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JP2011112634A - Ring core for flux gate leakage sensor, ring core unit including the ring core, and the flux gate leakage sensor - Google Patents

Ring core for flux gate leakage sensor, ring core unit including the ring core, and the flux gate leakage sensor Download PDF

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JP2011112634A
JP2011112634A JP2009272428A JP2009272428A JP2011112634A JP 2011112634 A JP2011112634 A JP 2011112634A JP 2009272428 A JP2009272428 A JP 2009272428A JP 2009272428 A JP2009272428 A JP 2009272428A JP 2011112634 A JP2011112634 A JP 2011112634A
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JP
Japan
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ring core
leakage sensor
resistance portion
negative
positive
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JP2009272428A
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Japanese (ja)
Inventor
Konghui Yu
孔恵 余
Masakazu Kobayashi
正和 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tamura Corp
Original Assignee
Tamura Corp
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Publication date
Application filed by Tamura Corp filed Critical Tamura Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ring core for a flux gate leakage sensor easily saturated with flux density and having a small inductance; to provide a ring core unit including the ring core and having excellent productivity; and to provide the flux gate leakage sensor which is suitable for heightening of a sampling frequency and power saving. <P>SOLUTION: This ring core (16) is applied to the flux gate leakage sensor into which a first wire and a second wire which are measuring objects are inserted. The ring core (16) includes a low resistance part (16a) and a high resistance part (16b) connected mutually in the own circumferential direction, and having each different magnitude of the magnetic resistance per unit length in the circumferential direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、漏電を検出するためのフラックスゲート漏電センサ用のリングコア、該リングコアを備えるリングコアユニット及びフラックスゲート漏電センサに関する。   The present invention relates to a ring core for a fluxgate leakage sensor for detecting leakage, a ring core unit including the ring core, and a fluxgate leakage sensor.

電源から負荷に供給される電流の漏れを検出するための装置として、特許文献1は直流漏電検出装置を開示している。この装置は環状のコアを備え、コアには、第1被検出導線及び第2被検出導線が挿通されるとともに、コイルが巻回されている。   As a device for detecting leakage of current supplied from a power supply to a load, Patent Literature 1 discloses a DC leakage detection device. This device includes an annular core, and a first detected conductor and a second detected conductor are inserted through the core, and a coil is wound around the core.

コイルには高周波出力回路から高周波電流が流され、コイル両端の交流電圧が、整流回路によって直流電圧に変換される。そして、直流電圧は、比較回路において基準電圧と比較され、直流電圧が基準電圧よりも小さいときには漏電が発生していると判定される。
すなわちこの装置は、漏電発生時にコアの磁束密度が飽和してコイルのインピーダンスが低下することを利用して、漏電を検出している。
A high-frequency current flows from the high-frequency output circuit to the coil, and the AC voltage across the coil is converted into a DC voltage by the rectifier circuit. Then, the DC voltage is compared with the reference voltage in the comparison circuit, and it is determined that a leakage has occurred when the DC voltage is smaller than the reference voltage.
In other words, this device detects the leakage by utilizing the fact that the magnetic flux density of the core is saturated and the impedance of the coil is lowered when the leakage occurs.

一方、本出願の出願人による特許出願(特願2009−162739号)の願書に添付された明細書には、フラックスゲート漏電センサが記載されている。このフラックスゲート漏電センサでは、コイルの磁束密度を方向を反転させながら飽和させるように、駆動回路がコイルに正負対称の矩形波にて電圧を印加する。   On the other hand, in the specification attached to the application of the patent application (Japanese Patent Application No. 2009-162739) by the applicant of the present application, a fluxgate leakage sensor is described. In this flux gate leakage sensor, the drive circuit applies a voltage to the coil with a positive and negative symmetrical rectangular wave so as to saturate the magnetic flux density of the coil while reversing the direction.

特開2000−2738号公報JP 2000-2738 A

特許文献1が開示する直流漏電検出装置や、特願2009−162739号の明細書に記載されたフラックスゲート漏電センサにあっては、より小さい電流でコアの磁束密度を飽和させることができれば、省電力化が図られる。また、後者の場合、コイルに印加される電圧の周波数(サンプリング周波数)を高くして漏電電流の検知精度を高めることができる。   In the DC leakage detection device disclosed in Patent Document 1 and the flux gate leakage sensor described in the specification of Japanese Patent Application No. 2009-162739, if the magnetic flux density of the core can be saturated with a smaller current, it can be saved. Electricity is achieved. In the latter case, the frequency of the voltage applied to the coil (sampling frequency) can be increased to improve the detection accuracy of the leakage current.

本発明は上述した事情に基づいてなされ、その目的の一つは、インダクタンスが小さく磁束密度が飽和し易いフラックスゲート漏電センサ用のリングコアを提供することである。
また、本発明の目的の一つは、該リングコアを備える生産性に優れたリングコアユニットを提供することにある。
更に、本発明の目的の一つは、該リングコアを備え、サンプリング周波数の高周波数化及び省電力化に適する、フラックスゲート漏電センサを提供することにある。
The present invention has been made based on the above-described circumstances, and one of its purposes is to provide a ring core for a fluxgate leakage sensor that has a small inductance and is likely to be saturated with a magnetic flux density.
Another object of the present invention is to provide a ring core unit having the ring core and excellent in productivity.
Another object of the present invention is to provide a fluxgate leakage sensor that includes the ring core and is suitable for increasing the sampling frequency and saving power.

上記した課題を解決するために、本発明の一態様によれば、測定対象の第1の電線及び第2の電線が挿通されるフラックスゲート漏電センサ用のリングコアにおいて、前記リングコアの周方向にて相互に連結され、前記周方向での単位長さ当たりの磁気抵抗の大きさが相違する低抵抗部及び高抵抗部を含むことを特徴とするフラックスゲート漏電センサ用のリングコアが提供される(請求項1)。   In order to solve the above problem, according to one aspect of the present invention, in a ring core for a fluxgate leakage sensor through which a first electric wire and a second electric wire to be measured are inserted, in the circumferential direction of the ring core A ring core for a fluxgate leakage sensor is provided, which includes a low resistance portion and a high resistance portion, which are connected to each other and have different magnitudes of magnetoresistance per unit length in the circumferential direction. Item 1).

請求項1のリングコアによれば、磁気抵抗が小さい低抵抗部に加えて、磁気抵抗が大きい高抵抗部を設けたことにより、低抵抗部のみからなる場合に比べて、インダクタンスが小さくなり、小さい電流で磁束密度が飽和する。
そして、このリングコアを用いたフラックスゲート漏電センサによれば、小さい電流でリングコアの磁束密度が飽和するので、省電力化が図られるとともに、サンプリング周波数の高周波数化が可能である。
According to the ring core of claim 1, in addition to the low resistance portion having a small magnetic resistance, the high resistance portion having a large magnetic resistance is provided, so that the inductance becomes smaller and smaller than the case of only the low resistance portion. The magnetic flux density is saturated by the current.
According to the fluxgate leakage sensor using this ring core, the magnetic flux density of the ring core is saturated with a small current, so that power saving can be achieved and the sampling frequency can be increased.

好ましくは、前記高抵抗部は、前記低抵抗部に比べて、透磁率の低い材料からなる(請求項2)。
請求項2のリングコアによれば、高抵抗部に透磁率の低い材料を用いることで、透磁率の高い材料のみからなる場合に比べて、小さい電流でリングコアの磁束密度が確実に飽和する。
Preferably, the high resistance portion is made of a material having a lower magnetic permeability than the low resistance portion.
According to the ring core of the second aspect, by using a material having a low magnetic permeability for the high resistance portion, the magnetic flux density of the ring core is surely saturated with a small current as compared with a case where the material is made only of a material having a high magnetic permeability.

好ましくは、前記高抵抗部はフェライトからなり、前記低抵抗部はパーマロイからなる(請求項3)。
請求項3のリングコアは、フェライト及びパーマロイを用いることによって、原材料の入手が容易であり、安価にて提供される。
Preferably, the high resistance portion is made of ferrite, and the low resistance portion is made of permalloy.
By using ferrite and permalloy, the ring core of claim 3 is easily available and can be provided at low cost.

好ましくは、前記高抵抗部は、前記低抵抗部に比べて、小さい横断面積を有する(請求項4)。
請求項4のリングコアによれば、高抵抗部が低抵抗部に比べて小さい横断面積を有することで、簡単な構成にて、小さい電流でリングコアの磁束密度が確実に飽和する。
Preferably, the high resistance portion has a smaller cross-sectional area than the low resistance portion.
According to the ring core of claim 4, since the high resistance portion has a smaller cross-sectional area than the low resistance portion, the magnetic flux density of the ring core is reliably saturated with a small current with a simple configuration.

本発明の他の態様によれば、前記低抵抗部によって貫通されたボビンと、前記ボビンに巻回されたコイルとを備えることを特徴とするフラックスゲート漏電センサ用のリングコアユニットが提供される(請求項5)。
請求項5のリングコアユニットは、コイルが巻回されたボビンを低抵抗部に取り付けることによって、容易に組み立てられる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a ring core unit for a fluxgate leakage sensor comprising a bobbin penetrated by the low resistance portion and a coil wound around the bobbin ( Claim 5).
The ring core unit of claim 5 is easily assembled by attaching the bobbin around which the coil is wound to the low resistance portion.

本発明の更に他の態様によれば、請求項1乃至4の何れか一項に記載のフラックスゲート漏電センサ用のリングコアを備えることを特徴とするフラックスゲート漏電センサが提供される(請求項6)。
請求項6のフラックスゲート漏電センサによれば、小さい電流でリングコアの磁束密度が飽和するので、省電力化が図られるとともに、サンプリング周波数の高周波数化が可能になる。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a fluxgate leakage sensor comprising the ring core for a fluxgate leakage sensor according to any one of claims 1 to 4. ).
According to the fluxgate leakage sensor of the sixth aspect, the magnetic flux density of the ring core is saturated with a small current, so that power saving can be achieved and the sampling frequency can be increased.

好ましくは、フラックスゲート漏電センサは、前記リングコアに巻回されたコイルと、前記コイルの磁束密度を方向を反転させながら飽和させるように前記コイルに正負対称の矩形波にて電圧を印加する駆動回路と、前記コイルを流れるコイル電流に対応して変化する測定電圧を正負対称の正側基準電圧及び負側基準電圧と比較し、前記測定電圧が前記正側基準電圧よりも高い期間に相当する正側電気信号、及び、前記測定電圧が前記負側基準電圧よりも低い期間に対応する負側電気信号を出力するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路から出力された前記正側電気信号と前記負側電気信号とを比較する判定回路とを備える(請求項7)。   Preferably, the fluxgate leakage sensor includes a coil wound around the ring core and a drive circuit that applies a voltage to the coil with a positive and negative symmetrical rectangular wave so as to saturate the magnetic flux density of the coil while reversing the direction. And a measured voltage that changes in response to the coil current flowing through the coil is compared with a positive and negative symmetrical reference voltage and a positive reference voltage, and the measured voltage corresponds to a positive period corresponding to a period higher than the positive reference voltage. A comparator circuit that outputs a negative side electric signal and a negative side electric signal corresponding to a period in which the measurement voltage is lower than the negative side reference voltage, and the positive side electric signal and the negative side electric signal output from the comparator circuit And a determination circuit that compares the signal (claim 7).

請求項7のフラックスゲート漏電センサによれば、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間に基づいて、第1の電線を流れる電流と第2の電線を流れる電流との間の大小関係が判定される。すなわち、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間に基づいて、漏電が検出される。   According to the fluxgate leakage sensor of claim 7, the current flowing through the first electric wire and the first current based on the period in which the measured voltage is higher than the positive reference voltage and the period in which the measured voltage is lower than the negative reference voltage. The magnitude relationship between the current flowing through the two electric wires is determined. That is, leakage is detected based on a period in which the measured voltage is higher than the positive reference voltage and a period in which the measured voltage is lower than the negative reference voltage.

そして、このフラックスゲート漏電センサによれば、小さい電流でリングコアの磁束密度が飽和することを利用して、駆動回路がコイルに印加する電圧の周波数、即ちサンプリング周波数を高くすることができる。
一方、サンプリング周波数を変えなければ、リングコアの磁束密度が飽和するまでに要する時間が短縮された分だけ、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間がそれぞれ長くなる。この場合、これらの期間の測定誤差が小さくなり、漏電が高精度にて検出される。
According to this flux gate leakage sensor, the frequency of the voltage applied to the coil by the drive circuit, that is, the sampling frequency can be increased by utilizing the saturation of the magnetic flux density of the ring core with a small current.
On the other hand, if the sampling frequency is not changed, the time required for the magnetic flux density of the ring core to saturate is shortened, and the measured voltage is higher than the positive reference voltage. Each low period becomes longer. In this case, the measurement error during these periods is reduced, and leakage is detected with high accuracy.

好ましくは、前記コンパレータ回路は、前記測定電圧が印加される非反転入力端子及び前記正側基準電圧が入力される反転入力端子を有する正側コンパレータと、前記測定電圧が印加される反転入力端子及び前記負側基準電圧が入力される非反転入力端子を有する負側コンパレータと、前記正側コンパレータの出力電圧が入力されるゲート電極を有する正側電界効果トランジスタと、前記負側コンパレータの出力電圧が入力されるゲート電極を有する負側電界効果トランジスタとを含み、前記判定回路は、前記正側電界効果トランジスタ及び前記負側電界効果トランジスタのドレイン電流を加算し、加算された前記ドレイン電流の積分量に対応する電圧を出力する積分回路を含む(請求項8)。   Preferably, the comparator circuit includes a positive comparator having a non-inverting input terminal to which the measurement voltage is applied and an inverting input terminal to which the positive reference voltage is input, an inverting input terminal to which the measurement voltage is applied, and A negative comparator having a non-inverting input terminal to which the negative reference voltage is inputted, a positive field effect transistor having a gate electrode to which an output voltage of the positive comparator is inputted, and an output voltage of the negative comparator are A negative-side field effect transistor having a gate electrode inputted thereto, wherein the determination circuit adds the drain currents of the positive-side field-effect transistor and the negative-side field-effect transistor, and an integrated amount of the added drain current An integration circuit for outputting a voltage corresponding to the above (claim 8).

請求項8のフラックスゲート漏電センサでは、サンプリング周波数の高周波数化によって、積分回路から出力される電圧の変動(リップル)が小さくなり、漏電が高精度にて検出される。   In the fluxgate leakage sensor according to the eighth aspect, the fluctuation (ripple) of the voltage output from the integration circuit is reduced by increasing the sampling frequency, and the leakage is detected with high accuracy.

好ましくは、前記コイルは、前記リングコアの全周に渡って巻回されている(請求項9)。
請求項9のフラックスゲート漏電センサによれば、リングコアの全周に渡ってコイルが巻回されていることにより、リングコアからの磁界の漏れが抑制され、リングコアの磁束密度が小さい電流で確実に飽和する。
Preferably, the coil is wound over the entire circumference of the ring core.
According to the fluxgate leakage sensor of claim 9, since the coil is wound over the entire circumference of the ring core, magnetic field leakage from the ring core is suppressed, and the magnetic flux density of the ring core is reliably saturated with a small current. To do.

好ましくは、前記高抵抗部はフェライトからなり、前記低抵抗部はパーマロイからなり、前記コイルは、前記低抵抗部によって貫通されたボビンに巻回されている(請求項10)。
請求項10のフラックスゲート漏電センサは、コイルが巻回されたボビンを低抵抗部に取り付けることによって、容易に組み立てられる。
Preferably, the high resistance portion is made of ferrite, the low resistance portion is made of permalloy, and the coil is wound around a bobbin penetrated by the low resistance portion.
The flux-gate leakage sensor according to claim 10 is easily assembled by attaching a bobbin around which a coil is wound to the low resistance portion.

本発明によれば、インダクタンスが小さく磁束密度が飽和し易いフラックスゲート漏電センサ用のリングコアが提供される。
また、本発明によれば、該リングコアを備える生産性に優れたリングコアユニットが提供される。
更に、本発明によれば、該リングコアを備え、サンプリング周波数の高周波数化及び省電力化に適する、フラックスゲート漏電センサが提供される。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ring core for flux gate earth-fault sensors which an inductance is small and a magnetic flux density is easy to be saturated is provided.
Moreover, according to this invention, the ring core unit excellent in productivity provided with this ring core is provided.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a fluxgate leakage sensor that includes the ring core and is suitable for increasing the sampling frequency and saving power.

第1実施形態のフラックスゲート漏電センサの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the fluxgate leak sensor of 1st Embodiment. 図1のフラックスゲート漏電センサの電気回路図である。FIG. 2 is an electric circuit diagram of the flux gate leakage sensor of FIG. 1. 漏電が無い場合の図2の電気回路におけるタイミングチャートであり、図3(a)は電流検出回路によって検出されたコイル電流Icの時間変化、図3(b)は正側コンパレータの出力電圧Vcp+の時間変化、図3(c)は負側コンパレータの出力電圧Vcp−の時間変化、そして、図3(d)はオペアンプの出力電圧Voutの時間変化を示す。FIG. 3A is a timing chart in the electric circuit of FIG. 2 when there is no leakage, FIG. 3A is a time change of the coil current Ic detected by the current detection circuit, and FIG. 3B is a graph of the output voltage Vcp + of the positive comparator. FIG. 3C shows the time change of the output voltage Vcp− of the negative comparator, and FIG. 3D shows the time change of the output voltage Vout of the operational amplifier. 漏電が発生した場合(一方の電線の電流が大の場合)の図2の電気回路におけるタイミングチャートであり、図4(a)は電流検出回路によって検出されたコイル電流Icの時間変化、図4(b)は正側コンパレータの出力電圧Vcp+の時間変化、図4(c)は負側コンパレータの出力電圧Vcp−の時間変化、そして、図4(d)はオペアンプの出力電圧Voutの時間変化を示す。4 is a timing chart in the electric circuit of FIG. 2 when leakage occurs (when the current of one electric wire is large), FIG. 4A is a time change of the coil current Ic detected by the current detection circuit, and FIG. 4B shows the time change of the output voltage Vcp + of the positive side comparator, FIG. 4C shows the time change of the output voltage Vcp− of the negative side comparator, and FIG. 4D shows the time change of the output voltage Vout of the operational amplifier. Show. 漏電が発生した場合(他方の電線の電流が大の場合)の図2の電気回路におけるタイミングチャートであり、図5(a)は電流検出回路によって検出されたコイル電流Icの時間変化、図5(b)は正側コンパレータの出力電圧Vcp+の時間変化、図5(c)は負側コンパレータの出力電圧Vcp−の時間変化、そして、図5(d)はオペアンプの出力電圧Voutの時間変化を示す。5 is a timing chart in the electric circuit of FIG. 2 when leakage occurs (when the current of the other wire is large), FIG. 5A is a time change of the coil current Ic detected by the current detection circuit, FIG. 5B shows the time change of the output voltage Vcp + of the positive side comparator, FIG. 5C shows the time change of the output voltage Vcp− of the negative side comparator, and FIG. 5D shows the time change of the output voltage Vout of the operational amplifier. Show. 図1のフラックスゲート漏電センサに適用されたリングコアの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ring core applied to the fluxgate leakage sensor of FIG. 図6のリングコアの概略的な分解斜視図である。FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of the ring core of FIG. 6. 第2実施形態に係るリングコアユニットの概略的な平面図である。It is a schematic plan view of the ring core unit according to the second embodiment. 第3実施形態に係るリングコアの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ring core which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るリングコアユニットの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ring core unit which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係るリングコアの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ring core which concerns on 5th Embodiment. 図11のリングコアをコイルが巻回された状態にて示す概略的な平面図である。It is a schematic plan view which shows the ring core of FIG. 11 in the state by which the coil was wound. 第6実施形態に係るリングコアの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ring core which concerns on 6th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
[フラックスゲート漏電センサ]
図1は、第1実施形態のフラックスゲート漏電センサの概略的な構成を示すブロック図である。フラックスゲート漏電センサは、電源10と負荷12とを接続する1組の電線14a,14b(以下、これらをまとめて単に電線14ともいう。)に適用され、電源10と負荷12との間において漏電が発生しているか否かを検出する。
なお、電源10には、例えば太陽光発電装置のような発電機も含まれ、負荷12には、発電された電気を蓄える蓄電池も含まれる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Flux gate leakage sensor]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the fluxgate leakage sensor of the first embodiment. The fluxgate leakage sensor is applied to a set of electric wires 14 a and 14 b (hereinafter, collectively referred to simply as an electric wire 14) connecting the power source 10 and the load 12, and the electric leakage between the power source 10 and the load 12 is detected. Detect whether or not has occurred.
The power source 10 includes a power generator such as a solar power generation device, and the load 12 includes a storage battery that stores the generated electricity.

フラックスゲート漏電センサは、環形状のリングコア16を有する。リングコア16の中央の孔に電線14が挿通される。
リングコア16には、リングコア16の周方向に沿って延びるようにコイル18が螺旋状に巻回されており、コイル18の巻回数は例えば500回程度である。コイル18に電流が供給されると、リングコア16の内部を1周するように磁束が延びる。
The flux gate leakage sensor has an annular ring core 16. The electric wire 14 is inserted into the center hole of the ring core 16.
A coil 18 is spirally wound around the ring core 16 so as to extend along the circumferential direction of the ring core 16, and the number of turns of the coil 18 is, for example, about 500. When a current is supplied to the coil 18, the magnetic flux extends so as to go around the inside of the ring core 16.

コイル18には、駆動回路22が接続され、駆動回路22は、発振回路24と協働して、コイル18に正負対称の矩形波にて電圧を印加する。つまり、矩形波の正側のピーク値と負側のピーク値は同じであり、矩形波のデューティ比は実質的に50%である。   A drive circuit 22 is connected to the coil 18, and the drive circuit 22 applies a voltage to the coil 18 with a positive and negative symmetrical rectangular wave in cooperation with the oscillation circuit 24. That is, the positive peak value and the negative peak value of the rectangular wave are the same, and the duty ratio of the rectangular wave is substantially 50%.

また、コイル18には、電流検出回路26が接続され、電流検出回路26はコイル18を流れる電流(コイル電流)を検出する。電流検出回路26はコンパレータ回路30に接続され、コイル電流に対応する電圧(測定電圧)をコンパレータ回路30に出力する。   A current detection circuit 26 is connected to the coil 18, and the current detection circuit 26 detects a current (coil current) flowing through the coil 18. The current detection circuit 26 is connected to the comparator circuit 30 and outputs a voltage (measurement voltage) corresponding to the coil current to the comparator circuit 30.

そして、コンパレータ回路30は、測定電圧を正負対称の正側基準電圧及び負側基準電圧と比較し、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間に相当する正側電気信号、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間に相当する負側電気信号を出力する。
なお、正側基準電圧及び負側基準電圧の絶対値は実質的に同じであり、正側基準電圧及び負側基準電圧の極性は相互に反対である。
Then, the comparator circuit 30 compares the measurement voltage with positive and negative symmetrical positive side reference voltages and negative side reference voltages, and the positive side electrical signal corresponding to a period when the measurement voltage is higher than the positive side reference voltage, and the measurement voltage is A negative electric signal corresponding to a period lower than the negative reference voltage is output.
Note that the absolute values of the positive reference voltage and the negative reference voltage are substantially the same, and the polarities of the positive reference voltage and the negative reference voltage are opposite to each other.

コンパレータ回路30には、判定回路32が接続され、判定回路32は、正側電気信号と負側電気信号とに基づいて、電線14aを流れる電流と電線14bを流れる電流との間での大小関係を判定する。電線14aを流れる電流と電線14bを流れる電流とが異なれば、漏電が発生していると判定される。
具体的には、例えば電線14を60Aの電流が流れているときに、30mAの漏電があれば、このフラックスゲート漏電センサによって漏電が検出される。
A determination circuit 32 is connected to the comparator circuit 30, and the determination circuit 32 has a magnitude relationship between a current flowing through the electric wire 14a and a current flowing through the electric wire 14b based on the positive side electric signal and the negative side electric signal. Determine. If the current flowing through the electric wire 14a is different from the current flowing through the electric wire 14b, it is determined that a leakage has occurred.
Specifically, for example, when a current of 60 A flows through the electric wire 14 and there is a leakage of 30 mA, the leakage is detected by the flux gate leakage sensor.

図2は、フラックスゲート漏電センサの概略的な電気回路図である。
駆動回路22及び発振回路24は、例えば、オペアンプ40、抵抗42,44,46及びキャパシタ48によって構成され、オペアンプ40の出力端子がコイル18の一端に接続されている。この場合、キャパシタ48の充放電に伴い、オペアンプ40の出力電圧が正側飽和出力電圧Esと負側飽和出力電圧−Esとの間を不連続に行き来し、矩形波の電圧がコイル18に供給される。
FIG. 2 is a schematic electric circuit diagram of the fluxgate leakage sensor.
The drive circuit 22 and the oscillation circuit 24 are constituted by, for example, an operational amplifier 40, resistors 42, 44, 46 and a capacitor 48, and an output terminal of the operational amplifier 40 is connected to one end of the coil 18. In this case, with the charging / discharging of the capacitor 48, the output voltage of the operational amplifier 40 moves discontinuously between the positive saturation output voltage Es and the negative saturation output voltage −Es, and a rectangular wave voltage is supplied to the coil 18. Is done.

電流検出回路26は、例えば、抵抗50,52及びキャパシタ54によって構成され、コイル18の他端は、キャパシタ54及び抵抗50を介して接地され、抵抗52は、キャパシタ54に対して抵抗50と並列に接続されている。コイル18を流れるコイル電流は、抵抗52を通じてコンパレータ回路30に供給される。   The current detection circuit 26 includes, for example, resistors 50 and 52 and a capacitor 54, and the other end of the coil 18 is grounded via the capacitor 54 and the resistor 50. The resistor 52 is parallel to the resistor 50 with respect to the capacitor 54. It is connected to the. The coil current flowing through the coil 18 is supplied to the comparator circuit 30 through the resistor 52.

コンパレータ回路30は、例えば、正側コンパレータ70、負側コンパレータ80、抵抗71,72,73,74,75,81,82,83,84,85、nチャネル型の正側電界効果トランジスタ(正側FET)76及びpチャネル型の負側電界効果トランジスタ86によって構成される。   The comparator circuit 30 includes, for example, a positive side comparator 70, a negative side comparator 80, resistors 71, 72, 73, 74, 75, 81, 82, 83, 84, 85, an n-channel type positive side field effect transistor (positive side). FET) 76 and a p-channel negative field effect transistor 86.

コンパレータ回路30には、正負対称の電源として、例えば+9Vの三端子レギュレータ77及び−9Vの三端子レギュレータ87が接続され、三端子レギュレータ77,87の入力端子及び出力端子は、キャパシタ78,79,88,89を介してそれぞれ接地されている。   For example, a + 9V three-terminal regulator 77 and a -9V three-terminal regulator 87 are connected to the comparator circuit 30 as positive and negative power supplies. The input terminals and output terminals of the three-terminal regulators 77 and 87 are capacitors 78, 79, They are grounded via 88 and 89, respectively.

また、三端子レギュレータ77の出力端子は、抵抗72,71を介して接地されるとともに、正側コンパレータ70の+電源端子に接続されている。更に、三端子レギュレータ77の出力端子は、正側FET76のドレイン電極に接続されるとともに、抵抗74を介して正側FET76のゲート電極に接続されている。   The output terminal of the three-terminal regulator 77 is grounded via resistors 72 and 71 and is connected to the positive power supply terminal of the positive comparator 70. Further, the output terminal of the three-terminal regulator 77 is connected to the drain electrode of the positive-side FET 76 and is connected to the gate electrode of the positive-side FET 76 via the resistor 74.

正側コンパレータ70の非反転入力端子(+入力端子)は、電流検出回路26の抵抗52に接続され、正側コンパレータ70の反転入力端子(−入力端子)は、抵抗72に対して、抵抗71と並列に接続されている。また、正側コンパレータ70の出力端子は、抵抗73を介して、正側FET76のゲート電極に接続されている。   The non-inverting input terminal (+ input terminal) of the positive side comparator 70 is connected to the resistor 52 of the current detection circuit 26, and the inverting input terminal (−input terminal) of the positive side comparator 70 is compared to the resistor 72. Connected in parallel. The output terminal of the positive side comparator 70 is connected to the gate electrode of the positive side FET 76 via the resistor 73.

対称的に、三端子レギュレータ87の出力端子は、抵抗82,81を介して接地されるとともに、負側コンパレータ80の−電源端子に接続されている。更に、三端子レギュレータ87の出力端子は、負側FET86のドレイン電極に接続されるとともに、抵抗84を介して負側FET86のゲート電極に接続されている。   In contrast, the output terminal of the three-terminal regulator 87 is grounded via resistors 82 and 81 and is connected to the negative power source terminal of the negative comparator 80. Further, the output terminal of the three-terminal regulator 87 is connected to the drain electrode of the negative-side FET 86 and is connected to the gate electrode of the negative-side FET 86 via the resistor 84.

負側コンパレータ80の反転入力端子(−入力端子)は、正側コンパレータ70の非反転入力端子(+入力端子)と並列にて、電流検出回路26の抵抗52に接続され、負側コンパレータ80の非反転入力端子(+入力端子)は、抵抗82に対して、抵抗81と並列に接続されている。また、負側コンパレータ80の出力端子は、抵抗83を介して、負側FET86のゲート電極に接続されている。   The inverting input terminal (−input terminal) of the negative side comparator 80 is connected to the resistor 52 of the current detection circuit 26 in parallel with the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the positive side comparator 70. The non-inverting input terminal (+ input terminal) is connected to the resistor 82 in parallel with the resistor 81. Further, the output terminal of the negative side comparator 80 is connected to the gate electrode of the negative side FET 86 via the resistor 83.

なお、上述した正側コンパレータ70、抵抗71,72,73,74,75及び正側電界効果トランジスタ(正側FET)76は、コンパレータ回路30の正側部分を構成し、負側コンパレータ80、抵抗81,82,83,84,85及び負側電界効果トランジスタ86は、正側部分と正負対称なコンパレータ回路30の負側部分を構成している。   The positive side comparator 70, the resistors 71, 72, 73, 74, 75 and the positive side field effect transistor (positive side FET) 76 described above constitute a positive side portion of the comparator circuit 30, and the negative side comparator 80, the resistance 81, 82, 83, 84, 85 and the negative side field effect transistor 86 constitute a negative side portion of the comparator circuit 30 that is symmetrical with the positive side portion.

判定回路32は、例えば、加算・積分・増幅回路32A及び比較回路32Bによって構成される。
加算・積分・増幅回路32Aは、オペアンプ90、抵抗91,92,93,94及びキャパシタ95,96によって構成され、正側FET76のソース電極及び負側FET86のソース電極は、抵抗91,92を介して、オペアンプ90の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗91及びキャパシタ95を介して接地されている。
The determination circuit 32 includes, for example, an addition / integration / amplification circuit 32A and a comparison circuit 32B.
The addition / integration / amplification circuit 32A includes an operational amplifier 90, resistors 91, 92, 93, and 94, and capacitors 95 and 96. The source electrode of the positive side FET 76 and the source electrode of the negative side FET 86 are connected via the resistors 91 and 92. In addition, the operational amplifier 90 is connected to the inverting input terminal and grounded through the resistor 91 and the capacitor 95.

また、オペアンプ90の非反転入力端子は、抵抗93を介して接地され、オペアンプ90の反転入力端子と出力端子とは、相互に並列な抵抗94及びキャパシタ96によって接続されている。そして、オペアンプ90の出力端子は、比較回路32Bに接続され、比較回路32Bは、オペアンプ90の出力電圧に基づいて、漏電の発生を検出する。   The non-inverting input terminal of the operational amplifier 90 is grounded via a resistor 93, and the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 90 are connected by a resistor 94 and a capacitor 96 that are parallel to each other. The output terminal of the operational amplifier 90 is connected to the comparison circuit 32B, and the comparison circuit 32B detects the occurrence of electric leakage based on the output voltage of the operational amplifier 90.

以下、上述したフラックスゲート漏電センサの動作について説明する。
図3は、漏電が無い場合の動作を示すタイミングチャートであり、図3(a)は電流検出回路26によって検出されたコイル電流Icの時間変化、図3(b)は正側コンパレータ70の出力電圧Vcp+の時間変化、図3(c)は負側コンパレータ80の出力電圧Vcp−の時間変化、そして、図3(d)はオペアンプ90の出力電圧Voutの時間変化を示している。
Hereinafter, the operation of the flux gate leakage sensor described above will be described.
FIG. 3 is a timing chart showing the operation when there is no electric leakage. FIG. 3A is a time change of the coil current Ic detected by the current detection circuit 26, and FIG. FIG. 3C shows the time change of the output voltage Vcp− of the negative-side comparator 80, and FIG. 3D shows the time change of the output voltage Vout of the operational amplifier 90.

図3(a)に示したように、漏電が無い場合には、電線14a,14bを流れる電流によって発生する磁場が打ち消し合うため、コイル電流Icが正負対称になる。正側コンパレータ70は、コイル電流Icに対応する測定電圧を正側基準電圧と比較し、図3(b)に示したように、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、一定電圧を出力する。   As shown in FIG. 3A, when there is no leakage, the magnetic field generated by the currents flowing through the wires 14a and 14b cancel each other, so that the coil current Ic is symmetric. The positive side comparator 70 compares the measured voltage corresponding to the coil current Ic with the positive side reference voltage, and outputs a constant voltage during a period when the measured voltage is higher than the positive side reference voltage, as shown in FIG. To do.

同様に、負側コンパレータ80は、コイル電流Icに対応する測定電圧を負側基準電圧と比較し、図3(c)に示したように、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間、一定電圧を出力する。   Similarly, the negative-side comparator 80 compares the measured voltage corresponding to the coil current Ic with the negative-side reference voltage and, as shown in FIG. 3C, is constant for a period during which the measured voltage is lower than the negative-side reference voltage. Output voltage.

正側コンパレータ70及び負側コンパレータ80がそれぞれ出力する一定電圧の絶対値は実質的に等しく、漏電が無い場合、正側コンパレータ70の出力電圧Vcp+と負側コンパレータ80の出力電圧Vcp−も正負対称になる。   When the absolute values of the constant voltages output by the positive comparator 70 and the negative comparator 80 are substantially equal and there is no leakage, the output voltage Vcp + of the positive comparator 70 and the output voltage Vcp− of the negative comparator 80 are also positive and negative symmetric. become.

そして、正側FET76のドレイン電圧(9V)と負側FETのドレイン電圧(−9V)とは正負対称であるため、正側FET76のドレイン電流(正側電気信号)及び負側FET86のドレイン電流(負側電気信号)も正負対称になる。オペアンプ90の出力電圧Voutは、これらのドレイン電流を加算し、加算したドレイン電流の和に対応する電圧を増幅して得られるものであるため、図3(d)に示したように略ゼロになる。   Since the drain voltage (9V) of the positive side FET 76 and the drain voltage (−9V) of the negative side FET are symmetrical with each other, the drain current (positive side electric signal) of the positive side FET 76 and the drain current of the negative side FET 86 ( The negative side electrical signal) is also symmetrical. Since the output voltage Vout of the operational amplifier 90 is obtained by adding these drain currents and amplifying a voltage corresponding to the sum of the added drain currents, the output voltage Vout is substantially zero as shown in FIG. Become.

これに対し、図4は、漏電が発生して、電線14a,14bを流れる電流のうち一方が相対的に大きくなった場合のタイミングチャートを示している。
具体的には、図4(a)では、漏電が発生したことによって、電線14a,14bを流れる電流によって発生する磁場が打ち消し合わず、コイル電流Icの正側が負側に対して増大している。
On the other hand, FIG. 4 shows a timing chart in the case where leakage occurs and one of the currents flowing through the electric wires 14a and 14b becomes relatively large.
Specifically, in FIG. 4A, due to the occurrence of electric leakage, the magnetic field generated by the current flowing through the electric wires 14a and 14b does not cancel each other, and the positive side of the coil current Ic increases relative to the negative side. .

このため、図4(b),4(c)に示したように、正側コンパレータ70が一定電圧を出力する期間が、負側コンパレータ80が一定電圧を出力する期間よりも長くなる。そしてこの結果として、図4(d)に示したように、オペアンプ90の出力電圧Voutが実質的にゼロよりも大きな有限の値になる。   For this reason, as shown in FIGS. 4B and 4C, the period in which the positive comparator 70 outputs a constant voltage is longer than the period in which the negative comparator 80 outputs a constant voltage. As a result, as shown in FIG. 4D, the output voltage Vout of the operational amplifier 90 becomes a finite value substantially larger than zero.

同様に、図5も漏電が発生した場合のタイミングチャートを示しているが、図5は、図4とは逆に、電線14a,14bを流れる電流のうち他方が相対的に大きくなった場合のタイミングチャートを示している。この場合、図5(d)に示したように、オペアンプ90の出力電圧Voutが実質的にゼロよりも小さい有限の値になる。
従って、判定回路32の比較回路32Bは、出力電圧Voutに基づいて、漏電の発生を検出することができる。
Similarly, FIG. 5 shows a timing chart in the case where a leakage occurs, but FIG. 5 shows a case where the other of the currents flowing through the wires 14a and 14b becomes relatively large, contrary to FIG. A timing chart is shown. In this case, as shown in FIG. 5D, the output voltage Vout of the operational amplifier 90 becomes a finite value substantially smaller than zero.
Therefore, the comparison circuit 32B of the determination circuit 32 can detect the occurrence of electric leakage based on the output voltage Vout.

[リングコア]
リングコア16は環状をなし、単位長さ当たりの磁気抵抗が低い低抵抗部16aと、単位長さ当たりの磁気抵抗が高い高抵抗部16bとを含む。低抵抗部16a及び高抵抗部16bは、リングコア16の周方向にて相互に直列に連結されている。
[Ring core]
The ring core 16 has an annular shape, and includes a low resistance portion 16a having a low magnetic resistance per unit length and a high resistance portion 16b having a high magnetic resistance per unit length. The low resistance portion 16 a and the high resistance portion 16 b are connected in series with each other in the circumferential direction of the ring core 16.

図6はリングコア16を示しており、一辺の長さが例えば数cmの四角形の環形状を有する。
好ましくは、高抵抗部16bは、低抵抗部16aよりも透磁率の低い材料からなり、より好ましくは、高抵抗部16bはフェライトからなり、低抵抗部16aはパーマロイからなる。
本実施形態では、パーマロイからなる低抵抗部16aがリングコア16の一辺を構成している。つまり低抵抗部16aはI字形状を有する。そして、高抵抗部16bは、パーマロイよりも透磁率が小さいフェライトからなり、リングコア16の残りの三辺を構成している。つまり、高抵抗部16bは、コの字形状若しくは角張ったC字形状を有する。
FIG. 6 shows the ring core 16, which has a quadrangular ring shape with a side length of, for example, several centimeters.
Preferably, the high resistance portion 16b is made of a material having a lower magnetic permeability than the low resistance portion 16a. More preferably, the high resistance portion 16b is made of ferrite, and the low resistance portion 16a is made of permalloy.
In the present embodiment, the low resistance portion 16 a made of permalloy constitutes one side of the ring core 16. That is, the low resistance portion 16a has an I shape. The high resistance portion 16 b is made of ferrite having a smaller magnetic permeability than that of permalloy, and constitutes the remaining three sides of the ring core 16. That is, the high resistance portion 16b has a U shape or an angular C shape.

コイル18は、リングコア16の全周に渡って巻回されており、従って、低抵抗部16a及び高抵抗部16bのそれぞれに巻回されている。
図7は、リングコア16を分解して示しており、低抵抗部16aと高抵抗部16bは、好ましくは、磁性材料からなる粉末入りの接着剤によって相互に結着される。
The coil 18 is wound over the entire circumference of the ring core 16, and thus is wound around each of the low resistance portion 16a and the high resistance portion 16b.
FIG. 7 shows the ring core 16 in an exploded manner. The low resistance portion 16a and the high resistance portion 16b are preferably bonded to each other by a powdered adhesive made of a magnetic material.

上述した第1実施形態のリングコア16によれば、磁気抵抗が小さい低抵抗部16aに加えて、磁気抵抗が大きい高抵抗部16bを設けたことにより、低抵抗部16aのみからなる場合に比べて、リングコア16自身のインダクタンスが小さく、小さい電流でリングコア16の磁束密度が飽和する。   According to the ring core 16 of the first embodiment described above, the high resistance portion 16b having a large magnetic resistance is provided in addition to the low resistance portion 16a having a small magnetic resistance, so that the case is made of only the low resistance portion 16a. The inductance of the ring core 16 itself is small, and the magnetic flux density of the ring core 16 is saturated with a small current.

そして、リングコア16によれば、高抵抗部16bに透磁率の低い材料を用いることで、透磁率の高い材料のみからなる場合に比べて、小さい電流でリングコア16の磁束密度が確実に飽和する。
更に、リングコア16は、フェライト及びパーマロイを原材料として用いることによって、原材料の入手が容易であり、安価にて提供される。
その上、上述した第1実施形態のリングコア16を用いたフラックスゲート漏電センサによれば、小さい電流でリングコア16の磁束密度が飽和するので、省電力化が図られるとともに、駆動回路22が印加する電圧の周波数(サンプリング周波数)の高周波数化が可能である。
And according to the ring core 16, the magnetic flux density of the ring core 16 is reliably saturated with a small electric current compared with the case where it consists only of a material with high magnetic permeability by using a material with low magnetic permeability for the high resistance part 16b.
Furthermore, the ring core 16 is provided at a low cost because it is easy to obtain the raw materials by using ferrite and permalloy as the raw materials.
In addition, according to the fluxgate leakage sensor using the ring core 16 of the first embodiment described above, the magnetic flux density of the ring core 16 is saturated with a small current, so that power saving is achieved and the drive circuit 22 is applied. The frequency of the voltage (sampling frequency) can be increased.

また、上述した第1実施形態のフラックスゲート漏電センサによれば、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間に基づいて、第1の電線を流れる電流と第2の電線を流れる電流との間の大小関係が判定される。すなわち、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間に基づいて、漏電が検出される。   Moreover, according to the flux gate leakage sensor of the first embodiment described above, the first electric wire is based on the period in which the measured voltage is higher than the positive reference voltage and the period in which the measured voltage is lower than the negative reference voltage. The magnitude relationship between the current flowing through and the current flowing through the second electric wire is determined. That is, leakage is detected based on a period in which the measured voltage is higher than the positive reference voltage and a period in which the measured voltage is lower than the negative reference voltage.

このフラックスゲート漏電センサによれば、小さい電流でリングコア16の磁束密度が飽和することを利用して、サンプリング周波数を高くすることができる。サンプリング周波数の高周波数化によって、電線14を流れる測定対象の電流が交流電流である場合、より高周波数の電流について漏電を検出可能になる。すなわち、測定対象の周波数範囲が広くなる。
また、サンプリング周波数を変えなければ、リングコア16の磁束密度が飽和するまでに要する時間が短縮された分だけ、測定電圧が正側基準電圧よりも高い期間、及び、測定電圧が負側基準電圧よりも低い期間がそれぞれ長くなるため、これらの期間の測定誤差が小さくなり、漏電が高精度にて検出される。
According to this flux gate leakage sensor, the sampling frequency can be increased by utilizing the fact that the magnetic flux density of the ring core 16 is saturated with a small current. By increasing the sampling frequency, when the current to be measured flowing through the electric wire 14 is an alternating current, it is possible to detect a leakage of a current having a higher frequency. That is, the frequency range to be measured is widened.
If the sampling frequency is not changed, the time required for the magnetic flux density of the ring core 16 to be saturated is shortened, and the measurement voltage is higher than the positive reference voltage and the measurement voltage is lower than the negative reference voltage. Since the low periods become longer, the measurement error during these periods is reduced, and the leakage is detected with high accuracy.

更に、フラックスゲート漏電センサでは、サンプリング周波数の高周波数化によって、図3(d)、図4(d)及び図5(d)に示される、加算・積分・増幅回路32Aから出力される電圧の変動(リップル)が小さくなり、漏電が高精度にて検出される。   Further, in the fluxgate leakage sensor, the voltage output from the addition / integration / amplification circuit 32A shown in FIGS. 3 (d), 4 (d) and 5 (d) is increased by increasing the sampling frequency. Fluctuation (ripple) is reduced, and leakage is detected with high accuracy.

図8は、第2実施形態に係るリングコアユニット、則ち、リングコア16とコイル100を示している。リングコア16は第1実施形態と同じであるが、コイル100は、リングコア16の低抵抗部16aにのみ巻回されている。つまり、コイルは、リングコア16の全周に渡って巻回されている必要はなく、部分的に巻回されていてもよい。ただし、漏れ磁界の発生を防止するためには、コイルは、全周に渡って巻回されているのが好ましい。   FIG. 8 shows a ring core unit according to the second embodiment, that is, the ring core 16 and the coil 100. The ring core 16 is the same as that of the first embodiment, but the coil 100 is wound only around the low resistance portion 16a of the ring core 16. That is, the coil does not need to be wound over the entire circumference of the ring core 16 and may be partially wound. However, in order to prevent the occurrence of a leakage magnetic field, the coil is preferably wound over the entire circumference.

図9は、第3実施形態に係るリングコア102を示している。リングコア102は、パーマロイからなる低抵抗部102aとフェライトからなる高抵抗部102bとからなり、低抵抗部102aと高抵抗部102bは、磁性材料からなる粉末入りの接着剤によって相互に固定されている。   FIG. 9 shows a ring core 102 according to the third embodiment. The ring core 102 includes a low resistance portion 102a made of permalloy and a high resistance portion 102b made of ferrite, and the low resistance portion 102a and the high resistance portion 102b are fixed to each other by a powdered adhesive made of a magnetic material. .

リングコア102は、低抵抗部102aの太さ、則ち横断面積が、高抵抗部102bよりも小さい点において、リングコア16とは異なっている。また、リングコア102は、低抵抗部102aに接続される高抵抗部102bの両端が、先細り形状に形成されている点においても、リングコア16とは異なっている。つまり、高抵抗部102bは、低抵抗部102aに近付くに連れて徐々に細くなるテーパ部分を両端に有する。このリングコア102によれば、高抵抗部102bの両端が先細り形状に形成されていることで、低抵抗部102aと高抵抗部102bの横断面積が異なっていても、低抵抗部102aと高抵抗部102bの接合部分近傍での漏れ磁界の発生が抑制される。   The ring core 102 is different from the ring core 16 in that the thickness, that is, the cross-sectional area of the low resistance portion 102a is smaller than that of the high resistance portion 102b. The ring core 102 is also different from the ring core 16 in that both ends of the high resistance portion 102b connected to the low resistance portion 102a are tapered. That is, the high resistance portion 102b has tapered portions at both ends that gradually become narrower as it approaches the low resistance portion 102a. According to the ring core 102, both ends of the high resistance portion 102b are formed in a tapered shape, so that the low resistance portion 102a and the high resistance portion 102a can be obtained even if the cross-sectional areas of the low resistance portion 102a and the high resistance portion 102b are different. Generation of a leakage magnetic field in the vicinity of the joint portion 102b is suppressed.

図10は、第4実施形態に係るリングコアユニット、則ちリングコア102、ボビン104及びコイル106を示している。ボビン104は非磁性材料からなり、低抵抗部102aに取り付けられている。ボビン104は、略低抵抗部102aの略全域に渡って延び、ボビン104の外周面にコイル106が巻回されている。
このリングユニットを組み立てる場合、好ましくは、まず、コイル106が巻回されたボビン104を用意する。それから、用意したボビン104に低抵抗部102aを挿通し、その後、低抵抗部102aと高抵抗部102bを接着すればよい。この場合、コイル106が巻回されたボビン104を低抵抗部102aに取り付けることによって、リングユニットが容易に組み立てられる。
FIG. 10 shows the ring core unit, that is, the ring core 102, the bobbin 104, and the coil 106 according to the fourth embodiment. The bobbin 104 is made of a nonmagnetic material and is attached to the low resistance portion 102a. The bobbin 104 extends over substantially the entire region of the low resistance portion 102 a, and the coil 106 is wound around the outer peripheral surface of the bobbin 104.
When assembling this ring unit, preferably, a bobbin 104 around which a coil 106 is wound is prepared first. Then, the low resistance portion 102a is inserted into the prepared bobbin 104, and then the low resistance portion 102a and the high resistance portion 102b are bonded. In this case, the ring unit can be easily assembled by attaching the bobbin 104 around which the coil 106 is wound to the low resistance portion 102a.

図11は、第5実施形態に係るリングコア108を示している。リングコア108は、1種類の磁性材料からなる。リングコア108は、四角形の環形状を有し、各辺の中央に切欠き部109が形成されている。各切欠き部109は、リングコア108の内周側にそれぞれ形成されている。切欠き部109が形成された部位(縮径部)は、他の部位(本体部)に比べて横断面積が小さくなっており、リングコア108では、本体部が低抵抗部108aを構成し、縮径部が高抵抗部108bを構成している。
なお、図11では、説明のために低抵抗部108aと高抵抗部108bの境界が一点鎖線で示されており、低抵抗部108a及び高抵抗部108bがリングコア108の周方向にて交互に連なっている。
FIG. 11 shows a ring core 108 according to the fifth embodiment. The ring core 108 is made of one type of magnetic material. The ring core 108 has a quadrangular ring shape, and a notch 109 is formed at the center of each side. Each notch 109 is formed on the inner peripheral side of the ring core 108. The part (reduced diameter part) where the notch 109 is formed has a smaller cross-sectional area than the other part (main body part). In the ring core 108, the main body part constitutes the low resistance part 108a, and The diameter portion constitutes the high resistance portion 108b.
In FIG. 11, the boundary between the low resistance portion 108 a and the high resistance portion 108 b is shown by a one-dot chain line for the sake of explanation, and the low resistance portion 108 a and the high resistance portion 108 b are alternately connected in the circumferential direction of the ring core 108. ing.

図12は、リングコア108にコイル110が巻回された状態を示しており、リングコア108には、全周に渡ってコイル110が巻回されている。つまり、低抵抗部108a及び高抵抗部108bの各々にコイル110が巻回されている。
第5実施形態のリングコア108によれば、高抵抗部108bが低抵抗部108aに比べて小さい横断面積を有することで、簡単な構成にて、リングコア108のインダクタンスが小さくなり、小さい電流でリングコア108の磁束密度が確実に飽和する。
なお、切欠き部109の形状は、漏れ磁界が発生しないように、高抵抗部108bの横断面積が緩やかに変化するように設定されている。
FIG. 12 shows a state where the coil 110 is wound around the ring core 108, and the coil 110 is wound around the entire circumference of the ring core 108. That is, the coil 110 is wound around each of the low resistance portion 108a and the high resistance portion 108b.
According to the ring core 108 of the fifth embodiment, since the high resistance portion 108b has a smaller cross-sectional area than the low resistance portion 108a, the inductance of the ring core 108 is reduced with a simple configuration, and the ring core 108 is reduced with a small current. The magnetic flux density is surely saturated.
The shape of the notch 109 is set so that the cross-sectional area of the high resistance portion 108b changes gently so that a leakage magnetic field is not generated.

図13は、第6実施形態に係るリングコア112を示している。リングコア112は、円環形状を有し、内周側及び外周側に切欠き部113,114が形成されている。切欠き部113,114が形成された部位(縮径部)は、他の部位(本体部)に比べて横断面積が小さくなっており、リングコア112では、本体部が低抵抗部112aを構成し、縮径部が高抵抗部112bを構成している。
つまり、リングコア112の外形形状は、角形に限定されることはなく、縮径部を形成する切欠き部の形状も、漏れ磁界の発生さえ防止されれば、特に限定されることはない。
なお、図13でも、説明のために低抵抗部112aと高抵抗部112bの境界が一点鎖線で示されている。
FIG. 13 shows a ring core 112 according to the sixth embodiment. The ring core 112 has an annular shape, and notches 113 and 114 are formed on the inner peripheral side and the outer peripheral side. The cross-sectional area of the part (reduced diameter part) where the notches 113 and 114 are formed is smaller than that of the other part (main body part). In the ring core 112, the main body part constitutes the low resistance part 112a. The reduced diameter portion constitutes the high resistance portion 112b.
That is, the outer shape of the ring core 112 is not limited to a square shape, and the shape of the cutout portion forming the reduced diameter portion is not particularly limited as long as the generation of a leakage magnetic field is prevented.
In FIG. 13, the boundary between the low resistance portion 112a and the high resistance portion 112b is indicated by a one-dot chain line for explanation.

本発明は、上述した第1乃至第6実施形態に限定されることはなく種々変形が可能であり、例えば、第1乃至第6実施形態の構成を適宜組み合わせて実施しても良い。
また、第1実施形態において図示とともに挙げた回路構成はあくまで好ましい一例であり、基本的な回路構成に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることは言うまでもない。
更に、本発明に係るリングコアは、リングコアの磁束密度を飽和させることを利用して漏電を検出するものであれば、他のフラックスゲート漏電センサにも適用可能である。
The present invention is not limited to the first to sixth embodiments described above and can be variously modified. For example, the configurations of the first to sixth embodiments may be combined as appropriate.
In addition, the circuit configuration described with reference to the first embodiment is only a preferable example, and the present invention can be suitably implemented even if various elements are added to the basic circuit configuration or a part thereof is replaced. Needless to say.
Furthermore, the ring core according to the present invention can be applied to other fluxgate leakage sensors as long as the leakage is detected using saturation of the magnetic flux density of the ring core.

10 電源
12 負荷
14a,14b 電線
16,102,108,112 リングコア
16a,102a,108a,112a 低抵抗部
16b,102b,108b,112b 高抵抗部
18,100,106,110 コイル
22 駆動回路
24 発振回路
26 電流検出回路
30 コンパレータ回路
32 判定回路
70 正側コンパレータ
76 正側電界効果トランジスタ(正側FET)
80 負側コンパレータ
86 負側電界効果トランジスタ(負側FET)
104 ボビン
109,113,114 切欠き部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply 12 Load 14a, 14b Electric wire 16,102,108,112 Ring core 16a, 102a, 108a, 112a Low resistance part 16b, 102b, 108b, 112b High resistance part 18,100,106,110 Coil 22 Drive circuit 24 Oscillation circuit 26 Current detection circuit 30 Comparator circuit 32 Judgment circuit 70 Positive side comparator 76 Positive side field effect transistor (positive side FET)
80 Negative side comparator 86 Negative side field effect transistor (negative side FET)
104 Bobbins 109, 113, 114 Notch

Claims (10)

測定対象の第1の電線及び第2の電線が挿通されるフラックスゲート漏電センサ用のリングコアにおいて、
前記リングコアの周方向にて相互に連結され、前記周方向での単位長さ当たりの磁気抵抗の大きさが相違する低抵抗部及び高抵抗部を含む
ことを特徴とするフラックスゲート漏電センサ用のリングコア。
In the ring core for a fluxgate leakage sensor through which the first electric wire and the second electric wire to be measured are inserted,
A flux gate leakage sensor comprising a low resistance portion and a high resistance portion that are mutually connected in a circumferential direction of the ring core and differ in magnitude of magnetic resistance per unit length in the circumferential direction. Ring core.
前記高抵抗部は、前記低抵抗部に比べて、透磁率の低い材料からなることを特徴とする請求項1に記載のフラックスゲート漏電センサ用のリングコア。   The ring core for a fluxgate leakage sensor according to claim 1, wherein the high resistance portion is made of a material having a low magnetic permeability as compared with the low resistance portion. 前記高抵抗部はフェライトからなり、
前記低抵抗部はパーマロイからなる
ことを特徴とする請求項2に記載のフラックスゲート漏電センサ。
The high resistance portion is made of ferrite,
The flux gate leakage sensor according to claim 2, wherein the low resistance portion is made of permalloy.
前記高抵抗部は、前記低抵抗部に比べて、小さい横断面積を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のフラックスゲート漏電センサ用のリングコア。   The ring core for a fluxgate leakage sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the high resistance portion has a smaller cross-sectional area than the low resistance portion. 請求項2又は3に記載のフラックスゲート漏電センサ用のリングコアと、
前記低抵抗部によって貫通されたボビンと、
前記ボビンに巻回されたコイルと
を備えることを特徴とするフラックスゲート漏電センサ用のリングコアユニット。
A ring core for a fluxgate leakage sensor according to claim 2 or 3,
A bobbin penetrated by the low resistance part;
A ring core unit for a fluxgate leakage sensor, comprising a coil wound around the bobbin.
請求項1乃至4の何れか一項に記載のフラックスゲート漏電センサ用のリングコアを備えることを特徴とするフラックスゲート漏電センサ。   A fluxgate leakage sensor comprising a ring core for the fluxgate leakage sensor according to any one of claims 1 to 4. 前記リングコアに巻回されたコイルと、
前記コイルの磁束密度を方向を反転させながら飽和させるように前記コイルに正負対称の矩形波にて電圧を印加する駆動回路と、
前記コイルを流れるコイル電流に対応して変化する測定電圧を正負対称の正側基準電圧及び負側基準電圧と比較し、前記測定電圧が前記正側基準電圧よりも高い期間に相当する正側電気信号、及び、前記測定電圧が前記負側基準電圧よりも低い期間に対応する負側電気信号を出力するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力された前記正側電気信号と前記負側電気信号とを比較する判定回路とを備えることを特徴とする請求項6に記載のフラックスゲート漏電センサ。
A coil wound around the ring core;
A drive circuit that applies a voltage to the coil with a positive and negative symmetrical rectangular wave so as to saturate the magnetic flux density of the coil while reversing the direction;
A measured voltage that changes in response to a coil current flowing through the coil is compared with a positive and negative symmetric positive reference voltage and a negative reference voltage, and the positive voltage corresponding to a period when the measured voltage is higher than the positive reference voltage. A comparator circuit that outputs a negative electric signal corresponding to a signal and a period in which the measured voltage is lower than the negative reference voltage;
The flux gate leakage sensor according to claim 6, further comprising a determination circuit that compares the positive electric signal output from the comparator circuit with the negative electric signal.
前記コンパレータ回路は、
前記測定電圧が印加される非反転入力端子及び前記正側基準電圧が入力される反転入力端子を有する正側コンパレータと、
前記測定電圧が印加される反転入力端子及び前記負側基準電圧が入力される非反転入力端子を有する負側コンパレータと、
前記正側コンパレータの出力電圧が入力されるゲート電極を有する正側電界効果トランジスタと、
前記負側コンパレータの出力電圧が入力されるゲート電極を有する負側電界効果トランジスタとを含み、
前記判定回路は、前記正側電界効果トランジスタ及び前記負側電界効果トランジスタのドレイン電流を加算し、加算された前記ドレイン電流の積分量に対応する電圧を出力する積分回路を含む
ことを特徴とする請求項7に記載のフラックスゲート漏電センサ。
The comparator circuit is
A positive comparator having a non-inverting input terminal to which the measurement voltage is applied and an inverting input terminal to which the positive reference voltage is input;
A negative comparator having an inverting input terminal to which the measurement voltage is applied and a non-inverting input terminal to which the negative reference voltage is input;
A positive-side field effect transistor having a gate electrode to which the output voltage of the positive-side comparator is input;
A negative-side field effect transistor having a gate electrode to which an output voltage of the negative-side comparator is input,
The determination circuit includes an integration circuit that adds drain currents of the positive-side field effect transistor and the negative-side field effect transistor and outputs a voltage corresponding to an integration amount of the added drain current. The fluxgate leakage sensor according to claim 7.
前記コイルは、前記リングコアの全周に渡って巻回されていることを特徴とする請求項7又は8に記載のフラックスゲート漏電センサ。   The fluxgate leakage sensor according to claim 7 or 8, wherein the coil is wound over the entire circumference of the ring core. 前記高抵抗部はフェライトからなり、
前記低抵抗部はパーマロイからなり、
前記コイルは、前記低抵抗部によって貫通されたボビンに巻回されている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のフラックスゲート漏電センサ。
The high resistance portion is made of ferrite,
The low resistance portion is made of permalloy,
The fluxgate leakage sensor according to claim 7 or 8, wherein the coil is wound around a bobbin penetrated by the low resistance portion.
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