(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記軟磁性介挿部材は、一対の前記第2外脚部の間に介挿されたときに変形する軟性材であることを特徴とする、請求項1に記載のフラックスゲート電流センサ用ループコア。
前記軟磁性介挿部材は接着性を有しており、前記第2外脚部同士を接着固定することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のフラックスゲート電流センサ用ループコア。
前記第2外脚部同士の少なくとも一部は、該第2外脚部の板厚方向に、前記軟磁性介挿部材を間に介挿したうえで重ね合わせられていることを特徴とする、請求項1から請求項3の何れか一項に記載のフラックスゲート電流センサ用ループコア。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載のフラックスゲート電流センサでは、磁界センサ(8)が地磁気の影響を受けることにより、測定対象の電流を精度良く検出できないことがある。特許文献1に記載のフラックスゲート電流センサにおいては、例えば地磁気の向きが枝部部分(32a、32b)の長軸方向の場合、エアギャップ(54)にて、空気よりも磁気抵抗の低い磁界センサ(8)を介して地磁気が流れる。また、例えば地磁気の向きがコア部分(28a、28b)の側方枝部(36、34)の長軸方向の場合、地磁気は、側方枝部(36、34)から枝部部分(32a、32b)に流れ、エアギャップ(54)にて、空気よりも磁気抵抗の低い磁界センサ(8)を介して流れる。
【0006】
このように、従来のフラックスゲート電流センサは、地磁気の影響を受けやすいため、測定対象の電流を精度良く検出できないという問題を抱えていた。本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地磁気の影響を受けにくいフラックスゲート電流センサ、及び、このようなフラックスゲート電流センサに適したフラックスゲート電流センサ用ループコアを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るフラックスゲート電流センサ用ループコアは、略コの字形状に曲折された2つの板形状を一体に連ねた、一対の略3の字状のコアと、一対のコアよりも透磁率の高い軟磁性介挿部材とを有している。一対のコアは、互いの第1外脚部同士の少なくとも一部が接触するとともに、互いの第2外脚部同士の少なくとも一部が軟磁性介挿部材を介して接触しつつ、2つの略コの字形状の互いの連結部分の間に所定のギャップが保たれて、中途が括れた環状ループが形成されるように、対向配置されている。環状ループは、ギャップ部分を境に、第1外脚部側に、測定対象の電線が挿入され通されるスペースを規定する第1環部を有し、第2外脚部側に、電線に流れる電流により誘導される磁界を検出するための磁気プローブを配置するスペースを規定する第2環部を有している。
【0008】
本発明によれば、磁気プローブを囲う第2環部を構成する一対の第2外脚部が、コアよりも透磁率の高い軟磁性介挿部材を介して接触しているため、一対の第2外脚部間の接触部分における磁気抵抗が小さい値に抑えられる。そのため、この接触部分に達した地磁気は、磁気プローブを経由することなく、磁気抵抗のより小さい接触部分を経由して流れていく。すなわち、本発明に係るフラックスゲート電流センサ用ループコアは、磁気プローブに対する地磁気の影響を抑えるのに好適に構成されている。
【0009】
軟磁性介挿部材は、例えば、一対の第2外脚部の間に介挿されたときに変形する軟性材である。
【0010】
また、軟磁性介挿部材は接着性を有しており、第2外脚部同士を接着固定する構成としてもよい。
【0011】
第2外脚部同士の少なくとも一部は、第2外脚部の板厚方向に、軟磁性介挿部材を間に介挿したうえで重ね合わせられている構成としてもよい。
【0012】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るフラックスゲート電流センサは、上記フラックスゲート電流センサ用ループコアと、その第2環部によって囲われるスペースに配置される磁気プローブと、フラックスゲート電流センサ用ループコアに絶縁体を介して巻回されたコイルとを有することを特徴としたものである。
【0013】
上記絶縁体は、例えば、第2外脚部の板厚方向に重ね合わせられた一対の第2外脚部の側面の少なくとも一部を囲うボビンである。この場合、第2外脚部同士は、ボビンによる圧接狭持により、軟磁性介挿部材を圧接狭持するとともに、互いが固定されている構成としてもよい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、地磁気の影響を受けにくいフラックスゲート電流センサ、及び、このようなフラックスゲート電流センサに適したフラックスゲート電流センサ用ループコアが提供される。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るフラックスゲート電流センサについて説明する。
【0017】
図1は、本発明の実施形態に係るフラックスゲート電流センサ1の回路図を示す。本実施形態のフラックスゲート電流センサ1は、フィードバックコア30に、プローブ10及びフィードバックコイル20を取り付けた構造を有している。フィードバックコア30は、例えば、透磁率の高い、軟磁性合金の一つであるPCパーマロイによって形成されている。フィードバックコア30には、測定対象となる電流が流れるケーブルCLが近接して配置されている。フラックスゲート電流センサ1は、ケーブルCLを流れる電流によってフィードバックコア30内に発生する磁界の大きさを検出することにより、ケーブルCLを流れる電流の大きさを測定する。
【0018】
図2(a)は、プローブ10、フィードバックコイル20、及びフィードバックコア30を備えるフラックスゲート電流センサ1の主要部の断面図を示す。
図2(b)は、
図2(a)のA−A断面を示し、
図2(c)は、
図2(a)のB−B断面を示す。
図3は、フィードバックコア30単体の斜視図を示す。
図2又は
図3に示されるように、フィードバックコア30は、第1コア部31、第2コア部32、及び軟磁性介挿部材35を組み合わせることにより、ループを形成している。第1コア部31、第2コア部32は、それぞれ、フィードバックコア30のループの内側に向かって大きく屈曲する屈曲部31a、32aを持ち、略コの字形状に曲折された2つの幅広の板材を一体に連ねた、略3の字形状を有している。
図2に示されるように、フィードバックコア30のループ形状は、2つの略コの字形状を連結する連結部分を含む屈曲部31a及び32aによって、第1環部33と第2環部34からなる、中途で括れた環状(略8の字状)となっている。
【0019】
プローブ10は、フラックスゲートコア11の周囲に巻線12が巻回された磁気プローブである。フラックスゲートコア11は、例えば、透磁率の高い、軟磁性合金の一つであるアモルファスによって形成されている。フラックスゲートコア11と巻線12は、図示省略された絶縁体によって絶縁されている。
図2に示されるように、プローブ10は、第2環部34内の、フィードバックコア30によって囲われたスペースに配置されている。巻線12に電流が流されると、フラックスゲートコア11内に磁界が発生する。
【0020】
フィードバックコイル20は、第1巻線21及び第2巻線22を有している。第1巻線21は、第1環部33の一部(第1コア部31の第1外脚部31c、及び第2コア部32の第1外脚部32c)を囲うよう配置された、絶縁性を有する第1ボビン41に巻回されている。第2巻線22は、第2環部34及び屈曲部31a、32a全体を囲うように配置された、絶縁性を有する第2ボビン42に巻回されている。第1巻線21と第2巻線22は、電気的に直列となるよう互いに接続されている。
【0021】
フラックスゲート電流センサ1の動作について、以下に説明する。なお、測定対象となる電流が流れるケーブルCLは、第1環部33内の、第1巻線21と第2巻線22との間のスペースに挿入され通されている。
【0022】
図1に示されるように、プローブ10の巻線12には、パルス電源51が接続されている。パルス電源51から巻線12には、パルス状の高周波の矩形波電流が供給される。高周波矩形波電流が巻線12に供給されると、フラックスゲートコア11内の磁束密度が周期的に飽和する。そのため、ケーブルCLを流れる電流によってフィードバックコア30内に磁界が発生すると、巻線12に印加される電圧の波形には、外部磁界(フィードバックコア30内に発生した磁界)によって歪みが生じるようになる。
【0023】
巻線12は、インターフェース回路52に接続されている。インターフェース回路52は、巻線12間の電圧をPWM信号に変換する。インターフェース回路52から出力されるPWM信号は、フラックスゲートコア11に外部磁界が加えられていない状態(すなわち、ケーブルCLに電流が流れていない状態)ではデューティ比50%の信号となる。PWM信号のデューティ比は、フラックスゲートコア11に加えられる外部磁界に応じて変化する。
【0024】
インターフェース回路52から出力されたPWM信号は、ローパスフィルタ53に入力する。ローパスフィルタ53は、PWM信号をアナログ信号(デューティ比に応じた出力電圧)に変換し、変換した出力電圧をドライバ54に出力する。
【0025】
ドライバ54は、エラーアンプとフィードバック回路を備えている。ドライバ54の出力段には、フィードバックコイル20が接続されている。エラーアンプは、ローパスフィルタ53からの出力電圧と所定の基準電圧V
refとの差分を検出する。フィードバック回路は、検出された差分に基づく大きさの電流をフィードバックコイル20に流す。フィードバックコイル20を流れる電流によってフィードバック磁界が発生することにより、ケーブルCLを流れる電流によって誘導されたフィードバックコア30内の磁界が打ち消される。すなわち、フィードバックコイル20には、フラックスゲートコア11に加わる外部磁界がゼロになるように負帰還電流が流れるようになる。
【0026】
フラックスゲート電流センサ1は、フィードバックコイル20に流れる電流(言い換えると、出力電圧V
OUT)をシャント抵抗Rsで測定することにより、ケーブルCLを流れる電流の大きさを測定する。なお、フィードバックコイル20に流れる電流は、上記の負帰還によって高速で周期的に変化する。しかし、差分増幅回路55は、ドライバ54に対して応答速度が数桁低い。そのため、出力電圧V
OUTの波形は測定対象の電流波形と一致し、実質的に、ケーブルCLに流れる電流の大きさと相関する値となる。
【0027】
本実施形態のフラックスゲート電流センサ1は、地磁気に基づく電流測定誤差を有効に抑えるため、第1コア部31と第2コア部32との接触部分の磁気抵抗が小さくなるように構成されている。以下、フラックスゲート電流センサ1の具体的実施例を複数例説明する。
【実施例1】
【0028】
図2は、本実施例1のフラックスゲート電流センサ1の断面図を兼ね、
図3は、本実施例1のフィードバックコア30単体の斜視図を兼ねている。
図4(a)〜
図4(c)は、本実施例1のフラックスゲート電流センサ1の組立を説明する図である。
【0029】
図2(a)、
図2(b)及び
図3に示されるように、フィードバックコア30は、中途の括れ位置側から見て、第1コア部31の第2外脚部31b、軟磁性介挿部材35、第2コア部32の第2外脚部32bの順に配置されており、第2外脚部31bの上面31bUと、第2外脚部32bの下面32bDとが軟磁性介挿部材35を介して互いに重ね合わせられている。軟磁性介挿部材35は、第1コア部31及び第2コア部32よりも透磁率の高い軟磁性材であり、例えばニッケル合金を主とした磁性体をフォイル状にしたパーマロイテープである。軟磁性介挿部材35は、柔軟性を有するとともに、一面が接着性を有する接着面となっている。また、
図2(a)、
図2(c)、及び
図3に示されるように、フィードバックコア30は、中途の括れ位置側から見て、第1コア部31の第1外脚部31c、第2コア部32の第1外脚部32cの順に配置されており、第1外脚部31cの下面31cDと、第1外脚部32cの上面32cUとが互いに重ね合わせられている。
【0030】
図4に示されるフラックスゲート電流センサ1の組立工程に沿って説明すると、第1コア部31の第2外脚部31bの上面31bUに軟磁性介挿部材35が接着固定されたうえで、第2外脚部31bが第2ボビン42の内側に挿入され通されるとともに、第1コア部31の第1外脚部31cが第1ボビン41の内側に挿入され通される(
図4(a)参照)。第2環部34内の、フィードバックコア30によって囲われたスペース内に、プローブ10が組み付けられると(
図4(b)参照)、第2コア部32の第2外脚部32bが第2ボビン42内の残りのスペースに挿入され通されるとともに、第2コア部32の第1外脚部32cが第1ボビン41内の残りのスペースに挿入され通される(
図4(c)参照)。このとき、軟磁性介挿部材35は、第1コア部31の第2外脚部31bの上面31bUと、第2コア部32の第2外脚部32bの下面32bDの各面に面接触した状態で介挿される。なお、軟磁性介挿部材35は、下面32bDと面接触する側の面も接着面となっていてもよい。また、第1ボビン41、第2ボビン42はそれぞれ、第1巻線21、第2巻線22とフィードバックコア30との絶縁が担保されるように、第1巻線21、第2巻線22とフィードバックコア30との間の少なくとも一部を囲うように形成されている。本実施例1では、
図2(b)、
図2(c)に示されるように、第1ボビン41、第2ボビン42はともに、長軸方向と直交する断面が略ロの字状となっている。
【0031】
図2(a)又は
図2(b)に示されるように、第2コア部32の第2外脚部32bの上面32bUから屈曲部31a(又は32a)の下面31aD(又は32aD)までの幅w1は、第2ボビン42の、対向する内壁面間の距離d1と略等しい。また、第1コア部31の第2外脚部31bの上面31bUから下面31aD(又は32aD)までの幅w2と、第2コア部32の第2外脚部32bの板厚t1と、軟磁性介挿部材35の層厚t2との和も、距離d1と略等しい。幅w1(及び幅w2と板厚t1と層厚t2との和)と距離d1は、例えばはめあい公差(中間ばめ又はしまりばめ)で規定されている。そのため、第2ボビン42をフィードバックコア30に取り付けると(
図2(a)又は
図4(c)参照)、第2環部34、屈曲部31a、及び32aの全体が第2ボビン42の内壁面間に挟み込まれて、適度な締め付け力を受ける。これにより、第2外脚部31bの上面31bUと、第2外脚部32bの下面32bDとが軟磁性介挿部材35を介挿した状態で互いに密着し、固定状態となる。
【0032】
また、第1ボビン41の、対向する内壁面間の距離d2は、第1コア部31の第1外脚部31cと、第2コア部32の第1外脚部32cの板厚の合計と略等しい。この板厚の合計と距離d2は、例えばはめあい公差(中間ばめ又はしまりばめ)で規定されている。そのため、第1ボビン41をフィードバックコア30に取り付けると(
図2(a)又は
図4(c)参照)、第1外脚部31c及び32cが第1ボビン41の内壁面間に挟み込まれて、適度な締め付け力を受ける。これにより、第1外脚部31cの下面31cDと、第1外脚部32cの上面32cUとが互いに密着し、固定状態となる。
【0033】
本実施例1においては、第1コア部31の第2外脚部31bの上面31bUと、第2コア部32の第2外脚部32bの下面32bDとの隙間を埋めるように、第1コア部31及び第2コア部32よりも透磁率の高い軟磁性介挿部材35が接着され介挿されている。そのため、第1コア部31と第2コア部32との(軟磁性介挿部材35を介した)接触部分における磁気抵抗が小さい値に抑えられる。例えば地磁気の向きがプローブ10の長軸方向の場合を考える。この場合において、第1コア部31と第2コア部32との接触部分に達した地磁気は、フラックスゲートコア11を経由することなく、磁気抵抗のより小さい接触部分を経由して流れていく。また、地磁気の向きがプローブ10の長軸方向と直交する場合を考える。例えば
図2(a)の紙面と直交する向きの場合、地磁気は、フラックスゲートコア11を経由することなく、磁気抵抗のより小さいフィードバックコア30内に引き寄せられて流れていく。
図2(a)の紙面と平行(図面上下方向)な場合、地磁気は、フラックスゲートコア11を経由することなく、磁気抵抗のより小さいフィードバックコア30内を略3の字形状に沿って流れていく。このように、フラックスゲートコア11は、地磁気の影響を実質的に受けない、若しくは非常に受け難くなる。そのため、フラックスゲート電流センサ1は、ケーブルCLを流れる電流を精度良く検出することができる。
【0034】
また、本実施例1においては、上面31bU、下面32bDの各面と、軟磁性介挿部材35との密着性をより一層高めるため、第2ボビン42によって、第2外脚部31b、軟磁性介挿部材35、及び第2外脚部32bの三部材を圧接狭持している。これにより、第1コア部31と第2コア部32との接触部分における磁気抵抗がより一層小さい値に抑えられている。
【実施例2】
【0035】
本実施例2のフラックスゲート電流センサ1は、フィードバックコア以外の構成が本実施例1と共通である。そのため、以下においては、本実施例2のフィードバックコア単体についてだけ説明する。また、本実施例2において、本実施例1と同様の構成には同様の名称及び符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【0036】
図5は、本実施例2のフィードバックコア130単体の断面図を示す。
図5に示されるように、本実施例2のフィードバックコア130は、第1コア部131、第2コア部132、及び軟磁性介挿部材135からなる。軟磁性介挿部材135は、第1コア部31及び第2コア部32よりも透磁率の高い軟磁性材であり、例えば柔軟性を有するアモルファス薄帯である。
図5に示されるように、軟磁性介挿部材135は、一方の端部付近が第1コア部131の第2外脚部131bの先端と、第2コア部132の側脚部132sとの間に挟み込まれるとともに、残りの部分が、第2外脚部131bの上面131bUと、第2外脚部132bの下面132bDとの間に、第2ボビン42による圧接を介して狭持されている。軟磁性介挿部材135は、第1コア部131と第2コア部132との間に、全体として略L字状に屈曲した状態で介挿されている。
【0037】
本実施例2においては、第1コア部131の第2外脚部131bの上面131bUと、第2コア部132の第2外脚部132bの下面132bDとの隙間に加えて、第2外脚部131bの先端と、第2コア部132の側脚部132sとの隙間も埋めるように、第1コア部31及び第2コア部32よりも透磁率の高い軟磁性介挿部材35が介挿されている。そのため、第1コア部131と第2コア部132との接触部分における磁気抵抗がより一層抑えられ、フラックスゲートコア11は、地磁気の影響を実質的に受けない、若しくは非常に受け難くなる。従って、本実施例2のフラックスゲート電流センサ1は、ケーブルCLを流れる電流を精度良く検出することができる。
【0038】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施の形態は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内で任意に変更することができる。例えば、軟磁性介挿部材35や135の介挿位置、材質等は、本実施例1や2にて例示したものに限らない。