JPH06201731A - 磁気平衡型電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別な交流減衰発振回路を設けることなく磁
気コアの消磁を行う。 【構成】 磁気コア１が過大電流ｉ_1mにより帯磁される
と、比較回路３３は検出信号を発生し、論理積回路３７
から切換信号が発生し、バイアス巻線４５に流れる電流
の方向がＨ形ブリッジ回路で切換えられることにより、
磁気コア１を消磁する逆磁力Ｈ_A（Ｏｅ）が該コア１に
加わり、消磁が完了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気平衡型電流測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気平衡型電流測定装置で微少電流を測
定する際にはその電流測定装置が有する磁気コアの履歴
特性により非直線性や帯磁の影響を受け測定誤差を生じ
るから磁気平衡回路を用いて磁気コアも含めたフィード
バックを施すことにより、磁気コアの磁束が常に零とな
るように構成されている所謂磁気平衡型の電流測定装置
が従来から知られている。

【０００３】磁気平衡型電流測定装置の概略は図７に示
すように閉磁路を形成する磁気コア１と、該コアに挿入
したホール素子２と、増幅器よりなる磁気平衡回路３
と、フィードバック巻線４とによって負のフィードバッ
クループを形成したもので、今１ターンの被測定電線５
に流れる電線をｉ₁，フィードバック巻線４のターン数
をｎとすると、フィードバック巻線４を流れる電線ｉ₂
はフィードバック量が充分大きい場合には、下式（１）
となり磁気コア１の非直線性や帯磁の影響を受けないこ
とも周知事実である。 ｉ₂＝ｉ₁／ｎ …… （１）

【０００４】磁気平衡型電流測定装置は、基本的にコア
磁束はゼロで磁気平衡状態であるので、コア１は着磁し
ない。しかし、磁気平衡範囲を越えるような過大測定電
流や、磁気平衡回路３が応対動作できないような急激な
測定電流変化があった場合には磁気平衡法の動作から逸
脱してしまい、コアの帯磁により動作点が大きく変化し
て以降は測定誤差を生じる。

【０００５】従来技術として一般に、保磁力の小さいコ
ア材料を選定して最大帯磁量を小さくする対策をしてい
るが、材料コストおよび加工コストが高くなるという問
題がある。また、磁気コアのギャップを広げて帯磁量を
弱めるという対策もとられるが、電流測定装置の感度低
下の問題がある。

【０００６】また、帯磁したコアの消磁による対策は、
実公昭６３−１３４９６号公報に示されるように、図８
のごとくサンプルホールド回路７、比較回路８、単安定
マルチバイブレータ回路９、および交流減衰発振回路１
０を磁気平衡型電流測定装置に追加する構成がとられ
る。６は電流増幅回路である。その構成を図８に示す。
以上の構成において通常測定ではサンプルホールド回路
７はサンプル状態にあって被測定電線５に流れる電線ｉ
に比例した電圧ｅを出力する。今図９に示すように測定
電流ｉに急激な変化があり回路が応答できず磁気平衡動
作から逸脱すると通常測定の場合には磁気平衡回路３の
出力は実用的に零であるのに反して出力波形はａに示す
ような誤差電圧を出力する。その発明では前記誤差電圧
は比較回路８に入力され、比較回路８の「しきい値」Ｖ
_Sを超える場合には比較回路８はｂ波形の如き出力を発
生して単安定マルチバイブレータ回路９を駆動し、ｃ波
形の如き平滑出力電圧を発生する。この出力電圧により
サンプルホールド回路７をホールド状態にすると同時に
交流減衰発振回路１０を駆動し、ｄに示す如き交流減衰
信号によって交流磁束に減衰させて行く手法の消滅が行
われる。しかしながら特殊なに交流減衰発振回路が新た
に必要となってしまうという解決すべき課題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、測定範囲を
切換る機能の付いた磁気平衡型電流測定装置の磁気平衡
範囲に着目し、磁気コアが消磁される所定の逆磁力が得
られるよう、測定範囲を切換え磁力不平衡状態を形成す
ることにより、特別な交流減衰発振回路を設けることな
く磁気コアの消磁を行うものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、閉磁路を形成すると共に被測定電線に流れる
電流に応じた磁束を生じる磁気コアと、該磁気コアに挿
入されたホール素子と、前記磁気コアに巻回されたフィ
ードバック巻線と、前記ホール素子の出力側に接続され
前記フィードバック巻線に測定電流に応じた出力電流を
流して磁気平衡を行う磁気平衡回路と、前記磁気コアに
巻回され該磁気コアに正負のバイアス磁束を生じさせる
ことで電流測定範囲を大小に切換るバイアス巻線と、該
バイアス巻線に流す電流の方向を切換信号の導入に応じ
て正負に切換え可能な測定範囲切換回路とを備えると共
に、前記被測定電線に所定の測定範囲を逸脱した測定電
流が流れ磁気コアが帯磁したことを検出して検出信号を
発生する帯磁検出手段と、該帯磁検出手段の検出信号が
発生されたのち、消磁に必要な逆磁力を大電流測定範囲
の磁気不平衡範囲で発生する特定測定電流であることを
小電流測定範囲の測定により検出するとき切換信号を発
生し該切換信号を前記測定範囲切換回路に加える切換信
号発生手段とを備えることを特徴とする磁気平衡型電流
測定装置を提供する。

【０００９】

【作用】図３は磁気コア材料が示す消磁特性である。横
軸は磁力Ｈ（Ｏｅ）であり、縦軸は磁束密度Ｂ（Ｇ）で
あり、実線は直流磁化特性を示している。破線は、この
コア材料が１．２Ｈｃ（Ｏｅ）以上で磁化された状態か
ら逆磁力−ｘ（Ｏｅ）を１回加えた場合の消磁特性であ
る。図３に示すように原点を通るほぼ直線状の破線Ａの
軌跡を通り消磁される逆磁力Ｈ_Aが定まっている。

【００１０】磁力コアの消磁は図３に示すように、１回
の逆磁力で行うことが可能である。逆磁力は磁気コア材
料により定まる値である。例えば、一度正側に磁力を加
えて帯磁した磁気コアに図３のＡの軌跡によって消磁す
る逆磁力Ｈ_Aを加える。逆磁力Ｈ_Aの発生は、図４に示す
測定範囲切換機能を利用した消磁手段により可能とな
る。大電流測定範囲外の測定電流（５０Ａ以下）では電
流測定装置内部の磁気平衡状態は崩れて、磁気コアに逆
磁力を生ずる。小電流測定範囲で測定中の測定電流が大
電流測定範囲に切り換えると消磁する逆磁力Ｈ_Aを生ず
る特定測定電流αＨ_A（３０Ａ）の時に、測定範囲を大
電流測定範囲に一瞬切り換えることで、磁気コアに逆磁
力Ｈ_Aを生じるので、簡単にコアを消磁することができ
る。ここでαは電流測定装置の磁気コアによって決まる
定数である。

【００１１】本発明において、帯磁検出手段は被測定電
線に所定の測定範囲を逸脱した測定電流が流れる時に検
出信号を発生し、その検出信号が発生されたのち、切換
信号発生手段が特定測定電流αＨ_Aを検出すると切換信
号を発生しその切換信号を測定範囲切換回路に加えるた
め、測定範囲が大電流測定範囲に切り換わり、バイアス
巻線に流れる逆電流により磁気コアに逆磁力Ｈ_Aを生じ
て消磁が行われる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例について図を参照して説明す
る。図１は実施例を示す電流測定装置の回路図である。
電流測定装置は磁気平衡回路３と測定範囲切換回路４０
とを備え、単電源で動作するよう構成されている。磁気
平衡回路３は、ホール素子２に発生する電流を増幅器３
１で増幅してその電流をフィードバック巻線４に流し、
出力端子Ｉ_outに電流を出力する。帯磁検出手段３２が
出力端子Ｉ_outに接続されている。帯磁検出手段３２は
例えば比較回路３３とフリップフロップ回路３４とで構
成され、出力端子Ｉ_outに所定の測定範囲を逸脱した測
定電流が流れるとき、検出信号を発生する。切換信号発
生手段３５は、例えば比較回路３６と論理積回路３７で
構成され、消磁に必要な逆磁力を発生する測定電流であ
ることを比較回路３６が検出し、かつ帯磁検出手段３２
から検出信号が論理積回路３７に加えられている場合に
切換信号を発生し、切換信号端子ＳＷにその切換信号を
加える。

【００１３】測定範囲切換回路４０は、図１に示すよう
にトランジスタ４１および４２と電界効果トランジスタ
４３および４４とによるＨ形ブリッジ回路を有する。そ
して、このＨ形ブリッジ回路は一方の対角点間にバイア
ス巻線４５を接続しており、切換信号端子ＳＷに切換信
号が加えられると、トランジスタ４１及び４４とトラン
ジスタ４２および４３のオンオフを切換えることによ
り、バイアス巻線４５に流れる電流の方向を切換え可能
に構成されている。

【００１４】図２は、磁気コア１を示す斜視図である。
磁気コア１にはフィードバック巻線４とバイアス巻線４
５が巻回されており、磁気コア１に設けられたギャップ
内にホール素子２が挿入されている。ホール素子２は、
図示略の電極により電流を流してあり、その電流とコア
１の磁界の向きに対して垂直方向に電圧を発生する。Ｃ
型の磁気コア１内に被測定電線５が貫通している。フィ
ードバック巻線４で発生する磁束が、前記被測定電線５
を流れる測定電流ｉ₁によりコア１に生ずる磁束と、バ
イアス巻線４５により生ずる磁束とで打消されるよう
に、磁気平衡回路３でフィードバック巻線４に電流ｉ₂
を流して磁気平衡状態に制御されており、出力端子Ｉ
_outには前記電流ｉ₂が出力され測定電流ｉ₁が算式で求
まるようにしてある。

【００１５】上記構成において、被測定電流５に過大な
測定電流ｉ_1mが流れると、磁気平衡回路３で対応できな
くなり、前記過大測定電流ｉ_1mにより発生する磁束に基
づいて磁気コア１が帯磁される。そして、磁気コア１が
帯磁されると、帯磁磁束φ分のオフセット誤差電圧がホ
ール素子２に生じることがある。本発明はこの帯磁磁束
を自動的に消磁し、オフセット誤差を消滅させる。

【００１６】図４は、磁気平衡型電流測定装置の出力特
性を示す特性図である。この特性図を基に磁気コア１の
帯磁磁束を消磁する条件を説明する。小電流測定範囲
（−５０Ａ〜＋５０Ａ）および大電流測定範囲（＋５０
Ａ〜＋１５０Ａ）は磁気平衡範囲であり、磁気コア１は
帯磁磁束ゼロに保たれるが、測定範囲外では、測定範囲
を外れた電流分の磁束が磁気コア１の逆磁力として発生
する。測定範囲を外れた電流Ｉと磁気コア１の逆磁力Ｆ
_nとの関係は磁気コア１により定まり、次式で表すこと
ができる。 Ｆ_n＝αＩ α：定数

【００１７】第１実施例の作動を説明すると図１におい
て、バイアス巻線４５に流れる電流により小電流測定範
囲に設定する。小電流測定範囲での測定を行っている
時、被測定電線５に過大電流ｉ_1mが流れると、ホール素
子２に過大電流に応じた電圧が発生し、増幅器３１で増
幅されてフィードバック巻線４に過大電流に基づく過大
出力電流ｉ_2mを流し、出力端子Ｉ_outから出力される。
同時に、磁気コア１は前記過大電流ｉ_1mにより帯磁され
る。比較回路３３は、過大出力電流ｉ_2mが測定電流範囲
上限値（１５０Ａ）を超えるとき検出信号を発生する。
フリップフロップ回路３４は比較回路３３に検出信号が
発生するときから出力信号を発生し、論理回路３７にそ
の出力信号を加えるため、比較回路３６が測定電流αＨ
_A（Ａ）を検出して出力信号を発生するとき論理積回路
３７から切換信号が発生し、切換信号端子ＳＷに入力さ
れる。このため、トランジスタ４１〜４４によるＨ形ブ
リッジ回路が前記切換信号によって切換えられ、測定範
囲が大電流測定範囲に一瞬間切換えられるから、バイア
ス巻線４５に流れる電流の方向が前記Ｈ形ブリッジ回路
で切換えられることにより、磁気コア１を消磁する逆磁
力Ｈ_A（Ｏｅ）が該コア１に加わり、消磁が完了し、電
流測定装置のオフセット誤差が消滅する。

【００１８】図５は、第２実施例を説明するための車両
における充電系のシステム図である。バッテリ１７の充
放電電流を磁気コア１を有した電流測定装置Ａにより計
測し、車載発電機１８の発電量をコントロール可能な制
御用コンピュータ１９で構成されている。エンジン１４
を始動するためにスタータ２０が設けられており、イグ
ニッションスイッチ１５および始動スイッチ１６がバッ
テリ１７に接続されている。バッテリ１７には一般負荷
２１がスイッチが介して接続されており、アイドルスピ
ードコントロール装置２２がコンピュータ１９に接続さ
れている。

【００１９】第２実施例の作動について説明する。図５
において、車両運転開始時にイグニッションスイッチ１
５がオンされると常用電気負荷２１のスイッチが閉じバ
ッテリ１７から電流が供給され、制御用コンピュータ
（ＥＣＵ）１９と電流測定装置Ａは動作を開始する。次
に、エンジン１４始動のため、スタータ２０の始動スイ
ッチ１６がオンされ、スタータ２０が回転される。スタ
ータ２０の回転初期のロック電流は、大電流測定範囲を
大きく超えるので、電流測定装置Ａの磁気コア１は正側
に１．２Ｈ_C以上に十分大きく帯磁される。正側の帯磁
は、スタータ２０の始動初期のロック電流によらなくて
も、その他の電流によっても良い。また、電流測定装置
Ａの磁気平衡回路３の動作を停止し、フィードバック巻
線４に電流を流さないなどの方法によっても良い。

【００２０】エンジン１４が始動しスタータ２０が停止
した後、車両は通常の走行運転状態に入り、電流測定装
置Ａは小電流範囲で走行時のバッテリ１７の充放電電流
を測定するが、先の磁気コア１の帯磁により測定誤差を
もっている。図６に示すように、ステップ１００におい
て前記ロック電流が大電流測定範囲を超えると（Ｉ₂＞
１５０（Ａ））磁気コア１が帯磁される。ＥＣＵ１９は
走行時に小電流範囲でバッテリ１７電流を管理し、車載
発電機１８を制御することで、バッテリ１７電流を磁気
コア１の消磁条件となるバッテリ電流αＨ_Aに調整した
後（ステップ１０１）、ＥＣＵ１９が切換信号を前記測
定範囲切換回路４０の切換信号端子ＳＷに出力すること
によって、大電流電流測定範囲に一瞬間切換えることに
より（ステップ１０２）、磁気コア１に消磁に必要な逆
磁力Ｈ_Aを加えて消磁を完了した後（ステップ１０
３）、所定の充電系制御を正確なバッテリ１７充放電電
流の測定値により行うことができる。

【００２１】磁気コア１の帯磁による測定電流測定（オ
フセット誤差）±０．０５Ａ以下とするために、図４の
特性上から消磁条件の測定電流αＨ_A（Ａ）を±５Ａの
精度で合わせれば良い。磁気コア１の正側の帯磁による
測定電流誤差は実際には±０．３Ａ程度であるので、測
定電流αＨ_Aの条件合わせには問題とならない。これら
の制御値は、磁気コア１の材料特性及び磁気回路と、目
的の消磁量により決まる。

【００２２】その他の実施例を次に述べる。第２実施例
において、車両運転時にイグニッションスイッチ１５を
オンした時に、電流測定装置Ａの磁気平衡回路３が立上
がらないようするため、電流測定装置ＡまたはＥＣＵ１
９内の立上りを遅延する回路を設けることにより、磁気
コア１に負側の帯磁を行い、負側の逆磁力を加えるよう
にしても良い。第２実施例は、測定範囲切換機能付の電
流測定装置Ａでなくても、ＥＣＵ１９が磁気平衡回路３
をオン−オフ可能であれば、磁気平衡回路３オフ時の磁
気不平衡量を消磁条件の逆磁力Ｈ_Aとすることにより、
消磁可能である。第２実施例は、目的の電流測定装置精
度に応じて測定電流αＨ_A（Ａ）に範囲を設け、減磁を
目的として実施しても良い。

【００２３】

【効果】以上述べたように、本発明の電流測定装置は、
磁気平衡型電流測定装置に測定範囲切換手段を設け、磁
気コアが消磁される所定の逆磁力が得られるように、前
記測定範囲切換手段により測定電流範囲外の磁気不平衡
範囲を形成可能にしているから、その磁気不平衡範囲の
逆磁力を用いることができると共に、帯磁検出手段と切
換信号発生手段を設けて磁気コアの消磁特性に従って、
１回の逆磁力によって、磁気コアを消磁を行うようにし
ているから、特別な交流減衰発振回路を設けることなく
磁気コアを消磁することができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示す電流測定装置の回路図である。

【図２】磁気コアを示す斜視図である。

【図３】磁気コア材料の消磁特性を示す特性図である。

【図４】磁気平衡型電流測定装置の出力特性を示す特性
図である。

【図５】第２実施例を説明するための車両における充電
系のシステム図である。

【図６】第２実施例の作動を説明するためのフローチャ
ートである。

【図７】従来の磁気平衡型電流測定範囲の概略を示す回
路図である。

【図８】従来の磁気平衡型電流測定装置における帯磁し
た磁気コアの消磁による対策を示す回路図である。

【図９】従来の磁気平衡型電流測定装置の消磁動作を示
すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１...磁気コア、 ２...ホール素子、 ３...磁気平衡
回路、 ４...フィードバック巻線、 ５...被測定電
線、 ３２...帯磁検出手段、 ３５...切換信号発生手
段、 ４０...測定範囲切換回路、 ４５...バイアス巻
線、 １９...制御用コンピュータ、 １００〜１０
３...ステップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉磁路を形成すると共に被測定電線に流
   れる電流に応じた磁束を生じる磁気コアと、該磁気コア
   に挿入されたホール素子と、前記磁気コアに巻回された
   フィードバック巻線と、前記ホール素子の出力側に接続
   され前記フィードバック巻線に測定電流に応じた出力電
   流を流して磁気平衡を行う磁気平衡回路と、前記磁気コ
   アに巻回され該磁気コアに正負のバイアス磁束を生じさ
   せることで電流測定範囲を大小に切換るバイアス巻線
   と、該バイアス巻線に流す電流の方向を切換信号の導入
   に応じて正負に切換え可能な測定範囲切換回路とを備え
   ると共に、 前記被測定電線に所定の測定範囲を逸脱した測定電流が
   流れ磁気コアが帯磁したことを検出して検出信号を発生
   する帯磁検出手段と、該帯磁検出手段の検出信号が発生
   されたのち、消磁に必要な逆磁力を大電流測定範囲の磁
   気不平衡範囲で発生する特定測定電流であることを小電
   流測定範囲の測定により検出するとき切換信号を発生し
   該切換信号を前記測定範囲切換回路に加える切換信号発
   生手段とを備えることを特徴とする磁気平衡型電流測定
   装置。