JP2000162244A

JP2000162244A - 直流電流センサ

Info

Publication number: JP2000162244A
Application number: JP10338185A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawakami; 川上　　誠
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】励磁信号が検出信号中に混入するのを防止
し、被測定導線に流れる直流電流に対応した信号のみが
検出コイルに捉え得るようにする。【解決手段】コア１、２に、励磁コイル３を逆相の磁
場が形成されるよう巻回する一方、両コア１、１に一括
して検出コイル４を巻回し、励磁コイル３には交流電源
の接続し、両コア１、２の中心を通して被測定導線７を
貫通配置し、前記励磁コイル３には交流電源を接続す
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、発電所，変電所の
制御設備、工業プラントの制御設備等、直流電源を用い
た設備の漏電検知に用いる直流電流センサ、特に直流配
電盤から多数に分岐された配線の漏電個所の特定を回路
自体とは物理的に非接触の状態で検出可能とした直流電
流センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の直流電流センサは各種のも
のが提案され、実施されているが、構造的に簡単であっ
て、しかも高精度なものとしてフラックス・ゲート型の
直流電流センサが知られている。このフラックス・ゲー
ト型の直流電流センサの原理を図１８に示す原理説明図
に基づいて説明する。

【０００３】図１８はフラックス・ゲート型の直流電流
センサの原理説明図であって、図１８(a) に示す如く軟
質磁性体製の環状をなすコア５１に励磁コイル５２及び
検出コイル５３を夫々トロイダル状に巻回して構成さ
れ、コア５１の中心部に被測定導線５０を貫通配置させ
てある。励磁コイル５２には交流電源５４が接続されて
いる。コア５１の構成材料である軟質磁性体の磁気特性
は図１８(b) に示す如く、磁場が小さい範囲では磁場の
大きさＨと磁束密度Ｂとが略直線的な関係にあるが、磁
場の大きさが所定以上になると磁場の値に拘らず磁束密
度は略一定、即ち磁気飽和の状態となる。

【０００４】このような励磁コイル５２に交流電圧を印
加すると、コア５１における磁場の大きさＨは図１８
(d) に示す如く三角波形に変化し、一方磁束密度は図１
８(c)に示す如く台形波形に変化する。この状態におい
て被測定導線５０に電流値Ｉの直流が通流しているもの
とすると、電流値Ｉに相当する直流分の磁場及び磁束密
度が重畳され、図１８(c),(d) に夫々破線で示す如くに
なる。磁束密度については図１８(c) に示す如く上側の
台形波は外側に拡幅され、下方の台形波は逆に内側に縮
幅された状態となり、この結果検出コイル５３には図１
８(c) に実線で示す磁束密度に相応する起電力と共に、
２次歪み波形に相応する起電力 (２次高調波) 、即ち励
磁信号周波数ｆの２倍の周波数２ｆの信号が表れる。そ
こでこの２倍の成分の検出信号をフィルタ等を用いて抽
出し、これに所定の処理を施すことで被測定導体５０の
電流値Ｉを検出する。

【０００５】ところでこのような直流電流センサは検出
磁場と励磁磁場との方向が同一、即ち平行であることか
ら平行フラックス・ゲート型と称される。このような平
行フラックス・ゲート型の直流電流センサは磁気回路の
構成が簡単であること、直流電流センサとしての平面
化、小型化が容易であること等の利点を有する反面、励
磁磁場、検出磁場の向きが同一方向であるため、検出コ
イル５３には２次高調波と共に、励磁コイル５２に対す
る励磁電流たる励磁信号がそのまま出力されることとな
り、検出信号の分離処理が欠かせないが、完全な分離が
難しいこと、分解能は励磁信号周波数でのコア５１の保
磁力Ｈｃと同一レベルであって、高感度化が難しいこ
と、加えて励磁磁場、検出磁場が同一方向であるため、
検出すべき直流電流が励磁電流を超えると検出出来なく
なる等の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この対策として本発明
者等は励磁信号が検出コイルに捉えられる不都合を解消
した直交フラックス・ゲート型の直流電流センサを既に
提案している (特開平６−７４９７８号公報) 。直交フ
ラックス・ゲート型の直流電流センサは励磁用のコアと
検出用のコアとを直角に交叉させてあり、励磁磁束が検
出コイルに対して直角に交わるため励磁コイルに対する
励磁電流、即ち励磁信号が検出コイルに表れないため高
感度であり、またコアの閉磁路の一部が磁気飽和により
等価的に開放状態となるため残留磁束が殆どなくなり、
励磁信号の１／１００程度までの電流の検出が可能であ
る等の利点を有する。

【０００７】しかし反面において、励磁磁場の方向と検
出磁場の方向とが直角であるため磁気回路が複雑とな
り、巻き線作業の機械化が難しく、必然的に手巻きとな
ることから巻き数に限界があり、励磁効率が悪く、大き
な励磁電流が必要となる。またコアは直角に交叉するよ
う構成するから立体型となり、変形に弱く、耐振性の確
保が難しく、更に検出電流が励磁電流を大きく超える状
態になると磁場の反転によるスイッチング動作が起き
ず、出力が低下する等の問題があった。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは励磁コイルに対する励
磁信号を消去し、これが検出コイルの出力として表れる
のを防止し、また検出コイルに発生する残留磁束を特別
な脱磁処理を施すことなく、消磁して分解能を高め、測
定精度の向上を図った直流電流センサを提供することに
ある。

【０００９】また他の目的は過漏電時に生じる励磁コイ
ルのインダクタンスの変化を検出し、励磁コイルによる
励磁レベルを調整することで、過漏電時における出力の
低下を防止した直流電流センサを提供することにある。

【００１０】更に他の目的は検出信号の位相同期検波時
に、検出信号の位相ずれを、参照信号を励磁電流波形に
基づいてロックすることで、コアの磁気特性等のばらつ
きによる位相調整を自動的に補償し得るようにした直流
電流センサを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の直
流電流センサは、中心部に直流電流が通流せしめられる
被測定導体を通すべく環状に形成された一対の磁性体コ
アと、交流通電時に形成される交流磁場が互いに打ち消
し合うように前記各コアに巻回された励磁コイルと、前
記両コアにこれらを一括するように巻回された検出コイ
ルとを備え、前記検出コイルにて前記被測定導体の直流
電流を検出するようにしたことを特徴とする。

【００１２】この発明にあっては平行フラックス・ゲー
ト型の構造の特徴を生かしつつ、励磁コイルによって一
対のコアに発生させられる磁場を逆相とすることで励磁
信号を消去し、検出コイルに励磁信号が取り込まれるの
を防止出来ると共に、コアの残留磁場も自動的に消去し
得ることとなる。なお、励磁信号の消去をより完全に行
うためには、一対のコアを同軸配置とし、各々のコア断
面積と磁気特性をそろえ、一対のコア内に発生する各々
逆向きの磁束を等しくする（磁束の和がゼロになるよう
にする）ことが望ましい。また、逆向きの磁束を等しく
する（磁束の和をゼロにする）方法として、コア断面積
やコイル巻数を調整することも可能である。

【００１３】請求項２に係る発明の直流電流センサは、
前記励磁コイルのインダクタンスを検出し、検出信号を
出力するインダクタンス検出回路と、前記検出したイン
ダクタンスに基づいて、前記励磁コイルによる励磁レベ
ルを調整する調整回路とを備えることを特徴とする。

【００１４】この発明にあっては励磁信号の向きと検出
信号の向きが平行であることにより生じる検出信号のレ
ベルが励磁信号のレベルを上回るとコアの磁場が反転せ
ず、出力が低下するのを防止できる。

【００１５】請求項３に係る発明の直流電流センサは、
前記検出コイルから出力される信号を、前記励磁コイル
に供給した励磁電流周波数の２倍の周波数の参照信号に
基づいて位相検波するに際し、前記励磁電流のピーク値
に合わせて参照信号の波形をロックし、参照信号を前記
検出コイルから出力される信号の位相変化に追従させる
手段を備えることを特徴とする。

【００１６】この発明にあっては参照信号の位相を励磁
電流のピーク位置に対応させてロックすることにより参
照信号は励磁電流の増加に対応して位相が変化する検出
信号の位相と対応し、正確な位相検波出力が得られる。

【００１７】〔原理〕以下、先ず本発明に係る直流電流
センサの基本原理を図１に示す説明図に基づいて説明す
る。図１(a) は基本構造図であり、１、２は軟質磁性体
製の同形、等大に構成された円環状をなすコア、３は各
コア１、２に等しい回数巻回された励磁コイル、４は両
コア１、２にわたるよう一括して巻回された検出コイル
を示している。励磁コイル３には図示しない交流電源
が、また検出コイル４には図示しない検出回路が接続さ
れている。７は電流を測定する対象物たる被測定導線で
ある。励磁コイル３はこれに通電したとき両コア１、２
に生じる磁場が逆相であって互いに打ち消し合うようコ
ア１、２に巻回されている。

【００１８】図１(b) は励磁コイル３に励磁電流ｉ_EXを
通電したとき、各コア１、２に生じる磁束密度 (Ｂ) の
経時変化を示している。図１８(b) においても説明した
如く、軟質磁性体製のコア１、２の磁気特性は磁場の大
きさＨが所定範囲内では磁場の大きさＨと磁束密度Ｂと
は直線的な関係にあるが、磁場の大きさＨが所定値を超
えると、磁束密度Ｂが変化しない、所謂磁気飽和の状態
となる関係にあることから、励磁コイル３に励磁電流ｉ
_EXを通電すると、各コア１, ２に発生する磁束密度は
上，下対称の台形波 (実線で示す) 状に変化し、しかも
相互に１８０°位相がずれた状態になる。

【００１９】いま被測定導線７に矢印で示す如く下向き
に直流電流値Ｉが通流しているものとすると、この直流
分に相当する磁束密度が重畳される結果、磁束密度Ｂは
図１(b) に破線で示す如く、台形波のうち、上方の台形
波はその幅が拡大され、一方下方の台形波はその幅が縮
小された状態となる。

【００２０】図１(c) はコア１, ２に生じた磁束密度Ｂ
の変化を正弦波 (起電力に対応) で表現した波形図であ
る。図１(b) に実線で示す台形波に対応して図１(c) に
は実線で示す如く１８０°位相がずれた周波数ｆの正弦
波 (起電力) が表れるが、これらは１８０°ずれている
ため互いに打ち消し合う。一方図１(b) に破線で示す台
形波に対応して図１(c) には破線で示す如き２倍の周波
数２ｆの２次高調波が表れ、この２次高調波は位相が３
６０°ずれているため、相互に重畳して図１(c) の最下
段に示す如き信号となり、これが検出コイル４にて検出
される。この検出コイル４に捉えられた検出信号は被測
定導線７を流れる直流の電流値Ｉに対応しており、これ
を処理することで電流値Ｉを検出出来る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づき具体的に説明する。図２は本発明に係る
差動平行フラックス・ゲート型の直流電流センサのセン
サヘッドを示す模式図、図３は同じくその製作過程を示
す模式図である。図２、３において、１、２は軟質磁性
体 (例えばパーマロイ) 製であって、円環状をなすコ
ア、３ (３ａ, ３ｂ) は励磁コイル、４は検出コイルを
示している。各コア１、２は内径４４mm、外径５９mm、
厚さ３. ７５mmの同形、等大の円形環状に形成され、夫
々に励磁コイル３ａ、３ｂが等回数 (１０００ターン)
同方向に巻回され、両励磁コイル３ａ、３ｂの一端同士
を、交流電流の通電時に形成される磁場の向きが逆相と
なるように直列に接続して励磁コイル３としてある。特
に、外部磁場の影響を防止するためには、励磁コイル、
検出コイルの各々を図示の如くコアの全周にわたり、均
等に巻回することが望ましい。

【００２２】コア１、２の軟質磁性材料としてはパーマ
ロイが好ましいが、他にケイ素鋼板、アモルファス鋼
板、電磁鋼板、ソフトフェライト等の材料も使用可能で
あり、またこれらを組合せて用いてもよい。またコア
１、２は円環状とした場合を説明したが、これに限ら
ず、楕円環状、矩形枠状等でもよく、軟質磁性材料が電
磁気的な閉回路を構成できるよう接続、例えばコア１、
２を夫々２分割しておき、組立て時に一体的に接着する
こととしてもよい。

【００２３】両コア１、２は励磁コイル３ａ、３ｂをト
ロイダル状に夫々巻回した状態で、その間に内, 外径を
コア１、２のそれと略同じくしたリング状をなす層間絶
縁紙５を介在させて同心上に位置せしめ、両コア１、２
にわたるようにキュープラ・テープ６を、コア１、２及
び励磁コイル３ａ、３ｂが外部に露出しないように巻き
付ける。但し、励磁コイル３ａ、３ｂの端子は外部に導
出しておく。そしてキュープラ・テープ６の外周に検出
コイル４をトロイダル状に所定回数 (１５００ターン)
巻回して図２に示す如くに構成されている。励磁コイル
３ａ、３ｂは、その一方の端子同士は交流電流を通電し
たときに形成される交流磁場の向きが逆相となるように
直列接続し、各他方の端子及び検出コイル４の両端子は
図４に示す如き検出回路に接続される。

【００２４】図４は直流電流センサの検出回路の構成を
示すブロック図であり、図中１０は水晶発振子又はセラ
ミック発振子等で構成された発振子であり、この発振子
１０で発振された矩形波は発振・分周回路１１によって
周波数ｆとその２倍の周波数２ｆとの矩形波信号に分周
され、周波数ｆの矩形波信号は振幅調整回路１２へ、ま
た周波数２ｆの矩形波信号は位相調整回路１７へ夫々出
力される。振幅調整回路１２は後述する励磁コイルイン
ダクタンス検出回路１５からの信号であるコイルインダ
クタンスの低下を示す信号 (直流電圧信号) に基づいて
インダクタンスの低下に相応して振幅を増大、即ち励磁
コイル３によるコア１、２に対する励磁レベルを上昇さ
せるべく振幅調整を施して正弦波化フィルタ１３へ出力
する。

【００２５】正弦波化フィルタ１３は、振幅調整された
矩形波信号についてその基本波成分を通過させ、それ以
外の通過を阻止することで正弦波に変換し、これを増幅
回路１４へ出力する。増幅回路１４は励磁コイル３に対
する所定の励磁電流が得られるよう正弦波を増幅し、こ
れを励磁コイルへ３へ出力すると共に、励磁コイルイン
ダクタンス検出回路１５及び励磁電流ピーク検出回路１
６へ出力する。

【００２６】励磁コイル３へ出力された励磁電流によっ
て、コア１、２には図１(b) に示した如く逆相で１８０
°位相がずれた台形波状に変化する磁束密度を発生させ
るが、この磁束密度は被測定導線７に流れる直流電流分
だけ偏磁する。この結果、図１(c) に示す如く１８０°
位相がずれた状態の基本波の他に励磁電流の周波数ｆの
２倍の周波数２ｆを持ち、相互に３６０°ずれた２次高
調波を発生させる。励磁コイル３によってコア１、２に
は上述の如く逆相の磁場が交互に発生する結果、コア
１、２は常に解磁された状態となり、残留磁場が存続す
ることはない。つまり、特別な解磁処理をすることな
く、消磁された状態に維持される。

【００２７】両コア１、２に生じた高調波は図１(c) の
最下段に示す如く重畳された信号、即ち検出信号として
検出コイル４に検出され、図４に示す検出回路へ入力さ
れ、周波数２ｆの帯域通過フィルタ１８へ通され、周波
数２ｆの検出信号のみが抽出されて位相同期検波回路
(ＰＳＤ) １９へ出力される。位相同期検波回路１９は
位相調整回路１７にて作成した参照信号で同期検波して
脈動波を得、これを低域通過フィルタ２０を通して平滑
化し、電流値Ｉを得、これを、例えば表示器等に表示さ
せるべく出力する。

【００２８】前記励磁コイルインダクタンス検出回路１
５は励磁コイル３に印加された電流をシャント抵抗等を
用いて検出し、電流の基本波成分と印加電流との位相比
較を行う。励磁コイル３のインダクタンスが小さくなる
と電流の位相遅れが小さくなるから、この位相遅れ、即
ちインダクタンス低下分を電圧信号に換算して振幅調整
回路１２へ出力する。

【００２９】振幅調整回路１２は前述した如く発振・分
周回路１１から入力された矩形波信号を励磁コイルイン
ダクタンス検出回路１５から入力された励磁コイル３の
インダクタンス低下信号、換言すれば電圧信号に基づい
て振幅を調整する。例えば電圧信号が上昇すればこれに
対応して矩形波信号の振幅を大きくし、逆に電圧信号が
小さくなればこれに対応して矩形波信号の振幅を小さく
する。

【００３０】このような励磁コイルインダクタンス検出
回路１５を設ける理由は、過電流特性、即ち励磁コイル
３と検出コイル４とにおける励磁信号、検出信号の向き
が同一方向であるため、検出信号のレベルが励磁信号の
レベルを上回ると、コア１、２の磁場が反転しなくな
り、結果として検出信号が零となってしまう現象を回避
するためである。

【００３１】つまり、検出信号のレベルが励磁信号のレ
ベルを上回る状態では励磁コイル３のインダクタンスが
大幅に低減された状態となっているから、このインダク
タンスの低下を検知し、コア１、２に対する励磁レベル
を高めるべく励磁コイル３に対する供給電流が大きくな
るよう振幅を調整することで検出信号に対する励磁信号
の値を相対的に大きくし、過漏電時における検出信号の
低下を防止し得ることとなる。なお簡便な方法として、
精度は悪いがインダクタンス低下時は励磁電流が大きく
なるからこの電流の大きさを直流電圧に変換して出力す
ることとしてもよい。

【００３２】一方励磁電流ピーク検出回路１６は、励磁
コイル３を流れる励磁電流の位相変化点はコア１、２の
磁化の向きの反転タイミングと同期しており、磁化の反
転時に励磁コイル３にパルス状の起電力が発生するか
ら、このパルス状の起電力を検出し、このピークの検出
信号、換言すればタイミング信号を位相調整回路１７へ
出力する。図５は参照信号の位相ロックの態様を示す説
明図であり、位相調整回路１７は発振・分周回路１１に
て作成された図５(a) に示す如き周波数２ｆの矩形波信
号である参照信号の立上がり、又は立下がりのタイミン
グを、励磁電流ピーク検出回路１６にて検出した図５
(b) に示す如きパルス状起電力のピークにタイミングを
合わせて図５(c) に示す如くに参照信号を位相ロックし
た状態で位相同期検波回路 (ＰＳＤ) １９へ出力する。
この結果、位相同期検波回路１９においては帯域通過フ
ィルタ１８から入力される検出信号と、位相調整回路１
７から入力される参照信号とのタイミングは図５(c) 、
図５(d) に示す如くに一致し、位相同期検波回路１９か
ら図５(e) に示す如き脈動波が得られることとなる。

【００３３】参照信号の位相を位相ロックして位相同期
検波回路１９へ出力するのは以下の理由による。即ち、
通常、被測定導線７の電流 (測定電流又は貫通電流とい
う) が零の状態では励磁コイル３は高いインダクタンス
を示すため励磁電流は励磁電圧より９０°近く位相が遅
れた状態となっている。しかし、貫通電流が増加する
と、コア１、２の直流偏磁によりインダクタンスが小さ
くなり、線抵抗が支配的となって、励磁電流の電圧に対
する位相遅れは小さくなる。この為、貫通電流によって
励磁電流の位相が変化することとなり、検出信号はコア
１、２の磁束変化と同期しているため、励磁電圧から見
た検出信号の位相は、貫通電流の大きさにより変化す
る。コア１、２に印加される磁場のゼロクロスタイミン
グは貫通電流と、励磁電流の合成成分が零になった時に
起こり、このタイミングは、貫通電流の大きさ、励磁信
号のレベルにより変化する。検出信号はこのゼロクロス
タイミングに同期して発生するため、貫通電流、励磁電
流の大きさにより位相が変化する。

【００３４】図６は貫通電流 (測定電流) と検出信号位
相角 (°) との関係を示すグラフであり、横軸に貫通電
流 (Ａ) を、また縦軸に検出信号位相角 (°) をとって
示してある。このグラフから明らかなように測定電流
(貫通電流) が大きくなるに従って検出信号の位相角の
変化が大きくなることが解る。

【００３５】検出信号は図６に示す如く位相が１８０°
以上シフトするため、図７に示す如く参照信号と検出信
号との間に位相差が発生する。図７(a) には位相が９０
°ずれた状態では検出出力は零となり、更に位相がずれ
ると図７(b) に示す如く検出出力は負に反転することと
なる。そこで参照信号についても位相をシフトする必要
が生じるのである。

【００３６】次に本発明に係る実施の形態についての試
験結果を図８〜図１７に示すグラフに基づいて説明す
る。図８は被測定導線７の直流電流、換言すれば測定電
流｛貫通電流 (ｍＡ) ｝を横軸に、また縦軸に検出コイ
ル４の出力電圧 (Ｖ) をとって示してあり、測定電流を
−５０ｍＡ〜＋５０ｍＡまで変化（向きを逆にする）さ
せたときの出力電圧の推移を示している。これから測定
電流が０. ２〜２０ｍＡの範囲内で出力電圧と測定電流
とは略直線的な関係にあり、この範囲内で用いることで
正確な直流電流の測定が可能であることが解る。

【００３７】図８に示すグラフ中○印と●印とは測定電
流の流れる向きが逆の場合を示している。これから明ら
かなように測定電流が０. １〜１０ｍＡの範囲では測定
電流の流れる向きの如何に拘らず、測定電流 (ｍＡ) と
出力電圧 (Ｖ) とは直線的な関係にあることが解る。

【００３８】図９は被測定導線７を流れる測定電流 (ｍ
Ａ) と検出コイル４の出力電圧 (Ｖ) との関係を示すグ
ラフであり、横軸に測定電流を、また縦軸に出力電圧
(Ｖ)をとって示してある。グラフ中○印でプロットして
あるのは励磁コイル３に励磁電圧を印加していない状態
(バージン状態) での出力電圧 (Ｖ) を、また△印は励
磁コイル３に−１Ａの電流を流してコア１、２にこれに
相当する程度の着磁を行った後の入力─出力の関係を示
している。このグラフから明らかなように−１Ａの着磁
をした後においてもバージン状態と変わらぬ直線性が得
られていることが解る。

【００３９】図１０は図９とは逆に測定電流の向きを逆
向きにしてコアに対し＋１Ａ相当分の着磁を行った際の
出力電圧とバージン状態とを対比して示してあり、両者
に実質的な差異のない結果が得られていることが解る。

【００４０】図１１は直流電流センサに４５°ずつ角度
を替えて外部から磁場 (５Ｏｅ) を印加し、夫々におけ
る検出コイル４からの出力電圧 (Ｖ) を検出した結果を
示すグラフである。グラフ中、実線はセンサヘッドにお
ける測定電流と同方向 (軸心線方向) に、また破線はセ
ンサヘッドの側方から夫々磁場を印加 (５Ｏｅ) した場
合の結果を夫々示している。図１１中●印はセンサヘッ
ドの被測定導線方向に磁場を、○印は被測定導線と直交
する方向に磁場を印加した場合を示している。このグラ
フから明らかなように外部からの磁場の印加による変化
はいずれの方向からであっても大きな影響を受けず出力
電圧は０. ００１Ｖに留まっており、極めて高い測定精
度が得られることが解る。このセンサは、回転対称性の
良い環形状を有し、かつ励磁コイル及び検出コイルがコ
アの全周にわたり均等に巻回され、部分的に片寄って配
置されていないため、外部からの磁束は各々コイルに鎖
交し難い。従って、検出コイルから外部磁束による出力
が出にくい構造となっていることが解る。

【００４１】図１２は直流電流センサの温度特性試験の
結果を示すグラフであり、横軸に環境温度 (℃) を、ま
た縦軸に出力電圧 (Ｖ) をとって示してある。測定電流
は正方向、逆方向に夫々流す電流値を−５ｍＡ〜５ｍＡ
の範囲で変えてある。この結果−２０℃〜４０℃の範囲
では殆ど温度変化の影響を受けないことが解る。

【００４２】図１３は直流電流センサの振動試験結果を
示すグラフであり、横軸に加振回数を、また縦軸に出力
電圧 (Ｖ) をとって示してある。なお試験条件Ａ、Ｂは
下記のとおりである。

【００４３】

【表１】

【００４４】図１３から明らかなように振動に対する出
力電圧 (Ｖ) の変化は全くなく、極めて耐振性能が大き
いことが解る。

【００４５】図１４はステップ応答特性を示すグラフで
あり、図１４(b) に示す如く測定電流 (ｍＡ) を１０ｍ
Ａに３秒間ステップ状に変化させた場合、検出コイル４
からの出力電圧 (Ｖ) は１Ｖまで上昇し、１. ２秒後に
略整定されていることが解る。

【００４６】図１５は直流電流センサの分解能に関する
試験結果を示すグラフであり、測定電流を一方向に０.
１ｍＡ、逆方向に０. １ｍＡに数秒間隔で切り換え入力
し、夫々における出力電圧 (ｍＶ) の変化を検出した。
この結果、正, 負逆向きの０. １ｍＡの変化を明瞭に識
別し得る分解能を持つことが解る。

【００４７】図１６は検出信号の同期検波に際して参照
信号の位相を励磁電流値に基づいてロックし、検出信号
の位相ずれに自動的に追従させた場合と、この機能を備
えない場合との出力電圧 (Ｖ) の変化を示している。グ
ラフ中●印は前者の、また□印は後者の結果を示してい
る。グラフから明らかなように測定電流が１００ｍＡを
超えて高くなると出力電圧が急激に低下しているが、本
発明ではこれを阻止出来ていることが解る。

【００４８】図１７は平衡電流特性を示すグラフであ
り、センサヘッド内に往路と復路との２本の被測定導線
を折り返した状態で通し、両被測定導線７に地絡に相当
する−１００〜＋１００Ａの範囲の電流差を付けた際の
検出コイル４からの出力電圧差(Ｖ)(検出誤差) を求め
てある。なおグラフ中●印は２本の被測定導線７をコア
１、２内に横並びに、また○印はこれと９０°向きを変
えて縦並びに配した場合を示している。このグラフから
明らかなようにその誤差は０. ０１Ｖ以下に納まってい
ることが解る。

【００４９】

【発明の効果】請求項１に係る発明にあっては励磁用コ
イルへの通電によって形成される磁束は１８０°ずれた
状態で互いに打ち消し合うこととなり、検出コイルには
両コア夫々の周波数が３６０°ずれた状態で重畳される
から励磁信号に影響されることなく、検出信号が得ら
れ、また逆相の磁場を形成することでコアに残留磁場が
残存するのを防止出来て、解磁処理を要しない。

【００５０】請求項２に係る発明にあっては貫通電流が
増大した際、これに対応して励磁信号レベルを高めるこ
とで過漏電時の出力低下を防止出来て安全性、信頼性を
高め得た。

【００５１】請求項３に係る発明にあっては同期検波用
の参照信号を励磁コイルに流す電流の波形に対応させて
ロックすることにより検出信号の同期検波時の位相ずれ
を防止出来、計測範囲を大電流領域まで拡大することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明に係るセンサヘッドの模式図である。

【図３】センサヘッドの製作態様を示す模式説明図であ
る。

【図４】センサヘッドに接続される検出回路を示すブロ
ック図である。

【図５】参照信号の位相ロックの態様を示す説明図であ
る。

【図６】貫通電流 (測定電流) と検出信号位相角 (°)
との関係を示すグラフである。

【図７】参照信号と検出信号との位相がずれた場合を示
す説明図である。

【図８】実施の形態についての試験結果であり、測定電
流と出力電圧との関係を示すグラフである。

【図９】測定電流の向きを変えた場合の出力電圧を示す
グラフである。

【図１０】測定電流の向きを変えた場合の出力電圧を示
すグラフである。

【図１１】耐磁場特性を示すグラフである。

【図１２】温度特性を示すグラフである。

【図１３】振動試験結果を示すグラフである。

【図１４】ステップ応答特性を示すグラフである。

【図１５】分解能を示すグラフである。

【図１６】参照信号の位相ロックをした場合としない場
合との比較結果を示すグラフである。

【図１７】平衡電流特性を示すグラフである。

【図１８】一般的な平行フラックス・ゲート型の直流電
流センサの原理説明図である。

【符号の説明】

１、２コア３励磁コイル４検出コイル５層間絶縁紙６シールドテープ（キュープラ・テープ）７被測定導線１０発振子１１発振・分周回路１２振幅調整回路１３正弦波化フィルタ１４増幅回路１５励磁コイルインダクタンス検出回路１６励磁電流ピーク検出回路１７位相調整回路１８帯域通過フィルタ１９位相同期検波回路２０低域通過フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部に直流電流が通流せしめられる被
測定導体を通すべく環状に形成された一対の磁性体コア
と、交流通電時に形成される交流磁場が互いに打ち消し合う
ように前記各コアに巻回された励磁コイルと、前記両コアにこれらを一括するように巻回された検出コ
イルとを備え、前記検出コイルにて前記被測定導体の直
流電流を検出するようにしたことを特徴とする直流電流
センサ。
【請求項２】前記励磁コイルのインダクタンスを検出
し、検出信号を出力するインダクタンス検出回路と、前記検出したインダクタンスに基づいて、前記励磁コイ
ルによる励磁レベルを調整する調整回路とを備えること
を特徴とする請求項１に記載の直流電流センサ。
【請求項３】前記検出コイルから出力される信号を、
前記励磁コイルに供給した励磁電流周波数の２倍の周波
数の参照信号に基づいて位相検波するに際し、前記励磁
電流のピーク値に合わせて参照信号の波形をロックし、
参照信号を前記検出コイルから出力される信号の位相変
化に追従させる手段を備えることを特徴とする請求項１
又は２に記載の直流電流センサ。