CN108020702B - 电流测定装置 - Google Patents

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Abstract

一种电流测定装置，其具有：低频测量用传感器，其对由于被测定电流而产生的磁场进行测定；高频测量用传感器，其以使得所述低频测量用传感器和磁感方向大致平行的方式配置，对所述磁场进行测定，产生将施加于所述低频测量用传感器的所述磁场抵消的磁场；负反馈电路，其基于由所述低频测量用传感器测定出的所述磁场，对流过所述高频测量用传感器的电流进行控制；低通滤波器，其配置于所述负反馈电路内，对流过所述高频测量用传感器的、由所述负反馈电路控制的所述电流的频率特性进行调整；以及输出部，其基于流过所述高频测量用传感器的所述电流，输出所述被测定电流的测定值。

Description

电流测定装置
技术领域
本发明涉及一种电流测定装置。
本申请针对于2016年10月31日申请的日本专利申请第2016－213790号而主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
作为对流过被测定导体的电流进行检测的电流传感器，存在使用在被测定导体的周围设置的磁传感器，对由于流过被测定导体的电流而产生的磁场进行测定的电流传感器。电流传感器配置有环绕被测定导体1周的磁心(下面，称作“集磁磁心”)而提高磁传感器的测定灵敏度。
电流传感器具有用于将施加于磁传感器的磁场抵消的反馈线圈。反馈线圈由于与被测定电流的大小相对应的电流而产生与施加于磁传感器的磁场相反方向的磁场，由此能够将施加于磁传感器的磁场抵消(例如，参照日本特开2004－039848号公报)。
存在一种电流传感器，该电流传感器使用具有环绕被测定导体的空心的线圈、且基于与被测定电流相对应的感应电动势而对交流的被测定电流进行测定的罗哥夫斯基线圈(例如，参照日本特开2004－257905号公报)。
但是，对于在当前的电流传感器中使用的集磁磁心，由于以氧化铁作为主要成分的陶瓷等硬材料而将形状固定化，因此，相对于冲击较弱，另外，传感器的安装空间、位置会受到限定。因此，对于具有集磁磁心的电流传感器，存在如下情况，即，例如配置于功率半导体的IC引脚、集成有配线的汇流条的周边等空间受到限定的狭窄场所的情况，在振动环境下的使用变得困难的情况。
对于使用罗哥夫斯基线圈的电流传感器，由于是对交流电流进行测定，因此无法对直流电流、频率低的交流电流进行测定，需要相应于频率而分别使用传感器。
发明内容
本发明提供一种电流测定装置，其具有：低频测量用传感器，其对由于被测定电流而产生的磁场进行测定；高频测量用传感器，其以使得所述低频测量用传感器和磁感方向大致平行的方式配置，对所述磁场进行测定，产生将施加于所述低频测量用传感器的所述磁场抵消的磁场；负反馈电路，其基于由所述低频测量用传感器测定出的所述磁场，对流过所述高频测量用传感器的电流进行控制；低通滤波器，其配置于所述负反馈电路内，对流过所述高频测量用传感器的、由所述负反馈电路控制的所述电流的频率特性进行调整；以及输出部，其基于流过所述高频测量用传感器的所述电流，输出所述被测定电流的测定值。
参照附图，并通过在下面所述的实施方式的详细的说明，本发明的进一步的特征及方式会变得清楚。
附图说明
图1A是表示实施方式中的电流测定装置的用途的一个例子的图。
图1B是表示实施方式中的电流测定装置的用途的一个例子的图。
图2是表示实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图3是表示实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图4A是表示实施方式中的电流测定装置的灵敏度的频率特性的一个例子的图。
图4B是表示实施方式中的电流测定装置的灵敏度的频率特性的一个例子的图。
图5是表示实施方式中的电流测定装置的电路结构的另一个例子的框图。
图6是表示实施方式中的电流传感器的结构的另一个例子的图。
图7是表示第1实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图8是表示第1实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图9是表示第2实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图10是表示第3实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图11A是表示第3实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图11B是表示第3实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图12是表示第4实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图13是表示第4实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图14是表示第5实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
图15是表示第5实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
图16是表示第6实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
具体实施方式
参照优选实施方式对本发明实施方式进行说明。本领域技术人员能够使用本发明的示教而实现本实施方式的许多替代手段，本发明并不限定于在这里说明的优选的本实施方式。
本发明的一个方式提供一种电流测定装置，能够在设置空间受到限定的场所中利用，且能够测定宽范围的频率的电流。
下面，参照附图对本发明的一个实施方式中的电流测定装置详细进行说明。
首先，使用图1A及图1B，对电流测定装置的用途进行说明。图1A及图1B是表示实施方式中的电流测定装置的用途的一个例子的图。
在图1A中，电流测定装置100具有电流传感器1、线缆2及电路部3。电流传感器1根据流过被测定导体的电流的大小而对所产生的磁场的强度进行检测。电流传感器1将检测到的磁场的强度作为电流值或电压值而输出。电流传感器1的详情使用图2等后述。
电流传感器1是没有集磁磁心的线状的柔性的传感器。电流传感器1具有环形状，能够环绕被测定导体。在图1A中，功率ICa的引脚a1是被测定导体，电流传感器1对流过引脚a1的电流进行测定。引脚a1相对于功率Ica以规定的间距配置。因此，由于引脚a1的间距等，用于对流过引脚a1的电流进行测定的传感器的设置空间受到限定。电流传感器1不具有集磁磁心，因此，不会受到因集磁磁心的尺寸带来的影响。考虑到磁性体的磁饱和而需要集磁磁心具有规定的大小，因此具有集磁磁心的电流传感器难以实现小型化。电流传感器1是没有集磁磁心的线状的柔性的传感器，因此，即使在针对如功率ICa的引脚a1这样的设置空间受到限定的被测定导体而设置电流传感器1的情况下，也能够设置为将引脚a1环绕。电流传感器1不具有集磁磁心，因此不易产生迟滞的问题。电流传感器1的线的长度、粗细(直径)能够根据用途而适当选择。例如，能够与引脚a1的间距相匹配地选择电流传感器1的直径。并且，电流传感器1不具有集磁磁心，因此无需进行将集磁磁心的残留磁化消去的消磁。
如图1所示，电流传感器1经由线缆2连接于电路部(电流测定装置主体)3。但是，电流传感器1也可以不经由线缆2而直接连接于电路部3。即，线缆2的有无及线缆2的长度可以根据用途而适当选择。在以下的图的说明中，也可以同样地对线缆2的有无及长度进行适当选择。电路部3将由电流传感器1检测出的在被测定导体产生的磁场的强度变换为流过被测定导体的电流的电流值。电路部3的详情后述。
在图1B中，汇流条b是被测定导体，电流传感器1对电流进行测定。汇流条b在例如针对如混合动力车的情况下所集成的配线而供给大电流之类的用途中利用。例如，在汇流条b以规定的间距设置配线连接部b1，将未图示的配线以高密度连接。因此，在对汇流条b的电流进行测定的情况下，电流传感器1的设置空间受到限定。电流传感器1是没有集磁磁心的线状的柔性的传感器，因此，即使在针对汇流条b之类的设置空间受到限定的被测定导体而设置电流传感器1的情况下，也能够在高密度的配线之间以将汇流条b环绕的方式设置电流传感器1。
接下来，利用图2对电流测定装置100的结构进行说明。图2是表示实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
如图2所示，电流测定装置100具有电流传感器1、线缆2、电路部3及连接器4。电流传感器1具有复合传感器10、低频测量用传感器线13、低频测量用传感器驱动线14及高频测量用传感器线15。本实施方式中的“低频”及“高频”不是表示频率的绝对值，而是表示在将被测定电流的频率区分为高频和低频的情况下的相对频率。低频包含直流。
电流传感器1所包含的低频测量用传感器线13、低频测量用传感器驱动线14及高频测量用传感器线15由未图示的同一包覆层等捆束而形成环形状。在下面(图2～图16)所说明的本实施方式中，将捆束为环状的线的组称作“线部”。线部不具有集磁磁心，因此是柔性的。由于线部是柔性的，因此，即使在导体c的周边的设置空间受到限定的情况下，也能够容易地环绕导体c而设置。
复合传感器10具有低频测量用传感器11及高频测量用传感器12。复合传感器10使用低频测量用传感器11及高频测量用传感器12，对由于流过导体c的电流而产生的磁场进行测定。复合传感器10设置于线部的环的一部分，能够对在线部将导体c环绕时在导体c的周围产生的磁场进行测定。在图2中，导体c位于线部的环中心。在复合传感器10为一个的情况下，通过由未图示的夹具等使复合传感器10和导体c之间的距离恒定，从而能够准确地对电流进行测定。
低频测量用传感器11是任意种类的磁传感器。磁传感器的种类能够根据在磁传感器使用的元件的种类而进行分类。在低频测量用传感器使用的元件例如是磁阻元件、霍尔元件、磁通门元件、磁阻抗元件等。磁阻(MR：Magneto Resistance)元件是通过对相应于所施加的磁的大小而变化的磁阻的变化率进行检测，从而对磁场进行检测的传感器。磁阻元件温度特性优异且价廉。霍尔元件是利用霍尔效应将磁场变换为电信号的传感器。霍尔元件能够通过廉价地使用的原材料而选择灵敏度、温度特性。磁通门元件是使高透磁率磁心进行交流励磁，通过耦合线圈对来自高透磁率磁心的磁束进行检测的传感器。磁通门元件灵敏度高且直线性、温度特性优异。磁阻抗(MI：Magneto Impedance)元件是利用磁阻抗效应的传感器。磁阻抗元件由于无定形合金线而灵敏度高、且温度特性及耐热性优异，能够实现宽频带化。
高频测量用传感器12配置为使得低频测量用传感器11的磁感方向和高频测量用传感器12的磁感方向平行。磁感方向是针对磁场而具有最大的感受性的方向。磁感方向在高频测量用传感器12例如是螺旋状的情况下，是与线圈的开口部的磁场的方向垂直的方向。图2中的低频测量用传感器11及高频测量用传感器12的磁感方向是线部的圆周方向。在图2中低频测量用传感器11是圆筒形状。低频测量用传感器11及高频测量用传感器12配置为使得低频测量用传感器11的磁感方向即圆筒形状的中心轴和高频测量用传感器12的磁感方向即中心轴大致相同。即，在图2中低频测量用传感器11和高频测量用传感器12配置为同心圆。在图2中，高频测量用传感器12配置为包含低频测量用传感器11。低频测量用传感器11及高频测量用传感器12的结构的详情在图3中后述。低频测量用传感器11相对于被测定电流的频率特性与高频测量用传感器12相对于被测定电流的频率特性是不同的。低频测量用传感器11是在直流及低频带中灵敏度高的传感器。另一方面，高频测量用传感器12是与低频测量用传感器11相比在高频带中灵敏度高的传感器。作为一个例子，在本实施方式中高频测量用传感器12是罗哥夫斯基线圈，该罗哥夫斯基线圈配置为使得在被测定电流流过导体c时所产生的磁束从线圈中经过。罗哥夫斯基线圈是将空心线圈设为环状的线圈，能够在交流的电流测定中使用。在图2所示的高频测量用传感器12中，环状的线圈的一部分用作线圈，其他部分用作线部。根据本结构，能够减小线圈的电感和寄生电容，因此，能够提高谐振点，其结果，测定范围扩大。通过将低频测量用传感器11和高频测量用传感器12组合，能够在宽范围的频率中对被测定电流进行测定。低频测量用传感器11及高频测量用传感器12的灵敏度的频率特性的详情在图4A及图4B中后述。
低频测量用传感器11被经由低频测量用传感器驱动线14而供给驱动电流或驱动电压，受到驱动。受到驱动的低频测量用传感器11将与由于流过导体c的电流而产生的磁场的强度相对应的信号经由低频测量用传感器线13而输出。低频测量用传感器线13及低频测量用传感器驱动线14的动作由于在低频测量用传感器11使用的元件的种类而不同。在低频测量用传感器11使用的元件的种类例如是磁阻元件、霍尔元件、磁通门元件、磁阻抗元件等。对于基于元件的种类的复合传感器10的结构，后面叙述。
连接器4将线部(电流传感器1的低频测量用传感器线13、低频测量用传感器驱动线14及高频测量用传感器线15)经由线缆2连接于电流传感器1。连接器4由未图示的2个组件构成。连接器4的一个组件始终与线缆2连接。另一方面，连接器4的另一个组件在插入至一个组件时与线缆2连接，在从一个组件拔出时与线缆2被切断。线部的两端各自一端分别与连接器4的各个组件连接，从而能够通过连接器4的插拔而进行线部的一端和线缆2的连接及切断。即，在拔出连接器4的状态下使线部环绕导体c之后，通过将连接器4插入而能够形成环。连接器4如上所述，还能够不经由线缆2而将电流传感器1直接连接于电路部3。
电路部3具有磁传感器电路31、负反馈电路32、驱动电路33、电流电压变换部34及输出部(电压输出部)35。负反馈电路32具有积分电路321、限制电阻322、微分电路323、放大电路324及低通滤波器(LPF)326。磁传感器电路31经由线缆2与低频测量用传感器线13连接。磁传感器电路31对从低频测量用传感器11输出的信号进行处理并输出至负反馈电路32。磁传感器电路31是将例如从低频测量用传感器11输出的信号进行放大的放大电路。驱动电路33经由低频测量用传感器驱动线14向低频测量用传感器11供给驱动电力(电流或电压)。
负反馈电路32对来自低频测量用传感器11的输出进行控制，经由高频测量用传感器线15向高频测量用传感器12供给与来自低频测量用传感器11的输出相对应的电流。高频测量用传感器12基于从负反馈电路32供给的电流，在将施加于低频测量用传感器11的磁场抵消的方向上产生磁场。负反馈电路32进行将反馈电流输出至高频测量用传感器12的负反馈控制，以使得来自低频测量用传感器11的输出变为0。即，高频测量用传感器12对导体c的磁场进行测定，并且，作为反馈线圈而动作，该反馈线圈基于对应于由低频测量用传感器11测定出的磁场的强度而产生的电流，产生将施加于低频测量用传感器11的磁场抵消的磁场。如上所述，在直流或低频带中，低频测量用传感器11的灵敏度高，高频测量用传感器12的灵敏度低。因此，在直流或低频带中高频测量用传感器12主要作为反馈线圈而动作。另一方面，在高频带中，低频测量用传感器11的灵敏度低，高频测量用传感器12的灵敏度高。因此，在高频带中，高频测量用传感器12主要作为罗哥夫斯基线圈而动作。本实施方式的电流传感器1将输出信号作为来自反馈线圈的电流而进行检测。在将低频测量用传感器11和高频测量用传感器12用作反馈线圈的电流检测中，以成为零磁通的方式对流过反馈线圈的电流进行控制。在将高频测量用传感器12用作罗哥夫斯基线圈的电流检测中，在妨碍施加于高频测量用传感器12的磁场的方向上产生感应电流。因此，在上述二种方式中，均以使得高频测量用传感器12的线圈内的施加磁场为零的方式进行控制，仅将来自高频测量用传感器12的输出电流作为信号就能够进行检测。因此，无需另外设置对低频测量用传感器11和高频测量用传感器12的灵敏度进行调整的调整电路、将彼此的输出相加的加法电路。
负反馈电路32的积分电路321、微分电路323及放大电路324通过对基于由低频测量用传感器11测定出的导体c的磁场的强度的电压值进行积分、微分及放大而进行PID(Proportional－Integral－Differential)控制，并变换为电流值。限制电阻322与放大电路324、微分电路323及积分电路321一起包含于负反馈电路32。限制电阻322将从放大电路324、微分电路323及积分电路321输出的电流值反馈输出至高频测量用传感器12。负反馈电路32可以使用积分电路321、微分电路323及放大电路324中的至少一个而对电压值进行控制。通过将由多个电路测量的测定值相加，能够提高检测精度。
电流电压变换部34经由高频测量用传感器线15将流过高频测量用传感器12的电流变换为电压。电压输出部35将由电流电压变换部34变换后的电压作为导体c的被测定电流的测定值而输出至电路部3的外部。电压输出部35将规定范围的电流值作为例如0～5v范围的电压而输出。
低通滤波器326配置于负反馈电路32内。例如，低通滤波器326插入于对低频测量用传感器11的输出进行处理的磁传感器电路31和3个电路(积分电路321、微分电路323及放大电路324)之间。即，低通滤波器326经由磁传感器电路31连接于低频测量用传感器11。低通滤波器326将磁传感器电路31的输出所包含的高频分量遮断而使低频分量经过。由此，能够对使用反馈环的低频测量用传感器11的输出信号的频率特性进行调整。低通滤波器326将调整了频率特性的低频测量用传感器11的输出向积分电路321、微分电路323及放大电路324输出。负反馈电路32使用调整了频率特性的低频测量用传感器11的输出信号而使高频测量用传感器12作为反馈线圈进行动作。
低通滤波器326可以是由例如电容器(C)和电阻器(R)构成的CR型的低通滤波器。低通滤波器326可以是由线圈(L)和电容器(C)构成的LC型的低通滤波器。低通滤波器326可以是使用运算放大器的有源型的低通滤波器。
在图2中，示出了低通滤波器326配置于负反馈电路32的内部的情况，但并不限定于此。例如，由低频测量用传感器11、磁传感器电路31、低通滤波器326、积分电路321、微分电路323、放大电路324、限制电阻322及高频测量用传感器12形成反馈环，因此，低通滤波器326可以配置于磁传感器电路31的内部。此外，低通滤波器326表示在同样地形成了反馈环的例子的后述的图5等中，也可以配置于负反馈电路32的外侧的形成反馈环的位置。
接下来，使用图3对复合传感器10的结构进行说明。图3是表示实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
在图3中，低频测量用传感器11是任意的磁传感器。低频测量用传感器11如上所述，可以是磁阻元件、霍尔元件、磁通门元件、磁阻抗元件等各种磁传感器。配置为使得高频测量用传感器12的磁感方向与低频测量用传感器11的磁感方向相同。低频测量用传感器11的磁感方向是图3中的左右方向。在图3中，高频测量用传感器12的线圈的圆的中心轴与低频测量用传感器11的圆的中心轴大致一致。
复合传感器10是组合了低频测量用传感器11和高频测量用传感器12的传感器。如图3所示，高频测量用传感器12的线圈配置为包含低频测量用传感器11。具体地说，高频测量用传感器12是在与低频测量用传感器11的外形接近且具有内径的中空的圆筒状的绝缘体将导线卷绕成螺旋状而制作的。卷绕成螺旋状的导线通过粘接剂而固定，可以将圆筒状的绝缘体拔出而使用。高频测量用传感器12的线圈包含低频测量用传感器11，由此能够使在电流经由限制电阻322流过高频测量用传感器12时在高频测量用传感器12的线圈产生的磁场与施加于低频测量用传感器11的磁场平行。负反馈电路32相应于施加于低频测量用传感器11的磁场(即，来自低频测量用传感器11的输出)而对经由限制电阻322流过高频测量用传感器12的电流的大小进行控制，由此能够通过在高频测量用传感器12的线圈产生的反方向的磁场将施加于低频测量用传感器11的磁场抵消。即，如图3中所图示，高频测量用传感器12的线圈包含低频测量用传感器11，由此能够使高频测量用传感器12作为反馈线圈而动作。因此，高频测量用传感器12对流过导体c的电流进行测定，并且，作为反馈线圈而动作。高频测量用传感器12的线圈的直径、圈数及绕组直径等可以根据由高频测量用传感器12检测的电流的大小、低频测量用传感器11受到的磁场的强度(即，将高频测量用传感器12用作反馈线圈时的应当抵消的磁场的强度)、低频带的频率特性等而适当规定。
在图3中配置为，高频测量用传感器12的线圈包含低频测量用传感器11，只要高频测量用传感器12能够作为低频测量用传感器11的反馈线圈而动作，则低频测量用传感器11和高频测量用传感器12的配置并不限定于此。即，只要是通过流过高频测量用传感器12的电流而产生的磁场能够将施加于低频测量用传感器11的磁场抵消即可。例如，在使低频测量用传感器11的中心轴和高频测量用传感器12的中心轴大致一致的状态下，低频测量用传感器11可以包含高频测量用传感器12。可以相对于1个低频测量用传感器11而配置多个高频测量用传感器12，或者也可以相对于多个低频测量用传感器11而配置1个高频测量用传感器12。
接下来，使用图4A及图4B，对基于使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度的频率特性进行说明。图4A及图4B是表示实施方式中的电流测定装置的灵敏度的频率特性的一个例子的图。
在图4A中，纵轴是表示传感器输出电压相对于流过导体c的被测定电流的比率的灵敏度。横轴是被测定电流的频率。
假设在没有由高频测量用传感器12即线圈产生的磁场的反馈的情况下的低频测量用传感器11的开环输出是由线圈产生的低通滤波器分量，因此，具有截止频率Fcl1的频率特性。在低频测量用传感器11的开环输出在小于或等于截止频率Fcl1的频带中，灵敏度为S1，在大于或等于截止频率Fcl1的频带中相比于灵敏度S1而降低。在使用反馈环的低频测量用传感器11中，在图2的结构中，没有低通滤波器326、积分电路321、微分电路323，另外，在作为高频测量用传感器12而使用线圈的情况下，在反馈环内存在由线圈产生的低通滤波器分量。因此，如果将放大电路324的增益设为A0，则使用反馈环的低频测量用传感器11的截止频率变为(1+A0)Fcl1，截止频率向高频侧移动。在大于或等于截止频率(1+A0)Fcl1的频带中，低频测量用传感器11的输出相比于灵敏度S2而降低。
高频测量用传感器12作用有由线圈产生的高通滤波器分量，具有截止频率Fch1的频率特性。高频测量用传感器12的输出在大于或等于截止频率Fch1的频带中，灵敏度为S2，在小于或等于截止频率Fch1的频带中相比于灵敏度S2而降低。基于使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度均为S2，这是因为，控制为高频测量用传感器12的线圈内的施加磁场为零，将来自高频测量用传感器12的控制电流作为输出信号而进行检测。截止频率Fcl1和截止频率Fch1由于是同一线圈而相等。
复合传感器10的灵敏度是将基于使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度进行耦合得到的灵敏度。在图4A及图4B中，由图示粗线表示复合传感器10的灵敏度。在能得到使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度两者的频带中，复合传感器10的灵敏度变为将低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度叠加得到的值。复合传感器10的灵敏度在直流至高频测量用传感器12的灵敏度大致为0的频率频带中，呈与低频测量用传感器11的灵敏度相同的频率特性。复合传感器10的灵敏度在大于或等于低频测量用传感器11的灵敏度大致为0的频率的频带中，呈与高频测量用传感器12的灵敏度相同的频率特性。
在本实施方式中，使用具有上述的频率特性的低频测量传感器和高频测量用传感器12，因此，能够实现从直流至高频为止在幅度宽的频带中具有灵敏度的复合传感器10。
参照图4B，对频率特性的调整进行说明。为了使通过将使用反馈环的低频测量用传感器11和高频测量用传感器12耦合而得到的灵敏度呈现平坦的频率特性，需要使用低通滤波器对频率特性进行调整。通过使用在图5中后述的低通滤波器(LPF)，能够使使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度降低的截止频率向低频侧移动。由此，在将使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度和高频测量用传感器12的灵敏度叠加的频带中，能够对复合传感器10的灵敏度的大小进行调整。如图4B所示，低通滤波器对使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性进行变更，由此使得复合传感器10的灵敏度从直流至高频为止呈现平坦的频率特性。使用低通滤波器对使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性进行调整，由此无需另外设置对使用反馈环的低频测量用传感器11和高频测量用传感器12的灵敏度进行调整的调整电路、将彼此的输出相加的加法电路，就能够得到平坦的灵敏度的频率特性。在图4B中，复合传感器10的灵敏度从直流至高频为止变得平坦，但由于使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性和高频测量用传感器12的频率特性，有时复合传感器10的频率特性不平坦。在本实施方式中，能够一边对低通滤波器的频率特性进行调整，一边对复合传感器10的灵敏度进行微调。
在图4B中，使用低通滤波器使使用反馈环的低频测量用传感器11的灵敏度向低频侧移动，由此对通过将使用反馈环的低频测量用传感器11和高频测量用传感器12耦合而得到的灵敏度进行调整。但是，灵敏度的调整方法并不限定于此。例如，也可以使用高通滤波器使高频测量用传感器12的灵敏度降低的频率向高频侧移动，由此进行灵敏度的调整。另外，也可以使使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性和高频测量用传感器12的频率特性分别移动而进行灵敏度的调整。但是，高频测量用传感器12是使用罗哥夫斯基线圈的电流传感器，由于线圈自身的电阻分量和电感分量而具有高通特性，连接于负反馈电路32的后级。因此，与使用高通滤波器对高频测量用传感器12的频率特性进行调整相比，使用低通滤波器对低频测量用传感器11的频率特性进行调整能够将电路结构简单化。参照图5，说明使用低通滤波器对使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性进行调整的方法。
接下来，使用图5对负反馈电路32的其他结构进行说明。图5是表示实施方式中的电流测定装置的电路结构的另一个例子的框图。
在图5中，电路部3a是图2中说明的电路部3的其他实施方式。在图5中，图2中的电流传感器1等除了电路部3以外的结构全部相同，因此，仅对电路部3a进行图示，省略其他结构。在图5中，对与图2的各部分相对应的部分标注相同的标号，省略说明。
负反馈电路32具有低通滤波器326、放大电路324及限制电阻322。负反馈电路32的放大电路324基于由低频测量用传感器11测定出的导体c的磁场的强度进行积分控制，输出电压值。限制电阻322和放大电路324一起包含于负反馈电路32，将从放大电路324输出的电压值变换为电流值，反馈输出至高频测量用传感器12。低通滤波器326能够连接于磁传感器电路31的后级或放大电路324的后级，对使用反馈环的低频测量用传感器11的频率特性进行调整。
接下来，使用图6对使用多个复合传感器的电流传感器的结构进行说明。图6是表示实施方式中的电流传感器的结构的其他例子的图。
图6中的电流传感器1是图2中说明的电流传感器1的其他实施方式。在图6中，图2中的除电流传感器1以外的结构是类似的结构，因此，仅对电流传感器1及连接器41进行图示，省略其他结构。在图6中，对与图2的各部分相对应的部分标注相同的标号，省略说明。
在图6中，电流传感器1具有复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103、复合传感器104、低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151。复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103、复合传感器104、低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151是环形状的线部。
下面，将在电流传感器1中在复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103及复合传感器104的线部的周围配置有多组的复合传感器称作“复合传感器组”。由于由复合传感器测量的流过导体c的电流而产生的磁场的强度根据复合传感器和导体c之间的距离而不同。复合传感器组配置于导体c的周围，由此与复合传感器为1个的情况相比，能够降低由复合传感器和导体c之间的距离带来的影响。因此，复合传感器组中的各复合传感器优选在线部的周围以均等角度(均等间隔)配置。在图6所示的例子中，复合传感器组具有4个复合传感器(复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103及复合传感器104)，因此，对于各个复合传感器，在将线部设为圆的情况下，大致相隔90°而配置。即使在配置多组复合传感器的情况下，线部也是柔性的。因此，即使在导体c的周边的设置空间受到限定情况下，也能够使电流传感器1容易地环绕导体c而设置。
复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103及复合传感器104分别具有在图2等中说明的低频测量用传感器11及高频测量用传感器12。复合传感器组设置于线部的环的周围，能够对在由线部将导体c环绕时在导体c的周围产生的磁场进行测定。在图6中，为了使说明容易，以使得导体c的直径和线部的环的直径大不相同的方式进行图示。但是，由于能够通过复合传感器组来减小由导体c和线部之间的距离带来的影响，因此，与图2的情况相比，能够增大导体c的直径和线部的环的直径的差。
低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151与复合传感器的数量相匹配地配置。即，低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151具有与复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103及复合传感器104这4个相匹配的配线。对于图6中省略了图示的而在图2中图示的电路部3，也可共享上述4个复合传感器中1个电路部，也可以分别具有电路部。连接器41具有与低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151的数量相对应的触点。低频测量用传感器线131、低频测量用传感器驱动线141及高频测量用传感器线151可以分别通过一个配线与复合传感器101、复合传感器102、复合传感器103及复合传感器104内的低频测量用传感器11及高频测量用传感器12连接。
如图6所示，电流传感器1具有4个复合传感器，但复合传感器的数量并不限定于此。例如，也可以将复合传感器的数量设为大于或等于5。只要线部柔软至能够在导体c的周围环绕的程度，则也可以将复合传感器配置于线部的大致整个周围。
＜第1实施方式＞
接下来，使用图7对第1实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图7是表示第1实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。在下面所说明的第1实施方式～第6实施方式是根据低频测量用传感器中的磁传感器的元件的种类和复合传感器的数量(单个或多个)的不同而进行分类的。
第1实施方式是作为低频测量用传感器而使用一个磁阻元件的情况下的实施方式。磁阻元件为了对信号磁场的极性进行判定而被施加偏置磁场。例如，如果使电流流过反馈线圈而施加偏置磁场，则磁阻元件在显示出高的线性及灵敏度的动作点处被驱动，能够对极性进行判别。以使得施加了偏置磁场的磁阻元件的输出作为电流而负反馈至反馈线圈，向磁阻元件的施加磁场变为零的方式进行控制(零磁通)，将流过反馈线圈的电流作为输出信号而输出。由此，能够避免迟滞、磁饱和，因此，大幅提高直线性、跨度。在将高频测量用线圈用作反馈线圈时也能够容易耦合，频率特性提高。高灵敏度磁阻元件和低灵敏度磁阻元件包含于反馈线圈，反馈线圈向线圈内的磁阻元件施加偏置磁场。使用高灵敏度磁阻元件和低灵敏度磁阻元件而取得两者的差动输出，由此能够对磁阻元件的温度特性进行校正。用于对信号磁场的极性进行判定的偏置磁场例如可以使用磁铁的磁场而施加。作为磁阻元件，使用对垂直于层叠面的方向的磁场分量进行检测的磁阻元件。但是，作为磁阻元件，也可以使用纳米颗粒TMR(隧道磁阻)型磁传感器等。纳米颗粒TMR型磁传感器具有由软磁性磁轭将纳米颗粒TMR夹入的构造，该纳米颗粒TMR对软磁性磁轭的长度方向(相对于表面水平的方向)的磁场分量进行检测。下面示出作为磁传感器而使用磁阻元件时的结构例。
在图7中，电流测定装置100a具有电流传感器1a、线缆2a、电路部3a及连接器4a。电流传感器1a具有复合传感器10a、高灵敏度磁阻传感器线13a1、低灵敏度磁阻传感器线13a2及高频测量用线圈线15a。例如，第1实施方式中的复合传感器10a具有磁阻传感器11a作为低频测量用传感器，具有高频测量用线圈12a作为高频测量用传感器。即，高频测量用线圈12a包含磁阻传感器11a而使高频测量用线圈12a的磁感方向和磁阻传感器11a的磁感方向一致。由此，能够使在电流经由限制电阻322a而流过高频测量用线圈12a时在高频测量用线圈12a产生的磁场的方向和施加于磁阻传感器11a的磁场的方向平行。负反馈电路32a根据来自磁阻传感器11a的输出而对经由限制电阻322a流过高频测量用线圈12a的电流的大小进行控制。由此，能够通过在高频测量用线圈12a产生的反方向的磁场将施加于磁阻传感器11a的磁场抵消。即，高频测量用线圈12a对流过导体c的电流进行测定，并且，作为反馈线圈而动作。
高灵敏度磁阻传感器线13a1将图8中后述的磁阻传感器11a的高灵敏度磁阻传感器和电路部3a连接于连接器4a。低灵敏度磁阻传感器线13a2将磁阻传感器11a的低灵敏度磁阻传感器连接于连接器4a。高频测量用线圈线15a将高频测量用线圈12a连接于连接器4a。
连接器4a将高灵敏度磁阻传感器线13a1、低灵敏度磁阻传感器线13a2及高频测量用线圈线15a连接于线缆2a，经由线缆2a将从磁阻传感器11a输出的信号和从高频测量用线圈12a输出的信号输出至差动放大电路31a。
差动放大电路31a对来自图8中后述的磁阻传感器11a的高灵敏度磁阻传感器的输出信号和来自低灵敏度磁阻传感器的输出信号的差动输出进行计算，由此将与被测定电流成正比的电压向负反馈电路32a输出。恒流源33a向磁阻传感器11a供给恒流。
接下来，使用图8对图7中说明的第1实施方式中的复合传感器10a的结构进行说明。图8是表示第1实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
在图8中，复合传感器10a具有磁阻传感器11a和高频测量用线圈12a。磁阻传感器11a具有高灵敏度磁阻传感器11a1和低灵敏度磁阻传感器11a2。高灵敏度磁阻传感器11a1与低灵敏度磁阻传感器11a2平行地配置。高灵敏度磁阻传感器11a1的磁感方向与低灵敏度磁阻传感器11a2的磁感方向相同。高灵敏度磁阻传感器11a1和低灵敏度磁阻传感器11a2各自的一端接地，另一端与恒流源33a连接。图7所示的差动放大电路31a根据磁场的强度而对施加于各个磁阻传感器的电压的差动输出进行检测。相对于磁场的变化的高灵敏度磁阻传感器11a1的电阻值的变化，比相对于磁场的变化的低灵敏度磁阻传感器11a2的电阻值的变化大。差动放大电路31a对各个电阻值的变化的大小进行检测，作为由恒流源33a产生的电压值的差(差动输出)，根据电压值的差而对磁场的大小进行测定。
高频测量用线圈12a的磁感方向与具有高灵敏度磁阻传感器11a1和低灵敏度磁阻传感器11a2的磁阻传感器11a的磁感方向相同。配置为使得高频测量用线圈12a包含磁阻传感器11a，从而形成线圈。具体地说，高频测量用线圈12a是在与磁阻传感器11a的外形接近且具有内径的中空的圆筒状的绝缘体将导线卷绕成螺旋状而制作的。卷绕成螺旋状的导线通过粘接剂而固定，可以将圆筒状的绝缘体拔出而使用。高频测量用线圈12a能够使在电流经由图7的限制电阻322a流过高频测量用线圈12a时在高频测量用线圈12a产生的磁场的方向与施加于磁阻传感器11a的磁场的方向平行。负反馈电路32a根据施加于磁阻传感器11a的磁场(即，来自磁阻传感器11a的输出)对经由限制电阻322a流过高频测量用线圈12a的电流的大小进行控制，由此，高频测量用线圈12a作为反馈线圈而动作，该反馈线圈通过在高频测量用线圈12a产生的反方向的磁场将施加于磁阻传感器11a的磁场抵消。
＜第2实施方式＞
接下来，使用图9对第2实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图9是表示第2实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。第2实施方式中的电流测定装置使用第1实施方式中的配置有多个复合传感器10a的电流传感器。
在图9中，电流传感器1a是图7中说明的电流传感器1a的其他实施方式。在图9中，图7中的除电流传感器1a以外的结构是类似的结构，因此，仅对电流传感器1a及连接器41a进行图示，省略其他结构。在图9中，对与图7的各部分相对应的部分标注相同的标号，省略说明。
在图9中，电流传感器1a具有复合传感器101a、复合传感器102a、复合传感器103a、复合传感器104a、高灵敏度磁阻传感器线131a1、低灵敏度磁阻传感器线131a2及高频测量用线圈线151a。复合传感器101a、复合传感器102a、复合传感器103a、复合传感器104a、高灵敏度磁阻传感器线131a1、低灵敏度磁阻传感器线131a2及高频测量用线圈线151a是环形状的线部。
在电流传感器1a中，通过将复合传感器组(复合传感器101a、复合传感器102a、复合传感器103a及复合传感器104a)配置于线部的周围，从而能够降低与复合传感器和导体c之间的距离的波动相对应的磁场强度的波动的影响。即使在复合传感器配置多组的情况下，线部也是柔性的。因此，即使在导体c的周边的设置空间受到限定情况下，也能够使电流传感器1a容易地环绕导体c而设置。
＜第3实施方式＞
接下来，使用图10对第3实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图10是表示第3实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
在图10中，电流测定装置100b具有电流传感器1b、线缆2b、电路部3b及连接器4b。电流传感器1b具有复合传感器10b、高灵敏度磁阻传感器线13b1、低灵敏度磁阻传感器线13b2及高频测量用线圈线15b。
例如，第3实施方式中的复合传感器10b具有图11A及图11B所示的磁阻传感器11b作为低频测量用传感器，具有高频测量用线圈12b作为高频测量用传感器。即，高频测量用线圈12b包含磁阻传感器11b，使高频测量用线圈12b的磁感方向和磁阻传感器11b的磁感方向一致。由此，能够使在电流经由限制电阻322b流过高频测量用线圈12b时在高频测量用线圈12b产生的磁场的方向和施加于磁阻传感器11b的磁场的方向平行。负反馈电路32b根据来自磁阻传感器11b的输出而对经由限制电阻322b流过高频测量用线圈12b的电流的大小进行控制。由此，能够通过在高频测量用线圈12b产生的反方向的磁场将施加于磁阻传感器11b的磁场抵消。即，高频测量用线圈12b对流过导体c的电流进行测定，并且，作为反馈线圈而动作。
高灵敏度磁阻传感器线13b1、低灵敏度磁阻传感器线13b2、高频测量用线圈线15b及连接器4b的功能在图11A及图11B的说明中后述。
电桥电路31b是使用在图11A及图11B中后述的磁阻传感器11b的高灵敏度磁阻传感器和低灵敏度磁阻传感器而构成的电桥电路。电桥电路31b将与被测定电流成正比的电压向负反馈电路32b供给。恒压源33b向磁阻传感器11b供给恒压。
接下来，使用图11A及图11B对图10中说明的第3实施方式中的复合传感器10b的结构进行说明。图11A及图11B是表示第3实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
在图11A中，复合传感器10b具有磁阻传感器11b和高频测量用线圈12b。磁阻传感器11b具有高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2。高灵敏度磁阻传感器11b1与低灵敏度磁阻传感器11b2平行地配置。高灵敏度磁阻传感器11b1的磁感方向与低灵敏度磁阻传感器11b2的磁感方向相同。高灵敏度磁阻传感器11b1的一端和低灵敏度磁阻传感器11b2的一端串联连接。高灵敏度磁阻传感器11b1的另一端连接于高灵敏度磁阻传感器线13b1。低灵敏度磁阻传感器11b2的另一端连接于低灵敏度磁阻传感器线13b2。高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2的连接点(中点)连接于磁阻传感器信号线13b3。
第3实施方式中的高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2使磁感方向相同地平行配置，在这一方面与第2实施方式中的高灵敏度磁阻传感器11a1和低灵敏度磁阻传感器11a2相同。但是，与第2实施方式中的高灵敏度磁阻传感器11a1和低灵敏度磁阻传感器11a2并联连接相对地，第3实施方式中的高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2串联连接，这一方面是不同的。
图11B是包含电桥电路31b的电路图。高灵敏度磁阻传感器11b1、低灵敏度磁阻传感器11b2、电阻R1及电阻R2形成电桥电路。高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2的中点连接于磁阻传感器信号线13b3而成为电桥电路31b的磁阻传感器电桥输出的一端。连接于高灵敏度磁阻传感器11b1的高灵敏度磁阻传感器线13b1受到上拉，并且，连接于电桥电路31b的电阻R1。连接于低灵敏度磁阻传感器11b2的低灵敏度磁阻传感器线13b2接地，并且，连接于电桥电路31b的电阻R2。电阻R1和电阻R2串联连接，电阻R1和电阻R2的中点成为电桥电路31b的磁阻传感器电桥输出的另一端。
磁阻传感器电桥输出的一端是相对于上拉电压的高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2的分压，由于高灵敏度磁阻传感器11b1和低灵敏度磁阻传感器11b2的电阻值的变化而值发生变化。另一方面，磁阻传感器电桥输出的另一端是相对于上拉电压的电阻R1和电阻R2的分压，是固定值。在第3实施方式中，使用由高灵敏度磁阻传感器11b1、低灵敏度磁阻传感器11b2、电阻R1及电阻R2制作的电桥电路。由此，能够以电压的方式输出与被测定电流相对应的磁阻传感器电桥输出。
＜第4实施方式＞
接下来，使用图12对第4实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图12是表示第4实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。第4实施方式中的电流测定装置使用配置有多个第3实施方式中的复合传感器10b的电流传感器。
在图12中，电流传感器1b是图9中说明的电流传感器1b的其他实施方式。在图12中，图9中的除电流传感器1b以外的结构是类似的结构，因此，仅对电流传感器1b及连接器41b进行图示，省略其他结构。在图12中，对与图9的各部分相对应的部分标注相同的标号，省略说明。
在图12中，电流传感器1b具有复合传感器101b、复合传感器102b、复合传感器103b、复合传感器104b、高灵敏度磁阻传感器线131b1、低灵敏度磁阻传感器线131b2及高频测量用线圈线151b。复合传感器101b、复合传感器102b、复合传感器103b、复合传感器104b、高灵敏度磁阻传感器线131b1、低灵敏度磁阻传感器线131b2及高频测量用线圈线151b是环形状的线部。
在电流传感器1b中，将复合传感器组(复合传感器101b、复合传感器102b、复合传感器103b及复合传感器104b)配置于线部的周围，由此，能够降低与复合传感器和导体c之间的距离的波动相对应的磁场的强度的波动的影响。即使在配置有多组复合传感器的情况下，线部也是柔性的。因此，即使在导体c的周边的设置空间受到限定的情况下，也能够使电流传感器1b容易地环绕导体c而设置。
接下来，使用图13对第4实施方式中的电流传感器的结构进行说明。图13是表示第4实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
在图13中，由高灵敏度磁阻传感器111b1、高灵敏度磁阻传感器112b1、高灵敏度磁阻传感器113b1、高灵敏度磁阻传感器114b1、低灵敏度磁阻传感器111b2、低灵敏度磁阻传感器112b2、低灵敏度磁阻传感器113b2、低灵敏度磁阻传感器114b2、电阻R3及电阻R4形成电桥电路。下面，将串联连接的高灵敏度磁阻传感器111b1、高灵敏度磁阻传感器112b1、高灵敏度磁阻传感器113b1及高灵敏度磁阻传感器114b1称作“高灵敏度磁阻传感器11nb1”。下面，将串联连接的低灵敏度磁阻传感器111b2、低灵敏度磁阻传感器112b2、低灵敏度磁阻传感器113b2、低灵敏度磁阻传感器114b2称作“低灵敏度磁阻传感器11nb2”。高灵敏度磁阻传感器11nb1和低灵敏度磁阻传感器11nb2的中点连接于磁阻传感器信号线13b3而成为电桥电路31b的磁阻传感器电桥输出的一端。连接于高灵敏度磁阻传感器11nb1的高灵敏度磁阻传感器线13b1受到上拉，并且，电桥电路31b的电阻R3连接。连接于低灵敏度磁阻传感器11nb2的低灵敏度磁阻传感器线13b2接地，并且，连接于电桥电路31b的电阻R4。电阻R3和电阻R4串联连接，电阻R3和电阻R4的中点成为电桥电路31b的磁阻传感器电桥输出的另一端。
磁阻传感器电桥输出的一端是相对于上拉电压的高灵敏度磁阻传感器11nb1和低灵敏度磁阻传感器11nb2的分压，由于高灵敏度磁阻传感器11nb1和低灵敏度磁阻传感器11nb2的电阻值的变化而值产生变化。另一方面，磁阻传感器电桥输出的另一端是相对于上拉电压的电阻R3和电阻R4的分压，是固定值。在第4实施方式中，使用由高灵敏度磁阻传感器11nb1、低灵敏度磁阻传感器11nb2、电阻R3及电阻R4制作的电桥电路。由此，能够以电压的方式输出与被测定电流相对应的磁阻传感器电桥输出。
＜第5实施方式＞
接下来，使用图14对第5实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图14是表示第5实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。
在图14中，电流测定装置100c具有电流传感器1c、线缆2c、电路部3c及连接器4c。电流传感器1c具有复合传感器10c、检测线圈线13c1、磁传感器驱动线13c2、及高频测量用线圈线15c。
第5实施方式中的复合传感器10c使用磁阻抗(MI)传感器11c作为低频测量用传感器。例如，MI传感器11c具有作为磁阻抗元件的无定形磁性线11c2和对无定形磁性线11c2的磁阻抗效应进行检测的检测线圈11c1。复合传感器10c具有高频测量用线圈12c作为高频测量用传感器。高频测量用线圈12c包含MI传感器11c而使高频测量用线圈12c的磁感方向和MI传感器11c的磁感方向一致。由此，能够使在电流经由限制电阻322c而流过高频测量用线圈12c时在高频测量用线圈12c产生的磁场的方向和施加于MI传感器11c的磁场的方向平行。负反馈电路32c根据来自MI传感器11c的输出对经由限制电阻322c流过高频测量用线圈12c的电流的大小进行控制。由此，能够通过在高频测量用线圈12c产生的反方向的磁场将施加于MI传感器11c的磁场抵消。即，高频测量用线圈12c对流过导体c的被测定电流进行测定，并且，作为反馈线圈而动作。
无定形磁性线11c2在线的周方向具有磁各向异性。无定形磁性线11c2通过针对无定形磁性线11c2的直流分量的通电而在周方向中在一个方向受到磁化。如果在无定形磁性线11c2的轴方向施加外部磁场，则在周方向感应的磁力矩沿外部磁场的施加方向进行旋转。通过将高频电流通电至无定形磁性线11c2，从而在圆周方向产生磁场。由此，通过外部磁场的施加而旋转的周方向的磁力矩以返回至外部磁场的施加前的周方向的方式旋转。通过该磁力矩的旋转，在无定形磁性线11c2的轴方向产生以通电频率进行变动的磁力矩分量。通过检测线圈11c1对该磁力矩分量进行检测，由此具有与外部磁场成正比的振幅，将与高频通电相同的频率的信号输出至MI传感器电路31c。MI传感器电路31c具有使用模拟开关的检波电路。MI传感器电路31c从检测线圈11c1的输出将驱动频率分量去除，将外部磁场作为电压信号而进行检测。检波后的输出经由负反馈电路32c而作为电流负反馈至高频测量用线圈12c，该高频测量用线圈12c作为反馈线圈而动作，以使得向磁阻抗元件的施加磁场变为零的方式进行控制(零磁通)，将流过反馈线圈的电流作为输出信号而输出。由此，能够避免迟滞、磁饱和，大幅提高直线性、跨度。在将高频测量用线圈用作反馈线圈时也能够容易耦合，频率特性提高。特别是，通过使用高灵敏度的MI传感器，能够较大地获取反馈环内的开环增益，输出误差变小。在MI传感器中，作为感磁部而使用无定形磁性线，与使用半导体元件的霍尔元件、MR传感器相比，耐热性、温度特性这方面有利。因此，通过使用MI传感器，能够实现高温环境下的高精度电流测量。
负反馈电路32c及高频测量用线圈12c的动作与其他实施方式相同，因此省略说明。在本实施方式中，作为磁阻抗元件而例示出无定形磁性线11c2，但磁阻抗元件并不限定于此。例如，作为磁阻抗元件，可以使用具有将铜等的导体膜和无定形软磁性膜层叠得到的构造的元件。
在本实施方式中，使用在无定形磁性线包含检测线圈、在检测线圈包含反馈线圈这一方式的磁阻抗元件，但磁阻抗元件并不限定于此。磁阻抗元件可以使用例如在无定形磁性线包含反馈线圈、在反馈线圈包含检测线圈这一方式的元件。如上所述的线圈的电感L由下述式表示。
L＝μ0×S×N2/l
(μ0：真空的透磁率、S：空心线圈的截面积、N：线圈的匝数、l：线圈的长度)
在磁阻抗元件的检测线圈的内部形成反馈线圈，由此能够减小反馈线圈的半径。因此，能够减小电感。能够将由于线圈的电感和寄生电容产生的谐振点设定于高频区域，因此，高频特性提高。
在本实施方式中，作为磁阻抗元件，使用无定形磁性线，但磁阻抗元件并不限定于此。作为磁阻抗元件，例如可以使用形成为带状的无定形磁性带状物。磁阻抗元件可以是在硅基板等之上形成的具有软磁性薄膜的元件。
在磁阻抗元件的无定形磁性线，通过驱动电路可以对高频的正弦波电流进行通电，也可以对脉冲电流进行通电。通过驱动电路对调整了占空比的脉冲电流进行通电，从而能够实现低消耗电力化。在对脉冲电流进行通电的情况下调整为，模拟开关的不同检波也同样地变更，取得脉冲输出信号。
本实施方式中的磁阻抗元件在未形成磁性闭环这方面与CT(CurrentTransformer)不同。
在本实施方式中，作为磁阻抗元件，使用在周方向具有磁各向异性的无定形磁性线。但是，作为磁阻抗元件，可以使用坡莫合金等的高透磁率磁性线。通过在周方向预先励磁了磁各向异性的磁性线，磁阻抗元件被高灵敏度化。但是，也可以使用未执行针对周方向的磁各向异性处理的高透磁率的磁性线即坡莫合金线等，对直流电流进行通电，而在周方向进行磁化。通过使用坡莫合金线，能够提高通用性。
接下来，使用图15对第5实施方式中的电流传感器的结构进行说明。图15是表示第5实施方式中的电流传感器的结构的一个例子的图。
在图15中，复合传感器10c具有MI传感器11c和高频测量用线圈12c。MI传感器11c具有无定形磁性线11c2和检测线圈11c1。MI传感器11c的磁感方向与高频测量用线圈12c的磁感方向相同。高频测量用线圈12c配置为包含MI传感器11c。检测线圈11c1通过无定形磁性线11c2的周方向的磁力矩的旋转，在无定形磁性线11c2的轴方向产生以通电频率变动的磁力矩分量。通过检测线圈11c1对该磁力矩分量进行检测，通过使用MI传感器电路31c中的模拟开关的检波电路将驱动频率分量去除，将外部磁场作为电压信号进行检测。由此，能够对被测定电流的大小进行测定。
具体地说，高频测量用线圈12c是在与MI传感器11c的外形接近且具有内径的中空的圆筒状的绝缘体将导线卷绕成螺旋状而制作的。卷绕成螺旋状的导线通过粘接剂而固定，可以将圆筒状的绝缘体拔出而使用。高频测量用线圈12c能够使在电流经由图14的限制电阻322c流过高频测量用线圈12c时在高频测量用线圈12c产生的磁场的方向与施加于MI传感器11c的磁场的方向平行。负反馈电路32c根据施加于MI传感器11c的磁场(即，来自MI传感器11c的输出)对经由限制电阻322c流过高频测量用线圈12c的电流的大小进行控制，由此，高频测量用线圈12c作为反馈线圈而动作，该反馈线圈通过在高频测量用线圈12c产生的反方向的磁场将施加于MI传感器11c的磁场抵消。
＜第6实施方式＞
接下来，使用图16对第6实施方式中的电流测定装置的结构进行说明。图16是表示第6实施方式中的电流测定装置的结构的一个例子的图。第6实施方式中的电流测定装置使用配置有多个第5实施方式中的复合传感器10c的电流传感器。
在图16中，电流传感器1c是图14中说明的电流传感器1c的其他实施方式。在图16中除了图14中的电流传感器1c以外的结构是类似的结构，因此，仅电流传感器1c及连接器41c进行图示，省略其他结构。在图16中，对与图14的各部分相对应的部分标注相同的标号，省略说明。
在图16中，电流传感器1c具有复合传感器101c、复合传感器102c、复合传感器103c、复合传感器104c、检测线圈线13c1、磁传感器驱动线13c2及高频测量用线圈线151c。复合传感器101c、复合传感器102c、复合传感器103c、复合传感器104c、检测线圈线13c1、磁传感器驱动线13c2及高频测量用线圈线151c是环形状的线部。
在电流传感器1c中，通过将复合传感器组(复合传感器101c、复合传感器102c、复合传感器103c及复合传感器104c)配置于线部的周围，从而能够降低与复合传感器和导体c之间的距离的波动相对应的磁场的强度的波动的影响。即使在复合传感器配置多组的情况下，线部也是柔性的。因此，即使在导体c的周边的设置空间受到限定情况下，也能够使电流传感器1c容易地环绕导体c而设置。
如以上说明所述，本实施方式中的电流测定装置具有：低频测量用传感器，其对由被测定电流产生的磁场进行测定；以及高频测量用传感器，其配置为使得所述低频测量用传感器的磁感方向和磁感方向平行，对所述磁场进行测定。所述高频测量用传感器基于相应于由所述低频测量用传感器测定出的磁场的强度而产生的电流，产生将施加于所述低频测量用传感器的磁场抵消的磁场。由此，本实施方式中的电流测定装置能够实现在设置空间受到限定的场所下的利用，能够测定宽范围的频率的电流。
在本实施方式中，在低频测量用传感器使用的元件的种类并不限定于上述的元件。例如，作为在低频测量用传感器使用的元件，能够使用霍尔元件。霍尔元件是利用了霍尔效应的传感器。霍尔效应是下述现象，即，如果在半导体薄膜流过电压或电流而在垂直于表面的方向施加磁场，则半导体薄膜内的电子的分布由于洛伦兹力而不均匀，从而在电流和磁场的两者的矢量积的方向产生电压。如果向输入端子间施加电流或电压，在垂直于表面的方向施加外部磁场，则在正交于输入端子间的输出端子间对与外部磁场成正比的输出电压信号进行检测。
示出使用霍尔元件时的动作例。驱动电路向霍尔传感器输入端子间施加电压或电流，以使得将霍尔传感器的输出作为电流而负反馈至反馈线圈，向霍尔元件施加的施加磁场变为零的方式进行控制(零磁通)，将流过反馈线圈的电流作为输出信号而输出。由此，即使在将高频测量用线圈用作反馈线圈时也能够容易地实现频率特性的耦合，频率特性提高。作为霍尔元件，使用对垂直于表面的方向的磁场分量进行检测的横向型霍尔元件，但并不限定于此。例如，作为霍尔元件，也可以使用对相对于表面水平的方向的磁场分量进行检测的纵向型霍尔元件。
另外，作为在低频测量用传感器使用的元件，可以使用磁通门元件。磁通门元件可以是平行(被测定磁场和驱动磁场为同方向)，也可以是正交型(被测定磁场和驱动磁场正交)。平行的磁通门元件是利用了高透磁率磁心的B(磁束密度)－H(磁场)特性的传感器。例如，平行的磁通门元件具有：在B－H图中原点附近具有大的斜率(透磁率)的高透磁率磁心；驱动线圈，其对磁心施加交流磁场；以及耦合线圈，其对由驱动线圈调制后的外部磁场进行检测。
在使用单一的高透磁率磁心的单芯型的磁通门元件中，通过驱动线圈直至饱和区域为止对高透磁率磁心进行交流励磁，由耦合线圈对来自励磁后的高透磁率磁心的磁束进行检测。在未施加外部磁场的状态下，从磁通门元件得到的波形相对于时间轴正负对称。在施加了外部磁场的状态下，在通过耦合线圈对与外部磁场施加方向同方向的磁束进行检测时，由于将磁心内的磁束相加，因此饱和时间变长。在通过耦合线圈对与外部磁场的施加方向相反方向的磁束进行检测的情况下，将磁心内的磁束减去。因此饱和时间变短。由此，波形畸变，得到相对于时间轴非对称的波形。在非对称的波形叠加有励磁频率的倍频分量，该倍频分量与外部磁场成正比。因此，通过使用同步检波等而将倍频分量的振幅值取出，能够将外部磁场作为电压信号而进行检测。
以使得磁通门元件的输出作为电流而负反馈至反馈线圈，向磁通门元件施加的施加磁场变为零的方式进行控制(零磁通)，将流过反馈线圈的电流作为输出信号而输出。由此，能够避免迟滞、磁饱和，大幅提高直线性、跨度。通过将高频测量用线圈用作反馈线圈，能够容易地进行耦合。
作为磁通门元件，在这里使用使得被测定磁场和驱动磁场变为同方向的平行磁通门元件，但并不限定于此。例如，通过使用被测定磁场和驱动磁场相正交的正交磁通门元件，不需要驱动线圈。也可以使用不施加直流偏置、输出为驱动频率的倍频的倍频型正交磁通门元件。或者可以使用施加直流偏置、输出与驱动频率相同的基本波型正交磁通门元件。
作为磁通门元件，可以取代单芯型的磁通门元件而使用通过双芯结构将由驱动线圈产生的励磁分量抵消的差动型的磁通门元件。作为高透磁率磁心，可以利用使用环状铁心的环状铁心型磁通门元件。
例如，可以将用于实现构成在本实施方式中说明的装置的功能的程序记录至计算机可读取的非易失性的记录介质，将记录于该计算机可读取的非易失性的记录介质的程序读入至计算机系统并执行，由此进行本实施方式的上述的各种处理。在这里所说的“计算机系统”也可以包含OS、周边仪器等的硬件。对于“计算机系统”，在利用WWW系统的情况下，还包含主页提供环境(或者显示环境)。“计算机可读取的非易失性的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、闪存等的可写入的非易失性存储器、CD－ROM等的移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。
并且“计算机可读取的非易失性的记录介质”还包含如作为在经由互联网等的网络、电话线路等的通信线路而发送了程序的情况下的服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器(例如DRAM(Dynamic Random Access Memory))那样，对一定时间程序进行保持的记录介质。上述程序可以从将该程序储存于存储装置等的计算机系统经由传送介质、或通过传送介质中的传送波，传送至其他计算机系统。在这里，对程序进行传送的“传送介质”是指如互联网等的网络(通信网)、电话线路等的通信线路(通信线)那样具有对信息进行传送的功能的介质。上述程序也可以是用于实现前述的功能的一部分的程序。并且，也可以是通过与已经将前述的功能记录至计算机系统的程序的组合来实现的、所谓的差分文件(差分程序)。
在本说明书中显示“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、下、横、行以及列”等方向的词语，提及在本发明的装置中的这些方向。因此，在本发明的说明书中的这些词语在本发明的装置中应该会相对地进行解释。
“构成”这个词语为了执行本发明的功能而被构成，或者为了显示装置的结构、要素、部分而被使用。
并且，在权利要求书中，作为“方法加功能”而表达表现的词语，是指应该包含为了执行本发明所包含的功能而能够利用的，应该包含所有构造在内的词语。
“单元”这个词被用于显示结构要素、单元、硬件、或显示为了执行希望的功能而编程后的软件的一部分。硬件的典型例是设备、电路，但不限于此。
以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明不限定于这些实施例。在不脱离于本发明的宗旨的范围内，能够进行结构的添加、省略、置换以及其他变更。本发明不被所述的说明所限定，只被添附的权利要求书所限定。

Claims (13)

1.一种电流测定装置，其具有：
低频测量用传感器，其对由于被测定电流而产生的磁场进行测定；
高频测量用传感器，其以使得所述低频测量用传感器和磁感方向大致平行的方式配置，对所述磁场进行测定，产生将施加于所述低频测量用传感器的所述磁场抵消的磁场；
负反馈电路，其基于由所述低频测量用传感器测定出的所述磁场，对流过所述高频测量用传感器的电流进行控制；
低通滤波器，其配置于所述负反馈电路内，对流过所述高频测量用传感器的、由所述负反馈电路控制的所述电流的频率特性进行调整；以及
输出部，其基于流过所述高频测量用传感器的所述电流，输出所述被测定电流的测定值，
所述高频测量用传感器连接于环形状的第1线，
所述低频测量用传感器连接于环形状的第2线以及第3线，
所述负反馈电路经由所述第2线从所述低频测量用传感器接收输出信号，将与所述输出信号相对应的电流经由所述第1线供给至所述高频测量用传感器，
所述低频测量用传感器经由所述第3线被供给驱动电流或驱动电压，受到驱动，
所述第1线、所述第2线以及所述第3线由同一包覆层捆束而形成环形状，环绕导体。
2.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述高频测量用传感器包含所述低频测量用传感器。
3.根据权利要求1或2所述的电流测定装置，其中，
所述高频测量用传感器具有线圈。
4.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
多组所述高频测量用传感器连接于所述第1线，
多组所述低频测量用传感器连接于所述第2线以及所述第3线。
5.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述高频测量用传感器是在中空的圆筒状的绝缘体将导线卷绕成螺旋状得到的传感器。
6.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器具有高灵敏度磁阻传感器和低灵敏度磁阻传感器，
所述高灵敏度磁阻传感器与所述低灵敏度磁阻传感器平行配置，
所述高灵敏度磁阻传感器的磁感方向与所述低灵敏度磁阻传感器的磁感方向相同。
7.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器是磁阻抗传感器，该磁阻抗传感器具有磁阻抗元件、对所述磁阻抗元件的磁阻抗效应进行检测的检测线圈。
8.根据权利要求7所述的电流测定装置，其中，
所述磁阻抗元件是在周方向具有磁各向异性的无定形磁性线。
9.根据权利要求7所述的电流测定装置，其中，
所述磁阻抗元件是在硅基板上形成的具有软磁性薄膜的元件。
10.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器具有对垂直于表面的方向的磁场分量进行检测的横向型霍尔元件。
11.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器具有对相对于表面水平的方向的磁场分量进行检测的纵向型霍尔元件。
12.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器具有被测定磁场和驱动磁场为相同方向的平行磁通门元件。
13.根据权利要求1所述的电流测定装置，其中，
所述低频测量用传感器具有被测定磁场和驱动磁场相正交的正交磁通门元件。
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