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装置に関する記事

電流センサの種類はどんなものがある?原理や導入事例も紹介!

電流を検知できる電流センサは、正しく導入するとメンテナンスの効率アップや運用コストの削減に大きく寄与します。しかし正しく導入するためには、より詳しく電流センサについて知っておかなくてはなりません。

本コラムでは電流センサの仕組みや種類にスポットを当て、実際に導入した際の状況がわかるよう導入事例も合わせてまとめました。

またFAプロダクツでは、工場設備の電流センサ導入・メンテナンスにご対応いたします。

  • 電流センサを導入して活用したい
  • データを吸い上げて生産管理を行いたい
  • 緊急のメンテナンスをお願いしたい

といったお悩みのお持ちの方は、ぜひ下記フォームやお電話より、お気軽にお問い合わせください。弊社が納品したもの以外の設備にもご対応いたします。

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1.電流センサとは一体どんなもの?種類や用途について解説!

電流センサといっても実は種類が複数あり、用途もそれぞれ違います。用途に合った種類を選ばないと、狙ったとおりに機能しないこともあるのです。

この項目では電流センサとは何か?という基本事項から、種類や用途について解説していきます。実際にどんな用途で使われているのかを知れば、電流センサがどんな役割を果たしているのか理解しやすくなるでしょう。

(1)電流センサとは?どんな種類があるの?

電流センサとは、回路内の電流を測定できるセンサーです。大きく分けて3種類の検出型があります。

シャント抵抗とアンプを使ったタイプは、抵抗に電流が流れ降下した電圧値を元に電流値を算出する方式です。電流の検出方法としては実装しやすく、メジャーなタイプと言われています。しかし抵抗によって電力を損失してしまう上に、発熱量が大きいです。

コア付きセンサは、電流の影響でコアに発生する磁場の大きさを測定します。非接触の方式になっているため、電力の損失は少ないです。ただしコアの大きさが場所を取るため、実装時にある程度の設置スペースを取らなくてはなりません。

コアレス方式の場合、IC内部にあるホール素子によって電圧を測定します。しかしホール効果で得られる電圧が小さいので、増幅回路とセットになっています。非接触式で場所も取らず扱いやすい反面、IC内に電気を引き込むため電力損失が発生しやすいのが特徴です。

(2)電流センサの用途

電流センサは、おもに電力変換装置の制御や過電流の検出・電流値の測定に使われています。

  • 産業用ロボット
  • 無人搬送
  • 溶接機
  • 太陽光発電
  • 汎用インバーター

モーターを利用した機器で可変速できるものは、トルク制御や過電流からの保護といった細かな電流制御が必要です。またUPSや太陽光発電のような電力にするものには、周波数の変換や位相制御・電流の過負荷検出が求められます。それらを担うのが電流センサです。

電流センサは、最近ではハイブリッドカーやEVカーのような車載用途も活発化しており、モーター駆動・回生充電の制御で心臓部の制御も行っています。縁の下の力持ちというような、目に見えない部分で私たちの安全を支える部材といえるでしょう。

2.電流センサの導入して実際に改善が見込めた事例は?3つの導入事例

実際に電流センサを導入し、どんな改善事例があるのか具体的に見てみたい方もいらっしゃるでしょう。以下、3つのケースをご紹介します。

(1)電流センサによって稼働状況の可視化を実現

工作機械が増えると管理する手間も増え、稼働状況を把握できなければ製造ロスが増えたり、課題が多く立ちはだかったりします。

一つひとつの課題を解決していくためには、データによる生産管理が重要です。そこで、ある工場では、多くの工作機械を稼働させている工場内でコア付きの電流センサを利用して稼働状況の把握を行いました。

回路の外から後付けできる電流センサなら、稼働を停止させることなく取り付けできて設置も簡単です。大規模な工事も必要ありません。また、吸い上げたデータをクラウド上にアップロードすれば、夜間稼働の状況把握もモニタリングシステムから把握ができます。

細かく稼働状況をモニタリングした結果、トラブルへの対処と原因追求が容易になりました。稼働が安定し、生産数も伸びています。

(2)メンテナンスの効率がUPしコスト削減

電流センサが、運用コストを削減しつつ、生産率の向上に貢献した事例です。

ファイバー製造設備を導入しているある法人では、設備の電磁バルブ故障によりトラブルが頻出していました。さらにモニタリングするものがなく、トラブルが起きるたびに調査を行い、再度調整するといった少し非効率な状態が続いていました。

しかし電流センサによって経年劣化を事前に検出でき、適切なメンテナンスを行えるようになりました。またこのケースでは、電流センサに同時に漏電検出も行わせ、事故の防止と安全性の向上も実現させています。

(3)遊技台のゴト行為防止にも貢献

電流センサは非常に幅広く、工作機械や設備のほかアミューズメント遊技台にも力を発揮します。

パチンコ店の遊技台に行われるゴト行為は、過去に年間で被害総額が500億円という状況に達していました。しかし遊技台の内部はメダルや玉が通過する際の電気信号を捉えているため、正確に電流センサを配置すると正しい通過点が計測できます。これを活かして、多くのパチンコ店では、異常な通過を検知した際にセキュリティが発砲する仕組みを取り入れ、ゴト行為対策が行われています。

電流センサは、業界全体の不正撲滅にも大きな役割を果たしているのです。

3.電流センサを選ぶときのポイントは?どんなセンサを選べばいい?

この項目では、電流センサの選び方について解説していきます。センサの種類によりどんな検知が向いているのか変わるため、事前に理解しておくといいでしょう。

(1)シャント+アンプ方式

シャント抵抗とアンプを使った電流検知は、もっともよく知られている検出方式です。ただし電流量によって発熱量も大きく変化します。そのため発熱しても問題にならない場所での設置と、外乱磁場が多い環境での利用が一般的です(外乱磁場が強いと、磁場を計測する機器は誤差が出やすいため)。

また、発熱量が小さい微小な電流を計測するのに向いています。大電流の場合は熱に対する設計が困難となり、部品点数の増加で接地面積も多く必要です。

(2)コア付き電流センサ

コア付きの電流センサは、シャント抵抗+アンプ方式のような抵抗を利用しないため、電流量によって発熱が大きくなりすぎるデメリットがありません。またセンサの内部でそのまま絶縁もでき、部品点数が増える心配もないのが特徴です。

ただしドーナツ状のコアを使用するため、設置場所が狭いとそもそも取り付けることができません。磁場も大きいと誤差の原因となります。

なお、コア付き電流センサには、オープン・ループ方式とクローズド・ループ方式があります。オープン・ループ方式はコストパフォーマンスに優れており、クローズド・ループ方式はより高精度で大電流にも対応可能です。

(3)コアレス電流センサ

コアレス電流センサは、コアを使わずホール素子というもので直接電圧を取り出します。そしてICを使い、増幅と補正を行うものです。

磁気コアがないので非常にコンパクトで、コアが磁場の影響を受けてしまうという状況もありません。消費電力も小さく、非常に扱いやすいのが魅力です。また、内部の構造もシンプルなため、コストが抑えられます。

しかしホール素子の低感度を補うため、一次導体を細くした結果発熱しやすくなっています。大電流の測定には対応していないので、導入時にはよく確認することが大切です。

※メーカによりホール素子の感度を高め、これらの課題を解決している場合もあります。

4.電流センサを導入する上で相談したい3つのメーカ

株式会社FAプロダクツ

【特徴】
FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

業界最大級の画像処理検証施設を開設!

「画処ラボ」ではルールベースやAIの画像処理を専門エンジニアが検証。ご相談から装置制作まで一貫対応します。

【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692(代表)
https://jss1.jp/

【営業品目】

  • 産業用ロボット
  • 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
  • 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
  • 治具の設計・製作

【実績】
NM社(電子部品の製造販売)、HS製作所(情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売)、TT社(ショッピングセンターなどリテール事業)、SM社(自動制御機器の製造・販売)、OR社(自動車安全システムの製造販売)

ラピステクノロジー株式会社

【特徴】
電流をモニタリングし、工場の稼働率を見える化する仕組みを一連のシステムとして提供しています。無線通信や低消費電力技術に強みを持つメーカです。

図はラピステクノロジー社の低消費、無線通信モジュールです。

(引用:ラピステクノロジー Bluetooth low energyモジュール特設ページ

【所在地】
神奈川県横浜市港北区新横浜2-4-8
TEL : 045-476-9250
https://www.lapis-tech.com/jp/

旭化成エレクトロニクス株式会社 (AKM)

【特徴】
半導体技術と高度なIC製品を提供しており、コアレス電流センサにおけるデメリットを解消した技術もあります。

図はAKMのコアレス電流センサ、IC Currentierです。

(引用:旭化成エレクトロニクス 電流センシング Currentier(カレンティア)とは?

【所在地】
東京都千代田区有楽町一丁目1番2号 日比谷三井タワー
TEL +81-3-6699-3943
https://www.akm.com/jp/ja/

5.電流センサ導入に関するご相談はFAプロダクツ

電流センサは電流を検知するだけではなく、検知してどのように活用するかで抱えている課題を解消することができます。

しかし実際に導入するとなれば、ただ設置するだけでは手間も時間もかかるでしょう。また抱えている課題に対し、正確に解決できる施策が打てるとも限りません。

FAプロダクツでは、これまでの導入事例や知見を元に、お客様のニーズに合わせた最適な提案が行えます。ご検討中の場合でも構いませんので、電流センサ導入に関してお聞きしたいことがあればお気軽にご相談ください。

お問い合わせ

関東最大級のロボット
システムインテグレーター
装置
設計から製造なら 株式会社FAプロダクツ

WEBで問い合わせる 050-1743-0310 営業時間:平日9:00-18:00

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