【誤訳訂正書】
【提出日】平成24年10月24日(2012.10.24)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】改良された電流センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は改良された絶縁電流センサーに関するものであり、搭載航空電子機器の電源用電子装置を従属装置として作動させるように構成される。
【背景技術】
【０００２】
本発明の分野は電流センサーの分野である。より詳細には、本発明の分野は、主に航空、自動車、鉄道、およびエネルギー産業において発展している電源用電子装置を従属装置として作動させたり、制御したりする分野である。この種の電子装置では、物理量「電流」の大きさの測定は有効に当該装置を制御するために測定される制御変数である。
【０００３】
本発明の目的は、航空環境用のセンサー、特に温度の重大な変化を裏付けるセンサーを提供することである。
【０００４】
本発明の別の目的は、広範囲の用途を有するセンサーを提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、良好な直線性を有するセンサーを提供することである。
【０００６】
先行技術では、電流を測定するために使用され、そして電子装置の制御ループに組み込まれるいくつかの装置がある。（非特許文献１、２参照。）
【０００７】
電流を測定する最も当たり前の方法は分流抵抗器の方法であり、これは、小さい値の抵抗を並列接続で用いることと、電圧を両端子で測定することを含む。見掛けは単純であるが、この方法はすべてが満足というわけではない。
【０００８】
測定される電流は高電圧（数百ボルト）の導体を通って流れ、そしてこの測量を取り出して電気接地に戻すことは容易ではない。
【０００９】
絶縁増幅器がしばしば必要とされる。そのとき関連する電子機器は急速に複雑になる（導体の電位を基準とする二次電源、変圧器）。
【００１０】
抵抗は高熱放散部品である。電流を測定するために、低い値の電流が放散による損失を最小にするために通常選ばれるが、これはまた、非常に低い電圧レベル（約数ミリボルト）を低い電流に対して測定する必要があるので、欠点にもなり、精度の大きな損失を引き起こす。そのとき精度と測定抵抗に因る損失の間に妥協を見つけることが必要になる。この解決法によって、測定装置を用途ごとに調整する必要がある。
【００１１】
先行技術による別の解決法は、閉ループ・ホール・センサー方法によって電流を測定することである。図１はこの解決法を示す。
【００１２】
すなわち、主導体１０１を測定される電流Ｉｐｒｉｍが通る。主導体１０１は磁心１０２を貫通し、磁心の役割は、電流Ｉｐｒｉｍを、主導体１０１を通過させることによって生じる磁力線を集めることである。
【００１３】
ホール効果チップ１０３は磁気回路の空隙に含まれる。ホール効果チップは、磁束密度Ｂ、電流Ｉｃ、およびホール定数と呼ばれる定数に比例する電圧Ｖｈを発生する。この電圧Ｖｈは増幅器１０４によって増幅されて、比例電流Ｉｓに変換される。
【００１４】
Ｎｓ回巻の２次コイル１０５は電流Ｉｓを受け取る。これは補償コイルと呼ばれる。なぜならば電流Ｉｓが通って、それは、Ｎｓ＊Ｉｓ−Ｎｐｒｉｍ＊Ｉｐｒｉｍ＝０にするために、主導体によって磁心に生じるアンペア回数に対向するからである。
【００１５】
測定抵抗１０６の両端で測定され、そしてＩｐｒｉｍ量に基づいている最終Ｖｓｅｎｓｅ式は次のようである。
【００１６】
【数１】
2010533856.tif 000001
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｂｉｌｌ  Ｄｒａｆｔｓ，Ｐ．Ｅ．著「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ−ＯＥＣＯ社、２００４年４月
【非特許文献２】Ｈａｓｓａｎ  Ｐｏｏｙａ  Ｆｏｒｇｈａｎｉ−ｚａｄｅｈ、Ｇａｂｒｉｅｌ  Ａ．  Ｒｉｎｃｏｎ−Ｍｏｒａ著「Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ＤＣ−ＤＣ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ」、ジョージア工科大学、２００２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、これらのホール効果センサーは、いくつかの環境においてその使用を複雑にするという制約を有する。これらの制約のいくつかは次を含む。
−過電流の場合の磁気オフセットの危険性。この過負荷は磁気材料からの残留磁場に因る偶発的飽和を引き起こすことがある。これはセンサーの精度に悪影響を及ぼす。その結果、それは消磁されなければならない。従って、このための頻繁なメンテナンスが必要である。
−通常、センサーは温度変化に対して非常に敏感である。ホール効果セルの電圧Ｖｈに対する磁界Ｂに関連する計算定数は温度によって変化する。セルもまたオフセット電圧を引き起こして、ゼロ電流の近くで不正確を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明では、我々は、部分的に巻かれた磁心を備える装置を供給することによって、これらの問題を解決する。このコイルの巻線は発振器によって給電される。図２は本発明の包括的な実施形態を示す。
【００２０】
図２は、その幾何学的寸法、その有効長Ｌｅ、およびその有効面積Ａｅによって特徴付けられる磁心２０１を示す。磁心はまた、そのヒステリシス・サイクルＢ＝ｆｃｔ（Ｈ）によって表されるその磁気特性によっても特徴付けられる。Ｂは磁気材料の磁束密度であり、そしてＨは磁界である。
図２はまた、Ｉｐｒｉｍ電流が流れる一次導体２０２を示す。導体は磁心の周りにＮｐｒｉｍ回巻きを実行する。図２の実施例では、Ｎｐｒｉｍは１に等しい。
【００２１】
励磁コイルと呼ばれる二次導体２０３は、Ｉｓｅｃ電流を測定するために矩形波信号発生器２０４および抵抗２０５（Ｒｓｅｎｓｅ値）の両方に接続している。このコイルはＮｓｅｃ回（通常は約千回）の巻きを有する。
【００２２】
矩形波信号発生器２０４は、電圧＋Ｅと−Ｅの間で切り換わる矩形波電圧Ｖｏｓｃを供給する。発生器の役割は、周波数Ｆｏｓｃに応じて磁気材料に＋Ｂｓａｔと−Ｂｓａｔの飽和（または磁束密度ＤＢの振れさえ）を二者択一的にもたらすことである。
【００２３】
これらの状態下で、観測される電流Ｉｓｅｃは電圧Ｖｏｓｃの変化に、遅れて、既知の曲線に沿って追従する。
【００２４】
一次導体を流れる電流が無い場合は、電流は完全にゼロ電流に中心がある。
【００２５】
また一方、一次導体を流れる電流が有る場合は、不均衡がヒステリシス・サイクルに生じて、飽和が不均衡の側により早く起こる。この不均衡は、平均電流の出現によって、二次電流に現れる。
【００２６】
平均電流は一次電流の反映である。その値は変換方程式の結果である。
【００２７】
【数２】
2010533856.tif 000002
【００２８】
本発明では、平均電流は抽出されて、測定される電流Ｉｓｅｃの値を推定することを可能にする。抽出は電流Ｉｓｅｃを積分することによって実行される。
【００２９】
従って本発明は電流センサー装置に関するものであり、それは、
−磁心と、
−測定される電流が流れ、そして磁心に巻かれる一次コイルと、
−磁心に巻かれる二次コイルと、
−電気接地と二次コイルの第１端子の間に接続される発振回路と、
−抽出回路を介して、電気接地と二次コイルの第２端子の間に接続される測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）と、
を備え、該抽出回路は、出力電圧を測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）に再導入し、一次コイルに流れる電流のアンペア回数によって生じる不均衡を解消するよう構成されることを特徴とする。
【００３０】
本発明の一変形では、本発明による装置はまた、磁心が薄片であることを特徴とする。
【００３１】
一変形では、本発明による装置はまた、一次コイルの巻き回数が１に等しく、これは磁心を横切る単一ワイヤーであることを意味することを特徴とする。
【００３２】
一変形では、本発明による装置はまた、一次コイルの巻き回数が完全に１より大きいことを特徴とする。
【００３３】
一変形では、本発明による装置はまた、一次コイルの巻き回数が千であることを特徴とする。
【００３４】
一変形では、本発明による装置はまた、抽出回路が演算増幅器を備える積分回路であり、該演算増幅器の入力は電気接地および二次コイルの端子であり、二次コイルに測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）が接続され、積分回路の出力は二次コイルに接続していない測定抵抗の端子に接続していることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、次の説明を読み、それに伴う図を検討するとより良く理解される。図は例示するために提供され、本発明を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】先行技術によるセンサーの説明図である。
【図２】本発明による汎用センサーの説明図である。
【図３】本発明によるセンサーの実際の実施の説明図である。
【図４】本発明による磁心の物理的実現の説明図である。
【図５】Ｖｏｓｃ、Ｖｓｅｃ、Ｉｐｒｉｍ、およびＶｉｎｔ信号の経時変化の相関説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図３は、一次導体３０２、例えば任意のサイズのワイヤーまたは電子回路トラックを示す。導体は磁心３０１を貫通して、磁心３０１の周りにＮｐｒｉｍ＝１回巻きのループを形成する。この導体は、測定する必要がある電流Ｉｐｒｉｍが通過する一次コイルである。
【００３８】
本発明の一実施では、図４によりこの種の磁心を例示する。
【００３９】
いくつかの図において、一致する数字は同一の要素を指す。
【００４０】
図４は中央開口部によって矩形断面機械的磁心４０１を横切る導体３０２を示す。実際には、この断面は別の形状、例えば円形または長方形でもよい。磁心４０１は開口部４０３によって中央をくりぬかれている。
【００４１】
磁心４０１はいくつかの要素から成る。磁心４０１は非磁性かつ非導電性の基板に形成される支持材４０２を含む。従って支持材４０２は冠部分を有する。
【００４２】
磁心４０１はまた、その面のうちの少なくとも１つに、開口部４０３の近くに、マイクロメートルの大きさ、実際には数十ミクロンの閉磁気ループ４０４を有する。このループ４０４は、マイクロメートルのスクリーン印刷方法を用いて支持材４０２に置かれる電磁材料から作られ、これらの方法の最も大きい共通点は、
−電気化学、
−吹き付け、そして
−フェライトが使用される場合は、吹き付けおよび熱処理である。
【００４３】
磁心４０１はまた、ループ４０４に、厚さが数ミクロン〜数十ミクロンである絶縁層４０５を有する。この絶縁層はマイクロメートルのスクリーン印刷プロセスを用いて作られ、この作業の最も大きい共通点は、
−ポリマー絶縁体のためのフォトリソグラフィー、あるいは
−金属酸化物、例えばＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３の沈殿物である。
【００４４】
磁心４０１は、最終的に、磁心４０４に巻かれた、本発明の二次コイルに相当する巻数を有するコイル４０６を含み、それ自体もまた磁心４０４を作るために用いられるものと同じマイクロメートルのスクリーン印刷方法を用いて作られる。コイル４０６は本発明によるセンサーの他の要素が接続される２つの端部４０７および４０８を有する。
【００４５】
磁心４０２、４０４、４０５、および４０６のセットは保護成形品４０９によって覆われて、それにより前記成形品は、開口部４０３を開けたままにしておくことによって、そして本発明の他の端子がそれに接続できるように端部４０７および４０８を接続可能なままにしておくことによって前記磁心を絶縁する。
【００４６】
この接続により、値を測定しなければならない回路と測定回路自体との間に良好な絶縁を実現することが可能になる。したがって絶縁電流センサーが存在することになる。
【００４７】
図３はＮｓｅｃ＝１０００回巻きの二次コイル４０６を示す。
【００４８】
図３は、端部４０７が発振回路３０３に接続していること、そして端部４０８が積分回路３０４に接続していることを示す。
【００４９】
図３は、発振回路３０３が演算増幅器３０５を有することを示す。この演算増幅器３０５は、
−非反転入力３０６、
−反転入力３０７、
−正帰還入力３０８、
−負帰還入力３０９、および
−出力電圧Ｖｏｓｃを供給する出力３１０を備える。
【００５０】
入力３０６は抵抗Ｒ１を経由して電気接地３１１に接続している。
【００５１】
入力３０６は抵抗Ｒ２を経由して出力３１０に接続している。
【００５２】
入力３０７は端部４０８に直接接続している。
【００５３】
入力３０８は電位＋Ｅに接続している。
【００５４】
入力３０９は電位―Ｅに接続している。
【００５５】
出力３１０は端部４０７に接続している。
【００５６】
図３は、積分回路３０４が演算増幅器３１２を有することを示す。この演算増幅器３１２は、
−非反転入力３１３、
−反転入力３１４、および
−出力電圧Ｖｉｎｔを供給する出力３１５を備える。
【００５７】
入力３１１は電気接地３１１に接続している。
【００５８】
入力３１４は抵抗Ｒｉｎｔを経由して出力４０８に接続している。
【００５９】
入力３１４はコンデンサＣｉｎｔを経由して出力３１５に接続している。
【００６０】
出力３１５は、測定抵抗である抵抗Ｒｓｅｎｓｅを経由して端部４０８に接続している。
【００６１】
これらの回路３０３および３０４の場合は、部品の値は用途に応じて大いに変化する。約１０キロオームのＲ１、Ｒ２、およびＲｉｎｔ、約１００オームのＲｓｅｎｓｅ、ならびに約１０ｎＦのＣｉｎｔを有するセンサーは容易に作ることができる。
【００６２】
動作中、回路３０３は独立した電圧を有する発振器である。それは反転入力３０７および非反転入力３０６がＥと−Ｅの間で変動する比較器である。装置の正応答は、閉回路で出力を利得Ｇ＜１によって非反転入力に戻すことによって確実にされる。このアセンブリの場合は、利得ＧはＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）である。
【００６３】
従って、電圧発振器は、出力電圧が＋Ｅと−Ｅの間で変化することができる比較器である。この電圧によって電流Ｉｓｅｃがコイル４０６を流れる。この電流は磁心を飽和させる。電圧Ｖｓｅｃが必要に応じて次式の電圧に達するまで、それは増大する。
【００６４】
【数３】
2010533856.tif 000003
【００６５】
この時、比較器は切り換わって、Ｖｏｓｃが周波数Ｆｏｓｃの矩形電圧であることを示す図５によって示すように、飽和は反対方向で生じる。
【００６６】
発振周波数（Ｆｏｓｃ）は磁心が飽和する速度によって決定される。この周波数はファラデーの法則によって与えられる。
【００６７】
【数４】
2010533856.tif 000004
【００６８】
図５はまたＶｏｓｃの変化に基づく電圧Ｖｓｅｃを例示する。電圧Ｖｓｅｃは電圧Ｖｏｓｃに追従し、磁心に因って変形する。導体３０２に電流変化がある場合を除いて、電圧Ｖｏｓｃはゼロの平均値を有する。この場合、電圧Ｖｓｅｃは崩壊し、そして積分回路３０４の作用によってその安定な形に戻される。
【００６９】
動作中、回路３０４は、利得Ｋｉを有する比較器および「積分器」機能から成るループ系であって、電流Ｉｐｒｉｍまたは電位Ｖｉｎｔの平均値の像が抽出されることを可能にする。この電圧はＲｓｅｎｓｅにフィードバックされ、これは、一次電流のアンペア回数によって生じる不均衡をオフセットすることによって、ヒステリシス・サイクルの中間で発振にスレーブする。このアセンブリの場合は、利得Ｋｉは１／（Ｒｉｎｔ＊Ｃｉｎｔ）に等しい。
【００７０】
電流が導体Ｎｐｒｉｍを流れるとき（Ｔ０）、Ｖｓｅｃの平均電圧に差がある。この電圧は０ボルトの設定値と比較される。この比較の結果は積分器によってオフセットされる。出力ＶｉｎｔはＲｓｅｎｓｅにフィードバックされて、平均成分をキャンセルする。
【００７１】
図５の線図５０２および５０３は、電流ステッピングＩｓｔｅｐのＶｓｅｃに及ぼす影響を示す。補償ループが反応し、そして電圧Ｖｉｎｔを導入することによってＶｓｅｃの平均値を０ボルトにリセットする（Ｔ１）まで、平均値は変化する。そのときＶｉｎｔの値は基本的に測定される電流Ｉｐｒｉｍの直接像である。
【００７２】
【数５】
2010533856.tif 000005
【００７３】
従って、Ｖｉｎｔの測定により、我々はＩｐｒｉｍを見出して、装置を制御する値を得ることができる。
【００７４】
その物理的構成によって、一次導体３０２と本発明による測定回路の間に間隔がある。従って数千ボルトの電気的分離を容易に得ることができる。
【００７５】
本発明によるセンサーは他の測定法より高い精度を達成することができる。測定の精度は抵抗Ｒｓｅｎｓｅの精度に本質的に結合している。これは低電力抵抗であり、約０．１％の精度で容易に見つけることが可能であり、温度状態に対して低感受性である。
【００７６】
アンペア回数を積分器でオフセットするという方式は、ゼロ誤差で抽出し、測定することを可能にする。アンペア回数自体（それの像ではない）は、誤差を引き起こす中間センサーによってオフセットされる。
【００７７】
センサーの力学はヒステリシス・サイクルの速度に関連する。ファラデーの法則は、磁心を必要とする。これは磁気スクリーン印刷回路によって可能になる。このようにして帯域幅＞１００Ｋｈｚを得ることができる。
【００７８】
動作原理によって、磁心が常に飽和しているので、磁気オフセット問題は無い。それは各発振で磁化され、そして消磁される。
【００７９】
変換効果は良好な直線性を保証する。
【００８０】
積分器は、ゼロ電流の近くにオフセットが無いことを確かにする。
【００８１】
従って本発明によるセンサーは所望の利点のすべてを有する。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
従って宇宙空間のような厳しい工業環境で本発明によるセンサーを使用することが可能である。可能な現場使用は次を含む。
−永久磁石を有する同期自己制御機械（「ブラシレス」エンジン）を組み込む電気アクチュエータ（ＥＭＡ、ＥＡＢＳ電気ブレーキなど）
−パワー・エレクトロニクスと関連する「ブラシレス」自己制御磁石を組み込む電気「ポンプ」装置（ＦＵＥＬ  ＰＵＭＰ装置、ＥＨＡポンプ）
−パワー・スイッチ用の保護装置（ＧＦＩブレーカー、ＳＥＰＤＳ、ＳＳＰＣなど）
−次世代航空機の電力系統の電力変換装置、例えば、連続高電圧ネットワーク用のＤＣ／ＤＣ変換器または正弦波吸収（ＰＦＣ）
−スイッチ・モード電源（ＳＭＰＳ）
【符号の説明】
【００８３】
１０１  主導体
１０２  磁心
１０３  ホール効果チップ
１０４  増幅器
１０５  ２次コイル
１０６  測定抵抗
２０１  磁心
２０２  一次導体
２０３  二次導体
２０４  矩形波信号発生器
２０５  抵抗
３０１  磁心
３０２  一次導体
３０３  発振回路
３０４  抽出回路／積分回路
３０５  演算増幅器
３０６  非反転入力
３０７  反転入力
３０８  正帰還入力
３０９  負帰還入力
３１０  出力
３１１  電気接地
３１２  演算増幅器
３１３  非反転入力
３１４  反転入力
３１５  出力
４０１  磁心
４０２  支持材
４０３  開口部
４０４  閉磁気ループ
４０５  絶縁層
４０６  コイル
４０７  端部
４０８  出力
４０９  保護成形品
Ａｅ  有効面積
Ｂ  磁束密度
Ｃｉｎｔ  コンデンサ
ＤＢ  磁束密度
Ｆｏｓｃ  周波数
Ｇ  利得
Ｈ  磁界
Ｉｃ  電流
Ｉｐｒｉｍ  電流
Ｉｓ  電流
Ｉｓｅｃ  電流
Ｋｉ  利得
Ｌｅ  有効長
Ｎｐｒｉｍ  巻き回数
Ｎｓ  巻き回数
Ｎｓｅｃ  巻き回数
Ｒ１  抵抗
Ｒ２  抵抗
Ｒｉｎｔ  抵抗
Ｒｓｅｎｓｅ  抵抗
Ｖｈ  電圧
Ｖｉｎｔ  出力電圧
Ｖｏｓｃ  矩形波電圧
Ｖｓｅｃ  電圧
Ｖｓｅｎｓｅ  電圧
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−磁心（３０１）と、
−測定される電流が流れ、そして前記磁心に巻きつく一次コイル（３０２）と、
−前記磁心に巻きつく二次コイル（４０６）と、
−電気接地（３１１）と前記二次コイルの第１端子（４０７）の間に接続される発振回路（３０３）と、
−抽出回路（３０４）を介して、前記電気接地と前記二次コイルの第２端子（４０８）の間に接続される測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）と、
を備え、前記抽出回路は、出力電圧を前記測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）に再導入し、前記一次コイルに流れる電流のアンペア回数によって生じる不均衡を解消するよう構成されることを特徴とする電流センサー装置。
【請求項２】
前記一次コイルの巻き回数が１に等しく、これは前記磁心を横切る単一ワイヤーであることを意味することを特徴とする請求項１に記載の電流センサー装置。
【請求項３】
前記一次コイルの巻き回数が完全に１より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電流センサー装置。
【請求項４】
前記二次コイルの巻き回数が千であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流センサー装置。
【請求項５】
前記抽出回路が演算増幅器（３１２）を備える積分回路であり、前記演算増幅器（３１２）の入力は前記電気接地および前記二次コイルの端子であり、前記二次コイルに前記測定抵抗（Ｒｓｅｎｓｅ）が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流センサー装置。
【請求項６】
前記演算増幅器の出力が前記二次コイルに接続していない前記測定抵抗の端子に接続していることを特徴とする請求項５に記載の電流センサー装置。
【請求項７】
前記発振回路（３０３）は演算増幅器（３０５）を備え、前記演算増幅器（３０５）の出力電圧が前記磁心の飽和を目的としていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電流センサー装置。