JPH03277976A - 非接触型電流計 - 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］ 本発明は導体に流れる電流を非接触状態で測定する非接
触型電流計に係わり、特に可飽和型の磁気センサを用い
て電流を測定する非接触型電流計に関する。

［従来の技術］ 電線等の導体に流れる電流を非接触状態で測定する非接
触型電流計のうち磁気センサを用いた電流計は例えば第
８図に示すように構成されている。

すなわち、直流又は交流の電流ｌが流れる導体１に対し
てこの導体１の敷設方向と直交する向きでかつこの導体
１を囲むよう略コ字形の磁気ヨーク２をは配設し、この
磁気ヨーク２の磁気ギャップ内に磁気センサ３を挿入す
る。そして、この磁気センサ３の出力信号を増幅器４で
増幅したのち、例えば電圧計５″！ｉで表示する。また
、増幅器４にはバッテリ６ａ、６ｂから駆動電圧が供給
される。

このような非接触方電流計において、導体１に電流１が
流れると、この電流１の回りに矢印で示す右回りの磁界
Ｈが発生する。よって、磁気ヨーク２内に磁気回路が形
成されるので、この磁気回路の磁束を磁気ギャップに挿
入されている磁気センサ３で検出して、増幅器４で増幅
して、電圧計５で表示することによって、電流Ｉに対応
した電圧値が電圧計５にて得られる。

［発明が解決しようとする課ＷＢ］ しかしながら第８図に示すように構成された非接触型電
流計においてもまだ次のような問題があった。

すなわち、検出できる電流Ｉの測定周波数範囲を直流か
ら例えば数百ｋＨｚの高周波までの広い範囲を確保する
ために、一般に磁気センサ３としてホール素子を利用し
たホール素子型磁気センサを用いている。しかし、ホー
ル素子型磁気センサは、磁束を電圧に変換するときの変
換効率が非常に低い。したがって、導体１に流れる電流
Ｉが数Ａから数十Ａ以上の場合は十分な検出精度を確保
できるが、ＩＡ以下の電流に対してはＳ／Ｎが低下して
、十分な測定精度を確保できない。発明者等の実験によ
ると、電流ｌの測定下限値は０．ＩＡであった。

さらに、ホール素子型磁気センサは一種の半導体素子で
あるので、検出値が温度等の外部環境に左右されやすく
、工場の製造現場等の悪環境下で使用できない問題があ
る。

また、あまりにも高い周波数を有する電流Ｉを測定する
場合には、磁気ヨーク２に渦電流損失が発生して、測定
誤差が大きくなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
それぞれ検出コイルが巻装された互いに平行する一対の
コアからなる可飽和型の磁気センサを用いることによっ
て、簡単に製造でき、かつ導体に流れる電流を高感度で
広い周波数領域に互って測定できる非接触型電流計を提
供することを１的とする。

【課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明の非接触型電流計は、
被測定電流が通流する導体を挟んで互いに平行に配設さ
れた一対のコアに対してそれぞれ検出コイルを巻装し、
この各検出コイルを直列接続してなる磁気センサと、こ
の磁気センサにおける直列接続された各検出コイルに対
してインピーダンス素子を介して交流励磁電流を印加し
て、各コアを飽和域まで磁化する交流発生回路と、イン
ピーダンス素子と直列接続された検出コイルとの接続点
から取出された磁気センサの出力信号が入力され、この
出力信号から被測定電流に起因する出力信号の電圧変動
成分を検出する電圧検出回路とを備えたものである。

［作用］ このように構成された非接触型電流計によれば、磁気セ
ンサを構成する各検出コイルには交流発生回路から交流
励磁電流が常時印加されている。そして、各コアは常時
飽和域まで磁化されている。

したがって、この磁気センサは可飽和型の磁気センサと
なり、出力信号の振幅は飽和磁界で定まる所定振幅値を
有する。そして、導体に電流が流れると、この電流によ
り電流方向にて定まる方向に磁界が発生する。そして、
この磁界が前記飽和磁界に加算または減算されるので、
前記出力信号波形が上方または下方にシフトされる。よ
って、電圧検出回路でもってこのシフト量（電圧変動成
分）を取出すことによって、電流が測定できる。

さらに、被測定電流が流れる導体を一対のコアで挟むよ
うにし、かつ各コアに巻装された検出コイルを直列接続
している。よって、それぞれ検出コイルが巻装された各
コアに導体に流れる電流にて生起された磁界の方向が互
いに逆向きに作用する。したがって、たとえ導体の各コ
アに対する位置関係が異なっていたとしても、各検出コ
イルの出力電圧を加算した値である磁気センサ全体の出
力信号は、導体が一対のコアの間に存在する限り大きく
変化しない。よって、導体が多少中心位置からずれたと
しても、導体の位置変動による測定誤差が自動的に補正
される。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の非接触型電流＝１の概略構成を示すブ
ロック図である。図中１１は交流発生回路であり、この
交流発生回路１１は、交流励磁電流として、例えば周波
数ｆを有する高周波信号ｅ１を出力する。この交流発生
回路１１から出力されたへ周波信号ｅ、はインピーダン
ス素子としての抵抗値Ｒを有する抵抗１２を介して可飽
和型の磁気センサ１３へ入力される。磁気センサ１３と
抵抗１２との接続点１４から取出されるこの磁気センサ
１３の出力信号ｅ。は電圧検出回路１５へ入力される。

この電圧検出回路１５から出力された電圧変動成分ｖｓ
は出力端子１６を介して例えば図示しない記録計又はオ
シロスコープに測定された電流値として表示される。

前記可飽和型の磁気センサ１３においては、図示するよ
うに、測定対象となる電流Ｉが通流する導体１７に直交
する方向でかつこの導体１７を挾んで互いに平行して一
対のコア１８ａ、１８ｂが配設されている。この棒状に
形成された各コア１８ａ、１８ｂには同一方巻回方向に
それぞれ検出コイル１９ａ、１９ｂが巻装されている。

そして、各検出コイル１９ａ、１９ｂは図示するように
直列接続されている。また、前記導体１７は一対のコア
１８ａ、１８ｂで形成される空間の中央に位置する。

また、前記電圧検出回路１５は入力された磁気センサ１
３の出力信号ｅ。の信号波形の０電位以上の波高値Ｖａ
を検波する正極性検波器２０ａと、同じく出力ｆｊ号ｅ
。の信号波形の０電位以下の波高値−ｖｂを検波する負
極性検波器２０ｂと、各検波器２０ａ、２０ｂから出力
された直流の検波［Ｖａ、−Ｖｂを加算して電圧変動成
分（誘起電圧）Ｖｓ　　［−Ｖａ＋（Ｖｂ）］を算出ｔ
　ル加Ｗ器２１とで構成されている。

次に、このように構成された非接触型電流＝１の動作原
理を第２図を用いて説明する。交流発生回路１１から出
力された周波数ｆを有する高周波信号ｅ１が抵抗１２を
介して直列された各検出コイル１９ａ、１９ｂに印加さ
れる。すると、強磁性材料で構成されたコア１８ａ、１
８ｂは磁化される。なお、交流発生回路１１から出力さ
れる高周波信号ｅ１の電流値を増加させて、コア１８ａ
。

１８ｂを飽和域まで磁化させている。

したがって、導体１７に電流Ｉが流れていない状態にお
いては、磁気センサ１３の各コア１８ａ。

１８ｂは前記高周波信号ｅ１にて交互に所定値まで磁化
されるので、前記接続点１４から出力される出力信号ｅ
。は、第２図の左側波形に示すように、０電位を中心に
正極側波高値Ｖａと負極側波高値ｖｂとが互いに等しく
なる出力信号ｅ。Ａとなる。よって、この出力信号ｅ。

Ａを正極性検波器２０ａおよび負極性検波器２０ｂとで
それぞれ検波して各波高１ｉＶａ、−Ｖｂを検波して加
算器２１で加算した電圧変動成分（誘起電圧）ＶＳは０
となる。

次に、導体１７に電流１が流れている状態においては、
この電流！によって生起された右ねじ方向の外部磁界Ｈ
が存在する。よって、この外部磁界Ｈが各コア１８ａ、
１８ｂに高周波信号ｅ１にて既に印加されている交流磁
界に交差する。したがって、この交流磁界は外部磁界Ｈ
の磁化方向によって増加または減少される。外部磁界Ｈ
が加算される方向のときは、第２図の右側に示すように
、出力信号ｅ。の正極側波高値Ｖａが上昇する。また、
各コア１８ａ、１８ｂは予め可飽和励磁されているので
、振幅■。は変化しない。よって、負極側波高値ｖｂも
上昇（レベル変化）する。

その結果、加算器２１で加算した電圧変動成分（誘起電
圧）Ｖｓは０ではなく、電流Ｉで定まる一定値［Ｖａ＋
　（−Ｖｂ）］　となる。したがって、この電圧変動値
（誘起電圧）Ｖｓ　　［＝Ｖａ＋（−Ｖｂ）］をｎ１定
することによって、電流Ｉを間接的に測定できる。

次に、磁気センサ１３を第１図に示すように一対のコア
１８ａ、１８ｂおよび直列接続された一対の検出コイル
１９ａ、１９ｂで構成した特徴を第３図および第４図を
用いて説明する。

第３図（ａ）は一方のコア１８ａおよび検出コイル１９
ａのみを用いて磁気センサ１３ａを構成した状態を示す
。この場合、コア１８ａは導体１７の左側に位置するの
で、コア１８ａの交流磁界は導体１７の電流Ｉにて生起
された磁界Ｈにて強められる。したがって、導体１７の
コア１８ａに対する位置関係（Ｘ、Ｙ）と電圧検出回路
１５にて得られた一定電流１　　（＝１００　ｍＡ）に
対する相対感度との関係は第４図（ａ）に示すよう１ご
、コア１８ａと導体１７との間の距離Ｘが増大すると、
相対感度は低下する関係となる。

第３図（ｂ）は、同様に、他方のコア１８ｂおよび検出
コイル１９ｂのみを用いて磁気センサ１３ｂを構成した
状態を示す。この場合、コア１８ｂは導体１７の右側に
位置するので、コア１８ｂの交流磁界は導体１７の電流
Ｉにて生起された磁界Ｈにて弱められる。したがって、
導体１７のコア１８ｂに対する位置関係（Ｘ、Ｙ）、と
電圧検出回路１５にて得られた一定電流！（＝１００ｍ
Ａ）に対する相対感度との関係は第４図（ｂ）に示すよ
うに、コア１８ｂと導体１７との間の距離Ｘが増大する
と、相対感度は増大する関係となる。

また、導体１７のコア１８ａ、１８ｂに平行する縦方向
位置Ｙと相関感度との関係は、第４図（ａ）（ｂ）に示
すように、コア１８ｇ、１８ｂが右側に存在する場合と
左側に存在する場合とではほぼ対称特性となっている。

したがって、第４図（ａ）（ｂ）に示すような感度特性
を白゛する一対のコア１８ａ、１８ｂの出力信号を、各
検出コイル１９ａ、１９ｂを直列接続することによって
、加算すれば、導体１７の位置（ｘ、ｙ）がたとえ中心
に位置していなくても、位置変化による各相対感度は両
者で互いに補正しあうことになる。

また、第６図は、第５図に示した磁気センサ１３の中心
位置から、導体１７が水平方向（Ｘ＋力方向にずれた場
合の加算後の相対感度の変化を示す図である。高い相対
感度でかつその感度変化は少ないことが理解できる。

以上説明したように、導体１７がたとえ中心位置をずれ
たとしても常時−室以上の相対感度を維持できるので、
非接触型電流計全体の測定精度を向上できる。

また、導体１７の位置がずれたとしても相対感度の変化
を少なくする磁気センサとして、第７図に示すように、
トロイダルコア３１に検出コイル３２を巻装する構成の
磁気センサが考えられる。

このような構成であれば、導体１７に流す電流Ｉが１０
０ｍＡ以ドの微小電流のとき一定以上の検出感度を得る
ために、トロイダルコア３１の外径および内径を例えば
１０ｍ５以下および５ｍｓ以下に設定する必要がある。

したがって、このトロイダルコア３１に検出コイル３２
を巻装する作業が面倒になり、自動化が難しく製造費が
大幅に上昇する問題がある。

しかし、第１図の実施例のように、コア１８ａ。

１８ｂに検出コイル１９ａ、１９ｂを巻装する作業は容
易で、かつ簡単に自動化できるので、たとえ各コア１８
ａ、１８ｂを小型に形成したとしても製造費が上昇する
ことはない。

また、各検出コイル１９ａ、１９ｂを直列接続している
ので、各検出コイル１９ａ、１９ｂ毎に、電圧検出回路
１５を設ける必要がない。よって、上記製造費をさらに
低減できる。

さらに、磁気センサ１３の各コア１８ａ。

１８ｂを交流発生回路１１から出力される高周波信号ｅ
１で飽和するまで磁化して、この磁気センサ１３を可飽
和型の磁気センサとして使用しているので、たとえ導体
１７の電流１が０の場合であっても、電圧検出回路１５
に入力される出力信号ｅＯは一定以上の信号レベルを有
しているので、第８図の従来電流：Ｉ″のように電流！
が生じると０から出力電圧が生じるのに比較して、微小
な電流でもこれに即応して島感度かつ高精度に電流値を
測定できる。

また、ホール素子を用いた磁気センサに比較して、この
−１１飽和型の磁気センサは周囲温度変化の影響を受け
にくい。さらに、磁気ヨークを用いていないので、渦電
流損失等を考慮する必要がないので、電流Ｉにおける測
定可能周波数範囲も第８図の従来電流計に比較して、大
幅に拡大される。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例においては、第１図に示すように、互いに平
行する一対のコア１８ａ、１８ｂを含む平面に垂直にな
るように導体１７を配設したが、必ずしも正確に直交す
る必要はなく、多少ずれていたとしても十分高い精度で
電流■を測定できる。

また、実施例の磁気センサ１３においては、平行に配設
された各コア１８ａ、１８ｂをそれぞれ棒状に形成した
が、例えば弓形に湾曲した形状の各コアを互い平行配設
して、このコア相互間に導体１７を位置させてもよい。

さらに、実施例電流計においては、交流発生回路１１か
ら磁気センサ１３の各検出コイル１９ａ。

１９ｂへ供給する交流励磁電流として、島周波信号を使
用したが、例えば、導体１７に流れる電流Ｉが直流また
はごく低い周波数成分のみを含む場合には、交流発生回
路１１から出力される交流励磁電流として低周波の励磁
電流を用いても十分高い測定精度を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の非接触型電流計によれば、
それぞれ検出コイルが巻装された互いに平行する一対の
コアからなる可飽和型の磁気センサを用い、かつ各検出
コイルを直列接続してその端子電圧を出力信号としてい
る。したがって、主要部品である磁気センサを簡単に製
造でき、かつ導体に流れる電流を高感度で広い周波数範
囲に亘って測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる非接触型電流＝１の
概略構成を示すブロック図、第２図は同実施例の出力信
号を示すタイムチャート、第３図は同実施例の動作を説
明するための部分分解図、第４図は同実施例の動作を説
明するための相対感度と導体位置との関係を示す図、第
５図は同実施例の動作を説明するための部分図、第６図
は同実施例の相対感度特性図、第７図は同実施例の効果
を説明するための参考図、第８図は従来の非接触型電流
計の概略構成を示す模式図である。 １１・・・交流発生回路、１２・・・抵抗、１３・・・
磁気センサ、１５・・・電圧検出回路、１７・・・導体
、１８ａ、１８ｂ、、、コア、１９ａ、１９ｂ・・・検
出コイル、２０ａ・・・正極性検波器、２０ｂ・・・負
極性検波器、２１・・・加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定電流が通流する導体を挟んで互いに平行に配設さ
   れた一対のコアに対してそれぞれ検出コイルを巻装し、
   この各検出コイルを直列接続してなる磁気センサと、こ
   の磁気センサにおける直列接続された各検出コイルに対
   してインピーダンス素子を介して交流励磁電流を印加し
   て、前記各コアを飽和域まで磁化する交流発生回路と、
   前記インピーダンス素子と前記直列接続された検出コイ
   ルとの接続点から取出された前記磁気センサの出力信号
   が入力され、この出力信号から前記被測定電流に起因す
   る出力信号の電圧変動成分を検出する電圧検出回路とを
   備えた非接触型電流計。