(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022029714
(43)【公開日】2022-02-18
(54)【発明の名称】電流測定装置
(51)【国際特許分類】
G01R 15/20 20060101AFI20220210BHJP
G01R 15/18 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
G01R15/20 C
G01R15/18 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020133151
(22)【出願日】2020-08-05
(71)【出願人】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100146835
【弁理士】
【氏名又は名称】佐伯 義文
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100181124
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 壮男
(72)【発明者】
【氏名】竹中 一馬
(72)【発明者】
【氏名】小河 晃太朗
(72)【発明者】
【氏名】寺尾 美菜子
(72)【発明者】
【氏名】野口 直記
【テーマコード（参考）】
2G025
【Ｆターム（参考）】
2G025AA04
2G025AA05
2G025AA11
2G025AB01
2G025AB02
2G025AB14
2G025AC01
(57)【要約】
【課題】小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することができる電流測定装置を提供する。
【解決手段】電流測定装置は、被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサと、被測定導体が挿通される切欠部を有し、内部に第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材と、磁気遮蔽部材の切欠部に挿通された被測定導体の中心と第１センサとの距離が予め規定された基準距離となるよう被測定導体を固定する固定機構と、第１センサの検出結果から被測定導体に流れる電流を求める第１演算部と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】電流測定装置は、被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサと、被測定導体が挿通される切欠部を有し、内部に第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材と、磁気遮蔽部材の切欠部に挿通された被測定導体の中心と第１センサとの距離が予め規定された基準距離となるよう被測定導体を固定する固定機構と、第１センサの検出結果から被測定導体に流れる電流を求める第１演算部と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、
前記被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサと、
前記被測定導体が挿通される切欠部を有し、内部に前記第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材と、
前記磁気遮蔽部材の前記切欠部に挿通された前記被測定導体の中心と前記第１センサとの距離が予め規定された基準距離となるよう前記被測定導体を固定する固定機構と、
前記第１センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第１演算部と、
を備える電流測定装置。
前記被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサと、
前記被測定導体が挿通される切欠部を有し、内部に前記第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材と、
前記磁気遮蔽部材の前記切欠部に挿通された前記被測定導体の中心と前記第１センサとの距離が予め規定された基準距離となるよう前記被測定導体を固定する固定機構と、
前記第１センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第１演算部と、
を備える電流測定装置。
【請求項2】
前記第１センサ、前記磁気遮蔽部材、及び前記固定機構を有するセンサヘッドと、
前記第１演算部を有する回路部と、
を備える請求項１記載の電流測定装置。
前記第１演算部を有する回路部と、
を備える請求項１記載の電流測定装置。
【請求項3】
前記センサヘッドは、前記被測定導体に流れる電流によって生ずる低周波から高周波の交流磁界を検出する第２センサを更に備え、
前記回路部は、前記第２センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第２演算部と、
前記第１演算部の演算結果と前記第２演算部の演算結果とを合成する合成部と、
を更に備える、請求項２記載の電流測定装置。
前記回路部は、前記第２センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第２演算部と、
前記第１演算部の演算結果と前記第２演算部の演算結果とを合成する合成部と、
を更に備える、請求項２記載の電流測定装置。
【請求項4】
前記第２センサは、前記磁気遮蔽部材の前記切欠部に挿通された前記被測定導体の周囲に巻回されるロゴスキーセンサを備える請求項３記載の電流測定装置。
【請求項5】
前記第２センサは、前記磁気遮蔽部材の内部に収容されたコイルを備える請求項３記載の電流測定装置。
【請求項6】
前記コイルは、感磁方向が、前記切欠部に挿通された前記被測定導体の接線方向となるように前記磁気遮蔽部材の内部に配置されている請求項５記載の電流測定装置。
【請求項7】
前記磁気遮蔽部材の内部には、前記切欠部と前記第１センサとの間に梁部材が形成されている、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の電流測定装置。
【請求項8】
前記第１センサは、感磁方向が、前記切欠部に挿通された前記被測定導体の接線方向となるように前記磁気遮蔽部材の内部に配置されている請求項１から請求項７の何れか一項に記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、被測定導体に流れる電流を非接触で測定することが可能な様々な電流測定装置が開発されている。このような電流測定装置の代表的なものとしては、例えば、ＣＴ（Current Transformer：変流器）方式の電流測定装置、ゼロフラックス方式の電流測定装置、ロゴスキー方式の電流測定装置、ホール素子方式の電流測定装置等が挙げられる。
【0003】
例えば、ＣＴ方式及びゼロフラックス方式の電流測定装置は、巻線が巻回された磁気コアを被測定導体の周囲に設け、被測定導体（一次側）に流れる電流によって磁気コアに生ずる磁束を打ち消すように巻線（二次側）に流れる電流を検出することで、被測定導体に流れる電流を測定するものである。また、ロゴスキー方式の電流測定装置は、ロゴスキーコイル（空芯コイル）を被測定導体の周囲に設け、被測定導体に流れる交流電流によって生ずる磁界がロゴスキーコイルと鎖交することでロゴスキーコイルに誘起される電圧を検出することで、被測定導体に流れる電流を測定するものである。
【0004】
以下の特許文献１には、ゼロフラックス方式の電流測定装置の一例が開示されている。また、以下の特許文献２には、複数の磁気センサを用いた電流測定装置が開示されている。具体的に、以下の特許文献２に開示された電流測定装置は、被測定導体に対してそれぞれ異なる距離をとって２つの磁気センサを配置し、これら磁気センサの出力から磁気センサと被測定導体との距離を求め、求めた距離を用いて被測定導体に流れる電流の大きさを求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００５－５５３００号公報
【特許文献2】特開２０１１－１６４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、被測定導体に流れる電流を測定する際に、被測定導体に流れる電流によって生ずる磁界以外の磁界（外部磁界）の影響を受けると、電流の測定精度が悪化することが考えられる。また、被測定導体に流れる電流を非接触で測定することができれば、簡便且つ効率的に電流の測定を行うことができると考えられる。更に、小型であれば、微小空間への設置も可能になると考えられる。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することができる電流測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の一態様による電流測定装置は、被測定導体（ＭＣ）に流れる電流（Ｉ）を測定する電流測定装置（１～３）であって、前記被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサ（ＳＥ１）と、前記被測定導体が挿通される切欠部（ＣＰ２）を有し、内部に前記第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材（１２）と、前記磁気遮蔽部材の前記切欠部に挿通された前記被測定導体の中心と前記第１センサとの距離が予め規定された基準距離（ｒ）となるよう前記被測定導体を固定する固定機構（１３）と、前記第１センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第１演算部（２１）と、を備える。
【0009】
また、本発明の一態様による電流測定装置は、前記第１センサ、前記磁気遮蔽部材、及び前記固定機構を有するセンサヘッド（１０、１０Ａ、１０Ｂ）と、前記第１演算部を有する回路部（２０、２０Ａ）と、を備える。
【0010】
また、本発明の一態様による電流測定装置は、前記センサヘッドが、前記被測定導体に流れる電流によって生ずる低周波から高周波の交流磁界を検出する第２センサ（ＳＥ２、ＳＥ３）を更に備え、前記回路部が、前記第２センサの検出結果から前記被測定導体に流れる電流を求める第２演算部（２３）と、前記第１演算部の演算結果と前記第２演算部の演算結果とを合成する合成部（２４）と、を更に備える。
【0011】
また、本発明の一態様による電流測定装置は、前記第２センサが、前記磁気遮蔽部材の前記切欠部に挿通された前記被測定導体の周囲に巻回されるロゴスキーセンサ（ＳＥ２）を備える。
【0012】
或いは、本発明の一態様による電流測定装置は、前記第２センサが、前記磁気遮蔽部材の内部に収容されたコイル（ＳＥ３）を備える。
【0013】
ここで、本発明の一態様による電流測定装置において、前記コイルは、感磁方向が、前記切欠部に挿通された前記被測定導体の接線方向となるように前記磁気遮蔽部材の内部に配置されている。
【0014】
また、本発明の一態様による電流測定装置は、前記磁気遮蔽部材の内部には、前記切欠部と前記第１センサとの間に梁部材（ＢＭ）が形成されている。
【0015】
また、本発明の一態様による電流測定装置において、前記第１センサは、感磁方向が、前記切欠部に挿通された前記被測定導体の接線方向となるように前記磁気遮蔽部材の内部に配置されている。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第１実施形態による電流測定装置の外観斜視図である。
【図2】本発明の第１実施形態による電流測定装置が備えるセンサヘッドの斜視透視図である。
【図3】本発明の第１実施形態による電流測定装置が備える磁気シールドを示す図である。
【図4】本発明の第１実施形態におけるＳＮ比のシミュレーション結果を示す図である。
【図5】本発明の第１実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の第２実施形態による電流測定装置の外観図である。
【図7】本発明の第２実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第２実施形態において、回路部の合成部で行われる処理を説明するための図である。
【図9】本発明の第３実施形態による電流測定装置の外観図である。
【図10】本発明の第３実施形態による電流測定装置が備えるセンサヘッドの磁気シールドの断面矢視図である。
【図11】本発明の第４実施形態による電流測定装置のセンサヘッドに設けられる磁気シールドの構成を示す図である。
【図12】本発明の第４実施形態における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図13】本発明の第４実施形態におけるＳＮ比のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による電流測定装置について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。
【0019】
〔概要〕
本発明の実施形態は、小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することを可能とするものである。具体的には、電流測定時に微小空間への設置が可能であり、直流電流及び数十［ＭＨｚ］程度までの交流電流を非接触で高精度に測定することを可能とするものである。
本発明の実施形態は、小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することを可能とするものである。具体的には、電流測定時に微小空間への設置が可能であり、直流電流及び数十［ＭＨｚ］程度までの交流電流を非接触で高精度に測定することを可能とするものである。
【0020】
近年、ハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の開発工程において、バッテリとパワーユニットとの間、コンバータとインバータとの間に流れる大電流を測定したいという要求がある。また、近年においては、短時間での加速等を追求し、使用される電流の上限値が高くなっているため、配線が太くなる傾向にある。一方、乗車空間の拡大及び軽量化を実現するために、機器類の省スペース化、集積化、小型化が進められている。そのため、機器類及び接続配線が密集して、電流センサを配置する空間の確保が難しくなっている。このような状況の下、周辺のスペースが限られている配線に流れる直流電流及び交流電流を、非接触で高精度に測定することが可能な電流測定装置が望まれている。
【0021】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されたゼロフラックス方式の電流測定装置は、ある程度の大きさ（例えば、直径二十［ｃｍ］程度）を有する磁気コアを被測定導体の周囲に設ける必要があることから、狭い場所への設置が困難である。また、上述したロゴスキー方式の電流測定装置は、ロゴスキーコイルに誘起される電圧を検出していることから、原理的に直流電流の測定を行うことはできない。また低周波領域では、出力信号が微弱であるとともに位相がずれるため、測定精度が悪い。また、上述した特許文献１，２に開示された電流測定装置は、被測定導体に流れる電流によって生ずる磁界以外の磁界（外部磁界）の影響を受けるため測定精度が悪い。
【0022】
本発明の実施形態では、被測定導体に流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する第１センサと、被測定導体が挿通される切欠部を有し、内部に第１センサを収容する中空の磁気遮蔽部材と、磁気遮蔽部材の切欠部に挿通された被測定導体と第１センサとの距離が予め規定された基準距離となるよう被測定導体を固定する固定機構と、第１センサの検出結果から被測定導体に流れる電流を求める第１演算部とを設けている。これにより、小型で被測定導体に流れる電流を非接触で高精度に測定することができる。
【0023】
〔第１実施形態〕
〈電流測定装置の構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による電流測定装置の外観斜視図である。図１に示す通り、本実施形態の電流測定装置１は、ケーブルＣＢによって接続されたセンサヘッド１０及び回路部２０を備えており、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定する。尚、被測定導体ＭＣは、例えばパワー半導体のピンやバスバー等の任意の導体である。以下では、説明を簡単にするために、被測定導体ＭＣは、円柱形状の導体であるとする。
〈電流測定装置の構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による電流測定装置の外観斜視図である。図１に示す通り、本実施形態の電流測定装置１は、ケーブルＣＢによって接続されたセンサヘッド１０及び回路部２０を備えており、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定する。尚、被測定導体ＭＣは、例えばパワー半導体のピンやバスバー等の任意の導体である。以下では、説明を簡単にするために、被測定導体ＭＣは、円柱形状の導体であるとする。
【0024】
尚、以下の説明においては、図中に設定したＸＹＺ直交座標系を必要に応じて参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸が被測定導体ＭＣの長手方向（電流Ｉの方向）に設定され、Ｙ軸が水平方向に設定され、Ｚ軸が鉛直方向にそれぞれ設定されているものとする。但し、説明の便宜のため、各図に示すＸＹＺ直交座標系の原点は固定せずに、図毎にその位置を適宜変更するものとする。
【0025】
センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定するための部材である。このセンサヘッド１０は、いわば被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定するためのプローブとして用いられるものである。尚、センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣの周辺のスペースが限られている状況においても、電流Ｉの測定を可能とするために、可能な限り小型化されているのが望ましい。
【0026】
センサヘッド１０は、図１に示す通り、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの測定を行う場合には、被測定導体ＭＣに対して固定配置される。つまり、センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣに物理的に接触した状態にされる。但し、センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣとは電気的に絶縁されており、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉがセンサヘッド１０に流れ込むことはない。このため、センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定するためのものということができる。
【0027】
図２は、本発明の第１実施形態による電流測定装置が備えるセンサヘッドの斜視透視図である。図２に示す通り、センサヘッド１０は、筐体１１、磁気シールド１２（磁気遮蔽部材）、及び固定機構１３を備える。筐体１１は、第１筐体１１ａと第２筐体１１ｂとが組み合わされてなり、－Ｚ側に切欠部ＣＰ１が形成された直方体形状の中空の部材である。筐体１１（第１筐体１１ａ及び第２筐体１１ｂ）は、電流Ｉによって生成される磁界に影響を与えない材質（例えば、樹脂等の非磁性材料）によって形成されている。筐体１１は、内部に磁気シールド１２及び固定機構１３を収容する。
【0028】
切欠部ＣＰ１は、筐体１１の－Ｚ側において、＋Ｘ側の端部から－Ｘ側の端部に至るように形成されている。この切欠部ＣＰ１は、被測定導体ＭＣの一部を筐体１１の内部に配置可能とするためのものである。尚、図２に例示する切欠部ＣＰ１は、Ｘ軸方向に見た場合の形状が、概ね逆Ｕ字形状である。切欠部ＣＰ１は、筐体１１の＋Ｘ側の端部から－Ｘ側の端部に至るように形成されているため、被測定導体ＭＣの一部を容易に筐体１１の内部に配置することができる。つまり、切欠部ＣＰ１と被測定導体ＭＣとが平行になるように、切欠部ＣＰ１を被測定導体ＭＣに向けてセンサヘッド１０を配置し、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに向けて移動させるだけで、被測定導体ＭＣの一部を容易に筐体１１の内部に配置することができる。
【0029】
図３は、本発明の第１実施形態による電流測定装置が備える磁気シールドを示す図である。尚、図３（ａ）は、磁気シールド１２の外観斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。図３（ａ）に示す通り、磁気シールド１２は、第１シールド部材１２ａと第２シールド部材１２ｂとが組み合わされてなり、－Ｚ側に切欠部ＣＰ２が形成された直方体形状の中空の部材である。磁気シールド１２（第１シールド部材１２ａ及び第２シールド部材１２ｂ）は、保持力が小さく透磁率が高い軟磁性体（例えば、パーマロイ等）によって形成されている。この磁気シールド１２は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって生ずる磁界（信号磁界）以外の磁界（外部磁界）を遮蔽し、電流Ｉの測定精度を高めるために設けられる。
【0030】
切欠部ＣＰ２は、磁気シールド１２の－Ｚ側において、＋Ｘ側の端部から－Ｘ側の端部に至るように形成されている。この切欠部ＣＰ２は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの測定を行う際に、被測定導体ＭＣの一部が磁気シールド１２の内部に配置されるようにするために設けられる。つまり、切欠部ＣＰ２は、被測定導体ＭＣの一部を、外部磁界が遮蔽される磁気シールド１２の内部に配置するために設けられる。切欠部ＣＰ２は、Ｘ軸方向に見た場合の形状及び大きさが、筐体１１に形成される切欠部ＣＰ１の形状及び大きさと同じ（或いは、ほぼ同じ）に設定されている。磁気シールド１２は、Ｘ軸方向に見た場合に、切欠部ＣＰ２が筐体１１の切欠部ＣＰ１と重なるように、筐体１１内に収容される。
【0031】
磁気シールド１２の厚みは、電流測定装置１で測定可能な最大電流（上限電流：例えば、実効値で１０００［Ａ］）が被測定導体ＭＣに流れても磁気飽和しないように設定されている。磁気シールド１２は、例えば、上記の磁気飽和が生じない厚みを有する軟磁性体を用いて作成されても良く、厚みが薄い軟磁性体を複数重ねて上記の磁気飽和が生じない厚みとされた積層体を用いて作成されても良い。或いは、磁気シールド１２は、上記の磁気飽和が生じない厚みを有する磁気シールド１２を、鋳造や切削等によって作成されても良い。
【0032】
磁気シールド１２は、図３（ｂ）に示す通り、内部に磁気センサＳＥ１（第１センサ）を収容する。磁気センサＳＥ１を磁気シールド１２の内部に設置するのは、外部磁界の影響が排除された状態で信号磁界を検出することで、電流Ｉの測定精度を高めるためである。磁気センサＳＥ１は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって生ずる直流磁界及び低周波（例えば、数［ｋＨｚ］程度まで）の交流磁界を検出する。例えば、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉが直流電流である場合には、図２（ｂ）中に示す磁界Ｈを検出する。
【0033】
磁気センサＳＥ１は、被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉの測定に用いられるため応答性が求められる。磁気センサＳＥ１は、例えば、遅延時間が１［ｍｓｅｃ］未満であることが好ましい。磁気センサＳＥ１は、応答速度が十分速ければ、アナログセンサであっても良く、ディジタルセンサであっても良い。磁気センサＳＥ１の検出軸は、三軸以上であることが望ましいが、一軸又は二軸であっても良い。磁気センサＳＥ１の検出軸が二軸以下である場合には、磁気センサＳＥ１は、センサヘッド１０が固定機構１３によって被測定導体ＭＣに固定されたときに、検出軸（感磁方向）が電流Ｉによって生成される磁界の方向（被測定導体ＭＣの接線方向）になるように磁気シールド１２内に配置される。このように磁気センサＳＥ１を配置することにより、切欠部ＣＰ２から磁気シールド１２内に流入する外部磁界が、磁気センサＳＥ１に及ぼす影響を小さくすることができる。
【0034】
磁気センサＳＥ１は、電流測定装置１の測定精度を確保するために、雑音が小さいものが用いられる。例えば、磁気センサＳＥ１は、磁気センサＳＥ１の検出結果に含まれる雑音成分の大きさが、電流測定装置１の測定レンジの０．１％程度のものが用いられる。尚、磁気センサＳＥ１としては、例えばホール素子、磁気抵抗効果素子等を用いることができる。
【0035】
磁気センサＳＥ１は、磁気シールド１２内において、信号磁界と外部磁界との強度比（ＳＮ比（信号対雑音比））が、１００対１程度以上となる位置に設置される。図４は、本発明の第１実施形態におけるＳＮ比のシミュレーション結果を示す図である。尚、図４に示すグラフは、横軸に被測定導体ＭＣの中心からのＺ方向の距離をとり、縦軸にＳＮ比（対数）をとってある。
【0036】
尚、図４に示すシミュレーション結果は、三相交流のように、被測定導体ＭＣに隣接して、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉと同等の大きさの電流が流れる他の導体が存在する場合のものである。図４において、実線で示すグラフが、磁気シールド１２が設けられている場合のシミュレーション結果であり、破線で示すグラフが、磁気シールド１２が省略されている場合のシミュレーション結果である。また、図４に示す通り、シミュレーションにおいては、被測定導体ＭＣの半径を５［ｍｍ］に設定してある。
【0037】
図４を参照すると、ＳＮ比は、磁気シールド１２が省略されている場合よりも磁気シールド１２が設けられている場合の方が遙かに高いことが分かる。また、ＳＮ比は、被測定導体ＭＣからの距離（被測定導体ＭＣの中心からの距離）が長くなるにつれて徐々に低下することが分かる。図４に示すシミュレーション結果では、被測定導体ＭＣの中心からの距離が５～８［ｍｍ］以内であれば、ＳＮ比は１００対１以上になる。磁気センサＳＥ１は、例えば、磁気シールド１２内において、被測定導体ＭＣの中心からのＺ方向の距離が、８［ｍｍ］となる位置に設置される。
【0038】
固定機構１３は、被測定導体ＭＣに対してセンサヘッド１０を固定するための機構であり、図２に示す通り、磁気シールド１２の＋Ｘ側に配置される。この固定機構１３は、被測定導体ＭＣの径に拘わらず、被測定導体ＭＣの中心と磁気センサＳＥ１との距離が予め規定された基準距離ｒとなるように被測定導体ＭＣを固定する。例えば、固定機構１３は、被測定導体ＭＣの中心と磁気センサＳＥ１との距離が８［ｍｍ］となるように、被測定導体ＭＣを固定する。
【0039】
固定機構１３によって、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を上記の基準距離ｒにするのは、磁気センサＳＥ１の検出結果のみを用いて被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉを求めるためである。つまり、被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉは、磁気センサＳＥ１の検出結果と、基準距離ｒから一意に決まる定数との積によって求められる。固定機構１３によって、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を基準距離ｒにすれば、被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉは、磁気センサＳＥ１の測定結果のみを用いて求められることになる。
【0040】
固定機構１３は、図２に示す通り、一対のガイド部材１３ａ、一対の固定用アーム１３ｂ、左右ネジ１３ｃ、及びつまみ部材１３ｄを備えるガイド付きのネジ機構である。尚、固定機構１３を構成する部材（一対のガイド部材１３ａ、一対の固定用アーム１３ｂ、左右ネジ１３ｃ、及びつまみ部材１３ｄ）は、例えば、樹脂等の非磁性材料によって形成されている。
【0041】
ガイド部材１３ａは、固定用アーム１３ｂをＹ方向にガイドするための円柱形状の部材である。一対のガイド部材１３ａは、Ｚ方向に一定の間隔を空けて、長手方向がＹ方向に沿うように配置される。固定用アーム１３ｂは、Ｖ字溝状の把持部ＧＲ、ガイド部材１３ａが挿通されるガイド穴、及び左右ネジ１３ｃが挿通されるネジ穴が形成された四角柱形状の部材である。一対の固定用アーム１３ｂは、把持部ＧＲが対向するよう配置され、ガイド穴にガイド部材１３ａが挿通さるとともに、ネジ穴に左右ネジ１３ｃが螺合されている。
【0042】
左右ネジ１３ｃは、例えば、中央部から右側（＋Ｙ側）に右ネジが設けられ、中央部から左側（－Ｙ側）に左ネジが設けられた円柱形状のネジである。つまみ部材１３ｄは、左右ネジ１３ｃの一端部（＋Ｙ側の端部）に取り付けられた円柱形状の部材であり、ユーザの操作によって左右ネジ１３ｃを軸周りに回転させるためのものである。つまみ部材１３ｄの操作によって左右ネジ１３ｃが軸周りの一方向に回転すると、一対の固定用アーム１３ｂは互いに離れるようＹ方向に移動する。これに対し、つまみ部材１３ｄの操作によって左右ネジ１３ｃが軸周りの他方向に回転すると、一対の固定用アーム１３ｂは互いに近づくようＹ方向に移動する。
【0043】
ここで、被測定導体ＭＣがセンサヘッド１０に固定される場合には、被測定導体ＭＣは一対の固定用アーム１３ｂに形成されたＶ溝状の把持部ＧＲに挟まれた状態になる。被測定導体ＭＣが把持部ＧＲに挟まれると、Ｙ方向の位置とＺ方向の位置が規制され、被測定導体ＭＣの中心のＹ方向の位置及びＺ方向の位置は、被測定導体ＭＣの径に拘わらず同じ位置になる。このように、被測定導体ＭＣの径に拘わらず、被測定導体ＭＣの中心と磁気センサＳＥ１との距離が予め規定された基準距離ｒとなるように被測定導体ＭＣがセンサヘッド１０に固定される。
【0044】
図１に示す回路部２０は、センサヘッド１０から出力される検出結果（磁気センサＳＥ１の検出結果）に基づいて、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する。回路部２０は、電流Ｉの測定結果を外部に出力し、或いは表示する。センサヘッド１０と回路部２０とを接続するケーブルＣＢとしては任意のものを用いることができるが、可撓性を有するものが望ましく、また、取り回しが容易なものが望ましく、また、断線が生じ難いものが望ましい。
【0045】
図５は、本発明の第１実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図５では、図１に示した構成に対応するブロックについては、同一の符号を付してある。以下では、主に、図５を参照して回路部２０の内部構成の詳細について説明する。図２に示す通り、回路部２０は、演算部２１（第１演算部）及び出力部２２を備える。
【0046】
演算部２１は、磁気センサＳＥ１の検出結果から、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める。ここで、磁気センサＳＥ１は、前述の通り、直流磁界及び低周波の交流磁界を検出するものであるから、演算部２１で求められる電流Ｉは、直流及び低周波の成分である。演算部２１には、前述した基準距離ｒを示す距離情報が予め格納されている。演算部２１は、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）と基準距離ｒから一意に決まる定数との積を演算することによって、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める。
【0047】
出力部２２は、演算部２１で演算された電流Ｉの測定結果を外部に出力する。尚、出力部２２は、例えば電流Ｉの測定結果を示す信号を外部に出力する出力端子を備えてもよく、電流Ｉの測定結果を外部に表示する表示装置（例えば、液晶表示装置）を備えていても良い。
【0048】
ここで、図１に示す通り、回路部２０は、センサヘッド１０と分離されており、ケーブルＣＢを介してセンサヘッド１０に接続されている。このような構成にすることで、磁界検出機能（磁気センサＳＥ１）と、演算機能（演算部２１及び出力部２２）とを分離することができる。これにより、センサヘッド１０の取り回しが容易になり、例えば狭い場所へのセンサヘッド１０の設置も容易に行うことができる。また、演算機能がセンサヘッド１０内に設けられている場合に生ずる諸問題（例えば、温度特性、絶縁耐性）等を回避することができ、これにより電流測定装置１の用途を拡げることができる。
【0049】
〈電流測定装置の動作〉
次に、電流測定装置１を用いて被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際の動作について説明する。まず、電流測定装置１のユーザは、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定するために、図１に示す通り、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに固定させる作業を行う。
次に、電流測定装置１を用いて被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際の動作について説明する。まず、電流測定装置１のユーザは、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定するために、図１に示す通り、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに固定させる作業を行う。
【0050】
具体的に、電流測定装置１のユーザは、切欠部ＣＰ１と被測定導体ＭＣとが平行になるように、切欠部ＣＰ１を被測定導体ＭＣに向けてセンサヘッド１０を配置し、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに向けて移動させる作業を行う。これにより、被測定導体ＭＣの一部がセンサヘッド１０の筐体１１の内部に配置される。電流測定装置１のユーザは、固定機構１３のつまみ部材１３ｄを操作して一対の固定用アーム１３ｂを互いに近づく方向に移動させ、一対の固定用アーム１３ｂの把持部ＧＲによって被測定導体ＭＣが挟まれた状態にする作業を行う。
【0051】
以上の作業が行われると、被測定導体ＭＣが、固定機構１３によってセンサヘッド１０に固定されるとともに、被測定導体ＭＣ部が、センサヘッド１０に設けられた磁気シールド１２の切欠部ＣＰ２に挿通された状態になる。尚、この状態において、磁気シールド１２の切欠部ＣＰ２に挿通された被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離は、基準距離ｒに設定される。
【0052】
以上の作業が終了すると、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する処理が行われる。具体的には、まず、磁気センサＳＥ１によって、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって形成される磁界を検出する処理が行われる。次に、磁気センサＳＥ１の検出結果から、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める処理が、演算部２１で行われる。具体的に、演算部２１では、自身に格納されている定数（基準距離ｒから一意に決まる定数）と、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）との積を演算することによって、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を求める処理が行われる。以上の処理が終了すると、演算部２１で求められた電流Ｉを示す情報を出力する処理が出力部２２で行われる。以上の処理が、連続的に、或いは、一定周期（例えば、１秒）で繰り返し行われる。
【0053】
以上の通り、本実施形態では、被測定導体ＭＣが挿通される切欠部ＣＰ２を有し、内部に磁気センサＳＥ１を収容する中空の磁気シールド１２と、被測定導体ＭＣの中心と磁気シールド１２との距離が予め規定された基準距離ｒとなるよう被測定導体ＭＣを固定する固定機構１３と、磁気センサＳＥ１の検出結果から被測定導体ＭＣに流れる電流を求める演算部２１と、を備えている。このため、本実施形態では、小型で被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を非接触で高精度に測定することができる。
【0054】
〔第２実施形態〕
〈電流測定装置の構成〉
図６は、本発明の第２実施形態による電流測定装置の外観図である。図６に示す通り、本実施形態の電流測定装置２は、ケーブルＣＢによって接続されたセンサヘッド１０Ａ及び回路部２０Ａを備えており、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定する。尚、被測定導体ＭＣは、例えばパワー半導体のピンやバスバー等の任意の導体であるが、本実施形態でも説明を簡単にするために、被測定導体ＭＣは、円柱形状の導体であるとする。
〈電流測定装置の構成〉
図６は、本発明の第２実施形態による電流測定装置の外観図である。図６に示す通り、本実施形態の電流測定装置２は、ケーブルＣＢによって接続されたセンサヘッド１０Ａ及び回路部２０Ａを備えており、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを非接触で測定する。尚、被測定導体ＭＣは、例えばパワー半導体のピンやバスバー等の任意の導体であるが、本実施形態でも説明を簡単にするために、被測定導体ＭＣは、円柱形状の導体であるとする。
【0055】
センサヘッド１０Ａは、第１実施形態のセンサヘッド１０に、ロゴスキーセンサＳＥ２（第２センサ）を追加した構成である。前述した第１実施形態の電流測定装置１は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの直流及び低周波の成分を測定するものであった。これに対し、本実施形態の電流測定装置２は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの直流及び低周波の成分に加え、低周波から高周波の成分を測定可能にしたものである。
【0056】
ロゴスキーセンサＳＥ２は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって生ずる低周波（例えば、数［ｋＨｚ］）から高周波（例えば、数十［ＭＨｚ］）の交流磁界を検出する。ロゴスキーセンサＳＥ２は、ロゴスキーコイル（空芯コイル）を用いたセンサであり、被測定導体ＭＣの周囲を取り囲んだ状態に配置される。尚、ロゴスキーセンサＳＥ２は、被測定導体ＭＣの周囲への配置を容易にするために、その一端部Ｅ１がセンサヘッド１０Ａに対して着脱可能に構成されている。
【0057】
回路部２０Ａは、センサヘッド１０Ａから出力される検出結果（磁気センサＳＥ１及びロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果）に基づいて、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する。回路部２０Ａは、電流Ｉの測定結果を外部に出力し、或いは表示する。ケーブルＣＢは、第１実施形態と同様に、可撓性を有するものが望ましく、また、取り回しが容易なものが望ましく、また、断線が生じ難いものが望ましい。
【0058】
図７は、本発明の第２実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図７では、図５に示した構成に対応するブロックについては、同一の符号を付してある。以下では、主に、図７を参照して回路部２０Ａの内部構成の詳細について説明する。図７に示す通り、回路部２０Ａは、演算部２１及び出力部２２に加えて、演算部２３（第２演算部）及び合成部２４を備える。
【0059】
演算部２３は、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果から、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める。ここで、ロゴスキーセンサＳＥ２は、前述の通り、低周波から高周波の交流磁界を検出するものであるから、演算部２３で求められる電流Ｉは、低周波から高周波の成分である。ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果は、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（交流電流）の周囲に生じる交流磁界によってロゴスキーコイルに誘起される電圧を示すものである。演算部２３は、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果（電圧）を電流値に変換する演算を行うことによって被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める。
【0060】
合成部２４は、演算部２１の演算結果と演算部２３の演算結果を合成する。具体的に、合成部２４は、低域通過フィルタ２４ａ、高域通過フィルタ２４ｂ、信号レベル調整部２４ｃ、及び加算部２４ｄを備える。低域通過フィルタ２４ａは、演算部２１の演算結果から高周波成分を除去して低周波成分を通過させ、後述する合成処理に適した所望の周波数特性の信号とする。高域通過フィルタ２４ｂは、演算部２３の演算結果から低周波成分を除去して高周波成分を通過させ、後述する合成処理に適した所望の周波数特性の信号とする。
【0061】
信号レベル調整部２４ｃは、低域通過フィルタ２４ａから出力される信号のレベルを調整する。例えば、信号レベル調整部２４ｃは、実効値が同じ直流電流と交流電流とが被測定導体ＭＣに流れている場合に、低域通過フィルタ２４ａから出力される信号の信号レベルが、高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号の信号レベルと同じになるように調整する。この信号レベル調整部２４ｃとしては、例えば可変抵抗を用いることができる。
【0062】
尚、本実施形態においては、低域通過フィルタ２４ａから出力される信号のレベルのみを調整する信号レベル調整部２４ｃを備えているが、本発明はこれに限定されない。例えば、高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号のレベルを調整する信号レベル調整部を、信号レベル調整部２４ｃに代えて備えたものであっても良く、信号レベル調整部２４ｃに加えて備えたものであっても良い。或いは、第１信号のレベルと第２信号のレベルとをそれぞれ調整可能な信号レベル調整部を備えてもよい。
【0063】
加算部２４ｄは、信号レベル調整部２４ｃによって信号レベルが調整された信号と、高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号とを加算する。信号レベル調整部２４ｃによって信号レベルが調整された信号は、電流Ｉの直流及び低周波の成分を示す信号である。高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号は、電流Ｉの高周波の成分を示す信号である。このため、これらを加算することにより、直流及び高周波までの交流の成分を示す信号を得ることができる。
【0064】
図８は、本発明の第２実施形態において、回路部の合成部で行われる処理を説明するための図である。尚、図８（ａ）は、低域通過フィルタ２４ａのフィルタ特性の一例を示す図である。図８（ｂ）は、高域通過フィルタ２４ｂのフィルタ特性の一例を示す図である。図８（ｃ）は、合成部の周波数特性の一例を示す図である。
【0065】
図８（ａ），（ｂ）に示す通り、低域通過フィルタ２４ａ及び高域通過フィルタ２４ｂの遮断周波数は共にｆｃである。つまり、低域通過フィルタ２４ａは、概ね、遮断周波数ｆｃよりも高い周波数成分を除去し、遮断周波数ｆｃよりも低い周波数成分を通過させる特性を有する。また、高域通過フィルタ２４ｂは、概ね、遮断周波数ｆｃよりも低い周波数成分を除去し、遮断周波数ｆｃよりも高い周波数成分を通過させる特性を有する。
【0066】
図８（ｃ）に示す通り、合成部２４の周波数特性は、いわば図８（ａ）に示す特性と図８（ｂ）に示す特性とが、遮断周波数ｆｃ及びその付近において平坦となるように合成された特性となる。つまり、合成部２４の周波数特性は、低周波から高周波までの交流電流の実効値が平坦とされたものになり、直流電流の実効値（電流値）は、この周波数特性において平坦とされた交流電流の実効値と略一致した値となる。
【0067】
ここで、合成部２４で合成された信号（電流Ｉの測定結果）が、被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉを再現したものになるには、磁気センサＳＥ１の遅延時間ｔdelayと、上記の遮断周波数ｆｃとの関係が、ｔdelay＜（１／ｆｃ）×（１／１００）なる関係を満たす必要がある。尚、上記の遅延時間ｔdelayは、被測定導体ＭＣに流れる電流が変化してから（つまり、磁気センサＳＥ１に加わる磁界が変化してから）、磁気センサＳＥ１が検出結果を出力するまでに要する時間である。
【0068】
出力部２２は、合成部２４で合成された信号（電流Ｉの測定結果）を外部に出力する。尚、出力部２２は、第１実施形態と同様に、例えば電流Ｉの測定結果を示す信号を外部に出力する出力端子を備えてもよく、電流Ｉの測定結果を外部に表示する表示装置（例えば、液晶表示装置）を備えていても良い。
【0069】
ここで、図７に示す通り、回路部２０Ａは、センサヘッド１０Ａと分離されており、ケーブルＣＢを介してセンサヘッド１０Ａに接続されている。このような構成にすることで、磁界検出機能（磁気センサＳＥ１、ロゴスキーセンサＳＥ２）と、演算機能（演算部２１，２３、合成部２４、及び出力部２２）とを分離することができる。これにより、センサヘッド１０Ａの取り回しが容易になり、例えば狭い場所へのセンサヘッド１０Ａの設置も容易に行うことができる。また、演算機能がセンサヘッド１０Ａ内に設けられている場合に生ずる諸問題（例えば、温度特性、絶縁耐性）等を回避することができ、これにより電流測定装置２の用途を拡げることができる。
【0070】
〈電流測定装置の動作〉
次に、電流測定装置２を用いて被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際の動作について説明する。まず、電流測定装置２のユーザは、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定するために、第１実施形態と同様に、固定機構１３によって、センサヘッド１０Ａを被測定導体ＭＣに固定させる作業を行う。以上の作業が行われると、第１実施形態と同様に、被測定導体ＭＣが、固定機構１３によってセンサヘッド１０Ａに固定され、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離が基準距離ｒに設定される。
次に、電流測定装置２を用いて被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際の動作について説明する。まず、電流測定装置２のユーザは、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定するために、第１実施形態と同様に、固定機構１３によって、センサヘッド１０Ａを被測定導体ＭＣに固定させる作業を行う。以上の作業が行われると、第１実施形態と同様に、被測定導体ＭＣが、固定機構１３によってセンサヘッド１０Ａに固定され、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離が基準距離ｒに設定される。
【0071】
また、電流測定装置２のユーザは、図６に示す通り、被測定導体ＭＣの周囲を取り囲んだ状態にロゴスキーセンサＳＥ２を配置する作業を行う。このとき、電流測定装置２のユーザは、必要であればロゴスキーセンサＳＥ２の一端部Ｅ１をセンサヘッド１０Ａから取り外して、上述したセンサヘッド１０Ａを被測定導体ＭＣに固定させる作業を行う。そして、作業終了後に、ロゴスキーセンサＳＥ２を上記の状態に配置してから、ロゴスキーセンサＳＥ２の一端部Ｅ１をセンサヘッド１０Ａに取り付けるようにしても良い。
【0072】
以上の作業が終了すると、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する処理が行われる。具体的には、まず、磁気センサＳＥ１及びロゴスキーセンサＳＥ２によって、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって形成される磁界を検出する処理が行われる。次に、磁気センサＳＥ１及びロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果から、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを求める処理が、演算部２１，２３で行われる。具体的に、演算部２１では、自身に格納されている定数（基準距離ｒから一意に決まる定数）と、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）との積を演算することによって、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を求める処理が行われる。また、演算部２３では、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果（電圧）を電流値に変換する演算を行うことによって被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（低周波から高周波の成分）を求める処理が行われる。
【0073】
続いて、演算部２１，２３で演算された電流を合成する処理が、合成部２４で行われる。具体的には、まず、演算部２１の演算結果が低域通過フィルタ２４ａに入力されて高周波成分が除去され、演算部２３の演算結果が高域通過フィルタ２４ｂに入力されて低周波成分が除去される。次に、低域通過フィルタ２４ａから出力される信号（低域通過フィルタ２４ａを通過した低周波成分）と、高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号（高域通過フィルタ２４ｂを通過した高周波成分）とのレベルを調整する処理が、信号レベル調整部２４ｃで行われる。
【0074】
そして、信号レベル調整部２４ｃによって信号レベルが調整された信号と、高域通過フィルタ２４ｂから出力される信号とを加算する処理が加算部２４ｄで行われる。このようにして、演算部２１，２３で演算された電流が合成される。以上の処理が終了すると、合成部２４で合成された電流が出力部２２から出力される。以上の処理が、連続的に、或いは、一定周期（例えば、１秒）で繰り返し行われる。
【0075】
以上の通り、本実施形態では、磁気シールド１２に収容され、被測定導体ＭＣに流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する磁気センサＳＥ１と、被測定導体ＭＣに流れる電流によって生ずる低周波から高周波の交流磁界を検出するロゴスキーセンサＳＥ２とを設けている。そして、磁気センサＳＥ１の検出結果から被測定導体ＭＣに流れる電流（直流電流及び低周波の交流電流）を求め、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果から被測定導体ＭＣに流れる電流（低周波から高周波）を求め、各々の演算結果を合成するようにしている。このため、本実施形態では、小型で被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分並びに低周波から高周波の成分）を非接触で高精度に測定することができる。
【0076】
〔第３実施形態〕
〈電流測定装置の構成〉
図９は、本発明の第３実施形態による電流測定装置の外観図である。図９に示す通り、本実施形態の電流測定装置３は、図６に示す電流測定装置２が備えるセンサヘッド１０Ａをセンサヘッド１０Ｂに代えた構成である。本実施形態の電流測定装置３は、第２実施形態の電流測定装置２と同様に、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの直流及び低周波の成分に加え、低周波から高周波の成分を測定可能にしたものである。
〈電流測定装置の構成〉
図９は、本発明の第３実施形態による電流測定装置の外観図である。図９に示す通り、本実施形態の電流測定装置３は、図６に示す電流測定装置２が備えるセンサヘッド１０Ａをセンサヘッド１０Ｂに代えた構成である。本実施形態の電流測定装置３は、第２実施形態の電流測定装置２と同様に、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉの直流及び低周波の成分に加え、低周波から高周波の成分を測定可能にしたものである。
【0077】
図１０は、本発明の第３実施形態による電流測定装置が備えるセンサヘッドの磁気シールドの断面矢視図である。尚、図１０は、図３（ｂ）に示す断面矢視図に相当するものである。センサヘッド１０Ｂは、第２実施形態のセンサヘッド１０ＡのロゴスキーセンサＳＥ２を省略し、代わりにコイルＳＥ３（第２センサ）を設けた構成である。
【0078】
コイルＳＥ３は、ロゴスキーセンサＳＥ２と同様に、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉによって生ずる低周波（例えば、数［ｋＨｚ］）から高周波（例えば、数十［ＭＨｚ］）の交流磁界を検出する。コイルＳＥ３は、電流測定装置３で測定可能な最大電流（上限電流）と、電流測定装置３で測定可能な最大周波数とに応じて設計されており、図１０に示す通り、磁気シールド１２の内部に収容される。
【0079】
具体的に、コイルＳＥ３は、センサヘッド１０Ｂが固定機構１３によって被測定導体ＭＣに固定されたときに、検出軸（感磁方向）が電流Ｉによって生成される磁界の方向（被測定導体ＭＣの接線方向）になるように磁気シールド１２内に配置される。このようにコイルＳＥ３を配置することにより、切欠部ＣＰ２から磁気シールド１２内に流入する外部磁界が、コイルＳＥ３に及ぼす影響を小さくすることができる。図１０に示す例において、コイルＳＥ３は、磁気シールド１２の内部において、被測定導体ＭＣの中心との距離が、磁気センサＳＥ１と被測定導体ＭＣの中心との距離よりも長くなる位置に配置される。尚、センサヘッド１０Ｂの内部におけるコイルＳＥ３の位置は、図１０に例示される位置に制限される訳ではなく、図１０に例示する位置とは異なる位置に設けられていても良い。
【0080】
回路部２０Ａは、第２実施形態による電流測定装置２が備える回路部２０Ａと同様の構成である。本実施形態の電流測定装置３の回路構成は、図７に示すロゴスキーセンサＳＥ２をコイルＳＥ３と読み替え、センサヘッド１０Ａをセンサヘッド１０Ｂと読み替えれば良い。ケーブルＣＢは、第１，第２実施形態と同様に、可撓性を有するものが望ましく、また、取り回しが容易なものが望ましく、また、断線が生じ難いものが望ましい。
【0081】
〈電流測定装置の動作〉
本実施形態の電流測定装置３の動作は、基本的に、第２実施形態の電流測定装置２の動作と同様であるため、詳細な説明を省略する。尚、本実施形態では、第２実施形態の電流測定装置２が備えるロゴスキーセンサＳＥ２が省略されているため、第２実施形態で行われるロゴスキーセンサＳＥ２の配置作業（被測定導体ＭＣの周囲を取り囲んだ状態にロゴスキーセンサＳＥ２を配置する作業）は省略される。
本実施形態の電流測定装置３の動作は、基本的に、第２実施形態の電流測定装置２の動作と同様であるため、詳細な説明を省略する。尚、本実施形態では、第２実施形態の電流測定装置２が備えるロゴスキーセンサＳＥ２が省略されているため、第２実施形態で行われるロゴスキーセンサＳＥ２の配置作業（被測定導体ＭＣの周囲を取り囲んだ状態にロゴスキーセンサＳＥ２を配置する作業）は省略される。
【0082】
以上の通り、本実施形態では、被測定導体ＭＣに流れる電流によって生ずる直流磁界及び低周波の交流磁界を検出する磁気センサＳＥ１と、被測定導体ＭＣに流れる電流によって生ずる低周波から高周波の交流磁界を検出するコイルＳＥ３とを、磁気シールド１２の内部に収容している。そして、磁気センサＳＥ１の検出結果から被測定導体ＭＣに流れる電流（直流電流及び低周波の交流電流）を求め、コイルＳＥ３の検出結果から被測定導体ＭＣに流れる電流（低周波から高周波）を求め、各々の演算結果を合成するようにしている。このため、本実施形態では、小型で被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分並びに低周波から高周波の成分）を非接触で高精度に測定することができる。
【0083】
また、本実施形態では、第２実施形態の電流測定装置２が備えるロゴスキーセンサＳＥ２に代えて、磁気シールド１２の内部に収容されたコイルＳＥ３を備えている。このため、第２実施形態で必要であったロゴスキーセンサＳＥ２の配置作業（被測定導体ＭＣの周囲を取り囲んだ状態にロゴスキーセンサＳＥ２を配置する作業）を省略することができるとともに、センサヘッドをより小型化することができる。
【0084】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態による電流測定装置は、前述した第１～３実施形態による電流測定装置１～３が備えるセンサヘッド１０，１０Ａ，１０Ｂの磁気シールド１２の内部に梁部材ＢＭを設けたものである。このような電流測定装置は、磁気シールド１２内におけるＳＮ比を向上させて、測定精度の向上を図るものである。尚、以下では、第１実施形態による電流測定装置１が備えるセンサヘッド１０の磁気シールド１２の内部に梁部材ＢＭを設けたものを例に挙げて説明する。
本発明の第４実施形態による電流測定装置は、前述した第１～３実施形態による電流測定装置１～３が備えるセンサヘッド１０，１０Ａ，１０Ｂの磁気シールド１２の内部に梁部材ＢＭを設けたものである。このような電流測定装置は、磁気シールド１２内におけるＳＮ比を向上させて、測定精度の向上を図るものである。尚、以下では、第１実施形態による電流測定装置１が備えるセンサヘッド１０の磁気シールド１２の内部に梁部材ＢＭを設けたものを例に挙げて説明する。
【0085】
図１１は、本発明の第４実施形態による電流測定装置のセンサヘッドに設けられる磁気シールドの構成を示す図である。図１１（ａ）は、磁気シールド１２の外観斜視図であり、図１１（ｂ）は、磁気シールド１２の断面矢視図であり、図１１（ｃ），（ｄ）は、磁気シールド１２の内部に設けられる梁部材ＢＭを例示する斜視図である。尚、図１１（ｂ）は、図３（ｂ）に示す断面矢視図に相当するものである。
【0086】
梁部材ＢＭは、例えば、磁気シールド１２と同じ材質（例えば、パーマロイ等）によって形成されている。梁部材ＢＭの太さは、電流測定装置１で測定可能な最大電流（上限電流）が被測定導体ＭＣに流れても磁気飽和しないように、磁気シールド１２の厚みと同等以上に設定される。尚、梁部材ＢＭは、磁気シールド１２と同様の製法によって作成されても良い。
【0087】
また、梁部材ＢＭは、磁気シールド１２と一体的に形成されても良く、磁気シールド１２とは別体として形成されても良い。梁部材ＢＭが、磁気シールド１２とは別体として形成される場合には、例えば、図１１（ｃ）又は図１１（ｄ）に示す梁部材ＢＭを用いることができる。図１１（ｃ）に示す梁部材ＢＭは、四角柱状の梁部ｂｍと、梁部ｂｍの両端に設けられた一対の柱状の支持部ｓｐとからなる部材である。図１１（ｄ）に示す梁部材ＢＭは、四角柱状の梁部ｂｍと、梁部ｂｍの両端に設けられた一対の柱状の支持部ｓｐと、支持部ｓｐの他端同士を接続する接続部ｃｎとからなる部材である。
【0088】
梁部材ＢＭは、例えば、四角柱状の梁部ｂｍが、磁気センサＳＥ１の－Ｚ側（磁気センサＳＥ１と切欠部ＣＰ２との間）においてＸ方向に延びるように、磁気シールド１２の内部に配置されている。このとき、梁部材ＢＭは、梁部ｂｍの両端部（一対の柱状の支持部ｓｐ）が、第１シールド部材１２ａ及び第２シールド部材１２ｂの内壁とそれぞれ接するようにされる。尚、梁部材ＢＭは、必ずしも梁部ｂｍがＸ方向に延びるように配置される必要はない。例えば、梁部材ＢＭは、梁部ｂｍがＹ方向に延びるように配置されていても良い。
【0089】
図１２は、本発明の第４実施形態における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。具体的に、図１２に示すシミュレーション結果は、Ｚ軸方向の外部磁界ＥＭが存在する場合における磁気シールド１２内の磁束密度をシミュレーションによって求めたものである。図１２（ａ）は梁部材ＢＭが設けられていない場合のものであり、図１２（ｂ）は、梁部材ＢＭが設けられている場合のものである。
【0090】
図１２（ａ）を参照すると、梁部材ＢＭが設けられていない場合における磁気シールド１２内の磁束密度分布は、おおよそ、被測定導体ＭＣを中心とし、被測定導体ＭＣから離れるにつれて磁束密度が徐々に低くなる楕円形状の分布となる。これに対し、図１２（ｂ）を参照すると、梁部材ＢＭが設けられている場合における磁気シールド１２内の磁束密度分布は、梁部材ＢＭの＋Ｚ側において磁束密度が低下する領域Ｒ１が出現する。
【0091】
図１３は、本発明の第４実施形態におけるＳＮ比のシミュレーション結果を示す図である。尚、図１３に示すグラフは、図４に示すグラフと同様に、横軸に被測定導体ＭＣの中心からのＺ方向の距離をとり、縦軸にＳＮ比（対数）をとってある。尚、図１３に示す通り、シミュレーションにおいては、被測定導体ＭＣの半径を５［ｍｍ］に設定し、太さが２［ｍｍ］の梁部材ＢＭが被測定導体ＭＣの中心から６［ｍｍ］だけ離れた位置に設定してある。
【0092】
図１３を参照すると、梁部材ＢＭが省略されている場合には、ＳＮ比は、被測定導体ＭＣからの距離（被測定導体ＭＣの中心からの距離）が長くなるにつれて徐々に低下することが分かる。これに対し、梁部材ＢＭが設けられている場合には、被測定導体ＭＣの中心からの距離が１１．５［ｍｍ］付近の位置において、ＳＮが急激に上昇して１００対１以上になる箇所が現れるのが分かる。よって、この箇所に磁気センサＳＥ１を配置することで、測定精度の向上を図ることができる。
【0093】
以上、本発明の実施形態による電流測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態における電流測定装置は、センサヘッドと回路部とがケーブルＣＢによって接続されたものであったが、回路部の機能をセンサヘッドに設けて、センサヘッドと回路部とを一体化しても良い。
【0094】
また、上述した実施形態では、センサヘッドの固定機構１３がガイド付きのネジ機構である場合を例に挙げて説明したが、固定機構１３は、ガイド付きのネジ機構に制限される訳ではない。固定機構１３は、被測定導体ＭＣの径に拘わらず、被測定導体ＭＣの中心と磁気センサＳＥ１との距離が予め規定された基準距離ｒとなるように被測定導体ＭＣを固定することができれば、任意の機構を採用することができる。例えば、被測定導体ＭＣの側面を挟持するように構成された樹脂製の板バネ等を採用することができる。
【0095】
また、上述した実施形態では、センサヘッドの固定機構１３が磁気シールド１２の＋Ｘ側に配置されている例について説明した。しかしながら、固定機構１３は、磁気シールド１２の－Ｘ側に配置されていても良く、或いは、磁気シールド１２の内部に配置されていても良い。
【符号の説明】
【0096】
１～３ 電流測定装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ センサヘッド
１２ 磁気シールド
１３ 固定機構
２０，２０Ａ 回路部
２１，２３ 演算部
２４ 合成部
ＢＭ 梁部材
ＣＰ２ 切欠部
Ｉ 電流
ＭＣ 被測定導体
ｒ 基準距離
ＳＥ１ 磁気センサ
ＳＥ２ ロゴスキーセンサ
ＳＥ３ コイル
１０，１０Ａ，１０Ｂ センサヘッド
１２ 磁気シールド
１３ 固定機構
２０，２０Ａ 回路部
２１，２３ 演算部
２４ 合成部
ＢＭ 梁部材
ＣＰ２ 切欠部
Ｉ 電流
ＭＣ 被測定導体
ｒ 基準距離
ＳＥ１ 磁気センサ
ＳＥ２ ロゴスキーセンサ
ＳＥ３ コイル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】