JP2019109195A - 電流センサ及び電力量計 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易であり、外部磁界の影響を受けにくく、広範囲で電流検出特性の直線性が良い電流センサ及び電力量計を提供すること。【解決手段】電流を流す電流バー１の周囲に形成される磁界を測定して電流バー１に流れる電流信号を検出する電流センサ２であって、同一のコイルパターンが形成された一対の基板２ａ，２ｃ及び一対の基板２ｂ，２ｄを電流バー１の軸Ｃに対して対称に配置した。コイルパターンは、コイルパターンに発生する誘起電圧を加算するように接続線３１によって直列接続されるとともに、接続線３１に沿って戻る戻り線３２を有する。基板２ａ〜２ｄのそれぞれは複数のコイルパターンが積層配置された積層基板である。【選択図】図２

Description

本発明は、製造が容易であり、外部磁界の影響を受けにくく、広範囲で電流検出特性の直線性が良い電流センサ及び電力量計に関する。

従来、用いられている電流センサとしては、変流器（カレントトランス：ＣＴ）や、集磁コアのギャップ部にホール素子などの磁電変換素子を配置した構成や、集磁コアのギャップ部に、巻線コイルや誘電体基板上にコイルパターンを形成した素子をもつ構成などがある。特に、集磁コアのギャップ部に、基板上にホール素子などの磁電変換素子やコイルパターンを形成した素子を配置する方法は、測定対象である一次電流が流れる回路とは電気的に分離されているため、一次電流側の回路に影響を与えることなく、精度よく電流を計測可能な点で優れている。さらにコイルパターンを形成した素子を配置する方法は、直線性および温度特性に優れ、部品点数が少なく製造が容易となる特徴を有する（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された電流センサは、環状の集磁コアの中央開口部に電流バーを通し、集磁コアのギャップ部にコイルパターンが施された基板を配置するものである。電流バーに電流が流れると、電流路の周辺には、電流バーに流れる電流の大きさに比例する磁束が発生する。発生した磁束は、集磁コアによって集磁される。電流が周期的電流である場合、その周期に応じて発生する磁束も周期的に変化する。これにより、コイルパターンをもつ検出コイルには、電流の大きさ及び周波数に応じた誘導電圧が発生し、この誘導電圧を電流バーに流れる電流の検出信号として用いている。

特開２０１０−４８７５５号公報

ところで、集磁コアのギャップ部に磁気変換素子を配置する電流センサでは、ギャップ部に発生する磁束が集磁コアの磁気特性とギャップ部の形状とにより決定される。このギャップ部の距離を数ｍｍとすることで比較的直線性の良い電流検出特性を得ることができるが、集磁コアで用いられている磁性体の磁界に対する非線形性によって電流検出特性の直線性が悪くなる場合があるという問題がある。

具体的には、電流バーに大電流が流れた場合、集磁コアで用いられている磁性体の磁気飽和により透磁率が低下し、それに伴ってギャップ部に発生する磁束も低下するため、測定電流に対して発生する磁束が理想的な比例関係ではなくなり、直線性が悪化する。

また、一般的に磁性体の透磁率は材質に応じて所定の磁界で透磁率が最も大きくなり、初透磁率は最大透磁率に対して小さい。したがって、小さな電流が流れた場合も透磁率が低いことが原因で、発生する磁束が低下し、測定電流に対して発生する磁束が理想的な比例関係ではなくなり、電流検出特性の直線性が悪化する。

なお、これらの問題が無い電流センサとしてロゴスキーコイルなどのように、電流バーの周囲に空芯コイルを配置して磁束の変化に応じて発生する誘導電圧を測定する方法がある。しかし、ロゴスキーコイルを用いると、電流バーの周囲を囲うようにコイルを形成する必要があり、コイル形状、コイル寸法に応じた専用の巻線機、巻線治具が必要となり、電流センサの製造が容易ではないという問題がある。

また、ロゴスキーコイルの巻線に巻ムラがあると電流バーの位置ずれの影響を受けやすくなるという問題が生じ、精度の良い電流センサを製作するのは容易ではないという問題がある。さらに、ロゴスキーコイルを配置する場合、環状コイルの一端を分割して電流バーの周囲を囲うように配置する方法がとられる。しかしながら、できるだけ巻きムラを低減するため、空芯コイルは環状コイルの一端を分割しない方法が好ましく、分割しない場合は電流バーを中心の空洞に通す必要があり、電流バーの形状の制約による設計裕度が低くなり、組立性が悪いといった問題が生じる。

なお、一般に電流センサは、電流バーを流れる電流によって生成される磁場以外の外部磁場の影響を受けないことが、電流計測の精度向上のために必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造が容易であり、外部磁界の影響を受けにくく、広範囲で電流検出特性の直線性が良い電流センサ及び電力量計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電流センサは、電流を流す電流バーの周囲に形成される磁界を測定して前記電流バーに流れる電流信号を検出する電流センサであって、同一のコイルパターンが形成された一対の基板を前記電流バーの軸に対して対称に配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記コイルパターンに発生する誘起電圧を加算するように前記コイルパターンを直列接続する接続線を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記基板は、複数のコイルパターンを積層配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記一対の基板を複数配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記コイルパターンが形成されたコイルパターン面は、前記電流バーが生成する磁束に対して垂直であることを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記コイルパターンを順次直列接続する接続線の終端部側からの戻り線は、前記接続線に沿わせて前記接続線の始端部側まで配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記接続線または／及び前記戻り線は、前記コイルパターンの中心を通るように配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記接続線及び前記戻り線は、互いに撚り合わせたツイスト状態であることを特徴とする。

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明のいずれか一つに記載した電流センサが検出した電流信号と電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記電流バーを流れる電力量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、同一のコイルパターンが形成された一対の基板を電流バーの軸に対して対称に配置したので、ロゴスキーコイルに比して製造が容易であり、外部磁界の影響を受けにくく、磁性材料を用いていないので磁気飽和することがなく、広範囲で電流検出特性の直線性が良い電流センサ及び電力量計を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態である電流センサの概要構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示した電流センサを電流バーの軸方向からみた模式図である。 図３は、図１に示した電流センサの上面及び基板に設けられるコイルパターンを示す説明図である。 図４は、基板の構成を示す図である。 図５は、各基板の接続構成を示す説明図である。 図６は、支持ケースの詳細構成を示す側面図である。 図７は、図６に示した支持ケースのＡ−Ａ線断面図である。 図８は、電流センサの変形例の基板構成を説明する説明図である。 図９は、図８に示した基板の接続構成を示す説明図である。 図１０は、基板数を８つにした電流センサの一例を示す斜視図である。 図１１は、電流バーが発生する磁束の方向に対して基板を傾けた電流センサの一例を示す図である。 図１２は、実施の形態及び変形例で示した電流センサを用いた電力量計の一例を示すブロック図である。 図１３は、三相電流及び三相電圧間のベクトル図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態である電流センサ２の概要構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した電流センサ２を電流バー１の軸方向からみた模式図である。さらに、図３は、図１に示した電流センサ２の上面及び基板２ａに設けられるコイルパターンＰ１を示す説明図である。図１〜図３において、電流センサ２は、電流を流す電流バー１の周囲に形成される磁界を測定して電流バー１に流れる電流信号を検出する。電流センサ２は、同一のコイルパターンＰ１が形成された、２つの一対の基板２ａ，２ｃ、２ｂ，２ｄがそれぞれ電流バー１の軸Ｃに対して対称に配置される。４つの基板２ａ〜２ｄは、それぞれ電流バー１の周囲に等角度間隔で、電流バー１の軸Ｃを中心に９０度間隔で設けられる。基板２ａ〜２ｄは、コイルパターンＰ１が形成されるコイルパターン面と、測定対象の磁束φ１との角度θ１が直角になるように設けられる。

各基板２ａ〜２ｄに形成されるコイルパターンは、磁束φ１によって生ずる誘起電圧が端子Ｔ１１から順次加算されるように接続線３１で直列接続される。接続線３１の終端部側である基板２ｄからの戻り線３２は、接続線３１に沿わせて接続線３１の始端部側の端子Ｔ１２に接続される。

図３に示すように、各基板２ａ〜２ｄに形成されるコイルパターンは、磁束φ１の方向からみて誘起電圧が全て同じ巻き方向ＷＡとなるように形成されている。

なお、外部磁場の磁束φ２に対し、基板２ａ，２ｃの各巻き方向ＷＡは逆であるため、基板２ａ，２ｃの外部磁場の磁束φ２による誘起電圧は打ち消され、基板２ｂ，２ｄは外部磁場の磁束φ２に感度を持たない。このため、電流センサ２は、外部磁場の磁束φ２の影響を受けない。同様に、外部磁場の磁束φ３に対し、基板２ｂ，２ｄの各巻き方向ＷＡは逆であるため、基板２ｂ，２ｄの外部磁場の磁束φ３による誘起電圧は打ち消され、基板２ａ，２ｃは外部磁場の磁束φ３に感度を持たない。このため、電流センサ２は、外部磁場の磁束φ３の影響を受けない。また、外部磁場の磁束φ４に対し、各基板２ａ〜２ｄは感度を持たない。さらに、接続線３１に沿った戻り線３２を設けているので、接続線３１及び戻り線３２が形成するループに外部磁場の磁束φ４が鎖交する領域が小さくなるため、外部磁場の磁束φ４により発生する誘起電圧を小さくすることができる。このため、電流センサ２は、外部磁場の磁束φ４による影響を受けにくい。すなわち、電流センサ２は、全ての方向の外部磁場の磁束φ２，φ３，φ４による影響を受けにくい構成となっている。

また、電流センサ２は、主として各基板２ａ〜２ｄを電流バー１の周りに支持する支持ケース１０を有する。この支持ケース１０は、絶縁材によって形成される。

（基板の構成）
図４は、基板２ａの構成を示す図である。各基板２ａ〜２ｄは、複数のコイルパターンが積層配置した多層基板であり、同一構成としている。図４に示すように、基板２ａは、表面層基板４ｓの下に、第１層基板４ａ、第２層基板４ｂ、第３層基板４ｃ、第４層基板４ｄが積層されている。第１層基板４ａ、第２層基板４ｂ、第３層基板４ｃ、第４層基板４ｄには、それぞれコイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄが形成されている。基板２ａは、表面層基板４ｓ、第１層基板４ａ、第２層基板４ｂ、第３層基板４ｃ、第４層基板４ｄが積層された段階で各層を貫き、金属めっきされた複数のビアである端子ＴＡ１，ＴＡ２、Ｔ３１〜Ｔ３５が形成される。なお、表面層基板４ｓは、設けなくてもよい。

各コイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄは、すべて巻き方向ＷＡが同じになるように直列接続される。これにより、各コイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄで生じる誘起電圧が加算されて出力される。端子ＴＡ１，ＴＡ２は、基板２ａ〜２ｄ間の接続のための端子である。端子Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３３は、コイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄの内側に設けられ、端子Ｔ３４，Ｔ３５は、コイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄの外側に設けられる。端子Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３４，Ｔ３５は、第１層基板４ａ、第２層基板４ｂ、第３層基板４ｃ、第４層基板４ｄ間の接続に用いられる。

第１層基板４ａでは、入出力端子としての端子ＴＡ１が、コイルパターンＰ４ａを介して端子Ｔ３１に接続される。第２層基板４ｂでは、端子Ｔ３１が、コイルパターンＰ４ｂを介して端子Ｔ３４に接続される。第３層基板４ｃでは、端子Ｔ３４が、コイルパターンＰ４ｃを介して端子Ｔ３２に接続される。第４層基板４ｄでは、端子Ｔ３２が、コイルパターンＰ４ｄを介して端子Ｔ３５に接続される。この端子Ｔ３５は、各層に接続されており、第１層基板４ａの端子Ｔ３５を介して、入出力端子としての端子ＴＡ２に接続される。これにより、端子ＴＡ１，ＴＡ２間に、各コイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄに生じた誘起電圧信号が加算された信号として出力される。

各基板２ａ〜２ｄは、それぞれ４層のコイルパターンを多層配置しているが、５層以上のコイルパターンを形成する多層基板であってもよい。層数が多くなればなるほど、検出感度を高くすることができる。

（各基板の接続構成）
図５は、各基板２ａ〜２ｄの接続構成を示す説明図である。図５に示した基板２ａ〜２ｄは、すべて図４に示した基板２ａと同じ構成であり、４層のコイルパターンを多層配置している。コイルパターンＰ１は、４層のコイルパターンＰ４ａ〜Ｐ４ｄが接続されたコイルパターンを意味する。コイルパターンＰ２〜Ｐ４は、コイルパターンＰ１と同じ構成である。端子Ｔ４１〜Ｔ４５、Ｔ５１〜Ｔ５５、Ｔ６１〜Ｔ６５は、それぞれ端子Ｔ３１〜Ｔ３５と同じ構成である。

電流センサ２の入出力端子である端子Ｔ１１は、まず基板２ａの端子ＴＡ１に接続線３１ａを介して接続される。端子ＴＡ１は、コイルパターンＰ１を経て端子ＴＡ２に接続される。基板２ａの端子ＴＡ２と基板２ｂの端子ＴＢ１とは接続線３１ｂを介して接続される。端子ＴＢ１は、コイルパターンＰ２を経て端子ＴＢ２に接続される。基板２ｂの端子ＴＢ２と基板２ｃの端子ＴＣ１とは接続線３１ｃを介して接続される。端子ＴＣ１は、コイルパターンＰ３を経て端子ＴＣ２に接続される。基板２ｃの端子ＴＣ２と基板２ｄの端子ＴＤ１とは接続線３１ｄを介して接続される。上記した接続線３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、各基板２ａ〜２ｄを直列接続する接続線である。

端子ＴＤ２は、戻り線３２ｅを介して、ビアである端子Ｔ６３に接続される。端子Ｔ６３は、戻り線３２ｄを介して端子Ｔ５３に接続される。端子Ｔ５３は、戻り線３２ｃを介して端子Ｔ４３に接続される。端子Ｔ４３は、戻り線３２ｂを介して端子Ｔ３３に接続される。端子Ｔ３３は、戻り線３２ａを介して、電流センサ２の他の入出力端子である端子Ｔ１２に接続される。戻り線３２ｅ，３２ｄ，３２ｃ，３２ｂ，３２ａは、各コイルパターンＰ１〜Ｐ４を介さずに、各コイルパターンＰ１〜Ｐ４の中心を通って他の入出力端子側に接続する戻り線となっている。この接続線及び戻り線は、電流バー１を周回せず、しかもそれぞれが沿って配置されるため、接続線及び戻り線が形成するループの領域が小さく、このループを鎖交する磁束も少なく、外部磁場の影響を受けにくくしている。特に、戻り線は、各コイルパターンＰ１〜Ｐ４の中心を通っており、戻り線が発する磁界がさらに各コイルパターンＰ１〜Ｐ４に対して影響を及ぼしにくくなっている。

なお、接続線３１ａと戻り線３２ａのペアＬ１、接続線３１ｂと戻り線３２ｂのペアＬ２、接続線３１ｃと戻り線３２ｃのペアＬ３、接続線３１ｄと戻り線３２ｄのペアＬ４は、それぞれ互いに撚り合わせたツイスト状態のツイストペア線とすることが好ましい。これにより、接続線上及び戻り線上に対するノイズ混入を防止することができる。

（支持ケースの構成）
図６は、支持ケース１０の詳細構成を示す側面図である。また、図７は、図６に示した支持ケース１０のＡ−Ａ線断面図である。図６及び図７に示すように、基板２ａ〜２ｄは、支持ケース１０に支持され、電流バー１に対して固定配置される。なお、支持ケース１０は、外部の固定支持部材１００に固定される。

支持ケース１０は、一対の側部枠体１１，１２、上部枠体１３、及び下部枠体１４を有する。一対の側部枠体１１，１２の中央には、電流バー１を通す穴１０ｂが形成され、一対の側部枠体１１，１２の一角は切りかかれ、この穴１０ｂへの開口１０ａが形成されている。一対の側部枠体１１，１２の内側には、基板２ａ〜２ｄが嵌め込まれる凹部１１ａ，１２ａが形成され、基板２ａ〜２ｄが位置決めされて配置される。

上部枠体１３及び下部枠体１４は、基板２ａ〜２ｄが凹部１１ａ，１２ａに嵌め込まれた状態で一対の側部枠体１１，１２を挟み込み、一対の側部枠体１１，１２をボルト締結することによって、基板２ａ〜２ｄの位置決めを確実にする。

ここで、図２に示すように、本実施の形態では、端子Ｔ１１から基板２ｄまでの間の接続線３１（３１ａ〜３１ｄ）と基板２ｄから端子Ｔ１２までの間の戻り線３２（３２ａ〜３２ｅ）とを有する。このため、端子Ｔ１１，Ｔ１２と基板２ｄとの間に、配線の無い隙間が生じ、この隙間から、方向Ａ１に示すように電流バー１を各基板２ａ〜２ｄの中央に容易に挿入することが可能となり、組立が容易になる。このため、支持ケース１０では、開口１０ａが形成されている。

（各基板の接続構成の変形例）
上記の基板２ａ〜２ｄの戻り線３２ａ〜３２ｅは、各コイルパターンＰ１〜Ｐ４の中心を通っているが、接続線３１ａ〜３１ｄは、端子ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＣ１、ＴＣ２、ＴＤ１を通り、各コイルパターンＰ１〜Ｐ４の中心を通っていない。この変形例では、接続線も各コイルパターンの中心を通るようにしている。

図８は、電流センサ２の変形例の基板構成を説明する説明図である。また、図９は、図８に示した基板５ａ〜５ｄの接続構成を示す説明図である。図８に示すように、本変形例では、各基板２ａ〜２ｄに対応する各基板５ａ〜５ｄが、４層ではなく、２層の基板を積層配置している。例えば、基板５ａは、コイルパターンＰ６ａを形成した第１層基板６ａとコイルパターンＰ６ｂを形成した第２層基板６ｂとが積層配置される。各コイルパターンＰ６ａ，Ｐ６ｂは、発生する誘起電圧の巻き方向ＷＡが同一方向となるように接続される。コイルパターンＰ６ａ，Ｐ６ｂ間は、ビアである端子Ｔ３４を介して直列接続される。端子Ｔ３１は、外部から基板５ａへの接続線をコイルパターンＰ６ａに入力する端子である。また、端子Ｔ３２は、基板５ａから外部に出力する接続線をコイルパターンＰ６ｂに接続する端子である。端子Ｔ３３は、基板５ａ外部の戻り線を接続する端子である。

図９に示すように、電流センサ２の入出力端子である端子Ｔ１１は、まず基板５ａのコイルパターンＰ１１（Ｐ６ａ，Ｐ６ｂ）の中心側に設けられた端子Ｔ３１に接続線６１ａを介して接続される。端子Ｔ３１と端子Ｔ３２との間にはコイルパターンＰ１１が接続される。出力端子としての端子Ｔ３２と、基板５ｂの入力端子としての端子Ｔ４１とは接続線６１ｂによって接続される。同様にして、基板５ｂの端子Ｔ４１と端子Ｔ４２との間にはコイルパターンＰ１２が接続される。出力端子としての端子Ｔ４２と、基板５ｃの入力端子としての端子Ｔ５１とは接続線６１ｃによって接続される。また、基板５ｃの端子Ｔ５１と端子Ｔ５２との間にはコイルパターンＰ１３が接続される。出力端子としての端子Ｔ５２と、基板５ｄの入力端子としての端子Ｔ６１とは接続線６１ｄによって接続される。端子Ｔ６１と端子Ｔ６２との間にはコイルパターンＰ１４が接続される。これにより、各コイルパターンＰ１１〜Ｐ１４は接続線６１ａ〜６１ｄによって直列接続され、各コイルパターンＰ１１〜Ｐ１４が生成する誘起電圧が加算されることになる。

端子Ｔ６２と端子Ｔ５３との間、端子Ｔ５３と端子Ｔ４３との間、端子Ｔ４３と端子Ｔ３３との間、端子Ｔ３３と端子Ｔ１２との間は、それぞれ戻り線６２ｄ、６２ｃ、６２ｂ、６２ａが接続される。

これにより、各接続線６１ａ〜６１ｄ、及び戻り線６２ａ〜６２ｄは、すべて各基板５ａ〜５ｄのコイルパターンＰ１１〜Ｐ１４の中心部分を通ることになる。そして、各接続線６１ａ〜６１ｄと、各接続線６１ａ〜６１ｄに対応する戻り線６２ａ〜６２ｄとの各ペアＬ１１〜Ｌ１４は、それぞれ隙間が生じないように沿って配線される。この結果、各接続線６１ａ〜６１ｄと戻り線６２ａ〜６２ｄとの間には磁界が通る隙間が小さくなり、外部磁場の影響を受けにくくなる。また、各接続線６１ａ〜６１ｄと戻り線６２ａ〜６２ｄとがすべてコイルパターンＰ１１〜Ｐ１４の中心部分を通るので、各接続線６１ａ〜６１ｄと戻り線６２ａ〜６２ｄとによるコイルパターンＰ１１〜Ｐ１４の検出感度への影響は、ほとんどなくなる。さらに、各ペアＬ１１〜Ｌ１４を、互いに撚り合わせたツイスト状態とすることによって、各接続線６１ａ〜６１ｄ上及び戻り線６２ａ〜６２ｄ上に対するノイズ混入を防止することができる。

（基板数）
なお、上述した実施の形態及び変形例では、一対の基板２ａ，２ｃ、５ａ，５ｃと一対の基板２ｂ，２ｄ、５ｂ，５ｄとをそれぞれ直交配置して、それぞれ４つの基板２ａ〜２ｄ、５ａ〜５ｄを用いていたが、図１０に示すように、さらに基板数を増やし、８つの基板７ａ〜７ｈを用いてもよい。この場合、４つの一対の基板７ａ，７ｅ、７ｂ，７ｆ、７ｃ，７ｇ、７ｄ，７ｈが形成される。なお、各一対の基板の間の角度は等角度で配置する必要はなく、少なくとも各一対の基板が電流バー１の軸Ｃに対して対称配置されていればよい。また、各基板７ａ〜７ｈは、コイルパターンを積層してもしなくてもよい。さらに、コイルパターンを積層する場合、その積層数は任意である。

上記の実施の形態及び変形例では、各基板２ａ〜２ｄ、５ａ〜５ｄ、７ａ〜７ｈがそれぞれ磁束φ１の方向に対して垂直に配置されていたが、図１１に示した基板２ａ´〜２ｄ´のように、磁束φ１の方向に対して斜めに配置した電流センサ２´としてもよい。ただし、各一対の基板２ａ´，２ｃ´、２ｂ´，２ｄ´は、電流バー１の軸Ｃに対して対称に配置される。なお、この場合、実施の形態及び変形例に比して、コイルパターンを通過する磁束が減るため、検出感度は落ちるため、可能な限り磁束φ１に対してコイルパターンの配置は垂直方向であることが望ましい。

なお、上記の実施の形態及び変形例におけるコイルパターンは、矩形の渦巻き状であったが、これに限らず、渦巻きの形状は任意であり、例えば円形の渦巻き状であってもよい。ただし、矩形の渦巻き状のコイルパターンは、円形のコイルパターンに比して磁束を通過する領域を多くとることができるので好ましい。

本発明の実施の形態及び変形例では、磁性体を用いないため、磁性体の非線形性の影響を受けることなく、広い電流範囲で直線性にすぐれた精度の良い電流センサを実現できる。また、本実施の形態及び変形例は、同形状のコイルパターンが配置された一対の基板を電流バー１の軸Ｃに対して対称に配置し、電流バー１に流れる電流による磁束φ１により、各コイルパターンに発生する誘導電圧が加算されるように接続線で直列に接続されるために、外部磁場のように一様な方向に発生する外部磁場の影響を受けにくい。さらに、本実施の形態及び変形例では、コイルパターンを直列に接続する接続線に沿うように戻り線を配置しているので、電流バー１が配置されている基板の内側の領域を垂直に鎖交する磁束φ４の影響、すなわち、測定電流が流れる方向と同方向の外部磁場による影響を低減することができる。また、本実施の形態及び変形例では、基板にコイルパターンを形成し、一対の基板を電流バー１の軸Ｃに対して対称に配置するのみでよいため、電流センサの製造が容易であり、巻線の巻ムラの影響を受けにくい電流センサを得ることができる。

（電力量計）
図１２は、実施の形態及び変形例で示した電流センサ２を用いた電力量計２００の一例を示すブロック図である。この電力量計２００は、電源ＳＰと負荷ＬＤとの間の三相電力量を計測するものであり、２電力計法により求めている。なお、図１３は、三相電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴ及び三相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ間のベクトル図を示している。

図１２に示すように、電力量計２００は、実施の形態及び変形例で示した電流センサ２に対応する電流センサ２０ａ，２０ｂ、電圧センサ２０１ａ，２０１ｂ、電力量算出部２０２、出力部２０３を有する。電流センサ２０ａは、Ｒ相の電流信号を検出する。電流センサ２０ｂは、Ｔ相の電流信号を検出する。また、電圧センサ２０１ａは、Ｒ相とＳ相との間の電圧信号を検出する。電圧センサ２０１ｂは、Ｔ相とＳ相との間の電圧信号を検出する。

電力量算出部２０２は、電流センサ２０ａの電流信号と電圧センサ２０１ａの電圧信号とを乗算して瞬時電力信号を生成し、これをローパスフィルタで平滑した有効電力を求めるとともに、電流センサ２０ｂの電流信号と電圧センサ２０１ｂの電圧信号とを乗算して瞬時電力信号を生成し、これをローパスフィルタで平滑した有効電力を求め、各有効電力を加算した有効電力を電力量として算出する。出力部２０３は、この算出された電力量を表示出力あるいは外部出力する。

なお、２電力計法で求める三相電力Ｐは、
Ｐ＝ＶＲＳ・ＩＲ＋ＶＴＳ・ＩＴ
＝（ＶＲ−ＶＳ）・ＩＲ＋（ＶＴ−ＶＳ）・ＩＴ
＝ＶＲ・ＩＲ＋ＶＳ・（−ＩＲ−ＩＴ）＋ＶＴ・ＩＴ
＝ＶＲ・ＩＲ＋ＶＳ・ＩＳ＋ＶＴ・ＩＴ
となり、各相の電力を合計した電力を求めたことと同じになる。

また、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１ 電流バー
２，２´，２０ａ，２０ｂ 電流センサ
２ａ〜２ｄ，５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｈ，２ａ´〜２ｄ´ 基板
４ａ，６ａ 第１層基板
４ｂ，６ｂ 第２層基板
４ｃ 第３層基板
４ｄ 第４層基板
４ｓ 表面層基板
１０ 支持ケース
１０ａ 開口
１０ｂ 穴
１１，１２ 側部枠体
１１ａ，１２ａ 凹部
１３ 上部枠体
１４ 下部枠体
３１，３１ａ〜３１ｄ，６１ａ〜６１ｄ 接続線
３２，３２ａ〜３２ｅ，６２ａ〜６２ｄ 戻り線
１００ 固定支持部材
２００ 電力量計
２０１ａ，２０１ｂ 電圧センサ
２０２ 電力量算出部
２０３ 出力部
Ａ１ 方向
Ｃ 軸
ＩＲ，ＩＳ，ＩＴ 三相電流
Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ１１〜Ｌ１４ ペア
ＬＤ 負荷
Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ４ａ〜Ｐ４ｄ，Ｐ６ａ，Ｐ６ｂ コイルパターン
ＳＰ 電源
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ３１〜Ｔ３５，Ｔ４１〜Ｔ４５，Ｔ５１〜Ｔ５５，Ｔ６１〜Ｔ６３，ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＢ１，ＴＢ２，ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＤ１，ＴＤ２ 端子
ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ 三相電圧
ＷＡ 巻き方向
θ１ 角度
φ１〜φ４ 磁束

Claims (9)

1. 電流を流す電流バーの周囲に形成される磁界を測定して前記電流バーに流れる電流信号を検出する電流センサであって、
   同一のコイルパターンが形成された一対の基板を前記電流バーの軸に対して対称に配置したことを特徴とする電流センサ。
2. 前記コイルパターンに発生する誘起電圧を加算するように前記コイルパターンを直列接続する接続線を有することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記基板は、複数のコイルパターンを積層配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記一対の基板を複数配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電流センサ。
5. 前記コイルパターンが形成されたコイルパターン面は、前記電流バーが生成する磁束に対して垂直であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電流センサ。
6. 前記コイルパターンを順次直列接続する接続線の終端部側からの戻り線は、前記接続線に沿わせて前記接続線の始端部側まで配置されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の電流センサ。
7. 前記接続線または／及び前記戻り線は、前記コイルパターンの中心を通るように配置されることを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記接続線及び前記戻り線は、互いに撚り合わせたツイスト状態であることを特徴とする請求項６または７に記載の電流センサ。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載した電流センサが検出した電流信号と電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記電流バーを流れる電力量を算出することを特徴とする電力量計。

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