JPH0131591B2

JPH0131591B2 -

Info

Publication number: JPH0131591B2
Application number: JP56131436A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1989-06-27
Also published as: DE3133042A1; DE3133042C2; JPS5772069A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は直流電流値に対応したアナログ電圧を
生ずる直流電流検出器に関する。従来より測定対象直流電流（以下これを直流負
荷電流という）を抵抗に流して該抵抗の電圧降下
から電流に対応する電圧を得る直流電流検出法が
一般に実施されているが、この方法では介挿した
抵抗が直流負荷電流ループの負荷を変え、比較的
に大きなエネルギーロスを生ずる。特に比較的に
大きい直流負荷電流の場合、抵抗における電力損
失が大きい。また、測定回路のドリフトが防止す
るため、抵抗はアースに接続しなければならず、
これがセンサーである抵抗の配置位置を限定し、
負荷をアースから浮かせることになり、負荷機器
によつては、抵抗の介挿が困難である。この種の不都合を解決する技術としては、特開
昭47−1644号公報が知られている。この従来例に
おいては、可飽和鉄心と多数の巻線を含むトラン
スを用いてロイヤー発振回路を構成し、トランス
の一部の巻線に直流電流を流し、その直流電流に
応じて変化する発振パルスのデユーテイを検出し
ている。これによれば、上述の不都合を解決する
ことはできるが、次のような不都合を有してい
る。検出感度を高くするためには、トランスのコア
材にＢ−Ｈカーブが極めて角形に近いものを用い
て飽和と非飽和との領域の境界を明確にする必要
があり、材質、形状等の制約が多く、小型・軽量
で安価なトランスを作ることができない。更に、
ロイヤー発振回路を構成し、かつ直流電流入力用
の巻線やデユーテイ検出用の巻線を設ける必要が
あるので、トランスに多数の巻線を設けることが
不可欠であり、トランス及びそれに付属する回路
要素の数が多くなり、装置が複雑化及び大型化す
るのが避けられない。本発明の第１の目的は直流負荷電流ループの電
力損失を大きくしない直流電流検出装置を提供す
ることであり、第２の目的は電流センサを直流負荷電流ループ
の任意の位置に介挿しうる直流電流検出装置を提
供することであり、第３の目的は、それ自身の直流検出メカニズム
において、小電流値測定用および大電流値測定用
のいずれにも設計しうる直流電流検出装置を提供
することであり、第４の目的は測定対象電流レンジの高低にかか
わらず、その装置自身において比較的に低い電力
消費で電流検出出力を生ずる直流電流検出装置を
提供することであり、第５の目的は、小型、軽量でしかも検出感度の
高い直流電流検出装置を安価に提供することであ
る。上記目的を達成するために本発明においては、
軟磁性体コアに第１および第２の電気コイルを巻
回し、該第１の電気コイルに検出対象電流通路と
接続される入力端子が形成された電流−パルスデ
ユーテイ変換素子；第２の電気コイルの一端にパ
ルスを印加するパルス供給回路；第２の電気コイ
ルの他端とアースもしくは電源ラインとの間に接
続され、その間に予め定められた実質上一定の電
流を流す定電流手段；及び第２の電気コイルの他
端と前記定電流手段との接続点に入力が接続され
た積分回路；を設ける。定電流手段の端子間には、第１の電気コイルに
流れる電流のレベルに応じたデユーテイ比のパル
スが現われ、従つて積分回路の出力するアナログ
電圧は、第１の電気コイルの電流値に対応した値
を示す。第１のコイルと第２のコイルとは電気的
に絶縁されるので、第１のコイルのアースに対す
る電位は、第２のコイルおよびこれに接続された
回路にドリフトを与えない。第２のコイルおよび
これに接続された回路は所望の点でアースに接続
しうる。従つて、第１のコイルは、直流負荷電流
ループの任意の点に介挿しうる。第１のコイルの
抵抗値は抵く、これにおける電圧降下および電力
損失は小さい。更に本発明によれば、定電流手段が第２のコイ
ルの電流を電圧に変換する際にパルスの波形整形
を行なうので、第２のコイルの電流波形の立上り
及び立下りがなだらかであつても、パルスのデユ
ーテイを明確に識別することができる。このた
め、電流−パルスデユーテイ変換素子のコアに
は、確別に飽和と非飽和との境界が明確な特性は
要求されず、従つてその材質、形状等の制約が小
さい。しかも、パルス供給回路が格別に設けら
れ、電流−パルスデユーテイ変換素子自体は発振
に利用されないので、それに必要な巻線の数は最
小限２つだけで良く、小型化、軽量化、コスト低
減等の効果が得られる。本発明の好ましい実施例においては、軟磁性体
コアとしてアモーフアス磁性体を用いる。アモー
フアス磁性体は、液相金属を急冷して作らざるを
得ないため薄板であり、しかも磁気的には強磁性
であつて透磁率および飽和磁束密度が高く保磁力
が小さく、機械的には破断強さがきわめて高く、
弾力性および復元性に優れる。このようなアモー
フアス磁性体を電流−パルスデユーテイ変換素子
のコアに用いるので、該変換素子は製造が簡単で
あり、耐振、耐衝撃性が高く、これを車上モータ
あるいはそのドライバ回路の近くに配置しうる。
特に注目すべきは、変換素子はそのコアおよび巻
線の寸法およびターン数で所望レンジの電流検出
に、低い電力損失で適合させうる点である。本発明の他の目的および特徴は、図面を参照し
た以下の実施例説明において明確にする。第１図（Fig.１）を参照して本発明の１つの実
施例を説明すると、電流−パルスデユーテイ変換
素子１０のアモーフアス軟磁性体コア１１に巻回
した第１のコイル１２は直流負荷電流Ｉが流れる
ループに介挿されており、コア１１に巻回した第
２のコイル１３の両端子は電流検出回路１００に
接続されている。Fig.２およびFig.３を参照する
と、電流−パルスデユーテイ変換素子１０は、軸
心にスリツト穴を形成したコイルボビン１４、ス
リツト穴に挿入したアモーフアス軟磁性体コア１
１、ボビン１４に巻回した第２のコイル１３およ
び第１のコイル１２、ボビン１４の左側フランジ
に固着された第２のコイル１３の各端が接続され
た一対の接続端子１６₁，１６₂および、ボビン１
４の右側フランジに固着され第１のコイル１２の
各端が接続された一対の接続端子１５₁，１５₂で
構成されている。再びFig.１を参照すると、電流検出回路１００
において、定電圧入力端子１０１に一定電圧Vcc
が印加され、パルス入力端１０２に一定周波数た
とえば20KHzのパルスが印加される。入力パルス
のプラスレベル期間にトランジスタ１０３および
１０４がオンになり、端子１６₁にVccの電圧が
加わるが、入力パルスのアースレベルもしくはマ
イナスレベルの期間にはトランジスタ１０３およ
び１０４がオフになる。すなわち、入力パルス
（IN）に同期して、それがプラスレベルの間端子
１６₁に電圧Vccが印加され、アースレベル又は
マイナスレベルの間端１６₁には電圧は加わらな
い。第２のコイル１３にはVccの印加からTdの
後に電流が流れる。この遅れ時間Tdは直流負荷
電流Ｉの値に対応する。第２のコイル１３の端子
１６₂には、定電流制御接続で電界効果形トラン
ジスタ１０５が接続されており、これにより端子
１６₂には第２のコイル１３に電流が流れている
間プラスレベルのパルスａ（Fig.４参照）が現わ
れる。このパルスａは、増幅器１０６で増幅およ
び整形される。増幅器１０６の出力パルスｂは抵
抗１０７ａ、コンデンサ１０７ｂおよび抵抗１０
７ｃで構成される積分回路に印加される。積分電
圧すなわちアナログ電圧が出力端１０８に現われ
る。トランジスタ１０５は、電流を電圧に変換する
ために用いられているが、その変換の際に波形整
形を行なう。即ち、定電流動作を行なうので、コ
イル１３を流れる電流の値が定電流値より小さい
時にはインピーダンスが小さくなつてその端子間
電圧を小さくし、コイル１３を流れる電流が定電
流値を越えようとすると、インピーダンスが増大
して端子間電圧が急激に増大するので、電流波形
に比べて電圧波形(a)は立上りが急俊になる。これ
により、電流波形の立上りがなだらかな場合で
も、電流の微小デユーテイ変化、即ち測定対象と
なる直流電流の微小変化を確実に検出することが
できる。発明者はFig.１に示す回路でＩの値を変えて出
力端１０８のアナログ電圧を測定した。この測定
において用いた電流−パルスデユーテイ変換素子
の材質、形状等を次の第１表に示し、測定データ
をFig.５に示す。

【表】 Fig.５においてＩ≦0.5Aでは、直流負荷電流Ｉ
の変化に対する出力電圧の変化が大きくリニアリ
テイが良いが、Ｉ＞0.5Aでは小さい。これは主
にコア１１が１枚の、幅が狭いアモーフアスプレ
ートであること、及びコイル１３の巻数が多いこ
とに起因する。アモーフアスプレートの枚数を多
くし、それらの幅を広くし、あるいはコイル１２
の巻数を少なくすることにより、高電流レンジで
電流変化に対する出力電圧変化が大きくなる。従
つて、直流負荷電流レンジに応じて電圧−パルス
デユーテイ変換素子のデイメンシヨンを設定すれ
ばよい。測定回路１００には格別な変更を要しな
い。 Fig.６ａにFig.１に示す直流電流検出装置を利
用した、直流モータの負荷警報回路を示し、その
回路各部の信号をFig.６ｂに示す。この負荷警報
回路では、直流負荷検出装置の所定回路１００の
出力端に、正相増幅器２１、抵抗２２，２６およ
びコンデンサ２３で構成される積分回路ITGが接
続されており、積分回路ITGの積分電圧が比較器
２４の減算入力端（−）に印加される。積分電圧
が参照電圧以下となると、つまり高負荷電流が長
時間流れると、比較器２４の出力がプラスレベル
となり、発光ダイオード２５が点灯する。 Fig.７に、Fig.１に示す直流電流検出装置を用
いた負荷電流制御装置を示す。これにおいては直
流電源より電流制御器２５を介して、また変換素
子１０の第１コイル12を通して負荷に電流が供給
される。負荷電流は検出装置１０，１００でアナ
ログ電圧に変換されて比較器２６に印加される。
比較器２６は入力アナログ電圧が電流レベル指定
電圧Vrefを超すと低レベル「０」の制御信号を、
また入力アナログ電圧がVref未満であると高レ
ベル「１」の制御信号を、電流制御器２５に与え
る。電流制御器２５は、「０」の制御信号に応答
して電流を低減し、「１」の制御信号に応答して
電流を増加させる。本発明の直流電流検出装置は、上述した警報制
御および電流制御に利用する他に、発電機、ソレ
ノイド等々の負荷電流の異常検出や、電流制御に
利用しうる。また直流電力ラインの異常検出には
利用しうる。特に、電流−パルスデユーテイ変換
素子１０が堅牢であるため、また、それを負荷電
流ループの任意点に介挿しうるため、車上の直流
モータおよび直流発電機の電流検出に利用しやす
い。以上述べたように、本発明によれば直流負荷電
流ループに介挿するトランスジユーサは第１のコ
イルであり、これによる電圧降下はわずかである
ため、測定対象の制限が少ない。しかも、電流−
パルスデユーテイ変換素子は、コアの材質や形状
の制約が小さく、巻線の数も２つだけで済むので
小型化、軽量化、コスト低減等々の効果が得られ
る。コア材に飽和／非飽和の境界が不明確なもの
を用いる場合でも、定電流手段によつてデユーテ
イの微小変化を識別でき、高感度の直流電流検出
を行ないうる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Fig.１）は本発明の一実施例の回路
図、第２図（Fig.２）はFig.１の電流−パルスデ
ユーテイ変換素子１０の構造を示す縦断面図、第
３図（Fig.３）はFig.２に示す電流−パルスデユ
ーテイ変換素子１０の左側面図、第４図（Fig.4）
はFig.１に示す回路の各部の電気信号を示すタイ
ムチヤート、第５図（Fig.５）はFig.１の回路
の、電流Ｉに対する検出出力電圧（OUT）の関
係を示すグラフ、第６ａ図（Fig.６ａ）はFig.１
に示す直流電流検出装置を用いたモータ負荷警報
回路を示す回路図、第６ｂ図（Fig.６ｂ）はFig.
６ａに示すモータ負荷警報回路各部の電気信号を
示すタイムチヤート、第７図（Fig.７）はFig.１
に示す直流電流検出装置を用いた負荷電流制御装
置を示すブロツク図である。１０：電流−パルスデユーテイ変換素子、１
１：アモーフアス軟磁性体コア、１２：第１のコ
イル、１３：第２のコイル、１４：ボビン、１５
_１，１５₂，１６₁，１６₂：接続端子、１００：電
流検出回路、１０１：定電圧入力端子、１０２：
パルス入力端、１０３，１０４：トランジスタ
（パルス供給回路）、１０５：電界効果型トランジ
スタ（定電流手段）、１０６：増幅器、１０８：
出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１軟磁性体コアに第１および第２の電気コイル
を巻回し、該第１の電気コイルに検出対象電流通
路と接続される入力端子が形成された電流−パル
スデユーテイ変換素子；第２の電気コイルの一端にパルスを印加するパ
ルス供給回路；第２の電気コイルの他端とアースもしくは電源
ラインとの間に接続され、その間に予め定められ
た実質上一定の電流を流す定電流手段；及び第２の電気コイルの他端と前記定電流手段との
接続点に入力が接続された積分回路；を備える直流電流検出装置。２軟磁性体コアは、１枚の又は２枚以上積層の
薄板状のアモーフアス軟磁性体である前記特許請
求の範囲第１項記載の直流電流検出装置。