JPH02302672A - 電流センサ及びそれを使用した電流検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電流センサ及びそれを使用した電流検知方法
に関し、更に詳しくいえば、被検知電流経路（導体）と
電流検知回路（センサ側）との間が絶縁された状態で、
直流からオーディオ周波数までの領域における電流の検
知ができるようにすると共に、大電流の検知も可能とし
、小型で安価にした電流センサ及びそれを使用した電流
検知方法。

〔従来の技術〕

従来、被検知経路（導体）と検知回路（センサ側）との
間を電気的に絶縁した状態で、直流からオーディオ周波
数領域までの電流を検知する電流センサとしては、次の
ようなものが知られていた。

（１）　　リードリレーを用いた電流センサリードリレ
ーの励磁コイルに被検知電流を流し、所定のスレッシッ
ールドレベルにおいて接点を開または閉として電流の検
知を行うものである。

この電流センサの特徴としては、電流の向きに無関係な
電流の検知（無極性）ができることである。

しかし、励磁コイルのインピーダンスが大きいため、用
途が限定され、かつアナログ的な電流の検知ができない
欠点がある。

（２）ホール素子又はＭＲ素子（［気抵抗素子）を用い
た電流センサ この電流センサは、コアに巻いた励磁コイルに被検知電
流を流し、前記コアの一部に設けたギャップの間にホー
ル素子またはＭＲ素子を挿入し、前記素子から取り出し
た信号を処理して電流の検知を行うものである。

この電流センサの特徴としては、アナログ的な電流の検
知ができることである。

しかし、ホール素子は、温度変化によりその特性が変化
するため、温度変化に対する補正回路が必要であり、ま
た、上記素子はインダクタンスが大きいため、微小電流
の検知時において電流経路に影響を与える欠点がある。

（３）オプティカルカップラ（フォトカップラ）を用い
た電流センサ この電流センサは、ＬＥＤ等の発光部と、フォトトラン
ジスタやフォトダイオード等の受光部とを近接して配置
したオプティカルカップラ（フォトカップラ）を用い、
受光部に被検知電流を流して電流の検知を行うものであ
る。

この場合は、構造が簡単になる特徴を有するが、電流経
路に大きな電位降下が起る欠点がある。

例えば、発光部にＬＥＤを使用した場合には、順方向電
圧降下が２ｖ程度生じることがあり、用途が限定される
。

そこで、上記のような電流センサの欠点を解消するもの
として、次のようなものが考えられていた。

第３図は、従来の電流センサを示した図である。

図において、Ｌｌ及びＬｘは、アモルファス磁性体を磁
芯として用いたコイル（直流抵抗は極めて小）、Ｔｒｌ
及びＴｒｑはトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ６は抵抗、０１〜
Ｃ４はコンデンサ、ＯＵＴは出力端子、Ｖｃは電源電圧
を示す。

また、ｌ及び２はＬＰＦ　（ローパスフィルタ）、３は
被検知電流１を流す導体、４及び５はエミッタ抵抗、Ｈ
は電流■によってできる磁界を示す。

トランジスタＴｒｘ、Ｔｒｔ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデ
ンサＣ１、Ｃ２、コイルＬ１、Ｌｇ等で無安定マルチバ
イブレータを構成すると共に、前記無安定マルチバイブ
レータを構成するトランジス゛：１□′：″りＴｒ１、
Ｔｒｑのエミッタには、エミッ・り抵抗４　（Ｒ６）及
び５　（Ｒｓ）を接続する。

ＬＰＦ　１及びＬＰＦ２は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３
、及び抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４で構成する。

このようなアモルファス磁性体を用いた電流センサは、
アモルファス磁芯の磁気特性が、アモルファス磁芯に加
えられる外部磁界により変化することを利用したもので
ある。

即ち、導体３に図示方向の電ｆｉｌが流れると、導体３
のまわりには、磁界Ｈが発生する。この磁界Ｈにより、
アモルファス磁芯の磁気特性が変化し、その結果コイル
Ｌ１のインダクタンスが小さくなり、コイルＬ２のイン
ダクタンスが大きくなる。

この変化により、トランジスタＴｒ１のコレクタ電流が
大きくなり、トランジスタＴｒｗのコレクタ電流が小さ
くなる。前記の変化をエミッタ抵抗４及び５で電圧の変
化とし、ＬＰＦ　１及びＬＰＦ２を通して出力端子ＯＵ
Ｔに取り出して電流の検知を行うものである。

この場合、発振周波数が約ＩＭＨｚであって、被検知電
流Ｉの周波数がＤＣ〜１０ＫＨｚ程度であれば、発振周
波数成分は、ＬＰＦ　１及びＬＰＦ２で除去し、被検知
電流に関連した信号成分のみを出力端子ＯＵＴから取り
出すことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のものでは、次のような欠点があった
。

（１）　　アモルファス磁芯の磁気変化が直線的である
領域を使用するため、コレクタ電流を増大させるために
は、エミッタ抵抗４（Ｒｓ）及び５　（Ｒ６）を極めて
小さく（ｌＯΩ程度）するか、又は動作電圧Ｖｃを高く
しなければならない（Ｖ　ｃ　−１Ｏ■程度）。

（２）　　−Ｍに、動作電圧Ｖｃは、低電圧から動作す
ることが望ましいし、エミッタ抵抗４．５を小さくする
ことは、熱暴走などでトランジスタが破壊される可能性
がある。

（３）エミッタ抵抗やＬＰＦ等の部品点数が多く、小型
化が困難であった。

本発明は、このような従来の欠点を解消し、電流センサ
における部品、特に抵抗の数を減らして小型化を実現し
、安価で直流からオーディオ周波数までの周波数帯にお
ける安定した電流検出ができる電流センサを提供すると
共に、前記電流センサを用い、被検知電流の経路となる
導体を切断することなく、前記導体と、電流の検知回路
（センサ側）とを絶縁した状態で大電流の検知ができる
ようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は次のようにしたも
のである。

（１）　　アモルファス磁芯に巻回された２個のコイル
を、それぞれトランジスタのコレクタ負荷とした無安定
マルチバイブレータを備え、アモルファス磁芯に被検知
電流による磁界を与えた際の、前記トランジスタに流れ
る電流の変化を検出して電流を検知する電流センサにお
いて、 トランジスタのそれぞれのエミッタに、エミッタ抵抗と
、上記無安定マルチバイブレータの発振周波数に対して
十分低インピーダンスであり、かつ、被検知電流に対し
て十分高インピーダンスとなるコンデンサとの並列回路
で構成したローパスフィルタを設けると共に、上記コイ
ルと電気的に絶縁した状態で、かつそれぞれのコイルを
包囲して同心円状となるように外側に配置した磁界発生
用コイルを２個設け、これら磁界発生用コイルを直列接
続して電流センサとしたものである。。

（２）　　上記の電流センサを使用して電流の検知を行
う電流検知方法において、 上記直列接続した磁界発生用コイルの両端を、被検知電
流の流れる導体に、所定距離だけ離して接続し、被検知
電流の一部を磁界発生用コイルに分流させ、分流した電
流を検知することで上記導体に流れる電流の検知を行う
。

〔作用〕

上記のように、本発明の電流センサは、無安定マルチバ
イブレータを構成するトランジスタのエミッタに、エミ
ッタ抵抗を兼ねたローパスフィルタを設けたものである
。

こめため、トランジスタのコレクタ電流を制限して熱暴
走を防ぐ機能と、被検知電流の変化分のみを出力側に取
り出すＬＰＦの機能とをＬＰＦ（ローパスフィルタ）で
兼用することが可能となる。

したがって、従来のように、エミッタ抵抗とは別に、出
力側にＬＰＦを設ける必要がなく、部品点数（抵抗の数
）が減少することになり、小型化に有利であり、安価な
電流センサが得られる。

また、上記の電流センサを使用した電流検知方法では、
電流センサが高感度であるため、微弱電流でも検知可能
である。

このため、大電流（例えば故障時の異常電流）の流れる
導体から、電流の一部を分流させても十分電流の検知が
可能である。

従って、本発明では、被検知電流経路を切断することな
く、単に一部の電流を電流センサに分流させるだけで、
簡単に大電流の検知が可能となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る電流センサの１実施例を示した
図である。

図において、Ｌｌ及びＬ宮は、アモルファス磁性体を磁
芯として用いたコイル、Ｔｒｌ及びＴｒｔは、無安定マ
ルチバイブレータを構成するトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２
、Ｒ＾、Ｒｍは抵抗、Ｃ１゜Ｃ２、Ｃ＾％　ｃｍはコン
デンサ、ＰＣＩ及びＦＣｇは磁界発生用コイル、Ｖｃは
電源電圧を示す。

また、１及び２はＬＰＦ　（ローパスフィルタ）、ＯＵ
Ｔは出力端子、３は被検知電流１を流す導体を示す。

ＬＰＦ　１は、エミッタ抵抗ＲＡとコンデンサＣ＾ト（
７）　並列回路で構成し、ＬＰＦ２は、エミッタ抵抗Ｒ
，とコンデンサＣ８との並列回路で構成しており、それ
ぞれトランジスタＴ　ｒ　１、Ｔｒｚのエミッタに接続
する。

そして、前記エミッタ抵抗Ｒａ、Ｒｓは、トランジスタ
Ｔｒｒ、Ｔｒｗに流れる電流を制限するのに必要な抵抗
値に選定すると共に、コンデンサＣＡ、ＣＩＩは、無安
定マルチバイブレータの発振周波数に対して十分低イン
ピーダンスであり、かつ被検知電流１の変化に対しては
十分高インピーダンスとなるような値に選定する。

このようにして、トランジスタＴｒ１及びＴ「２のエミ
ッタ抵抗と、出力側に接続すべきローパスフィルタとを
兼用する（直流的には十分大きな抵抗値、例えば、１０
０〜３００Ωとする）。

その結果、無安定マルチバイブレータの駆動周波数成分
は、ＬＰＦ　１及びＬＰＦ２で除去され、出力端子ＯＵ
Ｔには出力されない。

しかし、液検知電流！成分については、コンデンサＣａ
、Ｃｍが十分大きなインピーダンスとなっているから、
出力端子ＯＵＴには取り出せる。

また、磁界発生用コイルＰＣＩとＦＣｇは、それぞれ、
コイルＬ１とＬ２とを包囲するように、かつ、電気的に
絶縁した状態で同心円状となるように外側に配置すると
共に、ＦＣｘとＦＣｇとを直列接続して被検知電流の流
れる導体３に接続する。

この配置で、今、導体３に被検知電流１が流れたとする
。この電流１は、磁界発生用コイルＦＣ１とＦＣｔとに
流れ、その結果磁界が発生し、コイルＬ１及びＬｔ内に
挿入されているアモルファス磁芯に磁気的な特性の変化
を励させ、コイルＬｌ及びＬｘのインダクタンスを変化
させる。

このインダクタンスの変化によりトランジスタＴｒｓ及
びＴｒｔに流れる電流が変化するから、その変化分を出
力端子ＯＵＴに取り出して電流の検知を行うものである
。

なお、トランジスタとしては、上記のようなバイポーラ
トランジスタに限らず、ＦＥＴ（電界効果型トランジス
タ）等でも同様にして使用できる。

また、磁界発生用コイルは、上記実施例の配置に限らず
、アモルファス磁芯に磁界が加わるような位置関係であ
ればどのような配置でもよい。

第２図は、本発明に係る電流検出方法の１実施例を示し
た図であり、第１図と同符号は同一のものを示す。

この実施例では、第１図に示した電流センサを用いて大
電流、例えば故障時等における異常電流を検知する場合
の１例について説明する。

導体３には被検知電流■が流れるものとし、この電流■
が大電流、例えば上記の異常電流とする。

磁界発生用コイルＦＣｚ及びＦＣｇは互いに直列接続さ
れていて、第１図に示したような配置になっている。

今、磁界発生用コイルＦＣｕとＦＣｇとの直列接続回路
の両端を、大電流の流れる導体３に、所定の距離りだｉ
ｔ離してその一部に接続する（半田付は等の手段による
）。

具体例としては、導体３の直径（断面円形の場合）φ−
１ｍ１、Ｌ＝１０ｍｍのとき、第２図の実施例で、電流
感度は０．４Ｖ／Ａであった。したがって、例えばＩ＝
１０Ａとすると、４■のセンサ出力を得ることができる
。

このようにすると、導体３に流れる電流１が大電流の場
合、前記電流ｌの一部１　／　ｎを分流させて磁界発生
用コイルＦＣ１及びＦＣｇに流すことができ、この電流
１　／　ｎを検出することにより、元の電流１を検知で
きる。

具体例をあげると、ＦＣ１、ＦＣｇのコイル抵抗は０．
０５Ω、インダクタンスは０．９　ｍ　Ｈであり、極め
て小さなインピーダンスであるため、単に電流経路にコ
イルＦＣ１％　ＦＣｇの端を接続するだけでＦＣ１、Ｆ
Ｃｇには十分検知可能な電流が分流される。

第１図でも説明したように、本発明の電流センサは、被
検知電流Ｉの経路と、電流検知回路とは互いに電気的に
絶縁されており、かつ高感度である。しかも、磁界発生
用コイルＦＣｔ及びドＣ２のインピーダンスも極めて小
さいから、大電流の流れる導体３から、一部の電流を分
流するだけで、大電流の検知ができるものである。

この場合、大電流の流れる導体３は、切断する必要もな
く、単に、前記コイルＦＣ１、ＦＣｇの端子を所定路Ｍ
Ｌだけ離して接続するだけでよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。

（１）　　本発明の電流センサは、無安定マルチバイブ
レータの発振周波数に対して十分インピーダンスの高い
コンデンサが、エミッタ抵抗に対して並列接続されたＬ
ＰＦを設けたから、トランジスタのコレクタ電流は十分
大きくとれ、動作電圧Ｖｃが３■程度から動作可能であ
る。

（２）また、直流的に十分大きなエミッタ抵抗としたか
ら、熱暴走の恐れはない。

（３）　　従来の電流センサ（第３図参照）にくらべて
、エミッタ抵抗をローパスフィルタで兼用したから、全
体として部品点数、特に抵抗の数が減少する。

このため、超小型が要求されるような場合は、スペース
的に有利であり、安価で小型の電流センサが得られる。

（４）　　被検知電流経路と、電流検知回路が電気的に
絶縁された状態で電流の検知が可能であり、しかも、直
流からオーディオ周波数までの領域で電流の検知が高精
度で行える。

（５）　　被検知電流経路を切断しなくても、大電流の
検知が高精度で行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電流センサの１実施例を示した図
、 第２図は本発明に係る電流検出方法の１実施例の説明図
、 第３図は従来の電流センサを示した図である。 Ｌ　２−ＬＰＦ　（ローパスフィルタ）Ｒａ　、　Ｒｍ
　−−一抵抗 Ｃａ　Ｓ　Ｃｍ　’−コンデンサ Ｌ１、Ｌ２−コイル ＦＣｘ、ＦＣｇ−磁界発生用コイル ｆ−・−被検知電流 Ｔｒｔ、、Ｔｒ２°−・トランジスタ 特許出願人　ティーディーケイ株式会社代理人弁理士　
今　村　辰　夫（外１名）奥慶例の電＊積出方法の説朗
図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アモルファス磁芯に巻回されたコイル（Ｌ＿１、
   Ｌ＿２）をそれぞれトランジスタ（Ｔｒ＿１、Ｔｒ＿２
   ）のコレクタ負荷とした無安定マルチバイブレータを備
   え、 前記アモルファス磁芯に、被検知電流による磁界を与え
   た際の、前記トランジスタ（Ｔｒ＿１、Ｔｒ＿２）に流
   れる電流の変化を検知して電流の検知を行う電流センサ
   において、 前記トランジスタ（Ｔｒ＿１、Ｔｒ＿２）のそれぞれの
   エミッタに、エミッタ抵抗（Ｒ＿Ａ、Ｒ＿Ｂ）と、上記
   無安定マルチバイブレータの発振周波数に対して十分低
   インピーダンスであり、且つ被検知電流に対して十分高
   インピーダンスとなるコンデンサ（Ｃ＿Ａ、Ｃ＿Ｂ）と
   の並列回路で構成したローパスフィルタ（１、２）を設
   けると共に、 上記コイル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）と電気的に絶縁した状態
   で、かつそれぞれのアモルファス磁芯に、それに流れる
   電流による磁界が加わるように配置した磁界発生用コイ
   ル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）を２個設け、これら磁界発生用コ
   イル（ＦＣ＿１、ＰＣ＿２）を直列接続したことを特徴
   とする電流センサ。
2. （２）上記直列接続した磁界発生用コイル（ＦＣ＿１、
   ＦＣ＿２）の両端を、被検知電流（Ｉ）の流れる導体（
   ３）に、所定距離（Ｌ）だけ離して接続し、 被検知電流（１）の一部を磁界発生用コイル（ＦＣ＿１
   、ＦＣ＿２）に分流させ、 前記分流した電流を検知することで、上記導体（３）に
   流れる電流の検知を行うことを特徴とする上記請求項（
   １）記載の電流センサを使用した電流検知方法。