JPH07110343A - 直流電流センサー - Google Patents

直流電流センサー

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JPH07110343A
JPH07110343A JP5280104A JP28010493A JPH07110343A JP H07110343 A JPH07110343 A JP H07110343A JP 5280104 A JP5280104 A JP 5280104A JP 28010493 A JP28010493 A JP 28010493A JP H07110343 A JPH07110343 A JP H07110343A
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川上　　誠
Shigeru Yamaguchi
茂 山口
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    • G01R15/183—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 すでに配線が完了している導線への取付配置
が非常に簡便で汎用性の高い直流電流センサーの提供。 【構成】 一体のコ字型検出コア部材２ｂとＩ字型の検
出コア部材２１ａ，２１ｂ及びこれを介して対向配置す
る略矩形筒状の４個の励磁コア４部材、励磁コア４の対
向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとで形成される
分割型の検出コア２の内側に被検出導線１が貫通配置さ
れ、導線１の直流電流にて検出コア２に発生した磁束Φ
0に対し、励磁コア４部材の各々隣接部分５１に逆相励
磁可能に巻回配置した励磁コイル５に、周波数ｆ0の交
流電流で発生する磁束を用いて、実質的に検出コア２部
材の周方向に対して直交接続する励磁コア４のコア直交
部を形成する該対向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２
ｄで周期的に磁気的なギャップを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、直流の漏電ブレーカ
ー等に使用する直流電流センサーに係り、構造が比較的
簡単で、微小な電流の変化に対しても、優れた検出能力
を有し、特に、すでに配線が完了している導線（被検出
導線）への取付配置が極めて簡便であり、しかも安定し
た検出が実現できる汎用性の高い直流電流センサーに関
する。
【０００２】
【従来の技術】最近は、インバーターを内蔵した電気機
器や電気自動車等、直流を使用した機器が増加している
が、これらの各種機器に組込まれている直流モータの負
荷を検知し、所要の制御を行うためのセンサーや、直流
漏電ブレーカー等に使用される直流電流センサーの必要
性が高まってきた。
【０００３】交流の漏電ブレーカー等に用いられる電流
センサーとしては、カレントトランスを応用したものが
広く知られている。しかし、先に説明した直流を使用し
た機器に用いる漏電ブレーカー等にはこの構成を採用す
ることができず、従来から直流電流センサーとして知ら
れるシャント抵抗方式、マグアンプ方式、磁気マルチバ
イブレータ方式（特開昭４７−１６４４号、特開昭５３
−３１１７６号、特開昭５９−４６８５９号）、ホール
素子方式等の採用が検討されている。
【０００４】シャント抵抗方式は、被検出導線に直列に
シャント抵抗を配置し、該シャント抵抗の両端部に発生
する電位差を検出する方式である。また、マグアンプ方
式、磁気マルチバイブレータ方式は、いずれもトロイダ
ル状に検出コイルを巻回してなる軟質磁性材料のコアを
用い、そのコアの内側に被検出導線を貫通させ、該被検
出導線に流れる直流電流にて軟質磁性材料のコアを飽和
磁束密度（Ｂｓ）以内で直流偏磁させることにより、予
めコアに巻回されたコイルに交流電流を通電することに
より発生した交番磁束が正、負の方向で飽和に達する時
間にアンバランスを発生させ、その変化を前記検出コイ
ルにて検出する方式であり、前者の方式では予めコア内
に磁束変化を与えるため、コアに励磁コイルを巻回して
所定値の交流電流を通電する構成を採用するものである
が、後者の方式では検出コイルと接続する回路中の半導
体等の作用により自励発振させ、被検出電流に応じて発
振波形のデューティー比を変えて発振する構成からなっ
ている。
【０００５】さらに、ホール素子方式は、一部にホール
素子を配置する空隙部を形成してなる軟質磁性材料のコ
アに直接被検出導線をトロイダル状に巻回し、該被検出
導線に流れる直流電流の変化に基づくコア内の磁束変化
を直接ホール素子にて検知する構成からなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各方式
からなる直流電流センサーは、以下の理由により直流漏
電ブレーカー等の微小な電流の変化に対応できる構成と
は言い難く、高感度の直流電流センサーとして実用に至
っていないのが現状である。すなわち、シャント抵抗方
式では、シャント抵抗自体が被検出導線を含む回路中に
電気的な抵抗として配置されるため、該回路における電
気的な損失が増大し、電気的な効率が悪いという欠点を
有している。また、上記電気抵抗の両端に発生した電位
差を検出するための検出回路が被検出導線に直接接続さ
れるため、これら検出回路と被検出導線との電気的な絶
縁が困難であり、例えば、該検出回路とマイコン制御回
路等の応用回路と直接接続することができず、汎用性に
乏しいという欠点をも有している。
【０００７】このような欠点を有するとともに、このシ
ャント抵抗方式を漏電ブレーカーに採用するためには、
被検出導線の回路中に２つのシャント抵抗を配置するこ
とが必要となるが、各々のシャント抵抗を同一特性に揃
えることは実質的に困難であり、高精度の電位差測定を
実現することができない。しかも、各々のシャント抵抗
に接続する検出回路にて測定される電位差を比較対照し
て、わずかな漏電を検出するためには互いの検出回路を
非常に複雑な電気回路にて接続することが必要となり、
実用性の高い直流電流センサーとして提供することは困
難である。
【０００８】マグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ
方式においては、検出回路と被検出導線との電気的な絶
縁が可能であるが、先に説明した通り、被検出導線に流
れる直流電流にて軟質磁性材料のコアをほぼ飽和磁束密
度（Ｂｓ）付近にまで飽和させるよう直流偏磁させるこ
とが必要である。パーマロイ等の公知の軟質磁性材料を
コアとして用いた場合、例えば、被検出導線に流れる電
流が数１０ｍＡ程度の場合は、該被検出導線を軟質磁性
材料のコアに数１０ターンから数１００ターン以上巻回
する必要があり、本来、被検出導線の１ターン貫通を要
求される漏電ブレーカー等の直流電流センサーとして使
用することは困難であった。
【０００９】ホール素子方式においても、これらの検出
能力は、ホール素子の特性によって必然的に決定される
ことから、現在公知のホール素子を用いた場合、例え
ば、被検出導線に流れる電流が数１０ｍＡ程度の場合
は、該被検出導線を軟質磁性材料のコアに数１００ター
ンから数１０００ターン以上巻回する必要があり、上記
のマグアンプ方式、磁気マルチバイブレータ方式と同様
に、被検出導線の１ターン貫通を要求される漏電ブレー
カー等の直流電流センサーとして使用することは困難で
あった。
【００１０】この発明は、上記の問題点を解消し、構造
が比較的簡単であり、直流の漏電ブレーカー等、特に微
小な電流の変化に対しても、優れた検出能力を有する高
感度の直流電流センサーの提供を目的とする。特に、こ
の発明は、すでに配線が完了している導線（被検出導
線）への取付配置が非常に簡便であり、汎用性の高い直
流電流センサーの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明者らは、検出コイル
をトロイダル状に巻回する環状の軟質磁性材料からなる
検出コアの内側に被検出導線を貫通配置し、これに直流
電流を流すと、その直流電流の方向に対して右回りの磁
場が発生し、検出コア内に磁束Φ0が発生するが、被検
出導線に流れる電流が直流であることから磁束Φ0は一
定であり、検出コイルには起電力が発生しないことに着
目し、上記検出コアの一部に磁気的なギャップを形成
し、この部分を磁性体にて開閉することで磁気スイッチ
を構成し、該磁気スイッチにて磁束Φ0を時間的に変化
（ＯＮ−ＯＦＦ）させることによって検出コイルに起電
力を発生させることを検討した。
【００１２】さらに、この発明者らは、上記の構成をよ
り実現性の高いものとすべく種々検討した結果、機械的
な磁気スイッチにかえて、被検出導線に流れる直流電流
によって検出コア内に発生する周方向の磁束に対して、
略直交方向に発生する磁束によって前記検出コアの一部
に周期的に磁気的なギャップを形成する手段を配置し、
実質的に上記の磁気スイッチと同様な作用を実現するこ
とによって、目的が達成できることを確認した。具体的
な構成としては、検出コアの一部に、検出コアの周方向
に対して直角方向に接続して環状を形成する軟質磁性材
料からなる励磁コアを一体的に配置するとともに、励磁
コアに励磁コイルをトロイダル状に巻回配置し、さらに
該励磁コイルに交流電流を印加することによって励磁コ
アを検出コアの周方向に対して直角方向に励磁し、検出
コアと励磁コアとの直交部を周期的に磁気的に飽和させ
ることによって、この磁気的に飽和した直交部分を実質
上の磁気的なギャップとする構成が採用できる。すなわ
ち、上記検出コアの磁気的に飽和した直交部分の比透磁
率μは限りなく１に近づくことから、この磁気的に飽和
した部分が磁気的なギャップと同様な機能を果たし、検
出コア内の磁束Φ0が一定周期にて減少し、その磁束の
変化に伴い検出コイルに起電力を発生させることが可能
となったのである。
【００１３】この発明者らは、上記の基本的な構成から
なる直流電流センサーに種々の改良を加えすでに配線が
完了している被検出導線への取付配置を容易に実現する
ために、特に、検出コアを被検出導線を貫通配置する際
にその周方向の少なくとも一ヶ所にて分割可能にすべ
く、複数の検出コア部材から構成するとともに、該検出
コア部材の一つに励磁コア、励磁コイル、検出コイルを
効果的に配置することによって目的を達成したのであ
る。
【００１４】すなわち、この発明の直流電流センサー
は、環状の軟質磁性材料からなる検出コアの内側に非接
触検出する直流電流が流れる被検出導線を貫通配置する
直流電流センサーにおいて、前記検出コアが、被検出導
線を貫通配置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて分
割可能に複数の検出コア部材からなり、該検出コア部材
の一つに、前記被検出導線に流れる直流電流により発生
する周方向の磁束に対して略直交方向に発生する磁束に
て該検出コア部材の一部を磁気的に飽和させ、周方向の
磁束による磁路を周期的に遮断すべく、検出コア部材の
周方向に対して直交接続するコア直交部を設けて環状を
形成する少なくとも一対の軟質磁性材料からなる励磁コ
アを検出コア部材を介して対向配置し、さらに、各々の
励磁コアに励磁コイルを巻回配置し、かつ、互いの励磁
コイルを逆相励磁するように接続するとともに、前記励
磁コアの外周に検出コイルを一体的にトロイダル状に巻
回配置したことを特徴とする直流電流センサーである。
【００１５】また、環状の軟質磁性材料からなる検出コ
アの内側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線
を貫通配置する直流電流センサーにおいて、前記検出コ
アが、被検出導線を貫通配置する際に周方向の少なくと
も一ヶ所にて分割可能に複数の検出コア部材からなり、
該検出コア部材の一つに、前記被検出導線に流れる直流
電流により発生する周方向の磁束に対して略直交方向に
発生する磁束にて該検出コア部材の一部を磁気的に飽和
させ、周方向の磁束による磁路を周期的に遮断すべく、
検出コア部材の周方向に対して直交接続するコア直交部
を設けて環状を形成する少なくとも一対の軟質磁性材料
からなる励磁コアを検出コア部材を介して対向配置し、
さらに、各々の励磁コアに励磁コイルを巻回配置し、か
つ、互いの励磁コイルを各々相対的な位相が９０度異な
る励磁電流が印加可能に接続するとともに、前記励磁コ
アの各々の外周に検出コイルをトロイダル状に巻回配置
し、かつ、互いの検出コイルを各々が逆相になるよう直
列接続したことを特徴とする直流電流センサーを併せて
提案する。
【００１６】
【作用】以下、この発明の直流電流センサーの作用を図
面に基づいて詳細に説明する。この発明の直流電流セン
サーは先に説明したように、検出コアが、被検出導線を
貫通配置する際に該検出コアの周方向の少なくとも一ヶ
所にて分割可能にすべく、複数の検出コア部材から構成
されていることを主たる特徴とするが、この直流電流セ
ンサーの基本的な作動原理については、前記検出コアの
分割構成の有無を問わず実質的に同様であり、また、こ
の発明を完成するに至った経緯をより明確にするため、
以下の説明においては、まず、検出コアが分割していな
い構成を基に基本的な作動原理を説明する。
【００１７】図１０は、この発明の直流電流センサーの
基本的な作動原理を説明するための斜視説明図である。
図１１及び図１２は、この構成における励磁電流と検出
コアを通過する磁束、さらに検出コイルに発生する起電
力の関係を示している。図１０において、１は環状の軟
質磁性材料からなる検出コア２の内側に貫通配置する被
検出導線である。３は該検出コア２の所定位置にトロイ
ダル状に巻回する検出コイルであり、被検出導線１と電
気的な絶縁を確保して所定の検出回路（図示せず）に接
続する。４は環状の軟質磁性材料からなる励磁コアであ
り、所定位置にトロイダル状に巻回する励磁コイル５を
配置している。しかも、励磁コア４は、前記検出コア２
周方向の一部に、該検出コア２の周方向に対して直角方
向に接続する構成を採り後述する作用により、図中斜線
部、すなわち検出コア２と励磁コア４のコア直交部６に
磁気的な飽和部を形成する。なお、図中４３は、検出コ
ア２を構成する軟質磁性材料が有する磁気特性（保磁
力）の影響に起因するものと推測される出力特性（出力
特性）のヒステリシスの低減を目的に被検出導線１と同
方向に巻回配置される変調コイルである。
【００１８】図１０の構成において、被検出導線１に直
流電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方向
に対して右回りの磁場が発生し、検出コア内に磁束Φ0
が発生する。この時、励磁コイル５に所定の交流電流を
通電して励磁コア４に周期的に図中α方向に変化する磁
束を発生し、該励磁コア４を周期的に磁気的に飽和する
と、検出コア２の周方向の一部であるコア直交部６（図
中斜線部）は比透磁率μが低下し極めて１に近い所謂実
質的な磁気的なギャップとなり、検出コア内の磁束Φ0
をΦ1にまで減少させる。ここで、励磁コイル５に通電
する交流電流を周波数ｆ0とし、その電流のピーク値近
傍で励磁コア４が飽和するようにすると、図１１に示す
ように被検出導線１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）
の向き（図中上向き）の場合、図１２に示すように被検
出導線１に流れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き
（図中下向き）の場合ともに、励磁電流１周期で２回励
磁コア４が飽和することとなる。図１１に示すように被
検出導線１に流れる直流電流Ｉがプラス（＋）の向き
（図中上向き）の場合、この飽和により、検出コア２に
発生した被検出導線１に流れる直流電流Ｉによって発生
する磁束Φ0は、図１１のＢに示すように２ｆ0の周波数
でΦ1にまで減少する。すなわち、２ｆ0で変調されるこ
ととなる。従って、上記磁束の変化に伴い図１１のＣに
示すように周波数２ｆ0の電圧ＶDETが検出コイル３に発
生することになる。
【００１９】また、図１２に示すように被検出導線１に
流れる直流電流Ｉがマイナス（−）の向き（図中下向
き）の場合も、直流電流Ｉがプラス（＋）の向き（図中
上向き）の場合と実質的に同様な作用となるが、直流電
流Ｉの向きが反対となることから、検出コア２に発生す
る磁束の向きも反対となり、検出コイル３に発生する周
波数２ｆ0の電圧ＶDETの位相がそれぞれ１８０度異なる
ことになる。しかし、被検出導線１に流れる直流電流Ｉ
の向きにかかわらず、いずれの場合も磁束Φ0 ∝ 直
流電流Ｉ、電圧ＶDET ∝ 磁束Φ0との関係から電圧Ｖ
DET∝ 直流電流Ｉとなり、被検出導線１に流れる直流
電流Ｉに比例した起電力を検出コイル３によって検出す
ることが可能となり、被検出導線１に流れる直流電流Ｉ
の絶対値を知ることができる。
【００２０】さらに、検出コア２と励磁コア４とは互い
に直角方向に接続されていることから、基本的には励磁
コア４内の励磁磁束は検出コア２側に漏洩することはな
く、検出コイル３を通過しないことから、検出コイル３
には励磁コイル５に印加する励磁電流による起電力は発
生することなく、被検出導線１に流れる直流電流Ｉ＝０
の時は、ＶDET＝０となる。また、検出コイル３に発生
する起電力ＶDETの周波数は２ｆ0であり、励磁コイル５
に印加する励磁電流の周波数ｆ0と異なることから、た
とえ、検出コア２と励磁コア４との形状寸法等の精度に
よって励磁コア４内の励磁磁束が漏洩されて検出コイル
３にて検出されても、漏れ成分はその周波数がｆ0であ
ることから、周波数判別フィルター等により容易に分離
できるため、高感度の直流電流センサーとして使用する
ことができることを確認した。
【００２１】上記構成の直流電流センサーにおいて、さ
らに微小電流の検出を可能とすべく検討したところ、検
出コア２として高透磁率材料として知られるパーマロイ
Ｃ（７８％Ｎｉ−５Ｍｏ−４Ｃｕ−ｂａｌＦｅ）を用い
ても被検出導線１に流れる直流電流が例えば±５０ｍＡ
程度以下の微小電流領域では該直流電流の増加あるいは
減少時に同一電流値であっても、検出コイルでの出力電
圧（起電力）が異なる、所謂ヒステリシス現象が発生
し、特に前記直流電流が零付近（±２０ｍＡ）では、直
流電流の増加に伴い出力電圧が減少する“逆転領域”が
発生することが確認できた。すなわち、被検出導線１に
流れる直流電流（被検出電流）が零の時、たとえ検出コ
ア２として上記の如きパーマロイを用いても、材料には
有限の保磁力があるため、コア内に磁束が残留してお
り、この残留磁束を被検出電流が打ち消すまでは、微小
電流領域における検出コイルでの出力電圧のヒステリシ
ス現象に伴う“逆転領域”が発生し、測定時の基準レベ
ルが変動することとなり、微小電流領域における測定で
は、その都度その測定値が異なり正確な値が求まらない
という不都合が発生する。
【００２２】このような問題点を解決するためには、図
１０に示すように、検出コア２に被検出導線１と同方向
に巻回させた変調コイル４３を配置し、該変調コイル４
３に発生させた交番磁界を検出コア２に重畳し、コアの
残留磁束による出力特性のヒステリシスを減少させるこ
とが可能となる。したがって、変調コイル４３に検出コ
ア２が有する保磁力以上の磁場を発生させるのに必要な
交流を流すと、コア材の保磁力に起因した残留磁束によ
り発生するヒステリシス特性をなくし、検出回路で該重
畳交流成分を除去することで微小電流での検出感度を高
めることができる。
【００２３】ここで、変調コイル４３を検出コア２に被
検出導線１と同方向に巻回させるとは、図１０に示す実
施例の如く、検出コア２内側に被検出導線１と同方向に
貫通するようにして１ターンの変調コイル４３を検出コ
ア２に巻回配置する他、要求される交番磁界の強度等に
応じて上記と同方向に複数ターンの変調コイル４３を検
出コア２に巻回配置するものであり、特に複数ターンの
場合は、実質的に検出コイル３と同様に検出コア２にト
ロイダル状に巻回することとなる。
【００２４】また、図１０からも明らかなように、変調
コイル４３は、検出コア２にトロイダル状に巻回されて
いる検出コイル３と実質的に同一場所で同一方向に巻回
配置されることから、検出コイル３にて共用化すること
ができる。すなわち、本来、検出コイル３に流れる電流
と変調コイル４３に流れる電流とは周波数が大きく異な
ることから、これらを共用化した場合でも、それぞれの
機能を実現する周波数からなる電流を通過させるフィル
ターを適宜配置することで、容易に電気信号を分離する
ことが可能であり、変調コイル４３と検出コイル３を一
体化した構成を採用しても、出力特性のヒステリシスを
減少することができる。
【００２５】さらにまた、図１１、図１２にて説明した
ように被検出導線１に流れる直流電流Ｉの向きによって
検出コイル３に発生する周波数２ｆ0の電圧ＶDETの位相
がそれぞれ１８０度異なることに着目し、前記励磁コイ
ル５に、予め発振器から励磁電流の２倍の周波数で発振
された励磁電流の周波数を１／２分周した状態の励磁電
流を印加し、発振器の出力と検出コイル３の出力との位
相差を位相比較回路にて検出することによって、被検出
導線１を流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも
容易に検出することが可能であることを確認した。すな
わち、励磁コイル５に接続する発振器から発振される励
磁電流の周波数と検出コイル３からの出力ＶDETの周波
数とが、ともに最終的に励磁コイル５に印加される励磁
電流の２倍の周波数２ｆ0となることから、これらの位
相差を容易に比較することができ、被検出導線１を流れ
る直流電流の絶対値とともにその向きを検出することが
可能となるのである。
【００２６】また、検出コイル３に、時間に対して周期
的に向きと大きさが直線的に変化する、例えば三角波状
に変化する電流を通電することによって、検出コア２内
に偏向磁場を与えることでも、被検出導線１を流れる直
流電流の絶対値とともにその向きをも容易に検出するこ
とが可能である。すなわち、被検出導線１に直流電流が
流れている状態で検出コイル３に、例えば三角波状に変
化する電流を通電すると、検出コイル３には三角波状の
電流によって発生する磁束と、被検出導線１を流れる直
流電流によって発生する磁束とが重畳されることとな
り、該検出コイル３に発生する起電力に波高制限を加え
た後、その出力を位相検波し、さらにプラス（＋）側の
出力時間とマイナス（−）側の出力時間との時間比率
（デューティー比）を検出することによって被検出導線
１を流れる直流電流の絶対値とともにその向きをも検出
することができる。特に、検出コイル３に印加する上記
の電流の最大値が、検出コア２の材料が有する保磁力
（±Ｈｃ）以上の磁場を発生するに足るように設定すれ
ば、実質的に検出コア２の材料が有するヒステリシスを
要因とする出力特性のヒステリシスをも低減することが
できる。さらに、公知の種々電気回路を効果的に組み合
せることによって、図１０の構成からなる直流電流セン
サーの有する本質的な長所を一層有効に活用することが
可能となる。
【００２７】さらに、上記の構成を基本構成として、励
磁コアとなる一対の筒体を軸中心線を平行に並列し、並
列する筒体の各開口端の隣接辺部間を軟質磁性材料から
なる接続板で接続一体化して接続板及びこれと接続した
筒体側面部とで検出コアとなす構成を採用することによ
って直流電流センサーとしての電磁気的のアンバランス
等を低減し、ノイズ発生の低減や、Ｓ／Ｎ比の向上等を
可能とすることができる。また、一対の筒体を軸中心線
を平行に並列してなる励磁コアの構成を採用することに
よって、図１０の構成に比べ、実質的に検出コアに接続
する励磁コアの接続部の幅ｄ（図１０参照）を長くする
ことができ、結果として検出コアの磁路長に対する励磁
コアの接続部の幅ｄの比率（磁気的なギャップの比率）
を大きくし、反磁場の効果により検出コア内の残留磁束
密度を小さくし、前記変調コイルの配置効果との相乗効
果によりコア材料の有する保磁力の影響を一層低減する
ことが可能となる。例えば、図１３に示す構成からなる
直流電流センサーは、上記効果を備え、安定した測定を
実現することができる効果的な構成である。すなわち、
図１０に示す構成においては、検出コア２に接続する励
磁コア４が１つであることから、また検出コイル３、励
磁コイル５、変調コイル４３の位置も１箇所であること
から直流電流センサーとしての電磁気的なバランスが取
り難いものであるが、図１３に示す構成の直流電流セン
サーは、これら励磁コア４、検出コイル３、励磁コイル
５、変調コイル４３の電磁気的なバランス配置を考慮し
て構成されている。
【００２８】図１３において、１は被検出導線であり、
矩形枠状の検出コア２の内側中央部に貫通配置してい
る。この矩形枠状の検出コア２のそれぞれ対向位置にあ
る長辺部には一対の励磁コア４ａ，４ｂが４角筒状を形
成するごとく一体的に配置している。さらに一対の励磁
コア４ａ，４ｂの各々最外周の側面部に励磁コイル５
ａ，５ｂがトロイダル状に巻回されている。また、一対
の励磁コア４ａ，４ｂの各々外周には一対の検出コイル
３ａ，３ｂがトロイダル状に巻回され互いに電気的に接
続されている。さらに矩形枠状の検出コア２のそれぞれ
対向位置にある短辺部には一対の変調コイル４３ａ，４
３ｂが被検出導線１と同方向に貫通するようにして巻回
配置され所定の手段によって直列に電気的に接続されて
いる。
【００２９】このような構成において、被検出導線１に
直流電流Ｉが流れると、検出コア２内に直流電流Ｉの方
向に対して右回りの磁場が発生し、検出コア２内に磁束
Φ0が発生する。この時、励磁コイル５ａ，５ｂに所定
の交流電流を通電して一対の励磁コア４ａ，４ｂに周期
的に図中α方向に変化する磁束を発生し、該励磁コア４
ａ，４ｂを周期的に磁気的に飽和すると、矩形枠状の検
出コア２の周方向の一部である長辺部のコア直交部６は
比透磁率μが極めて１に近い所謂実質的な磁気的なギャ
ップとなり、検出コア内の磁束Φ0をΦ1にまで減少させ
る。
【００３０】従って以上に示す直流電流センサーも、一
対の検出コイル３ａ，３ｂへの起電力発生のメカニズム
は図１０に示す構成と同様であり、このメカニズムに基
づく効果も同様に得られる。さらに、この構成では、一
対の変調コイル４３ａ，４３ｂの配置効果、検出コア２
の磁路長に対する励磁コア４の接続部の幅ｄの比率を大
きくすることによる反磁場の効果に基づく検出コア２内
の残留磁束密度の低減効果、全体的な構成が被検出導線
１に対して対称であることによる電磁気的なバランス効
果等が得られる。
【００３１】さらに、発明者らは、上記に示す構成を一
層改良した直流電流センサーを検討した。以上に説明し
た直流電流センサーでは、いずれの構成においても高精
度の検出を可能とするが、被検出導線１を貫通配置する
検出コア２が一体品にて形成されていることから、すで
に配線が完了している導線（被検出導線１）への取付配
置は非常に煩雑な作業となる。すなわち、既存の設備に
取り付ける場合、電源を切り、配線を外して検出コア２
の貫通孔に被検出導線１を通す必要があり、特に、発電
所等の公共性の高い設備では、上記の直流電流センサー
を有する漏電検出器を設置するために、停電させること
は不可能であった。図１４に示す直流電流センサーは、
このような問題点を解決し、使用中の導線への取付配置
や導線の切断・接続が困難な配線部への取付配置を可能
とした構成からなる直流電流センサーである。
【００３２】図１４の斜視説明図に示す直流電流センサ
ーの基本的な構成は、先に説明した図１３の構成からな
る直流電流センサーと同様である。すなわち、１は被検
出導線であり、矩形枠状の検出コア２の内側中央部に貫
通配置している。ただし、この構成においては、検出コ
ア２は一対に分割されており、各々検出コア部材２ａ，
２ｂの先端部に、検出コア部材２ａ，２ｂと同材質から
なるＬ字型取付部材６０ａ，６０ｂを固着しておき、被
検出導線１を所定位置に配置した後、ねじ６１にて一体
化したものである。各々検出コア部材２ａ，２ｂのそれ
ぞれ対向位置長辺部には一対の励磁コア４ａ，４ｂが４
角筒状を形成するごとく一体的に配置している。さらに
一対の励磁コア４ａ，４ｂの各々最外周の側面部に励磁
コイル５ａ，５ｂがトロイダル状に巻回されている。さ
らに、検出コイル３ａ，３ｂも、前記励磁コア４ａ，４
ｂの外周にトロイダル状に巻回されている。該検出コイ
ル３ａ，３ｂと同様箇所に変調コイル４３ａ，４３ｂが
巻回配置されている。
【００３３】このような構成において、被検出導線１に
直流電流Ｉが流れると、図１３に示す構成と同様なメカ
ニズムにより、被検出導線１に流れる直流電流を検出コ
イル３ａ，３ｂにて検出することが可能となる。また、
図１３に示す構成の直流電流センサーが有する効果と実
質的に同様な効果を実現することが可能である。
【００３４】この発明者らは、以上に説明するように種
々の改良を積み重ね、既存の設備にも取り付けが可能
で、微小な電流の変化に対応できる高感度の直流電流セ
ンサーの提供を可能とし、該直流電流センサーの用途範
囲を一層拡大することができた。しかし、図１４に示す
構成では、基本的に電磁気的なバランスを考慮して、分
割された各々の検出コア部材２ａ，２ｂに検出コイル３
ａ，３ｂ、励磁コイル５ａ，５ｂ、変調コイル４３ａ，
４３ｂが独立して巻回配置されていることから、既存の
設備の被検出導線１に該直流電流センサーを取り付ける
に際しては、被検出導線１の周囲を各々の検出コア部材
２ａ，２ｂにて囲い、実質的に検出コア部材２ａ，２ｂ
の内側に被検出導線１を切断することなく貫通配置した
後、該検出コア部材２ａ，２ｂを一体化するとともに、
検出コイル３ａ，３ｂ、励磁コイル５ａ，５ｂ、変調コ
イル４３ａ，４３ｂを結線することとなる。このような
結線作業は、実用性の観点からは非常に煩雑であり、ま
た、予め結線を完了している構成では、被検出導線１を
貫通配置させる際に断線の危険性等もあり、取扱時に必
要以上の注意を要することとなる。
【００３５】このような問題点を解決するためには、例
えば、図１４に示す直流電流センサーの構成において、
分割された各々の検出コア部材２ａ，２ｂ及び励磁コア
４ａ，４ｂに巻回配置されている検出コイル３ａ，３
ｂ、励磁コイル５ａ，５ｂ、変調コイル４３ａ，４３ｂ
の一方のみを使用することが考えられる。すなわち、分
割された一方の検出コア部材２ｂには、励磁コア４ｂ、
検出コイル３ｂ、励磁コイル５ｂ、変調コイル４３ｂを
配置することなく、他方の検出コア部材２ａのみに励磁
コア４ａ、検出コイル３ａ、励磁コイル５ａ、変調コイ
ル４３ａを配置する構成とし、励磁コイル５ａを励磁す
ることによって、先に説明したと同様なメカニズムによ
って検出コイル３ａに所定の起電力を出力することが可
能となる。しかし、図１４に示す直流電流センサーは、
本来電磁気的なバランスを考慮して各々のコアと各々の
コイルを配置したものであり、上記の如きコイル配置に
することは、電磁気的なバランスを崩すこととなり、ま
た、検出コイル３ａに励磁コイル５ａによる励磁信号が
大きく混入し、目的とする高精度の検出が不可能とな
る。特に、検出コア２ａ及び励磁コア４ａを構成する軟
質磁性材料が本来的に有する磁気特性の非直線性を原因
として発生する励磁信号の第２高調波が検出コイル３ａ
に混入することとなり、しかも、該第２高調波と検出信
号（検出コイル３ａの起電力）とが同一周波数であるた
め、これらを電気的に分別することが不可能である。し
たがって、以上に説明した構成では、取扱いが容易で、
汎用性が高く、しかもＳ／Ｎ比の高い直流電流センサー
を提供することは困難であった。
【００３６】この発明の直流電流センサーは、以上に説
明した種々改良の経緯からも明らかなように、図１０に
示す構成を基本構成とし、次いで図１３に示す電磁気的
なバランス等を考慮した構成を発明し、さらに、図１３
に示す構成からなる直流電流センサーの汎用性を高める
ため図１４に示すように既設の被検出導線にも該導線を
切断することなく取付配置が可能な構成を発明し、さら
にまた、図１４に示す構成の欠点を改良し、上記の問題
点を解決するために一層の改良を加え、主として検出コ
アを被検出導線を貫通配置する際にその周方向の少なく
とも一ヶ所にて分割可能にすべく、複数の検出コア部材
から構成するとともに、該検出コア部材の一つに励磁コ
ア、励磁コイル、検出コイルを効果的に配置することに
よって完成したものであり、具体的な構成については以
下に示す実施例にて詳細に説明する。
【００３７】図１は、この発明の直流電流センサーの一
実施例を示す斜視説明図であり、図２は図１のａ−ａ縦
断面説明図、図３は図１のｂ−ｂ縦断面説明図である。
図中１は被検出導線であり、全体として矩形枠状を構成
する検出コア２の内側に貫通配置している。検出コア２
は、Ｉ字型の検出コア部材２１ａ，２１ｂを後述する励
磁コア４の一部にて連結して一体品とした検出コア部材
２ａと、予め一体品からなるコ字型の検出コア部材２ｂ
とからなっている。励磁コア４は、前記Ｉ字型の検出コ
ア部材２１ａ，２１ｂを介して対向配置する略矩形筒状
の４個の励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからな
り、各々の励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出
コア部材２１ａ，２１ｂへの対向部分５２ａ，５２ｂ，
５２ｃ，５２ｄは、該検出コア部材２１ａ，２１ｂを連
結して一体品とするとともに、検出コア部材２ａの一部
を構成する。すなわち、励磁コア部材４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２１ｂへの対向部分５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、実質的に検出コア部
材の周方向に対して直交接続する励磁コアのコア直交部
を形成していることとなる。図中５ａ，５ｂは一対の励
磁コイルであり、励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
の各々隣接部分５１ａ，５１ｂ及び５１ｃ，５１ｄに巻
回して配置している。さらに、一対の励磁コイル５ａ，
５ｂは互いの励磁コイル５ａ，５ｂを逆相励磁するよう
に接続されている。また図中３は、検出コイルであり、
励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの外周に一体的
に、かつトロイダル状に巻回配置している。
【００３８】このような構成において、一対の励磁コイ
ル５ａ，５ｂを逆相励磁すると、各々の励磁コイル５
ａ，５ｂによって励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
内に発生する磁束Φ11，Φ12，Φ13，Φ14は図２に示す
ような向きとなる。ここで、被検出導線１に直流電流Ｉ
が流れると一対の検出コア部材２ａ，２ｂから構成され
る検出コア２の周方向に磁束Φ0が発生することとな
り、先に説明した励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
の検出コア部材２１ａ，２１ｂへの対向部分（励磁コア
のコア直交部）５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにも同
方向（周方向）の磁束Φ0が発生することとなる。ま
た、一対の励磁コイル５ａ，５ｂを逆相励磁することに
よって発生した磁束Φ11，Φ12，Φ13，Φ14は励磁コア
部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２
１ｂへの対向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにお
いて被検出導線１に流れる直流電流によって発生する周
方向の磁束Φ0に対して略直交方向に発生することとな
り、該部分にて周方向の磁束による磁路を周期的に遮断
し、先に説明した図１０，図１３，図１４の構成からな
る直流電流センサーと同様な起電力発生のメカニズムに
よって、検出コイル３に目的とする出力を得ることがで
きる。
【００３９】ただし、この構成においては、一対の励磁
コイル５ａ，５ｂを逆相励磁することから、検出コア部
材２１ａ，２１ｂを介して対向配置する各々の励磁コア
部材４ａと４ｃ、４ｂと４ｄ内に発生する磁束Φ11とΦ
13、Φ12とΦ14は検出コイル３の巻回方向に対して互い
反対向きとなり、実質的に励磁コイル５ａ，５ｂの励磁
によって発生する漏洩磁束とともに、励磁信号の第２高
調波も打ち消されることとなり、結果として、検出コイ
ル３への励磁信号の混入を防止することが可能となる。
【００４０】特に、一対の励磁コイル５ａ，５ｂ間にバ
ランサーボリューム７０（図１参照）を配置して、各々
の励磁コイル５ａ，５ｂに印加する励磁電流のバランス
を微調整し、磁束Φ11とΦ13及びΦ12とΦ14（図２参
照）の打ち消し効果が最大になるよう、すなわち、検出
コイル３からの残留出力が最小となるよう調整する構成
を採用することによって、一層Ｓ／Ｎ比を向上させるこ
とが可能となる。
【００４１】図４は、この発明の直流電流センサーの他
の実施例を示す斜視説明図であり、図５は図４のａ−ａ
縦断面説明図、図６は図４のｂ−ｂ縦断面説明図であ
る。この構成の直流電流センサーも、検出コア２及び励
磁コア４の構成は実質的に図１に示す直流電流センサー
の構成と同一である。すなわち、図中１は被検出導線で
あり、全体として矩形枠状を構成する検出コア２の内側
に貫通配置している。検出コア２は、Ｉ字型の検出コア
部材２１ａ，２１ｂを後述する励磁コア４の一部にて連
結して一体品とした検出コア部材２ａと、予め一体品か
らなるコ字型の検出コア部材２ｂとからなっている。励
磁コア４は、前記Ｉ字型の検出コア部材２１ａ，２１ｂ
を介して対向配置する略矩形筒状の４個の励磁コア部材
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからなり、各々の励磁コア部材
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２１ｂ
への対向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、該検
出コア部材２１ａ，２１ｂを連結して一体品とするとと
もに、検出コア部材２ａの一部を構成する。すなわち、
励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出コア部材２
１ａ，２１ｂへの対向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５
２ｄは、実質的に検出コア部材の周方向に対して直交接
続する励磁コアのコア直交部を形成していることとな
る。図中５ａ，５ｂは一対の励磁コイルであり、励磁コ
ア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの各々隣接部分５１ａ，
５１ｂ及び５１ｃ，５１ｄに巻回して配置している。ま
た、これら一対の励磁コイル５ａ，５ｂは各々相対的な
位相が９０度異なる（位相が９０度または２７０度異な
る）励磁電流が印加可能に、例えば、図中７１に示す
（図４参照）ような９０度移相回路を介して電源に接続
されている。図中３ａ，３ｂは、検出コイルであり、前
記励磁コイル５ａが巻回されている励磁コア部材４ａ，
４ｂの外周及び励磁コイル５ｂが巻回されている励磁コ
ア部材４ｃ，４ｄの外周にそれぞれトロイダル状に巻回
配置している。また、これら一対の検出コイル３ａ，３
ｂは、各々が逆相になるように直列に接続されている。
【００４２】このような構成において、一対の励磁コイ
ル５ａ，５ｂに各々相対的な位相が９０度異なる励磁電
流を印加すると、図５に示すように、励磁コア部材４
ａ，４ｂ内及び４ｃ，４ｄ内にはそれぞれ励磁電流の位
相差に基づいて磁束Φ21，Φ22及びΦ23，Φ24が発生す
る。ただし、それぞれの励磁コア部材４ａと４ｃ、４ｂ
と４ｄ内には互いに同じ向きに磁束が発生するが、励磁
電流の位相差のために、一方（励磁コア部材４ａ，４
ｂ）が励磁されている時には、他方（励磁コア部材４
ｃ，４ｄ）が励磁されていない状態となる。ここで、被
検出導線１に直流電流Ｉが流れると一対の検出コア部材
２ａ，２ｂから構成される検出コア２の周方向に磁束Φ
0が発生することとなり、先に説明した励磁コア部材４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２１ｂへ
の対向部分（励磁コアのコア直交部）５２ａ，５２ｂ，
５２ｃ，５２ｄにも同方向（周方向）の磁束Φ0が発生
することとなる。
【００４３】また、一対の励磁コイル５ａ，５ｂに各々
相対的な位相が９０度異なる励磁電流を印加することに
よって発生した磁束Φ21，Φ22，Φ23，Φ24は励磁コア
部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２
１ｂへの対向部分５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにお
いて被検出導線１に流れる直流電流によって発生する周
方向の磁束Φ0に対して略直交方向に発生することとな
り、該部分にて周方向の磁束による磁路を周期的に遮断
することとなる。しかし、上記に説明したように、励磁
電流の位相差のために、励磁コア部材４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄの検出コア部材２１ａ，２１ｂへの対向部分５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにおいては、一方の対向
部分（５２ａ，５２ｂ）で周方向の磁束による磁路を遮
断している状態の時に、他方の対向部分（５２ｃ，５２
ｄ）では該磁路を遮断することなく接続している状態と
なる。
【００４４】さらに、詳細に説明すると、例えば、検出
コア２に周方向の磁束Φ0が発生している状態におい
て、励磁コイル５ａに図７（Ａ）の実線に示す励磁電流
を印加すると、励磁コア部材４ａ，４ｂの検出コア部材
２１ａ，２１ｂへの対向部分５２ａ，５２ｂに発生する
磁束Φ21，Φ22によって図７（Ｂ）の実線に示すように
磁束Φ0はΦ1まで周期的に減少する。また、励磁コイル
５ｂに図７（Ａ）の破線に示すように、励磁コイル５ａ
に印加する励磁電流に対して９０度位相が異なる励磁電
流を印加すると、励磁コア部材４ｃ，４ｄの検出コア部
材２１ａ，２１ｂへの対向部分５２ｃ，５２ｄに発生す
る磁束Φ23，Φ24によって図７（Ｂ）の破線に示すよう
に磁束Φ0はΦ1まで周期的に減少する。すなわち、検出
コイル３ａと３ｂには図７（Ｂ）の実線及び破線にて示
す磁束変化に対応して、先に説明した図１０、図１３、
図１４の構成からなる直流電流センサーと同様な起電力
発生のメカニズムによって、図７（Ｃ）の実線及び破線
にて示す所定の出力が得られる。しかし、これら一対の
検出コイル３ａ，３ｂを逆相とすることなく接続する
と、図７（Ｃ）からも明らかなように互いの検出コイル
３ａ，３ｂの起電力が打ち消しあうこととなり、実質的
に目的とする出力特性が得られない。ところが、検出コ
イル３ａと３ｂとを逆相になるように直列接続しておく
と、検出コイル３ｂには実質的に図７（Ｂ）の二点鎖線
に示すような磁束変化に対応した図７（Ｃ）に二点鎖線
で示すような起電力が発生することとなり、結果とし
て、互いの検出コイル３ａ，３ｂの起電力の和が出力さ
れることとなる。
【００４５】しかも、それぞれの検出コイル３ａ，３ｂ
が逆相に接続されていることから、該検出コイル３ａ，
３ｂに外来ノイズが混入された場合でも、それらのノイ
ズが互いにキャンセルされることとなり、被検出導線１
に流れる直流電流によって発生した起電力のみを正確
（高精度）に出力することができる。さらに、この構成
の直流電流センサーにおいては、各々の励磁コイル５
ａ，５ｂに印加される励磁電流の位相が相対的に９０度
異なることから、検出コア２に被検出導線に流れる直流
電流によって発生する周方向の磁束Φ0は、先に説明し
たように、検出コア２全体から見ると遮断されることな
く（一部が遮断されていても、他部において接続されて
いる）、ほぼ一定値を維持することから、検出コア２材
料の交流磁気特性の劣化による出力低下を防止すること
ができる。すなわち、対向部分５２ａ，５２ｂの長手方
向に発生する磁束をΦab、対向部分５２ｃ，５２ｄの長
手方向に発生する磁束をΦcdとすると、Φ0＝Φab＋Φ
cdとなり、図７（Ｂ）より Φab＋Φcd＝Φ0（但しほ
ぼ等しい）一定となるため、一対の検出コア部材２ａ，
２ｂに発生する磁束は変化せず、Ｉに比例したほぼ一定
値を保つこととなる。従って、検出コア部材２ａ，２ｂ
は直流磁気特性の良好な材料であればよく、交流磁気特
性は無視でき、例えば、強度的に有利なパーマロイのブ
ロック材も使用可能である。
【００４６】以上に示す図１及び図４の構成からなる直
流電流センサーは、いずれも分割可能な一対の検出コア
部材２ａ，２ｂの一方にのみ検出コイル３、励磁コア
４、励磁コイル５を一体的に配置することから、他方の
検出コア部材との相互間に結線が不要となり、既設の被
検出導線への取付け配置が容易であるとともに、実装時
の断線の危険性が大幅に低減されることとなり、信頼性
の高い直流電流センサーの取付け配置を実現することが
可能となる。
【００４７】図８は、図１及び図４の構成からなる直流
電流センサーの取扱を一層容易にするために用いる検出
コア部材２ａ，２ｂの支持部材の構成を示す概要説明図
である。図中８１ａは検出コア部材２ａを支持固定する
支持部材であり、８１ｂは検出コア部材２ｂを支持固定
する支持部材であり、いずれも電気的な絶縁性を有し非
磁性材からなるベークライト板や合成樹脂板から構成さ
れている。さらに、これら支持部材８１ａ，８１ｂの外
周面にはガラスエポキシ板８２ａ，８２ｂを接着固定し
て、支持部材８１ａ，８１ｂの機械的強度の向上ととも
に、検出コア２や検出コイル３、励磁コア４、励磁コイ
ル５と外部との電気的絶縁を確保している。さらに、こ
れらの構成品全体をパーマロイや無方向性ケイ素鋼板等
からなるシールドケース８３にて覆い、誘導ノイズの混
入を防止している。実用に際しては、検出コア部材２
ａ，２ｂの突き合わせ面において、電気的な接続不良を
起こさないよう、例えば互いの突き合わせ面に研摩加工
を施し高平面度を確保するとともに、良好な接続状態を
維持するために、各々の支持部材８１ａ，８１ｂに公知
の種々固定手段を配置することが望ましい。
【００４８】この発明の直流電流センサーは、先に説明
した図１及び図４に示す構成に限定されることなく、特
許請求の範囲に記載される範囲において、種々の構成が
採用できる。例えば、図１及び図４に示す構成において
は、先の図１０、図１３、図１４の構成にて配置されて
いる変調コイル４３の配置について記載していないが、
図１及び図４に示す構成のいずれにおいても変調コイル
４３を配置することによって同様な効果を得ることがで
き、また、変調コイル４３と検出コイル３を共用一体化
した構成を採用しても、出力特性のヒステリシスを減少
することができる。被検出導線を流れる直流電流の絶対
値とともにその向きをも容易に検出するために、励磁コ
イル５に、予め発振器から励磁電流の２倍の周波数で発
振された励磁電流の周波数を１／２分周した状態の励磁
電流を印加し、発振器の出力と検出コイルの出力との位
相差を位相比較回路にて検出する手段を採用したり、検
出コイル３に、時間に対して周期的に向きと大きさが直
線的に変化する、例えば三角波状に変化する電流を通電
し、検出コア内に偏向磁場を与える手段を採用したりす
ることができ、さらに、公知の種々電気回路を効果的に
組み合せることによって、この発明の直流電流センサー
の有する本質的な長所を一層有効に活用することが可能
となる。
【００４９】この発明の直流電流センサーにおいて、検
出コア及び励磁コアを構成する環状の軟質磁性材料とし
ては、被検出導線に流れる電流の大きさ、すなわちセン
サーに要求される検出感度に応じて各々の軟質磁性材料
の材質を選定することが好ましい。通常、磁気特性とと
もに加工性等を考慮するとパーマロイが好ましいが、そ
の他ケイ素鋼板、アモルファス、電磁軟鉄、ソフトフェ
ライト等の公知の軟質磁性材料の使用が可能であり、こ
れらを組み合せて用いても良い。また、環状の軟質磁性
材料とは、軟質磁性材料が所謂リング状になっているこ
とに限定されるものでなく、軟質磁性材料が電磁気的な
閉回路を構成できるように接続されていれば良く、図示
の如き矩形枠状の検出コアや、矩形筒状の励磁コアの
他、円環状、楕円環状の検出コア等種々の構成が採用で
きる。特に、検出コアについては、被検出導線を貫通配
置する際に周方向の少なくとも一ヶ所にて分割可能に複
数の検出コア部材から構成することから、最終的に組立
一体化が容易なように、検出コア部材の構成を工夫する
ことが望ましく、上記の実施例の如く、励磁コアの一部
を検出コア部材を構成する一部材として用いることも可
能である。最終的な組立一体化作業等を考慮すると検出
コアの分割箇所もできるだけ少なく、また、検出コア部
材もきるだけ少なくすることが望ましい。
【００５０】励磁コアの構成も、実施例においてはそれ
ぞれ２個の矩形筒状の物（励磁コア部材）を隣接して一
体化し、それらを検出コア部材を介して対向配置するこ
とによって一対の励磁コアとしたが、励磁コイルの配置
箇所等に応じてその形態を選定することが望ましく、例
えば、検出コア部材を介してそれぞれ１個の矩形筒状の
物（励磁コア部材）を配置したり、４個の矩形筒状の物
（励磁コア部材）を配置したりすることが可能である。
同様に、励磁コイルも励磁コアの配置形態に応じて巻回
配置すればよく、例えば、それぞれ一対の励磁コアに複
数の励磁コイルを巻回配置する構成であっても、全体と
して先に説明したような作用効果が得られるような一対
の励磁コイルを構成するよう電気的に接続することが可
能である。
【００５１】この発明の直流電流センサーにおいて、検
出コアと励磁コアのコア直交部における磁気的な飽和に
関しては、例えばコア直交部が完全なる飽和が達成され
なくとも略飽和状態にすることができれば、目的とする
検出を達成することができる。従って、前記軟質磁性材
料の材質とともに、軟質磁性材料の形状寸法、検出コイ
ル、励磁コイルの巻数等の最適条件を選定することによ
って、一層実用性の高いセンサーの提供を可能とするこ
とができる。
【００５２】さらに、上記のいずれの構成においても、
検出コア内を貫通する被検出導体が１本に限定されるも
のでなく、要求されるセンサーの大きさに応じて複数本
貫通させても良い。例えば、被検出導体を２本貫通さ
せ、２本の被検出導体に流れる電流の向きが異なる場
合、これら２本の導体を流れる電流値の差分のみを出力
させることも可能であり、直流機器の漏電検出等に用い
ることにより、この発明の直流電流センサーの効果を最
も効果的に発現することができる。
【００５３】
【実施例】
実施例１ パーマロイＣ（７８％Ｎｉ−５％Ｍｏ−４％Ｃｕ−ｂａ
ｌＦｅ）からなる厚さ０．３５ｍｍの薄板から所定形状
に打ち抜きし、所定箇所を折り曲げて組立てた後、スポ
ット溶接して矩形筒状の４個の励磁コア部材４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄを作成した。また、励磁コア部材と同組
成からなり厚さ１．５ｍｍの薄板から一対のＩ字型の検
出コア部材２１ａ，２１ｂとコ字型の検出コア部材２ｂ
を打ち抜きし、さらに一対のＩ字型の検出コア部材に前
記４個の励磁コア部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄをスポッ
ト溶接にて一体化し、さらにこれらの構成部材とコ字型
の検出コア部材２ｂとをともに水素ガス雰囲気にて１１
００℃×３時間の熱処理を施した後、６００℃〜４００
℃の間を１００℃／時間で多段の冷却処理を施す熱処理
を実施した。このようにして図１に示すコア組立体を得
た。但し、全体の概略寸法は長さＬ＝２６ｍｍ、高さＨ
＝７．５ｍｍ、幅Ｗ＝２７ｍｍである。矩形筒状からな
る励磁コア部材の各々隣接部に絶縁性の保護ビニールテ
ープを巻回した後、外径０．３ｍｍのホルマル線を１５
ターンづつ巻回して励磁コイル５ａ，５ｂとし、さらに
互いの励磁コイル５ａ，５ｂを逆相励磁するように接続
した。また、上記励磁コア部材の外周に絶縁性の保護ビ
ニールテープを巻回した後、外径０．１ｍｍのホルマル
線を３００ターン巻回して検出コイル３とした。なお、
この検出コイル３は所定のフィルター回路と組み合せる
ことによって変調コイルを共用することとした。このよ
うにして、図１に示すこの発明の直流電流センサーを完
成した。さらに、外径８ｍｍのビニル被覆からなる被検
出導線１の周囲に上記直流電流センサーを構成する検出
コア部材２ａ，２ｂを配置して接続一体化し、最終的に
被検出導線１を検出コア２の内側にを貫通配置した。
【００５４】この発明の直流電流センサーとして、各々
励磁コイル５ａ，５ｂ、検出コイル３に、最終的に励磁
コイル５に印加する励磁電流の２倍の周波数からなる励
磁電流を発生させる発振器等を配置する交流電流印加手
段や位相比較回路等を配置して、発振器から各々の励磁
コイル５ａ，５ｂに逆相励磁するように励磁電流として
ｆ＝３．５ｋＨｚ、０．１Ａｒｍｓの交流電流を流し、
検出コイルに変調コイルの機能を実施させるため１１Ｈ
ｚ、１ｍＡ（ピーク時）の正弦波交流電流を流し、さら
に、被検出導線１に±１００ｍＡの範囲で直流電流Ｉを
増減させて流した時の、位相比較回路を経由して出力さ
れる検出コイル３の起電力（出力）ＶOUTのうち、１１
Ｈｚの交流成分をローパスフィルターで除去した後の出
力変化を図９に示す。なお、この該出力電圧ＶOUTは、
増幅効果を有する増幅回路を介して出力した値であり、
また、この発明の効果が分かりやすいよう、被検出導線
１の直流電流Ｉが±１０ｍＡ付近での出力を拡大して図
示している。
【００５５】以上の測定結果からも明らかなように、こ
の発明の直流電流センサーによれば、検出コアが分割可
能な構成であっても往復電流による誤差出力が非常に小
さく１０ｍＡの微小電流でもＳ／Ｎ比１０倍以上で測定
でき、高感度の測定が可能であることが明らかである。
【００５６】実施例２ 実施例１のコア組立体を用い、さらに矩形筒状からなる
励磁コア部材の各々隣接部に絶縁性の保護ビニルテープ
を巻回した後、外径０．３ｍｍのホルマル線を１５ター
ンづつ巻回して励磁コイル５ａ，５ｂとし、さらに互い
の励磁コイル５ａ，５ｂに位相が９０度異なる励磁電流
が印加されるよう所定の移相回路を介して電源に接続し
た。また、検出コア部材２１ａ，２１ｂを介して対向配
置する各々の励磁コア部材の外周に絶縁性の保護ビニル
テープを巻回した後、それぞれ外径０．１ｍｍのホルマ
ル線を１５０ターンづづ巻回して検出コイル３ａ，３ｂ
とするとともに、互いに逆相になるよう直列接続した。
なお、この検出コイル３ａ，３ｂは所定のフィルター回
路と組み合せることによって変調コイルを共用すること
とした。このようにして、図４に示すこの発明の直流電
流センサーを完成した。さらに、外径８ｍｍのビニル被
覆からなる被検出導線１の周囲に上記直流電流センサー
を構成する検出コア部材２ａ，２ｂを配置して接続一体
化し、最終的に被検出導線１を検出コア２の内側にを貫
通配置した。
【００５７】この発明の直流電流センサーとして、各々
励磁コイル５ａ，５ｂ、検出コイル３ａ，３ｂに、最終
的に励磁コイル５ａ，５ｂに印加する励磁電流の２倍の
周波数からなる励磁電流を発生させる発振器等を配置す
る交流電流印加手段や位相比較回路等を配置して、発振
器から各々の励磁コイル５ａ，５ｂに位相が９０度異な
るようにしてｆ＝３．５ｋＨｚ、０．１Ａｒｍｓの励磁
電流（交流電流）を流し、また、検出コイル３ａ，３ｂ
に変調コイルの機能を実施させるため１１Ｈｚ、１ｍＡ
（ピーク時）の正弦波交流電流を流し、さらに、被検出
導線１に±１００ｍＡの範囲で直流電流Ｉを増減させて
流した時の、位相比較回路を経由して出力される検出コ
イル３の起電力（出力）ＶOUTのうち、１１Ｈｚの交流
成分をローパスフィルターで除去した後の出力変化を測
定したところ、図９に示す測定結果とほぼ同程度の測定
結果を得ることが可能であることを確認した。すなわ
ち、図１に示す直流電流センサーと同様に、図４の構成
からなる直流電流センサーも、検出コアが分割可能な構
成でありながら、往復電流による誤差出力が非常に小さ
な、高感度の測定が可能であることが明らかである。
【００５８】
【発明の効果】この発明の直流電流センサーは、検出コ
アを、被検出導線を貫通配置する際に周方向の少なくと
も一ヶ所にて分割可能に複数の検出コア部材から構成す
るとともに、該検出コア部材の一つに励磁コアや励磁コ
イル、検出コイルを効果的に一体化することによって、
他の検出コア部材との相互間に結線が不要となり、既設
の被検出導線への取付け配置を容易とするとともに、実
装時の断線の危険性が大幅に低減されることとなり、信
頼性の高い直流電流センサーの取付け配置を実現するこ
とが可能となる。また、実施例に示すように微小な電流
の変化に対しても、優れた検出能力を有することから、
直流の漏電ブレーカー等に使用した際には、検出コア内
に被検出導体を１本貫通させるだけでも要求される高感
度の検出が達成でき、構造が比較的簡単で直流電流セン
サーの小型化を可能とする。また、被検出導線を流れる
直流電流の絶対値だけでなく、その向きをも検知するこ
とができることから、該直流電流の方向によって正転←
→逆転、往←→復等の制御が必要な技術分野、例えば、
直流モーターを使用したアクチュエーターの制御等にお
いて、より有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の直流電流センサーの一実施例の概要
を示す斜視説明図である。
【図２】図１の直流電流センサーのａ−ａ縦断面説明図
である。
【図３】図１の直流電流センサーのｂ−ｂ縦断面説明図
である。
【図４】この発明の直流電流センサーの他の実施例の概
要を示す斜視説明図である。
【図５】図４の直流電流センサーのａ−ａ縦断面説明図
である。
【図６】図４の直流電流センサーのｂ−ｂ縦断面説明図
である。
【図７】図４の直流電流センサー構成における励磁電流
と検出コアを通過する磁束および検出コイルの起電力と
の関係を示すグラフである。
【図８】図１及び図４の直流電流センサーの使用時の一
形態を示す概要説明図である。
【図９】図１の直流電流センサーにおける被検出導線１
に流れる直流電流（微小領域）と出力との関係を示す線
グラフである。
【図１０】この発明の直流電流センサーを発明するに至
るまでに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説
明図である。
【図１１】図１０の直流電流センサー構成における印加
された周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数
と励磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃ
は周波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図１２】図１０の直流電流センサー構成における印加
された周波数との関係を示すグラフであり、Ａは周波数
と励磁電流、Ｂは周波数と検出コアを通過する磁束、Ｃ
は周波数と検出コイルの起電力との関係を示す。
【図１３】この発明の直流電流センサーを発明するに至
るまでに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説
明図である。
【図１４】この発明の直流電流センサーを発明するに至
るまでに発明した直流電流センサーの概要を示す斜視説
明図である。
【符号の説明】
１ 被検出導線 ２ 検出コア ２１ａ，２１ｂ 検出コア部材 ３，３ａ，３ｂ 検出コイル ４ 励磁コア ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 励磁コア部材 ５，５ａ，５ｂ 励磁コイル ６，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ コア直交部 ４３，４３ａ，４３ｂ 変調コイル ７０ バランスボリューム ７１ ９０度移相回路 ８１ａ，８１ｂ 支持部材 ８２ａ，８２ｂ ガラスエポキシ板 ８３ シールドケース

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環状の軟質磁性材料からなる検出コアの
    内側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線を貫
    通配置する直流電流センサーにおいて、前記検出コア
    が、被検出導線を貫通配置する際に周方向の少なくとも
    一ヶ所にて分割可能に複数の検出コア部材からなり、該
    検出コア部材の一つに、前記被検出導線に流れる直流電
    流により発生する周方向の磁束に対して略直交方向に発
    生する磁束にて該検出コア部材の一部を磁気的に飽和さ
    せ、周方向の磁束による磁路を周期的に遮断すべく、検
    出コア部材の周方向に対して直交接続するコア直交部を
    設けて環状を形成する少なくとも一対の軟質磁性材料か
    らなる励磁コアを検出コア部材を介して対向配置し、さ
    らに、各々の励磁コアに励磁コイルを巻回配置し、か
    つ、互いの励磁コイルを逆相励磁するように接続すると
    ともに、前記励磁コアの外周に検出コイルを一体的にト
    ロイダル状に巻回配置したことを特徴とする直流電流セ
    ンサー。
  2. 【請求項２】 環状の軟質磁性材料からなる検出コアの
    内側に非接触検出する直流電流が流れる被検出導線を貫
    通配置する直流電流センサーにおいて、前記検出コア
    が、被検出導線を貫通配置する際に周方向の少なくとも
    一ヶ所にて分割可能に複数の検出コア部材からなり、該
    検出コア部材の一つに、前記被検出導線に流れる直流電
    流により発生する周方向の磁束に対して略直交方向に発
    生する磁束にて該検出コア部材の一部を磁気的に飽和さ
    せ、周方向の磁束による磁路を周期的に遮断すべく、検
    出コア部材の周方向に対して直交接続するコア直交部を
    設けて環状を形成する少なくとも一対の軟質磁性材料か
    らなる励磁コアを検出コア部材を介して対向配置し、さ
    らに、各々の励磁コアに励磁コイルを巻回配置し、か
    つ、互いの励磁コイルを各々相対的な位相が９０度異な
    る励磁電流が印加可能に接続するとともに、前記励磁コ
    アの各々の外周に検出コイルをトロイダル状に巻回配置
    し、かつ、互いの検出コイルを各々が逆相になるよう直
    列接続したことを特徴とする直流電流センサー。
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