(57)【要約】【課題】大型で高価なカレントトランスを不要として電流センサの小型，低コスト化を図る。【解決手段】電流センサとして、磁気インピーダンス（ＭＩ）効果を利用したＭＩ素子４を用いることにより、カレントトランスを用いなくても済むようにする。また、電流規格の大小に応じて電流バー１からＭＩ素子４までの水平方向距離ＬおよびＨ（電流バー１からＭＩ素子４までの垂直方向距離）の少なくとも一方を変化させることにより、全電流規格に対応できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れる導体から感磁方向に距離Ｌ、感磁方向と直交する方向に距離Ｈなる位置に配置され磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス（ＭＩ）素子と、このＭＩ素子に接続され磁界の変化に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを備えたことを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項２】
前記導体に流れる電流に応じて、前記距離ＬおよびＨの少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１に記載の磁界・電流センサ。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の磁界・電流センサを用いて構成することを特徴とする電力量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁界・電流センサおよびこれを用いた電力量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に、例えば特許文献１に開示されている電力量計の従来例を示す。
これは、電流検出部５１から得られた電流信号５２と、電圧検出部５３から得られた電圧信号５４とから、電力量演算部５５で電力量を求めるものである。さらに、電力量演算部５５は電力量に比例するパルス信号を出力し、ディスプレイなどの液晶表示５６やＬＥＤ（発光ダイオード）５７により電力量を出力するようにしている。
【０００３】
電流検出部５１は、例えば図６に示すように、電流バー６１とカレントトランス６２から構成され、電流バー６１をカレントトランス６２に貫通させて配置する。
このような構成で、電流バー６１に電流が流れると、その電流に比例する磁界をカレントトランス６２で検出し、電流信号５２を出力する。
【特許文献１】特開２００３−１４９２７６号公報（第２頁、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では電流信号５２と電圧信号との間には、図７に示すような位相差７１が発生するため、図５に示す電力量計ごとに位相補正をして電力量を求める必要があり調整コストが増大し、コスト高になるという問題がある。さらには、カレントトランスのレンジアビリティを決定する飽和磁化が比較的小さいため、各電力量計の電流仕様に合わせてカレントトランスの仕様を変更する必要があり、操作が煩雑になるという問題もある。
【０００５】
したがって、この発明の解決しようとする課題は、高価で大型なカレントトランスを用いなくても済むようにして小型，低コスト化を図り、併せて位相補正の必要をなくし１種類のセンサで全電流規格をカバーできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電流が流れる導体から感磁方向に距離Ｌ、感磁方向と直交する方向に距離Ｈなる位置に配置され磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス（ＭＩ）素子と、このＭＩ素子に接続され磁界の変化に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１の発明においては、前記導体に流れる電流に応じて、前記距離ＬおよびＨの少なくとも一方を変化させることができる（請求項２の発明）。また、これら請求項１または２の磁界・電流センサを用いて電力量計を構成することができる（請求項３の発明）。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、
（１）カレントトランスが不要となるので、小型，低コスト化が可能となる。また、カレントトランスでは必要とされた位相補正が不要となり、調整コストも低減する。
（２）電流仕様ごとに必要であった電流センサが１つで済み、対応が容易になる。
などの利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
図示のように、電流センサを、測定対象となる電流が流れる電流バー１と、この電流バー１から所定距離離れた位置に配置された磁気インピーダンス素子（以下、ＭＩ素子とも略記する）４とから構成する。
ここに、ＭＩ素子は磁界の変化によりインピーダンスが変化するＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）効果を利用する電流センサ用の素子であり、ホール素子や磁気抵抗素子に比べ、数十倍から数百倍の感度を実現できるものである（比嘉外５名「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロＭＩセンサ」日本応用磁気学会誌、ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２、１９９７年参照）。
【００１０】
ＭＩ素子４は図１に示すように、ガラス基板２と基板上に搭載された磁性膜３とから構成される。また、図１のＭＩ素子４は、磁性膜３の長手方向に感磁方向を有するものとする。さらに、ＭＩ素子４はその磁性膜３から電流バー１の高さ方向にＨ、磁性膜３の感磁方向にＬだけ離れた位置に配置される。
図２に図１のＡ方向から見た側面図、また、図３に図１のＢ方向から見た側面図をそれぞれ示している。これらの図から、ＬとＨの関係が明瞭となる。
図４に電流検出回路のブロック図を示す。
すなわち、ＭＩ素子４と、ＭＩ素子４に高周波信号を印加することが可能な発振回路４１、ＭＩ素子に接続され磁界の変化に応じた検出信号を出力する固定抵抗４２、整流回路４３からなる検出回路と、この検出回路からの信号を増幅，差動処理する演算回路としての増幅回路４４などから構成される。ここで、固定抵抗４２はＭＩ素子４とほぼ同じ抵抗値を有するものとする。
【００１１】
以上のような構成において、図１の電流バー１に電流Ｉが流れたとすると、電流の流れる方向に対し、右ねじの法則（ビオ・サバールの法則）にしたがって磁界が発生する。このとき、ＭＩ素子の感磁方向に印加される磁場ＨEは、
ＨE＝Ｉｃｏｓθ／√（Ｌ2＋Ｈ2）（但し、θ＝ｔａｎ−１（Ｈ／Ｌ）
で表わすことができる。このような磁場がＭＩ素子４に加えられると、ＭＩ素子４のインピーダンスが磁場ＨEに比例して変化することになる。
【００１２】
発振回路４１から得られる正弦波またはパルス信号は、ＭＩ素子４と固定抵抗４２で分圧され、整流回路４３に入力される。ＭＩ素子４は磁界ＨEに比例してインピーダンスが変化するため、整流回路４３に入力される正弦波またはパルス信号の分圧比が変化する。すなわち、整流回路４３からは磁界ＨEに比例した出力信号を得ることができる。また、この信号は増幅回路４４により所定の信号振幅に増幅される。
このＭＩ素子４を用いる電流検出部からの電流信号は、電圧信号に対して位相遅れを発生しないため、カレントトランスで従来必要であった位相補正が不要となり、調整コストの削減が可能となる。
【００１３】
ところで、図１〜図４に示す電力量計において、電流規格が小さいものでは上記「Ｌ」の値を小さくし、電流規格が大きいものでは上記「Ｌ」の値を大きくすることにより、１つのＭＩ素子を用いた電流センサで全ての電流規格の電力量計に適用することが可能となる。例えばＩ＝５ｍＡ近辺では、Ｈ＝５ｍｍ、Ｌ＝１０ｍｍのように選ばれるが、電流規格と出力すべき信号の大きさ等によって適宜に決定される。
【００１４】
また、「Ｌ」の値の代わりに、電流規格が小さいものでは「Ｈ」に対する「Ｌ」（ＬとＨの比）を小さくし、電流バー１によって発生する磁界に対して、ＭＩ素子４の感磁方向に与える磁場の影響を大きくなるようにする。一方、電流規格が大きいものでは「Ｈ」に対して「Ｌ」（ＨとＬの比）を大きくし、電流バー１によって発生する磁界に対してＭＩ素子４の感磁方向に与える磁場の影響を小さくなるようにする。
このように距離ＬとＨの比を含み、距離ＬとＨの少なくとも一方を変更することにより、電力量計の大きさを変化させることなく、１つのＭＩ素子を用いた電流センサで全電流規格をカバーすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】図１のＡ方向から見た構成図
【図３】図１のＢ方向から見た構成図
【図４】電流検出回路を示すブロック図
【図５】従来の電力量計の例を示すブロック図
【図６】従来の電流検出部の例を示す構成図
【図７】電圧と電流の位相差を示す波形図
【符号の説明】
【００１６】
１…電流バー、２…基板、３…磁性膜、４…磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、６…磁力線、４１…発振回路、４２…固定抵抗、４３…整流回路、４４…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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