JP2018054407A - 電流センサおよび電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数特性を有する電流センサを提供する。【解決手段】検出対象電流Ｉの電流路１１を取り囲み可能な環状に形成されたセンサ本体２１と、センサ本体２１の長さ方向に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘ってセンサ本体２１内に配設されると共に周波数特性が互いに異なる２つのロゴスキーコイル２２，２３とを備え、各ロゴスキーコイル２２，２３は、センサ本体２１の長さ方向に沿ってセンサ本体２１内に配設された共通の巻芯２２ａに、ロゴスキーコイル２２，２３と同数の巻線２２ｂ，２３ｂが個別に形成されて構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象電流の電流路を取り囲み可能な環状に形成されたロゴスキーコイルを備えた電流センサ、およびこの電流センサを備えた電流検出装置に関するものである。

この種の電流センサの一例として、下記の特許文献１において本願出願人が開示した電流センサが知られている。この電流センサは、２つの空芯コイル（ロゴスキーコイル）で二重環構造に形成されている。この場合、二重環構造としては、２つの空芯コイルを交差させたり縒り合せたりすることなく並列させて一体化した構造、および２つの空芯コイルを縒り合せて一体化した構造のいずれかを採用することができる。

また、この電流センサでは、所定のケーブルを切断して切り揃えた２本のケーブルを各空芯コイル用の巻芯として使用すると共に、この２本のケーブルに対して同じ巻数および同じ巻回ピッチで巻線を巻回して各空芯コイルを形成している。したがって、各空芯コイルは、巻線の巻き径（つまり、空芯コイルの断面積）が同一で、巻線の巻回ピッチが同一で、かつ巻線の長さも同一であるため、電流の検出特性（周波数特性および出力レベルなど）が同一（揃った状態）となっている。また、この電流センサでは、各空芯コイルが直列に接続されて、全体として１つの空芯コイル（ロゴスキーコイル）として構成されている。この電流センサによれば、互いに接続された２つの空芯コイルの検出特性（特に周波数特性）が揃っていることから、空芯コイルが一つのときを上回る出力レベルを確保しつつ、空芯コイルが一つのときと同じ周波数特性を維持することが可能となっている。

特開２０１３−２１３８４３号公報（第５−７頁、第１−６図）

ところで、検出しようとしている検出対象電流が例えば矩形波信号のように、含まれている周波数成分が広い周波数帯域に亘っている信号のときや、検出対象電流の周波数がいくつかの既知の周波数のうちのいずれかに時間的に変化する信号のときには、電流センサは、このような検出対象電流を検出し得る広い周波数特性を有する必要がある。しかしながら、上記した電流センサでは、２つの空芯コイルを備えてはいるものの、全体としての周波数特性は１つの空芯コイルの周波数特性と同じであるため、上記した種々の検出対象電流を検出し得ない状況が生じるという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、広い周波数特性を有する電流センサ、およびこの電流センサを備えた電流検出装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流センサは、検出対象電流の電流路を取り囲み可能な環状に形成されたセンサ本体と、前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内に配設されると共に周波数特性が互いに異なる複数のロゴスキーコイルとを備えている。

請求項２記載の電流センサは、請求項１記載の電流センサにおいて、前記複数のロゴスキーコイルは、前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内に配設された共通巻芯に、当該ロゴスキーコイルと同数の巻線が個別に形成されて構成されている。

請求項３記載の電流センサは、請求項１記載の電流センサにおいて、前記複数のロゴスキーコイルは、前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内に配設された当該ロゴスキーコイルと同数の個別の巻芯のそれぞれに巻線が個別に形成されて構成されている。

請求項４記載の電流検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電流センサと、前記複数のロゴスキーコイルに個別に接続されると共に、当該接続されたロゴスキーコイルの両端間に発生する誘導起電圧に基づいて前記検出対象電流の振幅に応じた振幅の検出電圧を出力する当該ロゴスキーコイルと同数の検出回路とを備えている。

請求項５記載の電流検出装置は、請求項４記載の電流検出装置において、複数の前記検出回路から出力される前記検出電圧を加算して出力する加算回路を備えている。

請求項１記載の電流センサおよび請求項４記載の電流検出装置によれば、周波数特性が互いに異なる複数のロゴスキーコイルをセンサ本体の長さ方向に沿って、かつセンサ本体のほぼ全域に亘ってセンサ本体内にそれぞれ配設したことにより、電流センサの全体としての検出周波数帯域および電流検出装置の全体としての検出周波数帯域を、ロゴスキーコイルが１つのときの検出周波数帯域と比較して、十分に広い１つの周波数帯域としたり、異なる複数の周波数帯域（全体として、より広い周波数帯域）で構成したりすることができる。したがって、この電流センサおよび電流検出装置によれば、例えば、基本波成分を中心として周波数成分が広い周波数帯域に亘る検出対象電流を十分な精度で検出したり、基本波成分の周波数が時間によって変化する（複数の周波数帯域のいずれかに移行する）検出対象電流について常に検出し続けるようにしたりすることができる。

請求項２記載の電流センサおよびこの電流センサを備えた請求項４記載の電流検出装置では、複数のロゴスキーコイルが、センサ本体の長さ方向に沿って、かつセンサ本体のほぼ全域に亘ってセンサ本体内に配設された共通巻芯（１つの巻芯）に、ロゴスキーコイルと同数の巻線が個別に形成されて構成されている。したがって、この電流センサおよび電流検出装置によれば、製造工程において、複数の巻線が形成された１つの巻芯をセンサ本体内に配設するだけでよいため、製造作業の効率化を図ることができる。

請求項３記載の電流センサおよびこの電流センサを備えた請求項４記載の電流検出装置では、各ロゴスキーコイルが、センサ本体の長さ方向に沿って、かつセンサ本体のほぼ全域に亘ってセンサ本体内に配設されたロゴスキーコイルと同数の個別の巻芯のそれぞれに巻線が個別に形成されて構成されている。したがって、この電流センサおよび電流検出装置によれば、各巻芯の長さ、断面形状および断面積を揃えたり、各巻芯の長さ、断面形状および断面積のうちの少なくとも１つを相違させたりできるなど、設計の自由度を高めることができることから、所望の周波数特性（所望の検出周波数帯域）を備えた電流センサおよび電流検出装置を提供（実現）することができる。

請求項４記載の電流検出装置によれば、別途、積分装置（積分器）などを用意することなく、検出対象電流の振幅に応じた振幅の各検出電圧（異なる周波数特性の各ロゴスキーコイルで検出される周波数成分でそれぞれ構成される各検出電圧）を高精度で出力することができる。

請求項５記載の電流検出装置によれば、別途、加算装置などを用意することなく、検出対象電流の振幅に応じた振幅の検出電圧（複数のロゴスキーコイルで検出される各周波数成分で構成される検出電圧）を高精度で出力することができる。

電流センサ２Ａを備えた電流検出装置１Ａの構成図である。 電流センサ２Ｂを備えた電流検出装置１Ｂの構成図である。 電流検出装置１Ａ，１Ｂの周波数特性図である。 電流検出装置１Ａ，１Ｂの他の周波数特性図である。

以下、電流センサおよび電流検出装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電流センサを備えた電流検出装置の構成について、図面を参照して説明する。

まず、図１に示す電流検出装置としての電流検出装置１Ａの構成について説明する。

電流検出装置１Ａは、電流センサ２Ａおよび信号処理部３を備え、電流路１１に流れている検出対象電流Ｉを検出する（具体的には、検出対象電流Ｉの振幅に応じた（比例した）振幅の検出電圧Ｖｉを出力する）。

電流センサ２Ａは、電流路１１を取り囲み可能な環状に形成されたセンサ本体２１と、センサ本体２１内に配設された複数のロゴスキーコイル（本例では一例として、第１ロゴスキーコイル２２と第２ロゴスキーコイル２３の２つ）とを備えている。この場合、センサ本体２１は、電気的絶縁性を有する非磁性材料を用いて、例えば中空の環状体に形成されている。なお、センサ本体２１は、環状体として予め形成されていてもよいし、可撓性を有する棒状体として予め形成されると共に、その一端部をその他端部に近接させて固定することで環状体として形成されるものであってもよい。また、センサ本体２１には、複数のロゴスキーコイルを収納可能なケース状に形成される構成も含まれると共に、複数のロゴスキーコイルの外周に形成されて各ロゴスキーコイルを一体化する絶縁被覆も含まれるものとする。

第１ロゴスキーコイル２２は、一例として、巻芯２２ａ、巻線２２ｂ、巻き戻し線２２ｃ、および１組の出力電線２２ｄ，２２ｅを備えて構成されている。

巻芯２２ａは、電気的絶縁性および可撓性を有する非磁性材料（例えば、シリコーンゴムなど）を用いて断面形状が均一（よって、断面積も均一）な棒状に形成されている。また、巻芯２２ａの断面形状は、円形、四角形などの多角形、または楕円形などの種々の形状とすることができる。また、巻芯２２ａは、センサ本体２１のほぼ全域に亘る長さに形成されている。

巻線２２ｂは、例えば表面が絶縁被覆で覆われた導線（例えばエナメル銅線など。図１において細線で示す導線）で構成されて、巻芯２２ａの外周面にほぼ均等なピッチ（隙間）で、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１から他方の端部Ｐ２に亘って（つまり、巻芯２２ａの全体に亘って）螺旋状に巻回（巻回数はＮ１回）されて形成されている。なお、巻線２２ｂは、導線が単層構造で巻回されて形成されるものであってもよいし、多層構造で巻回されて形成されるものであってもよい。また、巻線２２ｂを構成する導線におけるこの一方の端部Ｐ１側の端部は、出力電線２２ｄに接続されている。

巻き戻し線２２ｃは、導線で構成されて、本例では一例として、巻芯２２ａの中心部分に巻芯２２ａを貫通した状態（巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から他方の端部Ｐ２の端面に亘る状態）で配設されている。また、巻き戻し線２２ｃは、一例として、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から突出する一端部が出力電線２２ｅに接続され、巻芯２２ａの他方の端部Ｐ２の端面から突出する他端部が巻線２２ｂを構成する導線におけるこの他方の端部Ｐ２側の端部と接続されている。

第２ロゴスキーコイル２３は、一例として、巻芯２２ａ（第１ロゴスキーコイル２２と共通）、巻線２３ｂ、巻き戻し線２３ｃ、および１組の出力電線２３ｄ，２３ｅを備え、巻線２３ｂ以外の構成については第１ロゴスキーコイル２２とほぼ同一に構成されている。

巻線２３ｂは、例えば巻線２２ｂと同種の導線（図１において太線で示す導線）で構成されて、巻芯２２ａの外周面にほぼ均等なピッチ（隙間）で、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１から他方の端部Ｐ２に亘って（つまり、巻芯２２ａの全体に亘って）螺旋状に巻回（巻回数はＮ２回（＜Ｎ１回））されて形成されている。なお、巻線２３ｂは、導線が単層構造で巻回されて形成されるものであってもよいし、多層構造で巻回されて形成されるものであってもよい。また、巻線２３ｂを構成する導線におけるこの一方の端部Ｐ１側の端部は、出力電線２３ｄに接続されている。

巻き戻し線２３ｃは、導線で構成されて、本例では一例として、巻芯２２ａの中心部分に巻芯２２ａを貫通した状態（巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から他方の端部Ｐ２の端面に亘る状態）で配設されている。また、巻き戻し線２３ｃは、一例として、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から突出する一端部が出力電線２３ｅに接続され、巻芯２２ａの他方の端部Ｐ２の端面から突出する他端部が巻線２３ｂを構成する導線におけるこの他方の端部Ｐ２側の端部と接続されている。なお、本例では、巻き戻し線２３ｃについては、巻き戻し線２２ｃと別体にする構成を採用しているが、共通化することもできる。

このようにして巻芯２２ａを共通にして形成された第１ロゴスキーコイル２２および第２ロゴスキーコイル２３（つまり、各ロゴスキーコイル２２，２３はセンサ本体２１とほぼ同じ長さに形成されると共に一体的に構成されている）は、図１に示すように、環状のときのセンサ本体２１の周方向（長さ方向でもある。センサ本体２１が棒状体のときには、その長さ方向）に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘るようにしてセンサ本体２１内に配設されている。

また、第１ロゴスキーコイル２２および第２ロゴスキーコイル２３は、それぞれの巻線２２ｂおよび巻線２３ｂが共通の巻芯２２ａに形成されているため、コイルの平均磁路長および断面積はほぼ等しい。一方、第１ロゴスキーコイル２２の巻線２２ｂの巻回数（Ｎ１）は、第２ロゴスキーコイル２３の巻線２３ｂの巻回数（Ｎ２）よりも多い。この巻回数の違いにより、第１ロゴスキーコイル２２は、第２ロゴスキーコイル２３の検出周波数帯域を基準として、その検出周波数帯域がより低域側にシフトした周波数特性（つまり、第２ロゴスキーコイル２３の周波数特性とは異なる周波数特性）を有している。

信号処理部３は、一例として図１に示すように、第１検出回路３１，第２検出回路３２および加算回路３３を備えて構成されている。

第１検出回路３１は、積分回路３１ａ、ゲイン調整アンプ３１ｂ、および低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３１ｃを備え、第１ロゴスキーコイル２２の一対の出力電線２２ｄ，２２ｅ間から出力される電圧Ｖ１（第１ロゴスキーコイル２２の両端間に発生する第１誘導起電圧Ｖ１）を入力すると共に、この電圧Ｖ１に含まれる各周波数成分（第１ロゴスキーコイル２２で主として検出する検出周波数帯域に含まれる各周波数成分）のレベルを一定のレベルに揃えて第１検出電圧Ｖ１ｏとして出力する。

第１ロゴスキーコイル２２は、その検出周波数帯域に周波数成分が含まれる検出対象電流Ｉについて、その時間的変化に比例した電圧Ｖ１を出力する構成（つまり、微分回路として機能する構成）である。このため、第１検出回路３１では、微分回路と逆の周波数特性を有する積分回路３１ａがこの電圧Ｖ１を入力すると共に、電圧Ｖ１に含まれている各周波数成分のレベルを均一に揃えて電圧Ｖ１ａとして出力する。なお、本例では一例として、積分回路３１ａは、図１に示すように、出力電線２２ｅの電位を信号処理部３の基準電位（グランド電位Ｇ）としたときの電圧Ｖ１を入力する構成を採用しているが、図示はしないが、出力電線２２ｄの電位を基準電位（グランド電位Ｇ）としたときの電圧Ｖ１を入力する構成を採用することもできる。

ゲイン調整アンプ３１ｂは、電圧Ｖ１ａを入力すると共に調整後のゲインで増幅して電圧Ｖ１ｂとして出力する。なお、ゲイン調整アンプ３１ｂのゲインを調整することで、第１ロゴスキーコイル２２と第１検出回路３１とで構成される検出系統の全体としてのゲインを、第２ロゴスキーコイル２３と第２検出回路３２とで構成される検出系統の全体としてのゲインに揃えることが可能となっている。ＬＰＦ３１ｃは、第１ロゴスキーコイル２２の検出周波数帯域に含まれる周波数成分（電圧Ｖ１を構成する主たる周波数成分）を通過させると共に、第１ロゴスキーコイル２２の検出周波数帯域よりも高い周波数域に含まれる周波数成分（電圧Ｖ１にとってノイズとなる成分）を除去して、第１検出電圧Ｖ１ｏとして出力する。

このようにして、第１検出回路３１は、第１ロゴスキーコイル２２と相まって、例えば、図３に示すように、周波数ｆ１を下限周波数とし、かつ周波数ｆ２を上限周波数とする検出周波数帯域ＲＧ１に周波数成分が含まれる検出対象電流Ｉを正確に検出して、この検出対象電流Ｉの振幅に応じた振幅の第１検出電圧Ｖ１ｏを高精度で出力することが可能となっている。この場合、下限周波数ｆ１は、主として第１ロゴスキーコイル２２の周波数特性に基づいて規定され、上限周波数ｆ２は、上記したようにＬＰＦ３１ｃのカットオフ周波数に基づいて規定される。

第２検出回路３２は、積分回路３２ａ、アンプ３２ｂ、および高域通過型フィルタ（ＨＰＦ）３２ｃを備え、第２ロゴスキーコイル２３の一対の出力電線２３ｄ，２３ｅ間から出力される電圧Ｖ２（第２ロゴスキーコイル２３の両端間に発生する第２誘導起電圧Ｖ２）を入力すると共に、この電圧Ｖ２に含まれる各周波数成分（第２ロゴスキーコイル２３で主として検出する検出周波数帯域に含まれる各周波数成分）のレベルを一定のレベルに揃えて第２検出電圧Ｖ２ｏとして出力する。

第２ロゴスキーコイル２３も第１ロゴスキーコイル２２と同じように、その検出周波数帯域に周波数成分が含まれる検出対象電流Ｉについて、その時間的変化に比例した電圧Ｖ２を出力する構成（つまり、微分回路として機能する構成）である。このため、第２検出回路３２でも、微分回路と逆の周波数特性を有する積分回路３２ａがこの電圧Ｖ２を入力すると共に、電圧Ｖ２に含まれている各周波数成分のレベルを均一に揃えて電圧Ｖ２ａとして出力する。なお、本例では一例として、積分回路３２ａは、図１に示すように、出力電線２３ｅの電位を信号処理部３の基準電位（グランド電位Ｇ）としたときの電圧Ｖ２を入力する構成を採用しているが、図示はしないが、出力電線２３ｄの電位を基準電位（グランド電位Ｇ）としたときの電圧Ｖ２を入力する構成を採用することもできる。

アンプ３２ｂは、電圧Ｖ２ａを入力すると共に予め規定されたゲインで増幅して電圧Ｖ２ｂとして出力する。ＨＰＦ３２ｃは、第２ロゴスキーコイル２３の検出周波数帯域に含まれる周波数成分（電圧Ｖ２を構成する主たる周波数成分）を通過させると共に、第２ロゴスキーコイル２３の検出周波数帯域よりも低い周波数域に含まれる周波数成分（電圧Ｖ２にとってノイズとなる成分）を除去して、第２検出電圧Ｖ２ｏとして出力する。

このようにして、第２検出回路３２は、第２ロゴスキーコイル２３と相まって、例えば、図３に示すように、周波数ｆ３（≧ｆ２）を下限周波数とし、かつ周波数ｆ４を上限周波数とする検出周波数帯域ＲＧ２に周波数成分が含まれる検出対象電流Ｉを正確に検出して、この検出対象電流Ｉの振幅に応じた振幅の第２検出電圧Ｖ２ｏを高精度で出力することが可能となっている。この場合、下限周波数ｆ３は、上記したようにＨＰＦ３２ｃのカットオフ周波数に基づいて規定され、上限周波数ｆ４は、第２ロゴスキーコイル２３の周波数特性またはアンプ３２ｂの周波数特性に基づいて規定される。

加算回路３３は、第１検出回路３１から出力される第１検出電圧Ｖ１ｏと第２検出回路３２から出力される第２検出電圧Ｖ２ｏとを加算して、検出電圧Ｖｉを出力する。したがって、電流検出装置１Ａの全体としての周波数特性は、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１の全体として周波数特性と、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２の全体としての周波数特性とを合わせた周波数特性となっている。

このため、図３に示すように、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１の全体としてゲイン（利得）と、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２の全体としてゲイン（利得）とを揃えると共に、第１ロゴスキーコイル２２側の検出周波数帯域ＲＧ１の高周波側のカットオフ周波数（検出周波数帯域ＲＧ１の上限周波数ｆ２）と第２ロゴスキーコイル２３側の検出周波数帯域ＲＧ２の低周波側のカットオフ周波数（検出周波数帯域ＲＧ２の下限周波数ｆ３）とを一致させる（ｆ３＝ｆ２）ことで、電流検出装置１Ａの全体としての周波数特性を、一点鎖線で示す周波数特性（下限周波数がｆ１で、上限周波数がｆ４の広い検出周波数帯域（ＲＧ１＋ＲＧ２）の周波数特性）とすることが可能となる。

また、図４に示すように、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１の全体としてゲイン（利得）と、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２の全体としてゲイン（利得）とを揃えると共に、第１ロゴスキーコイル２２側の検出周波数帯域ＲＧ１の高周波側のカットオフ周波数（検出周波数帯域ＲＧ１の上限周波数ｆ２）に対して、第２ロゴスキーコイル２３側の検出周波数帯域ＲＧ２の低周波側のカットオフ周波数（検出周波数帯域ＲＧ２の下限周波数ｆ３）を高域側にずらす（ｆ３＞ｆ２）ことで、電流検出装置１Ａの全体としての周波数特性を、一点鎖線で示す周波数特性（下限周波数がｆ１で、上限周波数がｆ２の検出周波数帯域ＲＧ１と、下限周波数がｆ３で、上限周波数がｆ４の検出周波数帯域ＲＧ２の分離した２つの検出周波数帯域を有する周波数特性。連続してはいないが、全体として広い検出周波数帯域の周波数特性）とすることも可能となる。

次に、電流検出装置１Ａの動作について説明する。

この電流検出装置１Ａでは、図１に示すように、環状に形成されたセンサ本体２１が電流路１１を取り囲むようにして電流路１１に取り付けられた状態（センサ本体２１内に配設されて環状に形成された各ロゴスキーコイル２２，２３の内側を電流路１１が貫通する状態）において、各ロゴスキーコイル２２，２３では、それぞれの巻線２２ｂ，２３ｂが、電流路１１に検出対象電流Ｉが流れることに起因して電流路１１の周囲に発生する磁界（不図示）を検出して、各電圧Ｖ１，Ｖ２を発生させると共に、対応する検出回路３１，３２に出力する。

第１検出回路３１は、第１ロゴスキーコイル２２から出力される電圧Ｖ１に基づいて、検出周波数帯域ＲＧ１に含まれる周波数成分で構成される第１検出電圧Ｖ１ｏを生成して加算回路３３に出力する。また、第２検出回路３２は、第２ロゴスキーコイル２３から出力される電圧Ｖ２に基づいて、検出周波数帯域ＲＧ２に含まれる周波数成分で構成される第２検出電圧Ｖ２ｏを生成して加算回路３３に出力する。加算回路３３は、各検出電圧Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏを加算することにより、検出周波数帯域ＲＧ１に含まれる周波数成分および検出周波数帯域ＲＧ２に含まれる周波数成分で構成される検出電圧Ｖｉを出力する。

これにより、電流検出装置１Ａは、互いに異なる各検出周波数帯域ＲＧ１，ＲＧ２が図３に示す関係となるように、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１が構成されると共に、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２が構成されているとき（ロゴスキーコイルおよび検出回路の検出系統が多系統（この例では２系統）のとき）には、ロゴスキーコイルおよび検出回路の検出系統が１系統のときの検出周波数帯域と比較して、十分に広い連続した検出周波数帯域（ＲＧ１＋ＲＧ２）を装置全体として備えることになる。このため、この構成の電流検出装置１Ａでは、ロゴスキーコイルおよび検出回路の検出系統が１系統のときの検出周波数帯域では十分な精度では検出し得なかった検出対象電流Ｉ、例えば、矩形状の波形で構成される検出対象電流Ｉのように基本波成分を中心としてその低域側および高域側に周波数成分が広い周波数帯域に亘って広がっている検出対象電流Ｉについて、十分な精度（より高精度）で検出することが可能となる。

一方、電流検出装置１Ａは、互いに異なる各検出周波数帯域ＲＧ１，ＲＧ２が図４に示す関係となるように、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１が構成されると共に、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２が構成されているときには、ロゴスキーコイルおよび検出回路の検出系統が１系統のときの検出周波数帯域と比較して、個々の検出周波数帯域ＲＧ１，ＲＧ２の広さはそれほど広くならないものの、異なる検出周波数帯域ＲＧ１，ＲＧ２に周波数成分が含まれる検出対象電流Ｉを正確に検出することが可能となる。このため、この構成の電流検出装置１Ａでは、例えば、基本波成分の周波数（基本周波数）が時間によって変化する検出対象電流Ｉについて、その変化が各検出周波数帯域ＲＧ１，ＲＧ２のいずれかに基本周波数が含まれる変化のときには、この検出対象電流Ｉを常に検出し続けることが可能となる。

このように、この電流センサ２Ａ、およびこの電流センサ２Ａを備えた電流検出装置１Ａによれば、センサ本体２１内に、周波数特性が互いに異なる複数のロゴスキーコイル（本例ではロゴスキーコイル２２，２３の２つ）をセンサ本体２１の長さ方向（周方向）に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘ってそれぞれ配設したことにより、電流センサ２Ａの全体としての検出周波数帯域および電流検出装置１Ａの全体としての検出周波数帯域を、ロゴスキーコイルおよび検出回路の検出系統が１系統のときの検出周波数帯域と比較して、十分に広い１つの周波数帯域としたり、異なる複数の周波数帯域（全体として、より広い周波数帯域）で構成したりすることができる。したがって、この電流センサ２Ａおよび電流検出装置１Ａによれば、基本波成分を中心として周波数成分が広い周波数帯域に亘る検出対象電流Ｉを十分な精度で検出したり、基本波成分の周波数が時間によって変化する（異なる複数の周波数帯域のいずれかに移行する）検出対象電流Ｉについて常に検出し続けるようにしたりすることができる。

また、この電流検出装置１Ａによれば、複数のロゴスキーコイル（本例ではロゴスキーコイル２２，２３の２つ）に対応する複数の検出回路（本例では、ロゴスキーコイル２２，２３にそれぞれ対応する検出回路３１，３２）を備えたことにより、別途、積分装置（積分器）などを用意することなく、検出対象電流Ｉの振幅に応じた振幅の各検出電圧Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏ（異なる周波数特性の各ロゴスキーコイル２２，２３で検出される周波数成分でそれぞれ構成される各検出電圧）を高精度で出力することができる。さらに、この電流検出装置１Ａによれば、加算回路３３を備えたことにより、別途、加算装置などを用意することなく、検出対象電流Ｉの振幅に応じた振幅の検出電圧Ｖｉ（各ロゴスキーコイル２２，２３で検出される各周波数成分で構成される検出電圧）を高精度で出力することができる。

また、この電流センサ２Ａ、およびこの電流センサ２Ａを備えた電流検出装置１Ａでは、各ロゴスキーコイル２２，２３が、センサ本体２１の長さ方向に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘ってセンサ本体２１内に配設された共通の巻芯２２ａ（１つの巻芯）に、ロゴスキーコイル２２，２３と同数の巻線２２ｂ，２３ｂが個別に形成されて構成されている。したがって、この電流センサ２Ａおよび電流検出装置１Ａによれば、製造工程において、各巻線２２ｂ，２３ｂが形成された１つの巻芯２２ａをセンサ本体２１内に配設するだけでよいため、製造作業の効率化を図ることができる。

なお、上記の電流センサ２Ａでは、ロゴスキーコイル２２，２３と同数の巻線２２ｂ，２３ｂを個別に共通巻芯（巻芯２２ａ）に形成してロゴスキーコイル２２，２３を構成しているが、図２に示す電流センサ２Ｂのように、個別の巻芯２２ａ，２３ａを用いてロゴスキーコイル２２，２３を構成することもできる。

以下、この電流センサ２Ｂ、および電流センサ２Ｂを備えた電流検出装置１Ｂについて説明する。なお、この電流センサ２Ｂおよび電流検出装置１Ｂは、上記の電流センサ２Ａおよび電流検出装置１Ａと比較して、上記したように個別の巻芯２２ａ，２３ａを用いてロゴスキーコイル２２，２３を構成する点においてのみ相違し、これ以外の構成については同一である。また、動作についても同一である。このため、この相違する構成について主として説明し、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

電流検出装置１Ｂは、電流センサ２Ｂおよび信号処理部３を備え、電流路１１に流れている検出対象電流Ｉを検出する（検出対象電流Ｉの振幅に応じた振幅の検出電圧Ｖｉを出力する）。

電流センサ２Ｂは、センサ本体２１と、センサ本体２１内に配設された複数のロゴスキーコイル（本例では一例として、第１ロゴスキーコイル２２と第２ロゴスキーコイル２３の２つ）とを備えている。

第１ロゴスキーコイル２２は、一例として、巻芯２２ａ、巻線２２ｂ、巻き戻し線２２ｃ、および１組の出力電線２２ｄ，２２ｅを備えて構成されている。

巻芯２２ａは、電気的絶縁性および可撓性を有する非磁性材料（例えば、シリコーンゴムなど）を用いて断面形状が均一（よって、断面積も均一）な棒状に形成されている。また、巻芯２２ａは、センサ本体２１のほぼ全域に亘る長さに形成されている。巻線２２ｂは、巻芯２２ａの外周面にほぼ均等なピッチ（隙間）で、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１から他方の端部Ｐ２に亘って（つまり、巻芯２２ａの全体に亘って）螺旋状に巻回（巻回数はＮ１回）されて形成されている。また、巻線２２ｂを構成する導線におけるこの一方の端部Ｐ１側の端部は、出力電線２２ｄに接続されている。巻き戻し線２２ｃは、巻芯２２ａの中心部分に巻芯２２ａを貫通した状態（巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から他方の端部Ｐ２の端面に亘る状態）で配設されている。また、巻き戻し線２２ｃは、一例として、巻芯２２ａの一方の端部Ｐ１の端面から突出する一端部が出力電線２２ｅに接続され、巻芯２２ａの他方の端部Ｐ２の端面から突出する他端部が巻線２２ｂを構成する導線におけるこの他方の端部Ｐ２側の端部と接続されている。

第２ロゴスキーコイル２３は、一例として、巻芯２３ａ（巻芯２２ａとは別体）、巻線２３ｂ、巻き戻し線２３ｃ、および１組の出力電線２３ｄ，２３ｅを備えて構成されている。

巻芯２３ａは、電気的絶縁性および可撓性を有する非磁性材料（例えば、シリコーンゴムなど。巻芯２２ａと同じ材料であってもよいし、同等の特性を有する別の材料であってもよい。本例では一例として同じ材料）を用いて断面形状が均一（よって、断面積も均一）な棒状に形成されている。また、巻芯２３ａは、センサ本体２１のほぼ全域に亘る長さに形成されている。巻線２３ｂは、巻芯２３ａの外周面にほぼ均等なピッチ（隙間）で、巻芯２３ａの一方の端部Ｐ３から他方の端部Ｐ４に亘って（つまり、巻芯２３ａの全体に亘って）螺旋状に巻回（巻回数はＮ２回）されて形成されている。また、巻線２３ｂを構成する導線におけるこの一方の端部Ｐ３側の端部は、出力電線２３ｄに接続されている。巻き戻し線２３ｃは、巻芯２３ａの中心部分に巻芯２３ａを貫通した状態（巻芯２３ａの一方の端部Ｐ３の端面から他方の端部Ｐ４の端面に亘る状態）で配設されている。また、巻き戻し線２３ｃは、一例として、巻芯２３ａの一方の端部Ｐ３の端面から突出する一端部が出力電線２３ｅに接続され、巻芯２３ａの他方の端部Ｐ４の端面から突出する他端部が巻線２３ｂを構成する導線におけるこの他方の端部Ｐ４側の端部と接続されている。

このようにして巻芯２２ａに形成された第１ロゴスキーコイル２２、および巻芯２３ａに形成された第２ロゴスキーコイル２３は、図２に示すように、環状のときのセンサ本体２１の周方向（長さ方向でもある。センサ本体２１が棒状体のときには、その長さ方向）に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘るようにしてセンサ本体２１内にそれぞれ配設されている（つまり、各ロゴスキーコイル２２，２３はセンサ本体２１とほぼ同じ長さに形成されると共に一体的に構成されている）。なお、第１ロゴスキーコイル２２および第２ロゴスキーコイル２３は、縒り合わせた状態で配設してもよいし、縒り合わせない状態で配設してもよい。

また、第１ロゴスキーコイル２２および第２ロゴスキーコイル２３では、巻芯２２ａ，２３ａが個別（別体）であるため、巻芯２２ａ，２３ａの材料（その誘電率）、長さ、断面形状および断面積を揃えたり、材料（その誘電率）、長さ、断面形状および断面積のうちの少なくとも１つを相違させたりすることが可能である。また、巻線２２ｂの巻回数（Ｎ１）および巻線２３ｂの巻回数（Ｎ２）を揃えたり、相違させたりすることも可能である。本例では一例として、巻芯２２ａ，２３ａについては、材料、長さ、断面形状および断面積を揃え、巻回数（Ｎ１）および巻回数（Ｎ２）については、巻回数（Ｎ１）を巻回数（Ｎ２）よりも多くする構成を採用している。この巻回数の違いにより、図３または図４に示すように、第１ロゴスキーコイル２２は、第２ロゴスキーコイル２３の検出周波数帯域ＲＧ２を基準として、その検出周波数帯域ＲＧ１がより低域側にシフトした周波数特性（つまり、第２ロゴスキーコイル２３の周波数特性と異なる周波数特性）を有するものとなっている。

このように、この電流センサ２Ｂ、およびこの電流センサ２Ｂを備えた電流検出装置１Ｂによれば、センサ本体２１内に、周波数特性が互いに異なる複数のロゴスキーコイル（本例ではロゴスキーコイル２２，２３の２つ）をセンサ本体２１の長さ方向に沿って、かつセンサ本体２１のほぼ全域に亘ってそれぞれ配設したことにより、上記した電流センサ２Ａおよび電流検出装置１Ａと同等の効果を奏することができる。

また、この電流センサ２Ｂおよびこの電流検出装置１Ｂでは、各ロゴスキーコイル２２，２３が、ロゴスキーコイル２２，２３と同数の個別の巻芯２２ａ，２３ａのそれぞれに巻線２２ｂ，２３ｂを個別に形成して構成されている。この構成により、この電流センサ２Ｂおよび電流検出装置１Ｂによれば、巻芯２２ａ，２３ａの長さ、断面形状および断面積を揃えたり、長さ、断面形状および断面積のうちの少なくとも１つを相違させたりできるなど、設計の自由度を高めることができることから、所望の周波数特性（所望の検出周波数帯域）を備えた電流センサおよび電流検出装置を提供することができる。

また、上記の信号処理部３では、第１検出回路３１および第２検出回路３２のうちの検出周波数帯域がより低い第１ロゴスキーコイル２２に接続される第１検出回路３１側にゲイン調整アンプ３１ｂを配置する構成を採用しているが、第２検出回路３２のアンプ３２ｂについてもゲイン調整型のアンプとすることもできるし、逆に、検出周波数帯域の高い第２ロゴスキーコイル２３に接続される第２検出回路３２側のアンプだけをゲイン調整型とする構成を採用することもできる。

また、上記の各電流センサ２Ａ，２Ｂでは、各ロゴスキーコイル２２，２３の周波数特性を相違させるために巻線２２ｂ，２３ｂの巻回数Ｎ１，Ｎ２を相違させる構成を採用しているが、個別の巻芯２２ａ，２３ａを用いる電流センサ２Ｂでは、巻回数Ｎ１，Ｎ２を相違させる構成に代えて、または巻回数Ｎ１，Ｎ２を相違させる構成に加えて、巻芯２２ａ，２３ａの材料（その誘電率）、長さ、断面形状および断面積のうちの少なくとも１つを相違させる構成を採用して、周波数特性を相違させるようにしてもよい。

また、上記の電流検出装置１Ａ，１Ｂでは、ゲイン調整アンプ３１ｂのゲインを調整することにより、第１ロゴスキーコイル２２および第１検出回路３１で構成される検出系統のゲインと、第２ロゴスキーコイル２３および第２検出回路３２で構成される検出系統のゲインとを揃える好ましい構成を採用しているが、必要に応じて、上記の２つの検出系統のゲインを相違させる構成を採用することもできる。

また、上記の各電流センサ２Ａ，２Ｂでは、周波数特性の異なる２つのロゴスキーコイル２２，２３をセンサ本体２１内に配設する構成を採用しているが、センサ本体２１内に配設するロゴスキーコイル（互いに周波数特性の異なるロゴスキーコイル）の数は２つに限定されず、３つ、４つなど任意の数とすることができる。なお、この場合、信号処理部３を構成する検出回路の数は、ロゴスキーコイルの数に合わせるものとする。また、上記の各電流センサ２Ａ，２Ｂでは、加算回路３３を信号処理部３に含めることで、加算装置を別途用意する手間を省くことが可能な好ましい構成を採用しているが、加算回路３３を信号処理部３に含めない構成（加算回路３３を信号処理部３とは別体に設ける構成）を採用することもできる。

１Ａ，１Ｂ 電流検出装置
１１ 電流路
２１ センサ本体
２２，２３ ロゴスキーコイル
２２ａ，２３ａ 巻芯
２２ｂ，２３ｂ 巻線
３１，３２ 検出回路
Ｖ１，Ｖ２ 電圧
Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏ 検出電圧

Claims (5)

1. 検出対象電流の電流路を取り囲み可能な環状に形成されたセンサ本体と、
   前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内にそれぞれ配設されると共に周波数特性が互いに異なる複数のロゴスキーコイルとを備えている電流センサ。
2. 前記複数のロゴスキーコイルは、前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内に配設された共通巻芯に、当該ロゴスキーコイルと同数の巻線が個別に形成されて構成されている請求項１記載の電流センサ。
3. 前記複数のロゴスキーコイルは、前記センサ本体の長さ方向に沿って、かつ当該センサ本体のほぼ全域に亘って当該センサ本体内に配設された当該ロゴスキーコイルと同数の個別の巻芯のそれぞれに巻線が個別に形成されて構成されている請求項１記載の電流センサ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の電流センサと、
   前記複数のロゴスキーコイルに個別に接続されると共に、当該接続されたロゴスキーコイルの両端間に発生する誘導起電圧に基づいて前記検出対象電流の振幅に応じた振幅の検出電圧を出力する当該ロゴスキーコイルと同数の検出回路とを備えている電流検出装置。
5. 複数の前記検出回路から出力される前記検出電圧を加算して出力する加算回路を備えている請求項４記載の電流検出装置。

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