JP3028890U - トロイダルコイルを有する電流検出器 - Google Patents

トロイダルコイルを有する電流検出器

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正浩 塚本
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ナナエレクトロニクス株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高忠実度で作動する電流検出器を小型軽量化
して安価に提供せんとするものである。 【解決手段】 被測定電流が流れる導体５の周りにトロ
イダルコイル2a，2bとその出力を電圧信号に変換するた
めの電子回路４とを配設するとともにこれらを該導体５
を貫通させる貫通孔部10を有するケース11，13内に収容
して一体構成とし、被測定電流により導体５の周りに発
生する磁場を前記トロイダルコイル2a，2bで感知し、そ
の出力を電圧に変換して所望の信号処理を施して電流検
出を行うようにする。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は電流検出器、特に、被測定回路から絶縁して電流を測定する電流検出 器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定回路から絶縁された状態で電流を測定する方法としては、電流変 成器を用いる電流検出器やホール素子を用いる電流検出器が知られている。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の電流検出器はいずれも磁芯を使用しており、この磁芯と して磁性体を用いるている関係上、高周波領域において使用時に磁気損失に起因 して磁性体が発熱したり、あるいは大電流領域において磁気飽和が生じるため、 使用周波数や使用電流容量が制限されるようになる。また、パルス電流等の非正 弦波形状の電流波形を忠実に観測し測定することが困難であった。
【０００４】 本考案はこれらの欠点を解決し、被測定電流によって発生する磁場を収束する ための磁性体や磁場を感知するための磁電変換素子を使用することなく、高忠実 度で作動し、且つ小型軽量化された安価な電流検出器を提供せんとするものであ る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本考案は被測定電流が流れる導体の周りに配設されるトロイダルコイルと電子 回路とを一体に設けて成る電流検出器において、被測定電流が流れる導体の周り に発生する磁場を前記トロイダルコイルで感知し、その出力を電圧に変換して所 望の信号処理を施すとともに、該導体を貫通させる貫通孔部と、前記トロイダル コイルの出力を電圧信号に変換するための電子回路とを一体構造に形成したこと を特徴とする。
【０００６】
【作用】本考案によれば、これら環状コイルの中心部に導体を挿通するだけ で、これに流れる電流により生ずる磁束の時間的変化をこれらコイルで誘起電圧 として検出し、この電圧を積分することによって電流波形を忠実に再現し得るよ うにする。従って電流が高周波電流の場合は勿論、非正弦波電流の、例えばパル ス波形の電流の場合にも極めて良好な測定を行うことができる。
【０００７】 また、本考案の好適な例では前記貫通孔部に前記導体を貫通し、前記トロイダ ルコイルを空芯型トロイダルコイルとし、前記導体に流れる被測定電流を電気的 に絶縁した状態で検出し得るようにする。
【０００８】 本考案によれば、従来の電流検出器では得られなかった非正弦波形状の電流あ るいは高周波電流を正確に検出することができるとともに電流波形を広範囲に亘 って忠実に観測することができる。また、本考案電流検出器は鉄心等の磁性体を 磁芯として使用していないので、小型軽量な電流検出器を造ることができ、しか も被測定電流から絶縁した状態で電流値を測定することができる。
【０００９】
【実施例】
本考案電流検出器はその原理を図１および図２に示すように、同一円周上に導 線１を一様な巻回密度で巻回したコイルを環状に配置して形成した空芯トロイダ ルコイル２ａまたはロゴスキーコイル２ｂと、これらコイルの出力を処理する積 分回路を可とする検出回路３を有する電子回路４とにより構成する。
【００１０】 電流を測定する場合には、これら環状コイル２ａまたは環状コイル２ｂの中心 部に導体５を挿通してこれに流れる電流によって形成される磁束の時間的変化を これらコイル２ａまたは２ｂで誘起電圧として検出し、この電圧を積分すること によって所望の電流を計測し得るようにする。コイルの巻回密度は任意とし、本 例では、空芯トロイダルコイル２ａに対し巻回密度を例えば200、150、100、50ター ンとし、ロゴスキーコイル２ｂに対し巻回密度を例えば200、100、80ターンとする ことができる。
【００１１】 かかる電流検出器の実際の構造を図３および図４につき以下に説明する。 即ち、図３はプリント基板に搭載可能な形状とした例を示し、図４は筺体取付 け型とした例を示す。図３に示す電流検出器は、樹脂等の絶縁材料で成形され、 貫通孔部10を有するケース11内に前記空芯トロイダルコイル２ａまたはロゴスキ ーコイル２ｂと電子回路４とを装着するとともに例えばエポキシ樹脂を充填して 形成する。また、このケース11には複数の貫通導体12を設けて電子回路４の出力 端子を構成する。
【００１２】 さらに、図４に示す電流検出器は、樹脂等の絶縁材料で成形され、貫通孔部10 を有するケース13内に前記空芯トロイダルコイル２ａまたはロゴスキーコイル２ ｂと電子回路４とを装着するとともに例えばエポキシ樹脂を充填して形成する。 さらにこのケース13には複数の貫通導体14を設けて電子回路４の出力端子を構成 する。
【００１３】 斯様に構成した本考案電流検出器により電流を測定する場合には、被測定電流 が流れる導体５を貫通孔部10内に挿通する。従って導体５に流れる電流によって 形成される磁束の時間的変化をこれらコイル２ａまたは２ｂで誘起電圧として検 出し、この電圧を積分することによって電流波形を再現し得るようにする。従っ て電流が高周波電流の場合は勿論、非正弦波電流の場合にも極めて良好に電流を 測定することができる。
【００１４】 本考案による電流検出器を使用して測定した電流の実測値の一例を下表１に示 す。 この際の本考案電流検出器の種々の箇所の寸法は次の通りである。即ち、トロ イダルコイルの同心円の円周125 mm、同心円の直径40 mm 、空芯コイルの巻回数 200 ターン、空芯コイルの断面積20 mm2コイルのインダクタンス８ mH 、コイル に使用した電線の直径0.5 mmであり、積分回路への供給電源±15Ｖを使用した。
【００１５】 表１ 出力電圧特性 （空芯コイル 200 ターン） 被測定電流 周 波 数 IfA 5Hz 500Hz 5KHz 50KHz 500KHz 10A 0.04V 0.04V 0.05V 0.05V 0.05V 50 0.24 0.24 0.25 0.25 0.20 100 0.49 0.49 0.50 0.50 0.50 500 2.49 2.49 2.50 2.50 2.50 1000 4.49 5.00 5.00 5.00 5.00 2000 9.98 9.99 10.00 10.01 10.00
【００１６】 上記測定結果から明らかなように、本考案電流検出器の周波数特性は従来の電 流検出器に比べて、高周波領域で非常に優れており、従来困難とされていた高周 波数領域での電流検出が可能となった。
【００１７】 また、被測定電流を広範囲に検出することができるようにするために、空芯コ イルの巻回数を変化させて試験した結果、下表２に示すような良好な結果を得る ことができた。この場合の巻回数は一例として50、100、500ターンとした。
【００１８】 表２ 出力電圧特性 (空芯コイルの巻回数を変化させた場合：周波数50Hz） 被測定電流 200 ターン 100ターン 50ターン If A 10A 0.04V 0.02V 0.01V 50 0.24 0.12 0.06 100 0.49 0.25 0.13 500 2.49 1.25 0.65 1000 5.00 2.50 1.25 2000 9.99 5.00 2.50 4000 … 10.00 5.00 5000 … 12.50 6.25 7000 … … 8.75 10000 … 12.50
【００１９】 上表から明らかなように、本考案電流検出器によれば、特に少巻回数のコイル を用いても電流を10A 程度から10000A程度まで広範囲に亘って測定するすること ができ、しかも構成を著しく簡単とするとともに小型化することができる利点が ある。
【００２０】 これがため、従来の電流検出器では得られなかった非正弦波の電流あるいは高 周波電流を正確に検出することができるとともに忠実な電流波形の観測を行うこ とができる。 また、本考案電流検出器は鉄心等の磁性体を検出コイルの磁芯として使用して いないので、小型軽量な電流検出器を造ることができるとともに被測定電流から 絶縁して電流値を測定できる。
【００２１】
【考案の効果】
上述したように、本考案の空芯トロイダルコアを利用した電流検出器は、磁性 体を磁芯として利用した従来の方式の電流検出器と比較してかかる磁芯を使用し ないため磁気飽和がなく従って広範囲な検出電流容量で電流を検出することがで き、また、周波数特性がきわめて良好なため、従来困難であった電流の立上がり 、立下がり時間の速い電流波形を精度良く観測し測定することができる。 さらに、本考案は前記特性を効果的に発揮でき、且つ実用に供するために、被 測定電流を貫通させることのできる貫通孔部と空芯コイルおよび電子回路を一体 構造としため、容易にプリント基板搭載可能な形状（図３参照）および筺体取付 け可能な形状（図４参照）とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案電流検出器の第１実施例の原理を示す説
明図である。
【図２】本考案電流検出器の第２実施例の原理を示す説
明図である。
【図３】（ａ）本考案電流検出器の第１実施例の構成を
示す斜視図であり、（ｂ）同じくそのＩ−Ｉ線上の断面
図である。
【図４】（ａ）本考案電流検出器の第２実施例の構成を
示す斜視図であり、（ｂ）同じくそのII−II線上の断面
図である。
【符号の説明】
１ 導体 ２ａ コイル ２ｂ コイル ３ 検出回路 ４ 電子回路 ５ 導体 10 貫通孔 11,13 ケース 12,14 出力端子

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定電流が流れる導体の周りに配設さ
    れるトロイダルコイルと電子回路とを一体に設けて成る
    電流検出器において、被測定電流が流れる導体の周りに
    発生する磁場を前記トロイダルコイルで感知し、その出
    力を電圧に変換して所望の信号処理を施すとともに、該
    導体を貫通させる貫通孔部と、前記トロイダルコイルの
    出力を電圧信号に変換するための電子回路とを一体構造
    に形成したことを特徴とする電流検出器。
  2. 【請求項２】 前記貫通孔部に前記導体を貫通し、前記
    トロイダルコイルを空芯型とし、前記導体に流れる被測
    定電流を電気的に絶縁して検出し得るようにしたことを
    特徴とする請求項１に記載の電流検出器。
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