JPH112646A - Direct current sensor and method for preventing flowing-out of direct current - Google Patents

Direct current sensor and method for preventing flowing-out of direct current

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JPH112646A
JPH112646A JP9143581A JP14358197A JPH112646A JP H112646 A JPH112646 A JP H112646A JP 9143581 A JP9143581 A JP 9143581A JP 14358197 A JP14358197 A JP 14358197A JP H112646 A JPH112646 A JP H112646A
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JP
Japan
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current
coil
sensor
component detection
core
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Pending
Application number
JP9143581A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Kawakami
川上  誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Metals Ltd
Original Assignee
Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH112646A publication Critical patent/JPH112646A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a direct current sensor which can measure a very small direct current mixed in an alternating current flowing through a conductor to be detected for forming a transformerless type inverter which can substantially prevent the flowing-out of the direct current in a non-contacting state by detecting the direct current which flows in and is mixed with the alternating current on the output side of the inverter and making the direct current zero by applying negative feedback based on the detected data. SOLUTION: A direct current sensor is composed of a direct current component detecting core 10 consisting of an annular soft magnetic material around which an exciting coil 11 and a direct current detecting coil 12 through which a conductor to be detected is arranged are wound in toroidal coil-like states and an alternating current component detecting core 20 constituting of an annular soft magnetic material around which an alternating current detecting coil 21 is wound. In addition, the direct current sensor is provided with a coil 22 for feedback current which is extendedly wound around the cores 10 and 20 and through which a feedback current is made to flow so that the electromotive force generated in the coil 21 by the alternating current may become zero.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光発電シス
テム、無停電電源装置、各種家電製品等の直流電流を交
流電流に変換する設備等の分野で使用される、交流電流
中に混入する直流電流を検出する直流電流センサーに係
り、特に、構造が比較的簡単で微小な直流電流を高感度
で検出可能とする直流電流センサーとそれを用いて交流
電流中に直流電流が流出するのを防止する直流電流の流
出防止方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct current mixed in an alternating current, which is used in the field of facilities for converting a direct current into an alternating current, such as a photovoltaic power generation system, an uninterruptible power supply, and various home appliances. Related to DC current sensors that detect current, in particular, a DC current sensor that has a relatively simple structure and can detect minute DC current with high sensitivity and uses it to prevent DC current from flowing into AC current The present invention relates to a method for preventing a direct current from flowing out.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から太陽光発電システムや無停電電
源装置等の機器においては、直流電流をインバーターを
介して交流電流に変換していたが、このインバーター出
力側の交流電流中に微小な直流電流が流出して、負荷側
で使用される交流電源を用いる電気機器に直流電流が流
入すると、機器に内蔵されている電源トランスやリアク
トル、モーター等が直流偏磁によりインダクタンスが減
少し、過電流が流れて焼損する等の問題を発生するた
め、インバーター出力側にトランスを配置する構成が採
用されていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a device such as a photovoltaic power generation system or an uninterruptible power supply, a direct current is converted into an alternating current through an inverter. When current flows out and direct current flows into electrical equipment using an AC power supply used on the load side, the inductance of the power transformer, reactor, motor, etc. built in the equipment decreases due to DC bias, and overcurrent occurs In this case, a transformer is disposed on the output side of the inverter in order to cause a problem such as burning due to the flow of heat.

【0003】しかし、この構成では絶縁トランスが高価
で大型、重量があるため、インバーターの小型軽量化、
コスト低減の阻害要因となっており、トランスを配置し
ない、所謂トランスレスインバーターの使用が検討され
ていた。
However, in this configuration, since the insulating transformer is expensive, large, and heavy, the size and weight of the inverter can be reduced.
It is a factor that hinders cost reduction, and the use of a so-called transformerless inverter without a transformer has been considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記のトランスレスイ
ンバーターは小型、軽量、低価格等の長所を有するもの
の、先に説明したインバーター出力側への直流電流の流
出防止の観点からは問題点を有したままである。
Although the above-mentioned transformerless inverter has advantages such as small size, light weight and low cost, it has a problem from the viewpoint of preventing DC current from flowing to the inverter output side as described above. It remains.

【0005】トランスレスインバーターの実用化のため
には、従来のトランス配置構成に比較して、構造が比較
的簡単で安価な直流電流流出防止手段の提案が不可欠で
ある。しかし、現在まで、具体的な直流電流流出防止手
段は提案されておらず、トランスレスインバーターとし
て実用化に至っていないのが現状である。
In order to put a transformerless inverter into practical use, it is essential to propose a DC current outflow prevention means which has a relatively simple structure and is inexpensive as compared with a conventional transformer arrangement. However, until now, no specific DC current outflow prevention means has been proposed, and at present, it has not been put to practical use as a transformerless inverter.

【0006】そこで、発明者は、トランスレスインバー
ターの実現に際して、インバーター出力側への直流電流
の流出を防止するためには、まず、交流電流中に流出し
て混入する微小な直流電流を直流電流センサーにて検出
することが必要であり、この検出したデータに基づいて
負帰環をかけ、該直流電流を零にすることで、実質的な
直流電流流出防止が可能となるとの知見を得た。
In order to prevent a DC current from flowing out to the inverter output side when realizing a transformerless inverter, the inventor firstly converts a minute DC current flowing out and mixed into an AC current into a DC current. It was necessary to detect with a sensor, and it was found that by applying a negative feedback based on the detected data and setting the DC current to zero, it was possible to substantially prevent DC current outflow. .

【0007】この発明は、上記の問題点を解決する実質
的な直流電流の流出防止方法を実現するために好適な直
流電流センサーの提供を主たる目的とするものであり、
構造が比較的簡単で微小な直流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並びにこれを用いた直流
電流流出防止方法の提供を目的としている。
An object of the present invention is to provide a DC current sensor suitable for realizing a substantial DC current outflow prevention method which solves the above problems.
It is an object of the present invention to provide a DC current sensor having a relatively simple structure and capable of detecting a minute DC current with high sensitivity, and to provide a DC current outflow prevention method using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】発明者は、先に、配電盤
制御回路信号の保守管理を行なうための電流計測、各種
直流機器の制御を行なうための電流計測等、広範囲分野
で使用される種々の構成からなる直流電流センサーを提
案した(特開平6‐74978号、特開平6‐1943
89号、特開平6‐281674号、特開平7‐493
57号、特開平7‐55846号、特開平7‐1103
43号、特開平7−128373号、特開平7−198
754号、特開平9−5361号他)。
SUMMARY OF THE INVENTION The inventor has previously made various measurements used in a wide range of fields, such as current measurement for maintaining and managing a switchboard control circuit signal and current measurement for controlling various DC devices. (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-74978 and 6-1943) have been proposed.
No. 89, JP-A-6-281674, JP-A-7-493
No. 57, JP-A-7-55846, JP-A-7-1103
No. 43, JP-A-7-128373, JP-A-7-198
754, JP-A-9-5361, etc.).

【0009】前記の目的を達成するために、先に提案し
た種々の構成からなる直流電流センサーを有効に活用す
ることが可能な構成を検討した。発明者は、被検出導線
中に流れる直流成分を検出するセンサーと、被検出導線
中に流れる交流成分を検出するセンサーとを併設し、更
に、これらセンサーのそれぞれにまたがる帰還電流用コ
イルを配置した構成を採用することにより、前述の目的
が達成できることを知見した。
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have studied a configuration that can effectively use the DC current sensors having various configurations proposed above. The inventor provided a sensor for detecting a DC component flowing in the detected wire and a sensor for detecting an AC component flowing in the detected wire, and further arranged a coil for a feedback current extending over each of these sensors. It has been found that the above object can be achieved by adopting the configuration.

【0010】すなわち、一旦、交流成分検出センサーに
て前記交流成分のみを検出し、該交流成分検出センサー
の出力が零となるように帰還電流用コイルに帰還電流を
流すと、交流成分検出センサーにおける交流成分の影響
を実質的に零とするだけでなく、同時に直流成分検出セ
ンサーにおける交流成分の影響をも実質的に零とするこ
とができるため、該直流成分検出センサーが有する本来
的な特徴を有効に活用することができ、交流電流中に混
入する直流電流を検出できることを知見した。
That is, once the AC component detection sensor detects only the AC component and applies a feedback current to the feedback current coil so that the output of the AC component detection sensor becomes zero, the AC component detection sensor In addition to making the effect of the AC component substantially zero, the effect of the AC component in the DC component detection sensor can also be made substantially zero at the same time. It has been found that it can be used effectively and that DC current mixed in AC current can be detected.

【0011】特に発明者が先に提案した直流電流センサ
ーでは、いずれも環状の軟質磁性材料からなる検出コア
を配置し、被検出導線中に流れる直流電流によって発生
する検出コア内の磁束に基づいて該直流電流の絶対値を
検出する構成であることから、被検出導線に交流電流と
直流電流が同時に流れると、交流電流により発生する検
出コア内の磁束と直流電流により発生する検出コア内の
磁束が重畳されてしまい、直流電流のみの絶対値を検出
することが不可能となってしまう。しかし、先に説明し
た交流成分検出センサーと帰還電流用コイルを併設し、
交流電流により発生する検出コア内の磁束を実質的に零
とすることが可能であれば、先に提案した直流電流セン
サーのすぐれた特徴を有効に活用でき、直流電流のみの
絶対値を高感度に検出することが可能となる、と考えら
れる。
Particularly, in the DC current sensors proposed by the inventor, a detection core made of a ring-shaped soft magnetic material is disposed in each case, and the detection core is formed based on a magnetic flux in the detection core generated by a DC current flowing in a conductor to be detected. Since the configuration detects the absolute value of the DC current, when the AC current and the DC current simultaneously flow through the detected wire, the magnetic flux in the detection core generated by the AC current and the magnetic flux in the detection core generated by the DC current Are superimposed, and it becomes impossible to detect the absolute value of only the DC current. However, by installing the AC component detection sensor and the feedback current coil described earlier,
If the magnetic flux in the detection core generated by the AC current can be made substantially zero, the superior characteristics of the DC current sensor proposed earlier can be effectively used, and the absolute value of only the DC current can be highly sensitive. It is considered that it is possible to detect

【0012】すなわち、この発明は、直流成分検出セン
サーと交流成分検出センサーの各内側に直流電流と交流
電流が流れる被検出導線を貫通配置し、両センサーにま
たがって巻回配置する帰環電流用コイルを有した構成か
らなり、前記被検出導線を流れる交流電流による交流成
分検出センサーの出力が零になるよう帰環電流用コイル
に帰環電流を流し、前記被検出導線を流れる交流電流に
よる直流成分検出センサーへの影響を実質的に零にし
て、直流成分検出センサーにて前記被検出導線に流れる
直流電流を検出する直流電流センサーである。
That is, the present invention provides a return current for a return current in which a detected wire through which a DC current and an AC current flow is penetrated inside each of a DC component detection sensor and an AC component detection sensor, and is wound around both sensors. A coil is provided, and a return current is supplied to the return current coil so that the output of the AC component detection sensor by the AC current flowing through the detected wire becomes zero, and the DC current generated by the AC current flowing through the detected wire is applied. This is a DC current sensor in which the influence on the component detection sensor is made substantially zero and the DC component detection sensor detects the DC current flowing through the detected conductor.

【0013】また、発明者は、上記の直流電流センサー
において、交流成分検出センサーが、環状の軟質磁性材
料からなる交流成分検出コアと該コアにトロイダル状に
巻回配置する交流検出コイルとからなる構成、交流成分
検出コアの周方向の少なくとも一箇所にギャップを形成
した構成、直流成分検出センサーが、環状の軟質磁性材
料からなる直流成分検出コアと該コアにトロイダル状に
巻回配置する励磁コイルと直流検出コイルとからなる構
成を併せて提案する。
Further, the inventor has set forth that in the above-described direct current sensor, the alternating current component detecting sensor comprises an alternating current component detecting core made of an annular soft magnetic material, and an alternating current detecting coil wound around the core in a toroidal shape. Configuration: A configuration in which a gap is formed in at least one location in the circumferential direction of an AC component detection core, a DC component detection sensor, a DC component detection core made of an annular soft magnetic material, and an excitation coil wound around the core in a toroidal shape And a DC detection coil.

【0014】さらに、発明者は、上記の直流電流センサ
ーにおいて、直流成分検出センサーが、励磁コイルに直
流成分検出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、直流成分検出コア内
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、該パルスの間隔を比較
測定して直流電流を検出する構成からなるもの、直流成
分検出センサーが励磁コイルに直流成分検出コアを、磁
気的に飽和可能なピーク値を有する正・負のパルス電流
を交互に流し、検出コイルに発生する正・負のパルス状
出力の各々ピーク値を個別にサンプルアンドホールド
し、該ピーク値の平均出力を測定して直流電流を検出す
る構成からなるもの、直流成分検出センサーが、励磁コ
イルに所定の交流電流を流すことにより前記被検出導線
を流れる直流電流に基づき発生する直流成分検出コア内
の磁束を、周期的にスイッチングする構成からなる直流
電流センサーを併せて提案する。
Further, the inventor has set forth that, in the above-described DC current sensor, the DC component detection sensor causes a triangular wave-shaped excitation current to generate a magnetic field exceeding the coercive force of the core in the DC component detection core through the excitation coil; DC component detection A configuration in which the timing at which the direction of the magnetic flux in the core is reversed is detected by a pulse-like voltage generated in a detection coil, and the interval between the pulses is measured to detect a DC current. The sensor passes the DC component detection core to the excitation coil alternately with positive and negative pulse currents having magnetically saturable peak values, and separates the peak value of each of the positive and negative pulse-like outputs generated in the detection coil. And a DC component detection sensor that measures the average output of the peak value and detects the DC current. The magnetic flux in the DC component detecting core generated based on the DC current flowing through the lead wire being detected by flowing periodically proposed together DC current sensor having the structure for switching.

【0015】また、発明者は、前述のごとく、インバー
ター出力側への直流電流流出の防止を実現するためには
交流電流中に流出して混入する微小な直流電流を検出す
ることが必要であると考え、この検出したデータに基づ
いて負帰環をかけ、該直流電流を零にすることで、実質
的な直流電流の流出防止が可能であることを知見した。
Further, as described above, the inventor needs to detect a minute DC current flowing out and mixed in an AC current in order to prevent the DC current from flowing out to the inverter output side. It has been found that by applying a negative feedback based on the detected data and setting the DC current to zero, it is possible to substantially prevent the DC current from flowing out.

【0016】この発明は、直流電流をインバーターを介
して交流電流に変換してなる該インバーター出力側の交
流電流中に流出した直流電流を前述の直流電流センサー
にて検出し、該直流電流センサーの検出データに基づい
て負帰還をかけて、前記の流出した直流電流を実質的に
零とする直流電流流出防止方法である。
According to the present invention, the direct current is converted into an alternating current through an inverter, and the direct current flowing into the alternating current on the output side of the inverter is detected by the direct current sensor. This is a DC current outflow prevention method in which negative feedback is performed based on the detection data to make the outflowing DC current substantially zero.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】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。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
である。この構成において、2は直流成分検出センサー
であり、3は交流成分検出センサーである。10は直流
成分検出センサーを構成する環状の軟質磁性材料からな
る直流成分検出コアであり、20も同様に交流成分検出
センサーを構成する環状の軟質磁性材料からなる交流成
分検出コアである。これらの各々コア10,20の内側
には交流電流とともに流出した微小な直流電流が流れる
被検出導線(図示せず)が貫通配置される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operation of the DC current sensor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of a DC current sensor according to the present invention. In this configuration, 2 is a DC component detection sensor, and 3 is an AC component detection sensor. Reference numeral 10 denotes a DC component detection core made of an annular soft magnetic material constituting the DC component detection sensor, and reference numeral 20 similarly denotes an AC component detection core made of an annular soft magnetic material constituting the AC component detection sensor. Inside each of the cores 10 and 20, a detected conducting wire (not shown) through which a minute DC current flowing out together with the AC current flows is arranged.

【0018】直流成分検出コア10には励磁コイル11
及び直流検出コイル12をトロイダル状に巻回配置し、
交流成分検出コア20には交流検出コイル21をトロイ
ダル状に巻回配置している。22は直流成分検出コア1
0と交流成分検出コア20とにまたがってトロイダル状
に巻回配置する帰環電流用コイルである。また、交流検
出コイル21と帰環電流用コイル22の間には位相補正
回路30、アンプ31が接続される。
The DC component detecting core 10 includes an exciting coil 11
And the DC detection coil 12 is wound and disposed in a toroidal shape,
An AC detection coil 21 is wound around the AC component detection core 20 in a toroidal shape. 22 is a DC component detection core 1
This is a return current coil that is wound and disposed in a toroidal shape over 0 and the AC component detection core 20. A phase correction circuit 30 and an amplifier 31 are connected between the AC detection coil 21 and the return current coil 22.

【0019】以上の構成からなる直流電流センサーにお
いて、特に直流成分検出センサー2は、先に発明者が提
案した構造で、励磁コイル11に直流成分検出コア10
内に該コア10の保磁力を越える磁場を発生させる三角
波状の励磁電流を流し、直流成分検出コア10内の磁束
の向きが反転するタイミングを直流検出コイル12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
較測定する構成(特開平7−128373号)を基本構
造とする。
In the DC current sensor having the above configuration, the DC component detection sensor 2 has the structure proposed by the inventor, and the excitation coil 11 has the DC component detection core 10 attached thereto.
A triangular wave-like exciting current for generating a magnetic field exceeding the coercive force of the core 10 flows therein, and the timing at which the direction of the magnetic flux in the DC component detecting core 10 is reversed is determined by a pulse voltage generated in the DC detecting coil 12. The basic structure is a configuration for detecting and comparing and measuring the interval between the pulses (Japanese Patent Laid-Open No. 7-128373).

【0020】かかる構成は、図示のごとく、直流成分検
出コアの構造が極めて簡単で、しかも付属する電子回路
も簡単であることから直流センサー全体構造も簡単で、
小型化、低価格に最も有効な直流電流センサーの提供が
可能になる。
In this configuration, as shown in the figure, the structure of the DC component detection core is extremely simple, and the attached electronic circuit is also simple.
It is possible to provide the most effective DC current sensor at a small size and at a low price.

【0021】さらに、これらの構成を図2、図3及び図
4にて詳細に説明する。図2は直流成分検出センサー2
の斜視説明図であり、図3は直流成分の検出作動原理を
説明する概念説明図である。ここでは、直流電流の検出
作動原理を説明するため、被検出導線1に交流電流が流
れていない状態を仮定し、直流電流の検出のみを対象と
して説明する。
Further, these configurations will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3 and 4. FIG. 2 shows a DC component detection sensor 2
FIG. 3 is a conceptual explanatory view illustrating the principle of operation of detecting a DC component. Here, in order to explain the principle of detection and operation of DC current, it is assumed that AC current does not flow through the detected conducting wire 1, and only DC current detection will be described.

【0022】励磁コイル11に、直流成分検出コア10
内に該コア10の保磁力を超える磁場を発生させる図3
Aの実線に示すような三角波状の励磁電流iを流す。す
なわち、励磁電流のピーク値をipとし、励磁コイル1
1の巻数をN、直流成分検出コア10の保磁力をHc、
直流成分検出コア10の磁路長をlとすると、Hc<N
p/lとなるように三角波状の励磁電流iのピーク値
をipを設定する。
The excitation coil 11 includes a DC component detection core 10
Generating a magnetic field exceeding the coercive force of the core 10 in FIG.
A triangular waveform exciting current i as shown by the solid line of A flows. That is, the peak value of the exciting current and i p, the exciting coil 1
1, the number of turns is N, the coercive force of the DC component detection core 10 is Hc,
Assuming that the magnetic path length of the DC component detection core 10 is l, Hc <N
so that i p / l the peak value of the triangular waveform exciting current i to set a i p.

【0023】被検出導線1に直流電流Iが流れていない
場合(I=0)、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になった時に図3Bの実線に示すように、直流成分
検出コア10内の磁束の向きが急速に反転し、直流検出
コイル12に図3Cの実線に示すような逆向きのパルス
電圧が発生する。
When the DC current I is not flowing through the detected conductor 1 (I = 0), the exciting current i increases and Ni / l = Hc
, The exciting current i decreases and Ni / l = −
At the time of Hc, the direction of the magnetic flux in the DC component detection core 10 is rapidly reversed as shown by the solid line in FIG. 3B, and the reverse direction pulse voltage as shown by the solid line in FIG. I do.

【0024】このパルス電圧を所定の電気回路を介する
ことによって、最終的に図3Dに示すようなアナログ出
力として得ることができる。ここで、直流成分検出コア
10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、三角波状励磁電流iの山側と谷側で発生
するパルス間隔T1,T2は等しくなる。
By passing this pulse voltage through a predetermined electric circuit, it is possible to finally obtain an analog output as shown in FIG. 3D. Here, if the coercive force Hc of the DC component detection core 10 is positive / negative symmetric, the pulse intervals T 1 and T 2 generated on the peak side and the valley side of the triangular excitation current i are independent of the magnitude of the coercive force Hc. Become equal.

【0025】被検出導線1に直流電流Iが流れている場
合(I=I0)、直流成分検出コア10内には上述した
ように励磁電流iの増減によって発生する磁場以外に、
被検出導線1に流れる直流電流Iによって、予め磁場I
0/lが形成されることから、これらの磁場が重畳さ
れ、それぞれ図3A〜Cの破線に示すように変化し、最
終的には図3Eに示すようなアナログ出力が得られる。
When a DC current I is flowing through the conductive wire 1 to be detected (I = I 0 ), the DC component detection core 10 has a magnetic field other than the magnetic field generated by the increase and decrease of the exciting current i as described above.
The direct current I flowing through the detection target wire 1 causes the magnetic field I
Since 0/1 is formed, these magnetic fields are superimposed and change as shown by broken lines in FIGS. 3A to 3C, respectively, and finally, an analog output as shown in FIG. 3E is obtained.

【0026】この場合は、直流成分検出コア10の保磁
力Hcが正負対称であっても、三角波状励磁電流iの山
側と谷側で発生するパルス間隔T1,T2に差(T2
1)が生じることとなる。
In this case, even if the coercive force Hc of the DC component detection core 10 is positive / negative symmetric, the difference (T 2 <) between the pulse intervals T 1 and T 2 generated on the peak side and the valley side of the triangular excitation current i.
T 1 ) will occur.

【0027】しかし、三角波状励磁電流iの時間あたり
の変化が一定で、かつ増加時と減少時の傾きの絶対値が
等しい場合は、被検出導線1に流れる直流電流Iが、
{(T1−T2)/(T1十T2)}に比例する。
However, when the change per unit time of the triangular excitation current i is constant and the absolute values of the gradients at the time of increase and decrease are equal, the DC current I flowing through the detected wire 1 becomes
Proportional to {(T 1 -T 2) / (T 1 ten T 2)}.

【0028】したがって、予めこれらのパルス間隔
1,T2の差と被検出導線1に流れる直流電流Iとの相
関を測定しておくことによって、それぞれのパルス間隔
1,T2を電気的に計測することで、被検出導線1に流
れる直流電流Iの絶対値を検出することが可能となるの
である。
Therefore, by previously measuring the correlation between the difference between the pulse intervals T 1 and T 2 and the DC current I flowing through the conductor 1 to be detected, the respective pulse intervals T 1 and T 2 can be electrically determined. Thus, the absolute value of the DC current I flowing through the detected conductor 1 can be detected.

【0029】次に、交流電流により発生する検出コア内
の磁束を実質的に零とする手段について、図4にて説明
する。図4は交流成分検出センサー3の斜視説明図であ
り、交流成分検出コア20に交流検出コイル21及び帰
環電流用コイル22を巻回配置した構成を示している。
Next, means for making the magnetic flux in the detection core generated by the alternating current substantially zero will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory perspective view of the AC component detection sensor 3, and shows a configuration in which an AC detection coil 21 and a return current coil 22 are wound around an AC component detection core 20.

【0030】被検出導線1に流れる交流電流によって、
交流成分検出コア20内には磁束φが発生し、さらに、
その磁束φの時間的変化に基づき交流検出コイル21に
起電力が発生する。ここで、交流検出コイル21に発生
する起電力が零になるよう帰環電流用コイル22に所定
の帰環電流を流すと、交流成分検出コア20内の磁束を
実質的に零とすることができる。
The alternating current flowing through the detected conductor 1 causes
A magnetic flux φ is generated in the AC component detection core 20, and further,
An electromotive force is generated in the AC detection coil 21 based on the temporal change of the magnetic flux φ. Here, when a predetermined return current is passed through the return current coil 22 so that the electromotive force generated in the AC detection coil 21 becomes zero, the magnetic flux in the AC component detection core 20 can be substantially reduced to zero. it can.

【0031】従って、図1に示すように、帰環電流用コ
イル22を交流成分検出センサー3及び直流成分検出セ
ンサー2、すなわち、交流成分検出コア20だけでな
く、直流成分検出コア10にもまたがって巻回配置すれ
ば、直流成分検出コア10内に発生する被検出導線1に
流れる交流電流によって発生する磁束をも実質的に零と
することができ、直流成分検出コア10に巻回配置され
る直流検出コイル12は、交流電流による影響を受ける
ことなく、先に説明した作動原理に基づいて、直流電流
のみの検出を実現することができる。なお、図中30及
び31は、交流検出コイル21と帰還電流用コイル22
の間に配置される位相補正回路とアンプである。
Therefore, as shown in FIG. 1, the return current coil 22 extends not only between the AC component detection sensor 3 and the DC component detection sensor 2, that is, the AC component detection core 20, but also over the DC component detection core 10. If it is wound and arranged, the magnetic flux generated by the alternating current flowing through the detected wire 1 generated in the DC component detection core 10 can be substantially reduced to zero. The DC detection coil 12 can detect only the DC current based on the operation principle described above without being affected by the AC current. In the figure, reference numerals 30 and 31 denote an AC detection coil 21 and a feedback current coil 22.
And a phase correction circuit and an amplifier arranged between them.

【0032】なお、交流成分検出コア20には直流偏磁
による交流検出コイル21及び帰還電流用コイル22の
インダクタンス変化が発生し、帰環回路での位相補正が
不適切となると系が不安定となり、発振する。これを防
止するために、インダクタンスの安定を目的に周方向の
少なくとも一箇所にギャップを形成することが望まし
い。特に、電気的なバランスや製造性等の観点からは、
図に示すように対称位置となる周方向の二箇所にギャッ
プ23a,23bを形成することが望ましい。ギャップ
寸法は各々検出コアの磁気特性及び測定する直流電流の
大きさにより適宜選定することが望ましい。
The inductance of the AC detection coil 21 and the feedback current coil 22 due to the DC bias occurs in the AC component detection core 20, and if the phase correction in the return loop circuit becomes inappropriate, the system becomes unstable. Oscillate. In order to prevent this, it is desirable to form a gap at at least one location in the circumferential direction for the purpose of stabilizing the inductance. In particular, from the viewpoint of electrical balance and manufacturability,
As shown in the figure, it is desirable to form gaps 23a and 23b at two circumferential positions that are symmetrical. It is desirable to appropriately select the gap size according to the magnetic characteristics of the detection core and the magnitude of the DC current to be measured.

【0033】また、直流成分検出コアと交流成分検出コ
アにはNi‐Fe系合金(パーマロイ)、ケイ素鋼板、
ソフトフェライト等の公知の軟質磁性材料を用いること
が可能であるが、先の説明からも分かるように、直流成
分検出コアには透磁率が高く保磁力が小さな材料がより
好ましく、交流成分検出コアには交流磁気特性が良好な
材料がより好ましいことから、直流成分検出コアをNi
‐Fe系合金にて、交流成分検出コアをMn−Zn系ソ
フトフェライトにて構成することが望ましい。
The DC component detecting core and the AC component detecting core include Ni—Fe alloy (permalloy), silicon steel plate,
It is possible to use a known soft magnetic material such as soft ferrite, but as can be seen from the above description, a material having a high magnetic permeability and a small coercive force is more preferable for the DC component detection core, and an AC component detection core is preferable. Since a material having good AC magnetic characteristics is more preferable,
It is desirable that the AC component detection core is made of Mn-Zn soft ferrite with a -Fe alloy.

【0034】なお、直流成分検出コアに巻回配置する励
磁コイル及び直流検出コイルは、図示のように独立して
設ける構成に限定されることなく、各々の機能を共用し
た一つのコイルとすることも可能である。すなわち、励
磁コイル及び直流検出コイルは実質的に同方向、同位置
に巻回配置されており、励磁コイルにも前記のパルス状
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、励磁コイルに直
流検出コイルの機能を共用させることが可能となる。
The excitation coil and the DC detection coil wound around the DC component detection core are not limited to the configuration provided independently as shown in the figure, but may be one coil sharing each function. Is also possible. That is, the excitation coil and the DC detection coil are wound substantially in the same direction and at the same position, and the pulse-like voltage is also generated in the excitation coil. Is added, the exciting coil can share the function of the DC detection coil.

【0035】図1に示す構成からなるこの発明の直流電
流センサーでは、センサーとしての全体の構造が簡単
で、小型化、低価格を実現できるという長所を有する反
面、直流成分検出センサーとして三角波状の励磁電流を
使用することから必然的に応答速度が限定されてしまう
ことが分かった。すなわち、三角波状励磁電流の周波数
を増大すると、直流成分検出コアを構成する軟質磁性材
料の交流磁気特性が、直流磁気特性のものと異なりルー
プ状となってしまい、検出コイルから明確なゼロクロ
ス、パルスが得られなくなってしまうことから、通常数
10Hz程度までの三角波状電流を用いることになる。
The DC current sensor of the present invention having the structure shown in FIG. 1 has the advantages that the whole structure of the sensor is simple, and that the size and the price can be reduced. It has been found that the use of the exciting current inevitably limits the response speed. That is, when the frequency of the triangular excitation current is increased, the AC magnetic characteristic of the soft magnetic material constituting the DC component detection core becomes a loop shape unlike the DC magnetic characteristic, and a clear zero crossing and a pulse are generated from the detection coil. Therefore, a triangular current of up to about several tens of Hz is usually used.

【0036】この程度の周波数の三角波電流を用いた場
合、該センサーの応答速度は2秒程度となり、例えば、
0.5秒以内の高い応答速度を要求される太陽光発電シ
ステムの用途などへの適用は困難とされる。発明者は、
図1に示す構成の直流電流センサーが有する長所を維持
したままで、高い応答速度を可能とする構成を検討した
結果、図1に示す構成において、励磁コイル11に三角
波状の励磁電流を流すことなく、直流成分検出コア10
を磁気的に飽和可能なピーク値を有する正・負のパルス
電流を交互に流すことによって高応答性の実現が可能で
あることを確認した。
When a triangular wave current having such a frequency is used, the response speed of the sensor is about 2 seconds.
Application to a photovoltaic power generation system that requires a high response speed within 0.5 seconds is difficult. The inventor
As a result of studying a configuration that enables a high response speed while maintaining the advantages of the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 1, it was found that, in the configuration shown in FIG. No, DC component detection core 10
It was confirmed that high responsiveness can be realized by alternately passing positive and negative pulse currents having peak values that can be magnetically saturated.

【0037】図12に示す検出コイルへの起電力発生メ
カニズムの概要に基づき、さらに詳述する。図1に示す
構成からなる直流電流センサーにおいて、被検出導線に
直流電流が流れていない状態にて、励磁コイル11に直
流成分検出コア10を磁気的に飽和可能なピーク値を有
する正・負のパルス電流(ピーク値の絶対値は同一)を
交互に流すと、該検出コア10には図12Aに示すよう
にB−Hカーブ上のO→a→O、さらにO→b→Oの変
化に応じた磁束が発生し、図12Bの如くその発生した
磁束の変化量に比例した起電力が検出コイル12に出力
1、V2として検出される。
The mechanism for generating an electromotive force to the detection coil shown in FIG. 12 will be described in more detail. In the DC current sensor having the configuration shown in FIG. 1, in a state where no DC current is flowing through the detection target wire, the excitation coil 11 has a positive / negative value having a peak value capable of magnetically saturating the DC component detection core 10. When a pulse current (the absolute value of the peak value is the same) is alternately applied, the detection core 10 changes to O → a → O and further O → b → O on the BH curve as shown in FIG. 12A. A corresponding magnetic flux is generated, and as shown in FIG. 12B, an electromotive force proportional to the amount of change of the generated magnetic flux is detected by the detection coil 12 as the outputs V 1 and V 2 .

【0038】被検出導線に直流電流が流れていない状態
では図示のようにV1=V2となり該ピーク値の平均出力
は零となる。ここで被検出導線に例えば+側の直流電流
が流れると、該直流電流によって直流成分検出コア10
が磁化され、図12AのB−Hカーブ上のO点が+側に
+ΔHだけ移動し、図12CのO1の位置となる。この
ような状態において、前記と同様な正・負のパルス電流
を励磁コイル11に流すと、検出コア10には図12C
に示すようにB−Hカーブ上のO1−a1−O1、さらに
1→b1→O1の変化に応じた磁束が発生し、図12D
の如くその発生した磁束の変化量に比例した起電力が検
出コイル12にV11,V12として検出される。
In the state where no DC current is flowing through the conductor to be detected, V 1 = V 2 as shown in the figure, and the average output of the peak value becomes zero. Here, for example, when a DC current on the + side flows through the detected wire, the DC component is detected by the DC current.
There is magnetized, moved by + [Delta] H in O point + side on the B-H curve of FIG. 12A, the position of O 1 of FIG 12C. In such a state, when the same positive / negative pulse current is applied to the exciting coil 11 as described above, the detection core 10
As shown in FIG. 12D, a magnetic flux is generated according to the change of O 1 -a 1 -O 1 on the BH curve, and further, the change of O 1 → b 1 → O 1 ,
As described above, the electromotive force proportional to the amount of change in the generated magnetic flux is detected by the detection coil 12 as V 11 and V 12 .

【0039】なお、図12のA,C,Eの表示におい
て、aとbの位置は、所要のB−H位置で被検出導線に
流れる直流電流に応じてH方向に変化するが、図示の都
合上移動位置を短縮して概略的に表示してある。
In the display of A, C, and E in FIG. 12, the positions of a and b change in the H direction according to the DC current flowing through the conductor to be detected at the required BH position. For convenience, the moving position is shortened and schematically displayed.

【0040】図から明らかなようにO1−a1−O1の変
化に基づく磁束の変化量は少ない。すなわち、O点が+
側に+ΔHだけ移動することによってわずかな電流変化
で+側の飽和領域に達し、その後電流が増加しても実質
的に発生する磁束量に変化がないためである。また、O
1−b1−O1の変化に基づく磁束の変化量は大きい。す
なわち、O点が+側に+ΔHだけ移動することによっ
て、−側の飽和領域に達するまでの磁束変化量が大きく
なるためである。従って、起電力V11,V12もその変化
に応じてV11<V12となる。同様に被検出導線に−側の
直流電流が流れると、該直流電流によって直流成分検出
コア10が磁化され、図AのB−Hカーブ上のO点が−
側に−ΔHだけ移動し、図12EのO2の位置となる。
このような状態において、前記と同様な正・負のパルス
電流を励磁コイル11に流すと、検出コア10には図1
2Eに示すようにB−Hカーブ上のO2→a2→O2、さ
らにO2→b2→O2の変化に応じた磁束が発生し、図1
2Fの如くその発生した磁束の変化量に比例した起電力
が検出コイル12にV21,V22として検出される(V21
>V22)。
As is apparent from the figure, the amount of change in magnetic flux based on the change in O 1 -a 1 -O 1 is small. That is, the O point is +
This is because, by moving to the side by + ΔH, the saturation region on the + side is reached with a slight change in current, and the amount of magnetic flux generated substantially does not change even if the current increases thereafter. Also, O
1 the amount of change in magnetic flux based on the change in the -b 1 -O 1 is large. That is, when the point O moves to the + side by + ΔH, the amount of change in magnetic flux until reaching the saturation region on the − side increases. Therefore, the electromotive forces V 11 and V 12 also satisfy V 11 <V 12 according to the change. Similarly, when a negative DC current flows through the detected conductor, the DC component magnetizes the DC component detection core 10, and the point O on the BH curve in FIG.
Moved by -ΔH to the side, the position of the O 2 in FIG. 12E.
In such a state, when the same positive / negative pulse current as described above is applied to the exciting coil 11, the detection core 10
As shown in FIG. 2E, a magnetic flux is generated according to the change of O 2 → a 2 → O 2 and further O 2 → b 2 → O 2 on the BH curve.
An electromotive force proportional to the amount of change in the generated magnetic flux, such as 2F, is detected by the detection coil 12 as V 21 and V 22 (V 21
> V 22).

【0041】図12C、図12Eにて説明したように、
被検出導線に流れる直流電流に応じて、検出コイル12
の出力における正・負側で異なるピーク値(V11
12,V21>V22)が得られ、これら正・負の各々ピー
ク値を個別にサンプルアンドホールドし、該ピーク値の
平均出力を測定することで、該平均出力と直流電流の絶
対値の相関を予め確認しておくことによって、被検出導
線に流れる直流電流の絶対値と向きを確認することがで
きる。なお、V1+V2、V11+V12、V21+V22は実質
的に同値になる。
As described with reference to FIGS. 12C and 12E,
According to the DC current flowing through the detected wire, the detection coil 12
Different peak values (V 11 <
V 12 , V 21 > V 22 ) are obtained, these positive and negative peak values are individually sampled and held, and the average output of the peak values is measured to obtain the average output and the absolute value of the DC current. Is confirmed in advance, the absolute value and direction of the DC current flowing through the detected conductor can be confirmed. Note that V 1 + V 2 , V 11 + V 12 , and V 21 + V 22 have substantially the same value.

【0042】上記の作用効果を得るためには、励磁コイ
ル11に流す正・負の各々パルス電流は検出コア10を
十分に飽和することが可能な大きさでなければならな
い。すなわち、被検出導線に流れる直流電流によって、
B−Hカーブ上のO点が移動した後にも、正・負のパル
ス電流によってB−Hカーブ上の飽和領域(図中a,
b,a1,b1,a2,b2)に至るまでの変化を起こさせ
る必要があることは前記の説明からも明らかである。
In order to obtain the above effects, the positive and negative pulse currents flowing through the exciting coil 11 must be large enough to sufficiently saturate the detection core 10. That is, by the DC current flowing through the detected wire,
Even after the point O on the BH curve has moved, the saturation region on the BH curve (a,
It is clear from the above description that changes up to b, a 1 , b 1 , a 2 , b 2 ) need to be made.

【0043】従って、要求される応答速度、検出コア1
0の材質等に応じて、励磁コイル11に流すパルス電流
の周波数とピーク値を設定することが望ましい。なお、
本発明者の実験によれば、図11に示す構成において励
磁コイル11に周波数2kHz、正・負の各々のピーク
値25Vのパルス電流を流して測定した結果、励磁コイ
ル11に三角波電流を流して測定した場合と同程度の直
線性を有する測定結果が得られ、応答速度も0.1秒程
度と、三角波電流を流した場合と比べて1桁以上速い応
答速度での測定が可能であることが確認できた。上記の
実験に際し、励磁コイル11としては外径0.1mmの
エナメル線を50ターン巻回し、検出コイル12として
は外径0.1mmのエナメル線を500ターン巻回した
構成とした。
Therefore, the required response speed, the detection core 1
It is desirable to set the frequency and the peak value of the pulse current flowing through the exciting coil 11 according to the material of 0 or the like. In addition,
According to the experiment of the inventor, in the configuration shown in FIG. 11, a pulse current having a frequency of 2 kHz and a positive and negative peak value of 25 V was passed through the exciting coil 11 and measured, and as a result, a triangular wave current was passed through the exciting coil 11. A measurement result with the same linearity as the measurement is obtained, and the response speed is about 0.1 second, which enables measurement at a response speed that is at least an order of magnitude faster than when a triangular wave current is applied. Was confirmed. In the above experiment, the excitation coil 11 was formed by winding an enamel wire having an outer diameter of 0.1 mm for 50 turns, and the detection coil 12 was formed by winding an enamel wire having an outer diameter of 0.1 mm for 500 turns.

【0044】この励磁コイル11に所定のパルス電流を
流す構成では、検出コア10の交流磁気特性(B−H)
カーブに影響を受けず、パルス電流の波形がシャープ
(短時間)であれば、必然的に検出コイル12に発生す
る起電力もシャープ(短時間)となり、応答速度を大幅
に向上することが可能となる。
In the configuration in which a predetermined pulse current is applied to the exciting coil 11, the AC magnetic characteristics (BH) of the detection core 10 are obtained.
If the waveform of the pulse current is sharp (short time) without being affected by the curve, the electromotive force generated in the detection coil 12 inevitably becomes sharp (short time), and the response speed can be greatly improved. Becomes

【0045】以上において直流電流の検出原理について
詳述したが、交流成分検出センサー3を構成する交流成
分検出コア20、交流検出コイル21、帰還電流用コイ
ル22も図1と同様な配置構成を採用することができる
ため、前記の励磁コイル11に三角波電流を流す構成と
同様な原理にて被検出導線中に交流電流とともに流れる
微小な直流電流のみを高感度にて測定することが可能と
なる。
Although the principle of detecting the direct current has been described in detail above, the AC component detection core 20, the AC detection coil 21, and the feedback current coil 22 constituting the AC component detection sensor 3 also employ the same arrangement as that of FIG. Therefore, only a minute DC current flowing together with an AC current in the detected conductor can be measured with high sensitivity based on the same principle as that of the configuration in which a triangular wave current flows through the exciting coil 11.

【0046】以上に説明した構成はいずれも直流成分検
出コアとして非常にシンプルな構成を採用できることか
ら、直流電流センサーとしての全体の構成が簡単で小型
化、低価格を実現できることは先にも説明した通りであ
り、要求される応答速度により励磁コイルに流す電流を
選択することでその用途を一層拡大することができる。
しかし、検出電流が渦電流となり、スケールアウトした
場合、センサーとしての動作が不安定となることから測
定レンジも比較的狭い(通常0.1〜20A程度)範囲
となる。
Since any of the above-described configurations can employ a very simple configuration as the DC component detection core, it has already been described that the overall configuration as the DC current sensor can be simplified, and the size and cost can be reduced. As described above, by selecting the current to be supplied to the exciting coil according to the required response speed, the use thereof can be further expanded.
However, when the detection current becomes an eddy current and scales out, the operation as a sensor becomes unstable, so that the measurement range is relatively narrow (usually about 0.1 to 20 A).

【0047】かかる欠点を改善するために、発明者は先
に提案した種々の構成からなる直流電流センサーを、こ
の発明の直流電流センサーにおける直流成分検出センサ
ーとして配置したところ、測定レンジに関する問題の解
決だけでなく、要求される諸特性に応じた種々の構成を
提供することが可能であることを確認した。例えば、図
9に示すような構成を採用すれば測定レンジの範囲拡大
だけでなく応答速度の向上も可能であることが確認でき
た。
In order to remedy such a drawback, the inventor arranged DC current sensors having the various configurations proposed above as DC component detection sensors in the DC current sensor of the present invention. In addition, it has been confirmed that various configurations according to various required characteristics can be provided. For example, it has been confirmed that the adoption of the configuration as shown in FIG. 9 enables not only expansion of the measurement range but also improvement of the response speed.

【0048】すなわち、直流成分検出センサー2とし
て、電気的に接続されている一対の直流検出コイル33
a,33bを矩形枠状の軟質磁性材料からなる直流成分
検出コア32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、該直流成分検出コア32の内側
に交流電流とともに流出した微小な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り、さらに、被検
出導線1を流れる直流電流Iに基づき発生する直流成分
検出コア32内の磁束Φ0をスイッチングする手段とし
て、該検出コア32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34
a,34bを配置するとともに、直流成分検出コア32
外周の周方向に励磁コイル35を巻回配置した構成(特
開平6−74978号)を採用することができる。
That is, as the DC component detection sensor 2, a pair of DC detection coils 33 electrically connected
a and 33b are wound in a toroidal shape on the short side of the rectangular frame-shaped soft magnetic material opposite to the DC component detection core 32, and flow out together with the AC current into the DC component detection core 32. The detecting conductor 1 through which a minute DC current flows flows through the detecting conductor 1. Further, as means for switching the magnetic flux Φ 0 in the DC component detecting core 32 generated based on the DC current I flowing through the detecting conductor 1, A pair of exciting cores 34 made of a soft magnetic material forming a quadrangular cylindrical shape on the long sides at positions opposing the detection core 32
a, 34b and the DC component detection core 32
A configuration in which the exciting coil 35 is wound around the outer circumference (Japanese Patent Laid-Open No. 6-74978) can be employed.

【0049】このような構成からなる直流成分検出セン
サー2において、被検出導線1に直流電流Iが流れると
直流成分検出コア32内に磁束Φ0が発生するが、この
時、励磁コイル35に所定の交流電流(周波数f0)を
流すと励磁コア34a,34b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直流成分検出コア32
と励磁コア34a,34bとの直交部36が磁気的に飽
和され、前記直流成分検出コア32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(VDET)が直流検出コイル33a,3
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。
In the DC component detection sensor 2 having the above-described configuration, when the DC current I flows through the wire 1 to be detected, a magnetic flux Φ 0 is generated in the DC component detection core 32. When an alternating current (frequency f 0 ) flows, an alternating magnetic flux is generated in the excitation cores 34a and 34b in the α direction in the figure, and the alternating magnetic flux causes the DC component detecting core 32 to rotate.
And the excitation cores 34a and 34b are magnetically saturated, and the magnetic flux Φ 0 in the DC component detection core 32 is switched, so that the frequency of the alternating magnetic flux is twice (2f 0 ) the excitation frequency. Is modulated. With the change of the magnetic flux Φ 0 , an electromotive force (V DET ) having a frequency of 2f 0 proportional to the DC current I flowing through the wire 1 to be detected is applied to the DC detection coils 33 a, 3.
3b, and as a result, the absolute value of the DC current I flowing through the detected conductor 1 can be known.

【0050】さらに、交流成分検出センサー3として、
軟質磁性材料からなる矩形板状の交流成分検出コア40
に交流検出コイル41を配置することともに前記直流成
分検出コア32と、交流成分検出コア40にまたがるよ
うに、帰還電流用コイル42を巻回配置することによ
り、図1と同様な作動原理によって、被検出導線Iを流
れる交流電流による直流成分検出コア32内に発生する
磁束を実質的に零とすることが可能となる。従って直流
成分検出センサー2により、先に説明した作動原理に基
づいて、直流電流のみの検出を実現できる。なお、図中
43a,43bは、インダクタンス変化防止用のギャッ
プである。
Further, as the AC component detection sensor 3,
Rectangular component AC component detection core 40 made of soft magnetic material
By arranging a return current coil 42 so as to straddle the DC component detection core 32 and the AC component detection core 40 while arranging an AC detection coil 41 in the same manner as in FIG. The magnetic flux generated in the DC component detection core 32 due to the AC current flowing through the detected conductor I can be made substantially zero. Therefore, the DC component detection sensor 2 can realize detection of only the DC current based on the operation principle described above. In the drawings, 43a and 43b are gaps for preventing a change in inductance.

【0051】図においては、帰還電流用コイル42を一
か所にのみ配置した構成を示したが、電磁的なバランス
を考慮すると、直流成分検出コア32及び交流成分検出
コア40の各々の辺部である4ヶ所に配置することが最
も好ましい。また、交流成分検出コア40を矩形板状の
構成として示したが、その形状に限定されるものではな
く、要求される測定精度や各種コイルの巻回作業性等を
考慮して、円盤状等の構成を採用することも可能であ
る。
In the figure, the configuration in which the feedback current coil 42 is arranged at only one place is shown. However, in consideration of the electromagnetic balance, each side portion of the DC component detection core 32 and the AC component detection core 40 is provided. It is most preferable to dispose them at four locations. Further, although the AC component detection core 40 is shown as a rectangular plate-shaped configuration, the shape is not limited to the shape, and a disk-shaped or the like may be used in consideration of required measurement accuracy, winding workability of various coils, and the like. It is also possible to adopt the configuration described above.

【0052】図9の構成によれば、三角波状の励磁電流
を使用する必要がなく、図1の構成に比べて、応答性を
大幅に向上することができる。また、図1の構成に比
べ、若干、直流成分検出コア32の構造が複雑となる
が、検出電流が渦電流となり、スケールアウトした場合
でも比較的センサーとしての動作が安定しており、か
つ、高感度、高精度の測定も可能となることから測定レ
ンジも1mA〜100A程度と広範囲になる。また、電
子回路上でノイズ除去が容易であることから耐ノイズ特
性も良好となる長所を有する。
According to the configuration shown in FIG. 9, there is no need to use a triangular excitation current, and the responsiveness can be greatly improved as compared with the configuration shown in FIG. Further, although the structure of the DC component detection core 32 is slightly more complicated than that of the configuration of FIG. 1, the detection current becomes an eddy current, and the operation as a sensor is relatively stable even when scaled out. Since high-sensitivity and high-accuracy measurement can be performed, the measurement range is also as wide as about 1 mA to 100 A. In addition, since noise can be easily removed on an electronic circuit, noise resistance is improved.

【0053】図10に示す構成においても、図9の構成
と同等以上の特性を得ることができる。図10の直流電
流センサーを構成する直流成分検出センサー2は、直流
成分検出コアの構成を簡単にするとともに、S/N比の
向上を可能にするものであり、直流検出コイル53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
直流成分検出コア52を管状となし、該検出コア52の
周方向に連通する中空部に、励磁コイル55を巻回配置
した構成(特開平7−198754号)からなる。
In the configuration shown in FIG. 10, characteristics equal to or higher than the configuration shown in FIG. 9 can be obtained. The DC component detection sensor 2 constituting the DC current sensor shown in FIG. 10 simplifies the configuration of the DC component detection core and enables the S / N ratio to be improved, and the DC detection coil 53 is formed in a toroidal shape. A configuration in which a DC component detection core 52 made of an annular soft magnetic material to be wound and disposed is formed in a tubular shape, and an excitation coil 55 is wound and disposed in a hollow portion communicating with the detection core 52 in a circumferential direction (Japanese Patent Laid-Open No. 7-198754). No.).

【0054】このような構成において、被検出導線1に
直流電流Iが流れると直流成分検出コア52内に磁束Φ
0が発生するが、この時、励磁コイル55に所定の励磁
電流(交流電流)を流すと直流成分検出コア52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直流
成分検出コア52のほぼ全域が周期的に磁気的飽和さ
れ、前記直流成分検出コア52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、図9にて説明し
た直流成分検出センサーにおける、励磁コアの役目を直
流成分検出コア52が兼ねることになるが、基本的に図
9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。
In such a configuration, when the DC current I flows through the conductive wire 1 to be detected, the magnetic flux Φ
0 occurs, but this time, alternating magnetic flux in the figure α direction is generated and flow excitation coil 55 in a predetermined excitation current (AC current) in the DC component detecting core 52, the DC component detecting core by the alternating magnetic flux Almost the entire region 52 is periodically magnetically saturated, and the magnetic flux Φ 0 in the DC component detection core 52 is switched. In this configuration, the DC component detection core 52 also serves as the excitation core in the DC component detection sensor described with reference to FIG. It is possible to know the absolute value of the DC current I flowing through the detection conductor 1.

【0055】なお、図中3は、交流成分検出センサー3
であり実質的に図1の直流電流センサーの場合と同様な
構成からなっている。すなわち、図中60は環状の軟質
磁性材料からなる交流成分検出コアであり、61は交流
検出コイル、62は帰還電流用コイル、63a,63b
はインダクタンス変化防止用ギャップである。従って、
図1と同様な作動原理によって、被検出導線を流れる交
流電流による直流成分検出コア52内に発生する磁束を
実質的に零とすることが可能となり、前記直流成分検出
センサー2により、先に説明した作動原理に基づいて、
直流電流のみの検出を実現することができる。
In the figure, reference numeral 3 denotes an AC component detection sensor 3.
The configuration is substantially the same as that of the DC current sensor of FIG. That is, in the figure, reference numeral 60 denotes an AC component detection core made of a ring-shaped soft magnetic material, 61 denotes an AC detection coil, 62 denotes a feedback current coil, and 63a and 63b.
Is a gap for preventing inductance change. Therefore,
The operating principle similar to that of FIG. 1 makes it possible to make the magnetic flux generated in the DC component detection core 52 by the AC current flowing through the detected wire substantially zero, and the DC component detection sensor 2 described earlier. Based on the working principle
Detection of only DC current can be realized.

【0056】この構成の直流電流センサーにおいても、
図9に示した構成と同様に高速応答、高感度、高精度を
実現できるが、特に直流成分検出コア52の製造が機械
化し易く、より低価格が実現できる。また、直流成分検
出コア52にフェライトコアを使用すれば、本来的に交
流磁気特性が良好であることから、より一層の高速応答
性向上を実現できる。さらに、電子回路が若干複雑にな
るものの、耐ノイズ特性についても、図1及び図9の構
成より、優れた特性を得ることができる。
Also in the DC current sensor having this configuration,
Although high-speed response, high sensitivity, and high precision can be realized similarly to the configuration shown in FIG. 9, the manufacture of the DC component detection core 52 is particularly easy to mechanize, and a lower price can be realized. Further, if a ferrite core is used for the DC component detection core 52, the AC magnetic characteristics are originally good, so that a higher speed response can be further improved. Further, although the electronic circuit is slightly complicated, it is possible to obtain superior noise resistance characteristics as compared with the configurations shown in FIGS.

【0057】以上に説明した図9、図10の構成からな
る直流電流センサーを構成する直流成分検出センサー
は、被検出導線1を流れる直流電流Iに基づき発生する
直流成分検出コア内の磁束Φ0をスイッチングする手段
が、直流成分検出コア52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11の構
成からなる直流成分検出センサーは、磁束Φ0をスイッ
チングする手段が異なる。
The DC component detecting sensor constituting the DC current sensor having the configuration shown in FIGS. 9 and 10 described above has a magnetic flux Φ 0 in the DC component detecting core generated based on the DC current I flowing through the conductive wire 1 to be detected. Is configured to form a magnetically saturated region due to the alternating magnetic flux in a part or all of the DC component detection core 52 in the circumferential direction to periodically cut off the magnetic flux Φ 0. The DC component detection sensor having the configuration shown in FIG. 11 differs in the means for switching the magnetic flux Φ 0 .

【0058】図11に示す直流電流センサーを構成する
直流成分検出センサー2は、被検出導線1を流れる直流
電流Iに基づき発生する直流成分検出コア72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
づく直流成分検出コア72内での磁化方向を回転させ、
実質的に被検出導線1を流れる直流電流Iに基づき発生
する直流成分検出コア72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
おいても直流検出コイル73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9の直流
電流センサーと同様である(特願平7−180721
号)。
The DC component detection sensor 2 constituting the DC current sensor shown in FIG. 11 is adapted to apply a circumferential magnetic field in the DC component detection core 72 generated based on the DC current I flowing through the conductive wire 1 to be detected. By applying a magnetic field whose direction changes periodically orthogonal to the magnetic field, the magnetization direction in the DC component detection core 72 based on these synthetic magnetic fields is rotated,
The magnetic flux Φ 0 in the DC component detection core 72 generated based on the DC current I flowing through the detected conductor 1 is modulated to perform magnetic switching. Also in this configuration, the mechanism of generating an electromotive force to the DC detection coil 73 is substantially the same as that of the DC current sensor of FIG. 9 although the switching means is different (Japanese Patent Application No. Hei 7-180721).
issue).

【0059】詳細すると、直流成分検出コア72には、
該検出コア72の側面に形成されている複数の貫通孔7
8(図においては矩形状にて示すが、円形状等でもよ
い)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75
a,75bを巻回配置するとともに、外周に直流検出コ
イル73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75a,75bに所定の励磁電流(交
流電流)を印加することによって、直流成分検出コア7
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。
More specifically, the DC component detection core 72 includes:
A plurality of through holes 7 formed on the side surface of the detection core 72
8 (shown in a rectangular shape in the figure, but may be a circular shape, etc.) so that the direction of the current in the same through-hole is the same and the direction of the current in the adjacent through-hole is opposite.
a, 75b are wound and the DC detection coil 73 is wound around the outer periphery in a toroidal shape. By applying a predetermined exciting current (AC current) to the exciting coils 75a and 75b, the DC component detecting core 7
2, the absolute value of the DC current I flowing through the target wire 1 to be detected can be known as described above.

【0060】図中3は、交流成分検出センサー3であ
り、実質的に図1の直流電流センサーの場合と同様な構
成からなっている。すなわち、図中80は環状の軟質磁
性材料からなる交流成分検出コアであり、81は交流検
出コイル、82は帰還電流用コイル、83a,83bは
インダクタンス変化防止用ギャップである。従って、図
1と同様な作動原理によって、被検出導線を流れる交流
電流による直流成分検出コア72内に発生する磁束を実
質的に零とすることが可能となり、前記直流成分検出セ
ンサー2により、先に説明した作動原理に基づいて、直
流電流のみの検出を実現することができる。
In the figure, reference numeral 3 denotes an AC component detection sensor 3, which has substantially the same configuration as that of the DC current sensor of FIG. That is, in the drawing, reference numeral 80 denotes an AC component detection core made of a ring-shaped soft magnetic material, 81 denotes an AC detection coil, 82 denotes a feedback current coil, and 83a and 83b denote inductance change preventing gaps. Therefore, the magnetic flux generated in the DC component detection core 72 due to the AC current flowing through the detected wire can be made substantially zero by the operation principle similar to that of FIG. Based on the operation principle described above, detection of only DC current can be realized.

【0061】この構成の直流電流センサーにおいても図
9に示した構成とほぼ同様な特性を得ることが可能であ
るが、検出電流が渦電流となり、スケールアウトした場
合には、直流成分検出コア72内での磁化方向の回転が
円滑に行われず、センサーとしての動作が不安定となる
ことから若干測定レンジが狭くなるものの、通常1mA
〜10A程度の範囲であれば、高速応答、高感度、高精
度を実現できる。又、直流成分検出コア72の構造が非
常に簡単であることから、小型化、低価格化の点からも
有効な構成である。
With the DC current sensor having this configuration, it is possible to obtain almost the same characteristics as the configuration shown in FIG. 9. However, when the detection current is an eddy current and scales out, the DC component detection core 72 Although the rotation of the magnetization direction within the sensor is not performed smoothly and the operation as a sensor becomes unstable, the measurement range is slightly narrowed, but is usually 1 mA.
Within the range of about 10 to 10 A, high-speed response, high sensitivity, and high accuracy can be realized. Further, since the structure of the DC component detection core 72 is very simple, it is an effective configuration from the viewpoint of size reduction and cost reduction.

【0062】以上、図9〜図11は、直流成分検出セン
サーとして、励磁コイルに、所定の交流電流を流すこと
によって、被検出導線中を流れる交流電流中に混入する
直流電流に基づき発生する直流成分検出コア内の磁束を
同期的にスイッチングする構成からなる例を示したが、
図示の例に限らず、例えば、被検出導線中を流れる直流
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発作用
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
(特開平7−55846号)等、先に提案した種々構成
のセンサーを用いることが可能である。
FIGS. 9 to 11 show a direct current component detection sensor, in which a predetermined alternating current is applied to an exciting coil to generate a direct current generated based on a direct current mixed in an alternating current flowing in a conductor to be detected. Although an example of a configuration in which the magnetic flux in the component detection core is synchronously switched has been described,
Not limited to the illustrated embodiment, for example, vary with the repulsion between the direction of the alternating magnetic flux perpendicular to the direction of the magnetic flux [Phi 0 in the detecting core which occurs on the basis of the DC current flowing in the lead wire being detected relative to the magnetic flux [Phi 0 By doing so, it is possible to use sensors having various configurations proposed previously, such as a configuration in which the magnetic flux Φ 0 is periodically interrupted and the magnetic flux Φ 0 is switched as a result (Japanese Patent Laid-Open No. 7-55846). .

【0063】さらに、直流成分検出センサーとしては、
環状の軟質磁性材料からなる直流成分検出コアの一部に
空隙を形成し、該空隙内にホール素子を配置するような
構成も採用できる。
Further, as a DC component detection sensor,
It is also possible to adopt a configuration in which a gap is formed in a part of a DC component detection core made of an annular soft magnetic material, and a Hall element is arranged in the gap.

【0064】また、零点精度及び温度特性に優れ、小電
流から大電流までの広範囲の直流電流の測定が可能な直
流成分検出センサーの構成として、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する直流電
流センサーにおいて、前記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打ち消す方向の磁
束を発生し、検出コイルの出力を実質的に零とするフィ
ードバックコイルを、検出コアにトロイダル状に巻回配
置し、該フィードバックコイルへの印加電流を測定する
ことによって被検出導線に流れている直流電流を検出す
る構成(特願平8−354454号)が採用できる。
Further, as a configuration of a DC component detection sensor which is excellent in zero point accuracy and temperature characteristics and can measure a wide range of DC current from a small current to a large current, an annular soft coil having a detection coil wound in a toroidal shape is provided. A direct current sensor having a means for switching a magnetic flux in a detection core generated based on a direct current flowing through the detected conductor, wherein the detected conductor through which a direct current flows is disposed through a detection core made of a magnetic material, A feedback coil that generates a magnetic flux in a direction to cancel the magnetic flux in the detection core generated based on the DC current flowing through the detected wire and makes the output of the detection coil substantially zero is disposed in a toroidal shape around the detection core. A configuration for detecting a direct current flowing through a detection target wire by measuring an applied current to the feedback coil (Japanese Patent Application No. Hei 8 54454 No.) can be adopted.

【0065】また、同様な直流成分検出センサーの構成
として、内側に直流電流が流れる被検出導線を貫通配置
する円環状又は多角形環状の軟質磁性材料からなる検出
コアと、該検出コア外周部の少なく4箇所以上で検出コ
ア軸方向中心に対して対称となる位置に検出コアの周方
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と、前記検出コアにトロイダル状
に巻回配置する検出コイルと、前記検出コアの外周部周
方向に巻回配置する励磁コイルと、検出コアにトロイダ
ル状に巻回配置し、前記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打ち消す方向の磁束
を発生し、検出コイルの出力を実質的に零とするフィー
ドバックコイルとを有する構成(特願平8−35445
3号)が採用できる。
A similar structure of a direct current component detecting sensor includes a detecting core made of an annular or polygonal annular soft magnetic material through which a detected wire through which a direct current flows flows, and an outer peripheral portion of the detecting core. An exciting core made of a soft magnetic material connected at right angles to the circumferential direction of the detecting core at a position symmetrical with respect to the axial center of the detecting core at least at four or more locations to form an annular shape; A detection coil wound around the detection core, an excitation coil wound around the detection core in the circumferential direction, and a toroidal winding around the detection core, which is generated based on a DC current flowing through the detected conductor. A feedback coil that generates a magnetic flux in a direction to cancel the magnetic flux in the detection core and makes the output of the detection coil substantially zero (Japanese Patent Application No. 8-35445).
No. 3) can be adopted.

【0066】この発明の直流電流センサーにおいて、帰
還電流用コイルを、直流成分検出センサー(直流成分検
出コア)と交流成分検出センサー(交流成分検出コア)
とにまたがって、巻回配置する構成とは、2つの各々セ
ンサー(コア)に同じ起磁力(アンペア・ターン)が印
加される巻き方であれば、図示のような巻き方に限定さ
れることなく、各々のセンサー(コア)に独立して巻回
配置したのちに互いに直列接続する構成等が採用でき
る。
In the DC current sensor according to the present invention, the feedback current coil includes a DC component detection sensor (DC component detection core) and an AC component detection sensor (AC component detection core).
The configuration in which the coils are wound and arranged means that the winding is such that the same magnetomotive force (ampere turn) is applied to each of the two sensors (cores). Instead, it is possible to employ a configuration in which each sensor (core) is independently wound and arranged, and then connected in series with each other.

【0067】この発明において、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
定されるものではなく、軟質磁性材料が電磁気的な閉回
路を構成できていればよく、図示のごとく円環状、矩形
枠状等の他、種々の構成が採用でき、また、必ずしも直
流成分検出コアと交流成分検出コアを同一形状、同一寸
法とする必要性はない。
In the present invention, the ring-shaped soft magnetic material is not limited to the soft magnetic material having a so-called ring shape, but may be any other material as long as the soft magnetic material can form an electromagnetic closed circuit. Various configurations such as an annular shape, a rectangular frame shape and the like can be adopted as shown in the figure, and the DC component detection core and the AC component detection core do not necessarily have to have the same shape and the same dimensions.

【0068】[0068]

【実施例】直流成分検出コアは、厚さ0.5mmの薄板
からなるパーマロイC(78%Ni‐5%Mo‐4%C
u‐balFe)を、外径45mm、内径33mmに打
ち抜き、所定の熱処理を施して完成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The direct current component detection core is a permalloy C (78% Ni-5% Mo-4% C) made of a thin plate having a thickness of 0.5 mm.
u-balFe) was punched into an outer diameter of 45 mm and an inner diameter of 33 mm, and was subjected to a predetermined heat treatment to complete it.

【0069】交流成分検出コアは、上記の直流成分検出
コアと同材質、同寸法からなるパーマロイCの打ち抜き
品を10枚積層した後、対称形状となるよう1/2に切
断しそれぞれ略C型とし、さらに、所定の熱処理を施し
た後、これら一対のコア片を厚さ50μmのギャップス
ペーサーを介して周方向の二か所にインダクタンス変化
防止用ギャップが形成されるようリング状に一体化し、
完成した。
The AC component detecting core is formed by laminating ten permalloy C punched products having the same material and dimensions as those of the DC component detecting core described above, and cutting them in half so as to have a symmetrical shape. Further, after performing a predetermined heat treatment, these pair of core pieces are integrated into a ring shape such that an inductance change prevention gap is formed at two places in the circumferential direction via a gap spacer having a thickness of 50 μm,
completed.

【0070】直流成分検出コアと交流成分検出コアの各
々を絶縁ケースに入れた後、図1に示すごとく励磁コイ
ル、直流検出コイル、交流検出コイル、帰環電流用コイ
ルを所定位置にトロイダル状に巻回配置した。なお、こ
れらのコイルには、いずれも外径0.2mmのエナメル
線を300ターン巻回した。
After placing each of the DC component detection core and the AC component detection core in an insulating case, as shown in FIG. 1, the excitation coil, the DC detection coil, the AC detection coil, and the return current coil are toroidally placed at predetermined positions. Winding arrangement. Each of these coils was wound with an enamel wire having an outer diameter of 0.2 mm for 300 turns.

【0071】さらに、各々のコイルに図5に示す電子回
路を接続し、この発明の直流電流センサーの特性を測定
し、その結果を図6〜図8に示す。図5AのL21は交流
検出コイル、L22は帰環電流用コイル、図5BのL12
直流検出コイル、Aoutはセンサー出力、図5CのL
11は励磁コイルを示している。
Further, the electronic circuit shown in FIG. 5 was connected to each coil, and the characteristics of the DC current sensor of the present invention were measured. The results are shown in FIGS. L 21 is the alternating-current detection coil in FIG. 5A, L 22 is Kikan current coil, L 12 in FIG. 5B is a DC detection coil, Aout the sensor output, L in FIG. 5C
Reference numeral 11 denotes an exciting coil.

【0072】なお、直流成分検出コアと交流成分検出コ
アの内側に貫通配置する被検出導線は外径8mmのビニ
ル被覆線であり、励磁コイルに流す三角波状の励磁電流
は90Hz、lp=±15mAとした。
The detected conductor penetrating inside the DC component detecting core and the AC component detecting core is a vinyl-coated wire having an outer diameter of 8 mm, and the triangular waveform exciting current flowing through the exciting coil is 90 Hz, l p = ± 15 mA.

【0073】図6は被検出導線に交流電流を流さない状
態で直流電流のみを流した場合の入・出力特性を示すも
ので、図7は被検出導線に15Aの交流電流を重畳した
状態で直流電流を測定した入・出力特性を示すものであ
り、図8はこれら図6と図7の測定結果を同一グラフ上
に記載した入・出力特性である。なお図8における黒○
印は図6に、○印は図7に相当する入出力特性を示すも
のである。
FIG. 6 shows the input / output characteristics when only the DC current is applied to the detected conductor while no AC current is applied. FIG. 7 shows the state in which the AC current of 15 A is superimposed on the detected conductor. FIG. 8 shows the input / output characteristics obtained by measuring the DC current, and FIG. 8 shows the input / output characteristics in which the measurement results of FIGS. 6 and 7 are described on the same graph. Note that black circles in FIG.
The mark indicates the input / output characteristic corresponding to FIG. 6, and the mark ○ indicates the input / output characteristic corresponding to FIG.

【0074】図8より、この発明の直流電流センサーに
よれば、被検出導線に流れる交流電流の有無にかかわら
ず、微小な直流電流を高感度で測定可能であることが分
かる。すなわち、交流電流中に流出,混入する微小な直
流電流を高感度で測定することが可能となり、トランス
レスインバーターの実用化を達成するとの目的を実現可
能とするものである。
FIG. 8 shows that the DC current sensor according to the present invention can measure a minute DC current with high sensitivity regardless of the presence or absence of the AC current flowing through the conductor to be detected. That is, it is possible to measure, with high sensitivity, a minute DC current flowing out and mixed in an AC current, and to achieve the object of realizing the practical use of a transformerless inverter.

【0075】なお、交流成分検出コアは前記のようにイ
ンダクタンス安定化のためにギャップを形成することか
ら、磁気抵抗が増大して磁束発生量が実質的に減少する
こととなり、交流検出コイルで適切な出力が得られなく
なる。このため、交流成分検出コアに実施例のようなパ
ーマロイ薄板の打ち抜き品を複数枚積層し、検出コアの
断面積を大きくすることで、実質的な磁束発生量を増大
させるとともに、良好な交流磁気特性を確保することが
可能となった。
Since the AC component detection core forms a gap for stabilizing inductance as described above, the magnetic resistance increases and the amount of magnetic flux generated substantially decreases. Output cannot be obtained. For this reason, a plurality of punched permalloy thin sheets as in the embodiment are laminated on the AC component detection core, and by increasing the cross-sectional area of the detection core, the substantial amount of magnetic flux generated is increased and good AC magnetic field is obtained. Characteristics can be secured.

【0076】なお、Mn−Zn系フェライトを用いれ
ば、本質的に交流磁気特性が良好なため、所定厚さのC
型一体品とすることができ、組立てが容易となり、生産
性等の面で好ましい構成となる。
When the Mn—Zn-based ferrite is used, since the AC magnetic properties are essentially good, the C
Since it can be made into a mold integrated product, it is easy to assemble and has a preferable configuration in terms of productivity and the like.

【0077】また、直流電流センサー全体としての測定
感度等については上記パーマロイ積層体とMn−Zn系
フェライト一体品を用いた構成とともにほぼ同様な結果
を得ることが可能であることを確認した。
Further, it was confirmed that substantially the same results can be obtained with respect to the measurement sensitivity and the like of the entire DC current sensor as well as the configuration using the above-described integrated product of the permalloy laminate and the Mn-Zn-based ferrite.

【0078】さらに、図9、図10、図11の構成につ
いても先の実施例と同様に、交流電流中に流出,混入す
る微小あるいは比較的大きな直流電流を高感度で測定す
ること可能であったこと、並びにトランスレスインバー
ターの実用化が可能であったを確認した。
Further, in the configurations shown in FIGS. 9, 10 and 11, similarly to the previous embodiment, it is possible to measure a minute or relatively large DC current flowing out and mixed into the AC current with high sensitivity. It was confirmed that the transformer-less inverter could be put to practical use.

【0079】[0079]

【発明の効果】この発明による直流電流センサーは、被
検出導線中の交流電流中に流出,混入する微小な直流電
流を非接触にて高感度で測定することが可能であり、例
えば、トランスレスインバーター等において、インバー
ター出力側の交流電流中に流出して混入する微小な直流
電流を検出し、その検出したデータに基づいて負帰環を
かけ、該直流電流を零にすることで、実質的な直流電流
の流出を防止することが実現できる。
The DC current sensor according to the present invention is capable of non-contact and highly sensitive measurement of a minute DC current flowing and mixing into an AC current in a detected conductor. In an inverter or the like, a minute DC current flowing out and mixed into the AC current on the inverter output side is detected, a negative return is performed based on the detected data, and the DC current is substantially reduced to zero. It is possible to prevent the leakage of a direct current.

【0080】従って、この発明による直流電流センサー
並びにこれを用いた直流電流流出防止方法は、インバー
ターにおける負荷側の交流電気機器に直流電流が流入す
るのを防止でき、従来のインバーター出力側にトランス
を配置した構成に比較して、構成が簡単で安価なトラン
スレスインバーターを、インバーターの焼損等の問題を
発生することなく、実用化できる。
Therefore, the DC current sensor according to the present invention and the DC current outflow prevention method using the same can prevent DC current from flowing into AC electric equipment on the load side of the inverter, and connect a transformer to the conventional inverter output side. A transformerless inverter having a simpler configuration and a lower cost can be put into practical use without causing a problem such as burnout of the inverter as compared with the configuration in which the inverters are arranged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の直流電流センサーの一実施例を示す
概要説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of a DC current sensor of the present invention.

【図2】この発明の直流電流センサーの直流成分検出セ
ンサーの斜視説明図である。
FIG. 2 is a perspective explanatory view of a DC component detection sensor of the DC current sensor according to the present invention.

【図3】この発明の直流電流センサーの直流成分検出セ
ンサーの作動原理を説明する概念説明図であり、Aは三
角波状の励磁電流、Bは磁束の向き、Cはパルス電圧、
Dはアナログ出力、Eはアナログ出力を表す。
FIG. 3 is a conceptual explanatory view for explaining the operating principle of the DC component detection sensor of the DC current sensor according to the present invention, wherein A is a triangular excitation current, B is the direction of magnetic flux, C is a pulse voltage,
D represents an analog output, and E represents an analog output.

【図4】この発明の直流電流センサーの交流成分検出セ
ンサーの斜視説明図である。
FIG. 4 is an explanatory perspective view of an AC component detection sensor of the DC current sensor according to the present invention.

【図5】A,B,Cはこの発明の直流電流センサーに接
続した電子回路の回路図である。
FIGS. 5A, 5B, and 5C are circuit diagrams of electronic circuits connected to the DC current sensor of the present invention.

【図6】実施例における貫通直流電流と出力電圧との関
係を示すグラフであり、被検出導線に交流電流を流さな
い状態で直流電流のみを流した場合の入・出力特性を示
す。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a through DC current and an output voltage in the example, and shows input / output characteristics when only a DC current is passed in a state where an AC current is not passed through a detected conductor.

【図7】実施例における貫通直流電流と出力電圧との関
係を示すグラフであり、被検出導線に15Aの交流電流
を重畳した状態で直流電流を測定した入・出力特性を示
す。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a through DC current and an output voltage in the example, and shows input / output characteristics obtained by measuring a DC current in a state in which a 15 A AC current is superimposed on a detected conductor.

【図8】図6と図7の測定結果を同一グラフ上に記載し
た入・出力特性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing input / output characteristics in which the measurement results of FIGS. 6 and 7 are described on the same graph.

【図9】この発明による他の直流電流センサーを構成す
る交流成分検出センサーと直流成分検出センサーの組合
せを示す斜視説明図である。
FIG. 9 is an explanatory perspective view showing a combination of an AC component detection sensor and a DC component detection sensor that constitute another DC current sensor according to the present invention.

【図10】この発明による他の直流電流センサーを構成
する交流成分検出センサーと直流成分検出センサーの組
合せを示す斜視説明図である。
FIG. 10 is an explanatory perspective view showing a combination of an AC component detection sensor and a DC component detection sensor that constitute another DC current sensor according to the present invention.

【図11】この発明による他の直流電流センサーを構成
する交流成分検出センサーと直流成分検出センサーの組
合せを示す斜視説明図である。
FIG. 11 is an explanatory perspective view showing a combination of an AC component detection sensor and a DC component detection sensor that constitute another DC current sensor according to the present invention.

【図12】図1の直流電流センサーの励磁コイルに直流
成分検出コアを磁気的に飽和させるピーク値を有する正
・負のパルス電流を交互に流した場合における検出コイ
ルへの起電力発生メカニズムを説明するもので、A,
C,DはB−Hカーブ、B,D,Fは検出コイルに出力
される起電力を示すグラフである。
FIG. 12 shows an electromotive force generation mechanism for a detection coil when a positive / negative pulse current having a peak value that magnetically saturates a DC component detection core is alternately applied to an excitation coil of the DC current sensor of FIG. 1; To explain, A,
C and D are BH curves, and B, D and F are graphs showing the electromotive force output to the detection coil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被検出導線 2 直流成分検出センサー 3 交流成分検出センサー 10,32,52,72 直流成分検出コア 11,35,55,75a,75b 励磁コイル 12,33a,33b,53,73 直流検出コイル 20,40,60,80 交流成分検出コア 21,41,61,81 交流検出コイル 22,42,62,82 帰環電流用コイル 23a,23b,43a,43b,63a,63b,8
3a,83b ギャップ 30 位相補正回路 31 アンプ 34a,34b 励磁コア 36 直交部 78 貫通孔 L11 励磁コイル L12 直流検出コイル L21 交流検出コイル L22 帰環電流用コイル
DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 detected conductor 2 DC component detection sensor 3 AC component detection sensor 10, 32, 52, 72 DC component detection core 11, 35, 55, 75a, 75b Exciting coil 12, 33a, 33b, 53, 73 DC detection coil 20, 40, 60, 80 AC component detection cores 21, 41, 61, 81 AC detection coils 22, 42, 62, 82 Return current coils 23a, 23b, 43a, 43b, 63a, 63b, 8
3a, 83 b gap 30 the phase correction circuit 31 amplifiers 34a, 34b exciting core 36 perpendicular portion 78 through hole L 11 exciting coil L 12 DC detection coil L 21 AC detection coil L 22 Kikan current coil

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流成分検出センサーと交流成分検出セ
ンサーの各内側に直流電流と交流電流が流れる被検出導
線を貫通配置し、両センサーにまたがって巻回配置する
帰環電流用コイルを有した構成からなり、前記被検出導
線を流れる交流電流による交流成分検出センサーの出力
が零になるよう帰環電流用コイルに帰環電流を流し、前
記被検出導線を流れる交流電流による直流成分検出セン
サーへの影響を実質的に零にして、直流成分検出センサ
ーにて前記被検出導線に流れる直流電流を検出する直流
電流センサー。
1. A coil for a return current which is disposed inside each of a DC component detection sensor and an AC component detection sensor, through which a detection target wire through which a DC current and an AC current flow is penetrated, and which is wound and arranged over both sensors. A return current is passed through the return current coil so that the output of the AC component detection sensor due to the AC current flowing through the detected wire becomes zero, and a DC component detection sensor is generated by the AC current flowing through the detected wire. A DC current sensor for substantially eliminating the influence of the above and detecting a DC current flowing through the detected conductor with a DC component detection sensor.
【請求項2】 請求項1において、交流成分検出センサ
ーが、環状の軟質磁性材料からなる交流成分検出コアと
該コアにトロイダル状に巻回配置する交流検出コイルと
からなる直流電流センサー。
2. The direct current sensor according to claim 1, wherein the alternating current component detecting sensor comprises an alternating current component detecting core made of an annular soft magnetic material and an alternating current detecting coil wound around the core in a toroidal shape.
【請求項3】 請求項2において、交流成分検出コアの
周方向の少なくとも一箇所にギャップを形成した直流電
流センサー。
3. The direct current sensor according to claim 2, wherein a gap is formed in at least one circumferential position of the alternating current component detection core.
【請求項4】 請求項2において、直流成分検出センサ
ーが、環状の軟質磁性材料からなる直流成分検出コアと
該コアにトロイダル状に巻回配置する励磁コイルと直流
検出コイルとからなる直流電流センサー。
4. A DC current sensor according to claim 2, wherein the DC component detection sensor comprises a DC component detection core made of an annular soft magnetic material, an excitation coil wound around the core in a toroidal shape, and a DC detection coil. .
【請求項5】 請求項4において、直流成分検出センサ
ーが、励磁コイルに直流成分検出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、直流成分検出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、該パルスの間隔を比較測定して直流電流を検出する
構成からなる直流電流センサー。
5. The DC component detection sensor according to claim 4, wherein the DC component detection sensor supplies a triangular wave-like exciting current for generating a magnetic field exceeding a coercive force of the DC component detection core to the excitation coil. A DC current sensor having a configuration in which a timing at which the direction of a magnetic flux is reversed is detected by a pulse-like voltage generated in a detection coil, and an interval between the pulses is compared and measured to detect a DC current.
【請求項6】 請求項4において、直流成分検出センサ
ーが、励磁コイルに直流成分検出コアを、磁気的に飽和
可能なピーク値を有する正・負のパルス電流を交互に流
し、検出コイルに発生する正・負のパルス状出力の各々
ピーク値を個別にサンプルアンドホールドし、該ピーク
値の平均出力を測定して直流電流を検出する構成からな
る直流電流センサー。
6. The DC component detecting sensor according to claim 4, wherein the DC component detecting core flows through the exciting coil alternately a positive / negative pulse current having a peak value which can be magnetically saturated, and is generated in the detecting coil. A direct current sensor comprising a configuration in which the peak value of each of positive and negative pulse-shaped outputs is individually sampled and held, and an average output of the peak values is measured to detect a direct current.
【請求項7】 請求項4において、直流成分検出センサ
ーが、励磁コイルに所定の交流電流を流すことにより前
記被検出導線を流れる直流電流に基づき発生する直流成
分検出コア内の磁束を、周期的にスイッチングする構成
からなる直流電流センサー。
7. A DC component detecting sensor according to claim 4, wherein the DC component detecting sensor periodically generates a magnetic flux in the DC component detecting core based on the DC current flowing through the detected conductor by flowing a predetermined AC current through the exciting coil. DC current sensor consisting of a switching device.
【請求項8】 直流電流をインバーターを介して交流電
流に変換してなる該インバーター出力側の交流電流中に
流出した直流電流を直流電流センサーにて検出し、該直
流電流センサーの検出データに基づいて負帰還をかけ
て、前記の流出した直流電流を実質的に零とする直流電
流流出防止方法。
8. A DC current, which is obtained by converting a DC current into an AC current via an inverter and flowing out into the AC current on the output side of the inverter, is detected by a DC current sensor, and based on data detected by the DC current sensor. A DC current outflow prevention method for applying negative feedback to make the outflow DC current substantially zero.
【請求項9】 請求項7において、直流成分検出センサ
ーと交流成分検出センサーの各内側に直流電流と交流電
流が流れる被検出導線を貫通配置し、両センサーにまた
がって巻回配置する帰環電流用コイルを有した構成から
なり、前記被検出導線を流れる交流電流による交流成分
検出センサーの出力が零になるよう帰環電流用コイルに
帰環電流を流し、前記被検出導線を流れる交流電流によ
る直流成分検出センサーへの影響を実質的に零にして、
直流成分検出センサーにて前記被検出導線に流れる直流
電流を検出する直流電流センサーを用いる直流電流流出
防止方法。
9. The return current according to claim 7, wherein a detected wire through which a DC current and an AC current flow is penetrated inside each of the DC component detection sensor and the AC component detection sensor, and is wound and arranged over both sensors. A return current is passed through the return current coil so that the output of the AC component detection sensor due to the AC current flowing through the detected wire becomes zero, and the AC current flowing through the detected wire is used. By making the effect on the DC component detection sensor substantially zero,
A DC current outflow prevention method using a DC current sensor for detecting a DC current flowing through the detected conductor with a DC component detection sensor.
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