JP2017191018A - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度を向上する。【解決手段】本体部２と、一対のクランプアームで構成されて開閉操作によって各クランプアームの各端部が接離可能に本体部２に配設されると共に各端部が接合して測定対象を取り囲む環状体をなした状態において測定対象を流れる電流によって生じる被検出量を検出するクランプセンサ３と、本体部２とは別体に構成されると共に可撓性を有するケーブル状に形成されて両端部が接合して測定対象を取り囲む環状体をなした状態において被検出量を検出するフレキシブルセンサ４と、本体部２に配設されて被検出量に基づいて電流を測定する測定部とを備え、フレキシブルセンサ４は、磁性材料で形成された可撓性を有するコアを備えて構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象に流れる電流を測定する電流測定装置に関するものである。

この種の電流測定装置として、下記特許文献１に開示された電流測定装置（クランプ式マルチメータ）が知られている。この電流測定装置は、ハウジングと、ハウジングに設けられた一対のクランプ部と、各クランプ部を開閉させるためにハウジングに設けられたレバーと、ハウジングに配設されたディスプレイと、ハウジングに収容された信号切替回路と、処理回路および積分回路等の電子回路とを備えて構成されている。また、この電流測定装置は、ハウジングとは別体に構成されると共にケーブルを介してハウジングに接続可能に構成されたロゴスキーコイルを備えており、クランプ部およびロゴスキーコイルのいずれかを用いて測定対象に流れる電流を測定することが可能となっている。

クランプ部を用いて測定対象に流れる電流を測定する際には、レバーを操作して測定対象をクランプ部でクランプし、次いで、信号切替回路を操作して、クランプ部からの信号を処理回路に入力する。続いて、処理回路が、入力した信号に基づいて、測定対象に流れる電流を測定し、その電流値をディスプレイに表示させる。一方、ロゴスキーコイルを用いて測定対象に流れる電流を測定する際には、ロゴスキーコイルで測定対象を取り囲み、次いで、信号切替回路を操作して、ロゴスキーコイルから出力されて積分回路積分して得られる信号）を処理回路に入力する。続いて、処理回路が、入力された信号に基づいて、測定対象に流れる電流を測定し、その電流値をディスプレイに表示させる。この場合、クランプ部は、ディスプレイが配設されたハウジングに設けられているため、測定対象をクランプ部でクランプした状態を確認しつつディスプレイに表示される電流値を視認することができる。一方、ロゴスキーコイルは、可撓性を有しているため、測定対象の形状や測定対象の周囲の障害物の存在などに応じて変形させて使用することができる。また、ロゴスキーコイルは、ケーブルを介してハウジングに接続されるため、測定対象から離れた位置でディスプレイに表示される電流値を視認することができる。このように、この電流測定装置では、測定の態様に応じて、クランプ部とロゴスキーコイルとを使い分けることが可能となっている。

米国特許第８３３０４４９号明細書

ところが、従来の電流測定装置には、改善すべき以下の課題がある。すなわち、この電流測定装置では、測定の態様に応じて、クランプ部とロゴスキーコイルとを使い分けることが可能となっている。しかしながら、ロゴスキーコイルは、中空のコイルで形成されており、その構造上、検出精度を向上させることが困難である。このため、この電流測定装置には、ロゴスキーコイルを用いて電流を測定する際の測定精度の向上が困難であるという課題が存在し、その改善が望まれている。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、測定精度を向上し得る電流測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流測定装置は、本体部と、一対のクランプアームで構成されて開閉操作によって当該各クランプアームの各端部が接離可能に前記本体部に配設されると共に当該各端部が接合して測定対象を取り囲む環状体をなした状態において当該測定対象を流れる電流によって生じる被検出量を検出する第１センサと、前記本体部とは別体に構成されると共に可撓性を有するケーブル状に形成されて両端部が接合して前記測定対象を取り囲む環状体をなした状態において前記被検出量を検出する第２センサと、前記本体部に配設されて前記被検出量に基づいて前記電流を測定する測定部とを備えた電流測定装置であって、前記第２センサは、磁性材料で形成された可撓性を有するコアを備えて構成されている。

また、請求項２記載の電流測定装置は、請求項１記載の電流測定装置において、前記第２センサは、前記コアの周囲に巻回された被覆電線で形成されたコイルを備えて構成されている。

また、請求項３記載の電流測定装置は、請求項１記載の電流測定装置において、前記第２センサは、前記コア内および当該コアの近傍のいずれかに配設された磁気検出素子を備えて構成されている。

請求項１記載の電流測定装置では、本体部に配設された第１センサと、本体部とは別体に構成されて可撓性を有するケーブル状に形成された第２センサとを備え、磁性材料で形成された可撓性を有するコアを備えて第２センサが構成されている。このため、この電流測定装置によれば、測定態様に応じて第１センサと第２センサとを使い分けることができると共に、測定対象の形状や測定対象の周囲の障害物の存在等に応じて変形させての使用が可能な可撓性を有する第２センサを用いて被測定量を測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

請求項２記載の電流測定装置によれば、コアの周囲に巻回された被覆電線で形成されたコイルを備えて第２センサを構成したことにより、測定対象に流れる交流電流を第２センサを用いて測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

請求項３記載の電流測定装置によれば、磁気検出素子を備えて第２センサを構成したことにより、測定対象に流れる直流電流を第２センサを用いて測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

電流測定装置１の構成を示す構成図である。 電流測定装置１の斜視図である。 本体部２およびクランプセンサ３の構成を説明する説明図である。 クランプセンサ３を用いた測定方法を説明する説明図である。 フレキシブルセンサ４の構成を説明する説明図である。 フレキシブルセンサ４を用いた測定方法を説明する説明図である。 フレキシブルセンサ１０４の構成を説明する説明図である。

以下、電流測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電流測定装置の一例としての電流測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。図１，２に示す測定装置１は、測定対象（例えば、図３に示す電線１００）に流れる電流（直流電流および交流電流）を測定可能に構成されている。具体的には、電流測定装置１は、図１，２に示すように、本体部２、クランプセンサ３およびフレキシブルセンサ４を備えて構成されている。

本体部２は、図１に示すように、表示部２１、操作部２２、処理部２３、およびこれらの各構成要素が収容または配設される本体ケース２０（図２参照）を備えて構成されている。

表示部２１は、例えば液晶パネルで構成されて、図３に示すように、本体ケース２０の正面パネルに配設されている。また、表示部２１は、処理部２３の制御に従って電流（被測定量）の電流値等を表示する。操作部２２は、本体ケース２０の正面パネルに配設された各種のスイッチ２２ａやダイヤル２２ｂ等を備えて構成され、これらの操作に応じた操作信号を出力する。

処理部２３は、操作部２２から出力される操作信号に従って本体部２を構成する各部を制御する。また、処理部２３は、測定部として機能し、クランプセンサ３およびフレキシブルセンサ４から出力される検出信号Ｓｄ（クランプセンサ３およびフレキシブルセンサ４によって検出された被検出量）に基づいて測定対象に流れる電流の電流値を測定すると共に、測定した電流値を表示部２１に表示させる。

また、図３に示すように、本体部２の本体ケース２０には、クランプセンサ３を構成するクランプアーム３１を開閉操作する（回動させる）ための一対の操作ボタン２０ａが配設されている。また、本体ケース２０には、フレキシブルセンサ４の信号ケーブル４３に取り付けられているコネクタ４３ａを接続するためのコネクタ２０ｂが配設されている。

クランプセンサ３は、第１センサに相当し、図３に示すように、平面視弧状に形成された一対のクランプアーム３１と、磁気検出素子の一例としてのホール素子３２とを備えて構成されている。

各クランプアーム３１は、一例として、図３に示すように、軟磁性材料（フェライト）で形成されたコア３１ａと、各コア３１ａが収容されるクランプケース３１ｂとを備えて構成されている。また、各クランプアーム３１は、基端部（同図における下側の端部）に設けられた支点を中心として本体部３に対して回動可能な状態で、本体部３の本体ケース２０に配設されている。また、各クランプアーム３１は、本体ケース２０に配設されている各操作ボタン２０ａに対する開閉操作によって各端部同士（同図における上側の端部同士、および同図における下側の端部同士）が接離するように回動させられる。

ホール素子３２は、図３に示すように、一方のクランプアーム３１の基端部に配設されている。このホール素子３２は、各クランプアーム３１の各コア３１ａが励磁されたときに生じる磁界を検出して検出信号Ｓｄ（直流電圧）を出力する。

この場合、コア３１ａとホール素子３２とを備えたこのクランプセンサ３の構成では、図４に示すように、各クランプアーム３１の各端部同士が接合して電線１００を取り囲む環状体をなした状態において、電線１００に直流電流が流れるときに生じる被検出量としての静磁界（その静磁界によって励磁された各コア３１ａに生じる静磁界）をホール素子３２が検出して検出信号Ｓｄを出力する。したがって、この電流測定装置１では、クランプセンサ３を用いることによって電線１００に流れる直流電流を測定することが可能となっている。

フレキシブルセンサ４は、第２センサに相当し、図５に示すように、センサケーブル４１、連結部４２、および信号ケーブル４３を備えて構成されている。

センサケーブル４１は、可撓性を有するケーブル状に形成されている。具体的には、センサケーブル４１は、図５に示すように、フレキシブルコア４１ａ、コイル４１ｂおよび外被（シース）４１ｃを備えて構成されている。

フレキシブルコア４１ａは、可撓性を有するコア（磁心）であって、磁性材料と可撓性（柔軟性）を有する樹脂とを複合化して形成されている。一例として、ケイ素鋼、鉄、パーマロイ、センダストおよびパーメンジュール等の金属系の磁性材料や、スピネルフェライトおよび六方晶フェライト等のフェライト系の磁性材料を、粉体状、粒状、繊維状、ペレット状およびチップ状のいずれかの状態としたものと、軟質塩化ビニール、ポリエチレンおよびウレタン等の樹脂のペレットとを混合し、この混合物をケーブル状に射出成形して形成されている。

コイル４１ｂは、図５に示すように、フレキシブルコア４１ａの周囲に被覆電線を巻回することによって形成され、フレキシブルコア４１ａに生じる交流磁界を検出して検出信号Ｓｄ（交流電流）を出力する。

外被４１ｃは、可撓性を有する絶縁性材料（例えば、軟質塩化ビニールやポリエチレン）で形成されて、フレキシブルコア４１ａおよびコイル４１ｂを覆っている。

また、図５に示すように、センサケーブル４１の一端部には、挿入部材４１ｄが取り付けられている。

連結部４２は、図５，６に示すように、センサケーブル４１の一端部に取り付けられている挿入部材４１ｄを挿入させる挿入口４２ａを有して、センサケーブル４１の一端部と他端部との連結（接合）および連結解除（接合解除）を行う。

信号ケーブル４３は、コイル４１ｂから出力される検出信号Ｓｄを本体部２の処理部２３に伝送するためのケーブルであって、図３に示すように、先端部に取り付けられているコネクタ４３ａを介して本体部２のコネクタ２０ｂに接続される。

この場合、軟磁性材料で形成された可撓性を有するフレキシブルコア４１ａとコイル４１ｂとを備えたこのフレキシブルセンサ４では、図６に示すように、センサケーブル４１の両端部を連結（接合）して電線１００を取り囲む環状体をなした状態において、電線１００に交流電流が流れるときに生じる被検出量としての交流磁界を検出して検出信号Ｓｄを出力する。したがって、この電流測定装置１では、クランプセンサ３を用いることによって電線１００に流れる交流電流を測定することが可能となっている。

また、このフレキシブルセンサ４では、フレキシブルコア４１ａの周囲に被覆電線を巻回して形成したコイル４１ｂを有しているため、電線１００に交流電流が流れるときに生じる交流磁界によってフレキシブルコア４１ａが励磁され、励磁されたフレキシブルコア４１ａに生じる交流磁界をコイル４１ｂが検出することとなる。このため、このフレキシブルセンサ４では、ロゴスキーコイルのようにフレキシブルコア４１ａを有していないフレキシブルセンサと比較して、電線１００に交流電流が流れるときに生じる交流磁界を確実に検出することができる結果、検出精度を十分に向上させることが可能となっている。

次に、電流測定装置１を用いて電線１００に流れる電流を測定する方法について、図面を参照して説明する。

この電流測定装置１では、クランプセンサ３およびフレキシブルセンサ４の２つのセンサを備えており、測定態様に応じて（被測定量に応じて）２つのセンサを使い分けることが可能となっている。例えば、電線１００に流れる直流電流を測定する際には、クランプセンサ３を用いる。このクランプセンサ３を用いた測定では、本体部２に配設されている操作部２２における電源用のスイッチ２２ａを操作し、次いで、操作部２２のダイヤル２２ｂを操作して測定モードを直流電流測定モードにセットする。

続いて、クランプセンサ３の各クランプアーム３１で電線１００をクランプする。具体的には、図３に示すように、本体部２に配設されている２つの操作ボタン２０ａを押し込む。この際に、各クランプアーム３１が、基端部に設けられた支点を中心として各端部同士が離間する（開く）向きに回動させられる。

次いで、各クランプアーム３１の各先端部の間の隙間に電線１００を通し、続いて、各操作ボタン２０ａの押し込みを解除する。この際に、図外の付勢部材の付勢力によって各クランプアーム３１が回動することにより、図４に示すように、各クランプアーム３１の各端部同士が接合して各クランプアーム３１が環状体を構成し、この環状体によって電線１００が取り囲まれる（クランプされる）。

この場合、電線１００に直流電流が流れているときには、その直流電流によって生じる静磁界で励磁された各コア３１ａに生じる静磁界をホール素子３２が検出して検出信号Ｓｄを出力する。次いで、処理部２３が、検出信号Ｓｄ（クランプセンサ３によって検出された被検出量）に基づいて電線１００に流れる直流電流の電流値を測定し、続いて、測定した電流値を表示部２１に表示させる。

次いで、測定が終了したときには、各操作ボタン２０ａを押し込むことにより、各クランプアーム３１の各先端部同士を互いに離間させ、続いて、各クランプアーム３１による電線１００のクランプを解除する。

一方、電線１００に流れる交流電流を測定する際には、フレキシブルセンサ４を用いる。このフレキシブルセンサ４を用いた測定では、フレキシブルセンサ４の信号ケーブル４３の先端部に取り付けられているコネクタ４３ａを本体部２のコネクタ２０ｂに接続し、続いて、操作部２２のダイヤル２２ｂを操作して測定モードを交流電流測定モードにセットする。

次いで、フレキシブルセンサ４で電線１００の周囲を取り囲む。具体的には、図５に示すように、センサケーブル４１の一端部に取り付けられている挿入部材４１ｄを連結部４２の挿入口４２ａから引き抜き、続いて、電線１００をセンサケーブル４１で取り囲む。次いで、図６に示すように、センサケーブル４１の一端部に取り付けられている挿入部材４１ｄを連結部４２の挿入口４２ａに挿入して、センサケーブル４１の一端部と他端部とを連結（接合）させる。この際に、センサケーブル４１によって環状体が構成され、この環状体によって電線１００が取り囲まれる。

この場合、電線１００に交流電流が流れているときには、その交流電流によって生じる交流磁界でフレキシブルコア４１ａが励磁され、励磁されたフレキシブルコア４１ａに生じる交流磁界をコイル４１ｂが検出して検出信号Ｓｄを出力する。続いて、処理部２３が、信号ケーブル４３を介して検出信号Ｓｄを入力し、検出信号Ｓｄ（フレキシブルセンサ４によって検出された被検出量）に基づいて電線１００に流れる交流電流の電流値を測定する。次いで、処理部２３は、測定した電流値を表示部２１に表示させる。

この場合、このフレキシブルセンサ４では、上記したように、フレキシブルコア４１ａの周囲に被覆電線を巻回して形成したコイル４１ｂを有しているため、電線１００に交流電流が流れるときに生じる交流磁界によってフレキシブルコア４１ａが励磁され、励磁されたフレキシブルコア４１ａに生じる交流磁界をコイル４１ｂが検出する結果、電線１００に交流電流が流れるときに生じる被検出量としての交流磁界を確実に検出することが可能となっている。このため、このフレキシブルセンサ４を備えた電流測定装置１では、電線１００の形状や電線１００の周囲の障害物の存在等に応じて変形させての使用が可能な可撓性を有するフレキシブルセンサ４の特性を維持しつつ、電線１００に流れる交流電流の測定精度を十分に向上させることが可能となっている。

続いて、測定が終了したときには、連結部４２の挿入口４２ａから引き抜き、次いで、センサケーブル４１による電線１００の取り囲みを解除する。

このように、この電流測定装置１では、本体部２に配設されたクランプセンサ３と、本体部２とは別体に構成されて可撓性を有するケーブル状に形成されたフレキシブルセンサ４とを備え、磁性材料で形成された可撓性を有するフレキシブルコア４１ａを備えてフレキシブルセンサ４が構成されている。このため、この電流測定装置１によれば、測定態様に応じてクランプセンサ３とフレキシブルセンサ４とを使い分けることができると共に、電線１００の形状や電線１００の周囲の障害物の存在等に応じて変形させての使用が可能な可撓性を有するフレキシブルセンサ４を用いて被測定量を測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

また、この電流測定装置１によれば、フレキシブルコア４１ａの周囲に巻回された被覆電線で形成されたコイル４１ｂを備えて第２センサを構成したことにより、電線１００に流れる交流電流をフレキシブルセンサ４を用いて測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

なお、電流測定装置の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、上記したフレキシブルセンサ４に代えて、図７に示すフレキシブルセンサ１０４を採用することもできる。なお、以下の説明において、フレキシブルセンサ４と同様の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。このフレキシブルセンサ１０４は、同図に示すように、フレキシブルコア４１ａと、フレキシブルコア４１ａを覆う外被４１ｃと、フレキシブルコア４１ａの端部（コア内およびコアの近傍のいずれかの一例）に配設されて静磁界を検出する磁気検出素子としてのホール素子４１ｅとを備えて構成されている。

このフレキシブルセンサ１０４では、フレキシブルコア４１ａを備えたことにより、電線１００に流れる直流電流によって生じる被検出量としての静磁界を確実に検出することができる。したがって、このフレキシブルセンサ１０４を備えた電流測定装置１においても、測定態様に応じてクランプセンサ３とフレキシブルセンサ１０４を使い分けることができると共に、電線１００の形状や電線１００の周囲の障害物の存在等に応じて変形させての使用が可能な可撓性を有するフレキシブルセンサ１０４を用いて被測定量を測定する際の測定精度を十分に向上させることができる。

また、磁性材料と可撓性を有する樹脂とを複合化して形成されたフレキシブルコア４１ａを例に挙げて説明したが、フレキシブルコア４１ａの構成はこれに限定されない。例えば、可撓性を有する筒体（軟質の樹脂で形成された筒体）の内部に、磁性材料としての磁性材料で形成された細片（粉体状、粒状、ペレット状およびチップ状のいずれかの状態の磁性材料）を充填して構成されたフレキシブルコア４１ａを採用することもできる。

また、上記したクランプセンサ３に代えて、コアと、コアの周囲に被覆電線を巻回して形成したコイル（有芯コイル）とを有する一対のクランプアームを備えて、交流磁界を検出可能に構成したクランプセンサ３を採用することもできる。さらに、コアを有していないコイル（空芯コイル）を有する一対のクランプアームを備えて、交流磁界を検出可能に構成したクランプセンサ３を採用することもできる。

また、上記の例では、磁気検出素子としてホール素子を用いているが、ホール素子に代えて、磁気検出素子の他の一例としてのフラックスゲート型磁気検出素子を用いることもできる。

１ 電流測定装置
２ 本体部
３ クランプセンサ
４ フレキシブルセンサ
２０ａ 操作ボタン
２３ 処理部
３１ クランプアーム
４１ センサケーブル
４１ａ フレキシブルコア
４１ｂ コイル
４１ｄ ホール素子
１００ 電線
Ｓｄ 検出信号

Claims (3)

1. 本体部と、一対のクランプアームで構成されて開閉操作によって当該各クランプアームの各端部が接離可能に前記本体部に配設されると共に当該各端部が接合して測定対象を取り囲む環状体をなした状態において当該測定対象を流れる電流によって生じる被検出量を検出する第１センサと、前記本体部とは別体に構成されると共に可撓性を有するケーブル状に形成されて両端部が接合して前記測定対象を取り囲む環状体をなした状態において前記被検出量を検出する第２センサと、前記本体部に配設されて前記被検出量に基づいて前記電流を測定する測定部とを備えた電流測定装置であって、
   前記第２センサは、磁性材料で形成された可撓性を有するコアを備えて構成されている電流測定装置。
2. 前記第２センサは、前記コアの周囲に巻回された被覆電線で形成されたコイルを備えて構成されている請求項１記載の電流測定装置。
3. 前記第２センサは、前記コア内および当該コアの近傍のいずれかに配設された磁気検出素子を備えて構成されている請求項１記載の電流測定装置。

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