WO2006090769A1 - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

　構造的な工夫により、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出する。電流測定対象のバスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場を検知するホール素子２ａ、２ｂと、これらホール素子２ａ、２ｂの検知出力を処理してバスバー４ａに流れる電流値を算出する信号処理集積回路３とが実装されたプリント基板１を含む電流測定装置において、ホール素子２ａ、２ｂの感磁面が、バスバー４ａに流れる電流によって生じる磁場の方向に対して略垂直になるようにし、かつ、ホール素子２ａ、２ｂと信号処理集積回路３とを電気的に接続する配線の設けられているプリント基板１の基板表面が磁場の方向に対して略平行に位置するように、バスバー４ａに対してプリント基板１を固定する。

Description

明 細 書

電流測定装置

技術分野

[0001] 本発明は電流測定装置に関し、特に多相の電流を小型で、精度よく測定するため の電流測定装置に関する。

背景技術

[0002] 多相の電流が流れるインバータ等でその電流を測定する場合、磁気センサを用い た小型の装置で精度よく各相の電流を測定することは難しい。他相の電流から生成 される磁場の影響を受けず、精度よく測定するために、被測定導体、磁気コア、磁気 センサを組み合わせる手法が多く取られてきた。信号処理集積回路や磁気センサの 載ったプリント基板をコアのギャップに入れるような手法が多く取られている。この場 合、磁気コアとプリント基板を一体として使用するため、サイズを小型にできないという 問題があった。また、磁気センサを載せた基板をギャップに入れたり、被測定導体近 傍に配置した場合、磁気センサと信号処理回路との信号線に生じる配線ループに誘 導起電力が生じる。その起電力のレベルは、容易に磁気センサの出力以上となる。こ れを補正する手段として、信号処理回路を工夫したり、コアにコイルを卷きつけたりし て補正を行う工夫も行われてきた。しカゝしながら、これらの手法は、回路や構成を複 雑にし小型化を難しくしていた。

[0003] ところで、測定対象に流れる電流によって生じる磁界を検出して電流値を求める電 流センサ力 S、特開 2002— 243766号公報ゃ特開 2001— 153895号公報に記載さ れている。また、磁気センサと信号処理回路とを同一基板上に実装し、磁気コアのギ ヤップに挿入する形態の電流センサ力 特開平 6— 201732号公報に記載されてい る。

上述した特開 2002— 243766号公報ゃ特開 2001— 153895号公報に記載され ている電流センサでは、被測定電流が数 100Hz以上の周波数で流れると、磁気セ ンサからの信号に加え、磁気センサと検出回路の配線や検出回路内の配線ループ に被測定電流起因の誘導起電力が発生し、正しい精度で測定できなくなるという問 題があった。また、多相電流を検出しょうとすると、近傍の電流線から受ける磁場が均 一でな 、ため、それをうまく消せな 、と 、う問題があった。

[0004] また、特開平 6— 201732号公報の場合、測定する電流の周波数帯が上がってくる と誘導起電力の影響低減のために磁気センサと信号処理回路間の配線ループ面積 を最小減に抑えつつ、その距離をある程度以上に保つ必要があった。

本発明の目的は、構造的な工夫により、他相電流力 の影響を抑えるとともに、さら に被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を 検出できる電流測定装置を提供することである。

発明の開示

[0005] 本発明の電流測定装置は、平板状の導体が、電流を流れる方向に平行に、かつ前 記複数の平板状の導体が一つの平面内に位置するように配置され、前記複数の導 体のそれぞれに流される電流のうち、少なくとも 1つの導体に流れる電流を測定する 電流測定装置であって、

測定対象の前記導体に流れる電流により生じる磁場を検知するための一対の磁気 センサを備え、

前記磁気センサは、前記平面に対して対称な位置に配置され、かつ前記磁気セン サの感磁方向が前記測定対象の導体に流れる電流による生じる磁場を検知するよう に配置されていることを特徴とする。このように構成すれば、他相電流からの影響を 抑えるとともに、さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精 度よく被測定電流を検出できる。

[0006] 前記磁気センサは、前記平板状の導体の中心線から幅方向にずれた位置に配置 されていてもよい。このように配置すれば、他相電流からの影響をより抑えるとともに、 さらに被測定電流に起因する誘導起電力の生成をより抑え、小型で精度よく被測定 電流を検出できる。

前記一対の磁気センサは、前記電流の方向に垂直に配置された基板に固定され、 前記基板には前記導体が挿入されて前記導体を固定するための凹部または孔部を 有していてもよい。孔部の内面がバスバーの表面に当接するように配置することによ つて、ノ スバーに対する位置決めを確実に行うことができる。 [0007] 前記基板には、前記磁気センサの検知出力を処理して前記導体に流れる電流値 に変換する変換部と、前記磁気センサと前記変換部とを電気的に接続する配線部と 、を有し、

前記配線部が前記磁場の方向に対して平行になるように、形成されて ヽてもよ ヽ。 こうすることにより、交流電流が導体に流れた時に生じる誘導起電力が発生しにくくな る。

前記測定対象の導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含んでい てもよい。磁性体を巻く等、磁気シールドを施すことにより、他の導体を流れる電流に よって生じる影響をより!/、つそう低減できる。

[0008] 前記磁気センサの感磁方向が、前記平面に対して水平、かつ隣接する導体に流れ る電流により発生する磁気に対して不感となる角度に傾けて配置されていてもよい。 他の導体を流れる電流によって生成される合成磁場の向きに対して、法線方向が感 磁方向である感磁面を平行になるように、僅かに傾ける等により合成磁場の向き対し て不感にすることにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をさらに低減でき る。

前記磁気センサはホール素子を含んで 、てもよ 、。ホール素子を用いることで磁場 の向きを含めて磁場の大きさを検出でき、結果として外乱の磁場の影響を低減し、測 定対象電流を精度よく測定することができる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明による電流測定装置の測定原理を示す図である。

[図 2]プリント基板に実装されているホール素子などの配線を示す図である。

[図 3]ホール素子を用いて電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計 算する場合の計算条件を示す図である。

[図 4]ホール素子を用いて電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計 算する場合の計算結果を示す図である。

[図 5]本発明による電流測定装置の実施例 1の構成を示す図である。

[図 6]本発明による電流測定装置の実施例 2の構成を示す図である。

[図 7]本発明による電流測定装置の実施例 3の構成を示す図である。 [図 8]本発明による電流測定装置の実施例 4の構成を示す図である。

[図 9]本発明による電流測定装置の実施例 5の構成を示す図である。

[図 10]本発明による電流測定装置の実施例 6の構成を示す図である。

[図 11]本発明による電流測定装置の実施例 7の構成を示す図である。

[図 12]本発明による電流測定装置の実施例 8の構成を示す図である。

[図 13]本発明による電流測定装置の実施例 9の構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明にお いて参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。以下 、磁気センサとしてホール素子を用いて説明する力 ホール素子同様に、磁場の向 きを含めて検出し、出力を出す磁気センサであれば置き換える事ができる。例えば、 コイル等も磁気センサとして利用することが可能である。

(原理）

図 1 (A)に示されているように、本装置は、電流測定対象に流れる電流によって生 じる磁場を検知するホール素子 2a及び 2bと、これらホール素子 2a及び 2bの検知出 力を処理して電流測定対象に流れる電流値を算出する信号処理集積回路 3とを含 み、これらがプリント基板 1に実装された構成を有している。本例では、プリント基板 1 の長辺は約 20mm、短辺は約 15mmである。また、プリント基板 1には、測定対象を 挿入するための凹部 10が設けられている。そして、この凹部 10の近傍に、ホール素 子 2a及び 2bが設けられている。ホール素子 2a及び 2bの感磁面は、プリント基板 1の 短辺に平行 (長辺に垂直)な方向である。尚、感磁面とはホール素子が入力磁場に 対して感度を持つ素子面のことで、この感磁面に垂直な法線方向が感磁方向となる 。以下、断りの無い限り「感磁面」はここで説明した定義に従うものとする。

[0011] 本例では、扁平形状導体であるバスバーを電流測定対象とする。例えば、同図（B) に示されているように、略平行に複数本設けられているバスバー 4a、 4bのうちの 1本 が電流測定対象である。そして、同図に示されているように、電流測定対象であるバ スバー 4aは、プリント基板 1の凹部 10に挿入された状態になっている。この場合、凹 部 10の内面が、バスバー 4aの表面に当接した状態で固定されている。この状態にお いては、 2つの磁気センサ 2a及び 2bが、測定対象であるバスバー 4aを挟んだ位置 に固定されることになる。

[0012] なお、同図では 2本のバスバーが並んで設けられている力 3本以上のバスバーが 並んで設けられて ヽても良！、。

このような位置関係になって!/、るため、測定対象のバスバー 4aを流れる電流（同図 中の矢印 Ya)による磁場 5aはホール素子の感磁面にほぼ垂直に入り、ホール起電 力を出力する。一方、それ以外の隣接するバスバー 4bを流れる電流（同図中の矢印 Yb)による磁場 5bは、感磁面にほぼ平行となるため、それによるホール起電力は極 めて/ J、さくなる。

[0013] 同図（B)に示されているような位置関係にあるとき、プリント基板 1の表面に存在す る配線ループ面とバスバー 4a及び 4bを流れる電流によって生じる磁場とが平行にな るため、交流電流がバスバーに流れた時に生じる誘導起電力が発生しにくくなる。こ のことについて、図 2を参照して説明する。

図 2はプリント基板に実装されているホール素子などの配線を示す図である。同図 において、信号処理集積回路 3は、増幅器 31及び 32と、加減算器 33と、電流源 la 及び lbと、抵抗 Ra及び Rbとを含んで構成されている。ホール素子 2aは抵抗 Raと共 に電源電圧 Vaと電流源 laとの間に直列に接続されている。ホール素子 2bは抵抗 Rb と共に電源電圧 Vbと電流源 lbとの間に直列に接続されている。

[0014] ホール素子 2aの感磁面によって磁場が検出されると、その磁束密度に応じた値の 電圧がホール素子 2aから出力される。その出力は増幅器 31によって増幅され、その 増幅出力は加減算器 33の +側入力端子に入力される。同様に、ホール素子 2bの感 磁面によって磁場が検出されると、その磁束密度に応じた値の電圧がホール素子 2b 力も出力される。その出力は増幅器 32によって増幅され、その増幅出力は加減算器 33の—側入力端子に入力される。加減算器 33からは、ホール素子 2aの出力電圧値 とホール素子 bの出力電圧値との差が出力電圧 Voutとして導出される。

[0015] このような構成において、ホール素子 2aと増幅器 31との間には、配線ループ si (ル ープ面積を S 1とする）が存在している。また、ホール素子 2bと増幅器 32との間にも、 配線ループ s2 (ループ面積を S2とする）が存在している。これら配線ループの存在に より、加減算器 33からの出力電圧 Voutには誤差が生じる。すなわち、配線ループの ループ面積を S、磁束密度を Bとすると、磁場によって配線ループに生じる誘導起電 力 Vindは、

Vind = d φ Zdt = d (B · S) /dt

となる。このため、ホール素子 2aと増幅器 31との間の配線ループ siの場合、磁束密 度 B1の磁場により、

Vindl = -d (Bl - Sl) /dt

が生じ、これに本来のホール起電力 Vhlをカ卩えた Vhl +Vindlが増幅器 31に入力 される。よって、増幅器 31からはゲイン Gを乗算した G' (Vhl +Vindl)が出力される

[0016] 同様に、ホール素子 2bと増幅器 32との間の配線ループ s2の場合、磁束密度 B2の 磁場により、

Vind2 = -d (B2- S2) /dt

が生じ、これに本来のホール起電力 Vh2をカ卩えた Vh2+Vind2が増幅器 32に入力 される。よって、増幅器 32からはゲイン Gを乗算した G' (Vh2+Vind2)が出力される 加減算器 33の出力電圧 Voutは、増幅器 31の出力と増幅器 32の出力との差、すな わち、

Vout = G- (Vhl +Vindl— (Vh2+Vind2) )

=G- (Vhl -Vh2) +G- (Vindl— Vind2)…（： L)

となる。ここで、ループ sl、 s2の面積及び磁束密度 Bl、 B2の違いによって、 Vindl、 Vind2は異なる値となる。このため、ホール素子本来の出力である式（1)の第 1項に 、同式の第 2項が誤差として加算されることになる。なお、ホール素子 2a、 2bについ ては、それぞれの感磁面が平行に配置されるため、ホール起電力 Vhl、 Vh2につい て均一な磁場の影響はキャンセルされる。

[0017] 図 1 (B)に戻り、同図に示されている位置関係であれば、ホール素子の感磁面は隣 接するプリント基板 1の表面に存在する配線ループ面とバスバー 4a及び 4bを流れる によって生じる磁場とが平行になるため、交流電流がバスバーに流れた時に生じる誘 導起電力（すなわち式（1)の第 2項)が発生しに《なる。つまり、同図（B)の構成によ れば、隣接するノ スバー 4b及び測定対象であるバスバー 4aを流れる電流による誘 導起電力の影響を大幅に低減しながら、バスバー 4aを流れる電流を高感度で測定 することができる。

[0018] なお、バスバー 4a及び 4bに流れている電流は、例えば 400Aとする。流れる電流 の周波数が変化した時、バスバー 4a及び 4b内の電流密度分布が変化する。このた め、バスバーの中央部に電流センサを配置すると電流センサの電流感度が大きく変 化するが、図 1 (B)の構成を採用すればその影響の少ないバスバーのエッジ近傍に 電流センサを配置することができる。

(隣接バスバー電流の影響）

発明者は、 3本のバスバーに 3相電流を流した場合において、ホール素子を用いて 電流を測定する際の隣接バスバー電流の影響について計算した。この場合の計算 条件が図 3に示されている。すなわち、同図 (A)に示されているように、プリント基板 1 の長辺は約 20mm、短辺は約 15mmである。プリント基板 1には、測定対象を挿入す るための凹部 10が設けられている。

[0019] また、同図（B)にはプリント基板 laの凹部にバスバー 4aが挿入された状態が示され ている。凹部 10の幅は 1. 8mmであり、バスバー 4aがこの凹部 10に挿入された状態 で固定される。そして、この凹部 10の、バスバー 4aの主表面に当接する内面の位置 から短辺方向に 2. 5mm、バスバー 4aの側面に当接する内面の位置から長辺方向 に 2mmの位置に、ホール素子 2a、 2bが設けられている。ホール素子 2a及び 2bの感 磁面は、プリント基板 1の短辺に平行 (長辺に垂直)な方向である。

[0020] 同図（C)には、隣接バスバーとの位置関係が示されている。すなわち、バスバー 4a と 4bとが隣接して設けられており、ノ スバー同士の端部間距離を D とする。バスバ 一 4aが電流測定対象である。そして、電流測定対象ではない、バスバー 4bを流れる 電流による磁場の、バスバー 4aを流れる電流の測定結果への影響を計算した。 この結果、図 4に示されているような結果を得た。同図 (A)のように配置した 3相電 流の流れる 3組のバスバー 4a〜4cに、 2個のホール素子と信号処理集積回路とを組 み合わせたプリント基板 la及び lbを配置した。バスバー 4a〜4cにはそれぞれ 400A の電流を流した。このとき、各バスバーに流れる電流がどの程度の影響を与えるかを 調べた。中央バスバー 4bに流れる電流の生成する磁界により生じる外側のノ スバー 4aに配置した電流センサへの影響 (以下、影響（1)と呼ぶ）は、同図（B)及び (C)中 の♦で示されたグラフである。また、外側のバスバー 4cを流れる電流の生成する磁界 により生じる、他の外側のバスバー 4aに配置した電流センサへの影響 (以下、影響（ 2)と呼ぶ）は、同図（B)及び (C)中の園で示されたグラフの通りである。なお、同図（ B)は両端のバスバーに配置した電流センサに対する隣接バスバー電流の影響（％ 誤差)を示す図、同図（C)は両端のバスバーに配置した電流センサに対する隣接バ スバー電流の影響 (電流値換算誤差)を示す図、である。

[0021] 同図 (B)及び (C)を参照すると、横軸はバスバー端部間距離 Dであるが、端部間の 距離がおよそ 26〜27mm以上であれば、影響（1)を 4A以下にすることができ、影響 を 1%以下に抑えることができる。また影響（2)については、 7〜8mm以上であれば、 4A以下にすることができ、影響を 1%以下に抑えることができる。

(実施例 1)

図 5は、本発明による電流測定装置の実施例 1の構成を示す図である。同図 (A)に おいて、 3本のバスバー 4a、 4b、 4c力隣接し、略平行に設けられている。これら 3本 のバスバー 4a、 4b、 4cのうち、端部に位置するバスバー 4aは、プリント基板 laの凹 部に挿入されている。プリント基板 laには、図 1の場合と同様に、ホール素子 2a及び 2bと、信号処理集積回路 3とが設けられている。同様に、反対側の端部に位置する バスバー 4cは、プリント基板 lbの凹部に挿入されている。

[0022] ここで、同図（B)にはプリント基板 laの凹部にバスバー 4aが挿入された状態が示さ れている。同図に示されているように、プリント基板 laの長辺は約 20mm、短辺は約 15mmである。各バスバー 4a〜4cは、幅 13mm、厚さ 1. 8mmである。また、プリント 基板 laには、測定対象バスバーを挿入するための凹部 10が設けられている。凹部 1 0の幅は 1. 8mmであり、バスバー 4aがこの凹部 10に挿入された状態で固定される。 そして、この凹部 10の、バスバー 4aの主表面に当接する内面の位置から短辺方向 に 2. 5mm、バスバー 4aの側面に当接する内面の位置から長辺方向に 2mmの位置 に、ホール素子 2a、 2bが設けられている。ホール素子 2a及び 2bの感磁面は、プリン ト基板 laの短辺に平行 (長辺に垂直)な方向である。反対側の端部に位置するバス バー 4cが凹部に挿入されている、プリント基板 lbの構成も同様であり、ホール素子 2 a'、 2b '及び信号処理集積回路 3 'が実装されている。

[0023] このような構成において、 3本のバスバー 4a、 4b、 4cにインバータ等の 3相電流が 流れる場合を考える。インバータ等の 3相電流は、その和が常に 0になるため、 2相の 電流を測定すれば 3相目は計算によって求めることができる。電流センサの配置はい ずれでもよいが、図 5 (A)に示されているように両端部であれば、各相の影響を極小 に抑えることができるので好適である。また、バスバー同士の間が例えば 10mmであ るとすれば、スペースの都合でプリント基板 laや lbを設けるのは困難である。

[0024] このため、同図（A)に示されているように、平行に配設された 3相電流バスバー 4a、 4b、 4cの両端 2相に対して、電流センサの実装されたプリント基板 laや lbを外側か ら配置する。このように、プリント基板を両端に配置すれば、隣接バスバー力もの距離 を確保でき、隣接するバスバーによる影響を低減できる。

(実施例 2)

図 6 (A)に示されているように、 1枚のプリント基板 laに孔部 l la〜l lcを設けてお き、これら孔部 11a〜： L ieにバスバーを挿入する構成を採用しても良い。この場合、 同図（B)に示されているように、プリント基板 laの孔部 l la〜 11cに、対応するバスバ 一 4a〜4cを挿入した状態で固定すれば、図 5の場合と同様に電流を測定できる。本 例の場合、 1枚のプリント基板 laを用いて電流測定装置を構成することで、各バスバ 一とホール素子 2a及び 2bとの位置決めを容易に実現できる。

[0025] (実施例 3)

ところで、最も影響の大きな直ぐ隣のバスバーに磁性体を巻いてシールドを施すと さらに中央のバスバーの外部バスバーへ与える影響を低減できる。例えば、図 7に示 されているように、 3本のバスバー 4a、 4b、 4cのうち、中央のバスバー 4bに磁性体 6 を設ける。本例では、磁性体 6の孔部に、ノ スバー 4bを挿入した構成を採用している 。ノ スバー 4bは測定対象ではないので、プリント基板を設けるためのギャップなどを 磁性体 6に設ける必要はない。このため、小型にすることができ、装置全体のサイズ が増大することを抑えることができる。

この磁性体 6を設けることにより、直ぐ隣のバスバーの影響を排除でき、ホール素子 への影響を 1%以下に抑えることができる。

(実施例 4)

また、図 6に示されている構成に、磁性体を追加しても良い。すなわち、図 8に示さ れているように、 3本のバスバー 4a、 4b、 4cのうち、中央のバスバー 4bに磁性体 6を 設ける。

[0026] このような構成を採用すれば、 1枚のプリント基板 laを用いているので各バスバーと ホール素子 2a及び 2bとの位置決めを容易に実現できると共に、直ぐ隣のバスバーの 影響を排除でき、ホール素子への影響を 1%以下に抑えることができる。

(実施例 5)

さらに、各バスバーに磁性体を設けても良い。すなわち、図 9に示されているように、 3本のバスバー 4a、 4b、 4cに、それぞれ磁性体 6a、 6b、 6cを設ける。このような構成 を採用すれば、磁性体の数は増える力 3本のバスバー 4a、 4b、 4cに流れる 3相電 流を検出することができる。ただし、ノ スバー間隔が狭い場合 (例えば 10mm程度）、 基板寸法の関係で、中央のノ スバー 4bにプリント基板 lcを挿入するのは難しい。 (実施例 6)

ところで、本来、 2つのホール素子は互いに平行に配置し、一様な外乱磁場をキヤ ンセルするようにすべきである。しかし、外乱磁場より隣接バスバーに流れる電流の 生成する磁場の影響の方が大きい場合、隣接バスバーに流れる電流の生成する磁 場の影響低減を優先すべきである。これを実現するには、隣接バスバーから生成さ れる磁場の向きに感磁面を平行になるように、僅かに傾けてホール素子を設ければ 良い。例えば、図 10 (A)に示されているように、バスバー同士の間の距離が 10mm、 隣接バスバー 4bの中心からホール素子 2aの中心までの距離が 27. 5mm、測定対 象であるバスバー 4aの厚さの中心からホール素子 2aの中心までの距離が 3. 5mm である場合、同図中の角度 0は約 7度となる。なお、同図中の矢印 Yは隣接バスバー による影響成分である。

[0027] 本例の場合、同図（B)に示されて 、るように、ホール素子 2a及び 2bを傾けて配置 することで、隣接バスバーの電流起因磁場をホール素子の感磁面と略平行にし、磁 場に対して不感にすることを狙う。このようにホール素子を傾けることにより、精度を大 きく改善することができる。本例のようにホール素子を 7度傾けた場合の測定対象電 流磁場検出への影響は、 cos (7deg) =0. 993であり、 0. 7%程度に収まることにな る。

(実施例 7)

上述した実施例 6では、ホール素子 2a及び 2bについて、隣接するバスバーからの 距離を離すことによる影響の低減効果と、ホール素子 2a及び 2bを傾けて配置するこ とによる効果との相乗効果とを狙った。本実施例では、ホール素子 2a及び 2bを、隣 接バスバーに近 、方の端部付近に配置することで、実施例 6で述べたホール素子傾 け配置による隣接バスバー電流による影響低減効果はそのままで、測定対象電流に よって生じる磁場 (すなわち測定した 、磁場)を効率良く捉えることを狙う。

[0028] 図 11のように、隣接バスバー 4bに流れる電流によって生じる磁場 5bは、傾けて配 置されたホール素子 2a及び 2bの感磁方向にほぼ垂直に入射するため、感度を持た ない。この点は、上述した実施例 6と同じ作用である。

一方、被測定バスバー 4aに流れる電流によって生じる磁場 5aは、ホール素子 2a及 び 2bの感磁方向に、実施例 6の場合に比べて、より一致する関係となる。このため、 被測定電流によって生じる磁場 5aを更に効率良く検出することが可能となる。

[0029] なお、図 11には信号処理集積回路 3は描かれていないが、実際にはプリント基板 1 に実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。 (実施例 8)

交流 (周波数が概ね数 kHz以上)電流が被測定対象バスバーに流れると、表皮効 果によって、生じる磁場 5aは図 12のように繭型の分布を示す。本実施例では、ホー ル素子 2a及び 2bを、この分布に合致するように配置する。隣接バスバー 4bに流れる 電流によって生じる磁場 5bは、傾けて配置されたホール素子 2a及び 2bの感磁方向 にほぼ垂直に入射するため、感度を持たない。

[0030] これに対し、被測定バスバー 4aに流れる電流によって生じる磁場 5aはホール素子 2a及び 2bの感磁方向により一致する関係となる。このため、被測定バスバー 4aに流 れる電流が交流 (周波数が概ね数 kHz以上)電流の場合には、ホール素子 2a及び 2 bを傾けない場合に比べて、被測定電流によって生じる磁場 5aを更に効率良く検出 することが可能となる。

なお、図 12には信号処理集積回路 3は描かれていないが、実際にはプリント基板 1 に実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。 (実施例 9)

ノ スバーが 3本以上ある場合において、両端部以外の位置のバスバーに適した配 置について、以下説明する。以下、図 13を参照し、バスバーが 3本で、その中央のバ スバーに適した配置について説明する。

[0031] 本実施例においては、図 13に示されているように、 2組のホール素子 2a及び 2b、 2 a'及び 2b 'を被測定対象電流の流れるバスバー 4bの中心 Pに対して点対称の位置 に配置する。バスバー 4bは、プリント基板 laの孔に挿入された状態で固定されてい る。

このように配置することで、これらホール素子に近く影響が大きな隣接バスバー 4a、 4cに流れる電流の影響を優先的に低減させることができ、更に被測定対象バスバー 4bに高周波電流が流れた際にも、被測定電流によって生じる磁場 5aを更に効率良 く検出することが可能となる。

[0032] 同図は、被測定対象バスバー 4bの中心 Pに対して点対称の位置に 2組のホール素 子を配置し、かつ、バスバー 4bに高周波電流が流れた状態を示しており、表皮効果 によって、生じる磁場 5aは図 12の場合と同様に繭型の分布を示す。

ここで、ホール素子 2a及び 2b 'を省略してホール素子 2a'及び 2bの組合せで磁場 5aを検出するようにしても良!、し、ホール素子 2a'及び 2bを省略してホール素子 2a 及び 2b，の組合せで磁場 5aを検出するようにしても良 、。

[0033] なお、図 13には信号処理集積回路 3は描かれていないが、実際にはプリント基板 1 aに実装されているものとする。また、いずれかのバスバーに磁性体を設けてもよい。 (電流測定方法）

上述した電流測定装置にお 、ては、以下のような電流測定方法が用いられて 、る 。すなわち、長手方向に対して垂直な断面が幅方向に広く厚さ方向に薄い略長方形 である様な扁平形状の導体が、 n本 (nは 2以上の整数）、上記長手方向に対して平 行に隣接して設けられ、電流が上記 n本の導体の上記長手方向に流れている時、上 記 n本の扁平形状の導体のうちの m本 (mは 1以上 n以下の整数)である被測定導体 に流れる電流の大きさを、上記 m本の被測定導体各々の近傍に 2個ずつ設けられ上 記 m本の被測定導体各々に流れる電流によって生じる磁場を検知する磁気センサの 出力に基づいて測定する電流測定方法であって、上記 2個ずつの磁気センサを、上 記 m本の被測定導体各々の前記幅方向の中央位置から該幅方向に所定距離だけ 離れた位置に、上記 m本の被測定導体各々に対して互いに対称となるように設け、 かつ、該磁気センサの感磁方向が、上記磁場の方向と同じ方向になるように設けた 電流測定方法が用いられて 、る。

[0034] この電流測定方法により、他相電流力 の影響を抑えるとともに、さらに被測定電流 に起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。 なお、ここで言う長手方向は、導体において、電流の流れる方向を意味し、必ずしも 導体形状を考えた時、長辺方向を指しているわけではない。一般に、長辺方向が電 流の流れる方向になって 、るためこのような表現とした。

(まとめ）

以上説明したように、本発明においては、プリント基板に凹部や孔部を設けておき、 それらの内面がバスバーの表面に当接するように配置することによって、バスバーに 対する位置決めを確実に行うことができる。

[0035] また、ホール素子の感磁面力 電流測定対象以外のバスバーを流れる電流による 磁場の方向に対して略平行になるように、ホール素子をプリント基板に実装すること により、隣接バスバーを流れる電流による磁場は、ホール素子感磁面に対して平行 に近い方向に印加されるため、その影響を大幅に軽減できる。ホール素子と電流値 を算出する回路とを電気的に接続する配線の設けられているプリント基板表面が磁 場の方向に対して略平行に位置するように、プリント基板を電流測定対象のバスバー に垂直に配置することによって、プリント基板上にできる配線ループ面に対して被測 定電流が生成する磁場を平行にできる。そのため、被測定電流に起因する誘導起電 力の発生を抑えることができる。 [0036] つまり、この配線ループによる誘導起電力がホール起電力にカ卩えられると出力の精 度が大幅に悪くなるが、上記配置によりプリント基板の基板面の法線方向に被測定 電流が流れるように配置されるため、配線ループ面と磁場の方向とをほぼ平行にする ことができる。その結果、被測定電流の変化による誘導起電力の影響を大幅に低減 することができる。

凹部又は孔部の近傍にホール素子を設けることにより、測定対象である扁平なバス バーのエッジ (端部）上部へホール素子を配置することができる。扁平な導体に電流 が流れて 、る場合、そのエッジ付近は電流の周波数に依存し難 、測定結果が得ら れるので、このように配置すれば、被測定電流の周波数に依存するバスバー内部の 電流分布の変化に起因した電流感度の変化を抑えることができる。

[0037] (請求の範囲に関する付記）

(1)長手方向に対して垂直な断面が幅方向に広く厚さ方向に薄 、略長方形である 様な扁平形状の導体が、 n本 (nは 2以上の整数)、前記長手方向に対して平行に隣 接して設けられ、電流が前記 n本の導体の前記長手方向に流れている時、前記 n本 の扁平形状の導体のうちの m本 (mは 1以上 n以下の整数)である被測定導体に流れ る電流の大きさを、前記 m本の被測定導体各々の近傍に 2個ずつ設けられ前記 m本 の被測定導体各々に流れる電流によって生じる磁場を検知する磁気センサの出力 に基づ!/、て測定する電流測定装置であって、

前記 2個ずつの磁気センサは、前記 m本の被測定導体各々の前記幅方向の中央 位置力 該幅方向に所定距離だけ離れた位置に、前記 m本の被測定導体各々に対 して互いに対称となるように設けられ、かつ、該磁気センサの感磁方向が、前記磁場 の方向と同じ方向になるように設けられて 、ることを特徴とする電流測定装置。このよ うに構成すれば、他相電流からの影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因す る誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。

(2)前記 m本の被測定導体を更に備えていることを特徴とする（1)に記載の電流測 定装置。バスバーなどの被測定導体と共に電流測定装置を構成すれば、上記（1)の 電流測定装置と同様に他相電流力 の影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に 起因する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。 (3)前記被測定導体が挿入され該被測定導体表面に内面が当接する凹部を有する 基板を更に備え、前記 2個の磁気センサは、前記凹部近傍に設けられていることを特 徴とする（1)または（2)に記載の電流測定装置。凹部の内面がバスバーの表面に当 接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことがで きる。

(4)前記被測定導体が挿入され該被測定導体表面に内面が当接する孔部を有する 基板を更に備え、前記 2個の磁気センサは、前記孔部近傍に設けられていることを特 徴とする（1)または（2)に記載の電流測定装置。孔部の内面がバスバーの表面に当 接するように配置することによって、バスバーに対する位置決めを確実に行うことがで きる。

(5)前記磁気センサは基板に実装され、

前記基板は、前記磁気センサの検知出力を処理して前記被測定導体に流れる電 流値を算出する回路と、前記磁気センサと前記回路とを電気的に接続する配線と、 を有し、

前記配線の設けられて 、る基板表面が前記磁場の方向に対して略平行に位置す るように、前記被測定導体に対して前記基板が位置していることを特徴とする（1)ま たは（2)に記載の電流測定装置。こうすることにより、交流電流が導体に流れた時に 生じる誘導起電力が発生しにくくなる。

(6)前記被測定導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含むことを特 徴とする（1)力も (5)までの 、ずれか 1項に記載の電流測定装置。磁性体を巻く等、 磁気シールドを施すことにより、他の導体を流れる電流によって生じる影響をよりいつ そう低減できる。

(7)前記磁気センサの感磁方向が、前記被測定導体以外の複数の導体を流れる全 ての電流により発生される合成磁場の向き対して不感な方向になっていることを特徴 とする（1)から（5)までの 、ずれか 1項に記載の電流測定装置。他の導体を流れる電 流によって生成される合成磁場の向きに対して、法線方向が感磁方向である感磁面 を平行になるように、僅かに傾ける等により合成磁場の向き対して不感にすることによ り、他の導体を流れる電流によって生じる影響をさらに低減できる。 (8)前記磁気センサはホール素子を有することを特徴とする（1)から（7)までの ヽず れか 1項に記載の電流測定装置。ホール素子を用いることで磁場の向きを含めて磁 場の大きさを検出でき、結果として外乱の磁場の影響を低減し、測定対象電流を精 度よく柳』定することができる。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、他相電流力 の影響を抑えるとともに、さらに被測定電流に起因 する誘導起電力の生成を抑え、小型で精度よく被測定電流を検出できる。本発明は 例えば商用 3相交流の測定装置や、 3相モータ駆動用インバータ装置などの、他相 電流からの影響を抑えつつ電流を測定する場合に、好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 平板状の導体が、電流を流れる方向に平行に、かつ前記複数の平板状の導体が一 つの平面内に位置するように配置され、前記複数の導体のそれぞれに流される電流 のうち、少なくとも 1つの導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、 測定対象の前記導体に流れる電流により生じる磁場を検知するための一対の磁気 センサを備え、

前記磁気センサは、前記平面に対して対称な位置に配置され、かつ前記磁気セン サの感磁方向が前記測定対象の導体に流れる電流による生じる磁場を検知するよう に配置されて 、ることを特徴とする電流測定装置。

[2] 前記磁気センサは、前記平板状の導体の中心線から幅方向にずれた位置に配置 されて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の電流測定装置。

[3] 前記一対の磁気センサは、前記電流の方向に垂直に配置された基板に固定され、 前記基板には前記導体が挿入されて前記導体を固定するための凹部または孔部を 有することを特徴とする請求項 1に記載の電流測定装置。

[4] 前記基板には、前記磁気センサの検知出力を処理して前記導体に流れる電流値 に変換する変換部と、前記磁気センサと前記変換部とを電気的に接続する配線部と

、を有し、

前記配線部が前記磁場の方向に対して平行になるように、形成されて 、ることを特 徴とする請求項 1に記載の電流測定装置。

[5] 前記測定対象の導体以外の導体に設けられた電磁シールド手段を更に含むことを 特徴とする請求項 1に記載の電流測定装置。

[6] 前記磁気センサの感磁方向力 前記平面に対して水平、かつ隣接する導体に流れ る電流により発生する磁気に対して不感となる角度に傾けて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。

[7] 前記磁気センサはホール素子を含むことを特徴とする請求項 1に記載の電流測定 装置。