JPH1183908A

JPH1183908A - 直流電流センサー

Info

Publication number: JPH1183908A
Application number: JP9257619A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawakami; 川上　　誠; Hiroshi Hayashida; 弘林田; Kiyoshi Minoguchi; 潔蓑口; Isao Otose; 勲音瀬
Original assignee: KANSAI KEIKI KOGYO KK; Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: KANSAI KEIKI KOGYO KK; Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-26
Anticipated expiration: 2017-09-05
Also published as: JP3746359B2

Abstract

(57)【要約】【課題】環状を形成する軟質磁性材料からなる検出コ
ア部と、検出コア部にトロイダル状に巻回配置される検
出コイルと、前記検出コア部の周方向の少なくとも一部
に周期的に磁気的ギャップを形成する手段とを具備する
直流電流センサーにおいて、検出コア部の軟質磁性材料
が有する保磁力の影響を防止し、数ｍＡ程度の微小電流
領域でも高感度の検出を確保し、被検出導線に流れる直
流電流の測定時間を大幅に短縮する。【解決手段】測定に際し、検出コア部の脱磁と直流電
流の測定を別個に行う、あるいは正側または負側からの
脱磁パルスで少なくとも材料の残留磁束密度の１／２を
脱磁する不完全脱磁を行った後、直流電流の測定を行
い、これを正負両側ともに行い、その正負の平均値より
直流電流を算出することにより、かかる脱磁に要する時
間を短縮して総測定時間を大幅に短縮できる。

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、各種の直流電流
を使用する機器に配設される直流電流センサーの改良に
係り、特に、発・変電所の制御設備に用いられている直
流回路の地絡故障検知や太陽電池発電システムの漏電検
知等の用途に有効であり、高感度でかつ計測時間を大幅
に短縮可能とした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、ホール素子方式等が知られている。しかし、
これらの直流電流センサーは構造が複雑であるばかりで
はなく、微小な電流変化に対応できる構造とは言い難
く、高感度の直流電流センサーとして実用に至っていな
いのが現状である。

【０００３】本願発明者は、このような現状に鑑み、先
に、構造が比較的簡単であり、微小な電流変化に対して
も優れた検出能力を有する高感度の直流電流センサーと
して、従来の方式とは全く異なる構造からなる直流電流
センサーを提案した（特開平６−７４９７８号、特開平
６−１９４３８９号、特開平６−２８１６７４号、特開
平７−４９３５７号、特開平７−５５８４６号、特開平
７−１１０３４３号、特開平７−１９８７５４号）。

【０００４】すなわち、環状を形成する軟質磁性材料か
らなる検出コア部と、検出コア部にトロイダル状に巻回
配置される検出コイルと、前記検出コア部の周方向の少
なくとも一部に周期的に磁気的ギャップを形成する手段
とを具備する構成を基本構成とする直流電流センサーで
あり、該直流電流センサーを構成する検出コア部の内側
に被検出導線を貫通配置して、被検出導線に流れる直流
電流を高感度に測定することを可能としたのである。

【０００５】特に、微小電流領域での検出を高感度に実
現するためには、検出コア部を構成する軟質磁性材料が
有する保磁力の影響に起因する検出コイルからの出力電
圧（出力特性）のヒステリシス現象を減少させることが
必要であり、前記検出コア部に被検出導線と同方向に巻
回させた変調コイルを配置し、該変調コイルに発生させ
た交番磁界を検出コア部に重畳しながら被検出導線に流
れる直流電流を測定する構成の直流電流センサー（特開
平６−２８１６７４号）を提案し、目的を達成したので
ある。

【０００６】例えば、図５に示す直流電流センサーは、
環状を形成する軟質磁性材料からなる検出コア部２と、
検出コア部２にトロイダル状に巻回配置される検出コイ
ル３と、前記検出コア部２の周方向の少なくとも一部に
周期的に磁気的ギャップを形成する手段である検出コア
部２の周方向に対して直交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部４と、励磁コア部４
にトロイダル状に巻回配置される励磁コイル５と、さら
に、検出コア部２に巻回させた変調コイル４３から構成
されている。図中１は、検出コア部２の内側に貫通配置
する被検出導線である。

【０００７】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、検出コア部２内に直流電流Ｉの
方向に対して右回りの磁場が発生し、検出コア部２内に
磁束Φ₀が発生する。この時、励磁コイル５に所定の交
流電流を通電して励磁コア部４に周期的に図中α方向に
変化する磁束を発生し、該励磁コア部４を周期的に磁気
的に飽和させると、検出コア部２の周方向の一部である
コア直交部６は比透磁率μが極めて１に近い所謂実質的
な磁気的なギャップとなり、検出コア部２内の磁束Φ₀
をΦ₁（Φ₁近似０）にまで減少させる。

【０００８】ここで、励磁コイル５に通電する交流電流
を周波数ｆ₀とし、その電流のピーク値近傍で励磁コア
部４が飽和するようにすると、励磁電流１周期で２回励
磁コア部４が飽和することとなる。すなわち、検出コア
部２の周方向の一部であるコア直交部６が飽和すること
となり、被検出導線１に流れる直流電流Ｉによって検出
コア部２内に発生する磁束Φ₀は２ｆ₀で変調され、上記
の磁束Φ₀の変化に伴い周波数２ｆ₀の電圧Ｖ_DETが検出
コイル３に発生することとなる。

【０００９】被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向きに
かかわらず、いずれの場合も磁束Φ₀∝直流電流Ｉ、電
圧Ｖ_DET∝磁束Φ₀との関係から電圧Ｖ_DET∝直流電流Ｉ
となり、被検出導線１に流れる直流電流Ｉに比例した起
電力を検出コイル３によって検出することが可能とな
る。

【００１０】しかし、微小電流領域での検出において
は、検出コア部２を構成する軟質磁性材料が有する保磁
力の影響に起因する検出コイルからの出力電圧（出力特
性）のヒステリシス現象に伴う逆転領域（直流電流の増
加に伴い出力電圧が減少する領域）が発生し、結果とし
て測定時の基準レベルの変動を招き、目的とする高感度
の検出を実現することができない。

【００１１】図５の構成においては、上記のヒステリシ
ス現象の減少を達成するために、検出コア部２に被検出
導線１と同方向に巻回させた変調コイル４３を配置し、
該変調コイル４３に発生させた交番磁界を検出コア部２
に重畳しながら被検出導線１に流れる直流電流を測定す
ることによって高感度の検出を実現したのである。

【００１２】すなわち、図６に示すようなＢＨカーブ
（ヒステリシスカーブ）を有する検出コア部２に対し
て、例えば、変調コイル４３に変調交流電流を流さずに
被検出導線１に直流電流を流し、ＢＨ平面上でＰ点まで
達した後、直流電流を切るとＡ’点に戻り、さらに、こ
の状態から変調コイル４３に検出コア部２の保磁力以上
の磁場を発生するのに必要な変調交流電流を流すと交流
電流波形のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅへの移行に伴い、ＢＨカ
ーブ上でＡ’→Ｂ’→Ｃ’→Ｄ’→Ｅ’へ移行し、以降
同一のルート、すなわち図中の破線で示すマイナールー
プＱを描くこととなる。

【００１３】このマイナーループＱの中心はＢＨカーブ
の原点Ｏと一致する。被検出導線１に前記とは逆向きの
直流電流を流した場合でも、同様な現象を示すことか
ら、被検出導線１に直流電流が流れている状態で、変調
コイル４３に変調交流電流を流して被測定電流に変調交
流電流を重畳すると、被検出導線１の電流の向きに応じ
てマイナーループＱの中心Ｘは図７に示すように、マイ
ナーループＱの形状を維持したまま図中の破線に沿って
移動する。従って、この点（中心Ｘ）を検出することに
より、実質的にヒステリシスを消失した状態で測定を実
施することができる。実際の測定に際しては、検出回路
で重畳された変調交流電流成分を除去することで、被検
出導線１に流れている直流電流成分を容易に高感度で検
出できる。

【００１４】図８に示す直流電流センサーは、基本的な
構成は図５に示す直流電流センサーと同様であり、特
に、励磁コイル５を検出コア部２の周方向に巻回配置す
ることによって、該励磁コイル５による検出コア部２の
脱磁効果をも併せ持つ。この構成においても作動原理が
図５に示す直流電流センサーと同様であることから、検
出コア部２に被検出導線１と同方向に巻回させた変調コ
イル４３を配置し、該変調コイル４３に発生させた交番
磁界を検出コア部２に重畳しながら被検出導線１に流れ
る直流電流を測定することによって、検出コア部２を構
成する軟質磁性材料が有する保磁力の影響を低減するこ
とができる。

【００１５】図９に示す直流電流センサーは、センサー
部が、環状を形成する軟質磁性材料からなる検出コア部
２と、検出コア部２の対象位置にトロイダル状に巻回配
置される一対の検出コイル３ａ，３ｂと、前記検出コア
部２の周方向に対して直交方向に接続して環状を形成す
る軟質磁性材料からなる一対の励磁コア部４ａ，４ｂ
と、検出コア部２に巻回配置され該検出コア部２と各々
の励磁コア部４ａ，４ｂとのコア直交部６にて検出コア
部２を周方向に対して直交方向に周期的に励磁する励磁
コイル５とからなる。

【００１６】また、図１０に示す直流電流センサーは、
センサー部が、環状を形成する軟質磁性材料からなる検
出コア部２と、検出コア部２の対称位置にトロイダル状
に巻回配置される一対の検出コイル３ａ，３ｂと、前記
検出コア部２の周方向に対して直交方向に接続して環状
を形成する軟質磁性材料からなる一対の励磁コア部４
ａ，４ｂと、各々励磁コア部４ａ，４ｂの外側面部に巻
回配置され該検出コア部２と各々の励磁コア部４ａ，４
ｂとのコア直交部６にて検出コア部２を周方向に対して
直交方向に周期的に励磁する励磁コイル５ａ，５ｂとか
らなる。

【００１７】これら図９及び図１０に示す直流電流セン
サーは、ともにセンサー部の全体的な構成が被検出導線
１に対して対称であることから、電磁気的なバランスが
良く、安定した測定を実現できる効果を有する。これら
の構成においても作動原理が図５に示す直流電流センサ
ーと同様であることから、検出コア部２に被検出導線１
と同方向に巻回させた変調コイル４３ａ，４３ｂを配置
し、該変調コイル４３ａ，４３ｂに発生させた交番磁界
を検出コア部２に重畳しながら被検出導線１に流れる直
流電流を測定することによって、検出コア部２を構成す
る軟質磁性材料が有する保磁力の影響を低減することが
できる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、本願発明者が先に提案した直流電流センサー（特開
平６−２８１６７４号）によれば、検出コア部を構成す
る軟質磁性材料が有する保磁力の影響を防止することが
でき、微小電流領域での検出も高感度に実現することが
可能となった。しかし、被検出導線に流れる直流電流が
数ｍＡ程度の場合は、必ずしも要求される高感度の検出
を確保することは困難であった。

【００１９】例えば、検出コア部を構成する軟質磁性材
料としてパーマロイＣ（７８Ｎｉ−３．５Ｃｕ−４．５
Ｍｏ−ｂａｌＦｅ）を用い、検出コア部の周方向の長さ
（磁路長）を１００ｍｍとした図１０の直流電流センサ
ーの場合、該パーマロイＣの保磁力（Ｈｃ近似０．０１
Ｏｅ）の影響を防止するためには、変調コイルに少なく
ともピーク値±１００ｍＡ（７０ｍＡｒｍｓ）程度の変
調交流電流を流しながら被検出導線に流れる直流電流を
測定することが必要となる。

【００２０】従って、検出回路は±１００ｍＡ相当の入
力でも電気的に飽和しないように設計する必要があり、
結果として、定格１００ｍＡの電流計で数ｍＡを測定す
ることと同じであり、検出コイルより得た信号から、変
調交流電流に相当する信号と被測定電流に相当する信号
を容易に分離することができず、目的とする測定精度
（感度）を確保することができなくなる。

【００２１】また、高感度の検出回路を使用すると、最
大許容入力が小さいため変調交流電流の信号により検出
回路が電気的に飽和してしまい、被測定電流の信号が入
力されても検出回路からの出力は飽和出力しか得られ
ず、被測定電流の信号を識別することができず、被検出
導線に流れる直流電流の測定自体が困難となる。

【００２２】この発明は、上記の問題を解決することを
目的とするものであり、特に、検出コア部を構成する軟
質磁性材料が有する保磁力の影響を防止するとともに、
数ｍＡ程度の微小電流領域でも高感度の検出を確保する
ことを可能とした直流電流センサーの提供を目的とする
ものであり、特に、被検出導線に流れる直流電流の測定
時間を大幅に短縮可能とした直流電流センサーの提供を
目的とするものである。

【００２３】

【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検討した結果、検出コア部を構成
する軟質磁性材料が有する保磁力の影響を防止する所謂
ヒステリシスを消去するための脱磁期間と、被検出導線
に流れる直流電流の測定期間とを別々に設定し、検出回
路の電気的な飽和を防止する構成を基本構成とし、さら
に脱磁期間を短縮する為に比較的長時間を要する実質的
な完全脱磁を行うことなく、開始時の方向が異なり対象
な波形を有する減衰振動電流からなる脱磁電流を繰り返
し印加することによって短時間の不完全脱磁でも目的が
達成できることを知見し、完成したものである。

【００２４】すなわち、本願発明は、環状を形成する軟
質磁性材料からなる検出コア部と、検出コア部にトロイ
ダル状に巻回配置される検出コイルと、前記検出コア部
の周方向の少なくとも一部に周期的に磁気的ギャップを
形成する手段とを具備するセンサー部の内側に被検出導
線を貫通配置してなる直流電流センサーにおいて、さら
に、前記検出コア部に被検出導線と同方向に巻回させた
脱磁コイルを配置し、該脱磁コイルに正側または負側の
一方から開始する減衰振動電流からなる脱磁電流を印加
して検出コア部を不完全に脱磁した後、被検出導線に流
れる直流電流を測定し、引き続き、前記脱磁コイルに正
側または負側の他方から開始し前記減衰振動電流に対し
て対称な波形を有する減衰振動電流からなる脱磁電流を
印加して検出コア部を不完全に脱磁した後、再び被検出
導線に流れる直流電流を測定し、その後これら各々の測
定結果の平均値に基づいて被検出導線に流れる真の直流
電流値を測定する手段を有する直流電流センサーであ
る。

【００２５】さらに、上記の構成において、一つのコイ
ルで検出コイルと脱磁コイルの機能を共用したことを特
徴とする直流電流センサー、及び、センサー部が、環状
を形成する軟質磁性材料からなる検出コア部と、検出コ
ア部にトロイダル状に巻回配置される検出コイルと、前
記検出コア部の周方向に対して直交方向に接続して環状
を形成する軟質磁性材料からなる一対の励磁コア部と、
該各々の励磁コア部または検出コア部に巻回配置され検
出コア部と各々の励磁コア部との直交部にて検出コア部
を周方向に対して直交方向に周期的に励磁する励磁コイ
ルとからなることを特徴とする直流電流センサーを併せ
て提案する。

【００２６】この発明の直流電流センサーにおいて、検
出コア部及び励磁コア部が環状を形成する軟質磁性材料
からなるとは、軟質磁性材料が所謂リング状になってい
る構成に限定されるのではなく、軟質磁性材料が電磁気
的な閉回路を構成できるように接続されていれば良く、
先に説明した図５、図８、図９、図１０のように円環
状、楕円環状、矩形枠状等種々の構成が採用できる。

【００２７】また、検出コア部及び励磁コア部を構成す
る軟質磁性材料としては、通常、磁気特性や加工性等の
観点からパーマロイが好ましいが、その他ケイ素鋼鈑、
アモルファス、電磁軟鉄、ソフトフェライト等の公知の
材料が使用可能である。

【００２８】さらに、この発明の直流電流センサーにお
いて、検出コア部に被検出導線と同方向に脱磁コイルを
巻回配置するとは、先に説明した図５、図８、図９、図
１０に示すように、検出コア部の内側に被検出導線と同
方向に貫通するようにして１ターンの脱磁コイルを巻回
配置する他、要求される減衰振動電流による脱磁磁界の
強度等に応じて上記と同方向に複数ターンの脱磁コイル
を巻回配置するものであり、特に、複数ターンの場合
は、実質的に検出コイルと同様に検出コア部にトロイダ
ル状に巻回配置することとなる。また、脱磁コイルと検
出コイルとは実質的に同一場所で同一方向に巻回配置さ
れることから、これらを共用でき、脱磁コイルと検出コ
イルを一体化した構成を採用しても、この発明の目的を
達成できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本願発明の直流電流センサーの作
用を図１〜図５に示す一実施例に基づいて説明する。セ
ンサー部の構成は、先に説明した図６、図９、図１０、
図１１に示す構成と同様でよく、いずれの構成において
も変調コイルに代えて脱磁コイルとし、該脱磁コイルに
減衰振動電流からなる脱磁電流を印加して検出コア部を
脱磁した後、被検出導線に流れる直流電流を測定するこ
とによって目的が達成できる。

【００３０】すなわち、図１に示すように、まず脱磁コ
イルにピーク値が検出コア部を構成する軟質磁性材料が
有する保磁力以上の減衰振動電流（図３（ａ）参照）か
らなる脱磁電流を印加して検出コア部を実質的に完全に
脱磁する。この時、減衰振動電流に基づく脱磁信号が検
出回路に入力されると検出回路が電気的に飽和してしま
うため、脱磁期間は検出回路に脱磁信号が入力されない
ように検出コイルを検出回路から切り離しておく。脱磁
コイルと検出コイルを共用した構成でも同様である。上
記の脱磁が完了した後に検出コイルと検出回路を接続し
て被検出導線に流れる直流電流を測定する。

【００３１】以上の構成からなる直流電流センサーにお
いては、被検出導線に流れる直流電流の測定前に、検出
コア部を脱磁するに十分な減衰振動電流からなる脱磁電
流を印加できることから、ヒステリシスの影響をほぼ完
全に防止することができ、目的とする数ｍＡ程度の微小
電流領域でも高感度の検出を確保することができる。

【００３２】しかし、この構成からなる直流電流センサ
ーは、高感度の検出を確保することができる反面、測定
時間が比較的長いという欠点を有している。より完全な
脱磁を達成するためには、脱磁電流のピーク値を検出コ
アの有する保磁力に対して十分大きく、周波数を小さ
く、さらに脱磁時間を長くすることが必要となる。脱磁
電流のピーク値を大きくすることは大きな電力を必要と
する。

【００３３】また、周波数を小さくすることは結果とし
て脱磁に要する時間が長くなることとなり、発明者の実
験によれば、目的とする計測精度を維持するためには
０．５秒以上の脱磁時間と０．５秒以上の測定時間が必
要であり、脱磁時間と測定時間との１周期に１秒以上が
必要となる。直流電流センサーの用途によっては測定時
間が長過ぎるため、高い計測精度を維持すると共にこの
測定時間を大幅に短縮することが要求される。

【００３４】このような要求を満足させる構成として、
発明者は、脱磁コイルに正側または負側の一方から開始
する減衰振動電流からなる脱磁電流を印加して検出コア
部を不完全に脱磁した後、被検出導線に流れる直流電流
を測定し、引き続き、前記脱磁コイルに正側または負側
の他方から開始し前記減衰振動電流に対して対称な波形
を有する減衰振動電流からなる脱磁電流を印加して検出
コア部を不完全に脱磁した後、再び被検出導線に流れる
直流電流を測定し、その後これら各々の測定結果の平均
値に基づいて被検出導線に流れる直流電流を測定するこ
とを特徴とする直流電流センサーを提案したのである。

【００３５】すなわち、検出コア部を完全に脱磁しよう
とすると図３（ａ）に示すように比較的長い時間を要す
るが、不完全な脱磁であれば図３（ｂ）及び図３（ｃ）
に示すように短時間で完了する。なお、図３（ａ），
（ｂ），（ｃ）において（イ）は検出コア部を構成する
軟質磁性材料のＢＨカーブ（ヒステリシスカーブ）であ
り、（ロ）は脱磁コイルに印加する減衰振動電流からな
る脱磁電流を示しており、ＢＨカーブ（ヒステリシスカ
ーブ）上の破線は減衰振動電流の変化に伴うＢＨカーブ
の変化を示している。

【００３６】特に、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すよ
うに印加する減衰振動電流の波形が対称形であれば残留
磁束密度（Ｂｒ’）の大きさは＋側と−側で等しくな
る。したがって、図２に示すように減衰振動電流の波形
が対称形である脱磁電流を交互に印加し、それぞれの不
完全脱磁後の測定期間によって得られる測定値の平均値
を出力することで、実質的に残留磁束密度（Ｂｒ’）が
打ち消されて残留磁束密度（Ｂｒ’）相当のオフセット
出力がなくなる。

【００３７】以上に説明する構成からなる直流電流セン
サーにおいては、不完全脱磁を採用することから脱磁時
間が大幅に短縮され、本願発明者の実験によれば前述の
完全脱磁を採用する構成からなる直流電流センサーに比
べ測定周期を１／５程度まで短縮可能であることを確認
した。

【００３８】なお、この発明において、不完全脱磁と
は、脱磁後の残留磁束密度（図３（ｂ）、（ｃ）におけ
る＋Ｂｒ’又は−Ｂｒ’）が、検出コアが本来有する残
留磁束密度（約５０００Ｇ程度）の１／２（約２５００
Ｇ程度）〜１／１０（約５００Ｇ程度）程度の範囲まで
に脱磁できていれば良く、基本的には脱磁後の残留磁束
密度が完全な零（０）でなくても良いことを示すもので
あるが、センサーに要求される定格検出電流及び脱磁時
間等によってその程度が決定される。

【００３９】例えば、定格検出電流が２ｍＡ程度の場合
は、脱磁後の残留磁束密度を検出コアが本来有する残留
磁束密度の１／１０程度とすることが望ましく、又、定
格検出電流が１０〜５０ｍＡ程度の場合は、同様に１／
２程度とすることが望ましい。すなわち、最終的な出力
の誤差精度に影響がでない程度に脱磁できていれば良
く、脱磁後の残留磁束密度が各々の定格出力電流に対し
て上記の値を超えると出力誤差が発生する可能性が高
く、また上記の値未満であると脱磁に要する時間がかか
りすぎることからこの発明の高感度測定とともに時間短
縮の目的が達成できない。

【００４０】これらの脱磁条件を満足させるためには、
脱磁コイルに印加する減衰振動電流からなる脱磁電流の
ピーク値、周波数、脱磁時間を選定する必要があるが、
脱磁後の残留磁束密度が上記の程度であれば、通常のＢ
−Ｈ特性（ヒステリシス特性）の測定方法によってヒス
テリシスカーブの対象性を調べることによって確認する
ことができることから、予めこれらの測定を繰り返して
おくことによって減衰振動電流の最適条件を求めること
ができる。

【００４１】

【実施例】本願発明の直流電流センサーの効果を確認す
るために図９に示す構成からなる直流電流センサーを作
成した。センサー部は、０．３ｍｍのパーマロイＣ（７
８Ｎｉ−３．５Ｃｕ−４．５Ｍｏ−ｂａｌＦｅ）薄板を
所定形状に打ち抜きし、折り曲げ加工を施し、各コア部
の寸法が、Ｌ＝３０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、Ｗ₁＝３０ｍ
ｍ、Ｗ₂＝５ｍｍとなるように組立て、さらに、水素ガ
ス雰囲気にて１１００℃で３時間の磁性焼鈍を施して完
成した。

【００４２】また、励磁コイルとして検出コア部の外周
に外径０．２ｍｍのホルマル線を５０ターン巻回配置す
るとともに、脱磁コイルを共用する検出コイルとして検
出コア部の対称位置に外径０．１５ｍｍのホルマル線を
各々５０ターンづつ巻回配置して互いに直列接続し、こ
れらのコイルを図４のブロック図に示す検出回路に接続
して、本願発明の直流電流センサーを完成した。被検出
導線としては、外径８ｍｍのビニール被覆線を検出コア
部の内側に貫通配置した。励磁コイルに印加する交流電
流は、１Ｖｒｍｓ、３００Ｈｚとした。

【００４３】また、検出コイル（脱磁コイル）に減衰振
動電流の波形が対称形である脱磁電流を交互に印加し、
それぞれの不完全脱磁後の測定期間によって得られる測
定値の平均値を出力することによって被検出導線に流れ
る直流電流を測定する構成の効果を確認した。

【００４４】検出コイル（脱磁コイル）にピーク値が１
０Ｖで３００Ｈｚの波形が対称形である減衰振動電流か
らなる脱磁電流を０．０３秒づつ交互に印加し、それぞ
れの不完全脱磁後０．０７秒づつの測定期間によって得
られる測定値の平均値を出力することによって被検出導
線に流れる直流電流を測定した結果（０．２秒／周
期）、検出回路込みの入−出力特性は測定電流が±２ｍ
Ａの範囲においてヒステリシス誤差は実質的に零（０）
となり、直線性、再現性ともに極めて良好な特性を示す
とともに、ステップ応答性が０．３５秒と極めて短時間
で測定が実現可能であることが確認できた。

【００４５】また、比較例としてセンサー構成を同一と
し、検出コイル（脱磁コイル）に減衰振動電流からなる
脱磁電流を印加して検出コア部を実質的に完全脱磁した
後、被検出導線に流れる直流電流を測定する構成の諸特
性を確認した。検出コイル（脱磁コイル）にピーク値が
１０Ｖで３００Ｈｚの減衰振動電流からなる脱磁電流を
０．５秒印加して検出コア部を実質的に完全脱磁した
後、引き続き０．５秒で被検出導線に流れる直流電流を
測定した結果（１秒／周期）、検出回路込みの入−出力
特性が本願発明のセンサーと同様の感度であることが確
認できた。なお、ステップ応答性は約２秒であった。

【００４６】以上のことからも、同一感度の測定を可能
にする場合、完全脱磁後に測定する比較例の場合に比
べ、不完全脱磁を採用した本発明の場合は、測定に要す
る１周期当たりの時間が約１／５程度になり、結果とし
てステップ応答性も１／５程度以上の短縮が可能である
ことが分かる。

【００４７】

【発明の効果】上記の実施例からも明らかなように、本
願発明の直流電流センサーにおいては、検出コイル（脱
磁コイル）に所定の減衰振動電流からなる脱磁電流を効
果的に印加することによって、検出コア部を構成する軟
質磁性材料が有する保磁力の影響を防止して高感度の測
定を実現するとともに、測定時間を大幅に短縮すること
が可能となり、直流電流センサーの用途を一層拡大する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による直流電流センサーの測定方法の
概略を示す線グラフであり、（ａ）は脱磁電流と時間
（測定に要する１周期）との関係を示し、計測出力と該
時間の関係を示す線グラフである。

【図２】この発明による直流電流センサーの他の測定方
法の概略を示す線グラフであり、（ａ）は脱磁電流と時
間（測定に要する１周期）との関係を示し、計測出力と
該時間の関係を示す線グラフである。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はこの発明による直流
電流センサーの測定方法に用いる脱磁電流と軟質磁性材
料の残留磁束密度とを対比して示す線グラフであり、
（イ）はＢＨカーブ、（ロ）は脱磁電流の電流と時間と
の関係を示す。

【図４】この発明による直流電流センサーの測定方法に
用いる測定装置の回路図である。

【図５】この発明の直流センサーの基本構成を示す斜視
説明図である。

【図６】脱磁コイルに変調交流電流を流さず被検出導線
に直流電流を流してコアが励磁された後、該直流電流を
切りその後脱磁コイルに交流電流を流してマイナールー
プを形成した状態を示す線グラフである。

【図７】被検出導線に直流電流が流れている状態で、脱
磁コイルに変調交流電流を流して被測定電流に変調用交
流電流を重畳した場合のマイナーループの中心点の移動
状態を示す線グラフである。

【図８】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す斜視説明図である。

【図９】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す斜視説明図である。

【図１０】この発明の直流電流センサーの他の実施例の
概要を示す斜視説明図である。

【符号の説明】１被検出導線２検出コア部３，３ａ，３ｂ検出コイル４，４ａ，４ｂ励磁部コア５，５ａ，５ｂ励磁コイル６コア直交部４３，４３ａ，４３ｂ変調コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林田弘大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者蓑口潔大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者音瀬勲大阪府大阪市北区大淀北１丁目６番110号関西計器工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環状を形成する軟質磁性材料からなる検
出コア部と、検出コア部にトロイダル状に巻回配置され
る検出コイルと、前記検出コア部の周方向の少なくとも
一部に周期的に磁気的ギャップを形成する手段とを具備
するセンサー部の内側に被検出導線を貫通配置してなる
直流電流センサーにおいて、さらに、前記検出コア部に
被検出導線と同方向に巻回させた脱磁コイルを配置し、
該脱磁コイルに正側または負側の一方から開始する減衰
振動電流からなる脱磁電流を印加して検出コア部を不完
全に脱磁した後、被検出導線に流れる直流電流を測定
し、引き続き、前記脱磁コイルに正側または負側の他方
から開始し前記減衰振動電流に対して対称な波形を有す
る減衰振動電流からなる脱磁電流を印加して検出コア部
を不完全に脱磁した後、再び被検出導線に流れる直流電
流を測定し、その後これら各々の測定結果の平均値に基
づいて被検出導線に流れる真の直流電流値を測定する手
段を有する直流電流センサー。
【請求項２】請求項１において、一つのコイルで検出
コイルと脱磁コイルの機能を共用した直流電流センサ
ー。
【請求項３】請求項１において、センサー部が、環状
を形成する軟質磁性材料からなる検出コア部と、検出コ
ア部にトロイダル状に巻回配置される検出コイルと、前
記検出コア部の周方向に対して直交方向に接続して環状
を形成する軟質磁性材料からなる一対の励磁コア部と、
該各々の励磁コア部または検出コア部に巻回配置され検
出コア部と各々の励磁コア部との直交部にて検出コア部
を周方向に対して直交方向に周期的に励磁する励磁コイ
ルとからなる直流電流センサー。