JP3487626B2

JP3487626B2 - 抵抗器

Info

Publication number: JP3487626B2
Application number: JP35201793A
Authority: JP
Inventors: 晴彦山中
Original assignee: アジレント・テクノロジー株式会社
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JPH07201537A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は一般に抵抗器に関し、特に
インピーダンス等の回路定数や材料の特性、磁性材料の
磁気特性等の測定装置に用いられる電流検出用の抵抗器
に関する。

【０００２】

【従来技術と問題点】代表的な磁気特性測定装置の測定
原理を図５に示す。被測定材料である磁性材料５３には
１次コイル５４と２次コイル５５が巻かれている。信号
発生器５１から電流増幅器５２を介して１次コイル５４
に励磁電流Ｉxを流し、２次コイル５５に発生する誘起
電圧Ｖxを電圧計５７で測定する。励磁電流は１次コイ
ル５４に直列に接続した検出抵抗器５６の降下電圧を電
圧計５８で測定する。これらの測定結果から各種の磁気
特性値を演算によって求める。従って、磁性材料の特性
を精度良く測定するためには、励磁電流と誘起電圧の振
幅と位相を精度良く測定する必要がある。

【０００３】高周波における磁気特性測定を精度良く測
定するためには、以下に述べるように、励磁電流の検出
抵抗器の抵抗値およびインダクタンスが共に小さくなけ
ればならない。抵抗値が小さくなければならない第１の
理由は、検出抵抗器には大電流が流れるため、そこで消
費される電力を抑えるためである。第２の理由は、鉄損
測定時には磁束密度の波形を正弦波にする必要がり、そ
のために電流増幅器５２は低出力インピーダンスでなけ
ればならない。従って、１次コイルに直列に接続される
検出抵抗にも同様に低インピーダンスが要求される。

【０００４】次に検出抵抗器のインダクタンス成分が小
さくなければならない理由を述べる。高周波での低い抵
抗値の抵抗器の等価回路は抵抗とインダクタンスの直列
接続で表される。このインダクタンス成分のため検出抵
抗器のインピーダンスは周波数で変化し、励磁電流の測
定値に振幅誤差と位相誤差を与える。インダクタンス成
分の影響を軽減するには、インダクタンスに対して抵抗
値を大きくする方法がある。しかし前述した理由から、
この方法は採用できない。従って、検出抵抗器のインダ
クタンスそのものを小さくする必要がある。ここで、検
出抵抗器の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬ、周
波数をｆとすると、検出抵抗器のインピーダンスの絶対
値｜Ｚ｜と位相角θは、

【０００５】

【数１】

【０００６】となる。従来の高周波磁気特性測定装置で
は１Ω前後の金属皮膜抵抗器が検出抵抗として使用され
ていた。この抵抗器には、抵抗器自身の物理的な形状や
リード線および配線等によって、数ｎＨ〜１０数ｎＨの
インダクタンスが寄生していた。仮に抵抗値１Ωとイン
ダクタンス５ｎＨの検出抵抗器を想定すると、（１）
（２）式から１ＭＨｚ以上での検出抵抗器のインピーダ
ンスの絶対値｜Ｚ｜と位相角θは次表となる。

【０００７】

【表１】

【０００８】検出抵抗器のインダクタンス成分によって
生じる励磁電流の測定誤差は１０ＭＨｚで振幅誤差約５
％、位相誤差１７．４゜、１００ＭＨｚで振幅誤差約２
３０％、位相誤差７２．３゜にも及ぶ大きな誤差とな
る。以上は磁気特性測定装置について述べたが、電流を
検出抵抗器の降下電圧として測定する方式のインピーダ
ンス等の回路定数や材料の特性値を求める装置において
も同様の問題がある。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、低インダクタンスを有
する抵抗器を提供し、磁気特性測定装置等において該抵
抗器を電流検出抵抗器として用いることにより、高周波
での上記の問題点を解消することにある。

【００１０】

【発明の概要】本発明においては、励磁電流検出抵抗器
を、同軸コネクタと複数の抵抗素子及びプリント板を構
成要素とし、該同軸コネクタを中心として抵抗器全体が
同軸構造になるように抵抗素子及びプリント板の導体パ
ターンを配置し、かつ抵抗素子が並列接続になるよう回
路を構成し、低抵抗値と低インダクタンスを実現する。

【００１１】

【発明の実施例】本発明の磁気特性測定装置の検出抵抗
器の一実施例の構成を示す立体分解図を図１に示す。ま
たプリント板の導体パターンを図２にハチングで示し、
検出抵抗器の中心軸を通る面で縦割にした断面図を図３
に示す。これらの図中、同一の構成要素は同じ参照番号
を付している。また、図１、図３、図４ではプリント板
の絶縁基板を省略している。図３では、スルーホールの
壁部分を示し穴の部分は省略している。またスルーホー
ルを介して接続されている導体パターンには同じハッチ
ングを施してある。図１に示すように、検出抵抗器は４
層の導体層７、８、９、１０から成るプリント板と、そ
の上に環状に配置されている複数のチップ抵抗４及び励
磁電流入出力用の同軸コネクタ２から構成されている。
図１、図２、図３において１は同軸コネクタ２の内部導
体が通るスルーホールである。３は同軸コネクタの外部
導体即ち取り付け足用のスルーホールであり、例示では
１の周りに４個設けられている。５、６、１５、１６、
１７はプリント板の導体パターンである。これらはコネ
クタの内部導体の中心線軸を中心とする円形またはドー
ナツ盤形をしている。但し第３層と第４層のパターンに
は図示するような引出し線１３、１４が付いている。１
１、１２は各層の導体パターンを接続するスルーホール
で、コネクタの内部導体の中心軸を中心とした同心円周
上に複数設けられている。複数のチップ抵抗４は、パタ
ーン５と６の間に並列接続され、且つ環状に均等な間隔
で登載されている。

【００１２】本発明において励磁電流の経路は次の様に
なる。図５の１次コイル５４を出た励磁電流は同軸ケー
ブルの心線を通り、電流検出抵抗器の同軸コネクタ２の
内部導体に流入する。そしてスルーホール１を通りプリ
ント板の第２層に達し、パターン１７を放射状に広がっ
た後、スルーホール１１を通って第１層のパターン５に
至る。そこでチップ抵抗４を通りパターン６を介してコ
ネクタの外部導体に達し、同軸ケーブルの外皮を通って
電流増幅器５２に戻る。チップ抵抗の両端子は、それぞ
れスルーホール１１及び１２を介して第３層のパターン
１６及び第４層のパターン１５に接続されている。パタ
ーン１６及び１５の引出し線１３及び１４は電圧計に接
続され、チップ抵抗の降下電圧が測定される。

【００１３】該検出抵抗器は複数のチップ抵抗４の並列
接続のため、その抵抗値はチップ抵抗値／チップ抵抗数
となり、低抵抗値を実現しやすい。またインダクタンス
は、励磁電流が発生させる磁界を考察して次の様に見積
ることができる。図４は図３の右半分を拡大し、励磁電
流によって発生する磁界の区域を示したものである。本
発明の検出抵抗器は同軸構造をしているため、コネクタ
内部導体の中心軸線１８を中心軸に同心円状の磁界が発
生する。しかしアンペアの周回積分の法則により図４の
斜線部分１９、２０、２１以外の部分には磁界が発生し
ない。発生磁界の内、降下電圧の測定に影響を与えるイ
ンダクタンスを生ずる磁界は、降下電圧を検出する回路
に鎖交する２１の部分のみである。ここで励磁電流をＩ
xとし、ｒ₁及びｒ₂を図示するようにコネクタの内部導
体の中心軸線とスルーホール１２及び１１との距離とす
る。またｄを第１層と第２層の間隔とする。２１の部分
の総鎖交磁束Ψは

【００１４】

【数２】

【００１５】で表されるので、検出抵抗の相互インダク
タンスＭは

【００１６】

【数３】

【００１７】となる。この相互インダクタンスが、等価
的に抵抗に直列のインダクタンスと見なすことができ
る。ここでインダクタンスの実例を示すと、１０Ωのチ
ップ抵抗を４０個使用し、ｄ＝０．３ｍｍ、ｒ₁＝１３
ｍｍ、ｒ₂＝２０ｍｍとして計算するとＭ＝２６ｐＨに
なる。しかし実際に製作して実測すると８０ｐＨであっ
た。この差の要因は、コネクタ取り付け用のスルーホー
ル３があること、またスルーホール１１が連続した壁で
はなく隙間のある柱列であること等によって同軸構造が
崩れ、漏れ磁束が発生しインダクタンスが増加したもの
であろう。しかし、インダクタンスが８０ｐＨであって
も、従来の抵抗器に比べ画期的に小さくなっている。こ
の場合の検出抵抗のインピーダンスは

【００１８】

【表２】

【００１９】となり、測定誤差は１０ＭＨｚで振幅誤差
０．０２％、位相誤差１．２゜、１００ＭＨｚで振幅誤
差２％、位相誤差１１．４゜となり、従来の検出抵抗器
と比較して検出抵抗値が小さくなっているにもかかわら
ず、大幅に性能が改善される。この様に抵抗値およびイ
ンダクタンスを小さく出来るため、本発明は高周波磁気
特性測定装置に限らず、電流検出方法として検出抵抗に
よる電圧降下測定法を用いたインピーダンスメータ、そ
の他の高周波における測定にも応用できる。また、本発
明による抵抗器は単純に低インダクタンスの抵抗器とし
ても使用することができ、この場合は図２等に示す第３
層及び第４層は不必要であることは勿論のことである。

【００２０】

【発明の効果】本発明の実施により、低抵抗、低インダ
クタンスの検出抵抗器が得られるので、高精度の励磁電
流の測定が可能となり、実用に共し有益である。なお、
例示の構造、外形、構成要素の種類と数、パターンの形
状およびプリント回路に本発明外の回路が登載される等
は必要に応じて本発明の要旨を失うことなく変形も許容
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による励磁電流検出抵抗器の一実施例を
示す立体分解図である。

【図２】本発明による励磁電流検出抵抗器の一実施例の
導体パターンを示す図である。

【図３】本発明による励磁電流検出抵抗器の一実施例の
断面を示す図である。

【図４】本発明による励磁電流検出抵抗器の一実施例に
おける磁界を示す図である。

【図５】代表的な磁気特性測定装置の測定原理を示す図
である。

【符号の説明】

１：スルーホール２：同軸コネクタ３：スルーホール４：チップ抵抗５：導体パターン６：導体パターン７：プリント板の第１層８：プリント板の第２層９：プリント板の第３層１０：プリント板の第４層１１：スルーホール１２：スルーホール１３：引出し線導体パターン１４：引出し線導体パターン１５：導体パターン１６：導体パターン１７：導体パターン１８：コネクタ内部導体の中心軸線１９：磁界の発生する区域２０：磁界の発生する区域２１：磁界の発生する区域５１：信号発生器５２：電流増幅器５３：磁性材料５４：１次コイル５５：２次コイル５６：検出抵抗器５７、５８：電圧計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01C 13/02 G01R 27/00 G01R 33/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同軸コネクタと、前記同軸コネクタの内部導体に接続された第１の導体
と、前記同軸コネクタの外部導体に接続された第２の導体
と、前記第１の導体と前記第２の導体との間にそれぞれ並列
に接続された複数の抵抗素子と、を備える抵抗器であって、前記第１の導体と前記第２の導体とが同軸構造をなす、ことを特徴とする抵抗器。
【請求項２】さらに、第１の出力端子を具備し第１の導体に接続された第３の
導体と、第２の出力端子を具備し第２の導体に接続された第４の
導体と、を備え、前記第３の導体と前記第４の導体とが同軸構造をなす、ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
【請求項３】前記複数の抵抗素子は、同一円周上に配置
されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の抵抗器。
【請求項４】全ての前記導体は、プリント板に設けられ
たことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の抵抗器。
【請求項５】同軸コネクタと、該同軸コネクタを中心に
ほぼ放射状に配置された複数の抵抗素子と、前記同軸コ
ネクタの内部導体を前記各抵抗素子の一端に接続するほ
ぼ円形の第１導体パターンと、前記同軸コネクタの外部
導体を前記各抵抗素子の他端に接続するほぼ円形の第２
導体パターンと、前記各抵抗素子の前記一端に接続され
第１出力端子を有するほぼ円形の第３導体パターンと、
前記各抵抗素子の前記他端に接続され第２出力端子を有
するほぼ円形の第４導体パターンとを有するプリント板
を備えて成る抵抗器。
【請求項６】同軸コネクタと、前記同軸コネクタの内部導体に接続されたほぼ円形の円
形導体を備えた第１の導体層と、前記同軸コネクタの外部導体に接続された第１の環状導
体と、その外側に同心円状に配置され前記円形導体に接
続された第２の環状導体と、を備えた第２の導体層と、一端が前記第１の環状導体に、他端が前記第２の環状導
体に、それぞれ接続された複数の抵抗素子と、を備えることを特徴とする抵抗器。
【請求項７】前記第２の環状導体は、前記円形導体に複
数の第１のスルーホールで接続されたことを特徴とする
請求項６に記載の抵抗器。
【請求項８】前記抵抗素子は、等間隔に配置されたこと
を特徴とする請求項６または請求項７に記載の抵抗器。
【請求項９】第１の出力端子を備え、前記第２の導体層
に複数の第２のスルーホールで接続された第３の環状導
体を備えた第３の導体層と、第２の出力端子を備え、前記円状導体に複数の第３のス
ルーホールで接続された第４の環状導体を備えた第４の
導体層とを備えることを特徴とする請求項６乃至請求項
８のいずれかに記載の抵抗器。
【請求項１０】全ての前記導体層はプリント板に設けら
れたことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか
に記載の抵抗器。