JP2890650B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被測定導体の周囲に対称配置された一対の
インダクタンス素子を用いて被測定導体の電流を非接触
に計測する電流センサに関する。

［従来の技術］ 従来、被測定導体を流れる電流を非接触に測定する非
接触型電流センサ（以下、単に電流センサという）とし
て、第21図〜第23図に示す型式のものが知られている。

第21図の電流センサは、被測定導体100が挿通される
磁気コア200にセンスコイル300を巻装し、センスコイル
300両端の誘導電圧により被測定導体100の電流を検出す
るものであり、通常、カレントトランスホーマとして知
られている。

第22図の電流センサは、被測定導体100が挿通される
有ギャップ磁気コア201のギャップ202にホール素子400
を介装し、ホール素子400の出力電圧により被測定導体1
00の電流を検出する。

第23図の電流センサは、２磁心マルチバイブレータ型
式の電流センサとして知られるものであり、例えば、日
本応用磁気学会誌、Vol.12,No.2,1988に記載されてい
る。この電流センサは、被測定導体100を中心として互
いに180度対称となるように配設されるアモルファス芯
材対500にコイル600をそれぞれ巻装し、被測定磁界によ
るアモルファス芯材対500の透磁率変化を、コイル600に
流す交流電流の変調度や変化として検出する。

この電流センサは、ホール素子を用いるものなどに比
較して集磁コアを必要せず小形化できる点や使用温度限
界が高い点で有利であり、各種モータに内蔵してその駆
動制御に用いる場合に好適である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した第21図の電流センサは、電磁
誘導原理に基づくので、大型高重量となり、しかも低周
波電流の検出感度が低く、パルス電流のような非正弦波
電流の計測ができない欠点がある。第22図の電流センサ
も大型高重量の集磁コアを必要とし、更に高周波電流の
検出に際し集磁コアの鉄損が大きい欠点がある。

一方、第23図の電流センサは集磁コアを必要としない
ので、小型軽量化が可能であり、低周波から高周波に至
るまで高い感度を維持できるが、例えば隣接電線などを
流れる電流が発生する磁場の影響を受けやすく、そのた
めにSN比が劣化してしまう欠点があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、
隣接電線に流れる電流による磁界の影響を低減し高いSN
比をもつ電流センサを提供することをその解決すべき課
題としている。

［課題を解決するための手段］ 第１発明の電流センサは、高透磁性の芯材対を互いに
被測定導体に対して対称となるように配置し、該各芯材
にそれぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキャリヤコ
イル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイルと、前記
各キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数とをも
つキャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準として互
いに逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発生さ
せるキャリヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導され
る各誘導電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消すよう
に前記各二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部とを有
し、前記芯材対および前記各コイルを環状に囲覆する高
透磁性の磁気シールド体とを具備することを特徴として
いる。

第２発明の電流センサは、被測定導体が挿通される導
体挿通孔を有する回路基板と、前記導体挿通孔の孔心を
中心として互いに180度対称となるように前記回路基板
上に配設される高透磁性の芯材対と、該各芯材にそれぞ
れ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキャリヤコイル及び
芯材内磁束変化検出用のセンスコイルと、前記各キャリ
ヤコイルに等しい大きさと等しい周波数とをもつキャリ
ア電流を供給し被測定磁界方向を基準として互いに逆方
向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発生させるキャ
リヤ電流源と、前記各センスコイルに誘導される各誘導
電圧中のキャリア電圧成分が互いに打消すように前記各
二次電圧を差動増幅する差動増幅回路部と、前記回路基
板を環状に囲覆する高透磁性の磁気シールド体とを具備
する。

［作用］ 各発明の電流センサの測定原理は、被測定導体を流れ
る被測定電流によりその周囲に形成される被測定磁界が
アモルファス芯材対の透磁率を変化させることを利用し
ており、アモルファス芯材対に巻装したコイルに流す交
流電流の変調度変化としてこの透磁率変化を検出してい
る。

更に詳細に説明すれば、キャリア電流源により各芯材
にそれぞれ誘起される２つのキャリア磁界の一方は芯材
中の被測定磁界（被測定電流により誘起される磁界）を
強める方向に作用し、他方はそれを弱める方向に作用す
る。その結果、一方の芯材の透磁率は磁気飽和に近付く
ので減少し、他方の芯材の透磁率は磁気飽和から遠ざか
るので増加し、センスコイルでは上記両透磁率変化によ
り変調されたキャリア変調電圧がそれぞれ生じる。

したがって、これら変調されたキャリア電圧の差は被
測定電流の大きさにほぼ比例するものとみなせるので、
二つのキャリア変調電圧の差により被測定電流を測定す
ることができる。なお、二つのキャリア変調電圧に含ま
れる各キャリア電圧成分は同相に設定されているので、
二つのキャリア変調電圧に含まれる各キャリア電圧成分
の差から除去される。

本発明では特に、磁気シールド体が、センスコイル及
びキャリアコイルが巻装された芯材対及び被測定導体
を、被測定電流の通電方向を軸心として環状に囲覆して
いる。

その結果、この磁気シールド体は、被測定電流がその
周囲に形成する磁束を吸収して芯材中に形成する被測定
磁界を弱化するものの、それ以上に外部磁界をシールド
し、その結果、磁気シールド体を設けると、設けない場
合に比較して総合的なSN比が格段に向上する。

［実施例］ （第１実施例） 本発明の電流センサの一実施例を、第１図〜第８図に
より説明する。

この実施例の電流センサは、平行に配設された３本の
銅バー（２本だけを図示）10の一本の電流を検出するも
ので、１本の銅バー（本発明でいう被測定導体）10が挿
通される両端開口の角筒形状を有する磁気シールド体９
と、磁気シールド体９の内部中央に配設された回路基板
８と、回路基板８に装着された芯材1a、1b、キャリヤコ
イル2a、2b、キャリア電流源３、バイアス電流源４、セ
ンスコイル5a、5b、検波（整流）回路6a、6b、差動増幅
回路７、ローパスフィルタ８とからなり、これら検波
（整流）回路6a、6b、差動増幅回路７及びローパスフィ
ルタ８は本発明でいう差動増幅回路部を構成している。

磁気シールド体９は厚さ0.5mmの珪素鋼板を屈曲し両
端をスポット溶接して形成されており、開口は3cm×3cm
で奥行きは2cmに形成されている。

回路基板８は、アルミナ基板からなり表面に配線パタ
ンが設けられている。回路基板８の主面は磁気シールド
体９の開口方向と直交しており、回路基板８の外周縁は
磁気シールド体９の内周縁に密接している。回路基板８
の中央部には銅バー10が挿通する導体挿通孔81が設けら
れており、導体挿通孔81の開口寸法は0.4cm×1.5cmで、
ほぼ銅バー10の最小断面寸法に等しくされている。

回路基板８の主表面にはアモルファス磁性材料からな
る芯材1a、1bが配設されており、芯材1a、1bにはエナメ
ル線からなるキャリアコイル2a、2b、センスコイル5a、
5bが巻装されている。芯材1a、1bは、それぞれ、長さ5m
m、直径0.12mmであるCo−Fe−Si−Ｂ系の零磁歪アモル
ファスワイヤ（ユニチカ社製）を３本重ねた後、270℃
で30分間アニールして構成されている。芯材1aと芯材1b
とは、導体挿通孔81の孔心を中心として互いに180度対
称で、かつ、回路基板８の主面と平行（すなわち銅バー
10を流れる電流の方向と直角）で、しかも、前記孔心を
中心とする仮想円の円周方向に配置されている。

キャリアコイル2a及びセンスコイル5aは芯材1aに、同
じくキャリアコイル2b及びセンスコイル5bは芯材1bにそ
れぞれ所定ターンだけ巻回されており、キャリアコイル
2aとキャリアコイル2bは等しいターン数を有し、センス
コイル5aとセンスコイル5bは等しいターン数を有してい
る。キャリアコイル2a、2bは直列に接続されており、そ
の両端は、直列に接続された搬送電流源３及びバイアス
電流源４の両端に接続されている。

キャリア電流源３は所定の大きさをもつ約470kHzの搬
送電流icを供給し、バイアス電流源４は所定の大きさの
直流バイアス電流ibを供給する。

これら電流源３、４から各キャリアコイル2a、2bに供
給される電流ｉ（＝ib＋ic）により、芯材1aに誘起され
る印加磁界Hm（Hm＝Hb＋Hc）のベクトルと、芯材1bに誘
起される印加磁界Hm（Hm＝Hb＋Hc）のベクトルとは、互
いに等しい大きさをもち、かつ、第６図に示すように、
被測定磁界Hexに対して一方は同方向で他方は逆方向と
なっている。

センスコイル5a、5bの各一端は接地され、両他端は個
別に検波回路6a、6bに入力されて直流化され、検波回路
6a、6bで検波された信号電圧は差動増幅回路７で差動増
幅され、ローパスフィルタ８で残留キャリア波成分など
の高周波成分をカットして出力される。

以下、この電流センサの作動原理を詳細に説明する。

キャリア電流源３及びバイアス電流源４から供給され
る電流ｉにより、キャリアコイル2a、2bに、それぞれ絶
対値が等しい印加磁界Hm（＝Hc＋Hb）が個別に誘起され
る。なお、Hbは直流バイアス電流ibにより誘起されるバ
イアス磁界、Hcはキャリア電流icにより誘起されるキャ
リア磁界である。上述のように、キャリアコイル2aの磁
界Hmのベクトルと、キャリアコイル2bの磁界Hmのベクト
ルとは、被測定磁界Hexに対し一方は同方向で他方は逆
方向となっている。したがって、芯材1aにおいて被測定
磁界Hexが磁界H1を強める場合には、芯材1bにおいて被
測定磁界Hexは磁界H2を弱める。

各センスコイル5a、5bに誘起される二次電圧をV2a、V
2b、センスコイル5aの相互インダクタンスをMa、センス
コイル5bの相互インダクタンスをMb、芯材1a、1bを貫通
する被測定磁界Hexの磁束をΦｘ、センスコイルの巻回
ターン数をN2とすれば、 V2a＝−Ma・di/dt−N2・ｄΦx/dt Ma＝Mo＋ΔMaとすれば、 V2a＝−（Mo＋ΔMa）・di/dt−N2・ｄΦx/dt V2b＝−Mb・di/dt−N2・ｄΦx/dt Mb＝Mo＋ΔMbとすれば、 V2a＝−（Mo＋ΔMb）・di/dt−N2・ｄΦx/dt なお、Moは相互インダクタンスＭの一定成分値、ΔMb
は相互インダクタンスＭの変動成分値、N2・ｄΦx/dtは
被測定磁界Hexの変化により誘導される電圧である。

したがって、検波回路6a、6bを無視して考えれば、差
動増幅回路７の出力電圧Voは、 Vo＝ｆ・（V2a−V2b）＝−（ΔMa−ΔMb）となる。ｆは
比例定数である。

すなわち、出力電圧Voは、各相互インダクタンスMa、
Mbの変化分ΔMaとΔMbとの差に比例し、上述したように
被測定磁界Hexの変化に対してΔMaとΔMbとの符号は逆
となるので、出力電圧Voはほぼ相互インダクタンスMa、
Mbの変化分ΔMaとΔMbの絶対値の和にほぼ比例する。

更に、相互インダクタンスMaの変化分ΔMaは芯材1aの
比透磁率μａの変化にほぼ比例し、比透磁率μａの変化
は、第７図に示す芯材1a、1bの特性図からわかるよう
に、所定の磁界範囲において全磁界H1の変化にほぼ比例
する。同様に、相互インダクタンスMbの変化分ΔMbは芯
材1bの比透磁率μｂの変化にほぼ比例し、比透磁率μｂ
の変化は、全磁界H2の変化にほぼ比例する。

結局、出力電圧Voは、芯材1aの全磁界H1と芯材1aの全
磁界H2との差に比例し、 H1＝Hb＋Hc＋Hex H2＝Hb＋Hc−Hex であるから、 Voは（H1−H2）にほぼ比例し、（H1−H2）はHexにほ
ぼ比例する。

すなわち、芯材1aでは印加磁界Hm＝（Hb＋Hc）と被測
定磁界Hexとが互いに加算されて強くなり、強くなった
分だけ相互インダクタンスMaが減少して、２次電圧V2a
が低下する。

一方、芯材1bでは印加磁界Hm＝（Hb＋Hc）と被測定磁
界Hexとが打消しあって弱くなり、弱くなった分だけ相
互インダクタンスMaが増加して、２次電圧V2bが減る出
力電圧V2bが増加する。

その結果、出力電圧Voは、被測定磁界Hexの変化にぼ
ぼ比例し、被測定磁界Hexは被測定電流ｉに比例するの
で、出力電圧Voは、被測定電流ｉにほぼ比例する。

更に、出力電圧Voには直流バイアス磁界Hb及びキャリ
ア磁界Hcは差動増幅回路７において同相成分であるので
キャンセルされ、被測定磁界Hexが０の時には出力電圧V
oは基底レベルとなる。

次に、第８図を参照して磁気シールド体９の作用を定
性的に説明する。

第８図では、電流iaの上下に芯材1a、1bを設け、更に
磁気シールド体９がこれらを囲んでいる。電流iaに平行
に流れる電流ibが誘起する磁束Φｂの大部分はアモルフ
ァス磁性材料からなる磁気シールド体９を通り、その分
だけ芯材1a、1bを貫通する磁束が減少する。

一方、被測定電流iaがその周囲に誘起する磁束（図示
せず）もまた、磁気シールド体９に吸収され、その分だ
け芯材1a、1bを貫通する磁束が減少する。

したがって、電流ibによって生じる外部磁界が芯材1
a、1bの透磁率を変調する度合と、電流iaによって生じ
る信号磁界が芯材1a、1bの透磁率を変調する度合とは、
それぞれ減少する。

電流iaと電流ibとを別々に流して第１図の電流センサ
により実験したところ、ia＝ib＝300A、iaとibとの間隔
を5cmとした場合、磁気シールド体９が無い場合には、
出力電圧Vo（第４図参照）におけるia成分とib成分との
比率は1:0.04であった。そして、磁気シールド体９があ
る場合には、出力電圧Voにおけるia成分とib成分との比
率は1:0.003であった。

すなわち、磁気シールド体９を設けることによって、
SN比を格段に改善できることがわかった。

従来、電流が流れる被測定導体がその周囲に作る誘導
磁界を媒介として非接触に上記電流を測定する場合、ホ
ール素子のような磁界検出素子に上記誘導磁界を集中す
る集磁コアを設けることは考えられても、磁界検出素子
を貫通する誘導磁界を減殺するような磁気シールド体を
設けるなどということは考えられたことはなかった。本
発明者らは、このような一般常識に反して磁気シールド
体９を設けたところ、信号の絶対レベルは低下するもの
のSN比は格段に向上することを発見したものである。

以下、他の実施例を説明する。

（第２実施例） この実施例の電流センサは、第９図に示すように、一
対の芯材1a、1b、キャリアコイル2a、2b、搬送電流源
３、バイアス電流源４、センスコイル5a、5b、差動増幅
回路７、バンドパスフィルタ80、検波（整流）回路６、
ローパスフィルタ８と、第１実施例と同じ回路基板８及
び磁気シールド体９とからなる。

この電流センサは、第１図の電流センサに比較して、
差動増幅した後で検波（整流）する点、及び、差動増幅
回路７から出力されるAM変調電圧を検波前に搬送周波数
を通過中心周波数とするバンドパスフィルタ80を通過さ
せる点が異なっている。

このようにすれば、差動増幅前の回路処理を減らし、
かつ、必要なAM変調帯域だけを検波できるので、SN比を
改善することができる。

（第３実施例） この実施例の電流センサは、第10図に示すように、第
９図の電流センサに負帰還用の反転増幅回路79を付加し
たものである。増幅率がｍ（ｍ＜１）である反転増幅回
路79はローパスフィルタ８から出力された信号電圧をキ
ャリアコイル2a、2bに負帰還して、この電流センサの直
線性を改善している。

なお、第11図に示すように、芯材1a、2aに専用の負帰
還コイル9a、9bを巻回し、これら負帰還コイル9a、9bを
直列接続し、差動増幅器７の出力電流を負帰還されても
よい。

（第４実施例） 本実施例の電流センサは、第１実施例の回路部分を第
12図に示すように、２磁心マルチバイブレータ型式の回
路に置換したものであって、一対の芯材10a、10bに個別
に負荷コイル20a、20bを巻回し、この負荷コイル20a、2
0bをコレクタ負荷とする無安定マルチバイブレータＭの
各エミッタ電圧Ve1、Ve2を、それぞれRCローパスフィル
タLPF1、LPF2で平滑化した後、差動増幅回路OPEで差動
増幅している。更に、芯材10a、10bにそれぞれ負帰還コ
イル（図示せず）を巻回し、差動増幅出力Vdを帰還抵抗
Rfを介して帰還してセンサの直線性を改善している。な
お、Ｅは高位電源、R1、Vrはエミッタ抵抗である。

この電流センサの測定原理を、以下に説明する。

無安定マルチバイブレータＭから負荷コイル20a、20b
に通電される電流I1、I2により、芯材10a、10bに互いに
等しいキャリア磁界Hmが誘起される。被測定磁界Hexと
すると、芯材10aを貫通する磁界H1がHm＋Hex、芯材10b
を貫通する磁界H2がHm−Hexとなるように、この芯材10
a、10bを被測定磁界Hex中に配置する。このようにすれ
ば、被測定磁界Hexが増加すると、磁界H1は増加し、磁
界H2は減少する。

磁界H1が増加すれば芯材10aは磁気飽和に近付くので
その自己インダクタンスは減少し、磁界H2が減少すれば
芯材10bは磁気飽和から遠ざかるのでその自己インダク
タンスは増加し、その結果、各自己インダクタンスに比
例したエミッタ電圧Ve1、Ve2が２つのエミッタ抵抗RLの
両端に生じ、この電圧差は平滑化された後で差動増幅回
路OPEで差動増幅されて出力される。

すなわち、被測定磁界Hexの大きさにより、各芯材10
a、10bの動作点はそれらのＢ−Ｈカーブ上で互いに逆方
向に移動し、各負荷コイル20a、20bの平均インダクタン
ス（線形化インダクタンス）に差が生じ、このインダク
タンス差にほぼ比例する差動増幅回路OPEの出力電圧に
より、被測定電流を測定している。

（第５実施例） 本実施例の電流センサは、第13図に示すように、導体
挿通孔81aを残して磁気シールド体９中にエポキシ樹脂1
9を充填したものである。この種の電流センサでは、銅
バー10に対して芯材1a、1B及び磁気シールド体９がたと
え微小でも変位すると大きな誤差が生じる。この実施例
では導体挿通孔81aの奥行が深いので、銅バー10が挿通
された電流センサを揺動又は振動しにくくすることがで
き、芯材1a、1bと銅バー10と磁気シールド体９との各相
対距離の変化を防止し、誤差を生じにくくできる。ま
た、内蔵する各種部品やコイルなどを保護することがで
きる。

なおこの場合、回路基板８を開口して回路基板８の両
側の樹脂19を一体化すると、より耐振性が改善される。

（第６実施例） 本実施例の電流センサは、第14図に示すように、導体
挿通孔81b、81cをもつ樹脂蓋82、83を磁気シールド体９
に嵌入したものである。この実施例でも、第５実施例と
同様の効果を奏することができる。

（第７実施例） 本実施例の電流センサは、第15図に示すように、モー
ルドされるエポキシ樹脂19中に短い銅バー10zを埋め込
んだものであり、被測定電流が流れる銅バー10dはボル
トによりこの銅バー10zに接続される。

このようにすれば、センスコイル5a、5b（第４図参
照）に最も大きな磁気的影響を与える銅バー10zと芯材1
a、1bとの相対位置関係を予め完全固定することができ
るので、振動などによって生じる上述の相対変位に起因
する誤差を大幅に低減することが可能となる。

（第８実施例） 本実施例の電流センサは、第16図に示すように、回路
基板8eの導体挿通孔82を角溝形とし、磁気シールド体9
c、9dを二つ割りとしたものである。この実施例では予
め配線された銅バー10dに回路基板8eを取付け、その
後、磁気シールド体9c、9dを回路基板8eに被せて接着し
ている。このようにすれば、予め配線された銅バー10d
に電流センサを取付けることができる。なお、磁気シー
ルド体9c、9dの対面する先端部の間に、通電方向に伸び
る狭隙89が形成されている。

また、本実施例によれば、第17図に示すように芯材1
a、1bに対する銅バー10dの電流iaの磁気的影響を殆ど低
下させることなく、隣接する銅バー10eの電流ibによる
芯材1a、1bに対する磁気的影響を低減することができ
る。すなわち、第17図の磁束分布図に示すように、電流
ibによる磁束Φｂはほとんど全て第一実施例の場合と同
様に磁気シールド体9c、9dを流れる。それに反して、電
流iaによる磁束に対して、磁気シールド体9c、9dは閉磁
路とならず、ギャップ幅2dにより、磁気シールド体9c、
9dを流れる電流iaによる磁束が例えば数千分の一に激減
するので、それだけ磁気シールド体9c、9dの飽和を防止
できることができ、磁気シールド体9c、9dを薄肉化（例
えばフィルム化）することが可能となる。なお、磁気シ
ールド体9c、9dの飽和防止は前述したように芯材1a、1b
への非線形の磁気的影響を低減する点で非常に重要であ
る。

なおこの実施例で大事なことは、電流ibによる磁束Φ
ｂの方向と直角方向に伸びる磁気シールド体の表面に狭
隙89を設けることにより、狭隙89が磁束Φｂを切断しな
いことである。ただ、第18図に示すように、狭隙89が一
個の場合はどこに設けても有効である。

（第９実施例） 本実施例の電流センサは、第19図に示すように、平行
に流れる３相電流ia、ib、icに対して、芯材1a〜1fの軸
心をそれぞれ、隣接する電流による磁界方向と直角にな
るように配置したものである。もちろん芯材1a〜1fには
第１実施例と同様にキャリアコイル及びセンスコイル
（図示せず）が巻装されており、３組の回路部分（それ
ぞれキャリア電流源及び差動増巾回路部を含む）により
各電流値が測定される。

このようにすれば、芯材1a〜1fを貫通する外部磁界
は、芯材1a〜1fをそれらの軸心と直角の方向に貫通し、
センスコイル（図示せず）の一部のターンとしか鎖交し
ない。それに対し、芯材1a〜1fを貫通する測定すべき被
測定磁界は、芯材1a〜1fをそれらの軸心方向に貫通しセ
ンスコイル（図示せず）の各ターンのぼほ全部と鎖交す
る。したがって、各センスコイルに誘導される誘導電圧
のSN比は大幅に改善される。

もちろん、この実施例では平行に２本または４本以上
の被測定導体が配設される場合にも有効である。

（第10実施例） 本実施例は応用上重要な３相電流センサの改良に関す
るものであり、第20図に示すように、３個の電流センサ
7a、7b、7cを通電方向（図中上下方向）と直角の方向に
一列に配設したものである。このようにすれば、各芯材
は外部磁界に対して二重に磁気シールドされるので、更
に一層SN比を改善することができる。もちろん、２相ま
たは４相の場合でも各電流センサを通電方向と直角方向
に伸びる面上に配列することにより同様の効果を得るこ
とができる。

もちろん、この実施例において３つの磁気シールド体
９にそれぞれ狭隙89（第17図参照）を設けることもで
き、また、各磁気シールド体９を一体に形成することも
可能である。

なお、３対のセンスコイルの出力電圧をマルチプレク
サを介して１個の差動増幅回路部に送り、１個の差動増
幅回路部で各対のセンスコイルの出力電圧を時間順次に
処理することもできる。

また、３対の各キャリアコイルに供給するキャリア電
流を一個のキャリア電流源から並列あるいは直列に供給
することもできる。このように、多相電流センサにおい
て回路を共用すれば小形化、低消費電力化が可能とな
る。

更なる変形態様を以下に説明する。

上記各実施例では、芯材として一対のものを用いた
が、芯材を複数組設けてそれらを銅バー10の周囲に等間
隔に配置することもできる。

磁気シールド体９は、各種形状のアモルファス磁性材
で構成することができる。アモルファス磁性材は保磁力
及びヒステリシスが小さいのでそれを原因として芯材1
a、1bに生じる非線形磁気変化が小さく、その結果、セ
ンスコイルに誘導されるノイズ成分が小さい。テープ状
のアモルファス磁性材を１回以上巻いて磁気シールド体
９を形成してもよく、針状のアモルファス磁性材が混入
した樹脂により磁気シールド体９を成型してもよい。

本発明の電流センサは磁界中における芯材1a、1bの透
磁率変化に基づいて電流を検出するものであるので、光
測定磁界あるいは外部磁界により磁気シールド体９の透
磁率変化（特に飽和）が生じると、SN比が劣化してしま
う。したがって、ヒステリシスカーブが小さく透磁率変
化が小さく飽和しにくい材料が最も好適である。

以上に説明した各実施例の構成上の特徴を以下にまと
める。

（ａ）孔心から磁気シールド体９までの距離を、孔心か
ら各芯材までの距離の２倍以上に設定すれば、芯材1a、
1bに対する磁気シールド体９の磁気的影響が減り、SN比
が改善される。

（ｂ）キャリヤコイル2a、2bはセンスコイル5a、5bを兼
ねることができる。

（ｃ）磁気シールド体９をアモルファス磁性材で構成す
れば、その高い透磁率と小さいヒステリシスによりSN比
が改善される。

（ｄ）磁気シールド体９を珪素鋼板で構成しても（ｃ）
と同様の効果を得ることができる。

（ｅ）磁気シールド体９は、磁性芯材1a、1bから等距離
にある中心線を中心として鏡面対称形状をもつことが好
ましい。このようにすれば、磁性芯材1a、1bに対する磁
気シールド体９の磁気的影響が等しくなり相殺しやすく
なる。

（ｆ）回路基板８の外周縁を磁気シールド体９の内周面
に当接させると、回路基板８上の芯材1a、1bと磁気シー
ルド体９との相対変位を上記当接により規制することが
でき、誤差を低減することができる。

（ｇ）磁気シールド体９を外殻として磁気シールド体９
内にモールド樹脂を充填すれば、磁気シールド体９がモ
ールドケースとなり、芯材1a、1b、センスコイル5a、5
b、キャリアコイル2a、2bと磁気シールド体９との相対
変位を防止して誤差の増大を防止し、その結果、耐振
性、耐湿性が向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように各発明の電流センサは、高透磁性
の磁気シールド体により両芯材及び導体挿通孔を囲覆し
ているので、外部磁界、特に隣接電流による外部磁界の
影響を排除し、優れたSN比を有する電流センサを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電流センサの第１実施例を示す模式斜
視図、第２図はその正面図。第３図は第１図の電流セン
サの断面図、第４図は第１図の電流センサのブロック
図、第５図は芯材1a、ｂ近傍の拡大模式図、第６図は芯
材1a、1b中の磁界の方向を示す説明図、第７図は芯材1
a、1bのＢ−Ｈカーブ、第８図は外部磁界Φｂの分布
図、第９図は第２実施例を示すブロック図、第10図は第
３実施例を示すブロック図、第11図は第４実施例を示す
ブロック図である、第12図は第４実施例の電流センサを
示すブロック図、第13図は第５実施例を示す断面図、第
14図は第６実施例を示す断面図、第15図は第７実施例を
示す断面図、第16図は第８実施例を示す断面図、第17図
は第８実施例における磁束Φｂの分布図、第18図は第８
実施例の変形態様を示す磁束分布図、第19図は第９実施
例を示す磁束分布図、第20図は第10実施例を示す断面
図、第21図〜第23図は従来の電流センサを示す模式図で
ある。 1a、1b…芯材 2a、2b…キャリアコイル ３…キャリア電流源 ４…直流バイアス電流源 5a、5b…センスコイル ７…差動増幅回路 ８…回路基板 ９…磁気シールド体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白木 久史 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 特開 平３−162688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1970（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−277976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 15/18 G01R 19/00 - 19/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高透磁性の芯材対を互いに被測定導体に対
   して対称となるように配置し、 該各芯材にそれぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキ
   ャリヤコイル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイル
   と、 前記各キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数と
   をもつキャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準とし
   て互いに逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発
   生させるキャリヤ電流源と、 前記各センスコイルに誘導される各誘導電圧中のキャリ
   ア電圧成分が互いに打消すように前記各二次電圧を差動
   増幅する差動増幅回路部とを有し、前記芯材対および前
   記各コイルを環状に囲覆する高透磁性の磁気シールド体
   と、 を具備することを特徴とする電流センサ。
2. 【請求項２】被測定導体が挿通される導体挿通孔を有す
   る回路基板と、 前記導体挿通孔の孔心を中心として互いに180度対称と
   なるように前記回路基板上に配設される高透磁性の芯材
   対と、 該各芯材にそれぞれ巻装されるキャリヤ磁界印加用のキ
   ャリヤコイル及び芯材内磁束変化検出用のセンスコイル
   と、 前記各キャリヤコイルに等しい大きさと等しい周波数と
   をもつキャリア電流を供給し被測定磁界方向を基準とし
   て互いに逆方向のキャリア磁界を前記各芯材に個別に発
   生させるキャリヤ電流源と、 前記各センスコイルに誘導される各誘導電圧中のキャリ
   ア電圧成分が互いに打消すように前記各二次電圧を差動
   増幅する差動増幅回路部と、 前記回路基板を環状に囲覆する高透磁性の磁気シールド
   体と、 を具備することを特徴とする電流センサ。