特開 2022-162171 電流検出装置および測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022162171

(43)【公開日】2022-10-21

(54)【発明の名称】電流検出装置および測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/18 20060101AFI20221014BHJP

【ＦＩ】

G01R15/18 C

G01R15/18 B

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022136410

(22)【出願日】2022-08-30

(62)【分割の表示】P 2017128221の分割

【原出願日】2017-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104787

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 伸司

(72)【発明者】

【氏名】林 和延

(72)【発明者】

【氏名】関 憲一

(72)【発明者】

【氏名】依田 元

(57)【要約】

【課題】ゼロフラックス方式動作とＣＴ動作とを組み合わせつつ、ゼロフラックス方式動作時のＳ／Ｎ比の低下を回避し、かつＣＴ動作時の帰還巻線での共振を防止する。
【解決手段】磁気コア２に組み込まれて測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を示す検出信号Ｓ３を出力する磁気センサ３と、磁気コア２に巻回された帰還巻線４と、検出信号Ｓ３の振幅を低下させるように駆動電流Ｉｄを帰還巻線４に供給する駆動部６と、駆動電流Ｉｄの電流路内に配設されて駆動電流Ｉｄを電圧Ｖｄに変換して出力する検出抵抗７とを備えている。帰還巻線４は、磁気コア２の周方向に沿って配置された複数の巻線４ａ，４ｂが直列に接続されて構成され、各巻線４ａ，４ｂには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路９が並列に接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された帰還巻線と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内に配設されて当該駆動電流を電圧に変換するための検出抵抗が接続される一対の抵抗接続端子とを備えている電流検出装置であって、
前記帰還巻線は、前記磁気コアの周方向に沿って配置された複数の巻線が直列に接続されて構成され、
前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続されている電流検出装置。

【請求項2】

前記一対の抵抗接続端子間に前記検出抵抗が接続されている請求項１記載の電流検出装置。

【請求項3】

測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された帰還巻線と、前記磁気センサに励磁信号を出力する信号生成部と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内に配設されて当該駆動電流を電圧に変換して出力する検出抵抗とを備えて、前記検出抵抗によって変換された前記電圧を前記測定対象電線に流れる電流の電流値として検出する電流検出装置であって、
前記帰還巻線は、前記磁気コアの周方向に沿って配置された複数の巻線が直列に接続されて構成され、
前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続されている電流検出装置。

【請求項4】

前記共振防止回路は、前記第１抵抗よりも大きな抵抗値に規定されると共に前記直列回路に並列に接続された第２抵抗を含んで構成されている請求項１から３のいずれかに記載の電流検出装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の電流検出装置と、
前記検出抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電流値を測定する処理部と、
前記測定された電流値を出力する出力部とを備えている測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象電線に流れる電流を、この電流が低周波領域に含まれる周波数の信号のときにはゼロフラックス法により検出し、この電流が高周波領域に含まれる周波数の信号のときには帰還巻線をＣＴ（カレントトランス）として機能させて検出する電流検出装置、およびこの電流検出装置を備えた測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

測定対象電線に流れる電流をゼロフラックス法によって検出する電流検出装置として、本願出願人は下記特許文献１に開示された電流検出装置を既に提案している。この電流検出装置は、円環状の磁気コアと、この磁気コアに挿通された測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力するフラックスゲート型磁気センサと、磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された帰還巻線と、フラックスゲートセンサ素子に励磁信号を出力する信号生成部と、検出信号を入力すると共に検出信号の振幅を低下させる駆動電流を帰還巻線に供給する駆動部と、駆動電流の電流路内に配設されて駆動電流を電圧に変換して出力する検出抵抗とを備えて、磁気センサを使用したゼロフラックス方式の電流検出装置として構成されている。また、帰還巻線には、巻始め端および巻き終わり端のうちの一方から他方に向かう駆動電流が供給されると共に、帰還巻線は、中間層の部位において巻始め端側の第１帰還巻線と巻き終わり端側の第２帰還巻線とに分割されている。また、検出抵抗は、第１帰還巻線と第２帰還巻線との間に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７１０３８０号公報（第５－９頁、第１－４図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記の特許文献１には開示されていないが、上記の電流検出装置では、ゼロフラックス方式で動作する作動周波数帯域、つまり、駆動部が磁気センサからの検出信号を入力すると共にこの検出信号の振幅を低下させる駆動電流を帰還巻線に供給し得る周波数帯域（つまり、磁気コアに発生する磁束をゼロにし得る周波数帯域）を超える高周波領域においては、磁気センサや駆動部の利得が大幅に低下することから、駆動部から帰還巻線への出力電圧がほぼゼロボルトになる。これにより、帰還巻線の両端部（巻始め端側の端部と巻き終わり端側の端部）は実質的に同電位となって、等価的に互いに接続された状態となることから、帰還巻線は、高周波領域においてＣＴ（カレントトランス）として機能するようになる。この構成により、上記の電流検出装置は、測定対象電線に流れる電流の周波数が低周波領域に含まれるときには、ゼロフラックス方式で動作してこの電流を検出すると共に、測定対象電線に流れる電流の周波数が高周波領域に含まれるときには、帰還巻線がＣＴとして動作してこの電流を検出することにより、測定対象電線に流れる電流を低周波領域から高周波領域までの広帯域に亘って検出し得るようになっている。

【0005】

また、この電流検出装置では、帰還巻線がＣＴとして動作する高周波領域において、帰還巻線の寄生容量に起因して生じる共振を防止して、周波数特性を改善するため（作動周波数帯域をより高域まで伸ばすため）に、第１帰還巻線と第２帰還巻線のそれぞれに並列に共振防止用抵抗を接続する構成を採用している。この場合、共振防止用抵抗は、抵抗値が大きすぎると共振防止の効果が発揮し得ないことから、共振防止用抵抗には、ある程度小さな抵抗値の抵抗を使用する必要がある。

【0006】

しかしながら、このような小さな抵抗値の抵抗を共振防止用抵抗として使用した場合には、ゼロフラックス方式で動作したときに、磁気センサに供給されている励磁信号の信号成分が帰還巻線を経由する経路ではなく、この共振防止用抵抗を経由する経路で検出抵抗に伝わる。このため、この電流検出装置には、ゼロフラックス方式で動作したときの（低周波領域での）Ｓ／Ｎ比が低下する虞があるという改善すべき課題が存在している。なお、帰還巻線がＣＴとして動作する高周波領域では、上記した磁気センサや駆動部と同様にして、信号生成部の利得も大幅に低下することから、励磁信号の振幅がほぼゼロになる。このため、励磁信号の信号成分の検出抵抗への影響は無視することができる。

【0007】

本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、ゼロフラックス方式での動作と、帰還巻線をＣＴとして機能させる動作とを組み合わせつつ、ゼロフラックス方式での動作におけるＳ／Ｎ比の低下を回避し、かつ帰還巻線をＣＴとして機能させる動作での帰還巻線での共振を防止し得る電流検出装置、およびこの電流検出装置を備えた測定装置を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流検出装置は、測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された帰還巻線と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内に配設されて当該駆動電流を電圧に変換するための検出抵抗が接続される一対の抵抗接続端子とを備えている電流検出装置であって、前記帰還巻線は、前記磁気コアの周方向に沿って配置された複数の巻線が直列に接続されて構成され、前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続されている。

【0009】

また、請求項２記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記一対の抵抗接続端子間に前記検出抵抗が接続されている。

【0010】

また、請求項３記載の電流検出装置は、測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された帰還巻線と、前記磁気センサに励磁信号を出力する信号生成部と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内に配設されて当該駆動電流を電圧に変換して出力する検出抵抗とを備えて、前記検出抵抗によって変換された前記電圧を前記測定対象電線に流れる電流の電流値として検出する電流検出装置であって、前記帰還巻線は、前記磁気コアの周方向に沿って配置された複数の巻線が直列に接続されて構成され、前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続されている。

【0011】

また、請求項４記載の電流検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電流検出装置において、前記共振防止回路は、前記第１抵抗よりも大きな抵抗値に規定されると共に前記直列回路に並列に接続された第２抵抗を含んで構成されている。

【0012】

また、請求項５記載の測定装置は、請求項１から４のいずれかに記載の電流検出装置と、前記検出抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電流値を測定する処理部と、前記測定された電流値を出力する出力部とを備えている。

【発明の効果】

【0013】

請求項１，２，３，４記載の電流検出装置および請求項５記載の測定装置によれば、帰還巻線を構成する複数の巻線のそれぞれに、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含む共振防止回路を並列に接続したことにより、ゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域では、この直列回路を構成するコンデンサのインピーダンスが十分に大きい値となることから（つまり、共振防止回路のインピーダンスが十分に大きい値となることから）、この共振防止回路を経由して励磁信号の信号成分が検出抵抗（請求項１記載の電流検出装置では、一対の抵抗接続端子間に接続された検出抵抗）に流れ込む事態の発生を大幅に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下を確実に回避することができる。また、帰還巻線がＣＴとして機能する高周波領域では、この直列回路を構成するコンデンサのインピーダンスが十分に小さい値となることから（つまり、共振防止回路のインピーダンスが第１抵抗の抵抗値（十分に小さい抵抗値）となることから）、寄生容量に起因して生じる虞のある帰還巻線（各巻線）での共振の発生を確実に防止することができる。

【0014】

請求項１，４記載の電流検出装置および請求項５記載の測定装置によれば、例えば、駆動電流の電流値（つまり、測定対象電線に流れる電流の電流値）に応じて適切な抵抗値の検出抵抗を適宜選択して一対の抵抗接続端子に接続することができるため、測定対象電線に流れる電流の電流値についての測定範囲を広げることができる。

【0015】

請求項２，３，４記載の電流検出装置および請求項５記載の測定装置によれば、駆動電流の電流路内にこの駆動電流を電圧に変換するための検出抵抗が予め配設されているため、検出抵抗を別途用意する手間を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】電流検出装置６１および測定装置ＭＳの構成図である。

【図2】図１におけるＷ－Ｗ線断面図である。

【図3】駆動部６、帰還巻線４、検出抵抗７、差動検出部８および共振防止回路９の回路図である。

【図4】駆動部６Ａ、帰還巻線４、検出抵抗７、差動検出部８および共振防止回路９の回路図である。

【図5】共振防止回路９のインピーダンスについての周波数特性図である。

【図6】共振防止回路９の他の例の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、電流検出装置および測定装置の実施の形態について説明する。

【0018】

測定装置ＭＳは、図１に示すように、電流検出装置としての電流検出装置６１、処理部６２および出力部６３を備え、測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を測定可能に構成されている。

【0019】

電流検出装置６１は、図１に示すように、環状（本例では一例として円環状であるが、楕円形やロ字形などの非円形の環状であってもよい）の磁気コア２、磁気センサとしてのフラックスゲート型磁気センサ３（以下、「磁気センサ３」ともいう）、帰還巻線４、信号生成部５、駆動部６、検出抵抗７、差動検出部８および共振防止回路９を備え、磁気コア２に挿通された測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して電圧値Ｖ１が変化する電圧信号Ｓｏを出力する。

【0020】

磁気コア２は、一例として図１，２に示すように、磁気コア２の周方向に沿って磁気コア２の内部に形成された空隙２１を備え、空隙２１内には、磁気センサ３を構成する後述のフラックスゲートセンサ素子３１が収納されている。

【0021】

磁気センサ３は、一例として図１，２に示すように、２つのフラックスゲートセンサ素子３１ａ，３１ｂ（以下、特に区別しないときには「センサ素子３１」ともいう）、差動増幅部３２、および同期検波部３３を備えている。各センサ素子３１は、図示はしないが、一例として、同一形状に形成された円環状の絶縁基材の表面に検出巻線が同じ巻回数だけ巻回されてそれぞれ構成されている。また、各センサ素子３１は、互いの検出巻線の巻線方向が互いに逆向きとなるように直列に接続され、かつ、図２に示すように、互いに重ね合わされた状態で磁気コア２の空隙２１内に配設されている（磁気コア２に組み込まれている）。また、直列に接続された２つの検出巻線の各非接続端部（互いに接続されない側の端部）には引き出し線３１ｃ，３１ｄがそれぞれ接続されると共に、各検出巻線の接続端部（互いに接続さる側の端部）には引き出し線３１ｅが接続されて、２つの検出巻線は、各引き出し線３１ｃ，３１ｄ，３１ｅを介して差動増幅部３２に接続されている。

【0022】

この構成により、各センサ素子３１ａ，３１ｂは、信号生成部５から出力される後述の励磁電流Ｉ２（一定の周波数ｆの交流電流）が供給されているときに、互いの位相が反転する検出電圧Ｖａ，Ｖｂをそれぞれの検出巻線間に発生させると共に、各検出電圧Ｖａ，Ｖｂを各引き出し線３１ｃ，３１ｄ，３１ｅを介して差動増幅部３２に出力する。

【0023】

差動増幅部３２は、図１に示すように、各センサ素子３１に各引き出し線３１ｃ，３１ｄ，３１ｅを介して接続されて、各センサ素子３１から出力される検出電圧Ｖａ，Ｖｂを入力すると共に、その差分電圧（Ｖａ－Ｖｂ）を検出する。また、差動増幅部３２は、検出した差分電圧（Ｖａ－Ｖｂ）を増幅して、差分信号Ｓ１として出力する。磁気コア２に挿通されている測定対象電線６４に電流Ｉが流れているときには、測定対象電線６４の周囲に発生している磁界によって磁気コア２内の磁束が変化し、これに伴って各検出電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅が変化する。このため、差分電圧（Ｖａ－Ｖｂ）および差分信号Ｓ１は、励磁電流Ｉ２の２倍の周波数（２ｆ）の信号成分が電流Ｉの振幅によって変調された振幅変調信号となる。

【0024】

同期検波部３３は、差動増幅部３２から出力される差分信号Ｓ１を、信号生成部５から出力される後述の同期信号Ｓ２（励磁電流Ｉ２に同期した周波数（２ｆ）の矩形波信号）で同期検波することにより、測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して振幅が変化する検出信号Ｓ３を出力する。

【0025】

帰還巻線４は、図１に示すように、センサ素子３１を覆うようにして磁気コア２の外表面に磁気コア２の周方向に沿って配設された複数の巻線（本例では一例として、２個の巻線４ａ，４ｂ）が直列に接続されて構成されている。各巻線４ａ，４ｂは、図２に示すように、磁気コア２の外表面に導線４１を、同じ巻回方向で、かつ同じ巻回数だけ巻回して構成されている。なお、図２は、巻線４ｂ、および磁気コア２の内部構造を示すための磁気コア２における巻線４ｂが配設された部位の周方向と直交する平面での断面図であるが、図示はしないが、磁気コア２における巻線４ａが配設された部位の断面も同様の断面図となる。

【0026】

また、図１に示すように、巻線４ａは、その一端部４２が駆動部６に接続されると共に、その他端部４３が検出抵抗７の一端に接続されている。巻線４ｂは、その一端部４４が検出抵抗７の他端に接続されると共に、その他端部４５が基準電位（回路グランドＧ）に接続されている。この構成により、各巻線４ａ，４ｂは検出抵抗７を介して直列に接続されている。

【0027】

信号生成部５は、一定周波数ｆの交流電流である励磁信号としての励磁電流Ｉ２を生成して、センサ素子３１に出力する。また、信号生成部５は、励磁電流Ｉ２に同期した周波数（２ｆ）の信号を生成して同期信号Ｓ２として同期検波部３３に出力する。

【0028】

駆動部６は、磁気センサ３の同期検波部３３から出力される検出信号Ｓ３を入力すると共に駆動信号Ｓ４に増幅して、帰還巻線４を構成する巻線４ａの一端部４２に出力する。本例では、一例として、駆動部６は、図３に示すように、ボルテージフォロワ回路で構成されて、増幅した検出信号Ｓ３を非反転の状態で駆動信号Ｓ４に増幅して出力する。この場合、帰還巻線４および検出抵抗７には、駆動部６から駆動信号Ｓ４が出力（印加）されることにより、駆動電流Ｉｄが流れる。このため、磁気コア２内には、駆動電流Ｉｄが帰還巻線４を流れることによって、磁束が発生する。駆動部６は、この駆動電流Ｉｄが帰還巻線４を流れることによって磁気コア２に発生する磁束で、測定対象電線６４に電流Ｉが流れることによって磁気コア２に発生する磁束を打ち消すように（ゼロフラックス状態となるように）、つまり、磁気センサ３から出力される検出信号Ｓ３の振幅を低下させる（ゼロに近づける）ように、駆動信号Ｓ４の振幅（電圧）を制御する。

【0029】

検出抵抗７は、図１，３に示すように、帰還巻線４を含む駆動電流Ｉｄの電流路内に配設されて、帰還巻線４に流れる駆動電流Ｉｄを電圧Ｖｄに変換する。上記したように、本例では一例として、検出抵抗７は、帰還巻線４を構成する巻線４ａと巻線４ｂとの間に配設されている。なお、検出抵抗７の配設位置は、これに限定されるものではなく、例えば、図示はしないが、巻線４ａの他端部４３と巻線４ｂの一端部４４とを直接接続して、巻線４ｂの他端部４５と基準電位（回路グランドＧ）との間に検出抵抗７を配設する構成を採用することもできる。

【0030】

差動検出部８は、検出抵抗７に接続されて、この検出抵抗７に両端間電圧として発生する電圧Ｖｄを検出すると共に、増幅して電圧信号Ｓｏとして出力する。共振防止回路９は、図１，３に示すように、帰還巻線４を構成するすべての巻線（本例では、２つの巻線４ａ，４ｂ）のそれぞれに並列に接続されている。また、本例では一例として共振防止回路９は、図３に示すように、第１抵抗９ａ（例えば、１０ｋΩ程度の抵抗）およびコンデンサ９ｂ（例えば、５００ｐＦ程度のコンデンサ）の直列回路を含んで構成されている。

【0031】

以上のようにして構成された電流検出装置６１は、測定対象電線６４に流れる電流Ｉを、この電流Ｉが低周波領域ｆＬ（図５参照）に含まれる周波数の信号のときには、磁気センサ３を使用したゼロフラックス方式の電流検出装置として機能して検出し、この電流Ｉが高周波領域ｆＨ（図５参照）に含まれる周波数の信号のときには、帰還巻線４をＣＴとして使用する電流検出装置として機能して検出する。

【0032】

また、この電流検出装置６１では、共振防止回路９のインピーダンス（本例では、共振防止回路９を構成する第１抵抗９ａおよびコンデンサ９ｂの直列回路のインピーダンス）の周波数特性が図５において実線で示す特性となるように、第１抵抗９ａの抵抗値Ｒ１およびコンデンサ９ｂの静電容量値が予め規定されている。具体的には、電流検出装置６１がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域ｆＬ、および励磁電流Ｉ２の周波数ｆを含む周波数領域では、コンデンサ９ｂのインピーダンス成分が十分に大きい値（抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい値）となるように、つまり、直列回路のインピーダンスが十分に大きい値となるように、この抵抗値Ｒ１およびこの静電容量値が規定されている。また、電流検出装置６１において帰還巻線がＣＴとして機能する高周波領域ｆＨでの特に共振の発生し易い周波数領域（図５において斜線を付した周波数領域）では、コンデンサ９ｂのインピーダンス成分が十分に小さい値（抵抗値Ｒ１よりも十分に小さい値）となって、直列回路のインピーダンスが抵抗値Ｒ１となるように、この抵抗値Ｒ１およびこの静電容量値が規定されている。この第１抵抗９ａの抵抗値Ｒ１は、高周波領域ｆＨでの上記の共振の発生を確実に防止（回避）し得る低抵抗値に規定されている。

【0033】

処理部６２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、メモリおよびＣＰＵ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、電流検出装置６１から出力される電圧信号Ｓｏの電圧値Ｖ１を測定すると共に、この測定した電圧値Ｖ１に基づいて測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を算出（測定）する。また、処理部６２は、測定した電流値Ｉ１を出力部６３に出力する。

【0034】

出力部６３は、一例として、ＬＣＤなどのディスプレイ装置で構成されて、処理部６２から出力された電流値Ｉ１を画面に表示する。なお、出力部６３は、ディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路で構成してもよく、例えば、メディアインターフェース回路としてリムーバブルメディアに電流値Ｉ１を記憶させたり、ネットワークインターフェース回路としてネットワーク経由で外部装置に電流値Ｉ１を伝送させたりする構成を採用することもできる。

【0035】

次に、電流検出装置６１および測定装置ＭＳの各動作について、図面を参照して説明する。

【0036】

上記したように、電流検出装置６１では、低周波領域ｆＬにおいては、信号生成部５が、帰還巻線４に対して周波数ｆの励磁電流Ｉ２を出力すると共に、フラックスゲート型の磁気センサ３における同期検波部３３に同期信号Ｓ２を出力する。

【0037】

この状態において、磁気センサ３では、この励磁電流Ｉ２の供給を受けて作動する２つのセンサ素子３１ａ，３１ｂが、互いの位相が反転すると共に、測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に応じて振幅が変化する検出電圧Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ出力する。差動増幅部３２は、この検出電圧Ｖａ，Ｖｂの差分電圧（Ｖａ－Ｖｂ）を検出して、差分信号Ｓ１を出力する。同期検波部３３は、この差分信号Ｓ１を同期信号Ｓ２で同期検波することにより、測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１に比例して振幅が変化する検出信号Ｓ３を出力する。

【0038】

次いで、駆動部６は、磁気センサ３から出力される検出信号Ｓ３を入力すると共に、駆動信号Ｓ４に増幅して、帰還巻線４に出力することで、帰還巻線４に駆動電流Ｉｄを供給する。また、駆動部６は、検出信号Ｓ３の振幅（電圧）が低下する（ゼロに近づく）ように、駆動信号Ｓ４の振幅（電圧）を制御する（つまり、駆動電流Ｉｄの電流値を制御する）。この場合、検出信号Ｓ３の振幅（電圧）がゼロになっている状態では、磁気コア２に発生している全磁束がゼロになっている状態、つまり、測定対象電線６４に電流Ｉが流れることによって磁気コア２に発生する磁束が、帰還巻線４に駆動電流Ｉｄが流れることによって磁気コア２に発生する磁束を打ち消している状態（ゼロフラックス状態）となっている。つまり、駆動部６は、電流値が電流Ｉの電流値Ｉ１と比例する駆動電流Ｉｄを出力している状態となっている。

【0039】

続いて、帰還巻線４を構成する２つの巻線４ａ，４ｂ間に配設された検出抵抗７が、この駆動電流Ｉｄを電圧Ｖｄに変換し、差動検出部８が、この電圧Ｖｄを検出して電圧信号Ｓｏとして出力する。上記したように、駆動電流Ｉｄの電流値は電流Ｉの電流値Ｉ１と比例した状態に維持されているため、電流検出装置６１から出力される電圧信号Ｓｏもまた、その電圧値Ｖ１（振幅）が電流Ｉの電流値Ｉ１に比例した信号となっている。

【0040】

このようにして、電流検出装置６１がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域ｆＬでは、上記したように、共振防止回路９のインピーダンス（主として、コンデンサ９ｂのインピーダンス）は十分に大きい値であるため、各巻線４ａ，４ｂに並列に接続されている共振防止回路９を経由して励磁電流Ｉ２の信号成分（周波数ｆ）が検出抵抗７に流れ込む事態の発生が大幅に低減されている。これにより、電流検出装置６１は、電圧Ｖｄの検出に際してノイズ成分となる励磁電流Ｉ２の信号成分（周波数ｆ）が検出抵抗７に流れ込むことに起因するＳ／Ｎ比の低下を確実に回避することが可能となっている。

【0041】

処理部６２は、電流検出装置６１から出力される電圧信号Ｓｏの電圧値Ｖ１を測定すると共に、この測定した電圧値Ｖ１に基づいて測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を算出（測定）して出力部６３に出力する。出力部６３は、この電流値Ｉ１を画面に表示する。これにより、測定装置ＭＳによる電流Ｉの電流値Ｉ１の測定が完了する。

【0042】

また、電流検出装置６１では、高周波領域ｆＨにおいては、帰還巻線４がＣＴとして動作する。この状態においては、帰還巻線４には、測定対象電線６４に電流Ｉが流れることによって磁気コア２に発生する磁束に比例した電圧が誘起され、帰還巻線４および検出抵抗７には、この誘起された電圧に比例した電流が流れる。検出抵抗７は、この電流を電圧Ｖｄに変換し、差動検出部８が、この電圧Ｖｄを検出して電圧信号Ｓｏとして出力する。上記したように、検出抵抗７に流れる電流の電流値は電流Ｉの電流値Ｉ１と比例しているため、電流検出装置６１から出力される電圧信号Ｓｏもまた、その電圧値Ｖ１（振幅）が電流Ｉの電流値Ｉ１に比例した信号となっている。

【0043】

処理部６２は、電流検出装置６１から出力される電圧信号Ｓｏの電圧値Ｖ１を測定すると共に、この測定した電圧値Ｖ１に基づいて測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１を算出（測定）して出力部６３に出力する。出力部６３は、この電流値Ｉ１を画面に表示する。これにより、測定装置ＭＳによる電流Ｉの電流値Ｉ１の測定が完了する。

【0044】

帰還巻線４がＣＴとして動作し始める高周波領域ｆＨ内の低周波側においては、磁気センサ３および駆動部６の利得は大幅に低下し、また信号生成部５の利得も大幅に低下した状態となっている。この場合において、信号生成部５から出力されている励磁電流Ｉ２の振幅が十分に低くなっていないこともあり得るが、このときの共振防止回路９のインピーダンスは、図５に示すように、この励磁電流Ｉ２の影響を受けて帰還巻線４に漏れ込む周波数ｆの信号成分を十分に減衰させ得る大きさに維持されていることから、Ｓ／Ｎ比の低下は回避されている。

【0045】

一方、帰還巻線４がＣＴとして動作する高周波領域ｆＨ内の主たる領域（図５において斜線を付した周波数領域）では、共振防止回路９を構成するコンデンサ９ｂのインピーダンス成分が十分に小さい値（抵抗値Ｒ１よりも十分に小さい値）となって、直列回路のインピーダンスが抵抗値Ｒ１となる。これにより、寄生容量に起因して帰還巻線４（巻線４ａ，４ｂ）に生じる虞のある共振については、共振防止回路９によって確実に防止される。

【0046】

このようにして、この電流検出装置６１および測定装置ＭＳによれば、帰還巻線４を構成する複数の巻線（上記の例では、２個の巻線４ａ，４ｂ）のそれぞれに、第１抵抗９ａおよびコンデンサ９ｂの直列回路を含む共振防止回路９を並列に接続したことにより、電流検出装置６１がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域ｆＬでは、この直列回路を構成するコンデンサ９ｂのインピーダンスが十分に大きい値（電流Ｉが直流または直流に近い周波数の信号のときには無限大に近い極めて大きな値）となることから（つまり、共振防止回路９のインピーダンスが十分に大きい値となることから）、この共振防止回路９を経由して励磁電流Ｉ２の信号成分（周波数ｆ）が検出抵抗７に流れ込む事態の発生を大幅に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下を確実に回避することができる。また、帰還巻線４がＣＴとして機能する高周波領域ｆＨでは、この直列回路を構成するコンデンサ９ｂのインピーダンスが十分に小さい値となることから（つまり、共振防止回路９のインピーダンスが第１抵抗９ａの抵抗値Ｒ１（十分に小さい抵抗値）となることから）、寄生容量に起因して生じる虞のある帰還巻線４（巻線４ａ，４ｂ）での共振の発生を確実に防止することができる。

【0047】

なお、上記した駆動部６については上記した構成に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、ボルテージフォロワ回路および反転増幅回路を使用した駆動部６Ａを採用することもできる。この駆動部６Ａでは、ボルテージフォロワ回路と反転増幅回路の双方に検出信号Ｓ３を入力し、ボルテージフォロワ回路の出力を帰還巻線４の一方の端部（巻線４ａの一端部４２）に接続し、反転増幅回路の出力を帰還巻線４の他方の端部（巻線４ｂの他端部４５）に接続する。この駆動部６Ａを有する電流検出装置６１および測定装置ＭＳにおいても、上記した駆動部６を有する電流検出装置６１および測定装置ＭＳと同等の効果を奏することができる。なお、上記した電流検出装置６１の各構成要素と同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0048】

また、上記例では、第１抵抗９ａおよびコンデンサ９ｂの直列回路だけで共振防止回路９を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示す共振防止回路９のように、この直列回路に別の第２抵抗９ｃを直列に接続してもよい。この場合、この第２抵抗９ｃの抵抗値Ｒ２は、抵抗値Ｒ１よりも大きな値（十分に大きな値。例えば、１００ｋΩ程度）に規定する。この共振防止回路９のインピーダンスの周波数特性では、電流検出装置６１がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域ｆＬの低周波側におけるインピーダンスが、図５で破線で示すように抵抗値Ｒ２で頭打ちとなるが、上記したように、抵抗値Ｒ２を十分に大きな値に規定しておくことにより、この共振防止回路９を経由して励磁電流Ｉ２の信号成分（周波数ｆ）が検出抵抗７に流れ込む事態の発生を十分に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下についても十分に回避することができる。

【0049】

また、磁気センサ３の一例としてフラックスゲート型磁気センサを挙げて説明したが、フラックスゲート型磁気センサに限定されず、ホール素子などの他の磁気センサを使用することもできる。ホール素子においても、ホール素子に供給する励磁信号としての励磁電流をスイッチで切り替える駆動方式が存在しており、この駆動方式においてはスイッチの切り換え時にサージ状のノイズが発生することが知られている（例えば、特許第３０２２９５７号公報参照）。このため、電流検出装置６１の磁気センサとしてホール素子を使用する場合においても、フラックスゲート型磁気センサを使用した上記構成と同様にして、このサージ状のノイズの影響を低減することができる等の効果を奏することができる。

【0050】

また、上記の電流検出装置６１では、検出抵抗７が帰還巻線４に予め接続されて、検出抵抗７を別途用意する手間を省き得る構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、測定対象電線６４に流れる電流Ｉの電流値Ｉ１をおおよそ予測し得る場合であって、かつこの電流値Ｉ１が広い範囲に亘る場合には、検出抵抗７に発生する電圧Ｖｄの電圧値が差動検出部８の入力定格に合致するような抵抗値の検出抵抗７を適宜選択し得る構成とするのが望ましい。このため、図１に示すように、電流検出装置６１において、駆動電流Ｉｄの電流路内に一対の抵抗接続端子４６，４６を配設して、所望の抵抗値の検出抵抗７をこの一対の抵抗接続端子４６，４６間に接続し得る構成とすることもできる。

【0051】

また、２個の巻線４ａ，４ｂを直列接続して帰還巻線４を構成する例を挙げて説明したが、図示はしないが、３つ以上の巻線を直列接続して帰還巻線を構成する構成においても、各巻線のそれぞれに上記の共振防止回路９を並列に接続することにより、上記した効果と同等の効果を奏することできる。また、電流検出装置６１を備えた測定装置ＭＳとして、電流測定装置を例に挙げて説明したが、電流検出装置６１を備えた測定装置ＭＳとしては、電流測定装置以外に電力測定装置など種々の測定装置とすることができる。

【符号の説明】

【0052】

２ 磁気コア
３ 磁気センサ
４ 帰還巻線
４ａ，４ｂ 巻線
５ 信号生成部
６，６Ａ 駆動部
７ 検出抵抗
９ 共振防止回路
１１ 測定対象電線
３１ センサ素子
６１ 電流検出装置
Ｉ 電流
Ｉ１ 電流値
Ｉ２ 励磁電流
Ｉｄ 駆動電流
Ｓ３ 検出信号
ＭＳ 測定装置
Ｖｄ 電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された複数の巻線が直列に接続されて構成された帰還巻線と、前記磁気センサに励磁信号を出力する信号生成部と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内であって、前記複数の巻線のうちの隣り合う２つの巻線の間、および前記複数の巻線のうちのいずれか１つと基準電位との間のいずれかに配設されて当該駆動電流を電圧に変換して出力する検出抵抗とを備えて、前記検出抵抗によって変換された前記電圧を前記測定対象電線に流れる電流の電流値として検出する電流検出装置であって、
前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続され、
前記直列回路のインピーダンスは、当該電流検出装置がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域および前記励磁信号の周波数を含む周波数領域において、前記第１抵抗の抵抗値よりも十分に大きい値となるように規定されている電流検出装置。

【請求項2】

前記共振防止回路は、前記第１抵抗よりも大きな抵抗値に規定されると共に前記直列回路に並列に接続された第２抵抗を含んで構成されている請求項１記載の電流検出装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の電流検出装置と、
前記検出抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電流値を測定する処理部と、
前記測定された電流値を出力する出力部とを備えている測定装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流検出装置は、測定対象電線が内部に挿通される環状の磁気コアと、当該磁気コアに組み込まれて前記測定対象電線に流れる電流の電流値に比例して振幅が変化する検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気コアの外表面に導線を巻回して構成された複数の巻線が直列に接続されて構成された帰還巻線と、前記磁気センサに励磁信号を出力する信号生成部と、前記検出信号を入力すると共に当該検出信号の振幅を低下させる駆動電流を前記帰還巻線に供給する駆動部と、前記駆動電流の電流路内であって、前記複数の巻線のうちの隣り合う２つの巻線の間、および前記複数の巻線のうちのいずれか１つと基準電位との間のいずれかに配設されて当該駆動電流を電圧に変換して出力する検出抵抗とを備えて、前記検出抵抗によって変換された前記電圧を前記測定対象電線に流れる電流の電流値として検出する電流検出装置であって、前記複数の巻線のそれぞれには、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含んで構成される共振防止回路が並列に接続され、前記直列回路のインピーダンスは、当該電流検出装置がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域および前記励磁信号の周波数を含む周波数領域において、前記第１抵抗の抵抗値よりも十分に大きい値となるように規定されている。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

また、請求項２記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記共振防止回路は、前記第１抵抗よりも大きな抵抗値に規定されると共に前記直列回路に並列に接続された第２抵抗を含んで構成されている。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の電流検出装置と、前記検出抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電流値を測定する処理部と、前記測定された電流値を出力する出力部とを備えている。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

請求項１，２記載の電流検出装置および請求項３記載の測定装置によれば、帰還巻線を構成する複数の巻線のそれぞれに、第１抵抗およびコンデンサの直列回路を含む共振防止回路を並列に接続したことにより、ゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域では、この直列回路を構成するコンデンサのインピーダンスが十分に大きい値となることから（つまり、共振防止回路のインピーダンスが十分に大きい値となることから）、この共振防止回路を経由して励磁信号の信号成分が検出抵抗に流れ込む事態の発生を大幅に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下を確実に回避することができる。また、帰還巻線がＣＴとして機能する高周波領域では、この直列回路を構成するコンデンサのインピーダンスが十分に小さい値となることから（つまり、共振防止回路のインピーダンスが第１抵抗の抵抗値（十分に小さい抵抗値）となることから）、寄生容量に起因して生じる虞のある帰還巻線（各巻線）での共振の発生を確実に防止することができる。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

請求項１または２記載の電流検出装置および請求項３記載の測定装置によれば、駆動電流の電流路内にこの駆動電流を電圧に変換するための検出抵抗が予め配設されているため、検出抵抗を別途用意する手間を省くことができる。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0048】

また、上記例では、第１抵抗９ａおよびコンデンサ９ｂの直列回路だけで共振防止回路９を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示す共振防止回路９のように、この直列回路に別の第２抵抗９ｃを並列に接続してもよい。この場合、この第２抵抗９ｃの抵抗値Ｒ２は、抵抗値Ｒ１よりも大きな値（十分に大きな値。例えば、１００ｋΩ程度）に規定する。この共振防止回路９のインピーダンスの周波数特性では、電流検出装置６１がゼロフラックス方式の電流検出装置として機能する低周波領域ｆＬの低周波側におけるインピーダンスが、図５で破線で示すように抵抗値Ｒ２で頭打ちとなるが、上記したように、抵抗値Ｒ２を十分に大きな値に規定しておくことにより、この共振防止回路９を経由して励磁電流Ｉ２の信号成分（周波数ｆ）が検出抵抗７に流れ込む事態の発生を十分に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下についても十分に回避することができる。