JP2932332B2 - 電流センサ - Google Patents

電流センサ

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JP2932332B2
JP2932332B2 JP4175545A JP17554592A JP2932332B2 JP 2932332 B2 JP2932332 B2 JP 2932332B2 JP 4175545 A JP4175545 A JP 4175545A JP 17554592 A JP17554592 A JP 17554592A JP 2932332 B2 JP2932332 B2 JP 2932332B2
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道雄 酒井
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定すべき電流を、電
流値に関係なく高精度に検出する電流センサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】導体に流れる電流を、その電流により発
生する磁束に基づいて検出する従来の電流センサは図1
に示す如く構成されている。測定対象の電流が流れる導
体Aの外周側には、導体Aを囲繞する円環状をした磁性
体のコア1が配設されており、導体Aとコア1とが同心
的に配置されている。コア1にはコア1に発生した磁束
を電圧により検出する磁束検出コイル2が巻回されてお
り、磁束検出コイル2の両端子間には、磁束検出コイル
2の電流を検出する電流検出抵抗6が介装されている。
電流検出抵抗6の各端子は、電流検出端子t1 ,t2
各別に接続されている。
【0003】次にこの電流センサの動作を説明する。導
体Aに電流が流れると、その電流によってコア1に磁束
が発生する。コア1に発生した磁束が磁束検出コイル2
と鎖交して、磁束検出コイル2には導体Aに流れる電流
に応じた電圧が誘起され、それによって電流検出抵抗6
に電流が流れて電流検出抵抗6に電圧降下が生じる。こ
の電流検出抵抗6の端子電圧により導体Aの電流を検出
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、導体Aを
流れる電流が微小電流であると、コア1を励磁する励磁
電流の影響が大きくなる。そのため磁束検出コイル2に
誘起する電圧が小さくなり、電流検出抵抗6に発生する
電圧が小さくなって電流の検出誤差が大きくなる。した
がって小電流を高精度に検出できないという問題があ
る。本発明は斯かる問題に鑑み、測定すべき電流をその
電流値に関係なく高精度に検出できる電流センサを提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電流センサ
は、電流検出対象である導体を囲繞して配設され、前記
導体に流れる電流により発生する磁束を検出して電圧に
変換するロゴスキーコイルと前記ロゴスキーコイルの
一部に重ね巻きされ、前記導体に流れる電流により発生
する磁束を相殺すべ反転磁束を発生する励磁コイル
と、前記ロゴスキーコイルの出力電圧に対応した電流
記励磁コイルへ供給する電流供給部と、前記励磁コイ
への供給電流を検出する電流検出部とを備え、前記電
流供給部は前記ロゴスキーコイルの出力を増幅して
出力するオペアンプと、該オペアンプの出力が印加され
1次巻線及び該1次巻線への通電により誘起された電
流を増幅して、前記励コイルへ供給する2次巻線を備
える電流増幅トランスとを有することを特徴とする。
【0006】
【0007】
【0008】
【作用】本発明では、導体に流れる電流により発生した
磁束をロゴスキーコイルで検出すると、検出した磁束に
応じて電圧をオペアンプで増幅し、更にその出力を電流
増幅トランスで増幅して励磁コイルへ供給する。それに
より励磁コイルは、導体に流れる電流により発生した磁
束を相殺する磁束を発生し、電流検出部は、励磁コイル
に供給される電流に基づき前記導体に流れる電流を検出
する。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図2は本発明に係る電流センサの模式的構成図
である。測定対象の電流が流れる導体Aの外周側には導
体Aを囲繞する円環状をした磁性体のコア1が配設され
ており、導体Aとコア1とが同心配置されている。コア
1は、コア1に発生した磁束を電圧として検出する磁束
検出コイル2と、コア1に発生した磁束を相殺すべくコ
ア1を励磁する励磁コイル5とが巻回されている。
【0013】磁束検出コイル2及び励磁コイル5夫々の
巻数は例えば同数に選定されており、磁束検出コイル2
の巻回方向は、励磁コイル5の巻回方向に対して反対方
向となっている。磁束検出コイル2の各端子は電流供給
部3の入力端子3a,3b と接続されている。一方の入力端
子3aは抵抗r1 を介してオペアンプOPA の負入力端子−
と接続されており、その正入力端子+は接地されてい
る。また入力端子3bは接地されている。オペアンプOPA
の負入力端子−は抵抗r2 を介して、その出力端子otと
接続されるとともに、電流増幅トランス4の1次巻線4a
の一端と接続されており、1次巻線4aの他端は接地され
ている。
【0014】電流増幅トランス4の2次巻線4bの一端は
電流供給部3の一方の出力端子3cと接続されており、他
端は接地されている。電流供給部3の他方の出力端子3d
は接地されている。この1次巻線4aと2次巻線4bとの各
巻数は例えば同数に選定されている。出力端子3cは励磁
コイル5の一端と、出力端子3dは電流検出抵抗6を介し
て励磁コイル5の他端と接続されている。電流検出抵抗
6の両端子は電流検出端子t1 ,t2 と各別に接続され
ている。
【0015】次にこのように構成した電流センサの動作
を説明する。導体Aに電流が流れると、その電流により
コア1に磁束が発生し、その磁束が磁束検出コイル2と
鎖交して、磁束検出コイル2に電圧が誘起される。この
電圧により抵抗r1 を介してオペアンプOPA に電流が供
給され、抵抗r1 で電圧に変換された電圧をオペアンプ
OPA が増幅し、位相が 180°変化した電流が電流増幅ト
ランス4の1次巻線4aに流れる。それにより2次巻線4b
に電圧が誘起され、位相が 180°変化した電流が励磁コ
イル5に流れる。磁束検出コイル2の電流位相と励磁コ
イル5の電流位相とが同位相となっているが、励磁コイ
ル5の巻回方向を磁束検出コイル2の巻回方向と反対に
しているので、励磁コイル5の電流によりコア1に発生
している磁束を相殺させる。
【0016】このようにして励磁コイル5に流れる電流
により、電流検出抵抗6に電圧降下が生じて、電流検出
端子t1 ,t2 間には、磁束を相殺させる電流、即ち導
体Aに流れる電流に応じた電圧が得られる。そのため、
この電流検出端子t1 ,t2間の電圧によって、導体A
に流れる電流を検出できる。このように励磁コイル5に
流れる電流は導体Aに流れる電流により発生した磁束を
相殺すべく流れるものであるから、コア1の励磁電流の
影響をうけずに導体Aの電流を高精度に検出できること
になる。
【0017】図3は本発明の他の実施例を示す電流セン
サの模式的構成図である。導体Aの外周側には、導体A
を囲繞するようにロゴスキーコイル7からなる磁束検出
コイル2を配設している。ロゴスキーコイル7の円周方
向の一部分には、ロゴスキーコイル7の外周側に適宜巻
数の励磁コイル5を重ね巻きしている。ロゴスキーコイ
ル7の両端子は、電流供給部3の入力端子3a,3b と各別
に接続されている。それ以外の構成は図2に示された構
成と同様となっており、同一構成部分には同符号を付し
ている。
【0018】この電流センサは、導体Aに流れると、そ
の電流によりロゴスキーコイル7に電圧が誘起し、その
電圧による電流が電流供給部3へ供給される。そして電
流供給部3から、前述したと同様に導体Aに流れた電流
により発生した磁束を相殺する電流が励磁コイル5に供
給される。それにより電流検出端子t1 ,t2 間には、
図2に示す電流センサの場合と同様にして、導体Aの電
流に応じた電圧が発生する。したがって、この電流検出
端子t1 ,t2 間の電圧を測定することにより導体Aの
電流を検出できる。なお、この電流センサは、磁束を検
出するロゴスキーコイルが空心であるため、大電流の検
出に適し、高速のパルス電流を高精度に測定できる。
【0019】図4は巻数が異なる磁束検出コイル2及び
励磁コイル5の他の実施例を示す模式的構成図である。
コア1に磁束検出コイル2及び励磁コイル5が巻回され
ている。励磁コイル5の巻数を、磁束検出コイル2の巻
数より大きい値に選定されている。このように構成する
と、励磁コイル5に小電流を供給してコア1に発生した
磁束を相殺することができるので、電流供給部3の電流
容量を小さくできる。
【0020】図5は本発明の更に別の実施例を示す電流
センサの模式的構成図である。導体Aの外周側には、導
体Aを囲繞するC字状をした磁性体のコア1を配設して
いる。C字状をしているコア1の円周上の一部分に形成
したギャップ部1aには、磁束に応じた電圧を誘起するホ
ール素子、又はファラデー効果を利用した光電流素子か
らなる磁束検出体10を配設している。磁束検出体10の両
出力端子は、電流供給部3の入力端子3a,3b と各別に接
続されている。それ以外の構成は図2に示す電流センサ
の構成と同様となっており、同一構成部分には同符号を
付している。
【0021】この電流センサは、導体Aに電流が流れる
と、その電流によりコア1に磁束が発生する。この磁束
が磁束検出体10であるホール素子又は光電流素子に作用
して、磁束検出体10から磁束に応じた電圧又は偏光角が
得られて、電流供給部3へ入力される。それにより、電
流供給部3から導体Aの電流を相殺する電流が励磁コイ
ル5に流れて、電流検出端子t1 ,t2 間には、導体A
に流れる電流に応じた電圧が得られ、この電圧を測定す
ることによって、導体Aの電流を高精度に検出できる。
そして、このような磁束検出体10を用いた場合には、電
流の直流成分を検出することが可能になる。また光電流
素子を用いた場合は、導体Aに対する絶縁性を高め得、
電磁ノイズの影響をうけることがない。
【0022】本実施例では磁束検出コイル2の電流位相
と同位相の電流を励磁コイル5に供給したが、逆相とし
てもよく、その場合は磁束検出コイル2の巻回方向と、
励磁コイル5の巻回方向とを同方向にすれば同様の効果
が得られる。また電流増幅トランス4の巻数比を1対1
とした場合には、オペアンプOPA の増幅度に応じ、例え
ば増幅度が10倍である場合は、磁束検出コイル2の巻数
に対し、励磁コイル5の巻数を1/10にすることにより、
コア1に発生した磁束を相殺できる。更に、励磁コイル
5に供給する電流を検出するために電流検出抵抗6を用
いたが、電流検出リアクトルを用いてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の電流センサ
は、測定対象である導体に流れる電流により発生した磁
束をロゴスキーコイルを用いて検出し、検出した磁束に
応じた電圧をオペアンプで増幅し、更にその出力を電流
増幅トランスにて増幅し、励磁コイルに与えることで、
導体に流れる電流によって形成される磁束を相殺するこ
とが出来、導体に流れる電流による磁束の影響をうけず
に、導体に流れる電流を高精度に検出できる電流センサ
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電流センサの模式的構成図である。
【図2】本発明に係る電流センサの模式的構成図であ
る。
【図3】本発明に係る電流センサの他の実施例を示す模
式的構成図である。
【図4】磁束検出コイル及び励磁コイルの他の実施例を
示す模式的構成図である。
【図5】本発明に係る電流センサの別の実施例を示す模
式的構成図である。
【符号の説明】
1 コア 2 磁束検出コイル 3 電流供給部 4 電流増幅トランス 5 励磁コイル 6 電流検出抵抗 10 磁束検出体 OPA オペアンプ A 導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼倉 弘 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機株式会社 生活システム研究所内 (56)参考文献 特開 平3−115870(JP,A) 特開 平2−291973(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 15/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流検出対象である導体を囲繞して配設
    され、前記導体に流れる電流により発生する磁束を検出
    して電圧に変換するロゴスキーコイルと前記ロゴスキ
    ーコイルの一部に重ね巻きされ、前記導体に流れる電流
    により発生する磁束を相殺すべ反転磁束を発生する励
    コイルと、前記ロゴスキーコイルの出力電圧に対応し
    電流を前記励磁コイルへ供給する電流供給部と、前記
    励磁コイルへの供給電流を検出する電流検出部とを備
    え、 前記電流供給部は前記ロゴスキーコイルの出力を増
    幅して出力するオペアンプと、該オペアンプの出力が印
    加される1次巻線及び該1次巻線への通電により誘起さ
    れた電流を増幅して、前記励コイルへ供給する2次巻
    線を備える電流増幅トランスとを有することを特徴と
    する電流センサ。
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