(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】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】電流測定装置
(51)【国際特許分類】
G01R 15/18 20060101AFI20240709BHJP
G01R 15/20 20060101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
G01R15/18 A
G01R15/20 C
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2022187531
(22)【出願日】2022-11-24
(62)【分割の表示】P 2019114925の分割
【原出願日】2019-06-20
(65)【公開番号】P2023015389
(43)【公開日】2023-01-31
【審査請求日】2022-11-24
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(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
(72)【発明者】
【氏名】小箱 紗希
(72)【発明者】
【氏名】寺尾 文兵
(72)【発明者】
【氏名】吉武 哲
【審査官】今浦 陽恵
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５３１０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２２２１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６３６６０７６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１７－０５３６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０６１３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２５７９０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２５７９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２０５２６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０５６３９７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ １５／１８
Ｇ０１Ｒ １５／２０
(57)【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一軸磁気センサである第１センサと、
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センサと、
前記第１センサの検出軸を前記被測定導体の接線方向と一致させ、且つ、前記第１センサと前記被測定導体中心との距離を予め規定された距離情報で示される距離に保持する固定機構と、を有するセンサヘッドと、
前記距離情報を予め記憶しており、前記距離情報で示される距離と前記第１センサの検出結果とを用いて前記被測定導体に流れる電流を求める演算を行う第１演算部と、
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演算を行う第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、を有する回路部と、
を備え、
前記第２センサは、空芯コイルであって、
前記合成部は、前記第１演算部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る第１フィルタと、
前記第２演算部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る第２フィルタと、
前記第１フィルタから出力される第１信号のレベルと前記第２フィルタから出力される第２信号のレベルとが同じになるように、前記第１フィルタから出力される第１信号のレベル、及び、前記第２フィルタから出力される第２信号のレベルの少なくとも一方を調整する調整部と、
前記調整部によりレベルが調整された前記第１信号と前記第２信号とを加算する加算部と、
を備え、
前記回路部は、前記センサヘッドと分離されており、可撓性のケーブルを介して前記センサヘッドに接続されている、
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】
【文献】特開２００５－５５３００号公報
【文献】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が直流電流及び交流電流の何れであっても測定することができれば、１つの電流測定装置のみで電流の測定を行うことができ、利便性を飛躍的に向上させることができると考えられる。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、小型で直流電流及び交流電流を非接触で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、本発明の第１，第２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、２）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）と、前記第１センサと前記被測定導体との距離（ｒ）を示す距離情報を用いて、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、２１Ａ）と、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（２２）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（２３）と、を備える。
【0009】
また、本発明の第１態様による電流測定装置は、前記距離情報が、前記第１演算部に予め格納されており、前記被測定導体に対する前記第１センサの距離を、前記第１演算部に予め格納された前記距離情報で示される距離に規定する固定機構（ＦＭ）を備える。
【0010】
また、本発明の第１態様による電流測定装置は、前記第１センサ、前記第２センサ、及び前記固定機構を有するセンサヘッド（１０）と、前記第１演算部、前記第２演算部、及び前記合成部を有する回路部（２０）と、を備える。
【0011】
また、本発明の第２態様による電流測定装置は、前記第１センサに対し、感磁方向及び相対的な位置が予め規定された関係となるように配置された２つ以上の三軸磁気センサ（１１、１２）を更に備えており、前記第１演算部は、前記２つ以上の三軸磁気センサの検出結果に基づいて、前記距離情報を算出する距離情報算出部（２１ｃ）を備える。
【0012】
また、本発明の第２態様による電流測定装置は、前記第１演算部が、前記２つ以上の三軸磁気センサの検出結果に含まれる雑音成分を除去する雑音除去部（２１ｂ）を更に備えており、前記距離情報算出部が、前記雑音除去部によって雑音成分が除去された前記２つ以上の三軸磁気センサの検出結果を用いて前記距離情報を算出する。
【0013】
また、本発明の第２態様による電流測定装置は、前記第１センサ、前記第２センサ、及び前記２つ以上の三軸磁気センサを備えるセンサヘッド（１０Ａ）と、前記第１演算部、前記第２演算部、及び前記合成部を有する回路部（２０Ａ）と、を備える。
【0014】
また、本発明の第１，第２態様による電流測定装置は、前記合成部が、前記第１演算部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る第１フィルタ（２３ａ）と、前記第２演算部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る第２フィルタ（２３ｂ）と、前記第１フィルタから出力される第１信号のレベル、及び、前記第２フィルタから出力される第２信号のレベルの少なくとも一方を調整する調整部（２３ｃ）と、前記調整部によりレベルが調整された前記第１信号と前記第２信号とを加算する加算部（２３ｄ）と、を備える。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、小型で直流電流及び交流電流を非接触で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】
【0016】
【図1】本発明の第１実施形態による電流測定装置を模式的に示す図である。
【図2】本発明の第１実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の第１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4】本発明の第１実施形態による電流測定装置の動作の概要を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第２実施形態による電流測定装置を模式的に示す図である。
【図6】本発明の第２実施形態による電流測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の第２実施形態における被測定導体に対する磁気センサの距離を算出する方法の一例を説明するための図である。
【図9】三軸磁気センサのＹ方向における間隔Ｌを求める方法を説明するための図である。
【図10】本発明の第２実施形態で行われる距離算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
〔概要〕
本発明の実施形態は、小型で直流電流及び交流電流を非接触で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測定することを可能とするものである。また、被測定導体に対する設置位置や設置方向を柔軟に行えるようにするものでもある。
本発明の実施形態は、小型で直流電流及び交流電流を非接触で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測定することを可能とするものである。また、被測定導体に対する設置位置や設置方向を柔軟に行えるようにするものでもある。
【0019】
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、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のパワー半導体のピンに流れる電流や、組み立て後のバスバーに流れる電流を測定したいという要求がある。パワー半導体はピンのピッチが狭いものが多く、バスバーは周辺のスペースが限られている場所に設置されることがあり、このようなパワー半導体やバスバー等に対して、電流測定時の設置を柔軟に行うことが可能な電流測定装置が望まれている。また、ハイブリッド自動車や電気自動車では、例えばバッテリから供給される直流電流やモータに流れる交流電流が取り扱われるため、小型で直流電流及び交流電流を非接触で測定可能な電流測定装置が望まれている。
【0020】
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、数十［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２に開示された電流測定装置は、磁気センサの感磁方向を被測定導体の円周方向に一致させる必要があることから、磁気センサの配置が制限されてしまい柔軟な配置が困難である。
【0021】
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センサとを設けている。そして、第１センサと被測定導体との距離を示す距離情報を用いて第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、第２センサの検出結果から被測定導体に流れる電流を求め、各々の演算結果を合成するようにしている。これにより、小型で直流電流及び交流電流を非接触で測定することができる。
【0022】
〔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を模式的に示す図である。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を模式的に示す図である。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。
【0023】
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。センサヘッド１０は、電流Ｉによって生成される磁界（例えば、図１中に示す磁界Ｈ）を遮らない材質（例えば、樹脂等）によって形成されている。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。
【0024】
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。このため、センサヘッド１０が被測定導体ＭＣに物理的に接触した状態にされることもある。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。
【0025】
センサヘッド１０には、磁気センサＳＥ１（第１センサ）、ロゴスキーセンサＳＥ２（第２センサ)、及び固定機構ＦＭが設けられている。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、数百［Ｈｚ］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１中に示す磁界Ｈを検出する。
【0026】
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、三軸又は四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の検出軸が一軸である場合には、磁気センサＳＥ１は、センサヘッド１０が固定機構ＦＭによって被測定導体ＭＣに固定されたときに、検出軸が電流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）と一致するようにセンサヘッド１０内に配置される。
【0027】
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。
【0028】
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、数百［Ｈｚ］）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１０に対して着脱可能に構成されている。
【0029】
固定機構ＦＭ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る。この固定機構ＦＭは、被測定導体ＭＣに対してセンサヘッド１０を固定することで、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を、予め規定された距離ｒにするために設けられる。この固定機構ＦＭとしては、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用いることができ、また、ガイド付きのねじ機構を採用することもできる。尚、センサヘッド１０は、被測定導体ＭＣに対して物理的に接触した状態で固定されても良く、被測定導体ＭＣから離間した状態で固定されても良い。
【0030】
固定機構ＦＭによって、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を一定の距離ｒにするのは、磁気センサＳＥ１の測定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、アンペールの法則より、被測定導体ＭＣから測定点までの距離ｒ、その測定点で測定される磁界Ｈ、及び定数（２π）の積によって求められる。磁界Ｈは、磁気センサＳＥ１で測定することができるが、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離が不定であると、被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉを求めることはできない。本実施形態では、固定機構ＦＭによって、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を一定の距離ｒにすることで、磁気センサＳＥ１の測定結果のみを用いて被測定導体ＭＣを流れる電流Ｉを求めるようにしている。
【0031】
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。
【0032】
図２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２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２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）、演算部２２（第２演算部）、合成部２３、及び出力部２４を備える。
【0033】
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、被測定導体ＭＣから測定点（磁気センサＳＥ１が配置されるべき位置）までの距離ｒを示す距離情報が予め格納されている。演算部２１は、距離情報で示される距離ｒ、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）、及び定数（２π）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。
【0034】
演算部２２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２２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２２は、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果（電圧）を電流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。
【0035】
合成部２３は、演算部２１の演算結果と演算部２２の演算結果を合成する。具体的に、合成部２３は、低域通過フィルタ２３ａ（第１フィルタ）、高域通過フィルタ２３ｂ（第２フィルタ）、信号レベル調整部２３ｃ（調整部）、及び加算部２３ｄを備える。低域通過フィルタ２３ａ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２３ｂは、演算部２２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。
【0036】
信号レベル調整部２３ｃは、低域通過フィルタ２３ａから出力される信号（第１信号）のレベルを調整する。例えば、信号レベル調整部２３ｃは、ピーク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２３ａから出力される信号の信号レベルが、高域通過フィルタ２３ｂ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２３ｃとしては、例えば可変抵抗を用いることができる。
【0037】
尚、本実施形態においては、低域通過フィルタ２３ａから出力される信号（第１信号）のレベルのみを調整する信号レベル調整部２３ｃ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２３ｂから出力される信号（第２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２３ｃに代えて備えたものであっても良く、信号レベル調整部２３ｃ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。
【0038】
加算部２３ｄは、信号レベル調整部２３ｃによって信号レベルが調整された信号（第１信号）と、高域通過フィルタ２３ｂから出力される信号（第２信号）とを加算する。信号レベル調整部２３ｃによって信号レベルが調整された信号（第１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２３ｂから出力される信号（第２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。
【0039】
図３は、本発明の第１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３（ａ）は、低域通過フィルタ２３ａのフィルタ特性の一例を示す図である。図３（ｂ）は、高域通過フィルタ２３ｂのフィルタ特性の一例を示す図である。図３（ｃ）は、合成部の周波数特性の一例を示す図である。
【0040】
図３（ａ），（ｂ）に示す通り、低域通過フィルタ２３ａ及び高域通過フィルタ２３ｂの遮断周波数は共にｆｃである。つまり、低域通過フィルタ２３ａ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２３ｂ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。
【0041】
図３（ｃ）に示す通り、合成部２３の周波数特性は、いわば図３（ａ）に示す特性と図３（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２３の周波数特性は、低周波から高周波までの交流電流のピーク値が平坦とされたものになり、直流電流のピーク値（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ピーク値と略一致した値となる。
【0042】
ここで、合成部２３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。
【0043】
出力部２４は、合成部２３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２４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。
【0044】
ここで、図１，図２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、ロゴスキーセンサＳＥ２）と、演算機能（演算部２１，２２、合成部２３、及び出力部２４）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。
【0045】
〈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、固定機構ＦＭによって、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに固定させる。これにより、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離が距離ｒに設定される。
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、固定機構ＦＭによって、センサヘッド１０を被測定導体ＭＣに固定させる。これにより、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離が距離ｒに設定される。
【0046】
また、電流測定装置１のユーザは、図１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。このとき、電流測定装置１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１０から取り外し、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１０に取り付けるようにしても良い。
【0047】
図４は、本発明の第１実施形態による電流測定装置の動作の概要を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば一定周期（例えば、１秒）で繰り返し行われる。図４に示すフローチャートの処理が開始されると、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が検出される（ステップＳ１１）。
【0048】
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２１，２２で行われる（ステップＳ１２）。具体的に、演算部２１では、自身に格納されている距離情報で示される距離ｒ、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）、及び定数（２π）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２２では、ロゴスキーセンサＳＥ２の検出結果（電圧）を電流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。
【0049】
続いて、演算部２１，２２で演算された電流を合成する処理が、合成部２３で行われる（ステップＳ１３）。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２３ａに入力されて高周波成分が除去され、演算部２２の演算結果が高域通過フィルタ２３ｂ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２３ａから出力される信号（低域通過フィルタ２３ａを通過した低周波成分）と、高域通過フィルタ２３ｂから出力される信号（高域通過フィルタ２３ｂ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２３ｃで行われる。
【0050】
そして、信号レベル調整部２３ｃ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２３ｂから出力される信号とを加算する処理が加算部２３ｄで行われる。このようにして、演算部２１，２２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２３で合成された電流が出力部２４から出力される（ステップＳ１４）。
【0051】
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と被測定導体ＭＣとの距離ｒを示す距離情報を用いて磁気センサ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、小型で直流電流及び交流電流を非接触で測定することができる。
【0052】
〔第２実施形態〕
〈電流測定装置の構成〉
図５は、本発明の第２実施形態による電流測定装置を模式的に示す図である。尚、図５においては、図１に示した構成に相当する構成には、同一の符号を付してある。図５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。
〈電流測定装置の構成〉
図５は、本発明の第２実施形態による電流測定装置を模式的に示す図である。尚、図５においては、図１に示した構成に相当する構成には、同一の符号を付してある。図５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。
【0053】
センサヘッド１０Ａは、図１に示すセンサヘッド１０と同様に、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り、電流Ｉによって生成される磁界を遮らない材質（例えば、樹脂等）によって形成されている。センサヘッド１０Ａは、図１に示すセンサヘッド１０の固定機構ＦＭを省略し、２つの三軸磁気センサ１１，１２を追加した構成である。２つの三軸磁気センサ１１，１２は、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を求めるために設けられる。
【0054】
三軸磁気センサ１１，１２は、互いに直交する三軸に感磁方向を有する磁気センサである。三軸磁気センサ１１，１２は、各々の感磁方向が互いに平行になるように、予め規定された間隔をもって配置されている。例えば、三軸磁気センサ１１，１２の第１軸が平行になり、三軸磁気センサ１１，１２の第２軸が平行になり、且つ三軸磁気センサ１１，１２の第３軸が平行になり、所定の方向に所定の距離だけ離間するように配置されている。尚、以下では、三軸磁気センサ１１，１２は、第１軸方向に所定の距離だけ離間するように配列されているとする。
【0055】
尚、三軸磁気センサの感磁方向は、本実施形態のように、互いに直交するものに限定されず、互いに既知の角度で交差するものであれば、如何なる角度で交差するものであっても良い。また、複数の三軸磁気センサは、本実施形態のように、各々の感磁方向が互いに平行になるように配置されるものに限定されず、各々の感磁方向が既知となるように、互いに如何なる角度で配置されるものであっても良い。
【0056】
また、三軸磁気センサ１１，１２は、磁気センサＳＥ１に対し、感磁方向及び相対的な位置が予め規定された関係となるように配置されている。磁気センサＳＥ１に対する三軸磁気センサ１１，１２の位置関係の例については後述する。尚、センサヘッド１０Ａに設けられる三軸磁気センサの数は、２つに制限される訳ではなく、２つ以上であれば良い。例えば、センサヘッド１０Ａに、３つの三軸磁気センサが設けられても良く、４つの三軸磁気センサが設けられても良い。
【0057】
三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す信号は、アナログ信号及びディジタル信号の何れでも良い。但し、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す信号がディジタル信号である場合には、センサヘッド１０Ａと回路部２０Ａとを接続するケーブルＣＢに含まれる信号線の本数を少なくすることができる。例えば、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す信号がアナログ信号である場合には、三軸磁気センサ１１，１２の各々について三軸の検出結果を出力する３本の信号線がそれぞれ必要になるため、計６本の信号線が必要になる。これに対し、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す信号がディジタル信号である場合には、１本の信号線のみで良い。ケーブルＣＢに含まれる信号線の本数が少ないと、ケーブルＣＢの屈曲性が向上するため、例えばセンサヘッド１０Ａを狭い空間内に配置する際にハンドリングが容易になる。
【0058】
三軸磁気センサ１１，１２は、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離を高精度に求めるために、雑音が小さいものが用いられる。例えば、三軸磁気センサ１１，１２は、その検出結果に含まれる雑音成分の大きさが、磁気センサＳＥ１の検出結果に含まれる雑音成分の大きさの１／１０以下であるものが用いられる。
【0059】
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。ここで、第１実施形態で説明した通り、磁気センサＳＥ１の検出結果に基づいて電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を求める際に、磁気センサＳＥ１と被測定導体ＭＣとの距離ｒを示す距離情報が必要になる。回路部２０Ａは、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果に基づいて上記の距離情報を算出する。回路部２０Ａは、図１に示す回路部２０と同様に、電流Ｉの測定結果を外部に出力し、或いは表示する。
【0060】
図６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６では、図２に示した構成に相当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６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６に示す通り、回路部２０Ａは、図２に示す演算部２１に代えて演算部２１Ａ（第１演算部）を設けた構成である。尚、図６に示す演算部２２、合成部２３、及び出力部２４は、図２に示すものと同じものであるため、説明を省略する。
【0061】
演算部２１Ａは、磁気センサＳＥ１の検出結果及び三軸磁気センサ１１，１２の検出結果から、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。演算部２１Ａは、データ蓄積部２１ａ、雑音除去部２１ｂ、距離算出部２１ｃ（距離情報算出部）、及び電流算出部２１ｄを備える。
【0062】
データ蓄積部２１ａは、例えば揮発性又は不揮発性の半導体メモリを備えており、センサヘッド１０Ａから出力される三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を蓄積する。尚、データ蓄積部２１ａは、上記の半導体メモリとともに（或いは、上記の半導体メモリに代えて）、例えばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の補助記憶装置を備えていても良い。
【0063】
雑音除去部２１ｂは、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果に含まれる雑音成分を除去する。具体的に、雑音除去部２１ｂは、予め規定された一定の期間（例えば、１秒）毎に、三軸磁気センサ１１，１２の各々から得られる複数の検出結果に対し、平均化処理又は二乗和平方根処理を個別に行うことで、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果に含まれる雑音成分を除去する。尚、三軸磁気センサ１１，１２からは三軸の検出結果がそれぞれ出力されるが、雑音除去部２１ｂによる雑音成分の除去は、各軸の検出結果に対して個別に行われる。このような雑音除去を行うのは、三軸磁気センサ１１，１２のＳＮ比（信号対雑音比）を向上させて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒの算出精度を向上させるためのである。
【0064】
距離算出部２１ｃは、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果、三軸磁気センサ１１，１２の間隔、及び磁気センサＳＥ１に対する三軸磁気センサ１１，１２の位置関係に基づいて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求める（推定する）。この距離ｒを求めるのは、磁気センサＳＥ１の検出結果に基づいて電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を求める際に、距離ｒを示す距離情報が必要になるからである。尚、距離算出部２１ｃで行われる処理の詳細については後述する。
【0065】
電流算出部２１ｄは、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。具体的に、電流算出部２１ｄは、距離算出部２１ｃによって算出された距離情報で示される距離ｒ、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）、及び定数（２π）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。
【0066】
〈距離の算出方法〉
図７は、本発明の第２実施形態における被測定導体に対する磁気センサの距離を算出する方法の一例を説明するための図である。まず、図７に示す通り、センサヘッド１０Ａのみに係る座標系（ｘｙｚ直交座標系）と、被測定導体ＭＣ及びセンサヘッド１０Ａの双方に係る座標系（ＸＹＺ直交座標系）との２つの座標系を設定する。尚、図示の都合上、ＸＹＺ直交座標系は、原点位置をずらして図示しているが、ＸＹＺ直交座標系の原点は、ｘｙｚ直交座標系の原点と同じ位置である。
図７は、本発明の第２実施形態における被測定導体に対する磁気センサの距離を算出する方法の一例を説明するための図である。まず、図７に示す通り、センサヘッド１０Ａのみに係る座標系（ｘｙｚ直交座標系）と、被測定導体ＭＣ及びセンサヘッド１０Ａの双方に係る座標系（ＸＹＺ直交座標系）との２つの座標系を設定する。尚、図示の都合上、ＸＹＺ直交座標系は、原点位置をずらして図示しているが、ＸＹＺ直交座標系の原点は、ｘｙｚ直交座標系の原点と同じ位置である。
【0067】
ｘｙｚ直交座標系は、センサヘッド１０Ａの位置及び姿勢に応じて規定される座標系である。このｘｙｚ直交座標系は、三軸磁気センサ１１の位置に原点が設定されており、三軸磁気センサ１１，１２の配列方向（第１軸方向）にｘ軸が設定されており、三軸磁気センサ１１，１２の第２軸方向にｙ軸が設定されており、三軸磁気センサ１１，１２の第３軸方向にｚ軸が設定されている。
【0068】
三軸磁気センサ１１，１２のｘ方向の間隔はｄ［ｍ］であるとする。従って、三軸磁気センサ１１は、ｘｙｚ直交座標系の座標（０，０，０）に配置されており、三軸磁気センサ１２は、ｘｙｚ直交座標系の座標（ｄ，０，０）に配置されているということができる。また、磁気センサＳＥ１と三軸磁気センサ１１とのｘ方向の間隔はｄ１［ｍ］であり、磁気センサＳＥ１と三軸磁気センサ１１とのｚ方向の間隔はｄ２［ｍ］であって、磁気センサＳＥ１は三軸磁気センサ１１よりも－ｚ側に配置されているとする。従って、磁気センサＳＥ１は、ｘｙｚ直交座標系の座標（ｄ１，０，－ｄ２）に配置されているということができる。
【0069】
ＸＹＺ座標系は、被測定導体ＭＣとセンサヘッド１０Ａとの相対的な位置関係に応じて規定される座標系である。このＸＹＺ直交座標系は、三軸磁気センサ１１の位置に原点が設定されており、被測定導体ＭＣの長手方向（電流Ｉの方向）と平行になるようにＸ軸が設定されており、原点位置（三軸磁気センサ１１の位置）における磁界Ｈ１の方向にＹ軸が設定される。尚、Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向に設定される。
【0070】
図７に示す通り、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１１の距離をｒ１とし、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離をｒ２とする。尚、距離ｒ１は、三軸磁気センサ１１から被測定導体ＭＣに垂直に下ろした線分の長さであり、距離ｒ２は、三軸磁気センサ１２から被測定導体ＭＣに垂直に下ろした線分の長さである。また、電流Ｉによって三軸磁気センサ１１の位置に形成される磁界をＨ１とし、電流Ｉによって三軸磁気センサ１２の位置に形成される磁界をＨ２とする。ここで、上記の磁界Ｈ１，Ｈ２は、三軸磁気センサ１１，１２によって検出することができるが、磁界Ｈ１，Ｈ２のみでは距離ｒ１，ｒ２を検出することはできない点に注意されたい。
【0071】
図８は、被測定導体及び三軸磁気センサを、図７中の方向Ｄ１から見た図である。図７中の方向Ｄ１は、被測定導体ＭＣの長手方向に沿う方向（電流Ｉが流れる方向とは反対の方向）である。尚、図８においては、理解を容易にするためにセンサヘッド１０Ａの図示を省略して、被測定導体ＭＣ及び三軸磁気センサ１１，１２を図示している。また、図８においても、図７と同様に、原点位置をずらしてＸＹＺ直交座標系を図示している。
【0072】
図８に示す通り、紙面に対して垂直なＸ方向（－Ｘ方向）に流れる電流Ｉによって、三軸磁気センサ１１，１２の位置に形成される磁界Ｈ１，Ｈ２は、Ｘ軸に直交するものになる。従って、図８に示す通り、電流Ｉが流れる方向と直交するＹＺ平面に、三軸磁気センサ１１，１２の位置に形成される磁界Ｈ１，Ｈ２を、その大きさを変えることなく射影することができる。
【0073】
三軸磁気センサ１１の位置に形成される磁界Ｈ１は、三軸磁気センサ１１から被測定導体ＭＣに垂直に下ろした線分に直交する。また、三軸磁気センサ１２の位置に形成される磁界Ｈ２は、三軸磁気センサ１２から被測定導体ＭＣに垂直に下ろした線分に直交する。従って、上記の線分同士がなす角θ２は、磁界Ｈ１と磁界Ｈ２とがなす角θ１に等しくなる。このため、三軸磁気センサ１１，１２のＹ方向における間隔Ｌは、以下の（１）式で表される。
【数1】
【0074】
ここで、上述の通り、上記の角θ１は、ベクトルで表される磁界Ｈ１と磁界Ｈ２とのなす角である。このため、角θ１は、ベクトルの内積公式を用いて以下の（２）式で表される。
【数2】
【0075】
上記（２）式を変形して上記（１）に代入すると、以下の（３）式が得られる。
【数3】
【0076】
上記（３)式中の磁界Ｈ１，Ｈ２は、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果である。このため、上記の間隔Ｌが分かれば、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離ｒ２を求めることができる。以下、距離ｒ２を求めるために必要となる三軸磁気センサ１１，１２のＹ方向における間隔Ｌを求める方法について説明する。
【0077】
図９は、三軸磁気センサのＹ方向における間隔Ｌを求める方法を説明するための図である。尚、図９（ａ）は、ｘｙｚ座標系を＋ｚ側から－ｚ側の方向に見た図であり、図９（ｂ）は、ｘｙｚ座標系を＋ｘ側から－ｘ側の方向に見た図であり、図９（ｃ）は、ｘｙｚ座標系を＋ｙ側から－ｙ側の方向に見た図である。本実施形態では、ＸＹＺ座標系を回転させてｘｙｚ座標系に一致させる操作を行って、三軸磁気センサ１１，１２のＹ方向における間隔Ｌを求めている。尚、かかる操作を行うことで、三軸磁気センサ１１の位置における磁界はｙ成分のみになり、被測定導体ＭＣはｙｚ平面と直交した状態（ｘ軸と平行な状態）になる。
【0078】
具体的には、まず、図９（ａ）に示す通り、ＸＹＺ座標系をｚ軸の周りで角αだけ回転させて、磁界Ｈ１（Ｙ軸）をｙｚ平面に配置する操作を行う。ここで、三軸磁気センサ１１で検出される磁界Ｈ１のｘ成分をＨ１ｘとし、ｙ成分をＨ１ｙとし、ｚ成分をＨ１ｚとすると、上記の角αは、以下の（４）式で表される。また、かかる操作を行った後の三軸磁気センサ１２の位置Ｐ１は、以下の（５）式で表される。
【0079】
【数4】
【数5】
【0080】
次に、図９（ｂ）に示す通り、ＸＹＺ座標系をｘ軸の周りで角βだけ回転させて、磁界Ｈ１（Ｙ軸）をｙ軸上に配置する操作を行う。上記の角βは、以下の（６）式で表される。また、かかる操作を行った後の三軸磁気センサ１２の位置Ｐ２は、以下の（７）式で表される。
【0081】
【数6】
【数7】
【0082】
次いで、図９（ｃ）に示す通り、ＸＹＺ座標系をｙ軸の周りで角γだけ回転させて、被測定導体ＭＣをｙｚ平面と直交させる操作を行う。このとき、ｙ座標は変化しないことから、かかる操作を行った後の三軸磁気センサ１２の位置Ｐ３のｙ座標は、ｄ・ｓｉｎα・ｃｏｓβである。
【0083】
以上の操作を行うことにより、三軸磁気センサ１１，１２のＹ方向（ｙ方向）における間隔Ｌは、三軸磁気センサ１２の位置Ｐ３のｙ座標（ｄ・ｓｉｎα・ｃｏｓβ）と等しくなる。すると、上記（３）式は、上記（４）式及び上記（６）式を用いて以下の（８）式に変形することができる。この（８）式を参照すると、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果と三軸磁気センサ１１，１２の間隔ｄとから、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離ｒ２が求められる（推定される）ことが分かる。
【0084】
【数8】
【0085】
尚、ここでは、三軸磁気センサ１１の位置に原点が設定されたｘｙｚ直交座標系及びＸＹＺ直交座標系に対して上述した操作を行って、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離ｒ２を求める例について説明した。ｘｙｚ直交座標系及びＸＹＺ直交座標系の原点の位置を三軸磁気センサ１２の位置に設定し、上述した操作と同様の操作を行えば、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１１の距離ｒ１も求める（推定する）ことができる。
【0086】
前述の通り、磁気センサＳＥ１に対する三軸磁気センサ１１，１２の位置関係は予め規定されている。このため、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１１の距離ｒ１と、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離ｒ２とが求められれば、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求める（推定する）ことができる。尚、以上説明した距離ｒの算出方法はあくまでも一例である点に注意されたい。例えば、センサヘッド１０Ａに設けられる三軸磁気センサの数等に応じて異なる算出方法を用いても良い。
【0087】
〈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、センサヘッド１０Ａを被測定導体ＭＣに近接配置させる。尚、被測定導体ＭＣに対するセンサヘッド１０Ａの位置及び姿勢は任意である。
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、センサヘッド１０Ａを被測定導体ＭＣに近接配置させる。尚、被測定導体ＭＣに対するセンサヘッド１０Ａの位置及び姿勢は任意である。
【0088】
また、電流測定装置２のユーザは、図５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。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、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。
【0089】
被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際の電流測定装置２の動作は、基本的には第１実施形態の電流測定装置１の動作と同様である。つまり、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉを測定する際には、図４に示すフローチャートの処理に従った動作が、電流測定装置２で行われる。但し、電流測定装置２では、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果に基づいて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求める距離算出処理が追加で行われる。
【0090】
図１０は、本発明の第２実施形態で行われる距離算出処理を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、例えば一定周期（例えば、１秒）で繰り返し行われる。尚、図１０に示す処理は、図４に示すステップＳ１１，Ｓ１２の処理と並行して行われる。
【0091】
図１０に示すフローチャートの処理が開始されると、まず三軸磁気センサ１１，１２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が検出される（ステップＳ２１）。尚、三軸磁気センサ１１，１２による磁界の検出は、例えば１秒間に１０００回程度行われる。次に、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す検出データを、回路部２０Ａのデータ蓄積部２１ａに蓄積する処理が行われる（ステップＳ２２）。
【0092】
次いで、検出データから雑音を除去する処理が、雑音除去部２１ｂによって行われる（ステップＳ２３）。具体的には、データ蓄積部２１ａに蓄積された検出データが雑音除去部２１ｂに読み出され、読み出された検出データに対して平均化処理又は二乗和平方根処理が行われることで、検出データに含まれる雑音成分を除去する処理が行われる。尚、二乗和平方根処理を行うと符号が無くなるため、別途、符号の付加を行う。ここで、三軸磁気センサ１１，１２からは、三軸の検出結果を出力する３種類の検出データがそれぞれ出力される。雑音除去部２１ｂによる雑音成分の除去は、各軸の検出データに対して個別に行われる。
【0093】
続いて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを算出する処理が、距離算出部２１ｃによって行われる（ステップＳ２４）。具体的には、ステップＳ２３で雑音が除去された検出データと、予め入力されている三軸磁気センサ１１，１２の間隔ｄを示すデータとを用い、前述した（８）式に示される演算を行って、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１２の距離ｒ２を算出する処理が距離算出部２１ｃによって行われる。同様に、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１１の距離ｒ１を算出する処理が距離算出部２１ｃによって行われる。
【0094】
そして、磁気センサＳＥ１と三軸磁気センサ１１とのｘ方向の間隔ｄ１及びｚ方向の間隔ｄ２を示すデータと、被測定導体ＭＣに対する三軸磁気センサ１１の距離ｒ１及び三軸磁気センサ１２の距離ｒ２とを用いて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求める処理が距離算出部２１ｃによって行われる。尚、距離算出部２１ｃによって算出された距離情報で示される距離ｒ、磁気センサＳＥ１の検出結果（磁界Ｈ）、及び定数（２π）の積を演算して、被測定導体ＭＣに流れる電流Ｉ（直流及び低周波の成分）を求める処理が電流算出部２１ｄで行われる。
【0095】
以上の通り、本実施形態においても、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と被測定導体ＭＣとの距離ｒを示す距離情報を用いて磁気センサ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、本実施形態においても、小型で直流電流及び交流電流を非接触で測定することができる。
【0096】
また、本実施形態では、三軸磁気センサ１１，１２の検出結果を示す検出データ、三軸磁気センサ１１，１２の間隔ｄを示すデータ、及び磁気センサＳＥ１に対する三軸磁気センサ１１，１２の位置関係を示すデータ（間隔ｄ１，ｄ２）を用いて、被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求めている。そして、求めた距離ｒを示す距離情報を用いて磁気センサ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）を求めている。ここで、本実施形態では、被測定導体ＭＣに対するセンサヘッド１０Ａの位置及び姿勢は任意で良い。このため、本実施形態では、電流測定時の設置を柔軟に行うことができる。
【0097】
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、上述した実施形態では、三軸磁気センサ１１，１２が第１軸方向（ｘ軸方向）に間隔ｄ［ｍ］だけ離間している例について説明した。しかしながら、三軸磁気センサ１１，１２は、第２軸方向（ｙ軸方向）に離間していても良く、第３軸方向（ｚ軸方向）に離間していても良く、その他の方向に離間していても良い。つまり、三軸磁気センサ１１，１２が離間する方向は任意である。
【0098】
また、上述した実施形態では、２つの三軸磁気センサ１１，１２を用いて被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求める例について説明した。しかしながら、３つ以上の三軸磁気センサを用いて被測定導体ＭＣに対する磁気センサＳＥ１の距離ｒを求めるようにしても良い。
【符号の説明】
【0099】
１，２ 電流測定装置
１０，１０Ａ センサヘッド
１１，１２ 三軸磁気センサ
２０，２０Ａ 回路部
２１，２１Ａ 演算部
２１ｂ 雑音除去部
２１ｃ 距離算出部
２２ 演算部
２３ 合成部
２３ａ 低域通過フィルタ
２３ｂ 高域通過フィルタ
２３ｃ 信号レベル調整部
２３ｄ 加算部
Ｉ 電流
ＦＭ 固定機構
ＭＣ 被測定導体
ＳＥ１ 磁気センサ
ＳＥ２ ロゴスキーセンサ
１０，１０Ａ センサヘッド
１１，１２ 三軸磁気センサ
２０，２０Ａ 回路部
２１，２１Ａ 演算部
２１ｂ 雑音除去部
２１ｃ 距離算出部
２２ 演算部
２３ 合成部
２３ａ 低域通過フィルタ
２３ｂ 高域通過フィルタ
２３ｃ 信号レベル調整部
２３ｄ 加算部
Ｉ 電流
ＦＭ 固定機構
ＭＣ 被測定導体
ＳＥ１ 磁気センサ
ＳＥ２ ロゴスキーセンサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】