(57)【要約】【課題】幅広な導体を流れるコモンモード電流を簡便な方法でより正確に測定する電流測定装置を提供すること。【解決手段】測定プローブ３は、被測定導体２を流れる電流２０により発生する磁束３０を筒状のループアンテナにより誘起電圧として検出する。測定プローブ３の長さは被測定導体２の幅に略等しくする。測定プローブ３の側面位置には長手方向にスリット４を形成し、スリットの長手方向の略中央位置には、ループアンテナからの誘起電圧を検出する給電点５を設ける。測定プローブ３にて検出した誘起電圧は給電点５を介して信号処理部８，９，１０に伝送され、電流値に換算される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅広な被測定導体を流れる電流を測定する電流測定装置において、
前記被測定導体を流れる電流により発生する磁束を筒状のループアンテナにより誘起電圧として検出する測定プローブと、
該測定プローブにて検出した誘起電圧を電流値に換算する信号処理部とを備え、
前記測定プローブの長さは前記被測定導体の幅に略等しくした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において、
前記測定プローブの長さは、前記被測定導体の幅より外側の部分で誘起される電圧により、前記被測定導体の幅の部分で発生した有効な検出電圧を低下させない長さとしたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電流測定装置において、
前記測定プローブには長手方向にスリットを形成し、該スリットは前記被測定導体から見て前記測定プローブの側面位置に設けてあり、
該スリットの長手方向の略中央位置には、前記ループアンテナからの誘起電圧を検出して前記信号処理部に伝送する給電点を設けたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電流測定装置において、
前記測定プローブの長手方向の形状は、前記被測定導体を流れる電流により発生する磁束の流線の曲率を有することを特徴とする電流測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電流測定装置において、
前記被測定導体が複数の導体である場合、当該装置により各導体を流れる電流の総和値であるコモンモード電流を測定することを特徴とする電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器内のケーブル等を流れる電流を測定するのに好適な電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器では、構成部品がモジュール化され、それらをケーブルやコネクタ等で接続して信号や電力の伝送を行っている。また、電子機器の高速化・高機能化に従い、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）対策が重要となっている。すなわち、電子機器の放出する電磁ノイズは、各モジュール間に流れる電流（コモンモード成分）により発生するが、ノイズ放射メカニズムの解明のため、ケーブルやコネクタを流れる電流の測定が必要となっている。
【０００３】
一般に導体内を流れる電流を測定するには、カレントトランスやループアンテナが用いられ、電流が発生する磁界（磁束）を測定して電流値に換算して求めている。しかし、カレントトランスはリング状の測定器で導体を挟む構造であり、幅広のケーブル等には使用困難である。これに対しループアンテナは、導体を挟むことなく片側に設置して測定できるメリットがある。例えば特許文献１には、４本のループアンテナを用いて各ループアンテナの出力を合成することで、コモンモード、ノーマルモードの電流を求める装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６８８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子機器に実装されるフラットケーブルや多ピンコネクタのような幅広の導体の電流を測定するためには、導体の片側に設置して測定できるループアンテナ方式が適している。しかし特許文献１に開示される測定装置では、４本のループアンテナと出力を合成する回路とが必要であり、カレントトランス方式に比べて構成が複雑になる。また、ループアンテナ方式では線状のアンテナと導体との距離により測定感度が変化するので、特に幅広導体を流れる電流が一様でない場合（多芯ケーブル、多ピンコネクタ）などには、アンテナの設置位置や電流分布により測定誤差を生じやすい。
【０００６】
本発明の目的は、幅広な導体を流れるコモンモード電流を簡便な方法でより正確に測定する電流測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、幅広な被測定導体を流れる電流を測定する電流測定装置において、被測定導体を流れる電流により発生する磁束を筒状のループアンテナにより誘起電圧として検出する測定プローブと、測定プローブにて検出した誘起電圧を電流値に換算する信号処理部とを備え、測定プローブの長さは被測定導体の幅に略等しくしたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、測定プローブには長手方向にスリットを形成し、スリットは被測定導体から見て測定プローブの側面位置に設けてあり、スリットの長手方向の略中央位置には、ループアンテナからの誘起電圧を検出して前記信号処理部に伝送する給電点を設けた。
また、測定プローブの長手方向の形状は、被測定導体を流れる電流により発生する磁束の流線の曲率を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、幅広な導体を流れるコモンモード電流を簡便な方法でより正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による電流測定装置の一実施例を示す構成図。
【図２】測定プローブ３の形状と電流測定の原理を説明する図。
【図３】測定プローブ３の他の形状を示す図。
【図４】測定プローブの第１の例（実施例１）を示す図。
【図５】各導体に流すテスト電流の値を示す表。
【図６】図４の測定プローブによる測定結果を示す図。
【図７】測定プローブの第２の例（実施例２）を示す図。
【図８】図７の測定プローブによる測定結果を示す図。
【図９】測定プローブの製造工程の一例を示す図（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による電流測定装置の一実施例を示す構成図である。
電流測定装置１は、フラットケーブル等の幅のある被測定導体２（以下、単に「導体」と呼ぶ）を流れる電流２０を測定するもので、測定プローブ３（以下、単に「プローブ」と呼ぶ）と、信号処理部であるプリアンプ８、スペクトラムアナライザ９及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０を備える。
【００１２】
プローブ３には導電材からなる筒状のループアンテナを用いており、導体２を流れる電流２０が作る磁束により発生する誘起電圧を検出する。誘起電圧と電流２０との関係はプローブ３の形状と設定位置により一義に決まるので、予め換算式を求めておき、換算式を用いることで電流２０を測定することができる。また、プローブ３のループアンテナに貫通する磁束は、導体２を流れる電流の総和値で決まるから、測定されるのはコモンモード電流（同位相成分）である。
【００１３】
本実施例のプローブ３は、筒状のループアンテナの長手方向にスリット４を設けてループの一箇所を開放させ、スリット４の長手方向の略中央位置には誘起電圧の検出端となる給電点５を設ける。給電点５での検出電圧は、同軸ケーブル６、コネクタ７を介して、信号処理部に伝送する。プローブ３の検出信号は微弱であるので、プリアンプ８では検出信号を増幅し、スペクトラムアナライザ９では検出信号の所定の周波数成分を抽出してＳ／Ｎ比を改善する。ＰＣ１０は、信号周波数毎に誘起電圧と導体電流との換算式を格納し、これを用いて導体２を流れるコモンモード電流値を算出する。
【００１４】
図２は、測定プローブ３の形状と電流測定の原理を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
測定プローブ３は、幅広の被測定導体２の内部を拡がって流れる電流２０の総和値により作られる磁束を検出する。導体２内を流れる電流２０は、導体２の周囲に略楕円状の磁束３０を発生し、この磁束の一部がプローブ３の筒状ループアンテナに鎖交する。電流２０は高周波電流であり、ループアンテナの給電点５には鎖交する磁束量と周波数で決まる誘起電圧ｅが生じる。プローブ３の長手方向は電流２０の方向（導体２の長手方向）と直交させて配置する。プローブ３の長さを電流２０の幅（導体２の幅）にほぼ等しくすることで、導体内を流れる電流の総和を精度良く検出することができる。
【００１５】
従来のように線状のループアンテナの場合、アンテナの検出感度はアンテナと電流の距離に依存し、幅広の導体内を流れる電流を精度良く測定するのは困難であった。すなわち、幅広の導体内を電流が不均一に流れるような場合、アンテナの設置位置により測定値が変化し、コモンモード電流を精度良く測定するのは困難であった。これに対し本実施例では、線状のループアンテナではなく筒状のループアンテナを用いている。これにより、導体内の電流が不均一でアンテナの各位置で検出される誘起電圧が異なっていても、導電材の筒状ループアンテナ内で平均化される。よって、導体内の電流が例えば幅方向の端部に偏って流れるような場合や、導体が多芯ケーブルで各芯線を流れる電流が異なる場合でも、導体内の総和電流値（コモンモード電流）を精度良く検出することができる。逆に言えば、多芯ケーブル内に往復する電流で総和値がゼロの電流（ディファレンシャルモード電流）が流れている場合には、筒状ループアンテナ内で誘起電圧がキャンセルされるのでディファレンシャルモード電流を検出しないもの（不感応）となる。このように、筒状のループアンテナはコモンモード電流の測定に好適なものである。
【００１６】
なお、プローブ３の長さが導体２の幅よりも大幅に大きくなると、導体幅より外側の部分ではアンテナに鎖交する磁束が減少して誘起電圧が低下し、導体幅の部分で発生した有効な検出電圧を低下させてしまう。このことから、プローブ３の長さは導体２の幅にほぼ等しくするのが良い。
【００１７】
プローブ３内に形成するスリット４の位置は、導体２と対向しない位置、好ましくは導体２から見てプローブ３の側面位置に設ける。これは、スリット４からの磁束の流入・流出をなくすためである。すなわち、スリット４を導体２側に対向させて設けると、導体側から斜め成分の磁束がスリット４を介してループアンテナ内に流入し、測定誤差の原因となる。これを避けるため、導体側からの斜め成分の磁束が少ないプローブ３の側面位置にスリット４を設ける。これにより、導体側からの斜め成分の磁束は、プローブ３の導電材のシールド作用で遮蔽され流入できない。その結果、導体２の電流により発生した磁束３０は、ほぼプローブ３の両端の開口部から流入・流出し、測定精度が向上する。同様に、スリット４を導体２から見てプローブ３の背面側に設けると、プローブ内の磁束の一部がスリット４から流出するので、好ましくない。
【００１８】
本実施例ではプローブ３の断面形状を円形としたが、これに限らず、四角形や長方形でも良く、その断面積は周波数や、電流値などの測定条件に応じて決定する。
【００１９】
図３は、測定プローブ３の他の形状を示す図（正面図）である。前記図２では、測定プローブ３のループアンテナを直線状としたが、この例ではループアンテナを曲線状としている。その曲率は、導体２の電流２０が作る磁束３０の流線の曲率に合わせた形状とする。ここに磁束３０の流線形状は、電流分布を仮定して、その時発生する各位置での磁界成分を計算することで求めることができる。
【００２０】
プローブ３の形状を磁束３０の流線に沿った形状とすることにより、磁束はプローブ３の両端の開口部から流入・流出し、プローブ３に磁束３０を最も効率よく貫通させることができるので測定精度が向上する。
以下、測定プローブの具体例と測定結果を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図４は、測定プローブの第１の例（実施例１）を示す図であり、ループアンテナを直線状とした場合（図２）に相当する。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面寸法図、（ｄ）は側面寸法図である。測定対象として導体２は複数の導体からなる多芯ケーブルを想定し、各導体２１〜２７にそれぞれ電流を流す。測定プローブ３は直線状であり、その長さ（１０ｍｍ）は導体２１〜２７の全体をカバーするものとし、導体２からの距離（高さ）は５ｍｍ、ループの大きさ（断面直径）は１．４ｍｍとした。またプローブ３の側面にはスリット４を設け、その幅は０．２ｍｍである。
【００２２】
図５は、各導体に流すテスト電流の値を示す表である。電流モードとして、所望信号レベルを評価するコモンモード（Ｃ０）と、不要信号レベルを評価するディファレンシャルモード（Ｄ１〜Ｄ６）とを設けた。電流値の単位は相対値で示す。電流値は各モードにおいて、エネルギーが同じとなるように、各導体に流れる電流の自乗和が１となる値に決めた。コモンモードＣ０では、簡単のために全ての導体に同一方向に同一電流を流す場合とした。コモンモードＣ０を評価することで、電磁ノイズに対する解析能力を評価することができる。一方ディファレンシャルモードでは、一部の導体に往復方向の電流が流れる場合を想定している。例えばモードＤ１では、導体２２に往路電流、導体２３に復路電流を流し、各モードＤ１〜Ｄ６では、電流を流す導体の組み合わせを変えている。ディファレンシャルモードでは往復方向の電流となるので、いずれも同一方向の総電流はゼロとなり、本来電磁ノイズの発生には寄与しない。従って、ディファレンシャルモードを評価することで、不要な信号がどれほど含まれるかを把握することができる。
【００２３】
図６は、図４の測定プローブによる測定結果を示す図であり、図５の各電流モードについて示す。縦軸に誘起電圧（相対値）を、横軸に周波数を示す。
電流モードがコモンモードＣ０での測定レベルを基準にすると、ディファレンシャルモードの測定レベルはいずれも基準レベルより２０ｄＢ以上低くなっている。ディファレンシャルモードの中でモードＤ３のレベルが他より高いのは、電流分布の偏りが大きいためと考えられる。よって、所望信号（コモンモード電流）を測定する際、不要信号（ディファレンシャルモード電流）のレベルは十分低く、障害となることはなく十分な精度が得られることが分かる。
【実施例２】
【００２４】
図７は、測定プローブの第２の例（実施例２）を示す図であり、ループアンテナを曲線状とした場合（図３）に相当する。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面寸法図、（ｄ）は側面寸法図である。測定対象としての導体２は実施例１（図４）と同じで、複数の導体２１〜２７からなる多芯ケーブルを想定する。
【００２５】
本例の測定プローブ３は円弧状であり、その長さは導体２１〜２７の全体をカバーするものとし、導体２からの最大距離（高さ）は５ｍｍ、ループの大きさ（断面直径）は１．４ｍｍとした。またプローブ３の側面にはスリット４を設け、その幅は０．２ｍｍである。
【００２６】
図８は、図７の測定プローブによる測定結果を示す図であり、図５の各電流モードについて示す。縦軸に誘起電圧（相対値）を、横軸に周波数を示す。この場合も、コモンモードＣ０での測定レベルに対し、ディファレンシャルモードの測定レベルはいずれも２０ｄＢ以上低いレベルとなっている。特にモードＤ４，Ｄ６においては、実施例１の結果（図６）よりも低下しており、ループアンテナを曲線状にした効果と考えられる。
【実施例３】
【００２７】
実施例３では、測定プローブの製造工程を説明する。ここでは、実施例２（図７）のプローブの場合について述べる。
【００２８】
図９は、測定プローブの製造工程の一例を示す図である。
Ｓ１０１では、測定対象となる導体の幅、プローブとの距離（高さ）、信号周波数等の測定条件を入力する。
Ｓ１０２では、導体に所定電流を流した時に周囲に発生する磁束の形状（曲率）を計算する。
【００２９】
Ｓ１０３では、プローブの高さ位置における磁束の形状（曲率）から、プローブの形状を決定する。以上の計算は、例えばパソコン等を用いて実行し、プローブの形状を３Ｄデータとして保存する。
Ｓ１０４では、樹脂材等を用いてプローブの母体を立体的に造形する。例えば３Ｄプリンタを用いれば、パソコンに保存した３Ｄデータを設計図として、液状の樹脂に紫外線などを照射し少しずつ硬化させていくことで、立体物を作成することができる。
【００３０】
Ｓ１０５では、プローブ母体の表面に印刷、蒸着等で金属導体を形成する。このとき、スリットとしてプローブの長手方向に金属導体の非形成部を残す。
Ｓ１０６では、プローブにコネクタ等を取り付けて完成させる。
上記の工程によれば、磁束の曲率に合わせた形状の測定プローブを簡単に作ることができる。
【００３１】
以上述べた各実施例においては、被測定導体としてケーブル等を流れるコモンモード電流の測定について説明したが、測定対象はこれに限らず、幅広のバスバーや筐体表面を流れる電流を測定することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１…電流測定装置、
２…被測定導体、
３…測定プローブ、
４…スリット、
５…給電点、
６…同軸ケーブル、
７…コネクタ、
８…プリアンプ、
９…スペクトラムアナライザ、
１０…パーソナルコンピュータ、
２０…電流、
３０…磁束。
【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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【図８】
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【図９】
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