特許 7149701 電流センサ及び電力量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-29

(45)【発行日】2022-10-07

(54)【発明の名称】電流センサ及び電力量計

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/18 20060101AFI20220930BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20220930BHJP

   G01R 22/06 20060101ALI20220930BHJP

【ＦＩ】

G01R15/18 B

G01R15/20 D

G01R22/06 110F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017238446

(22)【出願日】2017-12-13

(65)【公開番号】P2019105546

(43)【公開日】2019-06-27

【審査請求日】2020-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】311002034

【氏名又は名称】富士電機メーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山内 芳准

(72)【発明者】

【氏名】工藤 高裕

(72)【発明者】

【氏名】栗原 晋

(72)【発明者】

【氏名】原山 滋章

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－７５７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－７１６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１０４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－４８７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１９１０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１９４３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－３００１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２６３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－３２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３１８６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４８－１５０９７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】実開昭５９－６２５５７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００－１５／２６

Ｇ０１Ｒ １１／００－１１／６６

Ｇ０１Ｒ ２１／００－２２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流を流す電流バーを囲むように形成された集磁コアと、前記集磁コアのギャップに介在して磁気検出を行う磁気検出素子が設けられ、前記電流バーに流れる電流信号を検出する基板とを有した電流センサであって、
前記ギャップの各端面と前記磁気検出素子との間のそれぞれに導電性シールド板を設け、
前記磁気検出素子は、前記基板の中間層に接続するビア及び前記中間層を介して外部接続され、
前記磁気検出素子が配置される側の前記導電性シールド板は、前記ビアを含む前記磁気検出素子が配置される位置に貫通する空洞が形成されて前記基板に取り付けられるとともに、他の前記導電性シールド板は、前記磁気検出素子が配置されない基板面に取り付けられ、前記磁気検出素子に対して絶縁されていることを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

電流を流す電流バーを囲むように形成された集磁コアと、前記集磁コアのギャップに介在して磁気検出を行う磁気検出素子が設けられ、前記電流バーに流れる電流信号を検出する基板とを有した電流センサであって、
前記ギャップの各端面と前記磁気検出素子との間のそれぞれに導電性シールド板を設け、
前記磁気検出素子は、多層基板の内部の複数層に形成された複数のコイルパターンであり、各コイルパターンが前記多層基板を貫通するビアを介して接続されるとともに、前記複数層を介して外部接続され、
各導電性シールド板は、前記ビアに対応する位置に貫通する空洞が形成されて前記基板に取り付けられ、前記磁気検出素子に対して絶縁されていることを特徴とする電流センサ。

【請求項3】

前記導電性シールド板は、除去対象周波数及び材質の表皮深さに対応する厚さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記導電性シールド板は、非磁性材料で形成されている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。

【請求項5】

前記磁気検出素子は、前記基板に形成されたコイルパターンであることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項6】

負荷に対する複数相の交流電流を流す複数の前記電流バーのうち、１つ少ない１以上の電流バーに流れる電流信号を検出する、請求項１～４のいずれか一つに記載した１以上の電流センサと、
前記電流センサが配置される１以上の電流バーと前記電流センサが配置されない１つの電流バーとの間の電圧信号を検出する１以上の電圧センサと、
前記電流センサが検出した電流信号と前記電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記複数相の電力量を算出する電力量算出部と、
を備えたことを特徴とする電力量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一次電流に流れる高周波成分による影響を受けることなく、測定対象である低周波成分の電流信号を精度良く測定することができる電流センサ及び電力量計に関する。

【背景技術】

【0002】

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）。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－４８７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、測定対象となる電流の周波数は、主に商用周波数である５０Ｈｚや６０Ｈｚなどの数十Ｈｚの成分である。ここで、一次側の回路に省エネルギー化などを目的としてインバータなどの変換回路が接続されていると、商用周波数の他に数ｋＨｚ以上の高周波電流が重畳する場合がある。このような電流が商用周波数に重畳すると、電流センサの出力が大きくなり、レンジオーバにより測定対象である商用周波数成分の電流信号を正確に測定できなくなってしまう。また、電流信号に電圧信号を掛け合わせて電力量を計測する場合、電流信号による誤差が影響して正確な電力量が計測できない場合がある。特に、コイルパターンによる電流センサ出力は、電流信号出力が周波数により比例するため、重畳した高周波電流の影響が大きくなってしまうという問題がある。

【0006】

ここで、電流センサ出力に重畳した高周波成分は、電流センサ出力の後段に、ローパスフィルタなどの信号処理を行って除去することができる。しかし、ローパスフィルタなどの信号処理を飽和させないために、電流センサからの信号入力を低くしたフィルタ処理を行った後、増幅回路により信号を増幅する必要がある。このため、電流センサ出力以降の配線、信号処理回路に由来するノイズの影響を受けてしまい、商用周波成分の電流信号の計測を精度良く行うことができない場合がある。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一次電流に流れる高周波成分による影響を受けることなく、測定対象である低周波成分の電流信号を精度良く測定することができる電流センサ及び電力量計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を囲むように形成された集磁コアと、前記集磁コアのギャップに介在して磁気検出を行う磁気検出素子が設けられ、前記電流バーに流れる電流信号を検出する基板とを有した電流センサであって、前記ギャップの端面と前記磁気検出素子との間に導電性シールド板を設けたことを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記導電性シールド板は、除去対象周波数及び材質の表皮深さに対応する厚さであることを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記導電性シールド板は、各キャップの端面と前記磁気検出素子との間のそれぞれに設けられたことを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記導電性シールド板は、非磁性材料で形成されていることを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記磁気検出素子は、前記基板に形成された１以上のコイルパターンであることを特徴とする。

【0013】

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記導電性シールド板または一方の前記導電性シールド板は、中央部分に空洞が形成され、前記磁気検出素子は、前記空洞が形成される領域に配置されるとともに、前記導電性シールド板または前記一方の導電性シールド板に対して絶縁されていることを特徴とする。

【0014】

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は、前記基板内部に複数層として埋め込まれたことを特徴とする。

【0015】

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。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、集磁コアのギャップの端面と磁気検出素子との間に導電性シールド板を設けているので、一次電流に流れる高周波成分による影響を受けることなく、測定対象である低周波成分の電流信号を精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１である電流センサの概要構成を示す平面図である。

【図2】図２は、図１に示した電流センサの側面図である。

【図3】図３は、図１に示したギャップに介在する基板の平面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態２である電流センサの側面図である。

【図5】図５は、図４に示したギャップに介在する基板の平面図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態３である電流センサの基板の平面図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態４である電流センサの基板に形成した磁気検出素子の平面図である。

【図8】図８は、図７に示した磁気検出素子のＡ－Ａ線断面図である。

【図9】図９は、基板の内層に形成されるコイルパターンを示す図である。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態５である電流センサの基板に形成した磁気検出素子の平面図である。

【図11】図１１は、図１０に示した磁気検出素子のＢ－Ｂ線断面図である。

【図12】図１２は、導電性シールド板を設けない場合、空洞がない導電性シールド板を設けた実施の形態１の場合、空洞がある導電性シールド板を設けた実施の形態２の場合における信号強度の周波数依存性を示す図である。

【図13】図１３は、空洞がない導電性シールド板を設けた実施の形態１の場合と、空洞がある導電性シールド板を設けた実施の形態２の場合とにおける高周波成分の低減率の周波数依存性を示す図である。

【図14】図１４は、実施の形態１～５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15】図１５は、三相電流及び三相電圧間のベクトル図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である電流センサ１００の概要構成を示す平面図である。また、図２は、図１に示した電流センサ１００の側面図である。さらに、図３は、図１に示したギャップ３に介在する基板４の平面図である。図１～図３において、電流センサ１００は、電流を流す電流バー１を囲むように形成された集磁コア２と、集磁コア２のギャップ３に介在して磁気検出を行う磁気検出素子５が設けられ、電流バー１に流れる電流信号を検出する基板４とを有する。ギャップ３の端面と磁気検出素子５との間に、それぞれ導電性シールド板６ａ，６ｂが設けられる。導電性シールド板６ａは、ギャップ３の上部の端部に取り付けられ、導電性シールド板６ｂは、ギャップ３の下部の端部に取り付けられる。磁気検出素子５は、基板４の上面であってギャップ３の端面間に配置される。基板４の下面と導電性シールド板６ｂとの間には絶縁板７が配置される。なお、導電性シールド板６ａ，６ｂの面積は、少なくともギャップ３の端面の断面積以上の大きさである。また、磁気検出素子５の断面積は、少なくともギャップ３の端面の断面積以下の大きさである。導電性シールド板６ａと磁気検出素子５を含む基板４とは空気を介して絶縁され、導電性シールド板６ｂと磁気検出素子５を含む基板４とは絶縁板７を介して絶縁される。

【0020】

図３に示すように、基板４上には磁気検出素子５が設けられ、ギャップ３内に配置される。磁気検出素子５は、基板４上に形成されたコイルパターン２１である。コイルパターン２１は、ギャップ３内の磁束変化を誘導電圧として検出する。図３では、コイルパターン２１は、図上、右巻きで同一方向に巻かれ、上下に配置された２つのコイルパターンで形成されている。上部に配置された１つのコイルパターンと、下部に配置され、基板４の内部に形成された他の１つのコイルパターンとは、ビア２２ａで接続される。コイルパターン２１は、インダクタンスを高くすると磁気検出感度が増すため、コイルパターン数は多い方が好ましい。コイルパターン２１の端子２２ｂ，２２ｃは、ギャップ３に覆われない領域に形成された端子２２ｄ，２２ｅにそれぞれ接続線２３ａ，２３ｂを介して接続される。端子２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、ビアであり、接続線２３ａ，２３ｂは基板４の内部に形成される。

【0021】

信号処理回路１０は、基板４のギャップ外で端子２２ｄ，２２ｅを介して磁気検出素子５に接続される。信号処理回路１０は、フィルタ回路１１、増幅回路１２、及び出力回路１３を有する。フィルタ回路１１は、ローパスフィルタであり、磁気検出素子５から出力される電流信号から高周波成分を除去し、電流バー１を流れる５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用周波数成分を透過させる。増幅回路１２は、フィルタ回路１１で透過した電流信号を増幅する。出力回路１３は、増幅回路１２で増幅された電流信号を外部出力する。

【0022】

導電性シールド板６ａ，６ｂは、導電性材料である銅やアルミニウムなどの金属で形成される。電流バー１を流れる電流は交流であるため、導電性シールド板６ａ，６ｂには渦電流が発生する。そして、この渦電流は電流バー１を流れる電流により発生する磁界を打ち消す向きに発生する。また、渦電流は周波数に比例し、表皮効果により高周波成分ほど導電性シールド板６ａ，６ｂの表面に発生する電流密度が大きくなる。このため、導電性シールド板６ａ，６ｂを０．１ｍｍ～２ｍｍ程度の薄板とすることで、低周波の磁界は低減せず、高周波となるほど大きく磁界を打ち消すことができる。これにより、導電性シールド板６ａ，６ｂは、電流バー１に流れる、測定対象の５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用周波数成分の検出感度を低下させることなく、高周波成分のみを磁気遮蔽して低減することが可能となる。この導電性シールド板６ａ，６ｂの厚さは、除去対象周波数及び材質の表皮深さに対応する厚さとすることが好ましい。

【0023】

導電性シールド板６ａ，６ｂは、導電性の材質であれば鉄やパーマロイなどのニッケル－鉄合金などの材質でも、高周波電流の影響を渦電流の効果で低減させることができるが、磁性材料である鉄やパーマロイは磁性を持っているため、測定対象の周波数にも影響を与える。ギャップ付きの集磁コア２では、ギャップ３の間隔により磁気検出素子５のセンサ出力信号を調整する役割を持っているため、非磁性である銅やアルミニウムを使用する方が、導電性シールド板６ａ，６ｂによる測定電流への影響を考慮しなくて良いため、設計しやすく好ましい。すなわち、導電性シールド板６ａ，６ｂは、非磁性材料であることが好ましい。

【0024】

また、導電性シールド板６ａ，６ｂは、導電性材料であるため、基板４に配置されている磁気検出素子５などの電子部品とは絶縁して配置する必要がある。本実施の形態１では、導電性シールド板６ａと磁気検出素子５を含む基板４とは空気を介して絶縁され、導電性シールド板６ｂと磁気検出素子５を含む基板４とは絶縁板７を介して絶縁される。

【0025】

本実施の形態１では、磁気検出素子５を挟むように２つの導電性シールド板６ａ，６ｂを配置しているが、導電性シールド板６ａ，６ｂの一方のみをギャップ３内に配置しても、測定対象の５０Ｈｚや６０Ｈｚなどの低周波成分の検出感度を低下させることなく、高周波成分を低減する効果を奏する。ただし、同じ板厚の導電性シールド板を１つのみ配置した場合は、２つ配置した場合に比して高周波成分の低減効果は半分程度となる。

【0026】

本実施の形態１では、導電性シールド板６ａ，６ｂによって磁気検出素子５を挟み、導電性シールド板６ａ，６ｂが測定対象である所望低周波成分の検出感度を低下させることなく、高周波成分を低減するようにしているので、磁気検出素子５が所望低周波成分信号のＳ／Ｎ比を高くして信号処理回路１０に出力することができ、所望低周波成分信号を精度高く検出することができる。

【0027】

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２である電流センサ１０１の側面図である。また、図５は、図４に示したギャップ３に介在する基板４の平面図である。図４及び図５に示すように、本実施の形態２では、実施の形態１の導電性シールド板６ａ，６ｂに替えて導電性シールド板８ａ，８ｂを設けている。導電性シールド板８ａは、中央部分に空洞９ａが形成され、この空洞９ａの領域に磁気検出素子５が配置される。導電性シールド板８ａは、四方に設けたパッド２６によって基板４の表面に半田付けなどによって取り付けられる。一方、導電性シールド板８ｂは、基板４の裏面から磁気検出素子５を覆うように取り付けられる。すなわち、導電性シールド板８ａ，８ｂは、基板４に直接接触するように接続される。なお、導電性シールド板８ａ，８ｂは、それぞれ対向配置され、磁気検出素子５を挟み込むように配置される。

【0028】

導電性シールド板８ａ，８ｂと基板４上の導電性部分とが接触しないように、端子２２ｂ～２２ｅ等のビアを用い、接続線２３ａ，２３ｂを基板４内の中間層に配線している。

【0029】

導電性シールド板８ａ，８ｂは、絶縁性の接着剤を用いて基板４に取り付けてもよい。要は、導電性シールド板８ａ，８ｂと基板４の導電性部分とが接触せず、絶縁性を確保できればよい。

【0030】

上記の実施の形態１では、導電性シールド板６ａ，６ｂと基板４との間の絶縁性を確保するために、導電性シールド板６ａ，６ｂの設置や絶縁板７を設けるなどの組立工程が必要であったが、本実施の形態２では、導電性シールド板８ａ，８ｂと基板４とが予め一体形成してギャップ３内に配置することができるので、組立工程が簡易かつ容易に行うことができる。

【0031】

なお、本実施の形態２では、実施の形態１に比して導電性シールド板８ａの空洞９ａの領域の磁気遮蔽を行うことができないが、必要最小限の磁気遮蔽を行うことができる。

【0032】

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３である電流センサの基板４の平面図である。上記の実施の形態２では、磁気検出素子５としてコイルパターン２１を用いていたが、図６に示すように、コイルパターン２１に替えてホール素子３１を用いた磁気検出素子３５としてもよい。この場合、ホール素子３１側の端子３２ａ～３２ｄと信号処理回路１０側の端子３２ｅ～３２ｈとは、ビアで形成され、各端子間を接続する接続線３３ａ～３３ｄは、基板４内の中間層に形成され、基板４と導電性シールド板８ａ，８ｂとの絶縁性を確保している。なお、実施の形態２と同様に、導電性シールド板８ａ，８ｂは、パッド３６を用いて基板４に接続される。なお、実施の形態１の磁気検出素子５にホール素子３１を用いてもよい。

【0033】

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４である電流センサの基板４４に形成した磁気検出素子４５の平面図である。また、図８は、図７に示した磁気検出素子４５のＡ－Ａ線断面図である。図７及び図８に示すように、基板４４は多層基板であり、２つのコイルパターン４１ａ，４１ｂを有する磁気検出素子４５は、基板４４内に形成されている。２つのコイルパターン４１ａ，４１ｂは、ビア４２の導電部材で接続されている。ビア４２は、内層にスルーホールを埋め込んだインナーバイアホールである。各コイルパターン４１ａ，４１ｂは、端子４３ａ，４３ｂに接続される。端子４３ａ，４３ｂは、導電性シールド板４０ａ，４０ｂが設けられる領域外の基板４４に設けられたスルーホールに導電材が埋め込まれたものである。

【0034】

なお、図９は、基板４４の内層に形成されるコイルパターン４１ａ，４１ｂを示す図である。図９に示すように、コイルパターン４１ａ，４１ｂは、磁場の変化により発生する誘導電圧が足しあわされるように、巻き方向を同一にし、インナーバイアホールであるビア４２内の導電部材を介して直列接続される。なお、図９では、各コイルパターン４１ａ，４１ｂの巻き方向は、それぞれ右巻きになっている。

【0035】

したがって、磁気検出素子４５を挟み込む導電性シールド板４０ａ，４０ｂが取り付けられる基板表面には、導電部分が露出していないため、導電性シールド板４０ａ，４０ｂはそのまま基板４４に取り付けることができる。この導電性シールド板４０ａ，４０ｂの基板４４への取付は、パッド４６を用いた半田付けであってもよいし、接着剤を用いた接着であってもよい。

【0036】

なお、図示しない信号処理回路は、端子４３ａ，４３ｂを介して接続される。信号処理回路と端子４３ａ，４３ｂとの接続は、導電性シールド板４０ａ，４０ｂが設けられない領域であるため、信号処理回路側に端子４３ａ，４３ｂと同様な端子を設け、基板４４の内層で接続してもよいし、基板４４の外部で接続してもよい。

【0037】

本実施の形態４では、実施の形態２のように空洞９ａを設ける必要がないため、導電性シールド板４０ａ，４０ｂによる高い磁気遮蔽効果を得ることができる。

【0038】

（実施の形態５）
図１０は、本発明の実施の形態５である電流センサの基板５４に形成した磁気検出素子５５の平面図である。また、図１１は、図１０に示した磁気検出素子５５のＢ－Ｂ線断面図である。図１０及び図１１に示すように、磁気検出素子４５に対応する磁気検出素子５５は、２つのコイルパターン４１ａ，４１ｂに対応する２つのコイルパターン５１ａ，５１ｂを有する。実施の形態５は、実施の形態４のビア４２に替えて、基板５４の表面まで貫通するスルーホールのビア５２とし、導電性シールド板４０ａ，４０ｂに替えて、それぞれビア５２に対応する位置に小さい空洞６０ａ，６０ｂを設けた導電性シールド板５０ａ，５０ｂとしている。空洞６０ａ，６０ｂは、基板５４に形成されたビア５２の導電部に接触しないようにするためである。

【0039】

なお、端子５３ａ，５３ｂ、パッド５６は、それぞれ端子４３ａ，４３ｂ、パッド４６に対応する。

【0040】

本実施の形態５では、多層基板である基板５４を形成する各層のすべてを積層した後、ドリルでスルーホールのビア５２、端子５３ａ，５３ｂをあけ、その後銅メッキをして導電部材を満たせばよい。このため、インナーバイアホールの形成と異なり、ビア形成のプロセスが１回で済み低コストで基板５４を製作することができる。また、本実施の形態５では、実施の形態２の大きな空洞９ａと異なり、小さな空洞６０ａ，６０ｂで済むため、空洞を設けない導電性シールド板６ａ，６ｂとほぼ同じ磁気遮蔽効果を得ることができる。

【0041】

（具体的な磁気遮蔽効果の比較）
ここでは、導電性シールド板６ａ，６ｂを設けた実施の形態１と導電性シールド板８ａ，８ｂを設けた実施の形態２との磁気遮蔽効果を比較する。図１２は、導電性シールド板を設けない場合、空洞９ａがない導電性シールド板６ａ，６ｂを設けた実施の形態１の場合、空洞９ａがある導電性シールド板８ａ，８ｂを設けた実施の形態２の場合における信号強度の周波数依存性を示す図である。曲線Ｌ１は、導電性シールド板を設けない場合を示し、曲線Ｌ２は、空洞９ａがない導電性シールド板６ａ，６ｂを設けた実施の形態１の場合を示し、曲線Ｌ３は、空洞９ａがある導電性シールド板８ａ，８ｂを設けた実施の形態２の場合を示している。なお、導電性シールド板６ａ，６ｂ、８ａ，８ｂは、厚さ１ｍｍの銅で形成されている。この導電性シールド板の厚さ１ｍｍは、導電性シールド板の材質が銅のとき、周波数が３ｋＨｚ程度の時の表皮深さである。なお、図１２は、５０Ｈｚでの出力信号を１としたとき、コイルパターンである磁気検出素子に発生している誘導電圧を検出信号としている。

【0042】

曲線Ｌ１は、導電性シールド板を設けていないので、周波数に比例した出力が発生し、高周波になるに従って信号強度が大きくなっている。信号強度は、測定対象の５０Ｈｚ以外の信号が重畳している場合、大きくなる。したがって、信号強度が１よりも大きくなればなるほど、計測誤差が生じていることになる。

【0043】

これに対し、曲線Ｌ２では、導電性シールド板６ａ，６ｂによってノイズ成分である高周波成分が大幅にカットされ、信号強度が低減されている。また、曲線Ｌ３でも、導電性シールド板８ａ，８ｂによってノイズ成分である高周波成分が大幅にカットされ、信号強度が低減されている。曲線Ｌ３は、曲線Ｌ２に比して信号強度が高くなっているが、これは導電性シールド板８ａに形成された空洞９ａの影響であると考えられる。

【0044】

図１３は、空洞９ａがない導電性シールド板６ａ，６ｂを設けた実施の形態１の場合と、空洞９ａがある導電性シールド板８ａ，８ｂを設けた実施の形態２の場合とにおける高周波成分の低減率の周波数依存性を示す図である。曲線Ｌ１１は、空洞９ａがない導電性シールド板６ａ，６ｂを設けた実施の形態１の場合の低減率を示し、曲線Ｌ１２は、空洞９ａがある導電性シールド板８ａ，８ｂを設けた実施の形態２の場合の低減率を示している。

【0045】

図１３に示すように、曲線Ｌ１２は、曲線Ｌ１１に比して高周波の低減率は低いものの、いずれの場合も周波数が３ｋＨｚ以上で９０％程度の低減率を得ることができる。

【0046】

これにより、導電性シールド板６ａ，６ｂ、８ａ，８ｂを設けることによって不要な高周波成分を除去でき、測定対象の所望低周波成分を高感度に検出することができる。すなわち、Ｓ／Ｎ比が高い状態で、測定対象の所望低周波成分を得ることができる。この結果、後段の信号処理回路のゲインを低く抑えることができ、信号処理回路由来のノイズによる影響も低減することができる。これにより、測定対象の所望低周波成分を精度良く検出することが可能になる。

【0047】

（電力量計）
図１４は、実施の形態１～５で示した電流センサを用いた電力量計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１５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。

【0048】

図１４に示すように、電力量計２００は、実施の形態１～５で示した電流センサに対応する電流センサ１ａ，１ｂ、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１ａは、Ｒ相の電流信号を検出する。電流センサ１ｂ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。

【0049】

電力量算出部２０２は、電流センサ１ａ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１ｂ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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【符号の説明】

【0052】

１ 電流バー
１ａ，１ｂ，１００，１０１ 電流センサ
２ 集磁コア
３ ギャップ
４，４４，５４ 基板
５，３５，４５，５５ 磁気検出素子
６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂ 導電性シールド板
７ 絶縁板
９ａ，６０ａ，６０ｂ 空洞
１０ 信号処理回路
１１ フィルタ回路
１２ 増幅回路
１３ 出力回路
２１ コイルパターン
２２ａ，４２，５２ ビア
２２ｂ～２２ｅ，３２ａ～３２ｈ，４３ａ，４３ｂ，５３ａ，５３ｂ 端子
２３ａ，２３ｂ，３３ａ～３３ｄ 接続線
２６，３６，４６，５６ パッド
３１ ホール素子
４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ コイルパターン
２００ 電力量計
２０１ａ，２０１ｂ 電圧センサ
２０２ 電力量算出部
２０３ 出力部
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ１１，Ｌ１２ 曲線
ＬＤ 負荷
ＳＰ 電源

【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】

【図14】

【図15】