(57)【要約】【課題】      測定対象電線にクランプすることなく、測定対象電線の電流を測定できる非クランプ形状の電流測定装置を提供する。【解決手段】  測定対象電線の導体への距離の情報を取得する近接センサ１１と、測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界の情報を取得する磁気センサ１２とを備え、測定装置本体２０に、磁気センサ１２で取得した磁界の情報と、近接センサ１１が取得した測定対象電線の導体への距離の情報とから、前記測定対象電線に流れる電流値を演算する演算手段としてのＣＰＵ２６を備える。【選択図】      図２
2020038113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象電線の導体への距離の情報を取得する近接センサと、
前記測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界の情報を取得する磁気センサと
を備え、
前記磁気センサで取得した磁界の情報と、前記近接センサが取得した前記測定対象電線の導体への距離の情報とから、前記測定対象電線に流れる電流値を演算する演算手段を備えている
ことを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流測定装置であって、
前記近接センサは、渦電流センサであり、
渦電流センサのコイルの平面形状が前記測定対象電線の伸長方向にそのコイルの長手方向が伸長した形状であって、複数枚のコイルを積層して構成されている
ことを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
磁気センサが測定対象電線に流れる電流により生ずる磁界の情報を取得し、
渦電流センサが前記測定対象電線の導体への距離の情報を取得し、
演算手段が、前記取得した磁界の情報と、前記測定対象電線の導体への距離の情報とから、前記測定対象電線に流れる電流の値を演算する
ことを特徴とする電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流測定装置および電流測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活線状態の測定対象電線の電流を測定するものとしてクランプメータが用いられている。
このクランプメータは、測定対象電線に電流センサであるクランプセンサを装着して測定対象電線の電流を測定する。クランプセンサには、測定対象電線の周りに環状に配列される閉鎖磁路を形成する磁気コアと磁気コアの磁気を検出するホール素子や検出コイルからなる磁気センサを備えたものがある。また、ケーブルタイプのフレキシブル電流センサもある。
【０００３】
いずれも、活線状態にある測定対象電線の電流を測定するためには、クランプセンサを測定対象電線に周回させて取り付けるための空間が測定対象電線の周囲になければならず、たとえば、壁などに測定対象電線が外せないように取り付けられているような場所では、クランプセンサを用いた測定ができない。
【０００４】
このような課題を解決するために、測定対象電線に接近させてセンサをクランプすることなく、測定対象電線の電流を測定しようとする電流測定装置の提案がある。
【０００５】
第一の提案は、測定対象電線の被覆に接触できる端子を備えた測定装置であって、端子に測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界を検出する磁気センサを備え、この磁気センサで検出した磁界と、測定対象電線の規格情報を入力あるいは選択できる操作部を設けて、測定対象電線の規格によって定まる測定対象電線の被覆の厚さ、導体の太さの情報に基づいて、導体への距離と、磁気センサで検出した磁界とから、測定対象電線の電流を演算するものである。
他の提案は、特許文献１に記載の電流測定装置であって、同一形状の磁気検出コイルを測定対象電線と平行に、かつ、測定対象電線への相対距離を所定寸法だけずらした状態にした磁気センサを設け、ふたつの磁気検出コイルの検出した磁界の差から、測定対象電線の導体までの距離を求め、求めた距離と、検出した磁界とから測定対象電線に流れる電流を演算するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５９４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の第一の電流測定装置は、測定する電線の規格情報を入力する、あるいは規格情報を選択する必要がある。測定対象電線の規格がわからない場合には、測定対象電線の導体までの距離が決まらないので測定値の演算ができない。また、作業者は、測定の都度、測定対象電線の規格情報を入力あるいは選択しなければならないので、作業が煩雑となるきらいがある。
また、特許文献１に記載の電流測定装置では、磁界を検出するふたつの磁気検出コイルを、測定対象に対して検出できる磁界に有意な差がでる距離に離して設ける必要がある。
このことは、ふたつの磁気検出コイルが設けられているセンサ部分が測定対象電線に対して相当な距離を必要とするので、大型化することを示しており、現場で使用するクランプメータの使用状況にそぐわない課題がある。
【０００８】
本発明は、測定対象電線にセンサをクランプすることなく、電流を測定することができ、しかも小型で測定作業も煩わしくなく、また、正確な測定が可能な電流測定装置および電流測定方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の側面は、電流測定装置であって、測定対象電線の導体への距離の情報を取得する近接センサと、測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界の情報を取得する磁気センサとを備え、磁気センサで取得した磁界の情報と、近接センサが取得した測定対象電線の導体への距離の情報とから、測定対象電線に流れる電流値を演算する演算手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
なお、近接センサは、渦電流センサであり、渦電流センサのコイルの平面形状が前記測定対象電線の伸長方向にそのコイルの長手方向が伸長した形状であって、複数枚のコイルを積層して構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の他の側面は、電流測定方法であって、磁気センサが測定対象電線に流れる電流により生ずる磁界の情報を取得し、渦電流センサが測定対象電線の導体への距離の情報を取得し、演算手段が、取得した磁界の情報と、測定対象電線の導体への距離の情報とから、測定対象電線に流れる電流の値を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
近接センサによって、測定対象電線の導体までの距離がより正確にわかるので、正確な電流測定が可能である。また、センサ部に、磁気センサと近接センサとを設けるので、ハンディであって、可搬の装置とすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態の電流測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の測定原理を説明する模式図である。
【図３】渦電流センサが積層されたコイルからなることを説明する図である。
【図４】電流センサの渦電流センサとホール素子センサとが取り付けられた構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第一実施の形態の電流測定装置の構成を示す図であり、渦電流センサ１１によって、測定対象電線の導体２までの距離を検出し、その検出した距離と、磁気センサであるホール素子センサ１２で検出した磁界から、測定対象電線の導体２に流れる電流を検出する構成を示している。
【００１５】
本実施の形態の電流測定装置は、センサ部１０と、測定装置本体２０とから構成されている。
センサ部１０は、測定対象電線の導体２への距離を検出する近接センサである渦電流センサ１１と、測定対象導体の導体２を流れる電流によって生ずる磁界を検出する磁気センサであるホール素子センサ１２とを備えている。測定装置本体２０は、渦電流センサ１１からの信号が入力されるアナログディジタル変換器２３と、ホール素子センサ１２からの信号が入力されるアナログディジタル変換器２４と、このアナログディジタル変換器２３、２４のディジタル信号が入力される演算手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit)２６と、プログラムあるいはデータ、演算結果等を記憶するメモリ２７と、ＣＰＵ２６にインタフェース（Ｉ／Ｏ）２８を介して接続されている操作部３１と、通信部３２と、表示部３３とを備えている。
【００１６】
図１に示した電流測定装置の動作を説明する。
渦電流センサ１１から出力される信号は、アナログディジタル変換器２３でディジタル信号に変換され、ＣＰＵ２６に入力される。また、ホール素子センサ１２から出力される信号はアナログディジタル変換器２４でディジタル信号に変換され、ＣＰＵ２６に入力される。ＣＰＵ２６は、メモリ２７に記憶されたプログラムに基づき、渦電流センサ１１からの信号から、渦電流センサと測定対象電線の導体２との距離を演算し、この距離と、ホール素子センサ１２からの測定対象電線の導体２を流れる電流によって生ずる磁界の情報とに基づいて、測定対象電線の導体２を流れる電流値を演算して、表示部３３に出力表示する。
【００１７】
図２に基づいて、本発明の電流検出の原理を説明する。図２は、本発明の電流検出の原理を説明する模式図である。
渦電流センサ１１と、ホール素子センサ１２とは、電流センサ１０の基板１３に設けられており、渦電流センサ１１とホール素子センサ１２とは、基板１３に測定対象電線の導体２の軸方向に近接して設けられている。
【００１８】
ここで、測定対象電線の導体２には、交流の電流Ｉが流れる。この電流Ｉにより、導体２の軸周りに円周状の誘導磁界が生ずる。この誘導磁界は、導体２に流れる電流方向に対して時計周りの磁界である。この誘導磁界は、磁束に直交する磁束感知面を有するホール素子センサ１２によって検出できる。
【００１９】
一方、渦電流センサ１１は、検出コイルに数ＭＨｚの高周波の一定電流を流すと、対向する導体２の表面に生ずる渦電流によって、検出コイルのインピーダンスが変化することで、検出コイルと導体との距離を検出する近接センサである。
この渦電流センサ１１による磁界は、図２に示されるように、導体２の軸に直交する断面方向に形成されるものであり、その方向は、導体２に流れる電流によって生ずる誘導磁界にも直交する。そして、渦電流センサ１１によって生ずる磁界の周波数は、数ｋＨｚより高い周波数であるため、ホール素子センサ１２が検出する導体２を流れる電流によって生ずる誘導磁界の周波数、すなわち、商用周波数である５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの周波数とは検出帯域が異なっている。
したがって、導体２の電流によって生ずる磁界と渦電流センサ１１の磁界とは、相互に影響を及ぼすものではなく、また、周波数が異なるので、検出信号をフィルタを介することによって、分離することが可能であって、渦電流センサ１１の信号から、導体２までの距離の情報が得られ、ホール素子センサ１２の信号から、導体２に流れる電流の誘導磁界の情報が得られる。
【００２０】
ホール素子センサ１２で検出した誘導磁界と渦電流センサが検出した導体までの距離に基づいて、導体２の電流が求められる原理を説明する。
【００２１】
導体２に流れる電流Ｉは、アンペールの法則により、次の（１）式で表される。
Ｉ＝２πｒＨ                        …（１）
ここで、Ｈは、磁場（導体の周りの磁場）の強さ
ｒは、Ｈの測定箇所と、導体との距離
Ｈは、磁束密度と透磁率の定義式で次のように表される。
Ｈ＝Ｂ／μ０                          …（２）
ここで、透磁率μ０は、空気中の透磁率であるが、空気の透磁率は、真空の透磁率とは異なるが、同じであるとして扱って差し支えないので、計算では真空中の透磁率μ０を用いる。
Ｂは、ホール素子センサが検出する磁束密度であるが、磁気センサで計測してえられた磁場（導体周り）の強度Ｘと等しいと考えられ、また、導体との距離ｒをＹとおけば、
【数１】
2020038113.tif 000003
真空中の透磁率μ０は、μ０＝４π×１０−７であるから、導体２を流れる電流値Ｉは、
【数２】
2020038113.tif 000004
により、渦電流センサ１１から得られた距離Ｙ（Ｙ＝ｒ）と、ホール素子センサ１２とから得られた磁界の強さ（Ｘ）から、導体２の電流値を求めることができる。
【００２２】
以上の演算は、理論的に電流値を求める方法であるが、電線の絶縁被覆や電線の太さ、あるいは場所等の特性によるバラツキを少なくするために、以下のような補正を行うとよい。
絶縁被覆厚が異なる電線を複数種類用意して、近接センサ１１が検出する距離を補正する。そして、この電線に既知の電流を流し、実際に流れている電流と等しくなるような補正式を作成し、メモリ２７に記憶させておく。測定の都度、メモリ２７に記憶された補正式を用いて、表示される電流値を補正する。
【００２３】
次に図３を参照して、渦電流センサ１１の構成について説明する。
渦電流センサ１１は、導体２に生ずる渦電流により、センサの検出コイルのインダクタンスが変化することを検出するものであり、渦電流センサ１１の検出コイルが発生する磁界が、導体２の外に漏れると感度が低下するため、感度の低下を防ぐための工夫が必要である。
本実施の形態では、渦電流センサ１１の検出コイルの形状を、基板上に１０ターンの導体を形成し、長手方向が導体２の軸方向であり、短手方向が導体２の幅方向である、長方形の形状として、この検出コイルを１０層に積層したものとした。各層間は、スルーホールにより、各層間を接続した。この検出コイルの縦横は、６×３ｍｍとした。
測定対象電線の導体２の幅方向に磁界の漏れが少なく、かつ導体２の軸方向に磁気結合が長い形状となっいるので、渦電流センサ１１としての感度を向上させることができる。
【００２４】
図４に、さらに渦電流センサ１１と、ホール素子センサ１２との取り付け構造を説明する模式図である。
渦電流センサ１１は、検出コイルを多層に積層しており、検出コイルの磁束感知方向は測定対象電線の導体２の軸方向に直交している。積層された検出コイルの積層体は、センサ部１０の基板１３に取り付けられている。一方、ホール素子センサの磁束感知方向は、導体２の軸方向に平行であって、検出コイルの磁束の感知方向と直交するので、ホール素子センサの磁束感度検知方向が、基板１３に直交する方向となるように、基板１３に垂直な方向にホール素子センサ１２を載せる基板を設けて、そこにホール素子センサ１２を取り付ける構造とする。
【００２５】
なお、以上のように、渦電流センサの検出コイルの形状を、６×３ｍｍの長方形としたが、導体２の軸方向にその形状が偏平した楕円や菱形であってもよい。また、その積層数を１０としたが、必要に応じてその積層数は選択できる。
【００２６】
（他の実施の形態）
渦電流センサ１１の感度は、検出コイルと測定対象電線の導体２との間の磁気結合の強さによって左右される。導体に対して検出コイルが平行、すなわち、導体に対して検出コイルが発生する磁界が垂直であるときは、もっとも感度がよい。一方、検出コイルが導体に対して傾いていた場合には、磁気結合が弱くなっているので、感度が低下する。
このため、複数の渦電流センサ１１を設けることで測定対象電線の導体２に対して傾いていたとしても、その傾きによる不確かさを補償することができる。
【００２７】
なお、渦電流センサ１１と測定対象電線とが傾きを生ずることなく、接することができるように、電流センサ１０の測定対象電線との接触面を形成してもよい。測定対象電線に当てる面を軸方向に溝をもった形状としてもよい。
上記実施の形態では、磁気センサとして、ホール素子センサを用いる例で説明したが、磁気センサとして、インダクタンスを用いたものでもよい。
【符号の説明】
【００２８】
２    導体
１０    センサ部
１１    渦電流センサ
１２    ホール素子センサ
１３    基板
２０    測定装置本体
２３、２４  アナログディジタル変換器
２６    ＣＰＵ
２７    メモリ
２８    インタフェース（Ｉ／Ｏ）
３１    操作部
３２    通信部
３３    表示部（ＬＣＤ）
３４    音響出力部
【図１】
2020038113.tif 000005
【図２】
2020038113.tif 000006
【図３】
2020038113.tif 000007
【図４】
2020038113.tif 000008