JPH07198754A - 直流電流センサー - Google Patents
直流電流センサーInfo
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- JPH07198754A JPH07198754A JP5352054A JP35205493A JPH07198754A JP H07198754 A JPH07198754 A JP H07198754A JP 5352054 A JP5352054 A JP 5352054A JP 35205493 A JP35205493 A JP 35205493A JP H07198754 A JPH07198754 A JP H07198754A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造が簡単であり、直流の漏電ブレーカー
等、特に微小な電流の変化に対しても、優れた検出能力
を有する高感度の直流電流センサーの提供。 【構成】 環状の軟質磁性材料からなる検出コア５１の
内部に周方向に連通する中空部５２を形成し、該中空部
５２に周方向に巻回する励磁コイル５３を配置するとと
もに、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回する検出
コイル５４を配置する構成にすることより、検出コア５
１を非常に生産性の良い構造とすることができ、励磁コ
イル５３及び検出コイル５４の効果的配置によって、検
出コア５１を構成する軟質磁性材料が本質的に有する保
磁力による影響や、励磁コイル５３からの漏洩磁束の影
響等を大幅に低減することが可能となり、例えば、５ｍ
Ａ以下程度の微小電流をも極めて高感度にて検出可能な
直流電流センサーが実現できる。
等、特に微小な電流の変化に対しても、優れた検出能力
を有する高感度の直流電流センサーの提供。 【構成】 環状の軟質磁性材料からなる検出コア５１の
内部に周方向に連通する中空部５２を形成し、該中空部
５２に周方向に巻回する励磁コイル５３を配置するとと
もに、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回する検出
コイル５４を配置する構成にすることより、検出コア５
１を非常に生産性の良い構造とすることができ、励磁コ
イル５３及び検出コイル５４の効果的配置によって、検
出コア５１を構成する軟質磁性材料が本質的に有する保
磁力による影響や、励磁コイル５３からの漏洩磁束の影
響等を大幅に低減することが可能となり、例えば、５ｍ
Ａ以下程度の微小電流をも極めて高感度にて検出可能な
直流電流センサーが実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池や燃料電池
発電システム等の直流発電を行う装置の漏電検知、発電
所・変電所や大型の工業プラント用配電盤の直流制御回
路等における漏電検知、さらに種々の直流機器における
絶縁劣化に伴う漏電検知による設備の予防保全等、広範
囲の分野にて使用される直流電流センサーの改良に係
り、構造が比較的簡単で、微小な電流の変化に対して
も、優れた検出能力を有し、しかも安定した検出が実現
できる高感度の直流電流センサーに関する。
発電システム等の直流発電を行う装置の漏電検知、発電
所・変電所や大型の工業プラント用配電盤の直流制御回
路等における漏電検知、さらに種々の直流機器における
絶縁劣化に伴う漏電検知による設備の予防保全等、広範
囲の分野にて使用される直流電流センサーの改良に係
り、構造が比較的簡単で、微小な電流の変化に対して
も、優れた検出能力を有し、しかも安定した検出が実現
できる高感度の直流電流センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近は、直流を使用した機器が広範囲の
分野にて使用されているが、これらの各種機器を円滑に
作動させるための保守管理に際し、例えば、直流モータ
の負荷を検知し、所要の制御を行うためのセンサーや、
直流漏電ブレーカー等に使用される直流電流センサーの
必要性が高まってきた。
分野にて使用されているが、これらの各種機器を円滑に
作動させるための保守管理に際し、例えば、直流モータ
の負荷を検知し、所要の制御を行うためのセンサーや、
直流漏電ブレーカー等に使用される直流電流センサーの
必要性が高まってきた。
【０００３】これらの直流電流センサーとしては、マグ
アンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式（特開昭４７
−１６４４号、特開昭５３−３１１７６号、特開昭５９
−４６８５９号）、ホール素子方式等からなる直流電流
センサーが知られている。
アンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式（特開昭４７
−１６４４号、特開昭５３−３１１７６号、特開昭５９
−４６８５９号）、ホール素子方式等からなる直流電流
センサーが知られている。
【０００４】マグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ
方式は、いずれもトロイダル状に検出コイルを巻回して
なる軟質磁性材料のコアを用い、そのコアの内側に被検
出導線を貫通させ、該被検出導線に流れる直流電流にて
軟質磁性材料のコアを飽和磁束密度（Ｂｓ）以内で直流
偏磁させることにより、予めコアに巻回されたコイルに
交流電流を通電することにより発生した交番磁束が正、
負の方向で飽和に達する時間にアンバランスを発生さ
せ、その変化を前記検出コイルにて検出する方式であ
り、前者の方式では予めコア内に磁束変化を与えるた
め、コアに励磁コイルを巻回して所定値の交流電流を通
電する構成を採用するものであるが、後者の方式では検
出コイルと接続する回路中の半導体等の作用により自励
発振させ、被検出電流に応じて発振波形のデューティー
比を変えて発振する構成からなっている。
方式は、いずれもトロイダル状に検出コイルを巻回して
なる軟質磁性材料のコアを用い、そのコアの内側に被検
出導線を貫通させ、該被検出導線に流れる直流電流にて
軟質磁性材料のコアを飽和磁束密度（Ｂｓ）以内で直流
偏磁させることにより、予めコアに巻回されたコイルに
交流電流を通電することにより発生した交番磁束が正、
負の方向で飽和に達する時間にアンバランスを発生さ
せ、その変化を前記検出コイルにて検出する方式であ
り、前者の方式では予めコア内に磁束変化を与えるた
め、コアに励磁コイルを巻回して所定値の交流電流を通
電する構成を採用するものであるが、後者の方式では検
出コイルと接続する回路中の半導体等の作用により自励
発振させ、被検出電流に応じて発振波形のデューティー
比を変えて発振する構成からなっている。
【０００５】さらに、ホール素子方式は、一部にホール
素子を配置する空隙部を形成してなる軟質磁性材料のコ
アに直接被検出導線をトロイダル状に巻回し、該被検出
導線に流れる直流電流の変化に基づくコア内の磁束変化
を直接ホール素子にて検知する構成からなっている。
素子を配置する空隙部を形成してなる軟質磁性材料のコ
アに直接被検出導線をトロイダル状に巻回し、該被検出
導線に流れる直流電流の変化に基づくコア内の磁束変化
を直接ホール素子にて検知する構成からなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各方式
からなる直流電流センサーは、以下の理由により直流漏
電ブレーカー等の微小な電流の変化に対応できる構成と
は言い難く、高感度の直流電流センサーとして実用に至
っていないのが現状である。
からなる直流電流センサーは、以下の理由により直流漏
電ブレーカー等の微小な電流の変化に対応できる構成と
は言い難く、高感度の直流電流センサーとして実用に至
っていないのが現状である。
【０００７】マグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ
方式においては、先に説明した通り、被検出導線に流れ
る直流電流にて軟質磁性材料のコアをほぼ飽和磁束密度
（Ｂｓ）付近にまで飽和させるよう直流偏磁させること
が必要であり、検出感度が低い。そのためパーマロイ等
の公知の軟質磁性材料をコアとして用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数１０ｍＡ程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数１０ターン
から数１００ターン以上巻回する必要があり、本来、被
検出導線の１ターン貫通を要求される漏電ブレーカー等
の直流電流センサーとして使用することは困難であっ
た。
方式においては、先に説明した通り、被検出導線に流れ
る直流電流にて軟質磁性材料のコアをほぼ飽和磁束密度
（Ｂｓ）付近にまで飽和させるよう直流偏磁させること
が必要であり、検出感度が低い。そのためパーマロイ等
の公知の軟質磁性材料をコアとして用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数１０ｍＡ程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数１０ターン
から数１００ターン以上巻回する必要があり、本来、被
検出導線の１ターン貫通を要求される漏電ブレーカー等
の直流電流センサーとして使用することは困難であっ
た。
【０００８】ホール素子方式においても、これらの検出
能力は、ホール素子の特性によって必然的に決定される
ことから、現在公知のホール素子を用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数１０ｍＡ程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数１００ター
ンから数１０００ターン以上巻回する必要があり、上記
のマグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式と同様
に、被検出導線の１ターン貫通を要求される漏電ブレー
カー等の直流電流センサーとして使用することは困難で
あった。
能力は、ホール素子の特性によって必然的に決定される
ことから、現在公知のホール素子を用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数１０ｍＡ程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数１００ター
ンから数１０００ターン以上巻回する必要があり、上記
のマグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式と同様
に、被検出導線の１ターン貫通を要求される漏電ブレー
カー等の直流電流センサーとして使用することは困難で
あった。
【０００９】この発明は、上記の問題点を解消し、構造
が簡単であり、直流の漏電ブレーカー等、特に微小な電
流の変化に対しても、優れた検出能力を有する高感度の
直流電流センサーの提供を目的とする。特に、直流電流
センサーを構成する検出コアの形状が簡単で生産性に優
れた高感度の直流電流センサーの提供を目的とする。
が簡単であり、直流の漏電ブレーカー等、特に微小な電
流の変化に対しても、優れた検出能力を有する高感度の
直流電流センサーの提供を目的とする。特に、直流電流
センサーを構成する検出コアの形状が簡単で生産性に優
れた高感度の直流電流センサーの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明者らは、検出コイル
をトロイダル状に巻回する環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内側に被検出導線を貫通配置し、これに直流
電流を流すと、その直流電流の方向に対して右回りの磁
場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が発生するが、被検
出導線に流れる電流が直流であることから磁束Φ0は一
定であり、検出コイルには起電力が発生しないことに着
目し、上記検出コアの一部に磁気的なギャップを形成
し、この部分を磁性体にて開閉することで磁気スイッチ
を構成し、該磁気スイッチにて磁束Φ0を時間的に変化
（ＯＮ−ＯＦＦ）させることによって検出コイルに起電
力を発生させることを検討した。
をトロイダル状に巻回する環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内側に被検出導線を貫通配置し、これに直流
電流を流すと、その直流電流の方向に対して右回りの磁
場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が発生するが、被検
出導線に流れる電流が直流であることから磁束Φ0は一
定であり、検出コイルには起電力が発生しないことに着
目し、上記検出コアの一部に磁気的なギャップを形成
し、この部分を磁性体にて開閉することで磁気スイッチ
を構成し、該磁気スイッチにて磁束Φ0を時間的に変化
（ＯＮ−ＯＦＦ）させることによって検出コイルに起電
力を発生させることを検討した。
【００１１】さらに、この発明者らは、上記の構成をよ
り実現性の高いものとすべく種々検討した結果、機械的
な磁気スイッチにかえて、被検出導線に流れる直流電流
によって検出コア内に発生する周方向の磁束に対して、
略直交方向に発生する磁束によって前記検出コアの一部
に周期的に磁気的なギャップを形成する手段を配置し、
実質的に上記の磁気スイッチと同様な作用を実現するこ
とによって、目的が達成できることを確認した。具体的
な構成としては、検出コアの一部に、検出コアの周方向
に対して直角方向に接続して環状を形成する軟質磁性材
料からなる励磁コアを一体的に配置するとともに、検出
コアに検出コイルをトロイダル状に巻回配置するととも
に、該検出コアの周方向に励磁コイルを巻回配置し、さ
らに該励磁コイルに交流電流を印加することによって励
磁コアを検出コアの周方向に対して直角方向に励磁し、
検出コアと励磁コアとの直交部を周期的に磁気的に飽和
させることによって、この磁気的に飽和した直交部分を
実質上の磁気的なギャップとする構成が採用できる。す
なわち、上記検出コアの磁気的に飽和した直交部分の比
透磁率μは限りなく１に近づくことから、この磁気的に
飽和した部分が磁気的なギャップと同様な機能を果た
し、検出コア内の磁束Φ0が一定周期にて減少し、その
磁束の変化に伴い検出コイルに起電力を発生させること
が可能となったのである。
り実現性の高いものとすべく種々検討した結果、機械的
な磁気スイッチにかえて、被検出導線に流れる直流電流
によって検出コア内に発生する周方向の磁束に対して、
略直交方向に発生する磁束によって前記検出コアの一部
に周期的に磁気的なギャップを形成する手段を配置し、
実質的に上記の磁気スイッチと同様な作用を実現するこ
とによって、目的が達成できることを確認した。具体的
な構成としては、検出コアの一部に、検出コアの周方向
に対して直角方向に接続して環状を形成する軟質磁性材
料からなる励磁コアを一体的に配置するとともに、検出
コアに検出コイルをトロイダル状に巻回配置するととも
に、該検出コアの周方向に励磁コイルを巻回配置し、さ
らに該励磁コイルに交流電流を印加することによって励
磁コアを検出コアの周方向に対して直角方向に励磁し、
検出コアと励磁コアとの直交部を周期的に磁気的に飽和
させることによって、この磁気的に飽和した直交部分を
実質上の磁気的なギャップとする構成が採用できる。す
なわち、上記検出コアの磁気的に飽和した直交部分の比
透磁率μは限りなく１に近づくことから、この磁気的に
飽和した部分が磁気的なギャップと同様な機能を果た
し、検出コア内の磁束Φ0が一定周期にて減少し、その
磁束の変化に伴い検出コイルに起電力を発生させること
が可能となったのである。
【００１２】この発明者らは、上記の基本的な構成から
なる直流電流センサーに種々の改良を加え、特に、軟質
磁性材料からなるコアの形状に着目し、該コアの形状を
極力簡単な構造とすることによって量産性に優れた構成
とするとともに、コア形状に即して励磁コイル、検出コ
イルを効果的に配置することによって検出感度の向上を
達成したのである。
なる直流電流センサーに種々の改良を加え、特に、軟質
磁性材料からなるコアの形状に着目し、該コアの形状を
極力簡単な構造とすることによって量産性に優れた構成
とするとともに、コア形状に即して励磁コイル、検出コ
イルを効果的に配置することによって検出感度の向上を
達成したのである。
【００１３】すなわち、この発明は、環状の軟質磁性材
料からなる検出コアの内部に周方向に連通する中空部を
形成し、該中空部に周方向に巻回する励磁コイルを配置
するとともに、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回
する検出コイルを配置し、かつ、検出コアの内側に非接
触検出する直流電流が流れる被検出導線を貫通配置した
ことを特徴とする直流電流センサーである。また、この
発明は、上記の構成において、コアが被検出導線を貫通
配置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて分割可能な
構成である直流電流センサーを併せて提案する。
料からなる検出コアの内部に周方向に連通する中空部を
形成し、該中空部に周方向に巻回する励磁コイルを配置
するとともに、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回
する検出コイルを配置し、かつ、検出コアの内側に非接
触検出する直流電流が流れる被検出導線を貫通配置した
ことを特徴とする直流電流センサーである。また、この
発明は、上記の構成において、コアが被検出導線を貫通
配置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて分割可能な
構成である直流電流センサーを併せて提案する。
【００１４】
【作用】以下、この発明の直流電流センサーの作用を図
面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明の直流電
流センサーは、先に説明したように、検出コアの一部
に、検出コアの周方向に対して直角方向に接続して環状
を形成する軟質磁性材料からなる励磁コアを一体的に配
置したコア形状を基本構造とし、種々の改良を重ねるこ
とによって完成したものであるが、その作動原理につい
ても上記の基本構造からなる直流電流センサーの場合と
実質的に同様であり、以下の説明においては、まず、上
記の基本構造からなる直流電流センサーに基づいて作動
原理を説明し、さらに、この発明を完成するに至った経
緯を説明することで、この発明の直流電流センサーが有
する特徴を一層明らかにする。
面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明の直流電
流センサーは、先に説明したように、検出コアの一部
に、検出コアの周方向に対して直角方向に接続して環状
を形成する軟質磁性材料からなる励磁コアを一体的に配
置したコア形状を基本構造とし、種々の改良を重ねるこ
とによって完成したものであるが、その作動原理につい
ても上記の基本構造からなる直流電流センサーの場合と
実質的に同様であり、以下の説明においては、まず、上
記の基本構造からなる直流電流センサーに基づいて作動
原理を説明し、さらに、この発明を完成するに至った経
緯を説明することで、この発明の直流電流センサーが有
する特徴を一層明らかにする。
【００１５】図７は、この発明の直流電流センサーの基
本的な作動原理を説明するための斜視説明図である。図
８及び図９は、この構成における励磁電流と検出コアを
通過する磁束、さらに検出コイルに発生する起電力の関
係を示している。図７において、１は環状の軟質磁性材
料からなる検出コア２の内側に貫通配置する被検出導線
である。３は該検出コア２の所定位置にトロイダル状に
巻回する検出コイルであり、被検出導線１と電気的な絶
縁を確保して所定の検出回路（図示せず）に接続する。
４は環状の軟質磁性材料からなる励磁コアであり、前記
検出コア２の周方向の一部に、該検出コア２の周方向に
対して直角方向に接続する構成を採り後述する作用によ
り、図中斜線部、すなわち検出コア２と励磁コア４のコ
ア直交部６に磁気的な飽和部を形成する。５は励磁コイ
ルであり、前記検出コア２の周方向に巻回配置してい
る。なお、図中４３は、検出コア２を構成する軟質磁性
材料が有する磁気特性（保磁力）の影響に起因するもの
と推測される出力特性のヒステリシスの低減を目的に被
検出導線１と同方向に巻回配置される変調コイルであ
る。
本的な作動原理を説明するための斜視説明図である。図
８及び図９は、この構成における励磁電流と検出コアを
通過する磁束、さらに検出コイルに発生する起電力の関
係を示している。図７において、１は環状の軟質磁性材
料からなる検出コア２の内側に貫通配置する被検出導線
である。３は該検出コア２の所定位置にトロイダル状に
巻回する検出コイルであり、被検出導線１と電気的な絶
縁を確保して所定の検出回路（図示せず）に接続する。
４は環状の軟質磁性材料からなる励磁コアであり、前記
検出コア２の周方向の一部に、該検出コア２の周方向に
対して直角方向に接続する構成を採り後述する作用によ
り、図中斜線部、すなわち検出コア２と励磁コア４のコ
ア直交部６に磁気的な飽和部を形成する。５は励磁コイ
ルであり、前記検出コア２の周方向に巻回配置してい
る。なお、図中４３は、検出コア２を構成する軟質磁性
材料が有する磁気特性（保磁力）の影響に起因するもの
と推測される出力特性のヒステリシスの低減を目的に被
検出導線１と同方向に巻回配置される変調コイルであ
る。
【００１６】図７の構成において、被検出導線１に直流
電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方向に
対して右回りの磁場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が
発生する。この時、励磁コイル５に所定の交流電流を通
電して励磁コア４に周期的に図中α方向に変化する磁束
を発生し、該励磁コア４を周期的に磁気的に飽和する
と、検出コア２の周方向の一部であるコア直交部６（図
中斜線部）は比透磁率μが低下し極めて１に近い所謂実
質的な磁気的なギャップとなり、検出コア内の磁束Φ0
をΦ1にまで減少させる。ここで、励磁コイル５に通電
する交流電流を周波数ｆ0とし、その電流のピーク値近
傍で励磁コア４が飽和するようにすると、図８に示すよ
うに被検出導線１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）の
向き（図中上向き）の場合、図９に示すように被検出導
線１に流れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き（図中
下向き）の場合ともに、励磁電流１周期で２回励磁コア
４が飽和することとなる。図８に示すように被検出導線
１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）の向き（図中上向
き）の場合、この飽和により、検出コア２に発生した被
検出導線１に流れる直流電流Ｉによって発生する磁束Φ
0は、図８のＢに示すように２ｆ0の周波数でΦ1にまで
減少する。すなわち、２ｆ0で変調されることとなる。
従って、上記磁束の変化に伴い図８のＣに示すように周
波数２ｆ0の電圧ＶDETが検出コイル３に発生することに
なる。
電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方向に
対して右回りの磁場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が
発生する。この時、励磁コイル５に所定の交流電流を通
電して励磁コア４に周期的に図中α方向に変化する磁束
を発生し、該励磁コア４を周期的に磁気的に飽和する
と、検出コア２の周方向の一部であるコア直交部６（図
中斜線部）は比透磁率μが低下し極めて１に近い所謂実
質的な磁気的なギャップとなり、検出コア内の磁束Φ0
をΦ1にまで減少させる。ここで、励磁コイル５に通電
する交流電流を周波数ｆ0とし、その電流のピーク値近
傍で励磁コア４が飽和するようにすると、図８に示すよ
うに被検出導線１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）の
向き（図中上向き）の場合、図９に示すように被検出導
線１に流れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き（図中
下向き）の場合ともに、励磁電流１周期で２回励磁コア
４が飽和することとなる。図８に示すように被検出導線
１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）の向き（図中上向
き）の場合、この飽和により、検出コア２に発生した被
検出導線１に流れる直流電流Ｉによって発生する磁束Φ
0は、図８のＢに示すように２ｆ0の周波数でΦ1にまで
減少する。すなわち、２ｆ0で変調されることとなる。
従って、上記磁束の変化に伴い図８のＣに示すように周
波数２ｆ0の電圧ＶDETが検出コイル３に発生することに
なる。
【００１７】また、図９に示すように被検出導線１に流
れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き（図中下向き）
の場合も、直流電流Ｉがプラス（＋）の向き（図中上向
き）の場合と実質的に同様な作用となるが、直流電流Ｉ
の向きが反対となることから、検出コア２に発生する磁
束の向きも反対となり、検出コイル３に発生する周波数
２ｆ0の電圧ＶDETの位相がそれぞれ１８０度異なること
になる。しかし、被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向
きにかかわらず、いずれの場合も磁束Φ0 ∝ 直流電
流Ｉ、電圧ＶDET ∝ 磁束Φ0との関係から電圧ＶDET
∝ 直流電流Ｉとなり、被検出導線１に流れる直流電流
Ｉに比例した起電力を検出コイル３によって検出するこ
とが可能となり、被検出導線１に流れる直流電流Ｉの絶
対値を知ることができる。
れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き（図中下向き）
の場合も、直流電流Ｉがプラス（＋）の向き（図中上向
き）の場合と実質的に同様な作用となるが、直流電流Ｉ
の向きが反対となることから、検出コア２に発生する磁
束の向きも反対となり、検出コイル３に発生する周波数
２ｆ0の電圧ＶDETの位相がそれぞれ１８０度異なること
になる。しかし、被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向
きにかかわらず、いずれの場合も磁束Φ0 ∝ 直流電
流Ｉ、電圧ＶDET ∝ 磁束Φ0との関係から電圧ＶDET
∝ 直流電流Ｉとなり、被検出導線１に流れる直流電流
Ｉに比例した起電力を検出コイル３によって検出するこ
とが可能となり、被検出導線１に流れる直流電流Ｉの絶
対値を知ることができる。
【００１８】上記構成の直流電流センサーにおいて、従
来の構成と比べ比較的簡単な構成で直流電流の検出を可
能としたが、特に微小電流領域における測定では、検出
コア２が有する保磁力の影響による検出コイル３での出
力電圧（出力特性）のヒステリシス現象によって測定時
の基準レベルが変動し、その都度その測定値が異なり正
確な値が求まらないという不都合が発生することから、
図７に示すように、検出コア２に被検出導線１と同方向
に巻回させた変調コイル４３を配置した。
来の構成と比べ比較的簡単な構成で直流電流の検出を可
能としたが、特に微小電流領域における測定では、検出
コア２が有する保磁力の影響による検出コイル３での出
力電圧（出力特性）のヒステリシス現象によって測定時
の基準レベルが変動し、その都度その測定値が異なり正
確な値が求まらないという不都合が発生することから、
図７に示すように、検出コア２に被検出導線１と同方向
に巻回させた変調コイル４３を配置した。
【００１９】すなわち、上記構成の直流電流センサーで
は、励磁コイル５が検出コア２の外周に巻回配置されて
いることから、励磁コイル５に流れる励磁電流（交流電
流）によって検出コア２自身が脱磁されるが、それだけ
では十分でなく、該脱磁効果とともに、さらに、変調コ
イル４３に発生させた交番磁界を検出コア２に重畳し、
コアの残留磁束による出力特性のヒステリシスを減少さ
せることが可能となるのである。したがって、変調コイ
ル４３に検出コア２が有する保磁力以上の磁場を発生さ
せるのに必要な交流を流すと、コア材の保磁力に起因し
た残留磁束により発生するヒステリシス特性をなくし、
検出回路で該重畳交流成分を除去することで微小電流で
の検出感度を高めることができる。
は、励磁コイル５が検出コア２の外周に巻回配置されて
いることから、励磁コイル５に流れる励磁電流（交流電
流）によって検出コア２自身が脱磁されるが、それだけ
では十分でなく、該脱磁効果とともに、さらに、変調コ
イル４３に発生させた交番磁界を検出コア２に重畳し、
コアの残留磁束による出力特性のヒステリシスを減少さ
せることが可能となるのである。したがって、変調コイ
ル４３に検出コア２が有する保磁力以上の磁場を発生さ
せるのに必要な交流を流すと、コア材の保磁力に起因し
た残留磁束により発生するヒステリシス特性をなくし、
検出回路で該重畳交流成分を除去することで微小電流で
の検出感度を高めることができる。
【００２０】変調コイル４３は図７に示す如く、検出コ
ア２内側に被検出導線１と同方向に貫通するようにして
１ターンの変調コイル４３を検出コア２に巻回配置する
他、要求される交番磁界の強度等に応じて上記と同方向
に複数ターンの変調コイル４３を検出コア２に巻回配置
するものであり、特に複数ターンの場合は、実質的に検
出コイル３と同様に検出コア２にトロイダル状に巻回す
ることとなる。
ア２内側に被検出導線１と同方向に貫通するようにして
１ターンの変調コイル４３を検出コア２に巻回配置する
他、要求される交番磁界の強度等に応じて上記と同方向
に複数ターンの変調コイル４３を検出コア２に巻回配置
するものであり、特に複数ターンの場合は、実質的に検
出コイル３と同様に検出コア２にトロイダル状に巻回す
ることとなる。
【００２１】また、図７からも明らかなように、変調コ
イル４３は、検出コア２にトロイダル状に巻回されてい
る検出コイル３と実質的に同一場所で同一方向に巻回配
置されることから、検出コイル３にて共用化することが
できる。すなわち、本来、検出コイル３に流れる電流と
変調コイル４３に流れる電流とは周波数が大きく異なる
ことから、これらを共用化した場合でも、それぞれの機
能を実現する周波数からなる電流を通過させるフィルタ
ーを適宜配置することで、容易に電気信号を分離するこ
とが可能であり、変調コイル４３と検出コイル３を一体
化した構成を採用しても、出力特性のヒステリシスを減
少することができる。
イル４３は、検出コア２にトロイダル状に巻回されてい
る検出コイル３と実質的に同一場所で同一方向に巻回配
置されることから、検出コイル３にて共用化することが
できる。すなわち、本来、検出コイル３に流れる電流と
変調コイル４３に流れる電流とは周波数が大きく異なる
ことから、これらを共用化した場合でも、それぞれの機
能を実現する周波数からなる電流を通過させるフィルタ
ーを適宜配置することで、容易に電気信号を分離するこ
とが可能であり、変調コイル４３と検出コイル３を一体
化した構成を採用しても、出力特性のヒステリシスを減
少することができる。
【００２２】さらにまた、図８、図９にて説明したよう
に被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向きによって検出
コイル３に発生する周波数２ｆ0の電圧ＶDETの位相がそ
れぞれ１８０度異なることから、前記励磁コイル５に、
予め発振器から励磁電流の２倍の周波数で発振された励
磁電流の周波数を１／２分周した状態の励磁電流を印加
し、発振器の出力と検出コイル３の出力との位相差を位
相比較回路にて検出することによって、被検出導線１を
流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検
出することが可能である。
に被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向きによって検出
コイル３に発生する周波数２ｆ0の電圧ＶDETの位相がそ
れぞれ１８０度異なることから、前記励磁コイル５に、
予め発振器から励磁電流の２倍の周波数で発振された励
磁電流の周波数を１／２分周した状態の励磁電流を印加
し、発振器の出力と検出コイル３の出力との位相差を位
相比較回路にて検出することによって、被検出導線１を
流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検
出することが可能である。
【００２３】すなわち、励磁コイル５に接続する発振器
から発振される励磁電流の周波数と検出コイル３からの
出力ＶDETの周波数とが、ともに最終的に励磁コイル５
に印加される励磁電流の２倍の周波数２ｆ0となること
から、これらの位相差を容易に比較することができ、被
検出導線１を流れる直流電流の絶対値とともにその向き
を検出することが可能となるのである。
から発振される励磁電流の周波数と検出コイル３からの
出力ＶDETの周波数とが、ともに最終的に励磁コイル５
に印加される励磁電流の２倍の周波数２ｆ0となること
から、これらの位相差を容易に比較することができ、被
検出導線１を流れる直流電流の絶対値とともにその向き
を検出することが可能となるのである。
【００２４】例えば、図１０に示す電気回路をそれぞれ
励磁コイル５および検出コイル３に接続することによっ
て、上記の作用を実現することができる。すなわち、図
１０に示すように、励磁コイル５は交流電流印加手段１
０に接続される。交流電流印加手段１０は、最終的に励
磁コイル５に印加する励磁電流の２倍の周波数２ｆ0の
励磁電流を発振するＯＳＣ（オシレーション・サーキッ
ト、発振回路）１１と、該励磁電流の周波数を１／２分
周するＴ−ＦＦ（トリガー・フリップ・フロップ）１２
を配置しており、さらに一旦周波数を２ｆ0からｆ0に分
周した交流電流をＬＰＦ（ローパスフィルター）１３、
バッファーアンプ１４を介して励磁コイル５に接続され
る。
励磁コイル５および検出コイル３に接続することによっ
て、上記の作用を実現することができる。すなわち、図
１０に示すように、励磁コイル５は交流電流印加手段１
０に接続される。交流電流印加手段１０は、最終的に励
磁コイル５に印加する励磁電流の２倍の周波数２ｆ0の
励磁電流を発振するＯＳＣ（オシレーション・サーキッ
ト、発振回路）１１と、該励磁電流の周波数を１／２分
周するＴ−ＦＦ（トリガー・フリップ・フロップ）１２
を配置しており、さらに一旦周波数を２ｆ0からｆ0に分
周した交流電流をＬＰＦ（ローパスフィルター）１３、
バッファーアンプ１４を介して励磁コイル５に接続され
る。
【００２５】被検出導線１（図７参照）に所定方向の直
流電流Ｉが流れると、励磁コイル５に印加される前記１
／２分周された周波数ｆ0なる励磁電流によって、先に
説明した起電力発生のメカニズムと同様に、検出コア２
に発生する磁束を変調し、検出コイル３に被検出導線１
に流れる直流電流Ｉに比例した励磁電流の２倍の周波数
２ｆ0からなる起電力を出力させることが可能となり、
被検出導線１に流れる直流電流Ｉの絶対値を知ることが
できるのである。被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向
きにより、検出コイル３に発生する周波数２ｆ0の電圧
ＶDETの位相がそれぞれ１８０度異なることは、先に図
８、図９によって説明したとおりである。このようにし
て検出コイル３に発生した周波数２ｆ0からなる出力
（起電力）は、図１０に示す位相比較回路２０に入力さ
れる。
流電流Ｉが流れると、励磁コイル５に印加される前記１
／２分周された周波数ｆ0なる励磁電流によって、先に
説明した起電力発生のメカニズムと同様に、検出コア２
に発生する磁束を変調し、検出コイル３に被検出導線１
に流れる直流電流Ｉに比例した励磁電流の２倍の周波数
２ｆ0からなる起電力を出力させることが可能となり、
被検出導線１に流れる直流電流Ｉの絶対値を知ることが
できるのである。被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向
きにより、検出コイル３に発生する周波数２ｆ0の電圧
ＶDETの位相がそれぞれ１８０度異なることは、先に図
８、図９によって説明したとおりである。このようにし
て検出コイル３に発生した周波数２ｆ0からなる出力
（起電力）は、図１０に示す位相比較回路２０に入力さ
れる。
【００２６】一方、前記交流電流印加手段１０を構成す
るＯＳＣ１１から発振される周波数２ｆ0からなる励磁
電流の一部は、Ｔ−ＦＦ１２等を介して励磁コイル５に
接続されることなく、周波数２ｆ0のままＬＰＦ（ロー
パスフィルター）３１、フェーズシフター（移相器）３
２、シュミット・トリガー３３等を介して図１０に示す
位相比較回路２０に入力される。なお、フェーズシフタ
ー３２に用いる各構成部品の定数はｆOSC＝１／２πＲ
Ｃを満たす条件にて配置することが望ましい。位相比較
回路２０は、該回路２０に入力されるＯＳＣ１１からの
出力と検出コイル３からの出力との位相差を検出し、被
検出導線１を流れる直流電流Ｉの向きに対応して最終的
にアナログ的にそれらの向きとともに直流電流Ｉの絶対
値を示す出力電圧ＶOUTを出力することとなる。
るＯＳＣ１１から発振される周波数２ｆ0からなる励磁
電流の一部は、Ｔ−ＦＦ１２等を介して励磁コイル５に
接続されることなく、周波数２ｆ0のままＬＰＦ（ロー
パスフィルター）３１、フェーズシフター（移相器）３
２、シュミット・トリガー３３等を介して図１０に示す
位相比較回路２０に入力される。なお、フェーズシフタ
ー３２に用いる各構成部品の定数はｆOSC＝１／２πＲ
Ｃを満たす条件にて配置することが望ましい。位相比較
回路２０は、該回路２０に入力されるＯＳＣ１１からの
出力と検出コイル３からの出力との位相差を検出し、被
検出導線１を流れる直流電流Ｉの向きに対応して最終的
にアナログ的にそれらの向きとともに直流電流Ｉの絶対
値を示す出力電圧ＶOUTを出力することとなる。
【００２７】また、検出コイル３に、時間に対して周期
的に向きと大きさが直線的に変化する、例えば三角波状
に変化する電流を通電することによって、検出コア２内
に偏向磁場を与えることでも、被検出導線１を流れる直
流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検出するこ
とが可能である。すなわち、被検出導線１に直流電流が
流れている状態で検出コイル３に、例えば三角波状に変
化する電流を通電すると、検出コイル３には三角波状の
電流によって発生する磁束と、被検出導線１を流れる直
流電流によって発生する磁束とが重畳されることとな
り、該検出コイル３に発生する起電力に波高制限を加え
た後、その出力を位相検波し、さらにプラス（＋）側の
出力時間とマイナス（−）側の出力時間との時間比率
（デューティー比）を検出することによって被検出導線
１を流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも検出
することができる。特に、検出コイル３に印加する上記
の電流の最大値が、検出コア２の材料が有する保磁力
（±Ｈｃ）以上の磁場を発生するに足るように設定すれ
ば、実質的に検出コア２の材料が有するヒステリシスを
要因とする出力特性のヒステリシスをも低減することも
できる。さらに、公知の種々電気回路を効果的に組み合
せることによって、図７の構成からなる直流電流センサ
ーの有する本質的な長所を一層有効に活用することが可
能となる。
的に向きと大きさが直線的に変化する、例えば三角波状
に変化する電流を通電することによって、検出コア２内
に偏向磁場を与えることでも、被検出導線１を流れる直
流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検出するこ
とが可能である。すなわち、被検出導線１に直流電流が
流れている状態で検出コイル３に、例えば三角波状に変
化する電流を通電すると、検出コイル３には三角波状の
電流によって発生する磁束と、被検出導線１を流れる直
流電流によって発生する磁束とが重畳されることとな
り、該検出コイル３に発生する起電力に波高制限を加え
た後、その出力を位相検波し、さらにプラス（＋）側の
出力時間とマイナス（−）側の出力時間との時間比率
（デューティー比）を検出することによって被検出導線
１を流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも検出
することができる。特に、検出コイル３に印加する上記
の電流の最大値が、検出コア２の材料が有する保磁力
（±Ｈｃ）以上の磁場を発生するに足るように設定すれ
ば、実質的に検出コア２の材料が有するヒステリシスを
要因とする出力特性のヒステリシスをも低減することも
できる。さらに、公知の種々電気回路を効果的に組み合
せることによって、図７の構成からなる直流電流センサ
ーの有する本質的な長所を一層有効に活用することが可
能となる。
【００２８】さらに、上記の図７に示す構成を基本構成
として、特に検出コア及び励磁コアの構成を改良するこ
とによって、直流電流センサーとしての電磁気的のアン
バランス等を低減し、ノイズ発生の低減や、Ｓ／Ｎ比の
向上等を可能とした。例えば、図１１に示す構成からな
る直流電流センサーは、上記効果を備え、安定した測定
を実現することができる効果的な構成である。すなわ
ち、図７に示す構成においては、検出コア２に接続する
励磁コア４が１つであることから、また検出コイル３、
励磁コイル５、変調コイル４３の位置も１箇所であるこ
とから直流電流センサーとしての電磁気的のバランスが
取り難いものであるが、図１１に示す構成の直流電流セ
ンサーは、これら励磁コア４、検出コイル３、励磁コイ
ル５、変調コイル４３の電磁気的のバランス配置を考慮
して構成されている。
として、特に検出コア及び励磁コアの構成を改良するこ
とによって、直流電流センサーとしての電磁気的のアン
バランス等を低減し、ノイズ発生の低減や、Ｓ／Ｎ比の
向上等を可能とした。例えば、図１１に示す構成からな
る直流電流センサーは、上記効果を備え、安定した測定
を実現することができる効果的な構成である。すなわ
ち、図７に示す構成においては、検出コア２に接続する
励磁コア４が１つであることから、また検出コイル３、
励磁コイル５、変調コイル４３の位置も１箇所であるこ
とから直流電流センサーとしての電磁気的のバランスが
取り難いものであるが、図１１に示す構成の直流電流セ
ンサーは、これら励磁コア４、検出コイル３、励磁コイ
ル５、変調コイル４３の電磁気的のバランス配置を考慮
して構成されている。
【００２９】図１１において、１は被検出導線であり、
矩形枠状の検出コア２の内側中央部に貫通配置してい
る。この矩形枠状の検出コア２のそれぞれ対向位置にあ
る長辺部には一対の励磁コア４ａ，４ｂが４角筒状を形
成するごとく一体的に配置している。さらに矩形枠状の
検出コア２の外周には、その周方向に励磁コイル５が巻
回されている。また、矩形枠状の検出コア２のそれぞれ
対向位置にある短辺部には一対の検出コイル３ａ，３ｂ
がトロイダル状に巻回され互いに電気的に接続されてい
る。さらに、同様位置に一対の変調コイル４３ａ，４３
ｂが被検出導線１と同方向に貫通するようにして巻回配
置され所定の手段によって直列に電気的に接続されてい
る。
矩形枠状の検出コア２の内側中央部に貫通配置してい
る。この矩形枠状の検出コア２のそれぞれ対向位置にあ
る長辺部には一対の励磁コア４ａ，４ｂが４角筒状を形
成するごとく一体的に配置している。さらに矩形枠状の
検出コア２の外周には、その周方向に励磁コイル５が巻
回されている。また、矩形枠状の検出コア２のそれぞれ
対向位置にある短辺部には一対の検出コイル３ａ，３ｂ
がトロイダル状に巻回され互いに電気的に接続されてい
る。さらに、同様位置に一対の変調コイル４３ａ，４３
ｂが被検出導線１と同方向に貫通するようにして巻回配
置され所定の手段によって直列に電気的に接続されてい
る。
【００３０】このような構成において、被検出導線１に
直流電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方
向に対して右回りの磁場が発生し、検出コア２内に磁束
Φ0が発生する。この時、励磁コイル５に所定の交流電
流を通電して一対の励磁コア４ａ，４ｂに周期的に図中
α方向に変化する磁束を発生し、該励磁コア４ａ，４ｂ
を周期的に磁気的に飽和すると、矩形枠状の検出コア２
の周方向の一部である長辺部のコア直交部６は比透磁率
μが極めて１に近い所謂実質的な磁気的なギャップとな
り、検出コア内の磁束Φ0をΦ1にまで減少させる。
直流電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方
向に対して右回りの磁場が発生し、検出コア２内に磁束
Φ0が発生する。この時、励磁コイル５に所定の交流電
流を通電して一対の励磁コア４ａ，４ｂに周期的に図中
α方向に変化する磁束を発生し、該励磁コア４ａ，４ｂ
を周期的に磁気的に飽和すると、矩形枠状の検出コア２
の周方向の一部である長辺部のコア直交部６は比透磁率
μが極めて１に近い所謂実質的な磁気的なギャップとな
り、検出コア内の磁束Φ0をΦ1にまで減少させる。
【００３１】従って以上に示す直流電流センサーも、一
対の検出コイル３ａ，３ｂへの起電力発生のメカニズム
は図７に示す構成と同様であり、このメカニズムに基づ
く効果も同様に得られる。さらに、この構成では、全体
的な構成が被検出導線１に対して対称であることによる
電磁気的なバランス効果だけでなく、一対の変調コイル
４３ａ，４３ｂの配置効果とともに、検出コア２の磁路
長に対する励磁コア４の接続部の幅ｄ（図７参照）の比
率を大きくすることによる反磁場の効果に基づく検出コ
ア２内の残留磁束密度の低減効果を有し、コア材料の有
する保磁力の影響を一層低減することが可能となる。
対の検出コイル３ａ，３ｂへの起電力発生のメカニズム
は図７に示す構成と同様であり、このメカニズムに基づ
く効果も同様に得られる。さらに、この構成では、全体
的な構成が被検出導線１に対して対称であることによる
電磁気的なバランス効果だけでなく、一対の変調コイル
４３ａ，４３ｂの配置効果とともに、検出コア２の磁路
長に対する励磁コア４の接続部の幅ｄ（図７参照）の比
率を大きくすることによる反磁場の効果に基づく検出コ
ア２内の残留磁束密度の低減効果を有し、コア材料の有
する保磁力の影響を一層低減することが可能となる。
【００３２】図１１に示す構成からなる直流電流センサ
ーによって、従来から知られるマグアンプ方式、磁気マ
ルチバイブレータ方式、ホール素子方式等からなる直流
電流センサーに比べ、構造が比較的簡単で、しかも微小
領域における電流を高感度で検出可能とする直流電流セ
ンサーの提供を可能としたが、工業的規模の量産におい
てより生産性を向上させるためには、直流電流センサー
全体の構造を一層簡単にする必要があり、特にコアの形
状を改良することが急務であった。また、図１１に示す
構成では、検出コア２及び励磁コア４ａ，４ｂを構成す
る軟質磁性材料が本来的に有する磁気特性の非直線性を
原因として発生する励磁信号の第２高調波が検出コイル
３ａに混入することとなり、しかも、該第２高調波と検
出信号（検出コイル３ａの起電力）とが同一周波数であ
るため、これらを電気的に分別することが不可能であ
る。したがって、これ以上にＳ／Ｎ比の高い直流電流セ
ンサーを提供することは困難であった。
ーによって、従来から知られるマグアンプ方式、磁気マ
ルチバイブレータ方式、ホール素子方式等からなる直流
電流センサーに比べ、構造が比較的簡単で、しかも微小
領域における電流を高感度で検出可能とする直流電流セ
ンサーの提供を可能としたが、工業的規模の量産におい
てより生産性を向上させるためには、直流電流センサー
全体の構造を一層簡単にする必要があり、特にコアの形
状を改良することが急務であった。また、図１１に示す
構成では、検出コア２及び励磁コア４ａ，４ｂを構成す
る軟質磁性材料が本来的に有する磁気特性の非直線性を
原因として発生する励磁信号の第２高調波が検出コイル
３ａに混入することとなり、しかも、該第２高調波と検
出信号（検出コイル３ａの起電力）とが同一周波数であ
るため、これらを電気的に分別することが不可能であ
る。したがって、これ以上にＳ／Ｎ比の高い直流電流セ
ンサーを提供することは困難であった。
【００３３】この発明の直流電流センサーは、以上に説
明した種々改良の経緯からも明らかなように、図７に示
す構成を基本構成とし、次いで図１１に示す電磁気的な
バランス等を考慮した構成を発明し、さらに、図１１に
示す構成の欠点を改良し、上記の問題点を解決するため
に一層の改良を加え、主としてコアの形状に工夫を施す
ことによって、すなわち、環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内部に周方向に連通する中空部を形成し、該
中空部に周方向に巻回する励磁コイルを配置するととも
に、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回する検出コ
イルを配置する構成を採用することによって完成したも
のであり、具体的な構成については以下に示す実施例に
て詳細に説明する。
明した種々改良の経緯からも明らかなように、図７に示
す構成を基本構成とし、次いで図１１に示す電磁気的な
バランス等を考慮した構成を発明し、さらに、図１１に
示す構成の欠点を改良し、上記の問題点を解決するため
に一層の改良を加え、主としてコアの形状に工夫を施す
ことによって、すなわち、環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内部に周方向に連通する中空部を形成し、該
中空部に周方向に巻回する励磁コイルを配置するととも
に、検出コアの外周部にトロイダル状に巻回する検出コ
イルを配置する構成を採用することによって完成したも
のであり、具体的な構成については以下に示す実施例に
て詳細に説明する。
【００３４】図１は、この発明の直流電流センサーの一
実施例を示す斜視部分断面説明図であり、図２は図１の
ａ−ａ縦断面説明図、図３は図１の部分詳細縦断面説明
図である。図中１は被検出導線であり、全体として環状
を構成する検出コア５１の内側に貫通配置している。検
出コア５１は、後述する複数の検出コア部材を組み合せ
ることによって内部に周方向に連通する中空部５２を形
成し、所謂管状に構成される。図中５３は、前記検出コ
ア５１の中空部に周方向に巻回する励磁コイルであり、
また、図中５４は、検出コア５１の外周部にトロイダル
状に巻回する検出コイルである。この発明の直流電流セ
ンサーにおいては、先に図７及び図１１にて示した構成
の如く、検出コアと励磁コアとの構成部分を明確に区分
することは困難であり、後述する如く、検出コア５１が
図７及び図１１に示す構成の検出コア２と励磁コア４の
機能をともに発現する。
実施例を示す斜視部分断面説明図であり、図２は図１の
ａ−ａ縦断面説明図、図３は図１の部分詳細縦断面説明
図である。図中１は被検出導線であり、全体として環状
を構成する検出コア５１の内側に貫通配置している。検
出コア５１は、後述する複数の検出コア部材を組み合せ
ることによって内部に周方向に連通する中空部５２を形
成し、所謂管状に構成される。図中５３は、前記検出コ
ア５１の中空部に周方向に巻回する励磁コイルであり、
また、図中５４は、検出コア５１の外周部にトロイダル
状に巻回する検出コイルである。この発明の直流電流セ
ンサーにおいては、先に図７及び図１１にて示した構成
の如く、検出コアと励磁コアとの構成部分を明確に区分
することは困難であり、後述する如く、検出コア５１が
図７及び図１１に示す構成の検出コア２と励磁コア４の
機能をともに発現する。
【００３５】以上に示す構成において、被検出導線１に
直流電流Ｉが流れると、図３に示すように検出コア５１
の周方向に磁束Φ0が発生することとなる。また、この
状態において、励磁コイル５３に所定の励磁電流（交流
電流）を流すと、検出コア５１内に図３中矢印αにて示
す方向に磁束が発生する。このα方向の磁束は、前記の
被検出導線１に流れる直流電流によって発生する周方向
の磁束Φ0に対して略直交方向に発生することとなり、
磁束Φ0による磁路を周期的に遮断することとなる。す
なわち、先に説明した図７及び図１１の構成からなる直
流電流センサーと基本的に同様な起電力発生のメカニズ
ムによって、検出コイル５４に目的とする出力を得るこ
とができる。
直流電流Ｉが流れると、図３に示すように検出コア５１
の周方向に磁束Φ0が発生することとなる。また、この
状態において、励磁コイル５３に所定の励磁電流（交流
電流）を流すと、検出コア５１内に図３中矢印αにて示
す方向に磁束が発生する。このα方向の磁束は、前記の
被検出導線１に流れる直流電流によって発生する周方向
の磁束Φ0に対して略直交方向に発生することとなり、
磁束Φ0による磁路を周期的に遮断することとなる。す
なわち、先に説明した図７及び図１１の構成からなる直
流電流センサーと基本的に同様な起電力発生のメカニズ
ムによって、検出コイル５４に目的とする出力を得るこ
とができる。
【００３６】しかし、このような現象、すなわち周方向
の磁束Φ0による磁路を周期的に遮断する現象は、先に
説明した図７及び図１１の構成においては、検出コア２
の一部（各々の図中６の部分）にて発生していたが、こ
の発明の直流電流センサーにおいては、検出コア５１全
体において発生することとなる。したがって、励磁コイ
ル５３に流す励磁電流（交流電流）による検出コア５１
の脱磁効果が大幅に向上し、さらに、先に説明した変調
コイル（図７及び図１１参照）との併用により、検出コ
ア５１が本質的に有する保磁力の影響による出力特性の
ヒステリシスを非常に小さくすることが可能となり、微
小電流の検出に際しても高感度の測定が達成できる。す
なわち、励磁コイル５３に流す励磁電流により検出コア
５１の周方向と直角方向（図中α方向）に全周にわたっ
て周期的に磁気的飽和を発生させるため、周方向（図中
Φ0の方向）の残留磁束が該飽和によって消滅すること
となる。このような現象により、検出コア５１として有
限の保磁力を有する材料を用いても、該材料の磁気的な
ヒステリシスの影響が非常に小さくなる利点がある。
の磁束Φ0による磁路を周期的に遮断する現象は、先に
説明した図７及び図１１の構成においては、検出コア２
の一部（各々の図中６の部分）にて発生していたが、こ
の発明の直流電流センサーにおいては、検出コア５１全
体において発生することとなる。したがって、励磁コイ
ル５３に流す励磁電流（交流電流）による検出コア５１
の脱磁効果が大幅に向上し、さらに、先に説明した変調
コイル（図７及び図１１参照）との併用により、検出コ
ア５１が本質的に有する保磁力の影響による出力特性の
ヒステリシスを非常に小さくすることが可能となり、微
小電流の検出に際しても高感度の測定が達成できる。す
なわち、励磁コイル５３に流す励磁電流により検出コア
５１の周方向と直角方向（図中α方向）に全周にわたっ
て周期的に磁気的飽和を発生させるため、周方向（図中
Φ0の方向）の残留磁束が該飽和によって消滅すること
となる。このような現象により、検出コア５１として有
限の保磁力を有する材料を用いても、該材料の磁気的な
ヒステリシスの影響が非常に小さくなる利点がある。
【００３７】また、励磁コイル５３が検出コア５１の内
部の中空部５２に配置されていることから、実質的に励
磁コイル５３が軟質磁性材料にて包囲されていることと
なり、該励磁コイル５３に流れる励磁電流によって発生
する磁束の漏洩は非常に小さく、検出コイル５４への励
磁信号の混入レベルを非常に小さくすることが可能とな
り、結果として、検出コイル５４に発生する残留信号が
小さくなり、検出信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上すること
ができる。
部の中空部５２に配置されていることから、実質的に励
磁コイル５３が軟質磁性材料にて包囲されていることと
なり、該励磁コイル５３に流れる励磁電流によって発生
する磁束の漏洩は非常に小さく、検出コイル５４への励
磁信号の混入レベルを非常に小さくすることが可能とな
り、結果として、検出コイル５４に発生する残留信号が
小さくなり、検出信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上すること
ができる。
【００３８】さらに、検出コア５１が後述する実施例に
て示すような簡単な構成からなる検出コア部材を組立一
体化することで得られることから、例えば、これらの検
出コア部材をプレス成形等にて容易に得ることができ、
工業的規模の量産に際して、非常に効果的である。
て示すような簡単な構成からなる検出コア部材を組立一
体化することで得られることから、例えば、これらの検
出コア部材をプレス成形等にて容易に得ることができ、
工業的規模の量産に際して、非常に効果的である。
【００３９】図４は、この発明の直流電流センサーの他
の実施例を示す部分断面斜視説明図であり、検出コア５
１の形状を除いては、基本的な構成は図１に示す構成と
同様である。すなわち、図１に示す構成は検出コア５１
が全体として円筒状となるが、図４に示す構成は検出コ
ア５１が全体として角筒状となる。これらの構成は、直
流電流センサーの配置箇所や生産性等を考慮して、適宜
選定することができる。
の実施例を示す部分断面斜視説明図であり、検出コア５
１の形状を除いては、基本的な構成は図１に示す構成と
同様である。すなわち、図１に示す構成は検出コア５１
が全体として円筒状となるが、図４に示す構成は検出コ
ア５１が全体として角筒状となる。これらの構成は、直
流電流センサーの配置箇所や生産性等を考慮して、適宜
選定することができる。
【００４０】この発明の直流電流センサーは、先に説明
した図１及び図４に示す構成に限定されることなく、特
許請求の範囲に記載される範囲において、種々の構成が
採用できる。例えば、図１及び図４に示す構成において
は、先の図７、図１１の構成にて配置されている変調コ
イル４３の配置について記載していないが、図１及び図
４に示す構成のいずれにおいても変調コイル４３を配置
することによって同様な効果を得ることができ、また、
変調コイル４３と検出コイル５４を共用一体化した構成
を採用しても、出力特性のヒステリシスを減少すること
ができる。
した図１及び図４に示す構成に限定されることなく、特
許請求の範囲に記載される範囲において、種々の構成が
採用できる。例えば、図１及び図４に示す構成において
は、先の図７、図１１の構成にて配置されている変調コ
イル４３の配置について記載していないが、図１及び図
４に示す構成のいずれにおいても変調コイル４３を配置
することによって同様な効果を得ることができ、また、
変調コイル４３と検出コイル５４を共用一体化した構成
を採用しても、出力特性のヒステリシスを減少すること
ができる。
【００４１】また、先の図７、図１１の構成と同様に被
検出導線１を流れる直流電流の絶対値とともにその向き
をも容易に検出するために、励磁コイル５３に、予め発
振器から励磁電流の２倍の周波数で発振された励磁電流
の周波数を１／２分周した状態の励磁電流を印加し、発
振器の出力と検出コイルの出力との位相差を位相比較回
路にて検出する手段を採用したり、検出コイル５４に、
時間に対して周期的に向きと大きさが直線的に変化す
る、例えば三角波状に変化する電流を通電し、検出コア
内に偏向磁場を与える手段を採用したりすることがで
き、さらに、公知の種々電気回路を効果的に組み合せる
ことによって、この発明の直流電流センサーの有する本
質的な長所を一層有効に活用することが可能となる。
検出導線１を流れる直流電流の絶対値とともにその向き
をも容易に検出するために、励磁コイル５３に、予め発
振器から励磁電流の２倍の周波数で発振された励磁電流
の周波数を１／２分周した状態の励磁電流を印加し、発
振器の出力と検出コイルの出力との位相差を位相比較回
路にて検出する手段を採用したり、検出コイル５４に、
時間に対して周期的に向きと大きさが直線的に変化す
る、例えば三角波状に変化する電流を通電し、検出コア
内に偏向磁場を与える手段を採用したりすることがで
き、さらに、公知の種々電気回路を効果的に組み合せる
ことによって、この発明の直流電流センサーの有する本
質的な長所を一層有効に活用することが可能となる。
【００４２】この発明の直流電流センサーにおいて、検
出コア５１を構成する環状の軟質磁性材料としては、被
検出導線に流れる電流の大きさ、すなわちセンサーに要
求される検出感度に応じて各々の軟質磁性材料の材質を
選定することが好ましい。通常、磁気特性とともに加工
性等を考慮するとパーマロイが好ましいが、その他ケイ
素鋼板、アモルファス、電磁軟鉄、ソフトフェライト等
の公知の軟質磁性材料の使用が可能であり、これらを組
み合せて用いても良い。
出コア５１を構成する環状の軟質磁性材料としては、被
検出導線に流れる電流の大きさ、すなわちセンサーに要
求される検出感度に応じて各々の軟質磁性材料の材質を
選定することが好ましい。通常、磁気特性とともに加工
性等を考慮するとパーマロイが好ましいが、その他ケイ
素鋼板、アモルファス、電磁軟鉄、ソフトフェライト等
の公知の軟質磁性材料の使用が可能であり、これらを組
み合せて用いても良い。
【００４３】また、環状の軟質磁性材料とは、軟質磁性
材料が所謂リング状になっていることに限定されるもの
でなく、軟質磁性材料が電磁気的な閉回路を構成できる
ように接続されていれば良く、特に、該検出コアの内部
に周方向に連通する中空部を形成し、該中空部に周方向
に巻回する励磁コイルを配置する構成であれば、全体と
して円筒状や角筒状等、種々の構成が採用できる。先に
説明した軟質磁性材料の材質と検出コアの最終形状とを
考慮し、検出コアを構成する部材の数量や加工方法等を
選定することによって、生産性を大幅に向上することが
できる。例えば、パーマロイ等の金属材料の場合はプレ
ス加工や旋盤加工等の機械加工を組み合せて採用した
り、ソフトフェライトの場合はプレス成形等を採用する
ことによって容易に所望形状の検出コア部材を得ること
ができる。
材料が所謂リング状になっていることに限定されるもの
でなく、軟質磁性材料が電磁気的な閉回路を構成できる
ように接続されていれば良く、特に、該検出コアの内部
に周方向に連通する中空部を形成し、該中空部に周方向
に巻回する励磁コイルを配置する構成であれば、全体と
して円筒状や角筒状等、種々の構成が採用できる。先に
説明した軟質磁性材料の材質と検出コアの最終形状とを
考慮し、検出コアを構成する部材の数量や加工方法等を
選定することによって、生産性を大幅に向上することが
できる。例えば、パーマロイ等の金属材料の場合はプレ
ス加工や旋盤加工等の機械加工を組み合せて採用した
り、ソフトフェライトの場合はプレス成形等を採用する
ことによって容易に所望形状の検出コア部材を得ること
ができる。
【００４４】この発明の直流電流センサーにおいて、検
出コア５１における磁気的な飽和に関しては、例えば検
出コア５１の全域にわたって完全なる飽和が達成されな
くとも略飽和状態にすることができれば、目的とする検
出を達成することができる。従って、前記軟質磁性材料
の材質とともに、軟質磁性材料の形状寸法、検出コイ
ル、励磁コイルの巻数等の最適条件を選定することによ
って、一層実用性の高いセンサーの提供を可能とするこ
とができる。
出コア５１における磁気的な飽和に関しては、例えば検
出コア５１の全域にわたって完全なる飽和が達成されな
くとも略飽和状態にすることができれば、目的とする検
出を達成することができる。従って、前記軟質磁性材料
の材質とともに、軟質磁性材料の形状寸法、検出コイ
ル、励磁コイルの巻数等の最適条件を選定することによ
って、一層実用性の高いセンサーの提供を可能とするこ
とができる。
【００４５】また、この発明の直流電流センサーの周囲
をパーマロイや無方向性ケイ素鋼板等からなるシールド
ケースにて覆うことによって、外部からの誘導ノイズの
混入を防止することが可能となり、一層安定した検出が
達成できる。
をパーマロイや無方向性ケイ素鋼板等からなるシールド
ケースにて覆うことによって、外部からの誘導ノイズの
混入を防止することが可能となり、一層安定した検出が
達成できる。
【００４６】上記のいずれの構成においても、検出コア
内を貫通する被検出導体が１本に限定されるものでな
く、要求されるセンサーの大きさに応じて複数本貫通さ
せても良い。しかし、被検出導体を１本にすることによ
ってこの発明の直流電流センサーの効果を最も効果的に
発現することができる。
内を貫通する被検出導体が１本に限定されるものでな
く、要求されるセンサーの大きさに応じて複数本貫通さ
せても良い。しかし、被検出導体を１本にすることによ
ってこの発明の直流電流センサーの効果を最も効果的に
発現することができる。
【００４７】さらに、すでに配線が完了している導線
（被検出導線）への取付配置が非常に簡便であり、汎用
性の高い直流電流センサーの構成として、コアが被検出
導線を貫通配置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて
分割可能な構成である直流電流センサーを提案する。図
１２に示す例は、リング状の検出コア６２が２分割され
た例で、軟質磁性材料ブロックから削り出された検出コ
ア６２の本体を形成する半円状検出コア部材６２ａ，６
２ｂ内に、１ターンの励磁コイルを形成する、例えばＣ
ｕブロック材を削り出して作製した半円状励磁コイル部
材６５ａ，６５ｂ（ただし、６５ｂのみ図示せず）を嵌
入し、さらに検出コア６２の内周面を形成する軟質磁性
材料の半円弧状板６６ａ，６６ｂを当ててリング状に組
立て、さらにコア外周面に当接する結束バンド６７で締
めつけるが、さらに半円状励磁コイル部材６５ａ，６５
ｂの一方端面には締着用突起６８ａ，６８ｂが設けら
れ、これを貫通するボルトで締着、また、他方端面には
コアの外側（検出コア部材６２ａに設けたねじ孔６２ｃ
参照）から挿通させたねじ６９にて両者を締めつけるこ
とにより、一対の半円状励磁コイル部材６５ａ，６５ｂ
の当接力を高める構成からなる。
（被検出導線）への取付配置が非常に簡便であり、汎用
性の高い直流電流センサーの構成として、コアが被検出
導線を貫通配置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて
分割可能な構成である直流電流センサーを提案する。図
１２に示す例は、リング状の検出コア６２が２分割され
た例で、軟質磁性材料ブロックから削り出された検出コ
ア６２の本体を形成する半円状検出コア部材６２ａ，６
２ｂ内に、１ターンの励磁コイルを形成する、例えばＣ
ｕブロック材を削り出して作製した半円状励磁コイル部
材６５ａ，６５ｂ（ただし、６５ｂのみ図示せず）を嵌
入し、さらに検出コア６２の内周面を形成する軟質磁性
材料の半円弧状板６６ａ，６６ｂを当ててリング状に組
立て、さらにコア外周面に当接する結束バンド６７で締
めつけるが、さらに半円状励磁コイル部材６５ａ，６５
ｂの一方端面には締着用突起６８ａ，６８ｂが設けら
れ、これを貫通するボルトで締着、また、他方端面には
コアの外側（検出コア部材６２ａに設けたねじ孔６２ｃ
参照）から挿通させたねじ６９にて両者を締めつけるこ
とにより、一対の半円状励磁コイル部材６５ａ，６５ｂ
の当接力を高める構成からなる。
【００４８】なお、検出コア６２の各々構成部材６２
ａ，６２ｂ，６６ａ，６６ｂと半円状励磁コイル部材６
５ａ，６５ｂとの絶縁を確保するために、例えば、コイ
ル部材６５ａ，６５ｂの一方の突き合わせ部間に絶縁板
６８ｃを介在させて絶縁するほか、さらにコイル部材６
５ａ，６５ｂの突き合わせ部以外の表面に絶縁物を塗布
するなどの手段が採用できる。また、組み立てられた半
円状検出コアにそれぞれ検出コイル６３ａ，６３ｂが巻
回配置されており、励磁コイルへの通電は締着用突起６
８ａ，６８ｂ間で行われる。この構成において、励磁コ
イルは実質的に１ターンとなるため、該突起６８ａ，６
８ｂに近接してインピーダンスマッチング用トランスを
介して励磁することによって、図１の構成と同様な作用
効果を得ることができる。図１２の構成においては、励
磁コイルを構成する半円状励磁コイル部材６５ａ，６５
ｂの接触面積は十分大きく、目的とする励磁作用を実現
することが可能となるが、検出コア６２を構成する検出
コア部材６２ａと６２ｂとの接触面積が小さいため、磁
気抵抗が小さくなり難く、検出感度の低下を起こしやす
い。図１２の構成をさらに改良した構成として、図１３
に示す直流センサーを提案する。
ａ，６２ｂ，６６ａ，６６ｂと半円状励磁コイル部材６
５ａ，６５ｂとの絶縁を確保するために、例えば、コイ
ル部材６５ａ，６５ｂの一方の突き合わせ部間に絶縁板
６８ｃを介在させて絶縁するほか、さらにコイル部材６
５ａ，６５ｂの突き合わせ部以外の表面に絶縁物を塗布
するなどの手段が採用できる。また、組み立てられた半
円状検出コアにそれぞれ検出コイル６３ａ，６３ｂが巻
回配置されており、励磁コイルへの通電は締着用突起６
８ａ，６８ｂ間で行われる。この構成において、励磁コ
イルは実質的に１ターンとなるため、該突起６８ａ，６
８ｂに近接してインピーダンスマッチング用トランスを
介して励磁することによって、図１の構成と同様な作用
効果を得ることができる。図１２の構成においては、励
磁コイルを構成する半円状励磁コイル部材６５ａ，６５
ｂの接触面積は十分大きく、目的とする励磁作用を実現
することが可能となるが、検出コア６２を構成する検出
コア部材６２ａと６２ｂとの接触面積が小さいため、磁
気抵抗が小さくなり難く、検出感度の低下を起こしやす
い。図１２の構成をさらに改良した構成として、図１３
に示す直流センサーを提案する。
【００４９】図１３に示す例はシリンドリカルコアを用
いて２分割型に構成した例である。検出コア７０は馬蹄
形検出コア部材７１，７２を組み合せて楕円形にする
が、図で左側の検出コア部材７１は、仕切り板で上下２
室に分けた筒体を馬蹄形にしたもので、ここでは一対の
断面コ型材と仕切り板材とで形成するが、内部には図１
３のＢに示すごとき楕円状コイルを折り曲げた励磁コイ
ル部７３が収納され、また他方の馬蹄形検出コア部材７
２は、溝部材と蓋用の板材とで形成する一対の薄型の検
出コア部材７２ａ，７２ｂを並列配置し、内部には図１
３のＢに示すごとき楕円状コイルを折り曲げ、折り曲げ
部が組立時の検出コア７０の外周部に位置するように形
成した励磁コイル部７４が収納され、先の馬蹄形検出コ
ア部材７１と突き合わせて一体化する際に、一対の検出
コア部材７２ａ，７２ｂでこれを挟むよう構成してあ
る。なお、検出コア部材７１の一対の断面コ型材と仕切
り板材において、仕切り板材の厚みは断面コ型材の２倍
程度が望ましい。また、検出コア部材７２の検出コア部
材７２ａ，７２ｂ都の間に所定寸法からなる非磁性保持
部材（図示せず）を配置することによって、検出コア部
材７１との一体化を容易にし、取扱いが一層至便とな
る。
いて２分割型に構成した例である。検出コア７０は馬蹄
形検出コア部材７１，７２を組み合せて楕円形にする
が、図で左側の検出コア部材７１は、仕切り板で上下２
室に分けた筒体を馬蹄形にしたもので、ここでは一対の
断面コ型材と仕切り板材とで形成するが、内部には図１
３のＢに示すごとき楕円状コイルを折り曲げた励磁コイ
ル部７３が収納され、また他方の馬蹄形検出コア部材７
２は、溝部材と蓋用の板材とで形成する一対の薄型の検
出コア部材７２ａ，７２ｂを並列配置し、内部には図１
３のＢに示すごとき楕円状コイルを折り曲げ、折り曲げ
部が組立時の検出コア７０の外周部に位置するように形
成した励磁コイル部７４が収納され、先の馬蹄形検出コ
ア部材７１と突き合わせて一体化する際に、一対の検出
コア部材７２ａ，７２ｂでこれを挟むよう構成してあ
る。なお、検出コア部材７１の一対の断面コ型材と仕切
り板材において、仕切り板材の厚みは断面コ型材の２倍
程度が望ましい。また、検出コア部材７２の検出コア部
材７２ａ，７２ｂ都の間に所定寸法からなる非磁性保持
部材（図示せず）を配置することによって、検出コア部
材７１との一体化を容易にし、取扱いが一層至便とな
る。
【００５０】このように、まず、励磁コイルが分割した
検出コアの各々にまたがることなく独立して巻回される
構成を採用することで、該励磁コイルを検出コアの内部
で接続して一体化する必要がなくなった。すなわち、分
割した検出コア部材７１の中空部を、該コアと同一の材
料で２か所以上に仕切り、各々分割された中空部分に励
磁コイル７３を巻回配置することで、図１に示す励磁コ
イル５３と同様に検出コア部材７１の全周にわたって周
方向及び長手方向の直角方向を周期的に磁気的に飽和さ
せることができる。また、検出コア部材７２ａ，７２ｂ
においても、各々の中空部分に巻回配置される励磁コイ
ル７４によって、前記検出コア部材７１と同様に該コア
部材７２ａ，７２ｂの全周にわたって周期的な磁気的飽
和を実現することができる。さらに、この構成において
は、一方の検出コア部材７１が他方の検出コア部材７２
ａ，７２ｂ間に挿入挟持され、上下方向から締めつけ一
体化することによって互いの接合部における磁気的抵抗
を低減させることが可能となる。すなわち、検出コア部
材７１，７２の互いの重なり部分の接触面積を増大する
ことが可能となり、図１２の構成に比べ、接触部の磁気
的抵抗が大幅に低減され、図１に示す一体型コアを用い
た場合と同程度の検出感度を得ることが可能となる。
検出コアの各々にまたがることなく独立して巻回される
構成を採用することで、該励磁コイルを検出コアの内部
で接続して一体化する必要がなくなった。すなわち、分
割した検出コア部材７１の中空部を、該コアと同一の材
料で２か所以上に仕切り、各々分割された中空部分に励
磁コイル７３を巻回配置することで、図１に示す励磁コ
イル５３と同様に検出コア部材７１の全周にわたって周
方向及び長手方向の直角方向を周期的に磁気的に飽和さ
せることができる。また、検出コア部材７２ａ，７２ｂ
においても、各々の中空部分に巻回配置される励磁コイ
ル７４によって、前記検出コア部材７１と同様に該コア
部材７２ａ，７２ｂの全周にわたって周期的な磁気的飽
和を実現することができる。さらに、この構成において
は、一方の検出コア部材７１が他方の検出コア部材７２
ａ，７２ｂ間に挿入挟持され、上下方向から締めつけ一
体化することによって互いの接合部における磁気的抵抗
を低減させることが可能となる。すなわち、検出コア部
材７１，７２の互いの重なり部分の接触面積を増大する
ことが可能となり、図１２の構成に比べ、接触部の磁気
的抵抗が大幅に低減され、図１に示す一体型コアを用い
た場合と同程度の検出感度を得ることが可能となる。
【００５１】以上に示す分割型直流電流センサーは、す
でに配線が完了している導線（被検出導線）への取付配
置が非常に簡便であり、汎用性の高い構成であるが、先
に説明した一体型と同等の作用効果を奏するもので、上
記の構成以外の分割のための構成も適宜採用できる。
でに配線が完了している導線（被検出導線）への取付配
置が非常に簡便であり、汎用性の高い構成であるが、先
に説明した一体型と同等の作用効果を奏するもので、上
記の構成以外の分割のための構成も適宜採用できる。
【００５２】
【実施例】 実施例１ パーマロイＣ（７８％Ｎｉ−５％Ｍｏ−４％Ｃｕ−ｂａ
ｌＦｅ）からなるブロック材から図５のＡ及び図５のＣ
に示す検出コア部材５１ａ及び５１ｃを削り出し加工に
て成形した。なお、得られた各部材５１ａ，５１ｃの厚
みは１．０ｍｍであった。検出コア部材５１ａは、検出
コア５１の外筒部を構成し、検出コア部材５１ｃは、検
出コア５１の内筒部を構成する。但し、各々の概略寸法
は検出コア部材５１ａにおいて外径Ｄ1＝２０ｍｍ、内
径Ｄ2＝１０ｍｍ、高さＨ1＝９ｍｍであり、検出コア部
材５１ｃにおいて外径Ｄ4＝２０ｍｍ、内径Ｄ5＝１０ｍ
ｍ、高さＨ3＝９ｍｍである。これらの検出コア部材５
１ａ及び５１ｃは、削り出し加工後に水素ガス雰囲気に
て１１００℃×３時間の熱処理を施した後、６００℃〜
４００℃の間を１００℃／時間で多段の冷却処理を施す
熱処理を実施した。また、図５のＢに示す外径Ｄ3＝１
５ｍｍ、高さＨ3＝７ｍｍのプラスチック製ボビン５１
ｂに外径０．２ｍｍのエナメル線からなる励磁コイル５
３を１００ターン巻回配置した後、該プラスチック製ボ
ビン５１ｂを前記検出コア部材５１ｃに外嵌させ、さら
に該プラスチック製ボビン５１ｂの外周を検出コア部材
５１ａにて覆うようにして一体化した。すなわち、これ
ら検出コア部材５１ａと検出コア部材５１ｃとで励磁コ
イル５３が巻回されているプラスチック製ボビン５１ｂ
を内装する検出コア５１を構成した。上記の検出コア５
１をプラスチック製ケース（図示せず）に入れて電気的
な絶縁を確保した後、該プラスチック製ケース（検出コ
ア５１）の外周に外径０．１ｍｍのエナメル線からなる
検出コイル５４を図１に示すように３００ターントロイ
ダル状に巻回配置するとともに、外径８ｍｍのビニル被
覆からなる被検出導線１を検出コア５１の内側に貫通配
置して図１に示すこの発明の直流電流センサーを完成し
た。
ｌＦｅ）からなるブロック材から図５のＡ及び図５のＣ
に示す検出コア部材５１ａ及び５１ｃを削り出し加工に
て成形した。なお、得られた各部材５１ａ，５１ｃの厚
みは１．０ｍｍであった。検出コア部材５１ａは、検出
コア５１の外筒部を構成し、検出コア部材５１ｃは、検
出コア５１の内筒部を構成する。但し、各々の概略寸法
は検出コア部材５１ａにおいて外径Ｄ1＝２０ｍｍ、内
径Ｄ2＝１０ｍｍ、高さＨ1＝９ｍｍであり、検出コア部
材５１ｃにおいて外径Ｄ4＝２０ｍｍ、内径Ｄ5＝１０ｍ
ｍ、高さＨ3＝９ｍｍである。これらの検出コア部材５
１ａ及び５１ｃは、削り出し加工後に水素ガス雰囲気に
て１１００℃×３時間の熱処理を施した後、６００℃〜
４００℃の間を１００℃／時間で多段の冷却処理を施す
熱処理を実施した。また、図５のＢに示す外径Ｄ3＝１
５ｍｍ、高さＨ3＝７ｍｍのプラスチック製ボビン５１
ｂに外径０．２ｍｍのエナメル線からなる励磁コイル５
３を１００ターン巻回配置した後、該プラスチック製ボ
ビン５１ｂを前記検出コア部材５１ｃに外嵌させ、さら
に該プラスチック製ボビン５１ｂの外周を検出コア部材
５１ａにて覆うようにして一体化した。すなわち、これ
ら検出コア部材５１ａと検出コア部材５１ｃとで励磁コ
イル５３が巻回されているプラスチック製ボビン５１ｂ
を内装する検出コア５１を構成した。上記の検出コア５
１をプラスチック製ケース（図示せず）に入れて電気的
な絶縁を確保した後、該プラスチック製ケース（検出コ
ア５１）の外周に外径０．１ｍｍのエナメル線からなる
検出コイル５４を図１に示すように３００ターントロイ
ダル状に巻回配置するとともに、外径８ｍｍのビニル被
覆からなる被検出導線１を検出コア５１の内側に貫通配
置して図１に示すこの発明の直流電流センサーを完成し
た。
【００５３】以上の構成からなるこの発明の直流電流セ
ンサーにおいて、励磁コイル５３にｆ0＝５００Ｈｚ、
１Ｖｒｍｓの交流信号を印加したところ励磁電流が０．
１Ａｒｍｓ流れた。この時、被検出導線１に±５ｍＡの
微小電流を流し、検出コイル５４に発生するｆ＝１００
０Ｈｚ（ｆ＝２ｆ0）の交流電圧を測定したところ、図
６に示す検出結果が得られた。また、図５の構成をブロ
ック材から削り出し加工を行ったため、コア厚み、すな
わち、断面積が大きく、コア内の磁束が増大して出力が
増大する効果がある。
ンサーにおいて、励磁コイル５３にｆ0＝５００Ｈｚ、
１Ｖｒｍｓの交流信号を印加したところ励磁電流が０．
１Ａｒｍｓ流れた。この時、被検出導線１に±５ｍＡの
微小電流を流し、検出コイル５４に発生するｆ＝１００
０Ｈｚ（ｆ＝２ｆ0）の交流電圧を測定したところ、図
６に示す検出結果が得られた。また、図５の構成をブロ
ック材から削り出し加工を行ったため、コア厚み、すな
わち、断面積が大きく、コア内の磁束が増大して出力が
増大する効果がある。
【００５４】実施例２ 実施例１直流電流センサーを用い、さらに、各々励磁コ
イル５３、検出コイル５４に、最終的に励磁コイル５３
に印加する励磁電流の２倍の周波数からなる励磁電流を
発生させる発振器等を配置する交流電流印加手段や位相
比較回路等を配置して、発振器から励磁コイル５３に実
施例１と同様な励磁信号を印加するとともに、検出コイ
ル５４に変調コイルの機能を実施させるため３０Ｈｚ、
０．１ｍＡ（ピーク時）の正弦波交流電流を流し、さら
に、被検出導線１に±５ｍＡの範囲で直流電流Ｉを増減
させて流した時の、位相比較回路を経由して出力される
検出コイル３の起電力（出力）のうち、３０Ｈｚの交流
成分をローパスフィルターで除去した後の出力変化を測
定した結果、１ｍＡをＳ／Ｎ比が１０以上で検出するこ
とが可能であることを確認した。
イル５３、検出コイル５４に、最終的に励磁コイル５３
に印加する励磁電流の２倍の周波数からなる励磁電流を
発生させる発振器等を配置する交流電流印加手段や位相
比較回路等を配置して、発振器から励磁コイル５３に実
施例１と同様な励磁信号を印加するとともに、検出コイ
ル５４に変調コイルの機能を実施させるため３０Ｈｚ、
０．１ｍＡ（ピーク時）の正弦波交流電流を流し、さら
に、被検出導線１に±５ｍＡの範囲で直流電流Ｉを増減
させて流した時の、位相比較回路を経由して出力される
検出コイル３の起電力（出力）のうち、３０Ｈｚの交流
成分をローパスフィルターで除去した後の出力変化を測
定した結果、１ｍＡをＳ／Ｎ比が１０以上で検出するこ
とが可能であることを確認した。
【００５５】以上の測定結果からも明らかなように、こ
の発明の直流電流センサーによれば、検出コア５１の構
成が非常に簡単であるにもかかわらず、往復電流による
誤差出力が非常に小さく１ｍＡの微小電流でもＳ／Ｎ比
１０倍以上で測定でき、極めて高感度の測定が可能であ
ることが明らかである。
の発明の直流電流センサーによれば、検出コア５１の構
成が非常に簡単であるにもかかわらず、往復電流による
誤差出力が非常に小さく１ｍＡの微小電流でもＳ／Ｎ比
１０倍以上で測定でき、極めて高感度の測定が可能であ
ることが明らかである。
【００５６】実施例３ 厚みが０．３５ｍｍのパーマロイＣ（７８Ｎｉ−３．５
Ｍｏ−４．５Ｃｕ−Ｆｅ）材の板を用い、プレス成形に
て図１４のＡ，Ｃに示すごとく、両者を組み合せて筒体
を形成できる内筒８０及び外筒８１を作製し、トリクレ
ンにて洗浄後、磁気特性を確保するための焼鈍として、
Ｈ2ガス中、１１００℃で３時間の熱処理し、その後６
００℃〜４００℃間を１００℃／ｈで冷却した後取り出
した。また、図１４のＢに示すごとく、内径２５．５ｍ
ｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さ７ｍｍ寸法のプラスチック製
ボビン８２に０．１８ｍｍ径のエナメル線を１００回、
ソレノイド巻したものを作製し、市販の瞬間接着剤を含
浸させて、巻線を固め励磁コイル７３とした。図１４に
示すごとく、励磁コイル８３の上下から内筒８０及び外
筒８１を挿入、嵌合させて、図１５のＢに示すように励
磁コイル８３を内蔵した検出コア８４を作製した。な
お、内筒８０及び外筒８１の当接部は市販の瞬間接着剤
にて固着した。さらに、図１５のＢに示す検出コア８４
に歪みから保護するための図１５のＡ，Ｂに示す、プラ
スチック製ケース８５，８６を被せてから、その外側に
変調コイルを兼ねた検出コイル８７として０．１８ｍｍ
径のエナメル線を３００回、トロイダル巻きし、図１６
に示すこの発明による直流電流センサー８８を作製し
た。
Ｍｏ−４．５Ｃｕ−Ｆｅ）材の板を用い、プレス成形に
て図１４のＡ，Ｃに示すごとく、両者を組み合せて筒体
を形成できる内筒８０及び外筒８１を作製し、トリクレ
ンにて洗浄後、磁気特性を確保するための焼鈍として、
Ｈ2ガス中、１１００℃で３時間の熱処理し、その後６
００℃〜４００℃間を１００℃／ｈで冷却した後取り出
した。また、図１４のＢに示すごとく、内径２５．５ｍ
ｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さ７ｍｍ寸法のプラスチック製
ボビン８２に０．１８ｍｍ径のエナメル線を１００回、
ソレノイド巻したものを作製し、市販の瞬間接着剤を含
浸させて、巻線を固め励磁コイル７３とした。図１４に
示すごとく、励磁コイル８３の上下から内筒８０及び外
筒８１を挿入、嵌合させて、図１５のＢに示すように励
磁コイル８３を内蔵した検出コア８４を作製した。な
お、内筒８０及び外筒８１の当接部は市販の瞬間接着剤
にて固着した。さらに、図１５のＢに示す検出コア８４
に歪みから保護するための図１５のＡ，Ｂに示す、プラ
スチック製ケース８５，８６を被せてから、その外側に
変調コイルを兼ねた検出コイル８７として０．１８ｍｍ
径のエナメル線を３００回、トロイダル巻きし、図１６
に示すこの発明による直流電流センサー８８を作製し
た。
【００５７】作製した直流電流センサーの励磁コイルに
発振器を接続し、変調コイルを兼ねた検出コイルに共振
周波数ｆ0＝７ｋＨｚ、Ｑ＝５のバンドパスフィルター
を介して広帯域交流電圧計を接続し、検出コア内には直
流電源に接続した導線を挿通配置した。励磁コイルに
３．５ｋＨｚ、１０Ｖｒｍｓの交流信号を印加したとこ
ろ、２５ｍＡｒｍｓの電流が流れた。コアを脱磁後、出
力電圧を測定したところ、図１７のＰ点（約１０ｍＶｒ
ｍｓ）を示し、貫通電力を流していくとＰ→Ｑへと出力
電圧がほぼ直線的に増加した。貫通電流Ｉ＝１０ｍＡの
時、出力電圧は２００ｍＶを示した。Ｉ＝１Ａまで流し
た後、再び１０ｍＡにすると２〜３ｍＶの出力電圧の増
加が認められるが、ほぼ初期値と同じ値を示した。その
後、電流を減じていくとＱ→Ｏ’の軌跡をたどり、な
お、Ｏ’時の残留出力は約２５ｍＶであり、電流の向き
を逆にするとＩ＝−１ｍＡで最小値を取り（約１０ｍ
Ｖ）、点Ｒを経た後、再び増加（Ｉ＝−１０ｍＡで２０
０ｍＶｒｍｓ）する出力が得られた。その後、電流Ｉを
−１０ｍＡ→＋１０ｍＡに変化させると、Ｓ→Ｏ’→Ｔ
→Ｑの経路をたどって出力が変化した。従って、この発
明による直流電流センサーは、検出コア２の材料が有す
るヒステリシスの影響は一定で、出力特性は被検出導線
に流れる電流Ｉとほぼ直線的に比例することから、優れ
た直流電流の検出能力を有していることが分かる。
発振器を接続し、変調コイルを兼ねた検出コイルに共振
周波数ｆ0＝７ｋＨｚ、Ｑ＝５のバンドパスフィルター
を介して広帯域交流電圧計を接続し、検出コア内には直
流電源に接続した導線を挿通配置した。励磁コイルに
３．５ｋＨｚ、１０Ｖｒｍｓの交流信号を印加したとこ
ろ、２５ｍＡｒｍｓの電流が流れた。コアを脱磁後、出
力電圧を測定したところ、図１７のＰ点（約１０ｍＶｒ
ｍｓ）を示し、貫通電力を流していくとＰ→Ｑへと出力
電圧がほぼ直線的に増加した。貫通電流Ｉ＝１０ｍＡの
時、出力電圧は２００ｍＶを示した。Ｉ＝１Ａまで流し
た後、再び１０ｍＡにすると２〜３ｍＶの出力電圧の増
加が認められるが、ほぼ初期値と同じ値を示した。その
後、電流を減じていくとＱ→Ｏ’の軌跡をたどり、な
お、Ｏ’時の残留出力は約２５ｍＶであり、電流の向き
を逆にするとＩ＝−１ｍＡで最小値を取り（約１０ｍ
Ｖ）、点Ｒを経た後、再び増加（Ｉ＝−１０ｍＡで２０
０ｍＶｒｍｓ）する出力が得られた。その後、電流Ｉを
−１０ｍＡ→＋１０ｍＡに変化させると、Ｓ→Ｏ’→Ｔ
→Ｑの経路をたどって出力が変化した。従って、この発
明による直流電流センサーは、検出コア２の材料が有す
るヒステリシスの影響は一定で、出力特性は被検出導線
に流れる電流Ｉとほぼ直線的に比例することから、優れ
た直流電流の検出能力を有していることが分かる。
【００５８】実施例４ 実施例３と同様の方法で、３．５ｍｍ高さの紙製ボビン
に０．１ｍｍ径のエナメル線を１００回巻いて励磁コイ
ルを作製し、０．２５ｍｍ厚みのパーマロイＣ材からな
る高さ５ｍｍ、内径２５ｍｍ、外径３１ｍｍ寸法の検出
コアに収納して、さらにプラスチック製ケースに入れた
後、０．１ｍｍ径のエナメル線を３００回巻いて変調コ
イルを兼ねた検出コイルとなして、高さ８ｍｍ、内径２
２ｍｍ、外径３４ｍｍ寸法の直流電流センサーを得た。
次に、図１８に示す電子回路からなる検出回路に直流電
流センサーの励磁コイル、検出コイルを接続し、検出コ
ア内には直流電源に接続した導線を挿通配置した。詳述
すると、励磁コイルには発振器Ｇから１０ｋＨｚ矩形波
が、１／２分周回路、ＬＰＦ（ローパスフィルター）、
フェーズシフターＰＳ、パワーアンプＰＡを経て入力さ
れ、励磁コイルに５ｋＨｚ、７Ｖｒｍｓの交流信号を印
加したところ、２０ｍＡｒｍｓの電流が流れた。また、
変調コイルを兼ねた検出コイルには、ファンクションジ
ェネレーターＦＧから１０Ｈｚの三角波が印加され、三
角波電流のピーク値は０．５ｍＡであり、検出コイルの
出力ＶOUTはダイオードリミッタ、バンドパスフィルタ
ーＢＰＦ、位相検波を経て、カウンターＵ／Ｄ．Ｃに入
力され、表示器Ｄに数字で表示される構成である。
に０．１ｍｍ径のエナメル線を１００回巻いて励磁コイ
ルを作製し、０．２５ｍｍ厚みのパーマロイＣ材からな
る高さ５ｍｍ、内径２５ｍｍ、外径３１ｍｍ寸法の検出
コアに収納して、さらにプラスチック製ケースに入れた
後、０．１ｍｍ径のエナメル線を３００回巻いて変調コ
イルを兼ねた検出コイルとなして、高さ８ｍｍ、内径２
２ｍｍ、外径３４ｍｍ寸法の直流電流センサーを得た。
次に、図１８に示す電子回路からなる検出回路に直流電
流センサーの励磁コイル、検出コイルを接続し、検出コ
ア内には直流電源に接続した導線を挿通配置した。詳述
すると、励磁コイルには発振器Ｇから１０ｋＨｚ矩形波
が、１／２分周回路、ＬＰＦ（ローパスフィルター）、
フェーズシフターＰＳ、パワーアンプＰＡを経て入力さ
れ、励磁コイルに５ｋＨｚ、７Ｖｒｍｓの交流信号を印
加したところ、２０ｍＡｒｍｓの電流が流れた。また、
変調コイルを兼ねた検出コイルには、ファンクションジ
ェネレーターＦＧから１０Ｈｚの三角波が印加され、三
角波電流のピーク値は０．５ｍＡであり、検出コイルの
出力ＶOUTはダイオードリミッタ、バンドパスフィルタ
ーＢＰＦ、位相検波を経て、カウンターＵ／Ｄ．Ｃに入
力され、表示器Ｄに数字で表示される構成である。
【００５９】以下に上記構成の直流電流センサーの作動
原理を図面に基づいて説明する。図１９は、被検出導線
１に電流Ｉが流れていない状態における検出コイルに発
生する出力に関して説明するものである。検出コイルに
周期的に向きと大きさが直線的に変化する三角波状の電
流を通電すると、検出コア内に図１９のＡに示す如き磁
束Φ3が発生し、検出コイルには図１９のＢに示す如き
起電力が発生する。図中矢印の向きは、起電力の位相を
示すもので、図１９のＢにおいてａ〜ｂ、ｂ〜ｃの間は
それぞれ互いに１８０度位相が異なることを示してい
る。すなわち、この発明の動作原理を理解しやすいよう
に、図２０のＡに示すような位相が異なる起電力につい
て、図２０のＢの如く位相の向きを矢印にて示したもの
である。（図２１の説明においても同様である。） 図１９のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、
波高制限を加えると図１９のＣの如き出力が得られ、さ
らに、この出力を位相検波することによって図１９のＤ
の如き出力が得られる。図１９のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れていない状態で
は、図１９のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間Ｔ2は等しく、そ
れらの差（Ｔ1-Ｔ2）は０となる。
原理を図面に基づいて説明する。図１９は、被検出導線
１に電流Ｉが流れていない状態における検出コイルに発
生する出力に関して説明するものである。検出コイルに
周期的に向きと大きさが直線的に変化する三角波状の電
流を通電すると、検出コア内に図１９のＡに示す如き磁
束Φ3が発生し、検出コイルには図１９のＢに示す如き
起電力が発生する。図中矢印の向きは、起電力の位相を
示すもので、図１９のＢにおいてａ〜ｂ、ｂ〜ｃの間は
それぞれ互いに１８０度位相が異なることを示してい
る。すなわち、この発明の動作原理を理解しやすいよう
に、図２０のＡに示すような位相が異なる起電力につい
て、図２０のＢの如く位相の向きを矢印にて示したもの
である。（図２１の説明においても同様である。） 図１９のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、
波高制限を加えると図１９のＣの如き出力が得られ、さ
らに、この出力を位相検波することによって図１９のＤ
の如き出力が得られる。図１９のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れていない状態で
は、図１９のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間Ｔ2は等しく、そ
れらの差（Ｔ1-Ｔ2）は０となる。
【００６０】図２０は、被検出導線１に電流Ｉが流れて
いる状態における検出コイルに発生する出力に関して説
明するものである。検出コイルに周期的に向きと大きさ
が直線的に変化する三角波状の電流を通電すると、検出
コア２内に図２１のＡに示す如き磁束Φ4が発生し、検
出コイルには図２１のＢに示す如き起電力が発生する。
すなわち、三角波状の電流によって発生する磁束Φ
3と、被検出導線１に流れる電流Ｉによって発生する磁
束Φ0とが重畳されることとなる（Φ4＝Φ3＋Φ0）。図
２１のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、波
高制限を加えると図２１のＣの如き出力が得られ、さら
に、この出力を位相検波することによって図２１のＤの
如き出力が得られる。図２１のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れている状態で
は、図２１のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1がマイナス（−）側の出力時間Ｔ2より長く、そ
れらの差（Ｔ1-Ｔ2）は正となる（Ｔ1-Ｔ2＞０）。これ
らの差（Ｔ1-Ｔ2）は、被検出導線に流れる電流Ｉと比
例することから、予め上記の検出値と電流Ｉとの相関を
測定しておくことによって電流Ｉの絶対値を知ることが
できる。また、これらの差（Ｔ1-Ｔ2）が正（Ｔ1-Ｔ2＞
０）又は負（Ｔ1-Ｔ2＜０）の場合と、被検出導線に流
れる電流Ｉの向きとを予め確認、設定しておくことによ
って電流Ｉの向きをその絶対値とともに同時に検出する
ことが可能となる。さらに、検出コイルに印加する電流
の最大値が、検出コアの材料が有する保磁力（±Ｈｃ）
以上の磁場を発生するに足るように設定すれば、検出コ
ア２の材料が有するヒステリシスを要因とする出力特性
のヒステリシスを低減することができる。すなわち、図
１９及び図２１にて説明した作動原理に、さらに検出コ
ア２の材料が有する保磁力を考慮して検討すると、検出
コアに発生する磁束は矩形波となり、最終的に検出コイ
ルに発生する出力も同様な特性を示すこととなる。
いる状態における検出コイルに発生する出力に関して説
明するものである。検出コイルに周期的に向きと大きさ
が直線的に変化する三角波状の電流を通電すると、検出
コア２内に図２１のＡに示す如き磁束Φ4が発生し、検
出コイルには図２１のＢに示す如き起電力が発生する。
すなわち、三角波状の電流によって発生する磁束Φ
3と、被検出導線１に流れる電流Ｉによって発生する磁
束Φ0とが重畳されることとなる（Φ4＝Φ3＋Φ0）。図
２１のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、波
高制限を加えると図２１のＣの如き出力が得られ、さら
に、この出力を位相検波することによって図２１のＤの
如き出力が得られる。図２１のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れている状態で
は、図２１のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1がマイナス（−）側の出力時間Ｔ2より長く、そ
れらの差（Ｔ1-Ｔ2）は正となる（Ｔ1-Ｔ2＞０）。これ
らの差（Ｔ1-Ｔ2）は、被検出導線に流れる電流Ｉと比
例することから、予め上記の検出値と電流Ｉとの相関を
測定しておくことによって電流Ｉの絶対値を知ることが
できる。また、これらの差（Ｔ1-Ｔ2）が正（Ｔ1-Ｔ2＞
０）又は負（Ｔ1-Ｔ2＜０）の場合と、被検出導線に流
れる電流Ｉの向きとを予め確認、設定しておくことによ
って電流Ｉの向きをその絶対値とともに同時に検出する
ことが可能となる。さらに、検出コイルに印加する電流
の最大値が、検出コアの材料が有する保磁力（±Ｈｃ）
以上の磁場を発生するに足るように設定すれば、検出コ
ア２の材料が有するヒステリシスを要因とする出力特性
のヒステリシスを低減することができる。すなわち、図
１９及び図２１にて説明した作動原理に、さらに検出コ
ア２の材料が有する保磁力を考慮して検討すると、検出
コアに発生する磁束は矩形波となり、最終的に検出コイ
ルに発生する出力も同様な特性を示すこととなる。
【００６１】被検出導線１に電流Ｉが流れていない場
合、検出コイルに三角波状の電流を通電すると、検出コ
ア２に対して図２２のＢにおけるＨ3の如き磁場が印加
されることになる。この時、検出コア２に発生する磁束
は、図２２のＡに示すような検出コア２の有するヒステ
リシスによって図２２のＣに示すように、時間の変化と
ともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合、プラ
ス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1と、マイナス（−）側
の磁束の発生時間Ｔ2とは等しく、それらの差（Ｔ
1-Ｔ2）は０となる。一方、被検出導線１に電流Ｉが流
れている場合、、検出コイルに三角波状の電流を通電す
ると、検出コアに対して図２２のＢにおけるＨ4の如き
磁場が印加されることになる。この時、検出コアに発生
する磁束は、図２２のＡに示すような検出コアの有する
ヒステリシスによって図２２Ｄに示すように、時間の変
化とともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合で
は、上記プラス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1がマイナ
ス（−）側の磁束の発生時間Ｔ2より長く、それらの差
（Ｔ1-Ｔ2）は正となる（Ｔ1-Ｔ2＞０）。図２２のＣ及
び図２２のＤに示す磁束によって検出コイルに発生する
起電力、さらにその起電力をリミッターを通過させ波高
制限を加えた後、位相検波することによって得られる出
力特性も図２２のＣ及び図２２のＤに示すと同様な出力
時間特性となることは図１９及び図２１の説明によって
理解される。従って、検出コイルに印加する電流の最大
値が、検出コアの材料が有する保磁力以上の磁場を発生
するに足るよう設定することによって、検出コアの材料
が有するヒステリシスの影響は一定（いつも同一のヒス
テリシスループを描く）となり、また、上記の差（Ｔ1-
Ｔ2）が被検出導線に流れる電流Ｉと比例することか
ら、最終的に得られる出力特性が直線的になることが理
解される。
合、検出コイルに三角波状の電流を通電すると、検出コ
ア２に対して図２２のＢにおけるＨ3の如き磁場が印加
されることになる。この時、検出コア２に発生する磁束
は、図２２のＡに示すような検出コア２の有するヒステ
リシスによって図２２のＣに示すように、時間の変化と
ともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合、プラ
ス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1と、マイナス（−）側
の磁束の発生時間Ｔ2とは等しく、それらの差（Ｔ
1-Ｔ2）は０となる。一方、被検出導線１に電流Ｉが流
れている場合、、検出コイルに三角波状の電流を通電す
ると、検出コアに対して図２２のＢにおけるＨ4の如き
磁場が印加されることになる。この時、検出コアに発生
する磁束は、図２２のＡに示すような検出コアの有する
ヒステリシスによって図２２Ｄに示すように、時間の変
化とともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合で
は、上記プラス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1がマイナ
ス（−）側の磁束の発生時間Ｔ2より長く、それらの差
（Ｔ1-Ｔ2）は正となる（Ｔ1-Ｔ2＞０）。図２２のＣ及
び図２２のＤに示す磁束によって検出コイルに発生する
起電力、さらにその起電力をリミッターを通過させ波高
制限を加えた後、位相検波することによって得られる出
力特性も図２２のＣ及び図２２のＤに示すと同様な出力
時間特性となることは図１９及び図２１の説明によって
理解される。従って、検出コイルに印加する電流の最大
値が、検出コアの材料が有する保磁力以上の磁場を発生
するに足るよう設定することによって、検出コアの材料
が有するヒステリシスの影響は一定（いつも同一のヒス
テリシスループを描く）となり、また、上記の差（Ｔ1-
Ｔ2）が被検出導線に流れる電流Ｉと比例することか
ら、最終的に得られる出力特性が直線的になることが理
解される。
【００６２】前述した図１８に示す検出回路を用いて上
記の差（Ｔ1-Ｔ2）を測定したところ、図２３のＡに示
す如き特性が得られた。次にＶｏｕｔ出力によりＵＰ．
ＤＯＷＮ ＣＯＵＮＴＥＲを動作させ、１５ｋＨｚのパ
ルスを印加して、Ｔ1−Ｔ2をパルスカウント数により読
み取った場合の読み値と貫通電流の関係を図２３のＢに
示す。図２３に示すように１ｍＡ以下もほぼ直線的に出
力され、誤差は±０．１ｍＡとなり、微小電流での計測
精度が優れていることが分かる。
記の差（Ｔ1-Ｔ2）を測定したところ、図２３のＡに示
す如き特性が得られた。次にＶｏｕｔ出力によりＵＰ．
ＤＯＷＮ ＣＯＵＮＴＥＲを動作させ、１５ｋＨｚのパ
ルスを印加して、Ｔ1−Ｔ2をパルスカウント数により読
み取った場合の読み値と貫通電流の関係を図２３のＢに
示す。図２３に示すように１ｍＡ以下もほぼ直線的に出
力され、誤差は±０．１ｍＡとなり、微小電流での計測
精度が優れていることが分かる。
【００６３】
【発明の効果】この発明の直流電流センサーは、環状の
軟質磁性材料からなる検出コアの内部に周方向に連通す
る中空部を形成し、該中空部に周方向に巻回する励磁コ
イルを配置するとともに、検出コアの外周部にトロイダ
ル状に巻回する検出コイルを配置する構成にすることよ
り、検出コアを非常に生産性の良い構造とすることがで
きる。また、検出コアの構造とともに、それに伴う励磁
コイル及び検出コイルの効果的配置によって、検出コア
を構成する軟質磁性材料が本質的に有する保磁力による
影響や、励磁コイルからの漏洩磁束の影響等を大幅に低
減することが可能となり、例えば、５ｍＡ以下程度の微
小電流をも極めて高感度にて検出可能な直流電流センサ
ーの提供が実現できた。したがって、直流の漏電ブレー
カー等に使用した際には、検出コア内に被検出導体を１
本貫通させるだけでも要求される高感度の検出が達成で
きるとともに、構造が簡単であることから直流電流セン
サーの小型化を可能とし、さらに、被検出導線を流れる
直流電流の絶対値だけでなく、その向きをも検知するこ
とができることから、用途範囲を一層拡大することがで
きる。
軟質磁性材料からなる検出コアの内部に周方向に連通す
る中空部を形成し、該中空部に周方向に巻回する励磁コ
イルを配置するとともに、検出コアの外周部にトロイダ
ル状に巻回する検出コイルを配置する構成にすることよ
り、検出コアを非常に生産性の良い構造とすることがで
きる。また、検出コアの構造とともに、それに伴う励磁
コイル及び検出コイルの効果的配置によって、検出コア
を構成する軟質磁性材料が本質的に有する保磁力による
影響や、励磁コイルからの漏洩磁束の影響等を大幅に低
減することが可能となり、例えば、５ｍＡ以下程度の微
小電流をも極めて高感度にて検出可能な直流電流センサ
ーの提供が実現できた。したがって、直流の漏電ブレー
カー等に使用した際には、検出コア内に被検出導体を１
本貫通させるだけでも要求される高感度の検出が達成で
きるとともに、構造が簡単であることから直流電流セン
サーの小型化を可能とし、さらに、被検出導線を流れる
直流電流の絶対値だけでなく、その向きをも検知するこ
とができることから、用途範囲を一層拡大することがで
きる。
【図１】この発明の直流電流センサーの一実施例の概要
を示す部分断面斜視説明図である。
を示す部分断面斜視説明図である。
【図２】図１の直流電流センサーのａ−ａ縦断面説明図
である。
である。
【図３】図１の直流電流センサーの部分縦断面詳細説明
図である。
図である。
【図４】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す部分断面斜視説明図である。
要を示す部分断面斜視説明図である。
【図５】図１の直流電流センサーの検出コアを構成する
検出コア部材と励磁コイルを巻回配置するコイルボビン
の縦断面説明図である。
検出コア部材と励磁コイルを巻回配置するコイルボビン
の縦断面説明図である。
【図６】図１の直流電流センサーにおける被検出導線１
に流れる直流電流（微小領域）と出力との関係を示す線
グラフである。
に流れる直流電流（微小領域）と出力との関係を示す線
グラフである。
【図７】この発明の直流電流センサーを発明するに至る
までに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説明
図である。
までに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説明
図である。
【図８】図７の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図９】図７の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図１０】図７の直流電流センサーに接続する電気回路
の一実施例である。
の一実施例である。
【図１１】この発明の直流電流センサーを発明するに至
るまでに発明した他の直流電流センサーの概要を示す斜
視説明図である。
るまでに発明した他の直流電流センサーの概要を示す斜
視説明図である。
【図１２】Ａはこの発明による分割型の直流電流センサ
ーの分解斜視説明図であり、Ｂは上面説明図である。
ーの分解斜視説明図であり、Ｂは上面説明図である。
【図１３】この発明による分割型の直流電流センサーの
分解斜視説明図であり、Ａはコア、Ｂは励磁コイル、Ｃ
は全体をそれぞれ示す。
分解斜視説明図であり、Ａはコア、Ｂは励磁コイル、Ｃ
は全体をそれぞれ示す。
【図１４】Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による直流電流センサ
ーの分解斜視説明図である。
ーの分解斜視説明図である。
【図１５】Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による直流電流センサ
ーの分解斜視説明図である。
ーの分解斜視説明図である。
【図１６】この発明の直流電流センサーの外観を示す斜
視説明図である。
視説明図である。
【図１７】この発明の直流電流センサーにおける超微小
領域での被検出電流と出力との関係を示す線グラフであ
る。
領域での被検出電流と出力との関係を示す線グラフであ
る。
【図１８】Ａ，Ｂはこの発明の直流電流センサーに接続
する電気回路の一実施例の概要を示す説明図である。
する電気回路の一実施例の概要を示す説明図である。
【図１９】検出コイルの出力のデューティー比（プラス
（＋）の向きとマイナス（−）の向きの時間比率）の変
化を示すグラフである。
（＋）の向きとマイナス（−）の向きの時間比率）の変
化を示すグラフである。
【図２０】図１９における検出コイルの起電力の表示方
法を定義する説明図である。
法を定義する説明図である。
【図２１】検出コイルの出力のデューティー比の変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図２２】検出コアにおける磁束のデューティー比の変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図２３】Ａは実施例における差（Ｔ1-Ｔ2）と電流と
の関係を示すグラフであり、ＢはＴ1−Ｔ2をパルスカウ
ント数により読み取った場合の読み値と貫通電流との関
係を示すグラフである。
の関係を示すグラフであり、ＢはＴ1−Ｔ2をパルスカウ
ント数により読み取った場合の読み値と貫通電流との関
係を示すグラフである。
１ 被検出導線 ２，５１，６２ 検出コア ３，３ａ，３ｂ，５４ 検出コイル ４，４ａ，４ｂ 励磁コア ５，５３ 励磁コイル ６ 直交部 １０ 交流電流印加手段 １１ ＯＳＣ １２ Ｔ−ＦＦ １３，３１ ＬＰＦ １４ バッファーアンプ ２０ 位相比較回路 ３２ フェーズシフター ３３ シュミット・トリガー ４３，４３ａ，４３ｂ 変調コイル ５１ａ，５１ｃ 検出コア部材 ５１ｂ ボビン ５２ 中空部 ６２ 検出コア ６２ａ，６２ｂ 検出コア部材 ６３ 検出コイル ６５ａ，６５ｂ 励磁コイル部材 ６６ａ，６６ｂ 半円弧状板 ６７ 結束バンド ６８ａ，６８ｂ 締着用突起 ６９ ねじ ７０ 検出コア ７１，７２ 馬蹄形検出コア部材 ７２ａ，７２ｂ 検出コア部材 ７３，７４ 励磁コイル部 ８０ 内筒 ８１ 外筒 ８２ ボビン ８３ 励磁コイル ８４ 検出コア ８５，８６ ケース ８７ 検出コイル ８８ 直流電流センサー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】図１３に示す例はシリンドリカルコアを用
いて２分割型に構成した例である。検出コア７０は馬蹄
形検出コア部材７１，７２を組み合せて楕円形にする
が、図で左側の馬蹄形検出コア部材７１は、一対の馬蹄
形筒体を厚さ方向に積層一体化してなる一体型検出コア
部材であり、図においては仕切り板で上下２室に分けた
筒体を馬蹄形にしたもので、ここでは一対の断面コ型材
と仕切り板材とで形成するが、内部には図１３のＢに示
すごとき楕円状コイルを折り曲げた励磁コイル部７３が
収納されている。また、他方の馬蹄形検出コア部材７２
は、一対の馬蹄形筒体を所定の空隙を形成して配置する
分離型検出コア部材であり、図においては、断面コ型の
溝部材と蓋用の板材とで形成する一対の薄型の検出コア
部材７２ａ，７２ｂを並列配置し、内部には図１３のＢ
に示すごとき楕円状コイルを折り曲げ、折り曲げ部が組
立時の検出コア７０の外周部に位置するように形成した
励磁コイル部７４が収納され、先の馬蹄形検出コア部材
７１と突き合わせて一体化する際に、一対の検出コア部
材７２ａ，７２ｂでこれを挟むよう構成してある。図中
７５は、前記一体型検出コア部材７１の外周にトロイダ
ル状に巻回された検出コイル部、７６は、前記分離型検
出コア部材７２の外周にトロイダル状に巻回された検出
コイル部である。なお、馬蹄形検出コア部材７１の一対
の断面コ型材と仕切り板材において、仕切り板材の厚み
は断面コ型材の２倍程度が望ましい。また、馬蹄形検出
コア部材７２の検出コア部材７２ａ，７２ｂとの間に所
定寸法からなる非磁性保持部材（図示せず）を配置する
ことによって、検出コア部材７１との一体化を容易に
し、取扱いが一層至便となる。
いて２分割型に構成した例である。検出コア７０は馬蹄
形検出コア部材７１，７２を組み合せて楕円形にする
が、図で左側の馬蹄形検出コア部材７１は、一対の馬蹄
形筒体を厚さ方向に積層一体化してなる一体型検出コア
部材であり、図においては仕切り板で上下２室に分けた
筒体を馬蹄形にしたもので、ここでは一対の断面コ型材
と仕切り板材とで形成するが、内部には図１３のＢに示
すごとき楕円状コイルを折り曲げた励磁コイル部７３が
収納されている。また、他方の馬蹄形検出コア部材７２
は、一対の馬蹄形筒体を所定の空隙を形成して配置する
分離型検出コア部材であり、図においては、断面コ型の
溝部材と蓋用の板材とで形成する一対の薄型の検出コア
部材７２ａ，７２ｂを並列配置し、内部には図１３のＢ
に示すごとき楕円状コイルを折り曲げ、折り曲げ部が組
立時の検出コア７０の外周部に位置するように形成した
励磁コイル部７４が収納され、先の馬蹄形検出コア部材
７１と突き合わせて一体化する際に、一対の検出コア部
材７２ａ，７２ｂでこれを挟むよう構成してある。図中
７５は、前記一体型検出コア部材７１の外周にトロイダ
ル状に巻回された検出コイル部、７６は、前記分離型検
出コア部材７２の外周にトロイダル状に巻回された検出
コイル部である。なお、馬蹄形検出コア部材７１の一対
の断面コ型材と仕切り板材において、仕切り板材の厚み
は断面コ型材の２倍程度が望ましい。また、馬蹄形検出
コア部材７２の検出コア部材７２ａ，７２ｂとの間に所
定寸法からなる非磁性保持部材（図示せず）を配置する
ことによって、検出コア部材７１との一体化を容易に
し、取扱いが一層至便となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】
【実施例】 実施例１ パーマロイＣ（７８％Ｎｉ−５％Ｍｏ−４％Ｃｕ−ｂａ
ｌＦｅ）からなるブロック材から図５のＡ及び図５のＣ
に示す検出コア部材５１ａ及び５１ｃを削り出し加工に
て成形した。なお、得られた各部材５１ａ，５１ｃの厚
みは１．０ｍｍであった。検出コア部材５１ａは、有底
円筒状からなり底部中央部に貫通孔を有して検出コア５
１の外筒部を構成し、検出コア部材５１ｃは、円筒状の
一方端部外周に鍔部を有して検出コア５１の内筒部を構
成する。但し、各々の概略寸法は検出コア部材５１ａに
おいて外径Ｄ1＝２０ｍｍ、内径Ｄ2＝１０ｍｍ、高さＨ
1＝９ｍｍであり、検出コア部材５１ｃにおいて外径Ｄ4
＝２０ｍｍ、内径Ｄ5＝１０ｍｍ、高さＨ3＝９ｍｍであ
る。これらの検出コア部材５１ａ及び５１ｃは、削り出
し加工後に水素ガス雰囲気にて１１００℃×３時間の熱
処理を施した後、６００℃〜４００℃の間を１００℃／
時間で多段の冷却処理を施す熱処理を実施した。また、
図５のＢに示す外径Ｄ3＝１５ｍｍ、高さＨ3＝７ｍｍの
プラスチック製ボビン５１ｂに外径０．２ｍｍのエナメ
ル線からなる励磁コイル５３を１００ターン巻回配置し
た後、該プラスチック製ボビン５１ｂを前記検出コア部
材５１ｃに外嵌させ、さらに該プラスチック製ボビン５
１ｂの外周を検出コア部材５１ａにて覆うようにして一
体化した。すなわち、これら検出コア部材５１ａと検出
コア部材５１ｃとで励磁コイル５３が巻回されているプ
ラスチック製ボビン５１ｂを内装する検出コア５１を構
成した。上記の検出コア５１をプラスチック製ケース
（図示せず）に入れて電気的な絶縁を確保した後、該プ
ラスチック製ケース（検出コア５１）の外周に外径０．
１ｍｍのエナメル線からなる検出コイル５４を図１に示
すように３００ターントロイダル状に巻回配置するとと
もに、外径８ｍｍのビニル被覆からなる被検出導線１を
検出コア５１の内側に貫通配置して図１に示すこの発明
の直流電流センサーを完成した。
ｌＦｅ）からなるブロック材から図５のＡ及び図５のＣ
に示す検出コア部材５１ａ及び５１ｃを削り出し加工に
て成形した。なお、得られた各部材５１ａ，５１ｃの厚
みは１．０ｍｍであった。検出コア部材５１ａは、有底
円筒状からなり底部中央部に貫通孔を有して検出コア５
１の外筒部を構成し、検出コア部材５１ｃは、円筒状の
一方端部外周に鍔部を有して検出コア５１の内筒部を構
成する。但し、各々の概略寸法は検出コア部材５１ａに
おいて外径Ｄ1＝２０ｍｍ、内径Ｄ2＝１０ｍｍ、高さＨ
1＝９ｍｍであり、検出コア部材５１ｃにおいて外径Ｄ4
＝２０ｍｍ、内径Ｄ5＝１０ｍｍ、高さＨ3＝９ｍｍであ
る。これらの検出コア部材５１ａ及び５１ｃは、削り出
し加工後に水素ガス雰囲気にて１１００℃×３時間の熱
処理を施した後、６００℃〜４００℃の間を１００℃／
時間で多段の冷却処理を施す熱処理を実施した。また、
図５のＢに示す外径Ｄ3＝１５ｍｍ、高さＨ3＝７ｍｍの
プラスチック製ボビン５１ｂに外径０．２ｍｍのエナメ
ル線からなる励磁コイル５３を１００ターン巻回配置し
た後、該プラスチック製ボビン５１ｂを前記検出コア部
材５１ｃに外嵌させ、さらに該プラスチック製ボビン５
１ｂの外周を検出コア部材５１ａにて覆うようにして一
体化した。すなわち、これら検出コア部材５１ａと検出
コア部材５１ｃとで励磁コイル５３が巻回されているプ
ラスチック製ボビン５１ｂを内装する検出コア５１を構
成した。上記の検出コア５１をプラスチック製ケース
（図示せず）に入れて電気的な絶縁を確保した後、該プ
ラスチック製ケース（検出コア５１）の外周に外径０．
１ｍｍのエナメル線からなる検出コイル５４を図１に示
すように３００ターントロイダル状に巻回配置するとと
もに、外径８ｍｍのビニル被覆からなる被検出導線１を
検出コア５１の内側に貫通配置して図１に示すこの発明
の直流電流センサーを完成した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】実施例３ 厚みが０．３５ｍｍのパーマロイＣ（７８Ｎｉ−３．５
Ｍｏ−４．５Ｃｕ−Ｆｅ）材の板を用い、プレス成形に
て図１４のＡ，Ｃに示すごとく、一方端部を外側または
内側に湾曲成形した両者を組み合せて筒体を形成できる
内筒８０及び外筒８１を作製し、トリクレンにて洗浄
後、磁気特性を確保するための焼鈍として、Ｈ2ガス
中、１１００℃で３時間の熱処理し、その後６００℃〜
４００℃間を１００℃／ｈで冷却した後取り出した。ま
た、図１４のＢに示すごとく、内径２５．５ｍｍ、肉厚
０．２ｍｍ、長さ７ｍｍ寸法のプラスチック製ボビン８
２に０．１８ｍｍ径のエナメル線を１００回、ソレノイ
ド巻したものを作製し、市販の瞬間接着剤を含浸させ
て、巻線を固め励磁コイル８３とした。図１４に示すご
とく、励磁コイル８３の上下から内筒８０及び外筒８１
を挿入、嵌合させて、図１５のＢに示すように励磁コイ
ル８３を内蔵した検出コア８４を作製した。なお、内筒
８０及び外筒８１の当接部は市販の瞬間接着剤にて固着
した。さらに、図１５のＢに示す検出コア８４に歪みか
ら保護するための図１５のＡ，Ｂに示す、プラスチック
製ケース８５，８６を被せてから、その外側に変調コイ
ルを兼ねた検出コイル８７として０．１８ｍｍ径のエナ
メル線を３００回、トロイダル巻きし、図１６に示すこ
の発明による直流電流センサー８８を作製した。
Ｍｏ−４．５Ｃｕ−Ｆｅ）材の板を用い、プレス成形に
て図１４のＡ，Ｃに示すごとく、一方端部を外側または
内側に湾曲成形した両者を組み合せて筒体を形成できる
内筒８０及び外筒８１を作製し、トリクレンにて洗浄
後、磁気特性を確保するための焼鈍として、Ｈ2ガス
中、１１００℃で３時間の熱処理し、その後６００℃〜
４００℃間を１００℃／ｈで冷却した後取り出した。ま
た、図１４のＢに示すごとく、内径２５．５ｍｍ、肉厚
０．２ｍｍ、長さ７ｍｍ寸法のプラスチック製ボビン８
２に０．１８ｍｍ径のエナメル線を１００回、ソレノイ
ド巻したものを作製し、市販の瞬間接着剤を含浸させ
て、巻線を固め励磁コイル８３とした。図１４に示すご
とく、励磁コイル８３の上下から内筒８０及び外筒８１
を挿入、嵌合させて、図１５のＢに示すように励磁コイ
ル８３を内蔵した検出コア８４を作製した。なお、内筒
８０及び外筒８１の当接部は市販の瞬間接着剤にて固着
した。さらに、図１５のＢに示す検出コア８４に歪みか
ら保護するための図１５のＡ，Ｂに示す、プラスチック
製ケース８５，８６を被せてから、その外側に変調コイ
ルを兼ねた検出コイル８７として０．１８ｍｍ径のエナ
メル線を３００回、トロイダル巻きし、図１６に示すこ
の発明による直流電流センサー８８を作製した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５９】以下に上記構成の直流電流センサーの作動
原理を図面に基づいて説明する。図１９は、被検出導線
１に電流Ｉが流れていない状態における検出コイルに発
生する出力に関して説明するものである。検出コイルに
周期的に向きと大きさが直線的に変化する三角波状の電
流を通電すると、検出コア内に図１９のＡに示す如き磁
束Φ3が発生し、検出コイルには図１９のＢに示す如き
起電力が発生する。図中矢印の向きは、起電力の位相を
示すもので、図１９のＢにおいてａ〜ｂ、ｂ〜ｃの間は
それぞれ互いに１８０度位相が異なることを示してい
る。すなわち、この発明の動作原理を理解しやすいよう
に、図２０のＡに示すような位相が異なる起電力につい
て、図２０のＢの如く位相の向きを矢印にて示したもの
である。（図２１の説明においても同様である。） 図１９のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、
波高制限を加えると図１９のＣの如き出力が得られ、さ
らに、この出力を位相検波することによって図１９のＤ
の如き出力が得られる。図１９のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れていない状態で
は、図１９のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間Ｔ2は等しく、そ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は０となる。
原理を図面に基づいて説明する。図１９は、被検出導線
１に電流Ｉが流れていない状態における検出コイルに発
生する出力に関して説明するものである。検出コイルに
周期的に向きと大きさが直線的に変化する三角波状の電
流を通電すると、検出コア内に図１９のＡに示す如き磁
束Φ3が発生し、検出コイルには図１９のＢに示す如き
起電力が発生する。図中矢印の向きは、起電力の位相を
示すもので、図１９のＢにおいてａ〜ｂ、ｂ〜ｃの間は
それぞれ互いに１８０度位相が異なることを示してい
る。すなわち、この発明の動作原理を理解しやすいよう
に、図２０のＡに示すような位相が異なる起電力につい
て、図２０のＢの如く位相の向きを矢印にて示したもの
である。（図２１の説明においても同様である。） 図１９のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、
波高制限を加えると図１９のＣの如き出力が得られ、さ
らに、この出力を位相検波することによって図１９のＤ
の如き出力が得られる。図１９のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れていない状態で
は、図１９のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間Ｔ2は等しく、そ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は０となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】図２０は、被検出導線１に電流Ｉが流れて
いる状態における検出コイルに発生する出力に関して説
明するものである。検出コイルに周期的に向きと大きさ
が直線的に変化する三角波状の電流を通電すると、検出
コア２内に図２１のＡに示す如き磁束Φ4が発生し、検
出コイルには図２１のＢに示す如き起電力が発生する。
すなわち、三角波状の電流によって発生する磁束Φ
3と、被検出導線１に流れる電流Ｉによって発生する磁
束Φ0とが重畳されることとなる（Φ4＝Φ3＋Φ0）。図
２１のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、波
高制限を加えると図２１のＣの如き出力が得られ、さら
に、この出力を位相検波することによって図２１のＤの
如き出力が得られる。図２１のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れている状態で
は、図２１のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1がマイナス（−）側の出力時間Ｔ2より長く、そ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は正となる（Ｔ1 −Ｔ2 ＞０）。こ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は、被検出導線に流れる電流Ｉと
比例することから、予め上記の検出値と電流Ｉとの相関
を測定しておくことによって電流Ｉの絶対値を知ること
ができる。また、これらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）が正（Ｔ1 −
Ｔ2 ＞０）又は負（Ｔ1 −Ｔ2 ＜０）の場合と、被検出導
線に流れる電流Ｉの向きとを予め確認、設定しておくこ
とによって電流Ｉの向きをその絶対値とともに同時に検
出することが可能となる。さらに、検出コイルに印加す
る電流の最大値が、検出コアの材料が有する保磁力（±
Ｈｃ）以上の磁場を発生するに足るように設定すれば、
検出コア２の材料が有するヒステリシスを要因とする出
力特性のヒステリシスを低減することができる。すなわ
ち、図１９及び図２１にて説明した作動原理に、さらに
検出コア２の材料が有する保磁力を考慮して検討する
と、検出コアに発生する磁束は矩形波となり、最終的に
検出コイルに発生する出力も同様な特性を示すこととな
る。
いる状態における検出コイルに発生する出力に関して説
明するものである。検出コイルに周期的に向きと大きさ
が直線的に変化する三角波状の電流を通電すると、検出
コア２内に図２１のＡに示す如き磁束Φ4が発生し、検
出コイルには図２１のＢに示す如き起電力が発生する。
すなわち、三角波状の電流によって発生する磁束Φ
3と、被検出導線１に流れる電流Ｉによって発生する磁
束Φ0とが重畳されることとなる（Φ4＝Φ3＋Φ0）。図
２１のＢに示す如き起電力をリミッターを通過させ、波
高制限を加えると図２１のＣの如き出力が得られ、さら
に、この出力を位相検波することによって図２１のＤの
如き出力が得られる。図２１のＤにおいて、プラス
（＋）側の出力時間Ｔ1とマイナス（−）側の出力時間
Ｔ2を測定し、これらの時間比率（デューティー比）を
検出する。被検出導線１に電流Ｉが流れている状態で
は、図２１のＤに示す如く、上記プラス（＋）側の出力
時間Ｔ1がマイナス（−）側の出力時間Ｔ2より長く、そ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は正となる（Ｔ1 −Ｔ2 ＞０）。こ
れらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）は、被検出導線に流れる電流Ｉと
比例することから、予め上記の検出値と電流Ｉとの相関
を測定しておくことによって電流Ｉの絶対値を知ること
ができる。また、これらの差（Ｔ1 −Ｔ2 ）が正（Ｔ1 −
Ｔ2 ＞０）又は負（Ｔ1 −Ｔ2 ＜０）の場合と、被検出導
線に流れる電流Ｉの向きとを予め確認、設定しておくこ
とによって電流Ｉの向きをその絶対値とともに同時に検
出することが可能となる。さらに、検出コイルに印加す
る電流の最大値が、検出コアの材料が有する保磁力（±
Ｈｃ）以上の磁場を発生するに足るように設定すれば、
検出コア２の材料が有するヒステリシスを要因とする出
力特性のヒステリシスを低減することができる。すなわ
ち、図１９及び図２１にて説明した作動原理に、さらに
検出コア２の材料が有する保磁力を考慮して検討する
と、検出コアに発生する磁束は矩形波となり、最終的に
検出コイルに発生する出力も同様な特性を示すこととな
る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６１】被検出導線１に電流Ｉが流れていない場
合、検出コイルに三角波状の電流を通電すると、検出コ
ア２に対して図２２のＢにおけるＨ3の如き磁場が印加
されることになる。この時、検出コア２に発生する磁束
は、図２２のＡに示すような検出コア２の有するヒステ
リシスによって図２２のＣに示すように、時間の変化と
ともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合、プラ
ス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1と、マイナス（−）側
の磁束の発生時間Ｔ2とは等しく、それらの差（Ｔ1 −Ｔ
2 ）は０となる。一方、被検出導線１に電流Ｉが流れて
いる場合、、検出コイルに三角波状の電流を通電する
と、検出コアに対して図２２のＢにおけるＨ4の如き磁
場が印加されることになる。この時、検出コアに発生す
る磁束は、図２２のＡに示すような検出コアの有するヒ
ステリシスによって図２２Ｄに示すように、時間の変化
とともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合で
は、上記プラス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1がマイナ
ス（−）側の磁束の発生時間Ｔ2より長く、それらの差
（Ｔ1 −Ｔ2 ）は正となる（Ｔ1 −Ｔ2 ＞０）。図２２のＣ
及び図２２のＤに示す磁束によって検出コイルに発生す
る起電力、さらにその起電力をリミッターを通過させ波
高制限を加えた後、位相検波することによっ得られる出
力特性も図２２のＣ及び図２２のＤに示すと同様な出力
時間特性となることは図１９及び図２１の説明によって
理解される。従って、検出コイルに印加する電流の最大
値が、検出コアの材料が有する保磁力以上の磁場を発生
するに足るよう設定することによって、検出コアの材料
が有するヒステリシスの影響は一定（いつも同一のヒス
テリシスループを描く）となり、また、上記の差（Ｔ1
−Ｔ2 ）が被検出導線に流れる電流Ｉと比例することか
ら、最終的に得られる出力特性が直線的になることが理
解される。
合、検出コイルに三角波状の電流を通電すると、検出コ
ア２に対して図２２のＢにおけるＨ3の如き磁場が印加
されることになる。この時、検出コア２に発生する磁束
は、図２２のＡに示すような検出コア２の有するヒステ
リシスによって図２２のＣに示すように、時間の変化と
ともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合、プラ
ス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1と、マイナス（−）側
の磁束の発生時間Ｔ2とは等しく、それらの差（Ｔ1 −Ｔ
2 ）は０となる。一方、被検出導線１に電流Ｉが流れて
いる場合、、検出コイルに三角波状の電流を通電する
と、検出コアに対して図２２のＢにおけるＨ4の如き磁
場が印加されることになる。この時、検出コアに発生す
る磁束は、図２２のＡに示すような検出コアの有するヒ
ステリシスによって図２２Ｄに示すように、時間の変化
とともに磁束の向きが変化（反転）する。この場合で
は、上記プラス（＋）側の磁束の発生時間Ｔ1がマイナ
ス（−）側の磁束の発生時間Ｔ2より長く、それらの差
（Ｔ1 −Ｔ2 ）は正となる（Ｔ1 −Ｔ2 ＞０）。図２２のＣ
及び図２２のＤに示す磁束によって検出コイルに発生す
る起電力、さらにその起電力をリミッターを通過させ波
高制限を加えた後、位相検波することによっ得られる出
力特性も図２２のＣ及び図２２のＤに示すと同様な出力
時間特性となることは図１９及び図２１の説明によって
理解される。従って、検出コイルに印加する電流の最大
値が、検出コアの材料が有する保磁力以上の磁場を発生
するに足るよう設定することによって、検出コアの材料
が有するヒステリシスの影響は一定（いつも同一のヒス
テリシスループを描く）となり、また、上記の差（Ｔ1
−Ｔ2 ）が被検出導線に流れる電流Ｉと比例することか
ら、最終的に得られる出力特性が直線的になることが理
解される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】前述した図１８に示す検出回路を用いて上
記の差（Ｔ1 −Ｔ2 ）を測定したところ、図２３のＡに示
す如き特性が得られた。次にＶｏｕｔ出力によりＵＰ．
ＤＯＷＮ ＣＯＵＮＴＥＲを動作させ、１５ｋＨｚのパ
ルスを印加して、Ｔ1−Ｔ2をパルスカウント数により読
み取った場合の読み値と貫通電流の関係を図２３のＢに
示す。図２３に示すように１ｍＡ以下もほぼ直線的に出
力され、誤差は±０．１ｍＡとなり、微小電流での計測
精度が優れていることが分かる。
記の差（Ｔ1 −Ｔ2 ）を測定したところ、図２３のＡに示
す如き特性が得られた。次にＶｏｕｔ出力によりＵＰ．
ＤＯＷＮ ＣＯＵＮＴＥＲを動作させ、１５ｋＨｚのパ
ルスを印加して、Ｔ1−Ｔ2をパルスカウント数により読
み取った場合の読み値と貫通電流の関係を図２３のＢに
示す。図２３に示すように１ｍＡ以下もほぼ直線的に出
力され、誤差は±０．１ｍＡとなり、微小電流での計測
精度が優れていることが分かる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の直流電流センサーの一実施例の概要
を示す部分断面斜視説明図である。
を示す部分断面斜視説明図である。
【図２】図１の直流電流センサーのａ−ａ縦断面説明図
である。
である。
【図３】図１の直流電流センサーの部分縦断面詳細説明
図である。
図である。
【図４】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す部分断面斜視説明図である。
要を示す部分断面斜視説明図である。
【図５】図１の直流電流センサーの検出コアを構成する
検出コア部材と励磁コイルを巻回配置するコイルボビン
の縦断面説明図である。
検出コア部材と励磁コイルを巻回配置するコイルボビン
の縦断面説明図である。
【図６】図１の直流電流センサーにおける被検出導線１
に流れる直流電流（微小領域）と出力との関係を示す線
グラフである。
に流れる直流電流（微小領域）と出力との関係を示す線
グラフである。
【図７】この発明の直流電流センサーを発明するに至る
までに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説明
図である。
までに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説明
図である。
【図８】図７の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図９】図７の直流電流センサー構成における印加され
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
た周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数と励
磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃは周
波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図１０】図７の直流電流センサーに接続する電気回路
の一実施例である。
の一実施例である。
【図１１】この発明の直流電流センサーを発明するに至
るまでに発明した他の直流電流センサーの概要を示す斜
視説明図である。
るまでに発明した他の直流電流センサーの概要を示す斜
視説明図である。
【図１２】Ａはこの発明による分割型の直流電流センサ
ーの分解斜視説明図であり、Ｂは上面説明図である。
ーの分解斜視説明図であり、Ｂは上面説明図である。
【図１３】この発明による分割型の直流電流センサーの
分解斜視説明図であり、Ａはコア、Ｂは励磁コイル、Ｃ
は全体をそれぞれ示す。
分解斜視説明図であり、Ａはコア、Ｂは励磁コイル、Ｃ
は全体をそれぞれ示す。
【図１４】Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による直流電流センサ
ーの分解斜視説明図である。
ーの分解斜視説明図である。
【図１５】Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による直流電流センサ
ーの分解斜視説明図である。
ーの分解斜視説明図である。
【図１６】この発明の直流電流センサーの外観を示す斜
視説明図である。
視説明図である。
【図１７】この発明の直流電流センサーにおける超微小
領域での被検出電流と出力との関係を示す線グラフであ
る。
領域での被検出電流と出力との関係を示す線グラフであ
る。
【図１８】Ａ，Ｂはこの発明の直流電流センサーに接続
する電気回路の一実施例の概要を示す説明図である。
する電気回路の一実施例の概要を示す説明図である。
【図１９】検出コイルの出力のデューティー比（プラス
（＋）の向きとマイナス（−）の向きの時間比率）の変
化を示すグラフである。
（＋）の向きとマイナス（−）の向きの時間比率）の変
化を示すグラフである。
【図２０】図１９における検出コイルの起電力の表示方
法を定義する説明図である。
法を定義する説明図である。
【図２１】検出コイルの出力のデューティー比の変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図２２】検出コアにおける磁束のデューティー比の変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図２３】Ａは実施例における差（Ｔ1 −Ｔ2 ）と電流と
の関係を示すグラフであり、ＢはＴ1−Ｔ2をパルスカウ
ント数により読み取った場合の読み値と貫通電流との関
係を示すグラフである。
の関係を示すグラフであり、ＢはＴ1−Ｔ2をパルスカウ
ント数により読み取った場合の読み値と貫通電流との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】 １ 被検出導線 ２，５１，６２ 検出コア ３，３ａ，３ｂ，５４ 検出コイル ４，４ａ，４ｂ 励磁コア ５，５３ 励磁コイル ６ 直交部 １０ 交流電流印加手段 １１ ＯＳＣ １２ Ｔ−ＦＦ １３，３１ ＬＰＦ １４ バッファーアンプ ２０ 位相比較回路 ３２ フェーズシフター ３３ シュミット・トリガー ４３，４３ａ，４３ｂ 変調コイル ５１ａ，５１ｃ 検出コア部材 ５１ｂ ボビン ５２ 中空部 ６２ 検出コア ６２ａ，６２ｂ 検出コア部材 ６３ 検出コイル ６５ａ，６５ｂ 励磁コイル部材 ６６ａ，６６ｂ 半円弧状板 ６７ 結束バンド ６８ａ，６８ｂ 締着用突起 ６９ ねじ ７０ 検出コア ７１，７２ 馬蹄形検出コア部材 ７２ａ，７２ｂ 検出コア部材 ７３，７４ 励磁コイル部７５，７６ 検出コイル部 ８０ 内筒 ８１ 外筒 ８２ ボビン ８３ 励磁コイル ８４ 検出コア ８５，８６ ケース ８７ 検出コイル ８８ 直流電流センサー
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１６】
Claims (2)
- 【請求項１】 環状の軟質磁性材料からなる検出コアの
内部に周方向に連通する中空部を形成し、該中空部に周
方向に巻回する励磁コイルを配置するとともに、検出コ
アの外周部にトロイダル状に巻回する検出コイルを配置
し、かつ、検出コアの内側に非接触検出する直流電流が
流れる被検出導線を貫通配置したことを特徴とする直流
電流センサー。 - 【請求項２】 コアが被検出導線を貫通配置する際に周
方向の少なくとも一ヶ所にて分割可能な構成であること
を特徴とする請求項１に記載の直流電流センサー。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35205493A JP3286446B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 直流電流センサー |
| CA002138822A CA2138822C (en) | 1993-12-29 | 1994-12-22 | Dc current sensor |
| US08/361,545 US5517104A (en) | 1993-12-29 | 1994-12-22 | Lead wire DC current sensor with saturated detecting core |
| DE69423867T DE69423867T2 (de) | 1993-12-29 | 1994-12-29 | Gleichstromsensor |
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