JP6625395B2

JP6625395B2 - 電流センサおよび測定装置

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Inventors: 憲一関; 和延林; 元依田
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Description

本発明は、電線などの検出対象が挿通される環状の主磁気コアおよびこの主磁気コアに組み込まれた一対のフラックスゲートセンサ素子を備えて、この検出対象に流れる電流を検出する電流センサ、およびこの電流センサを備えた測定装置に関するものである。

この種の電流センサとして、下記特許文献１に開示された電流センサ（電流測定のための検出回路）が知られている。この電流センサは、電流が流れる検出対象（主電流が流れる導体）を囲むリング状の主変流器と、主電流が流れる導体を囲む２つの実質的に同一のリング状の補助変流器と、この２つの補助変流器に互いの巻回方向が逆となる状態で巻回された２つの巻線と、主変流器および２つの補助変流器に巻回された補償巻線とを備えている。補助変流器およびそこに巻回された巻線の２つの組は、それぞれフラックスゲートセンサ素子を構成する。フラックスゲートセンサ素子をそれぞれ構成するこの２つの巻線には位相の反転した変調信号が供給されて、２つの補助変流器は逆位相に磁化されている。また、２つの補助変流器は、飽和状態で駆動され、かつ平衡点で信号曲線はゼロに関して対称となっている。

この電流センサでは、検出対象に主電流が流れたときには、この主電流によって２つの補助変流器に同じ方向の磁束が発生するが、この２つの補助変流器は、逆位相に磁化されていることから、この発生した磁束によって不平衡状態に移行する。また、２つの補助変流器に巻回された２つの巻線の接続点には、この不平衡の大きさと極性に依存する振幅および極性で誤差信号（電圧信号）が発生する。この電流センサでは、この誤差信号を使用して発生させた補償電流を補償巻線に流して主変流器に誘起させた磁束（起磁力）で、主電流によって主変流器に誘起された磁束（起磁力）を打ち消すという帰還ループが形成される。この場合、主電流の電流値は、補償電流の電流値と補償巻線の巻数とに基づいて決定される。このため、この電流センサでは、補償電流を抵抗で電圧信号に変換し、この電圧信号を主電流を表す検出信号として出力する。

特許第４８４２２７５号公報（第３頁、第１図）

ところで、このフラックスゲートセンサ素子を備えた電流センサでは、上記の特許文献１にも記載されているように、フラックスゲートセンサ素子をそれぞれ構成する２つの補助変流器を実質的に同一（この文献には記載されていないが、２つの補助変流器に巻回される２つの巻線についても実質的に同一）に形成することで、主電流が流れていない状態での誤差信号をできる限りゼロに近づける必要がある。

しかしながら、同じ仕様で製作された補助変流器やこの補助変流器に巻回される巻線にも、特性上のバラツキが必ず存在していることから、主電流が流れていない状態での誤差信号、ひいては検出信号をゼロに近い状態にすることが難しいという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、検出対象に電流が流れていない状態での検出信号をゼロに近い状態にし得る電流センサ、およびこの電流センサを備えた測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流センサは、検出対象が挿通される環状の主磁気コアと、当該主磁気コアに組み込まれた第１副磁気コアおよび当該第１副磁気コアに巻回された第１検出巻線を有する第１フラックスゲートセンサ素子と、前記主磁気コアに組み込まれた第２副磁気コアおよび当該第２副磁気コアに前記第１検出巻線の巻回方向とは逆方向に巻回された第２検出巻線を有する第２フラックスゲートセンサ素子と、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線に励磁信号を出力して前記第１副磁気コアおよび前記第２副磁気コアを逆位相で磁化する信号生成部と、前記第１検出巻線に発生する第１電圧信号および前記第２検出巻線に発生する第２電圧信号の差分に基づいて前記検出対象に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する検波部とを備えている電流センサであって、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線のうちの少なくとも一方の巻線に接続されて、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号のうちの当該一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整する波形調整部を備え、当該波形調整部は、抵抗素子および容量素子の直列回路を含んで構成されると共に、当該抵抗素子および当該容量素子のうちの少なくとも一方が可変型の素子で構成されている。

また、請求項２記載の電流センサは、検出対象が挿通される環状の主磁気コアと、当該主磁気コアに組み込まれた第１副磁気コアおよび当該第１副磁気コアに巻回された第１検出巻線を有する第１フラックスゲートセンサ素子と、前記主磁気コアに組み込まれた第２副磁気コアおよび当該第２副磁気コアに前記第１検出巻線の巻回方向とは逆方向に巻回された第２検出巻線を有する第２フラックスゲートセンサ素子と、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線に励磁信号を出力して前記第１副磁気コアおよび前記第２副磁気コアを逆位相で磁化する信号生成部と、前記第１検出巻線に発生する第１電圧信号および前記第２検出巻線に発生する第２電圧信号の差分に基づいて前記検出対象に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する検波部とを備えている電流センサであって、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線のうちの少なくとも一方の巻線に接続されて、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号のうちの当該一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整する波形調整部を備え、当該波形調整部は、抵抗素子および容量素子の直列回路を含んで構成されると共に、当該抵抗素子および当該容量素子のうちの少なくとも一方には同種の素子がオン・オフスイッチおよびショートパッドのいずれか一方を介して並列接続されている。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の電流センサを備えている。

請求項１記載の電流センサでは、第１フラックスゲートセンサ素子の第１検出巻線および第２フラックスゲートセンサ素子の第２検出巻線のうちの少なくとも一方の巻線に接続されて、第１電圧信号および第２電圧信号のうちのこの一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整する波形調整部が設けられている。したがって、この電流センサによれば、主磁気コアに検出対象が挿通されていない状態において、波形調整部に対する調整を行うことで一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整でき、これにより、第１電圧信号および第２電圧信号のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけることができるため、第１電圧信号および第２電圧信号の差分もゼロボルト一定とすることができる結果、出力される検出信号をゼロボルト一定（ゼロに極めて近い状態）にする正確なゼロ調整を実施することができる。このため、この電流センサを備えた請求項３記載の測定装置によれば、電流センサに対して正確なゼロ調整が実施されている状態で、主磁気コア内に挿通された検出対象に流れる電流の電流値を測定することができるため、この電流値を正確に測定することができる。

また、この電流センサおよびこの電流センサを備えた請求項３記載の測定装置によれば、波形調整部が抵抗素子および容量素子の直列回路を含んで構成されると共に、この抵抗素子および容量素子のうちの少なくとも一方が可変型の素子で構成されているため、波形調整部がインダクタ素子を含む構成と比較して、検出対象に流れる電流の磁気影響を受けにくいため、この電流の検出精度を向上させることができる。

請求項２記載の電流センサおよびこの電流センサを備えた請求項３記載の測定装置によれば、オン・オフスイッチを切り替えたり、ショートパッド間をハンダなどで短絡したりすることで、抵抗素子および容量素子のうちの一方と、この一方に並列接続された同種の素子とで構成される回路（並列回路）全体の値を調整することができるため、可変型の素子を使用する構成と比較して、第１検出巻線に生じる第１電圧信号および第２検出巻線に生じる第２電圧信号の各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけるための調整時間を短縮することができる。また、オン・オフスイッチ（またはショートパッド）および可変型の素子の両方を用意し、最初はオン・オフスイッチ（またはショートパッド）による調整を行い、それで目的の調整結果が得られなかった場合に可変型の素子による調整を行うことで、可変型の素子だけを用いた調整に比べて、調整時間を短縮することができる。

電流センサ１を備えた測定装置ＭＤの構成図である。図１における各センサ素子１２，１３および波形調整部１５，１６の回路図である。各センサ素子１２，１３における第１検出巻線１２ｂ，１３ｂに発生する各電圧信号Ｖ１，Ｖ２の信号波形図である。各センサ素子１２，１３のインピーダンスについての周波数特性図である。各センサ素子１２，１３および波形調整部１５，１６の他の回路図である。各センサ素子１２，１３および波形調整部２５，２６の他の回路図である。信号生成部１４、各センサ素子１２，１３および波形調整部１５，１６の他の回路図である。波形調整部１５の他の回路図である。波形調整部１５の他の回路図である。

以下、添付図面を参照して、電流センサおよび測定装置の実施の形態について説明する。

測定装置としての測定装置ＭＤは、図１に示すように、一例として、電流センサとしての電流センサ１、処理部２および出力部３を備え、検出対象の一例としての電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を測定する。

電流センサ１は、図１に示すように、検出対象（電線９）が挿通される環状の主磁気コア１１、第１フラックスゲートセンサ素子１２（以下、単に「第１センサ素子１２」ともいう）、第２フラックスゲートセンサ素子１３（以下、単に「第２センサ素子１３」ともいう）、信号生成部１４、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３のうちの少なくとも一方（本例では一例として両方）に接続された波形調整部１５，１６、検波部１７、駆動部１８、帰還巻線１９、および電流電圧変換部２０を備え、主磁気コア１１に挿通された電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して電圧値が変化する検出信号Ｓｏを出力する。

主磁気コア１１は、２つまたは３つ以上の弧状の磁気コアを組み合わせて環状に形成される構成（分割可能な構成）でもよいし、１つの磁気コアが全体として環状に形成される構成（分割不可な構成）でもよい。また、主磁気コア１１には、周方向に沿って離間した２つの部位に第１センサ素子１２および第２センサ素子１３を収納するための不図示の凹部が１つまたは２つ形成されている。

第１センサ素子１２は、主磁気コア１１に組み込まれた（上記の凹部が１つのときには後述する第２副磁気コア１３ａと一緒に、凹部が２つのときにはこのうちの一方の凹部に収納された）第１副磁気コア１２ａ、および第１副磁気コア１２ａに巻回された第１検出巻線１２ｂを有して構成されている。第２センサ素子１３は、主磁気コア１１に組み込まれた（上記の凹部が１つのときには第１副磁気コア１２ａと一緒に、凹部が２つのときにはこのうちの他方の凹部に収納された）第２副磁気コア１３ａ、および第２副磁気コア１３ａに巻回された第２検出巻線１３ｂを有して構成されている。また、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３は、第１検出巻線１２ｂの巻回方向に対して第２検出巻線１３ｂの巻線方向が逆方向になっている点を除いて、実質的に同一に構成されている。また、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂは、それぞれの一端同士が接続されることで、互いに直列に接続されている。

また、上記のように主磁気コア１１に形成した凹部に第１センサ素子１２および第２センサ素子１３を収納する構成に限定されるものではなく、主磁気コア１１が分割可能な構成のときには、図示はしないが、分割部分に存在するコアのギャップ内に第１センサ素子１２および第２センサ素子１３を収納する構成（分割されたコア間で挟む構成）や、このギャップの横に第１センサ素子１２および第２センサ素子１３を配置する構成を採用することもできる。

信号生成部１４は、一定周波数ｆ（例えば１０ｋＨｚ）の交流電流であって互いに逆位相で、かつ同じ一定の振幅の２つの励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２を励磁信号として生成して、励磁電流Ｉｄ１を第１検出巻線１２ｂの他端に出力し、励磁電流Ｉｄ２を第２検出巻線１３ｂの他端に出力する。

この構成により、図１に示すように、第１検出巻線１２ｂ（の両端間）には、第１電圧信号Ｖ１が発生し、第２検出巻線１３ｂ（の両端間）には、第１検出巻線１２ｂと接続された一端側を基準として、第１電圧信号Ｖ１とは逆の極性となる第２電圧信号Ｖ２が発生する。つまり、第１副磁気コア１２ａおよび第２副磁気コア１３ａは、逆位相で磁化される。また、互いに接続された第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂの一端には、電流センサ１の内部基準電位Ｇを基準として、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の差分（Ｖ１−Ｖ２）となる差分信号Ｖ３が発生する。

主磁気コア１１に挿通されている電線９に電流Ｉが流れているときには、電線９の周囲に発生している磁界によって主磁気コア１１内の磁束が変化し、これに伴って各電圧信号Ｖ１，Ｖ２の振幅が変化する。このため、上記の差分信号Ｖ３は、励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２の２倍の周波数（２ｆ）の信号成分が電流Ｉの振幅によって変調された振幅変調信号となる。

また、本例では一例として、信号生成部１４は、交流電流として三角波電流を生成するが、正弦波電流や矩形波電流であってもよい。また、信号生成部１４は、各励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２に同期した周波数（２ｆ）の電圧信号を生成して、同期信号Ｓ１として検波部１７に出力する。

波形調整部１５は、図２に示すように、一例として、抵抗素子１５ａと容量素子１５ｂの直列回路で構成されると共に、抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂの少なくとも一方が可変型の素子で構成されている。また、波形調整部１５は、第１センサ素子１２の第１検出巻線１２ｂに並列に接続されている。波形調整部１６は、一例として、抵抗素子１６ａと容量素子１６ｂの直列回路で構成されると共に、抵抗素子１６ａおよび容量素子１６ｂの少なくとも一方が可変型の素子で構成されている。また、波形調整部１６は、第２センサ素子１３の第２検出巻線１３ｂに並列に接続されている。

この場合、各容量素子１５ｂ，１６ｂのみを可変型の素子（つまり、容量可変型の容量素子（可変（トリマ）コンデンサ））とすることもできるが、一般的に可変コンデンサの可変範囲は、可変抵抗の可変範囲よりも狭い。このため、本例では、各波形調整部１５，１６の調整範囲をより広くするために、抵抗素子１５ａ，１６ａを可変型の素子（つまり、抵抗可変型の抵抗素子（可変抵抗））とする構成を採用している。なお、抵抗素子１５ａ，１６ａおよび容量素子１５ｂ，１６ｂの双方を共に可変型の素子とする構成でもよいが、調整の自由度が高まる反面で、調整の組み合わせが増加する結果、調整に要する時間が長くなることから、抵抗素子１５ａ，１６ａおよび容量素子１５ｂ，１６ｂの一方（好ましくは、上記したように抵抗素子１５ａ，１６ａ）だけを可変型の素子とするのが好ましい。また、以上の各構成では、抵抗素子１５ａ，１６ａには抵抗値の同じ素子を使用し、かつ容量素子１５ｂ，１６ｂにも容量値の同じ素子を使用する。

また、調整に要する時間を一層短縮するため、抵抗素子１５ａ，１６ａおよび容量素子１５ｂ，１６ｂの一方（好ましくは、上記したように抵抗素子１５ａ，１６ａ）だけを可変型の素子とする構成において、可変型の素子とする一対の素子のうちのさらに一方の素子だけ（例えば、可変型の素子とする一対の抵抗素子１５ａ，１６ａのうちの抵抗素子１５ａだけ）を可変型の素子とする構成とすることもできる。この場合、可変型の素子の値（抵抗素子では抵抗値、容量素子では容量値）の可変範囲については、固定型の素子の値を含むように規定する。

また、波形調整部１５，１６については、抵抗素子および容量素子の直列回路とするという構成に限定されず、抵抗素子、容量素子およびインダクタ素子のうちの任意の２つを組み合わせる構成（抵抗素子およびインダクタ素子の直列回路、または容量素子およびインダクタ素子の直列回路とする構成）を採用することもできる。ただし、インダクタ素子を含む構成では、後述する調整工程において、外部磁気の影響（例えば、電線９に流れる電流Ｉの磁気影響）を受ける場合があった。このため、本例では、抵抗素子および容量素子の直列回路を採用している。

検波部１７は、図１に示すように、差分信号Ｖ３を、信号生成部１４から出力される同期信号Ｓ１で同期検波することにより、電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して振幅が変化する検出信号としての電圧信号Ｖ４を出力する。

駆動部１８は、検波部１７から出力される電圧信号Ｖ４を入力すると共に駆動電流Ｉｄ３に変換して、帰還巻線１９に出力する。この場合、帰還巻線１９には、この駆動電流Ｉｄ３が流れることによって磁束が発生する。駆動部１８は、この駆動電流Ｉｄ３が帰還巻線１９を流れることで主磁気コア１１に発生する磁束によって、電線９に電流Ｉが流れることで主磁気コア１１に発生する磁束を打ち消すように、つまり、差分信号Ｖ３の振幅を低下させる（ゼロに近づける）ように、駆動電流Ｉｄ３の振幅（電流値）を制御する。したがって、この電流センサ１は、いわゆるゼロフラックス型の電流センサとして構成されて、駆動電流Ｉｄ３は、その電流値が電線９に流れる電流Ｉの電流値に比例して変化する。

帰還巻線１９は、主磁気コア１１に巻回されている。電流電圧変換部２０は、一例として、図１に示すように、一端が帰還巻線１９に接続されると共に他端が内部基準電位Ｇとなる部位に接続された抵抗素子で構成されている。この構成により、電流電圧変換部２０は、帰還巻線１９から電流電圧変換部２０を経由して内部基準電位Ｇに流れる駆動電流Ｉｄ３を電圧信号としての検出信号Ｓｏに変換して出力する。なお、電流電圧変換部２０については、上記の構成に代えて、オペアンプの帰還抵抗に駆動電流Ｉｄ３を流すことで、この駆動電流Ｉｄ３を検出信号Ｓｏに変換する構成を採用することもできる。

処理部２は、一例として、検出信号Ｓｏをその瞬時値を示すデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、およびこのデジタル信号に基づいて電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を測定するコンピュータを用いて構成されている。また、処理部２は、測定した電流値Ｉ１を出力部３に出力する。出力部３は、一例として液晶ディスプレイ装置などの表示装置で構成されて、処理部２から出力された電流値Ｉ１を画面に表示する。なお、外部装置にデータを送信するインタフェース装置で出力部３を構成して、測定された電流値Ｉ１を出力部３を介して外部装置に出力する構成を採用することもできるし、リムーバブルメディアにデータを記憶するインターフェース装置で出力部３を構成して、測定された電流値Ｉ１を出力部３を介してリムーバブルメディアに記憶する構成を採用することもできる。

次に、電流センサ１および測定装置ＭＤの各動作について、図面を参照して説明する。

作動状態において、測定装置ＭＤの電流センサ１では、信号生成部１４が、第１センサ素子１２の第１検出巻線１２ｂに対して周波数ｆの励磁電流Ｉｄ１を出力すると共に、第２センサ素子１３の第２検出巻線１３ｂに対して励磁電流Ｉｄ１と同じ周波数ｆでかつ振幅が同一の励磁電流Ｉｄ２を励磁電流Ｉｄ１と逆位相の状態で出力する。また、信号生成部１４は、各励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２に同期した周波数（２ｆ）の同期信号Ｓ１を検波部１７に出力する。

この場合、主磁気コア１１に電線９が挿通されていない状態において、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３の仕様（各副磁気コア１２ａ，１３ａの仕様および各検出巻線１２ｂ，１３ｂの仕様。具体的には、各副磁気コア１２ａ，１３ａに巻回された状態での各検出巻線１２ｂ，１３ｂのインピーダンスの周波数特性）が同一で、かつ各波形調整部１５，１６の仕様（各抵抗素子１５ａ，１６ａの仕様および各容量素子１５ｂ，１６ｂの仕様）が同一のときには、位相は逆ではあるものの周波数ｆも振幅も同一の励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２でそれぞれ励磁されている第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂにそれぞれ発生する第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２は、図３に示すように、極性が反転しただけの同一形状の信号波形となるのが好ましい。

これにより、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の差分電圧（Ｖ１−Ｖ２）である差分信号Ｖ３はゼロボルト一定となり、したがって、検波部１７から出力される電圧信号Ｖ４もゼロボルト一定となることから、駆動部１８から出力される駆動電流Ｉｄ３はゼロアンペア一定となり、電流センサ１から出力される検出信号Ｓｏはゼロボルト一定となる。この結果、処理部２がこの検出信号Ｓｏに基づいて測定する電流Ｉの電流値Ｉ１もゼロアンペアとなって、出力部３にはゼロアンペアを示す数値が表示される。

しかしながら、実際には、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３として使用するセンサ素子については、同じ仕様に製作されたとしても、特性（上記したインピーダンスの周波数特性）上のバラツキが必ず存在している。このため、電流センサ１の製造時には、このバラツキのなるべく少ない（特性のなるべく揃った）２つのセンサ素子を選んで、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３として使用する。具体的には、図４に示すように、高周波側（本例では、周波数ｆ（例えば１０ｋＨｚ）を超える周波数帯域側）では若干の特性のずれが残っていたとしても、低周波側（本例では、周波数ｆ（例えば１０ｋＨｚ）以下の周波数帯域側）での特性のずれが少なくなる（低周波側での特性が揃う）２つのセンサ素子を選ぶようにしている。

ただし、このようにして、なるべくバラツキの少ない（なるべく特性の揃った）２つのセンサ素子が第１センサ素子１２および第２センサ素子１３として使用されていたとしても、図３に示すように、歪みの生じている第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２には、図４に示す高周波側の高調波成分も含まれていることから、主磁気コア１１に電線９が挿通されていない状態においても、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の各信号波形が同一形状とはならず、差分信号Ｖ３もゼロボルト一定とはならない。このため、上記の電圧信号Ｖ４、駆動電流Ｉｄ３および検出信号Ｓｏもゼロで一定とはならないことから、処理部２において測定されて出力部３に表示される電流値Ｉ１もゼロアンペアにはならない。

そこで、測定装置ＭＤの製造時には、主磁気コア１１に電線９を挿通していない状態で、出力部３に表示される電流値Ｉ１を確認しつつ、電流値Ｉ１がゼロになるように、波形調整部１５，１６のうちの少なくとも一方の抵抗素子１５ａ，１６ａを操作して抵抗値を変更（調整）する調整工程が実施されている。

この測定装置ＭＤの波形調整部１５，１６は、それぞれ抵抗素子と容量素子の直列回路で構成されているため、波形調整部１５，１６では、抵抗素子の抵抗値を変更することにより、抵抗素子および容量素子を経由して流れる高周波側の電流成分の量（つまり、第１検出巻線１２ｂや第２検出巻線１３ｂに流入する励磁電流に含まれる高周波側の電流成分の一部をバイパスさせる量）を調整することが可能となっている。このため、この測定装置ＭＤでは、波形調整部１５，１６のうちの少なくとも一方の抵抗素子１５ａ，１６ａを操作して、この少なくとも一方の調整回路に流れる高周波側の電流成分の量を調整することで、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけることができる結果、差分信号Ｖ３もゼロボルト一定とすることができるようになっている（つまり、表示される電流値Ｉ１をゼロアンペアに調整する調整作業が可能になっている）。

この測定装置ＭＤを用いて電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を測定する際には、主磁気コア１１に電線９を挿通する。

この状態では、電流Ｉが流れることによって電線９の周囲に発生する磁束が、主磁気コア１１内を通過すると共に、この主磁気コア１１内に組み込まれた各センサ素子１２，１３の副磁気コア１２ａ，１３ａ内も通過する。この電流Ｉに起因した磁束は、互いに逆位相で磁化されている第１副磁気コア１２ａおよび第２副磁気コア１３ａ内を同じ方向（主磁気コア１１の周方向に沿って同じ方向）で通過する。このため、第１副磁気コア１２ａおよび第２副磁気コア１３ａのうちのこの磁束と同じ方向に磁化されている一方の副磁気コア内の磁束は増加し、この磁束と逆方向に磁化されている他方の副磁気コア内の磁束は減少する結果、各副磁気コアに巻回されている検出巻線に生じている第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の各振幅に差が生じ、上記したように、差分信号Ｖ３は、励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２の２倍の周波数（２ｆ）の信号成分が電流Ｉの振幅によって変調された振幅変調信号として出力される。

検波部１７は、この差分信号Ｖ３を同期信号Ｓ１で同期検波することにより、電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して振幅が変化する電圧信号Ｖ４を出力する。駆動部１８は、この電圧信号Ｖ４を入力すると共に駆動電流Ｉｄ３に変換して、帰還巻線１９に出力する。また、駆動部１８は、電圧信号Ｖ４の振幅（電圧）が低下する（ゼロに近づく）ように、駆動電流Ｉｄ３の振幅（電流値）を制御する。この場合、電圧信号Ｖ４の振幅（電圧）がゼロになっている状態では、主磁気コア１１に発生している全磁束がゼロになっている状態、つまり、電線９に電流Ｉが流れることによって主磁気コア１１に発生する磁束が、帰還巻線１９に駆動電流Ｉｄ３が流れることによって主磁気コア１１に発生する磁束を打ち消している状態となっている。つまり、駆動部１８は、電流値が電流Ｉの電流値Ｉ１と比例する駆動電流Ｉｄ３（電流値Ｉ１を帰還巻線１９の巻回数で除算して得られる電流値の電流）を出力している状態となっている。

電流電圧変換部２０は、この駆動電流Ｉｄ３を検出信号Ｓｏに変換して処理部２に出力する。処理部２は、検出信号Ｓｏに基づいて電流Ｉの電流値Ｉ１を測定し、測定した電流値Ｉ１を出力部３に出力して画面に表示させる。これにより、電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１についての測定が完了する。

このように、この測定装置ＭＤの電流センサ１では、第１センサ素子１２に波形調整部１５が設けられると共に第２センサ素子１３に波形調整部１６が設けられている。したがって、この電流センサ１によれば、主磁気コア１１に電線９が挿通されていない状態において、波形調整部１５，１６のうちの少なくとも一方に対する調整を行うことで、第１センサ素子１２に生じる第１電圧信号Ｖ１および第２センサ素子１３に生じる第２電圧信号Ｖ２の各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけることができ、差分信号Ｖ３もゼロボルト一定とすることができる結果、出力される検出信号Ｓｏをゼロボルト一定（ゼロに極めて近い状態）にする正確なゼロ調整を実施することができる。

このため、この電流センサ１を備えた測定装置ＭＤによれば、電流センサ１に対して正確なゼロ調整が実施されている状態で、主磁気コア１１内に挿通された電線９に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を測定することができるため、この電流値Ｉ１を正確に測定することができる。

また、この電流センサ１では、抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂの直列回路を含んで波形調整部１５を構成し、抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの少なくとも一方（本例では抵抗素子１５ａ）を可変抵抗で構成すると共に、抵抗素子１６ａおよび容量素子１６ｂの直列回路を含んで波形調整部１６を構成し、抵抗素子１６ａおよび容量素子１６ｂのうちの少なくとも一方（本例では抵抗素子１６ａ）を可変抵抗で構成している。したがって、この電流センサ１およびこの電流センサ１を備えた測定装置ＭＤによれば、インダクタ素子を含む構成と比較して、電線９に流れる電流Ｉの磁気影響を受けにくいため、電流Ｉの検出精度、ひいては電流Ｉの電流値Ｉ１の測定精度を向上させることができる。

なお、上記の例では、抵抗素子および容量素子の直列回路で構成され、かつこれらの素子の少なくとも一方を可変型の素子とする波形調整部１５，１６を、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３の双方に接続する構成を採用しているが、図示はしないが、波形調整部１５，１６のうちのいずれか一方のみを可変型の素子を含む構成として、他方については固定型の抵抗素子および固定型の容量素子の直列回路で構成することもできる。また、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３の双方に波形調整部１５，１６を接続する構成に代えて、図示はしないが、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３のいずれか一方にのみ波形調整部を接続する構成を採用することもできる。ただし、この構成を採用したときには、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３のバランスが崩れやすく、第１センサ素子１２に生じる第１電圧信号Ｖ１および第２センサ素子１３に生じる第２電圧信号Ｖ２の各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づける作業が難しくなるおそれがあることから、第１センサ素子１２および第２センサ素子１３の双方に波形調整部を接続する構成が好ましい。

また、上記の例では、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂの互いに接続されたそれぞれの一端に生じる電圧信号を差分信号Ｖ３として検波部１７に出力する構成を採用しているが、この構成に限定されず、図５に示す構成で差分信号Ｖ３を生成させることもできる。以下、この構成について、図５を参照して説明する。なお、上記した電流センサ１の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

この図５に示す構成では、図２において、互いに接続されていた第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂの互いに接続されたそれぞれの一端を、電流センサ１における内部基準電位Ｇに規定されている部位にそれぞれ接続する。また、第１検出巻線１２ｂの他端に生じる第１電圧信号Ｖ１と、第２検出巻線１３ｂの他端に生じる第２電圧信号Ｖ２とを、新たに追加した差動増幅器２１に入力する。これにより、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の差分電圧（Ｖ１−Ｖ２）となる差分信号Ｖ３を、差動増幅器２１から生成（出力）させることができる。

また、上記の例では、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂのそれぞれに励磁信号として励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２を供給して励磁する構成を採用していることから、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂのそれぞれに波形調整部１５，１６を並列に接続する構成を採用しているが、図６に示すように、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂのそれぞれに励磁信号として励磁電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２（同一周波数ｆで、同一振幅で、かつ互いに逆位相の電圧信号）を供給して励磁する構成であって、同図に示すように、第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂのそれぞれに波形調整部２５，２６を直列に接続する構成を採用することもできる。なお、図５の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

この場合、波形調整部２５は、波形調整部１５の構成（抵抗素子１５ａと容量素子１５ｂの直列回路）に加えて、この直列回路に対して並列接続された他の抵抗素子１５ｃ（固定型の素子）を有している。また、波形調整部２６は、波形調整部１６の構成（抵抗素子１６ａと容量素子１６ｂの直列回路）に加えて、この直列回路に対して並列接続された他の抵抗素子１６ｃ（抵抗素子１５ｃと同一の固定型の素子）を有している。

また、上記の例では、信号生成部１４は、励磁電流Ｉｄ１，Ｉｄ２や励磁電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２のような逆位相の励磁信号を第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂのそれぞれに供給する構成を採用しているが、図７に示すように、共通の励磁信号としての励磁電流Ｉｄ４を第１検出巻線１２ｂおよび第２検出巻線１３ｂに供給する構成の信号生成部１４を採用することもできる。この図７に示す構成では、信号生成部１４は、一例として、交流電流である三角波電流を励磁信号（励磁電流Ｉｄ４）として出力する電流源１４ａと、第１検出巻線１２ｂおよび波形調整部１５の並列回路と第２検出巻線１３ｂおよび波形調整部１６の並列回路の２つの並列回路が直列接続されて構成された回路が帰還回路として出力端子と反転入力端子との間に接続されて反転増幅器（電流電圧変換器）として構成されたオペアンプ１４ｂとを備えている。この場合、第２検出巻線１３ｂの各端部に発生する電圧を新たに追加した差動増幅器２２に入力する。これにより、第１電圧信号Ｖ１および第２電圧信号Ｖ２の差分電圧（Ｖ１−Ｖ２）となる差分信号Ｖ３を、差動増幅器２２から生成（出力）させることができる。

以上の構成においては、各波形調整部１５，１６（または２５，２６）に含まれている可変型の素子の値（抵抗素子１５ａ，１６ａの抵抗値）を調整することにより、第１検出巻線１２ｂの他端に生じる第１電圧信号Ｖ１、および第２検出巻線１３ｂの他端に生じる第２電圧信号Ｖ２の各信号波形を調整することができる結果、この各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけることが可能となっている。

また、上記の各波形調整部１５，１６（または２５，２６）において、可変型の素子に対して固定型の同種の素子を並列に接続したり、直列に接続したりして、可変型の素子の値を調整した際の並列回路全体や直列回路全体としての値の調整範囲を変更することもできる。具体的には、可変型の素子が可変抵抗のときには、この可変抵抗に対して固定型の抵抗素子（固定抵抗）を並列に接続したり、直列に接続したりして、可変抵抗の抵抗値を調整した際の並列回路（可変抵抗と固定抵抗の並列回路）全体としての抵抗値の調整範囲や直列回路（可変抵抗と固定抵抗の直列回路）全体としての抵抗値の調整範囲を変更することができる。また、可変型の素子が可変コンデンサのときには、この可変コンデンサに対して固定型の容量素子（固定コンデンサ）を並列に接続したり、直列に接続したりして、可変コンデンサの容量値を調整した際の並列回路（可変コンデンサと固定コンデンサの並列回路）全体としての容量値の調整範囲や直列回路（可変コンデンサと固定コンデンサの直列回路）全体としての容量値の調整範囲を変更することができる。

また、上記の各波形調整部１５，１６（または２５，２６）では、可変型の素子（可変（トリマ）コンデンサや可変抵抗）を使用する構成を採用しているが、図８，９に示すように、固定型の抵抗素子１５ａと固定型の容量素子１５ｂの直列回路と、この抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの少なくとも一方（同図では抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの一方）にオン・オフスイッチおよびショートパッドのいずれか一方（同図では一例としてオン・オフスイッチ）を介して並列接続された固定型の同種の素子とを備える構成を採用することもできる。図８，９では、一例として波形調整部１５を例に挙げて説明するが、他の波形調整部１６（または２５，２６）でも同様である。

具体的には、図８に示す波形調整部１５は、固定型の抵抗素子（固定抵抗）１５ａと固定型の容量素子（固定コンデンサ）１５ｂの直列回路と、この抵抗素子１５ａにオン・オフスイッチＳＷ１を介して並列接続された固定型の同種の素子（固定抵抗１５ｄ）と、この抵抗素子１５ａにオン・オフスイッチＳＷ２を介して並列接続された固定型の同種の素子（固定抵抗１５ｅ）とを備えている。なお、この例では、抵抗素子１５ａにオン・オフスイッチを介して並列接続された固定型の同種の素子（固定抵抗）の数は２つであるが、１つでもよいし、３つ以上とすることもできる。

また、図９に示す波形調整部１５は、固定型の抵抗素子（固定抵抗）１５ａと固定型の容量素子（固定コンデンサ）１５ｂの直列回路と、この容量素子１５ｂにオン・オフスイッチＳＷ３を介して並列接続された固定型の同種の素子（固定コンデンサ１５ｆ）と、この容量素子１５ｂにオン・オフスイッチＳＷ４を介して並列接続された固定型の同種の素子（固定コンデンサ１５ｇ）とを備えている。なお、この例では、容量素子１５ｂにオン・オフスイッチを介して並列接続された固定型の同種の素子（固定コンデンサ）の数は２つであるが、１つでもよいし、３つ以上とすることもできる。

このようにして、上記の各波形調整部１５，１６（または２５，２６）を、固定型の抵抗素子１５ａと固定型の容量素子１５ｂの直列回路と、この抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの一方にオン・オフスイッチを介して並列接続された固定型の同種の素子とで構成することにより、オン・オフスイッチを切り替えることで、抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの一方と、この一方に並列接続された同種の素子とで構成される回路（並列回路）全体の値を調整することができるため、可変型の素子を使用する構成と比較して、第１検出巻線１２ｂの他端に生じる第１電圧信号Ｖ１、および第２検出巻線１３ｂの他端に生じる第２電圧信号Ｖ２の各信号波形のうちの一方の信号波形を他方の信号波形に近づけるための調整時間を短縮することができる。なお、オン・オフスイッチに代えてショートパッドを使用する構成のときには、ショートパッド間をハンダなどで短絡することで、抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのうちの一方と、この一方に並列接続された同種の素子とで構成される回路（並列回路）全体の値を調整する。また、オン・オフスイッチ（またはショートパッド）および可変型の素子の両方を用意し、最初はオン・オフスイッチ（またはショートパッド）による調整を行い、それで目的の調整結果が得られなかった場合に可変型の素子による調整を行うことで、可変型の素子だけを用いた調整に比べて、調整時間を短縮することができる。

また、図示はしないが、固定型の抵抗素子１５ａと固定型の容量素子１５ｂの直列回路と、この抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂのそれぞれにオン・オフスイッチまたはショートパッドを介して並列接続された固定型の同種の素子（抵抗素子１５ａには抵抗素子を、また容量素子１５ｂには容量素子）とを備える構成を採用することもできるが、調整の自由度が高まる反面で、調整の組み合わせが増加する結果、調整に要する時間が長くなることから、上記したように抵抗素子１５ａおよび容量素子１５ｂの一方だけにオン・オフスイッチおよびショートパッドのいずれか一方を介して固定型の同種の素子を並列接続する構成が好ましい。

また、この測定装置ＭＤは、電流センサ１と共に、処理部２および出力部３を備える構成を採用しているが、処理部２および出力部３に代えて、電流センサ１から出力される検出信号Ｓｏを計測する電圧計を備える構成を採用することもできるし、また、この電圧計に代えて電圧測定機能を備えたデジタルマルチメータを備える構成を採用することもできる。

また、この測定装置ＭＤは、電流測定機能以外に電圧測定機能を備える構成であってもよく、さらには測定した電流値および電圧値に基づいて抵抗を測定する抵抗測定機能や電力を測定する電力測定機能などの他の測定機能を備える構成であってもよい。

１電流センサ
２処理部
９電線
１１主磁気コア
１２第１センサ素子
１２ａ第１副磁気コア
１２ｂ第１検出巻線
１３第２センサ素子
１３ａ第２副磁気コア
１３ｂ第２検出巻線
１４信号生成部
１５，１６，２５，２６波形調整部
１５ａ，１６ａ，１５ｄ，１５ｅ抵抗素子
１５ｂ，１６ｂ，１５ｆ，１５ｇ容量素子
Ｉ電流
Ｉ１電流値
Ｉｄ１，Ｉｄ２励磁電流
ＭＤ測定装置
ＳＷ１〜ＳＷ４オン・オフスイッチ
Ｖ１第１電圧信号
Ｖ２第２電圧信号
Ｖ３差分信号
Ｖ４電圧信号

Claims

検出対象が挿通される環状の主磁気コアと、当該主磁気コアに組み込まれた第１副磁気コアおよび当該第１副磁気コアに巻回された第１検出巻線を有する第１フラックスゲートセンサ素子と、前記主磁気コアに組み込まれた第２副磁気コアおよび当該第２副磁気コアに前記第１検出巻線の巻回方向とは逆方向に巻回された第２検出巻線を有する第２フラックスゲートセンサ素子と、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線に励磁信号を出力して前記第１副磁気コアおよび前記第２副磁気コアを逆位相で磁化する信号生成部と、前記第１検出巻線に発生する第１電圧信号および前記第２検出巻線に発生する第２電圧信号の差分に基づいて前記検出対象に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する検波部とを備えている電流センサであって、
前記第１検出巻線および前記第２検出巻線のうちの少なくとも一方の巻線に接続されて、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号のうちの当該一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整する波形調整部を備え、当該波形調整部は、抵抗素子および容量素子の直列回路を含んで構成されると共に、当該抵抗素子および当該容量素子のうちの少なくとも一方が可変型の素子で構成されている電流センサ。
検出対象が挿通される環状の主磁気コアと、当該主磁気コアに組み込まれた第１副磁気コアおよび当該第１副磁気コアに巻回された第１検出巻線を有する第１フラックスゲートセンサ素子と、前記主磁気コアに組み込まれた第２副磁気コアおよび当該第２副磁気コアに前記第１検出巻線の巻回方向とは逆方向に巻回された第２検出巻線を有する第２フラックスゲートセンサ素子と、前記第１検出巻線および前記第２検出巻線に励磁信号を出力して前記第１副磁気コアおよび前記第２副磁気コアを逆位相で磁化する信号生成部と、前記第１検出巻線に発生する第１電圧信号および前記第２検出巻線に発生する第２電圧信号の差分に基づいて前記検出対象に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する検波部とを備えている電流センサであって、
前記第１検出巻線および前記第２検出巻線のうちの少なくとも一方の巻線に接続されて、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号のうちの当該一方の巻線に発生する電圧信号の信号波形を調整する波形調整部を備え、当該波形調整部は、抵抗素子および容量素子の直列回路を含んで構成されると共に、当該抵抗素子および当該容量素子のうちの少なくとも一方には同種の素子がオン・オフスイッチおよびショートパッドのいずれか一方を介して並列接続されている電流センサ。
請求項１または２記載の電流センサを備えている測定装置。