JPH10232248A

JPH10232248A - 直流電流センサー

Info

Publication number: JPH10232248A
Application number: JP9050972A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawakami; 川上　　誠
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】分割型検出コアを一体化した後の出力レベル
に変動がなく、高感度の測定を維持可能な構成からなる
直流電流センサーの提供。【解決手段】一対の検出コア部材２ａ，２ｂ内に被検
出導線１及び参照導線１０を貫通配置した後、ねじ８に
て検出コア部材２ａ，２ｂを一体化し、被検出導線１に
直流電流Ｉ_mが流れている状態で参照導線１０に参照電
流（参照信号）として、絶対値が等しくプラス側とマイ
ナス側に交互に反転する矩形波状の電流（Ｉ_refａ，Ｉ
_refｂ）を重畳して印加し、利得制御可能な検出回路を
介して出力された検出信号（出力電圧）（Ｖ_DETａ，Ｖ
_DETｂ）の変化分が前記参照電流の変化分に等しいかを
測定して、変化分に等しくない場合は、検出信号の変化
分が参照電流の変化分に等しくなるよう検出回路の利得
を制御し、その後、参照電流を消去した状態で被検出導
線に流れている直流電流のみによる出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発・変電所等の
直流制御回路における漏電検出の他、直流電流を使用す
る種々の機器に配置される直流電流センサーの改良に係
り、特に、既存設備のメンテナンスに対応可能な構成か
らなり、高感度で安定した測定が可能な直流電流センサ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、直流電流センサーとしては、
シャント抵抗方式、マグアンプ方式、磁気マルチバイブ
レータ方式、ホール素子方式等を採用した構成が知られ
ている。しかし、これらの直流電流センサーは、構成が
複雑であるばかりでなく、本来的に被検出導線の１ター
ン貫通を要求される漏電ブレーカー等への採用は困難で
あり、微小電流を高感度で安定して測定することは不可
能であった。本願出願人は、以上のような問題点を解決
する直流電流センサーとして、構造が比較的簡単であ
り、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を先に提案した
（特開平６−７４９７８号）。

【０００３】例えば、図７に示すように、電気的に接続
されている一対の検出コイル３ａ，３ｂを矩形枠状の軟
質磁性材料からなる検出コア２の対向位置にある短辺部
にトロイダル状に巻回配置するとともに、該検出コア２
の内側に直流電流が流れる被検出導線１を貫通配置する
構成からなっている。さらに、被検出導線１を流れる直
流電流Ｉに基づき発生する検出コア２内の磁束Φ₀をス
イッチングする手段として、検出コア２の対向位置にあ
る長辺部に４角筒状を構成する軟質磁性材料からなる一
対の励磁コア４ａ，４ｂを配置するとともに、検出コア
２外周の周方向に励磁コイル５を巻回配置している。

【０００４】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内に磁束Φ₀が発生す
るが、この時、励磁コイル５に所定の交流電流（周波数
ｆ₀）を流すと励磁コア４ａ，４ｂ部に図中α方向に交
番磁束が発生し、該交番磁束によって検出コア２と励磁
コア４ａ，４ｂとの直交部６が磁気的に飽和され、前記
検出コア２内の磁束Φ₀がスイッチングされることとな
り、周波数が励磁周波数の２倍（２ｆ₀）の交番磁束に
変調される。この磁束Φ₀の変化に伴い被検出導線１を
流れる直流電流Ｉに比例した周波数２ｆ₀の起電力（Ｖ
_DET）が検出コイル３ａ，３ｂに検出され、結果として
被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶対値を知ることが
できる。

【０００５】以上に示す構成からなる直流電流センサー
は、構造が比較的簡単であり微小な電流の変化に対して
も高感度の測定が可能となるが、既に配線が完了してい
る導線（被検出導線）への取付け配置は実質的に不可能
であり、特に、発・変電所等の設備を停電させることが
困難な箇所での使用はできなかった。

【０００６】本願出願人は、さらに、図７に示す直流電
流センサーと作動原理、基本的な構成が同様で、既存設
備への取付け配置を可能とした構成として、例えば、図
８、図９に示すような直流電流センサーを提案した（特
開平７−４９３５７号）。すなわち、図７に示す直流電
流センサーにおける検出コア２の周方向の少なくとも一
箇所（図においては、検出コア２の対向位置にある短辺
部の２箇所）を分割可能な構成とし、さらに励磁コア部
の構成や励磁コイルの巻回位置等に改良を加えた直流電
流センサーである。

【０００７】図８の直流電流センサーは、検出コア２
を、短辺部にて分割した一対の検出コア部材２ａ，２ｂ
から構成し、該分割部に各々検出コア部材２ａ，２ｂと
同材質からなる取付け部材７ａ，７ｂを固着するととも
に、被検出導線１を所定位置に貫通配置した後、ねじ８
にて検出コア部材２ａ，２ｂを一体化する構造である。
図中３ａ，３ｂは検出コイル、５ａ，５ｂは励磁コイル
であり、各々検出コア部材２ａ，２ｂに巻回配置されて
いる。図７に示す直流電流センサーとは検出コイル及び
励磁コイルの巻回位置が若干異なるものの、同様の作動
原理により、被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶対値
を知ることができる。

【０００８】図９の直流電流センサーは、図８の直流電
流センサーと同様に、検出コア２を、短辺部にて分割し
た一対の検出コア部材２ａ，２ｂから構成するもので、
特に、励磁コイルにて発生する交番磁束が励磁コアの外
部に漏洩することを防止するために、各々検出コア部材
２ａ，２ｂに配置される４角筒状の励磁コア４ａ，４ｂ
の内側中央部に励磁コイル巻回用桟９ａ，９ｂを配置
し、該励磁コイル巻回用桟９ａ，９ｂに励磁コイル５
ａ，５ｂを巻回配置する構成を採用している。この直流
電流センサーも、図７に示す直流電流センサーと同様の
作動原理により、被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶
対値を知ることができる。

【０００９】図１０及び図１１の直流電流センサーは、
上記図８及び図９の直流電流センサーが一対の検出コア
部材２ａ，２ｂに各々検出コイル３ａ，３ｂ及び励磁コ
イル５ａ，５ｂを独立して巻回配置する構成であること
から、結線の煩雑さや断線を招きやすい等の問題点を有
し、これらの問題点を解決するために、電磁気的なバラ
ンスを崩すことなく一対の検出コア部材２ａ，２ｂの一
方に励磁コアとともに検出コイル及び励磁コイルを巻回
配置する構成を提案したものである（特開平７−１１０
３４３号）。

【００１０】図１０の直流電流センサーにおける検出コ
ア２は、Ｉ字型の検出コア部材２１ａ，２１ｂと、該検
出コア部材２１ａ，２１ｂを介して対向配置する４個の
４角筒状励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（４ｄは
図示せず）からなる励磁コア４を連結部材５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄにて一体化した検出コア部材２ａ
と、予め一体品からなるコ字型の検出コア部材２ｂとか
ら構成されている。図中５ａ，５ｂ（５ｂは図示せず）
は、励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの各々隣接部
分５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ（５１ｃ，５１ｄは
図示せず）に巻回配置する一対の励磁コイルであり、互
いに逆相励磁するように接続されている。また、図中３
は、励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの外周に一体
的にかつトロイダル状に巻回配置する検出コイルであ
る。

【００１１】この構成において、励磁コイル５ａ，５ｂ
を逆相励磁すると、図７の検出コア２と励磁コア４ａ，
４ｂとの直交部６に相当する連結部材５２ａ，５２ｂ，
５２ｃ，５２ｄにおいて、被検出導線１を流れる直流電
流Ｉによって検出コア２内に発生する磁束Φ₀がスイッ
チングされることとなり、基本的に図７の直流電流セン
サーの作動原理と同様に被検出導線１を流れる直流電流
Ｉの絶対値を知ることができる。

【００１２】図１１の直流電流センサーは、図１０の直
流電流センサーにおける検出コア２と励磁コア４構成は
同様である。励磁コイル５ａ，５ｂの巻回位置も同様で
あるが、これらの励磁コイル５ａ，５ｂは各々相対的な
位相が９０度異なる励磁電流が印加可能なように、例え
ば、図中７１にて示すような９０度位相回路を介して電
源に接続されている。また、検出コイル３ａ，３ｂは、
励磁コア部材４ａ，４ｂの外周及び４ｃ，４ｄの外周に
巻回され、かつ、各々が逆相になるように直列に接続さ
れている。

【００１３】この構成において、励磁コイル５ａ，５ｂ
に各々位相が９０度異なる励磁電流を印加すると、図７
の検出コア２と励磁コア４ａ，４ｂとの直交部６に相当
する連結部材５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにおい
て、被検出導線１を流れる直流電流Ｉによって検出コア
２内に発生する磁束Φ₀が励磁電流の位相差に応じて順
次スイッチングされ（一方の連結部（例えば５２ａ，５
２ｂ）で磁束Φ₀を遮断している状態でも、他方の連結
部（例えば５２ｃ，５２ｄ）では磁束Φ₀を接続してい
る状態にある）基本的に図７の直流電流センサーの作動
原理と同様に被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶対値
を知ることができる。

【００１４】図１２の直流電流センサーは、図７の直流
電流センサーの構成を一層簡単にするとともに、Ｓ／Ｎ
比の高い構成を目的として提案したものであり、検出コ
イル３をトロイダル状に巻回配置する環状の軟質磁性材
料からなる検出コア２を管状となし、該検出コア２の周
方向に連通する中空部に、励磁コイル５を巻回配置した
構成からなる（特開平７−１９８７５４号）。

【００１５】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内に磁束Φ₀が発生す
るが、この時、励磁コイル５に所定の励磁電流（交流電
流）を流すと検出コア２内に図中α方向の交番磁束が発
生し、該交番磁束によって検出コア２のほぼ全域が周期
的に磁気的飽和され、前記検出コア２内の磁束Φ₀がス
イッチングされることとなる。この構成では、励磁コア
の役目を検出コア２が兼ねることになるが、基本的に図
７の直流電流センサーの作動原理と同様にして被検出導
線１を流れる直流電流Ｉの絶対値を知ることができる。

【００１６】図１２の構成からなる直流電流センサー
も、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、検出コア２を分
割した構成とすることが可能である。すなわち、管状の
検出コア２をそれぞれ外周側検出コア部材２ａ₁，２ｂ₁
と内周側検出コア部材２ａ₂，２ｂ₂とで構成される一対
の半円状検出コア部材２ａ，２ｂとし、また、励磁コイ
ル５を１ターンコイルとすべく一対の半円状Ｃｕブロッ
ク材からなる励磁コイル５ａ，５ｂに構成し、さらに、
これらの半円状Ｃｕブロック材からなる励磁コイル５
ａ，５ｂを半円状検出コア部材２ａ，２ｂ内に配置した
後、一方端に形成された取付け用突起部７ａ，７ｂを絶
縁板１１を介してねじ８ａにて固定する。なお、ねじ８
ｂは、半円状Ｃｕブロック材５ａ，５ｂの他方端を固定
するねじであり、ねじ８ｃは結束バンド１２を介して、
一対の半円状検出コア部材２ａ，２ｂとともに励磁コイ
ル５を構成する一対の半円状Ｃｕブロック材からなる励
磁コイル５ａ，５ｂを一体的に固定するねじである。こ
の構成においても図１２の直流電流センサーと同様に、
被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶対値を知ることが
可能となる。

【００１７】以上に説明した図７〜図１３の構成からな
る直流電流センサーは、被検出導線１を流れる直流電流
Ｉに基づき発生する検出コア内の磁束Φ₀をスイッチン
グする手段が、検出コア２の周方向の一部又は全部に交
番磁束による磁気的な飽和領域を形成して磁束Φ₀を周
期的に遮断する構成であったが、以下に示す図１４〜図
１６の構成からなる直流電流センサーは、磁束Φ₀をス
イッチングする手段が異なる。

【００１８】図１４に示す直流電流センサーは、被検出
導線１を流れる直流電流Ｉに基づき発生する検出コア２
内の磁束Φ₀の方向を、該磁束Φ₀に対して直交する方向
（図中α方向）の交番磁束との反撥作用によって変化さ
せることで実質的に磁束Φ₀を周期的に遮断し、結果と
して磁束Φ₀をスイッチングする構成からなり、検出コ
イル３への起電力発生メカニズムはスイッチング手段が
異なるものの実質的に図７の直流電流センサーと同様で
ある（特開平７−５５８４６号）。

【００１９】この構成の直流電流センサーも検出コア２
を分割することが可能であり、図示の通り一対のく字型
検出コア部材２ａ，２ｂの各々先端取付け部７ａ，７ｂ
をねじ８にて一体化する構造からなっている。図中３
ａ，３ｂは各々検出コア部材２ａ，２ｂにトロイダル状
に巻回配置する検出コイルであり、５ａ，５ｂは各々検
出コア部材２ａ，２ｂに形成されている複数の貫通孔１
３ａ，１３ｂを介して巻回配置する励磁コイルである。
励磁コイル５ａ，５ｂに所定の励磁電流（交流電流）を
印加することによって、図中α方向の交番磁束を発生
し、上記の説明のとおり目的とする被検出導線１を流れ
る直流電流Ｉの絶対値を知ることができる。

【００２０】図１５に示す直流電流センサーは、被検出
導線１（図示せず）を流れる直流電流Ｉに基づき発生す
る検出コア２内の周方向の磁場に、該周方向の磁場に直
交し周期的に向きが変化する磁場を作用させることで、
これらの合成磁場に基づく検出コア２内での磁化方向を
回転させ、実質的に被検出導線１（図示せず）を流れる
直流電流Ｉに基づき発生する検出コア２内の磁束Φ₀に
変調をかけ磁気的なスイッチングを行なう構成からな
る。この構成においても検出コイル３への起電力発生メ
カニズムはスイッチング手段が異なるものの実質的に図
７の直流電流センサーと同様である（特願平７−１８０
７２１号）。

【００２１】この構成の直流電流センサーも検出コア２
を分割することが可能であり、図示の通り全体として筒
状を形成する一対の半円状の検出コア部材２ａ，２ｂの
一方端を他方端が開閉自在になるようにクランプ部材１
４にて保持した構成からなっている。各々の検出コア部
材２ａ，２ｂには、該検出コア部材２ａ，２ｂの側面に
形成されている複数の貫通孔１３ａ，１３ｂ内に同一貫
通孔内の電流の向きが同一で隣接貫通孔内の電流の向き
が反対向きとなるよう励磁コイル５ａ₁，５ａ₂及び５ｂ
₁，５ｂ₂を巻回配置するとともに、外周に検出コイル３
ａ，３ｂをトロイダル状に巻回配置した構成からなって
いる。励磁コイル５ａ₁，５ａ₂及び５ｂ₁，５ｂ₂に所定
の励磁電流（交流電流）を印加することによって、検出
コア２内での磁化方向を回転させ、上記の説明の通り目
的とする被検出導線１を流れる直流電流Ｉの絶対値を知
ることができる。

【００２２】以上に説明した図７〜図１５に示す直流電
流センサーは、いずれも構造が比較的簡単であり、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であり、しかも検出コア
を分割した構成においても個々に有する本来的な長所を
損なうことなく、既に配線が完了している導線（被検出
導線）への取付け配置を可能とし、特に、発・変電所等
の設備を停電させることが困難な箇所での使用に最も効
果的な構成であった。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、本願出願人が先に提案した種々の構成からなる分割
型検出コアを有する直流電流センサーは、被検出導線を
所定位置に貫通配置した後、ねじ等にて分割型検出コア
を一体化する構造であることから、既存設備への取付け
配置が可能となり、直流電流センサー自体の用途を大幅
に拡大することができた。

【００２４】しかし、分割型検出コアを用いる以上、該
分割部に発生する磁気的なギャップを完全に零とするこ
とは不可能であり、例え、被検出導線貫通配置後の一体
化の際に強固に固定しても、使用中に磁気的ギャップに
変化が生じて直流電流センサーの測定感度に変化を招く
危険性があった。これらの感度変化に応じて、検出コア
の分割部におけるねじ等の締め付けトルクを逐次調整す
ることも可能であるが、その作業は非常に煩雑であり、
メンテナンスの観点だけでなく、測定の信頼性の観点か
らも一層の改善が望まれていた。

【００２５】この発明は、上記のような現状に鑑み提案
するもので、分割型検出コアを有する直流電流センサー
の本来有する長所を最も有効に活用できる構成からなる
直流電流センサーの提案を目的とするものである。すな
わち、分割型検出コアを一体化した後の出力レベルに変
動がなく、高感度の測定を維持可能な構成からなる直流
電流センサーの提案を目的とするものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために種々の検討を加えた結果、完成したも
のであり、検出コイルをトロイダル状に巻回配置する環
状の軟質磁性材料からなる検出コアの内側に直流電流が
流れる被検出導線を貫通配置し、該被検出導線を流れる
直流電流に基づき発生する検出コア内の磁束をスイッチ
ングする手段を有し、かつ、検出コアが周方向の少なく
とも一箇所にて分割可能な構成からなる直流電流センサ
ーにおいて、検出コアの内側に時間的に電流値が変化す
る参照電流を流す参照導線を貫通配置するとともに、検
出コイルからの出力信号を利得制御可能な検出回路を介
して出力する構造となし、前記被検出導線に直流電流が
流れている状態で参照導線に前記参照電流を重畳して流
し、この時の前記検出回路を介して出力された検出信号
の変化分が参照電流の変化分に等しいかを測定し、等し
くない場合は、検出信号の変化分が参照電流の変化分に
等しくなるよう検出回路の利得を制御し、その後、参照
電流を消去した状態で被検出導線に流れている直流電流
のみによる出力を得ることを特徴とする直流電流センサ
ーである。

【００２７】また、測定精度を一層高める構成として、
被検出導線に直流電流が流れている状態で参照導線に前
記参照電流を重畳して流し、この時の前記検出回路を介
して出力された検出信号の変化分が参照電流の変化分に
等しいかを測定し、等しくない場合は、検出信号の変化
分が参照電流の変化分に等しくなるよう検出回路の利得
を制御する動作を複数回繰り返した後、参照電流を消去
した状態で被検出導線に流れている直流電流のみによる
出力を得ることを特徴とする上記構成の直流電流センサ
ーを併せて提案する。

【００２８】さらに、検出回路の全体的な構成が簡単で
あり、複雑な演算処理を必要としない構成として、参照
電流が、絶対値が等しくプラス側とマイナス側に交互に
反転する矩形波状の電流であることを特徴とする上記構
成の直流電流センサーをも併せて提案する。

【００２９】

【発明の実施の形態】この発明の直流電流センサーにお
いて、分割型検出コアは軟質磁性材料からなり、その内
側に直流電流が流れる被検出導線を貫通配置した後、一
体化した際に環状となる構成であればよく、その分割箇
所も実施例に限定されることなく周方向の少なくとも一
箇所に設ければよい。また、一体化に際しても複数に分
割された検出コア部材をねじ等にて固着する構成の他、
検出コア部材の形状等に応じて種々の一体化構成を採用
することができる。

【００３０】なお、分割型検出コアは一体化後に環状を
形成するが、この発明において環状とは所謂リング状に
なっていることに限定されるものではなく、軟質磁性材
料が電磁気的に閉回路を構成できるように接続されてお
ればよく、後述するスイッチング手段との関係から図示
のような矩形枠状、管状、筒状等種々の構成を採用する
ことができる。

【００３１】検出コアを構成する軟質磁性材料は、直流
電流センサーに要求される検出感度に応じた磁気特性
や、加工性等を考慮して選定することが必要であり、パ
ーマロイ、ケイ素鋼鈑、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
る。

【００３２】この発明において被検出導線を流れる直流
電流に基づき発生する検出コア内の磁束（Φ₀）をスイ
ッチングする手段とは、先に説明したように検出コアの
周方向の一部又は全部に交番磁束による磁気的な飽和領
域を形成して磁束（Φ₀）を周期的に遮断する構成、被
検出導線を流れる直流電流に基づき発生する検出コア内
の磁束（Φ₀）の方向を該磁束（Φ₀）に対して直交する
方向の交番磁束との反撥作用によって変化させることで
実質的に磁束（Φ₀）を周期的に遮断する構成、被検出
導線を流れる直流電流に基づき発生する検出コア内の磁
束（Φ₀）を検出コア内の周方向の磁場と該周方向の磁
場に直交し周期的に向きが変化する磁場との合成磁場に
て変調をかける構成等の種々の手段を含み、具体的な構
成としては、図示の検出コアと励磁コア及び励磁コイル
の配置構成等によって実現できる。

【００３３】この発明の直流電流センサーの作動原理
を、図１〜図３に基づいて説明する。図１に示すこの発
明の直流電流センサーは、この発明の主たる特徴である
参照導線１０を配置した以外、検出コア、励磁コア、検
出コイル、励磁コイルの配置構成は図８に示す従来の構
成と同様である。この構成を図２に模式的に示す。な
お、図２には、励磁コア及び励磁コイルに相当する部分
は図示していない。また、図３は、この発明の直流電流
センサーにおける参照信号と検出信号の関係を示すグラ
フである。

【００３４】一対の検出コア部材２ａ，２ｂ内に被検出
導線１及び参照導線１０を貫通配置した後、ねじ８にて
検出コア部材２ａ，２ｂを一体化する。被検出導線１に
直流電流Ｉ_mが流れている状態で参照導線１０に参照電
流（参照信号）として、絶対値が等しくプラス側とマイ
ナス側に交互に反転する矩形波状の電流（Ｉ_refａ，Ｉ
_refｂ）を重畳して印加する。

【００３５】この時の利得制御可能な検出回路を介して
出力された検出信号（出力電圧）（Ｖ_DETａ，Ｖ_DETｂ）
の変化分が前記参照電流の変化分に等しいかを測定す
る。測定の結果、前記の参照電流の変化分に等しくない
場合は、検出信号の変化分が参照電流の変化分に等しく
なるよう検出回路の利得を制御し、その後、参照電流を
消去した状態で被検出導線に流れている直流電流のみに
よる出力を得る。

【００３６】例えば、あらかじめ被検出導線１に＋３ｍ
Ａの直流電流が流れているとき、出力電圧として＋３Ｖ
が検出されるように調整された直流電流センサーにおい
て、＋３ｍＡの直流電流が流れている状態で＋１ｍＡの
参照電流（Ｉ_refａ）を印加した時の出力電圧（Ｖ
_DETａ）が＋４Ｖであり、−１ｍＡの参照電流（Ｉ
_refｂ）を印加した時の出力電圧（Ｖ_DETｂ）が＋２Ｖで
あった場合、出力電圧の変化分｛（Ｖ_DETａ）−（Ｖ_DET
−ｂ）＝２Ｖ｝が参照電流の変化分｛（Ｉ_refａ）−
（Ｉ_refｂ）＝２ｍＡ｝に相当することから、検出コイ
ルからの出力信号を利得制御することなく、再び参照電
流を流さない状態で測定した出力電圧を真値として出力
する。

【００３７】しかし、出力電圧の変化分｛（Ｖ_DETａ）
−（Ｖ_DETｂ）｝が２Ｖ以下になった場合は、検出回路
中の出力増幅器の利得を出力電圧の変化分が２Ｖになる
よう制御した後に、再び参照電流を流さない状態で測定
した出力電圧を真値として出力する。

【００３８】しかし、出力電圧の変化分｛（Ｖ_DET−
ａ）−（Ｖ_DET−ｂ）｝が２Ｖ以下になった場合は、検
出回路中の出力増幅器の利得を出力電圧の変化分が２Ｖ
になるよう制御した後に、再び参照電流を流さない状態
で測定した出力電圧を真値として出力する。

【００３９】また、一度の利得制御だけで検出信号の変
化分を参照電流の変化分に等しくすることが困難な場合
は、測定時間の要求等を考慮した上で、上記に説明した
利得制御の動作を複数回繰り返した後、参照電流を消去
した状態で被検出導線に流れている直流電流のみによる
出力を得ることによって、一層高精度の測定を実現する
ことができる。

【００４０】さらに、上記の説明においては、検出回路
の全体的な構成が簡単であり、複雑な演算処理を必要と
しない構成となるよう、参照電流が、図３（Ａ）に示す
ように絶対値が等しくプラス側とマイナス側に交互に反
転する矩形波状の電流である構成にて説明したが、この
構成に限定されることなく、若干の演算処理機能を付加
することが必要となるものの、図４（Ａ）に示すように
プラス側のみで時間的に電流値が変化する電流や、図示
しないがマイナス側のみで時間的に電流値が変化する電
流、プラス側またはマイナス側に間欠的に矩形波状の電
流を印加する構成等が採用可能である。電流波形も矩形
波状に限らず、上記の説明からも明らかなように検出回
路を介して出力された検出信号の変化分が参照電流の変
化分に等しいかどうかが測定できれば、この発明の目的
を達成できる。

【００４１】参考として、図４（Ａ）に示すようにプラ
ス側のみで時間的に電流値が変化する電流を参照電流と
して用いた場合の演算式を以下に示す（図２及び図４
（Ａ）（Ｂ）参照）。ここで、ｎは検出コア及び検出回
路を含めた系の感度係数であり、被検出導線１に流れる
測定電流をＩ_m、参照導線１０に印加する参照電流をＩ
_ref、検出回路を介しての出力電圧をＶ_DET、感度補正係
数をｐ、補正後の出力電圧をＶ₀、とする。下記式６）
を求める（演算する）ことで、補正された出力を得るこ
とができる。（但し、Ｖ_DET＝ｎ・Ｉ_m）

【００４２】

【数１】

【００４３】以上に示すように、この発明の直流電流セ
ンサーにおいては、検出コアの接続部（分割部）におけ
る磁気的なギャップに変化が生じても、検出回路を介し
て出力された検出信号の変化分が参照電流の変化分に等
しくなるよう検出回路の利得を制御すれば、実質的に磁
気的ギャップの影響を受けない状態と同様な安定した出
力を得ることができる。この発明の直流電流センサーの
構成を図８の構成に参照導線１０貫通配置した構成から
なる図１にて説明したが、先に従来構成として示した図
８以外の図９、図１０、図１１、図１３、図１４、図１
５のいずれの構成においても参照導線１０貫通配置する
ことによって、図１の構成と同様な効果を得ることがで
きる。

【００４４】

【実施例】

実施例１本発明の効果を確認するために、図１に示す直流電流セ
ンサーを作成した。一対の検出コア部材２ａ，２ｂは厚
さ０．５ｍｍのパーマロイＣ（７８％Ｎｉ‐５％Ｍｏ−
４％Ｃｕ‐ｂａＩＦｅ）を用いて組み立てた。一対の検
出コア部材２ａ，２ｂを一体化した後の全体寸法は幅Ｗ
₁＝２６ｍｍ（励磁コア部材４ａ，４ｂの幅Ｗ₂＝３ｍ
ｍ）、長さＬ＝３０ｍｍ、高さＨ＝１０ｍｍであった。
一対の検出コア部材２ａ，２ｂの取付部材７ａ，７ｂに
は、検出コア部材２ａ，２ｂと同材質の厚さ１．０ｍｍ
のパーマロイＣを溶接にて固着した。これらに所定の熱
処理を施して一対の検出コア部材２ａ，２ｂを完成し
た。

【００４５】さらに、これらの検出コア部材２ａ，２ｂ
に電気的な絶縁を確保して、それぞれ独立して検出コイ
ル３ａ，３ｂ及び励磁コイル５ａ，５ｂを巻回配置し
た。それぞれの検出コイル３ａ，３ｂは、外径０．２ｍ
ｍのエナメル線を２００ターン巻回し、また、それぞれ
の励磁コイル５ａ，５ｂは外径０．３ｍｍのエナメル線
を３０ターン巻回した構成からなる。

【００４６】検出コア部材２ａ，２ｂ内に外径３ｍｍの
ビニル被覆からなる被検出導線１とともに、外径０．５
ｍｍのからなる参照導線１０を貫通配置した後、取付部
材７ａ，７ｂを当接させねじ８にて固定した。先に検出
コア部材２ａ，２ｂに独立して巻回配置した検出コイル
３ａ，３ｂ及び励磁コイル５ａ，５ｂを所定の方法にて
電気的に接続するとともに、図５に示す電子回路を接続
して、本発明の直流電流センサーを完成した。

【００４７】なお、励磁コイル５ａ，５ｂに印加する励
磁電流はｆ＝５００Ｈｚ、０．１Ａｒｍｓの交流電流と
し、参照導線１０に印加する参照電流は図３（Ａ）に示
すと同様な±ｌｍＡ、ｆ＝２Ｈｚの矩形波とした。ここ
で、被検出導線１に１．０ｍＡの直流電流を流した状態
において、取付部材７ａ，７ｂを当接させて一対の検出
コア部材２ａ，２ｂを固定するねじ８の締め付けトルク
を変化させた場合の出力を測定した。

【００４８】締め付けトルクを変化させても、参照導線
１０に印加する参照電流に基づいて、検出回路を介して
出力された検出信号の変化分が参照電流の変化分に等し
くなるよう検出回路の利得を制御した本発明の直流電流
センサーにおいては、検出回路を介して出力された検出
信号（出力電圧）は一定の値（ＩＶ）を示すが、利得制
御を実施しない場合（すなわち、従来構成）の検出信号
（出力電圧）は締め付けトルクの上昇に伴い、ともに上
昇する傾向を示していることが分かる。

【００４９】締め付けトルクを変化させても、参照導線
１０に印加する参照電流に基づいて、検出回路を介して
出力された検出信号の変化分が参照電流の変化分に等し
くなるよう検出回路の利得を制御した本発明の直流電流
センサーにおいては、検出回路を介して出力された検出
信号（出力電圧）は一定の値（ＩＶ）を示すが、利得制
御を実施しない場合、すなわち、従来構成の検出信号
（出力電圧）は締め付けトルクの上昇に伴い、ともに上
昇する傾向を示していることが分かる。

【００５０】すなわち、図６に示すごとく、この発明の
直流電流センサーでは検出コアの接続部（分割部）にお
ける磁気的ギャップが変化しても、検出信号（出力電
圧）は常に一定の値を示しているのに対し、従来構成の
直流電流センサーでは検出コアの接続部（分割部）にお
ける磁気的ギャップの変化に伴い、検出信号（出力電
圧）も大きく変化することが分かる。

【００５１】

【発明の効果】以上に示すように、この発明の直流電流
センサーにおいては、検出コアの接続部（分割部）にお
ける磁気的なギャップに変化が生じても、検出回路を介
して出力された検出信号の変化分が参照電流の変化分に
等しくなるよう検出回路の利得を制御すれば、実質的に
磁気的ギャップの影響を受けない状態と同様な安定した
出力を得ることができることから、既存設備のメンテナ
ンスに非常に有効である。

【００５２】特に、一対の検出コア部材を一体化する際
のねじ等の締め付けトルクによる出力レベルの変動がな
いということは、一体化する際の作業が非常に容易であ
り、経時変化等による出力レベルの変動の危険性も極め
て低く、また、検出回路を介して出力された検出信号の
変化分が参照電流の変化分に対して一定のレベル以下に
なったときには、検出コアの組み付け不具合を警告信号
を発信して知らせることも可能であり、直流電流センサ
ーのメンテナンス自体も効果的に実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の直流電流センサーの作動原理を示す
ための分割型の直流電流センサーの構成を示す斜視要部
説明図である。

【図２】この発明の直流電流センサーの作動原理を示す
ための模式的な電気回路説明図である。

【図３】この発明の直流電流センサーにおける参照信号
と検出信号の関係を示すグラフであり、（Ａ）は参照信
号、（Ｂ）は検出信号を示す。

【図４】この発明の直流電流センサーにおける参照信号
と検出信号の関係を示すグラフであり、（Ａ）は参照信
号、（Ｂ）は検出信号を示す。

【図５】この発明の直流電流センサーを作動させるため
の電気回路説明図である。

【図６】分割型の直流電流センサーのねじの締め付けト
ルクと検出信号の関係を示すグラフである。

【図７】従来の一体型の直流電流センサーの構成を示す
斜視説明図である。

【図８】従来の分割型の直流電流センサーの構成を示す
斜視要部説明図である。

【図９】図８を改良した分割型の直流電流センサーの構
成を示す斜視要部説明図である。

【図１０】従来の他の分割型の直流電流センサーの構成
を示す斜視説明図である。

【図１１】図１０の分割型の直流電流センサーに他の電
気回路を接続した構成を示す斜視説明図である。

【図１２】従来の他の一体型の直流電流センサーの構成
を示す斜視説明図である。

【図１３】（Ａ）は図１２の一体型を分割型とした構成
を示す従来の直流電流センサーを示す分解斜視説明図で
あり、（Ｂ）は組立時の上面説明図である。

【図１４】従来の他の分割型の直流電流センサーの構成
を示す斜視説明図である。

【図１５】従来の他の分割型の直流電流センサーの構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１被検出導線２検出コア２ａ検出コア部材２ａ₂，２ｂ₂ 検出コア部材３ａ，３ｂ検出コイル４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ励磁コア、励磁コア部材５，５ａ，５ｂ，５ａ₁，５ａ₂，５ｂ₁，５ｂ₂ 励磁コ
イル６直交部７ａ，７ｂ取付け部材、取付け用突起部、取付け部８，８ａ，８ｂ，８ｃねじ９ａ，９ｂ励磁コイル巻回用桟１０参照導線１１絶縁板１３ａ，１３ｂ貫通孔１４クランプ部材２１ａ，２１ｂ検出コア部材５１ａ，５１ｂ隣接部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ連結部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出コイルをトロイダル状に巻回配置す
る環状の軟質磁性材料からなる検出コアの内側に直流電
流が流れる被検出導線を貫通配置し、該被検出導線を流
れる直流電流に基づき発生する検出コア内の磁束をスイ
ッチングする手段を有し、かつ、検出コアが周方向の少
なくとも一箇所にて分割可能な構成からなる直流電流セ
ンサーにおいて、検出コアの内側に時間的に電流値が変
化する参照電流を流す参照導線を貫通配置するととも
に、検出コイルからの出力信号を利得制御可能な検出回
路を介して出力する構造となし、前記被検出導線に直流
電流が流れている状態で参照導線に前記参照電流を重畳
して流し、この時の前記検出回路を介して出力された検
出信号の変化分が参照電流の変化分に等しいかを測定
し、等しくない場合は、検出信号の変化分が参照電流の
変化分に等しくなるよう検出回路の利得を制御し、その
後、参照電流を消去した状態で被検出導線に流れている
直流電流のみによる出力が得られる構成からなる直流電
流センサー。
【請求項２】被検出導線に直流電流が流れている状態
で参照導線に前記参照電流を重畳して流し、この時の前
記検出回路を介して出力された検出信号の変化分が参照
電流の変化分に等しいかを測定し、等しくない場合は、
検出信号の変化分が参照電流の変化分に等しくなるよう
検出回路の利得を制御する動作を複数回繰り返した後、
参照電流を消去した状態で被検出導線に流れている直流
電流のみによる出力が得られる構成からなる請求項１記
載の直流電流センサー。
【請求項３】参照電流が、絶対値が等しくプラス側と
マイナス側に交互に反転する矩形波状の電流であること
を特徴とする請求項１及び請求項２記載の直流電流セン
サー。