JP3093532B2 - DC current sensor - Google Patents

DC current sensor

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JP3093532B2
JP3093532B2 JP05234070A JP23407093A JP3093532B2 JP 3093532 B2 JP3093532 B2 JP 3093532B2 JP 05234070 A JP05234070 A JP 05234070A JP 23407093 A JP23407093 A JP 23407093A JP 3093532 B2 JP3093532 B2 JP 3093532B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28Current transformers
    • H01F38/30Constructions
    • H01F2038/305Constructions with toroidal magnetic core

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、直流の漏電ブレーカ
ー等の直流電流センサーに係り、構造が比較的簡単であ
り、特に微小な電流の変化に対しても、優れた検出能力
を有し、特に、出力特性のヒステリシスを防止した高感
度の直流電流センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC current sensor such as a DC earth leakage breaker, which has a relatively simple structure and has an excellent detection capability even for a minute current change. In particular, it relates to a high-sensitivity DC current sensor that prevents hysteresis of output characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近は、インバーターを内蔵した電気機
器や電気自動車等、直流を使用した機器が増加している
が、これらの各種機器に組込まれている直流モータの負
荷を検知し、所要の制御を行うためのセンサーや、直流
漏電ブレーカー等に使用される直流電流センサーの必要
性が高まってきた。
2. Description of the Related Art Recently, devices using DC such as electric devices and electric vehicles with built-in inverters have been increasing. However, the load of a DC motor incorporated in these various devices is detected and required power is detected. There has been an increasing need for sensors for controlling and DC current sensors used for DC earth leakage breakers and the like.

【0003】交流の漏電ブレーカー等に用いられる電流
センサーとしては、カレントトランスを応用したものが
広く知られている。しかし、先に説明した直流を使用し
た機器に用いる漏電ブレーカー等にはこの構成を採用す
ることができず、従来から直流電流センサーとして知ら
れるシャント抵抗方式、マグアンプ方式、磁気マルチバ
イブレータ方式(特開昭47−1644号、特開昭53
−31176号、特開昭59−46859号)、ホール
素子方式等の採用が検討されている。
As a current sensor used for an AC leakage breaker or the like, a current sensor to which a current transformer is applied is widely known. However, this configuration cannot be adopted for the earth leakage breaker or the like used for the device using DC described above, and the shunt resistance method, the mag amplifier method, and the magnetic multivibrator method conventionally known as DC current sensors (Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-1644, Japanese Unexamined Patent Publication No. 53
Japanese Patent Application Laid-Open No. 31176, JP-A-59-46859), and adoption of a Hall element system and the like are being studied.

【0004】シャント抵抗方式は、被検出導線に直列に
シャント抵抗を配置し、該シャント抵抗の両端部に発生
する電位差を検出する方式である。また、マグアンプ方
式、磁気マルチバイブレータ方式は、いずれもトロイダ
ル状に検出コイルを巻回してなる軟質磁性材料のコアを
用い、そのコアの内側に被検出導線を貫通させ、該被検
出導線に流れる直流電流にて軟質磁性材料のコアを飽和
磁束密度(Bs)以内で直流偏磁させることにより、予
めコアに巻回されたコイルに交流電流を通電することに
より発生した交番磁束が正、負の方向で飽和に達する時
間にアンバランスを発生させ、その変化を前記検出コイ
ルにて検出する方式であり、前者の方式では予めコア内
に磁束変化を与えるため、コアに励磁コイルを巻回して
所定値の交流電流を通電する構成を採用するものである
が、後者の方式では検出コイルと接続する回路中の半導
体等の作用により自励発振させ、被検出電流に応じて発
振波形のデューティー比を変えて発振する構成からなっ
ている。
[0004] The shunt resistance method is a method in which a shunt resistor is arranged in series with a conductor to be detected, and a potential difference generated at both ends of the shunt resistor is detected. The mag-amp system and the magnetic multivibrator system each use a core of a soft magnetic material formed by winding a detection coil in a toroidal shape, penetrate a detected wire inside the core, and apply a direct current flowing through the detected wire. Alternating magnetic flux generated by applying an alternating current to a coil wound on the core in advance by direct current demagnetization of the core of the soft magnetic material within the saturation magnetic flux density (Bs) by electric current, in the positive and negative directions In the former method, an imbalance is generated at the time of reaching saturation, and the change is detected by the detection coil. In the former method, a magnetic flux is changed in the core in advance. In the latter method, self-excited oscillation is performed by the action of a semiconductor or the like in a circuit connected to the detection coil, and according to the current to be detected. By changing the duty ratio of the oscillation waveform consists configured to oscillate.

【0005】さらに、ホール素子方式は、一部にホール
素子を配置する空隙部を形成してなる軟質磁性材料のコ
アに直接被検出導線をトロイダル状に巻回し、該被検出
導線に流れる直流電流の変化に基づくコア内の磁束変化
を直接ホール素子にて検知する構成からなっている。
Further, in the Hall element method, a detected wire is wound in a toroidal shape directly on a core of a soft magnetic material having a void portion in which a Hall element is disposed, and a DC current flowing through the detected wire is provided. Of the magnetic flux in the core based on the change of the magnetic field.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各方式
からなる直流電流センサーは、以下の理由により直流漏
電ブレーカー等の微小な電流の変化に対応できる構成と
は言い難く、高感度の直流電流センサーとして実用に至
っていないのが現状である。すなわち、シャント抵抗方
式では、シャント抵抗自体が被検出導線を含む回路中に
電気的な抵抗として配置されるため、該回路における電
気的な損失が増大し、電気的な効率が悪いという欠点を
有している。また、上記電気抵抗の両端に発生した電位
差を検出するための検出回路が被検出導線に直接接続さ
れるため、これら検出回路と被検出導線との電気的な絶
縁が困難であり、例えば、該検出回路とマイコン制御回
路等の応用回路と直接接続することができず、汎用性に
乏しいという欠点をも有している。
However, the DC current sensor of each of the above types cannot be said to have a configuration capable of coping with a minute current change such as a DC leakage breaker for the following reasons. At present, it has not been put to practical use as a sensor. In other words, the shunt resistor method has a disadvantage that the shunt resistor itself is arranged as an electrical resistor in a circuit including the detection target wire, so that the electrical loss in the circuit increases and the electrical efficiency is poor. doing. Further, since a detection circuit for detecting a potential difference generated at both ends of the electric resistance is directly connected to the detected conductor, it is difficult to electrically insulate these detection circuits and the detected conductor. There is also a drawback that the detection circuit cannot be directly connected to an application circuit such as a microcomputer control circuit, and the versatility is poor.

【0007】このような欠点を有するとともに、このシ
ャント抵抗方式を漏電ブレーカーに採用するためには、
被検出導線の回路中に2つのシャント抵抗を配置するこ
とが必要となるが、各々のシャント抵抗を同一特性に揃
えることは実質的に困難であり、高精度の電位差測定を
実現することができない。しかも、各々のシャント抵抗
に接続する検出回路にて測定される電位差を比較対照し
て、わずかな漏電を検出するためには互いの検出回路を
非常に複雑な電気回路にて接続することが必要となり、
実用性の高い直流電流センサーとして提供することは困
難である。
[0007] In addition to having such a drawback, in order to adopt this shunt resistance method in an earth leakage breaker,
Although it is necessary to arrange two shunt resistors in the circuit of the conductor to be detected, it is practically difficult to make each shunt resistor have the same characteristics, and it is not possible to realize highly accurate potential difference measurement. . In addition, it is necessary to connect each other's detection circuits with very complicated electric circuits to detect slight leakage by comparing and comparing the potential difference measured by the detection circuits connected to each shunt resistor. Becomes
It is difficult to provide a highly practical DC current sensor.

【0008】マグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ
方式においては、検出回路と被検出導線との電気的な絶
縁が可能であるが、先に説明した通り、被検出導線に流
れる直流電流にて軟質磁性材料のコアをほぼ飽和磁束密
度(Bs)付近にまで飽和させるよう直流偏磁させるこ
とが必要である。パーマロイ等の公知の軟質磁性材料を
コアとして用いた場合、例えば、被検出導線に流れる電
流が数10mA程度の場合は、該被検出導線を軟質磁性
材料のコアに数10ターンから数100ターン以上巻回
する必要があり、本来、被検出導線の1ターン貫通を要
求される漏電ブレーカー等の直流電流センサーとして使
用することは困難であった。
In the mag-amp system and the magnetic multivibrator system, the detection circuit and the conductor to be detected can be electrically insulated. However, as described above, the direct current flowing through the conductor to be detected makes the soft magnetic material harder. It is necessary to perform DC bias so as to saturate the core to approximately the saturation magnetic flux density (Bs). When a known soft magnetic material such as Permalloy is used as the core, for example, when the current flowing through the detected wire is about several tens mA, the detected wire is connected to the soft magnetic material core by several tens to several hundred turns or more. It was necessary to wind the wire, and it was originally difficult to use it as a DC current sensor for an earth leakage breaker or the like that required one turn of the conducting wire to be detected.

【0009】ホール素子方式においても、これらの検出
能力は、ホール素子の特性によって必然的に決定される
ことから、現在公知のホール素子を用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数10mA程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数100ター
ンから数1000ターン以上巻回する必要があり、上記
のマグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式と同様
に、被検出導線の1ターン貫通を要求される漏電ブレー
カー等の直流電流センサーとして使用することは困難で
あった。
In the Hall element system, these detection capabilities are inevitably determined by the characteristics of the Hall element. Therefore, when a currently known Hall element is used, for example, the current flowing through the conductor to be detected is several tens mA. In this case, it is necessary to wind the wire to be detected around a core of a soft magnetic material from several hundred turns to several thousand turns or more. As in the case of the above-described mag-amplifier method and magnetic multivibrator method, one turn of the detected wire is required. It has been difficult to use as a DC current sensor such as an earth leakage breaker that requires penetration.

【0010】この発明は、上記の問題点を解消し、構造
が比較的簡単であり、直流の漏電ブレーカー等、特に微
小な電流の変化に対しても、優れた検出能力を有し、特
に、出力特性のヒステリシスを防止した高感度の直流電
流センサーの提供を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, has a relatively simple structure, and has an excellent detection capability even for a small current change such as a DC leakage breaker. It is an object of the present invention to provide a high-sensitivity DC current sensor that prevents hysteresis of output characteristics.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】発明者らは、検出コイル
をトロイダル状に巻回する環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内側に被検出導線を貫通配置し、これに直流
電流を流すと、その直流電流の方向に対して右回りの磁
場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が発生するが、被検
出導線に流れる電流が直流であることから磁束Φ0は一
定であり、検出コイルには起電力が発生しないことに着
目し、上記検出コアの一部に磁気的なギャップを形成
し、この部分を磁性体にて開閉することで磁気スイッチ
を構成し、該磁気スイッチにて磁束Φ0を時間的に変化
(ON−OFF)させることによって検出コイルに起電
力を発生させることを検討した。
Means for Solving the Problems The present inventors dispose a lead to be detected inside a detection core made of an annular soft magnetic material around which a detection coil is wound in a toroidal shape, and apply a direct current to this. , the magnetic field clockwise is generated with respect to the direction of the DC current, but the magnetic flux [Phi 0 is generated in the detecting core, a magnetic flux [Phi 0 since the current flowing through the lead wire being detected is the DC is constant, the detection Focusing on the fact that no electromotive force is generated in the coil, a magnetic switch is formed by forming a magnetic gap in a part of the detection core and opening and closing this part with a magnetic material. The generation of electromotive force in the detection coil by changing the magnetic flux Φ 0 with time (ON-OFF) was studied.

【0012】さらに、発明者らは、上記の構成をより実
現性の高いものとすべく種々検討した結果、機械的な磁
気スイッチにかえて、被検出導線に流れる直流電流によ
って検出コア内に発生する周方向の磁束に対して、略直
交方向に発生する磁束によって前記検出コアの一部に周
期的に磁気的なギャップを形成する手段を配置し、実質
的に上記の磁気スイッチと同様な作用を実現することに
よって、目的が達成できることを確認した。具体的な構
成としては、検出コアの一部に、検出コアの周方向に対
して直角方向に接続して環状を形成する軟質磁性材料か
らなる励磁コアを一体的に配置するとともに、励磁コア
に励磁コイルをトロイダル状に巻回配置し、さらに該励
磁コイルに交流電流を印加することによって励磁コアを
検出コアの周方向に対して直角方向に励磁し、検出コア
と励磁コアとの直交部を周期的に磁気的に飽和させるこ
とによって、この磁気的に飽和した直交部分を実質上の
磁気的なギャップとする構成が採用できる。すなわち、
上記検出コアの磁気的に飽和した直交部分の比透磁率μ
は限りなく1に近づくことから、この磁気的に飽和した
部分が磁気的なギャップと同様な機能を果たし、検出コ
ア内の磁束Φ0が一定周期にて減少し、その磁束の変化
に伴い検出コイルに起電力を発生させることが可能とな
ったのである。
Further, the present inventors have conducted various studies to make the above configuration more feasible. As a result, instead of using a mechanical magnetic switch, a DC current generated in a detection target wire is generated in a detection core. Means for periodically forming a magnetic gap in a part of the detection core by a magnetic flux generated in a substantially orthogonal direction with respect to a circumferential magnetic flux to be provided, and have substantially the same operation as the above magnetic switch. It has been confirmed that the objective can be achieved by realizing. As a specific configuration, an excitation core made of a soft magnetic material that is connected in a direction perpendicular to the circumferential direction of the detection core and forms an annular shape is integrally disposed on a part of the detection core, and the excitation core is An exciting coil is wound in a toroidal shape, and an exciting current is applied to the exciting coil to excite the exciting core in a direction perpendicular to the circumferential direction of the detecting core, and an orthogonal portion between the detecting core and the exciting core is formed. By periodically magnetically saturating, it is possible to adopt a configuration in which the magnetically saturated orthogonal portion is substantially a magnetic gap. That is,
The relative permeability μ of the magnetically saturated orthogonal portion of the detection core
Since it approaches 1 indefinitely, this magnetically saturated portion performs the same function as a magnetic gap, and the magnetic flux Φ 0 in the detection core decreases at a fixed cycle, and the magnetic flux Φ 0 is detected as the magnetic flux changes. This made it possible to generate an electromotive force in the coil.

【0013】図1に基づいて説明すると、内側に前記被
検出導線1を貫通配置する環状の軟質磁性材料からなる
検出コア2に、検出コイル3をトロイダル状に巻回配置
するとともに、該検出コア2の一部に、検出コア2の周
方向に対して直角方向に接続して環状を形成する軟質磁
性材料からなる励磁コア4を一体的に配置してなり、か
つ該励磁コア4に励磁コイル5をトロイダル状に巻回配
置して直流電流センサーを構成し、前記励磁コイル5に
交流電流を印加することによって励磁コア4を検出コア
2の周方向に対して直角方向に励磁し、検出コア2と励
磁コア4とのコア直交部6(図中斜線部)を周期的に磁
気的に飽和させることによって、被検出導線1を流れる
直流電流Iに基づき検出コア3に発生する磁束を変調
し、検出コイルに励磁電流の2倍の周波数の起電力を出
力させることにより、被検出導線1を流れる直流電流I
を検出することが可能になったのである。
Referring to FIG. 1, a detection coil 3 is wound in a toroidal shape on a detection core 2 made of an annular soft magnetic material through which the detection target wire 1 is disposed. An excitation core 4 made of a soft magnetic material connected in a direction perpendicular to the circumferential direction of the detection core 2 to form an annular shape is integrally disposed on a part of the 5 is wound in a toroidal shape to form a DC current sensor, and an AC current is applied to the exciting coil 5 to excite the exciting core 4 in a direction perpendicular to the circumferential direction of the detecting core 2. The magnetic flux generated in the detection core 3 is modulated based on the DC current I flowing through the detected conductor 1 by periodically magnetically saturating the core orthogonal portion 6 (the hatched portion in the figure) between the core 2 and the exciting core 4. To the detection coil By outputting the electromotive force of twice the frequency of the current, the DC current I flowing through the lead wire being detected 1
Can be detected.

【0014】さらに具体的に説明するならば、図1の構
成において、被検出導線1に直流電流Iが流れると、検
出コア2内に直流電流Iの方向に対して右回りの磁場が
発生し、検出コア内に磁束Φ0が発生する。この時、励
磁コイル5に所定の交流電流を通電して励磁コア4に周
期的に図中α方向に変化する磁束を発生し、該励磁コア
4を周期的に磁気的に飽和すると、検出コア2の周方向
の一部であるコア直交部6(図中斜線部)は比透磁率μ
rが低下し極めて1に近い所謂実質的な磁気的なギャッ
プとなり、検出コア内の磁束Φ0をΦ1にまで減少させ
る。ここで、励磁コイル5に通電する交流電流を周波数
0とし、その電流のピーク値近傍で励磁コア4が飽和
させると、図2に被検出導線1に流れる直流電流Iがプ
ラス(+)の向き(図中上向き)の場合、図3に被検出
導線1に流れる直流電流Iがマイナス(−)の向き(図
中下向き)の場合を示すように、励磁電流1周期で2回
励磁コア4が飽和することとなる。
More specifically, in the configuration shown in FIG. 1, when a DC current I flows through the detection target wire 1, a magnetic field clockwise in the direction of the DC current I is generated in the detection core 2. , A magnetic flux Φ 0 is generated in the detection core. At this time, when a predetermined alternating current is applied to the exciting coil 5 to generate a magnetic flux periodically changing in the α direction in the drawing in the exciting core 4 and the exciting core 4 is periodically magnetically saturated, the detecting core The core orthogonal part 6 (the shaded part in the figure) which is a part in the circumferential direction of No. 2 has a relative magnetic permeability μ.
As r decreases, it becomes a so-called substantial magnetic gap very close to 1, and the magnetic flux Φ 0 in the detection core is reduced to Φ 1 . Here, the alternating current flowing through the exciting coil 5 is set to a frequency f 0, and when the exciting core 4 is saturated in the vicinity of the peak value of the current, the DC current I flowing through the detected conductor 1 becomes a positive (+) in FIG. In the case of the direction (upward in the figure), as shown in FIG. 3, the case where the DC current I flowing through the detected conductor 1 is in the minus (-) direction (downward in the figure), the exciting core 4 is rotated twice in one cycle of the exciting current. Will be saturated.

【0015】図2に示すように被検出導線1に流れる直
流電流Iがプラス(+)の方向(図中上方向)の場合、
この飽和により、検出コア2に発生した被検出導線1に
流れる直流電流Iによって発生する磁束Φ0は、図2の
Bに示すように2f0の周波数でΦ1にまで減少する。す
なわち、2f0で変調されることとなる。従って、上記
磁束の変化に伴い図2のCに示すように周波数2f0
電圧VDETが検出コイル3に発生することになる。ま
た、図3に示すように被検出導線1に流れる直流電流I
がマイナス(−)の向き(図中下向き)の場合も、直流
電流Iがプラス(+)の向き(図中上向き)の場合と実
質的に同様な作用となるが、直流電流Iの向きが反対向
きとなることから、検出コア2に発生する磁束の向きも
反対向きとなり、検出コイル3に発生する周波数2f0
の電圧VDETの位相がそれぞれ180度異なることにな
る。
As shown in FIG. 2, when the DC current I flowing through the conductor 1 to be detected is in the plus (+) direction (upward in the figure),
Due to this saturation, the magnetic flux Φ 0 generated by the direct current I flowing through the detected conductor 1 generated in the detection core 2 decreases to Φ 1 at a frequency of 2f 0 as shown in FIG. 2B. That is, modulation is performed at 2f 0 . Accordingly, a voltage V DET having a frequency of 2f 0 is generated in the detection coil 3 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG.
Is negative (-) (downward in the figure), the operation is substantially the same as the case where the DC current I is positive (+) (upward in the figure), but the direction of the DC current I is Since the direction is opposite, the direction of the magnetic flux generated in the detection core 2 is also opposite, and the frequency 2f 0 generated in the detection coil 3
Are 180 degrees different from each other.

【0016】しかし、被検出導線1に流れる直流電流I
の向きにかかわらず、いずれの場合も磁束Φ0 ∝ 直
流電流I、電圧VDET ∝ 磁束Φ0との関係から電圧V
DET∝ 直流電流Iとなり、被検出導線1に流れる直流
電流Iに比例した起電力を検出コイル3によって検出す
ることが可能となり、被検出導線1に流れる直流電流I
の絶対値を知ることができる。さらに、検出コア2と励
磁コア4とは互いに直角方向に接続されていることか
ら、基本的には励磁コア4内の励磁磁束は検出コア2側
に漏洩することはなく、検出コイル3を通過しないこと
から、検出コイル3には励磁コイル5に印加する励磁電
流による起電力は発生することなく、被検出導線1に流
れる直流電流I=0の時は、VDET=0となる。また、
検出コイル3に発生する起電力VDETの周波数は2f0
あり、励磁コイル5に印加する励磁電流の周波数f0
異なることから、たとえ、検出コア2と励磁コア4との
形状寸法等の精度によって励磁コア4内の励磁磁束が漏
洩されて検出コイル3にて検出されても、漏れ成分はそ
の周波数がf0であることから、周波数判別フィルター
等により容易に分離できるため、高感度の直流電流セン
サーとして使用することができることを確認した。
However, the DC current I flowing through the detected conductor 1 is
Regardless of orientation, either case the flux [Phi 0 alpha DC current I, the voltage from the relationship between the voltage V DET alpha flux [Phi 0 V
DET と なり DC current I, which can be detected by the detection coil 3 in proportion to the DC current I flowing through the conductor 1 to be detected, and the DC current I flowing through the conductor 1 to be detected
You can know the absolute value of Further, since the detection core 2 and the excitation core 4 are connected at right angles to each other, basically, the excitation magnetic flux in the excitation core 4 does not leak to the detection core 2 side and passes through the detection coil 3. Therefore, no electromotive force is generated in the detection coil 3 by the excitation current applied to the excitation coil 5, and when the direct current I flowing through the detected wire 1 = 0, V DET = 0. Also,
The frequency of the electromotive force V DET generated in the detection coil 3 is 2f 0, which is different from the frequency f 0 of the excitation current applied to the excitation coil 5. even if the excitation magnetic flux of the exciting core 4 by the accuracy is detected by the detecting coil 3 is leaked, since the leakage component whose frequency is f 0, because it easily separated by a frequency discriminating filter and the like, highly sensitive It has been confirmed that it can be used as a DC current sensor.

【0017】特に、上記構成において、検出コアの一部
に形成される検出コアと励磁コアとの直交部のみを磁気
的に飽和させ、かつ該直交部以外の励磁コア部を磁気的
に未飽和とさせることによって、該未飽和部分のコアロ
ス(鉄損)を低減し、励磁コイル5に印加する励磁電流
を小さくすることができる。従って、励磁回路の構成が
比較的簡単で、センサー全体としての消費電力も低減で
き、直流電流センサーの一層の小型化が可能となること
から、小型機器等への適用範囲が広くなり、さらに励磁
コア4における温度上昇が少ないため、該励磁コア4を
構成する軟質磁性材料の磁気特性の変化が少なく、検出
コイル3における出力の温度ドリフトも低減でき、セン
サーとしての検出精度の安定性向上を達成することがで
きる。
Particularly, in the above configuration, only the orthogonal portion between the detection core and the excitation core formed in a part of the detection core is magnetically saturated, and the excitation core portion other than the orthogonal portion is magnetically unsaturated. By doing so, the core loss (iron loss) of the unsaturated portion can be reduced, and the exciting current applied to the exciting coil 5 can be reduced. Accordingly, the configuration of the excitation circuit is relatively simple, the power consumption of the entire sensor can be reduced, and the DC current sensor can be further miniaturized. Since the temperature rise in the core 4 is small, the change in the magnetic characteristics of the soft magnetic material constituting the excitation core 4 is small, the temperature drift of the output in the detection coil 3 can be reduced, and the stability of detection accuracy as a sensor is improved. can do.

【0018】しかし、上記にて説明した直流電流センサ
ーにおいて、特に、微小電流領域(±50mA程度以
下)の検出に際しては、図4のAに示す如く、検出コア
2を構成する軟質磁性材料が有する磁気特性(保磁力)
の影響に起因するものと推測されるが、検出コイル3に
よる出力電圧(出力特性)にヒステリシスが発生して良
好な電流検出ができず、特に微小電流領域での検出を対
象とする高感度直流電流センサーへの使用は困難であっ
た。この原因は、貫通導線(被検出導線)を流れる電流
Iが零の時、たとえ材料にパーマロイなどの軟質磁性材
料を用いても、材料には有限の保磁力があるため、コア
内に磁束が残留しており、この残留磁束を被検出電流I
が打ち消すまでは、微小電流領域における検出コイルで
の出力電圧(起電力)のヒステリシス現象に伴う“逆転
領域”(直流電流の増加に伴い出力電圧が減少する領
域)が発生し、測定時の基準レベルの変動を招くからで
あると考えられる。
However, in the DC current sensor described above, especially in detecting a minute current region (approximately ± 50 mA or less), the soft magnetic material constituting the detection core 2 has, as shown in FIG. Magnetic properties (coercive force)
However, the output voltage (output characteristic) of the detection coil 3 may cause hysteresis, and good current detection may not be performed. It has been difficult to use it for current sensors. The cause is that when the current I flowing through the through conductor (conductor to be detected) is zero, even if a soft magnetic material such as permalloy is used as the material, the material has a finite coercive force, so that a magnetic flux is generated in the core. The residual magnetic flux is
Until is canceled, a "reverse region" (a region where the output voltage decreases as the DC current increases) occurs due to the hysteresis phenomenon of the output voltage (electromotive force) at the detection coil in the minute current region. This is considered to cause level fluctuation.

【0019】この発明は、検出コイルの保磁力が無視で
きないレベルでの測定、例えば、上記のような微小電流
領域の検出の場合、あるいは太い貫通導線を貫通させる
ために磁路長が長くなる場合などに有効であり、出力電
圧のヒステリシス現象に伴う逆転領域の発生を防止した
構成からなる直流電流センサーを提案するもので、検出
コアに被検出導線と同方向に巻回させた変調コイルを配
置し、該変調コイルに発生させた交番磁界を検出コアに
重畳し、コアの残留磁束による出力特性のヒステリシス
を減少させることを特徴とする直流電流センサーであ
る。
According to the present invention, the measurement is performed at a level where the coercive force of the detection coil is not negligible, for example, in the case of detecting a minute current region as described above, or in the case where the magnetic path length becomes long to penetrate a thick through conductor. This is a proposal for a DC current sensor that has a configuration that prevents the occurrence of a reversal region due to the output voltage hysteresis phenomenon.A modulation coil that is wound around the detection core in the same direction as the conductor to be detected is provided. The alternating current magnetic field generated in the modulation coil is superimposed on the detection core to reduce the hysteresis of the output characteristic due to the residual magnetic flux of the core.

【0020】すなわち、この発明は、環状の軟質磁性材
料からなる検出コアの一部に検出コアの周方向に対して
励磁コアと直交接続するコア直交部を設けて環状の軟
質磁性材料からなる励磁コアと前記検出コアとを一体的
に配置し、各コアにそれぞれトロイダル状に巻回して検
出コイルと励磁コイルを配置した構成からなり、検出コ
ア内側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線を
貫通配置し、さらに検出コアに被検出導線と同方向に巻
回させた変調コイルを配置し、該変調コイルに発生させ
た交番磁界を検出コアに重畳可能にしたことを特徴とす
る直流電流センサーである。
That is, according to the present invention, a part of the detection core made of an annular soft magnetic material is provided in the circumferential direction of the detection core.
A core orthogonal portion that is orthogonally connected to the excitation core is provided , the excitation core made of an annular soft magnetic material and the detection core are integrally disposed, and the detection coil and the excitation coil are wound around each core in a toroidal shape, respectively. A detection conductor through which a direct current for non-contact detection flows is disposed inside the detection core, and a modulation coil wound in the same direction as the detection conductor is disposed on the detection core. A DC current sensor characterized in that an alternating magnetic field generated in the DC current sensor can be superimposed on a detection core.

【0021】ここで、変調コイルを検出コアに被検出導
線と同方向に巻回させるとは、図1に示す実施例の如
く、検出コア内側に被検出導線と同方向に貫通するよう
にして1ターンの変調コイルを検出コアに巻回配置する
他、要求される交番磁界の強度等に応じて上記と同方向
に複数ターンの変調コイルを検出コアに巻回配置するも
のであり、特に複数ターンの場合は、実質的に検出コイ
ルと同様に検出コアにトロイダル状に巻回することとな
る。
Here, the winding of the modulation coil around the detection core in the same direction as the detected conductor is performed by penetrating the detection core inside the detection core in the same direction as the detected conductor, as in the embodiment shown in FIG. In addition to arranging a one-turn modulation coil around the detection core, a plurality of turns of the modulation coil are wrapped around the detection core in the same direction as described above in accordance with the required strength of the alternating magnetic field. In the case of a turn, the coil is wound around the detection core in a toroidal shape substantially like the detection coil.

【0022】詳述すると、図1の構成において、被検出
導線1と同方向に貫通するようにして変調コイル43を
検出コア2に巻回配置し、図4のBに示すようなBHカ
ーブ(ヒステリシスカーブ)を有する検出コア2に対し
て、この変調コイル43を介して±Hc(保磁力)以上
の磁場を発生させるのに必要な交流を流すと、図6に示
す如く、マイナーループを形成してループの中心x印は
BHカーブの原点Oと一致する。
More specifically, in the configuration of FIG. 1, the modulation coil 43 is wound around the detection core 2 so as to penetrate in the same direction as the detection target wire 1, and a BH curve (BH curve) as shown in FIG. When an alternating current necessary for generating a magnetic field of ± Hc (coercive force) or more flows through the modulation coil 43 through the detection core 2 having a hysteresis curve), a minor loop is formed as shown in FIG. Then, the mark x of the center of the loop coincides with the origin O of the BH curve.

【0023】以下にマイナーループ形成の概念を図に基
づいて詳述する。上記現象は、図5のAに示す如く、例
えば変調コイル43に変調交流電流を流さず、被検出導
線1に直流電流を流し、BH平面上でP点まで達した
後、直流電流を切ると、A’点に戻る(すなわち検出コ
ア2内の磁束密度は−Brとなる)。この状態で、変調
コイル43に先述の変調交流電流を流すと交流電流波形
のA→Bへの移行に伴ない、B−Hカーブ上でA’→
B’及びB’1の間のいずれかの位置(通常、交流電流
の場合はB’に近い位置)へ移行する。以降、C→D→
Eの変化に伴ないB−Hループ上でC’→D’→E’へ
移行し、以降同一のルート、すなわち図中の点線で示す
マイナーループQを描くこととなる。このマイナールー
プQの中心はBHカーブの原点Oと一致する。一方、図
5のBに示す如く、変調コイル43に変調交流電流を流
さず、被検出導線1に上記とは逆向きの直流電流を流
し、R点まで検出コア2が励磁された後、該直流電流を
切るとS点に戻る(すなわち検出コア2内の磁束密度は
Brとなる)。この時、上述と同様に変調コイルに交流
電流ABCDE……を流すとS点はB”へ移行後、S”
を経て、D’及びD’1の間のいずれかの位置(通常、
交流電流の場合はD’に近い位置)へ移行し、以降同一
のルート、すなわち図中の点線で示すマイナーループQ
を描くこととなる。このマイナーループQの中心はBH
カーブの原点Oと一致する。上記の図5のA,Bで示し
た現象は、変調交流電流を流す前の被検出導線1に流す
直流電流の電流値及び電流の向きにかかわらず同様な現
象を示し、マイナーループQの中心はBHカーブの原点
Oと一致する。
Hereinafter, the concept of the formation of the minor loop will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 5A, for example, as shown in FIG. 5A, when a modulated AC current is not supplied to the modulation coil 43, a DC current is supplied to the detection target wire 1, and after reaching the point P on the BH plane, the DC current is cut off. , A ′ (that is, the magnetic flux density in the detection core 2 becomes −Br). In this state, when the above-described modulated AC current is applied to the modulation coil 43, the AC current waveform shifts from A to B, and A ′ → on the BH curve.
The position shifts to any position between B ′ and B ′ 1 (usually a position near B ′ in the case of an alternating current). Hereafter, C → D →
The transition from C ′ → D ′ → E ′ is made on the BH loop with the change of E, and thereafter, the same route, that is, a minor loop Q indicated by a dotted line in the figure is drawn. The center of the minor loop Q coincides with the origin O of the BH curve. On the other hand, as shown in FIG. 5B, after the modulated AC current is not passed through the modulation coil 43, a DC current in the opposite direction is passed through the detected conductor 1, and after the detection core 2 is excited to the point R, When the DC current is cut, the point returns to the point S (that is, the magnetic flux density in the detection core 2 becomes Br). At this time, when an alternating current ABCDE... Is supplied to the modulation coil in the same manner as described above, the point S shifts to B ″ and then S ″.
Via, any position between D ′ and D′ 1 (usually,
(In the case of an alternating current, a position close to D '), and thereafter, the same route, that is, the minor loop Q indicated by a dotted line in the figure.
Will be drawn. The center of this minor loop Q is BH
It matches the origin O of the curve. The phenomena indicated by A and B in FIG. 5 indicate the same phenomena regardless of the current value and the direction of the DC current flowing through the detected conductor 1 before the modulation AC current flows. Coincides with the origin O of the BH curve.

【0024】そこで、被検出導線1に直流電流が流れて
いる状態で、変調コイル43に変調交流電流を流して被
測定電流に変調用交流電流を重畳すると、被検出導線1
の電流の向きに応じて実質的にマイナーループQの形状
を維持しつつこのループの中心x印は図6に示す破線に
沿って動くことになり、この点を検出することにより実
質的にヒステリシスが消失したことになる。従って、図
1の構成に示す如く、検出コア2に被検出導線1と同方
向に巻回させた変調コイル43を配置して、保磁力以上
の磁場を発生させるのに必要な交流を流すと、コア材の
保磁力に起因した残留磁束により発生するヒステリシス
特性をなくし、検出回路で該重畳交流成分を除去するこ
とで微小電流での検出感度を高めることができることを
確認した。
Therefore, when a modulated AC current is passed through the modulation coil 43 and a modulation AC current is superimposed on the measured current while a DC current is flowing through the detected conductor 1, the detected conductor 1
The center mark x of this loop moves along the broken line shown in FIG. 6 while substantially maintaining the shape of the minor loop Q in accordance with the direction of the current, and by detecting this point, the hysteresis is substantially reduced. Has disappeared. Therefore, as shown in the configuration of FIG. 1, a modulation coil 43 wound around the detection core 2 in the same direction as the detection target wire 1 is disposed, and an alternating current necessary for generating a magnetic field of a coercive force or more is applied. In addition, it was confirmed that the detection sensitivity at a minute current can be improved by eliminating the hysteresis characteristic generated by the residual magnetic flux caused by the coercive force of the core material and removing the superimposed AC component by the detection circuit.

【0025】さらにまた、図2、図3にて説明したよう
に被検出導線1に流れる直流電流Iの向きによって検出
コイル3に発生する周波数2f0の電圧VDETの位相がそ
れぞれ180度異なることに着目し、前記励磁コイル5
に、予め発振器から励磁電流の2倍の周波数で発振され
た励磁電流の周波数を1/2分周した状態の励磁電流を
印加し、発振器の出力と検出コイルの出力との位相差を
位相比較回路にて検出することによって、被検出導線を
流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検
出することが可能であることを確認した。すなわち、励
磁コイル5に接続する発振器から発振される励磁電流の
周波数と検出コイル3からの出力VDETの周波数とが、
ともに最終的に励磁コイル5に印加される励磁電流の2
倍の周波数2f0となることから、これらの位相差を容
易に比較することができ、被検出導線を流れる直流電流
の絶対値とともにその向きを検出することが可能となる
のである。
Further, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the phases of the voltage V DET of the frequency 2f 0 generated in the detection coil 3 differ by 180 degrees depending on the direction of the DC current I flowing through the conductor 1 to be detected. Focusing on the excitation coil 5
To the excitation current, which is previously oscillated at twice the frequency of the excitation current from the oscillator, and halves the excitation current, and compares the phase difference between the output of the oscillator and the output of the detection coil. It has been confirmed that the detection by the circuit makes it possible to easily detect not only the absolute value of the direct current flowing through the detected wire, but also its direction. That is, the frequency of the exciting current oscillated from the oscillator connected to the exciting coil 5 and the frequency of the output V DET from the detecting coil 3 are
In both cases, 2 of the exciting current finally applied to the exciting coil 5
Since the frequency is twice as high as 2f 0 , these phase differences can be easily compared, and the direction and the absolute value of the DC current flowing through the detected wire can be detected.

【0026】以上の説明から明らかなように、この発明
は、前述のように環状の軟質磁性材料からなる検出コア
の一部に検出コアの周方向に対して励磁コアと直交接続
するコア直交部を設けて環状の軟質磁性材料からなる
励磁コアと前記検出コアとを一体的に配置し、各コアに
それぞれトロイダル状に巻回して検出コイルと励磁コイ
ルを配置した構成からなり、検出コア内側に非接触検出
する直流電流が流れる被検出導線を貫通配置し、さらに
検出コアに被検出導線と同方向に巻回させた変調コイル
を配置し、該変調コイルに発生させた交番磁界を検出コ
アに重畳可能にした構成を主たる特徴とし、さらに、前
記励磁コイルに、あらかじめ発振器から励磁電流の2倍
の周波数で発振された励磁電流の周波数を1/2分周し、
そのことにより得られた励磁電流にてコア直交部を周期
的に磁気的に飽和させる交流電流印加手段を接続し、か
つ励磁時に被検出導線を流れる直流電流と重畳された交
流電流に基づき検出コアに発生する磁束を変調可能とな
し、検出コイルに励磁電流の2倍の周波数の起電力を出
力させ、さらにまた、前記発振器の出力と検出コイルの
出力との位相差を位相比較手段にて検出し、被検出導線
を流れる直流電流と重畳交流電流との合計値の絶対値と
ともにその向きを検出し、検出信号から重畳交流成分を
除去することで、被検出導線を流れる直流に対応した出
力を得ることを特徴とする直流電流センサーの提供を可
能とするものである。
As will be apparent from the above description, the present invention is directed to a core orthogonal portion which is orthogonally connected to the excitation core in the circumferential direction of the detection core on a part of the detection core made of the annular soft magnetic material as described above. the provided, and the detecting core and the exciting core consisting of an annular soft magnetic material integrally disposed, consisting configuration of arranging the detection coil and the excitation coil wound in each toroidally each core, the detecting core inner A detection conductor through which a direct current to be contactlessly detected flows is disposed, and a modulation coil wound in the same direction as the detection conductor is disposed on the detection core, and an alternating magnetic field generated in the modulation coil is detected by the detection core. The main feature is that the configuration can be superimposed on, further, the exciting coil, the frequency of the exciting current previously oscillated at twice the frequency of the exciting current from the oscillator, divided by 1/2,
The AC current applying means for periodically magnetically saturating the core orthogonal portion with the exciting current obtained by this is connected, and the detection core is superimposed on the DC current flowing through the conductor to be detected at the time of excitation. The output of the oscillator and the output of the detection coil is detected by a phase comparison means. Then, by detecting the direction along with the absolute value of the sum of the DC current flowing through the detected wire and the superimposed AC current, and removing the superimposed AC component from the detection signal, the output corresponding to the DC flowing through the detected wire is obtained. It is possible to provide a DC current sensor characterized in that the DC current sensor is obtained.

【0027】さらに、上記構成において、励磁コアとな
る一対の筒体を軸中心線を平行に並列し、並列する筒体
の各開口端の隣接辺部間を軟質磁性材料からなる接続板
で接続一体化して接続板及びこれと接続した筒体側面部
とで検出コアとなす構成を採用することによって直流電
流センサーとしての電磁気的のアンバランス等を低減
し、ノイズ発生の低減や、S/N比の向上等を可能とす
ることができる。また、一対の筒体を軸中心線を平行に
並列してなる励磁コアの構成を採用することによって、
図1の構成に比べ、実質的に検出コアに接続する励磁コ
アの接続部の幅d(図1参照)を長くすることができ、
結果として検出コアの磁路長に対する励磁コアの接続部
の幅dの比率(磁気的なギャップの比率)を大きくし、
反磁場の効果により検出コア内の残留磁束密度を小さく
し、前記変調コイルの配置効果との相乗効果によりコア
材料の有する保磁力の影響を一層低減することが可能と
なる。特に図7から図14に示す他の構成からなる直流
電流センサーは、上記効果を備え、安定した測定を実現
することができる効果的な構成である。すなわち、図1
に示す構成においては、検出コア2に接続する励磁コア
4が1つであることから、また検出コイル3、励磁コイ
ル5、変調コイル43の位置も1箇所であることから直
流電流センサーとしての電磁気的のバランスが取り難い
ものであるが、これら励磁コア4、検出コイル3、励磁
コイル5、変調コイル43の電磁気的のバランス配置を
考慮した構成が図7から図14にて説明する構成であ
る。
Further, in the above configuration, a pair of cylinders serving as excitation cores are arranged in parallel with their axial center lines parallel to each other, and the adjacent sides of the opening ends of the parallel cylinders are connected by a connection plate made of a soft magnetic material. By adopting a configuration in which the detection plate is formed integrally with the connection plate and the side surface of the cylindrical body connected to the connection plate, electromagnetic imbalance as a DC current sensor is reduced, noise generation is reduced, and S / N is reduced. It is possible to improve the ratio and the like. In addition, by adopting the configuration of the excitation core in which a pair of cylinders are arranged in parallel with the axial center line,
Compared to the configuration of FIG. 1, the width d (see FIG. 1) of the connection portion of the excitation core substantially connected to the detection core can be increased,
As a result, the ratio of the width d of the connection portion of the excitation core to the magnetic path length of the detection core (the ratio of the magnetic gap) is increased,
The effect of the demagnetizing field reduces the residual magnetic flux density in the detection core, and the effect of the coercive force of the core material can be further reduced by the synergistic effect with the arrangement effect of the modulation coil. In particular, the direct current sensor having another configuration shown in FIGS. 7 to 14 has the above-described effect, and is an effective configuration capable of realizing stable measurement. That is, FIG.
In the configuration shown in (1), the number of the excitation core 4 connected to the detection core 2 is one, and the positions of the detection coil 3, the excitation coil 5, and the modulation coil 43 are also one. Although it is difficult to balance the target, the configuration considering the electromagnetic balance arrangement of the excitation core 4, the detection coil 3, the excitation coil 5, and the modulation coil 43 is the configuration described with reference to FIGS. .

【0028】図7において、1は被検出導線であり、矩
形枠状の検出コア2の内側中央部に貫通配置している。
この矩形枠状の検出コア2のそれぞれ対向位置にある短
辺部には一対の検出コイル3a,3bがトロイダル状に
巻回され互いに電気的に接続されている。また、それぞ
れ対向位置にある長辺部には一対の励磁コア4a,4b
が4角筒状を形成するごとく一体的に配置している。さ
らに一対の励磁コア4a,4bの各々最外周の側面部に
励磁コイル5a,5bがトロイダル状に巻回されてい
る。また、被検出導線1と同方向に貫通するようにして
矩形枠状の検出コア2に巻回する一対の変調コイル43
a,43bを配置している。これらの変調コイル43
a,43bは、所定の手段によって直列に電気的に接続
される。換言すると、励磁コア4a,4bとなる一対の
角筒体を軸中心線を平行に並列し、並列する角筒体の各
開口端の隣接辺部間を軟質磁性材料からなる接続板で接
続一体化して接続板及びこれと接続した筒体側面部、す
なわちコア直交部6とで矩形枠状の上記の検出コア2と
なした構成からなり、該接続板の部分にそれぞれ検出コ
イル3a,3bがトロイダル状に巻回され、一対の励磁
コア4a,4bの各々最外周の側面部に励磁コイル5
a,5bがトロイダル状に巻回され、さらに一対の変調
コイル43a,43bを被検出導線1と同方向に貫通す
るようにして矩形枠状の検出コア2に巻回配置してい
る。このような構成において、被検出導線1に直流電流
Iが流れると、検出コア2内に直流電流Iの方向に対し
て右回りの磁場が発生し、検出コア2内に磁束Φ0が発
生する。この時、励磁コイル5a,5bに所定の交流電
流を通電して一対の励磁コア4a,4bに周期的に図中
α方向に変化する磁束を発生し、該励磁コア4a,4b
を周期的に磁気的に飽和すると、矩形枠状の検出コア2
の周方向の一部である長辺部のコア直交部6は比透磁率
μが極めて1に近い所謂実質的な磁気的なギャップとな
り、検出コア内の磁束Φ0をΦ1にまで減少させる。
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a conductive wire to be detected, which is disposed so as to penetrate a central portion of the inside of a rectangular frame-shaped detection core 2.
A pair of detection coils 3a and 3b are wound in a toroidal shape on the short sides of the rectangular frame-shaped detection core 2 at the opposing positions, and are electrically connected to each other. In addition, a pair of excitation cores 4a, 4b
Are arranged integrally so as to form a quadrangular cylindrical shape. Further, excitation coils 5a and 5b are wound in a toroidal shape on the outermost side surfaces of the pair of excitation cores 4a and 4b, respectively. Further, a pair of modulation coils 43 wound around the rectangular frame-shaped detection core 2 so as to penetrate in the same direction as the detection target wire 1.
a and 43b are arranged. These modulation coils 43
a and 43b are electrically connected in series by predetermined means. In other words, a pair of square cylinders serving as the excitation cores 4a and 4b are arranged in parallel with their axial center lines parallel to each other, and a connection plate made of a soft magnetic material is connected between adjacent sides of each open end of the parallel square cylinders. The connection plate and the side wall of the cylindrical body connected to the connection plate, that is, the core orthogonal portion 6, constitute the detection core 2 having a rectangular frame shape. The connection plates have detection coils 3a and 3b, respectively. The excitation coil 5 is wound in a toroidal shape, and is provided on the outermost side surface of each of the pair of excitation cores 4a and 4b.
a and 5b are wound in a toroidal shape, and a pair of modulation coils 43a and 43b are wound around the rectangular frame-shaped detection core 2 so as to penetrate in the same direction as the detected conductor 1. In such a configuration, when the DC current I flows through the detection target wire 1, a magnetic field clockwise in the direction of the DC current I is generated in the detection core 2, and the magnetic flux Φ 0 is generated in the detection core 2. . At this time, a predetermined alternating current is applied to the exciting coils 5a and 5b to generate a magnetic flux that periodically changes in the α direction in the pair of exciting cores 4a and 4b.
Periodically magnetically saturates the detection core 2 in the form of a rectangular frame.
Is a so-called substantial magnetic gap whose relative magnetic permeability μ is very close to 1 , and reduces the magnetic flux Φ 0 in the detection core to Φ 1 . .

【0029】従って以上に示す直流電流センサーも、一
対の検出コイル3a,3bへの起電力発生のメカニズム
は図1に示す構成と同様であり、このメカニズムに基づ
く効果も同様に得られる。さらに、この構成では一対の
変調コイル43a,43bの配置効果とともに、検出コ
ア2に接続する励磁コア4a,4bの接続部の幅dが実
質的に図中のセンサーの長さ方向の寸法Lの2倍(2
L)となることから、検出コア2の磁路長に対する励磁
コア4の接続部の幅dの比率は極めて大きくなり、図1
の構成に比べ反磁場の効果による検出コア2内の残留磁
束密度を小さくすることができ、これらの相乗効果によ
りコア材料の保磁力に起因するヒステリシス現象を低減
することができる。しかも、直流電流センサーの全体的
な構成が被検出導線1に対して対称であることから電磁
気的なバランスが良く、安定した測定を実現することが
可能となる。上記の直流電流センサーを構成する検出コ
ア2と励磁コア4a,4bは、所定の軟質磁性材料から
なる板材を、図8に示す形状に打ち抜き、図中の破線部
で折り曲げて組立、斜線部でスポット溶接することによ
って容易に一体品として得ることができる。
Therefore, also in the DC current sensor described above, the mechanism of generating the electromotive force to the pair of detection coils 3a and 3b is the same as the configuration shown in FIG. 1, and the effect based on this mechanism is also obtained. Further, in this configuration, the width d of the connection portion of the excitation cores 4a, 4b connected to the detection core 2 is substantially equal to the dimension L of the sensor in the length direction in the figure, in addition to the arrangement effect of the pair of modulation coils 43a, 43b. Double (2
L), the ratio of the width d of the connection portion of the excitation core 4 to the magnetic path length of the detection core 2 becomes extremely large.
The residual magnetic flux density in the detection core 2 due to the effect of the demagnetizing field can be reduced as compared with the configuration described above, and the hysteresis phenomenon caused by the coercive force of the core material can be reduced by the synergistic effect of these. In addition, since the overall configuration of the DC current sensor is symmetrical with respect to the detection target wire 1, the electromagnetic balance is good, and stable measurement can be realized. The detection core 2 and the excitation cores 4a and 4b constituting the above-described DC current sensor are formed by punching a plate made of a predetermined soft magnetic material into a shape shown in FIG. It can be easily obtained as an integrated product by spot welding.

【0030】図9は他の構成を示すもので、一対の検出
コイル3a,3bが励磁コイル5a,5bとともに一対
の励磁コア4a,4bの外周にトロイダル状に巻回され
ている他は、実質的に図7と同様な構成からなり、基本
的に図1と同様なメカニズムにより、被検出導線1に流
れる直流電流を検出することが可能となる。図10も他
の構成を示すもので、一対の励磁コイル5a,5bを、
4角筒状を形成する如く配置される一対の励磁コア4
a,4bの内側中央部に形成される励磁コイル巻回用桟
8a,8bにトロイダル状に巻回されている他は、実質
的に図9と同様な構成からなり、基本的に図1と同様な
メカニズムにより、被検出導線1に流れる直流電流を検
出することが可能となる。なお、図9の構成において
は、一対の変調コイル43a,43bを矩形枠状の検出
コア2のそれぞれ対向位置にある短辺部に巻回配置して
いるが、図10の構成においては、一対の変調コイル4
3a,43bを矩形枠状の検出コア2の長辺部に巻回配
置している。これらの変調コイル43a,43bは、い
ずれも所定の手段によって直列に電気的に接続される。
特に、図10の構成においては、励磁コア4a,4b部
を予め図11に示すように断面E型に形成しておくこと
によって、所定形状、寸法からなるボビン9に予め巻回
されている励磁コイル5a,5bを、励磁コイル巻回用
桟8a,8bに挿入した後、矩形枠状の検出コアと所定
の手段によって一体化することにより、容易に製造する
ことができる。また、図9の構成では、一対の励磁コイ
ル5a,5bにて発生する磁束が励磁コア4a,4bの
外部に漏洩し、この漏洩磁束により検出コイル3a,3
bに励磁信号が混入し、特に微小電流を検出する場合に
は、検出信号より混入信号のレベルのほうが大きくな
り、感度の低下を招く恐れがある。しかし、図10の構
成においては、各々励磁コイル5a,5bにて発生する
磁束が励磁コア4a,4bの外部に漏洩することなく、
効率的に作用し、検出コイル3a,3bへの悪影響が低
減される。
FIG. 9 shows another configuration, except that a pair of detection coils 3a and 3b are wound around the pair of excitation cores 4a and 4b together with the excitation coils 5a and 5b in a toroidal shape. 7 has the same structure as that of FIG. 7, and a DC current flowing through the detection target wire 1 can be detected by a mechanism basically similar to that of FIG. FIG. 10 also shows another configuration in which a pair of exciting coils 5a and 5b are
A pair of excitation cores 4 arranged to form a square tube
Except for being wound in a toroidal shape on the exciting coil winding bars 8a, 8b formed at the inner central portions of the insides a, 4b, the structure is substantially the same as that of FIG. By a similar mechanism, it is possible to detect a direct current flowing through the detected conductor 1. In the configuration shown in FIG. 9, a pair of modulation coils 43a and 43b are wound around the short sides of the rectangular frame-shaped detection core 2 at opposing positions. However, in the configuration shown in FIG. Modulation coil 4
The reference numerals 3a and 43b are wound around the long side of the detection core 2 having a rectangular frame shape. These modulation coils 43a and 43b are electrically connected in series by predetermined means.
In particular, in the configuration of FIG. 10, the excitation cores 4a and 4b are formed in advance in an E-shaped cross section as shown in FIG. 11, so that the excitation core wound in advance on the bobbin 9 having a predetermined shape and dimensions. After the coils 5a, 5b are inserted into the exciting coil winding bars 8a, 8b, they can be easily manufactured by being integrated with a rectangular frame-shaped detection core by a predetermined means. Further, in the configuration shown in FIG. 9, the magnetic flux generated in the pair of exciting coils 5a, 5b leaks to the outside of the exciting cores 4a, 4b.
When the excitation signal is mixed with b, and particularly when a minute current is detected, the level of the mixed signal becomes higher than the detection signal, and there is a possibility that the sensitivity may be reduced. However, in the configuration of FIG. 10, the magnetic flux generated in the excitation coils 5a and 5b does not leak outside the excitation cores 4a and 4b, respectively.
It works efficiently and the adverse effect on the detection coils 3a and 3b is reduced.

【0031】さらに、各構成において、検出コア2と励
磁コア4a,4bとの各々直交部6における磁路につい
て着目すると、図9の構成では図12のA及びBに示す
ように、基本的に1回路の磁路が、その磁束の向きが交
互に変化するように作用するが、図10の構成では、図
13のA及びBに示すように、基本的に励磁コイル巻回
用桟8a,8bを介して2回路の磁路が、それぞれその
磁束の向きが交互に変化するように作用することから、
電磁気的なバランスが一層向上することとなる。図10
の構成を採用するに際しては、励磁コイル巻回用桟8
a,8bに磁束が集中することから、励磁コイル巻回用
桟8a,8bの厚さを予め他の部分より2倍程度に厚く
設定することが望ましい。
Further, focusing on the magnetic path in the orthogonal portion 6 of each of the detection core 2 and the excitation cores 4a and 4b in each configuration, the configuration of FIG. 9 basically includes, as shown in FIGS. Although the magnetic path of one circuit acts so that the direction of the magnetic flux changes alternately, in the configuration of FIG. 10, basically, as shown in FIGS. 8b, the magnetic paths of the two circuits act so that the direction of the magnetic flux changes alternately.
The electromagnetic balance is further improved. FIG.
When adopting the configuration described in
Since the magnetic flux concentrates on a and 8b, it is desirable to set the thickness of the exciting coil winding bars 8a and 8b to about twice as thick as the other portions in advance.

【0032】また、図9の構成においては、励磁コイル
5a,5bと検出コイル3a,3bとの静電容量結合に
よる検出コイル3a,3bへの励磁信号の混入を防止す
るために、例えば、図14に示すように、励磁コイル5
a,5bと検出コイル3a,3bとの間に、電気的に接
地されているCuまたはAl等の電気伝導度の高い金属
箔70を介在することが好ましい。すなわち、励磁コイ
ル5a,5bの外周を電気的な絶縁を確保して上記の金
属箔70にて巻回被覆し、さらに該金属箔70外周に電
気的な絶縁を確保して検出コイル3a,3bを巻回す
る。ただし、金属箔70は、巻回方向において少なくと
も一ヶ所で電気的に切断(図においては、軸方向に伸長
するスリット部71を形成している)されていることが
必要である。このような構成を採用することによって、
一層高精度の検出が可能となる。
Further, in the configuration shown in FIG. 9, in order to prevent the excitation signals from being mixed into the detection coils 3a, 3b due to the capacitive coupling between the excitation coils 5a, 5b and the detection coils 3a, 3b, for example, as shown in FIG. As shown in FIG.
It is preferable that a metal foil 70 of high electrical conductivity such as Cu or Al, which is electrically grounded, is interposed between the detection coils 3a and 3b and the detection coils 3a and 3b. That is, the outer circumferences of the excitation coils 5a, 5b are covered with the above-mentioned metal foil 70 while securing the electrical insulation, and the outer circumferences of the metal foil 70 are secured with the electrical insulation, and the detection coils 3a, 3b are secured. Is wound. However, it is necessary that the metal foil 70 be electrically cut at least at one location in the winding direction (in the figure, a slit portion 71 extending in the axial direction is formed). By adopting such a configuration,
Detection with even higher accuracy is possible.

【0033】図9及び図10に示す直流電流センサー
も、一対の検出コイル3a,3bへの起電力発生のメカ
ニズムは図7に示す構成と同様であり、さらに、一対の
変調コイル43a,43bの配置効果、検出コア2の磁
路長に対する励磁コア4の接続部の幅dの比率を大きく
することによる反磁場の効果に基づく検出コア2内の残
留磁束密度の低減効果、全体的な構成が被検出導線1に
対して対称であることによる電磁気的なバランス効果等
も図7に示す構成と同様に得られる。
The direct current sensors shown in FIGS. 9 and 10 also have the same mechanism for generating electromotive force to the pair of detection coils 3a and 3b as the structure shown in FIG. The arrangement effect, the reduction effect of the residual magnetic flux density in the detection core 2 based on the effect of the demagnetizing field by increasing the ratio of the width d of the connection portion of the excitation core 4 to the magnetic path length of the detection core 2, and the overall configuration are as follows. The electromagnetic balance effect and the like due to the symmetry with respect to the detected conductor 1 can be obtained similarly to the configuration shown in FIG.

【0034】さらに、本発明者は、上記に示す構成を一
層改良した直流電流センサーを併せて提案する。すなわ
ち、上記の変調コイルの配置効果と励磁コアの接続部の
幅を大きくすることによる反磁場の効果だけでなく、さ
らに励磁コイルの配置箇所を工夫することによって検出
コアの脱磁効果をも兼ね備え、先に説明した微小電流領
域における逆転領域の発生を低減し、安定した出力特性
を得ることが可能な直流電流センサーを提案するもので
あり、その具体的な構成を図15に示す一実施例に基づ
いて説明する。
Further, the present inventor also proposes a DC current sensor in which the above-described configuration is further improved. That is, not only the effect of the arrangement of the modulation coil and the effect of the demagnetizing field by enlarging the width of the connection part of the excitation core, but also the demagnetization effect of the detection core by devising the arrangement of the excitation coil. The present invention proposes a DC current sensor capable of reducing the occurrence of the reverse rotation region in the minute current region described above and obtaining stable output characteristics, and has a specific configuration shown in FIG. It will be described based on.

【0035】図15に示すように、検出コア2に被検出
導線1と同方向に貫通するようにして巻回する変調コイ
ル43を配置するとともに、検出コア2に接続する励磁
コア4の接続部の幅dを長くすることによって、検出コ
ア2の磁路長に対する励磁コア4の接続部の幅dの比率
(磁気的なギャップの比率)を大きくし、反磁場の効果
により励磁コア4の残留磁束密度を小さくし、さらに、
励磁コア4に所定方向の磁束を発生させる励磁コイル5
を検出コア2の外周で、該検出コア2の周方向に巻回す
ることによって、励磁コイル5による検出コア2の脱磁
効果をも併せ持つ構成であり、上記“逆転領域”の発生
を実質的に零とした直流電流センサーである。なお、斜
線部6はコア直交部である。この構成の直流電流センサ
ーにおいても、図1に示す構成の直流電流センサーと同
様な起電力発生のメカニズムにて励磁コイル5に励磁電
流として周波数f0の交流電流を印加することによっ
て、周波数2f0の電圧VDETが検出コイル3に発生する
こととなるのである。
As shown in FIG. 15, a modulation coil 43 wound around the detection core 2 so as to penetrate in the same direction as the conductor 1 to be detected is arranged, and a connection portion of the excitation core 4 connected to the detection core 2 is provided. Is increased, the ratio of the width d of the connecting portion of the exciting core 4 to the magnetic path length of the detection core 2 (the ratio of the magnetic gap) is increased, and the residual of the exciting core 4 due to the effect of the demagnetizing field. Reduce the magnetic flux density,
Exciting coil 5 for generating magnetic flux in a predetermined direction in exciting core 4
Is wound around the outer periphery of the detection core 2 in the circumferential direction of the detection core 2 so that the exciting coil 5 also has a demagnetizing effect of the detection core 2, and the occurrence of the “reverse rotation region” is substantially reduced. This is a DC current sensor set to zero. The hatched portion 6 is a core orthogonal portion. Also in the DC current sensor having this configuration, the frequency 2f 0 is applied by applying an AC current having a frequency f 0 as an excitation current to the exciting coil 5 by the same electromotive force generation mechanism as the DC current sensor having the configuration shown in FIG. voltage V DET of it than is to be generated in the detection coil 3.

【0036】すなわち、この発明は、環状の軟質磁性材
料からなる検出コアの一部に検出コアの周方向に対して
励磁コアと直交接続するコア直交部を設けて環状の軟
質磁性材料からなる励磁コアと前記検出コアとを一体的
に配置し、検出コアに検出コイルをトロイダル状に巻回
配置し、かつ検出コアの外周に該検出コアの周方向に巻
回する励磁コイルを巻回配置した構成からなり、検出コ
ア内側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線を
貫通配置し、さらに検出コアに被検出導線と同方向に巻
回させた変調コイルを配置し、該変調コイルに発生させ
た交番磁界を検出コアに重畳可能にしたことを特徴とす
る直流電流センサーである。
That is, according to the present invention, a part of the detection core made of an annular soft magnetic material is provided in the circumferential direction of the detection core.
A core orthogonal portion that is orthogonally connected to the excitation core is provided , the excitation core made of an annular soft magnetic material and the detection core are integrally disposed, a detection coil is wound around the detection core in a toroidal shape, and the detection is performed. An excitation coil wound around the detection core in a circumferential direction is wound around the core, and a detection target wire through which a direct current for non-contact detection flows flows through the inside of the detection core. A DC current sensor comprising a modulation coil wound in the same direction as a detection lead wire, and an alternating magnetic field generated by the modulation coil can be superimposed on a detection core.

【0037】また、図15に示す構成の直流電流センサ
ーにおいても、図1に示す構成の直流電流センサーと同
様に、前記励磁コイル5に、予め発振器から励磁電流の
2倍の周波数で発振された励磁電流の周波数を1/2分
周した状態の励磁電流を印加し、発振器の出力と検出コ
イルの出力との位相差を位相比較手段にて検出すること
によって、被検出導線を流れる直流電流の絶対値ととも
にその向きをも容易に検出することが可能となる。すな
わち、前述と同様に励磁コイル5に接続する発振器から
発振される励磁電流の周波数と検出コイル3からの出力
DETの周波数とが、ともに最終的に励磁コイル5に印
加される励磁電流の2倍の周波数2f0となることか
ら、発振器の周波数と検出コイル3の出力VDETの周波
数が同一となるため、これらの位相差を容易に比較する
ことができ、被検出導線を流れる直流電流の絶対値とと
もにその向きを検出することが可能となるのである。
Also, in the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 15, similarly to the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 1, the excitation coil 5 previously oscillates at twice the frequency of the excitation current from the oscillator. An exciting current in a state where the frequency of the exciting current is divided by 印 加 is applied, and a phase difference between the output of the oscillator and the output of the detecting coil is detected by the phase comparing means. In addition to the absolute value, the direction can be easily detected. That is, both the frequency of the exciting current oscillated from the oscillator connected to the exciting coil 5 and the frequency of the output V DET from the detecting coil 3 are equal to the two of the exciting current finally applied to the exciting coil 5 as described above. Since the frequency becomes twice as high as 2f 0 , the frequency of the oscillator and the frequency of the output V DET of the detection coil 3 become the same, so that these phase differences can be easily compared with each other. The direction can be detected together with the absolute value.

【0038】従って、この発明は、前述のように環状の
軟質磁性材料からなる検出コアの一部に検出コアの周方
向に対して励磁コアと直交接続するコア直交部を設け
環状の軟質磁性材料からなる励磁コアと前記検出コ
アとを一体的に配置し、検出コアに検出コイルをトロイ
ダル状に巻回配置し、かつ検出コアの外周に該検出コア
の周方向に巻回する励磁コイルを巻回配置した構成から
なり、検出コア内側に非接触検出する直流電流が流れる
被検出導線を貫通配置し、さらに検出コアに被検出導線
と同方向に巻回させた変調コイルを配置し、該変調コイ
ルに発生させた交番磁界を検出コアに重畳可能にした構
成を主たる特徴とし、さらに、前記励磁コイルに、あら
かじめ発振器から励磁電流の2倍の周波数で発振された
励磁電流の周波数を1/2分周し、そのことにより得られ
励磁電流にてコア直交部を周期的に磁気的に飽和させ
る交流電流印加手段を接続し、かつ励磁時に被検出導線
を流れる直流電流と重畳された交流電流に基づき検出コ
アに発生する磁束を変調可能となし、検出コイルに励磁
電流の2倍の周波数の起電力を出力させ、さらにまた、
前記発振器の出力と検出コイルの出力との位相差を位相
比較手段にて検出し、被検出導線を流れる直流電流と重
畳交流電流との合計値の絶対値とともにその向きを検出
し、検出信号から重畳交流成分を除去することで、被検
出導線を流れる直流に対応した出力を得ることを特徴と
する直流電流センサーの提供を可能とするものである。
[0038] Accordingly, the present invention is provided with a core perpendicular section perpendicular connecting the exciting core with respect to the circumferential direction of the detecting core in a portion of the detecting core consisting of an annular soft magnetic material as described above, annular soft An excitation core made of a magnetic material and the detection core
And a detection coil is wound around the detection core in a toroidal shape, and an excitation coil wound in the circumferential direction of the detection core is wound around the detection core. A detection conductor through which a direct current for non-contact detection flows is penetrated inside the detection core, and a modulation coil wound in the same direction as the detection conductor is disposed on the detection core, and an alternating magnetic field generated in the modulation coil is provided. The main feature of the configuration is that it can be superimposed on the detection core.Furthermore, in the excitation coil, the frequency of the excitation current oscillated at twice the frequency of the excitation current from the oscillator in advance is divided by 1/2, thereby Obtained
AC current applying means for periodically magnetically saturating the core orthogonal portion with the exciting current is connected, and the magnetic flux generated in the detecting core based on the AC current superimposed on the DC current flowing through the detected wire at the time of excitation is connected. Modulation is possible, and the detection coil outputs an electromotive force twice the frequency of the excitation current.
The phase difference between the output of the oscillator and the output of the detection coil is detected by phase comparison means, and the direction is detected along with the absolute value of the sum of the DC current flowing through the detected wire and the superimposed AC current, and By removing the superimposed AC component, it is possible to provide a DC current sensor characterized by obtaining an output corresponding to the DC flowing through the detected conductor.

【0039】さらに、上記構成において、励磁コアとな
る一対の筒体を軸中心線を平行に並列し、並列する筒体
の各開口端の隣接辺部間を軟質磁性材料からなる接続板
で接続一体化して接続板及びこれと接続した筒体側面部
とで検出コアとなす構成を採用することによって、先に
説明した図7から図14に示す直流電流センサーと同様
に、一層安定した測定を実現することができる。
Further, in the above construction, a pair of cylinders serving as excitation cores are arranged in parallel with their axial center lines parallel, and the adjacent sides of the opening ends of the parallel cylinders are connected by a connection plate made of a soft magnetic material. By adopting a configuration in which the detection core is formed integrally with the connection plate and the side surface of the cylindrical body connected to the connection plate, a more stable measurement can be performed similarly to the DC current sensor shown in FIGS. 7 to 14 described above. Can be realized.

【0040】図16は、図15に示す直流電流センサー
を改良した構成のものである。すなわち、1は被検出導
線であり、矩形枠状の検出コア2の内側中央部に貫通配
置している。この矩形枠状の検出コア2のそれぞれ対向
位置にある短辺部には一対の検出コイル3a,3bがト
ロイダル状に巻回され互いに電気的に接続されている。
また、同位置に一対の変調コイル43a,43bが被検
出導線1と同方向に貫通するようにして巻回されてお
り、互いに所定の手段によって電気的に直列接続されて
いる。なお、それぞれ対向位置にある長辺部には一対の
励磁コア4a,4bが4角筒状を形成するごとく一体的
に配置している。さらに矩形枠状の検出コア2の外周に
は、その周方向に励磁コイル5が巻回されている。換言
すると、励磁コア4a,4bとなる一対の角筒体を軸中
心線を平行に並列し、並列する角筒体の各開口端の隣接
辺部間を軟質磁性材料からなる接続板で接続一体化して
接続板及びこれと接続した筒体側面部、すなわちコア直
交部6とで矩形枠状の上記の検出コア2となした構成か
らなり、該接続板の部分にそれぞれ検出コイル3a,3
bがトロイダル状に巻回され、検出コア2の外周に励磁
コイル5が巻回され、さらに検出コア2の接続板の部分
にそれぞれ変調コイル43a,43bが巻回配置されて
いる。
FIG. 16 shows an improved configuration of the DC current sensor shown in FIG. That is, reference numeral 1 denotes a conductive wire to be detected, which is disposed so as to penetrate the inner central portion of the rectangular frame-shaped detection core 2. A pair of detection coils 3a and 3b are wound in a toroidal shape on the short sides of the rectangular frame-shaped detection core 2 at the opposing positions, and are electrically connected to each other.
Further, a pair of modulation coils 43a and 43b are wound at the same position so as to penetrate in the same direction as the conductive wire 1 to be detected, and are electrically connected to each other in series by predetermined means. In addition, a pair of excitation cores 4a and 4b are integrally arranged on the long sides at the opposing positions so as to form a quadrangular cylindrical shape. Further, an exciting coil 5 is wound around the outer periphery of the rectangular frame-shaped detection core 2 in the circumferential direction. In other words, a pair of square cylinders serving as the excitation cores 4a and 4b are arranged in parallel with their axial center lines parallel to each other, and a connection plate made of a soft magnetic material is connected between adjacent sides of each open end of the parallel square cylinders. The connecting plate and the side wall of the cylindrical body connected to the connecting plate, that is, the core orthogonal portion 6, constitute the above-described rectangular frame-shaped detecting core 2. The connecting plate portion has detecting coils 3a, 3a respectively.
b is wound in a toroidal shape, the exciting coil 5 is wound around the outer periphery of the detection core 2, and the modulation coils 43 a and 43 b are respectively wound around the connection plate of the detection core 2.

【0041】この構成の直流電流センサーにおいても、
図15に示す構成の直流電流センサーと同様な起電力発
生のメカニズムにて、励磁コイル5に励磁電流として周
波数f0の交流電流を印加することによって周波数2f0
の電圧VDETが検出コイル3に発生することとなるので
ある。さらに、この構成では検出コア2に接続する励磁
コア4a,4bの接続部の幅dは図中センサーの長さ方
向の寸法Lの2倍(2L)となることから、検出コア2
の磁路長に対する励磁コア4の接続部の幅dの比率は極
めて大きくなり、反磁場の効果により検出コア2内の残
留磁束密度はより一層小さくなる。しかも、直流電流セ
ンサーの全体的な構成が被検出導線1に対して対象であ
ることから電磁気的なバランスが良く、安定した測定を
実現することが可能となる。図16に示す構成の直流電
流センサーにおいても、図15に示す構成の直流電流セ
ンサーと同様に、前記励磁コイル5に、あらかじめ発振
器から励磁電流の2倍の周波数で発振された励磁電流の
周波数を1/2分周した状態の励磁電流を印加し、発振
器の出力と検出コイルの出力との位相差を位相比較回路
にて検出することによって、被検出導線を流れる直流電
流の絶対値とともにその方向をも容易に検出することが
可能となる。さらに、検出コア2に変調コイル43a,
43bを巻回配置して、交流電源に接続し、±Hc以上
の磁場を発生させるのに必要な交流を流し、コア材の保
磁力に起因した残留磁束により発生する出力のヒステリ
シス特性をなくしてあり、上述の被検出導線1を流れる
直流電流の絶対値とともにその向きを検出するに際し、
逆転領域を発生させることなく、微小電流でも安定して
高感度の検出が可能となる。
In the DC current sensor having this configuration,
At construction DC current sensor similar electromotive force generation mechanism shown in FIG. 15, the frequency 2f 0 by applying an alternating current of frequency f 0 as the exciting current to the exciting coil 5
Voltage V DET of it than is to be generated in the detection coil 3. Further, in this configuration, the width d of the connection portion between the excitation cores 4a and 4b connected to the detection core 2 is twice (2L) the dimension L in the length direction of the sensor in the figure.
The ratio of the width d of the connection portion of the excitation core 4 to the magnetic path length becomes extremely large, and the residual magnetic flux density in the detection core 2 further decreases due to the effect of the demagnetizing field. In addition, since the entire configuration of the DC current sensor is symmetrical with respect to the detected conductor 1, the electromagnetic balance is good and stable measurement can be realized. In the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 16, similarly to the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 15, the exciting coil 5 is supplied with the frequency of the exciting current previously oscillated at twice the frequency of the exciting current from the oscillator. By applying an exciting current in a 1/2 frequency divided state and detecting a phase difference between the output of the oscillator and the output of the detection coil by a phase comparison circuit, the direction and the absolute value of the DC current flowing through the wire to be detected are detected. Can also be easily detected. Further, the modulation coil 43a,
43b is wound and connected to an AC power supply to supply an AC necessary to generate a magnetic field of ± Hc or more, thereby eliminating output hysteresis characteristics caused by residual magnetic flux caused by coercive force of the core material. In detecting the direction and the absolute value of the DC current flowing through the detection target wire 1 described above,
It is possible to stably detect with high sensitivity even with a small current without generating a reverse rotation region.

【0042】図17も図15に示す構成からなる直流電
流センサーを改良したこの発明の一実施例を示す斜視説
明図であり、特に他の実施例と比べて小型化が可能な構
成である。図17に示す直流電流センサーは、基本的に
図15や図16の構成と異なることはないが、一方向に
対向2面を開口した直方体状コアの開口方向に直交する
ように円筒状コアを直方体状コアに貫通配置して、上記
円筒状コアを検出コア2としかつ直方体状コアを励磁コ
ア4となした構成からなり、円筒状軟質磁性材料からな
る検出コア2の対称位置に(図においては4箇所)、検
出コイル3a,3b,3c,3dをそれぞれトロイダル
状に巻回配置するとともに、該検出コア2の外周に励磁
コイル5を巻回配置し、さらに円筒状の検出コア2内に
貫通する被検出導線1を配置して直流電流センサーを構
成している。また、円筒状の検出コア2に、被検出導線
1と同方向に貫通するようにして巻回する一対の変調コ
イル43a,43bを配置している。この構成において
も、図16と同様な作用効果を得ることができる。
FIG. 17 is also a perspective explanatory view showing an embodiment of the present invention in which the DC current sensor having the structure shown in FIG. 15 is improved. In particular, the structure can be reduced in size as compared with other embodiments. Although the direct current sensor shown in FIG. 17 is basically not different from the configuration of FIGS. 15 and 16, a cylindrical core is formed so as to be orthogonal to the opening direction of a rectangular parallelepiped core having two opposing surfaces opened in one direction. It is arranged so as to penetrate through the rectangular parallelepiped core, the cylindrical core is used as the detection core 2 and the rectangular core is used as the excitation core 4, at a symmetric position of the detection core 2 made of a cylindrical soft magnetic material (in FIG. , The detection coils 3a, 3b, 3c, 3d are respectively wound and arranged in a toroidal shape, and the exciting coil 5 is wound around the outer periphery of the detection core 2; A direct current sensor is configured by arranging the penetrated conducting wires 1. A pair of modulation coils 43a and 43b wound around the detection core 2 having a cylindrical shape so as to penetrate in the same direction as the detection target wire 1 is disposed. Also in this configuration, the same operation and effect as in FIG. 16 can be obtained.

【0043】以上に説明した種々の構成からなるこの発
明の直流電流センサーをインバーター機器に組込んで使
用する場合には、特に、スイッチングノイズの混入を防
止するために、検出回路の電源ラインにノイズフィルタ
ーを挿入することが有効であるが、図18に示すよう
に、この発明の直流電流センサーを、パーマロイや無方
向性ケイ素鋼板等からなるシールドケース(図中51a
はケース本体部、51b,51cはケース蓋部である)
にて覆い、誘導ノイズの混入を防止することが望まし
い。
When the DC current sensor of the present invention having the various configurations described above is used by being incorporated in an inverter device, in particular, in order to prevent switching noise from being mixed in, the power supply line of the detection circuit has a noise. Although it is effective to insert a filter, as shown in FIG. 18, a DC current sensor of the present invention is replaced with a shield case (51a in the figure) made of permalloy, non-oriented silicon steel plate or the like.
Is a case main body, and 51b and 51c are case lids.)
It is desirable to cover with a to prevent mixing of induction noise.

【0044】以上に示すこの発明の直流電流センサー
は、検出コア及び励磁コアとして環状の軟質磁性材料を
効果的に配置することによって構成されるが、被検出導
線に流れる電流の大きさ、すなわちセンサーに要求され
る検出感度に応じて各々の軟質磁性材料の材質を選定す
ることが好ましい。通常、磁気特性とともに加工性等を
考慮するとパーマロイが好ましいが、その他ケイ素鋼
板、アモルファス、電磁軟鉄、ソフトフェライト等の公
知の軟質磁性材料の使用が可能であり、これらを組み合
せて用いても良い。また、上記の直流電流センサーにお
いて、環状の軟質磁性材料とは、軟質磁性材料が所謂リ
ング状になっていることに限定されるものでなく、軟質
磁性材料が電磁気的な閉回路を構成できるように接続さ
れていれば良く、図示の如く円環状の他、楕円環状、矩
形枠状等種々の構成が採用できる。
The DC current sensor of the present invention described above is constituted by effectively disposing an annular soft magnetic material as the detection core and the excitation core. The magnitude of the current flowing through the conductor to be detected, that is, the sensor, It is preferable to select the material of each soft magnetic material according to the detection sensitivity required for the above. Normally, permalloy is preferable in consideration of workability and the like together with magnetic properties, but other known soft magnetic materials such as silicon steel plate, amorphous, soft magnetic iron, and soft ferrite can be used, and these may be used in combination. Further, in the DC current sensor described above, the annular soft magnetic material is not limited to the soft magnetic material having a so-called ring shape, and the soft magnetic material can form an electromagnetic closed circuit. And various configurations such as an elliptical ring, a rectangular frame, and the like can be adopted in addition to the ring shape as shown in the figure.

【0045】また、検出コア内に形成される磁気的なギ
ャップは、検出コア内の一箇所に限定されるものでな
く、複数箇所でもよく、先に説明した種々の構成に示す
如く、電磁気的なバランスを考慮して、その形成箇所を
設定することが望ましい。図1の構成を基本とするこの
発明の直流電流センサーにおいては、検出コアと励磁コ
アのコア直交部における磁気的な飽和に関しても、例え
ばコア直交部が幾何学的な完全な直交を実現せずに完全
なる飽和が達成されなくとも略飽和状態にすることがで
きれば、目的とする検出を達成することができる。従っ
て、前記軟質磁性材料の材質とともに、軟質磁性材料の
形状寸法、検出コイル、励磁コイルの巻数等の最適条件
を選定することによって、一層実用性の高いセンサーの
提供を可能とすることができる。
The magnetic gap formed in the detection core is not limited to one location in the detection core, but may be at a plurality of locations. As shown in the various configurations described above, It is desirable to set the formation location in consideration of a proper balance. In the DC current sensor of the present invention based on the configuration of FIG. 1, regarding the magnetic saturation in the orthogonal section of the core between the detection core and the exciting core, for example, the orthogonal section of the core does not realize perfect geometric orthogonality. If it is possible to achieve a substantially saturated state even if complete saturation is not achieved, the intended detection can be achieved. Therefore, by selecting the optimum conditions such as the shape and size of the soft magnetic material, the number of turns of the detection coil and the number of turns of the exciting coil together with the material of the soft magnetic material, it is possible to provide a sensor with higher practicality.

【0046】さらに、上記のいずれの構成においても、
検出コア内を貫通する被検出導体も1本に限定されるも
のでなく、要求されるセンサーの大きさに応じて複数本
貫通させても良いが、被検出導体を1本にすることによ
ってこれらの構成からなる直流電流センサーの効果を最
も効果的に発現することができる。
Further, in any of the above configurations,
The number of conductors passing through the detection core is not limited to one, and a plurality of conductors may be penetrated according to the required size of the sensor. The effect of the DC current sensor having the configuration described above can be exhibited most effectively.

【0047】この発明の主たる特徴の一つである変調コ
イルについては、検出コアにトロイダル状に巻回されて
いる検出コイルと実質的に同一場所で同一方向に巻回配
置されることから、検出コイルにて共用化することがで
きる。すなわち、本来、検出コイルに流れる電流と変調
コイルに流れる電流とは周波数が大きく異なることか
ら、これらを共用化した場合でも、それぞれの機能を実
現する周波数からなる電流を通過させるフィルターを適
宜配置することで、容易に電気信号を分離することが可
能であり、変調コイルと検出コイルを一体化した構成を
採用しても、この発明の目的を達成することができる。
The modulation coil, which is one of the main features of the present invention, is wound in the same direction and at substantially the same place as the detection coil wound toroidally on the detection core. It can be shared by coils. That is, since the frequency of the current flowing through the detection coil and the frequency of the current flowing through the modulation coil are significantly different from each other, even when they are shared, a filter that appropriately passes a current having a frequency that realizes each function is appropriately arranged. Thus, the electric signal can be easily separated, and the object of the present invention can be achieved even if a configuration in which the modulation coil and the detection coil are integrated is adopted.

【0048】[0048]

【作用】この発明の直流電流センサーの作用を、図17
に示す最も小型化が可能な構成に基づいて説明する。図
17に示す直流電流センサーは、先に説明したように、
一方向に対向2面を開口した直方体状コアの開口方向に
直交するように円筒状コアを直方体状コアに貫通配置し
て、上記円筒状コアを検出コア2としかつ直方体状コア
を励磁コア4となした構成からなり、円筒状軟質磁性材
料からなる検出コア2の対称位置に(図においては4箇
所)、検出コイル3a,3b,3c,3dをそれぞれト
ロイダル状に巻回配置するとともに、該検出コア2の外
周に励磁コイル5を巻回配置し、さらに円筒状の検出コ
ア2内に貫通する被検出導線1を配置して直流電流セン
サーを構成している。また、円筒状の検出コア2に、被
検出導線1と同方向に貫通するようにして巻回する一対
の変調コイル43a,43bを配置し、所定の交流電源
に接続している。
The operation of the DC current sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
The description will be made based on the most compact configuration shown in FIG. The direct current sensor shown in FIG. 17 is, as described above,
A cylindrical core is penetrated through the rectangular parallelepiped core so as to be orthogonal to the opening direction of the rectangular parallelepiped core having two opposing surfaces opened in one direction, and the cylindrical core is used as the detection core 2 and the rectangular core is used as the exciting core 4. The detection coils 3a, 3b, 3c, and 3d are respectively wound in a toroidal shape at symmetrical positions (four places in the figure) of the detection core 2 made of a cylindrical soft magnetic material. An excitation coil 5 is wound around the outer periphery of the detection core 2, and a detection target wire 1 penetrating through the inside of the cylindrical detection core 2 is arranged to constitute a DC current sensor. A pair of modulation coils 43a and 43b wound around the cylindrical detection core 2 so as to penetrate in the same direction as the detection target wire 1 are arranged and connected to a predetermined AC power supply.

【0049】ここで、励磁コイル5に、予め発振器から
励磁電流の2倍の周波数2f0で発振された励磁電流の
周波数を1/2分周した状態の励磁電流を印加する。例
えば、励磁コイル5は図19に示す如き交流電流印加手
段10に接続される。交流電流印加手段10は、最終的
に励磁コイル5に印加する励磁電流の2倍の周波数2f
0の励磁電流を発振するOSC(オシレーション・サー
キット、発振回路)と、該励磁電流の周波数を1/2分
周するT−FF(トリガー・フリップ・フロップ)を配
置しており、さらに一旦周波数を2f0からf0に分周し
た交流電流をLPF(ローパスフィルター)、バッファ
ーアンプを介して励磁コイル5に接続される。また、変
調コイル43a,43bには、別途接続する交流電流印
加手段(図示せず)により、上記構成の軟質磁性材料か
らなる検出コア2の±Hc以上の磁場を発生させるのに
必要な交流を流して交番磁界を発生させ、コア材の保磁
力に起因した残留磁束により発生するヒステリシス特性
をなくしてある。
Here, an exciting current is applied to the exciting coil 5 in a state where the frequency of the exciting current oscillated at twice the frequency of the exciting current 2 f 0 from the oscillator is halved in advance. For example, the exciting coil 5 is connected to an alternating current applying means 10 as shown in FIG. The AC current applying means 10 has a frequency 2f which is twice the exciting current finally applied to the exciting coil 5.
An OSC (oscillation circuit, oscillation circuit) that oscillates an exciting current of 0 , and a T-FF (trigger flip-flop) that divides the frequency of the exciting current by half are arranged. The AC current obtained by dividing the frequency from 2f 0 to f 0 is connected to the excitation coil 5 via an LPF (Low Pass Filter) and a buffer amplifier. Alternating current necessary for generating a magnetic field of ± Hc or more of the detection core 2 made of the soft magnetic material having the above-described configuration is applied to the modulation coils 43a and 43b by an alternating current applying means (not shown) separately connected. In this case, an alternating magnetic field is generated to eliminate the hysteresis characteristic generated by the residual magnetic flux caused by the coercive force of the core material.

【0050】被検出導線1に所定方向の直流電流Iが流
れると、励磁コイル5に印加される前記1/2分周され
た周波数f0なる励磁電流によって、先に説明した起電
力発生のメカニズムと同様に、検出コア2に発生する磁
束を変調し、検出コイル3に被検出導線1に流れる直流
電流Iと変調コイル43a,43bに流した交流電流の
和に比例した励磁電流の2倍の周波数2f0からなる起
電力を出力させることが可能となり、検出コイルに発生
した出力から該交流成分を除去することにより、被検出
導線1に流れる直流電流Iの絶対値を知ることができる
のである。被検出導線1に流れる直流電流Iの向きによ
り、検出コイル3に発生する周波数2f0の電圧VDET
位相がそれぞれ180度異なることは、先に図2、図3
によって説明したとおりである。このようにして検出コ
イル3に発生した周波数2f0からなる出力(起電力)
は、位相比較回路20(図19参照)に入力される。
When a DC current I flowing in a predetermined direction flows through the conductive wire 1 to be detected, the above-described mechanism for generating an electromotive force is generated by the excitation current applied to the excitation coil 5 and having the frequency f 0 divided by 1 /. Similarly to the above, the magnetic flux generated in the detection core 2 is modulated, and the exciting current is twice as large as the exciting current proportional to the sum of the direct current I flowing through the detected wire 1 through the detecting coil 3 and the alternating current flowing through the modulating coils 43a and 43b. It is possible to output an electromotive force having a frequency of 2f 0, and it is possible to know the absolute value of the DC current I flowing through the detected conductor 1 by removing the AC component from the output generated in the detection coil. . 2 and 3 that the phases of the voltage V DET of the frequency 2f 0 generated in the detection coil 3 differ by 180 degrees depending on the direction of the DC current I flowing through the detection target wire 1.
As described above. Output (electromotive force) consisting of frequency 2f 0 generated in detection coil 3 in this way
Is input to the phase comparison circuit 20 (see FIG. 19).

【0051】一方、前記交流電流印加手段を構成するO
SCから発振される周波数2f0からなる励磁電流の一
部は、T−FF等を介して励磁コイル5に接続されるこ
となく、周波数2f0のままLPF(ローパスフィルタ
ー)、フェーズシフター(移相器)、シュミット・トリ
ガー等を介して位相比較回路20(図19参照)に入力
される。位相比較回路20は、該回路20に入力される
発振器からの出力と検出コイル3からの出力との位相差
を検出し、被検出導線1を流れる直流電流Iの方向に対
応して最終的に図22に示す如き出力電圧VOUTを出力
することとなる。なお、検出コイルには測定対象となる
直流電流Iと変調コイル43a,43bに流した交流電
流が合成された出力が得られるため、この交流成分を除
去する必要がある。この交流成分を除去する方法として
は、1)通過周波数2foのQの高いバンドパスフィル
ターを用いる、2)そのまま位相検波し、得られた出力
から重畳交流成分をローパスフィルターなどで除去する
などの方法が有効である。すなわち、図2、図3より理
解できるように、発振器11からの出力と検出コイル3
からの出力との位相差がない場合は、被検出導線1を流
れる直流電流Iの向きがプラス(+)の向き(図1中上
向き)に流れていると判断し、また該位相差が180度
ある場合は、被検出導線1を流れる直流電流Iの向きが
マイナス(−)の向き(図1中下向き)に流れていると
判断し、それらの向きとともに直流電流Iの絶対値を出
力することが可能となるのである。
On the other hand, O constituting the AC current applying means
Some of the exciting current consisting of the frequency 2f 0 oscillated from SC, without being connected to the exciting coil 5 via the T-FF and the like, while LPF (low pass filter) frequencies 2f 0, the phase shifter (phase shifter ), And input to the phase comparison circuit 20 (see FIG. 19) via a Schmitt trigger or the like. The phase comparison circuit 20 detects a phase difference between the output from the oscillator input to the circuit 20 and the output from the detection coil 3, and finally detects the phase difference corresponding to the direction of the DC current I flowing through the detected wire 1. An output voltage V OUT as shown in FIG. 22 is output. Since the detection coil has an output in which the DC current I to be measured and the AC current flowing through the modulation coils 43a and 43b are combined, it is necessary to remove the AC component. As a method for removing this AC component, 1) a bandpass filter having a high Q with a passing frequency of 2fo is used, and 2) a phase detection is performed as it is, and a superimposed AC component is removed from the obtained output by a low-pass filter or the like. Is valid. That is, as can be understood from FIGS. 2 and 3, the output from the oscillator 11 and the detection coil 3
If there is no phase difference from the output from the control unit 1, it is determined that the direction of the DC current I flowing through the detected conductor 1 is flowing in the plus (+) direction (upward in FIG. 1), and the phase difference is 180. If there is a certain degree, it is determined that the direction of the DC current I flowing through the conductive wire 1 to be detected is flowing in a minus (-) direction (downward in FIG. 1), and the absolute value of the DC current I is output together with those directions. It becomes possible.

【0052】特に、この発明の直流電流センサーにおい
ては、励磁コイル5に接続する発振器から発振される励
磁電流の周波数と検出コイル3からの出力VDETの周波
数とが、ともに最終的に励磁コイル5に印加される励磁
電流の2倍の周波数2f0となることから、これら同周
波数からなる出力の位相差は容易に比較することがで
き、例えば、図19にて示すような比較的構成が簡単な
公知の位相比較回路にて被検出導線を流れる直流電流の
向きを検出することが可能となるのである。以上に説明
したこの発明の作用は、図17に示す構成の直流電流セ
ンサーだけでなく、他の構成からなるこの発明の直流電
流センサーにおいても同様であり、さらに各々の構成に
おいては、先に説明した特徴を活かした効果を実現する
ことができる。
In particular, in the DC current sensor of the present invention, both the frequency of the exciting current oscillated from the oscillator connected to the exciting coil 5 and the frequency of the output V DET from the detecting coil 3 finally become the same. Since the frequency becomes 2f 0 which is twice the frequency of the exciting current applied to the output, the phase difference between the outputs having the same frequency can be easily compared. For example, the configuration is relatively simple as shown in FIG. It is possible to detect the direction of the direct current flowing through the detected wire by using a known phase comparison circuit. The operation of the present invention described above is similar not only to the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 17 but also to the DC current sensor having another configuration according to the present invention. It is possible to realize an effect utilizing the characteristics that have been obtained.

【0053】[0053]

【実施例】【Example】

実施例1 パーマロイC(78%Ni−5%Mo−4%Cu−ba
lFe)からなる厚さ0.35mmの薄板から所定形状
に打ち抜きし、所定箇所を折り曲げて組立てた後、スポ
ット溶接して図16に示すコア組立体を得た。但し、L
=20mm、H=10mm、W1=21mm、W2=3m
mである。上記組立体を、水素ガス雰囲気にて1100
℃×3時間の熱処理を施した後、600℃〜400℃の
間を100℃/時間で多段の冷却処理を施す熱処理を完
了させ、直流電流センサーを得た。矩形枠状からなる検
出コア2の所要位置に絶縁性の保護ビニールテープを巻
回した後、該検出コア2の各々短辺部にそれぞれ外径
0.1mmのホルマル線を40ターンずつ巻回して検出
コイル3a,3bとし、さらに、検出コア2の外周に外
径0.3mmのホルマル線を20ターン巻回して励磁コ
イル5とした。上記検出コア2の内側に外径8mmのビ
ニル被覆からなる被検出導線1を貫通配置した。さら
に、矩形枠状の検出コア2の各々短辺部にそれぞれ外径
0.1mmのホルマル線を10ターンずつ巻回して変調
コイル43a,43bとした。
Example 1 Permalloy C (78% Ni-5% Mo-4% Cu-ba
A core assembly shown in FIG. 16 was obtained by punching out a 0.35 mm-thick thin plate made of 1Fe) into a predetermined shape, bending a predetermined portion and assembling the same, and spot welding. Where L
= 20 mm, H = 10 mm, W 1 = 21 mm, W 2 = 3 m
m. The above assembly was placed in a hydrogen gas atmosphere for 1100
After the heat treatment of 3 hours at a temperature of 600C to 400C, the heat treatment of multi-stage cooling at a rate of 100C / hour between 600C and 400C was completed to obtain a DC current sensor. After winding an insulating protective vinyl tape around a required position of the detection core 2 having a rectangular frame shape, a formal wire having an outer diameter of 0.1 mm is wound around each short side of the detection core 2 by 40 turns. The detection coils 3a and 3b were formed, and a formal wire having an outer diameter of 0.3 mm was wound around the outer circumference of the detection core 2 for 20 turns to form the excitation coil 5. A detection conductor 1 made of vinyl coating having an outer diameter of 8 mm was penetrated inside the detection core 2. Further, a formal wire having an outer diameter of 0.1 mm was wound around each short side of the rectangular frame-shaped detection core 2 by 10 turns to form modulation coils 43a and 43b.

【0054】この発明の直流電流センサーとして、各々
励磁コイル5、検出コイル3に、最終的に励磁コイル5
に印加する励磁電流の2倍の周波数からなる励磁電流を
発生させる発振器等を配置する交流電流印加手段や位相
比較回路等を配置して、発振器から励磁電流としてf=
14.2kHz、300mAの交流電流を流し、変調コ
イル43a,43bに100Hz、5mA(ピーク時)
の正弦波交流電流を流し、さらに、被検出導線1に±5
0mAの範囲で直流電流Iを増減させて流した時の、位
相比較回路を経由して出力される検出コイル3(図中3
a,3bの合計値)の起電力(出力)VOUTのうち、1
00Hzの交流成分をローパスフィルターで除去した後
の出力変化を図20に示す。なお、この該出力電圧V
OUTは、増幅効果を有する増幅回路を介して出力した値
である。
As the DC current sensor of the present invention, the excitation coil 5 and the detection coil 3
And an AC current applying means and a phase comparison circuit for arranging an oscillator for generating an exciting current having a frequency twice as high as the exciting current to be applied to the oscillator.
An alternating current of 14.2 kHz and 300 mA flows, and 100 Hz and 5 mA (peak time) are applied to the modulation coils 43a and 43b.
Sinusoidal AC current of ± 5
When the DC current I is increased or decreased in the range of 0 mA and flows, the detection coil 3 (3 in FIG.
out of the electromotive force (output) V OUT of
FIG. 20 shows a change in output after the 00 Hz AC component is removed by the low-pass filter. The output voltage V
OUT is a value output via an amplification circuit having an amplification effect.

【0055】図21は、比較例であり、上記のこの発明
の直流電流センサーから、この発明の特徴である変調コ
イル43a,43bを配置せず、他は全て同一条件にて
測定した結果である。この発明の直流電流センサーによ
る測定結果である図20と、比較例の直流電流センサー
による測定結果である図21とを比較すると、ともに被
検出導線を流れる直流電流に基づく検出コイル3の起電
力(出力)の向きを検出することが可能であり、つま
り、被検出導線を流れる直流電流の絶対値とともに、そ
の向きを検出することが可能となるが、30mA程度以
下、特に10mA程度の微小電流領域での測定値に大き
な差異が生ずることが明らかである。すなわち、比較例
の直流電流センサーにおいては、出力特性に大きなヒス
テリシス現象が現れ、往復電流による誤差出力が非常に
大きいのに対し、この発明の直流電流センサーにおいて
は、10mAの微小電流でもS/N比10倍以上で測定
でき、往復電流の大きさによる差分検出感度の低下がな
く、往復電流による誤差出力が小さいことが明らかであ
る。
FIG. 21 shows a comparative example, in which the DC current sensor of the present invention was measured under the same conditions except that the modulation coils 43a and 43b, which are the features of the present invention, were not arranged. . When FIG. 20 which is the measurement result by the DC current sensor of the present invention is compared with FIG. 21 which is the measurement result by the DC current sensor of the comparative example, the electromotive force of the detection coil 3 based on the DC current flowing through the detection target wire ( Output direction can be detected, that is, the direction can be detected together with the absolute value of the DC current flowing through the conductor to be detected. It is clear that large differences occur in the measurements at. That is, in the DC current sensor of the comparative example, a large hysteresis phenomenon appears in the output characteristics, and the error output due to the reciprocating current is very large. On the other hand, in the DC current sensor of the present invention, the S / N is small even at a very small current of 10 mA. It is clear that the measurement can be performed at a ratio of 10 times or more, the difference detection sensitivity does not decrease due to the magnitude of the reciprocating current, and the error output due to the reciprocating current is small.

【0056】実施例2 パーマロイC(78%Ni−5%Mo−4%Cu−ba
lFe)からなる厚さ0.1mmの薄板から所定形状に
打ち抜きし、所定箇所を折り曲げて組立てた後、スポッ
ト溶接して図17に示すコア組立体を得た。但し、L=
35mm、H=15mm、W1=35mm、W2=10m
mである。上記組立体を、水素ガス雰囲気にて1100
℃×3時間の熱処理を施した後、600℃〜400℃の
間を100℃/時間で多段の冷却処理を施す熱処理を完
了させ、直流電流センサーを得た。円筒状からなる検出
コア2の所要位置に絶縁性の保護ビニールテープを巻回
した後、該検出コア2の対称位置にそれぞれ外径0.2
mmのホルマル線を20ターンずつ巻回して検出コイル
3a,3b,3c,3dとし、さらに、検出コア2の外
周に外径0.5mmのホルマル線を20ターン巻回して
励磁コイル5とした。上記検出コア2の内側に外径8m
mのビニル被覆からなる被検出導線1を貫通配置した。
さらに、円筒状の検出コア2の各々対向位置にそれぞれ
外径0.1mmのホルマル線を10ターンずつ巻回して
変調コイル43a,43bとした。
Example 2 Permalloy C (78% Ni-5% Mo-4% Cu-ba
A core assembly shown in FIG. 17 was obtained by punching out a thin plate made of 1Fe) having a thickness of 0.1 mm into a predetermined shape, bending a predetermined portion and assembling the same, and spot welding. Where L =
35 mm, H = 15 mm, W 1 = 35 mm, W 2 = 10 m
m. The above assembly was placed in a hydrogen gas atmosphere for 1100
After the heat treatment of 3 hours at a temperature of 600C to 400C, the heat treatment of multi-stage cooling at a rate of 100C / hour between 600C and 400C was completed to obtain a DC current sensor. After winding an insulating protective vinyl tape around a required position of the cylindrical detection core 2, an outer diameter of 0.2 is applied to each of the symmetric positions of the detection core 2.
The detection coil 3 is formed by winding a formal wire having a diameter of 0.5 mm on the outer periphery of the detection core 2 to form an exciting coil 5. Outside diameter of 8m inside the detection core 2
The detection conductor wire 1 made of m vinyl coating was penetrated.
Further, a formal wire having an outer diameter of 0.1 mm was wound around each of the cylindrical detection cores 2 at opposing positions for 10 turns to form modulation coils 43a and 43b.

【0057】この発明の直流電流センサーとして、各々
励磁コイル5、検出コイル3に、最終的に励磁コイルに
印加する励磁電流の2倍の周波数からなる励磁電流を発
生させる発振器等を配置する交流電流印加手段や位相比
較回路等を配置して、発振器から励磁電流としてf=1
8kHz、300mAの交流電流を流し、変調コイル4
3a,43bに100Hz、30mA(ピーク時)の正
弦波交流電流を流し、さらに、被検出導線1に±50m
Aの範囲で直流電流Iを増減させて流した時の、位相比
較回路を経由して出力される検出コイル3(図中3a,
3b,3c,3dの各々の合計値)の起電力(出力)V
OUTのうち、100Hzの交流成分をローパスフィルタ
ーで除去した後の出力変化を図22に示す。なお、該出
力電圧VOUT増幅効果を有する増幅回路を介して出力
した値である。図22から、この発明の直流電流センサ
ーによれば被検出導線を流れる直流電流に基づく検出コ
イル3の起電力(出力)の方向を検出することが可能で
あり、つまり、被検出導線を流れる直流電流の絶対値と
ともに、その方向を感度良く、安定して検出することが
可能となるばかりでなく、10mA程度の微小電流をS
/N比10倍以上で測定でき、往復電流の大きさによる
差分検出感度の低下がなく、往復電流による誤差出力が
小さいことが明らかである。
As a DC current sensor according to the present invention, an AC current in which an oscillator or the like for generating an exciting current having a frequency twice as high as the exciting current finally applied to the exciting coil is arranged in each of the exciting coil 5 and the detecting coil 3. An application means, a phase comparison circuit, and the like are arranged, and f = 1 as an exciting current from the oscillator.
An alternating current of 8 kHz and 300 mA flows, and the modulation coil 4
A sine-wave alternating current of 100 Hz and 30 mA (at the peak) is passed through 3a and 43b, and ± 50 m
A detection coil 3 (3a, 3a in the figure) output via the phase comparison circuit when the DC current I is increased or decreased in the range A
3b, 3c, 3d) (electromotive force (output) V)
FIG. 22 shows an output change after removing a 100 Hz AC component from the OUT with a low-pass filter. Note that the output voltage V OUT is a value output via an amplifier circuit having an amplification effect. From FIG. 22, according to the DC current sensor of the present invention, it is possible to detect the direction of the electromotive force (output) of the detection coil 3 based on the DC current flowing through the detected wire, that is, the DC current flowing through the detected wire. In addition to the absolute value of the current, the direction can be detected stably with good sensitivity, and a small current of about 10 mA
It is apparent that the measurement can be performed at a / N ratio of 10 times or more, the difference detection sensitivity does not decrease due to the magnitude of the reciprocating current, and the error output due to the reciprocating current is small.

【0058】[0058]

【発明の効果】この発明の直流電流センサーは、被検出
導線と同方向に貫通するようにして検出コアに巻回配置
させた変調コイルを有し、該変調コイルに発生させた交
番磁界で検出コア内の残留磁束を減少させたことから、
微小な電流の変化に対しても、優れた検出能力を有する
ことから、直流の漏電ブレーカー等に使用した際には、
検出コア内に貫通配置する被検出導体をコアに巻回せ
ず、1本貫通させるだけでも要求される高感度の検出が
達成でき、構造が比較的簡単で直流電流センサーの小型
化を可能とする。また、被検出導線を流れる直流電流の
絶対値だけでなく、その向きをも検知することができる
ことから、該直流電流の方向によって正転←→逆転、往
←→復等の制御が必要な技術分野、例えば、直流モータ
ーを使用したアクチュエーターの制御等において、より
有効に活用できる。
The direct current sensor according to the present invention has a modulation coil wound around a detection core so as to penetrate in the same direction as the conductor to be detected, and the detection is performed by an alternating magnetic field generated in the modulation coil. Since the residual magnetic flux in the core has been reduced,
Because it has excellent detection capability even for minute changes in current, when used in direct current leakage breakers, etc.
The required high-sensitivity detection can be achieved simply by penetrating the conductor to be detected, which is disposed in the detection core, without winding it around the core. The structure is relatively simple, and the DC current sensor can be downsized. . In addition, since it is possible to detect not only the absolute value of the DC current flowing through the detected wire, but also the direction of the DC current, a technique that requires control such as forward ← → reverse and forward ← → return depending on the direction of the DC current is required. In the field, for example, control of an actuator using a DC motor, it can be more effectively utilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の直流電流センサーの一実施例の概要
を示す斜視説明図である。
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing an outline of an embodiment of a DC current sensor according to the present invention.

【図2】図1の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Aは周波数と励
磁電流、Bは周波数と検出コアを通過する磁束、Cは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an applied frequency and a frequency in the DC current sensor configuration of FIG. 1, where A is a frequency and an exciting current, B is a frequency and a magnetic flux passing through a detection core, C is a frequency and a detection coil. The relationship with the electromotive force is shown.

【図3】図1の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Aは周波数と励
磁電流、Bは周波数と検出コアを通過する磁束、Cは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
3 is a graph showing a relationship between an applied frequency in the DC current sensor configuration of FIG. 1, where A is the frequency and the exciting current, B is the frequency and the magnetic flux passing through the detection core, C is the frequency and the detection coil. The relationship with the electromotive force is shown.

【図4】Aは、直流電流センサーにおける超微小領域で
の被検出電流と出力との関係を示す線グラフであり、B
は検出コアのBHカーブ(ヒステリシスカーブ)を示す
線グラフである。
FIG. 4A is a line graph showing a relationship between a detected current and an output in a very small area in a DC current sensor;
Is a line graph showing a BH curve (hysteresis curve) of the detection core.

【図5】AとBは、変調コイルに変調交流電流を流さず
被検出導線に直流電流を流してコアが励磁された後、該
直流電流を切りその後変調コイルに交流電流を流してマ
イナーループを形成した状態を示す線グラフである。
FIGS. 5A and 5B show minor loops in which after a core is excited by applying a DC current to a detection target wire without applying a modulation AC current to a modulation coil, the DC current is cut off, and then an AC current is applied to the modulation coil. 6 is a line graph showing a state in which is formed.

【図6】被検出導線に直流電流が流れている状態で、変
調コイルに変調交流電流を流して被測定電流に変調用交
流電流を重畳した場合のマイナーループの中心点の移動
状態を示す線グラフである。
FIG. 6 is a diagram showing a movement state of a center point of a minor loop when a modulation AC current is supplied to a modulation coil and a modulation AC current is superimposed on a current to be measured in a state where a DC current is flowing through a detection target wire; It is a graph.

【図7】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す斜視説明図である。
FIG. 7 is an explanatory perspective view showing the outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図8】図7に示すこの発明の直流電流センサーを作成
するためのコア材の一実施例の概要を示す平面説明図で
ある。
FIG. 8 is an explanatory plan view showing an outline of an embodiment of a core material for producing the direct current sensor of the present invention shown in FIG. 7;

【図9】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す斜視説明図である。
FIG. 9 is a perspective explanatory view showing an outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図10】この発明の直流電流センサーの他の実施例の
概要を示す斜視説明図である。
FIG. 10 is a perspective explanatory view showing an outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図11】図10に示すこの発明の直流電流センサーの
部分説明図である。
11 is a partial explanatory view of the DC current sensor of the present invention shown in FIG.

【図12】A及びBは、図9に示すこの発明の直流電流
センサーの励磁コイルによって発生する磁路の詳細説明
図である。
12A and 12B are detailed explanatory diagrams of a magnetic path generated by an exciting coil of the DC current sensor of the present invention shown in FIG.

【図13】A及びBは、図10に示すこの発明の直流電
流センサーの励磁コイルによって発生する磁路の詳細説
明図である。
FIGS. 13A and 13B are detailed explanatory diagrams of magnetic paths generated by exciting coils of the DC current sensor of the present invention shown in FIG.

【図14】図9の直流電流センサーにおける励磁コイル
と検出コイルとの静電容量結合を防止する高電気伝導度
金属箔の配置構成を説明する一部断面説明図である。
14 is a partial cross-sectional explanatory view illustrating an arrangement configuration of a high electrical conductivity metal foil for preventing capacitive coupling between an excitation coil and a detection coil in the DC current sensor of FIG. 9;

【図15】この発明の直流電流センサーの他の実施例の
概要を示す斜視説明図である。
FIG. 15 is a perspective explanatory view showing an outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図16】この発明の直流電流センサーの他の実施例の
概要を示す斜視説明図である。
FIG. 16 is a perspective explanatory view showing an outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図17】この発明の直流電流センサーの他の実施例の
概要を示す斜視説明図である。
FIG. 17 is an explanatory perspective view showing an outline of another embodiment of the direct current sensor of the present invention.

【図18】この発明の直流電流センサーに採用するシー
ルドケースの一実施例を示す斜視説明図である。
FIG. 18 is an explanatory perspective view showing one embodiment of a shield case used in the DC current sensor of the present invention.

【図19】この発明の直流電流センサーに接続する電気
回路の一実施例の概要を示す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an outline of an embodiment of an electric circuit connected to the DC current sensor of the present invention.

【図20】この発明の直流電流センサーにおける被検出
導線1に流れる直流電流(微小領域)と出力との関係を
示す線グラフである。
FIG. 20 is a line graph showing a relationship between a DC current (a minute area) flowing through a detected conductor 1 and an output in the DC current sensor of the present invention.

【図21】比較例の直流電流センサーにおける被検出導
線1に流れる直流電流(超微小領域)と出力との関係を
示す線グラフである。
FIG. 21 is a line graph showing a relationship between a DC current (ultra-micro area) flowing through a detected conductor 1 and an output in a DC current sensor of a comparative example.

【図22】この発明の直流電流センサーにおける被検出
導線1に流れる直流電流(微小領域)と出力との関係を
示す線グラフである。
FIG. 22 is a line graph showing a relationship between a DC current (a minute area) flowing through a detected conductor 1 and an output in the DC current sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被検出導線 2 検出コア 3,3a,3b,3c,3d 検出コイル 4,4a,4b 励磁コア 5 励磁コイル 6 コア直交部 10 交流電流印加手段 11 OSC 12 T−FF 13,31 LPF 14 バッファーアンプ 20 位相比較回路 32 フェーズシフター 33 シュミット・トリガー 51a,51b シールドケース部材 70 金属箔 71 スリット部 43,43a,43b 変調コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductor to be detected 2 Detecting core 3, 3a, 3b, 3c, 3d Detecting coil 4, 4a, 4b Exciting core 5 Exciting coil 6 Core orthogonal part 10 AC current applying means 11 OSC 12 T-FF 13, 31 LPF 14 Buffer amplifier Reference Signs List 20 phase comparison circuit 32 phase shifter 33 Schmitt trigger 51a, 51b shield case member 70 metal foil 71 slit portion 43, 43a, 43b modulation coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/18 H01F 38/20 - 38/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 15/18 H01F 38/20-38/40

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 環状の軟質磁性材料からなる検出コアの
一部に検出コアの周方向に対して励磁コアと直交接続す
るコア直交部を設けて環状の軟質磁性材料からなる励
磁コアと前記検出コアとを一体的に配置し、各コアにそ
れぞれトロイダル状に巻回して検出コイルと励磁コイル
を配置した構成からなり、検出コア内側に非接触検出す
る直流電流が流れる被検出導線を貫通配置し、さらに検
出コアに被検出導線と同方向に巻回させた変調コイルを
配置し、該変調コイルに発生させた交番磁界を検出コア
に重畳可能にしたことを特徴とする直流電流センサー。
1. A provided core orthogonal section perpendicular connecting the exciting core with respect to the circumferential direction of the detecting core in a portion of the detecting core consisting of an annular soft magnetic material, wherein an exciting core consisting of an annular soft magnetic material It consists of a detection core and a detection coil and an excitation coil, which are wound in a toroidal shape on each core, and the detection conductor through which a direct current for non-contact detection flows flows inside the detection core. And a modulation coil wound in the same direction as the conductor to be detected on the detection core, so that an alternating magnetic field generated in the modulation coil can be superimposed on the detection core.
【請求項2】 環状の軟質磁性材料からなる検出コアの
一部に検出コアの周方向に対して励磁コアと直交接続す
るコア直交部を設けて環状の軟質磁性材料からなる励
磁コアと前記検出コアとを一体的に配置し、検出コアに
検出コイルをトロイダル状に巻回配置し、かつ検出コア
の外周に該検出コアの周方向に巻回する励磁コイルを巻
回配置した構成からなり、検出コア内側に非接触検出す
る直流電流が流れる被検出導線を貫通配置し、さらに検
出コアに被検出導線と同方向に巻回させた変調コイルを
配置し、該変調コイルに発生させた交番磁界を検出コア
に重畳可能にしたことを特徴とする直流電流センサー。
2. A core orthogonal portion which is orthogonally connected to an exciting core in a circumferential direction of the detecting core at a part of a detecting core made of an annular soft magnetic material, and the exciting core made of an annular soft magnetic material and The detection core is integrally arranged, the detection coil is wound around the detection core in a toroidal shape, and the excitation coil wound around the detection core in the circumferential direction of the detection core is wound around the detection core. , A detection wire through which a direct current for non-contact detection flows passes through the inside of the detection core, a modulation coil wound in the same direction as the detection wire is disposed on the detection core, and an alternation generated in the modulation coil is provided. A direct current sensor characterized in that a magnetic field can be superimposed on the detection core.
【請求項3】 励磁コアとなる一対の筒体を軸中心線を
平行に並列し、並列する筒体の各開口端の隣接辺部間を
軟質磁性材料からなる接続板で接続一体化して接続板及
びこれと接続した筒体側面部とで検出コアとなしたこと
を特徴とする請求項1又は請求項2記載の直流電流センサ
ー。
3. A pair of cylinders serving as excitation cores are arranged in parallel with their axial center lines parallel to each other, and adjacent sides of the respective open ends of the parallel cylinders are connected and integrated by a connection plate made of a soft magnetic material. DC current sensor according to claim 1 or claim 2, wherein in that without the detecting core by the plate and the cylindrical side face connected thereto.
【請求項4】 1つのコイルで検出コイルと変調コイル
の機能を共用したことを特徴とする請求項1又は請求項2
記載の直流電流センサー。
4. The method of claim 1 and one detection coil in coil, characterized in that the share function of the modulation coil or claim 2
DC current sensor as described.
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