(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体が挿通される磁心に巻かれた巻線と、
前記巻線の両端間に接続され、前記巻線に生じる誘導起電圧に応じて、前記巻線の両端間を開状態又は閉状態とするスイッチ装置とを備え、
前記スイッチ装置は、前記巻線に生じる誘導起電圧が所定値以下である場合には前記巻線の両端間を開状態とし、前記誘導起電圧が前記所定値より大きい場合には前記巻線の両端間を閉状態とし、
前記磁心には、導体に流れる電流の検出に用いられ、前記巻線としての第１巻線とは別の第２巻線が巻かれており、
前記スイッチ装置が閉状態である場合に前記第１巻線で発生する磁束の向きは、前記第２巻線で発生する磁束の向きに対して逆向きとなる
ことを特徴とする着磁防止装置。
【請求項２】
前記スイッチ装置は、電流の流れる向きが同一となるように１つ以上のダイオードが直列に接続された２つの直列回路を有し、
前記２つの直列回路は、電流の流れる向きが異なるように並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の着磁防止装置。
【請求項３】
前記スイッチ装置は、
前記２つの直列回路が並列に接続されている並列回路と、前記並列回路の電圧を調整するための調整抵抗とが直列に接続された回路で構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の着磁防止装置。
【請求項４】
前記磁心の一部又はすべてを覆い、磁性体ループを形成するシールドを、さらに備え、
前記巻線は、前記磁心及び前記シールドに巻かれた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の着磁防止装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の着磁防止装置と、
前記磁心を用いて、フラックスゲート方式により前記導体に流れる電流を検出する電流検出部とを備える
ことを特徴とする電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着磁防止装置及びこれを用いた電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流検出装置としては、例えばフラックスゲート方式の磁束検知方法を用いた電流検出装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１で開示された電流検出装置は、磁心とコイルとを含む磁気回路ユニットと、コイルへ磁心を磁気飽和させる電圧を印加する励磁回路とを含んでいる。電流検出装置では、励磁回路が印加した電圧でコイルに電流が流れる。磁心で発生する磁界は、電流の検出対象である導体に流れる電流の変化に応じて変化する。そして、磁界が変化すると、コイルに流れる電流も変化する。電流検出装置では、コイルに流れる電流の変化を検出することで、導体に流れる電流を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／０１０１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電流検出装置では、導体に大電流が流れた場合には、磁心が着磁する可能性があり、以降の電流検出において正確な検出が行えないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされ、導体に大電流が流れた場合であっても、磁心が着磁する可能性を低くすることができる着磁防止装置及びこれを用いた電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る着磁防止装置は、導体が挿通される磁心に巻かれた巻線と、前記巻線の両端間に接続され、前記巻線に生じる誘導起電圧に応じて、前記巻線の両端間を開状態又は閉状態とするスイッチ装置とを備え、前記スイッチ装置は、前記巻線に生じる誘導起電圧が所定値以下である場合には前記巻線の両端間を開状態とし、前記誘導起電圧が前記所定値より大きい場合には前記巻線の両端間を閉状態とし、前記磁心には、導体に流れる電流の検出に用いられ、前記巻線としての第１巻線とは別の第２巻線が巻かれており、前記スイッチ装置が閉状態である場合に前記第１巻線で発生する磁束の向きは、前記第２巻線で発生する磁束の向きに対して逆向きとなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る電流検出装置は、上記の着磁防止装置と、前記磁心を用いて、フラックスゲート方式により前記導体に流れる電流を検出する電流検出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、導体に大電流が流れた場合であっても、磁心が着磁する可能性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る電流検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】図２は、同上の電流検出装置の利用形態の一例を示す図である。
【図３】図３は、同上の電流検出装置が備える着磁防止装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係る電流検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態３に係る電流検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１に係る電流検出装置の変形例である電流検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態１に係る電流検出装置の別の変形例である電流検出装置の構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施形態は、一般に着磁防止装置及び電流検出装置に関し、より詳細には導体を流れる被測定電流を検出する電流検出装置の着磁防止装置及びこれを用いた電流検出装置に関する。
【００１２】
（実施形態１）
以下、本実施形態のフラックスゲート型の電流検出装置（以下、電流検出装置）１０について説明する。図１は、本実施形態の電流検出装置１０の構成を説明する図であり、図２は、電流検出装置１０の利用用途を説明する図である。
【００１３】
電流検出装置１０は、図２に示すように、電動車両３の蓄電池を充電する充電システムで用いられる。電動車両３は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車等である。具体的には、充電システムは、商用電源を供給する商用系統１と、電動車両３とが、変換装置２を介して電気的に接続される。そして、電流検出装置１０は、商用系統１と変換装置２とを接続する導体３０に設けられ、導体３０に流れる被測定電流（不平衡な直流電流）を検出することで、商用系統１と電動車両３との間における漏電を検出する。なお、変換装置２は、交流電源を直流電源に変換、及び直流電源を交流電源に変換する機能を備える。ここで、導体３０には、商用系統１から電動車両３の方向へと電流が流れる第１の導線と、電動車両３から商用系統１の方向へと電流が流れる第２の導線とがある。漏電が発生していない場合には第１の導線に流れる電流の量と第２の導線に流れる電流の量とは同一であるため被測定電流（不平衡電流）は発生しない。しかしながら、漏電が発生している場合には、第１の導線に流れる電流の量と第２の導線に流れる電流の量とは異なるため被測定電流が発生する。電流検出装置１０は、この被測定電流を検出することで商用系統１と電動車両３との間の漏電を検出することができる。
【００１４】
これにより、電流検出装置１０は、商用系統１と変換装置２との間で流れる交流電流、変換装置２に流れる高周波電流、及び変換装置２と電動車両３との間で流れる直流電流についての漏電を検出することができる。なお、変換装置２は、電動車両３に設けられていてもよい。また、本実施形態では、電源の供給元を商用系統１としたが、これに限定されない。電源の供給元は、太陽光発電等の分散電源であってもよい。
【００１５】
以下、本実施形態に係る電流検出装置１０の各構成要素について説明する。
【００１６】
電流検出装置１０は、図１に示すように、電流検出部１０ａと、着磁防止装置１０ｂとから構成されている。
【００１７】
電流検出部１０ａは、電源部１１と、励磁部１２と、磁心１３と、励磁コイル１４と、検出抵抗１５（変換部）と、基準電圧発生部１６と、検出部１７とを備え、フラックスゲート方式による電流検出を行う。
【００１８】
電源部１１は、片電源で構成されており、電源電圧Ｖ０を励磁部１２、基準電圧発生部１６及び検出部１７に供給する。
【００１９】
励磁部１２は、電源電圧Ｖ０の供給を受け、所定の周波数で発振される励磁電圧Ｖ１を生成する。励磁部１２は、生成した励磁電圧Ｖ１を励磁コイル１４に印加する。具体的には、励磁部１２は、所定の周波数で発振する発振回路を備える。励磁部１２は、発振回路で生成された励磁クロックを増幅し、所定の電圧振幅を有する方形波信号（励磁電圧Ｖ１）を生成し、励磁コイル１４へ出力する。これにより、励磁電圧Ｖ１が励磁コイル１４に印加されることになる。
【００２０】
磁心１３は、例えば磁性体コアであり、導体３０が挿通される開口部を有する環状に形成されている。励磁コイル１４は、磁心１３に巻かれたコイルである。
【００２１】
検出抵抗１５は、一端が励磁コイル１４に、他端が基準電圧発生部１６にそれぞれ電気的に接続されている。検出抵抗１５は、励磁コイル１４から出力される励磁電流Ｉを、検出電圧Ｖ２に変換する。
【００２２】
基準電圧発生部１６は、電源電圧Ｖ０の供給を受けて、基準電圧Ｖ３（例えば、Ｖ３＝Ｖ１／２）を生成し、励磁部１２及び検出部１７に出力する。
【００２３】
検出部１７は、検出電圧Ｖ２と、基準電圧Ｖ３とを用いて導体３０の電流（不平衡電流）の有無を検出する。例えば、検出部１７は、検出電圧Ｖ２の平均値と、基準電圧Ｖ３との差分の絶対値が所定値以上である場合には商用系統１と電動車両３との間で漏電が発生していることを検出する。検出部１７は、差分が所定値未満である場合には商用系統１と電動車両３との間で漏電が発生していないことを検出する。検出部１７は、検出結果を出力する。例えば、検出部１７は表示装置に検出結果を出力し、表示装置に検出結果を表示させる。
【００２４】
次に、着磁防止装置１０ｂの構成について説明する。
【００２５】
着磁防止装置１０ｂは、図１に示すように、コイル２１（巻線）とスイッチ装置２２とから構成されている。
【００２６】
コイル２１は、磁心１３に巻かれている。導体３０に流れる電流の量に応じて、コイル２１には誘導起電圧が生じる。コイル２１は、誘導起電圧により、励磁コイル１４で発生する磁束（励磁磁束）の向きとは逆向きの磁束（キャンセル磁束）を発生させるように、磁心１３に巻かれている。なお、コイル２１の巻き数は、１以上であればよい。
【００２７】
スイッチ装置２２は、コイル２１の両端間に接続され、コイル２１に生じる誘導起電圧に応じて、コイル２１の両端間を開状態又は閉状態に切り替える。具体的には、スイッチ装置２２は、コイル２１に生じる誘導起電圧が所定値以下である場合にはコイル２１の両端間を開状態とし、誘導起電圧が所定値より大きい場合にはコイル２１の両端間を閉状態とする。ここで、所定値は、例えば０．７Ｖである。なお、この数値は、一例であり、この数値に限定する趣旨ではない。
【００２８】
ここで、スイッチ装置２２の具体的な構成について、図３を用いて説明する。
【００２９】
スイッチ装置２２は、電流の流れる向きが同一となるように１つ以上のダイオードが直列に接続された２つの直列回路を有している。２つの直列回路は、電流の流れる向きが異なるよう（逆向きとなるように）に並列に接続されている。なお、ここでは、１つのダイオードで構成される回路も直列回路の概念に含める。この概念の基、図３に示す第１ダイオード２３と第２ダイオード２４とが、それぞれ直列回路を形成している。第１ダイオード２３と第２ダイオード２４とは、第１ダイオード２３で電流が流れる向きと、第２ダイオード２４で電流が流れる向きとが逆向きとなるように並列に接続されて、スイッチ装置２２を構成している。スイッチ装置２２をこのように構成することで、コイル２１に生じる誘導起電圧が所定値（ダイオードの順方向電圧値）以下である場合には両端間を開状態とし、誘導起電圧が所定値より大きい場合にはコイル２１の両端間を閉状態とすることができる。なお、本実施形態では、１つのダイオードで直列回路を形成する構成としたが、この構成に限定されない。２以上のダイオードで直列回路を形成してもよい。直列回路を形成するダイオードの個数を変更することで、上述した所定値を変更することができる。
【００３０】
導体３０に不平衡電流による大電流が流れると、コイル２１では所定値より大きい誘導起電圧が発生する。そのため、コイル２１の両端間は閉状態となり、コイル２１による磁界が発生し、この磁界が励磁コイル１４で発生する磁界を打ち消すことになる。これにより、導体３０に大電流に流れた場合であっても磁心１３が着磁する可能性を低くすることができる。
【００３１】
導体３０に不平衡電流による大電流が流れていない場合には、コイル２１では、所定値以下の誘導起電圧が発生する。このとき、コイル２１の両端間は開状態となっているので、コイル２１による磁界は発生せず、励磁コイル１４による磁界のみが発生する。そのため、導体３０に大電流が流れていない場合には、電流検出部１０ａによる電流検出が可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態における励磁部１２は、自励発振する構成であってもよい。
【００３３】
また、本実施形態の電源部１１は、片電源構成であるとしたが、この構成に限定されない。電源部１１は、両電源構成であってもよい。
【００３４】
スイッチ装置２２は、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４とで構成されるとしたが、この構成に限定されない。スイッチ装置２２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、コイル２１の両端間に接続されたスイッチとから構成されてもよい。この場合、ＣＰＵがコイル２１の誘導起電圧が所定値以下であるか否を判断する。誘導起電圧が所定値以下であると判断する場合、ＣＰＵは、コイル２１の両端間を開状態とするようスイッチを制御する。誘導起電圧が所定値より大きいと判断する場合、ＣＰＵは、コイル２１の両端間を閉状態とするようスイッチを制御する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の着磁防止装置１０ｂは、コイル２１（巻線）と、スイッチ装置２２とを備える。コイル２１は、導体３０が挿通される磁心１３に巻かれている。スイッチ装置２２は、コイル２１の両端間に接続され、コイル２１に生じる誘導起電圧に応じて、コイル２１の両端間を開状態又は閉状態とする。スイッチ装置２２は、コイル２１に生じる誘導起電圧が所定値以下である場合にはコイル２１の両端間を開状態とし、誘導起電圧が所定値より大きい場合にはコイル２１の両端間を閉状態とする。
【００３６】
導体３０に不平衡電流による大電流が流れると、コイル２１では所定値より大きい誘導起電圧が発生する。そのため、この構成によると、着磁防止装置１０ｂは、コイル２１の両端間を閉状態とすることでコイル２１による磁界を発生させ、導体３０に不平衡電流による大電流が流れることにより磁心１３で発生した励磁磁束を打ち消すことができる。したがって、着磁防止装置１０ｂは、導体３０に不平衡電流による大電流が流れた場合であっても、磁心１３が着磁する可能性を低くすることができる。
【００３７】
ここで、スイッチ装置２２は、電流の流れる向きが同一となるように１つ以上のダイオードが直列に接続された２つの直列回路（第１ダイオード２３、第２ダイオード２４）を有している。２つの直列回路（第１ダイオード２３、第２ダイオード２４）は、電流の流れる向きが異なるように並列に接続されていることが好ましい。
【００３８】
この構成によると、着磁防止装置１０ｂは、複雑な回路構成を必要とすることなく、簡単な回路構成で実現することができる。また、直列回路を構成するダイオードの個数を変更することで、コイル２１の両端間を閉状態及び開状態を切り替えるための電圧の所定値を変更することができる。
【００３９】
また、本実施形態の電流検出装置１０は、上述した着磁防止装置１０ｂと、電流検出部１０ａとを備える。電流検出部１０ａは、磁心１３を用いて、フラックスゲート方式により導体３０に流れる電流を検出する。
【００４０】
この構成によると、電流検出装置１０は、フラックスゲート方式による電流検出の際に、磁心１３が着磁する可能性を低くすることができる。
【００４１】
（実施形態２）
本実施形態では、スイッチ装置２２の構成が、実施形態１のスイッチ装置２２の構成と異なっている。
【００４２】
以下、異なる点を中心に説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００４３】
本実施形態のスイッチ装置２２は、第１ダイオード２３、第２ダイオード２４及び調整抵抗２５を有している。
【００４４】
第１ダイオード２３及び第２ダイオード２４は、実施形態１と同様に、電流の流れる向きが互いに異なるように並列に接続され、並列回路を形成している。
【００４５】
調整抵抗２５は、数Ω程度（例えば、１Ω）の抵抗であり、上述した並列回路の一端と接続されている。なお、調整抵抗２５の抵抗値は、一例であり、この抵抗値に限定する趣旨ではない。調整抵抗２５により、誘電起電圧は分圧される。
【００４６】
したがって、着磁防止装置１０ｂは、調整抵抗２５を設けることで、コイル２１の両端間を閉状態又は開状態に切り替えるための電圧の所定値を調整することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態のスイッチ装置２２は、２つの直列回路（第１ダイオード２３、第２ダイオード２４）が並列に接続されている並列回路と、並列回路の電圧を調整するための調整抵抗２５とが直列に接続された回路で構成されることが好ましい。
【００４８】
この構成によると、着磁防止装置１０ｂは、コイル２１の両端間を閉状態又は開状態に切り替えるための電圧の所定値を調整することができる。そのため、着磁防止装置１０ｂは、磁心１３が着磁することを防止するために、導体３０に流れると考えられる大電流の量に応じてコイル２１の両端間を閉状態又は開状態に切り替えるための電圧の所定値を設定することができる。
【００４９】
（実施形態３）
本実施形態では、着磁防止装置１０ｂがシールド２６をさらに備える点が、実施形態１と異なる。
【００５０】
以下、異なる点を中心に説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００５１】
着磁防止装置１０ｂのシールド２６は、磁性体により形成されている。シールドを形成する磁性体は、例えばフェライトである。シールド２６は、図５に示すように、磁性体ループを形成し、磁心１３及び励磁コイル１４の全体を覆っている。
【００５２】
コイル２１は、シールド２６に巻かれている。
【００５３】
導体３０に不平衡電流による大電流が流れた場合に、コイル２１がシールド２６に巻かれることで、シールド２６を設けない場合と比べて磁気抵抗が小さくなるので、より強いキャンセル磁束を発生させることができる。そのため、励磁磁束をキャンセルする効力が大きくなる。
【００５４】
本実施形態では、シールド２６は、磁心１３及び励磁コイル１４の全体を覆う構成としたが、この構成に限定されない。シールド２６は、磁性体ループを形成し、磁心１３及び励磁コイル１４の少なくとも一部を覆う構成であればよい。
【００５５】
また、本実施形態と実施形態２とを組み合わせてもよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の着磁防止装置１０ｂは、磁心１３の一部又はすべてを覆い、磁性体ループを形成するシールド２６を、さらに備えることが好ましい。コイル２１は、磁心１３及びシールド２６に巻かれることが好ましい。
【００５７】
この構成によると、着磁防止装置１０ｂは、シールド２６を備えない場合と比較して、より強いキャンセル磁束を発生させることができる。そのため、着磁防止装置１０ｂは、磁心１３が着磁する可能性をより低くすることができる。
【００５８】
（変形例１）
実施形態１の電流検出装置１０は、フラックスゲート方式による電流検出を行うとしたが、他の方式により電流検出を行ってもよい。
【００５９】
電流検出装置１０は、オープンループ型の磁気センサ方式で電流電出を行ってもよい。この場合における電流検出装置１０の構成を、図６を用いて説明する。以下、実施形態１とは異なる点を中心に説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６０】
本変形例の電流検出装置１０は、図６に示すように、電流検出部１０ａと、着磁防止装置１０ｂとから構成されている。
【００６１】
電流検出部１０ａは、図６に示すように、磁心１３ａ、ホール素子１００及び増幅器１０１を有している。
【００６２】
磁心１３ａは、Ｃ字状に形成されている。磁心１３ａは、導体３０に流れる電流に比例した磁界を発生させる。
【００６３】
ホール素子１００は、磁心１３ａで発生した磁界を電圧に変換する。
【００６４】
増幅器１０１は、ホール素子１００と接続されており、ホール素子１００から出力された電圧を増幅する。
【００６５】
電流検出部１０ａは、増幅された電圧、具体的には増幅器１０１の出力電圧ｖ１と接地電圧ｖ２と間の電圧Ｖａに基づいて導体３０の電流を検出する。
【００６６】
なお本変形例の電流検出部１０ａは、実施形態２および実施形態３の電流検出装置１０に適用してもよい。
【００６７】
（変形例２）
また、電流検出装置１０は、別の検出方式として、クローズドループ型の磁気センサ方式を用いてもよい。この場合における電流検出装置１０の構成を、図７を用いて説明する。以下、実施形態１とは異なる点を中心に説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６８】
本変形例の電流検出装置１０は、図７に示すように、電流検出部１０ａと、着磁防止装置１０ｂとから構成されている。
【００６９】
電流検出部１０ａは、図７に示すように、磁心１３ｂ、コイル１４ｂ、ホール素子１１０、増幅器１１１及び検出抵抗１１２を有している。
【００７０】
磁心１３ｂは、Ｃ字状に形成されている。磁心１３ｂは、導体３０に流れる電流によって磁界を発生させる。
【００７１】
コイル１４ｂは、導体３０に流れる電流によって生じる磁界を打ち消す方向に、磁心１３ｂに巻かれている。
【００７２】
ホール素子１１０は、磁心１３ｂで発生した磁界を電圧信号に変換する。
【００７３】
増幅器１１１は、電流増幅回路であり、ホール素子１００から出力された電圧信号を入力信号として受け付け、受け付けた電圧信号を電流に変換する。増幅器１１１は、変換された電流をコイル１４ｂの一端へ出力する。
【００７４】
増幅器１１１から出力された電流によりコイル１４ｂで発生する磁界と、導体３０に流れる電流により発生する磁界とが打ち消しあい、ホール素子１１０から出力される電圧が常に０となる。
【００７５】
電流検出部１０ａは、コイル１４ｂの他端と接続された検出抵抗１１２の両端間の電圧Ｖｂに基づいて導体３０の電流を検出する。
【００７６】
なお本変形例の電流検出部１０ａは、実施形態２および実施形態３の電流検出装置１０に適用してもよい。
【００７７】
（その他の変形例）
電流検出装置１０は、各実施形態、変形例１及び変形例２において、フラックスゲート方式、オープンループ型又はクローズドループ型の磁気センサ方式による電流検出を行うとした。しかしながら、電流検出装置１０が行う電流検出の方式は、これらの方式に限定されない。電流検出装置１０は、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式による電流検出を行ってもよい。
【００７８】
また、上記各実施形態では、電流検出装置１０が電源部１１をえる構成としたが、この構成に限定されない。電流検出装置１０が電源部１１を備える構成である必要はない。例えば、電源部１１は、別の装置が備える構成であってもよい。
【００７９】
上記各実施形態において、磁心１３の形状は環状である構成としたが、この構成に限定されない。磁心１３の形状は、磁性体ループが形成される形状であればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０    電流検出装置
１０ａ  電流検出部
１０ｂ  着磁防止装置
１３，１３ａ，１３ｂ    磁心
２１    コイル（巻線）
２２    スイッチ装置
２３    第１ダイオード
２４    第２ダイオード
２５    調整抵抗
２６    シールド
３０    導体
【図１】
0006695054.tif 000002
【図２】
0006695054.tif 000003
【図３】
0006695054.tif 000004
【図４】
0006695054.tif 000005
【図５】
0006695054.tif 000006
【図６】
0006695054.tif 000007
【図７】
0006695054.tif 000008