JP6200445B2

JP6200445B2 - 電流検出器

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Publication number: JP6200445B2
Application number: JP2015068510A
Authority: JP
Inventors: 小林　正和; 正和小林; 孔恵余
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2035-03-30
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Description

本発明は、被検出電流の導通によって生じる磁束をコアで収束するタイプの電流検出器に関する。

この種のコアを用いるタイプの電流検出器には、作動中に定格値を大きく上回る過電流が導体に生じると、コアの残留磁束によって検出精度に影響が生じる（いわゆるヒステリシスが残る）という問題がある。このため従来、検出コアと検出コイルを有する直流電流センサにおいて、検出コアのヒステリシス解消に着目した先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この先行技術は、被検出電流の導通時に発生する磁界を収束する検出コアに対し、その一部に磁気ギャップを発生させる励磁コアを直交方向に連結して一体化した直流電流センサに関するものであり、電流センサとしては極めて特殊な形態である。すなわち、検出コアと一体化された励磁コアは、交番磁界を発生させて検出コアの一部を周期的に磁気的なギャップ状態にするものであるが、ギャップ形成中は磁気スイッチがＯＦＦになり、ギャップ消失中は磁気スイッチがＯＮになるので、この繰り返しによって検出コイルに起電力が発生し、電流検出が可能となる。ただし、そのままでは軟質磁性材料が有する保磁力の影響に起因して検出コイルからの出力電圧（出力特性）のヒステリシス現象が発生するので、検出コアに対してさらに変調コイルを配置し、変調コイルに発生させた交番磁界を検出コアに重畳しながら被検出導線に流れる直流電流を測定することで上記保磁力の影響を解消している。

その上で先行技術は、電流検出中に変調コイルに通電していると、微小な電流領域では検出回路が電気的に飽和してしまい、検出コイルより得た信号からは、変調交流電流信号と被測定電流信号とを分離することが困難になることに着目し、新たに脱磁期間を設けて完全脱磁状態とし、その後に検出期間を設けて検出回路の電気的な飽和を防止することとしている。

特開平１０−６８７４４号公報（段落００１８−００２３等）

しかし、上述した先行技術は、その特殊な形態に基づく複雑性に難がある。すなわち、本来の検出コアと励磁コアに変調コイルを加えた構成においては、検出コアが有する保磁力によるヒステリシスを除去するため、変調コイルに発生させた交番磁界をわざわざ検出コアに重畳していたが、ここでは当然、検出コイルが検出回路に常時接続されている。ところが、新たに設けた脱磁期間中は検出回路の電気的な飽和を防止する必要があるため、今度は検出コイルを検出回路から切り離しておき、そして、脱磁期間が終了すると再び接続し直すという複雑な動作を行わなければならない。

そこで本発明は、複雑な動作を伴うことなく、簡易な構成でヒステリシスの影響を解消する技術を提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。

すなわち本発明は、磁性体コアに形成したエアギャップ内に磁気検出素子を配置して電流を検出するタイプの電流検出器であり、これにはいわゆるオープンタイプ、サーボタイプといったオーソドックスな形態のものが該当する。

その上で本発明は消磁回路を備え、この消磁回路は、磁性体コアに設けられた巻線に対し、所定範囲内の周波数で所定の減衰特性を有した交流電流を印加することにより、磁性体コアに残留した磁束を消去するものである。

本発明の電流検出器によれば、磁性体コアの残留磁束によるヒステリシスの影響が発生していても、消磁回路から印加される交流電流によってヒステリシスを除去することができる。また、被検出電流の測定（電流の検出）には磁気検出素子を用いるため、消磁回路による交流電流の印加中には何らかの電気的な接続を切り離しておき、後からまた接続し直すといった複雑な動作を伴う必要がなく、簡易な構成とすることができる。

本発明において消磁回路は、８ｋＨｚから１７ｋＨｚの範囲内の周波数で交流電流を印加する態様が好ましい。このような周波数の範囲は、被検出電流の定格値や磁性体コアの保磁力といった個別の特性に関わりなく汎用性がある。このため、個別の特性を事前に精査して周波数を決定する必要がなく、簡易で利便性の高い電流検出器を得ることができる。

また、本発明において消磁回路は、所定の減衰特性として、減衰時間が５ｍｓから１０００ｍｓとなる交流電流を印加するものである。なお、減衰時間が経過した後は磁性体コアの残留磁束によるヒステリシス除去が完了しているため、以後は何度も繰り返し交流電流を印加する必要はなく、そのまま電流の検出を継続して行うことができる。

本発明の電流検出器は、フィードバック回路を備えたサーボタイプのものとして構成することができる。この場合、消磁回路は、フィードバック回路の二次巻線に対して交流電流を印加することができる。これにより、別途専用の巻線を設ける必要がなく、巻線の使用量を少なく抑えることができる。

また、本発明において消磁回路は、被検出電流の導通が開始された時点から交流電流の印加を開始する態様が好ましい。あるいは、消磁回路は、磁気検出素子に対する駆動電力の供給が開始された時点から交流電流の印加を開始することとしてもよい。

すなわち、被検出電流の導通開始又は磁気検出素子に対する駆動電力の供給開始は、本発明の電流検出器が適用される何らかのシステム（電気機器）への電源投入時を意味する。このようなタイミングで消磁回路が交流電流の印加を開始し、その減衰とともにヒステリシスの影響を除去することにより、システムの電源投入開始初期から電流検出器が安定して高精度に検出動作を行うことができる。

本発明によれば、複雑な動作を伴うことなく、簡易な構成でヒステリシスの影響を解消することができる。

第１実施形態の電流検出器の構成を概略的に示す斜視図である。消磁回路から消磁用コイルに印加される交流電流の波形を概略的に示す図である。消磁回路を用いたヒステリシス除去効果を確かめるための実験モデル（電流センササンプル）の構成を概略的に示す図である。ヒステリシス除去試験の結果を示す図である。交流電流の周波数を１０ｋＨｚに設定した場合のヒステリシス除去効果の結果を示す図である。図５の測定結果に基づき、交流電流の実効値とヒステリシス変化量との関係をプロットした図である。印加する電流の周波数と電流値の条件を各種に異ならせた場合の試験結果を示す図である。印加する電流の周波数と電流値の条件を各種に異ならせた場合の試験結果を示す図である。第２実施形態の電流検出器の構成を示す概略図である。第３実施形態の電流検出器の構成を示す概略図である。

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。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の電流検出器１００の構成を示す概略図である。以下、電流検出器１００の構成について説明する。

〔磁性体コア〕
電流検出器１００は、例えばパーマロイを用いた磁性体コア１０２を備えており、この磁性体コア１０２は全体として略角リング形状をなしている。磁性体コア１０２の内側（リングの内周）には略矩形状の電流導通部１０２ａが形成されており、この電流導通部１０２ａには、バスバー等の導体１０５（一次巻線）が挿通されるものとなっている。電流検出器１００は導体１０５を通る電流を検出対象とするものであり、磁性体コア１０２は、導体１０５に被検出電流（Ｉｆ）が流れる際に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置されている。なお、被検出電流（Ｉｆ）が比較的低い水準（微弱電流）である場合、導体１０５を磁性体コア１０２に巻き付けてもよい。

〔エアギャップ〕
上記のように磁性体コア１０２は略角リング形状をなしており、そのため磁性体コア１０２にはそれぞれ一対の短辺部１０２ｂ及び長辺部１０２ｃが含まれている。また磁性体コア１０２には、例えば１つの長辺部１０２ｃの途中を部分的に切り欠くことでギャップ１０２ｄが形成されている。なおギャップ１０２ｄは、短辺部１０２ｂに形成されていてもよい。

〔磁気検出素子〕
電流検出器１００は、磁気検出用素子の一例としてホール素子１０６（ＭＲ素子、ＭＩ素子でもよい）を備えている。ホール素子１０６は、ギャップ１０２ｄ内に挿入した状態で磁性体コア１０２に取り付けられている。なおホール素子１０６は、例えば樹脂封止によりパッケージされた電子部品であり、各ホール素子１０６には、例えば図示しない電源回路を通じて駆動電圧（例えば＋５Ｖ）が供給されている。ホール素子１０６は、ギャップ１０２ｄに発生する磁界の強さ（磁束）に応じた電圧信号（ホール電圧）を出力する。

〔専用回路〕
また電流検出器１００は、専用回路１０８を備えている。この専用回路１０８は、例えば第１実施形態のようなサーボタイプの電流検出器１００向けに構成を最適化し、内部に専用設計の回路をパッケージした電子部品（ディスクリート製品）である。専用回路１０８には、図示しない電源回路から駆動電圧（例えば＋５Ｖ）が供給される他、ホール素子１０６から出力される電圧信号が入力されている。また専用回路１０８は、参照ポートとしてＲＥＦＩＮ及びＲＥＦＯＵＴ（例えば２．５Ｖ）を有している。

〔フィードバック回路〕
上述したように、第１実施形態の電流検出器１００はサーボタイプであり、そのためフィードバック回路としての構成要素を備えている。フィードバック回路は、例えば上記の専用回路１０８内に図示しない差動増幅器を有する他、専用回路１０８に接続された二次巻線１０４を有している。二次巻線１０４は、例えば磁性体コア１０２の一方の長辺部１０２ｃに巻かれた状態で形成されている。二次巻線１０４は、ホール素子１０６からの電圧信号に基づいて専用回路１０８内で生成されたフィードバック電流（Ｉｈ）が供給されることで、被検出電流（Ｉｆ）により発生する磁界を打ち消す方向への逆磁界を発生させるものである。なおフィードバック回路には負荷抵抗１１０が設けられており、二次巻線１０４の電流出力（Ｉｈ）は、負荷抵抗１１０で電圧出力（Ｖｏｕｔ）に変換される。

〔消磁回路〕
また、電流検出器１００は消磁回路１５０を有している。この消磁回路１５０は、磁性体コア１０２の残留磁束を消去する（いわゆるヒステリシス除去）ものである。このため磁性体コア１０２には、上記の二次巻線１０４とは別に消磁用コイル１５６が巻かれており、消磁用コイル１５６には消磁回路１５０から交流電流が印加されるものとなっている。具体的には、消磁回路１５０は発振回路１５２及び減衰回路１５４を有している。このうち、発振回路１５２は所定範囲の周波数で交流電流を生成し、減衰回路１５４がこれを減衰させて消磁用コイル１５６に印加する。

〔交流波形〕
図２は、消磁回路１５０から消磁用コイル１５６に印加される交流電流の波形を概略的に示す図である。
消磁回路１５０の発振回路１５２は、例えば以下の式で表される交流電流（Ｉｐｐ）を生成する。
Ｉｐｐ＝Ｖｈ／Ｖｇａｉｎ・Ｉｆ
上式において、
Ｖｈ：ヒステリシス電圧
Ｖｇａｉｎ：０．６２５Ｖ
Ｉｆ：被検出電流（定格値）
である。

また、交流電流（Ｉｐｐ）の周波数は、８ｋＨｚ〜１７ｋＨｚの範囲内に設定されている。減衰回路１５４は、交流電流（Ｉｐｐ）を時間の経過とともに減衰し、印加開始から減衰時間Ｔｓで概ね電流値を０にする。ここでは、減衰時間Ｔｓを例えば５０ｍｓとする。なお、減衰時間Ｔｓは例えば５ｍｓ〜１０００ｍｓの範囲内で設定することができる。

〔周波数範囲の設定〕
ここで、交流電流（Ｉｐｐ）の周波数を８ｋＨｚ〜１７ｋＨｚの範囲内に設定する根拠について説明する。周波数の範囲は、以下の試験に基づいて設定されている。

〔ヒステリシス除去試験〕
図３は、消磁回路１５０を用いたヒステリシス除去効果を確かめるための実験モデル（電流センササンプル）の構成を概略的に示す図である。実験モデルでは、例えば試験用コア３０２が珪素鋼板製の積層タイプの電流センサとする。また、試験用コア３０２には上記の消磁用コイル１５６を巻き、消磁回路１５０を接続する。一方、試験用コア３０２には磁束変化の監視用コイル５を巻き、これに電圧モニタ１６０を接続する。なお、ここでは消磁用コイル１５６の巻き数は例えば１３ターン、監視用コイル５の巻き数は例えば５ターンとする。

〔試験条件〕
ヒステリシス除去試験は、例えば以下の条件下で行うものとする。
（１）消磁器で実験用電流センサのコア３０２を消磁して、電源±１５Ｖを接続し、マルチメータで、オフセット電圧を測定する。
（２）実験用電流センサの電源をＯＦＦに設定する。実験用電流センサのコア３０２に１０倍定格電流を貫通してから、電源をＯＮにする。実験用電流センサのオフセット電圧を測定する。
（３）消磁用コイル１５６に通電して、電圧モニタ１６０で励起波形を監視し、励起波形の観察ができれば、消磁効果を「有」と観察する。消磁コイル１５６の信号をＯＦＦして、実験用電流センサの出力電圧（オフセット電圧）を測定して、消磁コイル１５６を働かせた前後のオフセット電圧の変化は消磁効果とする。
（４）上記（３）の後、試験用コア３０２を一旦励磁し、試験用コア３０２に残留磁束を発生させる。通過電流は４３．８Ａ×１３（ターン数）＝５７０ＡＴとする。
（５）そして、消磁回路１５０をヒステリシス除去の態様で作動させ、減衰特性を有する交流電流を印加する。

〔試験結果〕
図４は、ヒステリシス除去試験の結果を示す図である。ここでは、試験を１０回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０）行い、それぞれの回で得られた各種の値を一覧にしている。また試験は、回毎に印加電流の周波数を変えて行った。

〔測定項目〕
毎回の試験における測定項目（周波数は設定による）は、以下の通りである。
（１）消磁後のオフセット電圧：Ｖｏｆｆｓｅｔ（ｍＶ）
（２）励磁後のヒステリシス：ＶＨ（ｍＶ）
（３）印加電流のＲＭＳ値（Ａ）×１３Ｔ：印加する交流電流の巻き数倍とする。
（４）ヒステリシス除去周波数（Ｈｚ）：設定した周波数。
（５）電流印加後（消磁試験後）のオフセット電圧：ＶＯＦＦＳＥＴ（ｍＶ）
（６）ヒステリシス除去効果（ｍＶ）：ＶｏｆｆｓｅｔとＶＯＦＦＳＥＴとの差を除去効果とする。
（７）監視波形：ＶＲＭＳ（ｍＶ）、電圧モニタ１６０で監視された波形の電圧ＲＭＳ値。
以下、試験結果について説明する。

〔試験１回目〕
図４中、「Ｎｏ．１」の試験結果に示されるように、印加する交流電流の周波数を１０Ｈｚに設定した場合、ヒステリシス除去効果（ＶＯＦＦＳＥＴ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）としては何らかの値（−９．２９ｍＶ）が得られているが、監視波形は観測されなかった。

〔試験２回目〕
次に、図４中、「Ｎｏ．２」の試験結果に示されるように、印加する交流電流の周波数を１０倍の１００Ｈｚに設定した場合、同じくヒステリシス除去効果（ＶＯＦＦＳＥＴ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）としては何らかの値（−５．８０ｍＶ）が得られているが、やはり監視波形は観測されなかった。

〔試験３回目〕
次に、図４中、「Ｎｏ．３」の試験結果に示されるように、印加する交流電流の周波数をさらに１０倍の１ｋＨｚに設定した場合、ここでもヒステリシス除去効果（ＶＯＦＦＳＥＴ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）としては何らかの値（−９．６０ｍＶ）が得られているが、依然として監視波形は観測されなかった。

〔試験４回目〕
そこで、図４中、「Ｎｏ．４」の試験結果に示されるように、今度は印加する交流電流の周波数を８ｋＨｚに設定した。この結果、ヒステリシス除去効果（ＶＯＦＦＳＥＴ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）として良好な値（−１１．２５ｍＶ）が得られるとともに、監視波形（１２０ｍＶ）が観測された。

〔試験５回目〕
続いて、図４中、「Ｎｏ．５」の試験結果に示されるように、印加する交流電流の周波数を１７ｋＨｚに設定した。ここでも、ヒステリシス除去効果（ＶＯＦＦＳＥＴ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）として良好な値（−８．３３ｍＶ）が得られるとともに、監視波形（１５６ｍＶ）が観測された。

〔試験６回目以降〕
また、図４中、「Ｎｏ．６」〜「Ｎｏ．８」の試験結果に示されるように、印加する交流電流の周波数を２０ｋＨｚ、２５ｋＨｚ、３０ｋＨｚと次第に高くしていっても、ヒステリシス除去効果の値（−８．６８ｍＶ、−１２．００ｍＶ、−９．１２ｍＶ）が得られ、監視波形（１９２ｍＶ、３０７ｍＶ、３５５ｍＶ）が観測された。

同様に、図４中の「Ｎｏ．９」及び「Ｎｏ．１０」の試験結果は、それぞれ周波数を５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚにまで高く設定したものである。これら試験では、ヒステリシス除去効果の値（−１０．７５ｍＶ、−１１．８８ｍＶ）が得られ、監視波形（５７５ｍＶ、１０６０ｍＶ）が観測されている。

〔試験結果のまとめ（１）〕
以上の試験結果「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．１０」から、以下のことが明らかとなる。
（ｉ）電流センササンプルの消磁用コイル１５６に交流電流を印加すると、結果としてヒステリシス除去の効果が得られる。
（ｉｉ）ただし、８ｋＨｚより低い周波数域では監視波形が得られていないことから、これら低周波数域（１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚ）では試験用コア３０２に磁束変化が表れていない。
（ｉｉｉ）一方、８ｋＨｚ以上の高い周波数域では監視波形が得られることから、試験用コア３０２に磁束変化が現れる周波数は８ｋＨｚ以上であることがわかる。

〔ヒステリシス除去効果の測定〕
そこで、印加する交流電流の周波数を１０ｋＨｚに設定した上でさらに複数回（ここでは１２回）の試験を行い、各回のヒステリシス除去効果を測定した。なお、試験条件は図４に示したものと同じである。この試験では、毎回の印加する交流電流のＲＭＳ値を変化させている。

図５は、交流電流の周波数を１０ｋＨｚに設定した場合のヒステリシス除去効果の結果を示す図である。また図６は、図５の測定結果に基づき、交流電流の実効値とヒステリシス変化量との関係をプロットした図である。図５中の「ヒステリシス除去効果（ｍＶ）」は、「励磁後ヒステリシスＶＨ（ｍＶ）」と「Ｖｏｆｆｓｅｔ（ｍＶ）」との差である。また、「監視波形ＶＲＭＳ（ｍＶ）」のカラムに「ｏｋ」とあるのは、有意な波形が観測されたことを表している。なお、各回「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．１２」における各測定値の詳細については図示のものを参照するものとし、ここでは個別の言及を省略する。

〔試験結果のまとめ（２）〕
以上の試験結果（図５中のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２及び図６）から、以下のことが明らかとなっている。
（ｉ）１０ｋＨｚの周波数で交流電流を消磁用コイル１５６に印加すると、全ての回においてオフセット電圧に有意な変化が見られることから、ヒステリシス除去効果があることが分かる。
（ｉｉ）このとき、印加する交流電流の実効値を大きくすると、それに伴ってオフセット電圧の変化量（絶対値）も全体としては大きくなる傾向にある（多少のばらつきはある）。

〔実施例〕
以上の電流センササンプルを用いた試験結果を踏まえ、図１に示す第１実施形態のサーボタイプの電流検出器１００において実際にヒステリシス除去試験を行った。今回の試験は、電流検出器１００を実際に使用するシステム（例えば冷凍機）の電源を遮断した状態として導体１０５に定格値の１０倍の直流電流を通したとき、磁性体コア１０２に残留したヒステリシスを消磁回路１５０によって除去することを目的とする。

〔理論推測〕
ここで、実際の試験に先立ち、磁性体コア１０２の素材及び専用回路１０８（ディスクリート製品）の特性から以下の理論的な推測が成り立つ。
（ａ）オフセット電圧（ＶＯＦＦＳＥＴ）＝２．５Ｖ、定格電流Ｉｆ＝７Ａ
（ｂ）上記の誤差＝±２０ｍＶ
（ｃ）ヒステリシス相当の電流値（計算値）：Ｉｐｐ＝Ｖｈ／Ｖｇａｉｎ・Ｉｆの式から、２０／６２５×７＝０．２２４Ａ＝２２４ｍＡ
（ｄ）したがって、ヒステリシス除去用の電流値は０ｍＡから２２４ｍＡの範囲で高下しつつ減衰する。

〔試験結果〕
図７及び図８は、印加する電流の周波数と電流値の条件を各種に異ならせた場合の試験結果を示す図である。このうち図７中（Ａ）は、消磁用コイル１５６の巻き数を１回（１Ｔ）とした場合の試験結果を示し、図７中（Ｂ）及び図８中（Ａ），（Ｂ）は、いずれも消磁用コイル１５６の巻き数を５回（５Ｔ）とした場合の試験結果を示している。ヒステリシス除去効果の有無の判定は、試験後のオフセット電圧が理論上のオフセット電圧＝２．５Ｖ±１０ｍＶにあれば「有」とし、それ以外は「無」とする。

図７中（Ａ）：交流電流の周波数を８ｋＨｚとし、各回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）に示す電流値にてヒステリシス除去を試みた。このうち、「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．４」に示す試験では、いずれもヒステリシス除去効果が「無」の判定となった。「Ｎｏ．５」に示す試験のみがヒステリシス除去効果「有」となっている。

図７中（Ｂ）：次に、電流値を１００ｍＡに設定し、交流電流の周波数を１１ｋＨｚ〜１７ｋＨｚまで変化させて各回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７）の試験を行った。ここでのヒステリシス相当の電流実効値は４４．８ｍＡである。この結果、全ての回でＶｏｆｆｓｅｔが安定した値（２．４９９Ｖ）に落ち着き、ヒステリシス除去効果は全て「有」となった。

図８中（Ａ）：交流電流の周波数を５００Ｈｚと低く設定し、各回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）に示す電流値にてヒステリシス除去を試みた。ここでのヒステリシス相当の電流実効値は１１２ｍＡである。この結果、全ての回でＶｏｆｆｓｅｔが許容範囲を超えた値（２．４９０Ｖ）となり、ヒステリシス除去効果が「無」の判定となった。

図８中（Ｂ）：交流電流の周波数を図８中（Ａ）より高い１ｋＨｚに設定し、各回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）に示す電流値にてヒステリシス除去を試みた。ここでのヒステリシス相当の電流実効値は１１２ｍＡである。しかし、ここでも全ての回でＶｏｆｆｓｅｔが許容範囲を超えた値（２．４９０Ｖ）となり、いずれもヒステリシス除去効果は「無」の判定となった。

〔試験結果のまとめ（３）〕
サーボタイプの電流検出器１００を用いた試験結果から、以下のことが明らかとなる。
（ｉ）図７中（Ａ）においてヒステリシス除去効果「有」となる周波数の下限は８ｋＨｚである。特に図示していないが、別途試験を行った結果、印加する交流電流の周波数が８ｋＨｚより低いと、高インピーダンスのために充分なヒステリシス除去効果が得られないことが分かっている。
（ｉｉ）また、図７中（Ｂ）においてヒステリシス除去効果が「有」となる周波数は１１ｋＨｚ〜１７ｋＨｚである。特に図示していないが、別途試験を行った結果、周波数が１７ｋＨｚより高くなると磁性体コア１０２がＡＣＣＴとして働き、サーボ作用が止まるために充分なヒステリシス除去効果が得られないことが分かっている。
（ｉｉｉ）よって、交流電流の最適な周波数の範囲は８ｋＨｚ〜１７ｋＨｚであり、この範囲内の周波数で減衰特性を有した交流電流を消磁用コイル１５６に印加すると、一例として好適に設定した減衰時間Ｔｓ（５０ｍｓ）内でヒステリシス除去を完了することができる。なお、図示しない別途試験の結果によれば、減衰時間Ｔｓは５ｍｓ〜１０００ｍｓの範囲内で設定することができる。すなわち、減衰時間Ｔｓが５ｍｓより短いと十分なヒステリシス除去効果が得られないし、減衰時間Ｔｓが１０００ｍｓを超えるとシステム起動時の応答性（スタートアップ時間）に悪影響を生じるためである。

〔第２実施形態〕
図９は、第２実施形態の電流検出器２００の構成を示す概略図である。なお、ここでは第１実施形態と共通する事項について、図示も含めて共通の符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。以下、第２実施形態の電流検出器２００について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第２実施形態では、磁性体コア１０２に消磁用コイルが巻かれておらず、消磁回路１５０はコンデンサ１５８を介して二次巻線１０４に接続されている。このため第２実施形態では、二次巻線１０４をヒステリシス除去の用途に兼用することができ、それだけ巻線使用量を低減することができる。
第２実施形態では、消磁回路１５０をコンデンサ１５８でフィートバックコイル１０４に結合し、消磁用の交流信号で磁性体コア１０２のヒステリシスを除いた後にこの交流信号をフィートバック系の電流電圧変換用高精度抵抗に通過させれば、そのまま電流検出器２００による出力側の値を観察することができるが、ここではフィートバックコイル１０４を消磁コイルとしても機能させて磁性体コア１０２を消磁することにより、電流検出器２００をＯＮにして先ず消磁の動作を行い、その後で電流検出器２００としての動作を行うことができる。したがって、消磁時間内では電流検出器２００としての信号出力（電流検出値の出力）は行わない。
なお、コンデンサ１５８としては、静電容量が５０ｎＦ〜０．２２μＦのものを用いることができる。

その他の専用回路１０８やフィードバック回路の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、ここではその説明を省略する。

〔第３実施形態〕
図１０は、第３実施形態の電流検出器３００の構成を示す概略図である。ここでも第１，第２実施形態と共通する事項については、図示も含めて共通の符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。以下、第３実施形態の電流検出器３００について、第１，第２実施形態との相違点を中心に説明する。

〔オープンタイプ〕
すなわち、第３実施形態の電流検出器３００は、二次巻線を持たないオープンタイプである点が異なっている。第３実施形態の電流検出器３００は、専用回路１０８に代えて増幅回路３０８を有しており、ホール素子１０６からの信号は増幅回路３０８にて増幅されて電圧出力（Ｖｏｕｔ）となる。

このようなオープンタイプの電流検出器３００においても、消磁用コイル１５６に８ｋＨｚ〜１７ｋＨｚの周波数で交流電流を印加することにより、第１，第２実施形態と同様にヒステリシス除去を行うことができる。

〔動作制御例〕
次に、各実施形態の電流検出器１００，２００，３００の動作制御の好適な例について説明する。

第１〜第３実施形態において、電流検出器１００，２００，３００は、それぞれが適用されるシステム（例えば冷凍機）の電源がオフの状態からオンの状態になるタイミング（起動時）を起点としてヒステリシス除去の動作を開始することができる。

〔第１，第２実施形態の制御例〕
具体的には、第１，第２実施形態の制御例では、電流検出器１００，２００が適用されたシステムに電源が投入（ＯＦＦ→ＯＮ）されると、これをトリガとして専用回路１０８から消磁回路１５０に作動信号を出力する構成とする。そして、これを受けて消磁回路１５０が交流電流の印加を開始し、減衰時間Ｔｓ内でヒステリシス除去を完了する手順を制御プログラムに組み込んでおく。以後、システムの稼働中は消磁用コイル１５６に通じる電流が０の近似値にまで減衰しているので、消磁用コイル１５６が磁性体コア１０２に磁束を発生させることはない。

〔第３実施形態の制御例〕
また、第３実施形態の制御例は、電流検出器３００が適用されたシステムに電源が投入（ＯＦＦ→ＯＮ）されると、これをトリガとして増幅回路３０８から消磁回路１５０に作動信号を出力する構成とする。これを受けて消磁回路１５０が交流電流の印加を開始し、同じく減衰時間Ｔｓ内でヒステリシス除去を完了する手順を制御プログラムに組み込んでおく。以後、システムの稼働中は消磁用コイル１５６に通じる電流が０の近似値にまで減衰しているので、消磁用コイル１５６が磁性体コア１０２に磁束を発生させることはない。

上述した各実施形態によれば、ヒステリシスの影響が最も顕著となるシステムの起動時にヒステリシス除去の動作を行うことで、システムの稼働開始初期から高精度に電流の検出を行うことができる。

本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。例えば、磁性体コア１０２の形状は各実施形態で挙げた四角リング形状だけでなく、その他の多角形リング形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。また磁性体コア１０２は、パーマロイ以外の磁性材料（フェライト、珪素鋼板、鉄−ニッケル合金等）を用いて製作してもよく、磁性体コア１０２にはトロイダル構造や積層構造を採用することができる。なお、磁性体コア１０２の具体的な形状や大きさ、厚み等の仕様は、実際に対象とする被検出電流の特性に合わせて適宜に変更することができる。

その他、図示とともに挙げた電流検出器１００，２００，３００やその一部の構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造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いうまでもない。

１００，２００，３００電流検出器
１０２磁性体コア
１０２ｄギャップ
１０４二次巻線
１０６ホール素子
１０８専用回路
１５０消磁回路

Claims

被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置され、一部に磁気検出素子を配置するエアギャップが形成された磁性体コアと、
前記磁性体コアに設けられた巻線に対し、所定範囲内の周波数で所定の減衰特性を有した交流電流を印加することにより前記磁性体コアに残留した磁束を消去する消磁動作を実行可能な消磁回路と、
前記磁気検出素子からの出力信号に基づいて前記被検出電流を検出する検出動作を実行可能な検出回路と、
電源の投入により前記被検出電流の導通が開始されると、前記消磁回路に作動信号を出力して被検出電流とヒステリシス電圧との関係から求まるヒステリシス相当の電流値で交流電流の印加を開始させるとともに、所定の減衰時間内で減衰が完了する特性が得られる周波数に制御することで前記消磁回路による前記消磁動作を前記所定の減衰時間内で完了させた後に前記検出回路による前記検出動作の実行を開始させる制御手段と
を備えた電流検出器。
請求項１に記載の電流検出器において、
前記消磁回路は、
前記消磁動作における前記交流電流の周波数の下限値を８ｋＨｚとし、上限値を１７ｋＨｚとした範囲内で前記交流電流を印加することを特徴とする電流検出器。
請求項１又は２に記載の電流検出器において、
前記消磁回路は、
前記減衰時間を５ｍｓ以上で５０ｍｓ以内とした減衰特性の前記交流電流を印加して前記消磁動作を完了させることを特徴とする電流検出器。