特開 2024-7894 磁気検出装置及び電流検出装置

(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】P2024007894

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】磁気検出装置及び電流検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20240112BHJP

   G01R 15/18 20060101ALI20240112BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 A

G01R15/18

G01R15/20 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109282

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】596157780

【氏名又は名称】横河計測株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】石田 博之

(72)【発明者】

【氏名】南 裕樹

【テーマコード（参考）】

2G017

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AB07

2G017AD02

2G017BA03

2G017BA05

2G017BA08

2G017CB02

2G017CB15

2G017CB22

2G017CC02

2G025AC01

2G025EC03

(57)【要約】

【課題】検出精度を向上できる磁気検出装置及び電流検出装置を提供する。
【解決手段】磁気検出装置１は、検出対象磁気が印加されるコアと、励磁信号で前記コアを励磁する励磁部と、コアで生じた磁束の時間変化に応じた誘導電圧を検出する検出部と、励磁信号に対応する検波信号によって誘導電圧に対応する信号から検波して検出対象磁気に応じた信号を生成する検波部と、励磁周波数を有する信号をスペクトラム拡散した励磁信号を生成して励磁部に出力し、励磁周波数の２倍の検波周波数を有する信号をスペクトラム拡散した検波信号を生成して検波部に出力する信号変換部とを備える。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象磁気が印加されるコアと、
励磁信号で前記コアを励磁する励磁部と、
前記コアで生じた磁束の時間変化に応じた誘導電圧を検出する検出部と、
前記励磁信号に対応する検波信号によって前記誘導電圧に対応する信号から検波して前記検出対象磁気に応じた信号を生成する検波部と、
励磁周波数を有する信号をスペクトラム拡散した励磁信号を生成して前記励磁部に出力し、前記励磁周波数の２倍の検波周波数を有する信号をスペクトラム拡散した検波信号を生成して前記検波部に出力する信号変換部と
を備える、磁気検出装置。

【請求項2】

前記信号変換部は、前記検波信号の周波数帯域の幅が、前記励磁信号の周波数帯域の幅の２倍になるように、前記励磁信号及び前記検波信号を生成する、請求項１に記載の磁気検出装置。

【請求項3】

前記検波部で生成された前記検出対象磁気に応じた信号の、カットオフ周波数以上の周波数の成分を減衰させるローパスフィルタを更に備え、
前記信号変換部は、前記励磁信号の周波数帯域の幅の値が前記カットオフ周波数の値の２倍の値より大きくなるように、前記励磁信号を生成する、請求項１又は２に記載の磁気検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の磁気検出装置と、
前記磁気検出装置のコアが設置されている電流検出コアと、
前記電流検出コアに巻かれた帰還コイルと、
前記帰還コイルに対して前記磁気検出装置のローパスフィルタから出力される信号に応じた電流を流すアンプと
を備え、
前記電流検出コアは、検出対象電流が流れる電線を囲むように位置する、電流検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、磁気検出装置及び電流検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁気コア内の磁束を検出する磁気センサとしてフラックスゲートセンサを備えるゼロフラックス型電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１３８７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フラックスゲートセンサは、磁束の時間変化を検出して検出信号を出力する。フラックスゲートセンサの励磁信号の周波数の倍数に近い周波数の成分が磁束の時間変化に含まれる場合、検出信号は、ビート信号に対応するノイズを含む。ノイズは、検出精度を低下させる。

【0005】

本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、検出精度を向上できる磁気検出装置及び電流検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る磁気検出装置は、検出対象磁気が印加されるコアと、励磁信号で前記コアを励磁する励磁部と、前記コアで生じた磁束の時間変化に応じた誘導電圧を検出する検出部と、検波部と、信号変換部とを備える。前記検波部は、前記励磁信号に対応する検波信号によって前記誘導電圧に対応する信号から検波して前記検出対象磁気に応じた信号を生成する。前記信号変換部は、励磁周波数を有する信号をスペクトラム拡散した励磁信号を生成して前記励磁部に出力し、前記励磁周波数の２倍の検波周波数を有する信号をスペクトラム拡散した検波信号を生成して前記検波部に出力する。このようにすることで、検波した信号に含まれるビート信号が低減され得る。その結果、検出対象磁気の検出精度が高められ得る。

【0007】

一実施形態に係る磁気検出装置において、前記信号変換部は、前記検波信号の周波数スペクトルと前記励磁信号の周波数スペクトルとが相似の関係になるように、前記励磁信号及び前記検波信号を生成してよい。このようにすることで、検波部で同期検波された信号に含まれる、コアで生じた磁束に対応する信号が変形しにくくなる。その結果、コアで生じた磁束及びその磁束を生じさせる検出対象磁気が高精度で検出され得る。

【0008】

一実施形態に係る磁気検出装置において、前記信号変換部は、前記検波信号の周波数帯域の幅が、前記励磁信号の周波数帯域の幅の２倍になるように、前記励磁信号及び前記検波信号を生成してよい。このようにすることで、検波部で同期検波された信号に含まれる、コアで生じた磁束に対応する信号が変形しにくくなる。その結果、コアで生じた磁束及びその磁束を生じさせる検出対象磁気が高精度で検出され得る。

【0009】

一実施形態に係る磁気検出装置は、前記検波部で生成された前記検出対象磁気に応じた信号の、カットオフ周波数以上の周波数の成分を減衰させるローパスフィルタを更に備えてよい。また、一実施形態に係る磁気検出装置において、前記信号変換部は、前記励磁信号の周波数帯域の幅の値が前記カットオフ周波数の値の２倍の値より大きくなるように、前記励磁信号を生成してよい。このようにすることで、検波した信号に含まれるビート信号の少なくとも一部の成分がローパスフィルタで減衰され得る。その結果、検出対象磁気の検出精度が高められ得る。

【0010】

幾つかの実施形態に係る電流検出装置は、前記磁気検出装置と、前記磁気検出装置のコアが設置されている電流検出コアと、前記電流検出コアに巻かれた帰還コイルと、アンプとを備える。前記アンプは、前記帰還コイルに対して前記磁気検出装置のローパスフィルタから出力される信号に応じた電流を流す。前記電流検出コアは、検出対象電流が流れる電線を囲むように位置する。このようにすることで、検波した信号に含まれるビート信号が低減され得る。その結果、検出対象電流の検出精度が高められ得る。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る磁気検出装置及び電流検出装置によれば、検出精度が高められ得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】比較例に係る磁気検出装置の構成を示す模式図である。

【図2】比較例に係る信号処理部のブロック図である。

【図3】比較例に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が低い場合の検波結果の周波数スペクトルを示す図である。

【図4】比較例に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が励磁周波数に近い場合の検波結果の周波数スペクトルを示す図である。

【図5】比較例に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が励磁周波数に近い場合に検波した信号の波形を示す図である。

【図6】図５に示される信号をＬＰＦで処理した信号の波形を示す図である。

【図7】一実施形態に係る磁気検出装置の構成例を示す模式図である。

【図8】一実施形態に係る信号処理部のブロック図である。

【図9】一実施形態に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が低い場合の検波結果の周波数スペクトルを示す図である。

【図10】一実施形態に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が励磁周波数に近い場合の検波結果の周波数スペクトルを示す図である。

【図11】一実施形態に係る磁気検出装置において検出対象磁気の周波数が励磁周波数に近い場合に検波した信号の波形を示す図である。

【図12】図１１に示される信号をＬＰＦで処理した信号の波形を示す図である。

【図13】一実施形態に係る電流検出装置の構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示に係る実施形態が、比較例と対比しながら説明される。

【0014】

（比較例）
図１に示されるように、比較例に係る磁気検出装置９は、コア９０と、励磁部９１と、検出部９２と、信号処理部９７とを備える。図２に示されるように、信号処理部９７は、信号生成部９５と、検波部９３と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）９４とを備える。

【0015】

コア９０は、磁性体を含んで構成される。励磁部９１は、コイルを含んで構成され、コイルに電流を流すことによって生じる磁界でコア９０を励磁する。励磁によってコア９０に生じる磁束は、ΦＦＧ９と表される。ΦＦＧ９は、ｆ９１で表される励磁周波数を有する交流磁束である。

【0016】

励磁部９１において励磁のために流れる電流の信号は、信号生成部９５によって生成される。信号生成部９５は、励磁周波数を有する交流の励磁信号（Ｓ９１）を生成して信号変換部１６に出力する。

【0017】

励磁の有無にかかわらず、磁気検出装置９に対して外部から磁界が印加される場合、その磁界によってもコア９０に磁束が生じる。外部から印加される磁界によってコア９０に生じる磁束は、ΦＥ９と表される。ΦＥ９は、ｆＥ９で表される周波数を有する交流磁束である。

【0018】

コア９０に生じる磁束は、ΦＦＧ９とΦＥ９とを合わせた磁束であり、ΦＴ９と表される。図２において、ΦＦＧ９とΦＥ９とを加算した磁束としてΦＴ９が出力されるように表されている。ΦＴ９は、検出部９２に入力される。

【0019】

検出部９２は、コイルを含んで構成され、コア９０に生じる磁束（ΦＴ９）の時間変化に応じてコイルに誘導される電圧を検出して出力する。言い換えれば、検出部９２は、コア９０に生じる磁束（ΦＴ９）の時間変化に対応する信号として、コイルの誘導電圧の信号（Ｓ９３）を検出して出力する。

【0020】

検波部９３は、検出部９２で検出された誘導電圧の信号（Ｓ９３）から、検波信号に基づいて同期検波した信号（Ｓ９４）を生成し、ＬＰＦ９４に出力する。検波信号は、信号生成部９５によって生成される。

【0021】

ＬＰＦ９４は、検波部９３で同期検波された信号（Ｓ９４）について所定の周波数以上の周波数の成分を減衰させて出力する。所定の周波数は、カットオフ周波数とも称され、ｆＣ９で表される。

【0022】

検波部９３で検波された信号（Ｓ９４）は、図３及び図４に示されるように周波数成分に分けた周波数スペクトルとして表される。図３及び図４において、横軸は周波数を表し、縦軸は各周波数成分の強度を表す。周波数がｆ９１の成分は、励磁部９１に流れる電流信号（Ｓ９１）に対応する。周波数がｆ９１の成分は、基本波成分とも称される。周波数がｆ９１よりも高い成分は、高調波成分とも称される。

【0023】

図３は、コア９０に対して外部から印加される磁界に応じてコア９０に生じる磁束（ΦＥ９）の周波数（ｆＥ９）が励磁周波数（ｆ９１）に対して大幅に低く、ＬＰＦ９４のカットオフ周波数（ｆＣ９）よりも低い場合の信号（Ｓ９４）の周波数スペクトルを表す。図３の周波数スペクトルで表される信号（Ｓ９４）の周波数成分のうちｆＣ９より高い周波数の成分は、ＬＰＦ９４によって減衰する。ＬＰＦ９４から出力される信号は、周波数がｆＥ９の成分だけになり、磁束（ΦＥ９）に対応する信号になる。その結果、信号処理部９７は、磁束（ΦＥ９）を検出できる。

【0024】

一方で、図４は、コア９０に対して外部から印加される磁界に応じてコア９０に生じる磁束（ΦＥ９）の周波数（ｆＥ９）が励磁周波数（ｆ９１）又はｆ９１の倍数に近く、ＬＰＦ９４のカットオフ周波数（ｆＣ９）よりも高い場合の信号（Ｓ９４）の周波数スペクトルを表す。図４の周波数スペクトルに対応する信号は、図５に示される波形を有する。図５において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時刻を表す。図５の波形は、励磁信号の周波数ｆ９１と磁束ΦＥ９の周波数ｆＥ９との差を周波数として有するビート信号の成分を含む。ビート信号の周波数は、ｆＢ９で表される。図４の周波数スペクトルは、ビート信号の周波数成分を含む。

【0025】

図４の周波数スペクトルで表される信号（Ｓ９４）の周波数成分のうちｆＣ９より高い周波数の成分は、ＬＰＦ９４によって減衰する。ｆＢ９がｆＣ９よりも低い場合、ＬＰＦ９４から出力される信号は、周波数がｆＢ９の成分だけになる。つまり、ＬＰＦ９４から出力される信号は、磁束（ΦＥ９）に対応する信号ではなくビート信号に対応する信号が含まれ、図６に示される波形を有する。図６において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時刻を表す。ＬＰＦ９４から出力される信号にビート信号に対応する信号が含まれる結果、信号処理部９７は、磁束（ΦＥ９）として誤ってビート信号を検出する。つまり、信号処理部９７は、磁束（ΦＥ９）がＬＰＦ９４のカットオフ周波数未満の低周波成分を含まない場合に、磁束（ΦＥ９）が低周波成分を含むと誤って検出する。

【0026】

以上述べてきたように、比較例に係る磁気検出装置９において、検出する磁界の周波数が励磁周波数又は励磁周波数の倍数に近い場合、ビート信号の成分が検出する信号にノイズとして含まれる。以下、ノイズを低減できる磁気検出装置１（図７及び図８参照）が説明される。

【0027】

（本開示の一実施形態に係る磁気検出装置１の構成例）
図７に示されるように、一実施形態に係る磁気検出装置１は、コア１０と、励磁部１１と、検出部１２と、信号処理部１７とを備える。信号処理部１７は、図８に示されるように、信号生成部１５と、信号変換部１６と、検波部１３と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４とを備える。磁気検出装置１は、磁気として、磁気検出装置１に外部から印加される磁界を検出する。磁気検出装置１が検出する磁気又は磁界は、検出対象磁気とも称される。

【0028】

コア１０は、磁性体を含んで構成される。励磁部１１は、コイルを含んで構成され、コイルに電流を流すことによって生じる磁界でコア１０を励磁する。励磁によってコア１０に生じる磁束は、ΦＦＧと表されるとする。ΦＦＧは、ｆ１で表される励磁周波数を有する交流磁束であるとする。

【0029】

励磁部１１において励磁のために流れる電流の信号は、信号生成部１５及び信号変換部１６によって生成される。信号生成部１５は、励磁周波数を有する交流の信号（Ｓ１）を生成して信号変換部１６に出力する。信号生成部１５は、発振回路を含んで構成されてよい。信号変換部１６は、信号（Ｓ１）をスペクトラム拡散した拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）を生成して励磁信号として励磁部１１に出力し、励磁信号に対応する電流を励磁部１１に流す。信号変換部１６は、信号のスペクトラム拡散を、例えば直接拡散方式、周波数ホッピング方式、又はハイブリッド方式等の種々の方式のいずれかで実行するように構成されてよい。

【0030】

励磁の有無にかかわらず、磁気検出装置１に対して外部から磁界が印加される場合、その磁界によってもコア１０に磁束が生じる。外部から印加される磁界によってコア１０に生じる磁束は、ΦＥと表されるとする。ΦＥは、ｆＥで表される周波数を有する交流磁束であるとする。

【0031】

コア１０に生じる磁束は、ΦＦＧとΦＥとを合わせた磁束であり、ΦＴと表されるとする。図８において、ΦＦＧとΦＥとを加算した磁束としてΦＴが出力されるように表されている。ΦＴは、検出部１２に入力される。

【0032】

検出部１２は、コイルを含んで構成され、コア１０に生じる磁束（ΦＴ）の時間変化に応じてコイルに誘導される電圧を検出して出力する。言い換えれば、検出部１２は、コア１０に生じる磁束（ΦＴ）の時間変化に対応する信号として、コイルの誘導電圧の信号（Ｓ３）を検出して出力する。

【0033】

検波部１３は、検出部１２で検出された誘導電圧の信号（Ｓ３）から、検波信号に基づいて同期検波した信号（Ｓ４）を生成し、ＬＰＦ１４に出力する。

【0034】

検波部１３は、検波信号の強度に応じて出力する信号を切り替えるスイッチを含んで構成されてよい。スイッチは、検波信号（Ｓ２＿ＳＳ）の強度が正の値になったときに誘導電圧の信号（Ｓ３）をそのままＬＰＦ１４に出力し、検波信号の強度が負の値になったときに誘導電圧の信号（Ｓ３）を反転させてＬＰＦ１４に出力するように構成されてよい。

【0035】

検波信号は、信号生成部１５及び信号変換部１６によって生成される。信号生成部１５は、励磁周波数の２倍の検波周波数を有する交流の信号（Ｓ２）を生成して信号変換部１６に出力する。信号変換部１６は、信号（Ｓ２）をスペクトラム拡散した拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）を生成し、検波信号として検波部１３に出力する。

【0036】

信号変換部１６は、検波信号として生成した拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の周波数帯域の幅が励磁信号として生成した拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の周波数帯域の幅の２倍になるように励磁信号及び検波信号を生成する。信号変換部１６は、信号（Ｓ１）をスペクトラム拡散した信号（Ｓ１＿ＳＳ）の周波数帯域の中心の周波数が拡散前の信号（Ｓ１）の周波数になり、かつ、信号（Ｓ１）をスペクトラム拡散した信号（Ｓ１＿ＳＳ）の周波数帯域の上限値及び下限値が拡散前の信号（Ｓ１）の周波数の値に対して所定の割合で増減させた値になるように、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）を生成してよい。信号変換部１６は、信号（Ｓ２）をスペクトラム拡散した信号（Ｓ２＿ＳＳ）の周波数帯域の中心の周波数が拡散前の信号（Ｓ２）の周波数になり、かつ、信号（Ｓ２）をスペクトラム拡散した信号（Ｓ２＿ＳＳ）の周波数帯域の上限値及び下限値が拡散前の信号（Ｓ２）の周波数の値に対して所定の割合で増減させた値になるように、拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）を生成してよい。信号変換部１６は、信号（Ｓ１及びＳ２）をスペクトラム拡散する際に、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ及びＳ２＿ＳＳ）の周波数帯域の上限値及び下限値を定める所定の割合として同じ値を設定する。信号変換部１６は、所定の割合として、例えば±１０％を設定してよい。

【0037】

信号変換部１６は、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の周波数と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の周波数との関係を合わせるだけでなく、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の位相と、拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の位相とを一致させるように、励磁信号及び検波信号を生成する。拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の位相と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の位相とが一致する場合、検波によって低周波信号が検出され得る。

【0038】

信号変換部１６は、信号（Ｓ１）と信号（Ｓ２）とを両方とも同じ拡散符号を用いて拡散し、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）とを生成してよい。このようにすることで、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）とで、周波数の関係が上述した関係になる。また、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の位相と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の位相とが一致する。

【0039】

信号変換部１６は、信号生成部１５から、励磁周波数の２倍の検波周波数を有する信号（Ｓ２）だけを取得し、信号（Ｓ２）をスペクトラム拡散した拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）を生成してよい。信号変換部１６は、拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の周波数を１／２に分周する回路によって、励磁周波数を有する信号（Ｓ１）をスペクトラム拡散した拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）を生成してよい。つまり、信号変換部１６は、信号（Ｓ１）をスペクトラム拡散せずに信号（Ｓ２）だけをスペクトラム拡散してよい。このようにすることで、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ及びＳ２＿ＳＳ）の周波数帯域の上限値及び下限値が中心の周波数に対して同じ割合で算出される値になる。また、拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）を分周して拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）を生成することによって、拡散信号（Ｓ１＿ＳＳ）の位相と拡散信号（Ｓ２＿ＳＳ）の位相とが一致する。

【0040】

信号生成部１５は、信号（Ｓ１）及び信号（Ｓ２）を両方とも生成するように構成されてもよい。信号生成部１５は、励磁周波数の２倍の検波周波数を有する信号（Ｓ２）を生成し、信号（Ｓ２）の周波数を１／２に分周する回路によって励磁周波数を有する信号（Ｓ１）を生成するように構成されてもよい。

【0041】

ＬＰＦ１４は、検波部１３で同期検波された信号（Ｓ４）について所定の周波数以上の周波数の成分を減衰させて出力する。所定の周波数は、カットオフ周波数とも称され、ｆＣで表される。ＬＰＦ１４は、例えばＲＣ回路を含んで構成されてよい。

【0042】

検波部１３で検波された信号（Ｓ４）は、図９及び図１０に示されるように周波数成分に分けた周波数スペクトルとして表される。図９及び図１０において、横軸は、周波数を表す対数軸であるとする。縦軸は、各周波数成分の強度を表す。中心の周波数がｆ１、かつ、周波数帯域の幅がｆ１ＳＳとなっている成分は、励磁部１１に流れる拡散励磁信号（Ｓ１＿ＳＳ）に対応する。中心の周波数がｆ１の成分は、基本波成分とも称される。中心の周波数がｆ１よりも高い成分は、高調波成分とも称される。

【0043】

図９は、コア１０に対して外部から印加される磁界に応じてコア１０に生じる磁束（ΦＥ）の周波数（ｆＥ）が励磁周波数（ｆ１）に対して大幅に低く、ＬＰＦ１４のカットオフ周波数（ｆＣ）よりも低い場合の信号（Ｓ４）の周波数スペクトルを表す。図９の周波数スペクトルで表される信号（Ｓ４）の周波数成分のうちｆＣより高い周波数の成分は、ＬＰＦ１４によって減衰する。ＬＰＦ１４から出力される信号は、周波数がｆＥの成分だけになり、磁束（ΦＥ）に対応する信号になる。その結果、信号処理部１７は、磁束（ΦＥ）を検出できる。信号変換部１６が励磁信号及び検波信号それぞれの周波数スペクトルを制御することによって、検波部１３で同期検波された信号に含まれる、磁束（ΦＥ）に対応する信号が変形しにくくなる。その結果、磁束（ΦＥ）及びその磁束（ΦＥ）を生じさせる磁界が高精度で検出され得る。

【0044】

一方で、図１０は、コア１０に対して外部から印加される磁界に応じてコア１０に生じる磁束（ΦＥ）の周波数（ｆＥ）が励磁周波数（ｆ１）又はｆ１の倍数に近く、ＬＰＦ１４のカットオフ周波数（ｆＣ）よりも高い場合の信号（Ｓ４）の周波数スペクトルを表す。図１０の周波数スペクトルに対応する信号は、図１１に示される波形を有する。図１１において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時刻を表す。図１１の波形は、励磁信号（Ｓ１）に含まれる周波数（中心の周波数がｆ１、かつ、周波数帯域の幅がｆ１ＳＳとなっている範囲の周波数）と、磁束ΦＥの周波数ｆＥとの差を周波数として有するビート信号に対応する成分を含む。ビート信号に対応する成分は、図１０において、中心の周波数がｆＢ、かつ、周波数帯域の幅がｆ１ＳＳとなっている成分として表される。

【0045】

図１０の周波数スペクトルで表される信号（Ｓ４）の周波数成分のうちｆＣより高い周波数の成分は、ＬＰＦ１４によって減衰する。ビート信号に対応する成分の少なくとも一部の周波数は、ｆＣより高いとする。この場合、ビート信号に対応する成分の少なくとも一部は、ＬＰＦ１４によって減衰する。その結果、ＬＰＦ１４から出力される信号に含まれるビート信号が小さくなる。ＬＰＦ１４から出力される信号は、ビート信号の周波数成分のような特定の周波数成分を有しない信号となり、図１２に示される波形を有する。図１２において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時刻を表す。ＬＰＦ１４から出力される信号が特定の周波数成分を有しないことによって、信号処理部１７は、磁束（ΦＥ）として誤ってビート信号を検出しにくくなる。つまり、信号処理部１７は、磁束（ΦＥ）がＬＰＦ１４のカットオフ周波数未満の低周波成分を含まない場合に、磁束（ΦＥ）が低周波成分を含まないとして、磁束（ΦＥ）に対応する信号を検出できる。

【0046】

以上述べてきたように、本実施形態に係る磁気検出装置１は、スペクトラム拡散した励磁信号でコア１０を励磁する。磁気検出装置１は、コア１０の励磁によって生じた誘導電圧の信号から、スペクトラム拡散した検波信号に基づいて同期検波する。磁気検出装置１は、同期検波した信号をＬＰＦ１４に通し、コア１０に生じる磁束（ΦＥ）に対応する信号を検出する。磁気検出装置１は、磁束（ΦＥ）に対応する信号に基づいて、磁気検出装置１に印加される磁界を磁気として検出する。磁気検出装置１は、検出対象の磁界に含まれる周波数が励磁信号の周波数又はこれらの周波数の倍数に近い場合であっても、励磁信号及び検波信号をスペクトラム拡散することによって、ビート信号を検出しにくくなる。その結果、本実施形態に係る磁気検出装置１は、検出対象の磁界に含まれる周波数にかかわらず、ＬＰＦ１４のカットオフ周波数よりも低い周波数領域における磁界の検出精度を向上できる。言い換えれば、本実施形態に係る磁気検出装置１は、検出対象磁気が励磁周波数又は検波周波数等の高い周波数の成分を含み得る場合でも、検出対象磁気に含まれる直流磁界又は低周波磁界の検出精度を向上できる。

【0047】

信号処理部１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んで構成されてよい。信号処理部１７は、所定のプログラムを実行することによって、励磁又は検波等の種々の動作を実行してよい。信号処理部１７は、ソフトウェアの処理によって、信号生成部１５、信号変換部１６、検波部１３、及びＬＰＦ１４の動作を実現して、磁気検出装置１に対して外部から印加される磁界に応じてコア１０に生じる磁束（ΦＴ）に対応する信号を検出してよい。信号処理部１７は、磁束（ΦＴ）に対応する信号の検出結果に基づいて、磁束（ΦＴ）を生じさせる検出対象磁界を算出してよい。

【0048】

磁気検出装置１は、検出対象磁界の検出結果を外部装置に出力するインタフェースを更に備えてよい。インタフェースは、種々の通信インタフェースを含んでよい。磁気検出装置１は、検出対象磁界の検出結果を表示する表示デバイスを更に備えてよい。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイ等の種々のディスプレイを含んで構成されてよい。

【0049】

（電流検出装置２０）
磁気検出装置１は、図１３に例示される貫通型の電流検出装置２０で用いられてよい。電流検出装置２０は、磁気検出装置１と、コア２１と、アンプ２２と、帰還コイル２３とを備える。コア２１は、電流検出コアとも称される。コア２１は、検出対象とする電流Ｉが流れる電線３０が内側を貫通するように、環状に構成される。コア２１は、検出対象とする電流Ｉによって生じる磁界に応じて磁束が生じるように磁性体を含んで構成される。コア２１に生じる磁束は、ΦＥと表される。電流Ｉが紙面の奥行方向に向かって流れる場合、右ねじの法則によって磁束（ΦＥ）は時計回りの向きに生じる。言い換えれば、コア２１は、検出対象電流が流れる電線３０を囲むように位置する。

【0050】

コア２１は、内部に、磁気検出装置１の、励磁部１１及び検出部１２のコイルを巻いたコア１０を備える。つまり、コア２１に磁気検出装置１のコア１０が設置される。検出対象電流である電流Ｉによって生じる磁界に応じた磁束は、磁気検出装置１のコア１０にも生じる。コア２１に生じる磁束の大きさとコア１０に生じる磁束の大きさとは比例し得る。磁気検出装置１は、励磁部１１によってコア１０を励磁して磁束（ΦＦＧ）を生じさせ、検出部１２で誘導電圧を検出する。磁気検出装置１の信号処理部１７は、磁気検出装置１のコア１０に生じている磁束、つまり電流検出装置２０のコア２１に生じている磁束（ΦＴ）に対応する信号を検出する。

【0051】

信号処理部１７は、電流検出装置２０のコア２１に生じている磁束（ΦＴ）に対応する信号をアンプ２２に出力する。アンプ２２は、磁束（ΦＴ）に対応する信号に応じた電流信号を生成して帰還コイル２３に電流を流す。帰還コイル２３は、アンプ２２の出力とＧＮＤとして表される接地点との間に接続される。アンプ２２から入力された電流は、接地点に向かって流れる。帰還コイル２３に流れる電流によって、コア２１に磁束が生じる。帰還コイル２３に流れる電流によってコア２１に生じる磁束は、ΦＩｓと表される。

【0052】

電流検出装置２０は、磁束（ΦＩｓ）によって磁束（ΦＴ）を打ち消すように動作する。具体的に、帰還コイル２３に流れる電流の向き、又は、帰還コイル２３をコア２１に巻く方向は、磁束（ΦＩｓ）が磁束（ΦＴ）と反対の向きに生じるように設定される。図１３において、磁束（ΦＩｓ）は、反時計回りの向きに生じる。また、帰還コイル２３に流れる電流の大きさは、磁束（ΦＩｓ）の大きさが磁束（ΦＴ）に一致するように設定される。

【0053】

磁束（ΦＩｓ）が磁束（ΦＴ）を打ち消した場合、磁気検出装置１によって測定される磁界が０になる。磁気検出装置１によって測定される磁界が０になった場合にアンプ２２が帰還コイル２３に流す電流Ｉｓの大きさは、磁束（ΦＴ）を生じさせている電流Ｉの大きさに対応する。電流検出装置２０は、電流Ｉｓの大きさに基づいて電流Ｉの大きさを算出できる。

【0054】

電流検出装置２０の一実施例として、以下の条件で電流検出装置２０及び磁気検出装置１の動作のシミュレーションが実行された。
励磁周波数（ｆ１）：９９ｋＨｚ
スペクトラム拡散した励磁信号の周波数帯域の上限及び下限：９９ｋＨｚ±１０％
ＬＰＦ１４のカットオフ周波数（ｆＣ）：１５０Ｈｚ
電流Ｉの周波数：１９８．１ｋＨｚ
電流Ｉの強度：０．２Ａｒｍｓ相当
ビート信号の周波数：１００Ｈｚ（＝１９８．１－９９×２ｋＨｚ）

【0055】

上述の条件において、電流Ｉの周波数がＬＰＦ１４のカットオフ周波数より高い。したがって、ＬＰＦ１４の出力に電流Ｉに対応する信号が含まれない。また、ビート信号の周波数がＬＰＦ１４のカットオフ周波数より低い。したがって、ＬＰＦ１４の出力にビート信号がノイズとして含まれ得る。ＬＰＦ１４の出力に基づいてアンプ２２が流す電流（Ｉｓ）はノイズ電流である。

【0056】

励磁信号をスペクトラム拡散しない場合、磁束（ΦＩｓ）が磁束（ΦＴ）を打ち消したときのアンプ２２の出力電流（Ｉｓ）は、０．２２１Ａｒｍｓとなった。一方で、励磁信号をスペクトラム拡散した場合、磁束（ΦＩｓ）が磁束（ΦＴ）を打ち消したときのアンプ２２の出力電流（Ｉｓ）は、０．０２６８Ａｒｍｓとなった。ノイズ電流である出力電流（Ｉｓ）は、励磁信号をスペクトラム拡散することによって低減した。低減率は、－１８．３ｄＢである。以上のことから、励磁信号をスペクトラム拡散することによるビート信号が低減されることが分かる。

【0057】

磁気検出装置１は、図１３に例示される貫通型の電流検出装置２０に限られず、クランプ型の電流検出装置で用いられてもよい。

【0058】

電流検出装置２０において、磁気検出装置１による磁界の検出精度は、磁束（ΦＩｓ）が磁束（ΦＴ）を打ち消しているかを検出する精度に影響を及ぼす。磁気検出装置１による磁界の検出精度が高められることによって、電流検出装置２０による電流の検出精度が高められる。

【0059】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ 磁気検出装置（１０：コア、１１：励磁部、１２：出力部、１３：検波部、１４：ＬＰＦ、１５：信号生成部、１６：信号変換部、１７：信号処理部）
２０ 電流検出装置（２１：コア、２２：アンプ、２３：帰還コイル）
３０ 検出対象電流を流す電線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】