が一定の検出周期に従って繰り返されるので、検出対象を流れる電流の大きさに合わせて電流検出部の電力消費量や電流検出動作の頻度を最適化することができず、それが、電流検出部の動作を不安定にさせたり、電流の検出精度を低下させたりする要因となっていた。

すなわち、検出対象を流れる電流が大きい状態に合わせて検出周期を短めに設定すると、検出対象を流れる電流が小さい状態が長時間継続した時には、蓄電部が十分な電力を蓄電できなくなり、電流検出部に供給可能な電力が不足して電流検出部の動作が不安定になる可能性が有った。一方、検出対象を流れる電流が小さい状態に合わせて検出周期を長めに設定すると、電力消費量を正確に把握する上で特に重要な状態である検出対象を流れる電流が大きい状態であっても、十分な頻度で電流を検出することができず、電流の検出精度の低下に繋がる可能性が有った。

尚、電流センサの設置環境に合わせて、ユーザが手動で検出周期の切り替え操作を行うことも可能であるが、ユーザの切り替え操作に伴う作業が必要になり、電流センサの管理が煩雑になり易い。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、管理が容易で、電流検出部の動作を安定させたり、電流検出の精度を高めたりし易い自己給電型の電流センサを提供することにある。

この課題を解決するために、請求項１に記載の自己給電型の電流センサは、電流検出の検出対象に取り付け可能なセンサ部と、前記センサ部を介して前記検出対象から得られた電力を蓄電する蓄電動作を行う蓄電部と、前記センサ部に接続されて前記検出対象を流れる電流を検出する電流検出動作を行う電流検出部と、前記電流検出部の制御を行う制御部とを備えた自己給電型の電流センサであって、前記制御部は、検出された前記電流の大きさに基いて、前記電流の大きさが小さくなる程前記電流検出動作の周期である検出周期が長くなり、前記電流の大きさが大きくなる程前記検出周期が短くなるように前記検出周期を決定し、決定された前記検出周期に従って前記電流検出部に前記電流検出動作を繰り返させることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサでは、検出対象を流れる電流の大きさに合わせて検出周期を変化させることができるので、電流センサの設置環境に合わせて電流検出部の電力消費量や電流検出の頻度を最適化し、電流検出部の動作を安定させたり、電流検出の精度を高めたりすることができるようになる。すなわち、検出対象を流れる電流が小さい状態の時には、検出周期を長くして蓄電部が十分な電力を蓄電するための時間を確保し、それによって電流検出部の動作を安定させることができるようになる。また、検出対象を流れる電流が大きい状態の時には、検出周期を短くして電流検出の頻度を高くし、それによって電流の検出精度を高めることができるようになる。しかも、検出対象の電流の検出と検出周期の決定と電流検出部の制御とを電流センサの内部でまとめて行うことができるので、ユーザが手動で検出周期の切り替え操作を行う際の作業が不要となり、電流センサの管理が容易になる。

請求項２に記載の自己給電型の電流センサは、前記制御部は、前記電流検出部に前記電流の初期検出を行わせる第１のステップと、前記初期検出において検出された前記電流の大きさに基いて前記検出周期を決定する第２のステップと、決定された前記検出周期に従って前記電流検出部に前記電流検出動作を繰り返させる第３のステップとを含む手順に従って、前記電流検出部に前記電流検出動作を行わせることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサでは、初期検出の結果に基く設定を行った後は、検出周期の決定や、検出周期の変更に合わせた動作タイミングの変更等を行う必要が無くなり、電流検出動作を行う度に毎回検出周期を決定する場合と比較して、検出周期の決定や、動作タイミングの変更等の回数を削減することができる。その結果、電流センサの管理が更に容易になる。

請求項３に記載の自己給電型の電流センサは、前記センサ部と前記電流検出部との接続状態を前記検出周期に合わせて切り替える切替回路部を更に備えていることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサは、センサ部と電流検出部との接続状態を検出周期に合わせて切り替えることによって、蓄電動作時にセンサ部から電流検出部側に不要な電流が流れるのを抑制して蓄電効率を高めることができる。

請求項４に記載の自己給電型の電流センサは、前記電流の検出結果を含むデータを外部に無線送信する無線送信部を更に備え、前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて、前記データの無線送信の周期を変化させることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサは、無線送信部によって電流検出の結果を含むデータを外部に無線送信することができるので、外部との配線接続が不要となり、電流センサの配置の自由度を高め易くなる。しかも、検出された電流の大きさに合わせてデータの無線送信の周期を変化させることによって、電流センサの設置環境に合わせて無線送信部の電力消費を最適化することができ、無線送信部の動作を安定させ易くなる。しかも、検出された電流の大きさに合わせてデータの無線送信の周期を変化させることによって、電流センサの設置環境に合わせて無線送信部の動作を最適化し、無線送信部の動作を安定させたり、外部への情報伝達をより確実に行ったりすることができる。

請求項５に記載の自己給電型の電流センサは、前記電流検出部は、電流検出用の検出抵抗を有し、前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて前記検出抵抗の抵抗値を変化させることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサでは、制御部が検出された電流の大きさに合わせて検出抵抗の抵抗値を変化させることによって、検出抵抗の両端の電圧を最適化し、電流の検出精度を向上させたり、過電流による検出抵抗の破損を抑制したりすることができる。

請求項６に記載の自己給電型の電流センサは、前記電流検出部は、信号増幅用の増幅回路を有し、前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて前記増幅回路の利得を変化させることを特徴とする。

この構成の自己給電型の電流センサでは、制御部が検出された電流の大きさに合わせて増幅回路の利得を変化させることによって、増幅回路の利得を最適化し、電流の検出精度を向上させることができる。

本発明によれば、管理が容易で、電流検出部の動作を安定させたり、電流検出の精度を高めたりし易い自己給電型の電流センサを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電流センサの回路構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る蓄電部の回路構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電流検出部の回路構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電流センサの動作手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る制御部の制御動作に関する説明図である。 本発明の第２実施形態に係る電流検出部の回路構成を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る電流検出部の回路構成を示す説明図である。 本発明の第１の変形例に係る電流センサの回路構成を示す説明図である。 本発明の第２の変形例に係る電流センサの回路構成を示す説明図である。 従来の電流センサの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１ないし図９を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電流センサ１の回路構成を示す説明図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る蓄電部２０の回路構成を示す説明図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る電流検出部３０の回路構成を切替回路部４０の切替素子ユニット４１と共に示す説明図である。

図４は、本発明の第１実施形態に係る電流センサ１の動作手順を示すフローチャートである。図５は、本発明の第１実施形態に係る制御部８０の制御動作に関する説明図である。図５（ａ）は、電流値Ｉｓ０と検出周期Ｔｓとの関係を示す図である。図５（ｂ）は、蓄電部２０の蓄電動作と電流検出部３０の電流検出動作と切替回路部４０の切替動作との動作タイミングとを示すタイミングチャートである。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電流検出部１３０の回路構成を示す説明図である。図７は、本発明の第３実施形態に係る電流検出部２３０の回路構成を示す説明図である。図８は、本発明の第１の変形例に係る電流センサ３０１の回路構成を示す説明図である。図９は、本発明の第２の変形例に係る電流センサ４０１の回路構成を示す説明図である。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る電流センサ１の構成について、図１ないし図３を用いて説明する。本発明の第１実施形態に係る電流センサ１は、交流電力供給用の配線等の検出対象から得られる電力を利用して検出対象を流れる電流を検出する自己給電型の電流センサであり、図１に示すように、センサ部１０と、蓄電部２０と、電流検出部３０と、切替回路部４０と、電圧検出部５０と、定電圧回路部６０と、無線送信部７０と、制御部８０とを更に備えている。

センサ部１０は、ＣＴセンサと呼ばれる検出対象９０に取り付け可能な電磁誘導方式のセンサであり、図１に示すように、強磁性体の金属等からなる磁性体コア１１と、磁性体コア１１に巻かれたコイル１２と、コイル１２の両端にそれぞれ接続された出力端子１３とを有している。磁性体コア１１は、検出対象９０を取り囲むように検出対象９０に取り付けられる。コイル１２は、電磁誘導を利用して検出対象９０を流れる電流の大きさに対応した電気信号を発生させている。コイル１２が発生させた電気信号は、出力端子１３から出力される。

蓄電部２０は、図２に示すように、整流回路２１と、蓄電素子２２とを有している。整流回路２１は、センサ部１０に接続されてセンサ部１０の出力信号を整流して蓄電可能な電気信号に変換している。蓄電素子２２は、整流回路２１の出力信号を他の回路に供給するための電力として蓄電している。整流回路２１は、例えば、ブリッジ接続された４つのダイオード素子２１ａを有して構成され、蓄電素子２２としては、数百μＦないし数ｍＦ程度の大容量の容量素子が使用される。蓄電部２０は、このようにして、センサ部１０を介して検出対象９０から得られた電力を蓄電する蓄電動作を行っている。蓄電部２０に蓄電された電力は、電圧検出部５０と定電圧回路部６０とを介して制御部８０に供給され、制御部８０から更に電流検出部３０と無線送信部７０とに供給される。

電流検出部３０は、図３に示すように、電流検出用の検出抵抗３１と、信号増幅用の増幅回路３２とを有している。検出抵抗３１は、切替回路部４０を介してセンサ部１０に接続され、センサ部１０の出力信号に対応した電圧を検出抵抗３１の両端に発生させている。増幅回路３２は、差動増幅用のアンプＩＣ３２ａに抵抗素子や容量素子を接続してなる差動増幅回路であり、制御部８０から電源電圧Ｖｃｃや基準電圧Ｖｒｅfの供給を受けて検出抵抗３１の両端の電圧を増幅し、電流値を演算するための検出信号として出力している。電流検出部３０は、このようにして、センサ部１０に接続されて検出対象９０を流れる電流を検出する電流検出動作を行っている。電流検出部３０が出力した検出信号は、制御部８０に伝達される。

切替回路部４０は、センサ部１０と電流検出部３０との間に介在して、センサ部１０と電流検出部３０との接続状態を切り替える切替動作を行っている。本実施形態では、切替回路部４０は、図１に示すように、センサ部１０と電流検出部３０との間の接続状態を切り替えるための２つの切替素子ユニット４１を有して構成される。

切替素子ユニット４１は、図３に示すように、Ｎチャンネル型の一対のＭＯＳＦＥＴ素子４１ａとショットキーバリア型のダイオード素子４１ｂを有して構成される。そして、一対のＭＯＳＦＥＴ素子４１ａのソース端子どうしが互いに接続され、ドレイン端子がそれぞれ他の素子に接続される切替端子となり、ゲート端子どうしが互いに接続されて切替制御用の切替信号Ｖｓｗが入力される入力端子となっている。また、ダイオード素子４１ｂのアノード端子がＭＯＳＦＥＴ素子４１ａのゲート端子に接続され、カソード端子がＭＯＳＦＥＴ素子４１ａのソース端子に接続されて、ＭＯＳＦＥＴ素子４１ａのソース端子の電圧とゲート端子の電圧との逆転を防いでいる。

そして、切替回路部４０は、切替信号Ｖｓｗに対応して、センサ部１０と電流検出部３０との接続状態を、電流検出部３０がセンサ部１０から切り離された第１の接続状態と、電流検出部３０がセンサ部１０に接続された第２の接続状態とに切り替えている。尚、本実施形態のような回路構成では、切替信号ＶｓｗがＨｉ状態（電位が高い状態）となった時に、センサ部１０と電流検出部３０との接続状態が第１の接続状態となり、切替信号ＶｓｗがＬｏ状態となった時に、センサ部１０と電流検出部３０との接続状態が第２の接続状態となる。

電圧検出部５０は、蓄電部２０の蓄電状態を把握するために蓄電部２０の出力電圧を検出している。定電圧回路部６０は、蓄電部２０の出力電圧を所定の電源電圧に変換している。無線送信部７０は、送信用アンテナ７１を有しており、電流検出部３０によって検出された電流の検出結果を含むデータを送信用アンテナ７１を介して外部に無線送信している。

制御部８０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる制御用の集積回路であり、各種の演算動作や、各種の制御動作を行っている。制御部８０が行う演算動作には、電流検出部３０が出力した検出信号に基いて検出対象９０を流れる電流の大きさに対応した電流値を演算する演算動作や、算出された電流値に基いて電流検出動作の周期である検出周期を演算し決定する動作等が含まれる。以下、前述した演算動作によって算出された電流の大きさを電流値Ｉｓとし、前述した演算動作によって決定された検出周期を検出周期Ｔｓとして説明を進める。

制御部８０が行う制御動作には、電流検出部３０に電源電圧Ｖｃｃや基準電圧Ｖｒｅｆを伝達して電流検出部３０を制御する制御動作や、切替回路部４０に切替信号Ｖｓｗを伝達して切替回路部４０を制御する制御動作や、無線送信部７０に電源電圧Ｖｃｃや算出された電流値Ｉｓを伝達して無線送信部７０を制御する制御動作等が含まれる。

次に、本実施形態の自己給電型の電流センサ１の動作について、図４及び図５を用いて説明する。電流センサ１の動作は、図４に示すような動作となる。まず、ステップＳｔ１では、制御部８０が切替回路部４０にセンサ部１０と電流検出部３０との接続状態を第２の接続状態に切り替えさせて、電流検出部３０をセンサ部１０に接続する。尚、ステップＳｔ１では、十分な電力が既に蓄電部２０に蓄電されているものとする。

次に、ステップＳｔ２では、制御部８０が電流検出部３０に検出対象９０を流れる電流の初期検出としての電流検出動作を実行させる。次に、ステップＳｔ３では、初期検出における電流検出部３０からの検出信号に基いて、制御部８０が初期検出において検出された電流の大きさに対応する電流値として電流値Ｉｓ０を演算する。

次に、ステップＳｔ４では、算出された電流値Ｉｓ０に基いて、制御部８０が検出周期Ｔｓを決定する。尚、ステップＳｔ４では、制御部８０は、図５（ａ）に示すように、電流値Ｉｓ０の大きさに基いて、初期検出において検出された電流の大きさが小さくなる程検出周期Ｔｓが長くなり、初期検出において検出された電流の大きさが大きくなる程検出周期Ｔｓが短くなるように検出周期Ｔｓを演算している。

次に、ステップＳｔ５では、制御部８０が切替回路部４０にセンサ部１０と電流検出部３０との接続状態を第１の接続状態に切り替えさせて、蓄電部２０をセンサ部１０に接続する。次に、ステップＳｔ６では、蓄電部２０が蓄電動作を実行する。次に、ステップＳｔ７では、制御部８０が検出周期Ｔｓに基いて検出タイミングとなったか否かを判断する。ステップＳｔ６において検出タイミングでない場合には、ステップＳｔ６に戻り、蓄電部２０の蓄電動作を継続させる。ステップＳｔ６において検出タイミングとなった場合には、ステップＳｔ８に移動する。

次に、ステップＳｔ８では、制御部８０が切替回路部４０にセンサ部１０と電流検出部３０との接続状態を第２の接続状態に切り替えさせて、電流検出部３０をセンサ部１０に接続する。次に、ステップＳｔ９では、制御部８０が電流検出部３０に電流検出動作を実行させる。次に、ステップＳｔ１０では、電流検出動作と連動して、制御部８０が電流検出部３０からの検出信号に基いて電流値Ｉｓを演算する。次に、ステップＳｔ１１では、電流検出動作及び電流値Ｉｓの演算動作と連動して、制御部８０が無線送信部７０に電流の検出結果を含むデータを外部に無線送信させる。尚、本実施形態では、無線送信部７０に無線送信させるデータは、制御部８０が算出した電流値Ｉｓに関する情報であるが、無線送信部７０に無線送信させるデータにそれ以外の情報が含まれていても構わない。

次に、ステップＳｔ１２では、電流検出動作を継続するか否かを制御部８０が判断する。ステップＳｔ１２において電流検出動作を継続する場合には、ステップＳｔ５に戻り、蓄電部２０と電流検出部３０と無線送信部７０とに蓄電動作と電流検出動作と無線送信動作とを検出周期Ｔｓに合わせて繰り返させる。ステップＳｔ１２において電流検出動作を終了させる場合には、制御部８０が電流センサ１の各回路に所定の機能を停止させて電流検出動作が終了する。

電流センサ１がこのような手順で動作することによって、図５（ｂ）に示すように、初期検出において検出された電流の大きさに基いて決定された検出周期Ｔｓに従って切替回路部４０が切替動作を繰り返すようになる。そして、切替動作に合わせて蓄電部２０が蓄電動作を繰り返し、電流検出部３０が電流検出動作を繰り返し、無線送信部７０が無線送信動作を繰り返すようになる。

尚、前述した手順におけるステップＳｔ１からステップＳｔ３までが、制御部８０が電流検出部３０に電流の初期検出を行わせる第１のステップとなる。また、ステップＳｔ４が、初期検出において検出された電流の大きさに基いて検出周期Ｔｓを決定する第２のステップとなる。また、ステップＳｔ５からステップＳｔ１２までが、決定された検出周期Ｔｓに従って電流検出部３０に電流検出動作を繰り返させる第３のステップとなる。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の電流センサ１では、検出対象９０を流れる電流の大きさに対応した電流値Ｉｓ０合わせて検出周期Ｔｓを変化させることによって、電流センサ１の設置環境に合わせて電流検出部３０の電力消費量や電流検出の頻度を最適化し、電流検出部３０の動作を安定させたり、電流検出の精度を高めたりすることができるようになる。すなわち、検出対象９０を流れる電流が小さい状態の時には、検出周期Ｔｓを長くして蓄電部２０が十分な電力を蓄電するための時間を確保し、それによって電流検出部３０の動作を安定させることができるようになる。また、検出対象９０を流れる電流が大きい状態の時には、検出周期Ｔｓを短くして電流検出の頻度を高くし、それによって電流の検出精度を高めることができるようになる。しかも、検出対象９０の電流の検出と検出周期Ｔｓの決定と電流検出部３０の制御とを電流センサ１の内部でまとめて行うことができるので、ユーザが手動で検出周期Ｔｓの切り替え操作を行う際の作業が不要となり、電流センサ１の管理が容易になる。

尚、本実施形態の電流センサ１では、初期検出の結果に基いて設定された検出周期Ｔｓに従って制御部８０が電流検出部３０に電流検出動作を繰り返させているが、例えば、電流検出動作を行う度に検出周期Ｔｓを決定し、決定された検出周期Ｔｓに合わせて電流検出動作や無線送信動作のタイミングを毎回見直しても構わない。しかしながら、電流検出動作を行う度に検出周期Ｔｓを算出し、電流検出動作や無線送信動作のタイミングを見直した場合には、検出周期Ｔｓの演算動作や、検出周期Ｔｓの変更に伴う動作タイミングの変更等を頻繁に行う必要が生じ、電流センサ１の管理が複雑になり易い。

それに対して、本実施形態の電流センサ１では、制御部８０は、電流検出部に電流の初期検出を行わせる第１のステップと、初期検出において検出された電流の大きさに基いて検出周期を決定する第２のステップと、決定された検出周期に従って電流検出部に電流検出動作を繰り返させる第３のステップとを含む手順に従って、検出周期Ｔｓを変化させているので、初期検出の結果に基く設定を行った後は、検出周期Ｔｓの決定や、検出周期Ｔｓの変更に合わせた動作タイミングの変更等を行う必要が無くなり、電流検出動作を行う度に毎回検出周期Ｔｓを算出する場合と比較して、検出周期Ｔｓの演算や、動作タイミングの変更等の回数を削減することができる。その結果、電流センサ１の管理が更に容易になる。このような電流センサ１は、電流センサ１を設置した後の設置環境が安定している場合に特に好適である。

また、本実施形態の電流センサ１では、センサ部１０と電流検出部３０との接続状態を検出周期Ｔｓに合わせて切り替えることによって、蓄電動作時にセンサ部１０から電流検出部３０側に不要な電流が流れるのを抑制して蓄電効率を高めることができる。

また、本実施形態の電流センサ１は、無線送信部７０によって電流検出の結果を含むデータを外部に無線送信することができるので、外部との配線接続が不要となり、電流センサ１の配置の自由度を高め易くなる。しかも、制御部８０が電流検出動作と連動して無線送信部７０にデータを無線送信させることによって、初期検出において検出された電流の大きさに合わせてデータ送信の周期を変化させることができるようになる。そして、検出された電流の大きさに合わせてデータ送信の周期を変化させることによって、電流センサ１の設置環境に合わせて無線送信部７０の動作を最適化することができる。すなわち、検出対象９０を流れる電流が小さい状態の時には、検出周期Ｔｓと共にデータ送信の周期を長くして蓄電部２０が十分な電力を蓄電するための時間を確保し、それによって無線送信部７０の動作を安定させたり、検出対象９０を流れる電流が大きい状態の時には、検出周期Ｔｓと共にデータ送信の周期を短くして無線送信の頻度を高くし、それによって外部への情報伝達をより確実に行ったりすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電流センサ１０１の構成について、図６を用いて説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第２実施形態に係る電流センサ１０１は、図６に示すように、第１実施形態における電流センサ１の電流検出部３０が電流検出部１３０に置き換わったものであり、電流検出部１３０は、電流検出部３０の検出抵抗３１が検出抵抗１３１に置き換わったものである。検出抵抗１３１は、抵抗素子１３１ａと半導体素子等を用いた切替素子１３１ｂとが直列接続されたものを、複数個並列接続して構成された抵抗値可変型の検出抵抗である。

そして、本実施形態では、制御部８０（図示せず）が初期検出において検出された電流の大きさに基いて電流値Ｉｓ０を算出し、算出された電流値Ｉｓ０に基いて、初期検出において検出された電流の大きさが小さくなる程抵抗値が大きくなり、初期検出において検出された電流の大きさが大きくなる程抵抗値が小さくなるように、検出抵抗１３１の抵抗値Ｒｓを変化させている。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の電流センサ１０１では、制御部８０が初期検出において検出された電流の大きさに合わせて検出抵抗の抵抗値を変化させて検出抵抗の両端の電圧を最適化することができる。すなわち、初期検出において検出された電流の大きさが小さい時には、抵抗値Ｒｓを大きくし、検出抵抗１３１の両端の電圧を大きくして検出信号の感度を高め、初期検出において検出された電流の大きさが大きい時には、抵抗値Ｒｓを小さくし、検出抵抗１３１の両端の電圧を小さくして増幅回路の歪みを抑制することができる。その結果、電流の検出精度を向上させることができるようになる。また、初期検出において検出された電流の大きさが大きい時には、抵抗値Ｒｓを小さくし、検出抵抗３１の両端の電圧を小さくして、検出抵抗３１を流れる電流による検出抵抗３１の発熱とそれに伴う検出抵抗３１の破損とを抑制することもできる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電流センサ２０１の構成について、図７を用いて説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第３実施形態に係る電流センサ２０１は、図７に示すように、第１実施形態における電流センサ１の電流検出部３０が電流検出部２３０に置き換わったものであり、電流検出部２３０は、電流検出部３０の増幅回路３２が増幅回路１３２に置き換わったものである。増幅回路１３２は、１段目のアンプＩＣであるアンプＩＣ１３２ａと、２段目のアンプＩＣであるアンプＩＣ１３２ｂとを有して構成される２段構成の増幅回路である。そして、増幅回路１３２では、アンプＩＣ１３２ａとアンプＩＣ１３２ｂとの両方から出力信号を得ることができるようになっており、どちらの出力信号を検出信号として制御部８０（図示せず）に伝達するかによって、増幅回路１３２の利得を可変することができるようになっている。

そして、本実施形態では、制御部８０（図示せず）が初期検出において検出された電流の大きさに基いて電流値Ｉｓ０を算出し、算出された電流値Ｉｓ０に基いて、初期検出において検出された電流の大きさが小さくなる程利得が大きくなり、初期検出において検出された電流の大きさが大きくなる程利得が小さくなるように、増幅回路１３２の利得を変化させている。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の電流センサ２０１では、制御部が初期検出において検出された電流の大きさに合わせて増幅回路の利得を変化させることによって、増幅回路の利得を最適化することができる。すなわち、初期検出において検出された電流の大きさが小さい時には、増幅回路１３２の利得を大きくして検出信号の感度を高め、初期検出において検出された電流の大きさが大きい時には、増幅回路１３２の利得を小さくして増幅回路の歪みを抑制することができる。その結果、電流の検出精度を向上させることができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更することができる。以下、本発明の変形例について、図７及び図８を用いて説明する。

本発明の実施形態において、電流センサ１ないし電流センサ２０１の各部の回路構成を適宜変更しても構わない。例えば、所定の切替動作が可能ならば、図７に示す第１の変形例に係る電流センサ３０１のように、センサ部１０の一方の出力端子１３のみに切替回路部４０の切替素子ユニット４１を接続し、センサ部１０の他方の出力端子１３を電流検出部３０に直接接続しても構わない。また、図８に示す第２の変形例に係る電流センサ４０１のように、センサ部１０と電流検出部３０との間に切替素子ユニット４１を介在させると共に、センサ部１０と蓄電部２０との間に切替素子ユニット４２を介在させて、蓄電部２０と電流検出部３０とのうちのどちらか一方がセンサ部１０と接続されるようにしても構わない。

また、図示しないが、本発明の実施形態において、所定の切替動作が可能ならば、切替回路部４０は、前述した以外の回路構成であっても構わないし、切替素子ユニット４１に、ＭＯＳＦＥＴ素子ではなく、バイポーラトランジスタ素子や、多数の半導体素子が集積されたスイッチ用ＩＣや、フォトカプラのような素子や、電磁式のリレー等を用いても構わない。

また、本発明の実施形態において、所定の蓄電動作が可能ならば、蓄電部２０は、前述した以外の回路構成であっても構わないし、蓄電素子２２は、前述した以外の２次電池等の素子であっても構わない。

また、本発明の実施形態において、所定の電流検出動作が可能ならば、電流検出部３０は、前述した以外の回路構成であっても構わないし、バイポーラトランジスタ素子やＦＥＴ素子等を用いた増幅回路であっても構わない。また、電流検出部３０は、アナログの検出信号ではなくデジタル化された検出信号を出力しても構わない。また、本発明の第２実施形態における検出抵抗１３１は、連続的に抵抗値を変化させることができる可変抵抗型の素子であっても構わない。また、本発明の第３実施形態における増幅回路２３２は、利得可変型の増幅回路であっても構わない。

また、本発明の実施形態において、確実な蓄電動作が可能ならば、電圧検出部５０が無くても構わない。また、制御部８０の安定した動作が可能ならば、定電圧回路部６０が無くても構わない。また、無線送信部７０は電流検出結果以外の情報を無線送信しても構わないし、有線で外部への情報伝達が可能ならば、無線送信部７０は無くても構わない。

また、本発明の実施形態において、所定の機能を実現できるのであれば、電流センサ１を前述した以外の手順に従って動作させても構わない。例えば、電流センサ１を設置した後の設置環境が頻繁に変化する場合には、電流検出動作を行う度に、検出周期Ｔｓの算出と、電流検出動作や無線送信動作のタイミングの見直とを毎回行っても構わない。また、複数回電流検出動作を行う度に、検出周期Ｔｓの算出と、電流検出動作や無線送信動作のタイミングの見直とを定期的に行っても構わない。第２実施形態における検出抵抗１３１の抵抗値Ｒｓの変化や、第３実施形態における増幅回路２３２の利得の変化の頻度についても同様である。

また、本発明の実施形態では、制御部８０は、図５（ａ）に示すように、電流値Ｉｓ０の変化に対応して検出周期Ｔｓが階段状に変化するように検出周期Ｔｓを演算しているが、所定の機能を実現できるのであれば、電流値Ｉｓ０の変化に対応して検出周期Ｔｓが直線的に変化するように検出周期Ｔｓを演算したり、２次曲線や３次曲線等に沿って変化するように検出周期Ｔｓを演算したりしても構わない。また、制御部８０は、検出周期Ｔｓを演算によって決定するのではなく、予め電流値Ｉｓ０に対応する検出周期Ｔｓを決めておいたテーブルを記憶素子等に保管し、該テーブルを参照して電流値Ｉｓ０から検出周期Ｔｓを選択し決定しても構わない。

また、本発明の実施形態において、電流センサ１ないし電流センサ２０１は、前述した以外の回路を更に備えていても構わない。また、電流センサ１ないし電流センサ２０１は、前述した以外の用途の検知対象に取り付けられても構わない。

１ 電流センサ
１０ センサ部
１１ 磁性体コア
１２ コイル
１３ 出力端子
２０ 蓄電部
２１ 整流回路
２１ａ ダイオード素子
２１ｂ 容量素子
２２ 蓄電素子
３０ 電流検出部
３１ 検出抵抗
３２ 増幅回路
３２ａ アンプＩＣ
４０ 切替回路部
４１ 切替素子ユニット
４１ａ ＭＯＳＦＥＴ素子
４１ｂ ダイオード素子
４２ 切替素子ユニット
５０ 電圧検出部
６０ 定電圧回路部
７０ 無線送信部
７１ 送信用アンテナ
８０ 制御部
１０１ 電流センサ
１３０ 電流検出部
１３１ 検出抵抗
１３１ａ 抵抗素子
１３１ｂ 切替素子
２０１ 電流センサ
２３０ 電流検出部
２３２ 増幅回路
２３２ａ アンプＩＣ
２３２ｂ アンプＩＣ
３０１ 電流センサ
４０１ 電流センサ

Claims (6)

1. 電流検出の検出対象に取り付け可能なセンサ部と、
   前記センサ部を介して前記検出対象から得られた電力を蓄電する蓄電動作を行う蓄電部と、
   前記センサ部に接続されて前記検出対象を流れる電流を検出する電流検出動作を行う電流検出部と、
   前記電流検出部の制御を行う制御部とを備えた自己給電型の電流センサであって、
   前記制御部は、
   検出された前記電流の大きさに基いて、前記電流の大きさが小さくなる程前記電流検出動作の周期である検出周期が長くなり、前記電流の大きさが大きくなる程前記検出周期が短くなるように前記検出周期を決定し、
   決定された前記検出周期に従って前記電流検出部に前記電流検出動作を繰り返させることを特徴とする自己給電型の電流センサ。
2. 前記制御部は、
   前記電流検出部に前記電流の初期検出を行わせる第１のステップと、
   前記初期検出において検出された前記電流の大きさに基いて前記検出周期を決定する第２のステップと、
   決定された前記検出周期に従って前記電流検出部に前記電流検出動作を繰り返させる第３のステップとを含む手順に従って、
   前記電流検出部に前記電流検出動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載の自己給電型の電流センサ。
3. 前記センサ部と前記電流検出部との接続状態を前記検出周期に合わせて切り替える切替回路部を更に備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自己給電型の電流センサ。
4. 前記電流の検出結果を含むデータを外部に無線送信する無線送信部を更に備え、
   前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて、前記データの無線送信の周期を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の自己給電型の電流センサ。
5. 前記電流検出部は、電流検出用の検出抵抗を有し、
   前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて前記検出抵抗の抵抗値を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の自己給電型の電流センサ。
6. 前記電流検出部は、信号増幅用の増幅回路を有し、
   前記制御部は、検出された前記電流の大きさに合わせて前記増幅回路の利得を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の自己給電型の電流センサ。