(57)【要約】【課題】トロイダルコイルのような大きな配置スペースが不要で、希望する任意の部位の電流の値を容易に検出することができるようにする。【解決手段】透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体１１を巻き芯とするようにコイル１４が形成された磁束センサ１０を、そのシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路がコイル１４内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置する。電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離と、検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心からシート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角とに応じた増幅利得で、コイル１４から得られる信号を増幅して補正し、その補正後の信号から検出対象の電流の値を検出する。【選択図】　　　　図４
2004037357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の電流の値を検出する方法であって、
前記電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離と、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角とに応じた増幅利得で、前記コイルから得られる信号を増幅して補正し、その補正後の信号から前記検出対象の電流の値を検出するようにした
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項２】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の電流の値を検出する方法であって、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の寸法は、予め定めた所定のものとすると共に、
前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角に応じた増幅利得で、前記コイルから得られる信号を増幅して補正し、その補正後の信号から前記検出対象の電流の値を検出するようにした
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電流値検出方法において、
前記検出対象の電流が交流電流である場合には、前記コイルから得られる信号に対する増幅利得は、さらに、前記検出対象の交流電流の周波数に応じたものに補正する
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項４】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の交流電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の交流電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の交流電流の値を検出する方法であって、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の寸法は、予め定めた所定のものとすると共に、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号に含まれる、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角に応じた周波数成分を抽出し、この抽出した周波数成分に基づいて、前記コイルから得られる信号に対する前記増幅利得を設定するようにする
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電流値検出方法において、
前記コイルから得られる信号に対する増幅利得は、さらに、前記検出対象の交流電流の周波数に応じたものに補正する
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５に記載の電流値検出方法において、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の、少なくとも前記検出対象の電流側とは反対側のシート面側には、磁気的なシールドが施される
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電流値検出方法において、
前記磁束センサは、前記シート状磁性体を、前記検出対象の電流が流れる電線あるいは当該電線の被覆部分に巻き付けるように取り付けられる
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電流検出方法において、
前記コイルは、前記シート状磁性体上において、あるいは前記シート状磁性体上に形成した絶縁層上に形成した線状の導電体により構成されたものである
ことを特徴とする電流値検出方法。
【請求項９】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成されたものであって、検出対象の電流が流れる電線あるいは前記電線の被覆部分において、前記シート状磁性体のシート面が、前記検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記前記磁束路の少なくとも一部に沿うように取り付けられる磁束センサと、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号を増幅する増幅回路と、
を備え、
前記増幅回路の増幅利得は、前記電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離と、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記所定長分を見たときの開き角とに応じた増幅利得となるように設定される
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１０】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成されたものであって、検出対象の電流が流れる電線あるいは前記電線の被覆部分において、前記シート状磁性体のシート面が、前記検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記前記磁束路の少なくとも一部に沿うように取り付けられる磁束センサと、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号を増幅する増幅回路と、
を備え、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の寸法は、予め定めた所定のものとされていると共に、
前記増幅回路の増幅利得は、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記所定長分を見たときの開き角に応じた増幅利得となるように設定される
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電流値検出装置において、
前記検出対象の交流電流の周波数に応じて、前記コイルから得られる信号に対する増幅利得を可変する増幅手段を備える
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１２】
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成されたものであって、検出対象の交流電流が流れる電線あるいは前記電線の被覆部分において、前記シート状磁性体のシート面が、前記検出対象の交流電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の交流電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記前記磁束路の少なくとも一部に沿うように取り付けられるものであって、前記シート状磁性体の寸法が、予め定めた所定のものとされている磁束センサと、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号を増幅する可変利得増幅回路と、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号に含まれる、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角に応じた周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段した周波数成分に基づいて、前記増幅回路の利得を制御する利得制御手段と、
を備えることを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電流値検出装置において、
前記検出対象の交流電流の周波数に応じて、前記コイルから得られる信号に対する増幅利得を可変する増幅手段を備える
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１４】
請求項９〜請求項１３に記載の電流値検出装置において、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の、少なくとも前記検出対象の電流側とは反対側のシート面側には、磁気的なシールドが施されている
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１５】
請求項９〜請求項１４のいずれかに記載の電流値検出装置において、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の一面側は接着性を持つ層が形成されており、前記磁束センサは、前記接着性を持つ層により、前記検出対象の電流が流れる電線あるいは前記電線の被覆部分に接着されて取り付けられる
ことを特徴とする電流値検出装置。
【請求項１６】
請求項９〜請求項１５のいずれかに記載の電流値検出装置において、
前記コイルは、前記シート状磁性体上において、あるいは前記シート状磁性体上に形成した絶縁層上に形成した線状の導電体により構成されたものである
ことを特徴とする電流値検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、電灯線などの電線を流れる電流の値（交流の場合には実効値）に一意に対応する電流検出出力を得るようにする電流検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電線を流れる電流の値を検出する方法の一例として、図２０に示すように、当該電線を電流ｉが流れることにより、この電流ｉの流れる位置を中心とした同心円を描くように発生する磁束Ｂを検出する方法が知られている。これは、発生する磁束Ｂが電流値ｉに正確に比例するため、磁束Ｂを正確に検出することにより、電線を流れる電流ｉの値を正確に検出することができるからである。
【０００３】
この場合において、電線を流れる電流ｉの値を正確に検出するために、従来は、電流ｉが流れることにより発生する磁束Ｂのすべてを集めて、その磁束Ｂを検出する方法が通常用いられている。すなわち、漏れをなくすために閉磁路を形成するようにリング状にしたコアにコイルを巻回した、いわゆるトロイダルコイルを磁束センサとして用いる方法である。
【０００４】
図２１は、この従来の方法を説明するための図である。この図２１において、１は電線であり、通常は絶縁被覆２により覆われた被覆線３の構造とされている。そして、例えばフェライトなどの磁性材からなるリング状のコア４を巻芯として、そのリング状コア４の全周に渡ってコイル５を巻回したトロイダルコイル６の中空部内に被覆線３を挿通するようにして、トロイダルコイル６を、被覆線３に対して取り付ける。
【０００５】
すると、電線１を電流ｉが流れることにより発生する磁束Ｂは、図２２に示すように、トロイダルコイル６内にのみ存在し、トロイダルコイル６の外には存在しなくなる。このため、コイル５から得られる磁束に応じた誘導電流は、電線１を流れる電流ｉの値に正確に対応するものとなる。
【０００６】
したがって、コイル５から得られる電流ｉを、例えば利得一定のアンプ７で増幅することにより、電線１を流れる電流ｉに一意に対応する電流検出出力信号を得ることができる。この場合、電流ｉが交流の場合には、その検出電流値としては、通常、実効値（２乗平均平方根値）とされる。この電流検出出力信号により、例えば電流値を指し示すメータの指針を振らせるようにすれば、メータの指針は、正確に、電線１を流れる電流値に対応する値を指示するものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トロイダルコイルは、リング状コアにコイルを巻回したものであるため、寸法が比較的大きく、そのため、このトロイダルコイルを用いた電流検出装置の場合には、比較的大きな取り付けスペースが必要となり、取り付け部位が限られてしまうという問題がある。
【０００８】
また、トロイダルコイルは、無端リング状の形状であるため、長い電線の途中において、その部位における電流を検出するために取り付けようとする場合には、当該取り付け部位において電線を切断してトロイダルコイルを装着した後、切断した電線を元のように接続する必要があり、取り付けに非常に手間がかかるという問題がある。
【０００９】
この発明は、以上の問題点にかんがみ、トロイダルコイルを用いることなく、正確な電流値の検出を行える方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明による方法は、
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の電流の値を検出する方法であって、
前記電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離と、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角とに応じた増幅利得で、前記コイルから得られる信号を増幅して補正し、その補正後の信号から前記検出対象の電流の値を検出するようにした
ことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の電流の値を検出する方法であって、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の寸法は、予め定めた所定のものとすると共に、
前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角に応じた増幅利得で、前記コイルから得られる信号を増幅して補正し、その補正後の信号から前記検出対象の電流の値を検出するようにした
ことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の電流値検出方法において、
前記検出対象の電流が交流電流である場合には、前記コイルから得られる信号に対する増幅利得は、さらに、前記検出対象の交流電流の周波数に応じたものに補正する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、
透磁率が空気の透磁率に対して十分に高い、可撓性のシート状磁性体を巻き芯とするようにコイルが形成された磁束センサを、そのシート面が、検出対象の交流電流の流れる方向に平行であると共に、前記検出対象の交流電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置し、この磁束センサの前記コイルから得られる信号に基づき、前記検出対象の交流電流の値を検出する方法であって、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の寸法は、予め定めた所定のものとすると共に、
前記磁束センサの前記コイルから得られる信号に含まれる、前記検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角に応じた周波数成分を抽出し、この抽出した周波数成分に基づいて、前記コイルから得られる信号に対する前記増幅利得を設定するようにする
ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の電流値検出方法において、
前記コイルから得られる信号に対する増幅利得は、さらに、前記検出対象の交流電流の周波数に応じたものとなるようにする
ことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項１〜請求項５に記載の電流値検出方法において、
前記磁束センサの前記シート状磁性体の、少なくとも前記検出対象の電流側とは反対側のシート面側には、磁気的なシールドが施される
ことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電流値検出方法において、
前記磁束センサは、前記シート状磁性体を、前記検出対象の電流が流れる電線あるいは当該電線の被覆部分に巻き付けるように取り付ける
ことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電流値検出方法において、
前記コイルは、前記シート状磁性体上において、あるいは前記シート状磁性体上に形成した絶縁層上において、導電性膜により形成されたものである
ことを特徴とする。
【００１８】
【作用】
上述の構成の請求項１の発明においては、可撓性のシート状磁性体をコアとするようにコイルが形成された磁束センサが、シート状磁性体のシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行であると共に、検出対象の電流が流れる位置を中心にして発生する磁束路が前記コイル内を通るような状態で、前記磁束路の少なくとも一部に沿うように、配置される。すなわち、例えば、請求項７のように、シート状磁性体を、検出対象の電流が流れる電線あるいは当該電線の被覆部分に巻き付けるようにして、磁束センサを電線に対して取り付ける。
【００１９】
この場合、シート状磁性体は、トロイダルコイルのような閉磁路を形成しないため、トロイダルコイルのように、検出対象の電流が流れることにより発生する磁束の全てをコイル内に閉じ込めることはできない。そのため、コイルから得られる磁束に応じた信号を補正して、検出対象の電流値に一意に対応する信号出力を得るようにする必要がある。
【００２０】
電流によって発生する磁界の強さは、ビオ・サバールの法則から、電流の位置からの距離の２乗に反比例する。したがって、原理的には、シート状磁性体が配置される位置の、検出対象電流の位置からの距離の２乗に応じた増幅利得で、磁束センサのコイルから得られる信号を増幅すれば、シート状磁性体の配置位置に関係なく、常に電線を流れる電流値に一意に対応する電流検出出力を得ることができる。
【００２１】
ところで、検出対象電流の位置からの距離の２乗に応じた増幅利得といっても、その場合の増幅利得の特性曲線が具体的にどのような傾きのものであるかが問題となる。
【００２２】
この点に関し、この発明の発明者は、磁束センサを、上述のような磁束路に沿って配置したときに、磁束センサで検出される磁束の強さ（すなわち、コイルから得られる電流値）と、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離との関係曲線は、検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から前記シート状磁性体の前記所定長分を見たときの開き角によって定まったものとなることを確認した。
【００２３】
したがって、磁束センサを、上述のようの磁束路に沿って配置したときの前記開き角が既知となれば、磁束センサで検出される磁束の強さ（すなわち、コイルから得られる電流値）と、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離との関係曲線は、一義的に定まり、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離が既知となれば、コイルからの出力信号に対する必要な増幅利得が特定できる。
【００２４】
前記開き角は、磁束センサを取り付ける電線あるいは被覆線の線径と、磁束センサのシート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さとから算出できる。また、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離は、磁束センサを取り付ける電線あるいは被覆線の線径に等しいので、容易に検知できる。したがって、これらの開き角と、線径から、コイルからの出力信号に対する必要な増幅利得が設定できる。
【００２５】
以上のようにして、請求項１の発明によれば、例えば、線径が既知の特定の電線あるいは被覆線に対して、シート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さが既知の磁束センサを取り付けて、コイルからの出力信号の増幅利得を上記のように定めることにより、電線を流れる電流値に一意に対応する出力信号を得ることができる。
【００２６】
この請求項１の発明によれば、従来のトロイダルコイルとは異なり、シート状の磁束センサを、例えば請求項７のように、電線あるいは当該電線の被覆部分に巻き付けるように取り付けるだけでよいので、従来のトロイダルコイルとは異なり、取り付けが簡単になると共に、取り付けスペースを殆ど必要としないので、電流値を検出しようとする任意の部位に取り付けることが可能であるという効果がある。
【００２７】
請求項２の発明においては、磁束センサの寸法が予め定まっていて、シート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さが一定であるので、検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から磁束センサのシート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角が求まると、その開き角の値から、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離は一義的に定まる。
【００２８】
したがって、この請求項２の発明の場合には、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離は、直接的には補正用の増幅利得を定めるためのパラメータとする必要はなく、直接的には、検出対象の電流が流れる位置を中心としてこの中心から磁束センサのシート状磁性体の磁束路に沿う方向の長さ分を見たときの開き角のみをパラメータとして増幅利得を定めることができる。
【００２９】
次に、検出対象の電流が交流電流である場合には、その周波数に関係なく、電流値（実効値）に一意に対応する電流値検出信号を得る必要がある。請求項３の発明は、その点を考慮したものである。
【００３０】
すなわち、交流電流によって発生する磁界の強さは、交流電流波形の１周期分の面積に比例する。したがって、交流電流によって発生する磁界の強さは、交流電流の周波数に反比例する。このため、請求項３の発明においては、交流電流の周波数に比例した増幅利得で、磁束センサのコイルから得られる信号を増幅する。これにより、請求項３の発明によれば、交流電流の周波数に関係なく、電流値（実効値）に一意に対応する電流値検出信号を得ることができる。
【００３１】
請求項４の発明は、この発明の発明者の研究結果に基づくものである。この発明の発明者は、検出対象の電流が交流電流の場合、磁束センサのコイルから得られる信号中には、電線を流れる電流の位置と磁束センサとの間の距離（つまり磁束の強さ）と、磁束センサのシート状磁性体の寸法とに応じた周波数の成分が含まれることを確認した。
【００３２】
これは次のように推論することができる。すなわち、請求項１と同様に配置された磁束センサのシート状磁性体には、交流電流が流れることにより、交番する磁束が通る。シート状磁性体においては、磁束が通ることにより、当初、ばらばらの方向を向いていた磁区の向きが、磁束の向きに整列するようになる。磁区の数は、シート状磁性体の寸法、つまり、シート状磁性体のシート面の面積とシートの厚さによって決まる。したがって、シート状磁性体の寸法が決まれば磁区の数は一定のものとなる。
【００３３】
シート状磁性体を構成する材料によって、磁束による磁区の向きの回転のし易さの程度は異なるが、ある特定の材料のシート状磁性体において、全ての磁区の向きが整列する速度は、シート状磁性の寸法が決まれば、磁束の強さに応じたものとなる。つまり、定まった寸法のシート状磁性体の磁区の向きは、磁束によって、磁束の向きに揃うように回転するが、定まった寸法のシート状磁性体においては、その回転の速さは磁束の強さに応じたものとなるのである。
【００３４】
そして、磁束が交番することにより、シート状磁性体の磁区の向きも、交互に反対方向を向くように回転することにより振動する。そして、この振動は、シート状磁性体の材料と、寸法（シート状磁性体中の磁区の数が対応）とに応じた周波数であって、前述したように、磁区の向きの回転速度が磁束の強さに比例することから、電流の流れる位置からの距離に対応した周波数値のものとなる。
【００３５】
請求項４の発明は、上述のことに基づいたものである。すなわち、磁束センサのコイルから得られる信号中には、このシート状磁性体における磁区の振動による周波数成分が、交流電流に応じた信号成分に重畳された状態で得られる。
【００３６】
したがって、請求項４の発明では、この周波数成分を、コイルの出力信号中から抽出し、その周波数の値を検出することにより、磁束センサが検出対象の電流が流れる位置から、どれくらい離れているかを検知することができる。
【００３７】
したがって、コイルから得られる信号を、利得が可変の増幅器に供給するようにし、その増幅器の増幅利得（ゲイン）を、コイルの出力信号中から抽出した周波数成分に基づいて制御するようにすれば、磁束センサが、検出対象の電流が流れる位置からどれくらい離れた位置に配置されたかが判らなくとも、自動的に増幅器からは、磁束センサと検出対象の電流が流れる位置との距離に応じて補正された、検出対象の交流電流値に一意に対応する信号が得られる。
【００３８】
次に、請求項５の発明においては、請求項３の発明と同様に、請求項４の発明において、検出対象の電流が交流電流である場合には、その周波数に関係なく、電流値（実効値）に一意に対応する電流値検出信号を得る必要があるため、交流電流の周波数に比例した増幅利得で、磁束センサのコイルから得られる信号を増幅する。これにより、請求項５の発明によれば、交流電流の周波数に関係なく、電流値（実効値）に一意に対応する電流値検出信号を得ることができる。
【００３９】
次に、請求項６の発明によれば、磁束センサのシート状磁性体の、少なくとも検出対象の交流電流側とは反対側のシート面側には、磁気的なシールドが施されているので、検出対象の電流が流れることにより発生する磁束以外の磁束がシート状磁性体に飛び込んでノイズとなるのが防止される。
【００４０】
また、請求項７の発明によれば、シート状磁性体を電線あるいは当該電線の被覆部分に巻き付けるように取り付けるだけで、磁束センサを、電流を検出しようとする部位に取り付けることができ、トロイダルコイルのような取り付けのための手間が不要となる。そして、シート状の磁性体を電線あるいは当該電線の被覆部分に取り付けるので、取り付けスペースは殆ど考える必要は無く、所望する部位において、当該部位の電線に流れる電流の値を検出することができる。
【００４１】
また、請求項８の発明によれば、磁束センサは、シート状磁性体上に、あるいはシート状磁性体上に形成された絶縁層上に、導電性膜が形成されて構成されるものであって、シート状磁性体に細い導線を巻き線機などにより巻きつけてゆくものではないので、大量生産が容易であるというメリットがある。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明による電流値検出方法および装置の実施形態を、図を参照しながら説明するが、まず、磁束センサの構造およびその製法、次に、この発明の電流値検出方法の原理的説明、次に、電流値検出装置およびその具体的な利用例の順に説明する。
【００４３】
［この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの例］
［磁束センサの構造］
この実施形態の磁束センサは、基本的には、極く薄い、所定の寸法の可撓性のシート状磁性体に、このシート状磁性体を巻き芯とするようにコイル導体が形成されたものである。この例では、シート状磁性体の磁性材としては、フェライトやアモルファス金属などを用いた透磁率が空気の透磁率（＝１）に対して十分に高く、かつ、鉄損が少ないものを用いる。
【００４４】
図１は、この例の磁束センサ１０の構造の一例を示すものであり、また、図２は、その一部の拡大図を示すものである。図１（Ａ）は、この磁束センサ１０の平面図であり、シート面（厚さ方向に直交する面）に直交する方向から見た図である。また、図１（Ｂ）は、この磁束センサ１０の断面図を示すものである。また、図２（Ａ）は、磁束センサ１０のコイル部分の説明のための図であり、図２（Ｂ）は、磁束センサ１０のコイル部分における断面図である。
【００４５】
シート状磁性体１１の磁性材料としては、この例では、例えば日立金属株式会社製の商品名「ファインメット（登録商標）」が用いられる。これは、アモルファス金属からなるもので、透磁率が２００００と高く、厚さが２０μｍと薄く、軽量で可撓性があるシート状磁性体である。そして、この例では、このシート状磁性体１１は、矩形形状とされ、長さＬが、この例ではＬ＝２５（ミリメートル）とされ、幅Ｗは、Ｗ＝７（ミリメートル）と規定されている。
【００４６】
このシート状磁性体１１の、厚さ分を除くシート面の両面上には、絶縁層１２，１３が形成されている。そして、これら絶縁層１２，１３上の、シート状磁性体１１の長さ方向のほぼ中央部分の所定の範囲、例えば６〜１５ミリメートルの部分において、複数の線状の導電体からなるコイル１４が形成されている。コイルのターン数は、例えば７０〜１００ターンとされる。
【００４７】
このコイル１４は、図２にも示すように、絶縁層１２上に形成された複数の線状の導電体１４ａと、絶縁層１３上に形成された複数の線状の導電体１４ｂとが、図２（Ａ）に示すように、シート状磁性体１１の幅方向の両端においてスルーホール２０を通じて電気的に接続されて形成されているものである。
【００４８】
そして、コイル１４および絶縁層１２，１３上を覆うように絶縁層１５，１６が形成されている。そして、絶縁層１５の上には、磁気シールド層１７が形成されて、シート面に直交する方向からの磁束を反射して、シート状磁性体１１には、シート面に平行な方向からのみ、つまり、厚み部分にのみ磁束が通るようにされている。
【００４９】
また、絶縁層１６の上には、接着性を持つ層（以下、接着層という）１８が形成され、さらに、この接着層１８の上に基板層１９が形成されている。この基板層１９は、接着層１８を磁束センサ１０側に残して、剥離可能とされている。後述するように、この例の磁束センサ１０は、基板層１９が剥離されることにより露呈される接着層１８により、電線や被覆部分に接着されて装着することができるようにされている。
【００５０】
なお、図１に示すように、シート状磁性体１１の長手方向の一方の端部のシールド層１７が形成される側と、他方の端部の接着層１８が形成される側とでは、絶縁層１２、１３、１５，１６、また、シールド層１７、接着層１８は形成されない部分２３，２４とされている。したがって、これらの部分２３，２４は、シート状磁性体１１の表面が露呈するようにされている。この例では、これらの部分２３，２４は、それぞれ例えば２．５ミリメートル程度とされている。
【００５１】
これらの部分２３，２４は、シート状磁性体１１をリング状にしたときに、閉磁路を形成することができるようにするためである。このようにするのは、磁束センサ１０を校正する際には、閉磁路として校正した方が、校正が容易であるからである。この校正は、製造された磁束センサ１０のロット間のばらつきを考慮して行われるものである。なお、シート状磁性体１１は、透磁率が非常に高いので、部分２３と、部分２４との両方でシート状磁性体を露呈させる必要はなく、部分２３と、部分２４とのどちらか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００５２】
［磁束センサ１０の製法］
次に、上述のような構造を有するこの例の磁束センサの製造方法について、説明する。
【００５３】
図３（Ａ）に示すように、最初に基板層１９を用意し、その上に接着層１８をスプレイ付着して形成する。その上に、薄い絶縁層１６を被着形成し、さらにその絶縁層１６の上に導電層２１を被着形成する。次に、この導電層について、リソグラフィによって形状を決め、化学エッチングによって、図３（Ｂ）に示すように、複数本の線状の導電体１４ｂを形成するように加工する。
【００５４】
次に、図３（Ｃ）に示すように、この線状の導電体１４ｂおよび絶縁層１６の上に絶縁層１３を接着し、その上にシート状磁性体１１の層を接着する。そして、シート状磁性体１１について、リソグラフィによって位置と形状を決め、例えば化学エッチングによって、図３（Ｄ）に示すように、幅Ｗ＝７ミリメートル、長さＬ＝２５ミリメートルの帯状に加工する。
【００５５】
次に、図３（Ｄ）に示すように、シート状磁性体１１の層の上に、絶縁層１２を接着した後、シート状磁性体１１の長さ方向のほぼ中央部分から所定の範囲に相当する部分において、シート状磁性体１１の幅方向の両端において、絶縁層１２、シート状磁性体１１の層、絶縁層１３を介して、下側の複数個の導電体１４ｂのそれぞれの端部までスルーホール２０を形成する。このスルーホール２０の形成に際しては、下側の複数個の導電体１４ｂのそれぞれの端部の位置に対応するように、スルーホール２０の位置決めを行うものである。そして、電気メッキでスルーホール２０に対して結線導体を形成する。
【００５６】
その後、図３（Ｅ）に示すように、絶縁層１２の上に導電層２２を接着し、リソグラフィによって、下側の複数個の線状の導電体１４ｂと対応させて、導電層２２を加工して、図３（Ｆ）に示すように、複数個の線状の導電体１４ａを形成する。この場合に、複数個の線状の導電体１４ａの端部は、スルーホール２０の金属メッキに接続される状態なるように、リソグラフィの形状が決められる。
【００５７】
次に、図３（Ｇ）に示すように、複数個の線状の導電体１４ａおよび絶縁層１２の上に、薄い保護用の絶縁層１５を接着する。さらに、その絶縁層１５の上に磁気シールド層１７を接着する。
【００５８】
以上にようにして形成されたシート状の中間品を、図３（Ｇ）において、一点鎖線で示すような位置において基板と共に、長さ２５ミリメートル、幅７ミリメートルごとに切断して、それぞれコイル１４を備える磁束センサ素子を分離する。そして、分離された磁束センサ素子のコイルの端部に外部リード線を接着して、個々の磁束センサ１０を完成させる。
【００５９】
なお、磁束センサのシート状磁性体１１の材料の例としては、アモルファス金属やフェライトなどに限らず、透磁率が高く、損失（鉄損）が少ないものであれば用いることができるものである。
【００６０】
また、磁束センサ１０の寸法は、一例であって、長さＬおよび幅Ｗは、これに限られるものではない。なお、幅Ｗが大きくなれば、シート状磁性体１１に取り込まれる磁束が多くなるので、感度が上がるものである。
【００６１】
［この発明による電流検出方法の第１の実施形態の説明］
この第１の実施形態は、特定の径の電線または被覆部分に、上述の磁束センサ１０を取り付けて、電線を流れる電流値を検出する場合であり、交流電流のみならず、直流電流の場合も適用可能である。
【００６２】
この実施形態においては、上述のようにして製造した磁束センサ１０は、その基板層１９を剥離して接着層１８を露呈させて、その露呈した接着層１８によって図４に示すように、例えば、電線３１が絶縁被覆３２により覆われた被覆線３３の、絶縁被覆３２の部分に巻き付けるようにして取り付ける。なお、絶縁被覆が剥がされた電線３１の部分に巻き付けるようにして、磁束センサ１０を取り付けるようにしても勿論よい。
【００６３】
この場合に、磁束センサ１０は、被覆線３３に対して、シート状磁性体１１の長手方向、つまりコイル１４の巻き軸方向が、電線３１を流れる電流によって生じる磁束路に沿う方向となるように、磁束センサ１０のシート状磁性体１１を、電線３１の被覆部分３２に巻き付けるようにして、取り付ける。なお、磁束センサ１０は、被覆線３３に対して、接着層１８により接着されることにより、シート状磁性体１１のシート面が、検出対象の電流の流れる方向に平行になる。
【００６４】
そして、磁束センサ１０のコイル１４から導出される外部リード線は、距離補正用増幅回路４１の入力端子に接続する。
【００６５】
この距離補正用増幅回路４１は、電線３１を流れる電流の位置（電線３１の断面の中心位置に相当）と、磁束センサ１０との間の距離（電線３１の被覆３２を含めた径に相当）の２乗に反比例して、磁束センサ１０で検出される磁束の強さが変わってしまうことを補正して、前記距離に関係なく、電線３１に流れる電流値に一意に対応した出力信号が得られるようにするためのものである。
【００６６】
距離補正用増幅回路４１の増幅利得（ゲイン）は、次のようにして決められる。
【００６７】
前述したように、トロイダルコイルのように、閉磁路を形成する場合には、電線３１を流れる電流の位置と、磁束センサ１０との間の距離（以下、センサ距離という）に関係なく、電流により発生する磁束の全てはトロイダルコイル内に閉じ込められるので、距離補正用増幅回路４１のゲインは、センサ距離に関係なく一定でよい。つまり、センサ距離に応じた補正は不要である。
【００６８】
しかし、この実施形態における磁束センサ１０は、閉磁路を常に形成するように、被覆線に対して取り付けられるわけではない。このため、センサ距離の２乗に応じた増幅利得で、磁束センサ１０のコイル１４から得られる信号を増幅する必要がある。
【００６９】
この場合に、磁束センサ１０のコイル１４から得られる信号出力（コイル出力電流）と、センサ距離との関係は、検出対象の電流ｉが流れる位置を中心Ｏｉとしてこの中心Ｏｉから、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向（磁束路に沿う方向）の長さ分を見たときの開き角θ（図５参照）に応じて定まるものとなることを、この発明の発明者は確認した。
【００７０】
図６は、磁束センサ１０のコイル１４の出力電流と、センサ距離との関係を示す特性曲線である。この図６に示されるように、センサ距離の２乗に反比例して、コイル１４の出力電流が減少する特性となるが、その減少の傾きが開き角θが大きいほど小さく、開き角θが小さいほど大きくなる。
【００７１】
すなわち、開き角θが大きく、３６０度に近いときには、トロイダルコイルと同様に、透磁率の高いシート状磁性体１１を備える磁束センサ１０のコイル１４内に殆どの磁束を通すようにすることができることから、図６において曲線５１に示すように、センサ距離が大きくなっても、コイル１４の出力電流は減少が少ない。
【００７２】
これに対して、開き角θが小さくなってゆくと、磁束センサ１０のコイル１４内を通る磁束が少なくなってゆくため、図６において、曲線５２，５３，５４に示すように、開き角θが小さいほど、コイル１４の出力電流の減少カーブが急な傾斜となる特性となる。
【００７３】
この図６の特性から、距離補正用増幅回路４１においては、開き角に応じたゲイン特性とすることにより、磁束センサ１０のコイル１４を増幅補正して、常に、電線３１を流れる電流の値に一意に対応するセンサ出力が得られる。
【００７４】
すなわち、図７は、距離補正用増幅回路４１のセンサ距離に対するゲイン特性を示すもので、センサ距離に対して指数関数的にゲインを上昇させる特性とするが、その上昇カーブの傾きが、開き角θが大きいほど緩やかで、開き角が小さいほど急峻になるような特性とする。
【００７５】
すなわち、開き角θが大きく、コイルの出力電流対センサ距離の特性が曲線５１となるような場合に対しては、センサ距離に対するゲインの上昇カーブが緩やかな図７の曲線６１となるような特性とする。そして、開き角θが小さくなって、曲線５２，５３，５４となるような場合に対しては、それらの特性曲線に対応させて、図７において曲線６２，６３，６４で示すように、上昇カーブが開き角θが小さいほど急峻になるような特性とする。
【００７６】
以上のことから、磁束センサ１０を電線あるいは被覆部分に取り付けたときの開き角θが既知となれば、距離補正用増幅回路４１では、図７に示したようにして、ゲイン対センサ距離の特性曲線が決まる。そして、電線を流れる電流の位置から磁束センサまでの距離であるセンサ距離が判ると、距離補正用増幅回路４１で必要となるゲインが定まる。距離補正用増幅回路１４は、この定められたゲインを有するように設計する。
【００７７】
例えば、開き角θに対応するゲイン対センサ距離の特性曲線は、曲線６４であり、センサ距離、つまり、電線あるいは被覆線の径がＲａであった場合に必要となる距離補正用増幅回路４１のゲインはＧａとなる。
【００７８】
ところで、この例の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さＬは、前述したように、一定のものとして定められているので、図８に示すように、半径がそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３というように異なる被覆線に磁束センサ１０が装着された場合には、被覆線の半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、つまり、センサ距離に応じて、磁束センサ１０の長手方向の長さ分を、電線３１を流れる電流の位置から見たときの開き角が、θ１、θ２、θ３というように変化するものとなる。
【００７９】
このように、この実施形態では、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さＬは、定められたものとされているので、開き角θ１、θ２、θ３が算出されたときには、センサ距離は、ｒ１、ｒ２、ｒ３として開き角に対して一義的に定まることとなる。
【００８０】
したがって、この実施形態では、開き角θが算出されると、その開き角θに対応する図７に示したようなゲイン対センサ距離の特性曲線が求まり、また、センサ距離も定まることから、求まった特性曲線から距離補正用増幅回路４１で必要とするゲインが求まる。すなわち、開き角θが算出されると、その開き角θから、距離補正用増幅回路４１のゲインが一元的に決定されるものである。
【００８１】
なお、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さは、上述のように一定のものとして定めなくても、上述したことから明らかなように、開き角と、センサ距離が既知であれば、距離補正用増幅回路４１のゲインは、決定できることは言うまでもない。しかし、この例のように、シート状磁性体１１の長手方向の長さを一定の規定値にしたときには、センサ距離は考えずに、開き角のみをパラメータとして考えればよいというメリットがある。
【００８２】
以上のようにして、センサ距離に関係なく、電線３１に流れる電流の値に一意に対応する出力信号が、距離補正用増幅回路４１から得られる。この距離補正用増幅回路４１の出力信号は、周波数補正用増幅回路４２に供給される。
【００８３】
この周波数補正用増幅回路４２は、電線３１を流れる電流が交流電流の場合に、電流検出出力信号が、その交流電流の周波数に依存しないように補正するためのものである。したがって、電線３１を流れる電流が直流電流である場合には、この周波数補正用増幅回路４２は、省略することができる。
【００８４】
前述もしたが、図９に示すように、交流電流による磁束の強さは、その交流電流の周波数に反比例する。そこで、この周波数依存をなくすため、周波数補正用増幅回路４２は、図１０に示すように、ゲインが周波数に比例する特性のものを用いる。これは、いわゆる積分増幅回路の構成により実現できる。
【００８５】
図１０に示すようなゲイン対周波数特性の増幅回路を、周波数補正用増幅回路４２として用いれば、図９のように、磁束センサ１０のコイル１４から得られる交流電流の周波数に反比例する出力電流の周波数特性は、図１０のゲイン特性によりキャンセルされる。したがって、周波数補正用増幅回路４２からは、交流電流の周波数に関係なく、電線３１に流れる電流値に一意に対応した出力信号が得られる。
【００８６】
したがって、周波数補正用増幅回路４２の出力信号を、例えばドライブ回路を通じてメータの指針駆動回路に供給するようにすれば、メータの指針は、正確な検出電流値を指示するものとなる。
【００８７】
なお、距離補正用増幅回路４１と周波数補正用増幅回路４２では、それぞれ予め定めた特定の開き角のとき、また、特性の周波数のときに、出力信号がある特定の値を示すように、校正しておくようにするものである。
【００８８】
なお、上述した距離補正用増幅回路４１と周波数補正用増幅回路とからなる回路部分は、特定の径の電線や被覆線に磁束センサ１０を装着して、当該電線に流れる電流を検出する目的に特定するのであれば、ゲイン特性は、それぞれ予めその特定目的のために定めることができるので、固定的にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ；集積回路）で構成することができる。
【００８９】
なお、図４では、距離補正用増幅回路４１と周波数補正用増幅回路とはそれぞれ別個に設けるようにしたが、距離補正用増幅回路４１と周波数補正用増幅回路との機能を備える回路部分を、一つの増幅回路の構成として設計することもできる。その一つの増幅回路をＩＣによって構成することも勿論できる。
【００９０】
また、磁束センサ１０のコイル１４の出力電流を電圧変換した後、デジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロプロセッサに供給して、上述の補正のための増幅動作と等価な処理を行うようにすることもできる。その場合には、当該マイクロプロセッサには、開き角θの情報が入力されると共に、交流電流の場合にはその周波数の情報が入力され、マイクロプロセッサは、それらの情報を元に必要なゲインを計算により求め、その求めたゲイン分の増幅動作と等価な処理を行うようにすればよい。
【００９１】
［電流検出方法の第２の実施形態］
距離補正用増幅回路４１は、上述の第１の実施形態では、磁束センサ１０を装着する電線の径から、磁束センサ１０の開き角θを求め、その開き角θから必要なゲインを決定して、そのゲインを有するように設計する。しかし、それでは、径の異なる電線部分や被覆部分に装着するごとに、距離補正用増幅回路４１の設計をやり直さなければならず、余りにも汎用性に欠ける。
【００９２】
そこで、この第２の実施形態では、距離補正用増幅回路４１として、図７に示した曲線６１，６２，６３，６４のような幾つかの開き角に対応したゲインに切り替え可能とし、算出した開き角に応じて、ゲインを切り替えるようにする。
【００９３】
このとき、距離補正用増幅回路４１においては、多数個の開き角に応じた多数個のゲインを用意しておく必要は無く、例えば４種類程度の開き角に対応したゲインを備えるようにするだけで、十分である。
【００９４】
なぜなら、この実施形態の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の透磁率は、前述したように、２００００というように、非常に高い値であるため、例えば図１１に示すように、４種類程度の開き角であっても、それぞれの開き角に対応するセンサ距離の位置に配置された磁束センサ１０では、その配置位置の前後のセンサ距離に存在するであろう磁束をも、そのシート状磁性体１１内に取り込むように働くと考えられるからである。
【００９５】
例えば、図１１の例であれば、半径ｒ１とｒ２との間では、ｒ１から、（ｒ１＋ｒ２）／２の範囲の磁束は、半径ｒ１に配置された磁束センサ１０のシート状磁性体１１内を通るようになり、また、（ｒ１＋ｒ２）／２からｒ２の範囲の磁束は、半径ｒ２に配置された磁束センサ１０のシート状磁性体１１内を通ると考えられるからである。
【００９６】
したがって、半径ｒ１から半径ｒ２の間のセンサ距離に磁束センサ１０を配置することは不要であり、そのセンサ位置に対応する開き角を想定する必要がないのである。
【００９７】
この第２の実施形態では、このように利得特性が切り替え可能とされた距離補正用増幅回路４１において、算出した開き角に応じてゲイン切り替えを行うようにすることにより、装着する電線あるいは被覆線の径に応じて、距離補正用増幅回路４１のゲインを切り替えることが可能である。
【００９８】
例えば、開き角θ１〜θ２、θ２〜θ３、θ３〜θ４、θ４〜θ５のように、開き角の範囲として幾つか用意し、そのいずれの範囲に装着しようとする電線あるいは被覆線に対する磁束センサ１０の開き角が存在するかを、例えば開き角選択つまみなどを通じて入力することにより、距離補正用増幅回路４１のゲインが切り替えられる構成とすることができる。
【００９９】
［電流検出方法の第３の実施形態］
上述の２つの実施形態では、使用者が装着しようとする電線あるいは被覆線に対する磁束センサ１０の開き角を求めて、距離補正用増幅回路４１のゲインの切り替えを行う必要があったが、この第３の実施形態は、磁束センサ１０を電線あるいは被覆線に対して装着するだけで、自動的に距離補正用増幅回路４１のゲインが決定される例である。この例は、特に検出対象が交流電流の場合に適用される。
【０１００】
なお、周波数補正用増幅回路４２は、前述もしたように、特定の周波数のときに、特定の値が出力されるようにゲインの校正を行っておけば、特に調整や切り替えが不要であることは上述の実施形態と同様である。
【０１０１】
この第３の実施形態は、この発明の発明者の研究結果に基づくものである。すなわち、この発明の発明者は、商用電源の電源線に対して磁束センサ１０を前述のように装着して、そのコイル１４から得られる信号を精査したところ、前述したように、この信号中には、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離（つまり磁束の強さ）と、磁束センサ１０のシート状磁性体の寸法（長さ、幅、厚さ）とに応じた周波数の成分が含まれることを確認した。
【０１０２】
図１２は、５０Ｈｚの商用電源線に流れる交流電流を、磁束センサ１０を用いて検出したときの検出波形を示す図である。この図１２において、振幅の大きい波形は電圧波形であり、振幅の小さい波形が電流成分である。この図１２から、５０Ｈｚの電流成分に高周波の周波数成分が重畳されていることが判る。
【０１０３】
前述したように、この周波数成分は、シート状磁性体１１の材料と寸法および磁束の強さとによってシート状磁性体１１に発生する振動成分である。上述したように、この例の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の寸法は、定まっているので、この実施形態においては、磁束センサ１０を電線あるいは被覆部分に装着したときの開き角は、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離（つまり磁束の強さ）に対応したものとなり、この開き角の大きさに対応して、前記振動成分の周波数が変化するものとなる。発明者は、このことを確認した。つまり、開き角と、前記振動成分の周波数とは１対１に対応するものである。
【０１０４】
図１３、図１４、図１５は、径の異なる電線に磁束センサ１０を装着した状態で、磁束センサ１０の出力信号に含まれる、この高周波数成分を、１０２．３ｋＨｚまでについてスペクトラム分析したものである。図１３は、直径が約５．３ミリメートルの電線、図１４は、直径が約６．３ミリメートルの電線、図１５は、直径が約６．６ミリメートルの電線のそれぞれに磁束センサ１０を装着した場合の周波数スペクトル図である。したがって、開き角の大きさは、図１３の場合が最も大きく約２７０度、図１４の場合は２２７度、図１５の場合は２１７度となる。
【０１０５】
これら図１３〜図１５においては、主として３つのスペクトルのピークが立つことが観察されるが、これらのスペクトルが立つ周波数は、低い方から順に磁束センサ１０の長さ方向、幅方向、厚さ方向の振動成分に対応したものとなる。
【０１０６】
図１３におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２０．６ｋＨｚ、
幅方向に対応；４９．４ｋＨｚ
厚さ方向に対応；９８．７ｋＨｚ
であった。
【０１０７】
また、図１４におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２２．０ｋＨｚ、
幅方向に対応；４９．６ｋＨｚ
厚さ方向に対応；９９．９ｋＨｚ
であった。
【０１０８】
また、図１５におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２３．５ｋＨｚ、
幅方向に対応；５０．２ｋＨｚ
厚さ方向に対応；１００．５ｋＨｚ
であった。
【０１０９】
これにより、磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号には、磁束センサ１０が電線あるいは被覆部分に装着されたときの開き角の大きさに応じた振動成分（高周波信号成分）が重畳されていることが判る。
【０１１０】
そこで、この第３の実施形態においては、この磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号に含まれる前記振動成分を抽出して、その周波数を検出し、その検出した周波数に応じて、自動的に距離補正用増幅回路４１のゲインを決定するようにする。すなわち、検出した振動成分の周波数は、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離に対応しているので、当該距離に応じたゲインとなるように、距離補正用増幅回路４１のゲインを決定するものである。
【０１１１】
この場合、前記の長さ、幅、厚さの３つ方向の振動成分の周波数を全て検出する必要はなく、そのいずれか一つの方向の振動成分、例えば長さ方向の振動成分の周波数を検出することにより、距離補正用増幅回路４１のゲインを決定することができるものである。
【０１１２】
すなわち、前述の３種の径の電線の場合であれば、長さ方向の振動成分に対応するスペクトルは、図１６の拡大図に示すように観測することができる。この図１６のスペクトルは、径の異なる３種の電線に磁束センサ１０を装着した場合において、磁束センサのシート状磁性体１１の長さ方向の振動成分を、前記径の異なる３種の電線について比較可能なように示した場合であり、１０１のスペクトルは、３種の径のうちの、最小の径に対応するもの、１０２のスペクトルは、中間の径に対応するもの、１０３のスペクトルは最大の径に対応するものである。
【０１１３】
図１７は、この第３の実施形態における磁束センサ１０の出力に対する補正増幅回路の構成例を示すブロック図である。
【０１１４】
すなわち、この第３の実施形態においては、前述した第１および第２の実施形態と同様に、磁束センサ１０のコイル１４からの信号は、距離補正用増幅回路４１と、周波数補正用増幅回路４２とを通じて補正するようにする。
【０１１５】
この場合に、距離補正用増幅回路４１としては、前述の第２の実施形態と同様に、複数個の開き角θに対応したゲインに切り替え可能なものを用いる。そして、この第３の実施形態の距離補正用増幅回路４１においては、ゲイン切り替え制御端子４１ｃを備え、このゲイン切り替え制御端子４１ｃに入力される利得制御信号により、ゲイン切り替えが行われる構成を備える。
【０１１６】
また、この第３の実施形態においては、コイル１４からの信号は、ローパスフィルタ７１に供給されて、前述した例えば１０２．３ｋＨｚ以下の振動成分（高周波数成分）が抽出される。抽出された振動成分は、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）処理を行うスペクトル分析回路７２に供給される。そして、このスペクトル分析回路７２の出力が利得制御回路７３に供給される。
【０１１７】
この利得制御回路７３は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により構成される。この利得制御回路７３では、ピークが立つスペクトル成分を、最もレベルの大きいものから３個抽出する。抽出した３個のスペクトル成分は、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長さ、幅、厚さに対応する振動成分である。
【０１１８】
利得制御回路７３は、これら３個のスペクトル成分のうち、この例では、最も低い周波数成分であるシート状磁性体１１の長さ方向の振動成分を選択して、その周波数を検出する。
【０１１９】
そして、その検出した周波数が、複数個の開き角の範囲の内の、どの開き角の範囲に属するかを判別し、その判別結果に応じた利得制御信号を生成する。そして、利得制御回路７３は、その生成した利得制御信号を距離補正用増幅回路４１に供給する。
【０１２０】
距離補正用増幅回路４１では、利得制御回路７３からの利得制御信号に対応するゲインとなるようにゲインを切り替える。そして、距離補正用増幅回路４１は、その出力を周波数補正用増幅回路４２に供給する。
【０１２１】
以上のようにして、この第３の実施形態によれば、距離補正用増幅回路４１のゲインは、磁束センサ１０が電線あるいは被覆線部分に装着されたときの開き角θに応じたものに自動的に設定される。したがって、単に、磁束センサ１０を電線あるいは被覆線部分に装着すれば、その電線や被覆線部分の径に関係なく、その電線に流れる電流の値に一意に対応する出力信号を、周波数補正用増幅回路４２から得ることができる。
【０１２２】
なお、この第３の実施形態では、各回路に供給する電源電圧も、磁束センサ１０のコイル１４からの電流により生成して、各回路に供給するように構成している。すなわち、この第３の実施形態においては、コイル１４からの電流は、電源電圧生成回路７４に供給される。この電源電圧生成回路７４では、コイル１４からの電流を整流すると共に、各回路に必要な電圧の直流電源電圧を生成する。そして、その生成した直流電源電圧を、各回路の電源ラインに供給する。
【０１２３】
したがって、この第３の実施形態においては、距離補正用増幅回路４１、周波数補正用増幅回路４２、バンドパスフィルタ７１、スペクトル分析回路７２、利得制御回路７３のそれぞれの電源を供給する回路を別途必要としない。
【０１２４】
なお、前述の実施形態と同様に、図１７の第３の実施形態の回路も、ＩＣにより構成することができる。また、電源電圧生成回路７４とバンドパスフィルタ７１の部分を除く部分を、マイクロプロセッサで構成し、そのマイクロプロセッサに、バンドパスフィルタ７１からの信号をデジタル信号に変換したものを供給するようにして、上述した距離補正用増幅回路４１、周波数補正用増幅回路４２、スペクトル分析回路７２、利得制御回路７３のそれぞれにおける処理をデジタル処理として実行するように構成してもよい。
【０１２５】
また、上述の例では、利得制御回路７３では、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の厚さ方向に対応する振動成分の周波数を検出するようにしたが、利得制御回路７３では、レベルの大きい３個のスペクトルのうちの、最大レベルのものに着目し、それが、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長さ、幅、厚さのいずれの方向の振動成分であるかを認識すると共に、その周波数を検出し、その検出した周波数が、複数個の開き角の範囲の内の、どの開き角の範囲に属するかを判別し、その判別結果に応じた利得制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１２６】
［第３の実施形態の電流検出装置の実装例］
以上のように、この発明の実施形態に用いる磁束センサは、薄いシート状のものであり、接着層１８により、狭いスペースにも、簡単に電線や被覆部分に装着することができる。
【０１２７】
図１８の例は、例えば家電製品などの負荷８０に接続された電源コード８２の先端に取り付けられるＡＣプラグ８１内に磁束センサ１０が取り付けられる場合である。この図１８の例では、このＡＣプラグ８１の筐体に設けられた表示画面に電流値や電力量を表示することができるように構成されている。
【０１２８】
図１８は、ＡＣプラグ８１の筐体を下側ハーフ８１ａと、上側ハーフ８１ｂとに分けた状態の図である。８３および８４はプラグ導体であり、ＡＣプラグ８１の筐体の下側ハーフ８１ａと上側ハーフ８１ｂとにより挟持されて固定される。プラグ導体８３と８４とは、それぞれ電源コード８２の正側の電線８２ａと負側の電線８２ｂとにそれぞれ接続されている。
【０１２９】
そして、この例では、磁束センサ１０は、電源コード８２の正側の電線８２ａの被覆部分に、図４に示したような態様で被着されている。そして、磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号は、ＩＣ８５に供給される。
【０１３０】
ＩＣ８５は、図１７に示した補正増幅回路の全ての構成を備えると共に、上側ハーフ８１ｂ側に設けられるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）８６，８７のドライブ回路と、周波数補正用増幅回路４２からの出力信号から電流値および電力値を数値としてＬＣＤ８６，８７に表示するための回路とを含んでいる。なお、ＩＣ８５と、ＬＣＤ８６，８７との間の接続線は、図１８では省略してある。
【０１３１】
この図１８の例によれば、家電製品毎の負荷電流および電力値を簡単に知ることができ、非常に便利である。この場合に、磁束センサ１０の装着スペースは殆ど無視できるほど小さいので、ＡＣプラグ８１の形状を大きくする必要はなく、小形のもののままでよいというメリットがある。
【０１３２】
［磁束センサの他の例］
以上の磁束センサ１０は、コイル導体も含めて積層構造として形成し、大量生産に向くようにすると共に、極めて薄く脆弱であるシート状磁性体１１の補強をするようにしたが、シート状コイル部品としての磁束センサとしては、上述の例のようなものに限られるわけではない。
【０１３３】
例えば、前述と同様のシート状磁性体１１を補強したものに、極細い線を巻回することにより、この発明による電流検出方法に使用可能な磁束センサを構成することができる。
【０１３４】
すなわち、前述したアモルファス薄膜からなるシート状磁性体１１を補強する方法の第１の例は、一面側が接着性を持ち伸縮性がなくシート状磁性体よりも大きい２枚の樹脂テープを用意し、この２枚の樹脂テープの接着性を有する面をシート状磁性体側に向けた状態で、シート状磁性体１を挟んで、互いに接着するようにして、シート状磁性体１の全面を覆うようにする。その後、シート状磁性体の形状に合わせて、接着した樹脂テープを切除する。このとき、シート状磁性体の形状に合わせて正確に切除する必要はなく、シート状磁性体よりも大きな状態で切除するようにしても勿論よい。
【０１３５】
アモルファス薄膜からなるシート状磁性体１１を補強する方法の第２の例は、シート状磁性体１１の全面に常温硬化性の所望の特性を持つ樹脂を被着して、乾燥硬化させる方法である。
【０１３６】
なお、以上の２つの補強方法の例において、シート状磁性体１１の一面側には、磁気シールド層を予め形成しておくとよい。
【０１３７】
以上の第１および第２の例によれば、シート状磁性体１１の両面を、伸縮性の少ない膜で覆うことにより、シート状磁性体１１にかかる応力を減少させることができる。これにより、補強されたシート状磁性体１１は、シート状磁性体１１を単体で取り扱う場合に比べて、取り扱い中の破壊がなくなり、信頼性と安定性が向上する。
【０１３８】
そして、以上のようにして、補強したシート状磁性体１１に対して、導線を巻回して、コイルをシート状磁性体１１に装着して、磁束センサを形成する。この場合のコイルの巻線方法を、巻線治具と共に、図１９を参照して説明する。
【０１３９】
図１９（Ａ）は、この例の巻線治具を示す図である。この巻線治具９０は、固定側治具９３と、駆動側治具９６とからなる。固定側治具９３は、例えば矩形の板９３ａに、２本の支持針９１，９２が、互いに平行な状態で、垂直に埋め込み固定されたものである。駆動側治具９６は、例えば矩形の板９３ａと同形の矩形の板９６ａに、２本の支持針９１，９２の先端が挿入される孔９４，９５が形成されたものである。
【０１４０】
２本の支持針９１および９２の間の、これら支持針の太さも含めた間隔ＷＡは、補強されたシート状磁性体１１Ａの幅Ｗとほぼ同じとされる。また、支持針９１，９２の長さは、シート状磁性体１１Ａの長さよりも、少なくとも孔９４，９５の深さ分よりも長く選定されている。
【０１４１】
シート状磁性体１１Ａに導線を巻くに際しては、先ず、図１９（Ｂ）に示すように、固定側治具９３の２本の支持針９１，９２の先端を、駆動側治具９６の孔９４，９５に挿入して、２つの治具間に支持針９１，９２を固定する。そして、２本の支持針９１，９２の間にシート状磁性体１１Ａの幅方向を橋渡すようにして、シート状磁性体１１Ａを、２本の支持針９１，９２の上に載せる。
【０１４２】
なお、図１９の例では、補強されたシート状磁性体１１Ａは、前述の補強の第１の例が適用された場合のものを使用している。
【０１４３】
次に、支持針９１，９２の上にシート状磁性体１１Ａを載せた状態で、図１９（Ｃ）に示すように、治具９３，９６により、間隔が固定された２本の支持針９１，９２およびシート状磁性体１１Ａをコアとするようにして、細い導線を巻きつけてゆき、コイル部分９８を形成する。
【０１４４】
その後、図１９（Ｄ）に示すように、駆動側治具９６を支持針９１，９２から外し、２本の支持針９１，９２を図１９（Ｄ）の一点鎖線で示すように、互いに内側に撓ました状態で、コイル部９８が形成されたシート状磁性体１１Ａを支持針９１，９２から引き抜くようにする。その後、例えばコイル部９８を接着剤などで固定し、その後、接着剤が塗布された剥離可能なシートを、コイル部９８が形成されたシート状磁性体１１Ａの、磁気シールド層が形成されていない方の面に接着することにより、磁束センサの完成となる。
【０１４５】
なお、予め細い導線９７に接着剤を着けてシート状磁性体１１Ａに巻回するようにして、コイル部９８を形成するようにしてもよい。この場合には、接着剤が固化する前に、支持針９１，９２からシート状磁性体１１Ａを引き抜くようにするものである。
【０１４６】
［その他の変形例］
上述の実施形態では、シート状磁性体に導体を接着してコイルを形成するようにしたが、シート状磁性体に細い導線を巻回することにより、シート状磁性体にコイルを形成するようにしても良いことは言うまでもない。
【０１４７】
また、以上の例では、電線や被覆線は、円形であることを前提に説明したが、実際には、扁平な楕円形状の被覆線なども存在する。その場合にもできるだけ、円形を維持するように磁束センサを配置した方が良いが、扁平の被覆線に沿って磁束センサのシート状磁性体を巻き付けるように配置しても、透磁率が非常に高いので、検出電流値に対する誤差は少ない。
【０１４８】
また、シート状磁性体１１の材料としては、フェライトやアモルファス金属を例として挙げたが、これらに限られるものではなく、透磁率が高く、鉄損が小さいものであれば好適である。
【０１４９】
【発明の効果】
上述の構成のこの発明によれば、トロイダルコイルを用いることなく、薄いシート状の磁束センサを用いて、正確な電流値の検出を行うことができ、取り付けスペースの点で従来は電流値の検出ができなかった部位の電流をも、容易に検出することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの一例の構造を説明するための図である。
【図２】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの一例の構造を説明するための図である。
【図３】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの一例の製造方法を説明するための図である。
【図４】この発明による電流値検出方法の実施形態を説明するための図である。
【図５】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図６】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図７】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図８】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図９】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図１０】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図１１】この発明による電流値検出方法の検出原理を説明するための図である。
【図１２】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの出力波形の例を示す図である。
【図１３】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図１４】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図１５】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図１６】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの出力信号を説明するためのスペクトル図である。
【図１７】この発明による電流値検出装置の実施の形態を示す図である。
【図１８】この発明による電流値検出装置の実施の形態の適用例を示す図である。
【図１９】この発明による電流値検出方法に用いる磁束センサの他の例の製造方法を説明するための図である。
【図２０】電流値の検出原理を説明するための図である。
【図２１】従来の電流値の検出方法を説明するための図である。
【図２２】従来の電流値の検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　磁束センサ
１１　シート状磁性体
１４　コイル
１７　磁気シールド層
１８　接着層
４１　距離補正用増幅回路
４２　周波数補正用増幅回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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