JP2008180718A - 導電体を流れる電流の測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電体を流れる電流のより正確な測定が行なえる装置を提供する。
【解決手段】磁気回路８を形成するコアの空隙３に、３つの直交する空間的方向の磁場を検知する磁気センサー手段２を備え、磁気センサー手段２は導電体１によって３つの直交する空間的方向に形成される磁場を検知して、個々の空間的方向に対応した測定信号を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電体を流れる電流の測定装置に関し、その測定装置は、導電体の近傍に配置され電流によって生じる磁場を検知しその電流強度に応じた電気信号を供給する測定手段からなる。

導電体中の電流を非接触にて検知するために、特に過電流保護手段において磁場感知センサーを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＤＤ２５７７１９Ａ１号

本発明は、このような本明細書緒言部に挙げた種類の装置であって、導電体を流れる電流のより正確な測定が達成された装置を提供することを目的としている。

その目的は、請求項１に示された特徴によって達成される。また、その従属請求項は、本発明の有利な発展型を示している。

本発明は、導電体の近傍に配置され電流が導電体を流れる際に発生する磁場を３つの直交する空間的方向に検知することができる、測定手段の使用を含んでいる。その目的のため、磁気センサー手段は、３つの直交する空間的方向に対応した磁場検知トランスデューサーまたはセンサーを有している。それらは磁場の３つの直交する磁場強度要素に比例した電気信号を届ける。

測定手段は、電流強度に対応する磁場を発生する、少なくとも１つの空隙を有する磁性物質のコアを少なくとも一つ有すると好ましい。磁気センサー手段は、発生する磁場を検知するために、その少なくとも１つの空隙または空隙の近傍に配置される。

その空隙の輪郭を示す境界面の好適な形状によって、その空隙において均質または不均質な磁場を生成させることができる。

その観点から、直交する空間的方向にそれぞれ測定された磁場強度は、異なる測定感度を含む測定領域に対応させることができる。加えて、測定手段は、複数の空隙に配置することができ、個々の測定手段は、異なる測定感度を含む測定領域に対応させることができる。さらに、磁性物質の磁化曲線の異なる領域は、異なる測定感度を含む測定領域に対応させることができる。複数の空隙を有するコアを設けることもできる。しかしながら、複数のコアを設け、それらの間に複数の空隙が形成されるようにすることもできる。異なる磁性物質のコアを設けることもできる。その観点から、個々のコアは少なくとも１つの空隙を有することができ、少なくとも１つの空隙は複数のコアの間に形成することもできる。その配置によればまた、空隙または空隙の近傍に、異なる測定領域に対応した測定手段を設けることもできる。その一または複数の電流通過導電体は、少なくとも１つのコアにおける穴および／または開口を通過することができる。また、コア周囲またはそのコアや他のコア部分に設けられた突起周囲にて導電体を通過することもできる。

装置は、電流接続要素、特に車のバッテリー極用のケーブルクランプまたは接続端子に固定するのに適するように設計されていると好ましい。

磁気センサー手段は、直交する空間的方向に対応した磁場感知トランスデューサー、例えば、磁気抵抗トランスデューサー、ホール素子、磁気トランジスタ等を含む。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施形態によって本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態を図示している。本実施形態は、磁性物質のコアで形成された磁気回路８を含む。磁気回路８の磁性物質としては、磁気的に硬質または軟質な物質、特にフェライトを使用することができる。磁気回路は、図１において長方形で示されている。磁気回路を形成するために、リングコアを使用することもできる。単純な磁気回路の代わりに、分岐した磁気回路を使用することもできる。

図示された実施形態における磁気回路８は、空隙３を有している。磁気回路には、２以上の空隙とすることもできる。個々の空隙３は、境界面４および５によって区切られる。境界面４および５の適した形状によって、均質または不均質は磁場が空隙３に生じる。個々の空隙３に形成される磁場は、導電体１を流れる電流、特に直流電流に比例する。磁気回路８は、導電体１によって形成される磁場の力線が磁気回路８を通り抜けるようにその導電体１の近傍に配置される。図示された実施形態では、導電体１は磁気回路８の外縁部の周りに延在してコイルとなっている。磁気回路を形成するためにリングコアを使用する場合、導電体１は、リングコアの穴を通過することができる。また、導電体１は、開口、特にリングコアの開口に、ループまたはコイルとして配置することもできる。

互いに平行な関係で延在する平坦な境界面４および５によって、空隙３の内部には実質的に均質な磁場が発生する。空隙３の端部にて、磁場は不均質であり、力線は曲がった形状である。

空隙３には、不均質な磁場が形成されると好ましい。その目的のため、境界面４および５が異なる形状を含むことができる。図２の実施形態では、２つの境界面のうち一方が、他方の境界面に対して傾斜するように配置されている。図３の実施形態では、境界面４および５は曲面、特に、部分的に球面であり、その観点で、図３に示す凸状曲面の代わりに、凹状の曲面とすることも可能である。

図４の実施形態では、２つの境界面４および５が空隙３の中央面に対して傾斜するように配置されている。図５の実施形態では、二つの平坦な境界面４および５が互いにずれるように配置されている。個々の使用目的によって、境界面として異なる形状を採用することもでき、その観点で、図２〜５に示す配置を組み合わせた使用も含まれる。

磁気回路８を形成するため、異なる複数の磁性物質のコアを使用することもできる。個々の空隙３は、コア物質中に形成することもでき、隣接するコア間に形成することもできる。

電流測定手段７において、空隙３に配置されるのは、３つの直交する空間的方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に磁場を感知する磁気センサー手段２である。その目的のため、磁気センサー手段は、３つの直交する空間的方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応した磁場感知トランスデューサーまたはセンサーを有する。それらセンサーのそれぞれは、対応する空間的方向の磁場要素に比例する電気信号を発生させる。それら信号は、評価手段９、特に電子評価手段、例えばマイクロプロセッサーへ送られる。その手段は、電気信号を評価し、表示手段１０、１１および１２のための表示信号を形成する。それら表示手段は、３つの直交する空間的方向に対応した表示を行うことができる。

磁場センサー手段２は、空隙３の不均質な磁場領域に配置されると好ましい。すでに上述したように、１または複数の空隙は、不均質な磁場が生成するような形状とすることができる。もし表示手段１０、１１および１２が磁場強度要素の個々の空間的方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応しているとすると、導電体１において流れる電流について異なる測定値が表示手段に示される。導電体における電流の変化に際して、表示手段１０、１１および１２において異なる変化が起こる。その原因は、電流の変化に際して、磁気センサー手段２の対応するトランスデューサーまたはセンサーの位置における個々の空間的方向における磁場強度要素の変化が、異なって変化するからである。ゆえに、３つの空間的方向での測定における測定値およびそれら測定値の個々の表示に関して異なる電流感度が含まれる。

複数の空隙が、境界面４および５において異なる磁性物質によって定義されている場合、導電体１を流れる電流の電流強度が変化する際に異なる測定感度の原因となる。個々の望ましい測定感度を伴う表示は、スイッチが入れられている状態とすることができる。

また、電流測定操作は、磁化曲線の異なる領域において実行することもできる。一例として、電流において比較的に大きな変化がありそれにより磁束に変化がある場合、領域（Ｉ）では磁場強度において比較的に僅かな変化しか達成されていない。飽和領域に接近すると、磁化曲線は浅くなり、領域（ＩＩ）での電流の比較的にわずかな変化は、図６に示すように、磁場に大きな変化をもたらす。

図７は、車のバッテリーのバッテリー端子へ接続するための、電流供給ケーブルの極接続端子クランプ６を示す。本発明の一実施形態は、ハウジング１３に組み込まれ、極接続端子クランプ６に固定される。この実施形態は、内部を電流が流れその電流強度が測定されるべき導電体の、密接している配置に関して、本発明の装置のさらなる可能性のある使用の代表例である。実施形態が示しているように、本発明の装置は、特に電流接続要素の領域においてハウジング内に固定することができる。

図１は、本発明の実施形態の模式図を示す。 図２は、図１の実施形態の磁気回路における一の空隙の形状を示す。 図３は、図１の実施形態の磁気回路における他の形状の空隙を示す。 図４は、図１の実施形態の磁気回路における他の形状の空隙を示す。 図５は、図１の実施形態の磁気回路における他の形状の空隙を示す。 図６は、磁気回路の物質の磁化曲線の一例を示す。 図７は、関連する実施形態の極接続端子クランプを示す。

符号の説明

１ 導電体
２ 磁気センサー手段
３ 空隙
４ 境界面
５ 境界面
６ 極接続端子クランプ
７ 電流測定手段
８ 磁気回路
９ 評価手段
１０〜１２ 表示手段
１３ ハウジング

Claims (11)

1. 導電体を流れる電流の測定装置であって、上記装置は、上記導電体の近傍に配置され電流によって生じる磁気を検知して電流強度に応じた電気信号を供給する測定手段を備え、
   上記測定手段は、３つの直交する空間的方向に磁場を検知する磁気センサー手段（２）を備え、
   上記磁気センサー手段（２）は、３つの直交する空間的方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応した複数の磁場感知トランスデューサーまたはセンサーを備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記測定手段（７）は、少なくとも１つの空隙（３）を有する磁性物質の少なくとも一つの磁性コア（８）を備え、電流強度に応じた磁場を生成し、前記磁気センサー手段（２）は、上記少なくとも１つの空隙（３）または空隙（３）の近傍に配置され、上記空隙（３）または空隙（３）の近傍に生成した磁場を検知することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 磁気回路（８）を形成するコアの前記空隙（３）をなす表面は、上記空隙（３）に均質な磁場を発生させるための境界面（４）および（５）であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記空隙をなす前記境界面（４）および（５）は、上記空隙（３）に不均質な磁場を発生させるよう適合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
5. 直交する空間的な方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で測定された磁場強度はそれぞれ、異なる測定感度の測定領域に対応していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。
6. 異なる測定感度を含む様々な測定領域に対応した磁気センサー手段（２）は、複数の空隙（３）内または近傍に設けられていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の測定装置。
7. 異なる測定感度の測定領域は、前記少なくとも１つの磁気回路（８）の個々の磁性物質の飽和曲線の様々な領域に対応していることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の測定装置。
8. 前記磁気回路（８）を形成するために２つ以上のコアが設けられ、それらコア間に１つ以上の空隙（３）が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の測定装置。
9. 前記複数のコアは、異なる磁性物質から形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の測定装置。
10. 通電導電体は、少なくとも１つのコアの穴および／または開口または突起部の周囲を通ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の測定装置。
11. 特に車用バッテリーの電流接続要素、特にケーブルクランプまたは極接続端子クランプへの固定に適していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の測定装置。
    

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