JP3188186B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高透磁率部材によ
って構成されるリング状の磁気コアを被測定電流線の外
側に填込ませて、この被測定電流線に流れている測定電
流の電流値を測定する電流センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】高透磁率部材によって構成されるリング
状の磁気コアを被測定電流線の外側に填込ませて、この
被測定電流線に流れている測定電流の電流値を測定する
電流センサとして、従来より、図５に示すものが知られ
ている。

【０００３】この図に示す電流センサ１０１は、リング
状に形成された高透磁率部材によって構成され、被測定
電流線１０２の外側に填込まれ、この被測定電流線１０
２に流れている測定電流に応じた磁束が生成される磁気
コア１０３と、この磁気コア１０３に巻き付けられ、磁
気コア１０３内の磁束によって２次電流が誘起される巻
線１０４と、磁気コア１０３に形成されたスリット１０
５に挿入され、磁気コア１０３内の磁束密度を検出し
て、磁束密度検出信号を出力するホール素子１０６と、
各一端がホール素子１０６の各端子に各々、接続される
入力用の抵抗１０７、１０８と、非反転入力端子、反転
入力端子が各抵抗１０７、１０８の他端に各々、接続さ
れ、ホール素子１０６から出力される磁束密度検出信号
を増幅する正負両電源型の演算増幅器１０９とを備えて
いる。

【０００４】さらに、この電流センサ１０１は、一端が
演算増幅器１０９の非反転入力端子に接続され、他端が
接地点に接続され、演算増幅器１０９の非反転入力端子
を接地電位にする抵抗１１０と、一端が演算増幅器１０
９の出力端子に接続され、他端が演算増幅器１０９の反
転入力端子に接続され、抵抗１０７と協調して演算増幅
器１０９の増幅率を決定する帰還用の抵抗１１２と、正
電源ライン１１３と負電源ライン１１４との間に直列に
接続された２つのトランジスタ１１５、１１６によって
構成され、演算増幅器１０９から出力される磁束密度検
出信号に応じて正方向または負方向の補償電流を生成
し、これを巻線１０４に流して、被測定電流線１０２に
流れている測定電流によって磁気コア１０３内に発生し
た磁束と逆方向の磁束を発生させる補償電流生成回路１
１７とを備えている。

【０００５】そして、被測定電流線１０２を流れる測定
電流の値を測定するとき、この被測定電流線１０２の外
側に磁気コア１０３が挿通され、この状態でこの磁気コ
ア１０３内に設けられたホール素子１０６に電源電圧を
印加して、このホール素子１０６から磁束密度検出信号
を出力させる。

【０００６】この状態で、演算増幅器１０９および４つ
の抵抗１０７、１１８、１１０、１１２によって構成さ
れる増幅回路１１１によって前記磁束密度検出信号を増
幅するとともに、補償電流生成回路１１７によって前記
磁束密度検出信号の極性、大きさに応じた向きの補償電
流を生成し、これを巻線１０４に供給して、被測定電流
線１０２に流れている測定電流によって磁気コア１０３
内に発生した磁束と逆方向の磁束を発生させる。

【０００７】そして、前記磁束密度検出信号で示される
磁気コア１０３内の磁束が零になるときの補償電流値に
基づき、被測定電流線１０２に流れる測定電流の電流値
を判定し、この判定結果を出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
電流センサ１０１においては、次に述べるような問題が
あった。

【０００９】すなわち、図５に示す電流センサ１０１で
は、リング状に形成された磁気コア１０３に巻線１０４
を大量に巻き付けなければならないので、巻線１０４の
巻き付け作業に時間がかかり過ぎるとともに、巻き付け
作業のコストが高くなり過ぎて、巻線１０４を含む磁気
コア１０３部分の製造コストが高くなり過ぎるという問
題があった。

【００１０】また、磁気コア１０３を分割することがで
きないことから、この磁気コア１０３を被測定電流線１
０２に填込むとき、被測定電流線１０２の一端をコネク
タなどから外さなければならず、取付け作業時間が長く
なってしまうという問題があった。

【００１１】さらに、被測定電流線１０２に流れる測定
電流が正方向または負方向のどちらの方向に流れても、
これを測定することができるように、演算増幅器１０９
と補償電流生成回路１１７とを正負両電源型にしなけれ
ばならないので、正電源装置と、負電源装置とを必要と
し、使い勝手が悪いという問題があった。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、製造コストを大幅に低減させるこ
とができるとともに、被測定電流線に対する取付け作業
を大幅に簡素化させて、取付け作業を容易にすることが
でき、また、被測定電流線に流れる測定電流の方向が正
方向、負方向のいずれであっても、単一電源装置によっ
て電流センサを駆動することができ、これによって電源
装置の構成を簡単にすることができる電流センサを提供
することにある。

【００１３】

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被測定電流線に流れている測定電流の電流
値を測定する電流センサにおいて、前記被測定電流線の
外形より大きな凹部を有し、その内部に磁気コアの一部
となる高透磁率部材が配置された第１ハウジングと、前
記被測定電流線の外形より大きな凹部を有し、その内部
に磁気コアの一部となる高透磁率部材が配置され、前記
被測定電流線に流れている測定電流の電流値を測定する
際に、前記第１ハウジングと組み合わされて前記被測定
電流線を挟み込む第２ハウジングと、前記第１、第２ハ
ウジング内に設けられた各高透磁率部材の少なくともい
ずれかの接続部分に設けられ、第１ハウジングと第２ハ
ウジングとを磁気的に結合するとともに、前記高透磁率
部材内に磁気バイアスを与えるマグネットと、前記第
１、第２ハウジングのいずれかの内部に設けられた高透
磁率部材内に配置され、この高透磁率部材内の磁束密度
を検出する磁気センサと、この磁気センサで得られた磁
束密度に基づいて前記被測定電流線に流れている測定電
流の値を判定する信号処理回路とを備えたことを特徴と
している。

【００１５】

【００１６】上記の構成によれば、第１、第２ハウジン
グ内に設けられた各高透磁率部材の少なくともいずれか
の接続部分に設けられたマグネットにより、第１ハウジ
ングと第２ハウジングとを磁気的に結合するとともに、
前記高透磁率部材内に磁気バイアスを与え、第１、第２
ハウジングのいずれかの内部に設けられた高透磁率部材
内に配置され、この高透磁率部材内の磁束密度を検出す
る磁気センサで得られた磁束密度に基づいて前記被測定
電流線に流れている測定電流の値を判定する。これによ
り、製造コストを大幅に低減させるとともに、被測定電
流線に対する取付け作業を大幅に簡素化させて、取付け
作業を容易にする。また、被測定電流線に流れる測定電
流の方向が正方向、負方向のいずれであっても、単一電
源装置によって電流センサを駆動することで電源装置の
構成を簡単にする。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明による電流センサの
一形態を示す斜視図である。

【００１９】この図に示す電流センサ１は、被測定電流
線２の外形より大きな凹部を持つ第１ハウジング３と、
被測定電流線２の外形より大きな凹部を持ち、被測定電
流線２に流れている測定電流の電流値を測定するとき、
第１ハウジング３と組み合わされて、被測定電流線２を
挟み込む第２ハウジング４とを備えており、被測定電流
線２に流れている測定電流によって生じた磁束を打ち消
すのに必要な補償電流の値に基づき、前記測定電流の値
を測定し、この測定結果を低速回路用電線（図示は省略
する）を介してハーネス（図示は省略する）側などに出
力する。

【００２０】第１ハウジング３は、半リング状に形成さ
れた高透磁率材料によって構成される磁気コア片５と、
磁気コア片５の各端部を露出し、残りの部分を包み込む
ように構成されるハウジング筐体７と、このハウジング
筐体７の各端部に一体形成される２つのコネクタ１０、
１１とを備えており、被測定電流線２に流れる測定電流
を測定するとき、被測定電流線２を挟み込むように、第
２ハウジング４と組み合わされる。

【００２１】第２ハウジング４は、半リング状に形成さ
れた高透磁率材料によって構成され、この第２ハウジン
グ４が第１ハウジング３と組み合わされたとき、この第
１ハウジング３の磁気コア片５と磁気的に結合されてリ
ング状の磁気コアとなる磁気コア片１２と、磁気コア片
１２の内部に配置され、磁気コア片１２内に生成された
磁束の密度を測定するホール素子１４と、磁気コア片１
２の各端部を露出し、残りの部分を包み込むように構成
されるハウジング筐体１５と、磁気コア片１２の露出部
分に設けられ、第１、第２ハウジング３、４が組み合わ
されるとき、第１ハウジング３の磁気コア片５を吸引し
てこれらの接続を確実にするとともに、これら第１、第
２ハウジング３、４の各磁気コア片５、１２によって構
成される磁気コア内にバイアス磁界を与える２つのマグ
ネット１６、１７と、ハウジング筐体１５の各端部に一
体形成される２つのコネクタ２０、２１と、ハウジング
筐体１５内に配置され、ホール素子１４から出力される
磁束密度検出信号の処理、補償電流の生成、測定電流の
電流値判定などを行なう回路部２２と、ハウジング筐体
１５に形成された凹部１５ｃ内に配置され、回路部２２
とハーネス側などとを着脱自在に接続するコネクタ２３
とを備えている。

【００２２】この場合、回路部２２は、図２に示す如く
一端が定電圧ライン２４に接続され、他端がホール素子
１４の正電源端子に接続される給電用の抵抗２５と、一
端が接地点に接続され、他端がホール素子１４の負電源
端子に接続される給電用の抵抗２６と、各一端がホール
素子１４の各出力端子に各々、接続される信号入力用の
抵抗２７、２８と、正電源端子が定電圧ライン２４に接
続され、負電源端子が接地点に接続され、反転入力端
子、非反転入力端子が各抵抗２７、２８の他端に各々接
続され、ホール素子１４から出力される磁束密度検出信
号を取り込んで、これを増幅する差動増幅器２９と、一
端が定電圧ライン２４に接続される抵抗３０と、コレク
タが抵抗３０の他端に接続され、ベースが差動増幅器２
９の出力端子に接続され、エミッタが巻線１３に接続さ
れ、差動増幅器２９から出力される磁束密度検出信号に
応じて正方向の補償電流を生成し、これを磁気コア１
２、および磁気コア５の各巻線に流し、被測定電流線２
に流れている測定電流によって前記磁気コア内に発生し
た磁束と逆方向の磁束を発生させるトランジスタ３１と
を備えている。

【００２３】そして、第２ハウジング４の凹部が被測定
電流線２の外側に密接させられた状態で、第１ハウジン
グ３の凹部が被測定電流線２の外側に密接させらて、こ
れら第１、第２ハウジング３、４の各端部が当接させら
れて各コネクタ１０、２０とが填込まれるとともに、各
コネクタ１１、２１が填込まれたとき、第１、第２ハウ
ジング３、４内の各巻線が電気的に接続されるととも
に、各マグネット１６、１７によって第１ハウジング３
の磁気コア片５が吸引されて、これがマグネット１６、
１７を介在させた状態で、第２ハウジング４の磁気コア
片１２に密着させられる。

【００２４】この状態で、回路部２２内の差動増幅器２
９およびトランジスタ３１によってホール素子１４から
出力される磁束密度検出信号に応じた補償電流が生成さ
れて、第１、第２ハウジング３、４の各巻線に前記補償
電流が流されて、磁気コア内に磁束が生成され、この磁
束によって被測定電流線２に流れる測定電流によって生
じた磁束が打ち消される。

【００２５】このとき、第２ハウジング４側の磁気コア
片１２の端面に取り付けられた各マグネット１６、１７
によって第１、第ハウジング３、４内の各磁気コア片
５、１２によって構成される磁気コアにバイアス磁界が
加えられているので、図３に示す如く測定電流の値がマ
イナス方向であっても、回路部２２から出力される補償
電流の値が負にならないようにされる。

【００２６】そして、前記補償電流によって生じる磁束
によって前記磁気コア内の磁束密度が零になったとき、
この補償電流の値に基づき、前記測定電流の値が判定さ
れ、この判定結果が前記測定電流の値として、第２ハウ
ジング４に設けられたコネクタ２３を介して、ハーネス
側などに出力される。

【００２７】このように、この実施形態においては、被
測定電流線２の外形より大きな凹部を持つ第１ハウジン
グ３と、被測定電流線２の外形より大きな凹部を持ち、
被測定電流線２に流れている測定電流の電流値を測定す
るとき、第１ハウジング３と組み合わされて、被測定電
流線２を挟み込む第２ハウジング４とによって電流セン
サ１を構成するようにしたので、磁気コアを分割するこ
とができ、これによって巻線の巻き付け作業を簡素化す
ることができ、磁気コア部分の製造コストを大幅に低減
させることができるとともに、被測定電流線２に対する
取付け作業を大幅に簡素化させて、取付け作業を容易に
することができる。

【００２８】また、この形態では、第２ハウジング４の
磁気コア片１２にマグネット１６、１７を固定するよう
にしているので、第１、第２ハウジング３、４を組み立
てたとき、これら第１、第２ハウジング３、４内に配置
された各磁気コア片５、１２によって構成される磁気コ
ア内にバイアス磁界を与えることができ、これによって
被測定電流線２に流れる測定電流の方向が正方向、負方
向のいずれであっても、単一電源装置によって電流セン
サ１を駆動することができ、電源装置の構成を簡単にす
ることができる。

【００２９】また、第１、第２ハウジング３、４を組み
立てたとき、第２ハウジング４の磁気コア片１２に固定
された各マグネット１６、１７によって第１ハウジング
３の磁気コア片５を吸引して、これら第１、第２ハウジ
ング３、４の接続を確実にしているので、磁束の漏れを
効率良く低減させることができる。

【００３０】図４は本発明による電流センサの他の形態
を示す斜視図である。

【００３１】この図に示す電流センサは、磁気コア片５
と磁気コア片１２との接合部分の一方にホール素子１４
を介在させ、他方にマグネット１６を介在させたもので
ある。この場合、磁気コア片５に巻かれた巻線６は定電
圧ライン２４に接続されている。

【００３２】このように構成することによっても、磁気
回路上に設けられたマグネット１６の吸引力を利用して
コア同士の接続をより確実にすると共に磁束の漏れを効
率良く減らすことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、製
造コストを大幅に低減させることができるとともに、被
測定電流線に対する取付け作業を大幅に簡素化させて、
取付け作業を容易にすることができ、また、被測定電流
線に流れる測定電流の方向が正方向、負方向のいずれで
あっても、単一電源装置によって電流センサを駆動する
ことができ、これによって電源装置の構成を簡単にする
ことができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電流センサの一形態を示す斜視図
である。

【図２】図１に示す回路部の詳細な回路構成例を示す回
路図である。

【図３】図１に示す電流センサの測定電流と、巻線に流
される補償電流との関係例を示すグラフである。

【図４】本発明による電流センサの他の形態を示す斜視
図である。

【図５】従来から知られている電流センサの一例を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１ 電流センサ ２ 被測定電流線 ３ 第１ハウジング ４ 第２ハウジング ５ 磁気コア片（高透磁率部材） ６ 巻線 ７ ハウジング筐体 ８、９ 端子 １０、１１ コネクタ １２ 磁気コア片（高透磁率部材） １３ 巻線 １４ ホール素子（磁気センサ） １５ ハウジング筐体 １５ｃ 凹部 １６、１７ マグネット １８、１９ 端子 ２０、２１ コネクタ ２２ 回路部（信号処理回路） ２３ コネクタ ２４ 定電圧ライン ２５、２６、２７、２８ 抵抗 ２９ 差動増幅器 ３０ 抵抗 ３１ トランジスタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定電流線に流れている測定電流の電
   流値を測定する電流センサにおいて、 前記被測定電流線の外形より大きな凹部を有し、その内
   部に磁気コアの一部となる高透磁率部材が配置された第
   １ハウジングと、 前記被測定電流線の外形より大きな凹部を有し、その内
   部に磁気コアの一部となる高透磁率部材が配置され、前
   記被測定電流線に流れている測定電流の電流値を測定す
   る際に、前記第１ハウジングと組み合わされて前記被測
   定電流線を挟み込む第２ハウジングと、 前記第１、第２ハウジング内に設けられた各高透磁率部
   材の少なくともいずれかの接続部分に設けられ、第１ハ
   ウジングと第２ハウジングとを磁気的に結合するととも
   に、前記高透磁率部材内に磁気バイアスを与えるマグネ
   ットと、 前記第１、第２ハウジングのいずれかの内部に設けられ
   た高透磁率部材内に配置され、この高透磁率部材内の磁
   束密度を検出する磁気センサと、 この磁気センサで得られた磁束密度に基づいて前記被測
   定電流線に流れている測定電流の値を判定する信号処理
   回路と、 を備えたことを特徴とする電流センサ。