JP2008506946A

JP2008506946A - 直流電流センサー

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Publication number: JP2008506946A
Application number: JP2007521395A
Authority: JP
Inventors: ヒュン−ウクキム
Original assignee: エーティーエスネットワークス
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2008-03-06
Also published as: CN1985179A; WO2006006794A1; KR20070029239A; KR20050055066A; EP1774346A1; US20080054881A1

Abstract

間隙を有する磁気コアを非接触方式で動きによって発生する起電力を測定し、直流電流を検出する直流電流センサーに関するものであり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成され、対称構造の二つに分離された一対の磁気コア、一対の磁気コアの一方に巻装され、起電力を測定する検出コイル、一対の磁気コアのもう一方に設けられ、一対の磁気コアを非接触方式で接近と離隔を繰り返す作動部材、および一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、作動部材を制御する制御部を含み、二つに分離された一対の磁気コアによって一対の磁気コアの間には、一対の間隙部が形成され、一対の磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され、導線に流れる直流電流が検出される構成を備える。前記のような直流電流センサーを用いることにより、間隙が微細に制御され、検出精度を高めることができる。

Description

本発明は直流電流センサーに関するものであり、特に間隙を有する磁気コアを非接触方式で、動きによって発生する起電力を測定し、直流電流を検出する直流電流センサーに関するものである。

最近、インバータを含む電気装置、電気自動車などのように直流電流を使用する装置が増加傾向を示しているが、必要な制御のために各種装置に内蔵した直流モータの負荷を検出して必要な制御を行うためのセンサーや、直流電流断続器などに使用される直流電流センサーに対する必要性が増加している。

このような直流電流センサーには、磁気増幅器型、磁気マルチバイブレータ型、ホール素子型などで構成された直流電流センサーが公知されている。

かかる磁束に比例して電圧の出力を有する磁気抵抗効果を用いたホール素子型は、フェライト系やパーマロイ系の磁気コアに一定の間隙を置いて、その間にホール素子を位置させ、かかる磁束に比例した電圧出力を得る。

非接触のクランプ方式であり直流電流を測定する方式は、上のようにホール素子を適用する方式が一般的である。

ホール素子の適用は、磁気コアの間の間隙を調節して磁気コアの素材を変えることにより、様々な測定システムを実現できるという利点がある。しかし、ホール素子の性能に絶対的に依存し、数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流の測定は、ホール素子で実現することは困難である。

このような問題点を解決するために、ドイツ特許公開公報第 DE ３１３０２７７ A１号には、通気口内にホールセンサーが配置されるように形成されたスロットを有する軟磁性コアを使用する直流測定センサーが公知されている。前記公報で開示された技術として測定される電流は、導体内でガイドされ、前記導体はコイルとして軟磁性コアを囲むとか、空きスペースに至るまで、リング状に閉鎖されるコアによってガイドされる。

しかし、このようなセンサーは、複雑で高価の電子評価装置によってのみ実現することができる。なぜならば、決定された測定変数に対して与えられた測定値が非線形従属性を有するからである。また、測定結果は、空きスペースの大きさおよび使用されたホールセンサーによって左右されることにより、公知のセンサーは非常に正確に製造しなければならない。

したがって、本発明の目的は、上述したような問題点を解決するために案出したものとして、上下端に分離した一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返す、非接触移動方式により直流電流の検出が可能であり、構造が簡単で、微小電流から大電流まで電流変化の検出性能が優れた直流電流センサーを提供することにある。

本発明の他の目的は、間隙を有する磁気コアの間の移動間隙が大きくなるほど、同一電流での起電力の変化が大きくなって能動的に起電力の調節が可能であるため、測定領域の調節や検出精度の調整が可能であって、測定システムの信頼度を高めることができる直流電流センサーを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、間隙を有する磁気コアと振動子が互いに接合され、振動子の微細な動きによって能動的に起電力の調節が可能であるため、測定領域の調節や検出精度の調整が可能であって、測定システムの信頼度を高めることができる直流電流センサーを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、平面上に振動子と磁性薄膜が互いに接合されて配置することにより、小型化された薄膜形態の構造を備え、低コストの電流検出が可能な直流電流センサーを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、簡単な増幅回路の構成として十分な出力を得ることができ、信号対雑音比が良いので、別のフィルタ回路が必要ない低コストの直流電流センサーを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、磁気コアを動作させる駆動源として、ソレノイドバルブ、空圧シリンダーバルブ、又は圧電セラミック振動子等のいかなる方式も適用可能な直流電流センサーを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成され、対称構造の二つに分離された一対の磁気コア、前記一対の磁気コアの一方に巻装され起電力を測定する検出コイル、前記一対の磁気コアのもう一方に設けられ、一対の磁気コアを非接触方式で接近と離隔を繰り返す作動部材および前記一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記二つに分離された一対の磁気コアによって前記一対の磁気コアの間には一対の間隙部が形成され、前記一対の磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され、導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、一対の磁気コアは、上下端に分離した環状の軟磁性材料で構成されたことを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記作動部材は、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、作動部材に連結設置された動作用磁気コアを上下に移動させることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記制御部は、前記作動部材によって動作用磁気コアの移動間隙を調節して、センサーの検出精度を調整することを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは、一側が開口され間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、前記磁気コアの間隙部に設けられ起電力を測定する検出コイル、前記検出コイルを非接触方式で磁気コアに接近と離隔を繰り返す作動部材、および前記検出コイルと磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記作動部材は、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、作動部材に連結設置された検出コイルを上下又は左右に移動させることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記制御部は、前記作動部材によって検出コイルの移動間隙を調節して、センサーの検出精度を調整することを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記検出コイルの巻数を調整し、数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流から数アンペア（Ａ）以上の大電流まで、広い領域の直流電流を検出することを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記制御部は、前記磁気コアの内部に流れる磁束による磁気回路を開閉する磁気回路オン／オフ動作を制御することを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは一側が開口され、間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、前記磁気コアの一方に巻装されて起電力を測定する検出コイル、前記磁気コアのもう一方に設けられ、前記間隙部の間隙距離の接近と離隔を繰り返す作動部材、および前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは、一側が開口され、間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、前記磁気コアの周りに沿って設けられ、前記間隙部の間隙距離の接近と離隔を繰り返す振動部材、前記磁気コアと前記振動部材の一方に巻装され起電力を測定する検出コイル、および前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記振動部材は、前記磁気コアの内側に設けられることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記振動部材は、前記磁気コアの外側に設けられることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記間隙部の間隙距離は、調節できることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは、厚さ方向に多数の溝が形成された間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、前記磁気コアと層をなして設けられ、前記間隙部の溝の間の間隙距離の接近と離隔を繰り返す振動部材、前記磁気コアと前記振動部材の一方に巻装され、起電力を測定する検出コイル、および前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記振動部材は、前記磁気コアの上部又は下部に設けられることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による直流電流センサーは、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、前記一対の磁気コアの一方に巻装され起電力を測定する検出コイル、前記磁気コアの対向側に設けられ、前記磁気コアを非接触方式で接近と離隔を繰り返す振動部材、および前記一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記振動部材と前記磁気コアの間には間隙部が形成され、前記振動部材は平面上に装着された振動子と、前記振動子の表面をメッキした磁性薄膜を備え、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出されることを特徴とする。

また、本発明による直流電流センサーにおいて、前記メッキは、Ni又はNiFeがメッキであることを特徴とする。

本発明の前記およびその外の目的と新しい特徴は、本明細書の技術および添付図面により、さらに理解することができる。

以下、本発明の構成を図面によって説明する。

また、本発明の説明において、同一部分は同一符号を付け、繰り返す説明は省略する。

以下、本発明の第１実施例を添付された図面を参照して詳しく説明する。

図１は本発明の第１実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図で、図２は本発明の第１実施例による直流電流センサーの概略的なシステム構成図であり、図３は本発明の第１実施例による直流電流センサーの動作状態図である。

図１および図２に示したように、本発明の直流電流センサーは、上下端に分離した一対の磁気コア（１０、２０）が、内側に中空部（１５）が形成された環状（輪状）の軟磁性材料で配置されたコア形状を基本構造とし、一対からなる上下端の磁気コア（１０、２０）は、対称構造に配列されている。即ち、上下端に分離した一対の磁気コア（１０、２０）によって、コアの間には、一対の第１の間隙部（１４０）が形成される。

前記磁気コア（１０、２０）は、一般的に磁気特性だけではなく、操作性能を考慮してパーマロイC（７０% Ni-５ Mo-４ Cu-bal Fe）が望ましいが、ケイ素鋼板、非晶質、電磁軟鉄、ソフトフェライト（Ｓoft ferrite）、およびこれらの調合物のような公知の軟磁性体を使用することができる。

前記下端の磁気コア（２０;以下、固定用磁気コアと言う）には、一対の磁気コア（１０、２０）が第１の間隙部（１４０）によって非接触方式で、接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことにより発生する起電力を測定するための検出コイル（３０）が巻装されており、前記検出コイル（３０）の測定値は、検出コイル（３０）に接続された増幅回路（４０;例えば、差動増幅回路）によって制御装置（５０）に伝達して直流電流を検出する。

前記制御装置（５０）は、測定値の直流電流を検出するために公知の回路を有し、この検出値はコンピュータ（図示せず）に供給されるか、又はディスプレイ（６０）によって選択的に表示することができる。

また、前記制御装置（５０）は、前記一対の磁気コア（１０、２０）の内部に流れる磁束による磁気回路を開閉する、磁気回路オン／オフ動作を機械的方法又は電気回路的方法を採用して制御する。

前記上端の磁気コア（１０;以下、動作用磁気コアと言う）には、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、第１の間隙部（１４０）を維持し、動作用磁気コア（１０）を上下に移動させる作動部材（７０）が設けられており、前記作動部材（７０）は、制御装置（５０）の制御信号によって作動部材用電源スイッチがオン／オフされることにより作動するソレノイドバルブ、空圧シリンダーバルブ又は圧電セラミック振動子などのような様々な方式の駆動源の適用が可能である。

一方、支持フレーム（９０）は、前記作動部材（７０）と検出コイル（３０）、そして前記動作用磁気コア（１０）を作動部材（７０）に締結する締結部材（７２）を固定するように作動する。

本発明で簡単に円形を有する磁気コア（１０、２０）の構造は、任意に変形することができ、これと同様に、磁気コア（１０、２０）の横断面は、例えば、円形、楕円形、長方形、多角形又は任意の形態を有することは勿論である。

図３に示したように、第１の間隙部（１４０）を維持し、輪状からなる一対の磁気コア（１０、２０）の中空部（１５）には、直流電流が流れる導線（１００）が貫通して設置され、前記導線（１００）によって測定しようとする直流電流がガイドされる。

従って、上述した第１実施例の説明のように、本発明による直流電流センサーによれば、上下端に分離して間隙を有する一対の磁気コアを周期的に接近と離隔を繰り返す非接触方式による直流電流の検出が基本的に可能である。また、信号処理において、簡単な増幅回路の構成で、数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流から数アンペア（Ａ）以上の大電流まで広い電流領域を測定することができる、低コストの信頼できる直流電流の測定システムを実現し、同じ測定システムで直流電流の測定範囲を可変できる画期的な機能を実現するシステムを作ることができるという効果がある。

次に、本発明による第２実施例を図４によって説明する。

図４は本発明の第２実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図面である。

図４に示したように、本発明の第２実施例による直流電流センサーは、一側が開口され第２の間隙部（１６０）を有する磁気コア（１１０）を含む。この磁気コア（１１０）は、内側に中空部（１１５）が形成された環状（輪状）の軟磁性材料で形成され、前記磁気コア（１１０）の第２の間隙部（１６０）には、磁気コア（１１０）と非接触方式で接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことにより発生する起電力を測定するための検出コイル（１２０）が設けられており、前記検出コイル（１２０）の測定値を処理する信号処理回路は、図２に示したシステム構成図と同一である。

前記検出コイル（１２０）には、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、検出コイル（１２０）を上下又は左右に移動させる作動部材（図示せず）が設けられており、前記作動部材は制御装置（５０）の制御信号により、作動部材用電源スイッチがオン／オフされることにより作動する、ソレノイドバルブ、空圧シリンダーバルブ又は圧電セラミック振動子などのような様々な方式の駆動源の適用が可能である。

一方、支持フレーム（１３０）は、前記磁気コア（１１０）を固定させ、締結部材（１３２）（１３４）は、前記支持フレーム（１３０）に磁気コア（１１０）を連結する。

上述したように、本発明の第１実施例では、第１の間隙部（１４０）を含む一対の磁気コア（１０、２０）によって構成された磁気回路上で、動作用磁気コア（１０）を周期的に上下に動くことにより発生する起電力を測定し、直流電流を検出する方式を例であげて説明したが、本発明はこれに限定されず、図４に示したように、磁気コア（１１０）の一側に設けられた第２の間隙部（１６０）に巻装された検出コイル（１２０）を周期的に上下又は左右に動いても、交流形態の起電力が発生するという点に着眼して直流電流を検出する方式を発明し、この方式でも上述した第１実施例と同一の目的および効果を達成し得ることは言うまでもない。

次に、本発明による第３実施例を図５によって説明する。

図５は本発明の第３実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図である。

図５に示したように、本発明の第３実施例による直流電流センサーは、一側が開口され第３の間隙部（１７０）を有する磁気コア（２１０）を備え、磁気コア（２１０）の外側の周りに沿って圧電振動子（２２０）が設けられる。

即ち、第３の実施例による直流センサーは、圧電振動子（２２０）と磁気コア（２１０）が、一対に相互に接合して配置され、磁気コア（２１０）の一側に第３の間隙部（１７０）を設けた形態である。

しかし、磁気コア（２１０）と圧電振動子（２２０）の内外部の配置は、図５に示された構造に限定されるものではなく、磁気コア（２１０）が圧電振動子（２２０）の外側の周りに沿って設けられてもよい。

また、磁気コア（２１０）は、その内側に中空部（１５）が形成された環状（輪状）の軟磁性材料で形成され、前記磁気コア（２１０）と圧電振動子（２２０）には、磁気コア（２１０）の第３の間隙部（１７０）の間隙距離の接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことにより発生する起電力を測定するための検出コイル（３０）が設けられており、前記検出コイル（３０）の測定値を処理する信号処理回路は、図２に示した構成図と同一である。

即ち、第３の実施例によれば、圧電振動子（２２０）の微細な動作によって磁気コア（２１０）の第３の間隙部（１７０）の間隙部分の距離が近かったり遠かったりしながら、かかる磁束の振動周期による変化を誘導し、これを外部に巻装された検出導線に電圧出力の形態で検知する。

したがって、間隙無しで飽和磁束密度を同じサイズのコアで高めることができず、間隙形成による副次的な効果のない従来の磁歪センサーの問題点を解決する本発明の第３の実施例において、磁気コア（２１０）に設けられた第３の間隙部（１７０）の間隙を自由に作られるので、飽和磁束密度を増加することができる。

また、磁気コア（２１０）の内部が応力を受けて透磁率が変化する効果を得る。透磁率の変化により、かかる固定された磁束が瞬時に変わり、これによって直流電流を検出することができる。

図５に示された構造外の構造および機能は、図１乃至図４に示された構造と同一であるので、繰り返す説明は省略する。

次に、本発明によって第４実施例を図６によって説明する。

図６は本発明の第４実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図である。

図６に示したように、本発明の第４実施例による直流電流センサーは、その厚さの方向に多数の溝が形成された第４の間隙部（１８０）を有する磁気コア（３１０）と磁気コア（３１０）の下側に圧電振動子（３２０）を設ける。

即ち、第４の実施例による直流電流センサーはは、圧電振動子（３２０）と磁気コア（３１０）が、一対の層をなして相互いに接合して配置され、磁気コア（３１０）の多数所に第４の間隙部（１８０）を設けた形態である。また、この第４の間隙部（１８０）は、上述した第１乃至第３の実施例とは異なり、磁気コア（３１０）を貫通するものではなく、磁気コア（３１０）の厚さ方向に溝を形成したものである。

しかし、磁気コア（３１０）と圧電振動子（３２０）の層の配置は、図６に示された構造に限定されるものではなく、磁気コア（３１０）が圧電振動子（３２０）の下部に設けられても良い。

また、この磁気コア（３１０）は、その内側に中空部（１５）が形成された環状（輪状）の軟磁性材料で形成され、前記磁気コア（３１０）と圧電振動子（３２０）には、磁気コア（３１０）の第４の間隙部（１８０）の間隙距離の接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことにより発生する起電力を測定するための検出コイル（３０）が設けられており、前記検出コイル（３０）の測定値を処理する信号処理回路は、図２に示したシステム構成図と同一である。

即ち、第４の実施例によれば、圧電振動子（３２０）の微細な動作によって磁気コア（３１０）の第４の間隙部（１８０）の溝部分の距離が近かったり遠かったりしながら、かかる磁束の振動周期による変化を誘導し、これを外部に巻装された検出導線に電圧出力の形態で検知する。

したがって、本発明の第４の実施例においても、磁気コア（３１０）に設けられた第4の間隙部（１８０）の溝の間隔又は溝の数を自由に形成することにより飽和磁束密度を高めることができる。

また、その外の特徴および効果は、図５も示された構造と同一であり、図６に示された構造外の構造および機能は、図１乃至図４に示された構造と同一であるので、繰り返す説明は省略する。

次に、発明による第５実施例を図７によって説明する。

図７は本発明の第５実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図である。

図７に示したように、本発明の第５実施例による直流電流センサーは、一側が開口され第５の間隙部（１９０）を有する磁気コア（４１０）と、この磁気コア（４１０）の他の一側に設けられたソレノイド振動子（４２０）を設けたものである。

この磁気コア（４１０）は、その内側に中空部（１５）が形成された環状（輪状）の軟磁性材料で形成され、前記磁気コア（４１０）の第５の間隙部（１９０）外の一部分に、起電力を測定するための検出コイル（３０）が設けられており、前記検出コイル（３０）の測定値を処理する信号処理回路は、図２に示したシステム構成図と同一である。

前記振動子（４２０）は、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、第５の間隙部（１９０）の間隙距離の接近と離隔する動作を周期的に繰り返す動作を行う。

つまり、第５実施例においては、図１又は図４に示された構造において、検出コイル（３０）を磁気コア（４１０）に設けたこと以外は、同じ構造であるので、繰り返す説明は省略する。

次に、本発明による第６実施例を図８によって説明する。

図８は本発明の第６実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図である。

図８に示したように、本発明の第６実施例による直流電流センサーは、平面部材（５２０）上に圧電振動子（５３０）が装着され、この圧電振動子（５３０）の表面にNi又はNiFeがメッキされた磁性薄膜（５４０）が設けられ、この磁性薄膜（５４０）の下端部に検出導線（３０）と、薄膜型磁気コア（５１０）が形成された構造である。

即ち、第６実施例での磁気コア（５１０）は、パーマロイC（７０% Ni-５ Mo-４ Cu-bal Fe）が望ましいが、ケイ素鋼板、非晶質、電磁軟鉄、ソフトフェライト（Ｓoft ferrite）およびこれらの調合物のような公知の軟磁性体を使用することができる。

また、薄膜型磁気コア（５１０）には、第６の間隙（２００）によって非接触方式で、接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことにより発生する起電力を測定するための検出コイル（３０）が巻装されており、検出コイル（３０）の測定値は、検出コイル（３０）に接続された増幅回路によって制御装置に伝達して直流電流を検出するようになる。

その外の信号処理回路などは、図２に示したシステム構成図と同一である。

したがって、図８に示された第６実施例では、小型化された薄膜形態の構造を有し、半導体工程を適用できるので、第６の間隙部（２００）の間隙を微細に調節することができる。これにより小型化され低コストの電流検出が可能な電流センサーを製作ることができ、間隙を微細に制御することにより検出精度を高めることができる効果を奏する。

以下、前記のように構成された直流電流センサーの作用効果を説明する。

図９は本発明による直流電流センサーの動作説明図である。

一般的に、電流の流れが時間的に変わる交流のような場合には、磁気回路に逆方向の起電力が発生し、これを測定して電流を検出する。しかし、直流電流の場合には、電流の流れが時間的に変わらないので、起電力による電流の検出が不可能である。

したがって、本発明は、間隙部を有し、一面が巻装されている磁気コアによって磁気回路を構成するシステムを基本構造とし、直流電流の流れで磁気コアによる磁束が一定するという事実に基づき、動作用磁気コア又は振動子は、磁気回路の開閉のためのスイッチの役割をし、巻装部を有する固定用磁気コアは、磁気回路の開閉による起電力の発生を検出する機能を行う。

このとき、測定しようとする直流電流は、磁気コアの間を通過する導線（１００）に沿って流れる。

先ず、制御装置（５０）の制御信号によって作動部材用電源スイッチ（図示せず）がオン／オフされ、作動部材（７０）が物理的にオン／オフされる（Ｓ１０）。

前記作動部材（７０）がオン／オフされることにより、作動部材（７０）に設けられた動作用磁気コア（１０）又は振動子が上下左右に移動し、動作用磁気コア（１０）又は振動子が固定用磁気コアに非接触方式で接近と離隔する動作を周期的に繰り返すことになる（Ｓ２０）。

直流電流の流れに比例して磁気コアによる磁束が一定するとき、前記動作用磁気コアと固定用磁気コアが近く接近する場合には、磁気抵抗が無い回路となり、磁気コアが所定の距離離隔される場合には、磁気抵抗が発生して周期的に磁気コアが接近と離隔を繰り返し、磁束の流れを妨げ、磁気回路上に交流電流が流れるような状態となって起電力が発生する（Ｓ３０）。

このときに発生する起電力を固定用磁気コアに巻装された検出コイル（３０）で測定して（Ｓ４０）、この測定値は検出コイル（３０）に接続された増幅回路（４０）によって電圧として出力されて制御装置（５０）に伝達される（Ｓ５０）。

前記増幅回路（４０）によって出力される電圧は、直流電流に対する出力比が良いので、簡単な増幅回路（４０）の構成として十分な出力を得ることができ、信号対雑音比が良いので、信号処理回路に別のフィルター回路が必要ない。

したがって、前記制御装置（５０）では、増幅回路（４０）から伝達される電圧値によって直流電流を検出し、コンピュータ（図示せず）に供給するか、又はディスプレイ（６０）によって選択的に表示する（Ｓ６０）。

前記のように、本発明で提案した直流電流センサーは、非接触方式で直流電流を検出する方法として、直流電流が流れる導線（１００）にクランプ（Clamp）方式で付着でき、導線（１００）の断線が必要ない。

そして、本発明は磁気コアの材料選定、間隙部の間隙距離、間隙部の数又は検出コイル（３０）の巻数を調整し、数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流から数アンペア（Ａ）以上の大電流まで、様々な領域の直流電流を検出するように提案している。

本発明のもう一つの主な特徴は、検出精度の調整である。一般的な場合、測定電流の領域が制限的であるが、本発明は一対の磁気コアの間の移動間隙が大きくなるほど、同一電流での起電力の変化が大きくなって能動的に起電力の調節が可能であるので、測定領域を調節するか、検出精度を調整することが可能である。一般的には同一測定システムで電子回路の操作を除いては、このような機能を有することが制限的であるが、本発明は検出精度の調整と測定領域の調節が容易なので、測定システムの信頼度が高くなる。

また、本発明は最終の出力信号の処理において、出力は磁気コアの作動周期に比例した交流の出力であり、差動増幅回路のような簡単な増幅回路を適用した簡単な回路の構成だけで良好な測定システムを作ることができる。その結果、低コストで検出精度が高い直流電流測定器を作ることができる。

上述した第１実施例の説明のように、本発明による直流電流センサーによると、上下端に分離して間隙を有する一対の磁気コアを周期的に接近と離隔を繰り返し、非接触方式による直流電流の検出が基本的に可能であり、また、信号処理において、簡単な増幅回路の構成として数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流から数アンペア（Ａ）以上の大電流まで、広い電流領域を測定できる低コストの信頼性ある直流電流の測定システムを実現し、同じ測定システムで直流電流の測定範囲を可変できる画期的な機能を実現するシステムを製作できるという効果が得られる。

また、本発明による直流電流センサーによると、センサーの出力形態が電圧の出力で、直流電流に対する電圧の出力比が良いので、簡単な増幅回路（４０）の構成として十分な出力を得ることができる。信号対雑音比が良いので、信号処理回路に別のフィルタ回路が必要無く、電流が流れない場合には出力がないので、回路上の零点調整が不必要である。また、同じ磁気コアの間隙を調節して、同じ直流電流での出力電圧を高めることができため、一定範囲で出力信号の増幅度を調節することが可能となる。

また、本発明による直流電流センサーによると、最終の製造において、比較的簡単な構成なので、低コストで測定器を作ることができる。機械的な動きを実現する方法では、ソレノイドバルブや空圧シリンダーバルブ又は圧電セラミック振動子などのような様々な方式の駆動源の適用が可能であるという効果も得られる。

また、本発明による直流電流センサーによると、小型化された薄膜形態の構造を有し、半導体工程を適用できるため、間隙部の間隙を微細に調節することができ、小型化され低コストのセンサーであり、間隙を微細に制御することにより、検出精度を高めることができる効果を奏する。

本発明による直流電流センサーは、電気装置、電気自動車などのように、直流電流を使用する装置に必要な制御のために、負荷を検出して必要な制御を行うためのセンサーや直流電流の測定器などに適用することができる。

以上、本発明者によって行われた発明を前記実施例によって具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々に変更して実施することが可能なのは明らかなことである。

本発明の第１実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明の第１実施例による直流電流センサーの概略的なシステム構成図。本発明の第１実施例による直流電流センサーの動作状態図。本発明の第２実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明の第３実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明の第４実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明の第５実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明の第６実施例による直流電流センサーの構造を概略的に示した図。本発明による直流電流センサーの動作説明図。

Claims

測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成され、対称構造の二つに分離された一対の磁気コア、
前記一対の磁気コアの一方に巻装されて起電力を測定する検出コイル、
前記一対の磁気コアのもう一方に設けられ、一対の磁気コアを非接触方式で接近と離隔を繰り返す作動部材、および
前記一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、
前記二つに分離された一対の磁気コアによって前記一対の磁気コアの間には、一対の間隙部が形成され、
前記一対の磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、
前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
前記一対の磁気コアは、上下端に分離した環状の軟磁性材料で構成されたことを特徴とする請求項１記載の直流電流センサー。
前記作動部材は、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、作動部材に連結設置された動作用磁気コアを上下に移動させることを特徴とする請求項２記載の直流電流センサー。
前記制御部は、前記作動部材によって動作用磁気コアの移動間隙を調節し、センサーの検出精度を調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の直流電流センサー。
一側が開口され、間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、
前記磁気コアの間隙部に設けられ、起電力を測定する検出コイル、
前記検出コイルを非接触方式で磁気コアに接近と離隔を繰り返す作動部材、および
前記検出コイルと磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、
前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
前記作動部材は、測定しようとする直流電流量と比例する起電力を発生するために、作動部材に連結設置された検出コイルを上下又は左右に移動させることを特徴とする請求項５記載の直流電流センサー。
前記制御部は、前記作動部材によって検出コイルの移動間隙を調節し、センサーの検出精度を調整することを特徴とする請求項５又は６記載の直流電流センサー。
前記検出コイルの巻数を調整し、数ミリアンペア（ｍＡ）の微小電流から数アンペア（Ａ）以上の大電流まで、広い領域の直流電流を検出することを特徴とする請求項１又は５記載の直流電流センサー。
前記制御部は、前記磁気コア内部に流れる磁束による磁気回路を開閉する磁気回路オン／オフ動作を制御することを特徴とする請求項１又は５記載の直流電流センサー。
一側が開口され、間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、
前記磁気コアの一方に巻装され起電力を測定する検出コイル、
前記磁気コアのもう一方に設けられ、前記間隙部の間隙距離の接近と離隔を繰り返す作動部材、および
前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
一側が開口され、間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、
前記磁気コアの周りに沿って設けられ、前記間隙部の間隙距離の接近と離隔を繰り返す振動部材、
前記磁気コアと前記振動部材の一方に巻装され、起電力を測定する検出コイル、および
前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され、導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
前記振動部材は、前記磁気コアの内側に設けられることを特徴とする請求項１１記載の直流電流センサー。
前記振動部材は、前記磁気コアの外側に設けられることを特徴とする請求項１１記載の直流電流センサー。
前記間隙部の間隙距離は、調節できることを特徴とする請求項１２又は１３記載の直流電流センサー。
厚さ方向に多数の溝が形成された間隙部を有する環状構造であり、測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、
前記磁気コアと層をなして設けられ、前記間隙部の溝の間の間隙距離の接近と離隔を繰り返す振動部材、
前記磁気コアと前記振動部材の一方に巻装され、起電力を測定する検出コイル、および
前記間隙部が周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
前記振動部材は、前記磁気コアの下部に設けられることを特徴とする請求項１５記載の直流電流センサー。
前記振動部材は、前記磁気コアの上部に設けられることを特徴とする請求項１５記載の直流電流センサー。
前記間隙部の溝の間隙距離は、調節できることを特徴とする請求項１６又は１７記載の直流電流センサー。
測定される電流をガイドする導線が貫通する中空部が内側に形成された磁気コア、
前記一対の磁気コアの一方に巻装され起電力を測定する検出コイル、
前記磁気コアの対向側に設けられ、前記磁気コアを非接触方式で接近と離隔を繰り返す振動部材、および
前記一対の磁気コアが周期的に接近と離隔を繰り返すことにより、磁気回路上に起電力が発生するように、前記作動部材を制御する制御部を含み、
前記振動部材と前記磁気コアの間には間隙部が形成され、
前記振動部材は平面上に装着された振動子と、前記振動子の表面をメッキした磁性薄膜を備え、
前記磁気コアで発生した起電力は、検出コイルによって測定され、前記検出コイルの測定値は、増幅回路によって出力され導線に流れる直流電流が検出される
ことを特徴とする直流電流センサー。
前記メッキは、NiおよびNiFeメッキのいずれかであることを特徴とする請求項１９記載の直流電流センサー。
前記間隙部の間隙距離は、調節できることを特徴とする請求項１９記載の直流電流センサー。