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公開番号2024171981
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023089373
出願日2023-05-31
発明の名称電流センサおよび測定装置
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類G01R 15/18 20060101AFI20241205BHJP(測定;試験)
要約【課題】出力電流のS/N比を向上させる。
【解決手段】磁気コアMC1に配設されたフラックスゲートFG1と、巻数N1を有すると共に磁気コアMC1に巻回された巻線W1と、磁気コアMC1内に発生する磁束を打ち消す電流I1をフラックスゲートFG1から出力される電圧V1に基づいて生成して巻線W1の一端T11に供給する増幅器A1とを備え、磁気コアMC2に配設されたフラックスゲートFG2と、巻数N2を有すると共に磁気コアMC2に巻回されて巻線W1の他端T12から出力された電流I1が供給される巻線W2と、巻数N2よりも少ない巻数N3を有すると共に磁気コアMC2に巻回された巻線W3と、電流I1が巻線W2に供給されることによって磁気コアMC2内に発生する磁束を打ち消す電流I2をフラックスゲートFG2から出力される電圧V2に基づいて生成して巻線W3の一端T31に供給する増幅器A2とを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
検出導体が挿通される第１磁気コアと、
前記第１磁気コアに配設された第１磁電変換部と、
第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回された第１巻線と、
前記検出導体に検出電流が流れることによって前記第１磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第１電流を前記第１磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第１巻線の一端に供給する第１電圧電流変換回路とを備えている電流センサであって、
第２磁気コアと、
前記第２磁気コアに配設された第２磁電変換部と、
第２巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回されて前記第１巻線の他端から出力された前記第１電流が供給される第２巻線と、
前記第２巻数よりも少ない第３巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第３巻線と、
前記第１電流が前記第２巻線に供給されることによって前記第２磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第２電流を前記第２磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第３巻線の一端に供給する第２電圧電流変換回路とを備えて、
前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値に応じた電流値の電流を前記第３巻線の他端から出力する電流センサ。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記第１巻線の前記他端から出力された前記第１電流をドライブして前記第２巻線に供給する電流バッファを備えている請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
検出導体が挿通される第１磁気コアと、
第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回されて前記検出導体に検出電流が流れることによって当該第１磁気コア内に発生する磁束に応じた第１電流を出力する第１巻線とを備えている電流センサであって、
第２磁気コアと、
第２巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第２巻線と、
前記第２巻数よりも少ない第３巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第３巻線と、
前記第１巻線から出力された前記第１電流をドライブして前記第２巻線に供給する第１電流バッファとを備え、
前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値に応じた電流値の電流を前記第３巻線から出力する電流センサ。
【請求項４】
検出導体が挿通される第１磁気コアと、
前記第１磁気コアに配設された第１磁電変換部と、
第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回された第１巻線Ａと、
前記第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回された第１巻線Ｂと、
前記検出導体に検出電流が流れることによって前記第１磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第１電流Ａを前記第１磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第１巻線Ａの一端に供給する第１電圧電流変換回路Ａと、
前記検出導体に前記検出電流が流れることによって前記第１磁気コア内に発生する磁束を前記第１電流Ａと相俟って打ち消す第１電流Ｂを前記第１磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第１巻線Ｂの一端に供給する第１電圧電流変換回路Ｂと、
第２磁気コアと、
前記第２磁気コアに配設された第２磁電変換部と、
第２巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回されて前記第１巻線Ａの他端から出力された前記第１電流Ａが供給される第２巻線Ａと、
前記第２巻数を有すると共に、前記第１巻線Ｂの他端から出力された前記第１電流Ｂが供給され、かつ当該第１電流Ｂが供給されたときに前記第２磁気コア内に発生する磁束の向きと、前記第１電流Ａが前記第２巻線Ａに供給された際に前記第２磁気コア内に発生する磁束の向きとが同じになるように当該第２磁気コアに巻回された第２巻線Ｂと、
前記第２巻数よりも少ない第３巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第３巻線と、
前記第１電流Ａが前記第２巻線Ａに供給されると共に前記第１電流Ｂが前記第２巻線Ｂに供給されることによって前記第２磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第２電流を前記第２磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第３巻線の一端に供給する第２電圧電流変換回路とを備えて、
前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値に応じた電流値の電流を前記第３巻線の他端から出力する電流センサ。
【請求項５】
前記第１巻線Ａの前記他端から出力された前記第１電流Ａをドライブして前記第２巻線Ａに供給する電流バッファＡと、
前記第１巻線Ｂの前記他端から出力された前記第１電流Ｂをドライブして前記第２巻線Ｂに供給する電流バッファＢとを備えている請求項４記載の電流センサ。
【請求項６】
検出導体が挿通される第１磁気コアと、
第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回されて前記検出導体に検出電流が流れることによって当該第１磁気コア内に発生する磁束に応じた第１電流Ａを出力する第１巻線Ａと、
前記第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回されて前記検出導体に前記検出電流が流れることによって当該第１磁気コア内に発生する磁束に応じた第１電流Ｂを出力する第１巻線Ｂと、
第２磁気コアと、
第２巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回されて前記第１巻線Ａから出力された前記第１電流Ａが供給される第２巻線Ａと、
前記第２巻数を有すると共に、前記第１巻線Ｂから出力された前記第１電流Ｂが供給され、かつ当該第１電流Ｂが供給されたときに前記第２磁気コア内に発生する磁束の向きと、前記第１電流Ａが前記第２巻線Ａに供給された際に前記第２磁気コア内に発生する磁束の向きとが同じになるように当該第２磁気コアに巻回された第２巻線Ｂと、
前記第２巻数よりも少ない第３巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第３巻線と、
前記第１巻線Ａから出力された前記第１電流Ａをドライブして前記第２巻線Ａに供給する第１電流バッファＡと、
前記第１巻線Ｂから出力された前記第１電流Ｂをドライブして前記第２巻線Ｂに供給する第１電流バッファＢとを備えて、
前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値に応じた電流値の電流を前記第３巻線から出力する電流センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の電流センサを備え、
前記電流センサから出力された前記検出電流の電流値に応じた電流値の前記電流に基づいて前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値を測定する測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出導体が挿通される磁気コアと、磁気コアに巻回されて検出導体に検出電流が流れることによって磁気コア内に発生する磁束に応じた電流を出力する巻線とを備えて、検出導体を流れる検出電流の電流値に応じた電流値の電流を巻線から出力する電流センサ、およびそのような電流センサを備えた測定装置に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、この種の電流センサとして下記の特許文献１に開示された電流センサが知られている。この電流センサは、磁気コア、例えばフラックスゲートで構成される磁電変換部、帰還巻線および電圧電流変換回路を備えて、ゼロフラックス方式の電流センサとして構成されている。
【０００３】
この従来の電流センサでは、検出電流の流れている被検出電線（検出導体）が磁気コアの内部に挿通されている状態において、磁電変換部が、磁気コアの内部に発生する磁束を検出して、その磁束密度に応じた電圧値の電圧を出力する。この場合、磁気コア内には、被検出電線に検出電流が流れることによって発生している磁束と、電圧電流変換回路から出力されている負帰還電流が帰還巻線に流れることによって発生している磁束との差分の磁束が発生している。
【０００４】
この際に、電圧電流変換回路は、被検出電線に流れている検出電流が例えば直流から数ｋＨｚまでの低周波数帯域のときには、ゼロフラックス動作を実行する。具体的には、電圧電流変換回路は、磁電変換部から入力している電圧に基づいて、出力する電圧がゼロボルトになるように、つまり、磁電変換部において検出される磁気コア内に発生している磁束の磁束密度がゼロになるように、負帰還電流の電流値を制御しつつ、負帰還電流を生成して帰還巻線に出力する。これにより、この電流センサは、検出電流の電流値を帰還巻線の巻回数で除算した値の電流値の負帰還電流を出力する。
【０００５】
一方、被検出電線に流れている検出電流が例えば数ｋＨｚ以上の高周波数帯域のときには、この従来の電流センサは、カレントトランスの動作を実行する（以下、「ＣＴ動作」ともいう）。具体的には、この電流センサでは、帰還巻線が、磁気コア内に発生している磁束に基づいて、検出電流の電流値を帰還巻線の巻数（以下、巻数を「Ｎ１」ともいう）で除した値の電流を出力電流として出力する。したがって、この電流センサに接続される測定装置では、フラックスゲート素子が動作するゼロフラックス動作時に出力される負帰還電流、およびＣＴ動作時に出力される出力電流に基づいて、検出電流の電流値を測定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１６６４３号公報（第１０－１３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の電流センサには、以下の改善すべき課題が存在している。具体的には、上記の電流センサでは、ゼロフラックス動作時には、磁電変換部が、磁気コア内に発生する磁束を検出して、その磁束密度に応じた電圧値の電圧を出力する。この際に、磁電変換部は、高い周波数成分のノイズが検出電流に含まれているときには、そのノイズ成分に応じた電圧を出力する。このため、電圧電流変換回路が磁電変換部から出力されたノイズ成分に基づく負帰還電流を出力する結果、この電流センサから出力される負帰還電流のＳ（信号）／Ｎ（ノイズ）比（以下、「Ｓ／Ｎ比」ともいう）が低下している。そこで、この種の電流センサでは、帰還巻線の巻数を増やすことによって帰還巻線のインダクタンスを大きくしてノイズ成分を低減している。ところが、電流センサから出力される負帰還電流の電流値は、検出電流の電流値を帰還巻線の巻数で除した値の電流となる。このため、検出電流の電流値が大きいときには特に問題とはならないものの、検出電流が微小電流のときには、電流センサから出力される負帰還電流の電流値も微小となる結果、負帰還電流のＳ／Ｎ比が低下する。したがって、この電流センサには、出力電流のＳ／Ｎ比を向上すべきとの改善点が存在する。
【０００８】
一方、ＣＴ動作時にも、ゼロフラックス動作時における上記の課題が同様に存在する。また、ＣＴ動作時には、上記の電流センサでは、帰還巻線が、磁気コア内に発生している磁束に基づいて、検出電流の電流値を帰還巻線の巻数で除した値の電流を出力電流として出力している。このため、電流センサ（帰還巻線）の負荷が誘導性の場合や負荷が重い場合において、高周波数帯域の検出電流が被検出電線に流れたときには、帰還巻線が高周波数帯域の出力電流を出力するのが困難となる。したがって、この電流センサには、電流センサの負荷が誘導性の場合や負荷が重い場合においても、高周波数帯域の検出電流を検出可能とすべきとの改善点も存在する。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、出力電流のＳ／Ｎ比を向上し得る電流センサを提供することを主目的とする。また、ＣＴ動作時において高周波数帯域の検出電流を検出し得る電流センサを提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく本発明に係る電流センサは、検出導体が挿通される第１磁気コアと、前記第１磁気コアに配設された第１磁電変換部と、第１巻数を有すると共に前記第１磁気コアに巻回された第１巻線と、前記検出導体に検出電流が流れることによって前記第１磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第１電流を前記第１磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第１巻線の一端に供給する第１電圧電流変換回路とを備えている電流センサであって、第２磁気コアと、前記第２磁気コアに配設された第２磁電変換部と、第２巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回されて前記第１巻線の他端から出力された前記第１電流が供給される第２巻線と、前記第２巻数よりも少ない第３巻数を有すると共に前記第２磁気コアに巻回された第３巻線と、前記第１電流が前記第２巻線に供給されることによって前記第２磁気コア内に発生する磁束を打ち消す第２電流を前記第２磁電変換部から出力される電圧に基づいて生成して前記第３巻線の一端に供給する第２電圧電流変換回路とを備えて、前記検出導体を流れる前記検出電流の電流値に応じた電流値の電流を前記第３巻線の他端から出力する。
（【００１１】以降は省略されています）

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