JPH0221646B2

JPH0221646B2 -

Info

Publication number: JPH0221646B2
Application number: JP57029627A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Mori; Takeshi Nakane
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1990-05-15
Also published as: JPS58147017A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は直流電流検出装置に関し、特に被測定
回路に検出端を挿入することなく直流電流を検出
する非接触型の直流電流検出装置に関する。

この種の電流検出装置としては直流変流器
（DCCT）が知られている。一般に直流変流器に
おいては第１図に示すように２つの環状コアａ，
ｂに被測定線路ｃを通し、コアａ，ｂに巻回した
電気コイルｄ，ｅに交流電源ｆと電流計ｇを接続
して電流計ｇの指示値から被測定電流を求めるよ
うになつている。しかし、この種の直流変流器で
はコアの磁気抵抗を小さくしなければならないた
め、コアにギヤツプを設けることができず、測定
の度に被測定線路を切離してコアに線路を通す
か、又はコアを特殊な構造にして磁路の一部を開
閉しうるようにしなければならないという不都合
がある。このような不都合はホール素子を使用し
た直流変流器では解消されているが、それにおい
ては感度の直線性が悪い、使用可能な温度範囲が
狭い、高価である等の難点がある。

本発明の第１の目的は被測定線路を切離すこと
なく検出端を結合しうる直流電流検出装置を提供
することであり、第２の目的は汎用性が高く測定
精度の高い直流電流検出装置を提供することであ
る。

上記目的を達成するために本発明においては、
共通の構成として、歪を与えたアモーフアス磁性
体をコアとして用い、そのコアを含む磁気検出器
の形状を一部が開いた環状とする。なお、本発明
でいう環状は方形状も含むものと定義する。

そして、第１番の発明においては、１つの磁気
検出器に２つの電気コイルを巻回し、これら２つ
の電気コイルに交互に電流を流す励磁手段を設け
るとともに、２つの電気コイルに流れる電流の差
もしくは比率に応じた電気信号を出力する信号処
理回路を設ける。即ち、被測定線路の外側に磁気
検出器を配置すると、被測定電流に対応する大き
さの磁束が磁気検出器に鎖交し、その外部磁界の
大きさに応じて、磁性体コアが負の飽和磁束密度
の点から正の飽和磁束密度の点に遷移するのに必
要な励磁電流と、正の飽和磁束密度の点から負の
飽和磁束密度の点まで遷移するのに必要な励磁電
流とが互いに逆方向に変化する。このため、一方
の電気コイルに流れる電流と他方の電気コイルに
流れる電流とが、被測定電流の大きさに応じて、
互いに逆方向に増減し、信号処理回路の出力端子
には、被測定電流の大きさを示す電気信号が得ら
れる。

また、第２番の発明においては、第１及び第２
の磁気検出器を設けるとともに、第１の磁気検出
器には第１及び第２の電気コイルを巻回し、第２
の磁気検出器には第３及び第４の電気コイルを巻
回する。そして、発振器を設けて、第１及び第２
の磁気検出器に互いに逆方向の磁界が発生する方
向に、前記第１及び第３の電気コイルに電流を流
す。更に、信号処理回路を設けて、前記第２の電
気コイルに発生する電気信号と第４の電気コイル
に発生する電気信号の両者に基づいて、被測定電
流に対応する電気信号を生成する。

第２番の発明によれば、発振器が第１及び第３
の電気コイルに供給する励磁電流によつて、第２
及び第４の電気コイルには、各々が巻回されたア
モーフアス磁性体コアの磁束密度が負から正又は
正から負の各飽和点に遷移する時に、ウイーガン
トパルスを発生する。そして、ウイーガントパル
スの発生するタイミングが、被測定電流によつて
発生する外部磁界の大きさによつて変化し、しか
も第１の磁気検出器と第２の磁気検出器とでは、
励磁電流による磁界の方向が互いに逆になつてい
るので、外部磁界によつてタイミングのずれる方
向は、第１の磁気検出器と第２の磁気検出器とで
互いに逆になる。このため、両方の磁気検出器で
得られるウイーガントパルスの相対的なずれ量
が、被測定電流の大きさに対し、それを示す電気
信号が信号処理回路から出力される。

第２図は３種類の磁性材料のヒステリシスルー
プを対比して示すグラフである。第２図の横軸は
磁界の強さＨ（Oe：エルステツド）縦軸は磁束密
度Ｂ（Tesla：テスラ：＝Wb／m²）である。試料
Ａは東北金属(株)製のパーマロイTMC−Ｖ、試料
Ｂはアライドケミカル社製のアモーフアス
2826MB、試料Ｃは試料Ｂと同一のものをひねつ
て所定の歪を与えたものである。第２図を参照す
ると試料Ｃのヒステリシスループは極めて方形に
近く、試料Ｃの磁束密度度Ｂは飽和磁束密度＋
Bsおよび−Bsの二値のいずれかに安定すること
がわかる。アモーフアス磁性体は磁歪効果が大き
く、所定の歪を与えることにより試料Ｃのような
磁気特性を利用して被測定線路から発生する磁束
を検出する。第２図を参照すると試料Ｃの磁束密
度の二値的変化は±0.015（Oe）程度で生ずるの
で、このような歪を与えたアモーフアス磁性体を
用いる本発明においては、僅かな電流でも検出で
き、またこのアモーフアス磁性体をコアとする発
振回路は消費電力を小さくしうる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第３ａ図は一実施例の構成を示す回路図であ
る。第３ａ図において１０はロイヤー発振回路、
２０は積分回路、３０は比較回路、４０は平滑回
路であり、ロイヤー発振回路１０と積分回路２０
を組合せて三角波発振回路を構成してある。１は
被測定線路であり直流電流Ｉが流れている。被測
定線路１は文字Ｃ形状の検出端２に通してあり検
出端２はと磁気的に結合しうるようにしてある。

検出端２は被測定線路１の方向に所定の間隔を
おいて配置された２つの部分２ａ，２ｂで構成さ
れている。３，４は磁気安定素子であり、それぞ
れに２つの電気コイル５，６および７，８が巻回
されている。第３ｂ図に磁気双安定素子３，４の
具体的な構成を示す。第３ｂ図を参照して説明す
る。９は文字Ｃ形状に形成したアルミニウムの枠
である。１１はアモーフアス磁性体であり、所定
回数捩つたものを枠９の外周に沿わせて弧状に曲
げ、支持部材１２で枠９に固着してある。

再び第３ａ図を参照して説明する。ロイヤー発
振回路１０は２巻線タイプのものであるがその電
気コイル１３，１４を巻回するコアには磁気双安
定素子３，４と同様に所定回数捩つたアモーフア
ス磁性体（Fe_0.98Cr_0.02）₈₁（SiB）₁₉を用いている。

積分回路２０は演算増幅器を用いて構成した周
知の回路である。電気コイル５と７はそれぞれ磁
気双安定素子３，４に対して互いに逆方向の磁界
を生ずるように接続してある。比較回路３０は演
算増幅器を用いて構成してあり、帰還抵抗Rfを
設けてヒステリシスを持たせてある。

第３ｃ図は実施例の装置の動作を示すタイムチ
ヤートである。第３ａ図および第３ｃ図を参照し
て動作を説明する。ロイヤー発振回路１０は常時
発振しており電気コイル１６には方形波電圧が発
生する。その電圧を積分回路２０に通すと、方形
波電圧が、正の半周期では電圧が時間ｔに比例し
て上昇し、方形波電圧が負の半周期では電圧が時
間ｔに比例して下降する三角波信号が得られる。
その信号によつて電気コイル５および６に流れる
電流により磁気双安定素子３および４に印加され
る磁界HOは第３ｃ図に示すように互いに位相が
180度ずれた三角波状となる。

磁気双安定素子３および４は第２図に示す試料
Ｃと同様な角形のＢ−Ｈ特性を有し、磁界Ｈが所
定の値＋Hs又は−Hsを横ぎるときに磁束密度が
−Bsから＋Bs又は＋Bsから−Bsに一気に変化す
るが、この際に波高値が一定のウイーガントパル
ス（e1、e2）を発生する。被測定線路１に流れる
電流Ｉが０のとき、磁気双安定素子３および４に
印加される磁界ＨはH0のみであり、電気コイル
６および８には同じタイミングで極性が互いに逆
のウイーガントパルスが現われる。直流電流Ｉが
被測定線路１を流れるとき、それによつて生ずる
磁界Hiが磁気双安定素子３，４に印加され、そ
れらに印加される磁界Ｈは電流Ｉが０のときに比
べてHiだけ変わる。そして磁界Hiが正の場合に
は第３ｃ図に示すような正側に増大する磁界Ｈに
対して発生する正極性のウイーガントパルスの発
生がHiに対応するΔTの期間だけ早くなり、負側
に増大する磁界Ｈに対して発生する負極性のウイ
ーガントパルスの発生がΔTの期間だけ遅くな
る。

電気コイル６及び８に生ずる電圧ｅ１およびｅ
２は加算されて比較回路３０に印加される。比較
回路３０は、正極性のウイーガントパルスが入力
されると出力を高レベルＨに反転し、負極性のパ
ルスが入力されると出力を低レベルＬに反転す
る。磁界Hiが存在するとき、その大きさに応じ
てΔTを生じ、半周期毎に2ΔTに対応する期間T1
だけ比較回路３０の出力がＨとなる。電気コイル
５，７に流す電流が三角波なので、期間T1は磁
界Hiすなわち被測定電流Ｉに比例する。したが
つて比較回路３０の出力信号を平滑した電流電圧
は被測定線路Ｉに比例する。

なお、上記実施例においては比較回路３０の出
力電圧を平滑するように構成したが、カウンタを
用いて期間T1を測定すれば更に高精度で電流Ｉ
を測定しうる。

第４ａ図にもう１つの実施例の回路構成を示
し、第４ｂ図にその検出端の構成を示す。第４ａ
図および第４ｂ図を参照して説明する。この実施
例においては１つの磁気双安定素子１９を用いて
検出端を構成してある。磁気双安定素子１９は前
記実施例の３，４と同一の構成にしてあり、それ
をコアとして巻数の同じ２つの電気コイル１７，
１８を巻回してある。この検出端を用いて構成し
たロイヤー発振回路が第４ａ図の回路である。
Tr１，Tr２はスイツチング用のトランジスタ、
VRはバランス調整用の可変抵抗器、Ｃ１は平滑
用のコンデンサである。

第４ａ図、第４ｂ図、第４ｃ図および第４ｄ図
を参照して動作を説明する。アモーフアス磁性体
１１に外部磁界を印加しないとき電気コイル１
７，１８に流れる電流で発生する磁界によつて、
アモーフアス磁性体１１の磁束密度Ｂは前記第２
図に示すように＋Bsと−Bsのいずれかに変化し、
トランジスタTr１，Tr２が交互にオン、オフを
繰り返す。このときTr１を流れるコレクタ（又
はエミツタ）電流ic１とTr２を流れるコレクタ
（又はエミツタ）電流ic２の最大値が等しくなる
ように可変抵抗器を調整すると、出力端の電位は
0Vになる。アモーフアス磁性体１１に外部磁界
Hiを印加すると、第４ｄ図に示すようにアモー
フアス磁性体１１の磁束密度を変化させるのに要
する磁界の大きさ＋H1と−H1の絶体値が異なつ
た値になる。ロイヤー発振回路は周知のように磁
性体コアが飽和磁束密度に達したところで状態が
反転して発振する。磁界＋H1を発生させる電流
はTr１のコレクタ電流ic１であり、磁界−H1を
発生させる電流はTr２のコレクタ電流ic２であ
るので、被測定線路に流れる電流Ｉにより磁界
Hiが検出端に印加されると、Hiの大きさに応じ
てic１が増大（又は減少）しic２が減少（又は増
大）する。出力電圧Edcは、ic１−ic２に応じた
電圧を平滑した直流電圧であり、第４ｅ図に示す
ように被測定電流Ｉに比例する。なおこの実施例
によれば直流電流に限らず交流電流も測定可能で
ある。

第５図はひねりを与えたアモーフアス磁性体の
跳躍磁界Hsを組成の異なる３つのものについて
温度を測定したグラフであるが第５図を参照する
とのアモーフアス磁性体は広い温度範囲にわたつ
てHsが非常に安定しており、そのアモーフアス
磁性体を用いて電流検出装置を構成すれば、温度
変化に影響を受けずに高精度で電流を検出しうる
ことがわかる。以上の実施例においては捩ること
によつてアモーフアス磁性体に歪を与えた態様に
ついて説明したが、捩らなくても磁気双安定素子
を構成しうる。その一例を説明する。第６図に示
すようにアモーフアス磁性体をトロイダル巻きに
してこれを所定の温度でアニールすると、この巻
いた状態でアモーフアス磁性体に加わる応力がゼ
ロになる。そのアニール処理したアモーフアス磁
性体を直線状に引きのばすとそのアモーフアス磁
性体には張力のかかつた層と圧縮力のかかつた層
が厚み方向に生じる。張力のかかつた層では磁化
容易軸は磁性体の幅方向に揃い、圧縮力のかかつ
た層では磁化容易軸は磁性体の長さ方向に揃う。
このようにして歪を与えたアモーフアス磁性体
は、ひねりを与えた場合と同様に磁歪効果を生
じ、前記第２図の試料Ｃと同様に方形状のＢ−Ｈ
特性となる。なお実施例においては検出出端を文
字Ｃ形状としたが角ばつた形状としてもよい。

以上のとおり本発明によれば、常時磁気検出器
の一部が開いているので、その磁気検出器をその
まま被測定線路に磁気結合することができ、結合
のための特別な構造は不要である。また本発明で
用いる磁性体はＢ−Ｈ特性が理想的な角形になる
ため高精度で電流を検出しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す斜視図、第２図は３種類
の磁性体のＢ−Ｈ特性を示すグラフ、第３ａ図は
一実施例の回路構成を示す回路図、第３ｂ図は磁
気双安定素子の構成を示す正面図、第３ｃ図は実
施例の動作を示すタイムチヤートである。第４ａ
図はもう１つの実施例を示す回路図、第４ｂ図は
検出端を示す斜視図、第４ｃ図は実施例の動作を
示すタイムチヤート、第４ｄ図は実施例の動作を
示す磁気双安定素子のＢ−Ｈ特性のグラフ、第４
ｅ図は実施例の検出特性を示すグラフである。第
５図はアモーフアス磁性体の跳躍磁界Hsと温度
Ｔの関係を示すグラフ、第６図はアモーフアス磁
性体をトロイダル状に巻いた状態を示す斜視図で
ある。１：被測定線路、２：検出端、３，４：磁気双
安定素子（第１及び第２の磁気検出器）、１９：
磁気双安定素子（磁気検出器）、５：電気コイル
（第１の電気コイル）、６：電気コイル（第２の電
気コイル）、７：電気コイル（第３の電気コイ
ル）、８：電気コイル（第４の電気コイル）、１
３，１４，１６：電気コイル、１７，１８：電気
コイル（２つの電気コイル）、９：枠、１０：発
振回路（発振器）、１１：アモーフアス磁性体
（アモーフアス磁性体コア）、１２：支持部材、１
５：コア、２０：積分回路、３０：比較回路（信
号処理回路）、４０：平滑回路、OP１，OP２：
演算増幅器、Tr１，Tr２：トランジスタ（励磁
手段）、VR，C₁：（信号処理回路）。

Claims

【特許請求の範囲】１長さ方向、幅方向および厚み方向の少なくと
も１つの方向に歪を付加された状態に保持されア
モーフアス磁性体コアを含み、一部が開いた環状
に形成された、磁気検出器；前記磁気検出器の磁性体に巻回された少なくと
も２つの電気コイル；前記２つの電気コイルに交互に電流を流す励磁
手段；および前記２つの電気コイルに流れる電流の差もしく
は比率に応じた電気信号を出力する信号処理回
路；を備える直流電流検出装置。２励磁手段をロイヤー発振回路とした、前記特
許請求の範囲第１項記載の直流電流検出装置。３長さ方向、幅方向および厚み方向の少なくと
も１つの方向に歪を付加された状態に保持されア
モーフアス磁性体コアを含み、一部が開いた環状
に形成された、第１の磁気検出器；前記第１の磁気検出器の磁性体に巻回された第
１及び第２の電気コイル；長さ方向、幅方向および厚み方向の少なくとも
１つの方向に歪を付加された状態に保持されアモ
ーフアス磁性体コアを含み、一部が開いた環状に
形成された、第２の磁気検出器；前記第２の磁気検出器の磁性体に巻回された第
３及び第４の電気コイル；第１及び第２の磁気検出器に互いに逆方向の磁
界を発生する電流を前記第１の電気コイルと第３
の電気コイルに流す発振器；及び前記前記第２の電気コイルに発生する電気信号
と第４の電気コイルに発生する電気信号の両者に
応じた電気信号を出力する信号処理回路；を備える直流電流検出装置。４発振器を三角波もしくは鋸歯状波を発生する
回路構成とした、前記特許請求の範囲第３項記載
の直流電流検出装置。