JP2005283451A - 電流測定装置および電流測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の磁場の影響を受けずに被電流導体に流れる電流の大きさを正確に測定することが出来る小型軽量で量産性に優れた電流測定装置及び電流測定方法を提供する。
【解決手段】２本の被測定電流導体１ａ、１ｂ間の近傍に、被測定電流Ｉ１、Ｉ２によって生じる磁界の強さをそれぞれ検出するための２個の磁気検出手段２ａ、２ｂを配置し、その２個の磁気検出手段２ａ、２ｂで得られた各検出信号の差を取ることで、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２の大きさを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は電流測定装置および電流測定方法に関し、特に、長手方向に対して平行に設置される２本の被測定電流導体に流れる電流の大きさを測定する方法に適用して好適なものである。

従来、導体に流れる電流を測定する電流測定装置（電流センサ）として、被測定電流導体の周囲に発生する磁界を検出する方法が知られている。
図６は、従来の磁気コアを用いた電流測定装置の構成を示す模式図である。
図６において、リング状の磁気コア５２で囲まれるように、被測定電流が流れる被測定電流導体５１が配置されている。ここで、磁気コア５２にはギャップが設けられ、磁気コア５２のギャップ部分には、ホール素子５３などの磁気センサが挿入されている。

そして、ホール素子５３には直流電源５６が接続され、ホール素子５３に直流電圧を印加することにより、制御電流Ｉｃが流れるようになっている。そして、ホール素子５３からはホール電圧ＶＨが出力され、そのホール電圧ＶＨが増幅器５４で増幅される。そして、増幅器５４の出力電圧を電圧計５５で測定することにより、被測定電流導体５１に流れる被測定電流Ｉを計測することができる。ここで、ホール電圧ＶＨは、被測定電流導体５１に流れる被測定電流Ｉに比例するため、電圧計５５の測定値は、被測定電流導体５１に流れる被測定電流Ｉに比例した値となる。
また、特許文献１〜３には、被測定電流導体と一体化された電流測定装置が開示されている。

図７は、従来の被測定電流導体と一体化された電流測定装置の一例を示す模式図である。
図７において、被測定電流導体６１の近傍にはホール素子６５などの磁気センサが配置されている。また、被測定電流導体６１に被測定電流Ｉを流すための端子６３ａ、６３ｂが設けられるとともに、ホール素子６５の電極が接続される端子６２が設けられている。そして、被測定電流導体６１、端子６２、６３ａ、６３ｂおよびホール素子６５はパッケージ６４で一体的に形成されている。そして、被測定電流導体６１に被測定電流Ｉが流れると、被測定電流Ｉにより発生した磁場をホール素子６５で検出することにより、被測定電流導体６１に流れる被測定電流Ｉの値を計測することができる。

また、特許文献４〜７には、外来ノイズをキャンセルし耐ノイズ性を向上させるために、被測定電流導体の中心に対して磁気センサを等間隔で対向する位置に配置する方法が開示されている。
図８は、従来の被測定電流導体の中心に対して等間隔で対向する位置に磁気センサが配置された電流測定装置の一例を示す模式図である。
図８において、被測定電流導体７２は、基板７３の貫通穴を通して基板７３に垂直に配置されている。ここで、基板７３上には磁気センサ７１ａ、７１ｂが設けられ、磁気センサ７１ａ、７１ｂは被測定電流導体７２の中心に対して等間隔で対向する位置に配置されている。そして、磁気センサ７１ａ、７１ｂは、磁気センサ７１ａ、７１ｂの検出信号の差を検出する検出回路７４に接続されている。そして、両磁気センサ７１ａ、７１ｂの検出信号の差を検出回路７４によって検出することにより、外来ノイズをキャンセルしつつ、被測定電流導体７２に流れる被測定電流Ｉの値を計測することができる。
特開２０００−２４９７２５号公報 特開２００１−１６５９６３号公報 特開２００１−１７４４８６号公報 特公平８−３４９９号公報 特表平３−５０３９３０号公報 特開２００１−１５３８９５号公報 特開２００２−２４３７６６号公報

しかしながら、図６の電流測定装置では、２本の被測定電流導体に流れる電流の総量を測定しようとすると、２本の被測定電流導体の周囲に磁気コアを配置する必要がある。このため、被測定電流導体を磁気コアに通すことが必須となり、電流測定装置の配置のために被測定電流導体のレイアウトに制限を受け、装置全体の大型化が避けられないという問題があった。特に、被測定電流の電流値が大きくなると、磁気コアの発熱や磁気飽和を避けるために、磁気コアのサイズが一層大きなものとなり、装置全体が大型化する上に、重量化するという問題があった。

また、図７の電流測定装置では、構成部品がパッケージ内に一体化された電流測定装置で２本の被測定電流導体に流れる電流を測定すると、２本の被測定電流導体を切断し、その被測定電流導体の途中に電流測定装置を挿入する必要がある。このため、この挿入に伴って接続部分が発生し、その接続部分の接触抵抗による損失および発熱が起こるという問題があった。しかも、図７の電流測定装置では、被測定電流によらない周囲の磁場（例えば周囲に存在する別の電線に流れる電流によって生じる磁場等）の影響を受ける場合があり、電流測定装置が接続された特定の導体に流れる電流の測定精度が劣化するという問題があった。

また、図８の電流測定装置では、図６および図７の電流測定装置における重量増加の問題や、発熱や周囲の磁場の影響などの不具合は解決することができるが、２つの磁気センサ７１ａ、７１ｂを正確に等間隔で対向させる必要があるため、例えば、基板７３などの磁気センサ７１ａ、７１ｂの位置合わせ冶具を必要とし、小型化が困難であるという問題があった。また、２つの磁気センサ７１ａ、７１ｂの微妙な位置ズレが性能を左右するので、量産性が良くないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、装置全体の小型軽量化を可能としつつ、２本の被測定電流導体に流れる電流総量の測定精度を向上させることが可能な電流測定装置および電流測定方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の電流測定装置によれば、長手方向に対して平行に設置される２本の被測定電流導体に同方向に流れる電流によって生じる磁界が互いに逆向きに貫通するように感磁面がそれぞれ配置された２個の磁気検出手段と、前記２個の磁気検出手段から得られる検出信号の差分を算出する差分算出手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の電流測定装置によれば、前記磁気検出手段は、前記２本の被測定電流導体間に感磁面の向きが互いに一致するように配置されていることを特徴とする。
また、請求項３記載の電流測定装置によれば、前記２本の被測定電流導体をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項４記載の電流測定装置によれば、前記２本の被測定電流導体は、貫通スリットが設けられた１本の被測定電流導体の貫通スリットの両側の導体部分で構成されていることを特徴とする。

また、請求項５記載の電流測定装置によれば、前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記被測定電流導体表面側の貫通スリットの上部の所定の位置に配置され、他方の磁気検出手段は前記被測定電流導体裏面側の貫通スリットの下部の所定の位置に配置されていることを特徴とする。
また、請求項６記載の電流測定装置によれば、前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記被測定電流導体の貫通スリットの中央部に配置され、他方の磁気検出手段は前記被測定電流導体の表面側または裏面側のどちらか一方において、前記貫通スリットの上部または下部の所定の位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項７記載の電流測定装置によれば、前記２個の磁気検出手段は、前記被測定電流導体表面側または裏面側のどちらか一方において、前記貫通スリット両端部の所定の位置に被測定電流が流れる方向と直交する方向にそれぞれ並べて配置されていることを特徴とする。
また、請求項８記載の電流測定装置によれば、記２個の磁気検出手段は、前記貫通スリット内部の所定の位置に被測定電流が流れる方向と直交する方向にそれぞれ並べて配置されていることを特徴とする。

また、請求項９記載の電流測定装置によれば、前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記貫通スリットの中央部に配置されていることを特徴とする。
また、請求項１０記載の電流測定装置によれば、前記２個の磁気検出手段は磁電変換素子であることを特徴とする。
また、請求項１１記載の電流測定装置によれば、前記磁電変換素子はホール素子であることを特徴とする。
また、請求項１２記載の電流測定方法によれば、長手方向に対して平行に設置される２本の被測定電流導体に同方向に流れる電流によって生じる磁界が感磁面を互いに逆向きにそれぞれ貫通するように２個の磁気検出手段を配置するステップと、前記２個の磁気検出手段から得られる検出信号の差分を算出するステップとを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、長手方向に平行に配置された２本の被測定電流導体に同一方向に流れる電流総量を測定するために、被測定電流によって生じる磁界の強さを検出するための２個の磁気検出手段を２本の被測定電流導体間の近傍に配置し、その２個の磁気検出手段で得られた各検出信号の差を取ることで、２本の被測定電流導体に流れる電流の大きさを求めるようにした。

これにより、従来のように被測定電流導体の周囲を囲む磁気コアを不要とすることができ、電流測定装置の小型軽量化を実現できる上、電源ラインなどの被測定電流が流れる一部を切断し、その切断部に専用電流導体を挿入して使用する必要がない場合には、その挿入に伴う電気的な接続部分が発生せず、その接続部分の接触抵抗による損失および発熱の恐れをなくすことができる。

また、本発明によれば、２個の磁気検出手段から得られる検出信号の差分を算出することにより、被測定電流が流れることで生じる磁場以外の周囲の磁場の影響をキャンセルすることができ、その被測定電流導体に流れる電流の大きさを正確に測定することができる。
さらには、本発明によれば、被測定電流が流れることで生じる磁場以外の周囲の磁場の影響をキャンセルさせるために、２本の被測定電流導体間に感磁面の向きが互いに一致するように２個の磁気検出手段を配置すればよい。このため、２個の磁気検出手段を正確に等間隔で対向させる必要がなくなり、被測定電流導体に対する磁気センサ配置や位置決めを容易化することが可能となるとともに、量産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る電流測定装置および電流測定方法について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の正面図である。
図１において、電流測定装置には、磁気検出手段である２個の磁気検出部２ａ、２ｂが設けられるとともに、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂが配置されている。なお、磁気検出部２ａ、２ｂとしては磁電変換素子を用いることができ、磁電変換素子としては、例えば、ホール素子を使用することができる。

ここで、被測定電流導体１ａ、１ｂは長手方向に対して平行に設置され、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が被測定電流導体１ａ、１ｂを同一方向にそれぞれ流れることができる。また、被測定電流導体１ａ、１ｂは、横断面形状が円形で全体が直線状の導体から構成することができる。
また、磁気検出部２ａ、２ｂは、被測定電流導体１ａ、１ｂに同方向にそれぞれ流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２によって生じる磁界が互いに逆向きに感磁面を貫通するようにそれぞれ配置することができる。すなわち、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂ間に感磁面の向きが互いに一致するように磁気検出部２ａ、２ｂを配置することができ、例えば、被測定電流導体１ａ、１ｂ間の空隙を挟んで、その空隙の上部と下部にそれぞれ配置することができる。さらに、磁気検出部２ａ、２ｂは、図１のように互いに離れていてもよいし、被測定電流導体１ａ、１ｂの長さ方向に直交する方向で、同じ位置であっても良い。

そして、磁気検出部２ａ、２ｂは、被測定電流導体１ａ、１ｂにそれぞれ被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れることによって各所定位置に生じる磁界の強さ（大きさ）をそれぞれ検出し、この検出強度に応じた検出信号を出力する。ここで、２個の磁気検出部２ａ、２ｂで得られた各検出信号の差を取ることで、磁気検出部２ａ、２ｂに外来磁場Ｂ_EXTが入射する場合においても、磁気検出部２ａ、２ｂで捕捉される外来磁場Ｂ_EXTをキャンセルさせることを可能としつつ、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂに同一方向に流れる電流総量を測定することができ、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる電流の大きさを正確に測定することができる。

また、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れることで生じる磁場以外の周囲の外来磁場Ｂ_EXTの影響をキャンセルさせるために、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂ間に感磁面の向きが互いに一致するように２個の磁気検出部２ａ、２ｂを配置すればよい。このため、２個の磁気検出部２ａ、２ｂを正確に等間隔で対向させる必要がなくなり、被測定電流導体１ａ、１ｂに対する磁気検出部２ａ、２ｂの配置や位置決めを容易化することが可能となるとともに、量産性を向上させることができる。

なお、被測定電流導体１ａ、１ｂは、電流測定装置の構成要件になる場合とならない場合とがある。すなわち、被測定電流導体１ａ、１ｂが電流測定装置の構成要件となる場合には、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れる電流経路の２本の導体（図示せず）が途中で切断され、その各切断部に被測定電流導体１ａ、１ｂが挿入されるとともに、その被測定電流導体１ａ、１ｂの各両端がその各切断部と電気的に接続され、このような状態で使用されることになる。

一方、測定電流導体１ａ、１ｂが電流測定装置の構成要件とならない場合には、被測定電流導体１ａ、１ｂは、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れる電流経路の２本の導体自身となる。従って、電流測定装置は磁気検出部２ａ、２ｂから構成することができ、磁気検出部２ａ、２ｂが測定電流導体１ａ、１ｂの電流経路の一部に組み込まれ、この組み込まれた状態で使用されることになる。
これにより、従来のように被測定電流導体１ａ、１ｂの周囲を囲む磁気コアを不要とすることができ、電流測定装置の小型軽量化を実現できる上、電源ラインなどの被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れる一部を切断し、その切断部に専用電流導体を挿入して使用する必要がない場合には、その挿入に伴う電気的な接続部分が発生せず、その接続部分の接触抵抗による損失および発熱の恐れをなくすことができる。

次に、図１の電流測定装置の電流測定の原理について、数式を用いながら具体的に説明する。
図２は、被測定電流導体に流れる電流によってその周囲に発生する磁束密度を求める方法を説明する図である。
図２において、直線状の被測定電流導体１に流れる電流によってその被測定電流導体１の周囲に発生する磁場は、被測定電流導体１を中心として円形になる。そして、被測定電流導体１の長さ方向に直交する方向に、被測定電流導体１から距離ｒだけ離れた位置の磁束密度Ｂは、被測定電流導体１に流れる電流をＩ、真空の透磁率をμ₀、円周率をπとすると、ビオサバールの法則から、以下の（１）式のようになる。
Ｂ＝μ₀／（２πｒ）・Ｉ ・・・（１）

このことから、同じ方向の電流Ｉ１、Ｉ２が図１の被測定電流導体１ａ、１ｂにそれぞれ流れることにより、磁場Ｂ１、Ｂ２が被測定電流導体１ａ、１ｂの周囲にそれぞれ発生する。そして、被測定電流導体１ａ、１ｂの周囲に磁場Ｂ１、Ｂ２がそれぞれ発生すると、これら磁場Ｂ１、Ｂ２が合成された磁場が、磁気検出部２ａ、２ｂに印加される。そして、これらの磁場Ｂ１、Ｂ２が合成された磁場は、図１（ｂ）に鎖線にて図示した磁場Ｂ_UPPER、Ｂ_LOWERの如く、磁気検出部２ａ、２ｂをそれぞれ逆方向に貫く形で印加される。

磁気検出部２ａ、２ｂとして、例えば、ホール素子のように印加される磁束密度の大きさに比例する検出信号が得られる磁電変換素子を用いると、ホール素子の検出信号（出力電圧Ｖ_H）と、その印加磁束密度Ｂとの間には、以下の（２）式に示すような関係が存在する。
Ｖ_H＝Ｋ_H・Ｉ_C・Ｂ ・・・（２）
ここで、Ｋ_Hはホール素子の材料の物理的な性質や寸法などによって決まる定数、Ｉ_Cはホール素子に流す制御電流である。

したがって、（２）式において、磁気検出部２ａ、２ｂとしてホール素子を用いた際の検出電圧信号をそれぞれＶ_HA、Ｖ_HBとし、磁場が印加される方向を正負の符号で考慮すれば、検出電圧信号Ｖ_HA、Ｖ_HBは、以下の（３）式および（４）式で表すことができる。
Ｖ_HA＝Ｋ_H・Ｉ_C・Ｂ_UPPER ・・・（３）
Ｖ_HB＝−Ｋ_H・Ｉ_C・Ｂ_LOWER ・・・（４）

次に、外来磁場Ｂ_EXTが磁気検出部２ａ、２ｂに加わった場合を考えると、外来磁場Ｂ_EXTは、磁気検出手段２ａ、２ｂに対して、概ね同方向でかつ同じ大きさで印加される。このことから、外来磁場Ｂ_EXTの影響を考慮すると、（３）式および（４）式はそれぞれ以下の（５）式および（６）式で表現することができる。
Ｖ_HA＝Ｋ_H・Ｉ_C・（Ｂ_UPPER＋Ｂ_EXT） ・・・（５）
Ｖ_HB＝Ｋ_H・Ｉ_C・（−Ｂ_LOWER＋Ｂ_EXT） ・・・（６）

したがって、この磁場検出部２ａ、２ｂの検出電圧信号Ｖ_HA、Ｖ_HBの差をとると、すなわち、（５）式から（６）式を差し引くと、以下の（７）式が得られる。
Ｖ_HA−Ｖ_HB＝Ｋ_H・Ｉ_C・（Ｂ_UPPER＋Ｂ_LOWER） ・・・（７）
（７）式によれば、磁気検出部２ａ、２ｂに加わる外来磁場Ｂ_EXTの影響はキャンセルされ、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２によって生じた磁場Ｂ１、Ｂ２による信号だけが得られることが示された。また、ビオサバールの法則から、被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２の大きさと、被測定電流導体１ａ、１ｂの周囲にそれぞれ発生する磁束密度の大きさは比例することから、（７）式の差分電圧信号（Ｖ_HA−Ｖ_HB）は、２本の被測定電流導体に流れる被測定電流導体１ａ、１ｂの大きさに正確に比例している。

なお、図１の実施形態では、磁気検出部２ａ、２ｂに使用する磁電変換素子として、ホール素子を使用するようにした。しかし、磁電変換素子として、ホール素子の他にＭＲ素子（磁気抵抗素子）、ＭＩ素子（磁気インピーダンス素子）などが使用できる。さらに、これらの磁電変換素子とＩＣ処理回路とを組み合わせた磁気センサＩＣなど、印加される磁束密度に対して検出信号が一意に定まるものであれば、磁気検出部２ａ、２ｂとして使用することができる。

なお、磁気検出部２ａ、２ｂに使用する磁電変換素子として、ホール素子を使用するのが以下の点で好ましい。すなわち、ホール素子は使用が容易で、印加された磁束密度と検出信号との関係が（２）式のように線形であるため、（７）式に示した差分信号と被被測定電流の大きさとの関係も線形で、信号の取り扱いが平易である。
以上説明したように、上述した第１実施形態によれば、被測定電流導体１ａ、１ｂの周囲を囲む磁気コアが不要となるので、２本の被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる電流総量の大きさを測定する場合に、電流測定装置の小型軽量化を実現できる。

また、上述した第１実施形態によれば、外来磁場Ｂ_EXTの影響を排除できるので、被測定電流導体１ａ、１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２の大きさを正確に測定できる。
さらに、上述した第１実施形態において、電源ラインなどの被測定電流Ｉ１、Ｉ２が流れる導体の一部を切断し、その切断部に被測定電流導体１ａ、１ｂを挿入して使用する必要がない場合には、その挿入に伴う電気的な接続部分が発生せず、その接続部分の接触抵抗による損失および発熱の恐れをなくすことができる。

その上さらに、上述した第１実施形態によれば、被測定電流導体１ａ、１ｂに対する磁気検出部２ａ、２ｂの配置や位置決めを容易に行うことができることから、量産性が良好である。
また、上述した第１実施形態では、被測定電流導体１ａ、１ｂの横断面形状を円形としたが、これに限らず、被測定電流導体１ａ、１ｂの横断面形状は楕円形、正方形または長方形などのいずれであっても良い。

図３（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の正面図である。
図３において、１本の被測定電流導体１１には貫通スリット１３が設けられている。なお、被測定電流導体１１は、横断面形状が長方形で全体が直線状の導体から構成することができ、貫通スリット１３には、被測定電流導体１１の長手方向と平行に所定の幅と長さを持たせることができる。そして、２本の被測定電流導体１１ａ、１１ｂが、１本の被測定電流導体１１に設けられた貫通スリット１３の両側の導体部分で構成されている。すなわち、貫通スリット１３の左右に２本の被測定電流導体１１ａ、１１ｂが分岐形成され、被測定電流導体１１ａ、１１ｂに被測定電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ流すことができる。

また、感磁面の向きが互いに一致するように配置された２個の磁気検出部１２ａ、１２ｂが設けられ、磁気検出部１２ａ、１２ｂはパッケージ１４にて封止され一体化されている。ここで、パッケージ１４には、磁気検出部１２ａ、１２ｂを駆動するとともに、磁気検出部１２ａ、１２ｂから信号を取り出すためのリード端子１５が設けられている。なお、パッケージ１４としては、ＩＣモールドパッケージ等を用いることができる。また、磁気検出部１２ａ、１２ｂとしては、磁電変換素子を用いることができ、この磁電変換素子として、例えば、ホール素子、ＭＲ素子またはＭＩ素子などが使用することができる。

そして、被測定電流導体１１ａ、１１ｂにそれぞれ流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測する場合、磁気検出部１２ａ、１２ｂが設けられたパッケージ１４を貫通スリット１３内に設置する。ここで、磁気検出部１２ａ、１２ｂが設けられたパッケージ１４を貫通スリット１３内に設置する場合、被測定電流導体１１ａ、１１ｂの表面から所定距離だけ離れるようにして、貫通スリット１３の上方に磁気検出部１２ａを配置するとともに、被測定電流導体１１ａ、１１ｂの裏面から所定距離だけ離れるようにして、貫通スリット１３の下方に磁気検出部１２ｂを配置することができる。

そして、被測定電流導体１１ａ、１１ｂに電流が流れることによって生じる磁界の強さを磁気検出部１２ａ、１２ｂにてそれぞれ検出し、２個の磁気検出部１２ａ、１２ｂで得られた各検出信号の差を取ることができる。これにより、磁気検出部１２ａ、１２ｂで捕捉される外来磁場Ｂ_EXTをキャンセルさせることを可能としつつ、２本の被測定電流導体１１ａ、１１ｂに同一方向に流れる電流総量を測定することができ、２本の被測定電流導体１１ａ、１１ｂに流れる電流の大きさを正確に測定することができる。

また、磁気検出部１２ａ、１２ｂを一体的にパッケージ化することで、貫通スリット１３の上部または下部からパッケージ１４を差し込むことで、被測定電流導体１１ａ、１１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測することが可能となるとともに、配線等の煩雑さを軽減することができ、磁気検出部１２ａ、１２ｂの配置や位置決めが容易化することが可能となるとともに、電流測定装置の量産性を高めることができる。
さらに、２つの磁気検出部１２ａ、１２ｂだけでなく、２つの磁気検出部１２ａ、１２ｂから得られる検出信号の差分を検出する回路も同一パッケージに内蔵すれば、更に量産性を高めることができる。

なお、図３の第２実施形態では、２つの磁気検出部１２ａ、１２ｂをＩＣモールドパッケージ等で一体パッケージ化する方法について説明したが、第１実施形態の様に磁気検出部１２ａ、１２ｂを別々に構成しても構わない。また、第２実施形態では、被測定電流導体１１の横断面形状を長方形としたが、被測定電流導体１１の横断面形状は長方形に限られることなく、楕円形、正方形または円形などのいずれであっても良い。また、第２実施形態では、貫通スリット１３は被測定電流導体１１のほぼ中央部に配置したが、貫通スリット１３の位置は被測定電流導体１１の任意の位置に配置することができる。さらに、貫通スリット１３の幅や長さについても任意に設定することができる。

図４（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の側面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の正面図である。
図４において、１本の被測定電流導体２１には貫通スリット２３が設けられている。貫通スリット２３の位置は、被測定電流導体２１の幅方向に対してほぼ中央に配置される。なお、被測定電流導体２１は、横断面形状が長方形で全体が直線状の導体から構成することができ、貫通スリット２３には、被測定電流導体２１の長手方向と平行に所定の幅と長さを持たせることができる。そして、２本の被測定電流導体２１ａ、２１ｂが、１本の被測定電流導体２１に設けられた貫通スリット２３の両側の導体部分で構成されている。すなわち、貫通スリット２３の左右に２本の被測定電流導体２１ａ、２１ｂが分岐形成され、被測定電流導体２１ａ、２１ｂに被測定電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ流すことができる。

また、感磁面の向きが互いに一致するように配置された２個の磁気検出部２２ａ、２２ｂが設けられ、磁気検出部２２ａ、２２ｂはパッケージ２４にて封止され一体化されている。ここで、パッケージ２４には、磁気検出部２２ａ、２２ｂを駆動するとともに、磁気検出部２２ａ、２２ｂから信号を取り出すためのリード端子２５が設けられている。なお、パッケージ２４としては、ＩＣモールドパッケージ等を用いることができる。また、磁気検出部２２ａ、２２ｂとしては、磁電変換素子を用いることができ、この磁電変換素子として、例えば、ホール素子、ＭＲ素子またはＭＩ素子などが使用することができる。

そして、被測定電流導体２１ａ、２１ｂにそれぞれ流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測する場合、磁気検出部２２ａ、２２ｂが設けられたパッケージ２４を貫通スリット２３内に設置する。ここで、磁気検出部２２ａ、２２ｂが設けられたパッケージ２４を貫通スリット２３内に設置する場合、被測定電流導体２１ａ、２１ｂの表面から所定距離だけ離れるようにして、貫通スリット２３の上方に磁気検出部２２ａを配置するとともに、貫通スリット２３の中央に磁気検出部２２ｂを配置することができる。

そして、被測定電流導体２１ａ、２１ｂに電流が流れることによって生じる磁界の強さを磁気検出部２２ａ、２２ｂにてそれぞれ検出し、２個の磁気検出部２２ａ、２２ｂで得られた各検出信号の差を取ることができる。ここで、被測定電流導体２１ａ、２１ｂには同じ大きさの電流Ｉ１、Ｉ２が流れるため、磁気検出部２２ｂが配置される貫通スリット２３の中央部では、被測定電流導体２１ａを流れる電流Ｉ１によって生じる磁場Ｂ１と被測定電流導体２１ｂを流れる電流Ｉ２によって生じる磁場Ｂ２の関係が大きさが等しく、方向が逆になることから、磁気検出部２２ｂでは、お互いの磁場Ｂ１、Ｂ２を打ち消し合わせることができる。この結果、磁気検出部２２ｂは、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が被測定電流導体２１ａ、２１ｂを流れることで発生する磁場Ｂ１、Ｂ２に不感となり、外来磁場Ｂ_EXTだけを検出することができる。

また、貫通スリット２３から突出するように磁気検出部２２ａを配置することにより、外来磁場Ｂ_EXTを検出させることを可能としつつ、被測定電流Ｉ１、Ｉ２が被測定電流導体２１ａ、２１ｂを流れることで発生する磁場Ｂ１、Ｂ２を同方向に貫通させることが可能となる。このため、磁気検出部２２ａ、２２ｂで捕捉される外来磁場Ｂ_EXTをキャンセルさせることを可能としつつ、２本の被測定電流導体２１ａ、２１ｂに同一方向に流れる電流総量を測定することができ、２本の被測定電流導体２１ａ、２１ｂに流れる電流の大きさを正確に測定することができる。

また、磁気検出部２２ａ、２２ｂを一体的にパッケージ化することで、貫通スリット２３の上部または下部からパッケージ２４を差し込むことで、被測定電流導体２１ａ、２１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測することが可能となるとともに、配線等の煩雑さを軽減することができ、磁気検出部２２ａ、２２ｂの配置や位置決めが容易化することが可能となるとともに、電流測定装置の量産性を高めることができる。
さらに、２つの磁気検出部２２ａ、２２ｂだけでなく、２つの磁気検出部２２ａ、２２ｂから得られる検出信号の差分を検出する回路も同一パッケージに内蔵すれば、更に量産性を高めることができる。

なお、図４の第３実施形態では、２つの磁気検出部２２ａ、２２ｂをＩＣモールドパッケージ等で一体パッケージ化する方法について説明したが、図１の第１実施形態の様に磁気検出部２２ａ、２２ｂを別々に構成しても構わない。また、第３実施形態では、被測定電流導体２１の横断面形状を長方形としたが、被測定電流導体２１の横断面形状は長方形に限られることなく、楕円形、正方形または円形などのいずれであっても良い。貫通スリット２３の位置は被測定電流導体２１の幅方向に対してほぼ中央部であれば、貫通スリット２３の幅や長さについては任意に設定することができる。

図５（ａ）は本発明の第４実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）の正面図である。
図５において、１本の被測定電流導体３１には貫通スリット３３が設けられている。なお、被測定電流導体３１は、横断面形状が長方形で全体が直線状の導体から構成することができ、貫通スリット３３には、被測定電流導体３１の長手方向と平行に所定の幅と長さを持たせることができる。そして、２本の被測定電流導体３１ａ、３１ｂが、１本の被測定電流導体３１に設けられた貫通スリット３３の両側の導体部分で構成されている。すなわち、貫通スリット３３の左右に２本の被測定電流導体３１ａ、３１ｂが分岐形成され、被測定電流導体３１ａ、３１ｂに被測定電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ流すことができる。

また、感磁面の向きが互いに一致するように配置された２個の磁気検出部３２ａ、３２ｂが設けられ、磁気検出部３２ａ、３２ｂはパッケージ３４にて封止され一体化されている。ここで、パッケージ３４には、磁気検出部３２ａ、３２ｂを駆動するとともに、磁気検出部３２ａ、３２ｂから信号を取り出すためのリード端子３５が設けられている。なお、パッケージ３４としては、ＩＣモールドパッケージ等を用いることができる。また、磁気検出部３２ａ、３２ｂとしては、磁電変換素子を用いることができ、この磁電変換素子として、例えば、ホール素子、ＭＲ素子またはＭＩ素子などが使用することができる。

そして、被測定電流導体３１ａ、３１ｂにそれぞれ流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測する場合、磁気検出部３２ａ、３２ｂが設けられたパッケージ３４を貫通スリット３３の位置に設置する。ここで、磁気検出部３２ａ、３２ｂが設けられたパッケージ３４を貫通スリット３３の位置に設置する場合、被測定電流導体３１ａ、３１ｂの表面から所定距離だけ離れるようにして、貫通スリット３３の一端の上方に磁気検出部３２ａを配置するとともに、被測定電流導体３１ａ、３１ｂの表面から所定距離だけ離れるようにして、貫通スリット３３の他端の上方に磁気検出部３２ｂを配置することができる。

そして、被測定電流導体３１ａ、３１ｂに電流が流れることによって生じる磁界の強さを磁気検出部３２ａ、３２ｂにてそれぞれ検出し、２個の磁気検出部３２ａ、３２ｂで得られた各検出信号の差を取ることができる。ここで、被測定電流導体３１ａ、３１ｂに電流が流れることにより、図５（ｂ）に示すように、方向が互いに逆（図５（ｂ）の例では上方向と下方向）の磁場Ｂ１、Ｂ２が、磁気検出部３２ａ、３２ｂにそれぞれ印加される。一方、外来磁場Ｂ_EXTも第１実施形態と同様に、磁気検出部３２ａ、３２ｂに対しては、同じ大きさかつ同一方向にそれぞれ印加される。これにより、磁気検出部３２ａ、３２ｂで捕捉される外来磁場Ｂ_EXTをキャンセルさせることを可能としつつ、２本の被測定電流導体３１ａ、３１ｂに同一方向に流れる電流総量を測定することができ、２本の被測定電流導体３１ａ、３１ｂに流れる電流の大きさを正確に測定することができる。

また、磁気検出部３２ａ、３２ｂを一体的にパッケージ化することで、貫通スリット３３の上部または下部にパッケージ３４を配置することで、被測定電流導体３１ａ、３１ｂに流れる被測定電流Ｉ１、Ｉ２を計測することが可能となるとともに、配線等の煩雑さを軽減することができ、磁気検出部３２ａ、３２ｂの配置や位置決めが容易化することが可能となるとともに、電流測定装置の量産性を高めることができる。
さらに、２つの磁気検出部３２ａ、３２ｂだけでなく、２つの磁気検出部３２ａ、３２ｂから得られる検出信号の差分を検出する回路も同一パッケージに内蔵すれば、更に量産性を高めることができる。

図５（ｃ）および図５（ｄ）は図５（ｂ）の別の実施形態である。
図５（ｃ）において、磁気検出部３２ａ、３２ｂは、貫通スリット３３の内部の位置に配置されている。さらに、磁気検出部３２ａ、３２ｂは、パッケージ３４ａにて封止され一体化されており、パッケージ３４ａは貫通スリット３３にちょうどはまり込む位置に配置されている。図５（ｃ）では、電流を測定する方法は図５（ｂ）と同様であり詳細な説明は省略するが、パッケージ３４ａが貫通スリット３３にはまり込む位置に設けられているため、図５（ｂ）と比較すると、より小型で薄型の電流測定装置を実現できる。

また、図５（ｄ）において、図５（ｃ）と同様に、磁気検出部３２ａ、３２ｂは、貫通スリット３３の内部の位置に配置され、磁気検出部３２ａ、３２ｂが封止され一体化されたパッケージ３４ａは貫通スリット３３にちょうどはまり込む位置に配置されている。さらに、２個の磁気検出部３２ａ、３２ｂのうち一方の磁気検出部３２ａのみが、貫通スリット３３の中央部に配置されている。図５（ｃ）において、電流を測定する方法は図５（ｂ）と同様であり、さらに一方の磁気検出部のみが貫通スリット３３の中央部に配置されている図４の第３実施形態と同様であるので詳細な説明は省略するが、パッケージ３４ａが貫通スリット３３にはまり込む位置に設けられているため図５（ｂ）と同様の効果が得られるとともに、一方の磁気検出部のみが貫通スリット３３の中央部に配置されているので、図４の第３実施形態と同様の効果も得られる。

なお、図５（ｃ）及び図５（ｄ）中において、パッケージ３４ａをノンリードタイプとしたので、タブ３５ａと被測定電流導体３１ａ、３１ｂとのショートを容易に防止することができる。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）中において、パッケージ３４ａを近年多用されているノンリードタイプとしたが、図５（ｂ）中のパッケージ３４のようなガルウイングタイプあるいはＳＯＰタイプとしてリード端子と被測定電流導体３１ａ、３１ｂとがショートしないように貫通スリット３３の幅を広げても良い。同様に、図５（ｂ）中において、パッケージをノンリードタイプとしても良い。

なお、図５の第４実施形態では、２つの磁気検出部３２ａ、３２ｂをＩＣモールドパッケージ等で一体パッケージ化する方法について説明したが、第１実施形態の様に磁気検出部３２ａ、３２ｂを別々に構成しても構わない。また、第４実施形態では、被測定電流導体３１の横断面形状を長方形としたが、被測定電流導体３１の横断面形状は長方形に限られることなく、楕円形、正方形または円形などのいずれであっても良い。また、第４実施形態では、貫通スリット３３は被測定電流導体３１のほぼ中央部に配置したが、貫通スリット３３の位置は被測定電流導体３１の任意の位置に配置することができる。さらに、貫通スリット３３の幅や長さについても任意に設定することができる。

また、図５の第４実施形態では、磁気検出部３２ａ、３２ｂが設けられたパッケージ３４を被測定電流導体３１ａ、３１ｂの表面側に配置する方法について説明したが、磁気検出部３２ａ、３２ｂが設けられたパッケージ３４を被測定電流導体３１ａ、３１ｂの裏面側に配置するようにしてもよい。
なお、図４の第３実施形態は、図２の第２実施形態に比べてパッケージが下側に張り出しておらず平坦なため、下方のスペースが有効に使える。さらに、図５の第４実施形態は、薄型のパッケージであるため、より小型で薄型の電流測定装置を実現できる。

本発明は、例えば、商用交流電流の流れる分電盤や回路ブレーカ、３相交流電流で運転される産業用やハイブリッド自動車用等の電動機駆動用インバータ制御装置、さらには多数の配線からなる機器内配線などに利用することができ、装置の小型軽量化が要求され、周囲に外来磁場が多数存在する環境下においても、磁気センサ配置や位置決めにかかる手間を軽減することを可能としつつ、被測定電流導体に流れる電流を精度よく測定することができる。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の正面図である。 被測定電流導体に流れる電流によってその周囲に発生する磁束密度を求める方法を説明する図である。 図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の正面図である。 図４（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の側面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の正面図である。 図５（ａ）は本発明の第４実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）の正面図、図５（ｃ）および図５（ｄ）は図５（ｂ）の別の実施形態である。 従来の磁気コアを用いた電流測定装置の構成を示す模式図である。 従来の被測定電流導体と一体化された電流測定装置の一例を示す模式図である。 従来の被測定電流導体の中心に対して等間隔で対向する位置に磁気センサが配置された電流測定装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、５１、６１、７２ 被測定電流導体
２ａ、２ｂ、１２、１２ａ、１２ｂ、２２、２２ａ、２２ｂ、３２、３２ａ、３２ｂ 磁気検出手段
１１、２１、３１ 導体板
１３、２３、３３ 貫通スリット
１４、２４、３４、６４ パッケージ
１５、２５、３５、６２、６３ａ、６３ｂ リード端子
５２ 磁気コア
５３、６５ ホール素子
５４ 増幅器
５５ 電圧計
５６ 直流電源
７３ 基板
７１ａ、７１ｂ 磁気センサ
３４ａ パッケージ（ノンリードタイプ）
３５ａ タブ

Claims (12)

1. 長手方向に対して平行に設置される２本の被測定電流導体に同方向に流れる電流によって生じる磁界が互いに逆向きに貫通するように感磁面がそれぞれ配置された２個の磁気検出手段と、
   前記２個の磁気検出手段から得られる検出信号の差分を算出する差分算出手段とを備えることを特徴とする電流測定装置。
2. 前記磁気検出手段は、前記２本の被測定電流導体間に感磁面の向きが互いに一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
3. 前記２本の被測定電流導体をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
4. 前記２本の被測定電流導体は、貫通スリットが設けられた１本の被測定電流導体の貫通スリットの両側の導体部分で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の電流測定装置。
5. 前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記被測定電流導体表面側の貫通スリットの上部の所定の位置に配置され、他方の磁気検出手段は前記被測定電流導体裏面側の貫通スリットの下部の所定の位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
6. 前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記被測定電流導体の貫通スリットの中央部に配置され、他方の磁気検出手段は前記被測定電流導体の表面側または裏面側のどちらか一方において、前記貫通スリットの上部または下部の所定の位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
7. 前記２個の磁気検出手段は、前記被測定電流導体表面側または裏面側のどちらか一方において、前記貫通スリット両端部の所定の位置に被測定電流が流れる方向と直交する方向にそれぞれ並べて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
8. 前記２個の磁気検出手段は、前記貫通スリット内部の所定の位置に被測定電流が流れる方向と直交する方向にそれぞれ並べて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
9. 前記２個の磁気検出手段のうち、一方の磁気検出手段は前記貫通スリットの中央部に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電流測定装置。
10. 前記２個の磁気検出手段は磁電変換素子であることを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか１項に記載の電流測定装置。
11. 前記磁電変換素子はホール素子であることを特徴とする請求項１０に記載の電流測定装置。
12. 長手方向に対して平行に設置される２本の被測定電流導体に同方向に流れる電流によって生じる磁界が感磁面を互いに逆向きにそれぞれ貫通するように２個の磁気検出手段を配置するステップと、
    前記２個の磁気検出手段から得られる検出信号の差分を算出するステップとを備えることを特徴とする電流測定方法。

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