(57)【要約】【課題】地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能な、電流計測装置を提供する。【解決手段】本発明の電流計測装置は、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体について、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置１Ａ（１）であって、電流によって生じる磁界を検出する、３つの磁気素子を備え、２本の平行な導体に対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、３つの磁気素子は、２本の平行な導体間において、直線上に配されている。【選択図】図１
2014106194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体について、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置であって、
前記電流によって生じる磁界を検出する、３つの磁気素子を備え、
前記２本の平行な導体２ａ，２ｂに対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子は、前記２本の平行な導体間において、前記直線上に配されている、ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体について、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置であって、
前記電流によって生じる磁界を検出する、３つの磁気素子を備え、
前記２本の平行な導体に対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子は、前記直線上に配され、前記３つの磁気素子のうち１つは、前記２本の平行な導体間に配され、残りの２つの磁気素子は、前記２本の平行な導体の外側に、それぞれ配されている、ことを特徴とする電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流計測装置に関する。より詳しくは、ディファレンシャルモ−ドまたはコモンモ−ドで伝播する電流の値を、電気的に非接触かつ導体を囲むコアなしで測定を行う電流計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車に代表されるように、大容量のバッテリ−の使用が拡大している。これにともない、バッテリ−の残量の確認や、寿命予測のための電源管理を行う必要性がますます増えており、導体に流れる電流値をセンサを用いて測定する必要がある。しかし、センサ部へ大電流が流れるような事態は好ましくなく、非接触式のセンサが使われることが多い。
【０００３】
非接触の電流センサとしては、リング状のコアで導体を囲む構造の電流センサが多く用いられている。この電流センサは、リング状のコア（リングコア）で囲まれた導体を流れる電流を計測する。しかしながら、リングコアを有する電流センサを用いる場合、測定対象となる電流が大きい場合には、コアの磁束密度が飽和しないように、リングコアを大型化する必要がある。
そこで、小型、軽量化を目的とし、磁気素子を用いたコアレスタイプの電流センサも開発されている。これは導体に流れる電流が作る磁界の強度を磁気素子を用いて検出し、その磁界強度から電流値を出力するものである。しかし、磁気素子の周辺には、測定対象とする磁界だけでなく、さまざまな外乱磁界が存在している。したがって、磁気素子に加わる磁界を、測定対象の電流の発生する磁界のみとすることができない。
【０００４】
また、１本の導体について測定する場合、蓄電装置への充放電を計測する目的で用いる電流センサとして不完全となっている。すなわち、コモンモ−ドの電流もディファレンシャルモ−ドの電流も区別することなく扱い、コモンモ−ドの成分の入射、放射、反射を無視することで、蓄電装置の蓄電量に対して誤差を生んでしまう。
【０００５】
一方、特許文献１には、図７に示すように、同じ大きさの電流が互いに逆方向に対となって流れる２つの平行な導体２０ａ，２０ｂ間の中央付近で、該電流によって生じる磁界を検出できるようにＭＩ素子２１が設置されてなる電流センサが、記載されている。
この電流センサを用いて、蓄電装置近傍の電源ラインを計測すると、充放電に寄与しないコモンモ−ドを除いた、ディファレンシャルモ−ドの電流を測定できる。
【０００６】
ここで、特許文献１に記載の、磁界測定方法について説明する。
導体２０ａ，２０ｂが十分に細く断面形状を無視できるような場合、導体間距離をＬとし、２本の導体２０ａ，２０ｂの中間を原点とし、２本の導体２０ａ，２０ｂを通る直線をｘ軸とすると、導体２０ａ，２０ｂは、原点からｘ＝−Ｌ／２，Ｌ／２に位置している。このとき、磁気素子２１をｘ＝０に配置するものとする。このとき磁気素子２１はｘ軸ならびに２本の導体２０ａ，２０ｂに対し、直交する向き（ｚ軸）に感度を有するように配置する。
【０００７】
２本の導体２０ａ，２０ｂを伝播するディファレンシャルモ−ドの電流Ｉがｘ軸上に発生させる磁界Ｈは、Ｈ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２−ｘ）＋１／（Ｌ／２＋ｘ）｝で求められる。このとき、ＭＩ素子２１の検出磁界をＨＡ  と定義し、この結果からＩを次式
Ｉ＝ＨＡ  ×（１／２）×π×Ｌ
により求めることができる。
【０００８】
この構造の場合、ＭＩ素子２１に外部からの磁界Ｈnoises（地磁気、近くの導体を流れる電流の発生する磁界、磁石などによる）が印加されると、ＨＡ  ＝Ｈ＋Ｈnoisesとなり、次式に示すＩerrorが計算されることになる。
Ｉerror ＝（ＨＡ  ＋Ｈnoises）×（１／２）×π×Ｌ
つまりＨnoisesによって現れる電流［Ｈnoises×（１／２）×π×Ｌ］が、そのまま求めるべき電流［ＨＡ  ×（１／２）×π×Ｌ］に加わってしまい、正しい電流Ｉが計算できない。例えば、電流が全く流れていない状態（Ｉ＝０）であっても、センサの検出結果は［Ｈnoises×（１／２）×π×Ｌ］の電流が流れていることになる。
【０００９】
このように、特許文献１に記載の方法では、導体間の一点で磁界の測定を行うため、導体を伝播する電流が発生させる磁界だけでなく、地磁気や、近隣の磁界発生源からの外乱磁界も印加されたときに、各測定対象とする磁界と外乱磁界とを区別することができない。そのため、正しい電流の値がわからないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−４９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能な、電流計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の電流計測装置は、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体について、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置であって、前記電流によって生じる磁界を検出する、３つの磁気素子を備え、前記２本の平行な導体に対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子は、前記２本の平行な導体間において、前記直線上に配されている、ことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の電流計測装置は、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体について、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置であって、前記電流によって生じる磁界を検出する、３つの磁気素子を備え、前記２本の平行な導体に対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子は、前記直線上に配され、前記３つの磁気素子のうち１つは、前記２本の平行な導体間に配され、残りの２つの磁気素子は、前記２本の平行な導体の外側に、それぞれ配されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電流計測装置では、３つの磁気素子を備え、前記２本の平行な導体に対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子は、前記直線上に配されている。複数の磁気素子を用いることで、地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電流計測装置の一構成例を示す図。
【図２】導体に流れる電流を計測する場合の動作フローを示す図。
【図３】２本の導体を伝播するディファレンシャルモ−ドの電流Ｉが発生する磁界Ｈを示す図。
【図４】演算における係数決定の方法についてフローを示す図。
【図５】本発明に係る電流計測装置の他の一構成例を示す図。
【図６】磁気素子の配置について説明する図。
【図７】従来の電流計測装置の一構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電流計測装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電流計測装置の一構成例を示す図である。
本実施形態の電流計測装置１Ａ（１）は、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する２本の平行な導体２ａ，２ｂについて、ディファレンシャルモ−ドとコモンモ−ドの一方あるいは両方の電流を検出する電流計測装置である。
【００１７】
電流計測装置１Ａ（１）は、平行な導体２ａ，２ｂと、この導体２ａ，２ｂを流れる電流を検出するための磁気素子３と、を備えている。平行な導体２ａ，２ｂは、例えば図示しない電源等に接続され、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する。
磁気素子３としては、例えばフラックスゲ−ト型素子や、ホ−ル素子、ＭＩ素子、ＧＭＲ素子など、特定方向の磁界感度を有する素子を用いることが好ましい。
【００１８】
そしてこの電流計測装置１Ａ（１）では、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを備え、前記２本の平行な導体２ａ，２ｂに対して所定の角度θをなして交差する直線Ｔを仮定したとき、前記３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃは、前記２本の平行な導体２ａ，２ｂ間において、前記直線Ｔ上に配されている。
【００１９】
２本の導体２ａ，２ｂをディファレンシャルモ−ドで伝播する電流Ｉの作る磁界Ｈは、位置により定まった定数をＩに掛けた値となる。このことから、外乱磁界がなく、電流Ｉの作る磁界しか存在しない場合、ある一点で磁界測定を行えば、他の場所での発生磁界を見積もることが可能である。逆に、外乱磁界の存在する環境で、一点での測定結果から見積もることのできる、他の場所での磁界は、実際の値と異なる。この差分を用いて、外乱磁界と電流Ｉを分離することで、外乱磁界の存在する環境下においても電流Ｉを精度よく求めることができる。
【００２０】
このように、複数の磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを用いることで、地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能となる。また、本発明によれば、外乱磁界が時間的に変化する場合も、外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能である。
【００２１】
さらに、電流計測装置１Ａ（１）は、図１に示すように、磁気素子駆動部１１、検出部１２、演算部１３、記憶部１４、出力部１５などを備えていてもよい。
磁気素子駆動部１１は、磁気素子３に高周波電流を流すことにより、磁気素子３を駆動する。
検出部１２は、印加磁界に応じて変化する、磁気素子３の例えばインピーダンス或いはその変化分に相当する信号を発生する。この検出部１２の検出出力信号は、演算部１３に送られる。
【００２２】
演算部１３は、検出部１２から送られる検出出力信号をもとに、導体２ａ，２ｂを流れる電流についての電流値データを算出し、出力部１５により外部に出力させる。このとき、記憶部１４に格納されている係数を用いて、演算を行う。
出力部１５は、演算部１３が算出した電流値データを表示したり、信号線を通じてアナログあるいはデジタルデータとして外部に送信する。無線や電力線通信等を用いて外部に送信してもよい。
なお、図１では、磁気素子駆動部１１、検出部１２を、１つの磁気素子についてのみ示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の電流計測装置１Ａ（１）では、平行に配された２本の導体２ａ，２ｂ間に３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃが配されている。この場合、前記導体２ａ，２ｂに対してθ＝９０度をなして交差する直線Ｔ（すなわち、導体２ａ，２ｂに対して直交する直線）を仮定したとき、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃは、前記直交する直線上に、等間隔で配されている。
【００２４】
この電流計測装置１Ａ（１）を用いて、導体２ａ，２ｂに流れる電流を計測する場合の動作フローを図２に示す。まず、各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの出力を求め（Ｓ１）、各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの出力結果と、記憶部１３に格納されている係数とを用いて、演算部１２にて積和計算を行い（Ｓ２）、演算結果は出力部１４から出力される（Ｓ３）。
【００２５】
ここでは、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃが、２本の導体２ａ，２ｂ間に、等間隔で配されている場合を例に挙げて説明する。
導体２ａ，２ｂが十分に細く断面形状を無視できるような場合、導体２ａ，２ｂ間距離をＬ、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃが等間隔であるとし、２本の導体２ａ，２ｂの中間を原点とし、２本の導体２ａ，２ｂを通る直線をｘ軸とおく。
導体２ａ，２ｂはｘ＝−Ｌ／２、Ｌ／２に存在し、磁気センサ素子３ａ，３ｂ，３ｃを位置Ａ（ｘ＝−Ｌ／４）、位置Ｂ（ｘ＝０）、位置Ｃ（ｘ＝Ｌ／４）にそれぞれ配置する。
【００２６】
磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃは、フラックスケ−ト型素子やＭＩ素子といった、特定方向の磁界感度を有する素子を用いることができる。磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを配する際には、その感磁方向が、２本の導体２ａ，２ｂと直交する向きであり、かつ、ｘ軸と直交する方向とすることが望ましい。
例えば、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃとしてＭＩ素子を用いる場合、ＭＩ素子の長手方向に電流源から高周波電流が流され、この時にＭＩ素子の両端に生ずる電圧をインピーダンス検出手段に入力し、印加磁界ＨＭによって生ずるＭＩ素子のインピーダンスまたはその変化分を検出する。
【００２７】
２本の導体２ａ，２ｂを伝播するディファレンシャルモ−ドの電流Ｉの発生する磁界Ｈを、図３に示す。
本実施形態では、２本の導体２ａ，２ｂを、ディファレンシャルモードで電波する電流を測定する。導体２ａ，２ｂを囲むコアなしの非接触での電流測定で、外乱磁界の影響を除く効果がある。
【００２８】
２本の導体２ａ，２ｂを伝播するディファレンシャルモ−ドの電流Ｉの発生する磁界Ｈは、
Ｈ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２−ｘ）+１／（Ｌ／２＋ｘ）｝で求められる。このとき、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの検出磁界をそれぞれＨａ，Ｈｂ，Ｈｃと定義すると、この結果からＩは次式
Ｉ＝（Ｈａ−２Ｈｂ＋Ｈｃ）×３／４×π×Ｌ
により求められる。
ディファレンシャルモ−ドの発生磁界を各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの位置で測定し、上式右辺に代入すると、Ｉを求めることができる。
【００２９】
次に、直線Ｔすなわちｘ軸上で、位置ｘに対し線形関数で表される外乱磁界（一様な外乱磁界を含む）が加わる場合を考える。前記外乱磁界は、任意の係数ａとｂを用いてａｘ＋ｂで表される。すなわち、各磁気素子の位置でＨａ＝ａ（−Ｌ／４）＋ｂ，Ｈｂ＝ｂ，Ｈｃ＝ａ（Ｌ／４）＋ｂの外乱磁界が検出される。これを先の計算式に代入すると、Ｉ＝０となる。これは、外乱磁界が出力Ｉに現れないということを意味する。
【００３０】
コモンモ−ドの電流の場合も同様に、ノイズ成分がキャンセルされることが確認できる。コモンモ−ド電流をＩｃとおくと、発生磁界ＨＩｃは、ＨＩｃ＝Ｉｃ／２／π×｛１／（Ｌ／２−ｘ）−１／（Ｌ／２＋ｘ）｝と表される。この発生磁界を各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの位置で計算し、先の計算式に代入すると、Ｉ＝０となり、出力には出てこない。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、ノイズ成分である、空間一様ノイズ、空間線形ノイズ、ならびに、２本の導体２ａ，２ｂを伝播するコモンモ−ド電流の発生する磁界を除いた計測が可能となる。
本実施形態では、空間一様の外乱磁界の影響をキャンセルできるのと同じ理屈で、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに同様に加わるノイズ成分、例えば電源電圧が不安定になることで３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃに同様に加わる同相ノイズ成分をキャンセルすることもできる。また、演算も簡単な四則演算のみで行うことができ、負荷を軽くすることができる。
【００３２】
しかし、この方法では、空間非線形のノイズ成分は、キャンセルしきれない。他方、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの位置ズレには鈍感であるので、製造工程や製品の出荷後に、導体に対する位置ズレが生じたとしても、出力（電流Ｉ）に与える影響が少ないという長所もある。磁気素子３ｂＢの測定磁界Ｈｂに対し、磁気素子３ａ，３ｃの測定磁界Ｈａ，Ｈｃが大きい場合、あるいは、ＨａとＨｃの差が一定以上の場合、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの位置がズレがあるか、想定しうる外乱磁界を超える外乱が印加されていることになり、単純な故障診断を行うことができる。
【００３３】
つぎに、上述した演算における、係数決定の方法について説明する。
演算の係数は、製造ばらつき（例えば磁気素子の搭載位置や、導体の形状が設計と製品で異なる場合など）を考慮する必要がある。磁気素子の出力する値に必要な精度が、製造ばらつきを考慮しても、十分に確保できる場合には、設計段階で決定している数値としてよい。しかし、一般にセンサ製品は、高い精度を確保するために製造ばらつきを解消するための補正を行う。そのフローを図４に示す。
【００３４】
（１）まず、電流を導通していない状態で、各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃにノイズ磁界を与え、そのときの、各磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの測定磁界ＨＮ１１  、ＨＮ１２  、ＨＮ１３  を計測する（Ｓ１１）。
（２）次に、電流Ｉを導通した場合の、各センサの測定磁界ＨＩ１  、ＨＩ２  、ＨＩ３  を計測する（Ｓ１２）。
（３）次に、演算用係数を未知数とおき、Ｉを求める式と不要な磁界成分がＩに含まれない条件から、連立方程式を立てる（Ｓ１３）。
（４）そして、方程式の解を演算用係数として、記憶部に記録する。なお、方程式に複数の解がある場合は、いずれかの値に決定する（Ｓ１４）。
【００３５】
図１に示す電流計測装置１Ａ（１）を例に説明する。位置Ａ（ｘ＝−Ｌ／４），位置Ｂ（ｘ＝０），位置Ｃ（ｘ＝Ｌ／４）にそれぞれ置かれた磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの出力を、各位置ｘに対し線形の外乱磁界（ａｘ＋ｂ）のみが加わっている状態では、ＨＮ１１  ＝ａ（−Ｌ／４）＋ｂ，ＨＮ１２  ＝ｂ，ＨＮ１３  ＝ａ（Ｌ／４）＋ｂとし、電流Ｉが流れた状態でＨＩ１  、ＨＩ２  、ＨＩ３  とする。このとき演算用係数をｄ，ｅ，ｆと置くと、
電流Ｉの演算：
Ｉ＝ｄ×ＨＩ１  ＋ｅ×ＨＩ２  ＋ｆ×ＨＩ３  
空間一様ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×ＨＮ１１  ＋ｅ×ＨＮ１２  ＋ｆ×ＨＮ１３  （ａ＝０，ｂ＝１）
空間線形ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×ＨＮ１１  ＋ｅ×ＨＮ１２  ＋ｆ×ＨＮ１３  （ａ＝１，ｂ＝０）
なお、本例では演算用係数ｄ，ｅ，ｆは一意に決定する。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第二実施形態に係る電流計測装置の一構成例を示す図である。
この電流計測装置１Ｂ（１）は、第一実施形態に係る電流計測装置１Ａ（１）と同様に、同値の電流が互いに逆方向に対となって伝播する平行な導体２ａ，２ｂと、この導体２ａ，２ｂを流れる電流を検出するための磁気素子３とを備えている。
【００３７】
そして本実施形態の電流計測装置１Ｂ（１）では、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを備え、前記２本の平行な導体２ａ，２ｂに対して所定の角度θをなして交差する直線を仮定したとき、前記３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃは、前記直線上に配され、前記３つの磁気素子のうち１つの磁気素子３ｂは、前記２本の平行な導体２ａ，２ｂ間に配され、残りの２つの磁気素子３ａ，３ｃは、前記２本の平行な導体２ａ，２ｂの外側に、それぞれ配されている。
【００３８】
この電流計測装置１Ｂ（１）でも、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを用いて、上述した第一実施形態と同様の演算処理を行うことにより、地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルすることができ、正しい電流値を計測することが可能となる。
【００３９】
なお、上述した第一及び第二実施形態において、限定されるものではないが、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃは、バランス良く（対称或いは等間隔に）配置されていることが好ましい。
以下に、その理由を述べる。
【００４０】
ここでは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃが、等間隔に配されていない場合について述べる。どのパタ−ンであっても上記演算用係数ｄ，ｅ，ｆを決定することができれば、空間一様ノイズと空間線形ノイズをキャンセルしつつ、電流Ｉを求めることができる。
【００４１】
しかしながら、空間奇関数ノイズと、コモンモ−ド電流の発生磁界をキャンセルするためにはｘ＝０を中心に対称に磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃを配置する必要がある。
つまり、空間奇関数ノイズと、コモンモ−ド電流の発生磁界を、図６（ａ）の第一パタ−ン，図６（ｂ）の第二パターンにおいてはキャンセル可能であるが、図６（ｃ）の第三パタ−ンではキャンセルできない。
【００４２】
これを数式で説明する。その前に位置ｘでの電流Ｉによる発生磁界と、各成分の数式を示す。
空間一様ノイズ：ｂ
空間線形ノイズ（空間一様ノイズを除く）：ａ×ｘ
空間奇関数ノイズ：Σａｎ  ×ｘｎ  （ｎ＝１、３、５、７、…）：
空間２次関数ノイズ：ａ２  ×ｘ２  
空間遇関数ノイズ：Σａｎ  ×ｘｎ  （ｎ＝０、２、４、６、…）
コモンモ−ド電流Ｉｃによる磁界ノイズ：
Ｉｃ／２／π（−１／（Ｌ／２−ｘ）＋１／（Ｌ／２＋ｘ））
ディファレンシャルモ−ド電流Ｉによる磁界：
Ｉ／２／π（１／（Ｌ／２−ｘ）＋１／（Ｌ／２＋ｘ））
ここで、空間奇関数ノイズと空間遇関数ノイズは、テイラ−級数により表現した。
【００４３】
空間奇関数成分は空間奇関数ノイズと、空間線形ノイズ（空間一様ノイズを除く）と、コモンモ−ド電流Ｉｃによる磁界ノイズを含む。そのため、空間奇関数成分を除去することで、前記３種のノイズ成分が除去される。ディファレンシャルモ−ド電流Ｉによる磁界は空間奇関数成分ではないため、空間奇関数成分を全てキャンセルしても問題はない。
【００４４】
しかしながら、空間遇関数成分は除去できない。なぜならば、ディファレンシャルモ−ド電流Ｉによる磁界は空間遇関数である（空間遇関数成分は空間一様ノイズ、空間２次関数ノイズ、ディファレンシャルモ−ド電流Ｉによる磁界を含む）ので、本提案の延長で、全ての空間遇関数ノイズをキャンセル可能としながら、ディファレンシャルモ−ド電流Ｉを求めることは不可能である。理論上、無限個の磁気素子を準備すれば可能となるが、実現は難しい。
【００４５】
以下では、上述した第一パタ−ン、第二パターンの強みについて解説する。
導体２ａ，２ｂが、ｘ＝−Ｌ／２，Ｌ／２に存在し、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ、ｘａ＝−ｐ，ｘｂ＝０，ｘｃ＝ｐ（ｐは正の数かつＬ／２ではない）に置かれるとする。ここで、ｐ<Ｌ／２のときパタ−ンＡ、ｐ>Ｌ／２のときパタ−ンＢの配置となる。
【００４６】
このとき、ｄ，ｅ，ｆは、次式により決定する。
電流Ｉの演算：
Ｉ＝ｄ×ＨＩ１  ＋ｅ×ＨＩ２  ＋ｆ×ＨＩ３  
ＨＩ１  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２＋ｐ）＋１／（Ｌ／２−ｐ）｝，
ＨＩ２  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２）＋１／（Ｌ／２）｝，
ＨＩ３  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２−ｐ）＋１／（Ｌ／２＋ｐ）｝を代入し、
２π＝（ｄ＋ｆ）×｛１／（Ｌ／２−ｐ）＋１／（Ｌ／２＋ｐ）｝＋４ｅ／Ｌ
空間一様ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×１＋ｅ×１＋ｆ×１
空間線形ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×（−ｐ）＋ｅ×０＋ｆ×ｐ
以上の３式より、
ｄ＝ｆ＝π×｛１／（Ｌ／２−ｐ）＋１／（Ｌ／２＋ｐ）−４／Ｌ｝，
ｅ＝−２π×｛１／（Ｌ／２−ｐ）＋１／（Ｌ／２＋ｐ）−４／Ｌ｝，
が求められる。
特に、ｐ＝Ｌ／４の場合、ｄ＝３／４×π×Ｌ，ｅ＝−３／２×π×Ｌ，ｆ＝３／４×π×Ｌが求められる。
【００４７】
磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの測定磁界を、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃと定義すると、
Ｉ＝ｄ×Ｈａ＋ｅ×Ｈｂ＋ｆ×Ｈｃ
このとき、空間奇関数成分のみを考えると、
Ｈａ＝−Σａｎ  ×ｐｎ          （ｎ＝１，３，５，７，…）
Ｈｂ＝０
Ｈｃ＝Σａｎ  ×ｐｎ            （ｎ＝１，３，５，７，…）
となる。これらを代入すると、
Ｉ＝ｄ×（−Σａｎ  ×ｐｎ  ）＋０＋ｆ×（Σａｎ  ×ｐｎ  ） 
＝０ （ｎ＝１，３，５，７，…）
となり空間奇関数成分が除去されることがわかる。
【００４８】
一方、図６（ｃ）に示す第三パターンのように、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃが非対称に配されている場合、空間奇関数成分が除去しきれなくなる。導体２ａ，２ｂがｘ＝−Ｌ／２，Ｌ／２に存在し、３つの磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ、ｘａ＝−ｐ，ｘｂ＝０， ｘｃ＝ｑ（ｐ，ｑは正の数かつＬ／２ではない。またｐはｑと異なる）に置かれるとする。ｐ>Ｌ／２，ｑ<Ｌ／２のとき第三パタ−ンの配置となる。
【００４９】
第一パタ−ン，第二パターンの場合と同様に、第三パタ−ンの場合のｄ，ｅ，ｆを次式で決定する。
電流Ｉの演算：Ｉ＝ｄ×ＨＩ１  ＋ｅ×ＨＩ２  ＋ｆ×ＨＩ３  
ＨＩ１  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２＋ｐ）＋１／（Ｌ／２−ｐ）｝，
ＨＩ２  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２）＋１／（Ｌ／２）｝，
ＨＩ３  ＝Ｉ／２／π×｛１／（Ｌ／２−ｑ）＋１／（Ｌ／２＋ｑ）｝を代入し、
２π＝ｄ×｛１／（Ｌ／２＋ｐ）＋１／（Ｌ／２−ｐ）｝＋４ｅ／Ｌ＋ｆ×｛１／（Ｌ／２＋ｑ）＋１／（Ｌ／２−ｑ）｝
空間一様ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×１＋ｅ×１＋ｆ×１
空間線形ノイズ成分のキャンセル：
０＝ｄ×（−ｐ）＋ｅ×０＋ｆ×ｑ
ｄ＝−ｆ×ｑ／ｐ
空間線形ノイズ成分のキャンセルを考えると、ｄとｆの絶対値は等しくならない。
【００５０】
ここで、磁気素子３ａ，３ｂ，３ｃの測定磁界を、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃとおくと、
Ｉ＝−ｆ×ｑ／ｐ×Ｈａ＋ｅ×Ｈｂ＋ｆ×Ｈｃ
このとき、空間奇関数成分のみを考えると、
Ｈａ＝−Σａｎ  ×ｐｎ      （ｎ＝１，３，５，７，…）
Ｈｂ＝０
Ｈｃ＝Σａｎ  ×ｑｎ          （ｎ＝１，３，５，７，…）
これらを代入すると、
Ｉ＝−ｆ×ｑ／ｐ×（−Σａｎ  ×ｐｎ  ）＋ｆ×（Σａｎ  ×ｑｎ  ）  
（ｎ＝１，３，５，７，…）
となり、Ｉ＝０にはならない（ただし、ａ３  、ａ５  、ａ７  〜が全て０（ゼロ）の場合のみＩは０（ゼロ）となる、つまりａ１  のみ０（ゼロ）でない値をもつ場合）。同様に空間奇関数成分に含まれるコモンモ−ド電流の成分も除去しきれない。
【００５１】
このように、第三パタ−ンとならず第一パターン，第二パタ−ンであっても、ｘ＝０を中心に対称に磁気素子が配置されない場合に、空間奇関数成分が十分に除去できず、電流センサとしての性能が劣化するので、磁気素子をバランス良く配置することが好ましい。
【００５２】
以上、本発明の電流計測装置について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、電流計測装置に広く適用可能である。特に、本発明に係る電流計測装置は、地磁気などの外乱磁界の影響をキャンセルして、正しい電流値を計測することが可能であるとともに、小型、軽量化も図ることができ、かつ、センサ部へ大電流が流れるような事態を避けることも可能な、非接触式のセンサとして有用である。
本発明に係る電流計測装置の用途先としては、たとえば、自動車や列車、飛行機、船舶などの運搬用途、発電施設や変電施設、送電施設、工場や家庭の屋内配線などの電力用途、ＰＣや携帯電話、ファクシミリなどの情報機器用途、などが挙げられる。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ，１Ｂ（１）  電流計測装置、２ａ，２ｂ  導体、３ａ，３ｂ，３ｃ  磁気素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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