JP2014016346A - 電流を測定するための磁気変換器および電流変換器 - Google Patents
電流を測定するための磁気変換器および電流変換器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ケーブルに流れる電流を測定するための電流変換器を提供する。
【解決手段】電流変換器は、外部磁界の影響を低減するように最適化された強磁性コアを有するヘッドを備え、さらに磁界センサ1および電子回路を備える。電子回路は、少なくとも1つの電流源2、変圧器3、変圧器3に結合した完全差動前置増幅器4、前置増幅器4に結合した位相検波器6、および1つまたは複数の磁界センサを制御して、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック5を備える。1つまたは複数の磁界センサは、好ましくはホール素子1またはAMRセンサまたはフラックスゲートセンサである。
【選択図】図1
【解決手段】電流変換器は、外部磁界の影響を低減するように最適化された強磁性コアを有するヘッドを備え、さらに磁界センサ1および電子回路を備える。電子回路は、少なくとも1つの電流源2、変圧器3、変圧器3に結合した完全差動前置増幅器4、前置増幅器4に結合した位相検波器6、および1つまたは複数の磁界センサを制御して、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック5を備える。1つまたは複数の磁界センサは、好ましくはホール素子1またはAMRセンサまたはフラックスゲートセンサである。
【選択図】図1
Description
本発明は、ケーブルを通って流れる電流を測定するための磁気変換器および電流変換器に関する。
磁気変換器の1つの重要な用途が、電流により作り出される磁界を測定することによる(電流を伝えるケーブルを切断することのない)非侵襲的電流測定である。このような電流測定を行う便利な方法が、いわゆるクランプオン電流変換器を含む電流変換器を使用することによる。直流および交流の電流を測定することができる電流変換器が通常、電流を伝えるケーブルを囲む強磁性コアと磁気変換器の組合せからなる。付随する磁界を介して測定することができる電流の最小値が、磁気変換器の固有雑音、および外部磁界に対する測定システムの感度に決定的に依存する。クランプオン電流計の精度はまた、強磁性コアの対称軸に対して囲まれたケーブルの位置に対する特定結果の依存性により制限される。
たとえば発電機のようなすべての種類の、異なる目的のための大型電気機械が、製造中またはやがては、最悪の場合には短絡をもたらすことがある漏電電流経路を発達させる場合がある。短絡が発生した場合、機械が損傷するリスクが大きい。リスクを低減するためには、漏電電流経路を検出し、検出された場合には場所を突き止めるために、大型電気機械が定期的に検査される。このような検査では、非常に感度が高く、外乱の影響をそれほど受けないクランプオン電流計が必要である。
本発明の第1の目的が、以下の特徴を有する磁気変換器を開発することである:
−1nTまでまたはそれ以下での非常に高い直流および低周波交流の磁気分解能;
−特定の場所での磁界、または2つの場所での磁界の差を測定する能力;
−1mmまでまたはそれ以下の、変換器(さらに磁気センサと呼ばれる)の非常に小さな寸法の磁界に高感度な部分(その結果、センサが強磁性コアのエアギャップの中に合う、またはエアギャップに近接することができ、ギャップは1mmのオーダである)。
−1nTまでまたはそれ以下での非常に高い直流および低周波交流の磁気分解能;
−特定の場所での磁界、または2つの場所での磁界の差を測定する能力;
−1mmまでまたはそれ以下の、変換器(さらに磁気センサと呼ばれる)の非常に小さな寸法の磁界に高感度な部分(その結果、センサが強磁性コアのエアギャップの中に合う、またはエアギャップに近接することができ、ギャップは1mmのオーダである)。
本発明の第2の目的が、
−100μAまでまたは1μAのオーダまでもの直流および交流の非常に弱い電流を測定することができ、
−妨害する磁界、特に電流を伝える他のケーブルにより作り出される妨害する磁界に対して高い耐性を有し
−囲まれた、電流を伝えるケーブルの位置に対して感度が低い
電流変換器を開発することである。
−100μAまでまたは1μAのオーダまでもの直流および交流の非常に弱い電流を測定することができ、
−妨害する磁界、特に電流を伝える他のケーブルにより作り出される妨害する磁界に対して高い耐性を有し
−囲まれた、電流を伝えるケーブルの位置に対して感度が低い
電流変換器を開発することである。
本発明のさらに他の目的が、電気機械内の高い電気抵抗の漏電電流経路を検出し、かつ位置を突き止めるためのシステムおよび方法を開発することである。高い電気抵抗は、大きさが100Mオームのオーダの抵抗を意味する。したがって、システムは、直流電流を100μAまで、または1μAのオーダまでさえも測定することができるべきである。
第1の様態によれば、本発明は、ケーブルを通って流れる電流を測定するための電流変換器であって、電流変換器は、ケーブルを囲む少なくとも2つの強磁性コアを備えるヘッドを備え、各コアは、エアギャップ、およびエアギャップに配置された磁界センサを有し、強磁性コアが、互いにほぼ平行に位置決めされ、軸に沿って互いに所定の距離だけ間隔を置かれ、互いに対して軸の周りに所定の回転角だけ回転させられ、その結果、強磁性体のエアギャップが異なる角度に位置する電流変換器を対象とする。
好ましい一実施形態では、ヘッドの強磁性コアの数が2つであり、所定の回転角がほぼ180°であり、その結果、2つの強磁性コアのエアギャップが、軸に対して直径方向に反対側に位置する。
他の好ましい一実施形態では、ヘッドの強磁性コアの数が4つであり、所定の回転角がほぼ90°であり、その結果、4つの強磁性コアのエアギャップが、ほぼ90°の角度で相互に回転させられる。
各強磁性コアが、少なくとも2つの部品からなってもよく、その結果、ケーブルを切断することなく強磁性コアをケーブルの周りに組み立てることができる。
好ましくは、磁界センサは、ホール素子、または磁気抵抗センサ、たとえばAMRセンサであり、これらのセンサは、強磁性コアのエアギャップの内部または近傍に配置される。
このような電流変換器は、
磁界センサに結合した変圧器、
変圧器に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器に結合した位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力信号を提供するように構成された論理ブロック
をさらに備えてもよい。
磁界センサに結合した変圧器、
変圧器に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器に結合した位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力信号を提供するように構成された論理ブロック
をさらに備えてもよい。
第2の様態によれば、本発明は、磁界センサ、および
電子回路を備える磁気変換器に関し、電子回路が、
供給電流を提供する電流源、
2つの入力端子および2つの出力端子を備える変圧器、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、2つの入力端子が変圧器の前記2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器の出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック
を備え、
磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子であり、論理ブロックが、所定のスピニングカレント方式に従って、ホール素子を電流源に、および変圧器の入力端子に結合させる回路を備える、または
磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサであり、供給電流を受け取るのに役立つ端子が電流源に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の入力端子に結合され、セットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ端子が論理ブロックに結合され、論理ブロックが、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
磁界センサが、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサであり、励磁電流を受け取るのに役立つ端子が電流源に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の入力端子に結合され、論理ブロックが、電流源を制御して、所定の周波数を有する交流電流として供給電流を提供する回路を備える。
電子回路を備える磁気変換器に関し、電子回路が、
供給電流を提供する電流源、
2つの入力端子および2つの出力端子を備える変圧器、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、2つの入力端子が変圧器の前記2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器の出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック
を備え、
磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子であり、論理ブロックが、所定のスピニングカレント方式に従って、ホール素子を電流源に、および変圧器の入力端子に結合させる回路を備える、または
磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサであり、供給電流を受け取るのに役立つ端子が電流源に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の入力端子に結合され、セットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ端子が論理ブロックに結合され、論理ブロックが、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
磁界センサが、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサであり、励磁電流を受け取るのに役立つ端子が電流源に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の入力端子に結合され、論理ブロックが、電流源を制御して、所定の周波数を有する交流電流として供給電流を提供する回路を備える。
第3の様態によれば、本発明は、
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサ、ならびに
電子回路を備える磁気変換器に関し、電子回路が、
第1の供給電流を提供する第1の電流源、
第2の供給電流を提供する第2の電流源、
少なくとも1つのコア、2つの一次巻線および少なくとも1つの二次巻線を備える変圧器、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、2つの入力端子が変圧器の少なくとも1つの二次巻線の2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器の出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック
を備え、
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子であり、論理ブロックが、所定のスピニングカレント方式に従って、第1のホール素子を第1の電流源に、および変圧器の第1の一次巻線に結合させ、かつ所定のスピニングカレント方式に従って、第2のホール素子を第2の電流源に、および変圧器の第2の一次巻線に結合させる回路を備える、または
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサであり、第1のAMRセンサの供給電流を受け取るのに役立つ端子が第1の電流源に結合され、第1のAMRセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第1の一次巻線に結合され、第2のAMRセンサの供給電流を受け取るのに役立つ端子が第2の電流源に結合され、第2のAMRセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第2の一次巻線に結合され、第1および第2のAMRセンサのセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ端子が論理ブロックに結合され、論理ブロックが、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサであり、第1のフラックスゲートセンサの励磁電流を受け取るのに役立つ端子が第1の電流源に結合され、第1のフラックスゲートセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第1の一次巻線に結合され、第2のフラックスゲートセンサの励磁電流を受け取るのに役立つ端子が第2の電流源に結合され、第2のフラックスゲートセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第2の一次巻線に結合され、論理ブロックが、電流源を制御して、所定の周波数を有する交流電流として供給電流を提供する回路を備える。
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサ、ならびに
電子回路を備える磁気変換器に関し、電子回路が、
第1の供給電流を提供する第1の電流源、
第2の供給電流を提供する第2の電流源、
少なくとも1つのコア、2つの一次巻線および少なくとも1つの二次巻線を備える変圧器、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、2つの入力端子が変圧器の少なくとも1つの二次巻線の2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器、
前置増幅器の出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器、および
磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック
を備え、
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子であり、論理ブロックが、所定のスピニングカレント方式に従って、第1のホール素子を第1の電流源に、および変圧器の第1の一次巻線に結合させ、かつ所定のスピニングカレント方式に従って、第2のホール素子を第2の電流源に、および変圧器の第2の一次巻線に結合させる回路を備える、または
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサであり、第1のAMRセンサの供給電流を受け取るのに役立つ端子が第1の電流源に結合され、第1のAMRセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第1の一次巻線に結合され、第2のAMRセンサの供給電流を受け取るのに役立つ端子が第2の電流源に結合され、第2のAMRセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第2の一次巻線に結合され、第1および第2のAMRセンサのセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ端子が論理ブロックに結合され、論理ブロックが、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサがそれぞれ、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサであり、第1のフラックスゲートセンサの励磁電流を受け取るのに役立つ端子が第1の電流源に結合され、第1のフラックスゲートセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第1の一次巻線に結合され、第2のフラックスゲートセンサの励磁電流を受け取るのに役立つ端子が第2の電流源に結合され、第2のフラックスゲートセンサの出力電圧を与えるのに役立つ端子が変圧器の第2の一次巻線に結合され、論理ブロックが、電流源を制御して、所定の周波数を有する交流電流として供給電流を提供する回路を備える。
好ましくは、1つまたは複数の電流源が、第1の電圧端子に出現する電圧、およびそれぞれの磁界センサの第2の電圧端子に出現する電圧が、接地GNDを基準として、大きさがほぼ等しいが、反対符号を有するように構成される。
このような磁気変換器が、エアギャップを有する単一の強磁性コアを備えるヘッドを有する電流変換器内で使用されてもよく、磁界センサが、強磁性コアのエアギャップの内部または近傍に固定され、磁界センサが、磁気変換器の変圧器に結合される。
このような磁気変換器が同じく、エアギャップを有する第1の強磁性コアおよびエアギャップを有する第2の強磁性コアを備えるヘッドを有する電流変換器内で使用されてもよく、第1の磁界センサが、第1の強磁性コアのエアギャップの内部または近傍に固定され、第2の磁界センサが、第2の強磁性コアのエアギャップの内部または近傍に固定される。
一般に、本発明の磁気変換器、および本発明の強磁性コアを有するヘッドを、考えられる任意のやり方で組み合わせることができる。
本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を構成する添付図面が、本発明の1つまたは複数の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の原理および実装形態を説明するのに役立つ。図面は一定の縮尺ではない。
図1は、本発明による磁気変換器の第1の実施形態の図を示す。磁気変換器は、磁界センサ、および磁界センサを動作させる電気回路を備える。この第1の実施形態では、磁界センサはホール素子1である。電気回路は、ホール素子1に供給電流を提供する第1の電流源2、変圧器3、前置増幅器4、論理ブロック5および位相検波器6を備える。変圧器3は、2つの入力端子を備える一次巻線および2つの出力端子を備える二次巻線を有する。前置増幅器4は、2つの入力端子および2つの出力端子を有する完全差動増幅器である。変圧器3の第1の出力端子が、前置増幅器4の第1の入力端子に結合され、変圧器3の第2の出力端子が、前置増幅器4の第2の入力端子に結合される。
ホール素子が、4つの端子を、すなわち、ホール素子を通って流れるホール電流を供給するための2つの端子、およびホール電圧を取り出すための2つの端子を有する磁界センサである。用語「ホール素子」は単一のホール素子を意味する場合もあるが、クラスタを形成するホール素子のグループを含むものとして同じく理解されなければならない。ホール素子のクラスタが、オフセット低下および他の有利な特性を有する。ホール素子は:デバイス表面に高感度な磁界に敏感な従来のプレーナ型ホール素子;またはデバイス表面に平行な磁界に高感度な縦型ホール素子;または同じくデバイス表面に平行な磁界に高感度な1つまたは複数の磁気コンセントレータと組み合わせられたホール素子(またはホール素子のクラスタ)であってもよい。
論理ブロック5は、一般に、以下でさらに説明されるように、交流出力信号を作り出すなどのために、磁界センサを、この実施形態ではホール素子1を動作させるのに役立つ。変圧器3は、信号に対して雑音を大幅に追加することなく磁界センサの交流出力信号を増幅し、かつセンサのオフセット電圧および低周波雑音を遮断するのに役立つ。変圧器3により提供される磁界センサの交流出力信号の電圧利得が、二次巻線と一次巻線の巻数の比に等しい。たとえば、この比はほぼ10とすることができるが、同じく任意の他の好都合な値とすることができる。
前置増幅器4は、低雑音入力電流のために設計されている。前置増幅器4は、2つの別個の増幅器から、すなわち、非反転入力、反転入力および出力端子をそれぞれ有する第1の増幅器8および第2の増幅器9からなってもよい。増幅器8、9は、好ましくは差動増幅器または計測増幅器である。第1の増幅器8の非反転入力が、第2の増幅器9の反転入力に、および前置増幅器4の第1の入力端子に結合される。第1の増幅器8の反転入力が、第2の増幅器9の非反転入力に、および前置増幅器4の第2の入力端子に結合される。第1の増幅器8の出力端子に出現する電圧V1および第2の増幅器9の出力端子に出現する電圧V2が、ほぼ同一の大きさであるが、接地GNDに対して反対符号である、すなわちV1≒−V2である。第1の増幅器8の出力端子および第2の増幅器9の出力端子が、前置増幅器4の出力端子を形成し、位相検波器6の入力端子に結合される。位相検波器6は、交流電圧V1およびV2の差を直流電圧に変換し、磁界センサにより測定された磁界に比例する直流出力信号を提供する。位相検波器6は、一般に適切なフィルタを含む。変圧器3は1つのコアを備える単一の構成要素である、または2つの個々の変圧器からなってもよい。さらに、変圧器3は、外部の妨害に対して適切に遮蔽される。
図2は、変圧器3が3つの出力端子を備える二次巻線を有する、第1の実施形態の第1の変形形態を示し、出力端子の1つが中間端子である。中間端子が、接地GNDに直接、または図示されるように前置増幅器4の接地端子GNDに結合される。
図3は、変圧器3が2つの変圧器3aおよび3bからなる、第1の実施形態の第2の変形形態を示す。2つの変圧器3aおよび3bの一次巻線が、並列方式で結合され、変圧器3aおよび3bの4つの出力端子のうち2つが中間端子を形成するように二次巻線が結合される。中間端子が、接地GNDに直接、または図示されるように前置増幅器4の接地端子GNDに結合される。
これらすべての実施形態では、ホール素子1がスピニングカレント法に従って動作させられ、この目的のために役立つのが論理ブロック5である。スピニングカレント法は、4つの位相、すなわち位相1、位相2、位相3および位相4(図4〜図7に示す)、または2つの位相だけ、すなわち位相1および位相3を通って所定のタイムクロックに従って動作する周期的なやり方で電流源2および変圧器3にホール素子1を結合させることにある。論理ブロック5は、クロック発生器、および位相の間を変えるための複数の電子スイッチ7、および制御回路を備える。論理ブロック5は、クロック発生器から得られる周期的クロックで実行される所定の結合シーケンスである所定のスピニングカレント方式に従って、電流源2に、および変圧器3の入力端子にホール素子1の端子を結合させるために、電子スイッチ7を開閉するように構成される。好ましい結合シーケンスが4つの位相を備える。図4〜図7は、ホール素子1、電流源2および変圧器3について例示的に4つの位相におけるスイッチの状態を示す。位相1および位相2におけるホール電圧の極性が、位相3および位相4におけるホール電圧の極性と反対であり、その結果、ホール電圧が、交流電圧として変圧器に供給される。スピニングカレント法は、ホール電圧をオフセット電圧から分離するのに役立つ。ホール電圧を交流電圧として、およびホール素子1のオフセット電圧を直流電圧として、変圧器3の入力端子に与える限り、4つの位相の任意の結合方式が可能である。変圧器3により直流電圧が通過することができなくなるので、ホール素子1のオフセット電圧が除去される。論理ブロック5が、位相検波器6に結合され、クロック発生器から得られるタイミングまたはクロック信号を位相検波器6に送り出す。
図8は、ホール素子1に対するスピニングカレント法の動作を示す。上から下へ図は以下を示す:
−論理ブロック5(図1)のスイッチ7(図4〜図7)の状態変化を起動する(クロック発生器27から得られる)内部クロック信号、
−4つの位相が動作状態にある時間(換言すれば、各位相が活動状態にある位相である時間)、および
−最後の2つの図が、オフセット電圧Voffsetと呼ばれる、ホール素子の出力信号の直流成分、およびホール電圧Vhallと呼ばれる、ホール素子の出力信号の交流成分を示す。
この場合、4つの位相のシーケンスが、最小限のスイッチが、一方の位相から次の位相に遷移するときにスイッチの状態を変えなければならないように選ばれ、その結果、ホール電圧Vhallの周波数がクロック信号の半分の周波数となる。
−論理ブロック5(図1)のスイッチ7(図4〜図7)の状態変化を起動する(クロック発生器27から得られる)内部クロック信号、
−4つの位相が動作状態にある時間(換言すれば、各位相が活動状態にある位相である時間)、および
−最後の2つの図が、オフセット電圧Voffsetと呼ばれる、ホール素子の出力信号の直流成分、およびホール電圧Vhallと呼ばれる、ホール素子の出力信号の交流成分を示す。
この場合、4つの位相のシーケンスが、最小限のスイッチが、一方の位相から次の位相に遷移するときにスイッチの状態を変えなければならないように選ばれ、その結果、ホール電圧Vhallの周波数がクロック信号の半分の周波数となる。
図9は、定電流源として作動する電流源2(および電流源29)の好ましい一実施形態を示す。また、電流源2の端子の11および12に直接結合したホール素子1が、電流源2の作動方法を理解するために示されている。電流源2は、第1の演算増幅器13、トランジスタ14および抵抗器15を備える第1の部分回路、ならびに第2の演算増幅器16ならびに2つの抵抗器17および18を備える第2の部分回路からなる。トランジスタ14および抵抗器15が直列に結合され、演算増幅器13の反転入力が、トランジスタ14および抵抗器15の接続点に結合される。演算増幅器13の非反転入力に、基準電圧Vrefが印加される。この第1の部分回路が、「従来型」定電流源と呼ぶことができる回路を形成し、任意の他のタイプの従来の定電流源により置換されてもよい。また、この好ましい実施形態で実現される本発明の電流源2が、第2の部分回路を備える。抵抗器17および18が直列に結合される。抵抗器17の第1の端子が電流源2の第1の端子を形成し、抵抗器18の第1の端子がトランジスタ14に結合され、電流源の第2の端子を形成する。抵抗器17および18の第2の端子が互いに結合され、演算増幅器16の反転入力に結合される。演算増幅器16の非反転入力が接地GNDに結合される。演算増幅器16の出力が、抵抗器17の第1の端子に結合される。第2の部分回路により、ホール素子1の第1のホール電圧端子に出現する電圧VH1および第2のホール電圧端子に出現する電圧VH2が、接地GNDを基準として、大きさがほぼ等しいが、反対符号を有するようになる。そのために、ホール電圧をVHと示す場合、よい近似でVH1=(1/2)VHおよびVH2=−(1/2)VHが得られる。したがって、コモンモード信号が発生しないように、定電流源2の第2の部分回路がホール素子1にバイアスをかける。この電流源が同じく、供給電流をAMRセンサに与えるために使用されてもよい。
図10は、本発明による磁気変換器の第2の実施形態の図を示す。この第2の実施形態では、磁界センサは異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto−Resistive、AMR)センサ19である。AMRセンサ19の磁界に高感度な部分が、ホイートストンブリッジの中に接続された4つの強磁性薄膜抵抗器からなる。ブリッジ回路に加えて、AMRセンサ19は、内部セット/リセットストラップ26または外部コイル、およびセットおよびリセット電流パルスをセット/リセットストラップ26または外部コイルに印加することにより、ブリッジ出力電圧の極性を反転することが可能になる、対応する回路のような構成要素をさらに備える。セット電流パルスが、センサブリッジの極性が正の磁界に対して正であるように、AMRセンサ19の磁区を順方向の磁化容易軸方向に整列させる正電流パルスと定義され、ブリッジ出力接続両端に正電圧をもたらす。リセット電流パルスが、センサブリッジの極性が正の磁界に対して負であるように、AMRセンサ19の磁区を逆方向の磁化容易軸方向に整列させる負電流パルスと定義され、ブリッジ出力接続両端に負電圧をもたらす。
したがって、AMRセンサが、6つの端子を、すなわち供給電流をホイートストンブリッジに供給するための2つの端子、ホイートストンブリッジの出力電圧を取り出すための2つの端子、ならびにセットおよびリセット電流パルスをセット/リセットストラップ26または外部コイルに印加するための2つの端子を有する磁界センサである。この意味で、外部コイルはAMRセンサの一部である。このようなAMRセンサ19が、たとえばHoneywell社から入手可能である(HMC1001として販売されている)。磁気変換器の電気回路が、第1の実施形態と同一構成要素を備え、図1〜図3に示される異なる変形形態のいずれかで実現されてもよいが、論理ブロック5が、部分的に異なる機能を有し、したがって、第1の実施形態と異なる論理ブロック5aとして構成される。
AMRセンサ19の出力電圧が交流出力信号となるように、論理ブロック5aが、所定の周波数に従ってセットおよびリセットパルスを作り出すように構成される。論理ブロック5aが、位相検波器6に結合され、セットおよびリセットパルスの周波数に従ってタイミングまたはクロック信号を位相検波器6に送り出す。図11は、大きなピーク電流を有するセットおよびリセットパルスを作り出すことができる回路の一実施形態を示す。回路は、2つの相補型パワーMOSFETを、すなわち、pチャネルのP−MOSFET20およびnチャネルのN−MOSFET21(たとえばIRF7105という商品名で入手可能)、2つの抵抗器22、23および2つのコンデンサ24、25を備える。第1の抵抗器22および2つのパワーMOSFET20、21が直列に結合され、2つのパワーMOSFET20、21がCMOS(相補型MOS)インバータとして結合される。第1のコンデンサ24が、第1の抵抗器22およびP−MOSFET20の間に位置するノードを接地と接続する。第2のコンデンサ25が、2つのパワーMOSFET20、21の共通ノード、およびAMRセンサ19のストラップ26または外部コイルに結合される。第2の抵抗器23が、正の供給電圧Vdd、およびパワーMOSFET20、21のゲートに結合される。クロック発生器27の出力が、同じくパワーMOSFET20、21のゲートに結合される。例示的値が、抵抗器22=220オーム、抵抗器23=20kオーム、コンデンサ24=10μF、コンデンサ25=220nFである。クロック発生器27が、所定の周波数のパルスを与える。発生器27のパルスレベルのあらゆる変化がセットまたはリセットパルスを作り出す:しばらくの間、クロック発生器27の出力電圧が低い場合、N−MOSFET21が非導通となり、P−MOSFET20が導通し、その結果、コンデンサ25が、抵抗器22およびP−MOSFETを介してVddにほとんど等しい正電圧に充電される。クロック発生器27の出力電圧が高くなると、P−MOSFET20が非導通となり、N−MOSFET21が導通となり、コンデンサ25が、N−MOSFET21を介して急速に放電される。放電電流がストラップ26を通って流れ、AMRセンサ19のためのリセットパルスを作り出す。クロック発生器27の出力電圧が高いままでいる間、P−MOSFET20が非導通となり、コンデンサ24が抵抗器22を介してVddにほとんど等しい正電圧に充電される。クロック発生器27の出力電圧が低くなると、N−MOSFET21が非導通となり、P−MOSFET20が導通となり、コンデンサ25が、P−MOSFET20を介してコンデンサ24から急速に放電される。放電電流がストラップ26を通って流れ、AMRセンサ19のためのセットパルスを作り出す。セットまたはリセットパルスの継続時間は、クロック信号の1サイクルの継続時間と比較して、相対的に短い。
図12は、本発明による磁気変換器の第3の実施形態の図を示す。この実施形態では、磁気変換器が、2つのホール素子1および28、第1のホール素子1に第1の供給電流を提供する第1の電流源2、ならびに第2のホール素子28に第2の供給電流を提供する第2の電流源29を備えるが、電気回路の他の構成要素は、第1および第2の実施形態と本質的に同一である。この実施形態では、変圧器が、2つの入力端子を備える一次巻線および2つの出力端子を備える二次巻線をそれぞれ有する2つの変圧器3および30から本質的になる。論理ブロック5が、第1の電流源2、および第1の変圧器3の一次巻線を第1のホール素子1に、ならびに第2の電流源29、および第2の変圧器30の一次巻線を第2のホール素子28に結合して、スピニングカレント法に従ってホール素子1、28を動作させ、その結果、ホール素子1、28がそれぞれ交流出力信号を作り出す。図13は、変圧器3が、1つの共通の磁気コアおよび2つだけの出力端子を有する単一の構成要素として形成されるが、接地GNDに結合されるように構成された第3の中間出力をさらに有してもよい、第3の実施形態の一変形形態を示す。
図14は、本発明による磁気変換器の第4の実施形態の図を示す。この実施形態では、磁気変換器が、2つのホール素子の代わりに2つのAMRセンサ19および31を備える。AMRセンサ19および31が、第1の電流源2または第2の電流源29に、および第1の変圧器3または第2の変圧器30の一次巻線に直接結合される。論理ブロック5aが、第2の実施形態と同じ方法でAMRセンサ19および31を動作させる、すなわち、論理ブロック5aが、所定の周波数に従って、AMRセンサ19および31のストラップ26または外部コイルに、セットおよびリセットパルスを印加する。また、変圧器3および30が、第1〜第3の実施形態で示される異なる方法のいずれかで構成されてもよい。
1つもしくは複数のホール素子または1つもしくは複数のAMRセンサの代わりに、磁気変換器はまた、たとえば1つもしくは複数のGMR(giant magnetoresistive、巨大磁気抵抗)センサまたは1つもしくは複数のフラックスゲートセンサのような任意の他のタイプの磁気抵抗センサを備えてもよい。フラックスゲートセンサが、ワイヤで作った2つのコイルにより巻きつけられた小型の磁気的に感度の高いコアからなる。電流源が、第1のコイルを通過した、所定の周波数を有する、交番する電流を提供し、磁気飽和の交番するサイクルを通してコアを駆動する、すなわち、磁化される、非磁化される、逆方向に磁化される、非磁化される、磁化されるなどである。この絶えず変化する磁化が第2のコイル内に電圧を誘導し、電圧の位相が、測定される外部磁界に依存する。図15は、本発明による磁気変換器の第5の実施形態の図を示す。この実施形態では、磁気変換器が、2つのフラックスゲートセンサ32および33を備える。フラックスゲートセンサ32の第1のコイルが電流源2に結合され、フラックスゲートセンサ32の第2のコイルが、第1の変圧器3の一次巻線に結合される。フラックスゲートセンサ33の第1のコイルが電流源29に結合され、フラックスゲートセンサ33の第2のコイルが、第2の変圧器30の一次巻線に結合される。論理ブロック5cが、電流源2の出力の周波数を制御するクロック発生器を備える。位相検波器6が同期復調器として動作する。図15に示される磁気変換器が、2つのフラックスゲートセンサを備える。しかしながら、1つのフラックスゲートセンサだけを有する磁気変換器が、第1〜第4の実施形態と類似する形で形成されてもよい。
図16は、本発明による磁気変換器の第6の実施形態の図を示す。この実施形態では、磁界センサがAMRセンサである。AMRセンサ19が、第1〜第5の実施形態と同一構成要素を備え、かつ文字「a」でラベルをつけられた第1の増幅チェーンに結合され、AMRセンサ31が、第1〜第5の実施形態と同一構成要素を備え、かつ文字「b」でラベルをつけられた第2の増幅チェーンに結合される。位相検波器6aおよび6bの出力が、電圧計34またはアナログ−デジタル変換器に結合される。しかしながら、変圧器が、第1〜第5の実施形態のいずれかの形のように構成されてもよい。また、磁界センサを、ホール素子またはフラックスゲートセンサとすることができ、この場合、論理ブロック5aが、上記で示されるように、ホール素子またはフラックスゲートセンサのために修正されなければならない。
任意の種類の2つのセンサを備えるすべての実施形態において、1つの単一の磁気コア、2つの一次巻線および(図13のような)1つの二次巻線または場合によっては2つの二次巻線を有する1つの変圧器を有することが好ましいが、実施形態のいくつかで示されるような2つの別個の変圧器も同じく可能である。この理由は、2つのセンサ信号の差または和が、好ましくは信号チェーン内でできるだけ早く作られるべきであり、したがって、このことが(磁束レベルで)変圧器コア内で最もよく行われるためである。
本発明の磁気変換器は、さまざまな用途で使用されてもよい。磁気変換器が2つの磁界センサを備える場合、本発明の磁気センサは、たとえば磁気勾配計として使用されてもよい。磁気勾配計が磁界の勾配を測定する。軸勾配計では、磁気変換器の2つの磁界センサが、共通軸上に、互いの上方に配置される。磁気変換器から得られる結果が、1次空間導関数に対応する、空間におけるこの地点の磁束密度の差である。プレーナ型勾配計では、2つの磁界センサが互いに隣に配置される。磁気変換器はまた、導体を通って流れる電流により作り出される磁界の強さを特定するという点で、電流変換器として使用されてもよい。この場合、電流変換器は、好ましくは、磁気変換器の1つまたは複数の磁界センサが配置される、少なくとも1つのエアギャップを有する磁気回路を備える。このような電流変換器が、クランプオン電流変換器または電流計として形成されてもよい。
2つの磁界センサを使用するどの用途でも、測定される磁界の方向が、両方の磁界センサについて同一である場合、関連する変圧器への第2の磁界センサの結合を、さまざまな実施形態で示されるように行うことができる。2つの磁界センサの場所における磁界方向が反対方向に延びる場合、第2の磁界センサの出力信号の極性が、第1の磁界センサの出力信号の極性に対して反転させられる。この場合、2つの磁界センサのうち一方の入力電流または出力電圧が反転させられる必要がある(これは、たとえば、電流源もしくは変圧器への結合方式を変えることにより、または変圧器の巻線方向を修正することにより行うことができる)。
以下の実施形態および図では、例示目的のために、磁気変換器内で使用される1つまたは複数の磁界センサが、1つまたは複数のホール素子であるが、磁界センサはまた、1つまたは複数のAMRセンサまたはフラックスゲートセンサであってもよい。以下で使用される磁気変換器が、1つまたは複数の磁界センサ、および1つまたは複数の磁界センサを動作させるための電気回路を備える。
図17は、最新技術による電流変換器の主要な機械的構成の概略図を示す。電流変換器が、エアギャップG1を備える環状の強磁性コア46を備え、エアギャップ内には、磁気変換器の磁界センサ、たとえばホール素子1が配置される。コア46が、測定される電流Iが流れるケーブル45を囲む。クランプオン電流変換器では、コア46が、ケーブル45の周りに組み立てられる(クランプされる)ことができる、少なくとも2つのほぼ同一の半円形部品54および55からなる。好ましい実施形態では、コア46の部品54および55の間に2つのエアギャップG1、Gpが存在する。エアギャップG1が磁界センサを受け入れるために使用されるが、エアギャップGpは、互いに接触する、コア46の部品54および55の表面の不完全さのために存在する寄生エアギャップである。恒久的な非クランプオン用途のために設計された電流変換器では、強磁性コア46が通常1つの部品から作られ、寄生エアギャップGpが存在しない。ケーブル45を通って流れる電流Iが、エアギャップG1内に磁界Bを作り出し、磁界Bが磁気変換器の磁界センサにより測定される。磁気変換器の出力が電流Iに比例する。比例定数が電流変換器の感度と呼ばれる。
このような電流変換器には2つの重大な欠陥が存在する。一方の欠陥が、電流変換器の感度がコア46内部の囲まれたケーブル45の位置に依存することである。たとえば、ケーブル45がコア46の中心からエアギャップG1に向かって移動する場合、磁気センサが電流Iに関連する、より強い磁界に曝され、電流変換器により測定される電流がより大きく出現する。他方の欠陥が、電流変換器の出力信号が外部磁界に依存することである。たとえば、図17を参照すると、内部磁界Bと同一方向を有する外部磁界Bextが、エアギャップG1内に寄生磁界Bparを作り出す。寄生磁界Bparは、測定されるべき内部磁界Bと区別することができない。非常に高い透磁率の材料から作られ、かつ非常に小さなエアギャップを備えるコアでは、寄生磁界Bparがほぼ以下の式により与えられる:
Bpar≒Dext 2/(a×b)×(gp/g1)×Bext
ここで、Dextはコア46の外径を示し、aおよびbはコア46の矩形断面の寸法であり、g1およびgpは、それぞれエアギャップG1およびGpの厚さである。Dext 2/(a×b)の項は、コア46の中へ外部磁束が集中する効果に起因する。この項は、さらに磁気集中(magnetoconcentration)効果と呼ばれる。(gp/g1)の項は、2つのエアギャップG1およびGpの間の集中した磁束の分担率(sharing ratio)を表す。
Bpar≒Dext 2/(a×b)×(gp/g1)×Bext
ここで、Dextはコア46の外径を示し、aおよびbはコア46の矩形断面の寸法であり、g1およびgpは、それぞれエアギャップG1およびGpの厚さである。Dext 2/(a×b)の項は、コア46の中へ外部磁束が集中する効果に起因する。この項は、さらに磁気集中(magnetoconcentration)効果と呼ばれる。(gp/g1)の項は、2つのエアギャップG1およびGpの間の集中した磁束の分担率(sharing ratio)を表す。
図17に示される構造がクランプオン電流変換器で使用されるとき、クランプオン電流変換器は第3の重大な欠陥を示し、この欠陥は、コア46のクランプオンおよびオフを繰り返した後の感度の再現性が悪いことである。これは、電流変換器の感度が係数1/(g1+gp)に比例し;数パーセントよりもよい和(g1+gp)の再現性を保証する、クランプオン機構の機械的精度を達成することが非常に困難であるという事実に起因する。
最初の2つの欠陥を軽減しようとする公知の試みが図18に示されている。変換器のコア46が、間に2つの同一のエアギャップG1、G2を有するほぼ同一サイズの2つの半円形部分54および55からなり、ギャップの各々の中には、磁界センサが、たとえば図示されるようにホール素子1または28が存在する。このような構造は、ケーブル45の位置決めに関してより強固である。しかし、外部磁界の寄生的な影響を抑制するためには、システムのギャップG1−ホール1およびギャップG2−ホール2の完全な対称性が必要であり、この対称性は、特にクランプオン型の電流変換器では達成困難である。さらに、クランプオン変換器の場合、この構造はまた、再現性が悪いという問題点がある。
図19は、電流変換器の測定ヘッド40の第1の実施形態を示す。ヘッド40は、3つの強磁性部品53〜55からなるほぼ円形のコア46を有する。部品53は、半円形よりも長い円弧の形を有する。2つの部品54および55は、円形の1/4より短い円弧である。部品53および54の間、ならびに部品53および55の間の接触面が、互いにほぼ並行である。これらの測定結果が以下の通りである:
−強磁性部品53の形が文字Cのように見える。これは、外部磁界Bextにより生じた外部磁束Φextが、エアギャップのない(図19では左側である)磁気コア46の側面に向けられるという結果をもたらす。言い換えると、部品53がホール素子1を外部磁界Bextから遮蔽する;C字型部品53を備えるこのようなコアには自己遮蔽効果がある。
−2つの部品54および55を互いに固定して接続することができるが(図示されていない非磁気的手段による)、エアギャップG1が部品54および55の間に形成され、磁界センサがエアギャップG1内に配置される。この解決策により、エアギャップG1の幅が、常に同一のままであり、したがって、ヘッドが再度組み立てられたときにどのような機械的整列誤差とも無関係であるように、エアギャップG1以外の場所でヘッドを2つの部分に分解することが可能になる。
−部品53および54の間、ならびに部品53および55の間の接触面にそれぞれある2つの寄生エアギャップGp1およびGp2の領域が、図19に示される場合よりはるかに大きいことが好ましい。このことはまた、クランプオン動作のよりよい再現性をもたらす。
−部品53の円弧が半円よりも長くない場合、コア46のクランプオンの隙間が、コア46の内径と同じ大きさである隙間の最大値に達する。
−強磁性部品53の形が文字Cのように見える。これは、外部磁界Bextにより生じた外部磁束Φextが、エアギャップのない(図19では左側である)磁気コア46の側面に向けられるという結果をもたらす。言い換えると、部品53がホール素子1を外部磁界Bextから遮蔽する;C字型部品53を備えるこのようなコアには自己遮蔽効果がある。
−2つの部品54および55を互いに固定して接続することができるが(図示されていない非磁気的手段による)、エアギャップG1が部品54および55の間に形成され、磁界センサがエアギャップG1内に配置される。この解決策により、エアギャップG1の幅が、常に同一のままであり、したがって、ヘッドが再度組み立てられたときにどのような機械的整列誤差とも無関係であるように、エアギャップG1以外の場所でヘッドを2つの部分に分解することが可能になる。
−部品53および54の間、ならびに部品53および55の間の接触面にそれぞれある2つの寄生エアギャップGp1およびGp2の領域が、図19に示される場合よりはるかに大きいことが好ましい。このことはまた、クランプオン動作のよりよい再現性をもたらす。
−部品53の円弧が半円よりも長くない場合、コア46のクランプオンの隙間が、コア46の内径と同じ大きさである隙間の最大値に達する。
図20は、図19に示される実施形態の一変形形態を示し、この場合、コア46の部品53が、電流を伝えるケーブル45を3つの側面で完全に囲むU字型を有する。部品54、55が短く、ほぼ直線である。この解決策は、外部磁束が部品53の丸い部分を優先的に通過し、したがって、磁界センサを回避するので、外部磁界に対してさらに改善された耐性を提供する。言い換えると、U字型部品53を備えるこのようなコア46には強い自己遮蔽効果がある。部品54、55が、たとえばこれらの部品の間にエアギャップG1を形成するために、非磁性的手段56により互いに固定して接続され、磁界センサがエアギャップG1内に配置される。
図21は、コア46が2つの部品53および54からなる一実施形態を示し、第1の部品53がU字型を有し、部品54が直線部品である。U字型部品53の形状および/または断面が、たとえば長方形である。エアギャップG1、G2を有する磁気回路部分が、U字型部品53に対して90°回転させられるように、部品54がU字型部品53の脚部の一方に位置決めされる。したがって、囲まれたケーブル45内を流れる電流Iにより作り出される磁界Bが、ホール素子1および28の位置でケーブル45の長手方向の軸(示される座標系ではy軸である)と平行な方向に向く。この構造は、部品53、54により、外部磁界Bextのxおよびz成分から自己遮蔽される。外部磁界のy成分だけが、ホール素子1および28から「とらえられる」。しかし、強磁性コア46の部品53、54が、y方向で短く、その結果、この方向での磁気集中効果が最も小さい。さらに、電流Iにより作り出される磁界Bの方向が、2つのホール素子1および28で反対であり、かつ外部磁界Bextのy成分の方向が同一であるので、外部磁界Bextによる信号を相殺することができる。したがって、この解決策は、外部磁界に対して、特に、実質的にy成分を有しない、ケーブル45と平行に位置決めされた他のケーブルにより作り出される磁界に対して、さらに改善された耐性を提供する。
図22は、図21の実施形態の一変形形態の上面図を示し、この場合、コア46の部品53の脚部の両側に2つの直線状の部品54a、54bが位置決めされ、その結果、1つのホール素子1aまたは1b、28a、28b(見えない)をそれぞれ有する4つのエアギャップ(2つのエアギャップG1a、G1bだけが見える)が形成される。電流Iにより作り出される磁界Ba、Bbの方向が、ホール素子1a、1bで反対であり、かつ外部磁界Bextのy成分の方向が同一であるので、外部磁界による信号を相殺することができる。したがって、この解決策は、外部磁界の方向と無関係に外部磁界に対してさらになお改善された耐性を提供する。さらに、コア46の部品53に対してホール素子1aまたは1b、28a、28bの位置が対称であるために、クランプオン動作の再現性がはるかに改善される。この解決策があれば、2つの部品54a、54bが、部品53の両側で部品53の対称平面に対して対称に配置される。
図19〜図22に示される電流変換器のような電流変換器の複数のヘッドが、並列に使用されてもよい。ヘッドが、ケーブル45の軸に沿って互いにほぼ平行に位置決めされる。ヘッドの各々が、個々のまたは同一の角度で、たとえば角度90°または180°でケーブル45の軸の周りに回転させられてもよい。ヘッドの磁気センサを並列に動作させることができる。あるいは、各磁気センサまたは1対の磁気センサが、いくつかの磁気変換器を構築するために別個の電子回路に接続されてもよく;すべての磁気変換器の信号出力が合計され、信号のこの合計が、電流変換器システム全体の出力信号を表す。図19〜図22に示される個々の電流変換器と比較して、この解決策は、よりよい信号対雑音比、外部磁界に対して改善された耐性、および囲まれた、電流を伝えるケーブル45の位置に対するより低い感度を提供する。
図23は、図17に示される構造に類似する2コア構造からなる電流変換器のヘッド40の一例を示す。2コア構造が、軸50に沿って互いにほぼ平行に位置決めされ、軸50に沿って互いに所定の距離だけ間隔を置かれる。ケーブル45が軸50に沿って延びる。第2のコア47が、第1のコア46に対してほぼ180°の角度でケーブル45の軸の周りに回転させられる。
図23のヘッド40は、2つの磁気回路を形成する強磁性コア46および47を備え、各々が、エアギャップG1またはG2をそれぞれ有し、寄生エアギャップG1pまたはG2pをそれぞれ有する。コア46、47が、ケーブル45の方向に沿って互いに離れて配置される。第1のホール素子1が第1のコア46のエアギャップ内に配置され、第2のホール素子28が第2のコア47のエアギャップ内に配置される。ケーブル45を通って流れる電流が磁界Bを作り出す。ケーブル45内を流れる電流Iにより作り出される磁界Bが、ホール素子1および28の場所で反対方向に向く(反対方向に向く矢印により示される)ように、2つのコア46、47のエアギャップG1およびG2が、好ましくは、中心軸50に対して直径方向に反対側に位置する。したがって、2つのホール素子1および28の出力信号の差が、存在する場合がある外部磁界Bextと無関係である。図23に示される強磁性コア46および47を、図19〜図22に示されるコアのいずれかと容易に置換することができる。さらに、他のこのようなコアを追加することができる。これにより、外部磁界に対する耐性および信号対雑音比がさらに改善され、囲まれた、電流を伝えるケーブル45の位置に対する感度がより低くなり、再現性がよりよくなる。
クランプオン用途で、たとえばクランプオン電流計で使用するために、ケーブル45の周りにヘッド40を搭載することが可能であるように、ヘッド40が互いに取り外し可能な少なくとも2つの部分から機械的になる。これは、コア46、47がそれぞれ少なくとも2つの強磁性部品からなることを意味する。図24Aおよび図24Bは、コア46、47の各々が、半円形形状の、ほぼ同一サイズの2つの強磁性コア半分を備える好ましい一実施形態によるヘッド40の2つの部分を示す。ヘッド40の2つの部分が、コア半分が浮動的なやり方で搭載され、かつコア半分の間に再現性のある接触を保証するためにばねが提供される基本的本体をそれぞれ備える。第1のホール素子1が、コア46のコア半分の端部に搭載され、第2のホール素子28が、同一ヘッド部分のコア47のコア半分の端部に、かつ図から理解することができるように、コア半分の反対側にある端部に搭載される。ヘッド40の2つの部分が組み立てられたとき、コア46の第1のコア半分の第1の端部および第2のコア半分の第1の端部が互いに接触するが、第1のコア半分の第2の端部および第2のコア半分の第2の端部がエアギャップにより分離される。コア47について同じことがあてはまる。ホール素子1、28がそれぞれ、突き出るフレーム、またはヘッド40が組み立てられた状態でそれぞれのエアギャップの幅を規定する他の間隔保持手段により縁取られる。2つの部分の基本的本体が、自己整列手段を、たとえばピンおよびピンを受け入れる円錐状の開口、ならびに接続された状態で2つの部分の間に弾性引力を発生させるばねを有する。これにより、一方では、コア半分の第1の端部が再現性よく接触することが保証され、他方では、ヘッド40の2つの部分がケーブル45の周りにクランプされたときにエアギャップの幅が常に同一であることが保証される。
ヘッド40が取り外し可能である必要がない用途で使用するためには、強磁性コア46、47が、どんな寄生エアギャップも避けるために、できるだけ強磁性ではない部品からなってもよい。
高い比透磁率が、任意のあり得る環境磁界からホール素子1、28を遮蔽するのに役立つので、強磁性コア46、47の材料が、少なくとも1000の高い比透磁率を有しなければならない。さらに、強磁性コア46、47が、理想的には残留磁界を有するべきではない。これを達成するのは困難であるので、強磁性コア46、47が容易に消磁可能であるべきである。このために、コイル52が4つのコア半分の各々で巻かれ、ヘッド40が、強磁性コア46、47を消磁する消磁モードでコイル52を動作させるために必要な電子回路を備える。コアを消磁する古典的方法が、励磁を徐々に低下させて反対方向に数回コアを磁化することである。これは、たとえば、コイル52およびコンデンサを備える共振回路を使って、共振回路の共振周波数に達するまで、共振回路を通って流れる電流の周波数を線形に増大させ、そこに数周期留まり、次いで、指数関数的に電流を低減することにより行うことができる。
クランプオン電流計が、いわゆる開ループモードで、または閉ループモードで動作させられてもよい。閉ループモードでは、コイル52には、ケーブル45を通って流れる電流により生み出された磁界と反対の磁界をそれぞれの磁気コアのエアギャップ内に生み出すコイル電流を測定中に供給される。コイル電流の大きさが、それぞれのエアギャップ内に配置されたホール素子のホール電圧がゼロに等しくなるように調節される。
ヘッド40のこれらすべての実施形態では、ヘッド40がさらに、ホール素子1に隣接するエアギャップ内に配置された第2のおよび/または第3のなどのホール素子を有してもよい。追加の1つまたは複数のホール素子を使用することにより、信号対雑音比が増大する。さらに、いくつかの図で示されるように、強磁性コア46および47の形状がトロイダル形状に限定されない。1つまたは複数の強磁性コアが、任意の他の適切な形状を、たとえば長方形の形状またはD字型を有してもよい。
1つまたは複数のホール素子が、1つもしくは複数のAMR(異方性磁気抵抗)センサまたは1つもしくは複数のGMRセンサまたは1つもしくは複数のフラックスゲートセンサまたは1つもしくは複数の任意の他の適切な磁界センサと置換されてもよい。図25は、AMRセンサ19、31を備えるこのようなヘッド40の一実施形態を示す。AMRセンサ19、31は通常、AMRセンサ19、31のICハウジングの上面に平行に延びる磁界の方向に高感度であるので、好ましくは、エアギャップを小さく保つことができるように、強磁性コア46、47のエアギャップ内ではなく、エアギャップに隣接して配置される。したがって、AMRセンサ19、31が、エアギャップ近傍の空間を取り囲む漂遊磁界内に置かれる。図26に示されるように、コア46の上面図では、これにより、4つのAMRセンサ19a〜19dが、エアギャップへ向くコア46、47の面を限定する4つの縁部に搭載されることが可能になってもよい。4つのAMRセンサ19a〜19dが、並列に結合され、1つのAMRセンサのように動作させられてもよい。図27は、AMRセンサを搭載するさらに他の方法を示す。この場合、コア46の端面が、互いに平行に伸びるのではなく、AMRセンサ19のハウジングが端面間のエアギャップ内に十分な空間を見いだすように角度を含む。AMRセンサ19のハウジングが、AMRセンサ19をエアギャップ内の磁力線51と整列させるように適切な方法で向けられ、この磁力線51は、コア46の端面をほとんど垂直に離れ、したがって、湾曲する。AMRセンサがGMRセンサと置換されてもよい。
明確にするために、縮尺どおりに描かれていない図28は、ヘッド40が、4つのほとんど同じ強磁性コア46、47、48および49を備える一実施形態を示し、各強磁性コアが、それぞれエアギャップG1またはG2またはG3またはG4を有する磁気回路を形成し、磁界センサ57.1〜57.4(たとえばホール素子、AMRもしくはGMRセンサ、またはフラックスゲートセンサ、または任意の他の適切な磁界センサ)がエアギャップに配置される。強磁性コア46、47、48および49が、1つの強磁性コアから、または図示されるように、強磁性コア46、47、48および49をケーブル45に容易にクランプオンし、そこから取り外すことができるように2つの強磁性部品からなってもよい。2つの強磁性部品からなる場合、寄生エアギャップGp1またはGp2またはGp3またはGp4がコアの2つの部品間に存在する。強磁性コア46、47、48および49が、互いにほぼ平行に位置決めされ、軸50に沿って互いに所定の距離だけ間隔を置かれ、互いに対して軸50の周りに所定の回転角だけ回転させられ、その結果、強磁性コア46、47、48および49のエアギャップG1、G2、G3およびG4が異なる角度で位置する。図28に示される実施形態では、回転角がほぼ90°である。ヘッド40が、任意の数の、たとえば2、3、4または5つ以上の強磁性コアを備えてもよい。好ましい回転角がほぼ360°/(強磁性コアの数)であるが、任意の他の回転角が同じく選ばれてもよい。個々の強磁性コアが、自分の隣の1つまたは複数のコアに対しておよそどのような任意の個々の回転角でも回転させられてもよい。
ヘッド40では、1つまたは複数の磁界センサがエアギャップに配置され、このことは、ホール素子が、好ましくは、エアギャップ内に配置され、AMRセンサ、フラックスゲートセンサおよび磁気インピーダンスセンサが、好ましくはエアギャップに隣接して配置されることを意味する。しかし、磁界のチップ内平面成分に高感度なホール磁気センサ(縦型ホールまたはプレーナ型磁気コンセントレータと組み合わせられたホール)が存在する;このようなホールセンサが、同じくエアギャップに隣接して配置されるべきである。また、磁界のチップ平面に垂直な平面成分に敏感なAMR磁気センサ(Honeywell社のタイプHMC1051zなど)が存在する;このようなAMRセンサが、同じくエアギャップ内に配置されるべきである。
各ヘッド40が2つのコア46および47ならびに2つのホール素子1、28を有する上述のシステムが、ほぼ1μA(マイクロアンペア)までの漏洩電流を検出することができる。エアギャップ内またはエアギャップのそばにエアギャップおよび1つの磁界センサが配置された1つの強磁性コア46だけを各ヘッド40が有するシステムが漂遊磁界中で使用される場合、100μAのオーダまでの漏洩電流を検出することができる。図17は、1つの磁界センサだけを、この場合、ホール素子1を有するこのようなヘッド40の主要な機械的構成の概略図を示す。
本発明による電流変換器が、いくつかの特徴および利点を提供する:
−いくつかの手段が、これらの手段の中でも、特に、ヘッド当たり2つのホール素子またはAMRもしくはフラックスゲートもしくは磁気インピーダンスセンサを備える2つの強磁性コアの使用、完全差動動作のための電子回路の設計、等しいサイズではあるが接地に対して反対符号の電圧として磁界センサの端子に出力電圧を提供する磁界センサバイアス法、磁界センサおよび前置増幅器の間の変圧器結合が、コモンモード信号の相殺に寄与する。
−磁界センサの電圧端子を前置増幅器に変圧器で結合することにより、電子回路が、磁界センサの抵抗の熱雑音に非常に近い等価入力雑音を達成することができるようになる。
−電子回路が完全差動モードで動作する。各電流計の動作が、差動増幅器の動作に類似し、この場合、有用な磁界が差動電圧に対応し、外部磁界が、求められている磁界を外部磁界から効果的に分離することができるようになるコモンモード電圧に対応する。
−2つ以上の強磁性コアを使用することにより、外部磁界の影響が著しく低減され、したがって、電流変換器の感度が高まる。
−いくつかの手段が、これらの手段の中でも、特に、ヘッド当たり2つのホール素子またはAMRもしくはフラックスゲートもしくは磁気インピーダンスセンサを備える2つの強磁性コアの使用、完全差動動作のための電子回路の設計、等しいサイズではあるが接地に対して反対符号の電圧として磁界センサの端子に出力電圧を提供する磁界センサバイアス法、磁界センサおよび前置増幅器の間の変圧器結合が、コモンモード信号の相殺に寄与する。
−磁界センサの電圧端子を前置増幅器に変圧器で結合することにより、電子回路が、磁界センサの抵抗の熱雑音に非常に近い等価入力雑音を達成することができるようになる。
−電子回路が完全差動モードで動作する。各電流計の動作が、差動増幅器の動作に類似し、この場合、有用な磁界が差動電圧に対応し、外部磁界が、求められている磁界を外部磁界から効果的に分離することができるようになるコモンモード電圧に対応する。
−2つ以上の強磁性コアを使用することにより、外部磁界の影響が著しく低減され、したがって、電流変換器の感度が高まる。
いくつかの用途では、それぞれの強磁性コアのエアギャップ内に合うように十分小さい任意の適切な磁界センサをヘッドに装備してもよい。磁界センサの出力信号が変圧器に結合される用途では、磁界センサが、ホール効果、AMRおよびフラックスゲートセンサについて上記で示されたように、交番する電圧または電流の出力信号を作り出すように変調することができるタイプでなければならない。
本発明の実施形態および用途が示され、説明されたが、本明細書における本発明の概念を逸脱することなく、上述よりも多くの修正形態が可能であることが、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の精神以外で制限されない。
1、1a、1b、28、28a、28b ホール素子
2、29 電流源
3、3a、3b、30 変圧器
4 前置増幅器
5、5a、5c 論理ブロック
6、6a、6b 位相検波器
7 電子スイッチ
8、9 増幅器
13、16、17、18 演算増幅器
14 トランジスタ
15、17、18、22、23 抵抗器
19、19a、19d、31 AMRセンサ
20 P−MOSFET
21 N−MOSFET
24、25 コンデンサ
26 セット/リセットストラップ
27 クロック発生器
32、33 フラックスゲートセンサ
34 電圧計
40 ヘッド
45 ケーブル
46、47、48、49 強磁性コア
50 軸
51 磁力線
コイル 52
53、54、54a、54b、55 強磁性部品
57.1〜57.4 磁界センサ
G1、G1a、G1b、G2、G3、G4、 エアギャップ
Gp、G1p、G2p、G3p、G4p 寄生エアギャップ
2、29 電流源
3、3a、3b、30 変圧器
4 前置増幅器
5、5a、5c 論理ブロック
6、6a、6b 位相検波器
7 電子スイッチ
8、9 増幅器
13、16、17、18 演算増幅器
14 トランジスタ
15、17、18、22、23 抵抗器
19、19a、19d、31 AMRセンサ
20 P−MOSFET
21 N−MOSFET
24、25 コンデンサ
26 セット/リセットストラップ
27 クロック発生器
32、33 フラックスゲートセンサ
34 電圧計
40 ヘッド
45 ケーブル
46、47、48、49 強磁性コア
50 軸
51 磁力線
コイル 52
53、54、54a、54b、55 強磁性部品
57.1〜57.4 磁界センサ
G1、G1a、G1b、G2、G3、G4、 エアギャップ
Gp、G1p、G2p、G3p、G4p 寄生エアギャップ
Claims (5)
- 磁気変換器であって、
磁界センサ、および
電子回路を備え、前記電子回路が、
供給電流を提供する電流源(2)、
2つの入力端子および2つの出力端子を備える変圧器(3)、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、前記2つの入力端子が前記変圧器(3)の前記2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器(4)、
前記前置増幅器(4)の前記出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器(6)、および
磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック(5、5a、5c)を備え、
前記磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子(1)であり、前記論理ブロック(5)が、所定のスピニングカレント方式に従って、前記ホール素子(1)を前記電流源(2)に、および前記変圧器(3)の前記入力端子に結合させる回路を備える、または
前記磁界センサが、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および前記出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサ(19)であり、供給電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記電流源(2)に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が、前記変圧器(3)の前記入力端子に結合され、セットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ前記端子が前記論理ブロック(5)に結合され、前記論理ブロック(5a)が、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
前記磁界センサが、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサであり、前記励磁電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記電流源(2)に結合され、出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が前記変圧器(3)の前記入力端子に結合され、前記論理ブロック(5c)が、前記電流源(2)を制御して、所定の周波数を有する交流電流として前記供給電流を提供する回路を備える磁気変換器。 - 磁気変換器であって、
第1の磁界センサおよび第2の磁界センサ、ならびに
電子回路を備え、前記電子回路が、
第1の供給電流を提供する第1の電流源(2)、
第2の供給電流を提供する第2の電流源(29)、
少なくとも1つのコア、2つの一次巻線、および少なくとも1つの二次巻線を備える変圧器(3)、
2つの入力端子および2つの出力端子を備え、前記2つの入力端子が前記変圧器(3)の前記少なくとも1つの二次巻線の2つの出力端子に結合した完全差動前置増幅器(4)、
前記前置増幅器(4)の前記出力端子に結合した2つの入力端子を備え、直流出力電圧を提供する位相検波器(6)、ならびに
前記磁界センサを動作させて、交流出力電圧を提供するように構成された論理ブロック(5、5a、5c)を備え、
前記第1の磁界センサおよび前記第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるホール素子(1、28)であり、前記論理ブロック(5)が、所定のスピニングカレント方式に従って、前記第1のホール素子(1)を前記第1の電流源(2)に、および前記変圧器(3)の前記第1の一次巻線に結合させる、ならびに前記所定のスピニングカレント方式に従って、前記第2のホール素子(28)を第2の電流源(29)に、および前記変圧器(3)の前記第2の一次巻線に結合させる回路を備える、または
前記第1の磁界センサおよび前記第2の磁界センサがそれぞれ、供給電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子、および前記出力電圧の極性を変えるセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ2つの端子を備えるAMRセンサ(19、31)であり、前記第1のAMRセンサ(19)の供給電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記第1の電流源(2)に結合され、前記第1のAMRセンサ(19)の出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が前記変圧器(3)の前記第1の一次巻線に結合され、前記第2のAMRセンサの(31)供給電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記第2の電流源(29)に結合され、前記第2のAMRセンサ(31)の出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が前記変圧器(3)の前記第2の一次巻線に結合され、第1および第2のAMRセンサ(19、31)のセットおよびリセット電流パルスを受け取るのに役立つ前記端子が前記論理ブロック(5a)に結合され、前記論理ブロック(5a)が、所定の周波数に従ってセットおよびリセット電流パルスを与える回路を備える、または
前記第1の磁界センサおよび前記第2の磁界センサがそれぞれ、励磁電流を受け取り、かつ出力電圧を与えるのに役立つ4つの端子を備えるフラックスゲートセンサ(32、33)であり、前記第1のフラックスゲートセンサ(32)の前記励磁電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記第1の電流源(2)に結合され、前記第1のフラックスゲートセンサ(32)の出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が前記変圧器(3)の前記第1の一次巻線に結合され、前記第2のフラックスゲートセンサ(33)の前記励磁電流を受け取るのに役立つ前記端子が前記第2の電流源(29)に結合され、前記第2のフラックスゲートセンサ(33)の出力電圧を与えるのに役立つ前記端子が前記変圧器(30)の前記第2の一次巻線に結合され、前記論理ブロック(5c)が、前記電流源(2、29)を制御して、所定の周波数を有する交流電流として前記供給電流を提供する回路を備える磁気変換器。 - 前記それぞれの磁界センサの前記第1の電圧端子に出現する電圧および前記第2の電圧端子に出現する電圧が、接地GNDを基準として、大きさがほぼ等しいが、反対符号を有するように、前記1つまたは複数の電流源(2、29)が構成される、請求項1または2に記載の磁気変換器。
- ケーブル(45)を通って流れる電流を測定するための電流変換器であって、請求項1または3に記載の磁気変換器、およびエアギャップ(G1)を有する単一の強磁性コア(46)を備えるヘッド(40)を備え、前記磁界センサ(1、19)が、前記強磁性コア(46)の前記エアギャップ(G1)の内部または近傍に固定される電流変換器。
- ケーブル(45)を通って流れる電流を測定するための電流変換器であって、請求項2または3に記載の磁気変換器、およびエアギャップ(G1)を有する第1の強磁性コア(46)およびエアギャップ(G2)を有する第2の強磁性コアを備えるヘッド(40)を備え、前記第1の磁界センサ(1;19;32)が前記第1の強磁性コア(46)の前記エアギャップ(G1)の内部または近傍に固定され、前記第2の磁界センサ(28;31;33)が前記第2の強磁性コア(47)の前記エアギャップ(G2)の内部または近傍に固定される電流変換器。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014215103A (ja) * | 2013-04-24 | 2014-11-17 | 日置電機株式会社 | 電流センサ |
JP2016170167A (ja) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | Tdk株式会社 | 磁気センサ |
JP2016217732A (ja) * | 2015-05-14 | 2016-12-22 | 三菱電機株式会社 | 電流検出器 |
TWI633319B (zh) * | 2017-02-23 | 2018-08-21 | 愛盛科技股份有限公司 | 磁場感測裝置及感測方法 |
US10436857B2 (en) | 2017-02-23 | 2019-10-08 | Isentek Inc. | Magnetic field sensing apparatus and sensing method thereof |
KR20210116535A (ko) * | 2019-01-30 | 2021-09-27 | 렘 인터내셔널 에스에이 | 자기장 검출기 모듈을 갖는 전류 변환기 |
Families Citing this family (57)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9304150B2 (en) * | 2011-09-30 | 2016-04-05 | Keysight Technologies, Inc. | Closed core current probe |
EP2624001B1 (en) * | 2012-02-01 | 2015-01-07 | ams AG | Hall sensor and sensor arrangement |
JP6153740B2 (ja) * | 2012-07-30 | 2017-06-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 磁気検出素子を利用する磁気検出回路 |
DE102013207277B4 (de) * | 2013-04-22 | 2016-04-28 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Kompensationsstromsensoranordnung |
US9291648B2 (en) * | 2013-08-07 | 2016-03-22 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid closed-loop/open-loop magnetic current sensor |
US9535098B2 (en) | 2013-09-02 | 2017-01-03 | Senis Ag | Current transducer for measuring an electrical current |
EP3125841B1 (en) * | 2014-04-04 | 2020-05-13 | Trafimet Group S.p.A. | Welding and/or cutting unit with sensor for detecting/measuring the welding and/or cutting current |
US20150346273A1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-12-03 | Canara, Inc. | Branch circuit monitoring system |
EP2955492B1 (en) * | 2014-06-13 | 2017-05-10 | Nxp B.V. | Sensor system with a full bridge configuration of four resistive sensing elements |
CN104076301B (zh) * | 2014-06-24 | 2017-02-01 | 国家电网公司 | 一种交直流混叠磁场的分离式监测电路 |
JPWO2016002500A1 (ja) * | 2014-07-02 | 2017-04-27 | 株式会社村田製作所 | 電流センサ |
US10353017B2 (en) * | 2014-08-13 | 2019-07-16 | The Timken Company | Hall effect sensor and system with improved sensitivity |
DE102014112299A1 (de) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | Epcos Ag | Sensor |
CN105807117B (zh) * | 2014-12-29 | 2020-01-31 | 苏州普源精电科技有限公司 | 用于电流测量探头的电流感测电路及其电流测量探头 |
US10459040B2 (en) * | 2015-05-27 | 2019-10-29 | Texas Instruments Incorporated | Integrated fluxgate magnetic gradient sensor |
US9810722B2 (en) | 2015-09-23 | 2017-11-07 | Faraday & Future Inc. | Dual gap current sensor for multi phase conduction system |
CN105548646A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-04 | 深圳青铜剑科技股份有限公司 | 一种闭环霍尔电流传感器 |
CN105675950B (zh) * | 2015-12-31 | 2019-08-16 | 深圳青铜剑科技股份有限公司 | 一种闭环霍尔电流传感器 |
EP3206037B1 (en) * | 2016-02-15 | 2018-09-26 | C-Sigma S.R.L. | Method and apparatus for the measurement of electrical current by means of a self-compensating configuration of magnetic field sensors |
WO2017148826A1 (de) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | Wöhner GmbH & Co. KG Elektrotechnische Systeme | Strommessvorrichtung |
CN107167164B (zh) * | 2016-03-08 | 2020-11-06 | 艾普凌科有限公司 | 磁传感器和磁传感器装置 |
AU2017228764B2 (en) * | 2016-03-11 | 2023-02-02 | Powersensor Pty Ltd | A power sensor and method for determining power use of an associated appliance |
US9618541B1 (en) * | 2016-04-20 | 2017-04-11 | Neilsen-Kuljian, Inc. | Apparatus, method and device for sensing DC currents |
DE102016110612B4 (de) * | 2016-06-09 | 2024-05-02 | Elmos Semiconductor Se | Verfahren zum Betrieb einer Hall-Struktur mit vergrößerter Signalamplitude |
DE102016110613B4 (de) | 2016-06-09 | 2024-05-02 | Elmos Semiconductor Se | Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung einer Hall-Struktur mit vergrößerter Signalamplitude |
US10114044B2 (en) | 2016-08-08 | 2018-10-30 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor |
US10247758B2 (en) * | 2016-08-08 | 2019-04-02 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor |
CN106405189B (zh) * | 2016-08-14 | 2019-01-25 | 河北工业大学 | 一种具有温度稳定性的电流传感器及其测量方法 |
US10591515B2 (en) * | 2016-11-11 | 2020-03-17 | Fluke Corporation | Non-contact current measurement system |
KR101931559B1 (ko) * | 2016-12-14 | 2018-12-24 | 한국표준과학연구원 | 멀티 클램프 계측 장치 및 전류 계측 시스템 |
FR3060757B1 (fr) * | 2016-12-19 | 2020-11-06 | Safran Electronics & Defense | Capteur de courant a vanne de flux |
US10330754B2 (en) * | 2017-01-03 | 2019-06-25 | General Electric Company | Stator-less electric motor for a magnetic resonance imaging system and methods thereof |
CN108572335A (zh) * | 2017-03-07 | 2018-09-25 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种用于磁通门信号处理的电路 |
CN108572336B (zh) * | 2017-03-07 | 2021-01-08 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种用于卫星空间磁场的探测装置 |
EP3396397B1 (en) * | 2017-04-28 | 2019-11-20 | Melexis Technologies SA | Bridge sensor biasing and readout |
US10211739B2 (en) | 2017-06-28 | 2019-02-19 | Semiconductor Components Industries, Llc | Methods and apparatus for an integrated circuit |
DE102017222667B3 (de) * | 2017-12-13 | 2019-02-21 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Berührungslose Strommessung |
US10698066B2 (en) | 2018-04-13 | 2020-06-30 | Texas Instruments Incorporated | Calibration of hall device sensitivity using an auxiliary hall device |
BE1026805B1 (de) * | 2018-11-27 | 2020-06-30 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Lagekompensierte Strommesseinrichtung |
CN109507474A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-03-22 | 上海波卉电源科技有限公司 | 用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术 |
US20220155352A1 (en) * | 2019-03-18 | 2022-05-19 | Dima Cheskis | Low current hall effect sensor |
CN110095643A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-08-06 | 三峡大学 | 一种单磁芯四气隙开环霍尔电流传感器 |
CN110095644A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-08-06 | 三峡大学 | 一种新型高精度开环霍尔电流传感器 |
CN110231539B (zh) * | 2019-06-04 | 2021-01-19 | 西安交通大学 | 一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统 |
CN110444531B (zh) * | 2019-08-23 | 2021-05-25 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 3d磁传感器的漏电流测试结构及其形成方法 |
DE102019124405A1 (de) * | 2019-09-11 | 2021-03-11 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Stromsensor |
EP3812785A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-28 | LEM International SA | Fluxgate current transducer |
CA3158443A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | Ahmed Abdelsamie | Current measuring system |
CN110780216A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-11 | 深圳市新威尔电子有限公司 | 低噪声恒流放电电路 |
KR102114601B1 (ko) * | 2020-02-07 | 2020-06-17 | 이형준 | 고전력 케이블의 부분방전 측정용 이중 토로이드 고주파 씨티 센서 장치 |
US11467188B2 (en) | 2020-02-25 | 2022-10-11 | Infineon Technologies Ag | Current sensor for improved functional safety |
EP3907511B1 (en) * | 2020-05-08 | 2024-09-04 | Hamilton Sundstrand Corporation | Radiation hardened magnetic current sensor |
CN112578191A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-03-30 | 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种新能源车辆及部件电磁兼容性能测试系统 |
CA3151025A1 (en) | 2021-03-05 | 2022-09-05 | Eaton Intelligent Power Limited | Leakage current detection in cable tray |
FR3137177B1 (fr) * | 2022-06-23 | 2024-06-21 | Chauvin Arnoux | Pince de mesure pour courants de fuite AC et DC |
CN117075009B (zh) * | 2023-08-01 | 2024-07-23 | 江苏多维科技有限公司 | 一种磁场传感器及多轴磁场传感器 |
CN117517926B (zh) * | 2023-11-08 | 2024-05-10 | 江苏科睿坦电子科技有限公司 | 一种rfid芯片灵敏度测试方法及系统 |
Family Cites Families (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3317835A (en) * | 1963-05-10 | 1967-05-02 | Siemens Ag | Hall generator wattmeter having square-wave superimposed on hall plate output to compensate for power factor |
US3768169A (en) * | 1969-10-14 | 1973-10-30 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Minitype electronic micrometer |
JPS5621256B2 (ja) * | 1974-07-22 | 1981-05-18 | ||
GB1592908A (en) * | 1976-11-05 | 1981-07-08 | Tokyo Shibaura Electric Co | Multiplier with hall element |
US4317077A (en) * | 1980-03-24 | 1982-02-23 | Canadian Patents & Development Limited | Transducer for measuring the velocity or displacement or both of ferromagnetic material |
CH662000A5 (fr) * | 1985-02-05 | 1987-08-31 | Lem Sa | Transformateur d'intensite pour courant continu et alternatif. |
US4746891A (en) * | 1985-04-19 | 1988-05-24 | Square D Company | High saturation three coil current transformer |
US4914381A (en) * | 1987-05-28 | 1990-04-03 | Barrigar & Oyen | Direct-coupled fluxgate current sensor |
US4847548A (en) * | 1988-01-28 | 1989-07-11 | General Signal Corporation | Signal conditioner for a linear variable differential transformer |
JPH0742143Y2 (ja) * | 1990-06-22 | 1995-09-27 | 三洋電機株式会社 | 磁気平衡式ホール素子型電流センサの単電源回路方式 |
JPH04252934A (ja) * | 1991-01-29 | 1992-09-08 | Sanki Eng Kk | 多向流式遠心連続多段抽出装置 |
US5180970A (en) * | 1992-02-10 | 1993-01-19 | Honeywell Inc. | Mechanically adjustable current sensor and method for making same |
JPH05297026A (ja) * | 1992-04-20 | 1993-11-12 | Nippondenso Co Ltd | 電流測定装置 |
DE4400418A1 (de) * | 1993-01-14 | 1994-08-04 | Schlumberger Ind Inc | Luftgekoppelter Stromtransformator |
US5422555A (en) * | 1993-04-30 | 1995-06-06 | Rank Taylor Hobson, Ltd. | Apparatus and method for establishing a reference signal with an LVDT |
US5450000A (en) * | 1994-02-14 | 1995-09-12 | Unity Power Corporation | Using hall device for controlling current in a switchmode circuit |
US5568047A (en) * | 1994-08-10 | 1996-10-22 | General Electric Company | Current sensor and method using differentially generated feedback |
JP2745452B2 (ja) * | 1995-02-15 | 1998-04-28 | マルチ計測器株式会社 | 直流用分割型零相変流器 |
CH690464A5 (fr) * | 1995-02-23 | 2000-09-15 | Lem Liaisons Electron Mec | Dispositif de mesure inductif pour la mesure de composantes de courant alternatif superposées à un courant fort continu. |
DE19514342C1 (de) * | 1995-04-18 | 1996-02-22 | Siemens Ag | Stromwandler, geeignet zur Stromstärkemessung an/in auf Hochspannung liegenden elektrischen Einrichtungen |
JP2001033491A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Nippon Soken Inc | 電流計測装置 |
JP2002286764A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Canon Electronics Inc | 電流センサ、ダブル電流センサ及び電流検知装置 |
US6617838B1 (en) * | 2001-09-11 | 2003-09-09 | Analog Devices, Inc. | Current measurement circuit |
US7162381B2 (en) * | 2002-12-13 | 2007-01-09 | Knowles Electronics, Llc | System and method for facilitating listening |
US6873152B2 (en) * | 2002-12-30 | 2005-03-29 | General Electric Company | Differential sensor apparatus and method for laminated core fault detection |
JP4321412B2 (ja) * | 2004-09-02 | 2009-08-26 | 株式会社デンソー | 電流計測装置 |
US8362835B2 (en) * | 2006-02-17 | 2013-01-29 | Gradual Tech Software L.L.C. | Decade bandwidth planar MMIC four port transformer |
US7309980B2 (en) * | 2006-05-08 | 2007-12-18 | Tektronix, Inc. | Current sensing circuit for use in a current measurement probe |
DE102006059421B4 (de) * | 2006-07-14 | 2011-06-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Verarbeitung von Offset-behafteten Sensorsignalen sowie für die Durchführung des Verfahrens ausgebildete Sensoranordnung |
JP2008224260A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 電流検出器 |
CN104377019A (zh) * | 2007-09-25 | 2015-02-25 | 弗莱克斯电子有限责任公司 | 热增强的磁变压器 |
JP5119063B2 (ja) * | 2008-07-02 | 2013-01-16 | パナソニック株式会社 | 漏電検出機能付配線器具 |
US8421444B2 (en) * | 2009-12-31 | 2013-04-16 | Schneider Electric USA, Inc. | Compact, two stage, zero flux electronically compensated current or voltage transducer employing dual magnetic cores having substantially dissimilar magnetic characteristics |
JP2011158337A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Aichi Micro Intelligent Corp | 電流センサ |
US8907437B2 (en) * | 2011-07-22 | 2014-12-09 | Allegro Microsystems, Llc | Reinforced isolation for current sensor with magnetic field transducer |
JP5865108B2 (ja) * | 2012-02-16 | 2016-02-17 | セイコーインスツル株式会社 | 磁気センサ装置 |
-
2012
- 2012-07-06 EP EP12175456.8A patent/EP2682762A1/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-06-18 US US13/920,823 patent/US20140009143A1/en not_active Abandoned
- 2013-06-18 US US13/920,867 patent/US20140009146A1/en not_active Abandoned
- 2013-07-03 EP EP13174935.0A patent/EP2682764B1/en active Active
- 2013-07-03 JP JP2013139513A patent/JP6249206B2/ja active Active
- 2013-07-03 EP EP13174934.3A patent/EP2682763B1/en not_active Not-in-force
- 2013-07-03 JP JP2013139512A patent/JP2014016346A/ja active Pending
- 2013-07-04 CN CN201310279186.4A patent/CN103529277A/zh active Pending
- 2013-07-04 CN CN201310279162.9A patent/CN103529267A/zh active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014215103A (ja) * | 2013-04-24 | 2014-11-17 | 日置電機株式会社 | 電流センサ |
JP2016170167A (ja) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | Tdk株式会社 | 磁気センサ |
JP2016217732A (ja) * | 2015-05-14 | 2016-12-22 | 三菱電機株式会社 | 電流検出器 |
TWI633319B (zh) * | 2017-02-23 | 2018-08-21 | 愛盛科技股份有限公司 | 磁場感測裝置及感測方法 |
US10436857B2 (en) | 2017-02-23 | 2019-10-08 | Isentek Inc. | Magnetic field sensing apparatus and sensing method thereof |
KR20210116535A (ko) * | 2019-01-30 | 2021-09-27 | 렘 인터내셔널 에스에이 | 자기장 검출기 모듈을 갖는 전류 변환기 |
JP2022519060A (ja) * | 2019-01-30 | 2022-03-18 | レム・インターナショナル・エスエイ | 磁界検出器モジュールを備えた電流変換器 |
KR102644470B1 (ko) * | 2019-01-30 | 2024-03-07 | 렘 인터내셔널 에스에이 | 자기장 검출기 모듈을 갖는 전류 변환기 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140009146A1 (en) | 2014-01-09 |
CN103529277A (zh) | 2014-01-22 |
US20140009143A1 (en) | 2014-01-09 |
JP6249206B2 (ja) | 2017-12-20 |
JP2014016347A (ja) | 2014-01-30 |
EP2682763B1 (en) | 2015-08-19 |
EP2682763A1 (en) | 2014-01-08 |
CN103529267A (zh) | 2014-01-22 |
EP2682764A1 (en) | 2014-01-08 |
EP2682762A1 (en) | 2014-01-08 |
EP2682764B1 (en) | 2015-08-19 |
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