JPS63205570A

JPS63205570A - 電流センサ

Info

Publication number: JPS63205570A
Application number: JP62038829A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Mori; 佳年雄毛利; Masao Shigeta; 重田　政雄
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-08-25

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、導電線に流れる電流を非接触状態で検出可能
な電流センサに関する。

（従来の技術）従来、導電線に流れる電流の検出方法として、ＤＣＣＨ
に代表される磁気式電流センサを用いる方式、被測定路
中に挿入された抵抗の電圧降下を検出する方式などがあ
る。

磁気式電流センサは信頼性が割合に高いが、応答性が悪
いという欠点がある。

また、抵抗の電圧降下を検出する方式は応答性に優れる
が、温度による抵抗値変動、抵抗挿入による回路状態変
動により検出精度が低いという欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点）上記のように、従来の磁気式電流センサは応答性が悪い
という欠点があり、抵抗の電圧降下検出形は検出精度が
低いという欠点がある。

そこで本発明は上記欠点を除去するもので、その目的と
するところは、応答性に優れ、検出精度が高い電流セン
サを提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、磁心にコイルを巻回して成るインダクタを、
該導電線を中心とし且つ該導電線と直交する面における
円の円周方向に所定間隔を有して複数個配置すると共に
該コイルを電気的に接続して成り該導電線電流によって
形成される磁界を検出可能なセンサ部と、このセンサ部
の検出出力を処理する処理回路とを有するものである。

（作　用）前記導電線に流れる電流によって形成された磁界を、前
記センサ部における複数のインダクタによって検出し、
この検出出力を前記処理回路で処理することで電流検出
における応答性の向上を図っている。また、導電線電流
の非接触検出が可能であり、被測定路中に抵抗挿入等を
行う必要がないから、電流の検出精度が高い。

（実施例）以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す回路図であり、
同図（ｂ）は本実施例におけるセンサ部の平面図である
。

第１図（ａ）に示すように本実施例では、センサ部１と
処理回路１７とを有する。

センサ部１は、磁心にコイルを巻回して成る複数のイン
ダクタ２Ａ、２８．３Ａ、３Ｂ、４Ａ。

４Ｂを有し、後述するように導電線電流によって形成さ
れる磁界を検出するものである。インダクタ２Ａ乃至４
Ｂはそれぞれ磁界検出用の第１のコイル１３と、負帰還
電流供給用の第２のコイル１４とを有する。磁心として
は第２図に示すように４ｓ長の零磁歪アモルファスワイ
ヤ１６を３本束ね、これに第１．第２のコイル１３．１
４をそれぞれ１２０タ一ン巻回している。尚、コイル長
は３履であり、零磁歪アモルファスワイヤ１５の両端が
それぞれ０．５８ずつ露出されている。各インダクタに
おける第１．第２のコイル１３゜１４はそれぞれ直列接
続されており、インダクタ２Ａ及び４Ｂにあける第１．
第２のコイル端を前記処理回路３に接続するようにして
いる。

ここで、センサ部１のインダクタ配置関係について第１
図（ｂ）を基に説明する。

同図において、７は５０ｓＸ５０ｍの板状に形成された
絶縁部材であり、−辺中央から中心部に向って切欠され
た切欠部８を有する。インダクタ２Ａ、３Ａ、４Ａ、２
Ｂ、３８．４８はこの絶縁部材７の表面における半径ｒ
の円１５の円周方向に所定間隔を有して配列されている
。切欠部８は、紙面に対して垂直方向に延在する導電線
９を円１５の中心部まで案内するもので、案内された導
電線９と各インダクタの配列面とは直交関係にある。こ
こで、導電線９に流れる電流をＩとし、半径ｒの点の磁
界をＨとし、半径ｒの円周に沿ってアンペアの周回定理
を適用すると、２πｒＨ＝Ｉとなるから、次の式が得ら
れ、 ■ この式に、Ｉ、Ｈの値を代入すれば円１５の半径ｒを算
出できる。例えばＩ＝２００　［Ａ］とし、磁界検出の
直線範囲を２０　［Ｏｅｌと仮定すると、１　［０ｅｌ
＝　７９　ＥＡ／ｍｌ　テａルカラ、Ｈ＝２０［０ｅｌ
＝７９０Ｘ２　［Ａ／ｍ］となり、となる。

次に、前記処理回路３の詳細な構成について第１図（ａ
）を基に説明する。

インダクタ２Ａ、４Ｂそれぞれにおける第１のコイル１
３より引き出されたリード線Ｊ２ｘ、Ｉ２’はそれぞれ
トランジスタＴｒ１．Ｔｒ２及び信号線Ｊ１３．Ｊｌａ
を介してフィルタ回路１１の入力端に接続されている。

各トランジスタＴｒｔ。

Ｔｅ３のベースには、各信号線Ａ１．Ｊ１２に接続され
た転流回路（コンデンサＣｓ、、抵抗ＲＢからなる）の
出力がクロスされて印加されるようになっている。また
信号線Ａ３．ｉａ間には負荷抵抗ＲＬ、ＲＬが直列接続
され、これと並列に可変抵抗ＶＲが接続され、この可変
抵抗ＶＲの摺動子と前記抵抗ＲＬ、ＲＬの直列接続点と
は共通接地されている。又、インダクタ４Ａ、２Ｂそれ
ぞれにおける第１のコイル１３の直列接続点には電源電
圧Ｅ（直流正極側）が印加され、フィルタ回路１１から
出力Ｅ。１丁１が取り出せることとなる。

即ち、この回路の初段は、インダクタ２Ａと２８゜３Ａ
と３８．４Ａと４Ｂをそれぞれ１組とする計３組のイン
ダクタ群と、抵抗ＲＬ、ＲＬとを用いたマルチバイブレ
ータブリッジとして構成されている。尚、フィルタ回路
１１は、抵抗Ｒ１，Ｒ４及びコンデンサＣ１，０２より
成る簡易なものを適用している（ｆｃ＝１０乃至５０ｋ
Ｈｚ）。

そして、フィルタ回路１１の出力は、後段に配置された
差動増幅回路１２に取り込まれるようになっている。こ
の差動増幅回路１２は、演算増幅器１０の反転入力端（
−）に抵抗Ｒ２、Ｒ３を接続し、非反転入力端（＋）に
抵抗Ｒ５、Ｒａを接続し、抵抗Ｒ３の他端を演算増幅器
１０の出力端に接続し、抵抗Ｒ６の他端を接地して成り
、抵抗Ｒ２、Ｒｓ又はＲ３、Ｒｓの値を変えることによ
り利得調整を行うことができるようになっている。

この差動増幅回路１０の出力Ｅ。ｔ１丁２は電流増幅回
路５に取り込まれるようになっており、この電流増幅出
力が負帰還電流として各インダクタ２Ａ。

２Ｂ、３Ａ、３８．４Ａ、４Ｂにおける第２のコイル１
４に供給されるようになっている。電流増幅回路５とし
ては、演算増幅器６の反転入力端と接地ラインとの間に
抵抗Ｒ７を接続して成るものを適用している。尚、負帰
還電流ｒＬは、となる。

次に、上記構成の作用について説明する。

センサ部１における絶縁部材７の切欠部８に挿入された
導電線９に電流■が流れていれば、この電流Ｉによって
、なる磁界が形成される。

一方、処理回路１７で設定された駆動周波数（例えば１
００乃至５００ｋＨ２）によりセンサ部１が駆動され、
このとき導電線電流Ｉによる磁界Ｈによって各インダク
タのＢＨ曲線上の動作点が移動し、インダクタ２Ａ、３
Ａ、４Ａと、２８゜３Ｂ、４Ｂとの間で平均的なインダ
クタンス（線形化インダクタンス）に差を生じ、この差
分に応じてＥＯＩＪＴｌ及びＥＯｔｌＴ２が出力される
。

そして出力６０１７丁２が電流増幅回路５に入力される
と、この電流増幅回路５より、各インダクタにおける第
２のコイル１４に負帰還電流ＩＬが供給される。

ここで、第２のコイル１４への負帰還電流を電流増幅回
路５を介して供給するようにしたのは次の理由による。

電流増幅回路５の代わりに負帰還抵抗を接続し、この抵
抗を介して負帰還をかけることもできるが、その場合、
負帰還抵抗が各インダクタにおける第２の巻線抵抗とな
るため、抵抗値をあまり小さくすると、各インダクタの
動特性変動によりマルチバイブレータブリッジの発振動
作が不安定となる虞れがある。このため負帰還抵抗の値
をあまり小ざくできず、強力な負帰還をかけることがで
きない。

そこで本実施例においては、負帰還抵抗の代わりに、電
流増幅回路５を設けている。これによれば、第２の巻線
１４側から見たインピーダンスが十分大きい状態で強力
な電流角＠運をかけること　　〜ができ、負帰還抵抗に
よる場合に比して電流検出　〜゛（特性の直線性を大幅
に改善することができる。

第３図（ａ＞、（ｂ）乃至第５図（ａ）、（ｂ）は本実
施例の試験結果を示すもので第３図（ａ）。

（ｂ）はマルチバイブレータブリッジの電流Ｉｃを１０
０ｍＡとした場合、第４図（ａ＞、（ｂ）はＩｃ＝２０
０ｍＡとした場合、第５図（ａ）、（ｂ）はＩｃ２５０
ｍＡとした場合であり、各図（ａ）は負帰還をかけない
場合、各図（ｂ）は負帰還をかけた場合の特性をそれぞ
れ示している。

尚、電流増幅回路５の電源は±１５Ｖとし、Ｒ７゛＝１
００とした。印加磁界Ｈｅｘは交流６０Ｈｚである。

第３図（ａ）、（ｂ）の特性図より負帰還をかけること
で直線性が改善されるのがよく解る。例えばＩｃ＝２０
０ｍＡの場合では±５０　［Ｏｅｌ近くまで、Ｉｃ＝２
５０ｍＡの場合では±６０　［Ｏｅｌ近くまで直線とな
り、負帰還をかけない場合に比べて直線範囲は約２．５
倍に拡大されている。

第１図（ｂ）の半径ｒを２ｃｍ程度とすると、負帰還を
かけない場合には±２００乃至±３００Ａまでの電流測
定しか行えないが、負帰還をかけた場合には直線範囲の
拡大により±５００乃至±６０ＯＡまでの電流測定が可
能となる。

また、負帰還をかけることにより温度特性も改善される
。

このように本実施例においては、センサ部１の切欠部８
により導電線９に対して着脱自在であり、導電線電流の
非接触検出が可能であり、センサ部１自体を薄型且つ小
型、軽量に構成できるため携帯性に優れており、零磁歪
アモルファスを磁心としているため撮動や衝撃応力など
の外乱応力に対して不感でロバストネスを備えている。

また、マルチバイブレータ回路の発振周波数及びフィル
タ回路のカットオフ周波数を上げることで応答性を高め
ることができ（ＤＣ乃至５０ｋＨｚ＞、各インダクタの
第２のコイル１４を介して負帰還をかけることで直線性
及び温度特性の向上を図ることができる。特に本実施例
では負帰還抵抗によらず、電流増幅回路５を介して第２
のコイル１４に負帰還電流を供給するようにしているた
め、処理回路３の安定動作を保ちつつ強力な電流帰還を
かけることができ、諸特性を大幅に改善することができ
る。更にインダクタ２Ａと２Ｂ、３Ａと３Ｂ。

４Ａと４Ｂとをそれぞれ対向配置しているため、外乱磁
界による影響を相殺することができ、電流検出精度を高
めることができる。勿論、相対向する１対のインダクタ
（例えば２Ａ、２Ｂ）だけでも電流検出ができるし、外
乱相殺効果を発揮できるが、相対向するインダクタンス
対の数が多いはど外乱相殺効果が大きくなる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形実施が可能である。

、［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、導電線電流の非接
触検出が可能であり、応答性に優れ、検出精度が高い電
流センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す回路図、第１図
（ｂ）は本実施例におけるセンサ部の平面図、第２図は
本実施例におけるインダクタの斜視図、第３図（ａ）、
（ｂ）、第４図（ａ）。（ｂ）、第５図（ａ）、（ｂ）は本実施例の試験結果を
示す特性図である。１・・・センサ部、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ・・・インダクタ、９・・・導電線、１３・・・第１のコイル、１４・・・
第２のコイル、１７・・・処理回路。（ｂ）第　　１　図２Ａ、２　Ｂ、３Ａ、３　Ｂ、４Ａ、４Ｂ第２図（ａ）　　Ｈｅｘ（Ｏｅ）第４図（Ｑ　）　　ＨｅＸ　（Ｏｅ　）（ｂ、　　Ｈｅｘ（Ｏｅ）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電線に流れる電流の測定を可能とする電流セン
サにおいて、磁心にコイルを巻回して成るインダクタを
、該導電線を中心とし且つ該導電線と直交する面におけ
る円の円周方向に所定間隔を有して複数個配置すると共
に該コイルを電気的に接続して成り該導電線電流によつ
て形成される磁界を検出可能なセンサ部と、このセンサ
部の検出出力を処理する処理回路とを有することを特徴
とする電流センサ。
（２）前記各インダクタは、磁界検出用の第１のコイル
と、前記処理回路出力に基づく負帰還電流を供給可能な
第２のコイルとを有する特許請求の範囲第１項に記載の
電流センサ。