TWI645197B - 電流感測裝置及方法 - Google Patents

Abstract

一種電流感測裝置，適用於多心纜線，所述電流感測裝置包含載具、多個磁感測器及處理器，其中處理器電性連接於所述多個磁感測器。載具具有容置通道用於容置多心纜線。所述多個磁感測器設置於載具且環繞容置通道，均分容置通道的360度外周，且用於分別量測多心纜線通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，其中每一組磁場量測值對應於所述多個磁感測器的其中之一。處理器儲存電流解耦合模型，且用於自所述多個磁感測器取得所述多組磁場量測值，並依據電流解耦合模型及所述多組磁場量測值計算得到多心纜線的各條心線的電流值。

Description

電流感測裝置及方法

本發明係關於一種電流感測裝置，特別係關於適用於多心纜線的電流感測裝置。

在現代工業產業中，各式各樣的設備皆需仰賴電力來進行運作。當有電力不平衡或是諧波干擾的情況發生時，電功率損耗而導致線路溫度增加等問題，嚴重的話甚至可能造成設備故障或停機。其中，電力不平衡的情況往往係源自於傳遞電力的纜線中的多條心線所傳遞的電流不一致，因此現多利用電流互感器或是分流電阻來偵測纜線的電流。

然而，這些電流感測裝置均僅適用於量測單心線，也就是說，若欲以這些電流感測裝置量測包含多條心線的纜線，則需將纜線拆解以露出內含的心線，再分別對這些心線進行量測，不僅會造成纜線的破壞，亦無法在設備的運作過程中即時地進行量測。

鑒於上述，本發明提供一種電流感測裝置及方法以取得多心纜線中各條心線的電流值。

依據本發明一實施例的電流感測裝置，適用於多心纜線，所述電流感測裝置包含載具、多個磁感測器及處理器，其中處理器電性連接於所述多個磁感測器。載具具有容置通道用於容置多心纜線。所述多個磁感測器設置於載具且環繞容置通道，均分容置通道的360度外周，且用於分別量測多心纜線通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，其中每一組磁場量測值對應於所述多個磁感測器的其中之一。處理器儲存電流解耦合模型，且用於自所述多個磁感測器取得所述多組磁場量測值，並依據電流 解耦合模型及所述多組磁場量測值計算得到多心纜線的各條心線的電流值。

依據本發明一實施例的電流感測方法，適用於多心纜線，所述電流感測方法包含設置多個磁感測器環繞多心纜線且均分多心纜線的360度外周，以所述多個磁感測器量測多心纜線通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，以及依據電流解耦合模型及磁場量測值計算得到多心纜線的各條心線的電流值。其中每一組磁場量測值對應於所述多個磁感測器的其中之一。

藉由上述結構，本案所揭示的電流感測裝置及方法，透過磁感測器的環形設置以及電流解耦合模型的演算，可以解析出包含多條心線的目標纜線中各條心線的電流大小及相位，無需將目標纜線中的每一心線分離開來，避免目標纜線的破壞，得以在設備的運作過程中即時地進行量測，且亦無需考慮多心纜線及載具的相對位置或角度。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1、1’、2、3‧‧‧電流感測裝置

11、11’、21‧‧‧載具

111、211‧‧‧容置通道

12、22、121~123、221~223‧‧‧磁感測器

13、23‧‧‧處理器

5‧‧‧多心纜線

51a~51c、61d、61e‧‧‧心線

C、C’‧‧‧中心

113‧‧‧內環部件

115‧‧‧外環部件

14‧‧‧馬達

15‧‧‧控制器

16‧‧‧導磁部件

R1、R2‧‧‧半徑

Ia~Ie‧‧‧電流值

r、r1、h‧‧‧距離

α‧‧‧夾角

B1~B7‧‧‧磁場量測值

B‧‧‧磁場切線分量

COS‧‧‧cos函數

O、O’‧‧‧軸心

D1、D2‧‧‧連線方向

θ 1~θ 5‧‧‧夾角

31‧‧‧電源

32‧‧‧磁場感測環形陣列

33‧‧‧處理器

331‧‧‧類比數位切換控制單元

333‧‧‧電流解耦合單元

34‧‧‧監控器

7‧‧‧目標裝置

S101~S109‧‧‧步驟

圖1係依據本發明一實施例所繪示的電流感測裝置的示意圖。

圖2係依據本發明另一實施例所繪示的電流感測裝置的示意圖。

圖3A係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的載具的示意圖。

圖3B係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的載具的示意圖。

圖4係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的示意圖。

圖5係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的流程圖。

圖6係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的示意圖。

圖7係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的磁場波形圖。

圖8係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的量測結果圖。

圖9係依據本發明另一實施例所繪示的電流感測方法的流程圖。

圖10係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的示意圖

圖11係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的磁場波形圖。

圖12係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的磁場波形圖

圖13係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的量測結果圖。

圖14係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的應用示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1，圖1為依據本發明一實施例所繪示的電流感測裝置的示意圖。電流感測裝置1適用於多心纜線5，包含載具11、多個磁感測器12以及電性連接於這些磁感器12的處理器13。於圖1中，用以作示例性說明的例子，係包含三條心線51a、51b及51c的三心纜線作為多心纜線5，且設置有三個磁感測器12來。如圖1所示，電流感測裝置1的載具11具有容置通道111用於容置多心纜線5。詳細來說，載具11係一環狀結構，環狀結構的中央形成所述的容置通道111，其中容置通道111可 以設計對應於多心纜線5的形狀例如為圓形或方形，圖1以圓形作為示例然而本發明並不以此為限。於圖1中，載具11以可轉動的關係銜接多心纜線5，且具有凸出於內周壁的凸點以固定多心纜線5的軸心於容置通道111的中心。此外，本領域中具有通常知識者亦可設計其它的載具結構以可轉動地銜接多心纜線且可固定多心纜線的軸心於容置通道的中心。

磁感測器12設置於載具11且環繞容置通道111，且此三個磁感測器12均分容置通道111的360度外周。也就是說，於此實施例中，電流感測裝置1的三個磁感測器12彼此間隔120度角地環繞容置通道111設置，且各磁感測器12與容置通道111的中心C之間的距離相等。磁感測器12用於量測多心纜線5在通電時所產生的交變磁場以產生磁場量測值，因此三個磁感測器12會量測到三組磁場量測值。處理器13例如是可程式系統晶片，包含記憶體以儲存電流解耦合模型，且用於依據所儲存的電流解耦合模型以及磁感測器12所量測到的磁場量測值計算得到多心纜線5的每條心線51a~51c的電流值，其中電流解耦合模型的詳細內容將於後描述。

進一步地說，處理器13會在三個磁感測器12的其中之一所量測到的磁場量測值符合一預設條件時，依據電流解耦合模型及所有磁感測器所量測到的磁場量測值以計算出多心纜線5的每條心線51a~51c的電流值，其中，預設條件可以指示磁場量測值達到對應的磁感測器在與多心纜線5相對轉動時所量測到的最大磁場量測值。舉例來說，使用者可以轉動多心纜線5或載具11以使兩者相對轉動，藉由磁感測器12的顯示介面得知其所量測到的磁場量測值，據以選擇並判斷這些磁感測器12的其中之一所對應的磁場量測值是否符合上述的預設條件，並在被選擇的磁感測器12所對應的量測值符合預設條件時，停止轉動多心纜線5或是載具11，且以處理器13執行每條心線51a~51c的電流值的計算。

請一併參考圖2，其中圖2係依據本發明另一實施例所繪示 的電流感測裝置的示意圖。圖2所示的電流感測裝置1’同樣於圖1所示的電流感測裝置1，包含載具11’、三個磁感測器12以及電性連接於這些磁感器12的處理器13，其中載具11’進一步地包含內環部件113以及外環部件115。內環部件113可相對轉動地設置於外環部件115內，且用於固定作為多心纜線5的三心纜線，所述三個磁感測器12設置於外環部件115，也就是說，磁感測器12與三心纜線之間具有可轉動的關係。

於此實施例中，電流感測裝置1’更可以包含馬達14及控制器15，其中馬達14連接至載具11’，尤其係連接至載具11’的內環部件113或外環部件115，而控制器15連接於馬達14、各磁感測器12及處理器13。詳細來說，如圖2所示，馬達14可以連接於載具11’的內環部件113，當馬達14受控於控制器15而轉動時，便會帶動內環部件113相對於外環部件115轉動，使得受內環部件113固定的三心纜線5及位於外環部件115的磁感測器12相對轉動。此外，馬達14亦可以設置連接於載具11’的外環部件115以在轉動時帶動外環部件115相對於內環部件113轉動。

控制器15在內環部件113與外環部件115相對轉動(即三心纜線5與磁感測器12相對轉動)的同時，會取得三個磁感測器12其中之一所對應的磁場量測值，並判斷此磁場量測值是否符合預設條件。詳細來說，控制器15一邊控制三心纜線5與磁感測器12相對轉動，一邊選擇三個磁感測器12的其中之一個磁感測器12來取得其所量測到的磁場量測值，並判斷所取得的磁場量測值是否符合預存於控制器15內部的預設條件，其中預設條件指示磁場量測值達到對應的磁感測器在與多心纜線5相對轉動時所量測到的最大磁場量測值。當控制器15判斷所取得的磁場量測值符合預設條件時，會控制馬達14停止轉動，並指示處理器13取得各個磁感測器12所量測的磁場量測值以進行各心線51a~51c的電流值的計算。

上述實施例以控制器15及馬達14驅動載具11’的內環部件113與外環部件115進行相對轉動，而於其它實施例中，亦可以其他機構 或是人工的方式使內環部件113與外環部件115產生相對轉動，本發明不予限制。

於又一實施例中，請一併參考圖1、圖3A及3B，其中圖3A係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的載具的示意圖；而圖3B係依據本發明再又一實施例所繪示的電流感測裝置的載具的示意圖。圖3A及圖3B繪示了圖1中的電流感測裝置1的載具11的其它實施例。於圖3A及圖3B的實施例中，載具11上更設置有導磁部件16，其中導磁部件16例如係金屬或氧化物，連續地(如圖3A所示)或間隔地(如圖3B所示)環繞容置通道111。導磁部件16與容置通道111之間的距離大於或等於磁感測器12與容置通道111的距離。舉例來說，導磁部件16靠近容置通道111的一側係設置於以容置通道111的中心C為軸心且半徑R1的圓周上，而磁感測器12靠近容置通道111的一側則係設置於以容置通道111的中心C為軸心且半徑R2的圓周上，其中半徑R1大於半徑R2。透過導磁部件16的設置，可以聚集多心纜線5通電時所產生的交變磁場的磁力線。特別要說明的是，圖3A及3B示例性地繪示導磁部件16設置於載具11中靠近外側的邊緣，然而於其它實施例中，導磁部件16亦可設置與載具11的外側邊緣有所間隔，本發明不予限制。

請參考圖4，圖4係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的示意圖。電流感測裝置2適用於多心纜線6，包含載具21、多個磁感測器22以及電性連接於這些磁感測器22的處理器23。於圖4中，以包含兩條心線61d及61e的雙心纜線作為多心纜線6且以設置有四個磁感測器22的電流感測裝置2來作示例性地說明。於此實施例中，電流感測裝置2的載具21的結構類似於圖1所示的載具11，於此不再贅述。

電流感測裝置2的磁感測器22設置於載具21，且環繞容置通道211，均分容置通道111的360度外周。也就是說，於此實施例中，電流感測裝置2的四個磁感測器22彼此間隔90度角地環繞容置通道211 所設置，且各磁感測器22與容置通道211的中心C’間的距離相等。磁感測器22用於量測多心纜線6在通電時所產生的交變磁場以產生磁場量測值，因此四個磁感測器22會量測到四組磁場量測值。處理器23例如是可程式系統晶片，包含記憶體以儲存電流解耦合模型，且用於依據所儲存的電流解耦合模型以及磁感測器22所量測到的磁場量測值計算得到多心纜線6的每條心線61d及61e的電流值，其中電流解耦合模型的詳細內容將於後描述。

於另一實施例中，電流感測裝置2更可以包含如圖3A或圖3B所示的導磁部件16，用於聚集所量測的多心纜線6於通電時所產生的交變磁場的磁力線。於此實施例中，導磁部件的結構及設置位置如圖3A或圖3B的實施例所述，於此不再贅述。

接下來請一併參考圖1、圖5~圖8以說明電流感測裝置1執行電流感測的方法，其中圖5係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的流程圖；圖6係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的示意圖；圖7係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的磁場波形圖；且圖8係依據本發明一實施例所繪示的電流感測方法的量測結果圖。

以圖1的電流感測裝置1來執行圖5所示的電流感測方法為例，於步驟S101中，電流感測裝置1設置多個磁感測器12環繞多心纜線5且均分多心纜線5的360度外周。詳細來說，電流感測裝置1的三個磁感測器12彼此間隔120度角地環繞多心纜線5所設置，且各磁感測器12與多心纜線的軸心(即容置通道111的中心C)間的距離相等。於步驟S103中，電流感測裝置1以磁感測器12量測多心纜線5通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，其中每組磁場量測值對應於磁感測器12的其中之一。也就是說，每個磁感測器12各自會產生一組磁場量測值。

於步驟S105中，處理器13會依據電流解耦合模型以及磁感測器12所產生的磁場量測值計算得到多心纜線5的各條心線51a~51c 的電流值。進一步地說，電流解耦合模型包含一轉換矩陣，處理器13在三個磁感測器12的其中之一所量測到的磁場量測值符合一預設條件時，將所述轉換矩陣的逆矩陣與各磁感測器12所量測到的磁場量測值組成的矩陣相乘，以計算出多心纜線5的各條心線51a~51c的電流值。詳細來說，電流解耦合模型的建立方法如下所述。

如圖6所示，多心纜線5的三條心線51a、51b及51c於通電時分別具有電流值Ia、Ib及Ic，三個磁感測器121、122及123用於量測多心纜線5於通電時所產生的交變磁場，以分別產生磁場量測值B1、B2及B3。進一步地說，磁場量測值B1、B2及B3分別指示在磁感測器121、122及123的設置位置的磁場切線分量。當磁感測器121的設置位置、心線51a的軸心與多心纜線5的軸心O三點共線時，磁感測器121所量測到的磁場量測值B1包含磁場影響參數B1a、B1b及B1c，其中磁場影響參數B1a對應於心線51a所產生的磁場；磁場影響參數B1b對應於心線51b所產生的磁場；且磁場影響參數B1c對應於心線51c所產生的磁場。磁場影響參數B1a、B1b及B1c的計算公式如下：

因此，當以電流值Ia、Ib及Ic來表示磁感測器121所量測到的磁場量測值B1時，可得：B1=B1a+B1b+B1c=A1Ia+A2Ib+A2Ic

其中，r指示磁感測器121與多心纜線5的軸心O之間的距 離；r1指示多心纜線5的軸心O與心線51a、51b或51c之間的距離；h指示磁感測器121與心線51b或51c之間的距離；α則指示的r延伸方向以及h的延伸方向之間的夾角。上列計算式中長度單位為毫米(mm)，電流單位為安培(A)，磁場單位為高斯(Gauss)。同理可得磁感測器122所量測到的磁場量測值B2及磁感測器123所量測到的磁場量測值B3如下：B2=A2Ia+A1Ib+A2Ic

B3=A2Ia+A2Ib+A1Ic

依據上列磁場量測值B1、B2及B3分別與心線51a、51b及51c的電流值Ia、Ib及Ic的關係式，可建構出轉換矩陣[A]如下所列：

透過將轉換矩陣[A]的逆矩陣與磁場量測值B1、B2及B3所組成的矩陣相乘，便能計算出心線51a、51b及51c各自的電流值Ia、Ib及Ic，如下所列：

|A|=A1³+2A2³-3A1A2²

於一實施例中，磁感測器121、122及123所分別量測到的磁場量測值B1、B2及B3如圖7所繪示，其中磁場量測值B2的波形振幅異於磁場量測值B1及B3，代表多心纜線5的心線51a、51b及51c的電力不平衡，即電流值Ia、Ib及Ic的其中之一的大小與其它兩個電流值不同。 透過上述電流解耦合模型的運算，可以將磁感測器121、122及123所分別量測到的磁場量測值B1、B2及B3的波形轉換為心線51a、51b及51c的電流值Ia、Ib及Ic的波形，據以判斷異常的心線為何者。

圖8繪示了處理器13計算得到的各心線51a、51b及51c的電流值Ia、Ib及Ic以及各心線51a、51b及51c對應的磁場的關係曲線。由圖8可得知在相同電功率下，心線51a的最大電流值(電流波形的振幅)小於心線51b及51c，也就是說，心線51a可能具有異常狀況。因此，透過上述的電流感測方法，便能解析多心纜線中各心線的電流波形，據以判斷是否有異常的心線。

於上述實施例中，以在磁感測器121的設置位置、心線51a的軸心與多心纜線5的軸心O三點共線時實施電流解耦合模型以計算心線51a、51b及51c的電流值Ia、Ib及Ic的實施情境來作說明。特別要說明的是，上述電流解耦合模型可以在任一磁感測器121、122或123的設置位置、任一心線51a、51b或51c的軸心與多心纜線5的軸心O三點共線時實施。舉例來說，當磁感測器121係與心線51b的軸心與多心纜線5的軸心O三點共線時，處理器13將執行下列運算以計算出電流值Ia、Ib及Ic。

於另一實施例中，請一併參考圖2、圖5及圖9，其中圖9係依據本發明另一實施例所繪示的電流感測方法的流程圖，且圖9所示的步驟S107及S109可以執行於圖5的步驟S103及S105之間。以圖2的電流感測裝置1’來執行圖9所示的電流感測方法為例，當電流感測裝置1’的任一磁感測器121、122或123的設置位置未與任一心線51a、51b或51c的軸心及多心纜線5的軸心O共線時，電流感測裝置1’可以控制多心纜線5與磁感測器121、122及123相對轉動直至任一磁感測器121、122或123 的設置位置、任一心線51a、51b或51c的軸心與多心纜線5的軸心O共線。詳細來說，於步驟S107中，電流感測裝置1’的控制器15控制馬達14轉動以帶動固定多心纜線5的內環部件113與設置有磁感測器121、122及123的外環部件115相對轉動，即使得多心纜線5與磁感測器121、122及123相對轉動，同時，控制器15會取得磁感測器121、122及123其中之任一所量測到的磁場量測值B1、B2或B3。

以磁感測器121作舉例，於步驟S109中，當控制器15判斷磁感測器121所量測的磁場量測值B1符合預設條件時，便控制馬達14停止轉動，並執行圖5中的步驟S105，即以前述電流解耦合模型計算得到心線51a、51b及51c的電流值Ia、Ib及Ic的步驟。其中，預設條件係指示磁場量測值B1達到磁感測器121在與多心纜線5相對轉動時所量測到的最大磁場量測值。更詳細來說，控制器15可以控制內環部件113相對於外環部件115每間隔一預設頻率轉動一預設角度直至兩者相對轉動的角度達120度或360度，並同時持續擷取磁感測器121的磁場量測值，其中預設頻率為心線51a、51b及51c的電流頻率。也就是說，控制器15可以取得對應於多個量測位置(指示內環部件113與外環部件115的相對位置)的多個磁場量測值波形，其中這些量測位置之間相對於多心纜線5的軸心O彼此間隔所述預設角度。控制器15判斷所述多個磁場量測值波形中具有最大波峰值的磁場量測值波形為目標量測位置，並控制內環部件113與外環部件115相對轉動直至兩者的相對位置符合目標量測位置。

藉由控制器15及馬達14的對位控制，使用者在利用電流感測裝置1’進行多心纜線5的量測時，可以無需考慮多心纜線5置入於載具21時的位置及角度。

接下來請一併參考圖4、圖5、圖10~13以說明電流感測裝置2執行電流感測的方法，其中圖10係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的示意圖；圖11及圖12係依據本發明又一實施例所繪示的 電流感測方法的磁場波形圖；圖13則係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測方法的量測結果圖。

以圖4的電流感測裝置2來執行圖5所示的電流感測方法為例，於步驟S101中，電流感測裝置2設置多個磁感測器22環繞多心纜線6且均分多心纜線6的360度外周。詳細來說，電流感測裝置2的四個磁感測器22彼此間隔90度角地環繞多心纜線6所設置，且各磁感測器22與多心纜線6的軸心(即容置通道211的中心C’)間的距離相等。於步驟S103中，電流感測裝置2以磁感測器22量測多心纜線6通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，其中每組磁場量測值對應於磁感測器22的其中之一。也就是說，每個磁感測器22各自會產生一組磁場量測值。

於步驟S205中，處理器23會依據一電流解耦合模型以及各磁感測器22所產生的磁場量測值計算得到多心纜線6的各條心線61d及61e的電流值。進一步地說，電流解耦合模型包含一磁場換算方程式，處理器13將各磁感測器22所量測到的磁場量測值代入磁場換算方程式以計算出多心纜線6的耦合磁場，再藉由安培定律以得到各條心線61d及61e的電流值。詳細來說，電流解耦合模型的建立方法如下所述。

如圖10~圖11所示，電流解耦合模型係藉由磁場模擬取得磁場換算方程式及安培定律來建立。由磁場模擬結果，以多心纜線6之軸心O’為圓心，磁感測器221、222、223或224的設置位置與軸心O’之間的距離r為半徑，沿圓周之耦合磁場切線分量B如圖11所示為cos函數COS之分布，而多心纜線6之耦合磁場最大值Bp與多心纜線6中的各心線61d及61e的電流Id及Ie的關係可由安培定律計算。

，其中，r1指示多心纜線6的軸心O’與心線61d或61e之間的距離，即心線61d或61e的半徑。

在以雙心纜線為多心纜線6的場合，心線61d的電流Id與心線61e的電流Ie相差180度相角，因此電流Id及Ie與耦合磁場Bp之 間具有下列關係式：

如上式所示，耦合磁場與電流成正比。

詳細說明前述的磁場模擬，如圖10及圖12所示，當多心纜線6的心線61d及61e的軸心連線方向D1與磁感測器211的設置位置及多心纜線6的軸心O’的連線方向D2之間具有夾角θ且通電時，磁感測器211、212、213及214分別量測到磁場量測值B4、B5、B6及B7。進一步地說，磁場量測值B4、B5、B6及B7分別指示在磁感測器211、212、213及214的設置位置的磁場切線分量，且磁場量測值B4、B5、B6及B7與夾角θ呈現sin或cos函數的關係，也就是說，磁感測器211及磁感測器213因間隔180度所設置，因此兩者的磁場量測值B4及B6為相反數，而同理，磁感測器212及磁感測器214亦間隔180度所設置，因此磁場量測值B5及B7為相反數。各磁場量測值B4、B5、B6及B7如下所列：B4=B _p cos(θ)

B5=B _p cos(θ+90)

B6=B _p cos(θ+180)=-B1

B7=B _p cos(θ+270)=-B2

依據上列各磁場量測值B4、B5、B6及B7及三角函數的平方關係，可建構出多心纜線6的耦合磁場B_p的磁場換算方程式： ，其中；

處理器23藉由上述電流解耦合模型的磁場換算方程式計算出多心纜線6的耦合磁場B_p，再利用安培定律以前述的耦合磁場與電流之間的關係式，將耦合磁場B_p換算為多心纜線6各條心線61d及61e的電流值。如上所示，磁場換算方程式不包含多心纜線6的心線61d及61e的軸心連線方向D1與磁感測器211的設置位置及多心纜線6的軸心O’的連線 方向D2之間的夾角θ，也就是說，電流感測裝置2在執行電流感測方法時，無需限制多心纜線6於載具21的置入位置及角度。如圖13所示以電流感測裝置2執行電流感測方法的量測結果，當在各種置入角度θ1~θ5的狀態下，電流感測裝置2量測同一多心纜線6所取得的多心纜線6電流值與磁場的關係曲線皆座落於同一校正線上，表示無論以何種置入角度進行量測皆可取得相同的量測結果。此外，亦可藉由建立此校正線來獲得耦合磁場與電流間之比例關係。

請參考圖14，圖14係依據本發明又一實施例所繪示的電流感測裝置的應用示意圖。如圖14所示，電流感測裝置3包含電源31、磁感測環形陣列32、處理器33及監控器34，其中處理器電性連接於電源31、磁感測環形陣列32及監控器34，且電源31電性連接於磁場感測環形陣列32。電源31用於提供電力至電流感測裝置3的其它元件。磁感測環形陣列32例如為上述多個實施例中的磁感測器，用於量測目標裝置7的多心纜線(例如電纜)在通電時所產生的磁場。舉例來說，目標裝置7可以係具有雙心纜線且適用於110伏特電壓的家電，亦可以係具有三心纜線且適用於220伏特電壓的工業設備。處理器33包含類比數位切換控制單元331及電流解耦合單元333，其中類比數位切換控制單元331用於切換以輪流自磁感測環形陣列32中的多個磁感測器擷取其所量測到的磁場量測值；電流解耦合單元333則儲存有電流解耦合模型，且可依據此電流解耦合模型及自磁感測環形陣列32所擷取到的磁場量測值以計算出多心纜線中各條心線的電流值及相位。監控器34則用於呈現處理器33的計算結果以供使用者監控目標裝置7的纜線的電力傳遞狀態。

藉由上述結構，本案所揭示的電流感測裝置及方法，透過磁感測器的環形設置以及電流解耦合模型的演算，可以解析出包含多條心線的目標纜線中各條心線的電流大小及相位，無需將目標纜線中的每一心線分離開來，避免目標纜線的破壞，得以在設備的運作過程中即時地進行量 測，且亦無需考慮多心纜線及載具的相對位置或角度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims (14)

1. 一種電流感測裝置，適用於一多心纜線，該電流感測裝置包含有：一載具，具有一容置通道用於容置該多心纜線；多個磁感測器，設置於該載具且環繞該容置通道，該些磁感測器均分該容置通道的360度外周，且用於分別量測該多心纜線通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值，其中每一該些磁場量測值對應於該些磁感測器的其中之一；以及一處理器，電性連接於該些磁感測器，儲存一電流解耦合模型，且用於自該些磁感測器取得該些磁場量測值，並依據該電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的電流值。
2. 如請求項1所述的電流感測裝置，其中該多心纜線為一三心纜線，該些磁感測器的數量為三個，且該處理器在該些磁感測器的其中之一的該磁場量測值符合一預設條件時，執行依據該電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的該電流值。
3. 如請求項2所述的電流感測裝置，其中該電流解耦合模型包含一轉換矩陣，該處理器將該轉換矩陣的逆矩陣與該些磁場量測值組成的矩陣相乘以計算出該三心纜線的各條心線的該電流值。
4. 如請求項2所述的電流感測裝置，其中該載具包含一內環部件與一外環部件，該內環部件可相對轉動地設置於該外環部件內並用於固定該三心纜線，該些磁感測器設置於該外環部件。
5. 如請求項4所述的電流感測裝置，更包含一馬達及一控制器，該馬達連接於該載具，該控制器電性連接於該馬達、該些磁感測器以及該處理器，且用於控制該馬達轉動以帶動該載具的該內環部件與該外環部件產生相對轉動，使得該三心纜線與該些磁感測器相對轉動，同時取得該些磁感測器的該其中之一對應的該磁場量測值，並在判斷取得的該磁場量測值符合該預設條件時控制該馬達停止轉動且指示該處理器執行依據該電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的該電流值。
6. 如請求項5所述的電流感測裝置，其中該預設條件指示該些磁感測器的該其中之一在該三心纜線通電且與該些磁感測器相對轉動時所量測到的最大磁場量測值。
7. 如請求項1所述的電流感測裝置，其中該多心纜線為一雙心纜線，且該些磁感測器的數量為四個。
8. 如請求項7所述的電流感測裝置，其中該電流解耦合模型包含一磁場換算方程式，該處理器依據該磁場換算方程式及該些磁場量測值計算得到該雙心纜線的耦合磁場。
9. 如請求項1所述的電流感測裝置，更包含導磁部件設置於該載具且連續地或間隔地環繞該容置通道，其中該導磁部件與該容置通道的距離大於或等於該些磁感測器與該容置通道的距離，且該導磁部件用於聚集該多心纜線通電時的該交變磁場的磁力線。
10. 一種電流感測方法，適用於一多心纜線，該電流感測方法包含有：設置多個磁感測器環繞該多心纜線且均分該多心纜線的360度外周；以該些磁感測器量測該多心纜線通電時的交變磁場以產生多組磁場量測值；以及依據一電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的電流值；其中每一該些磁場量測值對應於該些磁感測器的其中之一。
11. 如請求項10所述的電流感測方法，其中該多心纜線為一三心纜線，該些磁感測器的數量為三個，該電流解耦合模型包含一轉換矩陣，依據該電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的該電流值更包含將該轉換矩陣的逆矩陣與該些磁場量測值組成的矩陣相乘以計算出該多心纜線的各條心線的該電流值，且係執行於該些磁感測器的其中之一的該磁場量測值符合一預設條件時。
12. 如請求項11所述的電流感測方法，更包含：控制該多心纜線與該些磁感測器相對轉動，同時取得該些磁感測器的該其中之一對應的該磁場量測值；以及在判斷該些磁感測器的該其中之一對應的該磁場量測值符合該預設條件時控制該多心纜線與該些磁感測器停止相對轉動。
13. 如請求項12所述的電流感測方法，其中該預設條件指示該些磁感測器的該其中之一在該三心纜線通電且與該些磁感測器相對轉動時所量測到的最大磁場量測值。
14. 如請求項10所述的電流感測方法，其中該多心纜線為一雙心纜線，該些磁感測器的數量為四個，該電流解耦合模型包含一磁場換算方程式，且依據該電流解耦合模型及該些磁場量測值計算得到該多心纜線的各條心線的該電流值包含依據該磁場換算方程式及該些磁場量測值計算得到該雙心纜線的耦合磁場。