消費電力測定装置及び消費電力測定システム
【課題】電気機器の使用状態を高精度または確実に測定できる消費電力測定装置及び消費電力測定システムを提供する。
【解決手段】被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、コンセント及びプラグの間を接続する導体と、導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、電圧測定手段から得られる電圧値と電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、電流測定手段は、導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、磁気検出素子の出力から被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有する。
【解決手段】被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、コンセント及びプラグの間を接続する導体と、導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、電圧測定手段から得られる電圧値と電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、電流測定手段は、導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、磁気検出素子の出力から被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置及び消費電力測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の消費電力を測定する技術としては、コンセントに接続されるプラグと、測定対象である電気機器と接続されるコンセントプラグと、プラグ及びコンセントを接続する電力線と、この電力線における電圧値及び電流値に基づいて電気機器の消費電力を演算する演算部とを備え、電気機器の消費電力に関する情報を外部機器に無線送信する電力計測システムが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の電力計測システムでは、電気機器の消費電力を演算し、パーソナルコンピュータ等の外部装置に無線送信する技術が開示されている。
【０００５】
近年では、上述したようなシステムを用いて、電気機器の消費電力を高精度または確実に計測したいという要望がある。
【０００６】
そこで、本発明は、電気機器の使用状態を高精度または確実に測定できる消費電力測定装置及び消費電力測定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、前記電流測定手段は、前記導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、前記電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、前記磁気検出素子の出力から前記被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記本発明は、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応する前記電気機器の消費電力情報を記憶する記憶手段とを備えることが好ましい。
【０００９】
さらに、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１０】
また、上記本発明は、前記電力取得手段により求めた前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を外部端末に無線により送信する送信手段を更に備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記本発明に係る前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を外部端末に送信する送信手段とを備え、前記送信手段は、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記外部端末に送信することを特徴とする。なお、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１３】
また、上記本発明に係る前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することが好ましい。
【００１４】
さらに、上記本発明に係る前記計時手段は、前記送信手段と前記外部端末との接続が切断状態に移行後から前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の消費電力計測システムは、被測定対象となる電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置と、前記消費電力測定装置に接続されて当該消費電力測定装置から送信される前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を表示する表示装置とを備えた消費電力計測システムであって、前記消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信する送信手段とを備えており、前記電力測定装置は、前記送信手段と前記表示装置との接続が接続状態に移行後に、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信することを特徴とする。なお、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記本発明に係る前記表示装置は、ディスプレイを有する携帯型端末装置であることが好ましい。
【００１７】
なお、上述した本発明は、以下の各要素を含む方法または装置に適用可能であり、例えば、電気機器への電力供給中継装置（テーブルタップ等）において電気機器への供給電力（消費電力）を管理（監視）するにあたり当該電気機器の消費電力を測定するのに用いる電流測定方法にも適用可能であり、当該電流測定方法は、被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップと、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップと、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップと、前記磁気検知素子の出力から前記被測定電流の電流量を推定するステップとを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップは、前記方向変更領域として、前記被測定電流が流れない非導電領域を設けるステップを含むことが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記磁気検知素子によって、前記非導電領域の外側を流れる迂回電流の前記被測定電流の主方向を向く磁界成分の検知するステップを含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、一方向にのみ磁界検知感度を有した磁気検知素子を、前記非導電領域の近傍で、かつ、前記磁界検知感度の方向が前記被測定電流の主方向を向くように配置するステップを含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子により、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子により、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子とにより、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記非導電領域の中心を原点とし、前記被測定電流の主方向をＹ軸、該Ｙ軸に直交する幅方向をＸ軸とし、前記磁気検知素子の検知部を、前記非導電領域の中心から前記Ｘ軸と、前記Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置するステップを含むことが好ましい。
【００２５】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップは、前記方向変更領域として、前記被測定電流が流れる導体の、前記被測定電流が流れる主方向における前方に前記導体の主要部の幅よりも狭い幅の出口を設け、前記導体の後方に前記導体の幅よりも狭い幅の入口を設けるステップを含むことが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体の中心から、前記磁気検知素子を前記主方向からオフセットして配置するとともに、前記主方向と直交した方向からもオフセットして配置するステップを含むことが好ましい。
【００２７】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記出口と前記入口とを結ぶ線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００２９】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置し、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００３０】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記磁気検知素子として、磁気インピーダンス素子又は直交フラックスゲート素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００３１】
また、本発明の消費電力測定装置に好適に搭載される電流測定装置は、被測定電流が流れる導体と、前記導体の一部に設けられ、前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域と、前記導体に対して配置された少なくとも１つの磁気検知素子と、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を検知した前記磁気検知素子の出力から前記被測定電流の電流量を推定する推定回路とを有することが好ましい。
【００３２】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記方向変更領域は、前記被測定電流が流れない非導電領域であることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記非導電領域の外側を流れる迂回電流の前記被測定電流の主方向を向く磁界成分の検知する磁気検知素子であることが好ましい。
【００３４】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、一方向にのみ磁界検知感度を有し、前記非導電領域の近傍で、かつ、前記磁界検知感度の方向が前記被測定電流の主方向を向くように配置された磁気検知素子であることが好ましい。
【００３５】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であり、前記少なくとも２個の磁気検知素子は、それぞれ極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を検知することが好ましい。
【００３６】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であり、前記少なくとも２個の磁気検知素子は、それぞれ極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を検知することが好ましい。
【００３７】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であることが好ましい。
【００３８】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記非導電領域の中心を原点とし、前記被測定電流の主方向をＹ軸、該Ｙ軸に直交する幅方向をＸ軸とし、前記磁気検知素子の検知部を、前記非導電領域の中心から前記Ｘ軸と、前記Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置するステップを含むことが好ましい。
【００３９】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記方向変更領域は、前記被測定電流が流れる導体において、前記被測定電流が流れる主方向における前方に設けられた前記導体の主要部の幅よりも狭い幅の出口と、前記導体の後方に設けられた前記導体の幅よりも狭い幅の入口とを含むことが好ましい。
【００４０】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体の中心から、前記主方向からオフセットして配置されているとともに、前記主方向と直交した方向からもオフセットして配置されていることが好ましい。
【００４１】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記出口と前記入口とを結ぶ線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子を含むことが好ましい。
【００４２】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子を含むことが好ましい。
【００４３】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子とを含むことが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、磁気インピーダンス素子又は直交フラックスゲート素子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、電気機器の使用状態を高精度または確実に測定できる消費電力測定装置及び消費電力測定システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの外観図である。
【図２】本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの内部における各部品の配置を表す部品配置図である。
【図３】図２のテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図４】マイコンに入力されるアナログ信号の変換におけるサンプリングを示す図である。
【図５】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図６】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図７】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図８】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図９】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図１０】静電容量の変化に応じて発振周波数を制御するＤＣＯ回路を示す図。
【図１１】各コンセント（チャンネル）ごとの電流値、皮相電力、有効電力を測定順に格納されるデータ例である。
【図１２】被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の構成図である。
【図１３】一次導体内の電流と磁場の様子の説明図である。
【図１４】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図１５】検知回路の構成図である。
【図１６】直径２ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１７】直径３ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１８】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク位置との関係図である。
【図１９】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク値との関係図である。
【図２０】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２１】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２３】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２４】被測定電流に対する電流測定を行う実施例２の構成図である。
【図２５】磁気インピーダンス素子の特性図である。
【図２６】検知電流と測定誤差のグラフ図である。
【図２７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２８】被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図２９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図３０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図３１】検知回路の構成図である。
【図３２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３３】被測定電流に対する電流測定を行う実施例４の構成図である。
【図３４】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３５】被測定電流に対する電流測定を行う他の変形例の構成図である。
【図３６】被測定電流に対する電流測定を行う実施例５の構成図である。
【図３７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３８】実施例６の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図３９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図４０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図４１】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４２】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４３】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４４】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４５】電流の出入口の幅とＹ軸方向磁界成分のピーク値の関係図である。
【図４６】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４８】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４９】被測定電流に対する電流測定を行う実施例７の構成図である。
【図５０】電流の出入口の位置とＹ軸方向磁界成分(固定点)の関係図である。
【図５１】被測定電流に対する電流測定を行う実施例８の構成図である。
【図５２】出入口の幅を変えた際の測定電流と出力の関係のグラフ図である。
【図５３】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図５４】センサ基板の詳細な回路図である。
【図５５】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図５６】各コンセント（チャンネル）ごとの消費電力に関する測定時刻、電流、電力等のデータ例である。
【図５７】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図５８】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００４８】
［実施形態１］
図１には、本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの外観図を示す。図２には、本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの内部における各部品の配置を表す部品配置図を示す。図３には、図２のテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図を示す。
【００４９】
図１に示すように、消費電力測定装置である本実施形態のテーブルタップ１００は、電気機器が接続される複数のコンセント２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを有するコンセントプラグ２００と、外部電源に接続されるプラグ（不図示）を有する電源コード３００から構成される。
【００５０】
ここで、図２に示すように、２２０はテーブルタップ内に実装されるコンセント基板であり、以下に述べる部品がそれぞれ実装される。
【００５１】
コンセント基板２２０の長手方向一端部側には、電源コード３００からの配線が接続される。また、この電源コード３００からの配線は、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２に接続され、コンセント基板２２０上の配線パターン２１０、２１１にそれぞれ接続される。２４は電流センサ（電流測定装置）であり、コンセント基板２２０上の配線パターン２１０と各コンセント２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄとの間に配置される。なお、この電流センサ２４については、様々な変形例があるため、その詳細は後述する。
【００５２】
２３１は、ＡＣ＋ ２０１に接続されるバスバーであり、バスバー２３２は、各コンセントの片方側に接続される。各コンセントのもう片方側は、ＡＣ− ２０２に接続される。２３３は、電流センサ１２の内部へ電源・ＧＮＤを供給し、電流センサ１２から参照電圧、測定電圧が出力される端子である。
【００５３】
また、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２はコモンモードチョークコイル２４０に入力されその出力はＡＣ−ＤＣ電源２５０に入力される。このＡＣ−ＤＣ電源２５０では、電圧測定・ＣＰＵ等用の電源＋３．３Ｖが生成される。さらに、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２は、コンデンサ２６０（図１参照）によりそれぞれ分圧される。なお、各々のコンセントの参照電圧・測定電圧は、アナログマルチプレクサ２７０に入力され、マイコン２８０によりその出力が選択されマイコン２８０にアナログ信号が入力される。また、マイコン２８０では、後述するように、連続に入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。このマイコン２８０は、送信手段の一例である通信モジュール２９０と、例えば、シリアル信号等で接続される。通信モジュール２９０は、無線ＬＡＮ、又はＵＳＢ等のインターフェースをそなえ、外部装置に対して測定された電流、電力等を送信することが可能である。勿論、通信モジュールは、ＵＳＢ等の有線接続モジュールであってもよい。
【００５４】
ここで、図３には、上述したコンセント基板２２０のブロック図を示す。２３０は、容量分圧回路であり、コンデンサ２６０ａ（Ｃ１）とコンデンサ２６０ｂ（Ｃ２）の容量により分圧されたＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２の分圧電位がオペアンプ２６１に入力される。分圧電位Ｖ＋ ２６１ａ、Ｖ− ２６１ｂは以下の式１及び式２で表される。
【００５５】
Ｖ＋ ２６１ａ ＝ＡＣ＋ ＊（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））・・・式１
Ｖ− ２６１ｂ ＝ＡＣ− ＊（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））・・・式２
【００５６】
また、オペアンプ２６２は、バイアス電位を供給する。図３においては、＋３．３Ｖの中間電位である＋１．６５Ｖがバイアス電位となり、オペアンプ２６１の出力はこのバイアス電位＋１．６５Ｖを中心として分圧電位を出力することとなる。こうして分圧電位である、Ｖ＋ ２６１ａ、Ｖ− ２６１ｂ、バイアス電位（Ｖｒｅｆ２）２６２ａはマイコン２８０に入力され、デジタル信号に変換される。
【００５７】
各コンセントの電流センサ２４の出力Ｖｏｕｔ １２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ、及びバイアス電位Ｖｒｅｆ１ １２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄはアナログマルチプレクサ２７０に入力される。マイコン２８０はアナログマルチプレクサ２７０に対して選択信号２８１，２８２を制御して各コンセントの電流センサの出力Ｖｏｕｔをマイコン２８０に入力する。ＥＥＰＲＯＭ２８５には、図１１にしめされるように、各チャンネルごとの電流値、皮相電力ＶＡ、有効電力Ｗを測定順にテーブルとして格納する。外部装置に送信されたデータは消去され、新たな測定データが上書きされる。
【００５８】
図４は、マイコン２８０に入力されるアナログ信号Ｖｏｕｔ、Ｖ＋、Ｖ−、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のアナログデジタル変換のサンプリングを表すものである。各アナログ信号は、サンプリング周期を例えば３２μｓｅｃとした場合、３２μｓｅｃ毎に同時にアナログデジタル変換される。なお、ＡＣ電源周波数５０Ｈｚにおける１周期では、１０００ｍｓｅｃ／５０＝２０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ／３２μｓｅｃ＝６２５となる。即ち、６２５個のサンプリングデータが取得されることになる。また、同様に、ＡＣ電源周波数６０Ｈｚにおける１周期では、約５２１個サンプリングデータが取得される。即ち、（１０００ｍｓｅｃ／６０）／３２μｓｅｃ≒５２１となる。さらに、アナログデジタル変換（以下ＡＤ変換）においては、２４ビットのデジタルデータ（最大０ｘＦＦＦＦＦＦｈ）に変換される。ここでバイアス電位であるＶｒｅｆ１、２は、中間値、即ち、０ｘ８０００００）をとる。
【００５９】
図５〜図９は、本実施例に示される電流、電圧、電力測定におけるマイコン２８０のフローチャートを表す。
【００６０】
図５においては、電源コード３００に接続されたＡＣ電源の周波数を測定するフローチャートである。上述したように、周波数が異なると、１周期分でサンプリングデータ量が異なってくるため、周波数を測定しなければならない。
【００６１】
まず、ステップＳ２０１では、ＡＣ電源がプラスからマイナス、マイナスからプラスへ移行するクロスポイントを発見する。図４において、ＡＤ変換後のデジタル値が、０ｘ８０００００を横切るときがクロスポイントである。クロスポイントを見つけると、ＡＣ電源が６０Ｈｚである場合は、３周期分のデータを取得するのには、５２１＊３＝１５６３±αのサンプリングデータを取得する（ステップＳ２０２）。この３周期分でサンプリングデータにはクロスポイントが６回観測される（ステップＳ２０３でＹＥＳ）。クロスポイントが６回観測されない場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、ステップ２０１と同様にクロスポイントを発見する（ステップＳ２０４）。クロスポイントを見つけると、ＡＣ電源が５０Ｈｚである場合は、３周期分のデータを取得するのには、６２５＊３＝１８７５±αのサンプリングデータを取得する（ステップＳ２０５）。この３周期分でサンプリングデータにはクロスポイントが６回観測される（ステップＳ２０６でＹＥＳ）。周波数が決定されない場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、上述のステップを複数回繰返し、それでも決定されない場合は測定エラーとして終了する。
【００６２】
ここで、マイコン２８０は、本実施形態では、ＤＣＯ（ディジタルコントロールドオシレーター）を採用する。ＤＣＯ回路は、デジタル入力で制御されたＬＣ発振回路であり、多数並列接続されたＭＯＳバラクタのそれぞれに対して"０"か"１"の制御電圧を個別に印加することで、静電容量をデジタル的に変化させる。静電容量の変化に応じて発振周波数を制御する（図１０）。水晶発振と異なり、温度、電圧による変動が、例えば、最大３％になる。これら変動を上記したサンプリング数に反映させることが望ましい。ＡＣ電源が６０Ｈｚの場合には、１５６３に対して±３％、即ち、１５６３±４７のサンプリングで６回目のクロスポイントが観測される事になる。同様に、ＡＣ電源が５０Ｈｚの場合は、１８７５±５７のサンプリングで６回目のクロスポイントが観測されることになる（図４）。
【００６３】
図６は、１０周期分の電流データを取得するためのフローチャートである。周波数によりこの１０周期分のサンプリング数もかわり、５０Ｈｚでは６２５＊１０＝６２５０±１８８、６０Ｈｚでは５２１＊１０＝５２１０±１５７αとなる。まず、クロスポイントを発見（ステップＳ３０１）し、データ収集を開始する。アナログデジタル変換されたデータには、システム全体のオフセットが含まれているため、オフセットをとりのぞくことが望ましい。オフセットの値はシステムに何も機器が接続されていない時には、そのデジタル値は、０ｘ８０００００ｈとなる。しかしシステム全体から見るとその値は異なり、接続されていない時のデジタル値をＹとすると、オフセット値＝（０ｘ８０００００−Ｙ）となる。測定電流の最大を例えば１５Ａとした時、１５Ａを流すことできる抵抗負荷を接続したときのデジタル値をＸとすると、ゲイン値＝（０ｘｆｆｆｆｆｆ−０ｘ８０００００）／Ｘとなる。ステップＳ３０２で、測定されたＶｏｕｔに対して、前述で求められたオフセット調整、ゲイン調整を行う。なお、調整後の値 Ｖｏｕｔａｄｊは以下の計算式３で求められる。
【００６４】
Ｖｏｕｔａｄｊ＝（Ｖｏｕｔ＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式３
【００６５】
なお、ステップＳ３０３では、計算されたＶｏｕｔａｄｊの２乗累積加算を行う。
【００６６】
また、Ｖｏｕｔａｄｊのべき乗累積加算値 Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭは以下の式で求める。
【００６７】
Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ＝Σ(Ｖｏｕｔａｄｊ＊Ｖｏｕｔａｄｊ) ・・・式４
【００６８】
次いで、これを１０周期分の２乗累積加算を行う（ステップＳ３０４）。
【００６９】
図７は、図６と同様に、１０周期分の電圧データを取得するためのフローチャートである。
【００７０】
まず、クロスポイントを発見（ステップＳ４０１）し、データ収集を開始する。電流測定と同様に、無負荷時のオフセットを計測する。また、電源コード３から基準ＡＣ１００Ｖを入力して、そのピーク値Ｚを測定し、ゲイン値＝（０ｘｆｆｆｆｆｆ−０ｘ８０００００）／Ｚを求める。
【００７１】
次いで、ステップＳ４０２で、測定されたＶ＋、Ｖ−に対して、前述で求められたオフセット調整、ゲイン調整を行う。なお、調整後の値 Ｖ＋ａｄｊ、Ｖ−ａｄｊは、以下の計算式５及び式６で求められる。
【００７２】
Ｖ＋ａｄｊ＝（（Ｖ＋）＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式５
Ｖ―ａｄｊ＝（（Ｖ−）＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式６
【００７３】
ステップＳ４０３で、ＡＣ電源の波高値Ｖａｄｊを以下の式７で計算する。
【００７４】
Ｖａｄｊ＝(Ｖ＋ａｄｊ)＋(０ｘ８０００００− Ｖ−ａｄｊ) ・・・式７
【００７５】
ステップＳ４０４では、計算されたＶａｄｊの２乗累積加算を行う。Ｖａｄｊの２乗累積加算値 Ｖａｄｊ２ＳＵＭは以下の式８で求める。
【００７６】
Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ＝Σ(Ｖｏｕｔａｄｊ＊Ｖｏｕｔａｄｊ) ・・・式８
【００７７】
次いで、これを１０周期分の２乗累積加算を行う（ステップＳ４０５）。
【００７８】
次に、図８に示すフローチャートによる皮相電力を求める手順に関する説明の前に、図９に示す有効電力を求める点について説明する。図９は、有効電力を求めるためのフローチャートである。ステップＳ４０３で得られた電圧ＶａｄｊとステップＳ３０２で得られた電流Ｖｏｕｔａｄｊを乗算して電力を計算する（ステップＳ６０１）。これを１０周期分求めて累積加算を行う（ステップＳ６０２、６０３）。前述したように、周波数によりこの１０周期分のサンプリング数もかわり、５０Ｈｚでは６２５＊１０＝６２５０＋α、６０Ｈｚでは５２１＊１０＝５２１０＋αであり、累積加算値ＶＡａｄｊＳＵＭをサンプリング数で割る（ステップＳ６０４）。
【００７９】
こうして得られたＶＡａｄｊＳＵＭに変換係数を乗算して有効電力Ｗを求める（ステップＳ６０５）。ここで変換係数は、たとえば、抵抗負荷を実際し接続したときの値を測定し（ＷＬ）、抵抗負荷が１００Ωのときの有効電力は、１００Ｖ＊１００Ｖ／１００Ω＝１００Ｗであるため、ＷＬ／１００が変換係数となる。
【００８０】
図８は皮相電力を求めるためのフローチャートである。ステップＳ３０４で得られた１０周期分の電流２乗積算値Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭをサンプル数で割ってＶｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭＰを求める（ステップＳ５０１）。同様に、ステップＳ４０６で得られた１０周期分の電圧２乗積算値Ｖａｄｊ２ＳＵＭをサンプル数で割ってＶａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭＰを求める（ステップＳ５０３）。Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ、ＳＡＭＰＶａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭの平方根を求めて、変換係数を乗算することにより、電流実効値、電圧実効値を求めることができる（ステップＳ５０２、ステップＳ５０４）。ここで電流変換係数であるが、抵抗負荷、例えば１０Ωを接続した場合の値を測定し、測定された値をＩＳとすると、１００Ｖ／１０Ω＝１０Ａであることから、ＩＳ／１０が電流変換係数となる。電圧変化係数は、無負荷時に測定された値をＶＳとするとＶＳ／１００が電圧変換係数となる。電流実効値と電圧実効値を乗算することで皮相電力ＶＡを求めることができる（ステップＳ５０５）。
【００８１】
なお、上述した消費電力測定装置としての図１等に示すテーブルタップ１００は、例えば、図示しないが、パーソナルコンピュータや携帯端末等の外部端末（情報処理装置）に直接又は中継装置を経由して通信可能に接続されて消費電力測定システム（消費電力管理システムを含めてもよい）を構成する。即ち、消費電力測定装置によって測定された消費電力に基づく消費電力情報（消費電力又はそれに関する情報、消費電力に基づく消費電力量に関する消費電力量情報を含む）は、消費電力測定装置内の通信モジュールより外部端末へ送信される。一方、消費電力情報を受け取った外部端末側では、その消費電力情報をディスプレイ等の表示手段に表示する。これにより、ユーザは、消費電力測定機能を備えたテーブルタップ１００に接続されている１つ又は複数の電気機器の消費電力を効率的に管理することができる。なお、本実施形態のテーブルタップ１００は、コンセントを４口設けた例を説明したが、１口でもよいし、２〜３口、あるいは５口以上設けてもよい。
【００８２】
ここで、上述したテーブルタップ１００に実装される電流測定手段の少なくとも一部を構成する電流センサ２４としては、例えば、本実施形態では、詳細は後述するが、コンセント基板２２０上の各パターン２１０と各コンセントプラグ２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄとの間を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子とを備えるものを用いることが好ましい。
【００８３】
以下、本発明の消費電力測定装置において、電気機器の消費電力を測定するにあたり、コンセントとプラグとを接続した導体（具体的には、基板上の接続配線であって、例えば、図１における配線パターン２１０等）を流れる電流値を測定するのに最適な電流測定装置において詳細に説明するが、本発明は以下の構成に限定されるものではない。
【００８４】
導体を流れる電流から発する周回磁界を磁気検知素子で直接検知する場合には、次のような課題がある。即ち、被測定電流が流れる導体に隣接して、異なる相の電流が流れる導体が平行に配置されている場合に、電流が流れる方向と直角方向の成分となる周回磁界を対象にすると、隣接する電流線からの磁界が加わり、十分な測定精度が得られないことがある。これらの干渉を磁気シールドで防止するとしても、被測定電流からの磁束が磁場自体を乱してしまう虞れや、シールド部材の磁気飽和の心配があり、効果的な対策を施すことは難しくなる。
【００８５】
そこで、上述の課題を解消し、異なる相の電流が平行して流れる設置環境であっても、磁気シールドに頼らず、被測定電流の測定精度を安定して確保できる電流測定方法及び電流測定装置であれば、本発明の消費電力測定装置に好適である。
【００８６】
以下、本発明の消費電力測定装置において好適に実装される電流測定装置を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明では、被測定電流が流れる導体の一部に被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する電流方向変更領域を設けることに１つの特徴がある。さらに、本発明では、電流方向変更領域によって流れる方向を変更された被測定電流によって生じた磁界を磁気検知素子によって検知することに特徴がある。
【００８７】
＜実施例１＞
図１２は被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の基本的な構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【００８８】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うために、非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図１３に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【００８９】
一次導体１上には、一方向にのみ磁界検知感度を有する磁気検知素子３が配置されている。磁気検知素子３の検知部４をＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４の中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。
【００９０】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向くので、一次導体１の貫通孔２の影響がない個所では、被測定電流Ｉは主方向であるＹ軸方向に流れる。従って、図１３に示す磁界ベクトル成分Ｈｃ０のように、一次導体１の幅ｗ内ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場となる。
【００９１】
しかし貫通孔２の近傍では、迂回電流ＩａはＹ軸方向に対し傾くことから、この迂回電流Ｉａにより貫通孔２の両側で磁場が歪んだ磁界ベクトル成分Ｈｃ１が発生する。つまり、迂回電流Ｉａの傾き部分においては、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙ及びＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘが発生する。ベクトル成分Ｈｙとベクトル成分Ｈｘのベクトル和は被測定電流Ｉの大きさに比例し、貫通孔２のＹ軸の正負両側では電流方向が対称形のため、ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで対称となり、極性は逆になる。
【００９２】
また図１２に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し、近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界ベクトル成分はＸ軸方向のみの成分であり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４の磁界検知方向をＹ軸方向とすると、磁気検知素子３は近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、迂回電流Ｉａのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【００９３】
使用する磁気検知素子３として、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくない。従って、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用い、Ｙ軸方向にのみ磁界検知が可能とされている。検知部４として磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４の両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。図示は省略しているが、検知部４の動作には、バイアス磁界が必要となるものがあり、必要に応じて近くにバイアス磁石の設置又はバイアスコイルを巻き付けて電流を流して設定する。
【００９４】
図１４に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３の検知部４の高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３の位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【００９５】
図１５は電流測定装置として機能する検知回路１００Ａの構成図を示す。ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３の検知部４が接続されている。検波回路３１は、検知部４の検知信号である両端電圧からの振幅変化を取り出して増幅回路３２へ出力する。増幅回路３２は、振幅変化を増幅して出力する。推定回路３３は、増幅回路３２の出力から被測定電流の電流量を推定する回路である。
【００９６】
図１６、図１７は貫通孔２による迂回電流Ｉａに係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅ｗ＝１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝７０μｍの断面で、Ｙ軸方向に計算上は無限長とした十分に長い銅板であり、Ｘ軸方向の中央に貫通孔２を穿けてある。検知部４は一次導体１から１．６ｍｍの高さｈに固定し、Ｙ軸方向に被測定電流Ｉを１アンペア（Ａ）流した際のＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙの変化を調べた。
【００９７】
図１６は貫通孔が２ｍｍの場合、図１７は３ｍｍの場合におけるＹ軸方向磁界のベクトル成分Ｈｙの磁界分布の計算結果を等高線の分布として示している。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【００９８】
図１６、図１７から磁界が最大となるピーク位置は、貫通孔２から約４５度方向にあり、直径２ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．５ｍｍ、１．６２５ｍｍ）、３ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．７５ｍｍ、１．７５ｍｍ）辺りにある。これらの磁界のピーク位置での磁界成分Ｈｙは、それぞれ電流１アンペア（Ａ）に対して、Ｈｙ＝２５．６ｍガウス（Ｇ）、Ｈｙ＝４７．９ｍガウス（Ｇ）となっている。
【００９９】
図１８は貫通孔２の直径とＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙのピーク位置の関係のグラフ図である。図１６、図１７に示す等高線図では図示を省略しているが、直径１ｍｍ、４ｍｍでの結果も併せて記載している。図１８から分るように、貫通孔２の直径の大きさはピーク部の位置に殆ど依存することはない。幅ｗ＝５ｍｍでの貫通孔２の直径１ｍｍの結果も併せて考えると、実用的な一次導体１の使用範囲では、ベクトル成分Ｈｙのピークの範囲は、Ｘ、Ｙ軸方向共に１〜２ｍｍ程度であると云える。
【０１００】
また、ピーク位置から１０％下がった９０％の範囲が、半径０．５ｍｍ程度のサークルとなっていることから、設計的には図１の距離ｄｘ、ｄｙは共に０．５〜２．５ｍｍの範囲で、この範囲に磁気検知素子３の検知部４が掛かるようにすればよい。
【０１０１】
図１９は一次導体１の貫通孔２の径とＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙのピーク値とのグラフ図であり、径が大となるにつれて、２次関数的にベクトル成分Ｈｙが大きくなってゆくことが分かる。つまり、図１２で示す距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍ辺りに、磁気検知素子３の検知部４を固定し、貫通孔２の径の大きさを変えるだけで、数倍もの測定レンジを選択できることが可能となる。
【０１０２】
図１２においては、磁気検知素子３はＸＹ平面上の第１象限に設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に配置することもできる。
【０１０３】
図２０は変形例を示し、貫通孔２’を貫通孔２のある原点ＯからＸ軸方向に対して４５度方向に設けて、その中間位置に磁気検知素子３を配置することで、両貫通孔２、２’による迂回電流Ｉａによる効果を重ねＹ軸方向成分の磁界を増加し、感度を上げている。２つの貫通孔２、２’は同一の大きさである必要はなく、更に貫通孔２の数を増やすこともできるし、設置する角度位置は電流の検知仕様に応じて設計すればよい。
【０１０４】
電流を迂回させる手段としては、貫通孔２だけではなく切欠孔を用いることにより非導電領域を形成し、大小の電流に対応させることができる。例えば、図２１に示すように、一次導体１の幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を生成できる。大電流により迂回電流による磁界を抑制したい場合には、この構成が好適である。
【０１０５】
また、逆に図２２に示すように切欠孔８を深くし、迂回電流を集中させ、Ｙ軸方向成分の磁界を大きくし、小電流に対応させることも可能である。更に、図２３に示すように反対側からの端部からも切欠孔８をずらして設けることで、更に迂回電流を強めて、より小さな電流にも対応させることができる。
【０１０６】
＜実施例２＞
図２４は実施例２の構成図である。例えば、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に例えば直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図２５と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｂがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１０７】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６は、それぞれ例えば幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６の磁界検知方向はＹ軸方向のみとされている。
【０１０８】
検知部１６の位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸及びＹ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍだけオフセットされて配置されている。検知部１６の複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ、１５ｂに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図２４では、電極１５ａ→１５ｂの流れにより高周波パルスを印加する。
【０１０９】
磁気検知ユニット１４の磁性薄膜にはＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸が設けられており、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【０１１０】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、図２４に示すように、一次導体１２から１０ｍｍの間隔をおいて直径２ｍｍの銅棒１８を並行に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。
【０１１１】
隣接する平行な電流線からの磁界はＸ軸又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、磁気インピーダンス素子がＸ軸方向には感度を持たないことが効果的に作用し、隣接の電流による磁界の影響は問題とはならないレベルであることが確認された。
【０１１２】
この磁気検知ユニット１４は５Ｖの５ＭＨｚのパルス駆動では、図２５に示すように磁界に対してＶ字のインピーダンス変化の特性を示し、感度の良い傾きの個所を利用している。そのためには、図２４に示すように磁気検知ユニット１４の背面にバイアス用磁石１７を配置して、検知部１６に１０ガウス（Ｇ）程度のバイアス磁界が掛かるように設定している。直線性の良好な範囲は、この磁気検知ユニット１４の場合ではバイアス動作点を挟んで±３ガウス（Ｇ）程度である。
【０１１３】
図２６は一次導体１にＡＣ電流（５０Ｈｚ）を０．１〜４０Ａｒｍｓまで可変で通電させて、電流測定したデータを示している。１０Ａｒｍｓは２８．２８Ａｐｐの正弦波であり、そのときの磁界はシミュレーション結果から、７２４ｍＧｐｐとなる。図１５はこの１０Ａｒｍｓを基準に理想値と実測値の誤差を示し、５Ｖ電源で１０Ａｒｍｓ時に１Ｖｐｐとなるように調整したため、上限は４０Ａｒｍｓとした。精度として、０．２Ａｒｍｓ以上で±１％以内の誤差が保証される。
【０１１４】
貫通孔１３の直径を２ｍｍとし、磁気検知ユニット１４の直線性範囲が６ガウス（Ｇ）の特性のものを使用した場合では、８０Ａｒｍｓ強の個所で越えてしまう。仮に、２００Ａｒｍｓまで対応させる場合では、貫通孔１３の直径を１ｍｍにするだけで、磁気検知ユニット１４に掛かる磁界は１／３になり、２７０Ａｒｍｓのような大電流にも同じレイアウトで可能になる。また、逆に小電流の仕様には、貫通孔１３を大きくするだけで対応できる。
【０１１５】
実施例２では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定している。しかし、図２７の変形例に示すように、一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図２４の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【０１１６】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【０１１７】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。
【０１１８】
＜実施例３＞
特開２００６−１８４２６９号公報によれば、２個の磁気検知素子を使用することで、差動検知により外乱磁界を回避しようとする提案がなされている。この特許文献では、被測定電流による磁界検知を単一の磁気センサで検知する場合の外部磁界の影響を回避するために、一次導体としてのバスバーの中央部に開口部を形成して被測定電流を分流している。そして、開口部内に２つの導体部近傍に電流からの磁界がそれぞれ逆相になるようにそれぞれ磁気検知素子を配し、差動増幅によりバスバーから発生する磁界のみを検知している。
【０１１９】
しかしながら、この方法でも一様な磁界に対する影響は排除できても、隣接して電流線が平行して流れる場合には、２つの磁気検知素子にはその外乱となる磁界が等しく印加されず、結局は磁気シールドが不可欠となる。この点を解決する方法として、非導電領域を一次導体に設けるとともに、非導電領域の近傍に１つの磁気検知素子を設けることを実施例１、２で提案した。ここで、磁気検知素子は複数であってもよい。そこで、実施例３では、複数の磁気検知素子を設ける案について説明する。
【０１２０】
図２８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【０１２１】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うため非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図２９に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１２２】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４ａ、４ｂの中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。図２８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’の磁束Ｆによる磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１２３】
使用する磁気検知素子３ａ、３ｂとして、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくないため、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。
【０１２４】
図３０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１２５】
図３１は検知回路１００Ａの構成図を示し、ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが接続されている。検知部４ａ、４ｂの両端電圧からの振幅変化を検波回路３１により取り出した後に、差動増幅回路３２で検知部４ａ、４ｂの出力に対し差動増幅が行われて、電流センサとしての出力を得る。
【０１２６】
この場合に、検知部４ａ、４ｂの出力は、感度が同じでＸ軸を挟んで対称な位置にあれば絶対値は同じになり、極性が異なるため、差動的に検知すると、出力は検知部４ａ又は４ｂの絶対値の２倍となる。また、外来の磁界ノイズは狭い範囲にある検知部４ａ、４ｂでは同相となり、検知部４ａ、４ｂの出力を差動的に捉えることにより、磁界ノイズは相殺されて、電流センサの出力に重畳されることはなく、迂回電流のベクトル成分Ｈｙのみが測定されることになる。なお、磁気検知素子の出力を差動的に検知するには、少なくとも２個の検知部を用いればよい。
【０１２７】
なお、図３１と図１５とを比較すれば明らかなように、ブリッジ回路を形成している４つの抵抗が検知部に置き換わることになる。たとえば、３つの検知部を採用するのであれば、４つある抵抗のうちの３つの抵抗が検知部に置換される。さらに、４つの検知部を採用するのであれば、すべての抵抗が検知部に置換されることになる。
【０１２８】
図２８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。
【０１２９】
図３２はこの場合の変形例を示し、磁気検知素子３ａは第１象限に、磁気検知素子３ｂは第２象限に設け、Ｙ軸に対して対称的に配置した場合においても同様の結果が得られる。迂回電流Ｉａによる磁界ベクトル成分Ｈｃ１は第１象限と第２象限においてＹ軸に関して対象ともなっている。従って、磁気検知素子３ａ、３ｂを第１象限、第２象限にそれぞれ配置し、絶対値が等しく極性が逆のＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙをそれぞれ検知することができる。この場合においては、隣接して平行する電流線の影響は僅かに受けるが、磁気検知素子３同士の間隔が狭いために、ほぼ磁界ノイズを差動検知により相殺することができる。
【０１３０】
＜実施例４＞
磁気検知素子である磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない場合には、一次導体１の貫通孔２の径だけで測定レンジを調整できることが好ましい。
【０１３１】
図３３は実施例４の電流センサの構成図である。図２８における磁気検知素子３、４の検知部４ａ、４ｂの距離は短いことから、同一の素子基板６にＸ軸に関して対称に配置した磁気検知素子３ａ、３ｂを一体型として取り付けた磁気検知ユニット７とされ、性能のばらつきが抑制可能となっている。
【０１３２】
図３４の変形例に示すように、一次導体１のＸ軸の正の領域だけ使う発想で、幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を利用できる。この切欠孔８によっても、図２８に示すように貫通孔２を設けた場合と同様に測定が可能である。なお、迂回電流をＸ軸に関して対称的に流すためには、切欠孔８はＸ軸に関して対称形であることが必要である。
【０１３３】
図３５は他の変形例の構成図である。４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知ユニット７において、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置し、４素子によりブリッジ構成として動作させると、更にＳ／Ｎを向上させることができる。このように、貫通孔２の両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１３４】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１３５】
＜実施例５＞
図３６は実施例３の電流センサの構成図である。厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図３３と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１３６】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１３７】
検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍだけオフセットされ、検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔は、ｄｙ＝３ｍｍとし、貫通孔１３の中心Ｏから幅方向に延びるＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１３８】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図３６では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａ→１５ｃ及び電極１５ｂ→１５ｃの流れにより高周波パルスを印加する。
【０１３９】
磁気検知ユニット１４はＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸を設けておき、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【０１４０】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１４１】
実施例５では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定した。しかし、図３７の変形例に示すように一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図３６の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【０１４２】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【０１４３】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。そして、これらの非導電領域はＸ軸に関しその両側で形状が対称であることが必要である。
【０１４４】
＜実施例６＞
実施例１ないし実施例５では、方向変更領域として非導電領域を採用した。つまり、実施例１ないし実施例５は、電流が非導電領域を迂回して流れることで発生する歪み磁界を検知し、検知した磁界から電流量を推定する発明である。実施例１ないし実施例５において共通した概念は、電流が非直線的に流れることを促進する領域を一次導体に設けることである。つまり、電流の流れる方向を曲げることができるのであれば、必ずしも非導電領域である必要はない。そこで、実施例６では、方向変更領域についての他の例について説明する。
【０１４５】
図３８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例６の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れる。一次導体１の形態は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【０１４６】
一次導体１のうち磁界の検知対象とする部分（主要部）は、長さがＬで幅がＷ０で形成された矩形状の部分である。主要部において、電流が流れる後方と前方にはそれぞれ幅Ｗ１、Ｗ２の入口９ａ、出口９ｂが形成されている。幅Ｗ１、Ｗ２はいずれも幅Ｗ０よりも狭い。説明を判りやすくするため、入口９ａ、出口９ｂを幅Ｗ０に対して中央に設置しておく。
【０１４７】
一次導体１に座標軸を設定する。ここでは、磁気検知部の中心を原点Ｏとする。図３８および図３９が示すように、入口９ａ、出口９ｂを結ぶ線であって、磁気検知部の幅Ｗ０を２分割する直線と、磁気検知部の長さＬを２分割する直線との交点を原点Ｏとしている。他の実施例と同様に、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１４８】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。なお、実施例１、２と同様に、磁気検知素子は１つでもよい。磁気検知素子３ａ、３ｂの構成は実施例１乃至５と同様である。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、磁気検知素子３ａ、３ｂが配置される。検知部４ａ、４ｂの中心位置は、原点Ｏの中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙ１、ｄｙ２ずつずらした個所に配置されている。
【０１４９】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向く。そのため、一次導体１の幅方向を向く電流成分がない個所、つまり原点Ｏを通るＸ軸上ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場ＨＣ１ができる。
【０１５０】
しかし、原点Ｏよりもその電流が流れる前後方向でずれた位置での電流は、入口９ａ、出口９ｂに向けてＹ軸方向に対し傾いて流れる電流成分を持っている。これによって、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙが発生し、Ｈｃ２、Ｈｃ３のように磁場が蛇行する。Ｈｃ２、Ｈｃ３の磁場は、Ｘ軸に対して線対称である。ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで逆極性になっている。
【０１５１】
図３８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１５２】
磁気検知素子３ａ、３ｂが、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知すると電流の推定精度が低下する。そのため、磁気検知素子３ａ、３ｂとしては、たとえば、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子がある。実施例６では磁気検知素子３ａ、３ｂとして磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列されている。両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化がセンサ信号として得られる。バイアス磁界が必要な場合は、不図示ではあるが、磁気検知素子３ａ、３ｂに近接した磁石または巻回したコイルにより印加する。
【０１５３】
図４０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、たとえば、発生する磁界の大小調整、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上必要なスペース、空間距離、および、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１５４】
電流検知装置として機能する検知回路１００Ａの構成は、図３１に示した回路構成を採用できる。なぜなら、電流の流れる方向を変更する領域方向変更領域の具体的な構成が変わったとしても、本発明の電流検知装置の基本的な部分はそのまま使用できるからである。
【０１５５】
図４１，図４２，図４３及び図４４、並びに、図４５は狭い出入口からの拡散電流に係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍの断面で、入口９ａ、出口９ｂは間隔Ｌを７．５ｍｍとし、その幅方向の位置を幅Ｗ０の中央にする。入口９ａ、出口９ｂの幅をＷ１＝Ｗ２＝ｄとして、ｄ＝０．８、 １．２、 ２．４、 ３．６ｍｍと振って、一次導体の表面（高さＨ＝１．６ｍｍ）で、電流が流れる主方向の磁界Ｈｙを計算した。被測定電流Ｉは１アンペア（Ａ）とした。
【０１５６】
図４１ないし図４１Ｄは、ｄ＝０．８、 １．２、 ２．４、 ３．６ｍｍのそれぞれにおけるシミュレーション結果である。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【０１５７】
ピーク位置Ｐは、Ｙ方向が２．５ｍｍでほぼ変わらず、Ｘ方向は出入口の幅が広くなるに連れて１．７ｍｍから２．１５ｍｍまで緩やかに移動している。
【０１５８】
出入口からのＹ方向の距離をＬとする。ピーク位置Ｐは、Ｌ＝７．５ｍｍで１．２５（＝Ｌ／２−２．５）ｍｍにあるが、Ｌ＝１１．５ｍｍで計算したところでも１．３５ｍｍとなり、両者は大きくは変わらない。実用的な距離Ｌの寸法としては、ピークが明確に形成でき、かつ、隣接の逆相となるピークと干渉しないことを考慮して決定する。たとえば、距離Ｌは、１．２５ｍｍの４倍の５ｍｍ以上は確保すべきである。
【０１５９】
図４５はピーク位置での磁界Ｈｙを示したグラフである。図４５によれば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１とＷ０との比が１０％（Ｗ０＝８ｍｍ、ｄ＝０．８ｍｍ）では、１Ａあたり０．０８ガウスの磁界を発生していることがわかる。ミリガウス以下を検知できる磁気検知素子では、ピーク位置に置くことで１Ａ以下の小さな被対象電流でも十分なＳ／Ｎで検知できる。
【０１６０】
入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を広げていくと、幅方向に広がる電流成分が減ることで、急激に磁界Ｈｙが下がる。よって、大電流を検知するには幅Ｗ１、Ｗ２を広げればよい。幅Ｗ１とＷ０との比が１００％、つまりｄ＝８ｍｍでは、磁界がゼロになる。これは、大電流に対しての調整範囲を広く取れることを意味する。以上のことより、Ｘ＝２ｍｍ、Ｙ＝２．５ｍｍのところに磁気検知素子を固定すれば、幅Ｗ１、Ｗ２を変えるだけでいろいろな電流検知範囲の仕様に対応できることを意味する。
【０１６１】
このような特性は、磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない素子には極めて都合が良い。生産性でも、素子の位置を固定しておいて、一次導体の出入口の幅を変えたものを数種類用意しておくことで、各種電流仕様に対応でき、電流センサのコスト低減に大きく寄与するだろう。
【０１６２】
図３８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けている。しかし、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。図４６は、磁気検知素子３ａを第１象限に配置し、磁気検知素子３ｂを第２象限に配置した例を紙滅している。図４７は、全ての象限に磁気検知素子を設けた例を示している。
【０１６３】
図４７では、４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知素子ユニットにおいて、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置している。さらに、図３１に示したように検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをブリッジ構成として動作させると、検知回路１００ＡのＳ／Ｎを向上させることができる。このように、２原点Ｏの両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１６４】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１６５】
入口９ａ、出口９ｂが一次導体１の幅方向の中央にある場合は、素子の感度を同等に調整した素子をＸ軸又はＹ軸に対称に設置して差動動作させることで、一次導体１からの磁界による出力は２倍となり、同相の外部磁界はキャンセルされることになる。
【０１６６】
図４８は変形例を示している。入口９ａに至る導体の幅や、出口９ｂ以降の導体の幅が細すぎると、大電流印加時に発熱の問題が発生するかもしれない。そこで、図４８が示すように、電流の出入口をスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで規制することで、発熱自体を抑えることができるとともに、熱拡散も良くすることができるだろう。なお、図４８から、一次導体１にスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを入れることで、上述した主要部、入口９ａ、および、出口９ｂが形成されていることを理解できよう。
【０１６７】
＜実施例７＞
実施例６では、座標位置で（２， ２．５）と（２， −２．５）の付近にそれぞれ磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂを置けば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を変えることだけで被測定電流の仕様に対応できることを示した。別の方法としては入口９ａ、出口９ｂの配置位置を一次導体１の幅方向にオフセットさせても良い。図４９にそのレイアウトを示す。図３９のレイアウトから、入口９ａ、出口９ｂを幅方向にｄｗだけずらしたものである。これにより、電流の広がりが変わるため、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが配置された位置での磁界の方向を変えることができる。
【０１６８】
図５０は、実施例７についてＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１のＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍである。入口９ａ、出口９ｂは幅Ｗ１、Ｗ２ともに１．２ｍｍである。磁気検知部である一次導体１のＹ軸方向の長さＬを７．５ｍｍとしている。実施例６のように入口９ａ、出口９ｂの位置が幅Ｗ０の中央にした状態では、オフセット量ｄｗ＝０である。実施例７ではオフセット量ｄｗ＝−２、 −１、 ０、 １、 ２ｍｍのそれぞれについてシミュレーションを行った。
【０１６９】
磁気検知素子３ａの座標位置をＸ＝２、Ｙ＝２．５ｍｍに固定している。電流が主に流れる方向の磁界成分Ｈｙの磁界は、図５０が示すとおり、オフセット量がマイナスになると調整シロが少ない。一方、オフセット量がプラスになると、つまり入口９ａ、出口９ｂと磁気検知素子との距離が縮まると、急激に磁界が低下し、反対の極性にまでいたる。よって、オフセット量がプラスになる領域では、磁界成分Ｈｙを大幅に調整可能である。
【０１７０】
＜実施例８＞
図５１は実施例８の電流センサの構成図である。センサ基板１１は、ガラスエポキシ材であり、その厚さ１．６ｍｍである。センサ基板１１の片面に一次導体１２が設けられている。一次導体１２は、Ｘ軸方向の幅８ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが７．５ｍｍで、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍの銅パターンである。Ｘ、Ｙ軸の原点Ｏは一次導体１２の中心に設定する。
【０１７１】
一次導体１２の入口９ａ、出口９ｂは、Ｘ軸方向の幅Ｗの中央から幅Ｗ１＝Ｗ２＝１．２ｍｍでＹ軸に沿って引き出されている。入口９ａ、出口９ｂを１．２ｍｍの幅のままで長く引き出すと、大電流側では発熱が発生するかもしれない。そこで、実験では入口９ａ、出口９ｂの直ぐ近くで、芯線径１．６ｍｍのケーブル線を半田付けして、被測定電流を印加した。
【０１７２】
センサ基板１１の他面には、２つの磁気検知素子が一体化された磁気検知ユニット１４が配置されている。磁気検知ユニット１４からは半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１７３】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられている。Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い並列に配置された１１本のパターンにより構成されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１７４】
図５１が示すように、検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝２ｍｍだけオフセットされている。検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔ｄｙは５ｍｍとしている。このように、磁気検知ユニット１４はＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１７５】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれている。直列につながれた磁性薄膜パターンの両端はそれぞれの電極に接続されている。図５１が示すように、磁性薄膜パターンの端部は、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、検知回路１００Ａに接続されている。図５１では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａから電極１５ｃと、電極１５ｂから電極１５ｃとをペアとして高周波パルスを印加する。
【０１７６】
磁気検知ユニット１４にはＸ軸方向（幅方向）に磁化容易軸を設けておく。高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。それぞれの素子のバイアス磁界や回路ゲインを、相対的に差が出ないよう合わせておくと、差動検知の効果が高まる。
【０１７７】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２の端から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置した。１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を銅棒１８に流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定を行った。磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで、差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１７８】
図５２には、一次導体１の入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１（＝Ｗ２）を１．２ｍｍと４．８ｍｍとしたときの測定電流と出力電圧との関係を示す。なお、検知回路１００Ａを５Ｖの単電源で駆動したため、測定電流０Ａに対する出力電圧を２．５Ｖに合わせてある。
【０１７９】
図４５で示したように素子に掛かるＹ方向の磁界Ｈｙは、１Ａあたり０．０７８ガウスであり、前述の直線性が±３ガウスの範囲で確保されたセンサでは、±３８．５Ａを越えると直線性が低下することになる。図５２に示した実測データでも４０Ａを越えたあたりから直線精度が低下していることが判る。この条件では、±４０Ａの仕様となる。
【０１８０】
直線性の良い範囲を広げるためには、入口９ａ、出口９ｂの幅を大きくすれば良い。幅Ｗ１、Ｗ２を４．８ｍｍにしたものは、磁界Ｈｙは１Ａあたり０．０３８ガウスとなり、±７９Ａまでは直線精度が確保されることになり、実測のデータでも±８０Ａで直線精度が確保されていることが判る。感度の差は、差動増幅のゲインで調整すればよい。
【０１８１】
このことは使用する磁気検知素子や回路構成を同じにして、電流の出入口の幅だけを変えることで、所望の測定電流範囲で直線精度を確保することができることを意味する。
【０１８２】
実施例８では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定した。しかし、図５３の変形例に示すように一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、磁気検知素子と処理回路の電気部品や端子とを実装したセンサ基板２０とを位置合わせてしてモジュール化をしておくことができる。バスバー１９は相手の基板に挿して半田付けして使えるよう、先端が細く加工されている。磁気検知ユニット１４の保持は、簡単な図示ではあるが、樹脂モールド部材のような非導電部材２４に組み付けて、位置精度と絶縁性の両方を確保しておくことができる。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を他の回路基板と接続する端子である。
【０１８３】
このような構成により、バスバー１９には電流検知部の出入口２１となる切り欠き部分の幅や位置を変えたものを何種類か用意するだけで、幅広い電流仕様に対応でき、製品の自由度が確保できる。
【０１８４】
なお、図５３に示す電流センサ２４においては、例えば、図１におけるテーブルタップ１００に対して実装されると、バスバー１９の各端子がコンセント基板２２に接続される。また、バスバー１９上には、センサ基板２０が配置され、このセンサ基板２０上には磁気検知ユニット１４、及びロジック回路・オペアンプ、ロジック回路・オペアンプの電源＋３．３Ｖ、ＧＮＤ、電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔ、バイアス電位Ｖｒｅｆ１が端子２３に接続される。
【０１８５】
図５４は、図５３におけるセンサ基板２０の詳細な回路図である。ＣＲパルス発振回路１５０に対しブリッジを構成する抵抗１５３に、磁気検知ユニット１４が接続されている。検波回路１５１は、検知部の検知信号である両端電圧からの振幅変化を取り出して増幅回路１５２へ出力する。オペアンプ１５４は、振幅変化を増幅して出力する。
【０１８６】
以上で説明したように、本発明によれば、被測定電流が流れる導体の一部に被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けることに１つの特徴がある。さらに、本発明では、方向変更領域によって流れる方向を変更された被測定電流によって生じた磁界を磁気検知素子によって検知することに特徴がある。これにより、電流の測定対象である一次導体と平行に配置された別の導体に流れる電流が発生する磁界の影響を受けにくくなる。つまり、電流の測定精度を向上させることができる。したがって、このような電流センサ２４を図１のテーブルタップ１００に用いることで、電気機器の消費電力を正確に検知することができる。
【０１８７】
なお、方向変更領域としては、電流の流れを妨げる非導電領域がある。上述した実施例では非導電領域として孔を採用したが、当該孔に絶縁体などの非導電性の部材が挿入されていてもよい。また、貫通した孔ではなく、底のある穴であってよい。孔に代わりに穴を形成する場合は、穴の底を形成する部分の厚さは、磁界の方向を十分に変更できるよう、穴の深さに対して十分に薄くなければならない。
【０１８８】
電流は非導電性領域を迂回する迂回電流になるため、非導電性領域の近傍では磁界がひずむ。とりわけ、電流の主方向（Ｙ軸方向）にのみ磁界検知感度を有した磁気検知素子を配置すれば、Ｘ軸方向など他の方向の磁界の影響を受けないため、測定精度が向上する。
【０１８９】
測定精度を向上させるために、磁気検知素子の数は複数であってもよい。たとえば、一次導体の中心を通るＹ軸に対して線対称となるように２個の磁気検知素子を配置したり、Ｘ軸に対して線対称となるように２個の磁気検知素子を配置したりしてもよい。さらに、これらを組み合わせて、合計で４個の磁気検知素子を配置してもよい。
【０１９０】
なお、実験結果から、磁気検知素子の検知部を、非導電領域の中心からＸ軸と、Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置すると、測定精度が向上する。
【０１９１】
また、方向変更領域としては、電流が流れる一次導体の主要部に対して、主要部の幅Ｗ０よりも狭い幅Ｗ２の出口９ｂと、主要部の後方に主要部の幅Ｗ０よりも狭い幅Ｗ２の入口９ａを設けてもよい。なお、精度は低下するが、入口９ａと出口９ｂとのうちいずれか一方のみを主要部に配置してもよい。なお、磁気検知素子の配置位置や数は、非導電領域についての配置位置や数と実質的に同様であってよい。
【０１９２】
また、被測定電流の検知範囲も、非導電領域の大きさを変えるだけで、容易に調整できるため、設計の自由度も大きい。
【０１９３】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。
【０１９４】
［他の実施形態］
以上本発明を実施形態１に基づいて詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態１に限定されるものではない。例えば、図５５に示すように、上述した実施形態１のコンセント基板２２０にカレンダー機能を持つリアルタイムクロック２８６を追加してもよい。この場合、マイコン（ＣＰＵ）２８０は、図５６に示されるように、ＥＥＰＲＯＭ２８５の不揮発性メモリに測定時刻と共に電流、電力等のデータを格納する。これにより、表示機能を備えたコンピュータ等の外部装置は、図５６に示されるデータを受信し、時刻と共に電力等を表示することができる。このとき外部装置で表示されるデータは、受信したデータをそのまま表示してもよいし、適宜、グラフ等のデータに変換した２次データを表示するようにしてもよい。
【０１９５】
このような図５５に示す構成にすることにより、電気機器の使用状態をより確実に測定することができる。具体的には、パーソナルコンピュータ等の外部端末の電源がオンとなっていない場合、測定された電流値、消費電力、消費電力量等については、送信すべき外部機器で電源がオフであるから送信することができず、オフ時の測定データの欠落が生じることが想定される。これに対し、リアルタイムクロックのような、各コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段を設けつつ、コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した電気機器の消費電力に基づく消費電力情報をＥＥＰＲＯＭのような不揮発性の記憶手段に記憶させておくことにより、外部端末にデータ送信できるとき（接続状態のとき）はそのまま消費電力情報を送信し、外部端末に対してデータ送信ができないとき（接続が切断状態のとき）は記憶手段に消費電力情報を記憶させておけるので、データ通信ができる状態となったときに未転送の消費電力情報を確実に送信することができる。なお、マイコン（ＣＰＵ）は、通信が接続状態のときは、データ送信をリアルタイムに行い、接続状態から切断状態となっても各コンセントの使用時刻又は使用時間のカウントを継続してその後の送信に備えるようにしてもよいし、或いは切断状態となった後に、次の送信のために各コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめるようにすることも可能である。これにより、転送済みの消費電力情報と未転送の消費電力情報とを区別して管理することができ、後の接続状態において未転送の消費電力情報を送信することで外部端末側にて情報管理を適切に行うことができる。なお、上述した計時手段は、電流センサに設けてもよいし、電流センサを実装する基板に設けてもよいし、外部端末側に設けてもよい。
【０１９６】
また、本発明は、例えば、図５７に示すように、容量分圧による電圧測定を、ステップダウントランス１０００に置き換えてもよい。この場合、ステップダウントランス１０００は、入力ＡＣ電圧を降下させるもので、その出力はオペアンプの入力動作電圧を超えない電圧に設定される。これにより、ＡＣ入力電源の絶縁耐圧、絶縁抵抗を、容量分圧方式、抵抗分圧方式に比べ大きくできるため、安全性を増す事ができる。
【０１９７】
さらに、本発明は、例えば、図５８に示すように、図３に示される容量分圧による電圧測定を、抵抗分圧に置き換えている以外は、基本的に図３と同様である。図５８に示す回路の場合、+１．６５Vを中心として、±１００＊√２＊（３．３／１００３．３）＝±０．４６５V、即ち、分圧出力５００、５０１には±０．４６５Vが出力され、フィルタを通してオペアンプに入力される。
【０１９８】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１９９】
１００ テーブルタップ
２００ コンセントプラグ
２０１ ＡＣ＋
２０２ ＡＣ−
２１０ 配線パターン
２１１ 配線パターン
２２０ コンセント基板
２４０ コモンモードチョークコイル
２５０ 電源
２６０ コンデンサ
２７０ マルチプレクサ
２８０ マイコン（ＣＰＵ）
２９０ 通信モジュール
３００ 電源コード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置及び消費電力測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の消費電力を測定する技術としては、コンセントに接続されるプラグと、測定対象である電気機器と接続されるコンセントプラグと、プラグ及びコンセントを接続する電力線と、この電力線における電圧値及び電流値に基づいて電気機器の消費電力を演算する演算部とを備え、電気機器の消費電力に関する情報を外部機器に無線送信する電力計測システムが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の電力計測システムでは、電気機器の消費電力を演算し、パーソナルコンピュータ等の外部装置に無線送信する技術が開示されている。
【０００５】
近年では、上述したようなシステムを用いて、電気機器の消費電力を高精度または確実に計測したいという要望がある。
【０００６】
そこで、本発明は、電気機器の使用状態を高精度または確実に測定できる消費電力測定装置及び消費電力測定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、前記電流測定手段は、前記導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、前記電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、前記磁気検出素子の出力から前記被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記本発明は、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応する前記電気機器の消費電力情報を記憶する記憶手段とを備えることが好ましい。
【０００９】
さらに、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１０】
また、上記本発明は、前記電力取得手段により求めた前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を外部端末に無線により送信する送信手段を更に備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記本発明に係る前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を外部端末に送信する送信手段とを備え、前記送信手段は、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記外部端末に送信することを特徴とする。なお、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１３】
また、上記本発明に係る前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することが好ましい。
【００１４】
さらに、上記本発明に係る前記計時手段は、前記送信手段と前記外部端末との接続が切断状態に移行後から前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の消費電力計測システムは、被測定対象となる電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置と、前記消費電力測定装置に接続されて当該消費電力測定装置から送信される前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を表示する表示装置とを備えた消費電力計測システムであって、前記消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信する送信手段とを備えており、前記電力測定装置は、前記送信手段と前記表示装置との接続が接続状態に移行後に、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信することを特徴とする。なお、上記本発明に係る記憶手段は、不揮発性メモリであることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記本発明に係る前記表示装置は、ディスプレイを有する携帯型端末装置であることが好ましい。
【００１７】
なお、上述した本発明は、以下の各要素を含む方法または装置に適用可能であり、例えば、電気機器への電力供給中継装置（テーブルタップ等）において電気機器への供給電力（消費電力）を管理（監視）するにあたり当該電気機器の消費電力を測定するのに用いる電流測定方法にも適用可能であり、当該電流測定方法は、被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップと、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップと、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップと、前記磁気検知素子の出力から前記被測定電流の電流量を推定するステップとを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップは、前記方向変更領域として、前記被測定電流が流れない非導電領域を設けるステップを含むことが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記磁気検知素子によって、前記非導電領域の外側を流れる迂回電流の前記被測定電流の主方向を向く磁界成分の検知するステップを含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、一方向にのみ磁界検知感度を有した磁気検知素子を、前記非導電領域の近傍で、かつ、前記磁界検知感度の方向が前記被測定電流の主方向を向くように配置するステップを含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子により、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子により、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を前記磁気検知素子によって検知するステップは、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子とにより、極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を、それぞれ検知するステップを含むことが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記非導電領域の中心を原点とし、前記被測定電流の主方向をＹ軸、該Ｙ軸に直交する幅方向をＸ軸とし、前記磁気検知素子の検知部を、前記非導電領域の中心から前記Ｘ軸と、前記Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置するステップを含むことが好ましい。
【００２５】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記被測定電流が流れる導体の一部に前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けるステップは、前記方向変更領域として、前記被測定電流が流れる導体の、前記被測定電流が流れる主方向における前方に前記導体の主要部の幅よりも狭い幅の出口を設け、前記導体の後方に前記導体の幅よりも狭い幅の入口を設けるステップを含むことが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体の中心から、前記磁気検知素子を前記主方向からオフセットして配置するとともに、前記主方向と直交した方向からもオフセットして配置するステップを含むことが好ましい。
【００２７】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記出口と前記入口とを結ぶ線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００２９】
また、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置し、前記主方向に対して直交した線を挟んで少なくとも２個の磁気検知素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００３０】
さらに、本発明を電流測定方法とした場合、前記導体に対して少なくとも１つの磁気検知素子を配置するステップは、前記磁気検知素子として、磁気インピーダンス素子又は直交フラックスゲート素子を配置するステップを含むことが好ましい。
【００３１】
また、本発明の消費電力測定装置に好適に搭載される電流測定装置は、被測定電流が流れる導体と、前記導体の一部に設けられ、前記被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域と、前記導体に対して配置された少なくとも１つの磁気検知素子と、前記方向変更領域によって流れる方向を変更された前記被測定電流によって生じた磁界を検知した前記磁気検知素子の出力から前記被測定電流の電流量を推定する推定回路とを有することが好ましい。
【００３２】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記方向変更領域は、前記被測定電流が流れない非導電領域であることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記非導電領域の外側を流れる迂回電流の前記被測定電流の主方向を向く磁界成分の検知する磁気検知素子であることが好ましい。
【００３４】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、一方向にのみ磁界検知感度を有し、前記非導電領域の近傍で、かつ、前記磁界検知感度の方向が前記被測定電流の主方向を向くように配置された磁気検知素子であることが好ましい。
【００３５】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であり、前記少なくとも２個の磁気検知素子は、それぞれ極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を検知することが好ましい。
【００３６】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であり、前記少なくとも２個の磁気検知素子は、それぞれ極性が異なる前記迂回電流の前記主方向の磁界成分を検知することが好ましい。
【００３７】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記主方向の軸に対して直交した軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向の軸と平行な軸であって、前記非導電領域の中心を通る軸に関して対称に配置された少なくとも２個の磁気検知素子であることが好ましい。
【００３８】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記非導電領域の中心を原点とし、前記被測定電流の主方向をＹ軸、該Ｙ軸に直交する幅方向をＸ軸とし、前記磁気検知素子の検知部を、前記非導電領域の中心から前記Ｘ軸と、前記Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置するステップを含むことが好ましい。
【００３９】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記方向変更領域は、前記被測定電流が流れる導体において、前記被測定電流が流れる主方向における前方に設けられた前記導体の主要部の幅よりも狭い幅の出口と、前記導体の後方に設けられた前記導体の幅よりも狭い幅の入口とを含むことが好ましい。
【００４０】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体の中心から、前記主方向からオフセットして配置されているとともに、前記主方向と直交した方向からもオフセットして配置されていることが好ましい。
【００４１】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記出口と前記入口とを結ぶ線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子を含むことが好ましい。
【００４２】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子を含むことが好ましい。
【００４３】
また、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、前記導体において、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子と、前記主方向に対して直交した線を挟んで配置された少なくとも２個の磁気検知素子とを含むことが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の消費電力測定装置に搭載される電流測定装置は、前記磁気検知素子は、磁気インピーダンス素子又は直交フラックスゲート素子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、電気機器の使用状態を高精度または確実に測定できる消費電力測定装置及び消費電力測定システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの外観図である。
【図２】本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの内部における各部品の配置を表す部品配置図である。
【図３】図２のテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図４】マイコンに入力されるアナログ信号の変換におけるサンプリングを示す図である。
【図５】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図６】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図７】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図８】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図９】マイコンでの処理フローを示すチャート図である。
【図１０】静電容量の変化に応じて発振周波数を制御するＤＣＯ回路を示す図。
【図１１】各コンセント（チャンネル）ごとの電流値、皮相電力、有効電力を測定順に格納されるデータ例である。
【図１２】被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の構成図である。
【図１３】一次導体内の電流と磁場の様子の説明図である。
【図１４】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図１５】検知回路の構成図である。
【図１６】直径２ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１７】直径３ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１８】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク位置との関係図である。
【図１９】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク値との関係図である。
【図２０】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２１】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２３】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２４】被測定電流に対する電流測定を行う実施例２の構成図である。
【図２５】磁気インピーダンス素子の特性図である。
【図２６】検知電流と測定誤差のグラフ図である。
【図２７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２８】被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図２９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図３０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図３１】検知回路の構成図である。
【図３２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３３】被測定電流に対する電流測定を行う実施例４の構成図である。
【図３４】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３５】被測定電流に対する電流測定を行う他の変形例の構成図である。
【図３６】被測定電流に対する電流測定を行う実施例５の構成図である。
【図３７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３８】実施例６の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図３９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図４０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図４１】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４２】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４３】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４４】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４５】電流の出入口の幅とＹ軸方向磁界成分のピーク値の関係図である。
【図４６】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４８】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４９】被測定電流に対する電流測定を行う実施例７の構成図である。
【図５０】電流の出入口の位置とＹ軸方向磁界成分(固定点)の関係図である。
【図５１】被測定電流に対する電流測定を行う実施例８の構成図である。
【図５２】出入口の幅を変えた際の測定電流と出力の関係のグラフ図である。
【図５３】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図５４】センサ基板の詳細な回路図である。
【図５５】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図５６】各コンセント（チャンネル）ごとの消費電力に関する測定時刻、電流、電力等のデータ例である。
【図５７】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【図５８】本発明の他の実施形態におけるテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００４８】
［実施形態１］
図１には、本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの外観図を示す。図２には、本実施形態に係る消費電力測定装置の一例であるテーブルタップの内部における各部品の配置を表す部品配置図を示す。図３には、図２のテーブルタップの内部基板の構成を表したブロック図を示す。
【００４９】
図１に示すように、消費電力測定装置である本実施形態のテーブルタップ１００は、電気機器が接続される複数のコンセント２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを有するコンセントプラグ２００と、外部電源に接続されるプラグ（不図示）を有する電源コード３００から構成される。
【００５０】
ここで、図２に示すように、２２０はテーブルタップ内に実装されるコンセント基板であり、以下に述べる部品がそれぞれ実装される。
【００５１】
コンセント基板２２０の長手方向一端部側には、電源コード３００からの配線が接続される。また、この電源コード３００からの配線は、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２に接続され、コンセント基板２２０上の配線パターン２１０、２１１にそれぞれ接続される。２４は電流センサ（電流測定装置）であり、コンセント基板２２０上の配線パターン２１０と各コンセント２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄとの間に配置される。なお、この電流センサ２４については、様々な変形例があるため、その詳細は後述する。
【００５２】
２３１は、ＡＣ＋ ２０１に接続されるバスバーであり、バスバー２３２は、各コンセントの片方側に接続される。各コンセントのもう片方側は、ＡＣ− ２０２に接続される。２３３は、電流センサ１２の内部へ電源・ＧＮＤを供給し、電流センサ１２から参照電圧、測定電圧が出力される端子である。
【００５３】
また、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２はコモンモードチョークコイル２４０に入力されその出力はＡＣ−ＤＣ電源２５０に入力される。このＡＣ−ＤＣ電源２５０では、電圧測定・ＣＰＵ等用の電源＋３．３Ｖが生成される。さらに、ＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２は、コンデンサ２６０（図１参照）によりそれぞれ分圧される。なお、各々のコンセントの参照電圧・測定電圧は、アナログマルチプレクサ２７０に入力され、マイコン２８０によりその出力が選択されマイコン２８０にアナログ信号が入力される。また、マイコン２８０では、後述するように、連続に入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。このマイコン２８０は、送信手段の一例である通信モジュール２９０と、例えば、シリアル信号等で接続される。通信モジュール２９０は、無線ＬＡＮ、又はＵＳＢ等のインターフェースをそなえ、外部装置に対して測定された電流、電力等を送信することが可能である。勿論、通信モジュールは、ＵＳＢ等の有線接続モジュールであってもよい。
【００５４】
ここで、図３には、上述したコンセント基板２２０のブロック図を示す。２３０は、容量分圧回路であり、コンデンサ２６０ａ（Ｃ１）とコンデンサ２６０ｂ（Ｃ２）の容量により分圧されたＡＣ＋ ２０１、ＡＣ− ２０２の分圧電位がオペアンプ２６１に入力される。分圧電位Ｖ＋ ２６１ａ、Ｖ− ２６１ｂは以下の式１及び式２で表される。
【００５５】
Ｖ＋ ２６１ａ ＝ＡＣ＋ ＊（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））・・・式１
Ｖ− ２６１ｂ ＝ＡＣ− ＊（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））・・・式２
【００５６】
また、オペアンプ２６２は、バイアス電位を供給する。図３においては、＋３．３Ｖの中間電位である＋１．６５Ｖがバイアス電位となり、オペアンプ２６１の出力はこのバイアス電位＋１．６５Ｖを中心として分圧電位を出力することとなる。こうして分圧電位である、Ｖ＋ ２６１ａ、Ｖ− ２６１ｂ、バイアス電位（Ｖｒｅｆ２）２６２ａはマイコン２８０に入力され、デジタル信号に変換される。
【００５７】
各コンセントの電流センサ２４の出力Ｖｏｕｔ １２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ、及びバイアス電位Ｖｒｅｆ１ １２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄはアナログマルチプレクサ２７０に入力される。マイコン２８０はアナログマルチプレクサ２７０に対して選択信号２８１，２８２を制御して各コンセントの電流センサの出力Ｖｏｕｔをマイコン２８０に入力する。ＥＥＰＲＯＭ２８５には、図１１にしめされるように、各チャンネルごとの電流値、皮相電力ＶＡ、有効電力Ｗを測定順にテーブルとして格納する。外部装置に送信されたデータは消去され、新たな測定データが上書きされる。
【００５８】
図４は、マイコン２８０に入力されるアナログ信号Ｖｏｕｔ、Ｖ＋、Ｖ−、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のアナログデジタル変換のサンプリングを表すものである。各アナログ信号は、サンプリング周期を例えば３２μｓｅｃとした場合、３２μｓｅｃ毎に同時にアナログデジタル変換される。なお、ＡＣ電源周波数５０Ｈｚにおける１周期では、１０００ｍｓｅｃ／５０＝２０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ／３２μｓｅｃ＝６２５となる。即ち、６２５個のサンプリングデータが取得されることになる。また、同様に、ＡＣ電源周波数６０Ｈｚにおける１周期では、約５２１個サンプリングデータが取得される。即ち、（１０００ｍｓｅｃ／６０）／３２μｓｅｃ≒５２１となる。さらに、アナログデジタル変換（以下ＡＤ変換）においては、２４ビットのデジタルデータ（最大０ｘＦＦＦＦＦＦｈ）に変換される。ここでバイアス電位であるＶｒｅｆ１、２は、中間値、即ち、０ｘ８０００００）をとる。
【００５９】
図５〜図９は、本実施例に示される電流、電圧、電力測定におけるマイコン２８０のフローチャートを表す。
【００６０】
図５においては、電源コード３００に接続されたＡＣ電源の周波数を測定するフローチャートである。上述したように、周波数が異なると、１周期分でサンプリングデータ量が異なってくるため、周波数を測定しなければならない。
【００６１】
まず、ステップＳ２０１では、ＡＣ電源がプラスからマイナス、マイナスからプラスへ移行するクロスポイントを発見する。図４において、ＡＤ変換後のデジタル値が、０ｘ８０００００を横切るときがクロスポイントである。クロスポイントを見つけると、ＡＣ電源が６０Ｈｚである場合は、３周期分のデータを取得するのには、５２１＊３＝１５６３±αのサンプリングデータを取得する（ステップＳ２０２）。この３周期分でサンプリングデータにはクロスポイントが６回観測される（ステップＳ２０３でＹＥＳ）。クロスポイントが６回観測されない場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、ステップ２０１と同様にクロスポイントを発見する（ステップＳ２０４）。クロスポイントを見つけると、ＡＣ電源が５０Ｈｚである場合は、３周期分のデータを取得するのには、６２５＊３＝１８７５±αのサンプリングデータを取得する（ステップＳ２０５）。この３周期分でサンプリングデータにはクロスポイントが６回観測される（ステップＳ２０６でＹＥＳ）。周波数が決定されない場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、上述のステップを複数回繰返し、それでも決定されない場合は測定エラーとして終了する。
【００６２】
ここで、マイコン２８０は、本実施形態では、ＤＣＯ（ディジタルコントロールドオシレーター）を採用する。ＤＣＯ回路は、デジタル入力で制御されたＬＣ発振回路であり、多数並列接続されたＭＯＳバラクタのそれぞれに対して"０"か"１"の制御電圧を個別に印加することで、静電容量をデジタル的に変化させる。静電容量の変化に応じて発振周波数を制御する（図１０）。水晶発振と異なり、温度、電圧による変動が、例えば、最大３％になる。これら変動を上記したサンプリング数に反映させることが望ましい。ＡＣ電源が６０Ｈｚの場合には、１５６３に対して±３％、即ち、１５６３±４７のサンプリングで６回目のクロスポイントが観測される事になる。同様に、ＡＣ電源が５０Ｈｚの場合は、１８７５±５７のサンプリングで６回目のクロスポイントが観測されることになる（図４）。
【００６３】
図６は、１０周期分の電流データを取得するためのフローチャートである。周波数によりこの１０周期分のサンプリング数もかわり、５０Ｈｚでは６２５＊１０＝６２５０±１８８、６０Ｈｚでは５２１＊１０＝５２１０±１５７αとなる。まず、クロスポイントを発見（ステップＳ３０１）し、データ収集を開始する。アナログデジタル変換されたデータには、システム全体のオフセットが含まれているため、オフセットをとりのぞくことが望ましい。オフセットの値はシステムに何も機器が接続されていない時には、そのデジタル値は、０ｘ８０００００ｈとなる。しかしシステム全体から見るとその値は異なり、接続されていない時のデジタル値をＹとすると、オフセット値＝（０ｘ８０００００−Ｙ）となる。測定電流の最大を例えば１５Ａとした時、１５Ａを流すことできる抵抗負荷を接続したときのデジタル値をＸとすると、ゲイン値＝（０ｘｆｆｆｆｆｆ−０ｘ８０００００）／Ｘとなる。ステップＳ３０２で、測定されたＶｏｕｔに対して、前述で求められたオフセット調整、ゲイン調整を行う。なお、調整後の値 Ｖｏｕｔａｄｊは以下の計算式３で求められる。
【００６４】
Ｖｏｕｔａｄｊ＝（Ｖｏｕｔ＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式３
【００６５】
なお、ステップＳ３０３では、計算されたＶｏｕｔａｄｊの２乗累積加算を行う。
【００６６】
また、Ｖｏｕｔａｄｊのべき乗累積加算値 Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭは以下の式で求める。
【００６７】
Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ＝Σ(Ｖｏｕｔａｄｊ＊Ｖｏｕｔａｄｊ) ・・・式４
【００６８】
次いで、これを１０周期分の２乗累積加算を行う（ステップＳ３０４）。
【００６９】
図７は、図６と同様に、１０周期分の電圧データを取得するためのフローチャートである。
【００７０】
まず、クロスポイントを発見（ステップＳ４０１）し、データ収集を開始する。電流測定と同様に、無負荷時のオフセットを計測する。また、電源コード３から基準ＡＣ１００Ｖを入力して、そのピーク値Ｚを測定し、ゲイン値＝（０ｘｆｆｆｆｆｆ−０ｘ８０００００）／Ｚを求める。
【００７１】
次いで、ステップＳ４０２で、測定されたＶ＋、Ｖ−に対して、前述で求められたオフセット調整、ゲイン調整を行う。なお、調整後の値 Ｖ＋ａｄｊ、Ｖ−ａｄｊは、以下の計算式５及び式６で求められる。
【００７２】
Ｖ＋ａｄｊ＝（（Ｖ＋）＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式５
Ｖ―ａｄｊ＝（（Ｖ−）＋オフセット値）＊ゲイン値 ・・・式６
【００７３】
ステップＳ４０３で、ＡＣ電源の波高値Ｖａｄｊを以下の式７で計算する。
【００７４】
Ｖａｄｊ＝(Ｖ＋ａｄｊ)＋(０ｘ８０００００− Ｖ−ａｄｊ) ・・・式７
【００７５】
ステップＳ４０４では、計算されたＶａｄｊの２乗累積加算を行う。Ｖａｄｊの２乗累積加算値 Ｖａｄｊ２ＳＵＭは以下の式８で求める。
【００７６】
Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ＝Σ(Ｖｏｕｔａｄｊ＊Ｖｏｕｔａｄｊ) ・・・式８
【００７７】
次いで、これを１０周期分の２乗累積加算を行う（ステップＳ４０５）。
【００７８】
次に、図８に示すフローチャートによる皮相電力を求める手順に関する説明の前に、図９に示す有効電力を求める点について説明する。図９は、有効電力を求めるためのフローチャートである。ステップＳ４０３で得られた電圧ＶａｄｊとステップＳ３０２で得られた電流Ｖｏｕｔａｄｊを乗算して電力を計算する（ステップＳ６０１）。これを１０周期分求めて累積加算を行う（ステップＳ６０２、６０３）。前述したように、周波数によりこの１０周期分のサンプリング数もかわり、５０Ｈｚでは６２５＊１０＝６２５０＋α、６０Ｈｚでは５２１＊１０＝５２１０＋αであり、累積加算値ＶＡａｄｊＳＵＭをサンプリング数で割る（ステップＳ６０４）。
【００７９】
こうして得られたＶＡａｄｊＳＵＭに変換係数を乗算して有効電力Ｗを求める（ステップＳ６０５）。ここで変換係数は、たとえば、抵抗負荷を実際し接続したときの値を測定し（ＷＬ）、抵抗負荷が１００Ωのときの有効電力は、１００Ｖ＊１００Ｖ／１００Ω＝１００Ｗであるため、ＷＬ／１００が変換係数となる。
【００８０】
図８は皮相電力を求めるためのフローチャートである。ステップＳ３０４で得られた１０周期分の電流２乗積算値Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭをサンプル数で割ってＶｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭＰを求める（ステップＳ５０１）。同様に、ステップＳ４０６で得られた１０周期分の電圧２乗積算値Ｖａｄｊ２ＳＵＭをサンプル数で割ってＶａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭＰを求める（ステップＳ５０３）。Ｖｏｕｔａｄｊ２ＳＵＭ、ＳＡＭＰＶａｄｊ２ＳＵＭＳＡＭの平方根を求めて、変換係数を乗算することにより、電流実効値、電圧実効値を求めることができる（ステップＳ５０２、ステップＳ５０４）。ここで電流変換係数であるが、抵抗負荷、例えば１０Ωを接続した場合の値を測定し、測定された値をＩＳとすると、１００Ｖ／１０Ω＝１０Ａであることから、ＩＳ／１０が電流変換係数となる。電圧変化係数は、無負荷時に測定された値をＶＳとするとＶＳ／１００が電圧変換係数となる。電流実効値と電圧実効値を乗算することで皮相電力ＶＡを求めることができる（ステップＳ５０５）。
【００８１】
なお、上述した消費電力測定装置としての図１等に示すテーブルタップ１００は、例えば、図示しないが、パーソナルコンピュータや携帯端末等の外部端末（情報処理装置）に直接又は中継装置を経由して通信可能に接続されて消費電力測定システム（消費電力管理システムを含めてもよい）を構成する。即ち、消費電力測定装置によって測定された消費電力に基づく消費電力情報（消費電力又はそれに関する情報、消費電力に基づく消費電力量に関する消費電力量情報を含む）は、消費電力測定装置内の通信モジュールより外部端末へ送信される。一方、消費電力情報を受け取った外部端末側では、その消費電力情報をディスプレイ等の表示手段に表示する。これにより、ユーザは、消費電力測定機能を備えたテーブルタップ１００に接続されている１つ又は複数の電気機器の消費電力を効率的に管理することができる。なお、本実施形態のテーブルタップ１００は、コンセントを４口設けた例を説明したが、１口でもよいし、２〜３口、あるいは５口以上設けてもよい。
【００８２】
ここで、上述したテーブルタップ１００に実装される電流測定手段の少なくとも一部を構成する電流センサ２４としては、例えば、本実施形態では、詳細は後述するが、コンセント基板２２０上の各パターン２１０と各コンセントプラグ２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄとの間を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子とを備えるものを用いることが好ましい。
【００８３】
以下、本発明の消費電力測定装置において、電気機器の消費電力を測定するにあたり、コンセントとプラグとを接続した導体（具体的には、基板上の接続配線であって、例えば、図１における配線パターン２１０等）を流れる電流値を測定するのに最適な電流測定装置において詳細に説明するが、本発明は以下の構成に限定されるものではない。
【００８４】
導体を流れる電流から発する周回磁界を磁気検知素子で直接検知する場合には、次のような課題がある。即ち、被測定電流が流れる導体に隣接して、異なる相の電流が流れる導体が平行に配置されている場合に、電流が流れる方向と直角方向の成分となる周回磁界を対象にすると、隣接する電流線からの磁界が加わり、十分な測定精度が得られないことがある。これらの干渉を磁気シールドで防止するとしても、被測定電流からの磁束が磁場自体を乱してしまう虞れや、シールド部材の磁気飽和の心配があり、効果的な対策を施すことは難しくなる。
【００８５】
そこで、上述の課題を解消し、異なる相の電流が平行して流れる設置環境であっても、磁気シールドに頼らず、被測定電流の測定精度を安定して確保できる電流測定方法及び電流測定装置であれば、本発明の消費電力測定装置に好適である。
【００８６】
以下、本発明の消費電力測定装置において好適に実装される電流測定装置を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明では、被測定電流が流れる導体の一部に被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する電流方向変更領域を設けることに１つの特徴がある。さらに、本発明では、電流方向変更領域によって流れる方向を変更された被測定電流によって生じた磁界を磁気検知素子によって検知することに特徴がある。
【００８７】
＜実施例１＞
図１２は被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の基本的な構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【００８８】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うために、非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図１３に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【００８９】
一次導体１上には、一方向にのみ磁界検知感度を有する磁気検知素子３が配置されている。磁気検知素子３の検知部４をＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４の中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。
【００９０】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向くので、一次導体１の貫通孔２の影響がない個所では、被測定電流Ｉは主方向であるＹ軸方向に流れる。従って、図１３に示す磁界ベクトル成分Ｈｃ０のように、一次導体１の幅ｗ内ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場となる。
【００９１】
しかし貫通孔２の近傍では、迂回電流ＩａはＹ軸方向に対し傾くことから、この迂回電流Ｉａにより貫通孔２の両側で磁場が歪んだ磁界ベクトル成分Ｈｃ１が発生する。つまり、迂回電流Ｉａの傾き部分においては、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙ及びＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘが発生する。ベクトル成分Ｈｙとベクトル成分Ｈｘのベクトル和は被測定電流Ｉの大きさに比例し、貫通孔２のＹ軸の正負両側では電流方向が対称形のため、ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで対称となり、極性は逆になる。
【００９２】
また図１２に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し、近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界ベクトル成分はＸ軸方向のみの成分であり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４の磁界検知方向をＹ軸方向とすると、磁気検知素子３は近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、迂回電流Ｉａのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【００９３】
使用する磁気検知素子３として、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくない。従って、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用い、Ｙ軸方向にのみ磁界検知が可能とされている。検知部４として磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４の両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。図示は省略しているが、検知部４の動作には、バイアス磁界が必要となるものがあり、必要に応じて近くにバイアス磁石の設置又はバイアスコイルを巻き付けて電流を流して設定する。
【００９４】
図１４に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３の検知部４の高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３の位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【００９５】
図１５は電流測定装置として機能する検知回路１００Ａの構成図を示す。ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３の検知部４が接続されている。検波回路３１は、検知部４の検知信号である両端電圧からの振幅変化を取り出して増幅回路３２へ出力する。増幅回路３２は、振幅変化を増幅して出力する。推定回路３３は、増幅回路３２の出力から被測定電流の電流量を推定する回路である。
【００９６】
図１６、図１７は貫通孔２による迂回電流Ｉａに係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅ｗ＝１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝７０μｍの断面で、Ｙ軸方向に計算上は無限長とした十分に長い銅板であり、Ｘ軸方向の中央に貫通孔２を穿けてある。検知部４は一次導体１から１．６ｍｍの高さｈに固定し、Ｙ軸方向に被測定電流Ｉを１アンペア（Ａ）流した際のＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙの変化を調べた。
【００９７】
図１６は貫通孔が２ｍｍの場合、図１７は３ｍｍの場合におけるＹ軸方向磁界のベクトル成分Ｈｙの磁界分布の計算結果を等高線の分布として示している。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【００９８】
図１６、図１７から磁界が最大となるピーク位置は、貫通孔２から約４５度方向にあり、直径２ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．５ｍｍ、１．６２５ｍｍ）、３ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．７５ｍｍ、１．７５ｍｍ）辺りにある。これらの磁界のピーク位置での磁界成分Ｈｙは、それぞれ電流１アンペア（Ａ）に対して、Ｈｙ＝２５．６ｍガウス（Ｇ）、Ｈｙ＝４７．９ｍガウス（Ｇ）となっている。
【００９９】
図１８は貫通孔２の直径とＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙのピーク位置の関係のグラフ図である。図１６、図１７に示す等高線図では図示を省略しているが、直径１ｍｍ、４ｍｍでの結果も併せて記載している。図１８から分るように、貫通孔２の直径の大きさはピーク部の位置に殆ど依存することはない。幅ｗ＝５ｍｍでの貫通孔２の直径１ｍｍの結果も併せて考えると、実用的な一次導体１の使用範囲では、ベクトル成分Ｈｙのピークの範囲は、Ｘ、Ｙ軸方向共に１〜２ｍｍ程度であると云える。
【０１００】
また、ピーク位置から１０％下がった９０％の範囲が、半径０．５ｍｍ程度のサークルとなっていることから、設計的には図１の距離ｄｘ、ｄｙは共に０．５〜２．５ｍｍの範囲で、この範囲に磁気検知素子３の検知部４が掛かるようにすればよい。
【０１０１】
図１９は一次導体１の貫通孔２の径とＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙのピーク値とのグラフ図であり、径が大となるにつれて、２次関数的にベクトル成分Ｈｙが大きくなってゆくことが分かる。つまり、図１２で示す距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍ辺りに、磁気検知素子３の検知部４を固定し、貫通孔２の径の大きさを変えるだけで、数倍もの測定レンジを選択できることが可能となる。
【０１０２】
図１２においては、磁気検知素子３はＸＹ平面上の第１象限に設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に配置することもできる。
【０１０３】
図２０は変形例を示し、貫通孔２’を貫通孔２のある原点ＯからＸ軸方向に対して４５度方向に設けて、その中間位置に磁気検知素子３を配置することで、両貫通孔２、２’による迂回電流Ｉａによる効果を重ねＹ軸方向成分の磁界を増加し、感度を上げている。２つの貫通孔２、２’は同一の大きさである必要はなく、更に貫通孔２の数を増やすこともできるし、設置する角度位置は電流の検知仕様に応じて設計すればよい。
【０１０４】
電流を迂回させる手段としては、貫通孔２だけではなく切欠孔を用いることにより非導電領域を形成し、大小の電流に対応させることができる。例えば、図２１に示すように、一次導体１の幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を生成できる。大電流により迂回電流による磁界を抑制したい場合には、この構成が好適である。
【０１０５】
また、逆に図２２に示すように切欠孔８を深くし、迂回電流を集中させ、Ｙ軸方向成分の磁界を大きくし、小電流に対応させることも可能である。更に、図２３に示すように反対側からの端部からも切欠孔８をずらして設けることで、更に迂回電流を強めて、より小さな電流にも対応させることができる。
【０１０６】
＜実施例２＞
図２４は実施例２の構成図である。例えば、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に例えば直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図２５と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｂがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１０７】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６は、それぞれ例えば幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６の磁界検知方向はＹ軸方向のみとされている。
【０１０８】
検知部１６の位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸及びＹ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍだけオフセットされて配置されている。検知部１６の複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ、１５ｂに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図２４では、電極１５ａ→１５ｂの流れにより高周波パルスを印加する。
【０１０９】
磁気検知ユニット１４の磁性薄膜にはＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸が設けられており、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【０１１０】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、図２４に示すように、一次導体１２から１０ｍｍの間隔をおいて直径２ｍｍの銅棒１８を並行に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。
【０１１１】
隣接する平行な電流線からの磁界はＸ軸又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、磁気インピーダンス素子がＸ軸方向には感度を持たないことが効果的に作用し、隣接の電流による磁界の影響は問題とはならないレベルであることが確認された。
【０１１２】
この磁気検知ユニット１４は５Ｖの５ＭＨｚのパルス駆動では、図２５に示すように磁界に対してＶ字のインピーダンス変化の特性を示し、感度の良い傾きの個所を利用している。そのためには、図２４に示すように磁気検知ユニット１４の背面にバイアス用磁石１７を配置して、検知部１６に１０ガウス（Ｇ）程度のバイアス磁界が掛かるように設定している。直線性の良好な範囲は、この磁気検知ユニット１４の場合ではバイアス動作点を挟んで±３ガウス（Ｇ）程度である。
【０１１３】
図２６は一次導体１にＡＣ電流（５０Ｈｚ）を０．１〜４０Ａｒｍｓまで可変で通電させて、電流測定したデータを示している。１０Ａｒｍｓは２８．２８Ａｐｐの正弦波であり、そのときの磁界はシミュレーション結果から、７２４ｍＧｐｐとなる。図１５はこの１０Ａｒｍｓを基準に理想値と実測値の誤差を示し、５Ｖ電源で１０Ａｒｍｓ時に１Ｖｐｐとなるように調整したため、上限は４０Ａｒｍｓとした。精度として、０．２Ａｒｍｓ以上で±１％以内の誤差が保証される。
【０１１４】
貫通孔１３の直径を２ｍｍとし、磁気検知ユニット１４の直線性範囲が６ガウス（Ｇ）の特性のものを使用した場合では、８０Ａｒｍｓ強の個所で越えてしまう。仮に、２００Ａｒｍｓまで対応させる場合では、貫通孔１３の直径を１ｍｍにするだけで、磁気検知ユニット１４に掛かる磁界は１／３になり、２７０Ａｒｍｓのような大電流にも同じレイアウトで可能になる。また、逆に小電流の仕様には、貫通孔１３を大きくするだけで対応できる。
【０１１５】
実施例２では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定している。しかし、図２７の変形例に示すように、一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図２４の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【０１１６】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【０１１７】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。
【０１１８】
＜実施例３＞
特開２００６−１８４２６９号公報によれば、２個の磁気検知素子を使用することで、差動検知により外乱磁界を回避しようとする提案がなされている。この特許文献では、被測定電流による磁界検知を単一の磁気センサで検知する場合の外部磁界の影響を回避するために、一次導体としてのバスバーの中央部に開口部を形成して被測定電流を分流している。そして、開口部内に２つの導体部近傍に電流からの磁界がそれぞれ逆相になるようにそれぞれ磁気検知素子を配し、差動増幅によりバスバーから発生する磁界のみを検知している。
【０１１９】
しかしながら、この方法でも一様な磁界に対する影響は排除できても、隣接して電流線が平行して流れる場合には、２つの磁気検知素子にはその外乱となる磁界が等しく印加されず、結局は磁気シールドが不可欠となる。この点を解決する方法として、非導電領域を一次導体に設けるとともに、非導電領域の近傍に１つの磁気検知素子を設けることを実施例１、２で提案した。ここで、磁気検知素子は複数であってもよい。そこで、実施例３では、複数の磁気検知素子を設ける案について説明する。
【０１２０】
図２８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【０１２１】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うため非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図２９に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１２２】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４ａ、４ｂの中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。図２８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’の磁束Ｆによる磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１２３】
使用する磁気検知素子３ａ、３ｂとして、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくないため、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。
【０１２４】
図３０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１２５】
図３１は検知回路１００Ａの構成図を示し、ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが接続されている。検知部４ａ、４ｂの両端電圧からの振幅変化を検波回路３１により取り出した後に、差動増幅回路３２で検知部４ａ、４ｂの出力に対し差動増幅が行われて、電流センサとしての出力を得る。
【０１２６】
この場合に、検知部４ａ、４ｂの出力は、感度が同じでＸ軸を挟んで対称な位置にあれば絶対値は同じになり、極性が異なるため、差動的に検知すると、出力は検知部４ａ又は４ｂの絶対値の２倍となる。また、外来の磁界ノイズは狭い範囲にある検知部４ａ、４ｂでは同相となり、検知部４ａ、４ｂの出力を差動的に捉えることにより、磁界ノイズは相殺されて、電流センサの出力に重畳されることはなく、迂回電流のベクトル成分Ｈｙのみが測定されることになる。なお、磁気検知素子の出力を差動的に検知するには、少なくとも２個の検知部を用いればよい。
【０１２７】
なお、図３１と図１５とを比較すれば明らかなように、ブリッジ回路を形成している４つの抵抗が検知部に置き換わることになる。たとえば、３つの検知部を採用するのであれば、４つある抵抗のうちの３つの抵抗が検知部に置換される。さらに、４つの検知部を採用するのであれば、すべての抵抗が検知部に置換されることになる。
【０１２８】
図２８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。
【０１２９】
図３２はこの場合の変形例を示し、磁気検知素子３ａは第１象限に、磁気検知素子３ｂは第２象限に設け、Ｙ軸に対して対称的に配置した場合においても同様の結果が得られる。迂回電流Ｉａによる磁界ベクトル成分Ｈｃ１は第１象限と第２象限においてＹ軸に関して対象ともなっている。従って、磁気検知素子３ａ、３ｂを第１象限、第２象限にそれぞれ配置し、絶対値が等しく極性が逆のＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙをそれぞれ検知することができる。この場合においては、隣接して平行する電流線の影響は僅かに受けるが、磁気検知素子３同士の間隔が狭いために、ほぼ磁界ノイズを差動検知により相殺することができる。
【０１３０】
＜実施例４＞
磁気検知素子である磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない場合には、一次導体１の貫通孔２の径だけで測定レンジを調整できることが好ましい。
【０１３１】
図３３は実施例４の電流センサの構成図である。図２８における磁気検知素子３、４の検知部４ａ、４ｂの距離は短いことから、同一の素子基板６にＸ軸に関して対称に配置した磁気検知素子３ａ、３ｂを一体型として取り付けた磁気検知ユニット７とされ、性能のばらつきが抑制可能となっている。
【０１３２】
図３４の変形例に示すように、一次導体１のＸ軸の正の領域だけ使う発想で、幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を利用できる。この切欠孔８によっても、図２８に示すように貫通孔２を設けた場合と同様に測定が可能である。なお、迂回電流をＸ軸に関して対称的に流すためには、切欠孔８はＸ軸に関して対称形であることが必要である。
【０１３３】
図３５は他の変形例の構成図である。４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知ユニット７において、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置し、４素子によりブリッジ構成として動作させると、更にＳ／Ｎを向上させることができる。このように、貫通孔２の両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１３４】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１３５】
＜実施例５＞
図３６は実施例３の電流センサの構成図である。厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図３３と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１３６】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１３７】
検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍだけオフセットされ、検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔は、ｄｙ＝３ｍｍとし、貫通孔１３の中心Ｏから幅方向に延びるＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１３８】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図３６では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａ→１５ｃ及び電極１５ｂ→１５ｃの流れにより高周波パルスを印加する。
【０１３９】
磁気検知ユニット１４はＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸を設けておき、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【０１４０】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１４１】
実施例５では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定した。しかし、図３７の変形例に示すように一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図３６の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【０１４２】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【０１４３】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。そして、これらの非導電領域はＸ軸に関しその両側で形状が対称であることが必要である。
【０１４４】
＜実施例６＞
実施例１ないし実施例５では、方向変更領域として非導電領域を採用した。つまり、実施例１ないし実施例５は、電流が非導電領域を迂回して流れることで発生する歪み磁界を検知し、検知した磁界から電流量を推定する発明である。実施例１ないし実施例５において共通した概念は、電流が非直線的に流れることを促進する領域を一次導体に設けることである。つまり、電流の流れる方向を曲げることができるのであれば、必ずしも非導電領域である必要はない。そこで、実施例６では、方向変更領域についての他の例について説明する。
【０１４５】
図３８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例６の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れる。一次導体１の形態は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【０１４６】
一次導体１のうち磁界の検知対象とする部分（主要部）は、長さがＬで幅がＷ０で形成された矩形状の部分である。主要部において、電流が流れる後方と前方にはそれぞれ幅Ｗ１、Ｗ２の入口９ａ、出口９ｂが形成されている。幅Ｗ１、Ｗ２はいずれも幅Ｗ０よりも狭い。説明を判りやすくするため、入口９ａ、出口９ｂを幅Ｗ０に対して中央に設置しておく。
【０１４７】
一次導体１に座標軸を設定する。ここでは、磁気検知部の中心を原点Ｏとする。図３８および図３９が示すように、入口９ａ、出口９ｂを結ぶ線であって、磁気検知部の幅Ｗ０を２分割する直線と、磁気検知部の長さＬを２分割する直線との交点を原点Ｏとしている。他の実施例と同様に、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１４８】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。なお、実施例１、２と同様に、磁気検知素子は１つでもよい。磁気検知素子３ａ、３ｂの構成は実施例１乃至５と同様である。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、磁気検知素子３ａ、３ｂが配置される。検知部４ａ、４ｂの中心位置は、原点Ｏの中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙ１、ｄｙ２ずつずらした個所に配置されている。
【０１４９】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向く。そのため、一次導体１の幅方向を向く電流成分がない個所、つまり原点Ｏを通るＸ軸上ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場ＨＣ１ができる。
【０１５０】
しかし、原点Ｏよりもその電流が流れる前後方向でずれた位置での電流は、入口９ａ、出口９ｂに向けてＹ軸方向に対し傾いて流れる電流成分を持っている。これによって、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙが発生し、Ｈｃ２、Ｈｃ３のように磁場が蛇行する。Ｈｃ２、Ｈｃ３の磁場は、Ｘ軸に対して線対称である。ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで逆極性になっている。
【０１５１】
図３８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１５２】
磁気検知素子３ａ、３ｂが、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知すると電流の推定精度が低下する。そのため、磁気検知素子３ａ、３ｂとしては、たとえば、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子がある。実施例６では磁気検知素子３ａ、３ｂとして磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列されている。両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化がセンサ信号として得られる。バイアス磁界が必要な場合は、不図示ではあるが、磁気検知素子３ａ、３ｂに近接した磁石または巻回したコイルにより印加する。
【０１５３】
図４０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、たとえば、発生する磁界の大小調整、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上必要なスペース、空間距離、および、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１５４】
電流検知装置として機能する検知回路１００Ａの構成は、図３１に示した回路構成を採用できる。なぜなら、電流の流れる方向を変更する領域方向変更領域の具体的な構成が変わったとしても、本発明の電流検知装置の基本的な部分はそのまま使用できるからである。
【０１５５】
図４１，図４２，図４３及び図４４、並びに、図４５は狭い出入口からの拡散電流に係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍの断面で、入口９ａ、出口９ｂは間隔Ｌを７．５ｍｍとし、その幅方向の位置を幅Ｗ０の中央にする。入口９ａ、出口９ｂの幅をＷ１＝Ｗ２＝ｄとして、ｄ＝０．８、 １．２、 ２．４、 ３．６ｍｍと振って、一次導体の表面（高さＨ＝１．６ｍｍ）で、電流が流れる主方向の磁界Ｈｙを計算した。被測定電流Ｉは１アンペア（Ａ）とした。
【０１５６】
図４１ないし図４１Ｄは、ｄ＝０．８、 １．２、 ２．４、 ３．６ｍｍのそれぞれにおけるシミュレーション結果である。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【０１５７】
ピーク位置Ｐは、Ｙ方向が２．５ｍｍでほぼ変わらず、Ｘ方向は出入口の幅が広くなるに連れて１．７ｍｍから２．１５ｍｍまで緩やかに移動している。
【０１５８】
出入口からのＹ方向の距離をＬとする。ピーク位置Ｐは、Ｌ＝７．５ｍｍで１．２５（＝Ｌ／２−２．５）ｍｍにあるが、Ｌ＝１１．５ｍｍで計算したところでも１．３５ｍｍとなり、両者は大きくは変わらない。実用的な距離Ｌの寸法としては、ピークが明確に形成でき、かつ、隣接の逆相となるピークと干渉しないことを考慮して決定する。たとえば、距離Ｌは、１．２５ｍｍの４倍の５ｍｍ以上は確保すべきである。
【０１５９】
図４５はピーク位置での磁界Ｈｙを示したグラフである。図４５によれば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１とＷ０との比が１０％（Ｗ０＝８ｍｍ、ｄ＝０．８ｍｍ）では、１Ａあたり０．０８ガウスの磁界を発生していることがわかる。ミリガウス以下を検知できる磁気検知素子では、ピーク位置に置くことで１Ａ以下の小さな被対象電流でも十分なＳ／Ｎで検知できる。
【０１６０】
入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を広げていくと、幅方向に広がる電流成分が減ることで、急激に磁界Ｈｙが下がる。よって、大電流を検知するには幅Ｗ１、Ｗ２を広げればよい。幅Ｗ１とＷ０との比が１００％、つまりｄ＝８ｍｍでは、磁界がゼロになる。これは、大電流に対しての調整範囲を広く取れることを意味する。以上のことより、Ｘ＝２ｍｍ、Ｙ＝２．５ｍｍのところに磁気検知素子を固定すれば、幅Ｗ１、Ｗ２を変えるだけでいろいろな電流検知範囲の仕様に対応できることを意味する。
【０１６１】
このような特性は、磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない素子には極めて都合が良い。生産性でも、素子の位置を固定しておいて、一次導体の出入口の幅を変えたものを数種類用意しておくことで、各種電流仕様に対応でき、電流センサのコスト低減に大きく寄与するだろう。
【０１６２】
図３８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けている。しかし、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。図４６は、磁気検知素子３ａを第１象限に配置し、磁気検知素子３ｂを第２象限に配置した例を紙滅している。図４７は、全ての象限に磁気検知素子を設けた例を示している。
【０１６３】
図４７では、４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知素子ユニットにおいて、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置している。さらに、図３１に示したように検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをブリッジ構成として動作させると、検知回路１００ＡのＳ／Ｎを向上させることができる。このように、２原点Ｏの両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１６４】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１６５】
入口９ａ、出口９ｂが一次導体１の幅方向の中央にある場合は、素子の感度を同等に調整した素子をＸ軸又はＹ軸に対称に設置して差動動作させることで、一次導体１からの磁界による出力は２倍となり、同相の外部磁界はキャンセルされることになる。
【０１６６】
図４８は変形例を示している。入口９ａに至る導体の幅や、出口９ｂ以降の導体の幅が細すぎると、大電流印加時に発熱の問題が発生するかもしれない。そこで、図４８が示すように、電流の出入口をスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで規制することで、発熱自体を抑えることができるとともに、熱拡散も良くすることができるだろう。なお、図４８から、一次導体１にスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを入れることで、上述した主要部、入口９ａ、および、出口９ｂが形成されていることを理解できよう。
【０１６７】
＜実施例７＞
実施例６では、座標位置で（２， ２．５）と（２， −２．５）の付近にそれぞれ磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂを置けば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を変えることだけで被測定電流の仕様に対応できることを示した。別の方法としては入口９ａ、出口９ｂの配置位置を一次導体１の幅方向にオフセットさせても良い。図４９にそのレイアウトを示す。図３９のレイアウトから、入口９ａ、出口９ｂを幅方向にｄｗだけずらしたものである。これにより、電流の広がりが変わるため、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが配置された位置での磁界の方向を変えることができる。
【０１６８】
図５０は、実施例７についてＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１のＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍである。入口９ａ、出口９ｂは幅Ｗ１、Ｗ２ともに１．２ｍｍである。磁気検知部である一次導体１のＹ軸方向の長さＬを７．５ｍｍとしている。実施例６のように入口９ａ、出口９ｂの位置が幅Ｗ０の中央にした状態では、オフセット量ｄｗ＝０である。実施例７ではオフセット量ｄｗ＝−２、 −１、 ０、 １、 ２ｍｍのそれぞれについてシミュレーションを行った。
【０１６９】
磁気検知素子３ａの座標位置をＸ＝２、Ｙ＝２．５ｍｍに固定している。電流が主に流れる方向の磁界成分Ｈｙの磁界は、図５０が示すとおり、オフセット量がマイナスになると調整シロが少ない。一方、オフセット量がプラスになると、つまり入口９ａ、出口９ｂと磁気検知素子との距離が縮まると、急激に磁界が低下し、反対の極性にまでいたる。よって、オフセット量がプラスになる領域では、磁界成分Ｈｙを大幅に調整可能である。
【０１７０】
＜実施例８＞
図５１は実施例８の電流センサの構成図である。センサ基板１１は、ガラスエポキシ材であり、その厚さ１．６ｍｍである。センサ基板１１の片面に一次導体１２が設けられている。一次導体１２は、Ｘ軸方向の幅８ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが７．５ｍｍで、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍの銅パターンである。Ｘ、Ｙ軸の原点Ｏは一次導体１２の中心に設定する。
【０１７１】
一次導体１２の入口９ａ、出口９ｂは、Ｘ軸方向の幅Ｗの中央から幅Ｗ１＝Ｗ２＝１．２ｍｍでＹ軸に沿って引き出されている。入口９ａ、出口９ｂを１．２ｍｍの幅のままで長く引き出すと、大電流側では発熱が発生するかもしれない。そこで、実験では入口９ａ、出口９ｂの直ぐ近くで、芯線径１．６ｍｍのケーブル線を半田付けして、被測定電流を印加した。
【０１７２】
センサ基板１１の他面には、２つの磁気検知素子が一体化された磁気検知ユニット１４が配置されている。磁気検知ユニット１４からは半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１７３】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられている。Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い並列に配置された１１本のパターンにより構成されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１７４】
図５１が示すように、検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝２ｍｍだけオフセットされている。検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔ｄｙは５ｍｍとしている。このように、磁気検知ユニット１４はＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１７５】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれている。直列につながれた磁性薄膜パターンの両端はそれぞれの電極に接続されている。図５１が示すように、磁性薄膜パターンの端部は、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、検知回路１００Ａに接続されている。図５１では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａから電極１５ｃと、電極１５ｂから電極１５ｃとをペアとして高周波パルスを印加する。
【０１７６】
磁気検知ユニット１４にはＸ軸方向（幅方向）に磁化容易軸を設けておく。高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。それぞれの素子のバイアス磁界や回路ゲインを、相対的に差が出ないよう合わせておくと、差動検知の効果が高まる。
【０１７７】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２の端から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置した。１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を銅棒１８に流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定を行った。磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで、差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１７８】
図５２には、一次導体１の入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１（＝Ｗ２）を１．２ｍｍと４．８ｍｍとしたときの測定電流と出力電圧との関係を示す。なお、検知回路１００Ａを５Ｖの単電源で駆動したため、測定電流０Ａに対する出力電圧を２．５Ｖに合わせてある。
【０１７９】
図４５で示したように素子に掛かるＹ方向の磁界Ｈｙは、１Ａあたり０．０７８ガウスであり、前述の直線性が±３ガウスの範囲で確保されたセンサでは、±３８．５Ａを越えると直線性が低下することになる。図５２に示した実測データでも４０Ａを越えたあたりから直線精度が低下していることが判る。この条件では、±４０Ａの仕様となる。
【０１８０】
直線性の良い範囲を広げるためには、入口９ａ、出口９ｂの幅を大きくすれば良い。幅Ｗ１、Ｗ２を４．８ｍｍにしたものは、磁界Ｈｙは１Ａあたり０．０３８ガウスとなり、±７９Ａまでは直線精度が確保されることになり、実測のデータでも±８０Ａで直線精度が確保されていることが判る。感度の差は、差動増幅のゲインで調整すればよい。
【０１８１】
このことは使用する磁気検知素子や回路構成を同じにして、電流の出入口の幅だけを変えることで、所望の測定電流範囲で直線精度を確保することができることを意味する。
【０１８２】
実施例８では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定した。しかし、図５３の変形例に示すように一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、磁気検知素子と処理回路の電気部品や端子とを実装したセンサ基板２０とを位置合わせてしてモジュール化をしておくことができる。バスバー１９は相手の基板に挿して半田付けして使えるよう、先端が細く加工されている。磁気検知ユニット１４の保持は、簡単な図示ではあるが、樹脂モールド部材のような非導電部材２４に組み付けて、位置精度と絶縁性の両方を確保しておくことができる。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を他の回路基板と接続する端子である。
【０１８３】
このような構成により、バスバー１９には電流検知部の出入口２１となる切り欠き部分の幅や位置を変えたものを何種類か用意するだけで、幅広い電流仕様に対応でき、製品の自由度が確保できる。
【０１８４】
なお、図５３に示す電流センサ２４においては、例えば、図１におけるテーブルタップ１００に対して実装されると、バスバー１９の各端子がコンセント基板２２に接続される。また、バスバー１９上には、センサ基板２０が配置され、このセンサ基板２０上には磁気検知ユニット１４、及びロジック回路・オペアンプ、ロジック回路・オペアンプの電源＋３．３Ｖ、ＧＮＤ、電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔ、バイアス電位Ｖｒｅｆ１が端子２３に接続される。
【０１８５】
図５４は、図５３におけるセンサ基板２０の詳細な回路図である。ＣＲパルス発振回路１５０に対しブリッジを構成する抵抗１５３に、磁気検知ユニット１４が接続されている。検波回路１５１は、検知部の検知信号である両端電圧からの振幅変化を取り出して増幅回路１５２へ出力する。オペアンプ１５４は、振幅変化を増幅して出力する。
【０１８６】
以上で説明したように、本発明によれば、被測定電流が流れる導体の一部に被測定電流の流れる方向を主方向から別の方向に変更する方向変更領域を設けることに１つの特徴がある。さらに、本発明では、方向変更領域によって流れる方向を変更された被測定電流によって生じた磁界を磁気検知素子によって検知することに特徴がある。これにより、電流の測定対象である一次導体と平行に配置された別の導体に流れる電流が発生する磁界の影響を受けにくくなる。つまり、電流の測定精度を向上させることができる。したがって、このような電流センサ２４を図１のテーブルタップ１００に用いることで、電気機器の消費電力を正確に検知することができる。
【０１８７】
なお、方向変更領域としては、電流の流れを妨げる非導電領域がある。上述した実施例では非導電領域として孔を採用したが、当該孔に絶縁体などの非導電性の部材が挿入されていてもよい。また、貫通した孔ではなく、底のある穴であってよい。孔に代わりに穴を形成する場合は、穴の底を形成する部分の厚さは、磁界の方向を十分に変更できるよう、穴の深さに対して十分に薄くなければならない。
【０１８８】
電流は非導電性領域を迂回する迂回電流になるため、非導電性領域の近傍では磁界がひずむ。とりわけ、電流の主方向（Ｙ軸方向）にのみ磁界検知感度を有した磁気検知素子を配置すれば、Ｘ軸方向など他の方向の磁界の影響を受けないため、測定精度が向上する。
【０１８９】
測定精度を向上させるために、磁気検知素子の数は複数であってもよい。たとえば、一次導体の中心を通るＹ軸に対して線対称となるように２個の磁気検知素子を配置したり、Ｘ軸に対して線対称となるように２個の磁気検知素子を配置したりしてもよい。さらに、これらを組み合わせて、合計で４個の磁気検知素子を配置してもよい。
【０１９０】
なお、実験結果から、磁気検知素子の検知部を、非導電領域の中心からＸ軸と、Ｙ軸とでそれぞれ０．５ないし２．５ｍｍの距離だけ離した範囲に配置すると、測定精度が向上する。
【０１９１】
また、方向変更領域としては、電流が流れる一次導体の主要部に対して、主要部の幅Ｗ０よりも狭い幅Ｗ２の出口９ｂと、主要部の後方に主要部の幅Ｗ０よりも狭い幅Ｗ２の入口９ａを設けてもよい。なお、精度は低下するが、入口９ａと出口９ｂとのうちいずれか一方のみを主要部に配置してもよい。なお、磁気検知素子の配置位置や数は、非導電領域についての配置位置や数と実質的に同様であってよい。
【０１９２】
また、被測定電流の検知範囲も、非導電領域の大きさを変えるだけで、容易に調整できるため、設計の自由度も大きい。
【０１９３】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。
【０１９４】
［他の実施形態］
以上本発明を実施形態１に基づいて詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態１に限定されるものではない。例えば、図５５に示すように、上述した実施形態１のコンセント基板２２０にカレンダー機能を持つリアルタイムクロック２８６を追加してもよい。この場合、マイコン（ＣＰＵ）２８０は、図５６に示されるように、ＥＥＰＲＯＭ２８５の不揮発性メモリに測定時刻と共に電流、電力等のデータを格納する。これにより、表示機能を備えたコンピュータ等の外部装置は、図５６に示されるデータを受信し、時刻と共に電力等を表示することができる。このとき外部装置で表示されるデータは、受信したデータをそのまま表示してもよいし、適宜、グラフ等のデータに変換した２次データを表示するようにしてもよい。
【０１９５】
このような図５５に示す構成にすることにより、電気機器の使用状態をより確実に測定することができる。具体的には、パーソナルコンピュータ等の外部端末の電源がオンとなっていない場合、測定された電流値、消費電力、消費電力量等については、送信すべき外部機器で電源がオフであるから送信することができず、オフ時の測定データの欠落が生じることが想定される。これに対し、リアルタイムクロックのような、各コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段を設けつつ、コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した電気機器の消費電力に基づく消費電力情報をＥＥＰＲＯＭのような不揮発性の記憶手段に記憶させておくことにより、外部端末にデータ送信できるとき（接続状態のとき）はそのまま消費電力情報を送信し、外部端末に対してデータ送信ができないとき（接続が切断状態のとき）は記憶手段に消費電力情報を記憶させておけるので、データ通信ができる状態となったときに未転送の消費電力情報を確実に送信することができる。なお、マイコン（ＣＰＵ）は、通信が接続状態のときは、データ送信をリアルタイムに行い、接続状態から切断状態となっても各コンセントの使用時刻又は使用時間のカウントを継続してその後の送信に備えるようにしてもよいし、或いは切断状態となった後に、次の送信のために各コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめるようにすることも可能である。これにより、転送済みの消費電力情報と未転送の消費電力情報とを区別して管理することができ、後の接続状態において未転送の消費電力情報を送信することで外部端末側にて情報管理を適切に行うことができる。なお、上述した計時手段は、電流センサに設けてもよいし、電流センサを実装する基板に設けてもよいし、外部端末側に設けてもよい。
【０１９６】
また、本発明は、例えば、図５７に示すように、容量分圧による電圧測定を、ステップダウントランス１０００に置き換えてもよい。この場合、ステップダウントランス１０００は、入力ＡＣ電圧を降下させるもので、その出力はオペアンプの入力動作電圧を超えない電圧に設定される。これにより、ＡＣ入力電源の絶縁耐圧、絶縁抵抗を、容量分圧方式、抵抗分圧方式に比べ大きくできるため、安全性を増す事ができる。
【０１９７】
さらに、本発明は、例えば、図５８に示すように、図３に示される容量分圧による電圧測定を、抵抗分圧に置き換えている以外は、基本的に図３と同様である。図５８に示す回路の場合、+１．６５Vを中心として、±１００＊√２＊（３．３／１００３．３）＝±０．４６５V、即ち、分圧出力５００、５０１には±０．４６５Vが出力され、フィルタを通してオペアンプに入力される。
【０１９８】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１９９】
１００ テーブルタップ
２００ コンセントプラグ
２０１ ＡＣ＋
２０２ ＡＣ−
２１０ 配線パターン
２１１ 配線パターン
２２０ コンセント基板
２４０ コモンモードチョークコイル
２５０ 電源
２６０ コンデンサ
２７０ マルチプレクサ
２８０ マイコン（ＣＰＵ）
２９０ 通信モジュール
３００ 電源コード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、
外部電源に接続されるプラグと、
前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、
前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、
前記電流測定手段は、前記導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、前記電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、前記磁気検出素子の出力から前記被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有することを特徴とする消費電力測定装置。
【請求項２】
前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応する前記電気機器の消費電力情報を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の消費電力測定装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項２に記載の消費電力測定装置。
【請求項４】
前記電力取得手段により求めた前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を外部端末に無線により送信する送信手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消費電力測定装置。
【請求項５】
前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することを特徴とする請求項４に記載の消費電力測定装置。
【請求項６】
被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、
外部電源に接続されるプラグと、
前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、
前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、
前記電気機器の消費電力情報を外部端末に送信する送信手段とを備え、
前記送信手段は、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記外部端末に送信することを特徴とする消費電力測定装置。
【請求項７】
前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することを特徴とする請求項６に記載の消費電力測定装置。
【請求項８】
前記計時手段は、前記送信手段と前記外部端末との接続が切断状態に移行後から前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめることを特徴とする請求項６又は７に記載の消費電力測定装置。
【請求項９】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の消費電力測定装置。
【請求項１０】
被測定対象となる電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置と、前記消費電力測定装置に接続されて当該消費電力測定装置から送信される前記電気機器の消費電力を表示する表示装置とを備えた消費電力管理システムであって、
前記消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信する送信手段とを備えており、
前記消費電力測定装置は、前記送信手段と前記表示装置との接続が接続状態に移行後に、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信することを特徴とする消費電力測定システム。
【請求項１１】
前記表示装置は、ディスプレイを有する携帯型端末装置であることを特徴とする請求項１０記載の消費電力測定システム。
【請求項１２】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の消費電力測定システム。
【請求項１】
被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、
外部電源に接続されるプラグと、
前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、
前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段とを備え、
前記電流測定手段は、前記導体を流れる被測定電流の流れ方向を別の方向に変更する電流方向変更領域と、前記電流方向変更領域により電流方向が変更された被測定電流によって生じる磁気を検知する磁気検知素子と、前記磁気検出素子の出力から前記被測定電流の電流値を求める電流値取得手段とを有することを特徴とする消費電力測定装置。
【請求項２】
前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応する前記電気機器の消費電力情報を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の消費電力測定装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項２に記載の消費電力測定装置。
【請求項４】
前記電力取得手段により求めた前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を外部端末に無線により送信する送信手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消費電力測定装置。
【請求項５】
前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することを特徴とする請求項４に記載の消費電力測定装置。
【請求項６】
被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、
外部電源に接続されるプラグと、
前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、
前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、
前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、
前記電気機器の消費電力情報を外部端末に送信する送信手段とを備え、
前記送信手段は、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記外部端末に送信することを特徴とする消費電力測定装置。
【請求項７】
前記送信手段は、前記外部端末との接続が切断状態から接続状態に移行後に、前記外部端末に未送信の前記電気機器の消費電力情報を送信することを特徴とする請求項６に記載の消費電力測定装置。
【請求項８】
前記計時手段は、前記送信手段と前記外部端末との接続が切断状態に移行後から前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計りはじめることを特徴とする請求項６又は７に記載の消費電力測定装置。
【請求項９】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の消費電力測定装置。
【請求項１０】
被測定対象となる電気機器の消費電力を測定する消費電力測定装置と、前記消費電力測定装置に接続されて当該消費電力測定装置から送信される前記電気機器の消費電力を表示する表示装置とを備えた消費電力管理システムであって、
前記消費電力測定装置は、被測定対象となる電気機器が接続されるコンセントと、外部電源に接続されるプラグと、前記コンセント及びプラグの間を接続する導体と、前記導体に印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記導体を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段から得られる電圧値と前記電流測定手段から得られる電流値とに基づいて、前記電気機器の消費電力を求める電力取得手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間を計る計時手段と、前記コンセントの使用時刻又は使用時間に対応した前記電気機器の消費電力に基づく消費電力情報を記憶する記憶手段と、前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信する送信手段とを備えており、
前記消費電力測定装置は、前記送信手段と前記表示装置との接続が接続状態に移行後に、前記記憶手段内から前記電気機器の消費電力情報を前記表示装置に送信することを特徴とする消費電力測定システム。
【請求項１１】
前記表示装置は、ディスプレイを有する携帯型端末装置であることを特徴とする請求項１０記載の消費電力測定システム。
【請求項１２】
前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の消費電力測定システム。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【図１７】
【図１８】
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【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【公開番号】特開２０１３−１０４８２０（Ｐ２０１３−１０４８２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９９６２（Ｐ２０１１−２４９９６２）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
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