(57)【要約】【課題】電流バーの構造を簡単にして加工コストを低減させ、低コストの電力量計を提供できるようにする。【解決手段】従来、電流センサとしてはホールＩＣを用いるものが多いが、このタイプのものは集磁効果をあげるために電流バーに特殊な加工を必要とするので、この発明では磁気インピーダンス（ＭＩ）効果を持つ電流センサ３を用い、電流バー６に対して図示のような位置関係をもって配置する構成とすることにより、電流バー６を図示のような単純な凹形状の構造とし、コストの低減化を図る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体と、この筺体に取り付けられる凹形状の電流バーと、この電流バーから一定の距離をもって配置される電流センサと、この電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成することを特徴とする電力量計。
【請求項２】
筺体と、この筺体に取り付けられる複数の凹形状の電流バーと、電流バーの所定のものに一定の距離をもってそれぞれ配置される複数の電流センサと、各電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記各電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記各磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成することを特徴とする電力量計。
【請求項３】
筺体と、この筺体に取り付けられる凹形状の電流バーと、この電流バーから一定の距離をもって配置される電流センサと、この電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成するとともに、前記電流バーに対してスペーサを介して配置することを特徴とする電力量計。
【請求項４】
前記電流バー，電流センサおよびスペーサを複数ずつ、互いに対応付けて配置することを特徴とする請求項３に記載の電力量計。
【請求項５】
前記電流センサを、前記筺体に固定された複数のプリント基板支えにて支持されるプリント基板上に実装することを特徴とする請求項３または４に記載の電力量計。
【請求項６】
前記プリント基板支えの端面に、ネジ穴またはネジ部を形成したことを特徴とする請求項５に記載の電力量計。
【請求項７】
前記スペーサは、絶縁材料からなることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の電力量計。
【請求項８】
前記磁気インピーダンス素子を複数個設け、これに対応して前記負帰還磁場印加手段を複数個設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電力量計。
【請求項９】
前記負帰還磁場印加手段および前記バイアス印加手段は、前記磁気インピーダンス素子に巻回されたコイルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電力量計。
【請求項１０】
前記コイルは、薄膜プロセスによるパターニングにより作製した薄膜コイルであることを特徴とする請求項９に記載の電力計。
【請求項１１】
前記バイアス印加手段のコイルに代えて、前記磁気インピーダンス素子近傍に配置された永久磁石を用いることを特徴とする請求項９に記載の電力量計。
【請求項１２】
前記検出回路をＩＣ化した半導体チップにするとともに、この半導体チップと前記磁気インピーダンス素子とをモールドパッケージ化することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電子式電力量計、特に小型の電流センサを用いた電子式電力量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２に、例えば特許文献１に開示された一般的な電子式電力量計の基本構成例を示す。
すなわち、電力量計は基本的に電流センサ７１と電圧センサ７２とを持ち、それぞれから得られる電流信号Ｉと電圧信号Ｖをマイクロコンピュータ（マイコン）７３などに取り込み、このマイコン７３内で演算して電力量を求めるものである。また、マイコン７３は電力量に応じたパルスを発生させる計量パルス用ＬＥＤ（発光ダイオード）７４の制御や、電力量を表示する液晶ディスプレイ７５の制御を行なっている。
【０００３】
図１３に、例えば非特許文献１に開示されている、この種の電力量計の従来例を示す。なお、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＸ軸と直交する方向の側面図である。
これは、ブレーカなどの遮断手段に直結した構造となっており、例えばＡ側の端子台５２１が３相電源用ブレーカ側、Ｂ側の端子台５２２が負荷側となるように、取り付けネジ５１で配線する。そして、Ａ側からＢ側の負荷側の各相に流れる電流と電圧を検出し、電力を演算するものである。また、液晶ディスプレイ５３と、電力量に比例した周期で発光する計量パルス用ＬＥＤ（発光ダイオード）５４とにより、外部より電力量をモニタリングできるようにしている。なお、３相の信号から電力量を演算するためには、少なくとも２相の電流信号と電圧信号が必要である。そのために、電流センサは電力量計当たり少なくとも２個必要となる。
【０００４】
図１４にＡ相，Ｂ相，Ｃ相の電力量を計算するために、ホールＩＣからなる２つの電流センサ６１を利用する例を示す。このホール素子を用いるものは、磁気インピーダンス素子を用いるものに比べて感度が１／１００以下と小さい。そこで、図１５に示すように、電流バー６５Ｂの形状を「コ」字形状にし、その中心部の電流センサ設置領域Ｓに電流センサを配置することで、磁束強度（集磁効果）を高めるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４９２７６号公報（第２頁，図１３）
【非特許文献１】大崎電気工業株式会社：製品情報インデックス“コンパクトＥＭ”［平成１５年１２月１日検索］インターネット<ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｓａｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｄｅｎｒｙｏｋｕ／ｃｅｍ＿ｔａｎ３ｓａｎ３．ｈｔｍｌ>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５に符号６５Ｂとして示したように、
（１）電流バーに複雑な曲げ加工を必要とする。
（２）形状の制約を受け小型化が困難である。
などの問題がある。
したがって、この発明の課題は、複雑な加工を不要にするとともにコストの低減化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、筺体と、この筺体に取り付けられる凹形状の電流バーと、この電流バーから一定の距離をもって配置される電流センサと、この電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、筺体と、この筺体に取り付けられる複数の凹形状の電流バーと、電流バーの所定のものに一定の距離をもってそれぞれ配置される複数の電流センサと、各電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記各電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記各磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明では、筺体と、この筺体に取り付けられる凹形状の電流バーと、この電流バーから一定の距離をもって配置される電流センサと、この電流センサから外部磁界に比例する電流相当の電圧信号を得る検出回路と、電圧信号を得るための電圧センサと、この電圧センサよりの電圧信号と前記検出回路よりの電流相当の電圧信号とから電力量を演算する演算手段とを有する電力量計において、
前記電流センサを、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加する負帰還磁場印加手段と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とから構成するとともに、前記電流バーに対してスペーサを介して配置することを特徴とする。
【００１０】
上記請求項３の発明においては、前記電流バー，電流センサおよびスペーサを複数ずつ、互いに対応付けて配置することができ（請求項４の発明）、請求項３または４の発明においては、前記電流センサを、前記筺体に固定された複数のプリント基板支えにて支持されるプリント基板上に実装することができる（請求項５の発明）。この請求項５の発明においては、前記プリント基板支えの端面に、ネジ穴またはネジ部を形成することができ（請求項６の発明）、請求項３〜６のいずれかの発明においては、前記前記スペーサは、絶縁材料からなることができる（請求項７の発明）。また、請求項１〜７のいずれかの発明においては、前記磁気インピーダンス素子を複数個設け、これに対応して前記負帰還磁場印加手段を複数個設けることができる（請求項８の発明）。
【００１１】
上記請求項１〜８のいずれかの発明においては、前記負帰還磁場印加手段および前記バイアス印加手段は、前記磁気インピーダンス素子に巻回されたコイルであることができ（請求項９の発明）、この請求項９の発明においては、前記コイルは、薄膜プロセスによるパターニングにより作製した薄膜コイルであることができ（請求項１０の発明）、または、前記バイアス印加手段のコイルに代えて、前記磁気インピーダンス素子近傍に配置された永久磁石を用いることができる（請求項１１の発明）。請求項１〜１１のいずれかの発明においては、前記検出回路をＩＣ化した半導体チップにするとともに、この半導体チップと前記磁気インピーダンス素子とをモールドパッケージ化することができる（請求項１２の発明）。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ＭＩ素子からなる電流センサを用いてその配置を工夫するようにしたので、電流バーの構造を簡単にでき、その結果、電力量計の低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。なお、同図（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図（ｃ）は同じくＹ−Ｙ断面図である。
図１からも明らかなように、これは筺体１に取付けられた３個の凹型の電流バー６、そのＡ相，Ｂ相の電流バー６からそれぞれ一定の距離だけ離れ、センサ保持基板５上に実装された電流センサ３Ａ，３Ｂ、電流センサ３Ａ，３Ｂからの信号を処理するためのセンサ信号処理基板９、電流センサ３Ａ，３Ｂからの電流信号および図示されない電圧センサからの電圧信号より電力量を演算するための電力量演算基板８等から構成される。電流バー６はここでは図２に示すように、３本とも同じシンプルな構造になっている。
【００１４】
図３に電流センサと電流バーとの関係を示す。なお、センサ保持基板は図示を省略している。
すなわち、電流バー６に電流が流れるとα面，β面，γ面の各面での電流は矢印で示すようになる。いま、電流センサ３をα面に設置するものとすると、電流によって発生する磁場Ｆは矢印で示すようになるので、この磁場Ｆを効果的に検出するためには、電流センサ３は図示のように電流バー６のα面に対し、垂直に設置する必要がある。なお、このように、電流バー６から垂直方向に所定の距離Ｒだけ離れた位置に配置された電流センサ３には、距離Ｒに反比例し電流バー６に流れる電流に比例した磁場が印加される。
【００１５】
図４に電流センサの拡大図を示す。
電流センサ３は図示されないリードフレーム上に実装された磁気インピーダンス素子（以下、単にＭＩ素子とも略記する）３０をモールドパッケージしたものである。ＭＩ素子３０は、磁気の変化に対してインピーダンスが変化する、いわゆる磁気インピーダンス効果を利用する電流センサ用素子であり、図４ではガラス基板３２上にソフト磁性（軟磁性）膜３１をパターニングした構成となっている。
なお、ＭＩ素子は、ホール素子や磁気抵抗素子に比べ磁界に対して高感度であるとして、例えば比嘉外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年において発表されている。
【００１６】
ＭＩ素子３０には、外部磁界に比例する磁場を発生させるための負帰還磁場印加手段として、負帰還コイル３４が設けられるとともに、バイアス磁界を印加するバイアス印加手段として永久磁石３３が設けられている。負帰還コイル３４も、ここではガラス基板３２上にパターニングした構成となっているが、ＭＩ素子３０に単にコイルを巻くだけでも良く、また、バイアス磁界をかける手段も、永久磁石の代わりに負帰還コイルと同様に、ＭＩ素子にコイルを巻回またはパターニングする構成としても良い。
【００１７】
図５に電流センサを含む周辺回路のブロック図を示す。なお、１０Ａ，１０Ｂは固定抵抗、１１Ａ，１１Ｂは発振回路、１２Ａ，１２Ｂは整流回路、１３Ａ，１３Ｂは増幅回路、１４Ａ，１４Ｂは負帰還磁場発生回路、１５はマイコン、１６は液晶表示器、１７は発光ダイオード（ＬＥＤ）、３０Ａ，３０ＢはＭＩ素子、３４Ａ，３４Ｂは負帰還コイル、Ｉ1，Ｉ2は電流センサからの信号、Ｖ1，Ｖ2は図示されない電圧センサからの信号をそれぞれ示す。
【００１８】
いま、図５のＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂに発振回路１１Ａ，１１Ｂから高周波信号を印加すると、ＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂはそのインピーダンスが、外部磁界に比例して変化する。そのため、整流回路１２Ａ，１２Ｂの入力部の信号は、外部磁界に比例した振幅を持つ高周波信号となり、これが整流回路１２Ａ，１２Ｂおよび増幅回路１３Ａ，１３Ｂを経て、電流信号Ｉ1，Ｉ2としてマイコン１５に取り込まれる。
【００１９】
また、電流センサのレンジアビリティの向上，温度特性改善を目的に、負帰還磁場を発生するための負帰還磁場発生回路１４Ａ，１４Ｂから、ＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂに設けられた負帰還コイル３４Ａ，３４Ｂへ所定の電流を流し、ＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂに負帰還磁場を印加する。その結果得られるＩ1，Ｉ2と、図示されない電圧センサからの信号Ｖ1，Ｖ2とをマイコン１５に取り込み、電力量を演算する。
以上のような構成により、複雑な構造の電流バーが不要となり、低コスト化を実現することが可能となる。
【００２０】
図６にこの発明の第２の実施の形態を示す。
これは、図４に示す電流センサの変形例を示すもので、ガラス基板に２つのＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂを設けた点が特徴である。なお、各ＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂには負帰還磁場を発生するための負帰還コイルが設けられるとともに、２つのＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂに共通にバイアス磁界を印加するための永久磁石３３が配置されるのは、図４の場合と同様である。
【００２１】
図７に図６と対応するセンサ回路を示す。
これは、基本的には図５を二重化した構成となっているが、図６のようにＭＩ素子３０ＡはＭＩ素子３０Ｂに対して電流バー６に近い位置に配置されるため、ＭＩ素子３０Ａの方がＭＩ素子３０Ｂよりも大きな出力信号が得られる。そこで、各素子の増幅回路１３Ａ，１３Ｂの出力信号を差動回路１８Ａで差動増幅演算することにより、電流バーに流れる電流に比例し、かつ外部ノイズの影響等による同相ノイズを除去された信号Ｉ1を得ることが可能になる。この関係は、ＭＩ素子３０Ｃ，３０Ｄを介して得られる信号Ｉ2についても同様で、図７の例よりも精度を向上させることができる。
【００２２】
図８にこの発明の第３の実施の形態を示す。
これは、上記発振回路，整流回路，増幅回路，負帰還磁場発生回路，作動回路を含む周辺回路をＩＣチップ化し（符号２０参照）、ＭＩ素子３０Ａ，３０Ｂとともにモールドパッケージしたものである。こうすることにより、電力量計の小型化，低コスト化が可能となる。
【００２３】
図９にこの発明の第４の実施の形態を示す。同図（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は同じくＹ−Ｙ断面図である。
図１に示すものに対し、プリント基板支え４Ａ，４Ｂおよびスペーサ７を付加して構成されている。これは、図１の例では、電流センサ３が図３に示すように電流バー６のα面に設置されているのに対し、図１０に示すように電流センサ３を図１と同じ構造の電流バー６のβ面に対し垂直に設置するものである。こうすることにより、図１に示すようなセンサ保持基板５が不要となり、電流センサ３をセンサ信号処理基板９上に安定な状態で搭載することが可能となる。
【００２４】
図１１にプリント基板支えと電流センサとの関係を示す。
ここでは、図示されない筺体１に取付けられた電流バー６と、筺体１に取付けられたプリント基板支え４Ａと、プリント基板支え４Ａに支持されたセンサ信号処理基板９と、センサ信号処理基板９に搭載されている電流センサ３Ａと、電流センサ３Ａと電流バー６との間に設けられたスペーサ７とからなり、電流バー６と電流センサ３Ａとの位置を確定するようにしている。この両者の位置関係（距離）を確定するためのスペーサ７は、絶縁材料から構成される。なお、図１１では電流センサ３Ｂに対応する電流バー６およびスペーサ７の図示を省略しているが、電流センサ３Ａと同様に設けられるものとする。
【００２５】
また、プリント基板支え４Ａのセンサ信号処理板９側にはネジ穴４２が設けられており、このセンサ信号処理基板９のネジ穴４２と対応する位置にも、同様の穴が明けられている。従って、センサ信号処理基板９側にネジ部４１があるプリント基板支え４Ｂを、センサ信号処理基板９を介してプリント基板支え４Ａのネジ穴４２に挿入することで、センサ信号処理基板９を固定することができる。このとき、センサ信号処理基板９に形成される穴の大きさに余裕を持たせることにより、電流センサ３Ａと電流バー６との間の距離を調整することが可能になる。なお、プリント基板支え４Ｂにも同様に、電力量演算基板８側にネジ穴４２が設けられており、ネジ４３を電力量演算基板８を介してプリント基板支え４Ｂのネジ穴４２に挿入することにより、電力量演算基板８を固定できるようになっている。
【００２６】
なお、電流センサ３Ａ，３Ｂの構成およびその周辺回路部の構成は、図４，図６，図８および図５，図７に示すものをそのまま用いることができ、従ってその機能，作用も上述と同様であるので、詳細は省略する。
以上のようにすることで、電流バーの構造を簡略化でき、低コストを実現することができる。また、図１に示すセンサ保持基板が不要になる、電流センサと電流バーとの間隔の調整が容易になる、などのメリットもある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】図１の筺体と電流バーを示す斜視図
【図３】図１の電流センサと電流バーの関係を示す説明図
【図４】電流センサ例を示す構成図
【図５】図４のセンサ周辺回路を示すブロック図
【図６】電流センサの別の例を示す構成図
【図７】図６のセンサ周辺回路を示すブロック図
【図８】電流センサのさらに別の例を示す構成図
【図９】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図１０】図９の電流センサと電流バーの関係を示す説明図
【図１１】図９の基板と基板支えとの関係を示す概要図
【図１２】一般的な電力量演算の原理説明図
【図１３】電力量計の従来例を示す構成図
【図１４】電力量計の別の従来例を示す構成図
【図１５】図１４における筺体と電流バーを示す斜視図
【符号の説明】
【００２８】
１…筺体、２…端子台、３，３Ａ，３Ｂ…電流センサ、４Ａ，４Ｂ…プリント基板支え、５…センサ保持用基板、６…電流バー、７…スペーサ、８…電力演算基板、９…センサ信号処理基板、１０Ａ〜１０Ｄ…固定抵抗、１１Ａ〜１１Ｄ…発振回路、１２Ａ〜１２Ｄ…整流回路、１３Ａ〜１３Ｄ…増幅回路、１４Ａ〜１４Ｄ…負帰還磁場発生回路、１５…マイクロコンピュータ（マイコン）、１６…液晶表示器、１７…発光ダイオード（ＬＥＤ）、１８Ａ，１８Ｂ…差動回路、２０…周辺回路ＩＣチップ、３０，３０Ａ〜３０Ｄ…ＭＩ（磁気インピーダンス）素子、３１…磁性膜、３２…ガラス基板、３３…永久磁石、３４…負帰還コイル、４１…ネジ部、４２…ネジ穴、４３…ネジ。
【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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