(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙部（３）を備えていてその間隙部を介して一次伝導体（Ｌ１）が延在し、さらに少なくとも２個の間隙部（５）を有する少なくとも１個の計測領域（４）を備えていて前記少なくとも２個の間隙部（５）が前記計測領域（４）を少なくとも３本の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）に分割する、磁性コア（２）と；
前記計測領域（４）外の前記コア（２）の部材に巻き付けられた補償コイル（ＬＣ）と；
前記計測領域（４）の少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が巻かれた少なくとも２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）と；
計測領域（４）の部材に巻かれた少なくとも１個の計測コイル（ＬＭ）を、
含んでなる電流計測装置（１）。
【請求項２】
計測領域（４）を３本の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２）に分割する２つの間隙部（５）を有する１つの計測領域（４）と、
異なった方向性をもって２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）の周りに巻かれた励磁コイル（ＬＳ）と、
他の磁束流路（Ｒ２）の周りに巻かれた計測コイル（ＬＭ）を、
装置（１）が備えることを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
【請求項３】
いずれも計測領域（４）を３本の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２）に分割する２個の間隙部（５）を有する２個の計測領域（４）と、
いずれも計測領域（４）の２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）の周りに巻かれていて異なった方向性を有する２個の励磁コイル（ＬＳ）と、
計測領域（４）のうちの一方の他の磁束流路（Ｒ２）の周りに巻かれた計測コイル（ＬＭ）、
および／または他方の計測領域（４）の残りの磁束流路（Ｒ２）の周りに巻かれた計測コイル（ＬＭ）を、
装置（１）が備えることを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
【請求項４】
計測領域（４）を隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）の第１の対と隣接する磁束流路（Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）の第２の対とに分割する３つの間隙部（５）を有する計測領域（４）と、
異なった方向性をもってそれぞれ１対の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）の周りに巻かれた２個の励磁コイル（ＬＳ）を、
装置（１）が備えることを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
【請求項５】
計測コイル（ＬＭ）が第１の対の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）の周りに巻かれるか、
および／または計測コイル（ＬＭ）が第２の対の隣接する磁束流路（Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）の周りに巻かれる、
ことを特徴とする請求項４記載の装置（１）。
【請求項６】
３つの間隙部（５）のうちの中央のものが磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）と比べてより大きな延伸を有し、またそれによって、
第１の対の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）の第１の共通の延長部（Ｒ１）と、
第２の対の隣接する磁束流路（Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）の第２の共通の延長部（Ｒ４）を定義し、
前記第１の共通の延長部（Ｒ１）周りに１個の計測コイル（ＬＭ）が巻かれ、
および／または前記第２の共通の延長部（Ｒ４）周りに１個の計測コイル（ＬＭ）が巻かれる、
ことを特徴とする請求項４記載の装置（１）。
【請求項７】
少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が変調器ユニット（Ｍ）と結合されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置（１）。
【請求項８】
少なくとも１個の計測コイル（ＬＭ）に復調器（Ｄ）を結合し前記変調器ユニット（Ｍ）と同期可能にすることを特徴とする請求項７記載の装置（１）。
【請求項９】
復調器（Ｄ）に積分器（Ｉ）を結合することを特徴とする請求項８記載の装置（１）。
【請求項１０】
出力（Ａ）を直接的あるいは間接的に第１の演算増幅器（Ｇ）を介して補償コイル（ＬＣ）と結合することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の装置（１）。
【請求項１１】
積分器（Ｉ）を補償コイル（ＬＣ）と結合することを特徴とする請求項９または１０記載の装置（１）。
【請求項１２】
積分器（Ｉ）を補償コイル（ＬＣ）ならびに前記第１の演算増幅器（Ｇ）と結合された第２の演算増幅器（Ｋ）と結合することを特徴とする請求項１０記載の装置（１）。
【請求項１３】
計測コイル（ＬＭ）がＡ／Ｄコンバータ（６）を含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の装置（１）。
【請求項１４】
第１の演算増幅器（Ｇ）と第２の演算増幅器（Ｋ）を合わせてデジタル式およびアナログ式に実施することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の装置（１）。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の装置（１）を使用して電流を判定するための方法であって：
一次伝導体（Ｌ１）を介して一次電流（Ｉ１）を伝導しそれによってコア（２）内に磁束を誘導し；
補償コイル（ＬＣ）を介して補償電流（ＩＣ）を伝導しそれによってコア内に磁束を誘導しさらにそれによって前記一次伝導体（Ｌ１）によって誘導された磁束に対向作用するようにし；
少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）を周期的に励磁しそれによって、励磁されている際に、前記少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が巻かれた少なくとも２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）内に磁束を誘導し、さらにそれによって前記磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）を磁気変調し；
少なくとも１個の計測コイル（ＬＭ）を使用して、補償コイル（ＬＣ）によって誘導された磁束を制御するため復調信号を導出するための励磁コイル（ＬＳ）の多様な励磁状態の間で磁束の変化を検出し；
補償電流（ＩＣ）を１つの値に設定して計測コイル（ＬＭ）によって検出される磁束の変化が最小になるようにし；
補償電流（ＩＣ）を計測し；
前記補償電流（ＩＣ）から一次電流（Ｉ１）を算出する、
工程を含んでなる方法。
【請求項１６】
２個の励磁コイル（ＬＳ）を逆方向に駆動することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
復調器（Ｄ）を使用して計測コイル（ＬＭ）の端子を交替的に積分器（Ｉ）の入力と結合することを特徴とする請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
復調器（Ｄ）を変調器ユニット（Ｍ）と同期させることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
積分器（Ｉ）を使用して復調器（Ｄ）の出力信号を補償電流（ＩＣ）に変換することを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
積分器（Ｉ）ならびに第１の演算増幅器（Ｇ）のフィードバック信号を受信する第２の演算増幅器（Ｋ）を使用して復調器の出力信号を補償電流（ＩＣ）に変換することを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）のインダクタンスの測定と、測定されたインダクタンスが所定の領域内に存在するか否かを示す信号の生成を特徴とする請求項１５ないし２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
磁性コア（２）が間隙部（３）を備えていてその間隙部（３）を介して一次伝導体が延在し、さらに少なくとも２つの間隙（５）を有する計測領域（４）を備え、前記の間隙が前記計測領域（４）を少なくとも３本の隣接する磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）に分割する、磁気回路（Ｓ）であり：
少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が変調器ユニット（Ｍ）に結合され、
１本の励磁コイル（ＬＳ）が計測領域（４）の２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）に巻かれるか、または２本の個別励磁コイル（ＬＳ）がそれぞれ計測領域（４）の一本の個別磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）に巻かれるか、
前記少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が変調器ユニット（Ｍ）によって周期的に励磁可能であり、それにより励磁されている限りにおいて前記少なくとも１個の励磁コイル（ＬＳ）が巻かれた２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）内に磁束を誘導する、
特徴を有してなる磁気回路。
【請求項２３】
１本の励磁コイル（ＬＳ）が２本の磁束流路（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）の周りに異なった方向性をもって巻かれることを特徴とする請求項１９記載の磁気回路（Ｓ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも１つの計測領域と間隙部を有する磁性コアを備え、前記間隙部を介して一次伝導体が延在し、さらに前記計測領域外の前記コアの部材に巻き付けられた補償コイルと、少なくとも１個の励磁コイルおよび少なくとも１個の計測コイルを備えてなる絶縁型の電流計測装置に関する。さらにこの発明は、前記の絶縁型の電流計測装置を用いた（電気）絶縁型の電流判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記の装置は通常極めて大きな直流電流の絶縁型計測に用いられるが交流電流にも適用され、その際導電性の一次伝導体の電流を計測するものとし、その一次伝導体が磁性コア以内に前記計測すべき電流に比例した磁束を発生させる。前記磁性コアは磁界に影響を与えるかあるいは測定することができる補助手段を備え、それによって電流の間接的な計測が可能になる。この原理によって、前記導電性の一次伝導体が前記磁性コアあるいはそれの補助手段に対してガルバニ結合を有する必要が無くなるという利点が得られる。その種の絶縁型の電流計測装置ならびに方法は、従来から多様な方式で知られている。
【０００３】
極めて一般的なものは磁性コアの磁界の測定のためのホールセンサの使用である。この原理によれば、補償コイルが巻き付けられていて間隙部を有しその中にホールセンサが配置されている磁性コアを介して導電性の一次伝導体が誘導される。前記導電性の一次伝導体が磁性コア内に一次磁束を発生させ、前記補償コイルはホールセンサによって測定される磁束と相関しかつ前記一次磁束に対して逆行する補償磁束を発生させる。この計測構成に含まれる空隙は障害無い磁束の誘導を妨害し、また計測精度を制限するとともに空隙内に配置されるホールセンサの大きさに依存するものとさせる。典型的な先行技術が例えばドイツ国特許出願公開第１００１１０４７号Ａ１明細書、米国特許第４６３９６６５号Ａ明細書、または英国特許出願公開第２２３７１１４号Ａ明細書によって開示されている。
【０００４】
英国特許出願公開第１４８８２６２号Ａ明細書によって、導電性の一次伝導体内の直流電流の非接触式に計測する装置および方法が知られている。この装置は、励磁コイルと計測コイルと補償コイルと導電性の一次伝導体を有する閉鎖式の磁性コアを備える。励磁コイルは交流信号を生成するための信号源に接続され、また計測コイルは電気回路の入力に補償コイルは電気回路の出力に接続される。前記導電性の一次伝導体は磁性コア内に磁束を誘導し、励磁コイルは交流電流によって半サイクルごとに磁性コアを飽和させそれによって計測コイル内にパルス信号を形成する。前記電気回路は補償コイル内に誘導可能でかつ計測可能な補償電流を励磁電圧のパルス信号のパルス幅比によって制御し、その補償電流が前記磁性コア内に磁束を誘導して前記導電性の一次伝導体によって形成された磁束を補償する。英国特許出願公開第１４８８２６２号Ａ明細書によって開示された装置内において磁性コアの比較的大きな部分が励磁コイルによって飽和され、それによって磁性コアが残留磁気に対して敏感になるとともに比較的大量のエネルギーを消費する。加えて、この装置は導電性の一次伝導体の電流変化に対して０．０２秒と比較的低速に反応するとともに、大きな直流電流と交流電流の両方を広い帯域幅で計測するようには構成されていない。
【０００５】
英国特許出願公開第１４８１２６３号Ａ明細書には、磁性コア内に磁束を誘導する導電性の一次伝導体の絶縁式の電流計測を行うための計測装置が開示されている。この計測装置は、導電性の一次伝導体によって誘導される磁束のために複数の流路を提供するために異なった幅の複数の経路を有する開放された磁性コアを備える。前記の流路のうちの１本は磁性コアの磁気飽和を回避するために間隙を備え、その間隙は導電性の一次伝導体を磁性コア内に挿入するために一時的に拡大することができる。１対の励磁コイルが磁性コアの狭い流路上に巻かれるとともに、その流路内に磁束を交替的に逆方向に誘導して流路を磁気飽和させるよう構成される。この計測装置はさらに正および負の誘導頂点を比較する手段を備え、それから導電性の一次伝導体を介して通流する電流の強さを判定する。英国特許出願公開第１４８１２６３号Ａ明細書にかかる計測装置による電流計測のためには、適宜な回路要素を備えた２個の励磁コイルが常に必要になる。その際の問題点は磁性コアの比較的大きな範囲が励磁コイルによって飽和され、それによって計測装置が比較的大量のエネルギーを消費することである。加えて補償コイルを備えておらず、その結果極めて大きな電流の計測が不可能であるか、または相当に大きな計測装置の寸法によってのみ可能になる。加えて、補償コイルが存在しないためコアの磁気飽和によってそのコアが残留磁気効果に対して敏感になり、それを空隙によって解消する必要がある。しかしながら、その空隙は計測精度および検出可能な計測範囲の点で悪影響を及ぼす。
【０００６】
欧州特許出願公開第１５４２０２５号Ａ１明細書により、磁性コアが３つの部分に分割されたいわゆる磁気ブリッジを有する電流の間接検出装置および方法が複数開示されている。磁気ブリッジは、電流を計測すべき導電性の一次伝導体の磁界を検出するように構成される。任意追加可能な補償コイルによって導電性の一次伝導体の磁束を補償することができる。磁気ブリッジを備えた装置が示されており、それによれば２本の外側流路がいずれも正弦波形に励磁されるコイルで巻かれている。その際各コイルの励磁は同じ振幅で逆方向に行われ、従って両方のコイルがそれらの間に配置された中央流路内に上昇する磁束を誘起する。このいわゆる“磁気平衡”はまず一次伝導体を電流が流れると同時に妨害され、その後励磁コイルの励磁の調節によって再び形成される。導電性の一次伝導体を流れる電流を間接的に検出するために、多様な装置および方法によって前記の励磁の調節が利用される。この欧州特許出願公開第１５４２０２５号Ａ１明細書によって開示された装置の問題点は、導電性の一次伝導体（設けられていれば）が測定領域を通って延在しその結果前記導電性の一次伝導体によって磁気ブリッジ内に誘起される磁束と励磁コイルによる磁束との間に不要な相互干渉が発生し得ることである。加えて、磁気平衡の再形成が困難かつ高コストになる。さらに、励磁コイルのため磁性コアの極めて大きな範囲または多くの場合磁性コアの全範囲内に前記励磁コイルにより交番磁束が常に誘起され、そのため不要な残留磁気の発生の要因となりエネルギー消費が上昇する。
【０００７】
欧州特許出願公開第０１３２７４５号Ａ２明細書には、ゼロ磁束原理に従って動作する直流電流の計測装置が開示されている。この装置は、峡部と一次伝導体と補償コイルとインジケータコイルと予磁化コイルを有する磁性コアを備え、その際前記峡部がコアの狭くなった領域を形成し、それは例えばコア断面を貫通する少なくとも１本の孔によって形成される。インジケータコイルが差動増幅器のための入力値を提供してその差動増幅器と共働し、補償コイル内に電流を流してそれがコア内に生じる磁束を殆どゼロにする。予磁化コイルには交流電流が付勢される。峡部の領域内においてコアが少なくとも２体の磁性伝導体の並列接続からなり、それによって予磁化コイルとインジケータコイルの両方が支承される。それによってコアのうちのごく小さな容積、すなわち前記予磁化コイルとインジケータコイルを支承する伝導体のみが磁性転換を必要とすればよくなることが達成される。しかしながら、特に予磁化コイルが峡部の全ての伝導体内とコア部材内に障害磁束とノイズを発生させることが問題であり、そのことがコア内におけるゼロ磁束状態の形成を妨害するとともに装置の計測精度に悪影響を及ぼす。一実施形態によれば、いずれも３本の磁性伝導体の並列接続から形成されていて互いに離間した２本の峡部をコアが備え、その際インジケータコイルと予磁化コイルがいずれも峡部の中央の伝導体上のみに装着される。その結果、外部磁界の影響を補償するように誘導コイルを接続すれば外部磁界の影響を抑制することが可能になる。しかしながら、２本の峡部を設けることは製造に際して極めて高コストになり、そのために多大なエネルギー消費をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、単純、小型、精密でさらに省エネルギー消費型でありより高められた障害防止性能と少ない残留磁気効果を有する冒頭に述べた種類の極めて大きな直流電流ならびに大きな帯域幅における交流電流用の絶縁型の電流計測装置、ならびに前記の装置を使用した絶縁型の電流計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題は、請求項１に記載の電流計測装置ならびに請求項１３に記載の電流計測方法によって解決される。
【００１０】
冒頭に述べた特徴との機能的な組み合わせにおいて本発明に係る電流計測装置は、磁性コアが少なくとも２つの間隙を有する少なくとも１つの計測領域を備え、前記の間隙が前記計測領域を少なくとも３本の隣接する磁束流路に分割し、少なくとも２本の磁束流路に少なくとも１個の励磁コイルが巻き付けられ、前記少なくとも１つの計測領域の部材の周りに計測コイルが巻かれることを特徴とする。
【００１１】
前記の装置により導電性の一次伝導体の電流の強さを判定することができるが、その際この装置は補償コイルの電流の強さを計測するように構成される。その電流の強さは導電性の一次伝導体の電流の強さに換算することができる。その際他の磁束を発生させる要素からの悪影響を可能限り小さく抑えるためには、導電性の一次伝導体が、（具備可能でもあるような）１つあるいは複数の巻線でコアの脚部が巻かれていない限り、装置に対して過度に大きな距離を置かないようにするとともに、計測領域の間隙を介して挿通されないようにすべきである。導電性の一次伝導体は直流電流を導通させることが好適であるが、この装置は導電性の一次伝導体の交流電流を計測するように構成することもできる。
【００１２】
全体的に例えば環状あるいは六面体状で例えば強磁性の材料からなるコアは、閉鎖式の断面を有することが好適である。閉鎖式の断面によって極めて高い透磁率を達成することができ、それが極めて高い感度につながる。それによってコア内に形成される磁束を極めて良好に誘導することができ、そのことが計測精度に良好な影響を与える。しかしながら、例えば装置が強力な衝撃に曝されるような適用例もあり、その場合（計測精度の損失の犠牲の上に）必然的に開放式の断面を備えることもできる。その際開放式の断面に伴う空隙は、特に計測領域の外側に設けることができる。その種の空隙によって、前述した衝撃作用に対する耐久性の上昇に加えて発生する残留磁気を削減することもできる。
【００１３】
コアはそれの少なくとも１つの計測領域内にいずれも少なくとも２つの間隙部を備え、それらはコアが環状あるいは六面体形状である場合に極めて簡便な方式で上部を相互に結合することができるが、側部の結合も可能である。計測領域はコアの大きさ全体に対して比較的小さくなり、その結果計測領域内で発生し得る不要な障害（例えば障害磁束）のコアおよび装置全体に対する影響が少なくなる。前記の間隙部は特に円形に穿設された孔あるいは四角形の断面を有する開口部として形成することができる。前記の少なくとも２つの間隙部によって各計測領域が少なくとも３つの隣接する磁束流路に分割される。その際磁束流路が計測領域あるいはコアの一部を形成してその中に磁束が存在することができるが、その際１つあるいは複数の計測領域内のコアを３本の隣接する磁束流路（２つの間隙部を備える場合）または４本の隣接する磁束流路（３つの間隙部を備える場合）、あるいはさらに多くに分割することもできる。
【００１４】
前記少なくとも１個の計測領域の外側に補償コイルが配置され、コアの部材の周り、例えばコアの一脚部の周りに巻き付けられる。前記の補償コイルを介して電流を伝導することができ、その電流がそれと比例する磁束をコア内に誘導し、その磁束は、導電性の一次伝導体によって誘導された磁束が理想的には完全、実用上においても少なくとも殆ど全て補償され得るような方式で制御される。この前提に基づけば、補償コイル内の電流が一次伝導体内の電流と比例する。実用上一般的に５００ないし２０００とすることができる補償コイルの適宜な巻数によって、前記の補償のために必要な電流を導電性の一次伝導体内を通流する電流の端数分に制限することが可能になる。この“ゼロ流”と呼ばれるコアの状態あるいは装置の動作モードによって極めて精密な計測が可能になる。
【００１５】
計測領域は少なくとも３本の磁束流路からなり、そのうち少なくとも２本の磁束流路に共通あるいは２個の別々の励磁コイルが巻かれる。この巻線で巻かれた磁束流路は直接隣接するかあるいは少なくとも１本の磁束流路を隔てて互いに離間することもできる。前記少なくとも１つの計測領域内の間隙部および磁束流路の総数が増加するに従って、多数の励磁コイルを設置することが可能になる。
【００１６】
前記少なくとも１つの励磁コイルは、２桁数のｋＨｚの値とし得る高い周波数によって巻線が巻かれた磁束流路内に周期的に磁束を誘導し、そのため同等に磁気抵抗に影響を与えるように構成される。その際磁束流路内の磁束は閉鎖式であることが好適であり、すなわち巻線が巻かれた磁束流路の比較においてそれらの磁束はいずれも同等な量を有するが異なった方向性を備える。前記の高い周波数によって極めて急速に変化する一次伝導体の電流を計測し得るという効果が達成される。励磁コイルはその励磁コイルを介して適宜な励磁電流を導通させることができさらにその電流によって励磁コイルが巻かれた１つあるいは複数の磁束流路内に磁束が誘導されるように構成される。励磁コイルは、巻線が巻かれた１本あるいは複数の磁束流路の磁気飽和を発生させるように構成することが好適である。さらに、前記少なくとも１個の励磁コイルは、そのコイルが巻かれた少なくとも１本の磁束流路内に異なった方向性を有するが同じ大きさである磁束を交替的に誘導し、その際磁束の方向変化の間に磁束流路内に全く磁束が誘導されない相を常に設けることができる。それによって残留磁気効果を削減することができる。励磁コイルは、その励磁コイルが巻かれた１つあるいは複数の磁束流路を極めて単純な方式で磁気変調するかあるいは磁気飽和させることを可能にし、その際同時に、計測精度を低下させ相殺的誤謬の原因となり得るコアの他の部分内における不要な妨害磁束の誘導を防止することができる。
【００１７】
計測領域内のコアの部材の周りには少なくとも１本の計測コイルが巻かれる。計測コイルは例えば前記少なくとも１つの計測領域の１本の磁束流路あるいは複数の磁束流路の周りに巻き付けることができる。その際既に周りに励磁コイルが巻かれている磁束流路の周りに計測コイルを巻き付けることが可能である。同様に、周りに励磁コイルが巻かれていない１つあるいは複数の磁束流路の周りに計測コイルを巻き付けることも可能である。
【００１８】
計測コイルは、その計測コイルが巻かれたコアの部材内の変動する磁束を検出するよう作用する。そのため、前記計測コイルが巻かれたコアの部材内の磁束の変化に比例する交流電流あるいは交流電圧を計測コイル内に誘導することが可能である。前記の磁束の変化は導電性の一次伝導体の誘導磁束と補償コイルの誘導磁界の間の差（磁束相異）に依存し、補償コイルの電流の制御に使用することができる。計測コイルが巻かれた磁束流路内の磁束の変化は、前記少なくとも１本の励磁コイルの励磁に起因し、これも同様に磁束の値に影響を与える。本発明に係る計測コイルによって導電性の一次伝導体の電流を極めて正確に判定することができる。
【００１９】
計測コイルの巻数は任意に選択することができるが、巻数の増加に従って計測精度を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る電流計測装置の第１の実施形態によれば、計測領域を３本の隣接する磁束流路に分割する２つの間隙部を有する１つの計測領域と、異なった方向性をもって２本の磁束流路の周りに巻かれた励磁コイルと、他の磁束流路の周りに巻かれた計測コイルを装置が備える。
【００２１】
２つの間隙部がコアの計測領域を３本の隣接する磁束流路に分割し、その際１本の磁束流路が間隙部の間に延在し、他の２本の磁束流路がいずれも間隙部のうちの１つとコアの内側あるいは外側縁部によって仕切られることが好適である。磁束流路のうちの２本の周りに励磁コイルが異なった方向性をもって巻かれ、従ってその励磁コイルによって極めて簡便な方式でかつ極めて効果的にその励磁コイルが巻き付けられた磁束流路内に閉鎖式の磁束を誘導することができる。その際、２本の隣接する磁束流路の周りに励磁コイルを巻くことも可能である。しかしながら、直接的に隣接しておらず間に別の磁束流路が存在する２本の磁束流路の周りに励磁コイルを巻くことも考えられる。励磁コイルはコイルが巻かれている２本の磁束流路のうちの一方に沿ってある巻方向に延在し、他方の磁束流路に沿っては逆方向に延在する。その際励磁コイル自体が交差する磁束流路間の一点に関し大部分において対称に巻線が延在することが好適である。その際励磁コイルを磁束流路の周りに１回あるいは複数回巻くことができ、また磁束流路のうちの一方が他方に比べてより多い回数で巻かれていることも可能である。
【００２２】
励磁コイルは、磁束流路のペアの磁気抵抗を周期的に変化させるか、またはそれらの磁束流路を磁気飽和させることができる。その際、前述した２本の磁束流路の周りの励磁コイルの軌道が、励磁コイルの励磁された状態において線が巻かれた一方の磁束流路の磁束の方向が他方の線が巻かれた磁束流路の磁束に対して逆方向であるが同じ大きさで延在するようにするために有効である。励磁コイルは、一次伝導体と補償コイルによって誘導された各磁束の差に相当する磁束を残りの磁束流路内の計測領域内において（励磁された状態中に）増加させまた（励磁されていない状態中に）削減するように構成される。この磁束の増加あるいは削減は交流電流あるいは交流電圧として計測コイル内に誘導することができ、それによって前述のような方式で補償コイルの補償電流を制御することができる。
【００２３】
本発明に係る電流計測装置の第１の実施形態は特に、コアの計測領域の２本の磁束流路内の単一の励磁コイルによって殆ど閉鎖式の磁束を生成し得るようにし、その磁束が前記両方の磁束流路内において逆の方向を指向するが同じ値を有することを特徴とする。理想的なケースではそれによって磁束が外側に向かって均衡し、励磁コイルによって磁性コアの他の領域に全く障害磁束が誘導されない。その種の励磁コイルは励磁コイルを励磁するために唯１つの電流源しか必要とせず、２個の励磁コイル内の電流を調整するための労力を省略し得るという利点を有する。励磁コイルで巻かれた各磁束流路が同じ大きさを有することが好適であり、それにより極めて簡便な方式で励磁コイルを対称に構成し、励磁コイルで巻かれた磁束流路内に殆ど閉鎖式の磁束を達成することができる。
【００２４】
本発明に係る装置の第２の実施形態によれば、いずれも計測領域を３本の隣接する磁束流路に分割する２つの間隙部を有する２個の計測領域と、いずれも計測領域の２本の磁束流路の周りに巻かれていて異なった方向性を有する２個の励磁コイルと、計測領域のうちの一方の残りの磁束流路の周りに巻かれた計測コイルおよび／または他方の計測領域の残りの磁束流路の周りに巻かれた計測コイルを装置が備える。
【００２５】
この２番目の実施形態は連続する２個の計測領域を備え、それらを個別に見れば前述した特徴と利点を有する第１の追加構成の計測領域に相当している。装置の機能性のためには１個の計測コイルで既に充分であるが、２個の計測コイルを有する実施形態においてはそれらを直列に配置して１個の出力信号を発信することができ、前記の信号が１個の計測コイルを有する実施形態に比べて最大で２倍の周波数を有する。このことは、変動する一次電流を判定するための装置の反応時間に対して良好な効果をもたらす。この第２の実施形態は、励磁コイルを交替的に励磁する必要がある場合に極めて有効である。その場合それらの励磁コイルの励磁は、１個の励磁コイルを介して電流が伝導される場合に他方の励磁コイルには電流が伝導されないような方式で相互に設定することができる。それによって励磁された状態における励磁コイルの障害磁束に起因するノイズを、極めて簡便な方式で装置の他の部分において抑止することができる。
【００２６】
本発明の第３の実施形態によれば、計測領域を隣接する磁束流路の第１の対と隣接する磁束流路の第２の対とに分割する３つの間隙部を有する計測領域と、異なった方向性をもってそれぞれ１対の隣接する磁束流路周りに巻かれた２個の励磁コイルを電流計測装置が備える。
【００２７】
この第３の実施形態は、１つの計測領域の流路全体が２個の励磁コイルで巻かれることを特徴とする。この構成は、励磁コイルを交替的に励磁する場合に特に好適である。前述した連続する計測領域の場合と同様に励磁コイルの励磁は、１個の励磁コイルを介して電流が伝導される場合に他方の励磁コイルには電流が伝導されないような方式で相互に設定することができる。それによってまた、励磁された状態における励磁コイルの障害磁束に起因するノイズを、極めて簡便な方式で装置の他の部分において抑止することができる。
【００２８】
前記の第３の実施形態の１番目の追加構成によれば、計測コイルが第１の対の隣接する磁束流路の周りに巻かれるか、および／または計測コイルが第２の対の隣接する磁束流路の周りに巻かれる。２個の計測コイルを有する実施形態の場合いずれも１個の励磁コイルと１個の計測コイルが２本の磁束流路に分割される。それによって装置は、第１および第２の励磁コイルを交替的に励磁する際に各対の隣接する磁束流路の磁気抵抗を、その磁気抵抗を励磁に際して削減しまた逆に際して励磁されていない状態に再び高めることによって交替的に磁気的に変調することが可能になり、またそれによってもたらされる両方の対の（２個の計測コイルの場合）あるいは一対の（１個の計測コイルの場合）隣接する磁束流路内の磁束の変化を検出することが可能になる。装置の機能性のためには１個の計測コイルで既に充分である。前述の方式のように２個の計測コイルを備える場合、前述の１個の計測コイルのみを備える実施形態と比べて最大２倍の周波数を有する出力信号を出力することができる。このことがまた、変動する一次電流を判定するための装置の反応時間に対して良好な効果をもたらす。さらにこの追加構成によって、４本の磁束流路と２個の励磁コイルと１個あるいは２個の計測コイルを有する計測領域を極めて省スペースな方式でコア上に配置することが可能になる。
【００２９】
前記の第３の実施形態の第２の追加構成は、３つの間隙部のうちの中央のものが磁束流路と比べてより大きな延伸を有し、それによって第１の対の隣接する磁束流路の第１の共通の延長部と第２の対の隣接する磁束流路の第２の共通の延長部を定義し、前記第１の共通の延長部周りに１個の計測コイルが巻かれ、および／または前記第２の共通の延長部周りに１個の計測コイルが巻かれることを特徴とする。
【００３０】
２対の磁束流路はいずれもいわゆる共通延長部である１本の共通の磁束流路内に共に延在する。各共通の延長部は中央の間隙部によって互いに分離される。１個のあるいは各計測コイルが１本の共通の延長部周りあるいはそれぞれ１本の共通の延長部周りに巻かれることによって１個のあるいは各励磁コイルを極めて良好に前記１個のあるいは各計測コイルから離間させることができ、それによって励磁コイルが前記１個のあるいは各計測コイルに不要な影響を与える危険性を防止することができる。励磁コイルの交替的な励磁の観点から１個の計測コイルあるいは２個の計測コイルを備える場合に前記第３の実施形態の第２の追加構成が前記第３の実施形態の第１の追加構成と同様な機能性と利点を有する。
【００３１】
本発明に係る電流計測装置の別の実施形態によれば、少なくとも１個の励磁コイルが変調器ユニットと結合される。この励磁コイルと結合された変調器ユニットは、前述した少なくとも１個の励磁コイルが巻かれた磁束流路内の磁束を誘導するための電流源として機能するが、その際好適には磁束流路の磁気飽和につながるような充分高い数値を該当する電流が取り得るようにすべきである。変調器ユニットとしては例えばデジタル周波数発生器を設けることができる。
【００３２】
最も単純な場合において変調器ユニットは、周期的に点入および遮断可能な電流を出力するように構成することができる。その種の出力信号によって、変調器ユニットが励磁コイルを介して周期的に電流を誘導しその電流が同じ周波数で磁束流路内に磁束を誘導するような方式で励磁コイルを動作させることができる。それによって磁束流路内の磁気抵抗を周期的に昇降させることができ、その際電流を充分高くすれば磁束流路を周期的に磁気飽和させることができる。
【００３３】
同様に、交替的に正および負になるが同じ振幅を有している矩形あるいは梯形波の電流を出力することができる変調器ユニットの使用も可能である。正から負の電流へおよびその逆への交替の間に、好適には毎回同じ持続時間を有していて、その間は変調器ユニットが全く電流信号を出力せずまたその間励磁コイルを介して電流が通流しない相が常に存在する。この変調器ユニットは、励磁コイルを介して適宜な矩形あるいは梯形波電流を伝導し、それがその電流の極性転換のタイミングに合わせてその電流に比例していて方向性は交替するが同じ振幅を有する磁束を磁束流路内に誘導するように構成される。この交替的な磁束は磁束流路内の残留磁気効果と装置のその他の部分のノイズを削減するために極めて好適である。上記の機能性および利点は、例えば三角波あるいは正弦波電流等の他の形状の電流を出力する変調器ユニットを使用しても達成可能である。
【００３４】
変調器ユニットは例えば前述した電流信号を出力するための電流源とその電流源と結合されていてその電流源を制御するための変調器を備えることができる。変調器は例えば変調器ユニット内に内蔵するかあるいは外部変調器として電流源と結合することができる。変調器は特に、変調器ユニットがどのような出力信号を出力するかを制御するように構成することが好適である。それによって極めて柔軟方式で、前記電流源および装置の他の要素の全てを、電流を計測するために前記変調器によって共通で制御するかあるいは同期させることが可能になる。
【００３５】
さらに、前記少なくとも１個の計測コイルに復調器を結合し前記変調器ユニットと同期可能にすることも好適である。前記の復調器は、補償コイル内に補償電流を生成するための機能を提供する。前記の復調器によって計測コイル内に誘導された交流電流を受信し、変更し、出力することができる。従って前記復調器は例えばアナログ式の反転回路の形式で設けることができ、その反転回路は交流電流の個々の相を反転させ従って前記復調器がいわば整流器として作用するように構成される。前記復調器は変調器ユニットと同期させることができ、従って変調器ユニットの時間制御を復調器上の対応する機能に伝達可能である。従って、少なくとも１個の励磁コイルが巻かれた磁束流路を介した磁束の誘導を復調器の動作に適合させることができる。そのため、変調器と復調器を極めて実用的な方式で相互に結合することができる。しかしながら、復調器と変調器ユニットの間の結合を必要とすることなく、別の方式で同期を実施することもできる。
【００３６】
さらに、復調器に積分器を結合することが好適である。前記積分器は復調器から出力された信号を受信し、それを積分して変換し、さらに出力するように構成される。積分器は例えば並列のキャパシタ（平滑用）を備えた整流器の形式で設けることができる。この場合積分器は、復調器から受信した交流信号を直流信号に変換するように構成することができる。さらに復調器はローパスフィルタとして作用することができる。前記積分器によって補償コイルの補償電流の極めて精密な調節を達成することができる。
【００３７】
加えて、第１の演算増幅器を補償コイルと出力に結合することが好適である。前記の第１の演算増幅器を介して補償コイルの補償電流を通流させ、その補償電流に比例する出力電圧に変換することができる。そのためフィードバックループ内に変換比を決定するための抵抗を設けることが好適である。前記の第１の演算増幅器によって、（計測された）一次伝導体の高周波信号を補正することができる。他方、出力を直接的に補償コイルと結合することもでき、それによって極めて簡便な方式で補償電流を出力上で取り出すことができる。
【００３８】
さらに、積分器を補償コイルと結合することも好適である。それによって積分器の直流電流を極めて簡便な方式で補償コイルに伝送することができる。従ってその直流電流が補償電流に相当し、それによってコア内におけるゼロ流状態を達成することができる。それによってコア内における残留磁気効果を削減することが促進される。
【００３９】
さらに、前記積分器を補償コイルならびに前記第１の演算増幅器と結合された第２の演算増幅器と結合することが好適である。この第２の演算増幅器によって（補償コイルによって発生する）電圧降下を補償することができる。加えて、極めて薄い巻線を多数使用することが可能になり、それによって装置を小型に設計することができる。さらに、より高い抵抗を有する巻線を使用することができ、それは前記第２の演算増幅器により適宜に増幅された電圧によって補償することができる。第１および第２の演算増幅器を組み合わせることによって、例えば０．１ＨｚないしメガＨｚの範囲の極めて高い周波数領域での装置の動作を達成することができる。上述した手段とは異なるものによって積分器に信号を供給すれば、それら自体近いものではない第１および第２の演算増幅器と積分器の結合の使用も（同等な利点をもって）考えられる。
【００４０】
別の好適な実施形態によれば、計測コイルがＡ／Ｄコンバータを含む。このＡ／Ｄコンバータは、例えば計測コイルの一端上に接続して復調器と結合することができる。前記Ａ／Ｄコンバータは計測コイルによって検出された磁束の変化をデジタル信号に変換して計測コイルに結合された復調器ならびにそれを通じてさらに積分器および演算増幅器に提供するように構成される。その結果補償電流をデジタル制御技術によって調節するとともに、アナログ構造によって誘発され得る温度ドリフトを回避することが可能になる。この点に関してさらに、復調器を完全にデジタル式に実施することが好適である。同様に、積分器に代えてフィードバックコントローラ、例えばＰＩコントローラあるいはＰＩＤコントローラを使用することも好適である。
【００４１】
さらに、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器を合わせてデジタル式およびアナログ式に実施することも好適である。例えば完全ブリッジ形式のデジタル出力段を設け、それによって補償コイルの両方の端子をアナログ式のフィードバック演算増幅器で駆動する。フィードバックによって、補償コイル内の電圧あるいは電流強度をデジタル出力の制御のために演算増幅器のデジタル部にフィードバックすることができる。
【００４２】
前述した電流計測装置を使用した電流判定方法は以下の工程を含んでなる：
・  一次伝導体を介して一次電流を伝導しそれによってコア内に磁束を誘導し；
・  補償コイルを介して補償電流を伝導しそれによってコア内に磁束を誘導しさらにそれによって前記一次伝導体によって誘導された磁束に対向作用するようにし；
・  少なくとも１個の励磁コイルを周期的に励磁しそれによって、励磁されている際に、前記少なくとも１個の励磁コイルが巻かれた少なくとも２本の磁束流路内に磁束を誘導し、さらにそれによって前記磁束流路を磁気変調し；
・  少なくとも１個の計測コイルを使用して、補償コイルによって誘導された磁束を制御するため復調信号を導出するための励磁コイルの多様な励磁状態の間で磁束の変化を検出し；
・  補償電流を１つの値に設定して計測コイルによって検出される磁束の変化が最小になるようにし；
・  補償電流を計測し；
・  前記補償電流から一次電流を算出する。
【００４３】
一次伝導体を介していわゆる一次電流である電流を通流させることができる。この一次電流を、前記の電流計測装置を使用した電流判定方法によって判定する。ここで計測および判定の概念の使い分けは、前記一次電流が本方法の枠内において直接的には計測されず補償電流から算出するためになされる。
【００４４】
前記の一次電流がコア内にその一次電流に比例する磁束を誘導し、それに対して補償コイルによって前記コア内に誘導される補償磁束が対向作用する。そのため適宜な補償電流が前記補償コイルを介して伝導される。一次電流と補償電流の間の差が残余電流を生じさせ、それがコア内の残余磁束に相当する。一次電流が補償電流によって相殺されるゼロ磁束状態に装置がある場合、電流を通流させる一次伝導体のエネルギーは消費されない。
【００４５】
前記少なくとも１個の励磁コイルは周期的に励磁される。励磁コイルはそれを通じて励磁電流を通流させることによって励磁される。励磁電流として単極励磁電流に加えて、時間的に対称に推移し、０である中央値を有し、かつ正負の転換の間に好適には常に同じ長さであってその間に励磁信号が生成されない相を有する、双極励磁電流も考えられる。好適な双極性の励磁の例は、矩形状、梯形状、三角形状、あるいは正弦波状の軌道を有する励磁電流である。
【００４６】
前記の周期的な励磁は、前述したように変調器ユニットによって例えば以下の方式で単極性に励磁して行うことができる：励磁が２つの相からなり、その際１つの相内において励磁コイルを介して直流信号が伝導され、第２の相内において励磁コイルを介して電流が伝導されない。その際に全ての相が同じ持続時間を有する。直流信号は全ての励磁される相において同じ方向性と振幅を有する。励磁コイルが巻かれた磁束流路内に前記直流信号によってその直流信号に比例する磁束が誘起され、それが磁束流路の磁気抵抗を変調する。そのため、磁束が高まるに従って磁束流路の磁気伝導性を低下させることができ、その結果適宜に大きな電流を伝導することによって磁束流路の磁気飽和をもたらすことができる。適宜に調節された磁束流路内の磁束の軌道によって、全ての励磁される相において同じ振幅を有するが逆向きの方向性を有しまた正負の転換の間に好適には励磁が行われない同じ長さの相を有する電流信号によって励磁コイルを周期的に励磁することも可能になる（双極励磁）。
【００４７】
励磁コイルが励磁されていない場合、残余磁束は少なくとも１つの計測領域の全ての磁束流路に分配される。励磁コイルが励磁された状態にある場合に、磁束流路内の磁束が増加し、その際磁気変調された磁束流路の磁気伝導性が低下しているためこの時点において前記磁束流路内の磁束は励磁コイルによって磁気変調されない。励磁されていない状態に回帰する際に残余磁束が再び全ての磁束流路内に分配され、それ以前は磁気変調されていなかった磁束流路内の磁束がさらに低下する。
【００４８】
実用上のコアが前述した理論上の構造と相違する場合（交流電圧あるいは交流電流の形式の）障害信号が発生する可能性があり、その障害信号は励磁電流に比例するものであるとともに計測コイル内に誘導される電流に重ね合わせられる。
【００４９】
前記の磁束の変化は計測領域の各部内で少なくとも１個の計測コイルを使用して検出される。ここで検出という概念から、交流電圧あるいは交流電流の形式の計測信号が計測コイル内に誘導されることが理解される。前記の計測信号は、計測コイルが巻かれた計測領域の部分内における異なった励磁状態の間での磁束の変化に比例する。前記交流電圧あるいは交流電流の周波数は励磁コイルの励磁の周波数に相当する。復調された信号を前記計測信号から導出し、それによって補償コイルを通流する補償電流を制御することができ、それによって一次磁束に対して対向作用する補償磁束をコア内に誘導する。前記補償電流は、前記少なくとも１個の計測コイルによって検出される磁束の変化がゼロに向かうような方式で制御される。
【００５０】
前記の補償コイルの制御は、その補償電流が計測コイル内に誘導される計測信号によってフィードバックを受信し、そのフィードバックに基づいて補償電流を後調整することによって達成される。計測コイルが巻かれた計測領域の部分内の磁束（目標値）が変動しないことを達成すべきである。このことが成立する場合、コア内でゼロ磁束状態が達成される。磁束の変化の実際値は計測信号を通じて提供される（実際値）。
【００５１】
その後、補償電流あるいはそれに比例する電圧を、例えば電流あるいは電圧測定装置または演算ユニット等の適宜な手段によって測定し、さらに一次電流を判定することができる。
【００５２】
本発明に係る方法の枠内において、それぞれ２本の磁束流路に巻かれた２個の励磁コイルを逆方向に駆動することが極めて好適である。この方法は、励磁コイルが単極あるいは双極性に駆動される場合に有用である。励磁コイルの励磁は、１つの励磁コイルを介して電流が伝導される場合に他方の励磁コイルを介しては電流が伝導されないような方式で相互に設定することができる。それによって励磁された状態における励磁コイルの障害磁束に起因するノイズを、極めて簡便な方式で装置の他の部分において抑止することができる。
【００５３】
さらに、復調器を使用して計測コイルの端子を交替的に積分器の入力と結合することが好適である。この方式により計測コイル内に誘導される計測信号の相を極めて簡便に転換することができ、従って復調器が一種の整流器として作用する。本方法の別の好適な追加形態によれば、復調器を変調器ユニットと同期させる。その場合復調器と変調器ユニットは同周波数で駆動可能になる。その際復調器は、計測コイルの計測信号を変調する変調器ユニットによって制御されるマルチプライヤの機能を達成する。
【００５４】
加えて、積分器を使用して復調器の出力信号を補償電流に変換することが好適である。前記の積分器は復調器から出力された信号を受信して直流電流に変換し、それが補償電流として補償コイルに伝導される。この方式によって形成された補償電流は極めて高い精度を特徴とする。
【００５５】
加えて、積分器ならびに第１の演算増幅器のフィードバック信号を受信する第２の演算増幅器を使用して復調器の出力信号が補償電流に変換されることが好適である。それにより補償コイルの抵抗によって生じる電圧降下が相殺され、また数Ｈｚあるいはそれ未満への帯域幅の低減によって計測制度をさらに高めることができる。
【００５６】
本発明に係る方法の別の好適な実施形態は、少なくとも１個の励磁コイルのインダクタンスの測定と、測定されたインダクタンスが所定の領域内に存在するか否かを示す信号の生成を特徴とする。そのインダクタンスのため、例えば励磁コイルを介して流れる電流が交替あるいは変動した場合に励磁コイル内の電圧成分を検出することができ、その際インダクタンスの値はコアの透磁率に相関する。前記透磁率はコア内の磁束に反して変化し、従って不正確でありかつそのために許容可能な範囲の外にある一次電流の捕捉につながるコアの磁気飽和を検出することが可能になる。前記電圧成分は例えばコンパレータによって検出することができ、このコンパレータは基準電圧（すなわち変調器ユニットによって励磁コイルにかけられる電圧）と励磁コイルによって残余磁束（すなわち一次電流によって生成されるもの）のためにその残余磁束に相関してコア内に誘導される電圧との間の差を検出する。前記電圧成分はインジケータ電流による一次電流の補償のためのインジケータとして使用することができる。その際前記所定の領域が判定される電圧成分のための許容可能な値を含むことができる。信号は例えば他の機器によって読み取り可能な出力信号あるいは視覚表示とすることができ、これは極めて単純なケースにおいて２つの異なった状態を表示することができ、すなわち測定されたインダクタンス値が所定の領域内にあるか否かを表示することができる。
【００５７】
さらに、本発明は、磁性コアが少なくとも２つの間隙を有する計測領域を備え、前記の間隙が前記計測領域を少なくとも３本の隣接する磁束流路に分割し、変調器ユニットに結合された少なくとも１個の励磁コイルを備えてなる、磁性コアの磁気回路に関する。前記計測領域において２本の個別励磁コイルがそれぞれ一本の個別磁束流路に巻かれるか、１本の励磁コイルが計測領域内で２本の磁束流路に巻かれる。前記少なくとも１個の励磁コイルは変調器ユニットによって周期的に励磁可能であり、それにより励磁されている限りにおいて前記少なくとも１個の励磁コイルが巻かれた２本の磁束流路内に磁束を誘導する。
【００５８】
変調器ユニットと結合された励磁コイルは、前記１本あるいは複数の磁束流路を磁束に開放あるいは閉鎖することができる磁気回路を形成する。励磁コイルが変調器ユニットによって励磁されると、その励磁コイルが前記１本あるいは複数の磁束流路内に磁束を誘導し、その磁束が磁束流路の磁気飽和をもたらし、従って前記磁気回路が開放しているとみなされる。励磁コイルが励磁されないと、その励磁コイルは前記１本あるいは複数の磁束流路内に磁束を誘導せず、磁束流路が磁気飽和せず磁気回路が閉鎖しているとみなされる。磁気回路の極めて好適な実施形態によれば、１本の励磁コイルが２本の磁束流路の周りに異なった方向性をもって巻かれる。本発明に係る磁気回路のその他の利点ならびに好適な追加構成については本発明に係る装置に関して上述した特性が有効であり、従ってその繰り返しは省略する。
【００５９】
次に、本発明の実施例につき添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】１つの計測領域内に配置された２個の間隙部とそれぞれ１本の磁束流路に巻かれた２本の励磁コイルと第３の磁束流路に巻かれた計測コイルを備えた本発明に係る電流計測装置を概略的に示した立体図である。
【図２】２本の磁束流路の周りに異なった方向性をもって巻かれた励磁コイルと第３の磁束流路に巻かれた計測コイルを備えた本発明に係る電流計測装置の第１の実施形態を概略的に示した立体図である。
【図３】２個の連続する計測領域を備えた本発明に係る電流計測装置の第２の実施形態を概略的に示した立体図である。
【図４】１つの計測領域内に配置された３個の間隙部と各磁束流路の共通の延長部に巻かれた計測コイルを備えた本発明に係る電流計測装置の第３の実施形態を概略的に示した立体図である。
【図５】本発明に係る電流計測装置の別の実施形態を概略的に示した回路図である。
【図６】図５と同様な実施形態であるが第２の演算増幅器を備えていない実施形態を概略的に示した回路図である。
【図７】図６と同様な実施形態であって補償電流を直接的に出力するための実施形態を概略的に示した回路図である。
【図８】Ａ／Ｄコンバータと代替的に構成された演算増幅器を備えた本発明に係る電流計測装置の別の実施形態を概略的に示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１に示された本発明に係る電流計測装置１は閉鎖型で全体として六面体形状であり１つの間隙部３を有する磁性コア２を備え、前記間隙部を介して一次伝導体Ｌ１が延在する。計測領域４内に２個の間隙部５が配置され、それが計測領域４を３本の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２に分割する。計測領域４の広がりを強調するために、図１においては点線によってコアのその他の部分と区別されている。補償コイルＬＣが計測領域４の外側でコア２の脚部６の周りに巻かれている。２個の励磁コイルＬＳが２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに巻かれ、１個の計測コイルＬＭが残りの磁束流路Ｒ２に巻かれている。
【００６２】
図２に示された本発明に係る電流計測装置１の第１の実施形態は閉鎖型でかつ全体的に環状の磁性コア２を備え、それを介して一次伝導体Ｌ１が延在する。計測領域４内に２個の間隙部５が配置され、それらが計測領域４を３本の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２に分割する。補償コイルＬＣが計測領域４の外側でコア２の周りに巻かれている。唯１個の励磁コイルＬＳが２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに異なった方向性をもって巻かれ、１個の計測コイルが残りの磁束流路Ｒ２に巻かれている。
【００６３】
図３に示された本発明に係る電流計測装置の第２の実施形態は、閉鎖型で全体として環状の磁性コア２を備え、それを介して一次伝導体Ｌ１が延在する。同形状の２個の計測領域４内にそれぞれ２個の間隙部５が配置され、それらが計測領域４をいずれも３本の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２に分割する。それぞれ異なった方向性で対向して励磁するために２本の励磁コイルＬＳがいずれも２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの周りに巻かれ、また２本の計測コイルＬＭがいずれも計測領域４の他の磁束流路Ｒ２の周りに巻かれる。
【００６４】
図４に示された本発明に係る電流計測装置１の第３の実施形態は、閉鎖型で全体として環状の磁性コア２を備え、それを介して一次伝導体Ｌ１が延在する。計測領域４内に３個の間隙部５が配置され、それらが前記計測領域４を第１の対の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂと第２の対の隣接する磁束流路Ｒ２ａ，Ｒ２ｂに分割する。いずれも１本の励磁コイルＬＳが対向方向に励磁するためにそれぞれ異なった方向性をもって前記第１の対の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂと第２の対の隣接する磁束流路Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの周りに巻かれる。前記３個の間隙部５のうちの中央のものが磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂに比べてより大きな延伸を有しそれによって前記第１の対の隣接する磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの共通の延長部Ｒ１と第２の対の隣接する磁束流路Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの共通の延長部Ｒ４を定義する。いずれも計測コイルＬＭが前記第１の共通の延長部Ｒ１と第２の共通の延長部Ｒ４の周りに巻かれる。
【００６５】
図５に示された本発明に係る電流計測装置１の別の実施形態の回路図には、一次電流Ｉ１を伝導することができるとともにコイルＮ１を備えている一次伝導体Ｌ１の形式の一次コイルが示されている。前記一次伝導体Ｌ１は、一次電流Ｉ１を伝導している際にその一次電流に比例する一次磁束φ１を閉鎖型の磁性コア２内に誘導する。コア２の周りには複数のコイルＮＣを備えていて総抵抗ＲＣを有する補償コイルＬＣが巻かれる。前記補償コイルＬＣを介して補償電流ＩＣが通流し、それが前記一次磁束φ１に対向して作用する補償磁束φＣをコア内に誘導する。前記一次磁束φ１と補償磁束φＣの間の差が補償磁束Δφであり、一次電流Ｉ１と補償電流ＩＣの間の差は残余電流ΔＩである。
【００６６】
コア２は１つの計測領域４内において３本の磁束流路Ｒ１，Ｒ２に分岐し、その際磁束流路Ｒ１が図示されていない２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂから形成される。（図２に示されたものと同様に）励磁コイルが２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの周りに異なった方向性をもって巻かれ、変調器ユニットＭと結合されている。前記の変調器ユニットＭは、前記励磁コイルを周期的励磁し、その際その励磁コイルが励磁されている状態において磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ内に磁束を誘導し、それによって磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂを磁気飽和させるように構成される。励磁コイルは、磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂを磁束に対して開閉することができる磁気スイッチＳとされる。励磁コイルが励磁され従って磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ内に磁束を誘導してその磁束が磁束流路の磁気飽和をもたらすと、磁気スイッチＳの開放に該当する。励磁コイルが励磁されないと磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ内に磁束を誘導せず、それらの磁束流路は磁気飽和せず従って磁気スイッチＳの閉鎖に該当する。
【００６７】
複数の巻線ＮＭを有する計測コイルＬＭが磁束流路Ｒ２の周りに巻かれる。磁気スイッチの周期的な開閉（励磁コイルの周期的な励磁と同義）によって前記計測コイルＬＭ内に交流電圧あるいは交流電流の形式の計測信号が誘導される。補償コイルＬＣ内に未だ補償電流ＩＣが伝導されていない際は、残余磁束Δφが一次磁束φ１に相当する。従って計測信号が一次電流Ｉ１に比例する。補償コイルＬＣを介して補償電流ＩＣが伝導されると、計測信号は残余電流ΔＩに比例する。
【００６８】
図５には、アナログ式の反転回路の形式の極めて単純な復調器の構成が示されている。計測コイルＬＭの計測信号は復調器Ｄの２つの入力Ｄ１，Ｄ２に供給され、その復調器はさらに２つの出力Ｄ３，Ｄ４を備える。復調器は計測信号を復調された信号に変換する。復調器は２つのスイッチ状態の間で交互に切換可能である。第１のスイッチ状態において入力Ｄ１が出力Ｄ４とまた入力Ｄ２は出力Ｄ３と結合され、その出力Ｄ３の信号が基準信号（グラウンド）に供給される。第２のスイッチ状態においては、入力Ｄ１が出力Ｄ３とまた入力Ｄ２は出力Ｄ４と結合される。復調器Ｄがスイッチ状態を切り換える周波数は、変調器ユニットＭの励磁周波数と同期する。復調器Ｄを接続することによって、殆どの場合同じ符号を持つ復調された信号が復調器Ｄから出力されるような方式で計測信号の相が転換される。
【００６９】
出力Ｄ４は積分器Ｉの入力と結合され、それのフィードバックループ内にキャパシタＣが配置される。前記積分器Ｉはローパスフィルタとして機能する。積分器Ｉの出力は直流電流Ｉ２であり、それが第１の演算増幅器Ｇと第２の演算増幅器Ｋによって補償電流ＩＣに変換される。前記第１の演算増幅器Ｇはそれのフィードバックループ内に抵抗ＲＦを備え、そしてこの第１の演算増幅器Ｇは補償コイルＬＣの一端部に結合されるとともに増幅係数Ｇを有する。前記第２の演算増幅器Ｋは増幅係数Ｋを有するとともに前記補償コイルＬＣの他方の端部と前記積分器Ｉの出力に結合される。前記直流電流Ｉ２に前記第１の演算増幅器Ｇの出力信号が重ね合わされ、その後演算増幅器Ｋによってその増幅器Ｋをもって増幅される。
【００７０】
さらに、装置１は出力Ａを備え、それの端子上に出力電圧ＵＡが存在し、その出力電圧が電流を伝導する一次伝導体Ｌ１の一次電流Ｉ１に比例する。前記出力電圧ＵＡはＵＡ＝Ｉ１＊ＲＦ＊Ｎ１／ＮＣの値を有する。適宜な手段（図示されていない）を接続することによって出力電圧ＵＡを使用して一次電流Ｉ１を測定、算定、および表示することができる。
【００７１】
図６に示された電流計測装置１の別の実施形態の回路図は、第２の演算増幅器Ｋを備えていない点において図５に示された実施形態と異なる。さらに、（図１と同様に）２本の磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの周りに２個の個別励磁コイルが巻かれ、変調器ユニットと結合される。それらの２個の励磁コイルが共同で磁気スイッチＳを形成し、それが図５の実施形態と同様に磁束流路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに対して磁束を開閉することができる。積分器Ｉは直接補償コイルＬＣに結合される。装置１の機能的な違いは、図６に示された実施形態において積分器Ｉの出力である直流電流Ｉ２が補償電流ＩＣとして直接補償コイルに供給される点にある。
【００７２】
図７に示された電流計測装置１の別の実施形態の回路図は、第１の演算増幅器Ｇを備えていない点において図６の実施形態と異なっており、その結果補償電流ＩＣ＝Ｉ１＊Ｎ１／ＮＣが直接出力Ａ上に存在する。
【００７３】
図８には、図５ないし図７と類似であるがさらに別の電流計測装置１の実施形態が示されている。計測コイルＬＭによって捕捉された磁性コア２の計測領域４内の磁束の変化は、計測コイルＬＭの一端部に結合されたＡ／Ｄ変換器６に供給される。磁束の変化の電圧成分が前記Ａ／Ｄ変換器６によってデジタル信号に変化される。Ａ／Ｄ変換器６は、例えば図示されていない任意選択のバッファあるいは増幅器を介して計測コイルＬＭの一端部に結合することができる。Ａ／Ｄ変換器６は出力側でデジタル復調器Ｄに結合され変換されたデジタル信号を提供する。
【００７４】
デジタル復調器Ｄのデジタル出力信号は積分器Ｉに提供され、この積分器はＩコントローラ、ＰＩコントローラ、ＰＩＤコントローラ、あるいはその他の適宜なコントローラによって構成することができる。積分器Ｉの出力信号は直流電流Ｉ２を表現するデジタル信号であり、それが機能ユニット７に提供される。図示された実施例において機能ユニット７は信号に関してデジタルとアナログを混在させて実施される。前記機能ユニット７は図５に示された演算増幅器ＧおよびＫと図示されていないＤ／Ａ変換器を含み、前記Ｄ／Ａ変換器は積分器Ｉの出力信号をアナログ数値に変換して変換された信号を第１の演算増幅器Ｇと第２の演算増幅器Ｋに供給することができる。図５と同様に、演算増幅器が補償コイルＬＣに対して補償電流ＩＣを伝送する。補償電流ＩＣは適宜な手段によって機能ユニット７内でデジタル信号に変換され、それが出力信号として出力Ａ上で提供される。それに代えて、Ａ／Ｄ変換器６の先の全ての構成要素を、すなわち機能ユニット７内の復調器Ｄと積分器Ｉと演算増幅器ＧおよびＫを完全にデジタルで実施することもできる。
【図１】
0006305419.tif 000002
【図２】
0006305419.tif 000003
【図３】
0006305419.tif 000004
【図４】
0006305419.tif 000005
【図５】
0006305419.tif 000006
【図６】
0006305419.tif 000007
【図７】
0006305419.tif 000008
【図８】
0006305419.tif 000009