JP2022054461A - 電流センサ及びその利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサの感度と帯域幅を改善する。【解決手段】電流伝送導体１０４の電流を測定する電流センサ１００は、電流伝送導体１０４の周囲に、ほぼ完全なループを形成するよう配置可能な複数の導体セグメント１０６を有するロゴスキー・コイル１０１を有する。複数の導体セグメント１０６の夫々の出力信号は、対応する積分回路部１０２で積分され、これら積分回路部１０２の出力信号は、合算回路部１０３で合算されて、単一の導体セグメントから形成されるロゴスキー・コイルと等価が出力信号が得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、試験測定システムに関し、特に被試験デバイスに流れる電流を測定するための電流センサ及びその利用方法に関する。

オシロスコープは、被試験デバイス（ＤＵＴ）に流れる電流を測定するために、多くの場合、電流プローブと一緒に使用される。電流プローブは、電流センサとして機能するもので、ＤＵＴと結合するインタフェースとして機能する入力部と、オシロスコープの入力チャンネルに接続される出力部とを有し、特に電流を測定するのに適した物理的及び電気的構造で設計されている。

このようなプローブに磁束収束部（flux concentrator）がある場合、スルー・レートと装荷（loading）を犠牲にして自己インダクタンスを増加させるので、広帯域幅で電流測定を行うのが困難になる場合がある。ロゴスキー・コイルは、この問題に対する１つの解決策を提供する電流センサの形式として知られている。

従来のロゴスキー・コイルは、柔軟な又は剛性の導体をループ形態にして構成され、このとき、閉じたリターン・パスのループ自身の周囲にらせん状にコイルを形成し、このループの中心を通る電流を微分した電圧を出力する。ロゴスキー・コイルの出力信号は、積分回路に接続され、出力信号を電流を直接表す形に変換される（特許文献１参照）。言い換えると、測定したい電流の波形を微分した電圧波形をロゴスキー・コイルが出力するので、それを積分すれば、元の電流の波形に相当する波形が得られるということである。

特許第４３３２６２３号公報 特許第６２３４６５７号公報

「Galvanic isolation」の記事、Wikipedia（英語版）、［オンライン］、［２０２１年９月２２日検索］、インターネット<https://en.wikipedia.org/wiki/Galvanic_isolation> 「絶縁 (電気)」の記事、特に「isolation」について、Wikipedia（日本語版）、［オンライン］、［２０２１年９月２２日検索］、インターネット<http://ja.wikipedia.org/wiki/絶縁_(電気)> 「オシロスコープのすべて 第４章 オシロスコープのシステムと操作部」、特に「図３８：２つのチャンネルの加算」及び「積分を含む高度な数学的計算」への言及、テクトロニクス、［オンライン］、［２０２１年９月２７日検索］、インターネット<https://jp.tek.com/document/online/primer/xyzs-scopes/ch4/oscilloscope-systems-and-controls>

しかし、従来のロゴスキー・コイルは、感度と帯域幅の両方で制約がある。従来のロゴスキー・コイルの感度又は帯域幅を増加させる際の課題は、高電圧に対処するためにコイルの絶縁を過負荷にしているか、又は、高い自己インダクタンスが原因で応答が低下しているために生じている。

そこで、本発明の実施形態は、こうした従来の課題を解決しようとするものである。

本願に記載されるように、本開示技術の実施形態としては、複数のセグメントの形態を有するロゴスキー・コイルがある。複数のセグメントからロゴスキー・コイルを形成することで、より良い最適化が可能になる。線形性と信号合成の観点から、ロゴスキー・コイルを複数のセグメントから形成できる。このような複数のセグメントは、それらが全体として実質的に電流伝送導体の周りを囲む限り、合算すると、単一セグメントのロゴスキー・コイルと等価な外部磁界除去（external field rejection）を生じる。更に、各コイル・セグメントの自己共振は、同じ寸法の単一コイルよりも小さくなるので、電流測定の最大帯域幅を広くできる。各セグメントの出力は、例えば、別々の積分回路部に渡されても良い。微分と積分は、両方とも線形演算であるため、積分回路部夫々の出力を合算すれば、単一コイルの積分回路部の出力信号と等価な信号を生成できる。

図１は、本発明の実施形態の例による、電流が流れる導体を実質的に囲むマルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサの概略図である。 図２は、本発明の実施形態の例による積分回路部を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態の例による、複数の入力信号を受けるよう構成された積分回路部を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施形態の例による、例示的な合算回路部に結合された複数の積分回路部を示すブロック図である。 図５は、本発明の実施形態の例による例示的な積分回路部に結合された複数のバッファを示すブロック図である。 図６は、本発明の実施形態の例による可変長マルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサの例を示す。 図７は、本発明の実施形態の例による図６の可変長マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサを示すが、図６に示す電流伝送導体よりも小さい電流伝送導体を囲む状態で示した図である。 図８Ａは、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキ－・コイルの一部分の第１例を示している。 図８Ｂは、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキ－・コイルの一部分の第２例を示している。 図８Ｃは、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキ－・コイルの一部分の第３例を示している。 図９は、図１に示すマルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサに類似するが、複数のセグメントの出力リード線がロゴスキー・コイルの同一側にある点で異なる、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサの例を示す。 図１０は、プリント回路基板の一方の側に第１部があり、第２の部分がプリント回路基板の反対側にあるマルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサの例を示した、例の構成に従って説明する。 図１１は、マルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサを用いて電流伝送導体の電流を測定する方法の例のフローチャートであり、実施例に従う。

図１は、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサ１００（本願では、単に電流センサ１００とも呼ぶ）を含むシステムの概略図である。図１に示すように、電流センサ１００は、ロゴスキー・コイル１０１、積分回路部（integrator element）１０２及び合算回路部（summing element）１０３などがあっても良い。電流センサ１００は、電線やトレースなどの電流伝送導体１０４の電流を測定するように構成されており、その断面が図１に示されている。電流センサ１００は、試験測定装置１０５に結合されても良い。試験測定装置１０５は、例えば、オシロスコープであっても良い。

このロゴスキー・コイル１０１には、２つ以上の導体セグメント１０６があり、各セグメントには、らせん状巻線１０７がある。本願における全ての実施例では、各導体セグメントが、らせん状巻線を有するものを示すが、ロゴスキー・コイルを形成する代替の配線技術も、本願に開示する技術と互換性がある。導体セグメント１０６は、実質的に完全なループを形成するように配置されるか、又は、実質的に完全なループを形成するように位置決め可能である。本願で使用されるように、「実質的に（又は、ほぼ）完全」とは、完璧な完全を必要とせず、大部分又は基本的に完全なことを意味する。例えば、いくつかの実施形態においては、複数の導体セグメント１０６が、全体を合わせると、ループを形成するように配置されている限り、隣接する導体セグメント１０６間に隙間又はスペースが存在しても良い。このため、ロゴスキー・コイル１０１は、電流伝送導体１０４の周りを実質的に（ほぼ）囲んでいる。本願で使用されるように、「実質的に周りを囲む」とは、完璧な包囲を必要とせずに、大部分又は基本的に周囲に展開していることを意味する。これら導体セグメント１０６は、全て同じ長さであっても良いし、あるいは、これら導体セグメント１０６が異なる長さを有しても良い。いくつかの実施形態では、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の夫々が共通ハウジング１２２内に入っており、その一例が図１に示されている。いくつかの実施形態では、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６が、別々のハウジング１２２内にあっても良く、それらの例が、図８Ａ～８Ｃ及び図１０に示されている。いくつかの実施形態では、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６は、互いに電気的にアイソレーションされており、本願で記載するように、積分回路部、合算回路部又はバッファ回路部による以外では、これら導体セグメント１０６は、電気的に結合されない。

各導体セグメント１０６は、時間に対する複数の電気信号又は連続的な電気信号を提供するように構成される。電気信号は、電圧信号であっても良いが、電流伝送導体１０４内に流れる電流量に関係している。ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の夫々は、互いに物理的に分離する必要はなく、これは、各導体セグメント１０６の動作の当然の結果として、各導体セグメント１０６の出力端子に独立した電気信号を生じるためである。よって、図９に関して後述するように、いくつかの実施形態では、隣接する導体セグメント１０６が、互いにショートしても良い。

合算回路部（summing element）１０３は、複数の積分回路部１０２夫々の出力信号の合計を生成するように構成されている（これは、以下で詳しく説明される）。いくつかの実施形態では、合算回路部１０３は、例えば、加算増幅回路（summing amplifier）であり、これは、アナログの加算増幅回路、又は、アナログ加算増幅回路と等価なデジタル回路として実装されても良い。図１では、合算回路部１０３が、試験測定装置１０５から機能的に分離されているとして示されているが、いくつかの実施形態では、合算回路部１０３が、試験測定装置１０５内にあっても良い。例えば、非特許文献３が示すように、デジタル・オシロスコープでは、複数チャンネル間の信号を加算する機能を有するものが周知である。更には、デジタル・オシロスコープでは、内部プロセッサを使用して、乗算、除算、積分、高速フーリエ変換など、さまざまな高度な数学的計算が可能なものも知られている。よって、本願の実施形態例では、積分回路部１０２を、試験測定装置１０５とは別個の独立した機能として示しているが、後述もするように、積分の機能を試験測定装置１０５内で行うようにしても良い。また、当然ながら、本願で言及する様々なアナログ信号のデジタル化を、デジタル・オシロスコープなどを含む試験測定装置１０５で行うようにしても良い。

積分回路部（integrator element）１０２は、電流伝送導体１０４を流れる電流に比例する出力信号（経路１０８で表される）を提供するように構成されている。また、積分回路部１０２は、以下の図２～５に関して説明されるようなアナログ回路であっても良いし、又は、積分回路部１０２は、本願で説明するアナログ回路に相当するデジタル回路であっても良い。各積分回路部１０２は、その入力側（例えば、積分回路部がデジタル回路の場合）又はその出力側（例えば、積分回路部がアナログ回路であって、その出力信号がデジタル回路部に渡される場合）のどちらかに、アナログ・デジタル・コンバータがあっても良い。図１では、１つ以上の積分回路部１０２が、試験測定装置１０５から機能的に分離されているとして示されているが、いくつかの実施形態では、１つ以上の積分回路部１０２が、試験測定装置１０５内にあっても良い。図２～５に示す回路の夫々について、コイル出力端子間のインピーダンス負荷は、例えば、コイル出力端子間の抵抗の値を変更することによって、設定変更可能としても良い。

いくつかの実施形態では、第１の導体セグメント１０６と、第２の導体セグメント１０６との間の相対的な位置関係は、第１の導体セグメント１０６に既知の信号を導入し、第２の導体セグメント１０６から対応する信号を受信することによって決定しても良い。

図２は、本発明の実施形態の例による積分回路部２０２の概略である。図２の積分回路部２０２は、図１に関して上述した積分回路部１０２に用いることができる。図２に示すように、積分回路部２０２は、積分回路部２０２の入力端子で、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の中の１つの導体セグメント１０６から電気出力信号を受けるように構成されている。このような構成では、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の夫々について、個別の積分回路部２０２が存在しても良い。

図３は、本発明の実施形態の例による積分回路部３０２の概略である。図３の積分回路部３０２は、図１に示す２つの積分回路部１０２を代替するなど、図１に関して上述した積分回路部１０２に用いることができる。図３に示すように、積分回路部３０２は、その入力端子において、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６中の２つ以上の導体セグメント１０６から電気出力信号を受けるように構成されている。図３は、積分回路部３０２に任意の個数（１～ｎとして特定される）の入力端子が存在しても良いことを示し、ここで、積分回路部３０２の各入力端子は、ｎ個の導体セグメント１０６の中の１つに対応する。図３に示すように、積分回路部３０２の入力信号源である複数の導体セグメント１０６は、コモン・グラウンド（ＣＯＭ）を共有している。

図４は、本発明の実施形態の例による合算回路部１０３の例に結合された複数の積分回路部４０２の概略図である。図４の積分回路部４０２は、図１に関して上述した積分回路部１０２に用いても良い。図４に示すように、２つ以上の積分回路部４０２は、合算回路部１０３（図１に関して上述したもの）と組み合わされて、これら複数の積分回路部４０２の出力信号が、合算回路部１０３に入力されるようにしても良い。図４に示す積分回路部４０２は、図１の積分回路部１０２及び図２の積分回路部２０２について上述したようなものとして良い。図４は、任意の数の積分回路部４０２（１番からｎ番）が存在しても良いことを示し、ここで各積分回路部４０２は、ｎ個の導体セグメント１０６の中の１つに対応する。いくつかの実施形態では、各積分回路部４０２への入力信号は、差動信号であり、これによれば、複数の導体セグメント１０６が共通の基準電位端子（コモン・グラウンド）を共有する必要なしに、ロゴスキー・コイル１０１の各導体セグメント１０６を、個別の積分回路部４０２に接続できる。１つ以上の導体セグメント１０６が共通の基準電位端子を共有する構成では、配線の複雑さを軽減するため、各積分回路部４０２の差動入力信号の一方を共通の基準電位端子に結線しても良い。

図５は、本発明の実施形態の例による、例示的な積分回路部５０２に結合された複数のバッファ回路部５０９を示す。図５の積分回路部５０２は、図１に示す２つの積分回路部１０２を置き換えるなど、図１に関して上述した積分回路部１０２に用いても良い。こうして、例えば、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の中の各導体セグメント１０６が、それぞれに対応するバッファ回路部５０９に結合されて、各導体セグメント１０６の電気出力信号が、それぞれに対応するバッファ回路部５０９に提供され、そして、積分回路部５０２が、２つ以上（全ても含む）の個別のバッファ回路部５０９からの出力信号を受けるように構成されても良い。この構成例は、ロゴスキー・コイル１０１の複数の導体セグメント１０６を互いに電気的にアイソレーションする方法の１つである。電気的アイソレーションがあると、電気的アイソレーションがない場合と比較して、例えば、動作帯域幅が広くできることがある。加えて、この構成例によれば、感度を向上させるのに有益な場合がある。いくつかの変形例において、図５に示される構成例が、バッファ回路部５０９と積分回路部５０２との間の直接的な電気伝導路を持たない（即ち、導体は分離されているが、信号は伝達される：非特許文献１及び２参照）ように構成されたガルバニック・アイソレータ５２４を含んでいても良い。ガルバニック・アイソレータ５２４は、例えば、ガルバニック・アイソレーション（絶縁）を提供することが知られている変圧器その他の回路などであっても良い。

図６は、本発明の実施形態の例による可変長マルチ・セグメントのロゴスキー・コイル電流センサ６００の例を示す。図７は、図６の可変長マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ６００を示すが、図６に示す電流伝送導体１０４よりも小さい電流伝送導体１０４を囲む状態で示した図である。図６～７に示すように、可変長電流センサ６００には、２つ以上の導体セグメント１０６があり、夫々が電圧信号を生成する。これら導体セグメント１０６の電圧信号の例には、図６及び７では、Ｖ₁からＶ₅が付されている。可変長電流センサ６００の複数の導体セグメント１０６の一部又は全部が、ロゴスキー・コイル１０１を形成する。

導体セグメント１０６の鎖（チェーン）の一端部は、導体セグメント１０６を機械的に把持又はグリップするシンチ機構（cinch mechanism：把持機構）６１０に結合されても良く、これによって、所望の個数の導体セグメント１０６を使って、ロゴスキー・コイル１０１を形成できる。図７に示すように、シンチ機構６１０は、図７において電圧信号Ｖ₁とＶ₂に対応する導体セグメント１０６のようなループ、つまり、ロゴスキー・コイル１０１を構成する導体セグメント１０６のループ形成部分６１５と、電圧信号Ｖ₃、Ｖ₄、及びＶ₅に対応する導体セグメント１０６のようなロゴスキー・コイル１０１のループの外側にある導体セグメント１０６の非ループ形成部分６１６とに分割するように構成される。このように、シンチ機構６１０があることによって、例えるならば、人が衣服を着る際に、ループを形成して腰の周りを締め付けるのに使用されるベルトと同じように、複数の導体セグメント１０６から構成されるループ（ロゴスキー・コイル１０１）を形成する部分６１５の長さを調節できる。別の見方をすれば、複数の導体セグメント１０６のチェーン全体に対して所望の位置にシンチ機構６１０をグリップすることによって、所望の量又は個数の複数の導体セグメント１０６から構成されるループ（ロゴスキー・コイル１０１）を形成する部分６１５の長さを調節して、ループ形成部分６１５の長さを定める動作を本願では「シンチする（cinch）」と呼ぶ。

可変長の電流センサ６００は、更に、ロゴスキー・コイル１０１を形成している導体セグメント１０６の個数を検出するように構成された検出器を有していても良い。この検出器は、例えば、機械的な検出器若しくはスイッチ、又は、光学的な検出器若しくはスイッチなどであっても良い。加えて、又は、これに代えて、導体セグメント１０６が、物理的な識別子又は電子的な識別子を有していても良く、可変長マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ６００を電流伝送導体１０４の周囲に、所望の長さ（外周）のループ（ロゴスキー・コイル１０１）を形成する（シンチする）ときに、導体セグメント１０６が検出器を通過すると、こうした識別子が検出器によって検出される。検出器が光学的検出器を有する例では、光検出器が、ドット・コードやバー・コードなどのパターンによって始動しても良い。機械的検出器を利用する例としては、複数の導体のセットにすり合うようになっている複数のコンタクトのセットの組み合わせであって位置毎に固有の（ユニークな）組み合わせとなるように構成されたもの、ギアの歯又は摩擦機構によって係合されるロータリ・エンコーダなどがある。検出器の他の例としては、ＲＦＩＤ検出器、ホール・センサ、ポテンショメータなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、検出器が、シンチ機構６１０の一部であっても良い。

例えば、図６に示す例では、検出器は、図６のロゴスキー・コイル１０１を構成する５つの導体セグメント１０６を検出するであろう。図７に示す例では、検出器は、図７のロゴスキー・コイル１０１を構成する２つの導体セグメント１０６を検出すると共に、残りの３つの導体セグメント１０６は、図７のロゴスキー・コイル１０１の外側にあることを検出するであろう。また、ロゴスキー・コイル１０１の外側の導体セグメント１０６については、それらの電圧出力が、求めようとする電流伝送導体１０４を流れる電流に基づかないので、「オフ」とする。これら導体セグメント１０６は、例えば、それらの導体セグメント１０６を試験測定装置１０５が無視するか、又は、導体セグメント１０６が試験測定装置１０５から電気的にアイソレーションされることで「オフ」としても良い。ロゴスキー・コイル１０１を構成する導体セグメント１０６は、それらの電圧出力が求めようとする電流伝送導体１０４を流れる電流に基づくので、「オン」とするであろう。検出器は、導体セグメント１０６のチェーンが検出器を通り抜けるか又は通過できるように構成されても良い。このようにして、ロゴスキー・コイル１０１のサイズは、図６に示すように比較的大きな電流伝送導体１０４を収容するように調整されても良いし、図７に示すように比較的小さい電流伝送導体１０４を収容するように調整されても良い。図示の構成におけるループ・サイズの調整方法は、複数の配線などをまとめる時に使うプラスチック製の結束バンド（cable tie 又は zip tie）のループの直径を増減する方法に似ている。

図８Ａから８Ｃは、本発明の実施形態の例によるマルチ・セグメントのロゴスキ－・コイルの一部分の例を示している。具体的には、図８Ａ～８Ｃは、マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサのロゴスキー・コイル８０１を構成する複数の導体セグメント１０６の中の数個の導体セグメント１０６を示す。このマルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサとしては、例えば、図１に関して上述した電流センサ１００、図６に関して上述した電流センサ６００、図９に関して後述する電流センサ９００、図１０に関して後述する電流センサ１０００などがある。

図８Ａ及び８Ｂに示すように、複数の導体セグメント１０６の中の各導体セグメント１０６は、隣接する導体セグメント１０６とフレキシブルに（柔軟に）結合されても良い。この状況において、「フレキシブルに結合される（フレキシブル・ジョイント）」とは、導体セグメント１０６が隣接する導体セグメント１０６に対して、ピボット（軸を中心に回転）できるか又は位置変更できると同時に、導体セグメント１０６が隣接する導体セグメント１０６と物理的に結合されていることを意味する。例として、フレキシブル・ジョイントは、図８Ａに示すもののような機械的なスナップ機構８１９などとすることもできるし、又は、８Ｂに示すもののような磁気的な結合機構８２０などとすることもできる。

いくつかの実施形態では、複数の導体セグメント１０６の中のある１つの導体セグメント１０６は、複数の導体セグメント１０６の隣接する導体セグメント１０６から機械的に分離可能である。この状況において、「機械的に分離可能」とは、ある１つの導体セグメント１０６と隣接する導体セグメント１０６が、いずれのコンポーネントにも永久的な損傷を与えることなく、互いに分離及び移動できることを意味する。例として、機械的に分離可能な関節は、機械的なスナップ機構８１９（図８Ａに示すものなど）、磁気的結合機構８２０（図８Ｂに示すものなど）、又は、プラグ・アンド・ソケット機構８２１（図８Ｃに示すものなど）などがあっても良い。

従って、必要に応じて導体セグメント１０６を追加又は削減することによって、任意の長さのロゴスキー・コイル８０１を形成することができる。また、導体セグメント１０６を任意の順序で加えて、ロゴスキー・コイル８０１を形成できる。図８Ａ～８Ｃに示し、本願で説明するジョイントの形態は、本願で説明、図示又は意図する他の任意の形態と共に利用できる。

図９は、マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ９００の例を示し、これは、図１のマルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ１００と類似しているが、各導体セグメントの出力リード線９１１が、図９のマルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ９００のロゴスキー・コイル９０１の同一側にある点で異なっている。即ち、図１に示す電流センサ１００では、電流伝送導体１０４から見て、２対の出力リード線が、互いにほぼ１８０度の関係で配置され、そして、電流伝送導体１０４から見て、互いにほぼ１８０度の関係で配置された２つの積分回路部１０２に夫々接続されているが、図９に電流センサ９００では、電流伝送導体１０４から見て、２対の出力リード線９１１が、ほぼ同じ側に配置される。こうしたことから、例えば、ロゴスキー・コイル９０１が、第１導体セグメント９０６Ａ及び第２導体セグメント９０６Ｂを有していても良い。第１導体セグメント９０６Ａ及び第２導体セグメント９０６Ｂは、第１導体セグメント９０６Ａの第１端部９１３Ａと、第２導体セグメント９０６Ｂの第１端部９１３Ｂとにある連結ポイント９１２で接合しても良い。第１導体セグメント９０６Ａと第２導体セグメント９０６Ｂが連結ポイント９１２で電気的に接合されているにもかかわらず、第１導体セグメント９０６Ａと第２導体セグメント９０６Ｂは、それでもやはり、それぞれの出力リード線９１１に独立した差動電圧を生成する。他方において、第１導体セグメント９０６Ａと第２導体セグメント９０６Ｂを連結ポイント９１２で短絡させると、複数の積分回路部１０２間のコモン・モード接続が可能になる。これら積分回路部１０２が、第１導体セグメント９０６Ａと第２導体セグメント９０６Ｂで共有される共通モード電圧を除去する限り、連結ポイント９１２が相互に短絡（ショート）しているか又はオープンであるかによって、出力リード線で測定される第１セグメント導体９０６Ａと第２導体セグメント９０６Ｂの出力信号は変化しない。

第１導体セグメント９０６Ａの第２端９１４Ａと、第２導体セグメント９０６Ｂの第２端９１４Ｂには、出力リード線９１１が合っても良い。図９に示すように、これら出力リード線９１１は、第１導体セグメント９０６と第２導体セグメント９０６Ｂのそれぞれに対応する積分回路部１０２に結合されても良い。これに代えて、図２～５に関して上述した積分回路部の構成のいずれかを、図９に示す積分回路部１０２の代わりに利用しても良い。出力リード線９１１が、ロゴスキー・コイル９０１の同一側にあるという構成は、出力リード線９１１を他のデバイス又は回路要素に接続する場合に、出力リード線９１１へのアクセスがより良くなるという利点があるだろう。

図１０は、マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ１０００の例を示し、このとき、マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ１０００の中のロゴスキー・コイル１００１の第１部分１０１５がプリント回路基板１０２３の第１面１０１７側にあり、ロゴスキー・コイル１００１の第２部分１０１６がプリント回路基板１０２３の第２面１０１８側にあり、このとき、第２面１０１８は、第１面１０１７の裏（反対）側である。別の見方をすれば、プリント回路基板１０２３が、ロゴスキー・コイル１００１の第１部分１０１５と、ロゴスキー・コイル１００１の第２部分１０１６との間にある。第１部１０１５及び第２部１０１６の夫々には、１つ以上の導体セグメント１０６がある。図１０に示すように、各導体セグメント１０６は、積分回路部１０２に結合されても良く、これは、次いで、合算回路部１０３に接続される。これに代えて、図２～５に関して上述した積分回路部の構成のいずれかを、図１０に示す積分回路部１０２の代わりに利用しても良い。

図１０に示すように、電流センサ１０００の構成は、プリント回路基板１０２３上のトレース１００４を流れる電流を測定するのに使用されても良い。このような構成の変形例では、ロゴスキー・コイル１００１の第２部分１０１６が、永久的にプリント回路基板１０２３に組み込まれても良い。この状況において「永久的」とは、ロゴスキー・コイル１００１の第２部分１０１６が、図１０のマルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ１０００の正常な動作中に、ロゴスキー・コイル１００１から除去されないことを意図していることを意味する。

いくつかの実施形態では、ロゴスキー・コイル１００１の第１部分１０１５及び第２部分１０１６の一方又は両方が、例えば、測定されるトレースの周囲にクランプされても良いし、互いに取り付けられても良いし、プリント回路基板１０２３に取り付けても良い。また、こうした取付が、例えば、磁石又は他の接続機構によって行われても良い。

図１１は、電流伝送導体１０４を流れる電流を測定するための電流センサ１００の例示的な利用方法を示す。図１１に示すように、方法１１００には、電流伝送導体１０４の周りを実質的に囲むようにロゴスキー・コイル１０１を配置する処理１１０１があっても良い。このロゴスキー・コイル１０１は、複数の導体セグメント１０６を有し、また、複数の導体セグメント１０６の中の各導体セグメント１０６は、らせん状巻線１０７を有する。複数の導体セグメント１０６は、実質的に（ほぼ）完全なループを形成するように配置される。

この方法には、また、ロゴスキー・コイル１０１を構成する複数の導体セグメント１０６の中の少なくとも２つの導体セグメント１０６から複数の電圧信号を得る処理１１０２がある。いくつかの実施形態では、複数の導体セグメント１０６の中の少なくとも２つの導体セグメント１０６から複数の電圧信号を得る処理１１０２には、複数の導体セグメント１０６の中の少なくとも２つの導体セグメント１０６から時間に対して複数の電圧信号を得る処理がある。このような実施形態では、この方法は、複数の積分回路部１０２を使って、これら複数の電圧信号を積分する処理１１０５があり、これによって、複数の積分された出力信号を生成する。

時間に対して複数の電圧信号を得る実施形態では、この方法の複数の電圧信号を積分する処理１１０５が、例えば、第１積分回路部１０２を用いて、少なくとも２つの導体セグメント１０６の中の第１導体セグメント１０６からの第１電圧信号を積分して第１積分出力信号を生成する処理と、第２積分回路部１０２を用いて、少なくとも２つの導体セグメント１０６の中の第２導体セグメント１０６からの第２電圧信号を積分して第２積分出力信号を生成する処理とを有していても良い。次いで、この方法が、合算回路部１０３を用いて、第１積分出力信号及び第２積分出力信号を合算する処理１１０６を有していても良い。

時間に対して複数の電圧信号を得る実施形態では、この方法が、更に、複数の電圧信号をバッファする処理１１０４を有していても良い。このとき、このバッファする処理１１０４は、例えば、第１バッファ回路部５０９を用いて、少なくとも２つの導体セグメント１０６の中の第１導体セグメント１０６からの第１電圧信号をバッファして第１バッファ信号を生成する処理と、第２バッファ回路部５０９を用いて、少なくとも２つの導体セグメント１０６の中の第２導体セグメント１０６からの第２電圧信号をバッファして第２バッファ信号を生成する処理とを有していても良い。次いで、この方法は、積分回路部１０２を用いて、第１バッファ信号及び第２バッファ信号を積分する処理１１０５を行っても良い。

いくつかの実施形態では、電流伝送導体１０４の周囲を実質的に囲むようにロゴスキー・コイル１０１を配置する処理１１０１が、ロゴスキー・コイル１０１の第１部分１０１５を、プリント回路基板１０２３の第１面１０１７側に配置する処理と、ロゴスキー・コイル１０１の第２部分１０１６を、プリント回路基板１０２３の第２面１０１８側に配置する処理とを有していても良い。このとき、プリント回路基板１０２３は、ロゴスキー・コイル１０１の第１部分１０１５と第２部分１０１６の間にあり、また、第１部分１０１５と第２部分１０１６の夫々は、複数の導体セグメント１０６の中の１つ以上の導体セグメント１０６を有していても良い。また、プリント回路基板１０２３の第２面１０１８は、第１面１０１７の裏面であっても良い。

いくつかの実施形態では、電流伝送導体１０４の周囲を実質的に囲むようにロゴスキー・コイル１０１を配置する処理１１０１において、図６及び７に示すように、複数の導体セグメント１０６の中の第１部分（ループ形成部分）６１５でロゴスキー・コイル１０１を形成する一方で、複数の導体セグメント１０６の中の第２部分（非ループ形成部分）６１６は、ロゴスキー・コイル１０１を形成するループの外部に配置するようにして、電流伝送導体１０４の周囲において複数の導体セグメント１０６をシンチ（cinch：所望の長さの外周を有するループを形成）しても良い。このような実施形態では、この方法が、更に、複数の導体セグメント１０６の中の第１部分（ループ形成部分）６１５の量又は個数を、検出器を用いて、検出する処理１１０３を有していても良い。

実施例

以下では、本願で開示される技術の理解に有益な実施例が提示される。この技術の実施形態は、以下で記述する実施例の１つ以上及び任意の組み合わせを含んでいても良い。

実施例１は、電流伝送導体の電流を測定するように構成された電流センサであって、実質的に完全なループを形成するように配置可能な複数の導体セグメントを有するロゴスキー・コイルを具え、このとき、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが、複数の導体セグメントの中の第２導体セグメントから電気的にアイソレーションされている。

実施例２は、実施例１の電流センサであって、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントから出力信号を受けるように構成された積分回路部を更に具える。

実施例３は、実施例１から２のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の各導体セグメントのための個別の積分回路部を更に具えている。

実施例４は、実施例３の電流センサであって、個別の積分回路部の出力信号の合計（sum：和）を生成するように構成された合算回路部を更に具える。

実施例５は、実施例４の電流センサであって、合算回路部が加算増幅回路（summing amplifier）である。

実施例６は、実施例１から５のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の２つ以上の導体セグメントからの出力信号を受けるように構成された積分回路部を更に具えている。

実施例７は、実施例１から６のいずれの電流センサであって、第１導体セグメントの出力リード線が、第２導体セグメントの出力リード線とロゴスキー・コイルの同じ側にある。

実施例８は、実施例１から７のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが、複数の導体セグメントの中の隣接する導体セグメントに柔軟に結合される。

実施例９は、実施例１から７のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが、複数の導体セグメントの中の隣接する導体セグメントから機械的に分離可能である。

実施例１０は、実施例１から９のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが、複数の導体セグメントの中の別の導体セグメントからガルバニック・アイソレーションされている。

実施例１１は、実施例１から１０のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の各導体セグメントのための個別のバッファ回路部を更に具えている。

実施例１２は、実施例１１の電流センサであって、２つ以上の個別のバッファ回路部からの出力信号を受けるように構成された積分回路部を更に具えている。

実施例１３は、実施例１から１０のいずれの電流センサであって、ロゴスキー・コイルを構成する導体セグメントの量又は個数が、調整可能である。

実施例１４は、実施例１３の電流センサであって、ロゴスキー・コイルを構成する複数の導体セグメントの中の第１部分と、ロゴスキー・コイルの外側にある複数の導体セグメントの中の第２部分とに分割するシンチ機構を更に具え、このとき、上記第１部分と上記第２部分は、互いに結合されている。

実施例１５は、実施例１４の電流センサであって、ロゴスキー・コイルを形成している導体セグメントの量又は個数を検出するように構成された検出器を更に具えている。

実施例１６は、実施例１５の電流センサであって、検出器が、ロゴスキー・コイルを形成している導体セグメントの量又は個数を検出するために、少なくとも１つの機械的スイッチ又は光学的スイッチを有している。

実施例１７は、実施例１から１６のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの各導体セグメントが共通のハウジング内にある。

実施例１８は、実施例１から１６のいずれの電流センサであって、複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが第１ハウジング内にあり、複数の導体セグメントの中の第２導体セグメントが第１ハウジングとは別の第２ハウジングにある。

実施例１９は、電流伝送導体の電流を測定するための電流センサを利用する方法であって、ロゴスキー・コイルが有する複数の導体セグメントを実質的に完全なループを形成するように配置することで、電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理と、複数の導体セグメントの中の少なくとも２つの導体セグメントから電圧信号を得る処理とを具えている。

実施例２０は、実施例１９の方法であって、複数の導体セグメントの中の少なくとも２つの導体セグメントから電圧信号を得る処理が、複数の導体セグメントの中の少なくとも２つの導体セグメントから時間に対する複数の電圧信号を得る処理を有している。

実施例２１は、実施例１９又は２０の方法であって、積分回路部を用いて電圧信号を積分し、積分出力信号を生成する処理を更に具えている。

実施例２２は、実施例１９又は２０のいずれかの方法であって、第１積分回路部を用いて、少なくとも２つの導体セグメントの中の第１導体セグメントからの第１の電圧信号を積分して第１積分出力信号を生成する処理と、第２積分回路部を用いて、少なくとも２つの導体セグメントの中の第２導体セグメントからの第２の電圧信号を積分して第２積分出力信号を生成する処理と、合算回路部を用いて、第１積分出力信号及び第２積分出力信号を合算する処理とを更に具えている。

実施例２３は、実施例２１又は２２の方法であって、バッファ回路部を用いて、電圧信号を積分する前に電圧信号をバッファする処理を更に具えている。

実施例２４は、実施例１９から２３のいずれの方法であって、電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理が、プリント回路基板の第１面側にロゴスキー・コイルの第１部分を配置する処理と、プリント回路基板の第２面側にロゴスキー・コイルの第２部分を配置する処理とを有し、このとき、プリント回路基板は、ロゴスキー・コイルの第１部分と第２部分の間に存在し、第１部分と第２部分の夫々は、複数の導体セグメントの中の１つ以上の導体セグメントを有している。

実施例２５は、実施例１９から２３のいずれの方法であって、電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理が、複数の導体セグメントの中の第１部分でロゴスキー・コイルを形成する一方で、複数の導体セグメントの中の第２部分は、上記ロゴスキー・コイルの外部に配置して、電流伝送導体１０４の周囲に複数の導体セグメントで所望の長さの外周を有する上記ロゴスキー・コイルを形成する（cinch：シンチする）処理を有する。

実施例２６は、実施例２５の方法であって、検出器を用いて、複数の導体セグメントの中の第１部分における導体セグメントの量又は個数を検出する処理を更に具える。

本開示技術の態様は、特別に作成されたハードウェア、ファームウェア、デジタル・シグナル・プロセッサ又はプログラムされた命令に従って動作するプロセッサを含む特別にプログラムされた汎用コンピュータ上で動作できる。本願における「コントローラ」又は「プロセッサ」という用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ及び専用ハードウェア・コントローラ等を意図する。本開示技術の態様は、１つ又は複数のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）その他のデバイスによって実行される、１つ又は複数のプログラム・モジュールなどのコンピュータ利用可能なデータ及びコンピュータ実行可能な命令で実現できる。概して、プログラム・モジュールとしては、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、これらは、コンピュータその他のデバイス内のプロセッサによって実行されると、特定のタスクを実行するか、又は、特定の抽象データ形式を実現する。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭなどのコンピュータ可読記憶媒体に記憶しても良い。当業者には理解されるように、プログラム・モジュールの機能は、様々な実施例において必要に応じて組み合わせられるか又は分散されても良い。更に、こうした機能は、集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのようなファームウェア又はハードウェア同等物において全体又は一部を具体化できる。特定のデータ構造を使用して、本開示技術の１つ以上の態様をより効果的に実施することができ、そのようなデータ構造は、本願に記載されたコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内と考えられる。

開示された主題の上述の実施形態は、記述したか又は当業者には明らかであろう多くの効果を有する。それでも、開示された装置、システム又は方法のすべての実施形態において、これらの効果又は特徴のすべてが要求されるわけではない。

加えて、本願の記述は、特定の特徴に言及している。本明細書における開示には、これらの特定の特徴の全ての可能な組み合わせが含まれると理解すべきである。ある特定の特徴が特定の態様又は実施例に関連して開示される場合、その特徴は、可能である限り、他の態様及び実施例との関連においても利用できる。

また、本願において、２つ以上の定義されたステップ又は工程を有する方法に言及する場合、これら定義されたステップ又は工程は、状況的にそれらの可能性を排除しない限り、任意の順序で又は同時に実行しても良い。

更に、用語「を具える（comprises）」及びその文法的に等価なものは、本願において、他のコンポーネント（components）、機能（features）、ステップ、処理（processes）、工程（operations）がオプションで存在することを示すのに使用される。例えば、コンポーネントＡ、Ｂ及びＣ「を具える（comprising）」又は「何かが」コンポーネントＡ、Ｂ及びＣ「を具える（which comprises）」という条件は、コンポーネントＡ、Ｂ及びＣだけを含んでも良いし、又は、コンポーネントＡ、Ｂ及びＣと共に１つ以上の他のコンポーネントを含んでいても良い。

説明の都合上、本発明の具体的な実施形態例を図示し、説明してきたが、本発明の要旨と範囲から離れることなく、種々の変更が可能なことが理解できよう。

１００ 電流センサ
１０１ ロゴスキー・コイル
１０２ 積分回路部
１０３ 合算回路部
１０４ 電流伝送導体
１０５ 試験測定装置
１０６ 導体セグメント
１０７ らせん状巻線
１０８ 積分回路部の出力信号経路
１２２ ハウジング
２０２ 積分回路部
３０２ 積分回路部
４０２ 積分回路部
５０２ 積分回路部
５０９ バッファ回路部
５２４ ガルバニック・アイソレータ
６００ 可変長マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ
６１０ シンチ機構
６１５ ループ形成部分
６１６ 非ループ形成部分
８０１ ロゴスキー・コイル
８１９ 機械的スナップ機構
８２０ 磁気的結合機構
８２１ プラグ・アンド・ソケット機構
９００ マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ
９０１ ロゴスキー・コイル
９０６Ａ 第１導体セグメント
９０６Ｂ 第２導体セグメント
９１１ 出力リード線
９１２ 連結ポイント
９１３Ａ 第１導体セグメントの第１端部
９１３Ｂ 第２導体セグメントの第１端部
９１４Ａ 第１導体セグメントの第２端部
９１４Ｂ 第２導体セグメントの第２端部
１０００ マルチ・セグメント・ロゴスキー・コイル電流センサ
１００１ ロゴスキー・コイル
１０１５ ロゴスキー・コイルの第１部分
１０１６ ロゴスキー・コイルの第２部分
１０１７ プリント回路基板の第１面
１０１８ プリント回路基板の第２面
１０２３ プリント回路基板

Claims (13)

1. 電流伝送導体の電流を測定するように構成された電流センサであって、実質的に完全なループを形成するように配置可能な複数の導体セグメントを有するロゴスキー・コイルを具え、上記複数の導体セグメントの中の第１導体セグメントが、上記複数の導体セグメントの中の第２導体セグメントから電気的にアイソレーションされる電流センサ。
2. 上記複数の導体セグメントの中の各導体セグメントのための個別の積分回路部を更に具える請求項１の電流センサ。
3. 上記個別の積分回路部の出力信号の合計を生成するように構成された合算回路部を更に具える請求項２の電流センサ。
4. 上記複数の導体セグメントの中の２つ以上の導体セグメントからの出力信号を受けるように構成された積分回路部を更に具える請求項１の電流センサ。
5. 上記複数の導体セグメントの中の上記第１導体セグメントが、上記複数の導体セグメントの中の隣接する導体セグメントから機械的に分離可能である請求項１から４のいずれかの電流センサ。
6. 上記複数の導体セグメントの中の各導体セグメントのための個別のバッファ回路部を更に具える請求項１から５のいずれかの電流センサ。
7. 上記ロゴスキー・コイルを構成する上記複数の導体セグメントの中の第１部分と、上記ロゴスキー・コイルの外側にある上記複数の導体セグメントの中の第２部分とに分割するシンチ機構を更に具え、
   上記第１部分と上記第２部分が互いに結合されている請求項１から６のいずれかの電流センサ。
8. 上記ロゴスキー・コイルを形成している上記導体セグメントの量を検出するように構成された検出器を更に具える請求項７の電流センサ。
9. 電流伝送導体の電流を測定するための電流センサを利用する方法であって、
   ロゴスキー・コイルが有する複数の導体セグメントを、実質的に完全なループを形成するように配置することで、電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理と、
   上記複数の導体セグメントの中の少なくとも２つの導体セグメントから電圧信号を得る処理と
   を具える電流センサ利用方法。
10. 第１積分回路部を用いて、上記少なくとも２つの導体セグメントの中の第１導体セグメントからの第１電圧信号を積分して第１積分出力信号を生成する処理と、
    第２積分回路部を用いて、上記少なくとも２つの導体セグメントの中の第２導体セグメントからの第２電圧信号を積分して第２積分出力信号を生成する処理と、
    合算回路部を用いて、上記第１積分出力信号及び上記第２積分出力信号を合算する処理と
    を更に具える請求項９の電流センサ利用方法。
11. 上記電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理が、
    プリント回路基板の第１面側に上記ロゴスキー・コイルの第１部分を配置する処理と、
    上記プリント回路基板の第２面側に上記ロゴスキー・コイルの第２部分を配置する処理と
    を有し、
    上記プリント回路基板は、上記ロゴスキー・コイルの上記第１部分と上記第２部分の間に存在し、上記第１部分と上記第２部分の夫々は、上記複数の導体セグメントの中の１つ以上の導体セグメントを有する請求項９又は１０の電流センサ利用方法。
12. 上記電流伝送導体の周りを実質的に囲むように上記ロゴスキー・コイルを配置する処理が、上記複数の導体セグメントの中の第１部分で上記ロゴスキー・コイルを形成し、上記複数の導体セグメントの中の第２部分は、上記ロゴスキー・コイルの外部に配置して、上記電流伝送導体１０４の周囲に上記複数の導体セグメントで所望の長さの外周を有する上記ロゴスキー・コイルを形成する処理を有する請求項９又は１０の電流センサ利用方法。
13. 検出器を用いて、上記複数の導体セグメントの中の上記第１部分における上記導体セグメントの量又は個数を検出する処理を更に具える請求項１２の電流センサ利用方法。

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