JP2000121711A

JP2000121711A - 磁界発生用電流供給装置、磁気センサ装置および電流センサ装置

Info

Publication number: JP2000121711A
Application number: JP10290907A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakagawa; 士郎中川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、磁界発生用の比較的大きな直
流または交流電流を効率よく安価に供給することを可能
にする。【解決手段】電流供給装置は、インバータ１と、一端
がインバータ１の出力端に接続されたインダクタンス素
子２と、一端がインダクタンス素子２の他端に接続さ
れ、他端がインバータ１の入力端に接続された負荷３
と、一端がインバータ１の出力端に接続されたキャパシ
タンス素子４と、一端がキャパシタンス素子４の他端に
接続され、他端が接地された負荷５と、一端がインバー
タ１の入力端に接続されたキャパシタンス素子６と、一
端がキャパシタンス素子６の他端に接続され、他端が接
地された負荷７とを備えており、共振回路の構成になっ
ている。電流供給装置は、インダクタンス素子２、キャ
パシタンス素子４またはキャパシタンス素子６に流れる
共振電流を磁界発生用素子に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばある種の磁
気センサ装置や直流電流センサ装置における磁界発生用
の電流を供給するための磁界発生用電流供給装置、磁界
を測定する磁気センサ装置、および電流によって発生す
る磁界を測定することで電流を測定する電流センサ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の電子装置において、電流の
作る磁界を磁気センサ装置で測定することにより、電
流、特に直流電流を非接触で測定する電流センサ装置が
広く用いられている。電流センサ装置は、通常、被測定
電流と鎖交する磁気ヨークに空隙を設け、その空隙に磁
気センサ装置を設置した構成となっている。

【０００３】このような電流センサ装置では、従来よ
り、例えば特開昭６２−２２０８８号公報に示されるよ
うに、電流センサ装置としてのリニアリティや温度依存
性の改善のため、磁気ヨークに設けられたコイルを用
い、磁気センサ装置の出力に基づいて、被測定電流の作
る磁界と逆方向の磁界を発生させ、磁気センサ装置が、
磁気ヨーク中の磁界がほぼゼロの状態、すなわち、磁気
センサ装置に印加される磁界がゼロの近傍の状態の下で
動作するように、磁気センサ装置の出力を負帰還する技
術が知られている。以下、この技術を、負帰還法と呼
ぶ。

【０００４】また、電流センサ装置では、例えば特公昭
６３−５７７４１号公報に示されるように、磁気ヨーク
に設けられたコイルに一定の交流電流を流して、被測定
磁界に一定の交流磁界を重畳し、その交流磁界に対応し
たセンサ出力が常に一定になるように制御する技術も知
られている。以下、この技術を、交流重畳法と呼ぶ。

【０００５】また、特許番号第２６１７４９８号の特許
掲載公報には、導電性を有する線状あるいは棒状の磁性
体に、長手方向にパルス電流あるいは交流電流を流し、
磁性体に巻回された検出巻線に生じる電気信号によって
外部磁界を検出するようにした磁気センサ装置が示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、負帰還法で
は、被測定電流による起磁力と同じ大きさの逆方向起磁
力を発生させなければならない。そのため、コイルの巻
数をＮとすると、被測定電流の１／Ｎの電流を常に流す
必要がある。ここで、被測定電流を１０Ａとし、コイル
の巻数を１００ターンとすると、必要な帰還電流は１０
０ｍＡとなる。そため、センサ装置の電源の電圧を１０
Ｖとし、この電源から帰還電流を供給すると、常に１Ｗ
の電力が消費されることになり、センサ装置としては、
消費電力が大きくなってしまう。

【０００７】１００ターンのコイルの直流抵抗を５Ωと
しても、印加電圧が例えば０．５Ｖであれば、本来、消
費電力は、下式より５０ｍＷでよいはずである。０．５Ｖ×１００ｍＡ＝５０ｍＷ

【０００８】しかし、０．５Ｖの電圧を得るために、１
０Ｖ入力、０．５Ｖ出力の直流−直流コンバータ（以
下、ＤＣ／ＤＣコンバータと記す。）を使うのは、コス
ト的に得策ではない。また、コイルの巻数を１０倍の１
０００ターンとすれば、消費電力は、１／１０になる
が、コイルの形状が１０倍程度大きくなるという不具合
がある。

【０００９】これに対し、交流重畳法では、負帰還法に
おいて必要となる大きな帰還電流は必要ない。しかし、
交流重畳法は、磁気センサ装置のリニアリティが確保さ
れていなければ利用できないため、磁気検出素子とし
て、リニアリティはよいが感度の低いホール素子を使用
する必要がある。

【００１０】ここで、前例と同様に、コイルの巻数が１
００ターン、被測定電流が１０Ａのときに、磁気検出素
子の感度が低いために、被測定電流の起磁力を１０倍程
度に設定する（被測定電流が流れる導線を磁気ヨークに
１０回巻き付ける）と、被測定電流の１／１００の交流
起磁力を与えるためには、１０ｍＡを流せばよい。しか
し、コイルのインダクタンスが数ｍＨ〜数１０ｍＨと大
きくなるため、例えば周波数１００ｋＨｚの交流磁界を
重畳するには、１０数Ｖ〜数１０Ｖの駆動電圧が必要に
なり、１０Ｖの電源電圧では不足となる。

【００１１】もちろん、交流磁界の周波数を下げたり、
重畳磁界を減らせば駆動は可能であるが、周波数を下げ
れば電流センサ装置としての周波数応答が悪くなり、重
畳磁界を減らせば信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が劣化して制
御特性が劣化する等の不具合を生じる。

【００１２】このような不具合を避けるための簡単な方
法は、コイルの巻数を１／１０の１０ターンとすること
である。巻数が１／１０になると、電流は１０倍の１０
０ｍＡが必要となるが、インダクタンスは１／１００と
なるため、駆動電圧は１／１０の数Ｖ以下となる。

【００１３】このように、負帰還法にしても、交流重畳
法にしても、１００ｍＡ程度の直流または交流電流を効
率よく安価に供給する手段が必要であることが分かる。

【００１４】また、特許番号第２６１７４９８号の特許
掲載公報に示された磁気センサ装置では、導電性の磁性
体に１００ｍＡ程度のパルスまたは高周波電流を流す必
要がある。この場合、導電性の磁性体のインピーダンス
は１Ω程度なので、電圧は１００ｍＶ程度でよい。従っ
て、この場合も、専用のＤＣ／ＤＣコンバータ等に依ら
ずに、効率よく、１００ｍＡ程度の電流を供給する手段
が必要となる。

【００１５】以上説明したように、磁気センサ装置およ
びこれを用いた電流センサ装置では、数１０〜数１００
ｍＡ程度の比較的大きな直流または交流電流を効率よく
供給する必要がある。しかし、従来、このような電流の
供給方法については工夫はされておらず、電流は安直に
センサ装置の電源から供給されるか、または高価なＤＣ
／ＤＣコンバータを用いた別の電源から供給されてい
た。このように、従来は、簡単な構成で、磁界発生用の
数１０〜数１００ｍＡ程度の比較的大きな直流または交
流電流を効率よく安価に供給する手段がなかった。

【００１６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な構成で、磁界発生用の比較的
大きな直流または交流電流を効率よく安価に供給するこ
とができるようにした磁界発生用電流供給装置、磁気セ
ンサ装置および電流センサ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の磁界発生用電流
供給装置は、所定の磁界を発生させるための磁界発生用
素子に電流を供給するための磁界発生用電流供給装置で
あって、リアクタンスを有するリアクタンス素子を含
み、リアクタンス素子に流れる共振電流を磁界発生用素
子に供給する共振回路を備えたものである。

【００１８】本発明の磁気センサ装置は、被測定磁界に
応じた信号を出力する磁気検出素子と、被測定磁界の測
定のために、被測定磁界とは別の磁界を発生させるため
の磁界発生用素子と、リアクタンスを有するリアクタン
ス素子を含み、リアクタンス素子に流れる共振電流を磁
界発生用素子に供給する共振回路とを備えたものであ
る。

【００１９】本発明の電流センサ装置は、被測定電流に
よって発生する被測定磁界を測定することによって被測
定電流を測定する電流センサ装置であって、被測定磁界
に応じた信号を出力する磁気検出素子と、被測定磁界の
測定のために、被測定磁界とは別の磁界を発生させるた
めの磁界発生用素子と、リアクタンスを有するリアクタ
ンス素子を含み、リアクタンス素子に流れる共振電流を
磁界発生用素子に供給する共振回路とを備えたものであ
る。

【００２０】本発明の磁界発生用電流供給装置、磁気セ
ンサ装置または電流センサ装置では、共振回路のリアク
タンス素子に流れる共振電流が磁界発生用素子に供給さ
れる。

【００２１】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、共振回路
は、例えば、リアクタンス素子としてのキャパシタンス
素子に流れる共振電流を磁界発生用素子に供給する。

【００２２】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、共振回路
は、例えば、リアクタンス素子としてのインダクタンス
素子に流れる共振電流を磁界発生用素子に供給する。

【００２３】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、リアクタン
ス素子としてのインダクタンス素子が、磁界発生用素子
を兼ねていてもよい。

【００２４】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、共振回路
は、例えば、分割されたリアクタンス素子の一部に流れ
る共振電流を磁界発生用素子に供給する。

【００２５】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、更に、共振
回路において発生する共振交流電圧を整流して、共振電
流より直流電流を生成し、この直流電流を磁界発生用素
子に供給する整流回路を備えていてもよい。

【００２６】また、本発明の磁界発生用電流供給装置、
磁気センサ装置または電流センサ装置では、共振回路
が、Ｑ値を調節するためのダンピング抵抗を含んでいて
もよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照
して、本発明の各実施の形態における磁界発生用電流供
給装置の基本的な構成と電流供給の原理について説明す
る。

【００２８】図１に示した電流供給装置は、インバータ
１と、一端がインバータ１の出力端に接続されたインダ
クタンス素子（インダクタ）２と、一端がインダクタン
ス素子２の他端に接続され、他端がインバータ１の入力
端に接続された負荷３と、一端がインバータ１の出力端
に接続されたキャパシタンス素子（キャパシタ）４と、
一端がキャパシタンス素子４の他端に接続され、他端が
接地された負荷５と、一端がインバータ１の入力端に接
続されたキャパシタンス素子６と、一端がキャパシタン
ス素子６の他端に接続され、他端が接地された負荷７と
を備えている。なお、負荷３，５，７は、適宜、必要な
ものだけが設けられる。

【００２９】ここで、インダクタンス素子２のインダク
タンスをＬとし、キャパシタンス素子４，６のキャパシ
タンスをそれぞれＣ₁，Ｃ₂とし、負荷３，５，７のイ
ンピーダンスをそれぞれＺ₀，Ｚ₁，Ｚ₂とする。図１
に示した電流供給装置の構成は、共振回路の構成になっ
ており、特に、Ｚ₀＝Ｚ₁＝Ｚ₂＝０のときには、よく
知られたコルピッツ型発振回路の構成となる。なお、こ
こでの説明は、簡単のために、コルピッツ型回路として
説明しているが、インバータ１の入力端電圧が過大とな
らないように、キャパシタンス素子６の代わりに直列に
接続された２つのキャパシタンス素子を有し、これらに
よって分圧された電圧をインバータ１の入力端電圧とす
るコンデンサ分圧回路を備えたクラップ回路を用いるこ
とが望ましい場合もある。

【００３０】次に、図１に示した電流供給装置の作用に
ついて説明する。まず、負荷３，５，７は、短絡されて
いるものとする。すなわち、Ｚ₀＝Ｚ₁＝Ｚ₂＝０とす
る。この場合、インバータ１の出力端子から見て、キャ
パシタンス素子４、インダクタンス素子２およびキャパ
シタンス素子６で構成される共振回路は、Ｃ₁<<Ｃ₂の
ときには、キャパシタンス素子４およびインダクタンス
素子２による並列共振回路とみなせ、Ｃ₁>>Ｃ₂のとき
には、インダクタンス素子２およびキャパシタンス素子
６による直列共振回路とみなせる。ここで、キャパシタ
ンス素子４およびインダクタンス素子２による共振回路
のＱ値をＱ₁とし、インダクタンス素子２およびキャパ
シタンス素子６で構成される共振回路のＱ値をＱ₂とす
る。

【００３１】Ｃ₁<<Ｃ₂のとき、インピーダンスＺ₁の
小さな負荷５をキャパシタンス素子４の枝に挿入する
と、インバータ１の出力端子から流出する電流は、Ｃ₁
の枝に流れる電流の１／Ｑ₁となる。すなわち、小さな
インピーダンスＺ₁は、インバータ１の出力端子から見
て、キャパシタンスＣ₁と共にＱ₁倍にインピーダンス
変換される。従って、通常のインバータ１では直接駆動
できないような低いインピーダンスの負荷を、損失なく
駆動することが可能となる。この特性は、低インピーダ
ンスの素子に比較的大きな電流を流す必要がある場合、
例えば、特許番号第２６１７４９８号の特許掲載公報に
示された磁気センサ装置のように、抵抗値が１Ω程度の
導電性の磁性体に１００ｍＡ程度の高周波電流を流す必
要がある場合に、非常に有利である。

【００３２】一方、大きなインダクタンスＬ₀を持つ負
荷に交流電流を供給する場合には、Ｃ₁>>Ｃ₂の場合を
選ぶのがよい。この場合、Ｚ₁＝Ｚ₂＝０、Ｚ₀＝Ｌ₀
とすると、インダクタンス素子２および負荷に流れる電
流は、インバータ１の出力端子から流出する電流のＱ₂
倍となる。すなわち、インダクタンス素子２および負荷
のインピーダンスは、１／Ｑ₂に変換される。従って、
高電圧を与えなくても、大電流で駆動することが可能と
なる。なお、負荷のインダクタンスＬ₀が大きいときに
は、インダクタンス素子２のインダクタンスＬをゼロと
してもよい。Ｃ₁>>Ｃ₂の場合の電流供給装置の特性
は、交流重畳法のように、大きなインダクタンスを持つ
負荷に交流電流を流す必要のある場合には、極めて有利
である。

【００３３】ところで、本発明の電流供給装置を、交流
重畳法を用いる磁気センサ装置における重畳磁界発生用
の電流の供給に利用する場合には、重畳磁界発生用コイ
ルの巻数を少なくしてインピーダンスを下げ、重畳磁界
発生用コイルを図１における負荷５として挿入できる場
合もある。

【００３４】なお、上述のＣ₁<<Ｃ₂や、Ｃ₁>>Ｃ₂の
条件は、説明を簡単にするために設定したものであり、
これらの条件が満たされなくても、初等的な計算によ
り、直列共振点、並列共振点の存在が示せるので、発明
の本質に変わりはない。

【００３５】また、以上、交流電流の供給の場合につい
て説明したが、直流電流が必要な場合には、電流供給装
置の回路内に適当なインピーダンス素子を設け、そのイ
ンピーダンス素子の両端の電圧を整流したり、整流回路
の入力インピーダンスが適当な値であれば、整流回路そ
のものをインピーダンス素子として本発明を適用すれば
よい。

【００３６】［本発明の第１の実施の形態］次に、図２
を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁界発生
用電流供給装置および磁気センサ装置について説明す
る。

【００３７】本実施の形態は、特許番号第２６１７４９
８号の特許掲載公報に示されたような磁気センサ装置に
本発明を適用した例である。

【００３８】図２に示したように、本実施の形態に係る
磁気センサ装置は、導電性を有する線状あるいは棒状の
磁性体からなるコア１０と、このコア１０のまわりに巻
回された出力コイル１８とを備えている。出力コイル１
８の両端には、出力端子１９，２０が設けられている。
本実施の形態に係る電流供給装置は、コア１０に対して
長手方向に、磁界発生用の交流電流を流すための装置で
ある。コア１０は、本発明における磁界発生素子に対応
する。

【００３９】本実施の形態に係る電流供給装置は、イン
バータ１１と、一端がインバータ１１の出力端に接続さ
れ、他端がインバータ１１の入力端に接続されたコイル
１２と、一端がインバータ１１の入力端に接続され、他
端が接地されたコンデンサ１６と、一端がインバータ１
１の出力端に接続され、他端がコア１０の一端に接続さ
れたコンデンサ１４とを備えている。なお、コア１０の
他端は、接地されている。なお、インバータ１１は、集
積回路でも構成してもよいし、個別部品で構成してもよ
い。

【００４０】インバータ１１、コイル１２およびコンデ
ンサ１４，１６は、コルピッツ型の発振回路を形成す
る。ここで、コンデンサ１４，１６は、それぞれ、図１
におけるキャパシタンス素子４，６に対応し、それぞれ
のキャパシタンスをＣ₁，Ｃ_２とする。また、コイル１
２は、図１におけるインダクタンス素子２に対応する。
また、コア１０は、図１における負荷５に対応する。

【００４１】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の作用について説明する。本実施の形態に係る電流供給
装置によって、コア１０には、このコア１０が磁気飽和
するに足りる交流駆動電流Ｉが流される。この電流Ｉに
よって、コア１０内には、電流Ｉの回りに磁束が生じ
る。被測定磁界Ｈは、コア１０を流れる駆動電流Ｉに対
して平行に与えられる。

【００４２】被測定磁界Ｈがゼロのときには、交流駆動
電流Ｉによる磁束は、出力コイル１８と鎖交しないの
で、出力コイル１８の両端の出力端子１９，２０に出力
信号は現れない。なお、被測定磁界Ｈがゼロのときのコ
ア１０の比透磁率をμ_Ｓとする。

【００４３】一方、被測定磁界Ｈがゼロではないときに
は、交流駆動電流Ｉによる磁束によってコア１０が周期
的に磁気飽和するので、コア１０の比透磁率が周期的に
μ_Sから１に変化する。従って、コア１０を通る被測定
磁界Ｈによる磁束は、周期的に、被測定磁界Ｈがゼロの
ときに比べて、１／μ_Sとなる。そのため、検出コイル
１８と鎖交し、被測定磁界Ｈに比例する磁束が変化する
ので、検出コイル１８の両端の出力端子１９，２０に
は、被測定磁界Ｈに比例した出力信号が現れる。

【００４４】コア１０を駆動する交流電流Ｉは、コア１
０を十分に磁気飽和させなければならないため、通常、
１００ｍＡ程度必要である。また、図２に示した磁気セ
ンサ装置の出力は、駆動電流Ｉの周波数にも比例するた
め、駆動周波数は、１ＭＨｚ以上に選ばれる。コア１０
のインピーダンスは１Ω程度である。

【００４５】図２に示した電流供給装置において、イン
バータ１１の出力電圧を５Ｖ、発振回路の発振周波数を
１ＭＨｚとすると、コンデンサ１４とコア１０のインピ
ーダンスの和が、周波数１ＭＨｚに対して５０Ω程度で
あれば、駆動電流Ｉは１００ｍＡ程度となる。これは、
コンデンサ１６のキャパシタンスを３０００ｐＦ程度に
選べば可能となる。このとき、共振回路のＱ値は、５０
〜１００程度であるから、インバータ１１の出力から見
た共振回路のインピーダンスは、５０×５０〜５０×１
００＝２．５〜５ｋΩとなって、出力電流は１〜２ｍＡ
となり、大幅に減少させることができ、消費電力は１／
５０〜１／１００となる。このように、本実施の形態に
よれば、簡単な構成で、抵抗値が１Ω程度の導電性のコ
ア１０に、１００ｍＡ程度の比較的大きな高周波電流を
効率よく安価に供給することが可能となる。

【００４６】［本発明の第２の実施の形態］次に、図３
を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁界発生
用電流供給装置、磁気センサ装置および電流センサ装置
について説明する。本実施の形態は、交流重畳法を用い
る磁気センサ装置に本発明を適用した例である。

【００４７】図３は、本実施の形態に係る電流センサ装
置の構成を示す回路図である。この電流センサ装置は、
本実施の形態に係る電流供給装置および磁気センサ装置
を含んでいる。なお、以下、電流センサ装置を中心に説
明するが、以下の説明は、電流供給装置および磁気セン
サ装置の説明を兼ねている。

【００４８】本実施の形態に係る電流センサ装置は、被
測定電流が通過する導電部２１を囲うように設けられ、
一部にギャップを有する磁気ヨーク２２と、このヨーク
２２のギャップ内に設けられた磁気検出素子２３と、こ
の磁気検出素子２３の出力信号を処理する処理回路２４
と、この処理回路２４の出力信号を外部に出力するため
の出力端子２５と、磁気ヨーク２２の一部の周囲に設け
られ、所定の交流磁界を発生させるためのコイル４１と
を備えている。コイル４１は、本発明における磁界発生
素子に対応する。

【００４９】磁気検出素子２３としては、磁気抵抗効果
素子、ホール素子、フラックスゲート型磁気センサ等、
種々の磁気センサを使用することができる。

【００５０】コイル４１は、被測定磁界に重畳される交
流磁界を発生する。処理回路２４は、磁気検出素子２３
の出力信号より交流磁界成分を除去した信号を出力する
ようになっている。また、処理回路２４は、磁気検出素
子２３の出力信号より交流磁界成分を抽出し、この交流
磁界成分の大きさが一定になるように処理回路２４の出
力信号を調整するようになっている。

【００５１】本実施の形態に係る電流供給装置は、コイ
ル４１に、磁界発生用の交流電流を供給するための装置
である。この電流供給装置は、インバータ３１と、一端
がインバータ３１の出力端に接続され、他端が接地され
たコンデンサ３４と、一端がインバータ３１の入力端に
接続され、他端が接地されたコンデンサ３６と、一端が
インバータ３１の出力端に接続された抵抗４３と、一端
が抵抗４３の他端に接続され、他端がインバータ３１の
入力端に接続されたコイル４２とを備えている。コイル
４１の各端部は、抵抗４３の各端部に接続されている。

【００５２】インバータ３１、コイル４１，４２および
コンデンサ３４，３６は、コルピッツ型の発振回路を形
成する。ここで、コンデンサ３４，３６は、それぞれ、
図１におけるキャパシタンス素子４，６に対応し、それ
ぞれのキャパシタンスをＣ₁，Ｃ₂とする。また、コイ
ル４１，４２は、図１におけるインダクタンス素子２に
対応する。すなわち、本実施の形態では、分割されたイ
ンダクタンス素子の一部であるコイル４１に流れる共振
電流が、磁界発生用の電流となる。また、本実施の形態
では、電流供給装置（発振回路）におけるインダクタン
ス素子であるコイル４１が、磁界発生用素子を兼ねてい
る。

【００５３】次に、本実施の形態に係る電流センサ装置
の作用について説明する。この電流センサ装置では、導
電部２１を紙面直交方向に流れる被測定電流によって、
被測定磁界が発生する。この被測定磁界は、磁気ヨーク
２２のギャップ内に配置された磁気検出素子２３に印加
される。この磁界の大きさは電流の大きさに応じて変化
する。また、電流の方向に応じて、磁界の方向も変化す
る。電流センサ装置は、被測定電流によって発生した被
測定磁界を測定することで、間接的に被測定電流を測定
する。なお、図２に示した装置を、磁気センサ装置とし
て使用する場合には、磁気センサ装置は、磁気検出素子
２３に印加される被測定磁界を直接測定する。

【００５４】磁気検出素子２３には、被測定磁界が印加
されると共に、コイル４１によって、所定の交流磁界が
印加される。処理回路２４は、磁気検出素子２３の出力
信号より交流磁界成分を除去した信号を、出力端子２５
に出力する。また、処理回路２４は、磁気検出素子２３
の出力信号より、交流磁界成分を抽出し、この交流磁界
成分の大きさが一定になるように処理回路２４の出力信
号を調整する。これにより、磁気検出素子２３の感度の
ばらつきや温度依存性による出力変動を抑制することが
可能となる。

【００５５】ここで、被測定電流による起磁力を１００
ＡＴとする。これは、例えば、１００Ａの電流が通過す
る導電部２１を１回巻いたり、１０Ａの電流が通過する
導電部２１を１０回巻いた場合である。この場合、コイ
ル４１による交流の起磁力は、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）
を考慮すると、１ＡＴ程度は必要となる。ここで、被測
定電流の時間変化に対する出力の忠実性、すなわち、電
流センサ装置としての周波数特性の上限に対し、コイル
４１に供給する交流電流の周波数を十分高くしないと、
重畳した交流磁界成分が、処理回路２４の出力信号に漏
れ出す。従って、電流センサ装置としての周波数特性の
上限を１０ｋＨｚとしても、交流電流の周波数は、最低
でも１００ｋＨｚ程度は必要となり、望むらくは、５０
０ｋＨｚ程度にしたい。

【００５６】また、コイル４１の巻数Ｎは、形状や製造
コストの点から少ない方がよいので、Ｎ＝１０ターンと
すると、１ＡＴの起磁力の発生には、１００ｍＡの電流
が必要となる。図１に示した回路において、Ｎ＝１０、
発振周波数を５００ｋＨｚとしたとき、コイル４１のイ
ンダクタンスは、１００μＨ（実測値）程度であるか
ら、インバータ３１の出力電圧を５Ｖとすると、コイル
４１に流れる共振電流Ｉ_resは、次の式で表される。

【００５７】Ｉ_res＝Ｑ×５（Ｖ）／２π×０．５（Ｍ
Ｈｚ）×０．１（ｍＨ）＝Ｑ×３．９８（ｍＡ）

【００５８】従って、Ｑ＝２６であれば、共振電流Ｉ
_resは、約１００ｍＡとなる。

【００５９】ところで、図３に示した回路において、コ
イル４２と抵抗４３は、必要に応じて付加されるもので
ある。以下、これらを付加する理由について説明する。

【００６０】図３に示した回路では、共振エネルギを外
部に取り出さないので、Ｑ値は５０〜１００程度とな
り、重畳磁界が強くなり過ぎる場合もある。その場合に
は、図３に示したように、コイル４１に対して並列に、
ダンピング用の抵抗４３を設け、Ｑ値を好ましい値に調
整するようにしてもよい。また、ダンピング用の抵抗４
３を設けることは、Ｑ値の意図しない変動を抑える効果
もある。

【００６１】また、要求されるＱ値が小さくて、発振が
不安定になるような場合には、図３に示したように、コ
イル４１とは別のコイル４２を、コイル４１に対して直
列に接続し、コイル４１，４２の全体のインピーダンス
を上げて、Ｑ値を下げずに、コイル４１に流れる電流を
減らすようにしてもよい。更に、このように付加的なコ
イル４２を設けた上で、前述のダンピング抵抗４３を設
けてもよいし、コイル４１の巻数を減らして、製造コス
トを下げてもよい。

【００６２】このように、本実施の形態によれば、簡単
な構成で、大きなインダクタンスを持つ負荷であるコイ
ル４１に対して、磁界発生用の比較的大きな交流電流を
効率よく安価に供給することが可能となる。

【００６３】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００６４】［本発明の第３の実施の形態］次に、図４
を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁界発生
用電流供給装置、磁気センサ装置および電流センサ装置
について説明する。本実施の形態は、負帰還法を用いる
磁気センサ装置に本発明を適用した例である。

【００６５】図４は、本実施の形態に係る電流センサ装
置の構成を示す回路図である。この電流センサ装置は、
本実施の形態に係る電流供給装置および磁気センサ装置
を含んでいる。なお、以下、電流センサ装置を中心に説
明するが、以下の説明は、電流供給装置および磁気セン
サ装置の説明を兼ねている。

【００６６】本実施の形態に係る電流センサ装置は、被
測定電流が通過する導電部２１を囲うように設けられ、
一部にギャップを有する磁気ヨーク２２と、このヨーク
２２のギャップ内に設けられた磁気検出素子２３と、こ
の磁気検出素子２３の出力信号を処理する処理回路５２
と、この処理回路５２の出力信号を外部に出力するため
の出力端子５３と、磁気ヨーク２２の一部の周囲に設け
られ、所定の磁界を発生させるためのコイル５１と、ド
レインがコイル５１の一端に接続された電界効果型トラ
ンジスタ５４とを備えている。トランジスタ５４のソー
スは接地され、ゲートは処理回路５２の出力端に接続さ
れている。

【００６７】コイル５１の他端は、本実施の形態に係る
電流供給装置６０に接続されている。この電流供給装置
６０は、コイル５１に対して直流電流を供給する。

【００６８】電流供給装置６０は、インバータ６１と、
一端がインバータ６１の出力端に接続され、他端がイン
バータ６１の入力端に接続されたコイル６２と、一端が
インバータ６１の出力端に接続されたコンデンサ６４
と、一端がコンデンサ６４の他端に接続され、他端が接
地されたコンデンサ６５と、一端がインバータ６１の入
力端に接続され、他端が接地されたコンデンサ６６とを
備えている。

【００６９】インバータ６１、コイル６２、コンデンサ
６４，６５およびコンデンサ６６は、コルピッツ型の発
振回路を形成する。ここで、コンデンサ６４，６５は、
図１におけるキャパシタンス素子４に対応する。コンデ
ンサ６４，６５のそれぞれのキャパシタンスをＣ₃，Ｃ
₄とし、コンデンサ６４，６５の合計のキャパシタンス
をＣ₁とする。また、コンデンサ６６は、図１における
キャパシタンス素子６に対応し、キャパシタンスをＣ₂
とする。また、コイル６２は、図１におけるインダクタ
ンス素子２に対応する。

【００７０】電流供給装置６０は、更に、コンデンサ６
４とコンデンサ６５との接続点（以下、ａ点とする。）
における交流電圧を整流して、コイル５１に直流電流を
供給する整流回路７０を備えている。すなわち、本実施
の形態では、分割されたキャパシタンス素子の一部であ
るコンデンサ６５の両端に発生する共振交流電圧を整流
して、磁界発生用の直流電流とする。

【００７１】この整流回路７０は、コレクタがａ点に接
続され、エミッタが接地されたｐｎｐ型トランジスタ７
１と、コレクタがａ点に接続され、エミッタがコイル５
１の他端に接続されたｎｐｎ型トランジスタ７２と、一
端がトランジスタ７２のエミッタに接続され、他端が接
地された大容量の出力コンデンサ７３と、一端がインバ
ータ６１の出力端に接続され、他端がトランジスタ７
１，７２の各ベースに接続されたコンデンサ７４と、一
端がコンデンサ７４の他端に接続され、他端が接地され
た抵抗７５とを備えている。

【００７２】コンデンサ７３，７４のキャパシタンスを
それぞれＣ₅，Ｃ₆とする。キャパシタンスＣ₅は大き
く、キャパシタンスＣ₆は小さくなっている。

【００７３】次に、本実施の形態に係る電流センサ装置
の作用について説明する。この電流センサ装置では、第
２の実施の形態に係る電流センサ装置と同様に、導電部
２１を紙面直交方向に流れる被測定電流によって被測定
磁界が発生する。この被測定磁界は、磁気ヨーク２２の
ギャップ内に配置された磁気検出素子２３に印加され
る。処理回路５２は、磁気検出素子２３の出力信号を処
理して、被測定磁界に応じた出力信号を出力端子５３に
出力する。本実施の形態に係る電流センサ装置は、処理
回路５２の出力信号を、コイル５１に帰還することによ
り、被測定磁界とは逆方向で絶対値の等しい磁界を発生
させ、磁気検出素子２３に加わる磁界を常にほぼゼロに
なるように制御することにより、磁気検出素子２３の感
度のばらつきや温度依存性による出力変動を抑制するよ
うになっている。

【００７４】本実施の形態に係る電流センサ装置では、
処理回路５２の出力信号がトランジスタ５４のゲートに
印加され、これにより、トランジスタ５４のドレイン電
流が制御され、コイル５１に流れる電流が制御される。
ここで、コイル５１に流れる電流によるヨーク２２内の
磁界は、被測定磁界と逆向きになるように設定されてい
るものとする。従って、磁気検出素子２３から、処理回
路５２、コイル５１、ヨーク２２を経て、磁気検出素子
２３へ戻るループのループゲインが十分大きければ、負
帰還の理論により、磁気検出素子２３は常に磁界がゼロ
の近傍の状態で動作する。

【００７５】図４に示した構成で、被測定電流を１０Ａ
とし、コイル５１の巻数を５０とすると、コイル５１に
は、２００ｍＡの帰還電流を流す必要がある。コイル５
１の直流抵抗は１Ω、インダクタンスは２．５ｍＨ程度
であるから、電流供給装置６０の最大電圧を０．５Ｖと
すると、被測定電流の変動周波数が０〜１００Ｈｚの間
では帰還動作が保証される。被測定電流の変動周波数が
１００Ｈｚを超えると、コイル５１のインピーダンスが
上がり、２００ｍＡの帰還電流を確保することはできな
くなる。

【００７６】電流供給装置６０において、インバータ６
１の出力電圧を１０Ｖとすると、インバータ６１の出力
端には、波高値が１０Ｖの交流電圧が発生し、コンデン
サ６５の一端、すなわちａ点には、波高値が１０×Ｃ₃
／Ｃ₄Ｖの交流電圧が発生している。この交流電圧は、
整流回路７０に与えられる。

【００７７】図４に示した整流回路７０は、同期整流回
路になっている。以下、この整流回路７０の動作を説明
する。ａ点の電位が負のとき、ｐｎｐ型トランジスタ７
１は導通し、ａ点の電位をゼロにするようにコンデンサ
６５を充電する。次に、ａ点の電位が正になったときに
は、ｎｐｎ型トランジスタ７２が導通し、大容量の出力
コンデンサ７３を充電する。この繰り返しにより、出力
コンデンサ７３の一端の電位は、正の直流電位となり、
コイル５１に対して直流電流が供給される。

【００７８】なお、小容量のコンデンサ７４と抵抗７５
は、移相回路を構成し、両トランジスタ７１，７２のベ
ースの駆動信号の位相を、ａ点の電圧の位相と整合させ
るようになっている。

【００７９】電流供給装置６０において、発振回路の発
振周波数を１ＭＨｚ、Ｃ₃＝３９００ｐＦ、Ｃ₄＝３９
０００ｐＦとすると、コンデンサ６４を流れる共振電流
は約２２０ｍＡであって、コンデンサ６５への分流分を
差し引いても約２００ｍＡを直流電流として取り出すこ
とができる。このとき、共振エネルギの１０％を取り出
してしまうのて、共振回路のＱ値は１０となる。インバ
ータ６１の出力電流は２０ｍＡであるから、電流供給装
置６０の消費電力は２００ｍＷとなり、１０Ｖの電源か
ら２００ｍＡの電流を直接供給するときの消費電力であ
る２Ｗの１／１０となる。

【００８０】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、簡単な構成で、２００ｍＡ程度の比較的大きな直流
電流を効率よく安価に供給することが可能となる。

【００８１】なお、整流回路７０としては、図４に示し
たようなトランジスタを用いた同期整流回路に限らず、
ダイオードを用いた両波整流回路等、他の公知の整流回
路を用いることもできる。

【００８２】本実施の形態におけるその他の構成、動作
および効果は、第２の実施の形態と同様である。

【００８３】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施
の形態では、共振（発振）回路としてコルピッツ型の発
振回路を例にとって説明したが、本発明は、これに限ら
ず、ハートレー型や、反結合型等の他のＬＣ共振（発
振）回路を用いる場合にも適用することができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の磁界発生用
電流供給装置、本発明の磁気センサ装置または本発明の
電流センサ装置によれば、共振回路のリアクタンス素子
に流れる共振電流を磁界発生用素子に供給するようにし
たので、簡単な構成で、磁界発生用の比較的大きな直流
または交流電流を効率よく安価に供給することが可能と
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各実施の形態における磁界発生用電流
供給装置の基本的な構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁界発生用電
流供給装置および磁気センサ装置の構成を示す回路図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る磁界発生用電
流供給装置、磁気センサ装置および電流センサ装置の構
成を示す回路図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る磁界発生用電
流供給装置、磁気センサ装置および電流センサ装置の構
成を示す回路図である。

【符号の説明】

１…インバータ、２…インダクタンス素子、３，５，７
…負荷、４，６…キャパシタンス素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G017 AA01 AD42 AD53 AD55 BA03 2G025 AA05 AA16 AB01 AB02 AC01 2G035 AA20 AC13 AD02 AD03 AD10 AD13 AD18 AD20 AD51 AD58 AD60 AD62 5E081 AA20 CC02 CC05 DD05 GG01 GG05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の磁界を発生させるための磁界発生
用素子に電流を供給するための磁界発生用電流供給装置
であって、リアクタンスを有するリアクタンス素子を含み、前記リ
アクタンス素子に流れる共振電流を前記磁界発生用素子
に供給する共振回路を備えたことを特徴とする磁界発生
用電流供給装置。
【請求項２】前記共振回路は、前記リアクタンス素子
としてのキャパシタンス素子に流れる共振電流を前記磁
界発生用素子に供給することを特徴とする請求項１記載
の磁界発生用電流供給装置。
【請求項３】前記共振回路は、前記リアクタンス素子
としてのインダクタンス素子に流れる共振電流を前記磁
界発生用素子に供給することを特徴とする請求項１記載
の磁界発生用電流供給装置。
【請求項４】前記リアクタンス素子としてのインダク
タンス素子が、前記磁界発生用素子を兼ねていることを
特徴とする請求項１記載の磁界発生用電流供給装置。
【請求項５】前記共振回路は、分割されたリアクタン
ス素子の一部に流れる共振電流を前記磁界発生用素子に
供給することを特徴とする請求項１記載の磁界発生用電
流供給装置。
【請求項６】更に、前記共振回路において発生する共
振交流電圧を整流して、前記共振電流より直流電流を生
成し、この直流電流を前記磁界発生用素子に供給する整
流回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁界発
生用電流供給装置。
【請求項７】前記共振回路は、Ｑ値を調節するための
ダンピング抵抗を含むことを特徴とする請求項１記載の
磁界発生用電流供給装置。
【請求項８】被測定磁界に応じた信号を出力する磁気
検出素子と、被測定磁界の測定のために、被測定磁界とは別の磁界を
発生させるための磁界発生用素子と、リアクタンスを有するリアクタンス素子を含み、前記リ
アクタンス素子に流れる共振電流を前記磁界発生用素子
に供給する共振回路とを備えたことを特徴とする磁気セ
ンサ装置。
【請求項９】前記共振回路は、前記リアクタンス素子
としてのキャパシタンス素子に流れる共振電流を前記磁
界発生用素子に供給することを特徴とする請求項８記載
の磁気センサ装置。
【請求項１０】前記共振回路は、前記リアクタンス素
子としてのインダクタンス素子に流れる共振電流を前記
磁界発生用素子に供給することを特徴とする請求項８記
載の磁気センサ装置。
【請求項１１】前記リアクタンス素子としてのインダ
クタンス素子が、前記磁界発生用素子を兼ねていること
を特徴とする請求項８記載の磁気センサ装置。
【請求項１２】前記共振回路は、分割されたリアクタ
ンス素子の一部に流れる共振電流を前記磁界発生用素子
に供給することを特徴とする請求項８記載の磁気センサ
装置。
【請求項１３】更に、前記共振回路において発生する
共振交流電圧を整流して、前記共振電流より直流電流を
生成し、この直流電流を前記磁界発生用素子に供給する
整流回路を備えたことを特徴とする請求項８記載の磁気
センサ装置。
【請求項１４】前記共振回路は、Ｑ値を調節するため
のダンピング抵抗を含むことを特徴とする請求項８記載
の磁気センサ装置。
【請求項１５】被測定電流によって発生する被測定磁
界を測定することによって被測定電流を測定する電流セ
ンサ装置であって、被測定磁界に応じた信号を出力する磁気検出素子と、被測定磁界の測定のために、被測定磁界とは別の磁界を
発生させるための磁界発生用素子と、リアクタンスを有するリアクタンス素子を含み、前記リ
アクタンス素子に流れる共振電流を前記磁界発生用素子
に供給する共振回路とを備えたことを特徴とする電流セ
ンサ装置。
【請求項１６】前記共振回路は、前記リアクタンス素
子としてのキャパシタンス素子に流れる共振電流を前記
磁界発生用素子に供給することを特徴とする請求項１５
記載の電流センサ装置。
【請求項１７】前記共振回路は、前記リアクタンス素
子としてのインダクタンス素子に流れる共振電流を前記
磁界発生用素子に供給することを特徴とする請求項１５
記載の電流センサ装置。
【請求項１８】前記リアクタンス素子としてのインダ
クタンス素子が、前記磁界発生用素子を兼ねていること
を特徴とする請求項１５記載の電流センサ装置。
【請求項１９】前記共振回路は、分割されたリアクタ
ンス素子の一部に流れる共振電流を前記磁界発生用素子
に供給することを特徴とする請求項１５記載の電流セン
サ装置。
【請求項２０】更に、前記共振回路において発生する
共振交流電圧を整流して、前記共振電流より直流電流を
生成し、この直流電流を前記磁界発生用素子に供給する
整流回路を備えたことを特徴とする請求項１５記載の電
流センサ装置。
【請求項２１】前記共振回路は、Ｑ値を調節するため
のダンピング抵抗を含むことを特徴とする請求項１５記
載の電流センサ装置。