JP4284579B2 - 電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器 - Google Patents
電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器に関し、詳しくはシャント抵抗を用いて電流を検出する電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シャント抵抗を用いた電流の検出は、シャント抵抗に被測定電圧／電流を測定するための電流を通し、そのシャント抵抗の両端間に生じる電位差を測定することによって被測定電圧／電流を測定することは広く行われている測定手法である。
【０００３】
このような電流検出部を備えた測定機器は、図４に示すように、被測定電圧/電流を流す負荷を備えた測定部３０と、この負荷の両端から測定電流を入力して電流を検出する電流検出部４０とから構成されている。その他の構成は省略してある。
【０００４】
電流検出部４０は、抵抗体としてシャント抵抗４３を用いて電流を検出するように構成されており、測定電流Ｉｉｎを入力する電流入力端子４１ａとシャント抵抗４３を流れた出力電流Ｉｏｕｔを出力する電流出力端子４１ｂと、電流入力端子４１ａから入力された測定電流Ｉｉｎを流すシャント抵抗４３をモールド４２したシャントモールド抵抗体４４と、電流入力端子４１ａと電流出力端子４１ｂとの間であって、シャント抵抗４３の両端に接続してある接続線４５ａ、４５ｂのそれぞれと電気的に接続してある入力用導体４７ａ及び出力用導体４７ｂとから構成されている。
【０００５】
入力用導体４７ａ及び出力用導体４７ｂは、それぞれ、板部材で構成され、入力用導体４７ａは、接続線４５ａと電流入力端子４１ａとを電気的に接続した構成となっており、また、出力用導体４７ｂは、接続線４５ｂと電流出力端子４１ｂとを電気的に接続した構成となっている。
【０００６】
シャントモールド抵抗体４４は、モールドされているシャント抵抗４３から発生する熱を逃がすためにヒートシンク４６上に配置した構成となっている。
【０００７】
このような構成からなる測定機器の電流検出部４０は、測定部３０に入力された外部電源（不図示）から電流入力端子４１ａへ入力された測定電流Ｉｉｎを、入力用導体４７ａを介してシャント抵抗４３へ流し、測定電流Ｉｏｕｔとして電流出力端子４１ｂに流れる。この状態でシャント抵抗４３の両端の電位差を検出することにより、測定部３０に流れている電流/電圧を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の電流検出部においては、測定電流Ｉｉｎをシャント抵抗４３に流すことによりシャント抵抗４３自体から発熱及び磁界が発生するという現象が生じる。この現象は、シャント抵抗４３や入力用及び出力用導体４７ａ、４７ｂにおける消費電力が大きくなるとその分この現象が大きくなり、大電流測定を行う場合には特に、この発熱及び磁界の発生という現象が大なり小なり、測定に影響を与えるという問題点がある。
【０００９】
具体的には、シャント抵抗４３の発熱は、シャント抵抗４３自体の固有抵抗値を変化させてしまうため、電流測定の誤差要因となってしまう。また、入力用及び出力用導体４７ａ、４７ｂ自体の発熱は、ヒートシンク４５によるシャント抵抗４３の放熱を妨げるだけでなく、シャント抵抗４３自体を加熱してしまうため、シャント抵抗４３自体の発熱と同様に電流測定の誤差要因となる。
【００１０】
更に、シャント抵抗４３の周辺における磁界の発生は、シャント抵抗４３に誘導電流を生じさせるため、発熱と同様に電流測定の誤差要因となる。
【００１１】
また、上述した従来の電流検出部４０の構成によれば、電流測定の誤差要因となる発熱の影響を低減すべく、シャント抵抗４３で発生する熱を逃がすためにヒートシンク４６が設けられているが、シャント抵抗４３はシャントモールド４２で覆われているため、直接ヒートシンク４６に接触させて放熱させることはできない。つまり、ヒートシンク４６は、シャント抵抗４３とヒートシンク４６との間にある程度の熱抵抗が存在する状態で放熱を行っているため、シャント抵抗４３の温度上昇を効率よく抑制することが困難であるという問題も存在する。
【００１２】
従って、本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、シャント抵抗を用いる電流検出手法において、シャント抵抗の近傍に設けた導体の放熱効果及び磁界遮蔽効果をあげて電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができる電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えている測定機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器は、次に示す方法及び構成にすることである。
【００１４】
（１）モールドされたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体を放熱用ヒートシンクに配置し、該シャント抵抗の両端に接続した２つの接続線のそれぞれと、所望の測定用電流を流すことができる電流入力用端子及び電流出力用端子のそれぞれとの間に、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体のそれぞれを電気的に接続し、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出方法。
（２）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（１）記載の電流検出方法。
【００１５】
（３）検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続した入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。
（４）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（３）記載の電流検出装置。
【００１６】
（５）１次側に入力される被測定用電流に応じて２次側に２次電流の測定電流を発生するカレントトランスと、該２次電流を流すモールドしたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続する入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。
（６）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（５）記載の電流検出装置。
【００１７】
（７）被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、前記電流検出手段は、検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体配置すると共に放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に、電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。
（８）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（７）記載の電流検出装置を備えた測定機器。
【００１８】
（９）被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、前記電流検出手段は、１次側に入力される検出対象の電流に応じて２次側に２次電流を発生させるカレントトランスと、該２次側で発生した２次電流を流すシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。
（１０）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（９）記載の電流検出装置を備えた測定機器。
【００１９】
このように、電流検出装置に用いられるシャント抵抗に、電気的に直接接続され且つ電流を供給するための導体に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を設けたことにより、導体がシャント抵抗に直結した放熱器として機能し、シャント抵抗から発生する熱を逃がすことが可能となり、シャント抵抗自体の温度上昇を抑制することができる。また、入力用及び出力用導体の２つを重ねることにより、シャント抵抗を流れる電流ループ面積が小さくすることができるため、入力される電流により発生する磁界がシャント抵抗へ与える影響を小さくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器の実施形態について、電流検出部を備えた測定機器として、図面を参照して説明する。
【００２１】
本発明に係る第１の実施形態の電流検出部を備えた測定機器は、図１に示すように、電源電圧/電流を負荷Ｚに流して測定する測定部１０と、負荷Ｚから分流した測定電流をシャント抵抗に供給して、その電位差を検出して電源電圧／電流を測定する電流検出部１１とから構成されている。
【００２２】
電流検出部１１は、図１及び図２に示すように、従来技術と同様に抵抗体としてシャント抵抗３を用いて電流を検出するように構成されており、測定電流Ｉｉｎを入力する電流入力端子１ａとシャント抵抗３を流れた出力電流Ｉｏｕｔを出力する電流出力端子１ｂと、電流入力端子１ａから入力された測定電流Ｉｉｎを流すシャント抵抗３をモールド２したシャントモールド抵抗体４と、電流入力端子１ａと電流出力端子１ｂとの間に、シャント抵抗３の両端に接続してある接続線５ａ、５ｂのそれぞれと電気的に接続してある入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂとから構成されている。
【００２３】
入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂは、それぞれ、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えたものであり、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配した構造となっている。このような構造からなる入力用導体７ａは、接続線５ａと電流入力端子１ａとの間に設けられ、それぞれと電気的に接続した構成となっており、また、出力用導体４７ｂは、接続線５ｂと電流出力端子１ｂとの間に設けられ、それぞれと電気的に接続した構成となっている。ここで、入力用導体７ａが接続する部位は、コ字状に形成した起立部分の側壁面であり、また接続線５ａが接続する部位は、入力用導体７ａが接続するコ字状に形成した起立部分の反対側の起立部分の側壁面である。一方、出力用導体７ｂも同じく、その接続する部位は、コ字状に形成した起立部分の側壁面であり、また接続線５ｂが接続する部位は、入力用導体７ｂが接続するコ字状に形成した起立部分の反対側の起立部分の側壁面である。
【００２４】
また、コ字型形状に形成した入力用導体７ａは、同じくコ字型形状に形成した出力用導体７ｂに比べて大きく形成し、この入力用導体７ａのコ字状の内側であって底面部分に絶縁体８を介在させて出力用導体７ｂを同じ向きに重ねて配した構成となっている。
【００２５】
シャントモールド抵抗体４は、モールドされているシャント抵抗３から発生する熱を逃がすためにヒートシンク６上に配置した構成となっている。
【００２６】
上記構成において、入力用導体及び出力用導体７ａ、７ｂは、従来使用されていた一枚板部材をそのまま使用した導体と比較して、次に示すように形状が変更されていることにより様々な効果を有する。
【００２７】
（１）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂをコ字状の形状にすることにより、一枚板に比べ面積が広くとれると共にシャント抵抗３までの距離を短くすること、即ち、太く、短くすることができる。これにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の電力損失を一枚板に比べて少なくなり、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の発熱量が小さくなる。従って、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの発熱がシャント抵抗３の温度を上昇させる要因となることを防止することができる。
【００２８】
（２）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの形状をコの字型にすることにより、表面積、体積を大きくすることができるため、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の放熱を大きくすることができる。ここで入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは接続線５ａ、５ｂを介して直接シャント抵抗３に接続されているので、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂからシャント抵抗３で発生する熱を放出することができるため、シャント抵抗３の温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
（３）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂが上下に重なる部分、具体的にはコ字型形状に形成した底面部分を重ねて配した構造としたことにより、電流入力端子１ａ→シャント抵抗３→電流出力端子１ｂという電流ループの面積が小さくなるため、入力電流（測定電流Ｉｉｎ）により発生する磁界がシャント抵抗３に与える影響を小さくすることができる。また、重なり部分が静電シールドの働きをするので、シャント抵抗３に入ってくる静電的ノイズを減少させることもできる。
【００３０】
（４）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの上下距離を短くし、且つ重なり面積を大きくする。これにより、上記（３）の効果を更に増すことが可能となる。
【００３１】
このように、重複した説明になるが、入力用導体７ａ及び又は出力用導体７ｂの形状を変更することにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂがシャント抵抗３に直結した放熱器として働き、シャント抵抗３で発生する熱を逃がすことができるため、シャント抵抗３の温度上昇を抑制する。また、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを重ねることにより、シャント抵抗３を流れる電流ループ面積が小さくなるため、入力される電流により発生する磁界がシャント抵抗３へ与える影響をも小さくなる。すなわち、電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができ、従来と比較して、熱による誤差を減少させた電流測定を簡単且つ低コストな方法で実現することができる。
【００３２】
より具体的には、例えば、電流検出用の１ｍΩのシャント抵抗３に対し、次の２種類の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを用意する。
【００３３】
▲１▼Ｌ × Ｗ × ｔ ＝ ５０mm × １０mm × １mm （従来型）
▲２▼Ｌ × Ｗ × ｔ ＝ ５０mm × ２０mm × １mm （改善型）
【００３４】
ここで、改善型の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは、従来型の入力用及び出力用導体の半分の抵抗値を有し、２倍の体積を有する。これらの入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを用いてシャント抵抗３の温度上昇試験を行ったところ、従来型の温度上昇が１７．９℃となり、改善型の温度上昇が１６．２℃となった。すなわち、改善型の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは、幅を２倍に太くした（広くした）ことにより、１．７℃温度を下げたことになり、これは従来型の温度上昇の約１０％の改善にあたる。また、例えば、このシャント抵抗３の温度係数が２００ｐｐｍ／℃である場合、シャント抵抗３の発熱による抵抗値の上昇は、従来型が０．００３５８ｍΩ、改善型が０．００３２４ｍΩとなり、改善型は従来型と比較して３４０ｐｐｍの温度によるずれを抑制したことになる。
【００３５】
このように、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの体積を２倍にすることにより、シャント抵抗３の温度変化を改善できるのである。
【００３６】
すなわち、本実施形態によれば、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの形状を、コの字型にして表面積を大きくし、また両方の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを重ね合わせることができる形状とすることにより、シャント抵抗３の温度上昇を抑制するとともに、電流測定の誤差要因であるシャント抵抗３の発熱および発生磁界による影響をより小さくすることができる。従って、従来と比較して、発熱による誤差を減少させた電流測定を簡単且つ低コストな方法で実現することができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態の電流検出装置を備えた測定機器について、図３を参照して説明する。この測定機器は、シャント抵抗で電流を検出する手法を同じくして、カレントトランスを用いて測定電流を入力する電流検出部を備えている。
【００３８】
カレントトランスにより測定電流を得る測定機器は、図３に示すように、電源電圧/電流Ｉ１をカレントトランスＣＴに流して測定電流Ｉ２を生成する測定部１０ａと、カレントトランスＣＴで得られた測定電流Ｉ２→Ｉｉｎをシャント抵抗３に供給して、その電位差を検出して電源電圧／電流を測定する電流検出部１１とから構成されている。この電流検出部１１は、上述した第１の実施形態の測定機器の電流検出部と同じであるため、同一符号を付与してその説明は省略する。
【００３９】
カレントトランス３１は、入力電流Ｉ１を流す一次側コイルＬ１、ある決まった比率で作成されている二次側コイルＬ２から構成され、二次側コイルＬ２の両端が電流検出部の電流入力端子１ａ及び電流出力端子１ｂに接続した構成となっている。
【００４０】
このような構成からなる測定機器において、外部から一次側コイルＬ１に入力した入力電流Ｉ１は、カレントトランス３１を介して、例えば入力電流の５００分の１の大きさに変流され、二次側コイルＬ２に２次電流Ｉ２を発生させる。２次電流Ｉ２は、測定電流Ｉｉｎとして、電流入力端子１ａ及び入力用導体７ａを通過してシャント抵抗３に流れ、出力用導体７ｂを通して電流出力端子１ｂを通過して出力電流Ｉｏｕｔとして出力する。従って、シャント抵抗３の両端に発生する電位差を検出することにより２次電流Ｉ２の値を測定することができる。従って、カレントトランス３１の特性を用いることにより、結果として入力電流Ｉ１を測定して電源電圧／電流を測定することができるのである。
【００４１】
又、カレントトランスＣＴによる変流が行われているので、２次電流Ｉ２の電流値は小さい。このとき、小さい電流を検出するためには、比較的大きな抵抗値を有するシャント抵抗３が必要になるため、シャント抵抗３における消費電力・発熱も大きくなる。従って、従来は、カレントトランスＣＴを介してシャント抵抗３で電流を検出する場合においても、シャント抵抗３の温度上昇が電流測定の誤差要因になっていた。
【００４２】
しかし、本発明により改良したコ字型形状の入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂを用いることにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂがシャント抵抗３に直結した放熱器として機能することになり、積極的にシャント抵抗３で発生する熱を逃がすことができるので、従来の手法と比較して入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の温度上昇を抑制することができ、電流測定時の誤差要因としての温度上昇の影響を小さくすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シャント抵抗に直結した導体に放熱手段及び又は電磁遮蔽手段を備えたことにより、電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができ、従来と比較して、発熱を抑制して電流測定誤差を減少させる手法を簡単且つ低コストで実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電流検出部を備えた測定機器の概略構成を示す断面図である。
【図２】同電流検出部の概略構成を示す説明図である。
【図３】第２の実施形態のカレントトランスを用いて電流検出を行う電流検出部を備えた測定機器の概略構成を示す説明図である。
【図４】従来の電流入力部に採用されている電流検出装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ 電流入出力端子
１ｂ 電流出力端子
２ モールド
３ シャント抵抗
４ シャントモールド抵抗体
５ａ 接続線
５ｂ 接続線
６ ヒートシンク
７ａ 入力用導体
７ｂ 出力用導体
８ 絶縁体
１０ 測定部
１０ａ 測定部
１１ 電流検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器に関し、詳しくはシャント抵抗を用いて電流を検出する電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シャント抵抗を用いた電流の検出は、シャント抵抗に被測定電圧／電流を測定するための電流を通し、そのシャント抵抗の両端間に生じる電位差を測定することによって被測定電圧／電流を測定することは広く行われている測定手法である。
【０００３】
このような電流検出部を備えた測定機器は、図４に示すように、被測定電圧/電流を流す負荷を備えた測定部３０と、この負荷の両端から測定電流を入力して電流を検出する電流検出部４０とから構成されている。その他の構成は省略してある。
【０００４】
電流検出部４０は、抵抗体としてシャント抵抗４３を用いて電流を検出するように構成されており、測定電流Ｉｉｎを入力する電流入力端子４１ａとシャント抵抗４３を流れた出力電流Ｉｏｕｔを出力する電流出力端子４１ｂと、電流入力端子４１ａから入力された測定電流Ｉｉｎを流すシャント抵抗４３をモールド４２したシャントモールド抵抗体４４と、電流入力端子４１ａと電流出力端子４１ｂとの間であって、シャント抵抗４３の両端に接続してある接続線４５ａ、４５ｂのそれぞれと電気的に接続してある入力用導体４７ａ及び出力用導体４７ｂとから構成されている。
【０００５】
入力用導体４７ａ及び出力用導体４７ｂは、それぞれ、板部材で構成され、入力用導体４７ａは、接続線４５ａと電流入力端子４１ａとを電気的に接続した構成となっており、また、出力用導体４７ｂは、接続線４５ｂと電流出力端子４１ｂとを電気的に接続した構成となっている。
【０００６】
シャントモールド抵抗体４４は、モールドされているシャント抵抗４３から発生する熱を逃がすためにヒートシンク４６上に配置した構成となっている。
【０００７】
このような構成からなる測定機器の電流検出部４０は、測定部３０に入力された外部電源（不図示）から電流入力端子４１ａへ入力された測定電流Ｉｉｎを、入力用導体４７ａを介してシャント抵抗４３へ流し、測定電流Ｉｏｕｔとして電流出力端子４１ｂに流れる。この状態でシャント抵抗４３の両端の電位差を検出することにより、測定部３０に流れている電流/電圧を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の電流検出部においては、測定電流Ｉｉｎをシャント抵抗４３に流すことによりシャント抵抗４３自体から発熱及び磁界が発生するという現象が生じる。この現象は、シャント抵抗４３や入力用及び出力用導体４７ａ、４７ｂにおける消費電力が大きくなるとその分この現象が大きくなり、大電流測定を行う場合には特に、この発熱及び磁界の発生という現象が大なり小なり、測定に影響を与えるという問題点がある。
【０００９】
具体的には、シャント抵抗４３の発熱は、シャント抵抗４３自体の固有抵抗値を変化させてしまうため、電流測定の誤差要因となってしまう。また、入力用及び出力用導体４７ａ、４７ｂ自体の発熱は、ヒートシンク４５によるシャント抵抗４３の放熱を妨げるだけでなく、シャント抵抗４３自体を加熱してしまうため、シャント抵抗４３自体の発熱と同様に電流測定の誤差要因となる。
【００１０】
更に、シャント抵抗４３の周辺における磁界の発生は、シャント抵抗４３に誘導電流を生じさせるため、発熱と同様に電流測定の誤差要因となる。
【００１１】
また、上述した従来の電流検出部４０の構成によれば、電流測定の誤差要因となる発熱の影響を低減すべく、シャント抵抗４３で発生する熱を逃がすためにヒートシンク４６が設けられているが、シャント抵抗４３はシャントモールド４２で覆われているため、直接ヒートシンク４６に接触させて放熱させることはできない。つまり、ヒートシンク４６は、シャント抵抗４３とヒートシンク４６との間にある程度の熱抵抗が存在する状態で放熱を行っているため、シャント抵抗４３の温度上昇を効率よく抑制することが困難であるという問題も存在する。
【００１２】
従って、本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、シャント抵抗を用いる電流検出手法において、シャント抵抗の近傍に設けた導体の放熱効果及び磁界遮蔽効果をあげて電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができる電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えている測定機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器は、次に示す方法及び構成にすることである。
【００１４】
（１）モールドされたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体を放熱用ヒートシンクに配置し、該シャント抵抗の両端に接続した２つの接続線のそれぞれと、所望の測定用電流を流すことができる電流入力用端子及び電流出力用端子のそれぞれとの間に、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体のそれぞれを電気的に接続し、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出方法。
（２）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（１）記載の電流検出方法。
【００１５】
（３）検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続した入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。
（４）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（３）記載の電流検出装置。
【００１６】
（５）１次側に入力される被測定用電流に応じて２次側に２次電流の測定電流を発生するカレントトランスと、該２次電流を流すモールドしたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続する入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。
（６）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（５）記載の電流検出装置。
【００１７】
（７）被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、前記電流検出手段は、検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体配置すると共に放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に、電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。
（８）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（７）記載の電流検出装置を備えた測定機器。
【００１８】
（９）被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、前記電流検出手段は、１次側に入力される検出対象の電流に応じて２次側に２次電流を発生させるカレントトランスと、該２次側で発生した２次電流を流すシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。
（１０）前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする（９）記載の電流検出装置を備えた測定機器。
【００１９】
このように、電流検出装置に用いられるシャント抵抗に、電気的に直接接続され且つ電流を供給するための導体に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を設けたことにより、導体がシャント抵抗に直結した放熱器として機能し、シャント抵抗から発生する熱を逃がすことが可能となり、シャント抵抗自体の温度上昇を抑制することができる。また、入力用及び出力用導体の２つを重ねることにより、シャント抵抗を流れる電流ループ面積が小さくすることができるため、入力される電流により発生する磁界がシャント抵抗へ与える影響を小さくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電流検出方法及び電流検出装置並びに電流検出装置を備えた測定機器の実施形態について、電流検出部を備えた測定機器として、図面を参照して説明する。
【００２１】
本発明に係る第１の実施形態の電流検出部を備えた測定機器は、図１に示すように、電源電圧/電流を負荷Ｚに流して測定する測定部１０と、負荷Ｚから分流した測定電流をシャント抵抗に供給して、その電位差を検出して電源電圧／電流を測定する電流検出部１１とから構成されている。
【００２２】
電流検出部１１は、図１及び図２に示すように、従来技術と同様に抵抗体としてシャント抵抗３を用いて電流を検出するように構成されており、測定電流Ｉｉｎを入力する電流入力端子１ａとシャント抵抗３を流れた出力電流Ｉｏｕｔを出力する電流出力端子１ｂと、電流入力端子１ａから入力された測定電流Ｉｉｎを流すシャント抵抗３をモールド２したシャントモールド抵抗体４と、電流入力端子１ａと電流出力端子１ｂとの間に、シャント抵抗３の両端に接続してある接続線５ａ、５ｂのそれぞれと電気的に接続してある入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂとから構成されている。
【００２３】
入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂは、それぞれ、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えたものであり、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配した構造となっている。このような構造からなる入力用導体７ａは、接続線５ａと電流入力端子１ａとの間に設けられ、それぞれと電気的に接続した構成となっており、また、出力用導体４７ｂは、接続線５ｂと電流出力端子１ｂとの間に設けられ、それぞれと電気的に接続した構成となっている。ここで、入力用導体７ａが接続する部位は、コ字状に形成した起立部分の側壁面であり、また接続線５ａが接続する部位は、入力用導体７ａが接続するコ字状に形成した起立部分の反対側の起立部分の側壁面である。一方、出力用導体７ｂも同じく、その接続する部位は、コ字状に形成した起立部分の側壁面であり、また接続線５ｂが接続する部位は、入力用導体７ｂが接続するコ字状に形成した起立部分の反対側の起立部分の側壁面である。
【００２４】
また、コ字型形状に形成した入力用導体７ａは、同じくコ字型形状に形成した出力用導体７ｂに比べて大きく形成し、この入力用導体７ａのコ字状の内側であって底面部分に絶縁体８を介在させて出力用導体７ｂを同じ向きに重ねて配した構成となっている。
【００２５】
シャントモールド抵抗体４は、モールドされているシャント抵抗３から発生する熱を逃がすためにヒートシンク６上に配置した構成となっている。
【００２６】
上記構成において、入力用導体及び出力用導体７ａ、７ｂは、従来使用されていた一枚板部材をそのまま使用した導体と比較して、次に示すように形状が変更されていることにより様々な効果を有する。
【００２７】
（１）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂをコ字状の形状にすることにより、一枚板に比べ面積が広くとれると共にシャント抵抗３までの距離を短くすること、即ち、太く、短くすることができる。これにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の電力損失を一枚板に比べて少なくなり、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の発熱量が小さくなる。従って、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの発熱がシャント抵抗３の温度を上昇させる要因となることを防止することができる。
【００２８】
（２）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの形状をコの字型にすることにより、表面積、体積を大きくすることができるため、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の放熱を大きくすることができる。ここで入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは接続線５ａ、５ｂを介して直接シャント抵抗３に接続されているので、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂからシャント抵抗３で発生する熱を放出することができるため、シャント抵抗３の温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
（３）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂが上下に重なる部分、具体的にはコ字型形状に形成した底面部分を重ねて配した構造としたことにより、電流入力端子１ａ→シャント抵抗３→電流出力端子１ｂという電流ループの面積が小さくなるため、入力電流（測定電流Ｉｉｎ）により発生する磁界がシャント抵抗３に与える影響を小さくすることができる。また、重なり部分が静電シールドの働きをするので、シャント抵抗３に入ってくる静電的ノイズを減少させることもできる。
【００３０】
（４）入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの上下距離を短くし、且つ重なり面積を大きくする。これにより、上記（３）の効果を更に増すことが可能となる。
【００３１】
このように、重複した説明になるが、入力用導体７ａ及び又は出力用導体７ｂの形状を変更することにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂがシャント抵抗３に直結した放熱器として働き、シャント抵抗３で発生する熱を逃がすことができるため、シャント抵抗３の温度上昇を抑制する。また、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを重ねることにより、シャント抵抗３を流れる電流ループ面積が小さくなるため、入力される電流により発生する磁界がシャント抵抗３へ与える影響をも小さくなる。すなわち、電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができ、従来と比較して、熱による誤差を減少させた電流測定を簡単且つ低コストな方法で実現することができる。
【００３２】
より具体的には、例えば、電流検出用の１ｍΩのシャント抵抗３に対し、次の２種類の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを用意する。
【００３３】
▲１▼Ｌ × Ｗ × ｔ ＝ ５０mm × １０mm × １mm （従来型）
▲２▼Ｌ × Ｗ × ｔ ＝ ５０mm × ２０mm × １mm （改善型）
【００３４】
ここで、改善型の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは、従来型の入力用及び出力用導体の半分の抵抗値を有し、２倍の体積を有する。これらの入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを用いてシャント抵抗３の温度上昇試験を行ったところ、従来型の温度上昇が１７．９℃となり、改善型の温度上昇が１６．２℃となった。すなわち、改善型の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂは、幅を２倍に太くした（広くした）ことにより、１．７℃温度を下げたことになり、これは従来型の温度上昇の約１０％の改善にあたる。また、例えば、このシャント抵抗３の温度係数が２００ｐｐｍ／℃である場合、シャント抵抗３の発熱による抵抗値の上昇は、従来型が０．００３５８ｍΩ、改善型が０．００３２４ｍΩとなり、改善型は従来型と比較して３４０ｐｐｍの温度によるずれを抑制したことになる。
【００３５】
このように、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの体積を２倍にすることにより、シャント抵抗３の温度変化を改善できるのである。
【００３６】
すなわち、本実施形態によれば、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂの形状を、コの字型にして表面積を大きくし、また両方の入力用及び出力用導体７ａ、７ｂを重ね合わせることができる形状とすることにより、シャント抵抗３の温度上昇を抑制するとともに、電流測定の誤差要因であるシャント抵抗３の発熱および発生磁界による影響をより小さくすることができる。従って、従来と比較して、発熱による誤差を減少させた電流測定を簡単且つ低コストな方法で実現することができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態の電流検出装置を備えた測定機器について、図３を参照して説明する。この測定機器は、シャント抵抗で電流を検出する手法を同じくして、カレントトランスを用いて測定電流を入力する電流検出部を備えている。
【００３８】
カレントトランスにより測定電流を得る測定機器は、図３に示すように、電源電圧/電流Ｉ１をカレントトランスＣＴに流して測定電流Ｉ２を生成する測定部１０ａと、カレントトランスＣＴで得られた測定電流Ｉ２→Ｉｉｎをシャント抵抗３に供給して、その電位差を検出して電源電圧／電流を測定する電流検出部１１とから構成されている。この電流検出部１１は、上述した第１の実施形態の測定機器の電流検出部と同じであるため、同一符号を付与してその説明は省略する。
【００３９】
カレントトランス３１は、入力電流Ｉ１を流す一次側コイルＬ１、ある決まった比率で作成されている二次側コイルＬ２から構成され、二次側コイルＬ２の両端が電流検出部の電流入力端子１ａ及び電流出力端子１ｂに接続した構成となっている。
【００４０】
このような構成からなる測定機器において、外部から一次側コイルＬ１に入力した入力電流Ｉ１は、カレントトランス３１を介して、例えば入力電流の５００分の１の大きさに変流され、二次側コイルＬ２に２次電流Ｉ２を発生させる。２次電流Ｉ２は、測定電流Ｉｉｎとして、電流入力端子１ａ及び入力用導体７ａを通過してシャント抵抗３に流れ、出力用導体７ｂを通して電流出力端子１ｂを通過して出力電流Ｉｏｕｔとして出力する。従って、シャント抵抗３の両端に発生する電位差を検出することにより２次電流Ｉ２の値を測定することができる。従って、カレントトランス３１の特性を用いることにより、結果として入力電流Ｉ１を測定して電源電圧／電流を測定することができるのである。
【００４１】
又、カレントトランスＣＴによる変流が行われているので、２次電流Ｉ２の電流値は小さい。このとき、小さい電流を検出するためには、比較的大きな抵抗値を有するシャント抵抗３が必要になるため、シャント抵抗３における消費電力・発熱も大きくなる。従って、従来は、カレントトランスＣＴを介してシャント抵抗３で電流を検出する場合においても、シャント抵抗３の温度上昇が電流測定の誤差要因になっていた。
【００４２】
しかし、本発明により改良したコ字型形状の入力用導体７ａ及び出力用導体７ｂを用いることにより、入力用及び出力用導体７ａ、７ｂがシャント抵抗３に直結した放熱器として機能することになり、積極的にシャント抵抗３で発生する熱を逃がすことができるので、従来の手法と比較して入力用及び出力用導体７ａ、７ｂ自体の温度上昇を抑制することができ、電流測定時の誤差要因としての温度上昇の影響を小さくすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シャント抵抗に直結した導体に放熱手段及び又は電磁遮蔽手段を備えたことにより、電流測定の誤差要因の影響をより小さくすることができ、従来と比較して、発熱を抑制して電流測定誤差を減少させる手法を簡単且つ低コストで実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電流検出部を備えた測定機器の概略構成を示す断面図である。
【図２】同電流検出部の概略構成を示す説明図である。
【図３】第２の実施形態のカレントトランスを用いて電流検出を行う電流検出部を備えた測定機器の概略構成を示す説明図である。
【図４】従来の電流入力部に採用されている電流検出装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ 電流入出力端子
１ｂ 電流出力端子
２ モールド
３ シャント抵抗
４ シャントモールド抵抗体
５ａ 接続線
５ｂ 接続線
６ ヒートシンク
７ａ 入力用導体
７ｂ 出力用導体
８ 絶縁体
１０ 測定部
１０ａ 測定部
１１ 電流検出部
Claims (10)
- モールドされたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体を放熱用ヒートシンクに配置し、該シャント抵抗の両端に接続した２つの接続線のそれぞれと、所望の測定用電流を流すことができる電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれとの間に、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体のそれぞれを電気的に接続し、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を有する入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出方法。 - 前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする請求項１記載の電流検出方法。
- 検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続した入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、
前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。 - 前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする請求項３記載の電流検出装置。
- １次側に入力される被測定用電流に応じて２次側に２次電流の測定電流を発生するカレントトランスと、該２次電流を流すモールドしたシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続する入力用導体及び出力用導体と、を有する電流検出装置において、
前記入力用導体及び又は出力用導体には、放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置。 - 前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする請求項５記載の電流検出装置。
- 被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、
前記電流検出手段は、検出対象の測定電流を供給する電流入力端子及び電流出力端子と、該電流入力端子と電流出力端子との間に接続され、モールドされたシャント抵抗を有するシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置すると共に放熱するヒートシンクと、前記電流入力端子及び電流出力端子のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に、電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び又は出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。 - 前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする請求項７記載の電流検出装置を備えた測定機器。
- 被測定電圧／電流を測定する電流検出手段を備えた測定機器であって、
前記電流検出手段は、１次側に入力される検出対象の電流に応じて２次側に２次電流を発生させるカレントトランスと、該２次側で発生した２次電流を流すシャント抵抗を備えたシャントモールド抵抗体と、該シャントモールド抵抗体を配置して放熱するヒートシンクと、前記カレントトランスの２次側の両端のそれぞれと前記シャント抵抗の両端のそれぞれとの間に電気的に接続すると共に放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体とを備え、
前記放熱手段及び又は磁界遮蔽手段を備えた入力用導体及び出力用導体は、１枚板部材をコ字状に形成し、該コ字状に形成した板部材を絶縁した状態で重ねて配したことを特徴とする電流検出装置を備えた測定機器。 - 前記コ字状に形成した入力用導体の形状は、前記コ字状に形成した出力用導体よりも大きく形成し、該入力用導体のコ字状の内側に前記出力用導体を同じ向きに重ねて配したことを特徴とする請求項９記載の電流検出装置を備えた測定機器。
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