JP2002221538A - 電流センサ及び電流測定回路 - Google Patents
電流センサ及び電流測定回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度なセンサでありながら、短時間に大量
生産することもできる安価な電流センサを提供する。 【解決手段】 ポリイミドフィルム基材１の基材の表裏
面に、銅箔３ａ，３ｂによってコイルを形成して電流セ
ンサを構成する。
生産することもできる安価な電流センサを提供する。 【解決手段】 ポリイミドフィルム基材１の基材の表裏
面に、銅箔３ａ，３ｂによってコイルを形成して電流セ
ンサを構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロゴスキーコイル
を利用した電流センサに関し、特に、安価でありながら
高精度の電流センサに関する。
を利用した電流センサに関し、特に、安価でありながら
高精度の電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】放電現象や電気溶接のように衝撃的な大
電流が流れる場合には、その大電流の測定にはロゴスキ
ーコイルが用いられている。
電流が流れる場合には、その大電流の測定にはロゴスキ
ーコイルが用いられている。
【０００３】ロゴスキーコイルは、閉曲線にそって空芯
コイルを巻き付けて一巡させ、巻き終わりを、前記閉曲
線に沿って巻き始めまで戻して構成するコイルである。
このロゴスキーコイルには鉄心がないので鉄損や磁気飽
和がなく、１０Ａ〜２０００００Ａ程度までの大電流を
簡単に測定できる特徴を有している。
コイルを巻き付けて一巡させ、巻き終わりを、前記閉曲
線に沿って巻き始めまで戻して構成するコイルである。
このロゴスキーコイルには鉄心がないので鉄損や磁気飽
和がなく、１０Ａ〜２０００００Ａ程度までの大電流を
簡単に測定できる特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロゴス
キーコイルは、コイルの巻きピッチの一様性やコイル断
面積の一様性が極めて重要であり、機械的に如何に精密
にコイルを巻いたつもりでも精度的に十分ではないとい
う問題があった。ここで、機械的な精度を向上させよう
とすると価格的に高騰を招くという問題点がある。
キーコイルは、コイルの巻きピッチの一様性やコイル断
面積の一様性が極めて重要であり、機械的に如何に精密
にコイルを巻いたつもりでも精度的に十分ではないとい
う問題があった。ここで、機械的な精度を向上させよう
とすると価格的に高騰を招くという問題点がある。
【０００５】また、ロゴスキーコイルは、測定時に被測
定対象物を取り囲むと共に、その基端部と先端部とをし
っかりと接触させて隙間が生じないようにすることが重
要であるが、従来の構成では可撓性が十分でないだけで
なく、電流センサの弾力性が強いために、むしろ隙間が
でき易く測定誤差が少なくないという問題点もあった。
定対象物を取り囲むと共に、その基端部と先端部とをし
っかりと接触させて隙間が生じないようにすることが重
要であるが、従来の構成では可撓性が十分でないだけで
なく、電流センサの弾力性が強いために、むしろ隙間が
でき易く測定誤差が少なくないという問題点もあった。
【０００６】更にまた、従来は、機械的にコイルを巻く
必要があったために、短時間に大量の電流センサを生産
できないという問題点もあった。
必要があったために、短時間に大量の電流センサを生産
できないという問題点もあった。
【０００７】本発明は、上記の各問題点に鑑みてなされ
たものであって、高精度なセンサでありながら、短時間
に大量生産することもできる安価な電流センサを提供す
ることを課題とする。また、このような電流センサと組
み合わせて使用すると好適な電流測定回路を提供するこ
とを課題とする。
たものであって、高精度なセンサでありながら、短時間
に大量生産することもできる安価な電流センサを提供す
ることを課題とする。また、このような電流センサと組
み合わせて使用すると好適な電流測定回路を提供するこ
とを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、可撓性を有する合成樹脂製の基材の表
裏面に連続する導体膜によってコイルを形成して構成さ
れる。本発明では、基材の表裏面に連続する導体膜によ
ってコイルを形成しているので、厚みを正確に管理した
基材に対して写真技術などを利用することによって、コ
イルの巻きピッチとコイル断面積の一様性を確保するこ
とができ、また短時間に大量生産できる安価な電流セン
サを実現できる。
め、本発明では、可撓性を有する合成樹脂製の基材の表
裏面に連続する導体膜によってコイルを形成して構成さ
れる。本発明では、基材の表裏面に連続する導体膜によ
ってコイルを形成しているので、厚みを正確に管理した
基材に対して写真技術などを利用することによって、コ
イルの巻きピッチとコイル断面積の一様性を確保するこ
とができ、また短時間に大量生産できる安価な電流セン
サを実現できる。
【０００９】本発明の動作原理を説明すると下記の通り
である。図９に示すように、閉曲線Ｓに沿って断面積ａ
のコイルを一様に巻き付け、閉曲線Ｓを一巡させた後、
巻き戻した場合を考える。この場合には、コイルに鎖交
する全磁束Φは、式（１）で与えられる。
である。図９に示すように、閉曲線Ｓに沿って断面積ａ
のコイルを一様に巻き付け、閉曲線Ｓを一巡させた後、
巻き戻した場合を考える。この場合には、コイルに鎖交
する全磁束Φは、式（１）で与えられる。
【００１０】
【数１】
【００１１】本発明では、コイルの断面積ａ及びコイル
単位長さ当りの巻数ｎが、コイル全周にわたって一様で
あるので、（式１）は、（式１’）のように変形するこ
とができ、また周回積分の法則より（式２）が成立す
る。
単位長さ当りの巻数ｎが、コイル全周にわたって一様で
あるので、（式１）は、（式１’）のように変形するこ
とができ、また周回積分の法則より（式２）が成立す
る。
【００１２】
【数２】
【００１３】ImＳＩＮ（ωｔ）：閉曲線Ｓで囲まれた曲
面内の電流瞬時値（便宜上、定常電流とした） ｆ：周波数、ω＝２πｆ コイルに鎖交する全磁束Φが（式２）で与えられること
より、コイルに誘起する逆起電力Ｅは Ｅ＝−ｄΦ／ｄｔ＝−ωｎａμImＣＯＳ（ωｔ）…（式
３）となる。そして、図１０に示す負荷抵抗Ｒに発生す
る電圧ｅoutは、
面内の電流瞬時値（便宜上、定常電流とした） ｆ：周波数、ω＝２πｆ コイルに鎖交する全磁束Φが（式２）で与えられること
より、コイルに誘起する逆起電力Ｅは Ｅ＝−ｄΦ／ｄｔ＝−ωｎａμImＣＯＳ（ωｔ）…（式
３）となる。そして、図１０に示す負荷抵抗Ｒに発生す
る電圧ｅoutは、
【００１４】
【数３】
【００１５】であるが、（ｒ＋Ｒ）2≫（ωＬ）2の条件
が成立する場合には、 ｅout≒Ｒ／（ｒ＋Ｒ）×ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π／２−α）…（式４） となり、出力電圧ｅoutは、測定電流振幅値Imと周波数
ｆの積に比例することになる。なお、Ｌは、コイルの自
己インダクタンス、ｒは、コイルの内部抵抗その他の抵
抗値を総合したものである。
が成立する場合には、 ｅout≒Ｒ／（ｒ＋Ｒ）×ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π／２−α）…（式４） となり、出力電圧ｅoutは、測定電流振幅値Imと周波数
ｆの積に比例することになる。なお、Ｌは、コイルの自
己インダクタンス、ｒは、コイルの内部抵抗その他の抵
抗値を総合したものである。
【００１６】このように、コイルの断面積ａ及びコイル
単位長さ当りの巻数ｎが、コイル全周にわたって一様で
あれば、負荷抵抗Ｒには、測定電流振幅値Imと周波数ｆ
の積に比例する電圧ｅoutを得ることができる。そし
て、出力電圧ｅoutを積分回路に供給すれば、この積分
回路において１／ｆの周波数特性が与えられ、結局、積
分回路の出力として、周波数特性がフラットで測定電流
値ImＳＩＮ（ωｔ）に比例した電圧が得られることにな
る（図１１参照）。
単位長さ当りの巻数ｎが、コイル全周にわたって一様で
あれば、負荷抵抗Ｒには、測定電流振幅値Imと周波数ｆ
の積に比例する電圧ｅoutを得ることができる。そし
て、出力電圧ｅoutを積分回路に供給すれば、この積分
回路において１／ｆの周波数特性が与えられ、結局、積
分回路の出力として、周波数特性がフラットで測定電流
値ImＳＩＮ（ωｔ）に比例した電圧が得られることにな
る（図１１参照）。
【００１７】本発明は、典型的には、前記基材の表裏面
間にはスルーホールが形成され、そのスルーホールを通
して、表面側の導体膜と裏面側の導体膜とが接続されて
いる。なお、スルーホールを形成しない場合は、例え
ば、基材の側端面に導体膜を形成して、基材表裏面の導
体膜を接続すれば良い。
間にはスルーホールが形成され、そのスルーホールを通
して、表面側の導体膜と裏面側の導体膜とが接続されて
いる。なお、スルーホールを形成しない場合は、例え
ば、基材の側端面に導体膜を形成して、基材表裏面の導
体膜を接続すれば良い。
【００１８】本発明における合成樹脂製の基材は、好ま
しくは、ポリイミドフィルム基材からなり、また本発明
における導体膜は、好ましくは銅箔で形成されている。
また、導体膜の主要部は、略鋸歯状に屈曲して形成され
ているのが好ましい。なお、略鋸歯状とは、実施例で例
示する鋸歯形状に何ら限定されない趣旨である。
しくは、ポリイミドフィルム基材からなり、また本発明
における導体膜は、好ましくは銅箔で形成されている。
また、導体膜の主要部は、略鋸歯状に屈曲して形成され
ているのが好ましい。なお、略鋸歯状とは、実施例で例
示する鋸歯形状に何ら限定されない趣旨である。
【００１９】更に好ましくは、本発明に係る導体膜は、
基端部一方側の接続端子から基材の表裏面を略鋸歯状に
屈曲しつつ進んだ後、先端部から基端部に向けて真っ直
ぐに戻って基端部他方側の接続端子に接続されている。
また、この構成に代えて、本発明に係る導体膜は、基端
部一方側の接続端子から先端部に向けて、基材の表裏面
を略鋸歯状に屈曲しつつ進んだ後、先端部から基端部に
向けて、基材の表裏面を略鋸歯状に屈曲しつつ戻って他
方側の接続端子に接続されるのが好ましい。ここで、進
出側と後退側の前記導体膜は、隣接して平行関係にある
導体膜が表裏面に分離するように形成されていると更に
好ましい。
基端部一方側の接続端子から基材の表裏面を略鋸歯状に
屈曲しつつ進んだ後、先端部から基端部に向けて真っ直
ぐに戻って基端部他方側の接続端子に接続されている。
また、この構成に代えて、本発明に係る導体膜は、基端
部一方側の接続端子から先端部に向けて、基材の表裏面
を略鋸歯状に屈曲しつつ進んだ後、先端部から基端部に
向けて、基材の表裏面を略鋸歯状に屈曲しつつ戻って他
方側の接続端子に接続されるのが好ましい。ここで、進
出側と後退側の前記導体膜は、隣接して平行関係にある
導体膜が表裏面に分離するように形成されていると更に
好ましい。
【００２０】本発明はまた、３枚の基材を重合して構成
され、第１の基材の表面から第２の基材の裏面に向けて
適所に第１群のスルーホールが形成されて、前記第１群
のスルーホールを通して第１方向に向けて略鋸歯状に屈
曲しつつ導体膜が形成され、第２の基材の表面から第３
の基材の裏面に向けて適所に第２群のスルーホールが形
成されて、前記第２群のスルーホールを通して第２方向
に向けて略鋸歯状に屈曲しつつ導体膜が形成されている
のが好適である。なお、本発明に係る電流センサは、そ
の表裏面が絶縁性被膜で覆われていると、仮に電流セン
サが、非絶縁状態の被測定物に接触した場合でも破損す
ることがない。
され、第１の基材の表面から第２の基材の裏面に向けて
適所に第１群のスルーホールが形成されて、前記第１群
のスルーホールを通して第１方向に向けて略鋸歯状に屈
曲しつつ導体膜が形成され、第２の基材の表面から第３
の基材の裏面に向けて適所に第２群のスルーホールが形
成されて、前記第２群のスルーホールを通して第２方向
に向けて略鋸歯状に屈曲しつつ導体膜が形成されている
のが好適である。なお、本発明に係る電流センサは、そ
の表裏面が絶縁性被膜で覆われていると、仮に電流セン
サが、非絶縁状態の被測定物に接触した場合でも破損す
ることがない。
【００２１】また、本発明に係る電流センサからの信号
を受けて動作する測定回路としては、積分回路において
信号周波数ｆに対して１／ｆの周波数特性が与えられ、
この１／ｆ特性を有する周波数帯域で電流センサの出力
を利用する測定回路が好ましい。ここで、積分回路は、
一次アクティブローパスフィルタとして機能する回路が
好ましく、積分回路の前段にはノイズカットフィルタが
設けられているのが好ましい。
を受けて動作する測定回路としては、積分回路において
信号周波数ｆに対して１／ｆの周波数特性が与えられ、
この１／ｆ特性を有する周波数帯域で電流センサの出力
を利用する測定回路が好ましい。ここで、積分回路は、
一次アクティブローパスフィルタとして機能する回路が
好ましく、積分回路の前段にはノイズカットフィルタが
設けられているのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の態様】以下、実施例に基づいて、この発
明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施例
である電流センサＳ１の平面形状を図示したものであ
り、図２は、図１の６A−６B−６C−６D線に沿って、電
流センサＳ１の断面形状を図示したものである。
明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施例
である電流センサＳ１の平面形状を図示したものであ
り、図２は、図１の６A−６B−６C−６D線に沿って、電
流センサＳ１の断面形状を図示したものである。
【００２３】この電流センサＳ１は、フレキシブルプリ
ント回路用銅張積層板BASEにコイルパターンを形成した
ものであり、図２に示すように、合成樹脂製のベースフ
ィルム基材１と、ベースフィルム基材１の表裏面に接着
剤層２ａ，２ｂを介して形成された銅箔層３ａ，３ｂ
と、接着剤層４ａ，４ｂを介して銅箔層３ａ，３ｂを覆
うカバーフィルム基材５ａ，５ｂとで構成されている。
ベースフィルム基材１の適所には、表裏面の銅箔層３
ａ，３ｂを接続するスルーホール６が形成されており、
全体として図１に示すコイルが形成されている。
ント回路用銅張積層板BASEにコイルパターンを形成した
ものであり、図２に示すように、合成樹脂製のベースフ
ィルム基材１と、ベースフィルム基材１の表裏面に接着
剤層２ａ，２ｂを介して形成された銅箔層３ａ，３ｂ
と、接着剤層４ａ，４ｂを介して銅箔層３ａ，３ｂを覆
うカバーフィルム基材５ａ，５ｂとで構成されている。
ベースフィルム基材１の適所には、表裏面の銅箔層３
ａ，３ｂを接続するスルーホール６が形成されており、
全体として図１に示すコイルが形成されている。
【００２４】ベースフィルム基材１の材料は特に限定さ
れるものではないが、可撓性や難燃性の観点からポリイ
ミド基材が好適に用いられる。カバーフィルム基材５の
材料も特に限定されないが、可撓性や難燃性に加えて、
電気絶縁性にも優れる点からポリイミド基材が好適に用
いられる。ベースフィルム基材１の厚みは、電流センサ
Ｓ１の感度を上げるには、なるべく厚い方が良いが、あ
まり厚いと可撓性を損なうので数１００μｍ以内である
ことが好ましい。
れるものではないが、可撓性や難燃性の観点からポリイ
ミド基材が好適に用いられる。カバーフィルム基材５の
材料も特に限定されないが、可撓性や難燃性に加えて、
電気絶縁性にも優れる点からポリイミド基材が好適に用
いられる。ベースフィルム基材１の厚みは、電流センサ
Ｓ１の感度を上げるには、なるべく厚い方が良いが、あ
まり厚いと可撓性を損なうので数１００μｍ以内である
ことが好ましい。
【００２５】図１に示すように、銅箔３ａ，３ｂは、基
端部一方側の接続端子７ａからベースフィルム基材１の
表裏面を鋸歯状に屈曲しつつ進んだ後、先端部ＢEから
基端部ＢSに向けて真っ直ぐに戻って基端部他方側の接
続端子７ｂに接続されている。なお、接続端子７ａ，７
ｂは、不図示のリード線によって同軸ケーブルに接続さ
れている。
端部一方側の接続端子７ａからベースフィルム基材１の
表裏面を鋸歯状に屈曲しつつ進んだ後、先端部ＢEから
基端部ＢSに向けて真っ直ぐに戻って基端部他方側の接
続端子７ｂに接続されている。なお、接続端子７ａ，７
ｂは、不図示のリード線によって同軸ケーブルに接続さ
れている。
【００２６】図３は、フレキシブルプリント回路用銅張
積層板BASEを折り曲げて基端部ＢSと先端部ＢEとをしっ
かり接触させて閉曲線を形成した状態であり、電流セン
サＳ１の使用状態を図示したものである。電流センサＳ
１は可撓性に優れるので、被測定対象物８を取り囲むよ
うに積層板BASEを折り曲げることが容易であり、しかも
基端部ＢSと先端部ＢEとがしっかりと接触されて固定可
能であり、積層板BASEが全体として完全なロゴスキーコ
イルとなる。そのため、積層板BASEに沿って磁界Ｈを周
回積分すると、被測定対象物８に流れている電流値ｉに
正確に一致することになる。
積層板BASEを折り曲げて基端部ＢSと先端部ＢEとをしっ
かり接触させて閉曲線を形成した状態であり、電流セン
サＳ１の使用状態を図示したものである。電流センサＳ
１は可撓性に優れるので、被測定対象物８を取り囲むよ
うに積層板BASEを折り曲げることが容易であり、しかも
基端部ＢSと先端部ＢEとがしっかりと接触されて固定可
能であり、積層板BASEが全体として完全なロゴスキーコ
イルとなる。そのため、積層板BASEに沿って磁界Ｈを周
回積分すると、被測定対象物８に流れている電流値ｉに
正確に一致することになる。
【００２７】しかも、積層板BASEには印刷技術によって
銅箔面が精密に形成されているので、単位長さ当りのコ
イル巻数ｎも常に一定である。また、コイルの断面積ａ
についても、ベースフィルム基材１及び接着剤層２の厚
みＴと、銅箔３の幅方向の長さＬとで決まるので、その
値ａ＝Ｔ×Ｌを所定値に管理することができる（図４参
照）。
銅箔面が精密に形成されているので、単位長さ当りのコ
イル巻数ｎも常に一定である。また、コイルの断面積ａ
についても、ベースフィルム基材１及び接着剤層２の厚
みＴと、銅箔３の幅方向の長さＬとで決まるので、その
値ａ＝Ｔ×Ｌを所定値に管理することができる（図４参
照）。
【００２８】したがって、電流ｉが定常電流ImＳＩＮ
（ωｔ）の場合、先に説明したように、接続端子７ａ，
７ｂの間には、ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π／２）の誘
起電圧が表れることになる（式（３）参照）。つまり、
周波数ｆと電流振幅Imに比例して位相が９０度遅れた電
圧が接続端子７ａ，７ｂに発生することになる。
（ωｔ）の場合、先に説明したように、接続端子７ａ，
７ｂの間には、ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π／２）の誘
起電圧が表れることになる（式（３）参照）。つまり、
周波数ｆと電流振幅Imに比例して位相が９０度遅れた電
圧が接続端子７ａ，７ｂに発生することになる。
【００２９】図５は、本発明の第２実施例である電流セ
ンサＳ２の平面構成を図示したものである。この電流セ
ンサＳ２は、基端部一方側の接続端子７ａから先端部に
向けて、ベースフィルム基材の表裏面の銅箔を鋸歯状に
屈曲しつつ進めた後、先端部において幅方向に位置をず
らし、先端部から基端部に向けて、ベースフィルム基材
１の表裏面の銅箔を鋸歯状に屈曲しつつ戻して他方側の
接続端子７ｂに接続して構成されている。ここで進出側
の銅箔３と後退側の銅箔３とは、隣接して平行関係にあ
る銅箔が表裏面に分離するように形成されている。
ンサＳ２の平面構成を図示したものである。この電流セ
ンサＳ２は、基端部一方側の接続端子７ａから先端部に
向けて、ベースフィルム基材の表裏面の銅箔を鋸歯状に
屈曲しつつ進めた後、先端部において幅方向に位置をず
らし、先端部から基端部に向けて、ベースフィルム基材
１の表裏面の銅箔を鋸歯状に屈曲しつつ戻して他方側の
接続端子７ｂに接続して構成されている。ここで進出側
の銅箔３と後退側の銅箔３とは、隣接して平行関係にあ
る銅箔が表裏面に分離するように形成されている。
【００３０】図５に示す電流センサＳ２は、図１に示す
電流センサＳ１に比べて単位長当りのコイルの巻数ｎ’
を実質上２倍程度にすることができ電流センサの感度を
上げることができる。但し、使用方法などは電流センサ
Ｓ１の場合と同様であり、被測定対象物８を取り囲むよ
うに積層板BASEを折り曲げると（図３参照）、接続端子
７ａ，７ｂの間には、ｎ'ωａμImＳＩＮ（ωｔ−π／
２）の誘起電圧が発生する。
電流センサＳ１に比べて単位長当りのコイルの巻数ｎ’
を実質上２倍程度にすることができ電流センサの感度を
上げることができる。但し、使用方法などは電流センサ
Ｓ１の場合と同様であり、被測定対象物８を取り囲むよ
うに積層板BASEを折り曲げると（図３参照）、接続端子
７ａ，７ｂの間には、ｎ'ωａμImＳＩＮ（ωｔ−π／
２）の誘起電圧が発生する。
【００３１】図６は、本発明の第３実施例である電流セ
ンサＳ３の平面構成を図示したものである。この電流セ
ンサＳ３は、図７に示すように、３枚のベースフィルム
基材１ａ，１ｂ，１ｃを重合させて構成されている。そ
して、ベースフィルム基材１ａの表面からベースフィル
ム基材１ｂの裏面に向けて適所にスルーホール６が形成
されて、進出方向に鋸歯状に屈曲する銅箔３ｆが形成さ
れている。また、ベースフィルム基材１ｂの表面からベ
ースフィルム基材１ｃの裏面に向けても適所にスルーホ
ール６が形成されて、後退方向に鋸歯状に屈曲する銅箔
３ｒが形成されている。なお、図７には、ある瞬間の電
流の流れる方向を（・）と（×）の記号で表示してい
る。
ンサＳ３の平面構成を図示したものである。この電流セ
ンサＳ３は、図７に示すように、３枚のベースフィルム
基材１ａ，１ｂ，１ｃを重合させて構成されている。そ
して、ベースフィルム基材１ａの表面からベースフィル
ム基材１ｂの裏面に向けて適所にスルーホール６が形成
されて、進出方向に鋸歯状に屈曲する銅箔３ｆが形成さ
れている。また、ベースフィルム基材１ｂの表面からベ
ースフィルム基材１ｃの裏面に向けても適所にスルーホ
ール６が形成されて、後退方向に鋸歯状に屈曲する銅箔
３ｒが形成されている。なお、図７には、ある瞬間の電
流の流れる方向を（・）と（×）の記号で表示してい
る。
【００３２】図６に示す電流センサＳ３は、図１に示す
電流センサＳ１に比べて、単位長当りのコイル巻数を実
質上２倍程度にできる上に、コイル断面積を約２倍程度
にできるので、高感度の電流センサを構成することがで
きる。但し、使用方法などは電流センサＳ１の場合と同
様であり、被測定対象物８を取り囲むように積層板BASE
を折り曲げると、接続端子７ａ，７ｂの間には、ａ'ｎ'
ωμImＳＩＮ（ωｔ−π／２）の誘起電圧が発生する。
電流センサＳ１に比べて、単位長当りのコイル巻数を実
質上２倍程度にできる上に、コイル断面積を約２倍程度
にできるので、高感度の電流センサを構成することがで
きる。但し、使用方法などは電流センサＳ１の場合と同
様であり、被測定対象物８を取り囲むように積層板BASE
を折り曲げると、接続端子７ａ，７ｂの間には、ａ'ｎ'
ωμImＳＩＮ（ωｔ−π／２）の誘起電圧が発生する。
【００３３】図８は、本発明にかかる電流センサＳの出
力を増幅する電流測定回路の回路例を図示したものであ
る。図示の電流測定回路は、大略、ノイズカットフィル
タＦＬ１，ＦＬ２と、オペアンプＯＰ１による積分回路
２１と、オペアンプＯＰ２による増幅回路２２とで構成
されている。ここでノイズカットフィルタＦＬ１，ＦＬ
２は、電流センサＳの出力信号に重畳される高周波ノイ
ズを除去するものである。また、積分回路２１は、オペ
アンプＯＰ１と、入力抵抗Ｒ２と、負帰還抵抗Ｒ３と、
積分コンデンサＣ１とで構成されたミラー積分回路であ
り、カットオフ周波数ｆ１の一次アクティブローパスフ
ィルタとして機能している（図１１参照）。
力を増幅する電流測定回路の回路例を図示したものであ
る。図示の電流測定回路は、大略、ノイズカットフィル
タＦＬ１，ＦＬ２と、オペアンプＯＰ１による積分回路
２１と、オペアンプＯＰ２による増幅回路２２とで構成
されている。ここでノイズカットフィルタＦＬ１，ＦＬ
２は、電流センサＳの出力信号に重畳される高周波ノイ
ズを除去するものである。また、積分回路２１は、オペ
アンプＯＰ１と、入力抵抗Ｒ２と、負帰還抵抗Ｒ３と、
積分コンデンサＣ１とで構成されたミラー積分回路であ
り、カットオフ周波数ｆ１の一次アクティブローパスフ
ィルタとして機能している（図１１参照）。
【００３４】増幅回路２２は、オペアンプＯＰ２と、入
力抵抗Ｒ４，Ｒ７，ＶＲ２と、負帰還抵抗ＶＲ１，Ｒ
５，Ｒ６とで構成された加減算回路である。可変抵抗Ｖ
Ｒ２によってＤＣバランスをとって直流分をキャンセル
すると共に、可変抵抗ＶＲ１を調整して所定の増幅率
（Ｒ０／Ｒ４）を確保している。なお、Ｒ０は、負帰還
抵抗ＶＲ１，Ｒ５，Ｒ６の合成抵抗である。
力抵抗Ｒ４，Ｒ７，ＶＲ２と、負帰還抵抗ＶＲ１，Ｒ
５，Ｒ６とで構成された加減算回路である。可変抵抗Ｖ
Ｒ２によってＤＣバランスをとって直流分をキャンセル
すると共に、可変抵抗ＶＲ１を調整して所定の増幅率
（Ｒ０／Ｒ４）を確保している。なお、Ｒ０は、負帰還
抵抗ＶＲ１，Ｒ５，Ｒ６の合成抵抗である。
【００３５】図８に示す測定回路において、電流センサ
Ｓの出力は、同軸ケーブルを通して入力端子Ｊ１，Ｊ２
に供給される。そして、ノイズカットフィルタＦＬ１，
ＦＬ２において高周波ノイズが除去された後、負荷抵抗
Ｒに供給される。但し、実質上、負荷抵抗Ｒ≒Ｒ１／／
Ｒ２である。先に説明したように負荷抵抗Ｒの両端電圧
ｅoutは、（ｒ＋Ｒ）2≫（ωＬ）2の条件が成立する場
合には、 ｅout≒Ｒ／（ｒ＋Ｒ）×ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π
／２−α）…（式４）となる。したがって、（ｒ＋Ｒ）
2≫（ωＬ）2の条件が成立しない領域も含めると、負荷
抵抗Ｒの両端電圧ｅoutは、周波数ｆに比例した、いわ
ば一次ハイパスフィルタの特性を持った出力となる（図
１１）。なお、この一次ハイパスフィルタ（ＲＬ回路）
のカットオフ周波数をｆ２とする。
Ｓの出力は、同軸ケーブルを通して入力端子Ｊ１，Ｊ２
に供給される。そして、ノイズカットフィルタＦＬ１，
ＦＬ２において高周波ノイズが除去された後、負荷抵抗
Ｒに供給される。但し、実質上、負荷抵抗Ｒ≒Ｒ１／／
Ｒ２である。先に説明したように負荷抵抗Ｒの両端電圧
ｅoutは、（ｒ＋Ｒ）2≫（ωＬ）2の条件が成立する場
合には、 ｅout≒Ｒ／（ｒ＋Ｒ）×ωｎａμImＳＩＮ（ωｔ−π
／２−α）…（式４）となる。したがって、（ｒ＋Ｒ）
2≫（ωＬ）2の条件が成立しない領域も含めると、負荷
抵抗Ｒの両端電圧ｅoutは、周波数ｆに比例した、いわ
ば一次ハイパスフィルタの特性を持った出力となる（図
１１）。なお、この一次ハイパスフィルタ（ＲＬ回路）
のカットオフ周波数をｆ２とする。
【００３６】この負荷抵抗Ｒの両端電圧ｅoutは、入力
抵抗Ｒ２を通してミラー積分回路を構成しているオペア
ンプＯＰ１に供給されるので、オペアンプＯＰ１の出力
は、ミラー積分回路のカットオフ周波数ｆ１から、ＲＬ
回路のカットオフ周波数ｆ２までフラットな周波数特性
を持ったセンサ出力が得られることになる。
抵抗Ｒ２を通してミラー積分回路を構成しているオペア
ンプＯＰ１に供給されるので、オペアンプＯＰ１の出力
は、ミラー積分回路のカットオフ周波数ｆ１から、ＲＬ
回路のカットオフ周波数ｆ２までフラットな周波数特性
を持ったセンサ出力が得られることになる。
【００３７】したがって、周波数帯域ｆ１〜ｆ２におい
て、被測定対象物の瞬時電流ＩmＳＩＮ（ωｔ）を正確
に測定することができる。なお、説明の都合上、正弦波
電流を例に挙げたが周波数帯域ｆ１〜ｆ２を広くとるこ
とによって、パルス電流の瞬時値なども正確に測定する
ことができる。また、正弦波やパルス波の瞬時値が測定
できることより被測定対象物の電流実効値も測定できる
のは勿論である。
て、被測定対象物の瞬時電流ＩmＳＩＮ（ωｔ）を正確
に測定することができる。なお、説明の都合上、正弦波
電流を例に挙げたが周波数帯域ｆ１〜ｆ２を広くとるこ
とによって、パルス電流の瞬時値なども正確に測定する
ことができる。また、正弦波やパルス波の瞬時値が測定
できることより被測定対象物の電流実効値も測定できる
のは勿論である。
【００３８】以上、本発明の実施例について具体的に説
明したが、例示した具体例は特に本発明を限定するもの
ではなく、可撓性を有する合成樹脂製の基材の表裏面に
連続する導体膜によってコイルを形成する条件を満たす
範囲内で各種の改変が可能である。例えば、図１２に示
すように、導体膜の往復回数を適当回数増加されてもよ
く、この場合にはセンサの感度を上げることができる。
明したが、例示した具体例は特に本発明を限定するもの
ではなく、可撓性を有する合成樹脂製の基材の表裏面に
連続する導体膜によってコイルを形成する条件を満たす
範囲内で各種の改変が可能である。例えば、図１２に示
すように、導体膜の往復回数を適当回数増加されてもよ
く、この場合にはセンサの感度を上げることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度なセンサでありながら、短時間に大量生産するこ
ともできる安価な電流センサを実現できる。また、この
ような電流センサの出力を測定回路で処理することによ
って周波数帯域ｆ１〜ｆ２において、パルス電流などの
瞬時値を正確に測定することができる。
高精度なセンサでありながら、短時間に大量生産するこ
ともできる安価な電流センサを実現できる。また、この
ような電流センサの出力を測定回路で処理することによ
って周波数帯域ｆ１〜ｆ２において、パルス電流などの
瞬時値を正確に測定することができる。
【図１】第一実施例に係る電流センサＳ１の平面形状を
図示したものである。
図示したものである。
【図２】図１に示す電流センサＳ１の断面構造を図示し
たものである。
たものである。
【図３】電流センサの使用方法を図示したものである。
【図４】電流センサの構成を略記した斜視図である。
【図５】第二実施例に係る電流センサＳ２の平面形状を
図示したものである。
図示したものである。
【図６】第三実施例に係る電流センサＳ３の平面形状を
図示したものである。
図示したものである。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿って電流センサＳ３の断面
構造を図示したものである。
構造を図示したものである。
【図８】電流センサからの信号を処理する測定回路を例
示したものである。
示したものである。
【図９】本発明の原理を説明する図面である。
【図１０】本発明の原理を説明する図面である。
【図１１】電流センサと測定回路の周波数特性を図示し
たものである。
たものである。
【図１２】その他の実施例の平面形状を図示したもので
ある。
ある。
１ 基材（ベースフィルム基材） ３ 導体膜（銅箔） Ｓ１〜Ｓ３ 電流センサ
Claims (11)
- 【請求項１】 可撓性を有する合成樹脂製の基材の表裏
面に連続する導体膜によってコイルを形成してなる電流
センサ。 - 【請求項２】 前記基材の表裏面間にはスルーホールが
形成され、そのスルーホールを通して、表面側の導体膜
と裏面側の導体膜とが接続されている請求項１に記載の
電流センサ。 - 【請求項３】 前記合成樹脂製の基材は、ポリイミドフ
ィルム基材からなり、前記導体膜は銅箔で形成されてい
る請求項１又は２に記載の電流センサ。 - 【請求項４】 前記導体膜の主要部は、略鋸歯状に屈曲
して形成されている請求項１〜３の何れかに記載の電流
センサ。 - 【請求項５】 前記導体膜は、基端部一方側の接続端子
から前記基材の表裏面を略鋸歯状に屈曲しつつ進んだ
後、先端部から基端部に向けて戻り基端部他方側の接続
端子に接続されている請求項１〜３の何れかに記載の電
流センサ。 - 【請求項６】 前記導体膜は、基端部一方側の接続端子
から先端部に向けて、前記基材の表裏面を略鋸歯状に屈
曲しつつ進んだ後、先端部から基端部に向けて、前記基
材の表裏面を略鋸歯状に屈曲しつつ戻って他方側の接続
端子に接続されている請求項１〜３の何れかに記載の電
流センサ。 - 【請求項７】 進出側と後退側の前記導体膜は、隣接し
て平行関係にある導体膜が表裏面に分離するように形成
されている請求項６に記載の電流センサ。 - 【請求項８】 ３枚の基材を重合して構成され、第１の
基材の表面から第２の基材の裏面に向けて適所に第１群
のスルーホールが形成されて、前記第１群のスルーホー
ルを通して第１方向に向けて略鋸歯状に屈曲しつつ導体
膜が形成され、 第２の基材の表面から第３の基材の裏面に向けて適所に
第２群のスルーホールが形成されて、前記第２群のスル
ーホールを通して第２方向に向けて略鋸歯状に屈曲しつ
つ導体膜が形成されている請求項１〜３の何れかに記載
の電流センサ。 - 【請求項９】 前記電流センサの表裏面は、絶縁性の被
膜で覆われている請求項１〜８の何れかに記載の電流セ
ンサ。 - 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかに記載の電流セ
ンサからの信号を受けて動作し、積分回路において信号
周波数ｆに対して１／ｆの周波数特性が与えられ、この
１／ｆ特性を有する周波数帯域で前記電流センサの出力
を利用するようにしている測定回路。 - 【請求項１１】 前記積分回路は、一次アクティブロー
パスフィルタとして機能する回路であり、前記積分回路
の前段にはノイズカットフィルタが設けられている請求
項１０に記載の測定回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001016577A JP3574409B2 (ja) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | 電流センサ及び電流測定回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001016577A JP3574409B2 (ja) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | 電流センサ及び電流測定回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002221538A true JP2002221538A (ja) | 2002-08-09 |
| JP3574409B2 JP3574409B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=18882918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001016577A Expired - Lifetime JP3574409B2 (ja) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | 電流センサ及び電流測定回路 |
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2001
- 2001-01-25 JP JP2001016577A patent/JP3574409B2/ja not_active Expired - Lifetime
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