(57)【要約】【課題】導体に重畳されるノイズを抑制する。【解決手段】第１の磁心１に巻回される第１の巻線10は、一端がグランドに接続され、他端が第２の巻線20の一端に接続されている。第２の磁心２に巻回される第２の巻線20は、一端が第１の巻線10に接続され、他端が限流抵抗R1を介して励磁部３に接続されている。励磁部３から出力される励磁信号で第１の磁心１に磁束が生じる。そして、第１の磁心１に生じる磁束によって導体100に誘導起電力が発生する。しかしながら、第２の磁心２に生じる磁束の向きが第１の磁心１に生じる磁束の向きと逆であるため、導体100に生じる誘導起電力が相殺される。その結果、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズ(雑音端子電圧)が抑制される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の巻線が巻回され、検出対象の導体の近傍に配置される第１の磁心と、第２の巻線が巻回され、前記導体の近傍に配置される第２の磁心と、大きさと向きが一定の周波数で変化する励磁信号を前記第１の巻線及び前記第２の巻線に印加する励磁部と、前記導体に流れる電流によって前記第１の磁心に生じる磁束を打ち消すための帰還信号を前記励磁信号に帰還する帰還部とを備え、
前記第２の巻線は、前記第１の巻線に前記励磁電流が流れることで生じる磁束と逆向きの磁束を生じるように構成されることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記第１の巻線と前記第２の巻線が前記励磁部に対して直列に接続されることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記第１の巻線と前記第２の巻線が前記励磁部に対して並列に接続されることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記第１の磁心と前記第２の磁心の双方に巻回され且つ閉回路を形成する第３の巻線を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記導体の近傍に配置される第３の磁心を備え、前記第３の巻線が前記第３の磁心にも巻回されることを特徴とする請求項４記載の電流検出装置。
【請求項６】
磁性材料からなり、前記第１の磁心及び前記第２の磁心を前記第１の巻線及び前記第２の巻線とともに内部に収納するシールドケースを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項７】
前記励磁部から前記第１の巻線及び前記第２の巻線に前記励磁信号を流す線路にインピーダンス素子又は低域通過フィルタが挿入されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項８】
前記励磁部は、前記励磁信号の信号波形を正弦波又は三角波又は台形波とするように構成されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項９】
前記励磁部は、前記励磁信号の信号波形を方形波とするように構成されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１０】
前記第１の巻線及び前記第２の巻線に印加される前記励磁信号の信号電圧を計測する信号電圧計測部を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１１】
前記第１の巻線及び前記第２の巻線に流れる前記励磁信号の信号電流を計測する信号電流計測部を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１２】
前記信号電圧又は前記信号電流の計測値を所定のしきい値と比較する比較部を備えることを特徴とする請求項１０又は１１記載の電流検出装置。
【請求項１３】
前記励磁信号から前記一定の周波数の２倍に相当する周波数成分を抽出する周波数成分抽出部を備え、前記帰還部は、前記周波数抽出部で抽出される前記周波数成分から前記帰還信号を生成することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１４】
前記帰還部は、正負対称な波形を有する前記励磁信号を出力するように構成され、前記励磁信号の正負両方のピーク値を保持するピークホールド部を備え、前記帰還部は、前記ピークホールド部で保持される前記正負両方のピーク値から前記帰還信号を生成することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１５】
前記帰還部は、正負対称なしきい値と前記励磁信号を比較する比較器を備え、前記比較器の出力から前記帰還信号を生成することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１６】
前記帰還部は、前記帰還信号を非反転増幅する非反転増幅器と、前記帰還信号を反転増幅する反転増幅器とを有し、前記非反転増幅器と前記反転増幅器の出力端子が前記第１の巻線及び前記第２の巻線に対してブリッジ接続されることを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１７】
前記帰還部は、前記励磁信号に前記帰還信号を加算して前記第１の巻線に流す第１の加算器と、前記励磁信号に前記帰還信号を反転した信号を加算して前記第２の巻線に流す第２の加算器とを有することを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１８】
前記帰還信号の信号電圧を検出するための検出抵抗と、前記検出抵抗の前段に設けられる低域通過フィルタとを備えることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか１項に記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体に流れる電流を非接触で検出する電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流検出装置として、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１記載の従来例は、内部に導体が挿通される円環状の磁心(閉磁路コア)と、磁心に巻回される巻線(コイル)と、巻線に交流励磁電圧を印加する交流電源とを備える。さらに、特許文献１記載の従来例では、巻線に流れる電流を検出抵抗で電圧信号に変換し、当該電圧信号を正負両方のピークホールド回路でピークホールドし、これら２つのピークホールド回路の出力を合成した電圧を交流励磁電圧に加算して巻線に帰還している。
【０００３】
つまり、磁心を貫通する導体に電流が流れて導体の周囲に磁束が生じると、ピークホールド回路の出力を合成した帰還電圧が正負非対称となる。その結果、帰還電圧を巻線に印加することで前記磁束を打ち消す向き及び強さの磁束が生じるので、帰還電圧を検出抵抗で測定することにより、導体に流れる電流の大きさが測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、検出対象の電流が流れる導体は、通常、閉回路を形成している。そのため、１つの磁心に巻回された１つの巻線と前記導体によってトランスが形成され、閉回路からなる導体に誘導電流が流れてしまう。その結果、特許文献１記載の従来例では、前記導体を含む閉回路にノイズ(雑音端子電圧)を重畳してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、導体に重畳されるノイズを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電流検出装置は、第１の巻線が巻回され、検出対象の導体の近傍に配置される第１の磁心と、第２の巻線が巻回され、前記導体の近傍に配置される第２の磁心と、大きさと向きが一定の周波数で変化する励磁信号を前記第１の巻線及び前記第２の巻線に印加する励磁部と、前記導体に流れる電流によって前記第１の磁心に生じる磁束を打ち消すための帰還信号を前記励磁信号に帰還する帰還部とを備え、前記第２の巻線は、前記第１の巻線に前記励磁電流が流れることで生じる磁束と逆向きの磁束を生じるように構成されることを特徴とする。
【０００８】
この電流検出装置において、前記第１の巻線と前記第２の巻線が前記励磁部に対して直列に接続されることが好ましい。
【０００９】
この電流検出装置において、前記第１の巻線と前記第２の巻線が前記励磁部に対して並列に接続されることが好ましい。
【００１０】
この電流検出装置において、前記第１の磁心と前記第２の磁心の双方に巻回され且つ閉回路を形成する第３の巻線を備えることが好ましい。
【００１１】
この電流検出装置において、前記導体の近傍に配置される第３の磁心を備え、前記第３の巻線が前記第３の磁心にも巻回されることが好ましい。
【００１２】
この電流検出装置において、磁性材料からなり、前記第１の磁心及び前記第２の磁心を前記第１の巻線及び前記第２の巻線とともに内部に収納するシールドケースを備えることが好ましい。
【００１３】
この電流検出装置において、前記励磁部から前記第１の巻線及び前記第２の巻線に前記励磁信号を流す線路にインピーダンス素子又は低域通過フィルタが挿入されることが好ましい。
【００１４】
この電流検出装置において、前記励磁部は、前記励磁信号の信号波形を正弦波又は三角波又は台形波とするように構成されることが好ましい。
【００１５】
この電流検出装置において、前記励磁部は、前記励磁信号の信号波形を方形波とするように構成されることが好ましい。
【００１６】
この電流検出装置において、前記第１の巻線及び前記第２の巻線に印加される前記励磁信号の信号電圧を計測する信号電圧計測部を備えることが好ましい。
【００１７】
この電流検出装置において、前記第１の巻線及び前記第２の巻線に流れる前記励磁信号の信号電流を計測する信号電流計測部を備えることが好ましい。
【００１８】
この電流検出装置において、前記信号電圧又は前記信号電流の計測値を所定のしきい値と比較する比較部を備えることが好ましい。
【００１９】
この電流検出装置において、前記励磁信号から前記一定の周波数の２倍に相当する周波数成分を抽出する周波数成分抽出部を備え、前記帰還部は、前記周波数抽出部で抽出される前記周波数成分から前記帰還信号を生成することが好ましい。
【００２０】
この電流検出装置において、前記帰還部は、正負対称な波形を有する前記励磁信号を出力するように構成され、前記励磁信号の正負両方のピーク値を保持するピークホールド部を備え、前記帰還部は、前記ピークホールド部で保持される前記正負両方のピーク値から前記帰還信号を生成することが好ましい。
【００２１】
この電流検出装置において、前記帰還部は、正負対称なしきい値と前記励磁信号を比較する比較器を備え、前記比較器の出力から前記帰還信号を生成することが好ましい。
【００２２】
この電流検出装置において、前記帰還部は、前記帰還信号を非反転増幅する非反転増幅器と、前記帰還信号を反転増幅する反転増幅器とを有し、前記非反転増幅器と前記反転増幅器の出力端子が前記第１の巻線及び前記第２の巻線に対してブリッジ接続されることが好ましい。
【００２３】
この電流検出装置において、前記帰還部は、前記励磁信号に前記帰還信号を加算して前記第１の巻線に流す第１の加算器と、前記励磁信号に前記帰還信号を反転した信号を加算して前記第２の巻線に流す第２の加算器とを有することが好ましい。
【００２４】
この電流検出装置において、前記帰還信号の信号電圧を検出するための検出抵抗と、前記検出抵抗の前段に設けられる低域通過フィルタとを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の電流検出装置は、第１の磁心に生じる磁束と逆向きの磁束を生じる第２の磁心を第１の磁心とともに導体の近傍に配置しているので、第１の磁心に生じる磁束で導体に誘起される誘導起電力と、第２の磁心に生じる磁束で導体に誘起される誘導起電力とが相殺され、その結果、導体に重畳されるノイズを抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る電流検出装置の実施形態１を示すブロック図である。
【図２】同上の回路構成図である。
【図３】同上の別の構成を示す一部省略したブロック図である。
【図４】(ａ)，(ｂ)は同上の別の構成を示す一部省略したブロック図である。
【図５】同上の一部省略した斜視図である。
【図６】(ａ)，(ｂ)は同上の別の構成を示す一部省略したブロック図である。
【図７】同上の一部省略した斜視図である。
【図８】同上における第１及び第２の磁心の別の構成を示し、(ａ)は斜視図、(ｂ)〜(ｄ)は製造方法の説明図である。
【図９】(ａ)，(ｂ)は同上の別の構成を示す一部省略したブロック図である。
【図１０】(ａ)，(ｂ)は本発明に係る電流検出装置の実施形態２を示す一部省略したブロック図である。
【図１１】本発明に係る電流検出装置の実施形態３を示すブロック図である。
【図１２】(ａ)〜(ｄ)は同上の動作説明用の波形図である。
【図１３】本発明に係る電流検出装置の実施形態４を示し、(ａ)はブロック図、(ｂ)は回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る電流検出装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
(実施形態１)
本実施形態は、図１に示すように第１の巻線10が巻回された第１の磁心１、第２の巻線20が巻回された第２の磁心２、励磁部３、帰還部４などを備える。
【００２９】
第１の磁心１並びに第２の磁心２は、軟磁性材料によって円環状に形成され、検出対象の導体100が貫通している。これらの磁心１，２を形成する軟磁性材料としては、ナノ結晶材料や非晶質金属材料(アモルファスリボンやアモルファスワイヤなど)、フェライト、磁性流体などが好適である。なお、ナノ結晶材料や非晶質金属材料には、高周波数までヒステリシスの波形が維持されるという利点があり、且つ非晶質金属材料はナノ結晶材料よりも強度に優れている。また、フェライトはナノ結晶材料や非晶質金属材料よりも安価であるという特徴を有し、磁性流体は、ヒステリシスを有しないという特徴を有している。
【００３０】
第１の磁心１に巻回される第１の巻線10は、一端がグランドに接続され、他端が第２の巻線20の一端に接続されている。第２の磁心２に巻回される第２の巻線20は、一端が第１の巻線10に接続され、他端が限流抵抗R1を介して励磁部３に接続されている。ただし、第２の巻線20は、第１の巻線10と逆向きに巻回されている。
【００３１】
励磁部３は、大きさと向きが一定の周期で変化し、且つ正負対称な波形(正弦波、方形波、三角波、台形波など)を有する励磁信号を出力する。励磁部３の正極が限流抵抗R1を介して第２の巻線20の一端に接続され、励磁部３の負極がグランドに接続されている。すなわち、第１及び第２の巻線10，20は、励磁部３に対して直列に接続されている。ただし、図３に示すように励磁部３に対して２つの巻線10，20が並列に接続されても構わない。
【００３２】
帰還部４は、位相検波器40、増幅器41、積分器42、非反転増幅器43、反転増幅器44などを備える。ここで、帰還部４の具体的な回路構成を図２に示す。ただし、図２の回路構成では、図１の回路構成に対して、低域通過フィルタ(ＬＰＦ)45が追加され、低域通過フィルタ45とグランドの間に検出抵抗46が接続されている。
【００３３】
位相検波器40は、それぞれが一対の切換接点400A，400Bと401A，401Bを有する切換スイッチ400，401を有している。一方の切換接点400B，401Aは、第１の巻線10と第２の巻線20の直列回路に対して並列接続された分圧抵抗R7，R8の接続点(分圧点)に接続される。他方の切換接点400A，401Bは、２つの巻線10，20の接続点に接続される。また、一方の切換スイッチ400の共通接点400Cが、増幅器41の一方の入力端子に接続される。さらに、他方の切換スイッチ401の共通接点401Cが、増幅器41の他方の入力端子に接続される。これらの切換スイッチ400，401は、発振器47から出力される方形パルスの立ち上がりで一方の切換接点400A，401Aに切り換えられ、前記方形パルスの立ち下がりで他方の切換接点400B，401Bに切り換えられる。なお、発振器47の発振周波数は、励磁部３が出力する励磁信号の周波数ｆの２倍の周波数２ｆに設定される。
【００３４】
増幅器41は、従来周知のインスツルメンテーションアンプ(計装アンプ)で構成されている。この増幅器41は、前段において、２つの対称なオペアンプ41A，41Bで差動出力の増幅回路が構成され、後段において、各オペアンプ41A，41Bの出力を減算する差動増幅回路(オペアンプ41C及びR12〜R15)が構成されている。なお、増幅器41の出力Voは、下記の式１で求めることができる。
【００３５】
Vo=(V1-V2)×(1+2×R9/R10)×(R13/R12)  …(式１)
増幅器41の出力Voは、オペアンプ42Aと抵抗R16〜R18とコンデンサC1からなる積分器42で積分される。なお、抵抗R18は可変抵抗器からなり、オフセット電圧の調整に用いられる。
【００３６】
積分器42の出力端に非反転増幅器43と反転増幅器44の入力端が並列接続される。また、積分器42の出力端には、低域通過フィルタ45を介して検出抵抗46が接続される。
【００３７】
非反転増幅器43の出力端が抵抗R4を介して第１の巻線10と励磁部３の接続点に接続され、且つ抵抗R3を介して第２の巻線20と励磁部３の接続点に接続される。また、反転増幅器44の出力端が抵抗R5，R6の並列回路を介して第１の巻線10と第２の巻線20の接続点に接続される。
【００３８】
すなわち、本実施形態においては、非反転増幅器43と反転増幅器44の出力端子が第１の巻線10及び第２の巻線20に対してブリッジ接続されている。なお、このように２つの増幅器を負荷に対してブリッジ接続する構成はブリッジ接続負荷(Bridge-Tied Load)形と呼ばれ、増幅器が１つの場合と比較して２倍の出力電圧が得られるという利点がある。
【００３９】
次に、本実施形態の電流検出装置の動作を説明する。
【００４０】
励磁部３から出力される励磁信号が第１の巻線10と第２の巻線20に流れると、第１の磁心１及び第２の磁心２にそれぞれ磁束(磁界)が生じる。ただし、第２の巻線20は第１の巻線10と逆向きに巻回されている。そのため、図１に矢印で示すように第２の磁心２に生じる磁束の向きは、第１の磁心１に生じる磁束の向きと反対(逆)になる。
【００４１】
ここで、第１の巻線10のインピーダンスと第２の巻線20のインピーダンスが等しい値に設定され、且つ分圧抵抗R7，R8の抵抗値も互いに等しい値に設定されている。したがって、導体100に電流が流れていない場合、位相検波器40が２ｆの周波数で励磁信号に同期して検波する出力V1と出力V2とが等しくなる。そのため、増幅器41の出力がゼロとなり、積分器42の出力がゼロとなる。故に、非反転増幅器43及び反転増幅器44を介して第１及び第２の巻線10，20に帰還される帰還信号もゼロとなる。
【００４２】
なお、第１の磁心１に生じる磁束によって導体100に誘導起電力が発生する。しかしながら、第２の磁心２に生じる磁束の向きが第１の磁心１に生じる磁束の向きと逆であるため、導体100に生じる誘導起電力が相殺される。その結果、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズ(雑音端子電圧)が抑制される。
【００４３】
一方、導体100に電流が流れると、導体100の周囲に配置される第１の磁心１に右ねじの法則で定まる向きの磁束(磁界)が発生する。この磁束の影響により、第１の磁心１及び第２の磁心２を通る磁束がそれぞれ変化するため、第１の巻線10のインピーダンスと第２の巻線20のインピーダンスが一致しなくなる。一方、分圧抵抗R7，R8の抵抗値は変化しないから、位相検波器40の出力V1，V2に、導体100に流れる電流に比例した差が生じる。故に、積分器42の出力は、導体100に流れる電流の大きさに応じた値(電圧レベル)となる。
【００４４】
そして、積分器42の出力は、非反転増幅器43及び反転増幅器44で増幅された後に第１の巻線10及び第２の巻線20に帰還される。ここで、積分器42の出力(帰還信号)は、負帰還を掛ける向きとされる。そのため、励磁信号に帰還信号が重畳されることにより、第１の磁心１及び第２の磁心２を通る磁束の変化が相殺される。故に、第１の磁心１を通る磁束の変化がゼロとみなせるときの積分器42の出力(帰還信号)のレベルを検出抵抗46の両端電圧(電圧降下)Ｖｓとして検出すれば、その帰還信号のレベルから導体100に流れる電流の大きさを算出することができる。なお、積分器42の出力を低域通過フィルタ45でフィルタリングすることにより、高調波ノイズを除去して検出精度の向上を図ることができる。
【００４５】
ここで、帰還信号が重畳された励磁信号は第２の巻線20にも流れるので、第１の磁心１に生じる磁束で導体100に誘起される誘導起電力と、第２の磁心２に生じる磁束で導体100に誘起される誘導起電力とが相殺される。その結果、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズが抑制される。
【００４６】
上述のように本実施形態では、第１の磁心１に生じる磁束と逆向きの磁束を生じる第２の磁心２を第１の磁心１とともに導体100の近傍に配置しているため、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズを抑制することができる。
【００４７】
また、図４(ａ)に示すように、第３の巻線５が第１の磁心１と第２の磁心２の双方に巻回され且つ閉回路を形成してもよい。この構成によれば、第１の巻線10及び第２の巻線20の巻数に対して、導体100を含む閉回路及び第３の巻線５の巻数比が増加することになる。第１の巻線10及び第２の巻線20の巻数と励磁電流(励磁信号)の大きさが一定であるから、巻数比が増加することで導体100を含む閉回路に流れる電流が減少し、ノイズ(雑音端子電圧)を抑制することができる。
【００４８】
さらに、図４(ｂ)に示すように、第３の磁心50を設け、導体100及び第３の巻線５を双方とも第３の磁心50に巻回してもよい。第３の磁心50を設けることにより、磁気抵抗が減少し、磁束を発生させるために必要な電流値が低下するので、さらにノイズを抑制することができる。なお、図４では第１の巻線10と第２の巻線20が直列接続される場合を例示しているが、第１の巻線10と第２の巻線20が並列接続される場合にも第３の巻線５及び第３の磁心50を追加することで同様の効果を奏する。
【００４９】
また、図５に示すように、磁性材料からなるシールドケース６の内部に、第１の磁心１及び第２の磁心２を第１の巻線10及び第２の巻線20とともに収納しても構わない。このシールドケース６は、中央に貫通孔60を有する円筒形に形成される。導体100は、シールドケース６の貫通孔60に挿通される。このように第１の磁心１及び第２の磁心２を第１の巻線10及び第２の巻線20とともにシールドケース６の内部に収納すれば、外来の電磁波ノイズに対する耐ノイズ性の向上を図ることができる。
【００５０】
また、図６に示すように、第１の巻線10が巻回された第１の磁心１及び第２の巻線20が巻回された第２の磁心２をそれぞれ複数個ずつ備えるようにしても構わない。図６(ａ)は第１の巻線10の直列回路と第２の巻線20の直列回路を直列接続した場合を示し、図６(ｂ)は第１の巻線10の直列回路と第２の巻線20の直列回路を並列接続した場合を示している。このような構成によれば、第１の巻線10が巻回された第１の磁心１及び第２の巻線20が巻回された第２の磁心２の磁気特性や電気特性のばらつきを低減し、ノイズの抑制を図ることができる。
【００５１】
ところで、図７に示すように絶縁材料製の基板11，21の表面に形成される導体パターンで第１及び第２の巻線10，20を構成してもよい。この場合、円環状の磁性体を基板11，21にインサート成形することで第１及び第２の磁心(図示せず)を形成することができる。なお、導体100は、基板11，21の中央に貫通する貫通孔12，22に挿通される。
【００５２】
また、第１及び第２の磁心１，２は、図８(ａ)に示すように部分的に開放された略Ｃ形(不完全なリング形)に形成されてもよい。例えば、図８(ｂ)に示すように、円筒形のボビン13，23に巻線10，20を巻回し、棒状の磁性体14，24をボビン13，23の内部に挿入する。そして、図８(ｃ)に示すように、リング状に形成されたケース15，25内に磁性体14，24が挿入されたボビン13，24を収納する。最後に、図８(ｄ)に示すように、磁性材料製のシールド板16，26でボビン13，24を覆うことにより、略Ｃ形の第１及び第２の磁心１，２を形成することができる。このような製造方法を採用すれば、第１の巻線10が巻回された第１の磁心１及び第２の巻線20が巻回された第２の磁心２をそれぞれ容易に製造することができる。
【００５３】
ところで、励磁信号に急峻な変化があると、導体100に誘起される誘導起電力が増大し、ノイズ(雑音端子電圧)も増加する。したがって、励磁信号としては、方形波信号のように急峻な変化を有する信号よりも正弦波信号などの急峻な変化を有しない信号の方が好ましい。一方、正弦波信号に比べて方形波信号の方が励磁部３の回路構成を簡素化できるという利点がある。
【００５４】
そこで、励磁部３からは方形波の励磁信号を出力し、励磁部３から第１の巻線10及び第２の巻線20に励磁信号を流す線路にインピーダンス素子(例えば、インダクタL1)を挿入することが好ましい(図９(ａ)参照)。あるいは、インピーダンス素子の代わりに低域通過フィルタX1を挿入してもよい(図９(ｂ)参照)。なお、低域通過フィルタX1は、抵抗R1とコンデンサC2の積分回路で構成される。このようにインダクタL1や低域通過フィルタX1を挿入すれば、励磁信号を鈍らせて急峻な変化を低減することができる。その結果、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズ(雑音端子電圧)を抑制することができる。
【００５５】
(実施形態２)
本実施形態は、実施形態１と基本的な構成が共通しており、導体100に流れる電流の検出方式が実施形態１と異なる。故に、実施形態１と共通の構成要素については、同一の符号を付して適宜図示及び説明を省略する。
【００５６】
導体100に過電流が流れて第１及び第２の磁心１，２を通る磁束が増えると、最大磁束密度(飽和磁束密度)を超えて第１及び第２の磁心１，２が磁気飽和する。第１及び第２の磁心１，２が磁気飽和することで第１及び第２の巻線10，20のインピーダンスが低下するので、励磁信号の信号電流が一定であれば、第１及び第２の巻線10，20の両端電圧(信号電圧)が低下する。故に、図１０(ａ)に示すように第１及び第２の巻線10，20の信号電圧を信号電圧計測部200で計測することにより、導体100に流れる過電流の大きさを計測することができる。
【００５７】
あるいは、励磁信号の信号電圧が一定であれば、第１及び第２の巻線10，20のインピーダンスが低下することで第１及び第２の巻線10，20に流れる電流(励磁信号)が増加する。故に、図１０(ｂ)に示すように第１及び第２の巻線10，20に流れる信号電流を信号電流計測部201で計測することにより、導体100に流れる過電流の大きさを計測することができる。
【００５８】
ここで、信号電圧計測部200の計測値又は信号電流計測部201の計測値を、コンパレータ(図示せず)で所定のしきい値と比較してもよい。つまり、導体100に流れる電流が所定のレベルを超えたときに前記計測値がしきい値を超えるように、当該しきい値が設定される。これにより、導体100に所定レベルを超える過電流が流れたことを、コンパレータの出力から検知することができる。
【００５９】
(実施形態３)
本実施形態は、実施形態１と基本的な構成が共通しているので、実施形態１と共通の構成要素については、同一の符号を付して適宜図示及び説明を省略する。
【００６０】
本実施形態は、図１１に示すように帰還部４の構成が実施形態１と相違している。本実施形態における帰還部４は、比較器47、平均化回路48、アンプAP1、加算器49などで構成される。
【００６１】
比較器47は、正負対称なしきい値と、励磁信号(実際は励磁信号に比例した抵抗R7の電圧降下)とを比較するものであって、いわゆるウインドコンパレータである。平均化回路48は、比較器47の出力を励磁信号の周期で時間平均するものであって、例えば、積分回路で構成される。平均化回路48の出力はアンプAP1で増幅された後、検出抵抗46を介して加算部49の他方の入力端に入力される。
【００６２】
加算部49は、オペアンプと帰還抵抗と入力抵抗を用いた反転増幅器からなり、励磁部３から出力される励磁信号に、検出抵抗46を介して入力される平均化回路48の出力を加算して第１の巻線10に出力する。なお、第２の巻線20は、アンプAP2を介して励磁信号が印加される。
【００６３】
次に、本実施形態の電流検出装置の動作を説明する。
【００６４】
第１の巻線10に励磁信号(励磁電流)が流れると、第１の磁心１に磁束(磁界)が生じる。この磁束は、励磁信号に同期して向きと大きさが変化する。すなわち、導体100に電流が流れていない場合、第１の磁心１に生じる磁束は第１の巻線10に流れる励磁信号による磁束のみであるから、第１の磁心１の磁化特性(Ｂ−Ｈ特性)は、図１２(ａ)に実線で示すように原点に対して点対称な波形となる。
【００６５】
ここで、本実施形態はフラックスゲート方式の磁束検知方法を採用しており、第１の磁心１を磁気飽和させることで励磁信号(励磁電流)を急激に変化させ、励磁電流が急激に変化するタイミングを比較器47で検出している(図１２(ｂ)の実線参照)。導体100に電流が流れていない場合、励磁信号の周期Ｔに対して、比較器47の出力がハイレベルとなる期間とローレベルとなる期間は何れもＴ／２となる。故に、平均化回路48の出力はゼロとなり、励磁信号には全く加算されない。
【００６６】
一方、導体100に電流が流れると、導体100の周囲に配置される第１の磁心１に右ねじの法則で定まる向きの磁束(磁界)が発生する。そのため、第１の磁心１の磁化特性が変化し、図１２(ａ)に破線で示すように原点に対して点対称な波形とならない。そのため、比較器47の出力がハイレベルとなる期間とローレベルとなる期間に時間差ΔＴが生じ、例えば、比較器47のハイレベルとなる期間がＴ／２＋ΔＴ、ローレベルとなる期間がＴ／２−ΔＴとなる(図１２(ｃ)参照)。故に、平均化回路48の出力はゼロとならず、時間差ΔＴに応じたレベルとなる(図１２(ｄ)参照)。
【００６７】
そして、平均化回路48の出力がアンプAP1で増幅された後、励磁部３から出力される励磁信号と加算部49において加算される。ここで、加算部49は励磁部３から出力される励磁信号に対して、平均化回路48の出力を反転して加算している。つまり、平均化回路48の出力が励磁信号に加算されることで、時間差ΔＴをゼロとするような帰還(負帰還)がかかることになる。故に、時間差ΔＴがゼロとみなせるときの平均化回路48の出力(帰還信号)のレベルを検出抵抗46の両端電圧(電圧降下)Ｖｓとして検出すれば、その帰還信号のレベルから導体100に流れる電流の大きさを算出することができる。なお、比較器47におけるしきい値を可変とすることで電流検出の感度調整が可能となる。
【００６８】
また、本実施形態も実施形態１と同様に、第１の磁心１に生じる磁束と逆向きの磁束を生じる第２の磁心２を第１の磁心１とともに導体100の近傍に配置しているため、導体100を含む閉回路に重畳されるノイズを抑制することができる。
【００６９】
ところで、比較器47と平均化回路48に代えて、励磁信号を励磁信号の周期で時間平均する平均化回路48のみを帰還部４に備え、平均化回路48の出力から帰還信号を生成しても構わない。あるいは、比較器47と平均化回路48に代えて、励磁信号の実効値を演算する実効値演算回路(図示せず)を帰還部４に備え、実効値演算回路で演算される実効値から帰還信号を生成しても構わない。また、比較器47と平均化回路48に代えて、特許文献１記載の従来例と同様のピークホールド回路を帰還部４に備えても構わない。なお、実効値演算回路やピークホールド回路については、従来周知の技術で実現可能であるから詳細な回路構成の図示並びに説明は省略する。
【００７０】
(実施形態４)
本実施形態の電流検出装置は、図１３(ａ)に示すように帰還部４が２つの加算器49A，49Bを有する点に特徴があり、その他の構成については実施形態３と共通である。故に、実施形態３と共通の構成要素については、同一の符号を付して適宜図示及び説明を省略する。
【００７１】
一方の加算器(第１の加算器)49Aは、図１３(ｂ)に示すように非反転増幅器490、反転増幅器491、抵抗R7，R24〜R26で構成される。また、他方の加算器(第２の加算器)49Bは、図１３(ｂ)に示すように非反転増幅器490、反転増幅器491、抵抗R20〜R23で構成される。
【００７２】
非反転増幅器490は、入力端が検出抵抗46及びアンプAP1を介して平均化回路48の出力端に接続され、出力端が抵抗R20とR21の直列回路を介して励磁部３の正極に接続される。また、非反転増幅器490の出力端は、抵抗R7，R26の直列回路を介してグランドにも接続される。
【００７３】
反転増幅器491は、入力端が検出抵抗46及びアンプAP1を介して平均化回路48の出力端に接続され、出力端が抵抗R24とR25の直列回路を介して励磁部３の正極に接続される。また、反転増幅器491の出力端は、抵抗R22，R23の直列回路を介してグランドにも接続される。
【００７４】
本実施形態の電流検出装置は上述のように構成されており、基本的な動作は実施形態３と共通である。ただし、実施形態３では第２の巻線20に励磁信号のみを流すのに対して、本実施形態における帰還部４は、第１の巻線10と同様に第２の巻線20にも励磁信号に帰還信号を加算して流している。ただし、第２の巻線20には、帰還信号を反転した信号を励磁信号に加算した信号が第２の加算器49Bから流される。
【００７５】
したがって、本実施形態の電流検出装置は、導体100に電流が流れている場合においても、第１の磁心１に生じる磁束と逆向きの磁束を第２の磁心２に生じさせるので、実施形態３と比較して、導体100に電流が流れているときのノイズをさらに抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  第１の磁心
２  第２の磁心
３  励磁部
４  帰還部
10  第１の巻線
20  第２の巻線
100  導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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