特表 2024-522898 大電流計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-21

(54)【発明の名称】大電流計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20240614BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023579786

(86)(22)【出願日】2021-09-01

(85)【翻訳文提出日】2023-12-26

(86)【国際出願番号】 KR2021011720

(87)【国際公開番号】W WO2023277242

(87)【国際公開日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】10-2021-0083570

(32)【優先日】2021-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】317006063

【氏名又は名称】ルーテック インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】チャンヨン・ジョン

(72)【発明者】

【氏名】スンウン・ジョ

(72)【発明者】

【氏名】ヨンボク・ビュン

(72)【発明者】

【氏名】ググチュン・チョ

(72)【発明者】

【氏名】ソンボン・チェ

【テーマコード（参考）】

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G025AA00

2G025AB02

2G025AB14

2G025AC01

(57)【要約】

本発明の目的は、より小さいサイズで大電流を測定することができる大電流計測装置を提供することにあり、全電流をセンシングする方法を用いなくても大電流を計測できる大電流計測装置を提供することにある。本発明による電流計測装置は、金属バーとこれに結合する電流センサモジュールを用いて金属バーを通して流れる全電流を計測するための電流計測装置であって、金属バーは、長方形で板状であるアウトラインを有するが、長さ方向の中心には全電流が分けられて流れる複数のブランチ（３以上の奇数個）を含むブランチセットが形成されるようにするため、偶数個の分割スリットが幅方向に配置され、分割スリットの前端には、長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第１－１ノッチおよび第１－２ノッチを備え、分割スリットの後端には、長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第２－１ノッチおよび第２－２ノッチを備えることを特徴とする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属バーとこれに結合する電流センサモジュールを用いて、前記金属バーを通して流れる全電流を計測するための電流計測装置であって、
前記金属バーは、
前記全電流が分けられて流れる複数のブランチが隣接して配置・構成されるブランチセットを備え、
前記ブランチセットに含まれる複数のブランチのうち中心にあるセンターブランチに前記電流センサモジュールが装着され、
前記電流センサモジュールによってセンシングされた部分電流から前記全電流が算出されることを特徴とする、
電流計測装置。

【請求項2】

前記ブランチセットは、
前記センターブランチと、
前記センターブランチと離隔された離隔幅を有しながら、前記センターブランチの一側面に隣接して位置する第１サイドブランチと、
前記センターブランチと離隔された離隔幅を有しながら、前記センターブランチの他側面に隣接して位置する第２サイドブランチと、を有し、
前記第１サイドブランチの幅および前記第２サイドブランチの幅は同一であることを特徴とする、
請求項１に記載の電流計測装置。

【請求項3】

前記センターブランチ、前記第１サイドブランチおよび前記第２サイドブランチは全部同じ厚さを有しながら同じ平面上に位置することを特徴とする、
請求項２に記載の電流計測装置。

【請求項4】

前記金属バーは、
外部との接続点と前記ブランチセットとの間に構成され、前記全電流が集中されて流れるボトルネック部を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の電流計測装置。

【請求項5】

前記金属バーは、
外部との接続のために前記金属バーの一端に構成される第１接続部と、
前記第１接続部と前記ブランチセットとの間に構成され、前記全電流が前記複数のブランチに分散される前に集中されて流れる第１ボトルネック部と、
外部との接続のために前記金属バーの他端に構成される第２接続部と、
前記ブランチセットと前記第２接続部との間に構成され、前記複数のブランチを介して分散されて流れる全電流が集中されて流れる第２ボトルネック部と、を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の電流計測装置。

【請求項6】

前記金属バーの長さ方向に沿って前記第１ボトルネック部、前記センターブランチおよび前記第２ボトルネック部は、一直線上に配置されて幅方向のセンターに位置することを特徴とする、
請求項５に記載の電流計測装置。

【請求項7】

前記ブランチセット、前記第１接続部、前記第１ボトルネック部、前記第２接続部、前記第２ボトルネック部は、すべて同じ厚さを有しながら同じ平面上に位置することを特徴とする、
請求項５に記載の電流計測装置。

【請求項8】

前記第１ボトルネック部と前記第２ボトルネック部におけるそれぞれの幅は、前記ブランチセットに含まれるすべてのブランチの幅を全部合算したものの１／２以下であることを特徴とする、
請求項７に記載の電流計測装置。

【請求項9】

金属バーとこれに結合する電流センサモジュールを用いて、前記金属バーを通して流れる全電流を計測するための電流計測装置であって、
前記金属バーは、
長さ方向の中心には、前記全電流が分けられて流れる複数のブランチ（３以上の奇数個）を含むブランチセットが形成されるようにするため、偶数個の分割スリットが幅方向に配置され、
前記分割スリットの前端には、第１－１ノッチおよび第１－２ノッチを備え、
前記分割スリットの後端には、第２－１ノッチおよび第２－２ノッチを備えることを特徴とする、
電流計測装置。

【請求項10】

前記金属バーは長方形で板状であるアウトラインを有し、
前記第１－１ノッチおよび前記第２－１ノッチのそれぞれは、前記長方形の一側の長辺から内側に入り込んだものであり、前記第１－２ノッチおよび前記第２－２ノッチのそれぞれは、前記長方形の他側の長辺から内側に入り込んだことを特徴とする、
請求項９に記載の電流計測装置。

【請求項11】

前記第１－１ノッチ、前記第１－２ノッチ、前記第２－１ノッチおよび第２－２ノッチが前記長方形の長辺から内側に入り込んだ長さはすべて同じであることを特徴とする、
請求項１０に記載の電流計測装置。

【請求項12】

前記偶数個の分割スリットは、長さ方向および幅方向に対称であり、前記ブランチセットに含まれるブランチのうち中心に位置するセンターブランチに前記電流センサモジュールが装着され、前記電流センサモジュールによってセンシングされた部分電流から前記全電流が算出されることを特徴とする、
請求項１０に記載の電流計測装置。

【請求項13】

前記金属バーの一端には、外部との接続時にボルト締結のための第１締結ホールを備え、前記金属バーの他端には、外部との接続時にボルト締結のための第２締結ホールを備えることを特徴とする、
請求項１０に記載の電流計測装置。

【請求項14】

前記電流センサモジュールは、
ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含むか、または前記センターブランチを包むコアとホールセンサ（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）を含むことを特徴とする、
請求項１または１２に記載の電流計測装置。

【請求項15】

部分電流と全電流との間の一対一の対応関係を格納するキャリブレーションテーブルを備え、前記キャリブレーションテーブルを用いて前記電流センサモジュール２０によってセンシングされた部分電流から前記全電流を算出する演算部をさらに備え、生産過程で前記キャリブレーションテーブルは較正されることを特徴とする、
請求項１または１２に記載の電流計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大電流を計測するための大電流計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＣまたはＤＣの大電流を計測する方法として、Ｓｈｕｎｔ抵抗を用いた方法、コアおよび巻線を用いた方法、コアおよびＨａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｅｎｓｏｒを用いた方法などがある。

【0003】

Ｓｈｕｎｔ抵抗を利用する方法は、ＡＣ／ＤＣ電流が流れる導体に抵抗を挿入して抵抗での電圧を測定するために損失と絶縁問題が発生する。そして、従来のコアおよび巻線を利用する方法は、大きな断面を有する導体（または導体や被覆）を囲む形で構成されなければならないため、コアサイズが大きくなり巻線数が多くなるという欠点がある。また、従来のコアとＨａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｅｎｓｏｒを利用する方法は、ＡＣ／ＤＣを同時に計測できるが、やはり大きな断面を有する導体を囲む形で構成されなければならないため、コアのサイズが大きくなるだけでなく、Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｅｎｓｏｒを挿入するギャップのサイズが電流の大きさに比例して大きくなり、それによる精度の確保が困難な問題を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、大電流を測定する計測装置に関するものであって、本発明の目的は、より小さいサイズで大電流を測定することができる大電流計測装置を提供することにある。

【0005】

また、本発明の目的は、全電流をセンシングする方法を用いなくても大電流を計測できる大電流計測装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態による電流計測装置は、金属バー１０とこれに結合する電流センサモジュール２０を用いて前記金属バー１０を通して流れる全電流を計測するための電流計測装置であって、前記金属バー１０は、前記全電流から分けられて流れる複数のブランチが隣接して配列・構成されるブランチセット（Ｂｒａｎｃｈ Ｓｅｔ）１１を含んでおり、前記ブランチセット１１に含まれる複数のブランチのうち中心にあるセンターブランチ１１ｃに前記電流センサモジュール２０が装着され、前記電流センサモジュール２０によってセンシングされた部分電流から前記全電流が算出されることを特徴とする。

【0007】

前記電流計測装置であって、前記ブランチセット１１は、前記センターブランチ１１ｃと、前記センターブランチ１１ｃと離隔された離隔幅ｓ１を有しながら、前記センターブランチ１１ｃの一側面に隣接して位置する第１サイドブランチ１１ｓ－１と、前記センターブランチ１１ｃと離隔された離隔幅ｓ２を有しながら、前記センターブランチ１１ｃの他側面に隣接して位置する第２サイドブランチ１１ｓ－２と、を含んで構成され、前記第１サイドブランチ１１ｓ－１の幅ｗ２および前記第２サイドブランチ１１ｓ－２の幅ｗ３は同一であることを特徴とする。

【0008】

前記電流計測装置であって、前記センターブランチ１１ｃ、前記第１サイドブランチ１１ｓ－１および前記第２サイドブランチ１１ｓ－２は、すべて同じ厚さｔを有しながら、同じ平面上に位置することを特徴とする。

【0009】

前記電流計測装置であって、前記金属バー１０は、外部との接続点と前記ブランチセット１１との間に構成され、前記全電流が集中されて流れるボトルネック部１２、１４を備えることを特徴とする。

【0010】

前記電流計測装置であって、前記金属バー１０は、外部との接続のために前記金属バー１０の一端に構成される第１接続部（第１連結部）１３と、前記第１接続部１３と前記ブランチセット１１との間に構成され、前記全電流が前記複数のブランチに分散される前に集中されて流れる第１ボトルネック部１２と、外部との接続のために前記金属バー１０の他端に構成された第２接続部（第２連結部）１５と、前記ブランチセット１１と前記第２接続部１５との間に構成され、前記複数のブランチを介して分散されて流れた全電流が集中されて流れる第２ボトルネック部１４と、を備えることを特徴とする。

【0011】

前記電流計測装置であって、前記金属バー１０の長さ方向に沿って、前記第１ボトルネック部１２、前記センターブランチ１１ｃおよび前記第２ボトルネック部１４は一直線上に配置され、幅方向の中心に位置する。

【0012】

前記電流計測装置であって、前記ブランチセット１１、前記第１接続部１３、前記第１ボトルネック部１２、前記第２接続部１５、前記第２ボトルネック部１４は、すべて同じ厚さｔを有しながら、同じ平面上に位置することを特徴とする。

【0013】

前記電流計測装置であって、前記第１ボトルネック部１２および前記第２ボトルネック部１４において、それぞれの幅は、前記ブランチセット１１に含まれるすべてのブランチの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３をすべて合算したものの１／２以下であることを特徴とする。

【0014】

本発明の一実施形態による電流計測装置は、金属バー１０とこれに結合する電流センサモジュール２０を用いて、前記金属バー１０を通して流れる全電流を計測するための電流計測装置であって、前記金属バー１０は、長方形で板状のアウトラインを有するが、長さ方向の中心には前記全電流が分けられて流れるブランチ（３以上の奇数個）を含むブランチセット１１が形成されるようにするために、偶数個の分割スリット１１ａ、１１ｂが幅方向に配置され、前記分割スリット１１ａ、１１ｂの前端には、前記長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第１－１ノッチ１２ａおよび第１－２ノッチ１２ｂを備え、前記分割スリット１１ａ、１１ｂの後端には前記長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第２－１ノッチ１４ａおよび第２－２ノッチ１４ｂを備えることを特徴とする。

【0015】

前記電流計測装置であって、前記第１－１ノッチ１２ａ、前記第１－２ノッチ１２ｂ、第２－１ノッチ１４ａおよび第２－２ノッチ１４ｂが前記長方形の長辺から内側に入り込んだ長さｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４はすべて同一であることを特徴とする。

【0016】

前記電流計測装置であって、前記偶数個の分割スリット１１ａ、１１ｂは長さ方向および幅方向に対称であり、前記ブランチセット１１に含まれるブランチのうち、中心に位置するセンターブランチ１１ｃに前記電流センサモジュール２０が装着され、前記電流センサモジュール２０によってセンシングされた部分電流から前記全電流が算出される。

【0017】

前記電流計測装置であって、前記金属バー１０の一端には外部との接続時にボルト締結のための第１締結ホール１３ａ、１３ｂを備え、前記金属バー１０の他端には外部との接続時にボルト締結のための第２締結ホール１５ａ、１５ｂを備える。

【0018】

前記電流計測装置であって、前記電流センサモジュールは、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含むか、または前記センターブランチ１１ｃを包むコアを有するホールセンサ（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）を含む。

【0019】

前記電流計測装置であって、部分電流と全電流との間の一対一の対応関係を記憶するキャリブレーションテーブルを備え、前記キャリブレーションテーブルを用いて前記電流センサモジュール２０によってセンシングされた部分電流から前記全電流を算出する演算部をさらに備え、生産過程で前記キャリブレーションテーブルは較正（キャリブレーション）される。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一実施形態によれば、電流センサがセンターブランチのみを貫通する程度の大きさを計測すればよいため、より小さいサイズとして大電流を計測することができ、全電流をセンシングする方法を利用しなくても大電流を計測できる効果がある。

【0021】

本発明の一実施形態によれば、金属バーにおいて外部との接続点とブランチセットとの間に構成され、全電流が集中されて流れるボトルネックを備えることにより、接続点（接続部位）の位置にかかわらず、センターブランチには常に同じ比率の電流が流れるようにできる効果がある。

【0022】

本発明の一実施形態によれば、電流計測装置の金属バーは長さ方向に沿って、ボトルネック部とセンターブランチが一直線上に配置され、幅方向のセンター（中心）に位置することにより、外部との接続点（接続部位）に関係なく一定の比率の電流がセンターブランチに流れるようにし、これによってより高い精度の計測が可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態による電流計測装置を示す。

【図2】ボトルネック部（ノッチ）が適用されていない電流計測装置の一例を示す比較例である。

【図3】ボトルネック部（ノッチ）が適用されていない金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してＦｌｕｘ ３Ｄでシミュレーションした結果である。

【図4】ボトルネック部（ノッチ）が適用されていない金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してＦｌｕｘ ３Ｄでシミュレーションした結果である。

【図5】ボトルネック部（ノッチ）が適用されていない金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してＦｌｕｘ ３Ｄでシミュレーションした結果である。

【図6】ボトルネック部（ノッチ）を適用した金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してシミュレーションした結果である。

【図7】ボトルネック部（ノッチ）を適用した金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してシミュレーションした結果である。

【図8】ボトルネック部（ノッチ）を適用した金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してシミュレーションした結果である。

【図9】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、ボトルネック部の位置がセンターではなく上方にあるときに、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図10】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、ボトルネック部の位置がセンターではなく上方にあるときに、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図11】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、ボトルネック部の位置がセンターではなく上方にあるときに、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図12】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、第１ボトルネック部は上方にあり、第２ボトルネック部は下方にあるとき、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図13】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、第１ボトルネック部は上方にあり、第２ボトルネック部は下方にあるとき、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図14】ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、第１ボトルネック部は上方にあり、第２ボトルネック部は下方にあるとき、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【図15】実験のために製作された金属バーおよび電流センサモジュールの試作品を撮影した写真である。

【図16】図１５の試作品を利用して外部との接続点（接続部位）を異にしながら、電流を測定した結果を異にしたグラフであり、図１６（ａ）は線形スケールで示すグラフであり、図１６（ｂ）は対数（ログ）スケールで示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、本発明の一実施形態による電流計測装置を示す。

【0025】

本発明の一実施形態による電流計測装置は、金属バー１０と、これに結合する電流センサモジュール２０と、を備えて構成され、金属バー１０および電流センサモジュール２０を用いて金属バー１０を通して流れる全電流を計測する。

【0026】

金属バー１０は、供給される電力の経路を構成するとともに本発明の電流計測装置を構成する構成要素となり、金属バー１０は、例えば、既存のバスバーやクロスバーに代わるもの、または分電盤もしくは配電盤の電力経路上に必要な既存の金属部品に代わるものであってもよい。

【0027】

金属バー１０のアウトラインは長方形でありながら板状の形状を有し、全電流容量に応じて一定の厚さｔを有する。金属バー１０は長方形で板状の金属で分割スリット１１ａ、１１ｂ、ノッチ１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂおよび締結ホール１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂのような空きスペースを有する。金属バー１０の一側の主面とその反対側の主面は、好ましくはすべて平面である。金属バー１０は、金型により製造されるか、または長方形で板状の金属バーを切削などにより加工することで製造されうる。

【0028】

金属バー１０において長さ方向Ｌの中心には偶数個、好ましくは２つの分割スリット１１ａ、１１ｂが幅方向Ｗに配置されるが、２つの分割スリット１１ａ、１１ｂは、センターブランチ１１ｃを中心にしてその横の両側に配置される。２個（偶数個）の分割スリット１１ａ，１１ｂはセンターブランチ１１ｃを中心に幅方向Ｗに対称であり、金属バー１０の長さ方向Ｌにも対称である。

【0029】

金属バー１０を通して流れる全電流は、ブランチ（３以上の奇数個として好ましくは３つ）により分けられて流れるが、センターブランチ１１ｃ、第１サイドブランチ１１ｓ－１および第２サイドブランチ１１ｓ－２を含むブランチセット（Ｂｒａｎｃｈ Ｓｅｔ）１１を構成する。ブランチセット１１は、全電流が分けられて流れる複数のブランチが隣接して配列・構成されるのである。

【0030】

センターブランチ１１ｃは、ブランチセット１１に含まれる複数のブランチのうち中心にあるものとして、センターブランチ１１ｃに電流センサモジュール２０が装着される。電流センサモジュール２０は、センターブランチ１１ｃに流れる部分電流から金属バー１０に流れる全電流を算出するが、部分電流と全電流との間の対応関係はあらかじめ定義されており、これにより部分電流から全電流を求めることができる。

【0031】

電流センサモジュール２０は、そのケース２３の内部に巻線型ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含むか、またはセンターブランチ１１ｃを包むコアとホールセンサーを含み得る。このとき、ホールセンサ型の場合、コアの断絶された間隙にはホールセンサーが配置される。なお、電流センサモジュール２０は、センシングされた電流または計測された電流を伝送するための通信ポート２２と、通信ポート２２を搭載するためのＰＣＢ基板２１を備えることができる。他にも電流センサモジュール２０としては本出願の技術分野で知られている他のタイプの電流センサが採用されうる。

【0032】

サイドブランチ１１ｓ－１、１１ｓ－２は、分割スリット１１ａ、１１ｂによってセンターブランチ１１ｃと離隔された離隔幅ｓ１、ｓ２を有しながら、センターブランチ１１ｃの両側面に隣接して位置する。第１サイドブランチ１１ｓ－１は、第１分割スリット１１ａによってセンターブランチ１１ｃと離隔された離隔幅ｓ１を有しながら、センターブランチ１１ｃの一側面に隣接して位置する。第２サイドドブランチ１１ｓ－２は、第２分割スリット１１ｂによってセンターブランチ１１ｃと離隔された離隔幅ｓ２を有しながら、前記センターブランチ１１ｃの一側面とは反対側にある他側面に隣接して位置する。

【0033】

ブランチセット１１に含まれるブランチのうち、中心に位置するセンターブランチ１１ｃに電流センサモジュール２０が装着されるが、センターブランチ１１ｃの周辺にある２つの分割スリット１１ａ、１１ｂは、電流センサモジュール２０が装着可能な空間を提供する。具体的には、電流センサモジュール２０は、センサブランチ１１ｃが貫通されるコアを有し得るが、このようなコアが位置することのできる空間を提供する。

【0034】

センターブランチ１１ｃ、第１サイドブランチ１１ｓ－１および第２サイドブランチ１１ｓ－２はすべて同じ厚さｔを有しながら同じ平面上に位置する。さらに、金属バー１０を構成するすべての構成要素、すなわちブランチセット１１、第１接続部１３、第１ボトルネック部１２、第２接続部１５および第２ボトルネック部１４は、すべて同じ厚さｔを有しながら同じ平面上に位置する。

【0035】

第１サイドブランチ１１ｓ－１の幅ｗ２と第２サイドブランチ１１ｓ－２の幅ｗ３は同一に構成され、第１分割スリットの幅ｓ１および第２分割スリットの幅ｓ２も同一に構成され、センターブランチ１１ｃを中心に第１サイドブランチ１１ｓ－１および第２サイドブランチ１１ｓ－２が対称に構成される。

【0036】

ブランチセット１１に構成されるブランチの厚さｔはすべて同一であるが、センターブランチ１１ｃの幅ｗ１は、両側のサイドブランチの１１ｓ－１、１１ｓ－２の幅ｗ２、ｗ３よりも小さくすることが好ましい。すなわち、各サイドブランチ１１ｓ－１、１１ｓ－２を介して流れる部分電流よりもセンターブランチ１１ｃを介して流れる部分電流を小さくすることで、センターブランチを介した部分電流対全電流の比率を大きくし、これによって電流センサモジュール２０を介した実際のセンシング電流に比して計測対象である全電流の大きさを高くする。逆に見ると、小さな電流をセンシングする電流センサモジュール２０に含まれるコアなどのサイズを小さくしながらも、大きな全電流を計測することができるようにする。

【0037】

第１接続部１３は、外部との接続のために金属バー１０の一端に構成されるものであり、第２接続部１５は外部との接続のために同じ金属バー１０の他端に構成されるものである。金属バー１０の一端である第１接続部１３には外部との接続時に、ボルト締結のための第１締結ホール１３ａ、１３ｂを備え、金属バー１０の他端である第２接続部１５には外部との接続時に、ボルト締結のための第２締結ホール１５ａ、１５ｂを備える。

【0038】

そして、金属バー１０は、外部との接続点とブランチセット１１との間に構成され、全電流が集中されて流れるボトルネック部を備えるが、本発明の１つの特徴はボトルネック１２、１４を構成する。本発明では、外部との接続点となる接続部１３，１５とブランチセットとの間にボトルネック部１２，１４をそれぞれ構成しているが、ボトルネック部１２，１４は、電流が流れる断面積をより小さくして介在される抵抗を若干増加させる欠点がある反面、電流の計測精度を向上させるメリットを有するようにするためである。

【0039】

第１ボトルネック部１２は、第１接続部１３とブランチセット１１との間に構成され、金属バーを通して流れる全電流がブランチに分散される前に、集中されて流れるようにする（もちろん、反対方向の電流の流れでも同様である）。第２ボトルネック部１４は、ブランチセット１１と第２接続部１５との間に構成され、複数のブランチを介して分散されて流れた全電流が集中されて流れるようにする（反対方向の電流の流れでも同様である）。したがって、ボトルネック部における単位面積当たりの電流密度は、各ブランチにおける単位面積当たりの電流密度よりも著しく大きい。

【0040】

長さ方向Ｌから見れば、ブランチセット１１の両側にはそれぞれ第１ボトルネック部１２および第２ボトルネック部１４が構成される。もちろん、第１ボトルネック部１２と各ブランチとの間の連結のために第１ボトルネック部１２と各ブランチとの間を連結する第１連結部（図面番号なし）が構成され、第２ボトルネック部１４と各ブランチとの間の連結のために、第１ボトルネック部１２と各ブランチとの間を連結する第２連結部（図面番号なし）が構成される。第１連結部および第２連結部の幅は金属バー１０の幅ｗと同じである。

【0041】

第１ボトルネック部１２の幅は、ブランチセット１１に含まれるすべてのブランチの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３をすべて合算したものの１／２以下であることが好ましい。なお、第２ボトルネック部１４の幅は、ブランチセット１１に含まれるすべてのブランチの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３をすべて合算したものの１／２以下であることが好ましい。ボトルネック部を通して流れる電流の電流密度は、各ブランチを介して流れる電流の電流密度の２以上であることが好ましい。

【0042】

金属バー１０において、ボトルネック部１２、１４を構成するために、長方形で板状の金属バーに複数のノッチ１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂが構成される。

【0043】

分割スリット１１ａ、１１ｂの前端、すなわちブランチセット１１の前端には、金属バー１０のアウトラインとなる長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第１－１ノッチ１２ａおよび第１－２ノッチ１２ｂを備える。なお、分割スリット１１ａ、１１ｂの後端、すなわちブランチセット１１の後端には、長方形の２つの長辺から内側に入り込んだ第２－１ノッチ１４ａおよび第２－２ノッチ１４ｂを備える。

【0044】

第１－１ノッチ１２ａ、前記第１－２ノッチ１２ｂ、第２－１ノッチ１４ａおよび第２－２ノッチ１４ｂはそれぞれ長方形の長辺から内側に入り込んだ第１長さｎ１、第２長さｎ２、第３長さｎ３および第４長さｎ４を有するが、好ましくは第１長さｎ１、第２長さｎ２、第３長さｎ３および第４長さｎ４はすべて同一である。

【0045】

以下、図２～図８を参照しながらボトルネック部の機能および効果に対して説明する。

【0046】

図２は、金属バーにボトルネック部（ノッチ）が適用されていない電流計測装置の一例を示す比較例である。そして、図３～図５は、ボトルネック部（ノッチ）が適用されていない金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してＦｌｕｘ ３Ｄでシミュレーションした結果である。

【0047】

図２のような電流計測装置において、金属バー３０には締結ホール３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂが構成されうるが、このような締結ホールを貫通するボルトの締め付けによって、外部構成要素との電気的連結が保障されうる。ところで、利用されるボルトの個数と締め付けの程度により、または両端にある２つの締結ホールのうち１つの締結ホールを用いる場合、どちらの締結ホールにボルトを締結するかによって、金属バー３０での主な電気的接続部位の位置が変わるようになる。

【0048】

図３～図５において、仮想接続部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは、金属バー４１、４２、４３で外部との接続部位をシミュレーションするため金属バーにさらに構成されたものとして、金属バーの特定の部位を介して電流が供給されることを摸写する。

【0049】

図３のシミュレーションでは、金属バー４１の両側の上部に接続部位が構成され、図４のシミュレーションでは金属バー４２の左上部と右下部に接続部位が構成され、図５のシミュレーションでは金属バー４３の左上部と右側の中間部に接続部位が構成される。

【0050】

シミュレーション結果からわかるように、接続部位の位置によって上側のサイドブランチに流れる電流は、全電流に比して４２．０５％、３３．３２％および３６．９３％として大きな偏差を示し、下側のサイドブランチに流れる電流は２４．６１％、３３．３３％および２８．２０％として大きな偏差を示す。これに反して、センターブランチに流れる電流は３３．３４％、３３．３５％および３４．８７％として小さな偏差を示す。すなわち、サイドブランチに比してセンターブランチに流れる電流の偏差は、はるかに小さい。

【0051】

シミュレーションでセンターブランチを流れる電流の最大偏差は、３４．８７－３３．３４＝１．５３％として小さい値であるが、高いレベルの精度を要求する応用分野では、まだも不足している。外部との接続部位が異なる場合にも、一定に分配されなければ精密計測に活用できないが、接続部位によってセンターブランチに流れる電流値の比率が若干異なって現れ、このような構造は、外部と結合される部分の締め付けや位置などの状況に応じて電流値が異なるようになり、高精度電流計測には適用できない。

【0052】

図６～図８は、本発明のようにボトルネック部（ノッチ）を適用した金属バーの電流の流れ特性を調べるために、外部との接続領域をいくつか想定してシミュレーションした結果である。

【0053】

図６～図８において、仮想接続部４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、金属バー４４、４５、４６で外部との接続部位をシミュレーションするため金属バーにさらに構成されたものとして、金属バーの特定の部位を介して電流が供給されることをシミュレーションする。

【0054】

図６のシミュレーションでは、金属バー４４の両側上部に接続部位が構成され、図７のシミュレーションでは、金属バー４５の左中間と右中間に接続部位が構成され、図８のシミュレーションでは、金属バー４６の左上部と右下部に接続部位が構成される。

【0055】

シミュレーション結果からわかるように、接続部位の位置に応じて上側のサイドブランチに流れる電流は、４３．７６％、４３．６０％および４３．６１％のような電流分配比率を有し、下側のサイドブランチに流れる電流は４３．４５％、４３．６２％および４３．６１％のような電流分配比率を有する。

【0056】

特に、センターブランチに流れる電流は、全電流に比して１２．７８％、１２．７８％、１２．７８％でシミュレーションで示す小数点以下２桁まで同じ電流分配比率を有する。

【0057】

図１に示した実施形態のように本発明の金属バーで外部との接続点とブランチセットとの間に構成され、全電流が集中されて流れるボトルネック部を備えることにより、接続点（接続部位）の位置にかかわらず、センターブランチには常に同じ比率の電流が流れるようにできる効果がある。

【0058】

本発明によれば、接続部位にかかわらずセンターブランチに常に同じ比率で電流の流れを確認することができ、センターブランチの電流のみ計測しても比例する全電流を正確に知ることができる効果がある。

【0059】

一方、本発明の一実施形態による電流計測装置の金属バー１０は、長さ方向に沿って、第１ボトルネック部１２、センターブランチ１１ｃおよび第２ボトルネック部１４が一直線上に配置される（図１参照）。別に見ると、ブランチのうちセンターブランチが金属バーの幅方向Ｗでセンターに位置するように、同様にボトルネック部１２、１４も幅方向Ｗでセンターに位置する。

【0060】

図９～図１１は、ボトルネック部（ノッチ）を適用するが、ボトルネック部の位置がセンターではなく上方にあるとき、金属バーを通した電流の流れをシミュレートした結果である。図１２～図１４はボトルネック部（ノッチ）を適用したが、第１ボトルネック部は上側にあり、第２ボトルネック部は下側にあるときに、金属バーを通した電流の流れをシミュレーションした結果である。

【0061】

両側ボトルネック部が上側にあるとき、センターブランチに流れる電流は、接続部位の位置に応じて１０．８２％、１０．８５％および１０．８４％として、最大０．０３％の偏差を示す。なお、第１ボトルネック部が上側にあり、第２ボトルネック部が下側にあるときに、センターブランチに流れる電流は、接続領域の位置に応じて１０．８７％、１０．８９％および１０．８８％として、最大０．０２％の偏差を示す。

【0062】

ボトルネック部がセンターに位置する場合、図６～図８に示すように、接続領域の位置が変わってもセンターブランチの電流は１２．７８％、１２．７８％、１２．７８％と小数点以下２桁まで同じ電流値を有するに比し、ボトルネック部がセンターにない場合には、小数点の下２桁で若干の偏差を有することがわかる。以上のように、ボトルネック部とセンターブランチがすべて幅方向のセンターにあるのが精度が最も高い構造であると確認することができる。

【0063】

本発明の一実施形態による電流計測装置の金属バー１０は、長さ方向に沿って、第１ボトルネック部１２、センターブランチ１１ｃおよび第２ボトルネック部１４が一直線上に配置され、幅方向のセンターに位置することにより、外部との接続点（接続部位）にかかわらず、一定の比率の電流がセンターブランチに流れるようにし、これにより高精度の計測が可能であるという効果がある。

【0064】

図１５は、実験のために作製された金属バー１０および電流センサモジュール２０の試作品を撮影した写真であり、図１６は、図１５の試作品を用いて外部との接続点（接続部位）を異にしながら電流を測定した結果を異にしたグラフであり、図１６（ａ）は線形スケールで示すグラフであり、図１６（ｂ）はログスケールで示すグラフである。

【0065】

実験では、ＩｎｐｕｔおよびＯｕｔｐｕｔにおいて、接続点（接続部位）の位置をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つに変えながら実験しており、図１６のグラフはＯｕｔｐｕｔで接続部位の位置をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つに変えながら実験した結果を示す。

【0066】

グラフの横軸はＩｎｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔであり、縦軸はＳｅｎｓｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔであるが、接続部位にかかわらずＩｎｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ 対 Ｓｅｎｓｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔがほぼ同じであるため、５つの線がまるで１つの線のように重なって見えることがわかる。

【0067】

一方、本発明の電流計測装置は、センターブランチ１１ｃに流れる部分電流から金属バー１０に流れる全電流を算出するが、このような算出（換算）のために演算部が電流センサモジュールの内部にまたは外部に構成されうる。

【0068】

演算部は、部分電流と全電流との間の一対一の対応関係を記憶するキャリブレーションテーブルを備え、前記キャリブレーションテーブルを用いて電流センサモジュール２０によってセンシングされた部分電流から全電流を算出し、各電流計測装置の生産過程で、キャリブレーションテーブルはキャリブレーションされる。

【0069】

本発明では、分配される電流が流れるように大きな断面積のサイドブランチおよび小さな断面積のセンターブランチが構成され、小さな断面積のセンターブランチでのみ電流センシングが行われ、あらかじめ定義された倍率を適用して全電流が計測される構造である。

【0070】

本発明によれば、電流計測の精度を確保しながらも小さな電流センシングで大電流の計測が可能であることにより、前で言及された大電流計測の困難な点である精度や、大きさの問題と価格などの問題を同時に解決することができる。また、連続的な電流が流れていくと金属バーの温度が上昇するが、すべて一体となった各ブランチでの抵抗係数が同一であるため、温度変化による計測精度の低下を防止する。また、本発明は、大電流を計測する方法でありながらＡＣ／ＤＣ計測にすべて適用されうる。

【符号の説明】

【0071】

１０：金属バー
１１：ブランチセット
１１ｃ：センターブランチ
１１ｓ－１、１１ｓ－２：サイドブランチ
１２、１４：ボトルネック部
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ：ノッチ
１３、１５：接続部
１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ：締結ホール
２０：電流センサモジュール
２１：ＰＣＢ基板
２２：通信ポート
２３：ケース

【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】

【図16】

【国際調査報告】