JPH0247557A - 電流検出装置 - 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、トロイダル鉄心を用いて導体の１ｉ流を検出
する装置に関する。

〔従来の技術〕

電流計は計器を回路に接続して用いる可動コイル計器と
導体に流れる電流の大きさに比例して生じる右回りの磁
界を検出し、間接的に電流を測定するクリップオン電流
計やホール素子などを含んだ直流用クリップオン電流計
とに大別することができる。前者は電流を測定するため
、計器を回路に接続すると、電力損失を伴うが、後者は
被検出体から電気的に絶縁でき、負荷効果も生じないの
で広く利用されている。そして、この方法は被検出電流
による磁界が外乱磁界によって影響を受けやすいという
欠点があるため、通常は被検出電流の周囲に磁路を設け
る。この際、磁路の空陰部に磁界センサを設ける場合と
、変流器鉄心のようにトロイダル鉄心を用いる場合があ
る。前者は構造的に複雑なこともあり、特に微小電流を
検出する場合には、円周磁界の総和が零になる利点を生
かしたトロイダル鉄心が広く利用されている。このトロ
イダル鉄心を用いた電流計としては測定範囲で区分する
と通常電流（ｍＡ”Ａ程度）測定器と微小電流（Ｉ＾）
測定器とに大別される。微小電流測定については同一出
願人により出願中の特願昭６２−２３９１８１号に開示
した小電流検出装置がある。これは通常鉄心に用いる商
品名パーマロイの代わりに高周波において磁気ヒステリ
シス曲線が良好な角形特性を示すＣｏ系アモルファス合
金を用い、微分ｉ３１率の大きい点を利用して被検出電
流による小さな磁界で生ずる大幅な磁束変化からＩへレ
ベルの電流検出を高感度、高精度に行なうようにしたも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来の電流測定の電流計ではｐ＾〜−へ
の範囲の検出は難しく、また上述の微小電流検出装置で
はｍＡ−Ａ範囲の検出は困難であり、いずれもｐ＾〜Ａ
の広範囲な電流検出は不可能である。

したがって、本発明の目的は〃＾〜Ａレベルの広範囲電
流検出を高感度、高精度に行なうことができる電流検出
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は閉磁路の筒状鉄心の中心孔を遣る導体に流れる
電流を検出するために、この鉄心に巻回した高周波励磁
コイルを、鉄心に生ずる正負両磁界を所定の大きさに定
める制御回路を介して高周波電源に接続した高周波励磁
部と、高周波励磁コイルとは別に鉄心に巻回する巻数の
異なる複数個の検出コイルに接続した検出コイル切換部
と、この検出コイル切換部に接続し、高周波励磁部によ
る磁束と導体の被検出電流による磁束とが重畳される全
磁束による誘起電圧を検出して導体電流の誘起電圧を分
離する回路をもつ出力部とを備えた電流検出装置である
。

〔作用〕

本発明の電流検出装置は以上のように構成したことによ
り、高周波励磁部による励磁電流（磁界）を、鉄心の磁
気ヒステリシス曲線の保磁力近傍の直線部の傾斜すなわ
ち微分透磁率の大きい点に設定することができるので、
導体の被検出電流による小さな磁界が加わったときも磁
束は大幅な変化を示し、検出コイルには大きな電圧が誘
起する。

検出コイルは巻数の異なるものを複数個設け、例えばμ
＾レベル以下と−Ａ−Ａレベルを検出する２種類とし、
ｍＡ−Ａレベルの検出には検出コイルの巻数を少なくし
て磁気感度を低くし、これらを検出コイル切換部により
選択して用い、導体の被検出電流による磁界を重畳させ
たときの全磁束の誘起電圧を検出し、さらに高周波骨、
直流分を除去して出力部端から正しい検出電流波形をも
つ出力電圧を取り出すことにより、ＪＡ　−Ａの広範囲
な電流を高感度、高精度に検出することができる。

〔実施例〕

以下実施例に基づき本発明を説明する。

第１図は本発明の電流検出装置の要部構成を説明するた
めの模式図である。第１図において鉄心１は磁気ヒステ
リシス曲線が角形特性を示し高通磁率を有するＣｏ系ア
モルファス合金からなり、閉磁路の例えば環状に形成さ
れている。この鉄心１の中心孔を通って導体２が被検出
装置の電源と負荷に接続されているが、これらの図示は
省略しである。また鉄心１にはその肉厚部に巻回した高
周波励磁コイル７を、例えば直列に接続した整流器８ａ
と抵抗Ｒ１整流器８ｂと抵抗Ｒ２の２組が並列接続され
てなる制御回路９を介して高周波電源１０に接続した高
周波励磁部Ｕを設けてあり、一方高周波励磁コイル７と
は別に鉄心１にここでは２個の巻数の異なる検出コイル
６ａ、６ｂを巻回して接続し、検出コイル６ａ、６ｂは
検出コイル切換部１２．整流器８ｃを介して低域消波器
３．直流除去器４の順に接続した出力部工を形成する。

直流除去器４はコンデンサまたは絶縁変圧器で容易に構
成することができる０以上のごとく本発明装置は鉄心１
に励磁コイル７を有する高周波励磁部■、検出コイル６
ａ。

６ｂを有する出力部ｌの二つの要素を備えたものであり
、使用に際して鉄心１の中心孔に被検出装置の導体２を
通してそれを流れる小電流■。を検出するものである、
すなわち、本発明の装置構成は前述の特願昭６２−２３
９１８１号のものと基本的に同じであるが、巻数の異な
る検出コイル６ａ、６ｂおよび検出コイル切換部１２を
有する点が異なるものである。

次に第３図は鉄心１の磁気ヒステリシス曲線を示したも
のであり、第３図中のＢ＃〜−Ｂ、の直線部分はＨの僅
かな変化で大きく変り、この磁束の変化による誘起電圧
は磁束をφ１時間をｔとするとｄφ／ｄｔに比例するの
で、磁化電流が高周波になるほど大きくなる。以下その
作動について第１図の装置構成と第３図の磁気ヒステリ
シス曲線およびその他必要な図面を加え、これらを併用
して説明する。

鉄心１は通常は第１図の高周波励磁部１１の高周波電流
により、磁界は第３図の正側ではＨａ、負側は−Ｈ＋ま
で加わっている。その波形は第２図に示したように正側
の方が負側より高周波励磁電流ｌが大きい、磁界のＨｗ
、　　−Ｈ，は制御回路９の整流器８ａ、８ｂ、抵抗Ｒ
，，Ｒ１を適切に選ぶことによって設定する。なおこの
抵抗Ｒ１，Ｒ１は導体２の電流すなわち被検出電流１．
による高周波励磁電流ｉの変動を防ぐためにも必要なも
のである。抵抗Ｒ，，Ｒ，が小さいと高周波励磁電流ｌ
が被検出電流１．の大きさによって変わるから、抵抗Ｒ
＋、Ｒｇのインピーダンスは高周波励磁コイル７のイン
ピーダンスの２倍以上とするのがよい。

このとき鉄心１に加わる磁束、磁界は第３図におけるＢ
ｍ（Ｈｍ）、Ｂ＋（Ｂ＋）＋Ｂ鵬（Ｈ−）の順に矢印方
向に変化するヒステリシス曲線Ａを画き、検出コイル６
ａまたは６ｂに電圧が誘起している。その電圧波形を第
４図（ａｌに示す０次に導体２に交流正弦波電流が流れ
ると、この電流１．によって正側に磁界ΔＨ１負側は磁
界−ΔＢが発生し、その磁界波形は第４図（ｂｌである
。そしてΔＨ９−ΔＨに対応して磁束が正負両方向にそ
れぞれΔＢ変化し、磁気ヒステリシス曲線は、正側ΔＨ
は第３図において点線の矢印で示したＣのループとなり
、負側−ΔＢは一点鎖線の矢印で示したＤのループを画
く、誘起電圧はΔＢが正方向では小さく、負方向では大
きくなり、電圧波形は第４図（Ｃ１に示したように変調
波になる。なお第４図の横軸はいずれも＋ａｌ　、　Ｑ
）ｌ　、　’　（Ｃ１に共通な時間軸としである。第４
図ＴＣＩの波形から出力部５の低域消波器３で高周波骨
、直流除去器４で直流分を除くことにより、検出電流波
形を正確に再現して求めることができる。したがってこ
のｔ流検出装置は以上の作動原理から明らかなように歪
波形、碧形波などいかなる波形をもつ電流に対しても検
出可能である。

本発明の電流検出装置は鉄心１の磁気ヒステリシス曲線
上の第３図でＢ＃〜−Ｂ＃の磁束が磁界の僅かな変化で
大きく変ることを利用しているが、鉄心１のこの磁気特
性の有効な使い方は、前に述べた高周波励磁により得ら
れ基準となるヒステリシス曲線Ａを定める磁界を、検出
電流が小さいときはΔＢが直線部を外れない範囲でＢ＃
にできるだけ近くなるように設定するのがよい、このよ
うにすれば高周波励磁により常時誘起する電圧を低くす
ることができるので、この誘起電圧と検出電流Ｉ０によ
る誘起電圧との比が大きくなって検出精度が向上し、鉄
心１の損失も低いという点で有利である。また基準とな
るＡループの磁界を−Ｈｃすなわち鉄心１のＢ−０の保
磁力に設定すると、その時検出可能な電流イ直が前記電
流検出装置の検出限界電流である。

従来の電流検出装置はμＡからＡレベルの広範囲な測定
は困難であったが、本発明の装置では第１図に示すよう
に鉄心１に巻数の異なる検出コイルを巻回し、低域ろ波
器３との間に検出コイル切換部１２を設けることにより
各コイルの磁気感度を変え、１個の検出コイルで可能な
測定電流範囲を２個ないしは複数個の検出コイルを用い
ることでμ＾〜Ａまで拡大することができる。

〔発明の効果〕

実施例で説明した様に、この電流検出装置は鉄心の角形
磁気特性の微分透磁率の大きい点に磁界を設定する高周
波励磁コイルと検出コイルとを別に設けて鉄心を磁化し
、より短時間に小さな磁界変化で大きな磁束変化を起こ
させ、高周波励磁による誘起電圧を検出コイルに誘起す
る電圧に重ねて、この重畳された電圧から高調渡分、直
流分を除去することにより得られる出力電圧波形と被検
出電流波形が同じになるようにしたため、交流正弦波電
流に限ることなく、直流やその他どのような波形をもつ
被検出電流に対しても従来装置のｌ／１０以下の微小電
流まで正確に検出でき、しかも従来装置より励磁コイル
、検出コイルとも巻回数を１７１０で済ませることがで
きるので、巻線による寸法増はほとんどなく、鉄心が小
型化できる。そして本発明は巻数の異なる検出コイルを
複数個設け、各検出コイルの磁気感度を変えるように検
出コイル切換部でレンジを切り換えることにより従来装
置では困難であった広範囲な電流測定を可能にした。

したがって本発明によれば小型で高感度、高精度、高速
、そして電流測定範囲が広範囲な電流検出装置が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要部構成を示した模式図、第２図
は高周波励磁電流の波形図、第３図は鉄心材料の磁気ヒ
ステリシス曲線図、第４図ｒａ）は高周波励磁したとき
の検出コイルの誘起電圧の波形、■）はさらに検出電流
が流れたときの磁界波形、ｆｃｌは誘起電圧波形である
。 １：鉄心、２：導体、３：低域ろ波器、４：直演除去器
、ｉ：出力部、６ａ、６ｂ：検出コイル、７：高周波励
磁コイル、８ａ、８ｂ、８ｃ　：整流器、９：制御回路
、１０：高面波電源、Ｕ：高周波励磁部、１２：検出コ
イル切換部。 窩　ｔ　口 慝 り 晴間 揃　２　閃 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）磁気ヒステリシス曲線が角形特性を示す高透磁率材
   料を用いて閉磁路を形成した筒状鉄心の中心孔を通る導
   体に流れる電流によって前記鉄心に生ずる磁界の強さを
   変化させ、前記鉄心に巻回した検出コイルの誘起電圧か
   ら前記電流を検出する装置であって、 ａ．前記鉄心の中心孔を通って肉厚部に巻回した高周波
   励磁コイルを、前記鉄心に生ずる正負両磁界を所定の大
   きさに設定する制御回路を介して高周波電源に接続した
   高周波励磁部， ｂ．前記高周波コイルとは別に前記鉄心の中心孔を通っ
   て肉厚部に巻回した巻数の異なる複数個の検出コイルに
   接続した検出コイル切換部と、この切換部に接続され前
   記高周波励磁部によって生ずる磁束と前記導体の検出電
   流によって生する磁束とが重畳した全磁束による誘起電
   圧を検出した後前記導体の電流の誘起電圧分を分離する
   回路を有する出力部 を備えてなることを特徴とする電流検出装置。