特許 7199750 電流特定装置及びセンサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-23

(45)【発行日】2023-01-06

(54)【発明の名称】電流特定装置及びセンサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20221226BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20221226BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

G01R19/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021117364

(22)【出願日】2021-07-15

【審査請求日】2021-07-16

(73)【特許権者】

【識別番号】398035604

【氏名又は名称】株式会社トラフィック・シム

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤田 祥資

(72)【発明者】

【氏名】三宅 哲志

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特公平０５－０８５８７３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０００－２１４２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８１７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２８４１６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０２２７８３４４（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００－１７／２２

Ｇ０１Ｒ １９／００－１９／３２

Ｇ０１Ｒ ３１／０８－３１／１１

Ｇ０１Ｒ ３１／５０－３１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多芯電線の被覆の外側に取り付けられる複数のセンサであって、それぞれのセンサが前記多芯電線に流れる電流によって発生する磁界の磁界強度を検出する、前記複数のセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１個のセンサによって検出される前記磁界強度を用いて、前記多芯電線に流れる電流の電流値を特定し、
前記複数のセンサのうちの少なくとも２個のセンサによって検出される前記磁界強度の相対関係の変化を検出し、
前記複数のセンサは、第１センサと第２センサとを含み、
前記制御部は、第１タイミングにおいて、前記第１センサによって検出される磁界強度と、前記第２センサによって検出される磁界強度と、の比率と、前記第１タイミングと異なる第２タイミングにおいて前記第１センサによって検出される磁界強度と、前記第２センサによって検出される磁界強度と、の比率と、を比較することによって、前記磁界強度の前記相対関係の前記変化を検出し、前記第２タイミングにおける前記第１センサ及び前記第２センサのうちの少なくとも一方である特定のセンサの前記多芯電線に対する位置が、前記第１タイミングにおける前記特定のセンサの前記多芯電線に対する位置からずれが発生していることを示す情報を出力する、電流特定装置。

【請求項2】

前記複数のセンサは、互いの相対位置が固定されている、請求項１に記載の電流特定装置。

【請求項3】

前記少なくとも２個のセンサは、前記多芯電線の軸回りに並んで配置される、請求項１又は２に記載の電流特定装置。

【請求項4】

前記複数のセンサの相対位置が変化しないように前記複数のセンサを収容するホルダを、さらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電流特定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、多芯電線に流れる電流を特定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

引用文献１に、多芯電線に流れる電流の電流値を非接触で測定する電流センサが開示されている。電流センサは、磁気センサ素子で被測定電線の周囲に発生する磁界を検知することによって、電流を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１４８５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の技術では、センサと多芯電線内の導体との距離に応じて磁界強度が変化する。この場合、例えば、多芯電線に対するセンサの位置が変化すると、多芯電線に同一の電流が流れていても、センサによって検出される磁界強度が変化する。この結果、磁界強度を用いて電流値を適切に特定することができない場合がある。

【0005】

本明細書では、センサによって検出される磁界強度によって適切に電流が特定できない事態を把握し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書には、電流特定装置に関する技術が開示されている。電流特定装置は、多芯電線の被覆の外側に取り付けられる複数のセンサであって、それぞれのセンサが前記多芯電線に流れる電流によって発生する磁界の磁界強度を検出する、前記複数のセンサと、前記複数のセンサのうちの少なくとも１個のセンサによって検出される前記磁界強度を用いて、前記多芯電線に流れる電流の電流値を特定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のセンサのうちの少なくとも２個のセンサによって検出される前記磁界強度の相対関係の変化を検出する。

【0007】

例えば、多芯電線に対する複数のセンサの位置が変化せず、センサによって検出される磁界強度によって適切に電流が特定することができる状況では、多芯電線に流れる電流が変化しても、複数のセンサによって検出される磁界強度の相対関係は変化しない。言い換えると、複数のセンサによって検出される磁界強度の相対関係が変化する状況では、センサで検出される磁界強度を利用して適切な電流値を特定することができない可能性がある。上記の構成によると、２個のセンサで検出される磁界強度の相対関係の変化を検出することによって、センサによって検出される磁界強度を用いて適切に電流値を特定することができない事態を把握することができる。

【0008】

本明細書には、さらに、センサ装置に関する技術が開示されている。センサ装置は、交流電源に接続される多芯電線の被覆の外側に取り付けられる複数のセンサを備え、前記複数のセンサのそれぞれは、前記多芯電線に電流が流れると発生する磁界の磁界強度を検出し、前記複数のセンサは、前記多芯電線の軸回りに並んで配置される２個以上のセンサを含む。

【0009】

上記のセンサ装置を用いることによって、２個のセンサで検出される磁界強度の相対関係の変化を検出することによって、センサで検出される磁界強度を用いて適切に電流値を特定することができない事態を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電流特定装置の構成を示す。

【図2】センサ部の正面図を示す。

【図3】変形例のセンサ部の正面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書に開示の技術の特徴を列挙する。なお、以下の各特徴は、それぞれ独立して有用なものである。

【0012】

複数のセンサは、互いの相対位置が固定されていてもよい。

【0013】

この構成によると、互いの相対位置が固定されている２個のセンサで検出される磁界強度の相対関係の変化を検出することによって、センサで検出される磁界強度を用いて適切に電流値を特定することができない事態を把握することができる。

【0014】

制御部は、磁界強度の相対関係の変化に基づいて、複数のセンサのうちの少なくとも１個のセンサの位置がずれたことに関する情報を出力する出力部を、さらに備えていてもよい。

【0015】

多芯電線に対するセンサの位置が変化すると、センサ同士の磁界強度の相対関係は変化する。このため、磁界強度の相対関係の変化を検出することによって、センサの位置ずれを特定することができる。ユーザは、出力された情報を確認することによって、センサの位置ずれが発生していることを認識することができる。これにより、センサの位置がずれた状態で誤って特定された電流値を利用する事態を回避することができる。

【0016】

少なくとも２個のセンサは、多芯電線の軸回りに並んで配置されていてもよい。

【0017】

この構成によると、センサと多芯電線とに位置ずれが発生しているにも関わらず、センサの位置ずれを特定することができない事態を抑制することができる。

【0018】

複数のセンサの相対位置が変化しないように複数のセンサを収容するホルダを、さらに備えていてもよい。

【0019】

この構成によると、ホルダを多芯電線に固定することによって、複数のセンサを多芯電線に固定することができる。

【0020】

複数のセンサは、第１センサと第２センサとを含み、制御部は、第１タイミングにおいて、第１センサによって検出される磁界強度と、第２センサによって検出される磁界強度と、の比率と、第１タイミングと異なる第２タイミングにおいて第１センサによって検出される磁界強度と、第２センサによって検出される磁界強度と、の比率と、を比較することによって、磁界強度の相対関係の変化を検出してもよい。

【0021】

この構成によると、複数のタイミングにおける磁界強度の比率を比較することによって、予め基準値を設定せずに、磁界強度の相対関係の変化を検出することができる。

【0022】

（実施例）
図１及び図２を参照して、実施例の電流特定装置１０を説明する。図１に示すように、電流特定装置１０は、単相交流の交流電源１００と対象機器２とを接続する多芯電線４に流れる電流の電流値を特定する。電流特定装置１０は、処理装置１１と、センサ部２０と、を備える。対象機器２は、交流電源１００から電力を受ける電気機器であり、例えば、ラックマウント型サーバである。なお、対象機器２は、これに限らず、電気機器等の負荷であればよい。

【0023】

図２に示すように、多芯電線４は、３本の電線８と、３本の電線８を覆う被覆６と、を備える。３本の電線８のうち、１本の電線８は接地され、他の２本の電線８に通電される。電線８は、導体８ａと、導体８ａを被覆する絶縁体８ｂと、を備える。多芯電線４では、電線８が被覆６に覆われており、被覆６の外側から見ると、３本の電線８がどのように配置されているか分からない。

【0024】

センサ部２０は、ホルダ２８と、基板２４、２５と、磁気センサモジュール２２、２３と、２個の信号処理回路（図示省略）と、コネクタ３０、３２と、を備える。基板２４は、磁気センサモジュール２２と、信号処理回路と、コネクタ３０と、が搭載されるプリント基板である。磁気センサモジュール２２は、ホール素子を有するホールＩＣ（Integrated Circuitの略）である。磁気センサモジュール２２は、磁気センサモジュール２２周りに発生する磁界の磁界強度に応じて変化する電圧信号を出力する。信号処理回路は、磁気センサモジュール２２から出力される電圧信号にフィルタ処理、ＡＤ変換処理等を実行して、処理済みの信号を出力する。基板２５と磁気センサモジュール２３とのそれぞれは、基板２４と磁気センサモジュール２２とのそれぞれと同様の構成を有する。即ち、基板２５は、磁気センサモジュール２３と、信号処理回路と、コネクタ３２と、が搭載されている。磁気センサモジュール２２、２３は、多芯電線４の軸回りに並んで配置されている。磁気センサモジュール２２、２３は、多芯電線４の軸方向において同一の位置に配置されている。

【0025】

なお、変形例では、磁気センサモジュール２２、２３は、例えば磁気抵抗素子等のホール素子以外の素子を含んでいてもよい。この場合、基板２４、２５には、素子から出力される信号に適合する回路が搭載されていてもよい。

【0026】

コネクタ３０は、基板２４と処理装置１１とを接続するケーブルを受け入れる。同様に、コネクタ３２は、基板２５と処理装置１１とを接続するケーブルを受け入れる。

【0027】

基板２４、２５、磁気センサモジュール２２、２３、信号処理回路及びコネクタ３０、３２は、ホルダ２８に収容されている。ホルダ２８は、２個の部分ホルダ２６、２７を組み立てることによって構成されている。部分ホルダ２６は、基板２４、磁気センサモジュール２２、信号処理回路及びコネクタ３０を収容する収容空間を有する。基板２４、磁気センサモジュール２２、信号処理回路及びコネクタ３０は、部分ホルダ２６に対して固定されている。部分ホルダ２７は、基板２５、磁気センサモジュール２３、信号処理回路及びコネクタ３２を収容する収容空間を有する。基板２５、磁気センサモジュール２３、信号処理回路及びコネクタ３２は、部分ホルダ２７に対して固定されている。

【0028】

部分ホルダ２６は、図２における左端に、貫通孔２６ｂを有する固定片２６ａを備える。部分ホルダ２６は、さらに、図２における右端に、固定片２６ａと同様の貫通孔２６ｄを有する固定片２６ｃを有する。図２では、固定片２６ｃは、後述する部分ホルダ２７の右端の固定片２７ａの紙面奥側で、固定片２７ａと重なった配置されている。部分ホルダ２７は、図２における右端に、貫通孔２７ｂを有する固定片２７ａを備える。さらに、図２における左端に、固定片２７ａと同様の貫通孔２７ｄを有する固定片２７ｃを有する。図２では、固定片２７ｃは、部分ホルダ２６の左端の固定片２６ａの紙面奥側で、固定片２６ａと重なった配置されている。

【0029】

ホルダ２８では、部分ホルダ２６、２７が互いに接触して配置されている。ホルダ２８では、部分ホルダ２６、２７との間に、多芯電線４を配置して挟持するための貫通孔が配置されている。部分ホルダ２６、２７が互いに接触している状態では、部分ホルダ２６の左右の固定片２６ａ、２６ｃのそれぞれと、部分ホルダ２７の左右の固定片２７ａ、２７ｃのそれぞれとが重なって配置される。この状態で、貫通孔２６ｂと貫通孔２７ｄとが重なり、貫通孔２６ｄと貫通孔２７ｂとが重なるように配置され、貫通孔２６ｄと貫通孔２７ｄとを貫通するピンが挿入され、貫通孔２６ｄと貫通孔２７ｂとを貫通するピンが挿入される。これにより、ホルダ２８は、部分ホルダ２６、２７が多芯電線４を挟んで把持することによって、多芯電線４に固定される。

【0030】

センサ部２０は、ケーブルを介して、処理装置１１に接続されている。処理装置１１は、制御部１２と、センサ側インターフェイス１４と、端末側インターフェイス１６と、ケース１８と、を備える。なお、図面及び以下では、「インターフェイス」を「Ｉ／Ｆ」と呼ぶ。制御部１２、センサ側Ｉ／Ｆ１４及び端末側Ｉ／Ｆ１６は、ケース１８に収容されている。制御部１２は、センサ側Ｉ／Ｆ１４及び端末側Ｉ／Ｆ１６のそれぞれとバス線によって互いに通信可能に接続されている。センサ部２０から延びるケーブルは、センサ側Ｉ／Ｆ１４に接続されている。センサ側Ｉ／Ｆ１４は、センサ部２０から出力される信号を取得して制御部１２に供給する。

【0031】

制御部１２は、ＣＰＵ、メモリ等を有する。制御部１２は、メモリに格納されるプログラムに従って、様々な処理を実行する。制御部１２が実行する処理は、後述する。

【0032】

端末側Ｉ／Ｆ１６は、有線及び無線の少なくとも一方で、ユーザの端末２００（例えばＰＣ、携帯端末）等と通信可能に接続される。端末側Ｉ／Ｆ１６は、制御部１２から供給される情報を、端末側Ｉ／Ｆ１６に接続されている端末に送信する。

【0033】

（電流値特定方法）
次いで、電流特定装置１０が多芯電線４に流れる電流の電流値を特定する方法を説明する。制御部１２は、電流値を特定すべきタイミングで、電流値を特定する。電流値を特定すべきタイミングとは、例えば、ユーザが端末２００を操作することによって、端末２００から送信される電流特定要求を、端末側Ｉ／Ｆ１６を介して処理装置１１が受信するタイミングであってもよく、予め決められた定期的なタイミングであってもよい。

【0034】

制御部１２は、電流値を特定すべきタイミングで、センサ部２０から、磁気センサモジュール２２で検出される磁界強度に関連する信号を取得する。次いで、制御部１２は、取得済みの信号を、予めメモリに格納されている換算式を用いて、電流値を特定する。次いで、特定済みの電流値を、端末側Ｉ／Ｆ１６を介して端末２００に送信する。端末２００は、処理装置１１から取得された電流値を取得すると、電流値を表示部に表示する。

【0035】

（位置ずれ検出処理）
次いで、電流特定装置１０が実行するセンサ部２０の位置ずれ検出処理を説明する。制御部１２は、センサ部２０が多芯電線４に設置されたタイミングで、磁気センサモジュール２２、２３で検出される磁界強度に関連する信号を取得する。次いで、制御部１２は、磁気センサモジュール２２での検出値Ｘ１に対する磁気センサモジュール２３での検出値Ｘ２の比率Ｘ２／Ｘ１を算出してメモリに格納する。

【0036】

制御部１２は、位置ずれを検出するタイミングが到来すると、制御部１２は、磁気センサモジュール２２、２３で検出される磁界強度に関連する信号を取得する。次いで、制御部１２は、磁気センサモジュール２２での検出値Ｘ３に対する磁気センサモジュール２３での検出値Ｘ４の比率Ｘ４／Ｘ３を算出する。次いで、制御部１２は、比率Ｘ２／Ｘ１と、比率Ｘ４／Ｘ３と、が一致するか否かを判断する。比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３と、が一致する状態は、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とが完全に一致する状態の他に、例えば所定の範囲（例えば±５％）内でずれている状態も含まれる。

【0037】

なお、位置ずれを検出するタイミングとは、例えば、電流値を特定すべきタイミングと同一であってもよいし、ユーザが端末２００を操作することによって、端末２００から送信される位置ずれ検出要求を、端末側Ｉ／Ｆ１６を介して処理装置１１が受信するタイミングであってもよく、予め決められた定期的なタイミングであってもよい。

【0038】

制御部１２は、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とが一致すると判断される場合に、位置ずれが発生していないことを示す情報を端末２００に送信する。一方、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とが一致しないと判断される場合に、位置ずれが発生していることを示す情報を端末２００に送信する。端末２００は、処理装置１１から受信された情報を表す画像を端末２００の表示部に表示させる。これにより、ユーザは、センサ部２０の位置がずれたか否かを認識することができる。

【0039】

電流特定装置１０では、制御部１２は、換算式を用いて、磁気センサモジュール２２で検出される磁界強度を電流値に換算する。換算式は、予め磁界強度と電流値との相関関係から特定される。しかしながら、磁界強度と電流値との相関関係は、磁気センサモジュール２２と導体８ａとの距離等によって変化する。このことから、センサ部２０と多芯電線４との位置関係が変化すると、予め特定された換算式を用いて、磁気センサモジュール２２で検出される磁界強度から電流値を適切に特定することできない場合がある。

【0040】

センサ部２０と多芯電線４との位置関係が変化すると、磁気センサモジュール２２と導体８ａとの距離及び磁気センサモジュール２３と導体８ａとの距離が変化する場合がある。この結果、磁気センサモジュール２２によって検出される磁界強度と、磁気センサモジュール２３によって検出される磁界強度と、の相対関係が変化する。電流特定装置１０では、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とを比較することによって、磁気センサモジュール２２、２３によって検出される磁界強度の相対関係が変化しているか否かを判断する。これにより、センサ部２０と多芯電線４との位置関係が変化しているか否かを判断することができる。この結果、予め特定された換算式を用いても磁界強度から電流値を適切に特定することができない状況で、電流値を特定する事態を回避することができる。

【0041】

センサ部２０では、磁気センサモジュール２２、２３が多芯電線４の軸回りに並んで配置されている。この構成によると、センサ部２０と多芯電線４との位置ずれによって磁気センサモジュール２２における磁界強度と電流値との相関関係が変化しているにも関わらず、磁気センサモジュール２２と導体８ａとの距離と、磁気センサモジュール２３と導体８ａとの距離との相対関係が変化せずに、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とが変化しない事態が生じにくい。これにより、適切にセンサ部２０と多芯電線４との位置ずれを特定することができる。

【0042】

センサ部２０では、ホルダ２８が、複数の磁気センサモジュール２２、２３を、相対位置が変化しないように保持している。この結果、ホルダ２８を多芯電線４に固定することによって、複数の磁気センサモジュール２２、２３を、多芯電線４に固定することができる。

【0043】

ホルダ２８は、部分ホルダ２６、２７を組み立てることによって、多芯電線４を挟んで多芯電線４に固定される。この構成によると、ホルダ２８を、多芯電線４に容易に固定することができる。

【0044】

電流特定装置１０では、比率Ｘ２／Ｘ１と比率Ｘ４／Ｘ３とを比較することによって、磁界強度の相対関係の変化を検出する。この構成によると、磁界強度の相対関係を予め特定せずに済む。なお、最新の比率Ｘ４／Ｘ３と比較される比率は、最新の比率Ｘ４／Ｘ３の１個前の比率でなくてもよく、センサ部２０を多芯電線４に固定した後、最初に検出される磁界強度の比率であってもよいし、予め特定されていてもよい。

【0045】

本明細書の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

【0046】

センサ部２０に配置される複数の磁気センサモジュール２２、２３の個数に制限は無く、３個以上の磁気センサモジュールが配置されていてもよい。この場合、電流特定装置１０は、３個以上の磁気センサモジュールのうちの１個以上の磁気センサモジュールで検出される磁界強度を用いて、多芯電線４に流れる電流の電流値を特定してもよい。また、３個以上の磁気センサモジュールのうちの２個以上の磁気センサモジュールで検出される磁界強度を用いて、磁界強度の相対関係の変化を検出してもよい。

【0047】

複数の磁気センサモジュール２２、２３を保持するホルダの構成は、ホルダ２８に限られない。例えば、図３に示すホルダ２２８は、部分ホルダ２２６と、部分ホルダ２２６と多芯電線４を挟んで対向して配置される部分ホルダ２２７と、を備えていてもよい。部分ホルダ２２６は、複数の磁気センサモジュール２２、２３と、基板２４、２５と、信号処理回路と、コネクタ３０、３２と、を収容していてもよい。部分ホルダ２２６と部分ホルダ２２７とは、多芯電線４を挟んでいる状態で、結束バンド２４０によって結束されることによって、多芯電線４に対して固定されていてもよい。

【0048】

複数の磁気センサモジュール２２、２３は、互いの相対位置が変更可能であってもよい。例えば、磁気センサモジュール２２が多芯電線４に対して位置が変化し、磁気センサモジュール２３が多芯電線４に対して位置が変化しない場合、磁気センサモジュール２２、２３で検出される磁界強度の相対関係が変化し得る。これにより、磁気センサモジュール２２、２３で検出される磁界強度の相対関係の変化を用いて、磁気センサモジュール２２、２３の多芯電線４に対する位置がずれたことを特定することができる。

【0049】

交流電源１００は、例えば三相交流等、単相交流以外でもよい。この場合、多芯電線４は、交流電源１００に合わせて２本以上の電線８が被覆６に覆われていてもよい。

【0050】

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0051】

２：対象機器、４：多芯電線、６：被覆、８：電線、８ａ：導体、１０：電流特定装置、１１：処理装置、１２：制御部、２０：センサ部、２２、２３：磁気センサモジュール、２６、２７：部分ホルダ、２８：ホルダ、１００：交流電源

【要約】

【課題】 センサによって検出される磁界強度によって適切に電流が特定できない事態を把握し得る技術を提供する。
【解決手段】 電流特定装置は、多芯電線の被覆の外側に取り付けられる複数のセンサであって、それぞれのセンサが前記多芯電線に流れる電流によって発生する磁界の磁界強度を検出する、前記複数のセンサと、前記複数のセンサのうちの少なくとも１個のセンサによって検出される前記磁界強度を用いて、前記多芯電線に流れる電流の電流値を特定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のセンサのうちの少なくとも２個のセンサによって検出される前記磁界強度の相対関係の変化を検出してもよい。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】