JPH1010161A - 直流電流センサー - Google Patents
直流電流センサーInfo
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- JPH1010161A JPH1010161A JP8181638A JP18163896A JPH1010161A JP H1010161 A JPH1010161 A JP H1010161A JP 8181638 A JP8181638 A JP 8181638A JP 18163896 A JP18163896 A JP 18163896A JP H1010161 A JPH1010161 A JP H1010161A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造が比較的簡単であり、比較的微小な電流
から１００Ａ以上の大きな電流までの広範囲の電流変化
に対しても直線性に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。 【解決手段】 周方向の一か所に所定寸法の空隙を形成
したＣ字状の軟質磁性材料からなるコアに、励磁コイル
および検出コイルをトロイダル状に巻回配置した構成に
おいて、励磁コイルにコアの保磁力を超える磁場を発生
させる三角波状の励磁電流を流した時、コア内の磁束の
向きが反転することから、この反転のタイミングを検出
コイルに発生するパルス状の電圧にて検出し、これらの
パルス間隔を比較測定することにより、被検出導線に流
れる直流電流の絶対値と向きを検出することができる。
から１００Ａ以上の大きな電流までの広範囲の電流変化
に対しても直線性に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。 【解決手段】 周方向の一か所に所定寸法の空隙を形成
したＣ字状の軟質磁性材料からなるコアに、励磁コイル
および検出コイルをトロイダル状に巻回配置した構成に
おいて、励磁コイルにコアの保磁力を超える磁場を発生
させる三角波状の励磁電流を流した時、コア内の磁束の
向きが反転することから、この反転のタイミングを検出
コイルに発生するパルス状の電圧にて検出し、これらの
パルス間隔を比較測定することにより、被検出導線に流
れる直流電流の絶対値と向きを検出することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、配電盤制御回路信号
の保守管理等における電流計測、製鉄所等の大型設備に
設置された各種センサーからのアナログ電流信号の検
出、小型直流機器の制御を行うための電流計測等の広範
囲の分野で使用される直流電流センサーに係り、構造が
比較的簡単であり、微小な電流から比較的大きな電流ま
での広範囲の変化（例えば、３Ａ〜３００Ａ程度）に対
しても直線性に優れた検出能力を有する高感度の直流電
流センサーに関する。
の保守管理等における電流計測、製鉄所等の大型設備に
設置された各種センサーからのアナログ電流信号の検
出、小型直流機器の制御を行うための電流計測等の広範
囲の分野で使用される直流電流センサーに係り、構造が
比較的簡単であり、微小な電流から比較的大きな電流ま
での広範囲の変化（例えば、３Ａ〜３００Ａ程度）に対
しても直線性に優れた検出能力を有する高感度の直流電
流センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近は、多くの技術分野で直流を使用し
た機器が増加しており、これらの機器を安全にかつ円滑
に作動させるためには、直流電流の計測が不可欠であ
り、高感度の直流電流センサーの必要性が高まってき
た。これらの直流電流センサーとしては、ホール素子方
式、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）等が知られている。
た機器が増加しており、これらの機器を安全にかつ円滑
に作動させるためには、直流電流の計測が不可欠であ
り、高感度の直流電流センサーの必要性が高まってき
た。これらの直流電流センサーとしては、ホール素子方
式、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）等が知られている。
【０００３】ホール素子方式は、構造が比較的シンプル
であり、取り扱いも容易であるが、その検出能力が、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は、２０Ａ以下の電
流を比較的高精度（±２％程度）に測定することは困難
であり、通常、検出電流が大きな（例えば、２０Ａを超
える）用途での使用に限られていた。
であり、取り扱いも容易であるが、その検出能力が、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は、２０Ａ以下の電
流を比較的高精度（±２％程度）に測定することは困難
であり、通常、検出電流が大きな（例えば、２０Ａを超
える）用途での使用に限られていた。
【０００４】一方、マグアンプ方式、磁気マルチバイブ
レータ方式は、ホール素子方式に比べ比較的小さな電流
の計測が可能であるが、構造が複雑であるとともに、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
偏磁させる必要があり、検出電流に応じて該コアに被検
出導線を数１０ターンから数１００ターン以上巻回する
こととなり用途が大幅に限定される。
レータ方式は、ホール素子方式に比べ比較的小さな電流
の計測が可能であるが、構造が複雑であるとともに、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
偏磁させる必要があり、検出電流に応じて該コアに被検
出導線を数１０ターンから数１００ターン以上巻回する
こととなり用途が大幅に限定される。
【０００５】従来から知られているホール素子方式やマ
グアンプ方式及び磁気マルチバイブレータ方式等は、例
えば、０．２Ａ〜２０Ａ程度の微小な電流から比較的大
きな電流までの電流変化に対して対応できないことか
ら、比較的簡単な構成で０．２Ａ〜２０Ａの電流変化を
捕らえることができる構成の直流電流センサーが求めら
れていた。
グアンプ方式及び磁気マルチバイブレータ方式等は、例
えば、０．２Ａ〜２０Ａ程度の微小な電流から比較的大
きな電流までの電流変化に対して対応できないことか
ら、比較的簡単な構成で０．２Ａ〜２０Ａの電流変化を
捕らえることができる構成の直流電流センサーが求めら
れていた。
【０００６】そこで、本願出願人は先に、環状の軟質磁
性材料からなるコアに、励磁コイルおよび検出コイルを
トロイダル状に巻回配置した最も簡単な構成において、
励磁コイルにコアの保磁力を超える磁場を発生させる三
角波状の励磁電流を流した時、コア内の磁束の向きが反
転することに着目し、この反転のタイミングを検出コイ
ルに発生するパルス状の電圧にて検出し、コア内に貫通
配置される被検出導線に流れる直流電流の絶対値の変化
に対応するこれらのパルス間隔を比較測定することによ
り、該被検出導線に流れる直流電流の絶対値を検出する
ことが可能となることを知見し、上記の環状コアを有す
る構成からなる直流電流センサーを提案（特開平７−１
２８３７３号）した。
性材料からなるコアに、励磁コイルおよび検出コイルを
トロイダル状に巻回配置した最も簡単な構成において、
励磁コイルにコアの保磁力を超える磁場を発生させる三
角波状の励磁電流を流した時、コア内の磁束の向きが反
転することに着目し、この反転のタイミングを検出コイ
ルに発生するパルス状の電圧にて検出し、コア内に貫通
配置される被検出導線に流れる直流電流の絶対値の変化
に対応するこれらのパルス間隔を比較測定することによ
り、該被検出導線に流れる直流電流の絶対値を検出する
ことが可能となることを知見し、上記の環状コアを有す
る構成からなる直流電流センサーを提案（特開平７−１
２８３７３号）した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の直流電流センサ
ーは、トロイダル状に巻回配置した励磁コイルおよび検
出コイルを有する環状コア内に該コアの保磁力を超える
磁場を発生させるため、前記励磁コイルに三角波状の励
磁電流を流して、コア内の磁束の向きが反転するタイミ
ングを前記検出コイルに発生するパルス状の電圧にて検
出するものである。
ーは、トロイダル状に巻回配置した励磁コイルおよび検
出コイルを有する環状コア内に該コアの保磁力を超える
磁場を発生させるため、前記励磁コイルに三角波状の励
磁電流を流して、コア内の磁束の向きが反転するタイミ
ングを前記検出コイルに発生するパルス状の電圧にて検
出するものである。
【０００８】しかし、三角波状の励磁電流によって発生
するコア内の磁場と、被検出導線に流れる直流電流によ
って発生するコア内の磁場とが重畳され、これらの磁場
によってコア内が飽和すると、コア内での磁場変化がな
くなり、結果として飽和している時間域では出力パルス
が得られず、また、三角波の山側または谷側で発生する
パルス間隔ｔ1、ｔ2の一方が非常に小さくなり、高感度
の測定が困難となる問題があった。特に、前記環状コア
を有する構成においては被検出導線に流れる直流電流が
２０Ａを超えると、一方のパルス間隙ｔ1またはｔ2が実
質的に０となり、目的とする電流測定を実現することが
できなかった。
するコア内の磁場と、被検出導線に流れる直流電流によ
って発生するコア内の磁場とが重畳され、これらの磁場
によってコア内が飽和すると、コア内での磁場変化がな
くなり、結果として飽和している時間域では出力パルス
が得られず、また、三角波の山側または谷側で発生する
パルス間隔ｔ1、ｔ2の一方が非常に小さくなり、高感度
の測定が困難となる問題があった。特に、前記環状コア
を有する構成においては被検出導線に流れる直流電流が
２０Ａを超えると、一方のパルス間隙ｔ1またはｔ2が実
質的に０となり、目的とする電流測定を実現することが
できなかった。
【０００９】この発明は、従来の環状コア型構成と同様
に構造が簡単であり、比較的微小な電流から１００Ａ以
上の大電流までの広範囲の変化に対しても直線性に優れ
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
目的としている。
に構造が簡単であり、比較的微小な電流から１００Ａ以
上の大電流までの広範囲の変化に対しても直線性に優れ
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
目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明者らは、比較的微小
な電流から１００Ａ以上の大電流までの広範囲の変化に
対しても直線性に優れた検出能力を発揮できる直流電流
センサーの構成を目的に種々検討した結果、従来の環状
コアの周方向の一か所に所定寸法の空隙を形成すると、
従来の環状コアを有する構成からなる直流電流センサー
と基本的な機能を同様に維持したまま該コアのヒステリ
シスカーブが磁場の絶対値の大きな方へ傾斜し、結果と
してコアの飽和点が磁場の絶対値の大きな方へ移動する
こととなり、実質的にコアが飽和するまでの範囲を拡大
することが実現でき、直線性に優れた検出能力が拡大さ
れて、３００Ａ程度の大電流までの広範囲の変化に対応
できることを知見し、この発明を完成した。
な電流から１００Ａ以上の大電流までの広範囲の変化に
対しても直線性に優れた検出能力を発揮できる直流電流
センサーの構成を目的に種々検討した結果、従来の環状
コアの周方向の一か所に所定寸法の空隙を形成すると、
従来の環状コアを有する構成からなる直流電流センサー
と基本的な機能を同様に維持したまま該コアのヒステリ
シスカーブが磁場の絶対値の大きな方へ傾斜し、結果と
してコアの飽和点が磁場の絶対値の大きな方へ移動する
こととなり、実質的にコアが飽和するまでの範囲を拡大
することが実現でき、直線性に優れた検出能力が拡大さ
れて、３００Ａ程度の大電流までの広範囲の変化に対応
できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】この発明は、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する環状の軟質磁性材
料からなるコアと、該コアにトロイダル状に巻回配置し
た励磁コイルおよび検出コイルを有し、かつ前記コアの
周方向の少なくとも一か所に空隙を形成する構成からな
り、前記励磁コイルに、コア内に該コアの保磁力を超え
る磁場を発生させる三角波状の励磁電流を流し、コア内
の磁束の向きが反転するタイミングを前記検出コイルに
発生するパルス状の電圧にて検出し、該パルスの間隔を
比較測定することにより、被検出導線に流れる直流電流
の絶対値を検出することを特徴とする直流電流センサー
である。
流が流れる被検出導線を貫通配置する環状の軟質磁性材
料からなるコアと、該コアにトロイダル状に巻回配置し
た励磁コイルおよび検出コイルを有し、かつ前記コアの
周方向の少なくとも一か所に空隙を形成する構成からな
り、前記励磁コイルに、コア内に該コアの保磁力を超え
る磁場を発生させる三角波状の励磁電流を流し、コア内
の磁束の向きが反転するタイミングを前記検出コイルに
発生するパルス状の電圧にて検出し、該パルスの間隔を
比較測定することにより、被検出導線に流れる直流電流
の絶対値を検出することを特徴とする直流電流センサー
である。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の直流電流センサーの構
成並びに作用を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
まず、図１はこの発明の直流電流センサーの一実施例を
示す概要説明図であり、１は直流電流センサーの本体部
を示している。この発明の特徴である軟質磁性材料から
なるコア１１は、環状コアの周方向に一か所を所定寸法
の空隙１１ａとなるよう切断した構成、例えば、公知の
パーマロイ等からなる軟質磁性材料を略リング状のＣ字
型に打ち抜き、所定の熱処理を施した後、複数枚を積層
して絶縁性樹脂ケース内に配置した構成等からなり、内
側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線１２を
貫通配置してある。
成並びに作用を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
まず、図１はこの発明の直流電流センサーの一実施例を
示す概要説明図であり、１は直流電流センサーの本体部
を示している。この発明の特徴である軟質磁性材料から
なるコア１１は、環状コアの周方向に一か所を所定寸法
の空隙１１ａとなるよう切断した構成、例えば、公知の
パーマロイ等からなる軟質磁性材料を略リング状のＣ字
型に打ち抜き、所定の熱処理を施した後、複数枚を積層
して絶縁性樹脂ケース内に配置した構成等からなり、内
側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線１２を
貫通配置してある。
【００１３】このＣ字型コア１１には励磁コイル１３が
トロイダル状に巻回配置されている。また、励磁コイル
１３と同様に上記コア１１にトロイダル状に検出コイル
１４が巻回配置されている。また、図１において、２は
励磁コイル１３に接続する電源部であり、ファンクショ
ンジェネレータと定電流アンプからなり、後述する所定
の三角波の励磁電流を流す。また、３は検出コイル１４
に接続する電気回路部であり、後述する検出コイル１４
にて検出したパルス電圧に基づいて、所定のアナログ出
力を得る。なお、励磁コイル１３にも上記のパルス状の
電圧が発生することから、電気的にパルス成分のみを取
り出す回路を付加することによって励磁コイル１３自体
に検出コイル１４の機能を共用させることができる。
トロイダル状に巻回配置されている。また、励磁コイル
１３と同様に上記コア１１にトロイダル状に検出コイル
１４が巻回配置されている。また、図１において、２は
励磁コイル１３に接続する電源部であり、ファンクショ
ンジェネレータと定電流アンプからなり、後述する所定
の三角波の励磁電流を流す。また、３は検出コイル１４
に接続する電気回路部であり、後述する検出コイル１４
にて検出したパルス電圧に基づいて、所定のアナログ出
力を得る。なお、励磁コイル１３にも上記のパルス状の
電圧が発生することから、電気的にパルス成分のみを取
り出す回路を付加することによって励磁コイル１３自体
に検出コイル１４の機能を共用させることができる。
【００１４】ここで、Ｃ字型コア１１の磁気特性につい
て、図３に基づいて説明する。空隙の存在しない従来の
環状コアの場合は、通常、図中イに示すようなヒステリ
シスカーブを有する。コアの周方向に空隙１１ａを設け
た場合は、図中ロに示すように、飽和磁束密度（Ｂｓ）
と保磁力（Ｈｃ）は実質的に変化することなく、磁場
（Ｈ）の絶対値の大きな方へ一層大きく傾斜することと
なる。すなわち、飽和点が磁場（Ｈ）の絶対値の大きな
方へ移動（図中Ｃ→Ｄ、−Ｃ→−Ｄと移動）することと
なり、コアが飽和するまでの磁場強度の範囲が拡大され
ることとなる。従って、従来の環状コアの場合に発生す
る著しい出力パルス間隙の縮小を防止することが可能と
なり、実質的に直線性に優れた高精度の測定範囲を拡大
することになる。
て、図３に基づいて説明する。空隙の存在しない従来の
環状コアの場合は、通常、図中イに示すようなヒステリ
シスカーブを有する。コアの周方向に空隙１１ａを設け
た場合は、図中ロに示すように、飽和磁束密度（Ｂｓ）
と保磁力（Ｈｃ）は実質的に変化することなく、磁場
（Ｈ）の絶対値の大きな方へ一層大きく傾斜することと
なる。すなわち、飽和点が磁場（Ｈ）の絶対値の大きな
方へ移動（図中Ｃ→Ｄ、−Ｃ→−Ｄと移動）することと
なり、コアが飽和するまでの磁場強度の範囲が拡大され
ることとなる。従って、従来の環状コアの場合に発生す
る著しい出力パルス間隙の縮小を防止することが可能と
なり、実質的に直線性に優れた高精度の測定範囲を拡大
することになる。
【００１５】なお、この発明のコア１１の場合は空隙の
ない場合と比較して磁気的な抵抗が大きくなることか
ら、同一磁場の変化に対する磁束密度（Ｂ）の変化が小
さくなり出力値が若干小さくなるが、測定回路における
電気的な増幅により空隙のない場合と同様な精度を維持
することが可能である。また、図３からも明らかなよう
に飽和磁束密度（Ｂｓ）と保磁力（Ｈｃ）には変化がな
いことから、この発明のコア１１の場合の残留磁束密度
（Ｂ2）は空隙のない場合の残留磁束密度（Ｂ1）と比較
して小さな値となり、出力特性に与える残磁の影響が大
きく減少され、より一層直線性に優れた高精度の測定を
可能とする。
ない場合と比較して磁気的な抵抗が大きくなることか
ら、同一磁場の変化に対する磁束密度（Ｂ）の変化が小
さくなり出力値が若干小さくなるが、測定回路における
電気的な増幅により空隙のない場合と同様な精度を維持
することが可能である。また、図３からも明らかなよう
に飽和磁束密度（Ｂｓ）と保磁力（Ｈｃ）には変化がな
いことから、この発明のコア１１の場合の残留磁束密度
（Ｂ2）は空隙のない場合の残留磁束密度（Ｂ1）と比較
して小さな値となり、出力特性に与える残磁の影響が大
きく減少され、より一層直線性に優れた高精度の測定を
可能とする。
【００１６】以上に説明したヒステリシスカーブを有す
るコア１１を配置した構成において、励磁コイル１３
に、該コア１１の保磁力を超える磁場を該コア１１内に
発生させる三角波状の励磁電流ｉを流す。すなわち、電
流のピーク値をｉpとし、コア１１の保磁力をＨｃとす
るとＨｃ≪Ｎｉp／ｌとなるように三角波状励磁電流の
ピーク値ｉpを設定する。なお、ここで、Ｎは励磁コイ
ル１３の巻数、ｌはコア１１の磁路長である。被検出導
線１２に電流Ｉが流れていない場合（Ｉ＝０）において
は、励磁電流ｉが増加してＮｉ／ｌ＝Ｈｃになった時、
また、励磁電流ｉが減少してＮｉ／ｌ＝−Ｈｃになった
時にそれぞれコア１１内の磁束の向きが急速に反転し、
該反転時に検出コイル１４に逆向きのパルス電圧が発生
する。ここで、コア１１の保磁力（Ｈｃ）が正負対称で
あれば、保磁力（Ｈｃ）の大きさによらず、三角波の山
側と谷側で発生するパルス間隔ｔ1，ｔ2は等しくなる。
るコア１１を配置した構成において、励磁コイル１３
に、該コア１１の保磁力を超える磁場を該コア１１内に
発生させる三角波状の励磁電流ｉを流す。すなわち、電
流のピーク値をｉpとし、コア１１の保磁力をＨｃとす
るとＨｃ≪Ｎｉp／ｌとなるように三角波状励磁電流の
ピーク値ｉpを設定する。なお、ここで、Ｎは励磁コイ
ル１３の巻数、ｌはコア１１の磁路長である。被検出導
線１２に電流Ｉが流れていない場合（Ｉ＝０）において
は、励磁電流ｉが増加してＮｉ／ｌ＝Ｈｃになった時、
また、励磁電流ｉが減少してＮｉ／ｌ＝−Ｈｃになった
時にそれぞれコア１１内の磁束の向きが急速に反転し、
該反転時に検出コイル１４に逆向きのパルス電圧が発生
する。ここで、コア１１の保磁力（Ｈｃ）が正負対称で
あれば、保磁力（Ｈｃ）の大きさによらず、三角波の山
側と谷側で発生するパルス間隔ｔ1，ｔ2は等しくなる。
【００１７】また、被検出導線１２に電流Ｉが流れてい
る場合（Ｉ＝Ｉ0）においては、コア１１内に上記に説
明したような励磁電流ｉの増減によって発生する磁場以
外に被検出導線１２に流れる電流Ｉによって、予め磁場
（Ｉ0／ｌ）が形成されることから、これらの磁場が重
畳され励磁電流ｉが増加して励磁コア１１内の磁場Ｈが
Ｈ ＝ Ｎｉ／ｌ − Ｉ0／ｌ ＝ ＋Ｈｃになった
時、また、励磁電流ｉが減少して励磁コア１１内の磁場
ＨがＨ ＝ Ｎｉ／ｌ − Ｉ0／ｌ ＝ −Ｈｃにな
った時にそれぞれコア１１内の磁束の向きが急速に反転
し、該反転時に検出コイル１４に逆向きのパルス電圧が
発生することとなる。
る場合（Ｉ＝Ｉ0）においては、コア１１内に上記に説
明したような励磁電流ｉの増減によって発生する磁場以
外に被検出導線１２に流れる電流Ｉによって、予め磁場
（Ｉ0／ｌ）が形成されることから、これらの磁場が重
畳され励磁電流ｉが増加して励磁コア１１内の磁場Ｈが
Ｈ ＝ Ｎｉ／ｌ − Ｉ0／ｌ ＝ ＋Ｈｃになった
時、また、励磁電流ｉが減少して励磁コア１１内の磁場
ＨがＨ ＝ Ｎｉ／ｌ − Ｉ0／ｌ ＝ −Ｈｃにな
った時にそれぞれコア１１内の磁束の向きが急速に反転
し、該反転時に検出コイル１４に逆向きのパルス電圧が
発生することとなる。
【００１８】この発明のコア１１の場合は先に説明した
ように被検出導線１２に流れる電流Ｉが大きくてもコア
が飽和するまでの磁場強度の範囲が広いため、各々のパ
ルス電圧の発生が良好に行われ、比較的広いパルス間隔
が得られる。なお、この場合は、コア１１の保磁力（Ｈ
ｃ）が正負対称であったとしても三角波の山側と谷側で
発生するパルス間隔ｔ1，ｔ2に差が生じることとなる。
しかし、励磁電流ｉの時間当たりの変化が一定で、かつ
増加時と減少時の傾きの絶対値が等しい場合（ｄｉ（増
加）／ｄｔ＝−ｄｉ（減少）／ｄｔ＝一定）は、被検出
導線１２に流れる電流Ｉが｛（ｔ2−ｔ1）／（ｔ2＋
ｔ1）｝と比例する。
ように被検出導線１２に流れる電流Ｉが大きくてもコア
が飽和するまでの磁場強度の範囲が広いため、各々のパ
ルス電圧の発生が良好に行われ、比較的広いパルス間隔
が得られる。なお、この場合は、コア１１の保磁力（Ｈ
ｃ）が正負対称であったとしても三角波の山側と谷側で
発生するパルス間隔ｔ1，ｔ2に差が生じることとなる。
しかし、励磁電流ｉの時間当たりの変化が一定で、かつ
増加時と減少時の傾きの絶対値が等しい場合（ｄｉ（増
加）／ｄｔ＝−ｄｉ（減少）／ｄｔ＝一定）は、被検出
導線１２に流れる電流Ｉが｛（ｔ2−ｔ1）／（ｔ2＋
ｔ1）｝と比例する。
【００１９】従って、予めこれらのパルス間隔ｔ1，ｔ2
の差と被検出導線１２に流れている電流Ｉとの相関を測
定しておくことによって、それぞれパルス間隔ｔ1，ｔ2
を電気的に計測することで被検出導線１２に流れている
電流Ｉの絶対値と向きを検出することが可能となる。例
えば、図１に示す構成において、被検出導線１２に電流
Ｉが流れている時、ファンクションジェネレータと定電
流アンプからなる電源部２から励磁コイル１３に所定の
三角波状の励磁電流ｉを流すと、検出コイル１４には電
流Ｉの絶対値に対応したパルス状の電圧が検出され、電
気回路３を介して、最終的に所定のアナログ出力を得る
ことができる。なお、図１の電気回路３に示す各々の位
置Ａ〜Ｄにおける電気信号の概要を図２に示す。
の差と被検出導線１２に流れている電流Ｉとの相関を測
定しておくことによって、それぞれパルス間隔ｔ1，ｔ2
を電気的に計測することで被検出導線１２に流れている
電流Ｉの絶対値と向きを検出することが可能となる。例
えば、図１に示す構成において、被検出導線１２に電流
Ｉが流れている時、ファンクションジェネレータと定電
流アンプからなる電源部２から励磁コイル１３に所定の
三角波状の励磁電流ｉを流すと、検出コイル１４には電
流Ｉの絶対値に対応したパルス状の電圧が検出され、電
気回路３を介して、最終的に所定のアナログ出力を得る
ことができる。なお、図１の電気回路３に示す各々の位
置Ａ〜Ｄにおける電気信号の概要を図２に示す。
【００２０】この発明において、Ｃ字型コア１１の空隙
１１ａの寸法Ｌｇは、その値が小さすぎると上述の飽和
点の移動範囲が小さく、測定範囲の拡大効果が小さく、
逆にＬｇが大きすぎると、微小電流域出の精度が維持で
きなくなるため、図１Ｂに示すごとく、コアに形成され
る空隙の周方向の長さＬｇと該空隙を含むコア周方向の
全長Ｌとの比Ｌｇ／Ｌを、０．００１〜０．０５の範囲
にすることが望ましい。図示する例は空隙が一か所の場
合であるが、必要に応じて複数箇所設けることが可能
で、この場合、複数の空隙の合計寸法が上記の範囲とな
るようにすると良い。なお、前述した従来の直流電流セ
ンサーにおいて、分割型の構成が提案されているが、こ
れは接合部においてできるだけ磁気抵抗が増加しないよ
うに、締めつけや嵌合式の構成を採用することから実質
的には空隙がないもので、実施例にも明らかなようにこ
の発明の作用効果を全く奏しないものである。
１１ａの寸法Ｌｇは、その値が小さすぎると上述の飽和
点の移動範囲が小さく、測定範囲の拡大効果が小さく、
逆にＬｇが大きすぎると、微小電流域出の精度が維持で
きなくなるため、図１Ｂに示すごとく、コアに形成され
る空隙の周方向の長さＬｇと該空隙を含むコア周方向の
全長Ｌとの比Ｌｇ／Ｌを、０．００１〜０．０５の範囲
にすることが望ましい。図示する例は空隙が一か所の場
合であるが、必要に応じて複数箇所設けることが可能
で、この場合、複数の空隙の合計寸法が上記の範囲とな
るようにすると良い。なお、前述した従来の直流電流セ
ンサーにおいて、分割型の構成が提案されているが、こ
れは接合部においてできるだけ磁気抵抗が増加しないよ
うに、締めつけや嵌合式の構成を採用することから実質
的には空隙がないもので、実施例にも明らかなようにこ
の発明の作用効果を全く奏しないものである。
【００２１】以上に示すこの発明の直流電流センサー
は、コアとして、円環状の他、楕円環状、矩形枠状等種
々の環状の軟質磁性材料において周方向に空隙を設けた
構成を必須とするが、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等に応じて
該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。ま
た、これらの軟質磁性材料は単板で構成しても良いが、
先に説明した実施例のように複数枚の軟質磁性材料を積
層して一体化構成を採用することも可能である。さら
に、必要に応じて、この発明の直流電流センサーをパー
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
にて覆い、誘導ノイズの混入を防止することが望まし
い。
は、コアとして、円環状の他、楕円環状、矩形枠状等種
々の環状の軟質磁性材料において周方向に空隙を設けた
構成を必須とするが、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等に応じて
該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。ま
た、これらの軟質磁性材料は単板で構成しても良いが、
先に説明した実施例のように複数枚の軟質磁性材料を積
層して一体化構成を採用することも可能である。さら
に、必要に応じて、この発明の直流電流センサーをパー
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
にて覆い、誘導ノイズの混入を防止することが望まし
い。
【００２２】
【実施例】厚さ０．５ｍｍの薄板からなるパーマロイＣ
（７８％Ｎｉ−５％Ｍｏ−４％Ｃｕ−ｂａｌＦｅ）を外
径４３ｍｍ、内径３２ｍｍのリング状に打ち抜き、さら
に水素ガス雰囲気にて１１００℃×３ｈｒの熱処理を施
した後、６００°Ｃ〜４００℃の間を１００℃／ｈｒで
多段の冷却処理を施す熱処理を完了させ、従来の直流電
流センサーを構成するコア素材を作成した。さらに、同
じコア素材を用いて、円周方向に１か所、１ｍｍ長さの
空隙を設けて、この発明の直流電流センサーを構成する
コア素材を作成した。このコア素材、１０枚をそれぞれ
絶縁性樹脂からなるケース内に積層して配置して、環状
並びにＣ字型コアとした。なお、この発明のコア素材の
Ｌｇ／Ｌは０．００８であった。
（７８％Ｎｉ−５％Ｍｏ−４％Ｃｕ−ｂａｌＦｅ）を外
径４３ｍｍ、内径３２ｍｍのリング状に打ち抜き、さら
に水素ガス雰囲気にて１１００℃×３ｈｒの熱処理を施
した後、６００°Ｃ〜４００℃の間を１００℃／ｈｒで
多段の冷却処理を施す熱処理を完了させ、従来の直流電
流センサーを構成するコア素材を作成した。さらに、同
じコア素材を用いて、円周方向に１か所、１ｍｍ長さの
空隙を設けて、この発明の直流電流センサーを構成する
コア素材を作成した。このコア素材、１０枚をそれぞれ
絶縁性樹脂からなるケース内に積層して配置して、環状
並びにＣ字型コアとした。なお、この発明のコア素材の
Ｌｇ／Ｌは０．００８であった。
【００２３】コアに、外径０．４５ｍｍのポリウレタン
被覆銅線をトロイダル状に９５０ターン巻回して励磁コ
イルとした。また、外径０．４５ｍｍのポリウレタン被
覆銅線をトロイダル状に９５０ターン巻回して検出コイ
ルとした。これらの励磁コイルと検出コイルを電源部及
びアナログ電気回路部に接続して、この発明の直流電流
センサーを完成した。コア内に、外径８ｍｍのビニル被
覆からなる被検出導線を貫通配置した後、前記励磁コイ
ルに２７Ｈｚ、ｉp＝±０．５Ａの三角波電流を流すと
ともに、被検出導線に流す直流電流（被検出電流）を変
化させたときの、最終的出力特性を図４に示す。この結
果より、この発明の直流電流センサーは３Ａ〜１００Ａ
の範囲で±２％の精度で測定可能なことが確認できた。
被覆銅線をトロイダル状に９５０ターン巻回して励磁コ
イルとした。また、外径０．４５ｍｍのポリウレタン被
覆銅線をトロイダル状に９５０ターン巻回して検出コイ
ルとした。これらの励磁コイルと検出コイルを電源部及
びアナログ電気回路部に接続して、この発明の直流電流
センサーを完成した。コア内に、外径８ｍｍのビニル被
覆からなる被検出導線を貫通配置した後、前記励磁コイ
ルに２７Ｈｚ、ｉp＝±０．５Ａの三角波電流を流すと
ともに、被検出導線に流す直流電流（被検出電流）を変
化させたときの、最終的出力特性を図４に示す。この結
果より、この発明の直流電流センサーは３Ａ〜１００Ａ
の範囲で±２％の精度で測定可能なことが確認できた。
【００２４】また、デジタル電気回路を用いることによ
って微小電流域を１００ｍＡ程度まで拡大することも可
能であること確認した。さらに、コアの空隙寸法、励磁
電流の特性、電気回路等の選定によって３Ａ〜３００Ａ
の範囲で±５％の精度が確保できることを確認した。こ
れに対して、同様寸法、材質を用いた従来の直流電流セ
ンサーは、２０Ａ以上の測定ができなかった。従って、
この発明の直流電流センサーは、種々の用途に採用する
ことができ、特に大電流の直流機器の制御や保守管理に
おいて、この発明の効果を有効に実現することができる
ことが明らかである。
って微小電流域を１００ｍＡ程度まで拡大することも可
能であること確認した。さらに、コアの空隙寸法、励磁
電流の特性、電気回路等の選定によって３Ａ〜３００Ａ
の範囲で±５％の精度が確保できることを確認した。こ
れに対して、同様寸法、材質を用いた従来の直流電流セ
ンサーは、２０Ａ以上の測定ができなかった。従って、
この発明の直流電流センサーは、種々の用途に採用する
ことができ、特に大電流の直流機器の制御や保守管理に
おいて、この発明の効果を有効に実現することができる
ことが明らかである。
【００２５】
【発明の効果】この発明の直流電流センサーは、基本的
な構成に所定寸法比の空隙を設けたＣ字状の軟質磁性材
料からなるコアに、励磁コイルおよび検出コイルをトロ
イダル状に巻回配置した簡単な構成を採用し、励磁コイ
ルにコアの保磁力を超える磁場を発生させる三角波状の
励磁電流を流し、その時のコア内の磁束の向きが反転す
るタイミングを検出コイルに発生するパルス状の電圧に
て検出し、これらのパルス間隔を比較測定することによ
り、被検出導線に流れる直流電流の絶対値と向きを検出
する構成であることから、電気回路もあまり複雑でな
く、しかも、比較的微小な電流から大きな電流までの広
範囲の電流変化、例えば、３Ａ〜３００Ａ程度に対して
直線性に優れた検出能力を有することから、種々の直流
機器の制御や保守管理用のセンサーとして採用すること
ができる。
な構成に所定寸法比の空隙を設けたＣ字状の軟質磁性材
料からなるコアに、励磁コイルおよび検出コイルをトロ
イダル状に巻回配置した簡単な構成を採用し、励磁コイ
ルにコアの保磁力を超える磁場を発生させる三角波状の
励磁電流を流し、その時のコア内の磁束の向きが反転す
るタイミングを検出コイルに発生するパルス状の電圧に
て検出し、これらのパルス間隔を比較測定することによ
り、被検出導線に流れる直流電流の絶対値と向きを検出
する構成であることから、電気回路もあまり複雑でな
く、しかも、比較的微小な電流から大きな電流までの広
範囲の電流変化、例えば、３Ａ〜３００Ａ程度に対して
直線性に優れた検出能力を有することから、種々の直流
機器の制御や保守管理用のセンサーとして採用すること
ができる。
【図１】Ａはこの発明の直流電流センサーの一実施例を
示す概要説明図であり、Ｂはセンサーのコアを示す説明
図である。
示す概要説明図であり、Ｂはセンサーのコアを示す説明
図である。
【図２】Ａ〜Ｄはそれぞれ図１に示す電気回路のＡ〜Ｄ
の箇所における電気信号の概要を示す説明図である。
の箇所における電気信号の概要を示す説明図である。
【図３】直流電流センサーのコアのヒステリシスカーブ
を示すグラフであり、カーブ（イ）がコアに空隙がない
場合、カーブ（ロ）がコアに空隙がある場合である。
を示すグラフであり、カーブ（イ）がコアに空隙がない
場合、カーブ（ロ）がコアに空隙がある場合である。
【図４】図１に示すこの発明の直流電流センサーにおけ
る被検出導線に流れる直流電流と出力との関係を示す線
グラフである。
る被検出導線に流れる直流電流と出力との関係を示す線
グラフである。
１ 直流電流センサーの本体部 ２ 電源部 ３ 電気回路部 １１ コア １１ａ 空隙 １２ 被検出導線 １３ 励磁コイル １４ 検出コイル ２１ ファンクションジェネレータ ２２ 定電流アンプ
Claims (3)
- 【請求項１】 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する環状の軟質磁性材料からなる
コアと、該コアにトロイダル状に巻回配置した励磁コイ
ルおよび検出コイルを有し、かつ前記コアの周方向の少
なくとも一か所に空隙を形成する構成からなり、前記励
磁コイルに、コア内に該コアの保磁力を超える磁場を発
生させる三角波状の励磁電流を流し、コア内の磁束の向
きが反転するタイミングを前記検出コイルに発生するパ
ルス状の電圧にて検出し、該パルスの間隔を比較測定す
ることにより、被検出導線に流れる直流電流の絶対値を
検出することを特徴とする直流電流センサー。 - 【請求項２】 請求項１において、コアに形成される空
隙が周方向の一か所である直流電流センサー。 - 【請求項３】 請求項２において、コアに形成される空
隙の周方向の長さＬｇと該空隙を含むコア周方向の全長
Ｌとの比Ｌｇ／Ｌが、０．００１〜０．０５である直流
電流センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8181638A JPH1010161A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 直流電流センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8181638A JPH1010161A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 直流電流センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1010161A true JPH1010161A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=16104268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8181638A Pending JPH1010161A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 直流電流センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1010161A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218092B2 (en) | 2002-06-18 | 2007-05-15 | Loyal Port Company Limited | Magnetic bridge type current sensor, magnetic bridge type current detecting method, and magnetic bridge for use in that sensor and detecting method |
| WO2010041340A1 (ja) | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 有限会社ワイワイオフィス | 磁性流体を用いたセンサ用の磁気ブリッジ、及び、この磁気ブリッジを用いた電流センサ並びに磁界センサ |
| CN101949965A (zh) * | 2009-07-09 | 2011-01-19 | 株式会社田村制作所 | 电流传感器 |
| JP2011521252A (ja) * | 2008-05-22 | 2011-07-21 | ネロジー （ソシエテ アノニム） | 永久又は可変交番磁場循環センサ及び前記センサを使用する電流センサ |
| JP2011247765A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Fuji Electric Co Ltd | 電流検知装置 |
| JP2013160549A (ja) * | 2012-02-02 | 2013-08-19 | Takashi Tadatsu | 直交励磁型電流センサ |
| WO2013137253A1 (ja) | 2012-03-12 | 2013-09-19 | 株式会社フェローテック | 電流センサ、センサ素子および制御装置 |
| JP2014143439A (ja) * | 2002-11-01 | 2014-08-07 | Metglas Inc | バルク非晶質金属製の誘導デバイス |
| JP2016156743A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電流検出装置 |
-
1996
- 1996-06-20 JP JP8181638A patent/JPH1010161A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218092B2 (en) | 2002-06-18 | 2007-05-15 | Loyal Port Company Limited | Magnetic bridge type current sensor, magnetic bridge type current detecting method, and magnetic bridge for use in that sensor and detecting method |
| JP2014143439A (ja) * | 2002-11-01 | 2014-08-07 | Metglas Inc | バルク非晶質金属製の誘導デバイス |
| JP2011521252A (ja) * | 2008-05-22 | 2011-07-21 | ネロジー （ソシエテ アノニム） | 永久又は可変交番磁場循環センサ及び前記センサを使用する電流センサ |
| WO2010041340A1 (ja) | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 有限会社ワイワイオフィス | 磁性流体を用いたセンサ用の磁気ブリッジ、及び、この磁気ブリッジを用いた電流センサ並びに磁界センサ |
| CN101949965A (zh) * | 2009-07-09 | 2011-01-19 | 株式会社田村制作所 | 电流传感器 |
| JP2011017618A (ja) * | 2009-07-09 | 2011-01-27 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 電流センサ |
| JP2011247765A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Fuji Electric Co Ltd | 電流検知装置 |
| JP2013160549A (ja) * | 2012-02-02 | 2013-08-19 | Takashi Tadatsu | 直交励磁型電流センサ |
| WO2013137253A1 (ja) | 2012-03-12 | 2013-09-19 | 株式会社フェローテック | 電流センサ、センサ素子および制御装置 |
| US9448262B2 (en) | 2012-03-12 | 2016-09-20 | Ferrotec Corporation | Current sensor having at least one cancel coil |
| JP2016156743A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電流検出装置 |
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