JPH0510980A - 電流検出方法 - Google Patents
電流検出方法Info
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- JPH0510980A JPH0510980A JP3167291A JP16729191A JPH0510980A JP H0510980 A JPH0510980 A JP H0510980A JP 3167291 A JP3167291 A JP 3167291A JP 16729191 A JP16729191 A JP 16729191A JP H0510980 A JPH0510980 A JP H0510980A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】小型の鉄心を用いてこれに適した電流検出方法
により装置を小型化する。 【構成】第一の方法は、磁気ヒステリシス曲線の保磁力
が小さく角形を示す鉄心１５を用い、この鉄心１５の肉
厚部に巻回した交流励磁コイル１６とこれに直列に接続
した高抵抗１７と交流励磁電源１９を設け、磁気ヒステ
リシス曲線の飽和領域まで磁界の正負両方向に同一条件
で交流励磁しておき、鉄心１５の近傍を通る導体に流れ
る被検出電流で生ずる磁界が加わることにより、鉄心１
５の磁束が反転する位相が変化することを利用し、この
位相の変化を鉄心１５に巻回した検出コイル１８の誘起
電圧または交流励磁コイルの両端の電圧から被検出電流
を検出する。第二の方法は、マチウシ効果を有する鉄心
１５を用い、第一の方法と同様にして鉄心１５の磁束が
反転する位相の変化を、検出コイルを用いることなく、
鉄心１５自体に誘起する電圧から直接取り出す。
により装置を小型化する。 【構成】第一の方法は、磁気ヒステリシス曲線の保磁力
が小さく角形を示す鉄心１５を用い、この鉄心１５の肉
厚部に巻回した交流励磁コイル１６とこれに直列に接続
した高抵抗１７と交流励磁電源１９を設け、磁気ヒステ
リシス曲線の飽和領域まで磁界の正負両方向に同一条件
で交流励磁しておき、鉄心１５の近傍を通る導体に流れ
る被検出電流で生ずる磁界が加わることにより、鉄心１
５の磁束が反転する位相が変化することを利用し、この
位相の変化を鉄心１５に巻回した検出コイル１８の誘起
電圧または交流励磁コイルの両端の電圧から被検出電流
を検出する。第二の方法は、マチウシ効果を有する鉄心
１５を用い、第一の方法と同様にして鉄心１５の磁束が
反転する位相の変化を、検出コイルを用いることなく、
鉄心１５自体に誘起する電圧から直接取り出す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は漏れ電流検出器，過電流
検出器などに用いられ、鉄心の磁気現象を利用して、主
回路とは電気的に非接触で電流を検出する方法に関す
る。
検出器などに用いられ、鉄心の磁気現象を利用して、主
回路とは電気的に非接触で電流を検出する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電流を主回路とは電気的に非接触で検出
するには、直流は直流変流器，交流は交流変流器と零相
変流器，交流直流両用は鉄心にギャップを形成して、こ
のギャップにホール素子を挿入する装置が用いられてい
る。
するには、直流は直流変流器，交流は交流変流器と零相
変流器，交流直流両用は鉄心にギャップを形成して、こ
のギャップにホール素子を挿入する装置が用いられてい
る。
【０００３】図１８は直流変流器の回路を要部構成とと
もに示した模式図である。図１８において、検出する直
流電流ＩD が流れる導体３を閉磁路の二つの鉄心１ａ，
１ｂの中心孔に通し、鉄心１ａ，１ｂにそれぞれ巻回し
た励磁コイル２ａと２ｂを逆向きに接続して、交流電流
計４を経て交流電源５に接続している。鉄心１ａ，１ｂ
は磁気特性が角形を示し、保磁力の小さい材料が用いら
れる。導体３の被検出電流ＩD が０のとき、交流電流ｉ
は鉄心１ａ，１ｂの励磁電流分のみが流れるが、導体３
に直流電流ＩD が流れると、鉄心１ａ，１ｂの磁束範囲
が変わり交流電流ｉが増すので、その変化を交流電流計
４で読み取ることにより、直流電流即ち被検出電流ＩD
を求めることができる。図１８における６は主回路の電
源，７は同じく負荷を表わす。
もに示した模式図である。図１８において、検出する直
流電流ＩD が流れる導体３を閉磁路の二つの鉄心１ａ，
１ｂの中心孔に通し、鉄心１ａ，１ｂにそれぞれ巻回し
た励磁コイル２ａと２ｂを逆向きに接続して、交流電流
計４を経て交流電源５に接続している。鉄心１ａ，１ｂ
は磁気特性が角形を示し、保磁力の小さい材料が用いら
れる。導体３の被検出電流ＩD が０のとき、交流電流ｉ
は鉄心１ａ，１ｂの励磁電流分のみが流れるが、導体３
に直流電流ＩD が流れると、鉄心１ａ，１ｂの磁束範囲
が変わり交流電流ｉが増すので、その変化を交流電流計
４で読み取ることにより、直流電流即ち被検出電流ＩD
を求めることができる。図１８における６は主回路の電
源，７は同じく負荷を表わす。
【０００４】図１９は交流変流器の回路を要部構成とと
もに示した模式図である。図１９において、検出する交
流電流ＩA が流れる導体３は閉磁路の鉄心８の中心孔を
通り、図示を省略した交流電源，負荷に接続されてい
る。鉄心８には検出コイル９が巻回され、その両端に小
抵抗１０が接続される。鉄心８は磁気特性が角形を示
し、保磁力の小さい材料を用いる。導体３に交流電流Ｉ
A が流れると、鉄心８が励磁され検出コイル９に電圧が
誘起し、小抵抗１０に電流が流れて電圧降下を生じ、こ
の電圧降下分から被検出電流ＩA を求めることができ
る。
もに示した模式図である。図１９において、検出する交
流電流ＩA が流れる導体３は閉磁路の鉄心８の中心孔を
通り、図示を省略した交流電源，負荷に接続されてい
る。鉄心８には検出コイル９が巻回され、その両端に小
抵抗１０が接続される。鉄心８は磁気特性が角形を示
し、保磁力の小さい材料を用いる。導体３に交流電流Ｉ
A が流れると、鉄心８が励磁され検出コイル９に電圧が
誘起し、小抵抗１０に電流が流れて電圧降下を生じ、こ
の電圧降下分から被検出電流ＩA を求めることができ
る。
【０００５】図２０は鉄心とホール素子を用いる装置の
要部構成を示す模式図である。図２０において、鉄心１
１のギャップに挿入したホール素子１２は、直流電源１
３により直流電圧が印加されており、鉄心１１の中心孔
を通る導体３に被検出電流Ｉが流れると、鉄心１１が磁
化され、その磁束によりホール素子１２に電圧が生じ、
この電圧を電圧計１４で測定し、被検出電流Ｉを求める
ことができる。この装置では、原理的に交流と直流の両
方を検出することができる。
要部構成を示す模式図である。図２０において、鉄心１
１のギャップに挿入したホール素子１２は、直流電源１
３により直流電圧が印加されており、鉄心１１の中心孔
を通る導体３に被検出電流Ｉが流れると、鉄心１１が磁
化され、その磁束によりホール素子１２に電圧が生じ、
この電圧を電圧計１４で測定し、被検出電流Ｉを求める
ことができる。この装置では、原理的に交流と直流の両
方を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年電子回路の進歩に
より、機器が小型化されている現状にあって、これら電
流検出器について次のような問題がある。
より、機器が小型化されている現状にあって、これら電
流検出器について次のような問題がある。
【０００７】従来の直流変流器は図１８に示すように、
鉄心を２個用いるので寸法が大きくなり、しかも、漏洩
電流のような小電流を検出するためには装置構成が複雑
になり、非常に高価になる。直流漏電検出器としては特
殊装置に用いるものしかなく、大型で価格も高い。ま
た、従来の交流変流器，零相変流器は図１９に示すよう
に、検出コイル側に小抵抗を接続するため、原理的に鉄
心を大きくする必要がある。一方、図２０に示すホール
素子を用いる装置は、ホール素子の寸法より鉄心の方が
大きい上に温度特性が悪く、素子部が構造的に弱い。さ
らに、この装置は鉄心にギャップがあるので外部からの
磁界の影響を受けやすく、磁気遮蔽が必要であり検出部
が大きくなって、しかも漏洩電流のように検出する電流
は小さくても、主電流が大きいときは鉄心のギャップの
影響を受け、主電流による磁界が平衡して零にならず適
用することができない。
鉄心を２個用いるので寸法が大きくなり、しかも、漏洩
電流のような小電流を検出するためには装置構成が複雑
になり、非常に高価になる。直流漏電検出器としては特
殊装置に用いるものしかなく、大型で価格も高い。ま
た、従来の交流変流器，零相変流器は図１９に示すよう
に、検出コイル側に小抵抗を接続するため、原理的に鉄
心を大きくする必要がある。一方、図２０に示すホール
素子を用いる装置は、ホール素子の寸法より鉄心の方が
大きい上に温度特性が悪く、素子部が構造的に弱い。さ
らに、この装置は鉄心にギャップがあるので外部からの
磁界の影響を受けやすく、磁気遮蔽が必要であり検出部
が大きくなって、しかも漏洩電流のように検出する電流
は小さくても、主電流が大きいときは鉄心のギャップの
影響を受け、主電流による磁界が平衡して零にならず適
用することができない。
【０００８】本発明の目的は、上述の問題を解決し、小
型の検出部により導体を１本用いるときの電流、または
漏洩電流即ち導体を２〜３本用いるときの差電流を検出
することができる電流検出方法を提供することにある。
型の検出部により導体を１本用いるときの電流、または
漏洩電流即ち導体を２〜３本用いるときの差電流を検出
することができる電流検出方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の電流検出方法の第一の方法は、磁気ヒス
テリシス曲線の保磁力が小さく角形を示す鉄心を用い、
この鉄心の肉厚部に巻回した交流励磁コイルとこれに直
列に接続した高抵抗と交流励磁電源を設け、磁気ヒステ
リシス曲線の飽和領域まで磁界の正負両方向に同一条件
で交流励磁しておき、鉄心の近傍を通る導体に流れる被
検出電流で生ずる磁界が加わることにより、鉄心の磁束
が反転する位相が変化することを利用し、この位相の変
化を鉄心に巻回した検出コイルの誘起電圧または交流励
磁コイルの両端の電圧から検出し被検出電流を求める。
これに対して第二の方法は、装置の構成は第一の方法と
同じであるが、磁気ヒステリシス曲線の保磁力が小さ
く、マチウシ効果を有する鉄心を用い、鉄心の磁束が反
転する位相の変化を、検出コイルを用いることなく鉄心
自体に誘起する電圧から直接取り出すことにより、被検
出電流を求めるものである。
めに、本発明の電流検出方法の第一の方法は、磁気ヒス
テリシス曲線の保磁力が小さく角形を示す鉄心を用い、
この鉄心の肉厚部に巻回した交流励磁コイルとこれに直
列に接続した高抵抗と交流励磁電源を設け、磁気ヒステ
リシス曲線の飽和領域まで磁界の正負両方向に同一条件
で交流励磁しておき、鉄心の近傍を通る導体に流れる被
検出電流で生ずる磁界が加わることにより、鉄心の磁束
が反転する位相が変化することを利用し、この位相の変
化を鉄心に巻回した検出コイルの誘起電圧または交流励
磁コイルの両端の電圧から検出し被検出電流を求める。
これに対して第二の方法は、装置の構成は第一の方法と
同じであるが、磁気ヒステリシス曲線の保磁力が小さ
く、マチウシ効果を有する鉄心を用い、鉄心の磁束が反
転する位相の変化を、検出コイルを用いることなく鉄心
自体に誘起する電圧から直接取り出すことにより、被検
出電流を求めるものである。
【００１０】
【作用】本発明の方法は上記のように、鉄心材料とし
て、保磁力が小さく角形特性を有するもの、もしくはマ
チウシ効果を有するものを用い、これら鉄心を一定電流
の交流で飽和領域まで励磁しているので、磁束の正負が
急激に反転して、第一の方法では鉄心に巻回した検出コ
イルにパルス状電圧が誘起し、ここに被検出電流による
磁界が加わると、鉄心の実効磁界が変わり、磁束の正負
が反転する位相、即ちパルス状電圧の位相が変化するか
ら、この位相変化から被検出電流を求めることができ、
第二の方法では検出コイルを用いていないので、電圧の
位相変化は鉄心から直接求めることができる。
て、保磁力が小さく角形特性を有するもの、もしくはマ
チウシ効果を有するものを用い、これら鉄心を一定電流
の交流で飽和領域まで励磁しているので、磁束の正負が
急激に反転して、第一の方法では鉄心に巻回した検出コ
イルにパルス状電圧が誘起し、ここに被検出電流による
磁界が加わると、鉄心の実効磁界が変わり、磁束の正負
が反転する位相、即ちパルス状電圧の位相が変化するか
ら、この位相変化から被検出電流を求めることができ、
第二の方法では検出コイルを用いていないので、電圧の
位相変化は鉄心から直接求めることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の方法を実施例に基づき説明す
る。はじめに、本発明の第一の方法について述べる。図
１は例えば直流電流を検出する方法を説明するために、
使用する装置の要部構成の一例を示した模式図である。
図１において、鉄心１５は角形の磁気ヒステリシスを持
ち、保磁力の小さい材料からなり、例えば環状に形成し
てある。この環状の鉄心１５の中心孔を通って、導体２
０が主回路の電源と負荷に接続されているが、これら電
源と負荷は図示を省略してある。漏洩電流を検出するに
は、導体２０は２本または３本になり、各導体間の差電
流を利用するが、原理的に単線の小電流を検出するのと
同じであるから、ここでは導体２０は１本で表わし、方
向を矢印で示した被検出電流をＩD として以後の説明を
進める。鉄心１５にはその肉厚部に交流励磁コイル１６
を巻回し、これを鉄心部のリアクタンスに比べて大きな
抵抗１７を介して交流励磁電源１９に接続し、さらに鉄
心１５の肉厚部に巻回した検出コイル１８を増幅器２１
ａと、位相差変換器２２の一方の入力端子に接続してい
る。交流励磁電源１９からは微分器２３，２４を通し
て、位相差変換器２２のの入力端子に接続している。
る。はじめに、本発明の第一の方法について述べる。図
１は例えば直流電流を検出する方法を説明するために、
使用する装置の要部構成の一例を示した模式図である。
図１において、鉄心１５は角形の磁気ヒステリシスを持
ち、保磁力の小さい材料からなり、例えば環状に形成し
てある。この環状の鉄心１５の中心孔を通って、導体２
０が主回路の電源と負荷に接続されているが、これら電
源と負荷は図示を省略してある。漏洩電流を検出するに
は、導体２０は２本または３本になり、各導体間の差電
流を利用するが、原理的に単線の小電流を検出するのと
同じであるから、ここでは導体２０は１本で表わし、方
向を矢印で示した被検出電流をＩD として以後の説明を
進める。鉄心１５にはその肉厚部に交流励磁コイル１６
を巻回し、これを鉄心部のリアクタンスに比べて大きな
抵抗１７を介して交流励磁電源１９に接続し、さらに鉄
心１５の肉厚部に巻回した検出コイル１８を増幅器２１
ａと、位相差変換器２２の一方の入力端子に接続してい
る。交流励磁電源１９からは微分器２３，２４を通し
て、位相差変換器２２のの入力端子に接続している。
【００１２】図２は鉄心１５の磁気ヒステリシス特性，
図３，図４，図５は鉄心１５に加わる磁界，磁束密度お
よび検出コイル１８の誘起電圧の波形を表わ線図であ
る。
図３，図４，図５は鉄心１５に加わる磁界，磁束密度お
よび検出コイル１８の誘起電圧の波形を表わ線図であ
る。
【００１３】次に本発明の方法における作動について、
図１の装置構成図および図２〜図５の線図を参照して説
明する。鉄心１５は図１の交流励磁電源１９，抵抗１
７，交流励磁コイル１６により励磁する。鉄心１５の交
流印加電圧と磁束密度，励磁電流，抵抗１７の関係は
（１）式で表わされる。
図１の装置構成図および図２〜図５の線図を参照して説
明する。鉄心１５は図１の交流励磁電源１９，抵抗１
７，交流励磁コイル１６により励磁する。鉄心１５の交
流印加電圧と磁束密度，励磁電流，抵抗１７の関係は
（１）式で表わされる。
【００１４】
【数１】
但し、
ＥC ： 交流印加電圧
ｉ ： 交流励磁電流
Ｒ1 ： 抵抗１７の値
Ｒ2 ： 交流励磁コイル１６の抵抗値
ＮC ： 交流励磁コイル１６の巻数
ＡC ： 鉄心１５の磁路断面積
Ｂ ： 鉄心１５の磁束密度
ｔ ： 時間
【００１５】ここで（２）式のように設定すると、交流
印加電圧ＥC が一定であれば、導体２０を流れる被検出
電流ＩD による磁界が加わっても、交流励磁電流ｉは変
化しない。
印加電圧ＥC が一定であれば、導体２０を流れる被検出
電流ＩD による磁界が加わっても、交流励磁電流ｉは変
化しない。
【００１６】
【数２】
【００１７】交流励磁電流ｉ，被検出電流ＩD による磁
界は（３）式，（４）式で表わされる。 Ｎi ＝ＮC ｉ／ｌ （３） ＨID＝Ｎ1 ＩD ／ｌ （４） 但し、 Ｎi ： 交流励磁電流ｉによる磁界 ＨID： 被検出電流ＩD による磁界 ｌ ： 鉄心１５の平均磁路長さ Ｎ1 ： 導体２０の鉄心１５への巻数（ここでは１回）
界は（３）式，（４）式で表わされる。 Ｎi ＝ＮC ｉ／ｌ （３） ＨID＝Ｎ1 ＩD ／ｌ （４） 但し、 Ｎi ： 交流励磁電流ｉによる磁界 ＨID： 被検出電流ＩD による磁界 ｌ ： 鉄心１５の平均磁路長さ Ｎ1 ： 導体２０の鉄心１５への巻数（ここでは１回）
【００１８】鉄心１５は被検出電流ＩD が０の場合は、
交流励磁電流ｉにより図２の実線で示したＨ1 〜Ｈ2 の
範囲で励磁され、その磁界波形は図３の実線，磁束密度
波形は図４の実線のようにそれぞれ変化し、検出コイル
１８には図５の実線で示したパルス状電圧が誘起する。
この電圧が誘起する磁界は図２，図３のＨ3 とＨ4 の点
であり、電圧が誘起する時間は図３，図４，図５の
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 である。ここで導体２０に直流の正電
流ＩD が流れると、（４）式による直流磁界ＨIDが加わ
り、鉄心１５に加わる有効磁界は図２，図３の点線で示
した範囲Ｈ5 〜Ｈ6 に移動する。磁束密度は図２，図３
のＨ3 とＨ4 の点で反転するので、その時間は図３，図
４，図５のｔ4 ，ｔ5 ，ｔ6 の点に移動し、電圧が誘起
する時間もｔ 4 ，ｔ5 ，ｔ6 になる。電圧が誘起する時
間の変動分（ｔ1 −ｔ4 ）は、導体２０の直流電流ＩD
による磁界、即ちＩDに比例する。したがって、時間の
変動分（ｔ1 −ｔ4 ）から被検出電流ＩD を求めること
ができる。ｔ4 における電圧は、図１の検出コイル１８
の電圧を増幅器２１ａを通すことにより得られる。ｔ1
は被検出電流ＩD が流れると、直接検出することはでき
ないので、図１の交流励磁電源１９の電圧を微分器２
３，２４で２回微分して、図３，図５のｔ7 を位相差変
換器２２に入力する。位相差変換器２２の出力はｔ7 と
ｔ4 の差になるが、被検出電流ＩD が０のときにｔ7 と
ｔ1 の差を求めておき、出力から差し引けばよい。この
差引電子回路は容易に得ることができる。
交流励磁電流ｉにより図２の実線で示したＨ1 〜Ｈ2 の
範囲で励磁され、その磁界波形は図３の実線，磁束密度
波形は図４の実線のようにそれぞれ変化し、検出コイル
１８には図５の実線で示したパルス状電圧が誘起する。
この電圧が誘起する磁界は図２，図３のＨ3 とＨ4 の点
であり、電圧が誘起する時間は図３，図４，図５の
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 である。ここで導体２０に直流の正電
流ＩD が流れると、（４）式による直流磁界ＨIDが加わ
り、鉄心１５に加わる有効磁界は図２，図３の点線で示
した範囲Ｈ5 〜Ｈ6 に移動する。磁束密度は図２，図３
のＨ3 とＨ4 の点で反転するので、その時間は図３，図
４，図５のｔ4 ，ｔ5 ，ｔ6 の点に移動し、電圧が誘起
する時間もｔ 4 ，ｔ5 ，ｔ6 になる。電圧が誘起する時
間の変動分（ｔ1 −ｔ4 ）は、導体２０の直流電流ＩD
による磁界、即ちＩDに比例する。したがって、時間の
変動分（ｔ1 −ｔ4 ）から被検出電流ＩD を求めること
ができる。ｔ4 における電圧は、図１の検出コイル１８
の電圧を増幅器２１ａを通すことにより得られる。ｔ1
は被検出電流ＩD が流れると、直接検出することはでき
ないので、図１の交流励磁電源１９の電圧を微分器２
３，２４で２回微分して、図３，図５のｔ7 を位相差変
換器２２に入力する。位相差変換器２２の出力はｔ7 と
ｔ4 の差になるが、被検出電流ＩD が０のときにｔ7 と
ｔ1 の差を求めておき、出力から差し引けばよい。この
差引電子回路は容易に得ることができる。
【００１９】時間の変動分（ｔ1 −ｔ4 ）は、図４から
明らかなように、磁束波形の正側分と負側分の面積の差
からも求めることができる。図６はこの方法を用いる装
置構成の一例を示すものである。検出コイル１８の電圧
は、磁束の微分であるから、これを増幅器２１ｂで増幅
し、積分器２５を通して磁束波形を変換して、その正側
分を正側変換器２６、負側分を負側変換器２７でそれぞ
れ電圧に変換し、両電圧を減算器２８に入れることによ
り、この出力が時間の変動分（ｔ1 −ｔ4 ）に比例し、
被検出電流ＩD を求めることができる。図１，図６にお
いて、Ｒ1 ＞＞Ｒ2 の条件に設定すれば、交流励磁コイ
ル１６の両端の電圧波形，位相は検出コイル１８と同じ
ことになるので、この電圧からも被検出電流ＩD を求め
ることが可能である。図７はこの方法による装置構成の
一例を示すものであり、増幅器２１ａの入力端を交流励
磁コイル１６に接続し、その他は図１の装置でパルス電
圧を用いる場合に相当する。この方法は検出コイル１８
を省くことができるので、鉄心部を簡易、小型にするこ
とができる。
明らかなように、磁束波形の正側分と負側分の面積の差
からも求めることができる。図６はこの方法を用いる装
置構成の一例を示すものである。検出コイル１８の電圧
は、磁束の微分であるから、これを増幅器２１ｂで増幅
し、積分器２５を通して磁束波形を変換して、その正側
分を正側変換器２６、負側分を負側変換器２７でそれぞ
れ電圧に変換し、両電圧を減算器２８に入れることによ
り、この出力が時間の変動分（ｔ1 −ｔ4 ）に比例し、
被検出電流ＩD を求めることができる。図１，図６にお
いて、Ｒ1 ＞＞Ｒ2 の条件に設定すれば、交流励磁コイ
ル１６の両端の電圧波形，位相は検出コイル１８と同じ
ことになるので、この電圧からも被検出電流ＩD を求め
ることが可能である。図７はこの方法による装置構成の
一例を示すものであり、増幅器２１ａの入力端を交流励
磁コイル１６に接続し、その他は図１の装置でパルス電
圧を用いる場合に相当する。この方法は検出コイル１８
を省くことができるので、鉄心部を簡易、小型にするこ
とができる。
【００２０】以上は被検出電流ＩD が正の場合について
述べたが、負の場合は図２，図３の正負が逆になるのみ
であり、正の場合と同様にして電流を検出することがで
きる。さらに、本発明の方法は、交流励磁電源１９の周
波数を１〜１０ｋＨZ の高周波にして、図１の位相差変
換器２２，図６の減算器２８の出力から高周波分を除く
回路を設けることにより、交流を検出することも可能と
なる。
述べたが、負の場合は図２，図３の正負が逆になるのみ
であり、正の場合と同様にして電流を検出することがで
きる。さらに、本発明の方法は、交流励磁電源１９の周
波数を１〜１０ｋＨZ の高周波にして、図１の位相差変
換器２２，図６の減算器２８の出力から高周波分を除く
回路を設けることにより、交流を検出することも可能と
なる。
【００２１】以上、主として本発明の第一の方法におけ
る電流検出方法を装置とともに、基本的な事柄を説明し
た。次にこの方法を用いて具体的な事例を再び図１を併
用参照して述べる。使用した鉄心１５の材料は直径５０
μｍのアモルファス合金の細線である。この材料は磁気
ヒステリシスが角形を示し、内部応力で大バルクハウゼ
ン効果を有するように製造してあり、磁束の正負の反転
速度が非常に大きく、誘起電圧が大きいので、本発明の
第一の方法に用いる鉄心材料として好適である。例え
ば、図８は各種鉄心材料を同一条件で励磁したときの誘
起電圧波形図である。図８の実線はアモルファス合金細
線，点線はアモルファス合金薄帯，一点鎖線は結晶質合
金を表わす。アモルファス合金細線の波形（実線）は、
他の材料に比べると電圧最大値が大きく、時間幅の狭い
ことがわかる。アモルファス合金細線のパルス時間幅
は、周波数５０ＨZ の励磁で２０×１０-6秒程度であ
る。図９はここで使用した鉄心１５の形状を示し、
（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図であり、プラスチック
製の直径３３ｍｍの巻枠２９の外周面に形成した幅０．
２ｍｍの溝の中に、アモルファス合金細線を１０回巻い
てある。各コイルは直径０．２ｍｍのホルマール銅線を
用い、巻数は交流励磁コイル１６が２００回、検出コイ
ル１８が２０回である。交流励磁電源１９は三角波５０
ＨZ ，電圧最大値１０Ｖであり、抵抗１７の値は１５０
０Ω，交流電流ｉの最大値は６．７ｍＡである。図１０
は被検出電流ＩD と出力の関係を表わす線図であり、非
常に直線性のよいことがわかる。電流の検出範囲は図２
のＨ1 ，Ｈ2 の値を変えることにより任意に設定するこ
とができる。交流励磁電源１９の波形は三角波以外でも
可能であるが、被検出電流ＩD と出力の間に直線関係を
得ることができない。
る電流検出方法を装置とともに、基本的な事柄を説明し
た。次にこの方法を用いて具体的な事例を再び図１を併
用参照して述べる。使用した鉄心１５の材料は直径５０
μｍのアモルファス合金の細線である。この材料は磁気
ヒステリシスが角形を示し、内部応力で大バルクハウゼ
ン効果を有するように製造してあり、磁束の正負の反転
速度が非常に大きく、誘起電圧が大きいので、本発明の
第一の方法に用いる鉄心材料として好適である。例え
ば、図８は各種鉄心材料を同一条件で励磁したときの誘
起電圧波形図である。図８の実線はアモルファス合金細
線，点線はアモルファス合金薄帯，一点鎖線は結晶質合
金を表わす。アモルファス合金細線の波形（実線）は、
他の材料に比べると電圧最大値が大きく、時間幅の狭い
ことがわかる。アモルファス合金細線のパルス時間幅
は、周波数５０ＨZ の励磁で２０×１０-6秒程度であ
る。図９はここで使用した鉄心１５の形状を示し、
（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図であり、プラスチック
製の直径３３ｍｍの巻枠２９の外周面に形成した幅０．
２ｍｍの溝の中に、アモルファス合金細線を１０回巻い
てある。各コイルは直径０．２ｍｍのホルマール銅線を
用い、巻数は交流励磁コイル１６が２００回、検出コイ
ル１８が２０回である。交流励磁電源１９は三角波５０
ＨZ ，電圧最大値１０Ｖであり、抵抗１７の値は１５０
０Ω，交流電流ｉの最大値は６．７ｍＡである。図１０
は被検出電流ＩD と出力の関係を表わす線図であり、非
常に直線性のよいことがわかる。電流の検出範囲は図２
のＨ1 ，Ｈ2 の値を変えることにより任意に設定するこ
とができる。交流励磁電源１９の波形は三角波以外でも
可能であるが、被検出電流ＩD と出力の間に直線関係を
得ることができない。
【００２２】本発明の方法は、鉄心１５の形状は必ずし
も図１，図９のような環状の閉磁路としなくても適用す
ることができる。図１１，図１２は、図１，図９とは異
なる形状の鉄心を、導体２０との位置関係とともに示し
た模式図であるが、例えば図１１のように棒状の鉄心１
５ａとし、これに交流励磁コイル１６，検出コイル１８
を巻いてもよく、図１２のように二つのコ字状鉄心を用
いて閉磁路を形成した鉄心１５ｂに、交流励磁コイル１
６，検出コイル１８を巻いたものとしてもよい。
も図１，図９のような環状の閉磁路としなくても適用す
ることができる。図１１，図１２は、図１，図９とは異
なる形状の鉄心を、導体２０との位置関係とともに示し
た模式図であるが、例えば図１１のように棒状の鉄心１
５ａとし、これに交流励磁コイル１６，検出コイル１８
を巻いてもよく、図１２のように二つのコ字状鉄心を用
いて閉磁路を形成した鉄心１５ｂに、交流励磁コイル１
６，検出コイル１８を巻いたものとしてもよい。
【００２３】以上、鉄心に巻回した検出コイルを用いて
信号を取り出す第一の方法について説明してきたが、次
に磁性体、即ち鉄心自体に誘起する電圧を信号として取
り出す第二の方法について述べる。鉄心自体に電圧が誘
起する現象は、マチウシ効果と呼ばれて知られている。
信号を取り出す第一の方法について説明してきたが、次
に磁性体、即ち鉄心自体に誘起する電圧を信号として取
り出す第二の方法について述べる。鉄心自体に電圧が誘
起する現象は、マチウシ効果と呼ばれて知られている。
【００２４】図１３はマチウシ効果を利用した本発明に
おける第二の方法を説明するために、使用する装置の一
例を示した模式図であり、図１と共通する部品に同一符
号を用いてある。図１３において、鉄心３０は、マチウ
シ効果を有し表面を絶縁した磁性細線からなり、これを
巻回して例えば環状に形成し、この磁性細線の両端部を
接続端として取り出したものである。その他の装置構成
部品は図１と全く同じであり、鉄心３０の両端を増幅器
２１ａに接続している点のみが図１と異なるだけであ
る。鉄心３０自体に誘起する電圧は、図１に示した検出
コイル１８に誘起する電圧と同じである。マチウシ効果
を有する鉄心３０も、磁気ヒステリシス曲線は図２と同
様に角形を示す。図１３の装置についても鉄心３０の磁
界，磁束密度および誘起電圧は、既に示した図３，図
４，および図５と同様である。ただ図５の誘起電圧波形
は、図５では検出コイル１８に誘起する電圧を示してあ
るが、ここでは鉄心３０自体に誘起する電圧を表わすも
のと考えればよい。したがって、この装置の作動につい
ても、（１）〜（４）式を用いて述べた説明と全く同じ
ことが言えるので、ここではその説明を省略する。
おける第二の方法を説明するために、使用する装置の一
例を示した模式図であり、図１と共通する部品に同一符
号を用いてある。図１３において、鉄心３０は、マチウ
シ効果を有し表面を絶縁した磁性細線からなり、これを
巻回して例えば環状に形成し、この磁性細線の両端部を
接続端として取り出したものである。その他の装置構成
部品は図１と全く同じであり、鉄心３０の両端を増幅器
２１ａに接続している点のみが図１と異なるだけであ
る。鉄心３０自体に誘起する電圧は、図１に示した検出
コイル１８に誘起する電圧と同じである。マチウシ効果
を有する鉄心３０も、磁気ヒステリシス曲線は図２と同
様に角形を示す。図１３の装置についても鉄心３０の磁
界，磁束密度および誘起電圧は、既に示した図３，図
４，および図５と同様である。ただ図５の誘起電圧波形
は、図５では検出コイル１８に誘起する電圧を示してあ
るが、ここでは鉄心３０自体に誘起する電圧を表わすも
のと考えればよい。したがって、この装置の作動につい
ても、（１）〜（４）式を用いて述べた説明と全く同じ
ことが言えるので、ここではその説明を省略する。
【００２５】次に鉄心３０自体に誘起する電圧により電
流を検出する本発明の第二の方法を用いた具体的な事例
について説明する。使用した鉄心３０の材料は、内部応
力を与えてマチウシ効果を有するように製造した直径５
０μｍのアモルファス合金細線であり、磁気ヒステリシ
スが角形を示す。図１４は使用した鉄心３０の形状を示
し、（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。図１４
（ａ），（ｂ）のようにこの鉄心３０は、プラスチック
製の直径３３ｍｍの巻枠２９の外周面に形成した幅０．
２ｍｍの溝の中に、アモルファス合金細線を５回巻き、
巻枠２９の溝の一部からアモルファス合金細線の先端部
と後端部を引き出してある。図１３に示した交流励磁コ
イル１６は、直径０．２ｍｍのホルマール銅線を用い
て、巻枠２９の肉厚部に２００回巻き、鉄心３０の両端
を増幅器２１ａに接続しているほかは、図１の第一の方
法に用いた装置と同じである。図１５は図１０に倣って
被検出電流ＩD と出力の関係を表わす線図であるが、こ
の場合も非常に直線性のよいことがわかる。電流の検出
範囲も、図１の装置におけると同様に、図２のＨ1 ，Ｈ
2 の値を変えることにより、任意に設定することができ
る。交流励磁電源１９の波形は三角波以外でもよいが、
被検出電流ＩD と出力の間に直線関係が得られないこと
も図１で説明したのと同じである。
流を検出する本発明の第二の方法を用いた具体的な事例
について説明する。使用した鉄心３０の材料は、内部応
力を与えてマチウシ効果を有するように製造した直径５
０μｍのアモルファス合金細線であり、磁気ヒステリシ
スが角形を示す。図１４は使用した鉄心３０の形状を示
し、（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。図１４
（ａ），（ｂ）のようにこの鉄心３０は、プラスチック
製の直径３３ｍｍの巻枠２９の外周面に形成した幅０．
２ｍｍの溝の中に、アモルファス合金細線を５回巻き、
巻枠２９の溝の一部からアモルファス合金細線の先端部
と後端部を引き出してある。図１３に示した交流励磁コ
イル１６は、直径０．２ｍｍのホルマール銅線を用い
て、巻枠２９の肉厚部に２００回巻き、鉄心３０の両端
を増幅器２１ａに接続しているほかは、図１の第一の方
法に用いた装置と同じである。図１５は図１０に倣って
被検出電流ＩD と出力の関係を表わす線図であるが、こ
の場合も非常に直線性のよいことがわかる。電流の検出
範囲も、図１の装置におけると同様に、図２のＨ1 ，Ｈ
2 の値を変えることにより、任意に設定することができ
る。交流励磁電源１９の波形は三角波以外でもよいが、
被検出電流ＩD と出力の間に直線関係が得られないこと
も図１で説明したのと同じである。
【００２６】本発明の第二の方法もまた、鉄心３０の形
状は図１３，図１４に示すような環状にしなくてもよ
い。図１６，図１７は、図１３，図１４とは異なる形状
の鉄心を導体２０との位置関係とともに示した模式図で
あり、例えば、図１６のように、線状の鉄心３０ａに交
流励磁コイル１６を巻くか、または図１７のように、可
撓性のあるチューブに入れた鉄心３０ｂに交流励磁コイ
ル１６を巻き、さらにこれを導体２０の外周に巻いて用
いることもできる。
状は図１３，図１４に示すような環状にしなくてもよ
い。図１６，図１７は、図１３，図１４とは異なる形状
の鉄心を導体２０との位置関係とともに示した模式図で
あり、例えば、図１６のように、線状の鉄心３０ａに交
流励磁コイル１６を巻くか、または図１７のように、可
撓性のあるチューブに入れた鉄心３０ｂに交流励磁コイ
ル１６を巻き、さらにこれを導体２０の外周に巻いて用
いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】従来の直流電流検出器は寸法が大きく、
特に漏洩電流のような小電流用は大型で高価なものにな
るが、本発明によれば、鉄心に磁気ヒステリシスが角形
の材料を使用し、これを飽和領域まで励磁しておき、被
検出電流により鉄心の磁束の位相が変化するのを利用し
て、信号を鉄心に巻回した検出コイルから取り出す第一
の方法、または鉄心にマチウシ効果を有する材料を使用
して、鉄心自体に誘起する電圧の位相変化を直接鉄心か
ら取り出す第二の方法を用いることにより、いずれも小
型の装置で直流電流を検出することができ、さらに、こ
れら本発明の方法では交流電流も検出可能であり、直流
交流の両用の小型装置として効果的に適用される。
特に漏洩電流のような小電流用は大型で高価なものにな
るが、本発明によれば、鉄心に磁気ヒステリシスが角形
の材料を使用し、これを飽和領域まで励磁しておき、被
検出電流により鉄心の磁束の位相が変化するのを利用し
て、信号を鉄心に巻回した検出コイルから取り出す第一
の方法、または鉄心にマチウシ効果を有する材料を使用
して、鉄心自体に誘起する電圧の位相変化を直接鉄心か
ら取り出す第二の方法を用いることにより、いずれも小
型の装置で直流電流を検出することができ、さらに、こ
れら本発明の方法では交流電流も検出可能であり、直流
交流の両用の小型装置として効果的に適用される。
【図１】本発明の第一の方法における直流電流検出方法
に使用する装置の要部構成を示す模式図
に使用する装置の要部構成を示す模式図
【図２】本発明に用いる鉄心の磁気ヒステリシス曲線図
【図３】本発明に用いる鉄心に加わる磁界波形図
【図４】本発明に用いる鉄心に加わる磁束波形図
【図５】本発明に用いる検出コイルの誘起電圧波形図
【図６】図１とは異なる装置構成の一例を示す模式図
【図７】図１，図６とは異なる装置構成の一例を示す模
式図
式図
【図８】各種鉄心材料を同一条件で励磁したときの誘起
電圧波形図
電圧波形図
【図９】（ａ）は本発明の第一の方法に使用する鉄心の
平面図、（ｂ）は同じく断面図
平面図、（ｂ）は同じく断面図
【図１０】本発明の第一の方法における被検出電流と出
力との関係線図
力との関係線図
【図１１】図１とは異なる形状の鉄心を導体の位置関係
とともに示した模式図
とともに示した模式図
【図１２】図１，図１１とは異なる形状の鉄心を導体の
位置関係とともに示した模式図
位置関係とともに示した模式図
【図１３】本発明の第二の方法における直流電流検出方
法に使用する装置の要部構成を示す模式図
法に使用する装置の要部構成を示す模式図
【図１４】（ａ）は本発明の第二の方法に使用する鉄心
の平面図，（ｂ）は同じく断面図
の平面図，（ｂ）は同じく断面図
【図１５】本発明の第二の方法における被検出電流と出
力との関係線図
力との関係線図
【図１６】図１３とは異なる形状の鉄心を導体の位置関
係とともに示した模式図
係とともに示した模式図
【図１７】図１３，図１６とは異なる形状の鉄心を導体
の位置関係とともに示した模式図
の位置関係とともに示した模式図
【図１８】直流変流器の回路を要部構成とともに示した
模式図
模式図
【図１９】交流変流器の回路を要部構成とともに示した
模式図
模式図
【図２０】鉄心とホール素子を用いる装置の要部構成を
示す模式図
示す模式図
１ａ 鉄心
１ｂ 鉄心
２ａ 励磁コイル
２ｂ 励磁コイル
３ 導体
４ 交流電流計
５ 交流電源
６ 主回路の電源
７ 負荷
８ 鉄心
９ 検出コイル
１０ 小抵抗
１１ 鉄心
１２ ホール素子
１３ 直流電源
１４ 電圧計
１５ 鉄心
１５ａ 鉄心
１５ｂ 鉄心
１６ 交流励磁コイル
１７ 抵抗
１８ 検出コイル
１９ 交流励磁電源
２０ 導体
２１ａ 増幅器
２２ 位相差変換器
２３ 微分器
２４ 微分器
２５ 積分器
２６ 正側変換器
２７ 負側変換器
２８ 減算器
２９ 巻枠
３０ 鉄心
３０ａ 鉄心
３０ｂ 鉄心
Claims (8)
- 【請求項１】保磁力が小さく磁気ヒステリシス曲線が角
形を示す鉄心を、この鉄心の肉厚部に巻回した交流励磁
コイルとこれに直列に接続した高抵抗と交流励磁電源を
用いて、磁気ヒステリシス曲線の飽和領域まで磁界の正
負両方向に同一条件で交流励磁しておき、鉄心の近傍を
通る導体に流れる被検出電流で生ずる磁界が加わること
により、鉄心の磁束が反転する位相を変化させ、その変
化分から被検出電流の値を求めることを特徴とする電流
検出方法。 - 【請求項２】請求項１記載の電流検出方法において、鉄
心材料として大バルクハウゼン効果を有するアモルファ
ス合金細線を用いることを特徴とする電流検出方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の電流検出方法にお
いて、交流励磁電源の波形が三角波であることを特徴と
する電流検出方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３記載の電流検出方法にお
いて、鉄心の磁束が反転する時間を鉄心に巻回した検出
コイルの誘起電圧から求めることを特徴とする電流検出
方法。 - 【請求項５】請求項１ないし３記載の電流検出方法にお
いて、鉄心の磁束が反転する時間を交流励磁コイルの両
端の電圧から求めることを特徴とする電流検出方法。 - 【請求項６】保磁力が小さくマチウシ効果を有する鉄心
を、この鉄心の肉厚部に巻回した交流励磁コイルとこれ
に直列に接続した高抵抗と交流励磁電源を用いて、磁気
ヒステリシス曲線の飽和領域まで磁界の正負両方向に同
一条件で交流励磁しておき、鉄心の近傍を通る導体に流
れる被検出電流で生ずる磁界が加わることにより、鉄心
自体に誘起する電圧の位相を変化させ、その変化分から
被検出電流の値を求めることを特徴とする電流検出方
法。 - 【請求項７】請求項６記載の電流検出方法において、鉄
心材料としてアモルファス合金細線を用いることを特徴
とする電流検出方法。 - 【請求項８】請求項６または７記載の電流検出方法にお
いて、交流励磁電源の波形が三角波であることを特徴と
する電流検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3167291A JPH0510980A (ja) | 1990-11-26 | 1991-07-09 | 電流検出方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32215290 | 1990-11-26 | ||
| JP2-322152 | 1990-11-26 | ||
| JP3167291A JPH0510980A (ja) | 1990-11-26 | 1991-07-09 | 電流検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510980A true JPH0510980A (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=26491376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3167291A Pending JPH0510980A (ja) | 1990-11-26 | 1991-07-09 | 電流検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0510980A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970059744A (ko) * | 1996-01-31 | 1997-08-12 | 사죠벡 프랑크 엠 | 교류 (ac) 전류 측정 방법 및 장치 |
| JP2012154786A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Hirose Electric Co Ltd | フラックスゲートセンサおよびフラックスゲート式磁界検出方法 |
| WO2015122855A1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-08-20 | Grňo Ladislav | Sensor and method for electric current measurement |
| EP2762902A3 (en) * | 2013-01-31 | 2017-12-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Current mutual inductor and current detection circuit of same |
-
1991
- 1991-07-09 JP JP3167291A patent/JPH0510980A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970059744A (ko) * | 1996-01-31 | 1997-08-12 | 사죠벡 프랑크 엠 | 교류 (ac) 전류 측정 방법 및 장치 |
| JP2012154786A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Hirose Electric Co Ltd | フラックスゲートセンサおよびフラックスゲート式磁界検出方法 |
| EP2762902A3 (en) * | 2013-01-31 | 2017-12-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Current mutual inductor and current detection circuit of same |
| WO2015122855A1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-08-20 | Grňo Ladislav | Sensor and method for electric current measurement |
| US9989562B2 (en) | 2014-02-11 | 2018-06-05 | Ladislav Gr{hacek over (n)}o | Sensor and method for electric current measurement |
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