JPH04118561A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、被測定導体の周囲に対称配置された一対のイ
ンダクタンス素子を用いて被測定導体の電流を非接触に
計測する電流センサに関する。

［従来の技術］ 従来、被測定導体を流れる電流を非接触に測定する非接
触型電流センサ（以下、単に電流センサという）として
、第２１図〜第２３図に示す型式のものが知られている
。

第２１図の電流センサは、被測定導体１００が挿通され
る磁気コア２００にセンスコイル３００を巻装し、セン
スコイル３００両端の誘導電圧により被測定導体１００
の電流を検出するものであり、通常、カレントトランス
ホーマとして知られている。

第２２図の電流センサは、被測定導体１００が挿通され
る有ギャップ磁気コア２０１のギャップ２０２にホール
素子４００を介装し、ホール素子４００の出力電圧によ
り被測定導体１００の電流を検出する。

第２３図の電流センサは、２磁心マルチバイブレ一タ型
式の電流センサとして知られるものであり、例えば、日
本応用磁気学会誌、Ｖｏｌ、１２゜Ｎｏ、２，１９８８
に記載されている。この電流センサは、被測定導体１０
０を中心として互いに１８０度対称となるように配設さ
れるアモルファス芯材対５００にコイル６００をそれぞ
れ巻装し、被測定磁界によるアモルファス芯材対５００
の透磁率変化を、コイル６００に流す交流電流の変調度
の変化として検出する。

この電流センサは、ホール素子を用いるものなどに比較
して集磁コアを必要せず小形化できる点や使用温度限界
が高い点で有利であり、各種モタに内蔵してその駆動制
御に用いる場合に好適である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した第２１図の電流センサは、電磁
誘導原理に基づくので、大型高重量となり、しかも低周
波電流の検出感度が低く、パルス電流のような非正弦波
電流の計測ができない欠点がある。第２２図の電流セン
サも大型高重量の集磁コアを必要とし、更に高周波電流
の検出に際して集磁コアの鉄損が大きい欠点がある。

一方、第２３図の電流センサは集磁コアを必要としない
ので、小型軽量化が可能であり、低周波から高周波に至
るまで高い感度を維持できるが、例えば隣接電線などを
流れる電流が発生する磁場の影響を受けやすく、そのた
めにＳＮ比が劣化してしまう欠点がめった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、隣
接電線に流れる電流による磁界の影響を低減し高いＳＮ
比をもつ電流センサを提供することをその解決すべき課
題としている。

［課題を解決するための手段］ 第１発明の電流センサは、高透磁性の芯材対を互いに被
測定導体に対して対称となるように配置し、該各芯材に
それぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキャリヤコイ
ル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイルと、前記各
キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数とをもつ
キャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準として互い
に逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発生させ
るキャリヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導される
各誘導電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消すように
前記各二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部とを有し
、前記芯材対および前記各コイルを環状に回層する高透
磁性の磁気シールド体とを具備することを特徴としてい
る。

第２発明の電流センサは、被測定導体が挿通される導体
挿通孔を有する回路基板と、前記導体挿通孔の孔心を中
心として互いに１８０度対称となるように前記回路基板
上に配設される高透磁性の芯材対と、該各芯材にそれぞ
れ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキャリヤコイル及び
芯材内磁束変化検出用のセンスコイルと、前記各キャリ
ヤコイルに等しい大きさと等しい周波数とをもつキャリ
ア電流を供給し被測定磁界方向を基準として互いに逆方
向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発生させるキャ
リヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導される各誘導
電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消すように前記各
二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部と、前記回路基
板を環状に囲覆する高透磁性の磁気シールド体とを具備
する。

「作用］ 各発明の電流センサの測定原理は、被測定導体を流れる
被測定電流によりその周囲に形成される被測定磁界がア
モルファス芯材対の透磁率を変化させることを利用して
おり、アモルファス芯材対に巻装したコイルに流す交流
電流の変調度変化としてこの透磁率変化を検出している
。

更に詳細に説明すれば、キャリア電流源により各芯材に
それぞれ誘起される２つのキャリア磁界の一方は芯材中
の被測定磁界（被測定電流により誘起される磁界）を強
める方向に作用し、他方はそれを弱める方向に作用する
。その結果、一方の芯材の透磁率は磁気飽和に近付くの
で減少し、他方の芯材の透磁率は磁気飽和から遠ざかる
ので増加し、センスコイルには十記両透磁率変化により
変調されたキャリア変調電圧がそれぞれ生じる。

したがって、これら変調されたキャリア電圧の差は被測
定電流の大きさにほぼ比例するものとみなせるので、二
つのキャリア変調電圧の差により被測定電流を測定する
ことができる。なお、二つのキャリア変調電圧に含まれ
る各キャリア電圧成分は同相に設定されているので、二
つのキャリア変調電圧に含まれる各キャリア電圧成分の
差から除去される。

本発明では特に、磁気シールド体が、センスコイル及び
キャリアコイルが巻装された芯材対及び被測定導体を、
被測定電流の通電方向を軸心として環状に装置している
。

その結果、この磁気シールド体は、被測定電流がその周
囲に形成する磁束を吸収して芯材中に形成する被測定磁
界を弱化するものの、それ以上に外部磁界をシールドし
、その結果、磁気シールド体を設けると、設けない場合
に比較して総合的なＳＮ比が格段に向上する。

［実施例］ （第１実施例） 本発明の電流センサの一実施例を、第１図〜第８図によ
り説明する。

この実施例の電流センサは、平行に配設された３本の銅
バー（２本だけを図示＞１０の一本の電流を検出するも
ので、１本の銅バー（本発明でいう被測定導体＞１０が
挿通される両端開口の角筒形状を有する磁気シールド体
９と、磁気シールド体９の内部中央に配設された回路基
板８と、回路基板８に装着された芯材１ａ、１ｂ、キャ
リヤコイル２ａ、２ｂ、キャリア電流源３、バイアス電
流源４、センスコイル５ａ、５ｂ、検波（整流）回路６
ａ、６ｂ、差動増幅回路７、ローパスフィルタ８とから
なり、これら検波（整流）回路６ａ、６ｂ、差動増幅回
路７及びローパスフィルタ８は本発明でいう差動増幅回
路部を構成している。

磁気シールド体９は厚さＱ、５ｍｍの珪素鋼板を屈曲し
両端をスポット溶接して形成されており、開口は３Ｃｍ
Ｘ３Ｃｍで奥行きは２ｃｍに形成されている。

回路基板８は、アルミナ基板からなり表面に配線バタン
か設けられている。回路基板８の主面は磁気シールド体
９の開口方向と直交しており、回路基板８の外周縁は磁
気シールド体９の内周縁に密接している。回路基板８の
中央部には銅バー１０が挿通する導体挿通孔８１が設け
られており、導体挿通孔８１の開口寸法は０．４０ｍＸ
１．５ｃｍで、はぼ銅バー１０の最小断面寸法に等しく
されている。

回路基板８の主表面にはアモルファス磁性材料からなる
芯材１ａ、１ｂが配設されており、芯材１ａ、１ｂには
エナメル線からなるキャリアコイル２ａ、２ｂ、センス
コイル５ａ、５ｂが巻装されている。芯材１ａ、１ｂは
、それぞれ、長さ５ｍｍ、直径０．１２ｍｍであるＣｏ
−Ｆｅ−３−Ｂ系の零磁歪アモルファスワイヤ（ユニチ
カ社製）を３本重ねた後、２７０℃で３０分間アニルし
て構成されている。芯材１ａと芯材１ｂとは、導体挿通
孔８１の孔心を中心として互いに１８０度対称で、かつ
、回路基板８の主面と平行（すなわち銅バー１０を流れ
る電流の方向と直角）で、しかも、前記孔心を中心とす
る仮想円の円周方向に配置されている。

キャリアコイル２ａ及びセンスコイル５ａは芯材１ａに
、同じくキャリアコイル２ｂ及びセンスコイル５ｂは芯
材１ｂにそれぞれ所定ターンだけ巻回されており、キャ
リアコイル２ａとキャリアコイル２ｂは等しいターン数
を有し、センスコイル５ａとセンスコイル５ｂは等しい
ターン数を有している。キャリアコイル２ａ、２ｂは直
列に接続されており、その両端は、直列に接続された搬
送電流源３及びバイアス電流源４の両端に接続されてい
る。

キャリア電流源３は所定の大きざをもつ約４７０ｋＨ２
の搬送電流ｉｃを供給し、バイアス電流源４は所定の大
きざの直流バイアス電流ｉｂを供給する。

これら電流源３．４から各キャリアコイル２ａ、２ｂに
供給される電流１（＝ｉｂ＋ｉｃ）により、芯材１ａに
誘起される印加磁界Ｈｍ　（Ｈｍ＝Ｈｂ十Ｈｃ）のベク
トルと、芯材１ｂに誘起される印加磁界Ｈｍ（Ｈｍ＝Ｈ
ｂ十ＨＣ）のベクトルとは、互いに等しい大きざをもち
、かつ、第６図に示すように、被測定磁界Ｈｅｘに対し
て一方は同方向で他方は逆方向となっている。

センスコイル５ａ、５ｂの各一端は接地され、両地端は
個別に検波回路６ａ、６ｂに入力されて直流化され、検
波回路６ａ、６ｂで検波された信号電圧は差動増幅回路
７で差動増幅され、ローパスフィルタ８で残留キャリア
波成分などの高周波成分をカットして出力される。

以下、この電流センサの作動原理を詳細に説明する。

キャリア電流源３及びバイアス電流源４から供給される
電流ｉにより、キャリアコイル２ａ、２ｂに、それぞれ
絶対値が等しい印加磁界Ｈｍ（＝Ｈｃ十Ｈｂ＞が個別に
誘起される。なお、Ｈｂは直流バイアス電流ｉｂにより
誘起されるバイアス磁界、Ｈｃはキャリア電流ｉｃによ
り誘起されるキャリア磁界である。上述のように、キャ
リアコイル２ａの磁界Ｈｍのベクトルと、キャリアコイ
ル２ｂの磁界Ｈｍのベクトルとは、被測定磁界Ｈｅｘに
対し一方は同方向で他方は逆方向となっている。したが
って、芯材１ａにおいて被測定磁界Ｈｅｘが磁界Ｈ１を
強める場合には、芯材１ｂにおいて被測定磁界Ｈｅｘは
磁界Ｈ２を弱める。

各センスコイル５ａ、５ｂに誘起される二次電圧をＶ２
ａ、Ｖ２ｂ、センスコイル５ａの相互インダクタンスを
Ｍａ１センスコイル５ｂの相互インダクタンスをＭｂ、
芯材１ａ、１ｂを貫通する被測定磁界Ｈｅｘの磁束をΦ
Ｘ、センスコイルの巻回ターン数をＮ２とすれば、 Ｖ２ａ＝−Ｍａ−ｄ　ｉ／ｄｔ−Ｎ２−ｄΦＸ／ｔ Ｍａ＝ＭＯ十ΔＭａとすれば、 Ｖ２ａ＝−（Ｍｏ＋ΔＭａ）−ｄ　ｉ／ｄｔ−Ｎ２・ｄ
Φｘ／ｄ↑ Ｖ２ｂ＝−Ｍｂ−ｄ　ｉ／ｄｔ−Ｎ２−ｄΦＸ／ｔ Ｍｂ＝Ｍｏ＋ΔＭｂとすれば、 Ｖ２ａ＝−（Ｍｏ十ΔＭｂ）”ｄ　ｉ／ｄｔ−Ｎ２−ｄ
ΦＸ／ｄｉ なお、ＭＯは相互インダクタンスＭの一定成分値、ΔＭ
ｂは相互インダクタンスＭの変動成分値、Ｎ２・ｄΦＸ
／ｄｔは被測定磁界Ｈｅｘの変化により誘導される電圧
である。

したがって、検波回路６ａ、６ｂを無視して考えれば、
差動増幅回路７の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝ｆ　−（Ｖ２
ａ−Ｖ２ｂ）＝−（八Ｍａ−ΔＭｂ）となる。ｆは比例
定数である。

すなわち、出力電圧ＶＯは、各相互インダクタンスＭａ
、　Ｍｂの変化分ΔＭａとΔＭｂとの差に比例し、上述
したように被測定磁界Ｈｅｘの変化に対してΔＭａと△
Ｍｂとの符号は逆となるので、出力電圧Ｖｏはほぼ相互
インダクタンスＭａ、Ｍｂの変化分ΔＭａとΔＭｂの絶
対値の和にほぼ比例する。

更に、相互インダクタンスＭａの変化分へＭａは芯材１
ａの比透磁率μａの変化にほぼ比例し、比透磁率μａの
変化は、第７図に示す芯材１ａ、１ｂの特性図かられか
るように、所定の磁界範囲において全磁界Ｈ１の変化に
ほぼ比例する。同様に、相互インダクタンスＭｂの変化
分ΔＭｂは芯材１ｂの比透磁率μｂの変化にほぼ比例し
、比透磁率μｂの変化は、全磁界Ｈ２の変化にほぼ比例
する。

結局、出力電圧Ｖｏは、芯材１ａの全磁界Ｈ１と芯材１
ａの全磁界Ｈ２との差に比例し、Ｈ１＝Ｈｂ＋）−１ｃ
＋Ｈｅｘ Ｈ２＝Ｈｂ＋Ｈｃ−Ｈｅｘ であるから、 ＶＯは（Ｈｌ−Ｈ２）ｋ［ぼ比例し、（Ｈ１Ｈ２）はｌ
−１６Ｘにほぼ比例する。

すなわち、芯材１ａでは印加磁界Ｈｍ＝　（Ｈｂ＋ＨＣ
＞と被測定磁界Ｈｅｘとが互いに加韓されて強くなり、
強くなった分だけ相互インダクタンスＭａが減少して、
２次電圧Ｖ２ａが低下する。

一方、芯材１ｂでは印加磁界Ｈｍ＝　（Ｈｂ＋ＨＣ）と
被測定磁界Ｈｅｘとが打消しあって弱くなり、弱くなっ
た分だけ相互インダクタンスＭａが増加して、２次電圧
Ｖ２ｂが減る出力電圧Ｖ２ｂが増加する。

その結果、出力電圧ｖＯは、被測定磁界Ｈｅｘの変化に
ほぼ比例し、被測定磁界Ｈｅｘは被測定電流ｉに比例す
るので、出力電圧ｖＯは、被測定電流ｉにほぼ比例する
。

更に、出力電圧Ｖｏには直流バイアス磁界Ｈｂ及びキャ
リア磁界ＨＣは差動増幅回路７において同相成分でおる
のでキャンセルされ、被測定磁界ＨｅｘがＯの時には出
力電圧ｖｏは基底レベルとなる。

次に、第８図を参照して磁気シールド体９の作用を定性
的に説明する。

第８図では、電流ｉａの上下に芯材１ａ、１ｂを設け、
更に磁気シールド体９がこれらを囲んでいる。電流ｉａ
に平行に流れる電流ｉｂが誘起する磁束Φｂの大部分は
アモルファス磁性材料からなる磁気シールド体９を通り
、その分だけ芯材１ａ、１ｂを貫通する磁束が減少する
。

一方、被測定電流ｉａがその周囲に誘起する磁束（図示
せず）もまた、磁気シールド体９に吸収され、その分だ
け芯材１ａ、１ｂを貫通する磁束が減少する。

したがって、電流ｉｂによって生じる外部磁界が芯材１
ａ、１ｂの透磁率を変調する度合と、電流ｉａによって
生じる信号磁界が芯材１ａ、１ｂの透磁率を変調する度
合とは、それぞれ減少する。

電流１ａと電流ｉｂとを別々に流して第１図の電流セン
サにより実験したところ、ｉ　ａ＝　ｉ　ｂ＝３００Ａ
、ｉａとｉｂとの間隔を５ｃｍとした場合、磁気シール
ド体９が無い場合には、出力電圧Ｖｏ（第４図参照）に
おけるｉａ酸成分ｉｂ酸成分の比率は１　：０．０４で
あった。そして、磁気シールド体９がある場合には、出
力電圧■０にあけるｉａ酸成分ｉｂ酸成分の比率は１　
：０．００３であった。

すなわち、磁気シールド体９を設けることによって、Ｓ
Ｎ比を格段に改善できることがわかった。

従来、電流が流れる被測定導体がその周囲に作る誘導磁
界を媒介として非接触に上記電流を測定する場合、ホー
ル素子のような磁界検出素子に上記誘導磁界を集中する
集磁コアを設けることは考えられても、磁界検出素子を
貫通する誘導磁界を減殺するような磁気シールド体を設
けるなどということは考えられたことはなかった。本発
明者らは、このような一般常識に反して磁気シールド体
９を設けたところ、信号の絶対レベルは低下するものの
ＳＮ比は格段に向上することを発見したものである。

以下、他の実施例を説明する。

（第２実施例〉 この実施例の電流センサは、第９図に示すように、一対
の芯材１ａ、１ｂ、キャリアコイル２ａ、２ｂ、搬送電
流源３、バイアス電流源４、センスコイル５ａ、５ｂ、
差動増幅回路７、バンドパスフィルタ８０、検波（整流
）回路６、ローパスフィルタ８と、第１実施例と同じ回
路基板８及び磁気シールド体９とからなる。

この電流センサは、第１図の電流センサに比較して、差
動増幅した後で検波（整流）する点、及び、差動増幅回
路７から出力されるＡＭ変調電圧を検波前に搬送周波数
を通過中心周波数とするバンドパスフィルタ８０を通過
させる点が異なっている。

このようにすれば、差動増幅前の回路処理を減らし、か
つ、必要なＡＭ変調帯域だけを検波できるので、ＳＮ比
を改善することができる。

（第３実施例） この実施例の電流センサは、第１０図に示すように、第
９図の電流センサに負帰還用の反転増幅回路７９を付加
したものである。増幅率がｍ（ｍく１）である反転増幅
回路７９はローパスフィルタ８から出力された信号電圧
をキャリアコイル２ａ、２ｂに負帰還して、この電流セ
ンサの直線性を改善している。

なお、第１１図に示すように、芯材１ａ、２ａに専用の
負帰還コイル９ａ、９ｂを巻回し、これら負帰還コイル
９ａ、９ｂを直列接続し、差動増幅器７の出力ｉｉ流を
負帰還ざぜてもよい。

（第４実施例） 本実施例の電流センサは、第１実施例の回路部分を第１
２図に示すように、２磁心マルチバイブレ一タ型式の回
路に置換したものであって、一対の芯材１０ａ、１０ｂ
に個別に負荷コイル２０ａ、２０ｂを巻回し、この負荷
コイル２０ａ、２０ｂをコレクタ負荷とする無安定マル
チバイブレータＭの各エミッタ電圧Ｖｅ１、Ｖｅ２を、
それぞれＲＣローパスフィルタＬＰＦＩ、ＬＰＦ２で平
滑化した後、差動増幅回路ＯＰＥで差動増幅している。

更に、芯材１０ａ、１０ｂにそれぞれ負帰還コイル（図
示せず）を巻回し、差動増幅出力Ｖｄを帰還抵抗Ｒｆを
介して帰還してセンサの直線性を改善している。なお、
Ｅは高位電源、Ｒ１、Ｖｒはエミッタ抵抗である。

この電流センサの測定原理を、以下に説明する。

無安定マルチバイブレータＭから負荷コイル２Ｑａ、２
０ｂに通電される電流１１、Ｉ２により、芯材１０ａ、
１０ｂに互いに等しいキャリア磁界１−（ｍｔｆｉ銹起
される。被測定磁界をＨｅｘとすると、芯材１０ａを貫
通する磁界Ｈ１がＨｍ＋Ｈｅｘ、芯材１０ｂを貫通する
磁界Ｈ２が）−１ｍ−Ｈｅｘとなるように、この芯材１
０ａ、１０ｂを被測定磁界Ｈｅｘ中に配置する。このよ
うにすれば、被測定磁界Ｈｅｘが増加すると、磁界Ｈ１
は増加し、磁界Ｈ２は減少する。

磁界Ｈ１が増加すれば芯材１０ａは磁気飽和に近付くの
でその自己インダクタンスは減少し、磁界Ｈ２が減少す
れば芯材１０ｂは磁気飽和から遠ざかるのでその自己イ
ンダクタンスは増加し、その結果、各自己インダクタン
スに比例したエミッタ電圧Ｖｅ１、Ｖｅ２が２つのエミ
ッタ抵抗ＲＬの両端に生じ、この電圧差は平滑化された
後で差動増幅回路ＯＰＥで差動増幅されて出力される。

すなわち、被測定磁界ＨｅＸの大きざにより、各芯材１
０ａ、１０ｂの動作点はそれらのＢ−Ｈカーブ上で互い
に逆方向に移動し、各負荷コイル２０ａ、２０ｂの平均
インダクタンス（線形化インダクタンス）に差が生じ、
このインダクタンス差にほぼ比例する差動増幅回路ＯＰ
Ｅの出力電圧により、被測定電流を測定している。

（第５実施例） 本実施例の電流センサは、第１３図に示すように、導体
挿通孔８１ａを残して磁気シールド体９中にエポキシ樹
脂１９を充填したものである。この種の電流センサでは
、銅バー１０に対して芯材１ａ、１ｂ及び磁気シールド
体９がたとえ微小でも変位すると大きな誤差が生じる。

この実施例では導体挿通孔８１ａの奥行が深いので、銅
バー１０が挿通された電流センサを揺動又は振動しにく
くすることができ、芯材１ａ、１ｂと銅バー１０と磁気
シールド体９との各相対距離の変化を防止し、誤差を生
じにくくできる。また、内蔵する各種部品やコイルなど
を保護することができる。

なおこの場合、回路基板８を開口して回路基板８の両側
の樹脂］９を一体化すると、より耐振性が改善される。

（第６実施例） 本実施例の電流センサは、第１４図に示すように、導体
挿通孔８１ｂ、８１Ｃをもつ樹脂蓋８２．８３を磁気シ
ールド体９に嵌入したものである。

この実施例でも、第５実施例と同様の効果を奏すること
ができる。

（第７実施例） 本実施例の電流センサは、第１５図に示すように、モー
ルドされるエポキシ樹脂１９中に短い銅バー１０２を埋
め込んだものであり、被測定電流が流れる銅バー１０６
はボルトによりこの銅バ１０Ｚに接続される。

このようにすれば、センスコイル５ａ１５ｂ（第４図参
照）に最も大きな磁気的影響を与える銅バー１０２と芯
材１ａ、１ｂとの相対位置関係を予め完全固定すること
ができるので、振動などによって生じる上述の相対変位
に起因する誤差を大幅に低減することが可能となる。

（第８実施例） 本実施例の電流センサは、第１６図に示すように、回路
基板８ｅの導体挿通孔８２を角溝形とし、磁気シールド
体９Ｃ１９ｄを二つ割りとしたものである。この実施例
では予め配線された銅バー１Ｑｄに回路基板８ｅを取付
け、その後、磁気シルト体９Ｃ１９ｄを回路基板８ｅに
被せて接着している。このようにすれば、予め配線され
た銅バー１０ｄに電流センサを取付けることができる。

なお、磁気シールド体９Ｃ１９ｄの対面する先端部の間
に、通電方向に伸びる狭隙８９が形成されている。

また、本実施例によれば、第１７図に示すように芯材１
ａ、１ｂに対する銅バー１０ｄの電流ｉａの磁気的影響
を殆ど低下させることなく、隣接する銅バー１０６の電
流ｉｂによる芯材１ａ、１ｂに対する磁気的影響を低減
することができる。

すなわち、第１７図の磁束分布図に示すように、電流ｉ
ｂによる磁束Φｂはほとんど全て第一実施例の場合と同
様に磁気シールド体９Ｃ１９ｄを流れる。それに反して
、電流ｉａによる磁束に対して、磁気シールド体９Ｃ１
９ｄは閉磁路とならず、ギャップ幅２ｄにより、磁気シ
ールド体９Ｃ１９ｄを流れる電流ｉａによる磁束が例え
ば数千弁の−に激減するので、それだけ磁気シールド体
９Ｃ１９ｄの飽和を防止できることができ、磁気シール
ド体９Ｃ１９ｄ２Ｆｉ−薄肉化（例えばフィルム化）す
ることが可能となる。なお、磁気シールド体９Ｃ１９ｄ
の飽和防止は前述したように芯材１ａ、１ｂへの非線形
の磁気的影響を低減する点で非常に重要である。

なおこの実施例で大事なことは、電流ｉｂによる磁束Φ
ｂの方向と直角方向に伸びる磁気シールド体の表面に狭
隙８９を設けることにより、狭隙８９が磁束Φｂを切断
しないことである。ただ、第１８図に示すように、狭隙
８９が一個の場合はどこに設けても有効である。

（第９実施例） 本実施例の電流センサは、第１９図に示すように、平行
に流れる３相電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃに対して、芯材１ａ
〜１ｆの軸心をそれぞれ、隣接する電流による磁界方向
と直角になるように配置したものである。もちろん芯材
１ａ〜１ｆには第１実施例と同様にキャリアコイル及び
センスコイル（図示せず）が巻装されており、３組の回
路部分くそれぞれキャリア電流源及び差動増巾回路部を
含む）により各電流値が測定される。

このようにすれば、芯材１ａ〜１ｆを貫通する外部磁界
は、芯材１ａ〜１ｆをそれらの軸心と直角の方向に貫通
し、センスコイル（図示せず）の一部のターンとしか鎖
交しない。それに対し、芯材１ａ〜１ｆ＠貫通する測定
すべき被測定磁界は、芯材１ａ〜１ｆをそれらの軸心方
向に貫通しセンスコイル（図示せず）の各ターンのほぼ
全部と鎖交する。したがって、各センスコイルに誘導さ
れる誘導電圧のＳＮ比は大幅に改善される。

もちろん、この実施例では平行に２本または４本以上の
被測定導体が配設される場合にも有効である。

（第１０実施例） 本実施例は応用上重要な３相電流センサの改良に関する
ものであり、第２０図に示すように、３個の電流センサ
７ａ、７ｂ、７Ｃを通電方向（図中上下方向）と直角の
方向に一列に配設したものである。このようにすれば、
各芯材は外部磁界に対して二重に磁気シールドされるの
で、更に一層ＳＮ比を改善することができる。もちろん
、２相または４相の場合でも各電流センサを通電方向と
直角方向に伸びる面上に配列することにより同様の効果
を得ることができる。

もちろん、この実施例において３つの磁気シールド体９
にそれぞれ狭隙８９（第１７図参照）を設けることもで
き、また、各磁気シールド体９を一体に形成することも
可能である。

なお、３対のセンスコイルの出力電圧をマルチプレクサ
を介して１個の差動増幅回路部に送り、１個の差動増幅
回路部で多対のセンスコイルの出力電圧を時間順次に処
理することもできる。

また、３対の各キャリアコイルに供給するキャリア電流
を一個のキャリア電流源から並列あるいは直列に供給す
ることもできる。このように、多相電流センサにおいて
回路を共用すれば小形化、低消費電力化が可能となる。

更なる変形態様を以下に説明する。

上記各実施例では、芯材として一対のものを用いたが、
芯材を複数組設けてそれらを銅バー１０の周囲に等間隔
に配置することもできる。

磁気シールド体９は、各種形状のアモルファス磁性材で
構成することができる。アモルファス磁性材は保磁力及
びヒステリシスが小さいのでそれを原因として芯材１ａ
、１ｂに生じる非線形磁気変化が小さく、その結果、セ
ンスコイルに誘導されるノイズ成分が小さい。テープ状
のアモルファス磁性材を１回以上巻いて磁気シールド体
９を形成してもよく、針状のアモルファス磁性材が混入
した樹脂により磁気シールド体９を成型してもよい。

本発明の電流センサは磁界中における芯材１ａ、１ｂの
透磁率変化に基づいて電流を検出するものであるので、
被測定磁界あるいは外部磁界により磁気シールド体９の
透磁率変化（特に飽和）が生じると、ＳＮ比が劣化して
しまう。したがって、ヒステリシスカーブが小さく透磁
率変化が小さく飽和しにくい材料が最も好適である。

以上に説明した各実施例の構成上の特徴を以下にまとめ
る。

（ａ）孔心から磁気シールド体９までの距離を、孔心か
ら各芯材までの距離の２倍以上に設定すれば、芯材１ａ
、１ｂに対する磁気シールド体９の磁気的影響が減り、
ＳＮ比が改善される。

（ｂ）キャリヤコイル２ａ、２ｂはセンスコイル５ａ、
５ｂを兼ねることができる。

（Ｃ）磁気シールド体９をアモルファス磁性材で構成す
れば、その高い透磁率と小さいヒステリシスによりＳＮ
比が改善される。

（ｄ）磁気シールド体９を珪素鋼板で構成しても（Ｃ）
と同様の効果を得ることができる。

（ｅ）磁気シールド体９は、磁性芯材１ａ、１ｂから等
距離にある中心線を中心として鏡面対称形状をもつこと
が好ましい。このようにすれば、磁性芯材１ａ、１ｂに
対する磁気シールド体９の磁気的影響が等しくなり相殺
しやすくなる。

（ｆ）回路基板８の外周縁を磁気シールド体９の内周面
に当接させると、回路基板８上の芯材１ａ、１ｂと磁気
シールド体９との相対変位を上記当接により規制するこ
とができ、誤差を低減することができる。

（ｇ）磁気シールド体９を外殻として磁気シールド体９
内にモールド樹脂を充填すれば、磁気シールド体９がモ
ールドケースとなり、芯材１ａ、］ｂ、センスコイル５
ａ、５ｂ、キャリアコイル２ａ、２ｂと磁気シールド体
９との相対変位を防止して誤差の増大を防止し、その結
果、耐振性、耐湿性が向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように各発明の電流センサは、高透磁性の
磁気シールド体により両芯材及び導体挿通孔を装置して
いるので、外部磁界、特に隣接電流による外部磁界の影
響を排除し、優れたＳＮ比を有する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図は本発明の電流センサの第１実施例を示す模式斜
視図、第２図はその正面図。第３図は第１図の電流セン
サの断面図、第４は第１図の電流センサのブロック図、
第５図は芯材１ａ、ｂ近傍の拡大模式図、第６図は芯材
１ａ、１ｂ中の磁界の方向を示す説明図、第７図は芯材
１ａ、１ｂのＢ−Ｈカーブ、第８図は外部磁界Φｂの分
布図、第９図は第２実施例を示すブロック図、第１０図
は第３実施例を示すブロック図、第１１図は第４実施例
を示すブロック図である、第１２図は第４実施例の電流
センサを示すブロック図、第１３図は第５実施例を示す
断面図、第１４図は第６実施例を示す断面図、第１５図
は第７実施例を示す断面図、第１６図は第８実施例を示
す断面図、第１７図は第８実施例における磁束Φｂの分
布図、第１８図は第８実施例の変形態様を示す磁束分布
図、第１９図は第９実施例を示す磁束分布図、第２０図
は第１０実施例を示す断面図、第２１図〜第２３図は従
来の電流センサを示す模式図である。 １ａ、１ｂ・・・芯材 ２ａ、２ｂ・・・キャリアコイル ３・・・キャリア電流源 ４・・・直流バイアス電流源 ５ａ、５ｂ・・・センスコイル ７・・・差動増幅回路 ８・・・回路基板 ９・・・磁気シールド体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高透磁性の芯材対を互いに被測定導体に対して対
   称となるように配置し、 該各芯材にそれぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキ
   ャリヤコイル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイル
   と、 前記各キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数と
   をもつキャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準とし
   て互いに逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発
   生させるキャリヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導
   される各誘導電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消す
   ように前記各二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部と
   を有し、前記芯材対および前記各コイルを環状に囲覆す
   る高透磁性の磁気シールド体と、 を具備することを特徴とする電流センサ。
2. （２）被測定導体が挿通される導体挿通孔を有する回路
   基板と、 前記導体挿通孔の孔心を中心として互いに１８０度対称
   となるように前記回路基板上に配設される高透磁性の芯
   材対と、 該各芯材にそれぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキ
   ャリヤコイル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイル
   と、 前記各キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数と
   をもつキャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準とし
   て互いに逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発
   生させるキャリヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導
   される各誘導電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消す
   ように前記各二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部と
   、前記回路基板を環状に囲覆する高透磁性の磁気シール
   ド体と、 を具備することを特徴とする電流センサ。