JP4029653B2 - 3-phase AC ammeter, 3-phase AC current measurement method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3相交流の電流値を測定するための電流計と、3相交流の電流値を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
直流電源を用いて3相交流モータを駆動する場合、直流電流を位相が120°づつ異なるU相、V相、W相からなる3相交流に変換するモータドライバ回路が設置されることが多い。この種のモータドライバ回路は、外部のコントローラからの指令に基づいて動作するように構成されている。モータドライバ回路の出力が所望の交流になっているか否かを検知するために、モータドライバ回路とモータ間に3相交流電流計を設け、その測定結果をコントローラにフィードバックすることが多い。
3相交流の各相の電流値を測定するために、次に挙げる技術が知られている。
第1の従来技術は、U相、V相及びW相に対応した導通路のそれぞれの周囲にコイルを設け、これらのコイルの両端に生じる電圧を測定し、これをもって各相の電流値を求めるというものである。
第2の従来技術は、U相、V相及びW相に対応した導通路のそれぞれにシャント抵抗を挿入し、これら3つのシャント抵抗に生じる電位差を測定し、これをもって各相の電流値を求めるというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
各導通路の周囲にコイルを巻回する第1の従来技術の場合、測定手段全体が大型化しやすいことに加え、製造が面倒であるという問題がある。しかも高感度化を図ろうとすると、コイルの巻回数を多くする必要があり、結果として上記の問題がいっそう顕著になる。さらにコイルは断線したりショートしたりするおそれがあるため、コイルを用いた測定手段では高い信頼性を期待できないという問題もある。
また第2の従来技術では、各導通路のそれぞれにシャント抵抗を直列に挿入する必要があることから、やはり製造が面倒であるという問題がある。その上に、高感度化を図ろうとしても、おのずと限界がある。
【0004】
そこで本発明では、小型化が容易であって比較的簡単に製造でき、しかも高感度で信頼性が高い3相交流用電流計を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
3相交流の3本の導通路が通過する仮想面を想定し、その仮想面内における特定点の周囲に120°の位置関係をもって3本の導通路が略回転対称に配置されているもの仮定とする。各導通路を流れる3相交流の電流は、図2のグラフのように周期的に変化する。回転対称の中心位置に生じる磁場は、各導通路を流れる電流によって生じる磁場をベクトル合成したものとなるが、各導通路を流れる電流が図2のグラフのように120°の位相差で周期的に変化するために、回転対称の中心位置に生じる磁場は、その大きさが一定であり、一定の角速度で回転する回転磁場となる。この磁場の回転周期は、3相交流の電流変化の周期と合致する。合成磁場の大きさと方向がわかれば、各相の電流の大きさと位相が一義的に判ることになる。
本願発明者は、前記した特定点における合成磁場の回転現象に着目するとともに、この合成磁場の方向や大きさを何らかの手段によって検知してそれを利用することを想到し、これをさらに発展させて最終的に下記の本願発明を完成させるに至ったのである。
【0006】
即ち、本発明の3相交流用電流計は、3相交流が流れる互いに平行かつ相互間の距離が等しい3本の導通路と、3本の導通路に垂直な仮想面内において3本の導通路の各々から等しい距離にある特定点で直交2方向に配置された2つのMIセンサとを備え、2つのMIセンサからの2つの出力を既定の計算式によって3相交流の電流値に換算することを特徴とする(請求項1)。
この3相交流用電流計は、互いに平行かつ相互間の距離が等しい3本の導通路に3相交流を流し、3本の導通路に垂直な仮想面内において3本の導通路の各々から等しい距離にある特定点で3相交流が発生する回転磁場を直交に配置された2つのMIセンサによって検知するとともに、その2つのMIセンサからの2つの出力を既定の計算式によって3相交流の電流値に換算する(請求項6)。
上記の装置と方法によると、特定点上に直交して配置された2つのMIセンサを用いることにより、仮想面内の直交2方向の磁場を測定することができるために、その時点での合成磁場の方向や大きさを検知することができる。合成磁場の方向から、各相の電流変化の位相を一義的に決定することができ、合成磁場の大きさから各相の電流振幅を一義的に決定することができる。
上記の装置と方法によると、特定点上に直交して配置された2つのMIセンサを用いることにより、仮想面内の直交2方向の磁場を測定することができるために、その時点で合成磁場の方向や大きさを検知することができる。合成磁場の方向から、各相の電流変化の位相を一義的に決定することができ、合成磁場の大きさから各相の電流振幅を一義的に決定することができる。
【0007】
本発明の電流計では超高感度なMIセンサを用いているため、合成磁場の大きさが非常に小さいものであったとしても、その大きさと方向を確実に検出することができ、感度に優れた電流計を提供することができる。さらに本発明の電流計では、大型化や故障発生の原因となる電圧検出用コイルを必須構成要素としていないため、全体の小型化が容易でありかつ信頼性に優れたものとなる。また、電圧検出用コイルやシャント抵抗が要らないことから、電流計を比較的簡単に製造することができる。
【0008】
本明細書でいう「MIセンサ」は、いわゆる磁気インピーダンス効果(MI効果)を利用した、超高感度な磁気センサをいう。MI効果とは次のようなものをいう。即ち、細長い高透磁率金属に高周波電流またはパルス電流を通電すると、金属に表皮効果が生じる。このときの電流経路の深さδの二乗は、電気抵抗率ρに比例する反面、高周波電流の角周波数ω、電流によって生じる磁界方向での透磁率μに反比例する。そこで、電流経路の深さδは、外部磁界Hexに起因する透磁率μの変化によって変化する。そのために、電気抵抗とインダクタンスの変化が同レベルになり、インピーダンスZの大きさが外部磁界Hexによって変化することになる。インピーダンスZの大きさの変化率は、例えばアモルファスワイヤでは1エルステッドあたり100%にすることが容易であり、このような電磁気現象をMI効果と称しているのである。
【0009】
応用磁気の分野においては、GMR(巨大磁気抵抗)効果と呼ばれる電磁気現象が知られており、最近ではこの効果を利用した磁気センサも一部では提案されているが、MI効果を利用した磁気センサのほうが高い感度を実現することが可能である。なお、MI効果を利用した磁気センサは、消費電力が極めて小さいことに加え、高周波電流が磁気変調のキャリアとなるために応答性も非常に速い。
【0010】
本発明の3相交流電流計では、各導通路が仮想面を1回通過するだけでも電流を計測することができる(請求項2)。
この場合、導通路を形成する導電性材料が直線的で単純な形状でよいため、より簡単にかつ安価に製造可能となり、小型化も容易となる。また、巻いた部分のない単純形状の導通路であれば、インピーダンスの影響もうけにくい。よって、極めて応答性に優れたものとなり、測定精度をいっそう高くすることができる。
【0011】
各導通路は、巻回数がワンターン以下となるように形成された折返し部を有するとともに、折返し部の両端において仮想面を2回通過するように配置されていてもよい(請求項3)。
この場合、導通路が仮想面を2回通過する構成であるため、導通路が仮想面を1回のみ通過する構成に比べて、大きな合成磁場が発生する。よって、同じ性能のMIセンサを用いた場合であっても、より大きなセンサ出力を得ることができ、さらなる高感度化を達成することができる。なお、巻回数がせいぜいワンターン以下であるため、簡単に製造できコスト増もそれほど伴わない。
【0012】
MIセンサが、3相交流を出力する手段と3相交流によって作動する負荷とを接続するコネクタ内に収容されていることが好ましい(請求項4)。
MIセンサは小型であっても超高感度という特長があるため、コネクタ内に無理なく収容することができる。
【0013】
各導通路がバスバーによって構成されるとともに、これらのバスバーがMIセンサを中心として回転対称になるように配置されていることが好ましい(請求項5)。
このように配置することで、大きさが安定したセンシングに理想的な合成磁場を発生させることができ、測定精度をいっそう高くすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
後記する本発明の実施例の主要な特徴を記載する。
(形態1)導通路である3本のバスバーを備えるとともに、そのうちの2本は、仮想面を通過する位置に捩れ部を有し、捩れ部は、特定点を中心とする仮想円の半径上にバスバーが重なり合う状態で形成されていることを特徴とする請求項5に記載の3相交流用電流計。
形態1の構成によると、仮想面を通過する位置に捩れ部を形成したことによって、上記のMIセンサによるセンシングにとって理想的な合成磁場を確実に発生させることができる。しかも、仮想面通過位置以外の位置については、必要に応じて別のバスバー配置態様を採ることができる。それゆえ、例えば既存のコネクタ内にバスバー及びMIセンサをともに収容するような構成を実現する際に好都合となる。
【0015】
【実施例】
(第1実施例) 以下、本発明を具体化した第1実施例の3相交流用電流計2について詳細に説明する。
図1は、第1実施例の3相交流用電流計2の概略図を示している。図2は、モータドライバ回路4から3相交流モータ6に出力されるU,V,W相の電流波形を表したグラフを示している。図3は、3相交流用電流計2の要部概略斜視図を示している。図4(a)は、3相交流用電流計2の仮想面Sにおける概略断面図を示し、(b)は3相交流用電流計2を構成する2つのMIセンサ10,12の配置関係を表した概略斜視図であり、(c)は2つのMIセンサ10,12によって検知される回転合成磁界Bを表した概略図を示している。
【0016】
図1に示されるように、モータドライバ回路4は、直流電源14及びコントローラ16に電気的に接続されている。コントローラ16は、モータドライバ回路4に所定の指令信号を出力するように構成されている。モータドライバ回路4は、その指令信号に従って動作し、直流電源14から得た直流電流を図2のグラフに示す3相交流に変換するように構成されている。モータドライバ回路4及び3相交流モータ6は、ケーブル及びコネクタ18を介して互いに電気的に接続されている。モータドライバ回路4が発生した3相交流は、ケーブル及びコネクタ18内に収容された導通路を介してモータ6内のU,V,W相の巻線にそれぞれ供給され、これによりモータ6が回転駆動するようになっている。
【0017】
本実施例の3相交流用電流計2はコネクタ18内に収容されるとともに、コントローラ16に対して電気的に接続されている。コントローラ16は、3相交流用電流計2からのセンサ出力を入力し、これに基づいてモータドライバ回路4をフィードバック制御するように構成されている。
【0018】
図3に概略的に示されるように、本実施例の3相交流用電流計2は、3相交流の導通路であるU相バスバー22、V相バスバー24及びW相バスバー26を備えている。これらのバスバー22,24,26は、例えばインサート成形等によって、コネクタ18を構成する絶縁材料28中に埋設されている。3本の直線状バスバー22,24,26は、等断面形状かつ等断面積であって、いずれも同じ方向に沿って平行に延設されている。
ここで3本のバスバー22,24,26に垂直な位置関係にあり、かつバスバー22,24,26が通過する仮想面Sを想定するとともに、その仮想面S内における一つの点を特定点Oとして定義する。なお、図4(a)は、仮想面Sにおける概略断面図を示し、(b)は上記2つのMIセンサ10,12の配置関係を表した概略斜視図を示し、(c)は2つのMIセンサ10,12によって検知される回転合成磁界Bを表した概略図を示している。
【0019】
図4(a)に示されるように、3本のバスバー22,24,26は、仮想面Sを1回のみ通過するとともに、特定点Oの周囲に120°の位置関係をもって回転対象に配置されている。V相バスバー24及びW相バスバー26は、仮想面Sの通過位置に捩れ部30を有している。捩れ部30は、特定点Oを中心とする仮想円Cの半径R上にバスバー24,26が重なり合うような状態で形成されている。従って、仮想面Sでは、等断面形状かつ等断面積のバスバー22,24,26が特定点Oから等しい距離にあって、相互間の距離が等距離となる位置に配置されており、バスバー22,24,26はいわば完全回転対称になるように配置されている。
【0020】
図4(c)においては、一例として、U相バスバー22及びV相バスバー24に紙面表側方向から裏側方向へ電流が流れ、W相バスバー26に紙面裏側方向から表側方向へ電流が流れている状態が示されている。この場合、各バスバー22,24,26のそれぞれは、磁場B22,B24,B26を発生させる。図中のBは、磁場B22,B24,B26をベクトル加算した合成磁場を示している。合成磁場Bの大きさは、各バスバー22,24,26を流れる電流振幅の大きさに依存し、合成磁場Bの方向は、各バスバー22,24,26を流れる電流の周期に同期して回転する。
【0021】
図4(b)に示されるように、この3相交流用電流計2は、特定点Oの位置で直交配置された2つのMIセンサ10,12を備えている。これらMIセンサ10,12は、十字状に重ね合わせた状態で相対角度が変動しないように互いに固定されるとともに、図4(a)等に示すように、仮想面S内における特定点Oの位置に配置されている。これらMIセンサ10,12は、仮想面S内の直交2方向(X方向、Y方向)の磁場を測定する役割、言い換えると回転合成磁場Bの方向と大きさを検知する役割を果たしている。一方のMIセンサ10は、回転合成磁場BのX方向成分の大きさに比例した信号を出力し、他方のMIセンサ12は回転合成磁場BのY方向成分の大きさに比例した信号を出力する。
【0022】
「MIセンサ」とは、先に述べたとおり、MI効果を利用した超高感度な磁気センサを指す。使用するMIセンサ10,12に関して特に限定はされないが、本実施例ではアモルファスワイヤ(組成:4%Fe68%Co13%Si15%B)の周囲にピックアップ手段を設けたMI素子を用いている。これに加え、外部磁場を見かけ上打ち消す磁場状況を作るための打ち消し手段が設けられていてもよい。アモルファスワイヤは、MI素子とは別に設けられたパルス信号発生回路に電気的に接続されている。パルス信号発生回路は、直流電源回路とチョッパ回路によって構成されている。パルス信号発生回路は、アモルファスワイヤに所定のパルス電流を出力する。また、ピックアップ手段は、MI素子とは別に設けられた信号処理回路に電気的に接続されている。ピックアップ手段によってピックアップされた電流は、信号処理回路にて処理された後にセンサ出力信号として出力される。なお、このタイプのMIセンサ10,12はパルス信号で駆動されるので、消費電力が極めて小さく、せいぜい数十mW程度である。
【0023】
信号処理回路を経て得られる2つのセンサ出力信号は、図示しない演算回路に入力される。演算回路はコネクタ18内の別の位置に設けられていてもよいが、コネクタ18とは別個に設けられていてもよい。演算回路では、これら2つのセンサ出力信号に基づいて所定の計算が行われ、その結果得られた3相交流の電流値データは、最終的にコントローラ16に入力される。
MIセンサ10の出力をAとし、MIセンサ12の出力をBとし、U相、V相、W相の電流値をそれぞれiu,iv,iwとすると、これらパラメータの間には次のような関係が成り立つ。
【数1】
すなわち、次の3つの計算式が得られる。
【数2】
演算回路が上記計算式に基づいて計算を行うことにより、iu,iv,iwの値がそれぞれ求められることになる。
【0024】
本実施例の3相交流用電流計2によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
本実施例では、3相交流が発生する回転合成磁場Bを、回転対象位置で直交配置された2つのMIセンサ10,12によって検知するとともに、その検知結果に基づいて3相交流の電流値iu,iv,iwを求めるようにしている。そのために、各相のバスバー22,24,26を特定点Oの周囲に120°の位置関係をもって回転対称に配置し、さらに特定点O上に2つのMIセンサ10,12を配置している。
【0025】
超高感度なMIセンサ10,12を用いているため、回転合成磁場Bの大きさが非常に小さいものであったとしても、その変化を確実に検出することができ、感度に優れた3相交流用電流計2を提供することができる。さらに本実施例の電流計2では、大型化や故障発生の原因となる電圧検出用コイルを必須構成要素としていないため、全体の小型化が容易でありかつ信頼性に優れたものとなる。また、電圧検出用コイルやシャント抵抗が要らないことから、電圧計を比較的簡単に製造することができる。
【0026】
MIセンサを3つ用いてバスバー22,24,26を流れる電流値iu,iv,iwを個別に測定するという方法も考えられるが、本実施例によればMIセンサを1つ省略でき、その分だけ低コスト化と小型化を図ることができる。
【0027】
この3相交流電流計2では、導通路である各相のバスバー22,24,26は仮想面Sを1回のみ通過するように配置されている。従って、バスバー22,24,26が直線的で単純な形状でよくなり、金属材料の折り曲げ加工などが基本的に少なくて済むようになる。簡単かつ安価に製造可能な電流計2とすることができ、また小型化も容易な電流計2となる。また、このようなバスバー22,24,26を用いれば、巻いた部分のない単純形状の導通路となるので、基本的にインピーダンスの影響が出るようなことがなくなる。極めて応答性に優れたものとなり、これにより測定精度をいっそう高くすることができる。
【0028】
本実施例の3相交流電流計2に使用されるMIセンサ10,12は、コネクタ18内に収容されている。MIセンサ10,12は小型であっても超高感度という特長があるため、コネクタ18内に無理なく収容することができる。そして、このようなセンサ内蔵構造としたときには、センサ外付け構造としたときに比べて、全体的にすっきりとした外観となる。
【0029】
本実施例における各相のバスバー22,24,26は、仮想面S内にてMIセンサ10,12を中心として完全回転対称になるように配置されている。そのために具体的には、2つのバスバー24,26には捩れ部30が形成されている。捩れ部30は、特定点Oを中心とする仮想円Cの半径R上にバスバー24,26が重なり合うような状態で形成されている。従って、このような配置を採用したことにより、大きさの安定した、センシングに理想的な回転合成磁場Bを発生させることができ、測定精度をいっそう高くすることができる。しかも、仮想面通過位置以外の位置については、必要に応じて別のバスバー配置態様を採ることができる。本実施例では、図示しない相手側コネクタ形状に合わせて、バスバー22,24,26の幅方向(短手方向)が同じ方向を向くような配置態様としている。それゆえ、例えば既存のコネクタ18内に、バスバー22,24,26及びMIセンサ10,12をともに収容するような構成を実現する際に好都合なものとなる。
【0030】
(第2実施例)
次に、第2実施例の3相交流電流計42について説明する。図5は、この3相交流用電流計42に用いられるバスバー22,24,26の要部概略斜視図を示している。図6は、3相交流用電流計42の要部概略斜視図を示している。なお同図では各バスバー22,24,26を幅のない単なる曲線で概略的に描いている。図7(a)は、仮想面Sにおける概略断面図、(b)は2つのMIセンサ10,12によって検知される回転合成磁界Bを表した概略図を示している。
図5に示されるように、本実施例のバスバー22,24,26は、第1実施例のときとは形状が異なっており、具体的には略U字状に形成された折返し部44をその一箇所に備えている。略U字状に形成されたバスバーの巻回数は1ターン弱である。各バスバー22,24,26は、折返し部44の両端において仮想面Sを2回通過するように配置されている。本実施例においても、各バスバー22,24,26は、図7(a)に示すように、仮想面S内にてMIセンサ10,12のある特定点Oを中心として完全回転対称となっている。
【0031】
このように構成された3相交流用電流計42は、第1実施例のときと同様の基本構成を備えているので、小型化が容易であって比較的簡単に製造でき、しかも感度・信頼性が高いものとなる。
【0032】
また本実施例では各バスバー22,24,26が仮想面Sを2回通過する構成を採用しているため、仮想面Sを1回のみ通過する第1実施例の構成に比べて、大きな回転合成磁場Bが発生する。よって、同じ性能のMIセンサ10,12を用いた場合であっても、より大きなセンサ出力を得ることができ、さらなる高感度化を達成することができる。なお、この構成であれば、巻回数がせいぜいワンターン以下であるため簡単に製造できコスト増もそれほど伴わない。
【0033】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
・例えば、図8に示す別の実施例の3相交流用電流計52のようなバスバー配置態様にしてもよい。ここでは、各バスバー22,24,26の厚さ方向が、特定点Oを中心とする仮想円Cの半径R方向に対して平行になっている。
・第1、第2実施例では、導通路として断面長方形状のバスバー22,24,26を用いていたが、これに限定されることはない。例えば、図9に示す別の実施例の3相交流用電流計62のように、断面略円形状の電線64などを用いることも勿論可能である。
・第1、第2実施例ではMIセンサ10,12をコネクタ18に内蔵した構成を採用したが、これに限定されることはなく、MIセンサ10,12がコネクタ18以外のもの(例えばケーブル等)に内蔵されている構成とすることもできる。あるいは、MIセンサ10,12がコネクタ18やケーブルに内蔵されていない構成を採用することも可能である。
・第1実施例ではバスバー24,26には捩れ部30が形成されていたが、これを省略した構成としてもよい。
【0034】
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した第1実施例の3相交流用電流計の概略図を示す。
【図2】第1実施例において、モータドライバ回路から3相交流モータに出力されるU,V,W相の波形を表したグラフを示す。
【図3】第1実施例の3相交流用電流計の要部概略斜視図を示す。
【図4】(a)は第1実施例の3相交流用電流計の仮想面における概略断面図、(b)は3相交流用電流計を構成する2つのMIセンサの配置関係を表した概略斜視図、(c)は2つのMIセンサによって検知される回転合成磁界を表した概略図を示す。
【図5】第2実施例の3相交流用電流計に用いられるバスバーの要部概略斜視図を示す。
【図6】第2実施例の3相交流用電流計の要部概略斜視図を示す。
【図7】(a)は第2実施例の3相交流用電流計の仮想面における概略断面図、(b)は2つのMIセンサによって検知される回転合成磁界を表した概略図を示す。
【図8】別の実施例の電流計の要部概略断面図を示す。
【図9】別の実施例の電流計の要部概略断面図を示す。
【符号の説明】
2,42,52,62:3相交流用電流計
4:3相交流を出力する手段であるモータドライバ回路
6:負荷として3相交流モータ
10,12:MIセンサ
18:コネクタ
22:導通路としてのU相バスバー
24:導通路としてのV相バスバー
26:導通路としてのW相バスバー
30:捩れ部
44:折返し部
64:導通路としての電線
S:仮想面
O:特定点
C:仮想円
R:半径
iu,iv,iw:3相交流の電流値
B:回転合成磁場[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ammeter for measuring a three-phase alternating current value and a method for measuring a three-phase alternating current value.
[0002]
[Prior art]
When a three-phase AC motor is driven using a DC power supply, a motor driver circuit that converts a DC current into a three-phase AC composed of a U phase, a V phase, and a W phase that are different in phase by 120 ° is often installed. This type of motor driver circuit is configured to operate based on a command from an external controller. In order to detect whether the output of the motor driver circuit is a desired alternating current, a three-phase alternating current ammeter is often provided between the motor driver circuit and the motor, and the measurement result is often fed back to the controller.
In order to measure the current value of each phase of the three-phase alternating current, the following techniques are known.
In the first prior art, coils are provided around each of the conduction paths corresponding to the U phase, V phase, and W phase, the voltages generated at both ends of these coils are measured, and the current value of each phase is obtained therefrom. That's it.
In the second prior art, a shunt resistor is inserted in each of the conduction paths corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, a potential difference generated in these three shunt resistors is measured, and a current value of each phase is obtained therefrom. That's it.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the first prior art in which the coil is wound around each conduction path, there is a problem that the whole measuring means is easily increased in size and that the manufacturing is troublesome. In addition, in order to increase the sensitivity, it is necessary to increase the number of turns of the coil, and as a result, the above problem becomes more remarkable. Further, since the coil may be disconnected or short-circuited, there is a problem that high reliability cannot be expected with the measuring means using the coil.
Further, in the second prior art, since it is necessary to insert a shunt resistor in series with each of the conduction paths, there is also a problem that the manufacturing is troublesome. On top of that, there is a limit to the increase in sensitivity.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-phase AC ammeter that is easy to downsize, can be manufactured relatively easily, and is highly sensitive and highly reliable.
[0005]
[Means for solving the problem, operation and effect]
Assuming a virtual plane through which three conduction paths of three-phase alternating current pass, the three conduction paths are arranged approximately rotationally symmetrically with a 120 ° positional relationship around a specific point in the virtual plane. And The three-phase alternating current flowing through each conduction path changes periodically as shown in the graph of FIG. The magnetic field generated at the rotationally symmetric central position is a vector synthesis of the magnetic fields generated by the currents flowing through the respective conduction paths, but the currents flowing through the respective conduction paths are cyclic with a phase difference of 120 ° as shown in the graph of FIG. Therefore, the magnetic field generated at the rotationally symmetrical center position is a constant magnetic field, and becomes a rotating magnetic field that rotates at a constant angular velocity. The rotation period of this magnetic field coincides with the current change period of the three-phase alternating current. If the magnitude and direction of the synthesized magnetic field are known, the magnitude and phase of the current in each phase can be uniquely determined.
The inventor of the present application pays attention to the rotation phenomenon of the synthetic magnetic field at the specific point described above, and also conceived that the direction and magnitude of the synthetic magnetic field is detected by some means and uses it, and further develops this. Finally, the following invention of the present application has been completed.
[0006]
That is, the ammeter for three-phase alternating current of the present invention includes three conductive paths that are parallel to each other and in which the distance between them is equal , and three conductive lines in a virtual plane that is perpendicular to the three conductive paths. Two MI sensors arranged in two orthogonal directions at a specific point at an equal distance from each of the passages, and two outputs from the two MI sensors are converted into a three-phase AC current value by a predetermined calculation formula (Claim 1).
This three-phase alternating current ammeter allows three-phase alternating current to flow through three conductive paths that are parallel to each other and have the same distance from each other, and from each of the three conductive paths in a virtual plane perpendicular to the three conductive paths. A rotating magnetic field in which a three-phase alternating current is generated at a specific point at an equal distance is detected by two orthogonally arranged MI sensors, and two outputs from the two MI sensors are detected by a predetermined calculation formula. It converts into an electric current value (Claim 6).
According to the above apparatus and method, by using two MI sensors arranged orthogonally on a specific point, magnetic fields in two orthogonal directions in a virtual plane can be measured. The direction and magnitude of the magnetic field can be detected. The phase of the current change in each phase can be uniquely determined from the direction of the synthesized magnetic field, and the current amplitude of each phase can be uniquely determined from the magnitude of the synthesized magnetic field.
According to the above apparatus and method, by using two MI sensors arranged orthogonally on a specific point, magnetic fields in two orthogonal directions in the virtual plane can be measured. The direction and size of can be detected. The phase of the current change in each phase can be uniquely determined from the direction of the synthesized magnetic field, and the current amplitude of each phase can be uniquely determined from the magnitude of the synthesized magnetic field.
[0007]
Since the ammeter of the present invention uses an ultrasensitive MI sensor, even if the magnitude of the synthesized magnetic field is very small, the magnitude and direction can be reliably detected, and the sensitivity is excellent. An ammeter can be provided. Furthermore, in the ammeter of the present invention, the voltage detection coil that causes an increase in size and the occurrence of a failure is not an essential component, so that the entire size can be easily reduced and the reliability can be improved. In addition, since no voltage detection coil or shunt resistor is required, an ammeter can be manufactured relatively easily.
[0008]
The “MI sensor” in the present specification refers to an ultrasensitive magnetic sensor using a so-called magnetic impedance effect (MI effect). The MI effect is as follows. That is, when a high-frequency current or a pulse current is passed through an elongated high magnetic permeability metal, a skin effect is produced in the metal. The square of the current path depth δ at this time is proportional to the electrical resistivity ρ, but is inversely proportional to the angular frequency ω of the high-frequency current and the permeability μ in the direction of the magnetic field generated by the current. Therefore, the depth δ of the current path changes due to a change in the magnetic permeability μ caused by the external magnetic field Hex. For this reason, the electric resistance and the inductance change at the same level, and the magnitude of the impedance Z changes with the external magnetic field Hex. The rate of change in the magnitude of the impedance Z can easily be set to 100% per Oersted for an amorphous wire, for example, and such an electromagnetic phenomenon is referred to as the MI effect.
[0009]
In the field of applied magnetism, an electromagnetic phenomenon called GMR (giant magnetoresistance) effect is known. Recently, a magnetic sensor using this effect has been proposed in part, but a magnetic sensor using the MI effect is proposed. It is possible to achieve higher sensitivity. Note that the magnetic sensor using the MI effect has very low power consumption and also has a very fast response because a high-frequency current becomes a carrier for magnetic modulation.
[0010]
In the three-phase alternating current ammeter of the present invention, the current can be measured even if each conduction path passes through the virtual plane once (claim 2).
In this case, since the conductive material forming the conduction path may be a straight and simple shape, it can be manufactured more easily and inexpensively, and the size can be easily reduced. In addition, if the conduction path has a simple shape without a wound portion, it is difficult to influence the impedance. Therefore, the response is extremely excellent, and the measurement accuracy can be further increased.
[0011]
Each conduction path may have a folded portion formed so that the number of turns is equal to or less than one turn, and may be arranged so as to pass through the virtual surface twice at both ends of the folded portion.
In this case, since the conduction path is configured to pass through the virtual plane twice, a large combined magnetic field is generated as compared with the configuration where the conduction path passes only once through the virtual plane. Therefore, even when MI sensors having the same performance are used, a larger sensor output can be obtained, and further higher sensitivity can be achieved. In addition, since the number of windings is at most one turn or less, it can be manufactured easily and is not accompanied by much cost increase.
[0012]
The MI sensor is preferably housed in a connector that connects a means for outputting a three-phase alternating current and a load that operates by the three-phase alternating current (claim 4).
Even if the MI sensor is small, it has the feature of ultra-high sensitivity, so it can be accommodated in the connector without difficulty.
[0013]
It is preferable that each conduction path is constituted by a bus bar, and these bus bars are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the MI sensor.
By arranging in this manner, a synthetic magnetic field ideal for sensing with a stable size can be generated, and the measurement accuracy can be further increased.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The main features of the embodiments of the present invention to be described later will be described.
(Embodiment 1) It is provided with three bus bars which are conduction paths, two of which have a twisted portion at a position passing through a virtual plane, and the twisted portion is on the radius of a virtual circle centered on a specific point. The three-phase AC ammeter according to claim 5, wherein the bus bars are formed so as to overlap each other.
According to the configuration of aspect 1, by forming the twisted portion at a position passing through the virtual plane, it is possible to reliably generate a synthetic magnetic field that is ideal for sensing by the MI sensor. In addition, as for the positions other than the virtual plane passing position, another bus bar arrangement mode can be adopted as necessary. Therefore, for example, it is advantageous in realizing a configuration in which both the bus bar and the MI sensor are accommodated in an existing connector.
[0015]
【Example】
First Embodiment Hereinafter, a three-
FIG. 1 shows a schematic diagram of a three-
[0016]
As shown in FIG. 1, the motor driver circuit 4 is electrically connected to a
[0017]
The three-
[0018]
As schematically shown in FIG. 3, the three-
Here, a virtual plane S that is perpendicular to the three
[0019]
As shown in FIG. 4 (a), the three
[0020]
In FIG. 4C, as an example, a current flows through the
[0021]
As shown in FIG. 4B, the three-
[0022]
As described above, the “MI sensor” refers to an ultrasensitive magnetic sensor using the MI effect. The
[0023]
Two sensor output signals obtained through the signal processing circuit are input to an arithmetic circuit (not shown). The arithmetic circuit may be provided at a different position in the
When the output of the
[Expression 1]
That is, the following three formulas are obtained.
[Expression 2]
When the arithmetic circuit performs calculations based on the above calculation formulas, the values of iu, iv, and iw are obtained.
[0024]
According to the three-
In the present embodiment, the rotationally synthesized magnetic field B in which the three-phase alternating current is generated is detected by the two
[0025]
Since the
[0026]
A method of individually measuring the current values iu, iv, and iw flowing through the bus bars 22, 24, and 26 using three MI sensors is also conceivable. However, according to this embodiment, one MI sensor can be omitted. Only cost reduction and size reduction can be achieved.
[0027]
In this three-phase alternating
[0028]
The
[0029]
The bus bars 22, 24, and 26 of each phase in the present embodiment are disposed in the virtual plane S so as to be completely rotationally symmetric about the
[0030]
(Second embodiment)
Next, the three-
As shown in FIG. 5, the bus bars 22, 24, and 26 of the present embodiment are different in shape from those of the first embodiment. Specifically, the folded
[0031]
The three-
[0032]
Further, in this embodiment, each
[0033]
Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
-For example, you may make it a bus-bar arrangement | positioning aspect like the
In the first and second embodiments, the bus bars 22, 24, and 26 having a rectangular cross section are used as the conduction paths, but the present invention is not limited to this. For example, it is of course possible to use an
In the first and second embodiments, the configuration in which the
In the first embodiment, the
[0034]
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and has technical utility by achieving one of the purposes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a three-phase AC ammeter of a first embodiment embodying the present invention.
FIG. 2 is a graph showing U, V, and W phase waveforms output from the motor driver circuit to the three-phase AC motor in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a main part of the three-phase AC ammeter of the first embodiment.
4A is a schematic cross-sectional view in a virtual plane of the three-phase alternating current ammeter of the first embodiment, and FIG. 4B is an arrangement relationship of two MI sensors constituting the three-phase alternating current ammeter. FIG. 2C is a schematic perspective view, and FIG. 3C is a schematic diagram illustrating a rotationally synthesized magnetic field detected by two MI sensors.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a main part of a bus bar used in a three-phase AC ammeter according to a second embodiment.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a main part of a three-phase AC ammeter according to a second embodiment.
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view in a virtual plane of the three-phase AC ammeter of the second embodiment, and FIG. 7B is a schematic diagram showing a rotational synthesized magnetic field detected by two MI sensors.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a main part of an ammeter according to another embodiment.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a main part of an ammeter according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
2, 42, 52, 62: Three-phase AC ammeter 4: Motor driver circuit 6 for outputting three-phase AC 6: As a load Three-
Claims (6)
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