(57)【要約】過負荷電流保安装置を構成し、電源から負荷に供給される電流を検出する電流検出装置を、磁気インピーダンス（ＭＩ）効果を持つ磁気検出素子と、これに交流電流を印加する交流電流供給手段と、バイアスコイルにバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、磁気検出素子のインピーダンス変化を電圧変化としてそのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段の出力を選択するスイッチとを各相対応に設けて構成する一方、スイッチ出力を順次保持する保持手段と増幅手段とは共通に設けて構成し、各相毎に電流検出を可能とすることにより、電流検出範囲を広くして低消費電力化と低コスト化を図る。
2003032461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、１つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第１スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルと第３スイッチとバイアス電流印加手段とからなり前記各バイアスコイルに前記第３スイッチを介して電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第２スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する保持手段と、この保持した電圧を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第１〜第３スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする過負荷電流保安装置。
【請求項２】
電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、１つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第１スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルとバイアス電流印加手段と第３スイッチを介して前記発振手段と接続されその出力を分周する分周手段とからなり前記各バイアスコイルに第１，第２のタイミングで極性の異なる電流をそれぞれ供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第２スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する第１保持手段と、この保持した電圧を前記第１，第２のタイミングで選択する２つの第４スイッチと、この選択された２つの電圧を保持する２つの第２保持手段と、２つの第２保持手段の出力差を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第１〜第４スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする過負荷電流保安装置。
【請求項３】
前記電源相に設けられる前記磁気検出素子のいずれか１つに対応する前記第１スイッチと前記第２スイッチが選択されたとき、前記第３スイッチを選択することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項４】
前記発振手段を前記第３スイッチに同期させて動作させることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項５】
前記制御電源を、一次巻線と二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された少なくとも２つの電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項６】
前記制御電源を、少なくとも２つの一次巻線と１つの二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することを特徴とするの請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項７】
前記少なくとも２つの一次巻線と１つの二次巻線とを１つの鉄心に巻くとともに、前記一次巻線の巻数を各相毎に異ならせることを特徴とする請求の範囲第６項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項８】
前記電力供給変圧器の２つの一次巻線の巻数比を１：２にすることを特徴とする請求の範囲第７項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項９】
前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子とを樹脂成形により一体化することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項１０】
前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子と、前記磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを樹脂成形により一体化することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【請求項１１】
前記磁気検出素子として薄膜型のものを用いることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の過負荷電流保安装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、導体を流れる電流の大きさを検出し、電流の大きさが予め与えられたしきい値を越えたときに電流を遮断する装置、さらに詳しくは電動機等の負荷への電力供給を制御できる過負荷電流保安装置に関する。
背景技術
過負荷電流保安装置は、三相電動機等の負荷に接触器を介して流れる電流が安全なしきい値を越えたことを検出し、その検出結果に応じて電動機負荷への電流を遮断する装置であり、以前は電動機電流の一部または全部をバイメタルスイッチ素子に流すことにより実現していた。つまり、バイメタル金属で構成したスイッチに電流を流し、電流強度に対応してバイメタル金属を加熱し、電動機電流が安全なしきい値を規定時間超過すると、熱がバイメタル金属をたわませてスイッチ接点を開放状態とし、接触器の制御入力への電力供給を停止させるようにしている。しかし、このバイメタルスイッチを用いるものは、スイッチが開放状態となるときの電流調節が難しく、長時間にわたって誤調整状態になりがちであると言う問題がある。
これに対して、バイメタルスイッチで実現していた機能を電子的に行なうことが可能となった。電子機器を使用することでより信頼性が高くなり、調整も容易となった。しかしながら、この電子式の場合は回路が複雑となり、電流を適切に検出し接触器を動作させるために、定電圧電源と多くの部品を必要とする。さらに、電流検出手段として電流検出変圧器が使われるが、鉄芯による磁気飽和が発生するため電流検出範囲を広くとれないという問題がある。電流検出手段として磁気抵抗素子を用いる方法もあるが、低感度のため鉄芯を必要とすることから、電流検出変圧器と同様に電流検出範囲を広くとれないという問題がある。
そこで、ホール素子や磁気抵抗素子に代わる高感度な磁気検出素子として、アモルファスワイヤによる磁気インピーダンス素子を構成している（例えば特許文献１参照）。また、薄膜形状のアモルファススパッタ磁性薄膜を構成しているものもある（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、いずれの形状の磁気インピーダンス素子を用いる場合でも、高感度な磁気検知特性を示すが、素子自身の磁気検知特性は、例えばアモルファスワイヤ素子の磁界に対するインピーダンス変化が、図１７に示すように非線形性を有するため、線形出力を得ることができない（例えば特許文献３参照）。このため、磁気インピーダンス素子に交流バイアス磁界を印加する方法は、交流バイアス磁界による正負発生磁界と被測定外部磁界との和から生じる磁気インピーダンス素子の変化量の差から、磁界に対する線形出力を得るものである（例えば特許文献４参照）。
〔特許文献１〕
特開平０６−２８１７１２号公報（第４頁、第５−１２図）
〔特許文献２〕
特開平０８−０７５８３５号公報（第４−５頁、第１−６図）
〔特許文献３〕
特開２０００−０５５９９６号公報（第３頁、第２３図）
〔特許文献４〕
特開平０９−１２７２１８号公報（第４−５頁、第３図）
ところで、磁気インピーダンス素子はその原理上、磁気インピーダンス効果を発生させるため、素子に少なくとも数ＭＨｚ程度の高周波電流を数ｍＡ印加する必要があることから消費電力が増大し、電力供給変圧器が大型化して機器のダウンサイジング化，低コスト化が困難になると言う問題がある。
図１６に磁気インピーダンス素子を用いた従来の検知回路の一例を示す。
これは、発振手段３１およびバイアス電流印加手段１３ａ１を共通化した例であるが、磁気検出素子１ａ，１ｂ，１ｃには常時数ｍＡの電流と、バイアス電流十ｍＡが印加されているので、素子数に比例して消費電力が増大してしまう。さらに、検波手段６ａ１，６ｂ１，６ｃ１、保持手段８ａ１，８ｂ１，８ｃ１、増幅手段１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１が素子数分必要なので、回路規模が大きくなり部品コストも増大すると言うわけである。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、定電圧電源供給の必要の無い低コストな電源で済み、電流検知範囲の拡大が可能で、小型，低コストな過負荷電流保安装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記のような課題を解決するため、請求の範囲第１項の発明では、電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、１つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第１スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルと第３スイッチとバイアス電流印加手段とからなり前記各バイアスコイルに前記第３スイッチを介して電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第２スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する保持手段と、この保持した電圧を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第１〜第３スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする。
請求の範囲第２項の発明では、電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、１つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第１スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルとバイアス電流印加手段と第３スイッチを介して前記発振手段と接続されその出力を分周する分周手段とからなり前記各バイアスコイルに第１，第２のタイミングで極性の異なる電流をそれぞれ供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第２スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する第１保持手段と、この保持した電圧を前記第１，第２のタイミングで選択する２つの第４スイッチと、この選択された２つの電圧を保持する２つの第２保持手段と、２つの第２保持手段の出力差を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第１〜第４スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする。
上記請求の範囲第１項または第２項の発明においては、前記電源相に設けられる前記磁気検出素子のいずれか１つに対応する前記第１スイッチと前記第２スイッチが選択されたとき、前記第３スイッチを選択することができ（請求の範囲第３項の発明）、または、前記発振手段を前記第３スイッチに同期させて動作させることができる（請求の範囲第４項の発明）。
また、請求の範囲第１項または第２項の発明においては、前記制御電源を、一次巻線と二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された少なくとも２つの電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することができ（請求の範囲第５項の発明）、または、前記制御電源を、少なくとも２つの一次巻線と１つの二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することができる（請求の範囲第６項の発明）。この請求の範囲第６項の発明においては、前記少なくとも２つの一次巻線と１つの二次巻線とを１つの鉄心に巻くとともに、前記一次巻線の巻数を各相毎に異ならせることができ（請求の範囲第７項の発明）、この請求の範囲第７項の発明においては、前記電力供給変圧器の２つの一次巻線の巻数比を１：２にすることができる（請求の範囲第８項の発明）。
さらに、請求の範囲第１項または第２項の発明においては、前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子とを樹脂成形により一体化することができ（請求の範囲第９項の発明）、または、前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子と、前記磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを樹脂成形により一体化することができ（請求の範囲第１０項の発明）、もしくは、前記磁気検出素子として薄膜型のものを用いることができる（請求の範囲第１１項の発明）。
すなわち、本発明では、電流検出手段として、磁気インピーダンス（ＭＩ）効果を有する磁気検出素子を用いることにより、現在広く用いられている電流検出変圧器のように鉄心による磁気飽和が発生しないようにして、電流検出範囲を広げるようにしている。また、制御電源は外部から定電圧電源の供給が不要で、その結果、汎用性に優れた、トータルコストの低減が可能な過負荷電流保安装置を提供することができる。
多相交流電源を用いる場合、各相毎に電力供給変圧器を設ける必要が無いので、部品点数の少ない低コストな過負荷電流保安装置を提供できる。このとき、従来は各相毎に設けられていた発振手段を１つとし、各相に配置した素子や機器に対して選択したときのみ交流電流を印加すれば良く、これにより低消費電力化が可能となり、また、検出時のみバイアスコイルに通電すれば低消費電力化が可能となる。さらに、検出時にのみ発振手段を動作させることで、低消費電力化できる。
また、保持手段や増幅手段が１系統で済むので、低消費電力化，低コスト化が実現できる。磁気検出素子に正負のバイアス磁界を交互に印加し、それぞれのバイアス磁界を印加したときの検出電圧の差を求めることで、出力の直線性を改善することができるだけでなく、従来のような交流バイアス方式に代えてパルスで間欠駆動することにより、消費電力の低減が可能となる。
加えて、磁気検出素子およびその交流電流印加端子と、バイアス巻線およびその電流印加端子とを樹脂成形により一体化することで、磁気抵抗およびバイアス電流を低減し、小型化を図る。さらに、磁気検出素子およびその交流電流印加端子と、バイアス巻線およびその電流印加端子と、磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを一体化することで、高Ｓ／Ｎ化を可能とする。特に、各種補正データを内蔵させて高機能化を図ることで、耐環境性に優れた高精度で低消費電力のものを実現する。また、磁気検出素子に薄膜タイプのものを用いることで、ワイヤタイプで問題となる歪による出力変化の影響を無くし、高精度に低消費電力化を実現する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図１において、図示されない三相交流電源に接続された電源供給線Ｒ，Ｓ，Ｔは、電動機３０に対して三相接触器２０および２つの電力供給変圧器１６１，１６２を介して接続されており、電流検出装置１１は、電源供給線Ｒ，Ｓ，Ｔの各相毎の電流を検知する。３相のうち１相が断線しても機器を正常に動作させる必要があるので、電力供給変圧器１６１，１６２はここでは２つとしたが、各相毎に配置しても良い。接触器２０は三組の接点２０１，２０２，２０３を有し、各々は異なる電源供給線Ｒ，Ｓ，Ｔによりそれぞれ直結または個別の電力供給変圧器１６１，１６２の一次巻線を通じて電動機３０に結合している。接点の組は電磁コイル２０４によって同時に駆動するように機械的に結合され、電磁コイル２０４は制御回路１０に接続されている。上記電流出装置１１、電力供給変圧器１６１，１６２および制御回路１０等により電子式過負荷継電器１が形成される。電流検出装置１１の出力は電流規格器（ゲイン調整器）１００により電流設定に応じて増幅され、半波整流器１０１を介してマイクロコンピュータ（マイコン）１０２のアナログ入力に接続される。
図１の制御電源では、電力供給変圧器１６１，１６２の二次巻線にはそれぞれ整流ダイオード１７１，１７２を介して第１蓄電コンデンサ１８０が接続され、整流ダイオード１７１，１７２のアノード側と回路接地の間にはそれぞれ保護ダイオード１７４，１７５が接続され、上記第１蓄電コンデンサ１８０は電圧調整器１９の正入力と回路接地の間に接続され、電圧調整器１９の正出力と回路接地との間には第２蓄電コンデンサ１８１が接続されており、電圧調整器１９から一定した電圧レベルＶＣＣを出力する。このＶＣＣは、電子式過負荷継電器１の電源となる。
図２に、電流検出装置の概要構成を示す。
同図において、１１１は磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、１２２は各相の電流を導くための配線、１２１は配線およびＭＩ素子１を固定する基板、１１０は検出回路である。
ＭＩ素子１１１としては上記特開平０６−２８１７１２号公報に開示されているアモルファスワイヤによるものや、特開平０８−０７５８３５号公報に開示されている薄膜形状のいずれでも良い。図２は１相分を示すが、各相とも構成は同じである。
図３ａに、電流検出装置の第１の構成例を示す。
同図において、１ａ，１ｂ，１ｃはＭＩ素子であり、素子形状はワイヤ，薄膜のいずれでも良い。２ａ，２ｂ，２ｃはＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃにバイアスを印加するためのバイアスコイル、３は発振回路、４ａ，４ｂ，４ｃは第１スイッチで、発振回路３の出力を第１スイッチ４ａ，４ｂ，４ｃで切り換え、ＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃに高周波の交流電流を印加する。１３ａはバイアスコイル２ａ，２ｂ，２ｃに電流を印加するための第２電流印加手段で、その電流印加は第３スイッチ１４ａによりオン，オフされる。６ａ，６ｂ，６ｃは電圧変化に変換されたＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンス変化のピーク値を出力する検波手段、７ａ，７ｂ，７ｃは選択したＭＩ素子に応じた検波手段の出力を取り出すための第２スイッチ、８ａは検波手段６ａ，６ｂ，６ｃの出力を保持する第１保持手段、１１ａは第１保持手段８ａの出力を増幅する増幅手段である。
また、マイクロコンピュータ１０２は、第１スイッチ４ａ，４ｂ，４ｃおよび第２スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃに対する制御信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２によってＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃのどれか１つを選択するとともに、さらにはバイアス電流を流すために制御信号Ｅ１を出力する。
すなわち、制御信号Ａ１，Ａ２によりＭＩ素子１ａが、制御信号Ｂ１，Ｂ２によりＭＩ素子１ｂが、制御信号Ｃ１，Ｃ２によりＭＩ素子１ｃがそれぞれ選択され、制御信号Ｅ１によりバイアス電流が印加されるので、消費電力の中で大部分を占めるＭＩ素子に印加する電流およびバイアス電流を、制御信号を選択した時間のみ印加することができ、消費電流を最小限に抑えることが可能となる。例えば、ＭＩ素子１ａを駆動するときには、第１スイッチ４ａと第２スイッチ７ａとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号Ｅ１を出力して第３スイッチ１４ａをオンすることにより、低消費電力化を実現できる。また、第１保持手段８ａ、増幅手段１１ａが１系統で済むので、これによる低消費電力化，低コスト化が実現できる。
ＭＩ素子１ａが動作した後のタイミングでは、第１スイッチ４ｂと第２スイッチ７ｂとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号Ｅ１を出力して第３スイッチ１４ａをオンすることによりＭＩ素子１ｂを、次いで第１スイッチ４ｃと第２スイッチ７ｃとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号Ｅ１を出力して第３スイッチ１４ａをオンすることによりＭＩ素子１ｃを、それぞれ動作させることができる。以上の動作例をタイミングチャートとして、図３ｂに示す。
なお、制御信号Ｅ１により第３スイッチを動作させるタイミングで、図３ｃのように発振手段３も動作させることで、発振手段３はバイアスコイル２ａ，２ｂ，２ｃにバイアス電流を流している間のみ発振動作をすることになるので、連続的に発振動作させていた場合に比べてより一層の低消費電力化が可能となる。
図３ｄに、図３ａの変形例を示す。同図からも明らかなように、図３ａで検波手段６ａ，６ｂ，６ｃに対して共通に設けられていた保持手段８ａを、ここでは検波手段６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに対し８ｃ，８ｄ，８ｅとして個別に設けるようにしたものである。こうすることで、第１スイッチと第３スイッチとをほぼ同時にオンさせる点は図３ａと同じであるが、第２スイッチの動作タイミングを任意に選ぶことができるようになる。なお、第２スイッチスイッチ７ａ，７ｂ，７ｃはまとめて１つにすることができ、このときのタイミングチャート例を図３ｅに示す。
図４に、図３ａの具体例を示す。
発振手段３は水晶振動子やトランジスタを用いる種々の方式があるが、ここでは一例としてＣＭＯＳゲートにより構成している。検波手段６ａ，６ｂ，６ｃはアナログスイッチで構成できるが、ここでは一例としてダイオードにより構成し、第１保持手段８ａは抵抗，コンデンサにより構成する。増幅手段１１ａはトランジスタにより構成できるが、ここでは一例としてオペアンプにより構成している。第１，２，３スイッチは、リレーまたはアナログスイッチにより構成される。なお、ＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃに印加する電流を下げる目的で電流制限抵抗５ａ，５ｂ，５ｃを設けているが、なくても良い。
上記図３ａ，図４に示すものは、簡単な構成により磁気検出が可能であると言う特徴があるが、出力精度は余り良くない。これは、アモルファスワイヤ素子の磁界に対するインピーダンス変化が、例えば図１７に示すように非線形性を有するためである。
図５に、上記のような非線形特性を改善した第２の構成例を示す。これは、図３ａに示すものに対し、ＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃに正負のバイアス磁界を交互に印加し、それぞれのバイアス磁界を印加したときの検出電圧の差を演算することにより、出力の直線性を改善するようにした点で異なっている。
符号１２は発振手段３の出力を分周する分周手段で、ＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃに印加する交流電流よりも低い周波数の信号を出力する。１３ｂは分周手段１２からの正負の出力タイミングに応じて正負のバイアス磁界を交互に印加するための第２電流印加手段で、第３スイッチ１４ｂを経て分周手段１２で分周した発振手段３の出力をバイアスコイル２ａ，２ｂ，２ｃに印加する。さらに、ＭＩ素子１ａ，１ｂ，１ｃの正負バイアス磁界によるインピーダンス変化に対応する電圧を保持する第１保持手段８ｂと、その出力を正負それぞれのタイミングで保持する第２保持手段１０ａ，１０ｂと、そのタイミングＤ１，Ｄ２で動作する第４スイッチ９ａ，９ｂと、第２保持手段１０ａ，１０ｂの出力を差動増幅する差動増幅手段１１ｂ等を備えている。
図６は正負バイアスの動作説明図である。なお、同図の磁界に対するセンサ（ＭＩ素子）の特性は、一般的な磁気インピーダンス素子の特性を示している。
図６（ａ），（ｂ）は、外部磁界ゼロでのバイアス磁界印加時の動作説明図である。同図（ａ）は、感知される被測定外部磁界が無く、磁気インピーダンス素子に正負磁界強度が均等なバイアス磁界を印加した場合の特性を模式的に示す図である。同図（ａ）中には、外部磁界強度の変化に対するインピーダンスの変化と、磁気インピーダンス素子に印加しているバイアス磁界の磁界強度と印加時間による変化を表わしている部分を併記している。
外部磁界強度がゼロ付近でのインピーダンス特性は、滑らかな曲線を示す特性になっていないが、磁界の極性が変化するポイントにあっては、不安定な特性領域となることが一般的である。また、インピーダンス特性上に示されている白丸は、正磁界と負磁界を矩形波で周期的に振動するバイアス磁界による、正と負の最大バイアス磁界値から得られるインピーダンスの値であり、磁気インピーダンス素子に印加されている駆動用高周波電流との関係から出力としての電圧が得られる。この二点の出力電圧差を検出する。
このため、感知される被測定外部磁界が無い場合には、二点の出力電圧は同一電圧であるため、差はゼロであり、差動増幅後の出力は図６（ｂ）に示す通り、ゼロとなる。
これに対し、図６（ｃ），（ｄ）は被測定外部磁界が存在する場合のバイアス印加時の動作説明図である。
図６（ｃ）は、被測定外部磁界として、ΔＨの正磁界が感知された場合の特性を示す模式図である。インピーダンス特性上に示されている白丸は、バイアスの正磁界と負磁界の最大値により得られるインピーダンスの値であり、外部磁界ΔＨにより、黒丸の位置に移動する。この振動するバイアス磁界の正磁界側と負磁界側とで得られる二点の黒丸に対し、負磁界側黒丸に相当する電圧値から正磁界側黒丸に相当する電圧値を減じることで表わされる方向により電圧極性を定義する。
従って、得られる出力電圧差（差動出力）は、正電圧のΔＶとなり、被測定外部磁界ΔＨが感知された時、測定された差動増幅後の出力は、図６（ｄ）に示す通り、差動増幅器の増幅率をＡとすると、Ａ×ΔＶが得られる。
このように、磁気インピーダンス素子を従来のように交流バイアス駆動ではなく、図６（ａ），（ｃ）に例示するような間欠的なパルスによるパルス駆動方式とすることで、従来の連続駆動のものより低消費電力化が可能である。
図５の具体例を図７に示す。これは、図４に示すものに対し第２保持手段１０ａ，１０ｂ、差動増幅手段１１ｂおよび分周手段１２等を付加したものに相当するが、第２保持手段１０ａ，１０ｂはここではコンデンサのみから、差動増幅手段１１ｂはオペアンプによる差動増幅器から、また、分周手段１２はフリップフロップからそれぞれ構成している。
なお、図４，図７に示す発振手段３の代わりに、例えば図８のように制御信号Ｅ１がハイレベルのときだけ発振するもの（３ａ１）を用いれば、第１スイッチ４ａ，４ｂ，４ｃと第２スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃのうちの各電源相に対応した１組がオンしたときのみ、第３スイッチ１４ｂと発振手段３ａ１を信号Ｅ１でオンさせることにより、さらなる低消費電力化が可能となる。
以上、３相交流電源を用いる場合について説明したが、単相の場合は１相分のみ考えることで、容易に適用することができる。
図９はこの発明の第２の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図１では電力供給変圧器１６１，１６２は少なくとも２相分必要であったが、ここでは各相の一次巻線１４０，１５０を１つのコア１４５に施し、二次巻線１４６から電力を供給するようにして、コアを１つで済ませるようにした点が特徴である。具体的には例えば図１０のように、トロイダルコア１４５ａを用いて構成される。なお、一次巻線１４０，１５０の巻数比率は、二次巻線１４６から適正な電流レベルを供給できるよう、例えば１：２に選択される。一次巻線の巻数を各相間で異ならせるのは、同じ巻数だと欠相の検出ができなくなるためである。
制御電源部では、二次巻線１４６に整流ダイオード１７６を介して第１蓄電コンデンザ１８０が接続され、整流ダイオード１７６のアノード側と回路接地間には保護ダイオード１７７が接続され、第１蓄電コンデンサ１８０は電圧調整器１９の正入力と回路接地の間に接続され、電圧調整器１９の正出力と回路接地との間には第２蓄電コンデンサ１８１が接続されており、電圧調整器１９から一定の電圧レベルＶＣＣを出力する。
その他の部分は図１と同様なので、説明は省略する。
次に、以上の如く用いられる磁気センサ部の構造について、図１１を参照して説明する。
同図において、１１１は薄膜状の磁気検出素子、１１５は磁気検出素子１１１の外側に形成された樹脂製のボビンで、インサート成形等で製作する。１１６は磁気検出素子１１１にバイアス磁界を印加するためのコイル、１１７は磁気検出素子１１１に負帰還磁界を印加するためのコイル、１１８は磁気検出素子１１１およびコイル１１６，１１７を環境から保護するための樹脂ケースで、これもインサート成形等で製作する。１１４は磁気検出素子１１１の両端に高周波電流を印加するための端子、およびコイル１１６，１１７に電流を印加するための端子である。このように構成される磁気センサ部を、符号１２０で示す。なお、ここでは磁気検出素子１１１に負帰還磁界を印加するためのコイルを設けた例を示したが、省略するようにしても良い。
図１２に磁気センサ部の組み立てフロー例を示す。
まず、▲１▼に示すリードフレーム１１９の一組の端子間に、磁気検出素子１１１を▲２▼に示すように接合する。この接合方法としては半田付け，接着，ボンディング等がある。次に、▲３▼のように、磁気検出素子１１１を接合したリードフレーム１１９に、ボビン１１５を樹脂成形する。次いで、▲４▼のようにリードフレーム１１９をカットした後、バイアスコイル１１６と負帰還用コイル１１７を巻く。その上に、▲５▼のようにケース１１８を樹脂成形し、▲６▼のように端子１１４を折り曲げ加工して完成となる。
薄膜状の磁気検出素子は１ｍｍ角程度に製作可能なので、磁気センサ部１２０の外形をほぼ５ｍｍ角にすることができ、磁気検出素子１１１とコイル１１６，１１７との磁気抵抗を大幅に低減できる。
図１３に磁気センサ部の実装例を示す。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は上面図である。
図（ａ）のように、電流２００を導く配線１２２を有する基板１２１上に磁気センサ部１２０を実装したもので、電流２００により発生する同（ｂ）の点線のような磁束に対する磁気センサ部１２０の配置により、磁気センサ部１２０の出力感度が決定されるので、磁気センサ部１２０の配置を考慮することで、電流２００の大きさに応じた磁気センサ部１２０の出力感度調整が可能となる。
図１４に磁気シールド構成例を示す。
これは、図１１に示すものに磁気シールド１２３を付加したもので、その形状はここでは楕円形状であるが、電流２００の大きさに応じて適正化することが望ましい。なお、１２１は基板、１２２は配線を示す。
図１５に磁気検出装置の具体例を示す。
これは、図１１のような磁気センサ部に検出回路部１１０を内蔵（一体化）した点が特徴である。こうすることで、センサ信号の高Ｓ／Ｎ化が可能となり、図６で説明したような自動校正時の各種補正データを磁気センサ素子毎に内蔵させることで、より高精度化できる。
産業上の利用の可能性
本発明は、上述のような過負荷電流保安装置だけでなく、導体を流れる電流の大きさを検出する電流検出装置一般、または検出した電流の大きさが予め定められたしきい値を越えたときに電流を遮断する遮断装置一般に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図２は、磁気検出装置の概略構成図である。
図３ａは、第１の磁気検出装置例を示すブロック図である。
図３ｂは、図３ａの各スイッチの動作を示すタイムチャートである。
図３ｃは、発振手段の動作タイミング説明図である。
図３ｄは、図３ａの変形例を示す部分構成図である。
図３ｅは、図３ｄの動作を示すタイムチャートである。
図４は、図３ａの各構成要素を具体的に示す構成図である。
図５は、第２の磁気検出装置例を示すブロック図である。
図６は、正負バイアスの説明図である。
図７は、図５の各構成要素を具体的に示す構成図である。
図８は、発振手段の別の例を示す回路図である。
図９は、本発明の第２の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図１０は、変圧器の具体例を示す構成図である。
図１１は、磁気センサの具体例を示す斜視図である。
図１２は、図１１の磁気センサの製造過程説明図である。
図１３は、図１１の磁気センサの実装形態説明図である。
図１４は、磁気シールド例の説明図である。
図１５は、磁気検出装置の具体例を示す斜視図である。
図１６は、磁気検出装置の従来例を示すブロック図である。
図１７は、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス特性説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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