JPH03115870A - 電流センサ - 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］ この発明は被測定導線に流れる電流を検出する電流セン
サに係り、更に詳しく言えば、ゼロフラックス法にて電
流を検出する際の電流帰還路におけるインピーダンスを
低減させ、動作周波数範囲を拡大した電流センサに関す
るものである。

［従　来　例］ 第４図にはゼロフラックス法を利用した従来の電流セン
サの一般的な例が示されている。同図において、１は被
測定導線、２は電流センサであって例えば磁気コア３、
電流検出部４、増幅器Ｓ、帰還コイル６からなる。上記
磁気コア３は例えば半円弧状の２つのコアを向き合わせ
、図示しない開閉機構により被測定導線１を外包するよ
うになっている。

電流検出部４にはホール素子又はコイルなどが用いられ
、ホール素子の場合には直流及び交流の磁束に感応して
それらを直流電圧又は交流電圧に変換し、コイルの場合
には交流磁束のみに感応してそれを交流電圧に変換する
。

ここで交流の場合を説明すると、その変換電圧は例えば
増幅器５により増幅されたのち帰還コイル６に加えられ
、基準抵抗７を備えた基準回路を経て図示しない装置本
体のコモン配線側へフィードバックされる。これにより
、磁気コア３内においては被測定導線１の電流にて発生
した磁束がこの帰還コイル６に流れる電流によって発生
する逆方向の磁束にて打ち消され、いわゆるゼロフラッ
クス状態となる。この場合、上記基準抵抗７にはゼロフ
ラックス状態を維持する帰還電流によって電圧降下が生
じているから、その電圧を図示しない測定部に取り込ん
で測定すれば被測定導線１にｄされる電流を求めること
ができる。

このような構成のゼロフラックス方式電流センサでは、
増幅器の利得を十分大きくすることによりその負帰還作
用にて磁気回路などの非直線性や不安定性の影響を受け
ず、高安定、高精度、広周波数帯域など良好な特性を有
する電流検出測定が実現できる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記の電流センサにおいては、フィードバック
系に十分な負帰還量がある場合。

帰還電流＝被測定電流／帰遠コイルのターン数・・・・
・・・・・（１） となるから、増幅器５の電流容量はこの値を満足するも
のでなければならない。

また、帰ａ電流を流したとき負帰還回路に発生する電圧
降下は、 電圧降下＝帰還電流×（帰還コイルのインピーダンス十
基準抵抗）　　　・・・・・・・・・（２）と近似でき
るから、増幅器５の動作電源電圧はこの電圧より大きく
する必要がある。

ここで、被測定電流の周波数が高くなると当然のことな
がら帰還電流の周波数も高くなり、それに比例して帰還
コイル６のインピーダンスが大きくなる。したがって式
（２）から明らかなように負帰還回路の電圧降下が増加
し、増幅器５の電源電圧に達すると飽和する。このため
十分な負帰還動作が確保できなくなる。

この場合、帰還コイルのターン数を少なくすればインピ
ーダンスは小さくすることができるが、式（１）から明
らかなように帰還電流を大きくする必要があり、増幅器
５の電流容量の面からもターン数の減少は制約を受ける
。

更に、帰還コイルのインダクタンスとその線間容置とに
より特定の周波数で並列共振を起こした場合には帰還回
路のインピーダンスが極端に大きくなり、同様に十分な
負帰還動作を確保することができなくなる。

すなわち第４図に示すような構成の電流センサにおいて
は、その動作周波数帯域の上限が帰還コイルのインピー
ダンスと増幅器の駆動能力の２面から制約されるという
難点があった。

この発明は上記の点を考慮してなされたもので、その目
的は、＠遠コイルとして必要な所定ターン数の１　／　
ｎのターン数を有するコイルをｎ個設けて帰還コイルを
構成することにより、動作周波数の高域側を拡大可能と
する広帯域の電流センサを実現することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の一実施例が示されている第１図を参照すると
、上記課題を解決するため例えば磁気コア３には必要タ
ーン数の半分のターン数でなる２つの帰還コイルｉｉ、
　ｔｉを設け、各コイルには増幅器１２からそれぞれ並
列的に電流を供給するようにされている。

［作　　　用コ 第１図に示すように帰還コイルを半分のターン数を有す
るコイルに２分割すると、分割する前に比べて各コイル
のインダクタンスは（ターン数）２／磁気抵抗で表され
るので１／４となり、したがってそのインピーダンスも
１／４となる。更に。

２つのコイルは並列的に接続されるからその合成インピ
ーダンスは分割前の１／８となる。

以下、増幅器１２から見た負帰還回路の等価回路を示す
第２図によりその理由を説明する。

第２図（Ａ）は帰還コイルが分割される前を示し。

従来装置の例に相当する。同図（Ｂ）は帰還コイルを２
つに分割した場合であって、上記第１図の例に相当する
。

ここで、帰還コイルのターン数、及びインダクタンスを
図示のようにそれぞれＮ□、Ｌ□、Ｎ２゜Ｌ２とすると
、インダクタンスはターン数の２乗に比例するから、第
２図（Ａ）においてはＬ１＝Ｎ□１／凡 であり、負帰還回路のインピーダンスを７１とすると、 Ｚ工＝Ｒ＋ｊωＬ１＝Ｒ＋ｊωＮ１１／凡とおくことが
できる。ただし、民は磁気回路の磁気抵抗、Ｒは基準抵
抗７の値、ω＝２πｆで、ｆは周波数とする。

第２図（Ｂ）においては、上記第２図（Ａ）と同一の磁
気コアを使用するものとすると、各コイルのインダクタ
ンスＬ２は、 Ｌ　２　＝　Ｎ　２　”　／民 であり、上記したようにそのターン数が半分の場合には
、Ｎ、＝Ｎｉ／２とおくと、 Ｌ、＝Ｎ工２／４民 ＝Ｌ、／４ となる、すなわち、２分割する前のインダクタンスの１
／４になる。

負帰還回路のインピーダンスをＺ２とすると、Ｚ　２＝
Ｒ＋ｊ　　ω　Ｌ、／２＝Ｒ＋ｊ　　ω　１．／８とな
る。

なお、周波数が高くなって実数部Ｒの値が虚数部の値に
対して無視できる場合には、 ｚ　ｚ　／　ｚ　ｚ押１／８ となる、この場合、本発明による電流センサは従来方式
に比べて約８倍もの使用可能周波数帯域を有することに
なる。これらの特性の一例を第２図（Ｃ）に示す。

［実　施　例］ 再び第１図を参照すると、２分割したターン数Ｎ／２の
２つの帰還コイル１１．１１は、増幅器１２からの帰還
電流により磁気コア３内に発生する磁束が和動となるよ
うに接続され、また、各帰還コイルにはそれぞれ前記第
４図における帰還電流と同じ大きさの電流が加えられる
ようになっている。

すなわち、ターン数Ｎの帰還コイルをｎ分割した場合に
は各帰還コイルに分割前と同一大きさの電流を加え、全
体としては分割前とアンペアターンが変わらないように
して逆向きの磁束を確保する。

なお、増幅器１２の電流容量が不足する場合には第３図
に示すように各帰還コイルに対してそれぞれ電流ｔｇ１
幅器Ｉ３を設けてもよい。

［効　　　果］ 以上、詳細に説明したように、この発明においては被測
定導線の電流にて発生する磁束を打ち消すための帰還コ
イルを、同コイルが１つの場合に必要とするターン数の
１　／　ｎのターン数を有するｎ個のコイルで構成し、
それらを磁気コア上に和動的に配設するとともに各コイ
ルにそれそぞれ所定の帰還電流を並列的に供給するよう
になっている。

したがってこの発明によれば帰還コイルのインピーダン
スを低下させることができる。また、同時にコイルの共
振周波数が高くなり、共振による動作周波数限界を上げ
ることができる。このため。

これらのコイルを含む負帰還回路に電流を流したときの
電圧降下が／ＪＸさくなり、帰還電流を供給する増幅器
等は比較的高い周波数まで飽和すること無く十分な負帰
還動作を行うことが可能となり。

広帯域で、かつ高開度の電流センサを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の実施例に係り、第１図
はその構成を示すブロック線図、第２図（Ａ）および（
Ｂ）は帰還コイルが１つの場合と２つの場合における負
帰還回路の等価回路図、第２図（Ｃ）はそれらの周波数
−インピーダンス特性説明図、第３図は変形実施例のブ
ロック線図、第４図は従来装置のブロック線図である。 図中、１は被測定導線、３は磁気コア、４は電流検出部
、７は基準抵抗、１１は帰還コイル、１２゜１３は増幅
器である。 特許出頭人　日置電機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定導線を外包する磁気コアと、同磁気コア上
   に配設された帰還コイルと、上記被測定導線に流れる電
   流にて上記磁気コアに発生する磁束を電圧に変換する磁
   電変換手段とを含み、該磁電変換手段の出力電圧を増幅
   器を介して上記帰還コイルに加えゼロフラックス法にて
   上記被測定電線の電流を検出する電流センサにおいて、 上記帰還コイルはｎ個のコイルならなり、同各コイルに
   上記増幅器から帰還電流をそれぞれ並列的に加え、同各
   コイルから磁束を和動的に発生させて、上記被測定電線
   の電流により上記磁気コアに発生する磁束を打ち消すよ
   うにしたことを特徴とする電流センサ。