JP2521330Y2 - 直流電流検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、モータなどの駆動用のインバータ回路の直
流電流を検出する直流電流検出器に関する。

（従来の技術） 第７図は従来の直流電流検出器の一例を示す平面図で
あり、リング状の磁性体１のギャップ中に磁電変換素子
２を配置し、磁性体１のリング内に電流i₁を貫通させて
電流i₁に比例した磁束φ（次式（１））を形成させるこ
とで、この磁束φに比例した出力V₁（次式（２）），即
ち電流i₁に比例した出力V₁（次式（３））を磁電変換素
子２から得て電流i₁を検出するようになっている。

φ＝k₁・i₁（k₁：比例定数） ……（１） V₁＝k₂φ（k₂・比例定数） ……（２） 上式（１），（２）からV₁＝k₁・k₂・i₁ ……（３） ところが、磁電変換素子２からの出力V₁は高いdi/dt
に対してノイズが発生しやすく、そのためフィルタを入
れる必要があり、結果として応答が遅くなっていた。ま
た、検出電流i₁が高い周波数で変化すると上式（１）に
示すように検出電流i₁と比例関係にある磁束φも高い周
波数で変化するため、磁性体１に存在するヒステリシス
損とうず電流損が磁束φの変化の周波数に応じて大きく
なり、磁性体１が発熱するという問題があった。

また、第８図は従来の直流電流検出器の別の一例を第
７図に対応させて示す平面図であり、磁電変換素子２と
増幅器４の入力端とを接続し、増幅器４の出力端と磁性
体１に巻数N₁で巻装されたコイル３の一端とを接続し、
さらにコイル３の他端と抵抗ｒの抵抗器５の一端とを接
続して抵抗器５の他端を接地し、磁電変換素子２からの
出力を増幅器４で増幅させて磁束φを消灯する方向に負
帰還させ、磁束φを常にゼロに保って電流i₁に比例した
負帰還電流i₃（次式（４），（５））を得、その負帰還
電流i₃を抵抗器５にて電圧に変換し出力V₀（次式
（６））を得て電流i₁を検出するようになっている。

φ＝k₁（i₁−N₁・i₃） ……（４） 上式（４）においてφ＝０からi₃＝i₁／N₁ ……（５） 上式（５）から V₀＝ｒ・i₃＝ｒ・i₁／N₁ ……（６） ところが、大電流を検出する場合に上式（５）からわ
かるように磁束φを打灯す方向に多量の負帰還電流i₃を
流す必要があり、結果として消費電流が多くなってい
た。また、負帰還電流i₃を減らすにはコイル３の巻数N₁
を多くしなければならず（通常数千回）、高価になって
しまうという問題があった。

そこで、第９図に示すように磁電変換素子２と増幅器
４の入力端とを接続し、増幅器４の出力端及び磁性体１
に巻数N₂で巻装されたコイル３の一端と抵抗Ｒの抵抗器
５の一端とを接続し、さらにコイル３の他端と抵抗器５
の他端とを接続し、磁電変換素子２からの出力を増幅器
４で増幅させ、その出力V₁（次式（７））とコイル３か
らの出力電流i₂を抵抗器５にて電圧に変換した出力V
₂（次式（８））とを加算することで、出力電圧V
_out（次式（９））を得て電流i₁を検出するようになっ
ている直流電流検出器が本出願人によって提案されてい
る（特願平２−211121号）。

なお、磁電変換素子２及び増幅器４は第10図に示され
るような回路構成で実現されており、磁電変換素子２の
出力をＲ−Ｃフィルタ６に通すことで、ノイズに対しさ
らに強くすることができる。

V₁＝k₂・φ ……（７） V₂＝Ｒ・i₂ ……（８） V_out＝V₁＋V₂ ……（９） ここで、コイル３には磁束φの変化を妨げる方向に電
流i₂が流れ、抵抗器５の両端には電圧V₂が発生すること
から、磁束φを次式（10）及び（11）で表わすことがで
きる。

φ＝k₁（i₁−N₂・i₂） ……（10） φ＝（1/N₂）・∫V₂・dt ……（11） 上式（10）からi₂＝（i₁−φ／k₁）／N₂……（12） なお、 １）φ＝０のときV₁＝０ よって、上式（８），（９），（12）から V_out＝Ｒ・i₁／N₂ ……（13） ２）ｄφ/dt＝０のときV₂＝0,i₂＝０ よって、上式（７），（９），（10）から V_out＝k₁・k₂・i₁ ……（14） １）,2）の両条件の場合の出力V_outが等しくなるよう
に、上式（13），（14）からコイルの巻数N₂を求めると
次式（15）で表わすことができる。

N₂＝R/（k₁・k₂） ……（15） 上式（７），（８），（９），（11），（12），（1
5）をもとに、ラプラス変換を行なった第11図のブロッ
ク線図を用いて伝達関数を求めると次式（16），（17）
で表わすことができる。

V_out［Ｓ］＝k₁・k₂・i₁［Ｓ］ ……（16） 上式（16），（17）から、出力V_outは検出電流i₁と比
例関係にあり、磁束φは検出電流i₁に対して一次遅れの
関係となる。つまり、ｄφ/dtが小さくなるのでノイズ
が発生しにくく、磁束の周波数に応じて大きくなる磁性
体１内のヒステリシス損やうず電流損を低く抑えること
ができるので磁性体１の発熱も少ない。

また、検出電流i₁の作用によりコイル３に流れる電流
i₂をそのまま低インピーダンスの抵抗器５によって出力
V₂に変換して使用するため、ノイズの少ない非常に高速
の応答ができる。

（考案が解決しようとする課題） 上述した従来の直流電流検出器では、検出電流の過度
的な応答に対して磁性体が均一に磁化されないために、
コイルの巻かれる位置によっては磁電変換素子からの出
力にノイズが入り、良好な一次遅れ波形が得られない。
磁電変換素子ら良好な波形を得るためには磁電変換素子
付近の磁束の変化を抑えるようにギャップを覆ってコイ
ルを巻くのが望ましい。ところが、その際にギャップ中
での磁電変換素子の固定方法やギャップを覆ったコイル
の保持方法が問題となる。また、検出電流が高い周波数
で変化した場合に、コイルの配線の終端配線処理によっ
て、低インピーダンスの抵抗で出力を得るコイル側の出
力にインダクタンスが大きく影響し、かつ、外部からの
鎖交する磁束にコイル側の出力が反応してしまうという
問題がある。

本考案は上述した事情から成されたものであり、本考
案の目的は、磁性体中のギャップにおける磁電変換素子
の固定やコイルの保持が容易に行なえ、磁電変換素子及
びコイルからノイズの少ない良好な出力を得ることがで
きる直流電流検出器を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本考案は、磁性体中のギャップに配置され、検出電流
に応じた出力を発生する磁電変換素子と、前記磁性体に
巻装されたコイルと、前記磁電変換素子からの出力と前
記コイルからの出力される電流の検出値とを加算する加
算手段とを備えた直流電流検出器に関するものであり、
本考案の上記目的は、前記磁電変換素子を固定するプリ
ント基板を備え、前記コイルを前記ギャップと前記プリ
ント基板を覆うように巻装することによって達成され
る。更に前記コイルを保持するための凹部を前記プリン
ト基板に設けることで達成される。

（作用） 本考案にあっては、磁性体中のギャップとプリント基
板を覆うようにコイルを巻装すると共にプリント基板に
凹部を設けたので、プリント基板をコイルを保持するケ
ースの一部として利用できると共にギャップ中に磁電変
換素子を容易に固定でき、また磁電変換素子及びコイル
からのノイズの少ない良好な出力を得ることができる。

（実施例） 第１図（Ａ）は本考案の直流電流検出器の第１の実施
例を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）はその１−Ｉ断面
図、同図（Ｃ）はそのII−II断面図であり、第２図は全
体の斜視構造図である。プリント基板７上には磁電変換
素子２が接続されており、角形の磁性体１のギャップ中
に磁電変換素子２を容易に固定することができる。そし
て、プリント基板７の凹部がコイル３を保持するケース
８の一部としての役割を果たしているので、磁性体１の
ギャップとプリント基板７を覆うようにして巻装されて
いるコイル３により磁電変換素子２から一次遅れの波形
を良好に得ることができる。さらに、角形の磁性体１の
一辺に広く巻装されているコイル３により、磁性体１内
全体の磁束の変化量を少なくし、磁性体１内の発熱を低
く抑えることができる。また、コイル３の終端をプリン
ト基板７に接続し、プリント基板７上のパターンとする
ようにしているので、第９図の斜線部に示される部分を
小さくし、インダクタンスを少なく配置することが可能
である。その結果、コイル３からの出力は良好になる。

なお、コイル３を保持するケース８は、磁性体１のギ
ャップ部分には必須であるが、他の部分はプリント基板
７の凹部で十分保持可能である。

第３図（Ａ）は本考案の直流電流検出器の第２の実施
例を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）はそのIII−III断
面図であり、第４図は全体の斜視構造図である。角形の
磁性体１の二辺に広く巻装されているコイル３により、
磁性体１内全体の磁束の変化量を第１の実施例より少な
くし、磁性体１内の発熱を第１の実施例より低く抑える
ことができる。

第５図（Ａ）は本考案の直流電流検出器の第３の実施
例を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）はそのIV−IV断面
図であり、第６図は全体の斜視構造図である。丸形の磁
性体１のほぼ全週にわたって巻装されているコイル３に
より、磁性体１内全体の磁束の変化量を第２の実施例よ
り少なくし、磁性体１内の発熱を第２の実施例より低く
抑えることができる。

（考案の効果） 以上のように本考案の直流電流検出器によれば、磁性
体中のギャップにおける磁電変換素子の固定やコイルの
保持が容易にでき、磁電変換素子及びコイルからノイズ
の少ない良好な出力を得ることができるので、高精度で
あって低価格な直流電流検出器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本考案の直流電流検出器の第１の実施例
を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）はそのＩ−Ｉ断面
図、同図（Ｃ）はそのII−II断面図、第２図は第１の実
施例の斜視構造図、第３図（Ａ）は本考案の直流電流検
出器の第２の実施例を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）
はそのIII−III断面図、第４図は第２の実施例の斜視構
造図、第５図（Ａ）は本考案の直流電流検出器の第３の
実施例を示す一部断面平面図、同図（Ｂ）はそのIV−IV
断面図、第６図は第３の実施例の斜視構造図、第７図〜
第９図は従来の直流電流検出器の一例を示す平面図、第
10図は第９図の直流電流検出器の磁電変換素子及び増幅
器の回路構成図、第11図は第９図の直流電流検出器のブ
ロック線図である。 １……磁性体、２……磁電変換素子、３……コイル、４
……増幅器、５……抵抗器、６……フィルタ、７……プ
リント基板、８……ケース。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体中のギャップに配置され、検出電流
   に応じた出力を発生する磁電変換素子と、前記磁性体に
   巻装されたコイルと、前記磁電変換素子からの出力と前
   記コイルから出力される電流の検出値とを加算する加算
   手段とを備えた直流電流検出器において、前記磁電変換
   素子を固定するプリント基板を備え、前記コイルを前記
   ギャップと前記プリント基板を覆うように巻装したこと
   を特徴とする直流電流検出器。
2. 【請求項２】前記コイルを保持するための凹部を前記プ
   リント基板に設けた請求項１に記載の直流電流検出器。