JPS617475A - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直流もしくは低周波の交流の電流を検出する
電流検出器に関するものである。

（従来の技術） 従来、上記電流検出器として各種の方法によるものがあ
るが、被電流検出線路から検出回路を絶縁して測定する
部類に属するものとして磁気コアを用いるものがある。

その−例として、磁気コアの非直線性を利用した倍周波
磁気変調器型のものがある。図１は、その回路のブロッ
ク図であシ、磁気戸ア１、周波数ｆの励振回路２、周波
数２ｆの帯域通過フィルタ３、周波数ｆの逓倍回路４、
同期検波回路５、増幅回路６から成シ立りている。

磁気コア１には、被測定電流巻線１−１、励振巻線１−
２、検出巻線１−３がそれぞれ施こされている。この倍
胸波磁気変調器型電流検出器の動作の概略は次のとおシ
である。励振回路２．ｌ、−よび磁気コア１の励振巻線
１−２、によって磁気コア】は磁束密度の飽和から飽和
まで対称的に周波数ｆで十分励磁されているものとする
。この状態で、磁気コアｌの被測定電流巻線１−１に直
流電流もしくは、低周波交流電流が流れると、この電流
に相当するアンぜア・ターンだけ磁気コア１が偏磁し、
その結果、励磁動作がＢＨカーブ上で非対称となシ、そ
の結果、磁気コア１の検出巻線］−３には周波数２ｆで
振幅が直流電流の大きさあるいは低周波交流電流の振幅
に比例する信号が発生し、この信号を周波数２ｆの帯域
通過フィルタ３を通過させることによって、周波数２ｆ
の成分を抽出することができる。この周波数２ｆの信号
を励振回路２の周波数を２逓倍する逓倍回路４の２ｆ信
号と同期検波することにより、被測定電流が直流の場合
には、直流の大きさのほか、電流の流れる方向も合せて
検出することができる。また被測定電流が交流電流の場
合には、交流電流に比例した信号電圧を得ることができ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 本方式は特性的に優れ、本基本回路に基づく電流検出器
が広く一般に利用されている。しかしこの方式は、逓倍
回路４．２ｆフィルタ回路３、同期検波回路５等と多く
の機能回路を必要とし、回路が複雑となシ、大型となる
欠点を持ってｂる。

本発明は、簡易な回路によシ従来回路と同様の優れた特
性を得ることを目的さするもので、磁気コアを使用する
ことにおいて従来方式と同じであるが、回路方式的には
、従来方式と全く異なる方式のものを提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明による電流検出器は、１組の発振用巻線と、電流
測定用巻線とが施こされた磁気コアと、該発振用巻線、
と１対のトランジスタ、と励振用発振器、および励振用
トランスで構成される他励発振回路とを有する。

（作　用） 本発明によると、前記電流測定用巻線に被測定電流が流
入することにより前記磁気コアに偏磁を生じせしめ、該
偏磁による前記他励発振回路の発振状態の変化に伴って
生じる前記１対のトランジスタのそれぞれに流れる電流
の差異を検出し、該電流の差異が、前記電流測定用巻線
に流れる電流に依存することから該電流測定用巻線に流
れる電流を検出する。

（実施例） 図１は本発明の回路の一構成例である。図において１は
磁気コア、１−１は被測定電流巻線、１−４（１）、　
１−４（２）はマルチバイブレータ発振用巻線、１０．
ａ、１０ｂはトランジスタ、１１ａ。

ｌｌｂはベース電流パイノセス用ダイオード、１５は直
流電源、４０は励振用トランス、４１は励振用発振器で
ある。また２０ａｊ２０ｂは抵抗、２１　ａ　ｔ　２　
ｌ　ｂは平滑回路、２２は差動回路、２３は出力端子、
２４は接地である。さらに抵抗２０ａの両端電圧が図示
のとおシ平滑回路２１ａの入力端子Ａに導ひかれ、同様
に抵抗２０ｂの両端電圧が平滑回路２１ｂの入力端子Ｂ
に導びかれている。

本回路の動作について説明する。今、被測定電流巻線１
−１に測定電流が流れていないものとする。励振用発振
器４１は矩形波出力波形を持つ発振回路とする。この信
号にょシ励振用トランス４０を経て、トランジスタ１０
ａ、１０ｂに交番的にベース電流を供給する。すなわち
前述の矩形波信号は、ある半周期間に、例えば、トラン
ジスタ１０ａのペース→１０ａのエミッタ→ダイオード
１　ｌ　ｂを流れトランジスタ１０ａをオン状態にする
。また他の半周期間には、トランジスタ１０ｂのベース
→１０ｂのエミッタ→ダイオードｌｌａヲ流しトランジ
スタ１０ｂをオン状態にする。

このように交番的にトランジスタ１０　ａ　ｅ　１０ｂ
がオン状態となシ、直流電源１５より電流が、オン側の
トランジスタ（ここでは例えばトランジスタ１０ａ）に
つながる抵抗２０ａ、マルチバイプレー゛夕発振用巻線
１−４　（１）、トランジスタ１０ａが流れる。また次
の半周期では、他方のトランジスタにつながる抵抗マル
チパイブレーク発振用巻線、トランジスタを電流が流れ
る。

以上に示すように励振用発振器４１の矩形波出力に応じ
てトランジスタ１０　ａ　＃　１０　ｂが交番状にオン
、オフし、それと同時に直流電源１５より電流が抵抗２
０ａ＋２０ｂに交番状に流れる。被測定電流巻線１−１
に被測定電流が流れていない状態では、磁気コア１は、
Ｂ−Ｈ磁気特性の中点を中心に動作しているため交番的
に抵抗２０ａ。

２０ｂに流れる電流はそれぞれ振幅２時間幅とも同じで
ある。すなわち、抵抗２０ａの両端電圧を平滑する平滑
回路２１ａの出力直流電圧と抵抗２０ｂの両端電圧を平
滑する平滑回路２１ｂの出力直流電圧を等しく、従って
、平滑回路２１ａ。

２１ｂの出力の差電圧を得る差動回路２２ａ出力（端子
電圧２３）はゼロとなる。ところが、被測定電流巻線１
−１に直流電流もしくは低周波の交流電流が流れると、
磁気コア１の動作点はＢ−Ｈヒステリシスカーブ上で、
被測定電流巻線１−１の巻数および流入する電流の積す
なわちアンペア・ターンだけシフトする。通常磁気コア
は、Ｂ−Ｈ磁気特性が非線系である。従って、前記アン
ペアターン分シフトすることにより抵抗２０　ａ　、　
２０ｔ＋に流れる電流の大きさに差違が生じ、このため
、平滑回路２１ａ、２１ｂの出力に差違が生じ、従って
差動回路２２の出力２３において、出力電圧を生じる。

このように被測定電流巻線１−１に被測定電流が流れる
ことによシ差動回路２２の出力に電圧が生じる。また、
被測定電流の極性に応じて、差動回路２２の出力の極性
が対応する。

以上に説明したように本発明の回路は電流検出器として
動作する。

以上の回路では抵抗２０　ａ　ｔ　２０　ｂを直流電源
１５と巻線１−４　（１）あるいは１−４　（２）の間
に挿入したが、トランジスタ１０ａ　、１０ｂのエミッ
タに挿入し、エミッタ電流の差異を検出しても上述と同
様の結果が得られる。

図２は本発明の他の実施例を示す図である。すなわち図
１に示す回路図に加えて、差動回路２２の出力の一部を
抵抗２５を介して、磁気コア１に施された帰還巻線１−
５に電流を流すよう構成している。２４は回路の接地を
示す。

本回路の動作は図１を用いて、説明したものとほぼ同じ
であるので、異なる部分についてのみ説明する。

被測定電流巻線１−１（巻数ＮＨ）に被測定電流（電流
値ＩＨ）が流れると前述のとおり差動回路２２の出力端
子２３には電圧（電圧の大きさを■、とする）が現われ
る。抵抗２５の抵抗値をＲ，帰還巻線１−５の巻数をＮ
７、抵抗２５に流れる電流を工１とし、差動回路２２が
電流工、を供給できるものとすればＮＨＩＨ字ＮｆＩ、
となるよう差動回路２２の利得を選ぶなど回路を構成す
ることによって、磁気コア１は工□によってマルチバイ
ブレータの動作点が（ＮＨ−Ｉ、）だけＢ−Ｈヒステリ
シスカーブ上の中央点からシフトするものの、Ｎ、Ｉ、
によって元に戻すレ、結果としてマルチバイブレータは
Ｂ−Ｈヒステリシスカーブ上の中央点を中心に動作する
ことになる。この場合被測定電流工□に対する端子２３
の出力電圧ｖ。ｕｔは■。ｕｔ／１　−（ＮＨ／Ｈｆ）
・Ｒｆ　で与えられる。

図１の回路では、測定ダイナミックレンジは磁気コア１
の磁気特性から比較的小さな範囲に限定されるが図２の
回路では原理的には磁気コア１には依存せず差動回路２
２の供給電流に依存し差動回路２２の供給電流が十分大
きく設計することによって、極めて大きな電流まで測定
することができる。また、図２の回路方式では、被測定
電流と出力電圧との関係が図１の回路方式と比較してよ
り改善される特徴もある。

図３は、本発明の他の実施例を示す。図３の回路は図２
の回路をさらに発展させたもので主として、被測定電流
回路に誘起する交番電圧を打消す効果がある。図１１図
２と異なる部分について述べることとする。

励振用発振器４１の矩形波出力は励振用トランス４０の
２つの２次側巻線４０−１　、４０−１００によって、
それぞれトランジスターＯａ、１０ｂおよび１１０ａ、
１１０ｂをオン・オフし、それぞれマルチバイブレータ
発振させる。この時磁気コア１、あるいは１０１におい
て被測定電流巻線１−１あるいは１０１−１の巻方向を
図示のように（・印は各巻線の巻始めを示し、・印に電
流を加えた時、磁気コアは同一方向のフラックスを生ず
ることを意味する）磁気コア１および１０１の各巻線、
および励振用トランス４０の各巻線を図示のように接続
すると、被測定電流巻線１−１に誘起する交番電圧と被
測定電流巻線１０１−１に誘起する交番電圧とは互いに
１８０°位相が反転しており、端子１５０．１５１には
マルチバイブレータ発振にもとすく交番電圧が発生しな
い。一方、被測定電流巻線１−１．１０１−１に同一被
測定電流が流入した時の検出動作は図１あるいは図２と
同様で、図３において情、差動回路２２，１２２の出力
は同一極性で同一値（もし回路間の若干のアンバランス
で同一値とな゛らない場合には磁気コア１もしくは１０
１に別途補正用巻線を施こし、補正電流を流して、同一
値となるよう補正することができる）であり、加算回路
１３０の出力は、差動回路２２、および１２２の出力の
和（差動回路２２もしくは１２２の出力の２倍）となる
。すなわち、抵抗２５を介して帰還巻線１−５．１０１
−５に加算回路１３０の出力電圧を帰還しない場合には
被測定電流に対する加算回路１３０の出力電圧は、図１
の場合の２倍となるが、図３の回路のように加算回路１
３０の出力を抵抗２５を介して、帰還巻線１０１、およ
び１０１−１に帰還した場合には図２で示した各定数値
を用いると、ｖｏｕｔ／ＩＨ＝（ＮＨ／′Ｎｆ）・町で
力えられる。

本回路は、前述のとおり被測定電流巻線に交番電圧が誘
起せずそのため被測定電流回路に与える悪影響を排除す
ることが可能である。

本回路の構成以外に、励振用トランス４０の２次側巻線
の４０−１００の巻方向および磁気コア１０１の巻線１
０１−１．１０１−５の巻方向を図４の回路で示した場
合と反対にし、加算回路１３０を差動回路とすることに
よっても上述の目的を満たし安定な電流検出器を構成す
ることができる。

なお、第３図の実施例において、２つのマルチバイブレ
ータ回路を自励発振形として構成することも考えられる
が、自励発振形とした場合、２つのマルチバイブレータ
回路の発振位相を逆相に保つことができないことが考え
られ、精密測定を行いだい場合には図示したよりな他励
発振型において大きなメリットを生じる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、簡易な回
路構成により広いダイナミックレンジを有し、高安定な
電流検出器を提供することができ、一般の定電流源の電
流検出器をはじめ、数千ポルトル１万ぎルトの高電圧回
路となる海底ケーブル用給電装置の電流検出器として用
いることができ、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明による電流検出器の実施例を示す図、図２
は本発明による電流検出器の別の実施例を示す図、図３
は本発明による電流検出器の更に別の実施例を示す図、
図４は従来の電流検出器のブロック図である。 １；磁気コア、１−１；被測定電流巻線、１０ａ、１０
ｂ；）ランジスタ、４０；励振用トランス、４１；励振
用発振器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１組の発振用巻線と、電流測定用巻線とが施こさ
   れた磁気コアと、該発振用巻線、と１対のトランジスタ
   、と励振用発振器、および励振用トランスで構成される
   他励発振回路とを有し、前記電流測定用巻線に被測定電
   流が流入することにより前記磁気コアに偏磁を生じせし
   め、該偏磁による前記他励発振回路の発振状態の変化に
   伴って生じる前記１対のトランジスタのそれぞれに流れ
   る電流の差異を検出し、該電流の差異が、前記電流測定
   用巻線に流れる電流に依存することから該電流測定用巻
   線に流れる電流を検出することを特徴とする電流検出器
   。
2. （２）前記磁気コアが帰還巻線を有し、前記電流の差異
   を検出した出力を帰還巻線に接続される抵抗を介して、
   該帰還巻線にフィードバックし、前記磁気コアを磁気特
   性の中点を中心に励振するように構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電流検出器。
3. （３）前記他励発振回路の２組の電流測定用巻線をそれ
   ぞれに誘起する交番電圧（電流）を逆相になるように直
   列的に接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の電流検出器。