(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】P2024087768
(43)【公開日】2024-07-01
(54)【発明の名称】電流センサ及び測定装置
(51)【国際特許分類】
G01R 15/18 20060101AFI20240624BHJP
【ＦＩ】
G01R15/18 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023181979
(22)【出願日】2023-10-23
(31)【優先権主張番号】P 2022202496
(32)【優先日】2022-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110002468
【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】夏 沛宇
(72)【発明者】
【氏名】池田 健太
(72)【発明者】
【氏名】中沢 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】柄澤 悠樹
【テーマコード（参考）】
2G025
【Ｆターム（参考）】
2G025AA00
2G025AB14
2G025AC01
(57)【要約】
【課題】電流センサの電流検出精度を上げる。
【解決手段】電流センサ１００は、環状の磁気コア１０と、直列に接続された複数の巻線部で構成され、磁気コア１０の互いに異なる部分に巻かれる一対の巻線１１及び２１と、巻線ごとに、巻線における巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子１２及び２２と、を含む。電流センサ１００は、一端が巻線１１の一端１ａに接続されると共に他端１ｃが磁気コア２０における巻線１１が巻かれた部分に沿って巻線１１の一端１ａから他端１ｂの位置の近傍まで延びる戻り線１３と、一端が巻線２１の一端２ａに接続されると共に他端２ｃが磁気コア１０における巻線２１が巻かれた部分に沿って巻線２１の一端２ａから他端２ｂの位置の近傍まで延びる戻り線２３と、を含む。電流センサ１００は、巻線１１及び戻り線１３の出力と巻線２１及び戻り線２３の出力との差分を示す信号を出力する。
【選択図】図２
【解決手段】電流センサ１００は、環状の磁気コア１０と、直列に接続された複数の巻線部で構成され、磁気コア１０の互いに異なる部分に巻かれる一対の巻線１１及び２１と、巻線ごとに、巻線における巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子１２及び２２と、を含む。電流センサ１００は、一端が巻線１１の一端１ａに接続されると共に他端１ｃが磁気コア２０における巻線１１が巻かれた部分に沿って巻線１１の一端１ａから他端１ｂの位置の近傍まで延びる戻り線１３と、一端が巻線２１の一端２ａに接続されると共に他端２ｃが磁気コア１０における巻線２１が巻かれた部分に沿って巻線２１の一端２ａから他端２ｂの位置の近傍まで延びる戻り線２３と、を含む。電流センサ１００は、巻線１１及び戻り線１３の出力と巻線２１及び戻り線２３の出力との差分を示す信号を出力する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状の磁気コアと、
直列に接続された複数の巻線部で構成され、前記磁気コアの互いに異なる部分にトロイダル方向に沿ってポロイダル方向に巻かれて測定対象に流れる電流を検出する第一巻線及び第二巻線から構成される一対の巻線と、
前記巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子と、
一端が前記第一巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第一巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端の位置の近傍まで延びる第一戻り線と、
一端が前記第二巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第二巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端の位置の近傍まで延びる第二戻り線と、を含み、
前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力との差分を示す信号を出力する電流センサ。
直列に接続された複数の巻線部で構成され、前記磁気コアの互いに異なる部分にトロイダル方向に沿ってポロイダル方向に巻かれて測定対象に流れる電流を検出する第一巻線及び第二巻線から構成される一対の巻線と、
前記巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子と、
一端が前記第一巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第一巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端の位置の近傍まで延びる第一戻り線と、
一端が前記第二巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第二巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端の位置の近傍まで延びる第二戻り線と、を含み、
前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力との差分を示す信号を出力する電流センサ。
【請求項2】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分は、磁気の差分を含む、
電流センサ。
前記差分は、磁気の差分を含む、
電流センサ。
【請求項3】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分は、電気信号の差分を含む、
電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分は、電気信号の差分を含む、
電流センサ。
【請求項4】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分は、磁気の差分、及び電気信号の差分を含む、
電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分は、磁気の差分、及び電気信号の差分を含む、
電流センサ。
【請求項5】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記第一巻線の巻数と前記第二巻線の巻数とは、互いに同等である、
電流センサ。
前記第一巻線の巻数と前記第二巻線の巻数とは、互いに同等である、
電流センサ。
【請求項6】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記磁気コアの互いに異なる部分は、第一磁気コア部及び第二磁気コア部から構成され、
前記第一磁気コア部の周方向の長さと前記第二磁気コア部の周方向の長さとは、互いに同等である、
電流センサ。
前記磁気コアの互いに異なる部分は、第一磁気コア部及び第二磁気コア部から構成され、
前記第一磁気コア部の周方向の長さと前記第二磁気コア部の周方向の長さとは、互いに同等である、
電流センサ。
【請求項7】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記第一巻線の他端と前記第二巻線の他端とは、互いに隣接する、
電流センサ。
前記第一巻線の他端と前記第二巻線の他端とは、互いに隣接する、
電流センサ。
【請求項8】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端への方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、
前記第二戻り線の他端と前記第一巻線の他端が接続される、
電流センサ。
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端への方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、
前記第二戻り線の他端と前記第一巻線の他端が接続される、
電流センサ。
【請求項9】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端への方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに逆方向に巻かれ、
前記第一戻り線の他端は、前記差分回路の第一入力端子に接続され、前記第二巻線の他端は、前記差分回路の第二入力端子に接続され、
前記第二戻り線の他端と前記第一巻線の他端とは、それぞれ基準電位に接続される、
電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端への方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに逆方向に巻かれ、
前記第一戻り線の他端は、前記差分回路の第一入力端子に接続され、前記第二巻線の他端は、前記差分回路の第二入力端子に接続され、
前記第二戻り線の他端と前記第一巻線の他端とは、それぞれ基準電位に接続される、
電流センサ。
【請求項10】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端の方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに同じ向きに巻かれ、
前記第一戻り線の他端と前記第二戻り線の他端とは、それぞれ前記差分回路の第一入力端子及び第二入力端子に接続され、
前記第一巻線の他端と前記第二巻線の他端とは、それぞれ基準電位に接続される、
電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記一対の巻線は、前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端への方向と、前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端の方向とが、前記磁気コアのトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ前記磁気コアのポロイダル方向において互いに同じ向きに巻かれ、
前記第一戻り線の他端と前記第二戻り線の他端とは、それぞれ前記差分回路の第一入力端子及び第二入力端子に接続され、
前記第一巻線の他端と前記第二巻線の他端とは、それぞれ基準電位に接続される、
電流センサ。
【請求項11】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記複数の抵抗素子の抵抗値は、それぞれ同等である、
電流センサ。
前記複数の抵抗素子の抵抗値は、それぞれ同等である、
電流センサ。
【請求項12】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分回路に前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力をそれぞれ伝送するための一対の伝送路を含み、
前記第一巻線及び前記第二巻線の少なくとも一方に並列接続された前記複数の抵抗素子の各抵抗値の総和は、前記伝送路の特性インピーダンスに対して同程度である、
電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分回路に前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力をそれぞれ伝送するための一対の伝送路を含み、
前記第一巻線及び前記第二巻線の少なくとも一方に並列接続された前記複数の抵抗素子の各抵抗値の総和は、前記伝送路の特性インピーダンスに対して同程度である、
電流センサ。
【請求項13】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分回路に前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力をそれぞれ伝送するための一対の伝送路と、
前記一対の伝送路の少なくとも一方の入力端から見たインピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスに調整するインピーダンス調整回路と、
を含む電流センサ。
前記差分を示す信号を出力する差分回路を含み、
前記差分回路に前記第一巻線及び前記第一戻り線の出力と前記第二巻線及び前記第二戻り線の出力をそれぞれ伝送するための一対の伝送路と、
前記一対の伝送路の少なくとも一方の入力端から見たインピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスに調整するインピーダンス調整回路と、
を含む電流センサ。
【請求項14】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記磁気コアに発生する磁束を検出する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子により検出される磁束に基づいて前記磁束を相殺するように前記磁気コアを励磁するための信号を前記一対の巻線に供給する供給回路と、
直流から低周波帯域までの信号成分を遮断する複数の容量素子と、
を含み、
前記複数の容量素子は、前記複数の抵抗素子のうち隣接する抵抗素子間の接続点と互いに隣接する前記巻線部間の接続点との間、及び、前記供給回路の各出力端と前記各出力端に繋がる前記抵抗素子との間に、それぞれ接続される、
電流センサ。
前記磁気コアに発生する磁束を検出する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子により検出される磁束に基づいて前記磁束を相殺するように前記磁気コアを励磁するための信号を前記一対の巻線に供給する供給回路と、
直流から低周波帯域までの信号成分を遮断する複数の容量素子と、
を含み、
前記複数の容量素子は、前記複数の抵抗素子のうち隣接する抵抗素子間の接続点と互いに隣接する前記巻線部間の接続点との間、及び、前記供給回路の各出力端と前記各出力端に繋がる前記抵抗素子との間に、それぞれ接続される、
電流センサ。
【請求項15】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の電流センサと、
前記電流センサにより検出される検出量に基づいて前記測定対象についての測定量を演算する測定部と、
を含む測定装置。
前記電流センサにより検出される検出量に基づいて前記測定対象についての測定量を演算する測定部と、
を含む測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流センサ及び測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、磁気コアに巻かれた巻線が、直列接続された複数の巻線部で構成され、巻線部ごとにそれぞれダンピング抵抗が並列接続されたトランスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第３１４６４１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このトランスにおいて直列接続された複数の巻線部で構成された巻線は、巻線全体としてトロイダル方向の１ターンループを構成するため、この１ターンループによって外部から侵入する磁界及び電磁波などの外部磁束等を検出してしまい、電流検出精度が悪くなる。
【0005】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、電流検出精度を上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のある態様によれば、電流センサは、環状の磁気コアと、直列に接続された複数の巻線部で構成され、前記磁気コアの互いに異なる部分にトロイダル方向に沿ってポロイダル方向に巻かれて測定対象に流れる電流を検出する第一巻線及び第二巻線から構成される一対の巻線と、前記巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子と、一端が前記第一巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第一巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第一巻線の一端から前記第一巻線の他端の位置の近傍まで延びる第一戻り線と、一端が前記第二巻線の一端に接続されると共に、他端が前記磁気コアにおける前記第二巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って前記第二巻線の一端から前記第二巻線の他端の位置の近傍まで延びる第二戻り線と、を含み、第一巻線及び第一戻り線の出力と第二巻線及び第二戻り線の出力との差分を示す信号を出力する。
【発明の効果】
【0007】
この態様では、一対の巻線を構成する第一巻線と第二巻線とを磁気コアの互い異なる部分にトロイダル方向に沿ってポロイダル方向に巻く。さらに、第一巻線の一端に接続された第一戻り線は、第一巻線の巻かれた部分のトロイダル方向に沿わせると共に第一巻線の一端から第一巻線の他端の位置の近傍まで延びる。さらに、第二巻線の一端に接続された第二戻り線は、第二巻線の巻かれた部分のトロイダル方向に沿わせると共に第二巻線の一端から第二巻線の他端の位置の近傍まで延びる。
【0008】
このため、第一巻線及び第一戻り線の出力と第二巻線及び第二戻り線の出力との差分として第一巻線及び第一戻り線に生じる磁気と第二巻線及び第二戻り線に生じる磁気との差分を取る場合は、第一巻線及び第一戻り線が検出する外部磁束等を第二巻線と第二戻り線とが発生する磁束によって少なくとも一部を打ち消すことができる結果、電流検出精度を上げることができる。または、第一巻線及び第一戻り線の出力と第二巻線及び第二戻り線の出力との差分として、第一巻線及び第一戻り線を通じて出力される電気信号と第二巻線及び第二戻り線を通じて出力される電気信号との差分を取る場合は、第一巻線及び第一戻り線を通じて出力される電気信号の外部磁束等によるノイズを、第二巻線及び第二戻り線を通じて出力される電気信号の外部磁束等によるノイズによってノイズの同相成分の少なくとも一部を打ち消すことができる結果、電流検出精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。本明細書においては、全体を通じて、同一又は同等の要素には同一の符号を付する。
【0011】
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態の測定装置１の構成を示す図である。
図１は、第一実施形態の測定装置１の構成を示す図である。
【0012】
測定装置１は、測定対象Ｌｍについての物理量を測定するための装置である。測定対象Ｌｍは、例えば、交流の測定電流Ｉｍが流れる電路であり、この電路としては、例えば、単相又は三相の電源ケーブルなどが挙げられる。また、測定対象Ｌｍについての物理量としては、電流値、磁束値又は電力値などが挙げられる。
【0013】
測定装置１は、測定対象Ｌｍに流れる電流を示す測定電流Ｉｍの大きさを測定する。測定装置１は、電流センサ１００及び測定部２００を備える。
【0014】
電流センサ１００は、交流の測定電流Ｉｍによって作られる磁束を示す測定磁束を検出するセンサである。電流センサ１００は、測定磁束を検出して得られる電圧を検出量として測定部２００に出力する。
【0015】
電流センサ１００は、一又は複数の巻線を巻いた磁気コアがケースに収容されている。電流センサ１００の構造は、測定対象Ｌｍを挿通する貫通型の構造でもよく、開閉可能なクランプ型の構造であってもよい。
【0016】
例えば、電流センサ１００は、ＣＴ（カレントトランス）動作を行って測定電流Ｉｍにかかる検出量を取得する巻線検出型の電流センサにより実現される。あるいは、電流センサ１００は、フラックスゲート又はホール素子などの磁気検出素子を備える巻線検出型のＡＣゼロフラックス方式（磁気平衡方式）を採用する電流センサによって実現されてもよい。
【0017】
電流センサ１００には、ケーブル１１０が設けられている。ケーブル１１０は、例えば、特性インピーダンスが５０［Ω］又は７５［Ω］の同軸ケーブルによって実現される。ケーブル１１０の先端は、測定部２００に接続される。
【0018】
測定部２００は、電流センサ１００により検出される検出量に基づいて測定対象Ｌｍについての測定量を演算する。第一実施形態の測定部２００は、電流センサ１００で得られた電圧の大きさを示す検出量に基づいて、測定対象Ｌｍに流れる測定電流Ｉｍの電流値を演算する。測定部２００は、例えば、電力解析器、電流測定器、又は磁界測定器によって実現される。
【0019】
【0020】
図２は、電流センサ１００の構成を模式的に示した図である。
【0021】
電流センサ１００は、磁気コア１０と、巻線１１と、複数の抵抗素子１２と、戻り線１３と、巻線２１と、複数の抵抗素子２２と、戻り線２３と、差分回路３０とを備える。これらの構成は、図１で述べたように、不図示のケースに収容される。
【0022】
磁気コア１０は、測定対象Ｌｍが挿通可能となるように形成される。具体的には、磁気コア１０の全体形状は、測定対象Ｌｍを囲むように環状に形成される。ここにいう環状には、円形状、楕円形状、矩形状、及び多角形状などが含まれる。磁気コア１０は、例えば、パーマロイのような鉄材によって構成される。この鉄材に代えて、磁気コア１０は中空構造であってもよい。また、磁気コア１０は、分割可能な構造であってもよい。
【0023】
巻線１１及び巻線２１は、磁気コア１０の互いに異なる部分にトロイダル方向に巻かれる一対の巻線である。互いに異なる部分は、第一実施形態においては、第一磁気コア部１０ａ及び第二磁気コア部１０ｂから構成される。
【0024】
具体的には、巻線１１は、磁気コア１０のトロイダル方向に沿うようにポロイダル方向に巻かれる第一巻線である。巻線２１は、磁気コア１０のうち巻線１１が巻かれた第一磁気コア部１０ａとは異なる第二磁気コア部１０ｂにおいて磁気コア１０のトロイダル方向に沿うようにポロイダル方向に巻かれる第二巻線である。
【0025】
また、第一実施形態において、一対の巻線１１及び２１は、巻線１１の一端１ａから巻線１１の他端１ｂへの方向と巻線２１の一端２ａから巻線２１の他端２ｂへの方向が、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれる。具体的には、巻線１１は、巻線１１の一端１ａから他端１ｂに向かう方向に磁気コア１０のトロイダル方向に沿って巻かれ、巻線２１は、巻線１１の一端１ａから他端１ｂに向かう方向に対して逆方向に磁気コア１０のトロイダル方向に沿って巻かれる。また、巻線２１は、磁気コア１０のポロイダル方向において巻線１１が巻かれる方向に対し逆方向に巻かれる。このように、巻線１１及び巻線２１は、それぞれ順向巻き及び逆向巻きの関係にある。
【0026】
一対の巻線１１及び２１は、磁気コア１０の径方向における両者の線対称性が向上するように、上面視において磁気コア１０が二等分されるよう対向して配置される。第一実施形態では、一対の半円状の巻線１１及び２１が互いに対向するように配置されている。
【0027】
巻線１１の一端１ａは戻り線１３に接続され、巻線１１の他端１ｂは基準電位Ｇに接続される。同様に、巻線２１の一端２ａは戻り線２３に接続され、巻線２１の他端２ｂは基準電位Ｇに接続される。
【0028】
一対の巻線１１及び２１は、複数の巻線部が直列接続されている。巻線１１は、巻線部ごとに抵抗素子１２が並列接続される。同様に、巻線２１は、巻線部ごとに抵抗素子２２が並列接続される。
【0029】
戻り線１３及び戻り線２３は、一対の巻線１１及び２１の一巻線ごとに磁気コア１０における当該巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って互いに逆方向に当該巻線の一端から他端に向かって戻る一対の戻り線である。
【0030】
具体的には、戻り線１３は、磁気コア１０における巻線１１が巻かれた第一磁気コア部１０ａのトロイダル方向に沿って巻線１１の一端１ａから延びて巻線１１の他端１ｂに向かって戻る。同様に、戻り線２３は、磁気コア１０における巻線２１が巻かれた第二磁気コア部１０ｂのトロイダル方向に沿って巻線２１の一端２ａから延びて巻線２１の他端２ｂに向かって戻る。
【0031】
すなわち、戻り線１３は、自己の一端が巻線１１の一端１ａに接続されると共に、自己の他端１ｃが磁気コア１０における巻線１１が巻かれた第一磁気コア部１０ａのトロイダル方向に沿って巻線１１の一端１ａから巻線１１の他端１ｂの位置の近傍まで延びる第一戻り線を構成する。また、戻り線２３は、自己の一端が巻線２１の一端２ａに接続されると共に、自己の他端２ｃが磁気コア１０における巻線２１が巻かれた第二磁気コア部１０ｂのトロイダル方向に沿って巻線２１の一端２ａから巻線２１の他端２ｂの位置の近傍まで延びる第二戻り線を構成する。
【0032】
差分回路３０は、巻線１１及び戻り線１３から出力される電気信号と巻線２１及び戻り線２３から出力される電気信号の差分を出力する差動増幅回路である。
【0033】
第一実施形態において、差分回路３０は、差動増幅回路により実現される。差分回路３０の反転入力端子（－）には戻り線１３の他端１ｃが接続され、差分回路３０の非反転入力端子（＋）には巻線２１の他端２ｂが接続される。巻線２１の一端２ａから延びる戻り線２３の他端２ｃは、基準電位Ｇに接続される。巻線１１の他端１ｂも、基準電位Ｇに接続される。
【0034】
差分回路３０は、巻線１１から戻り線１３を介して出力される電圧信号と、戻り線２３から巻線２１を介して出力される電圧信号と、の差分を出力するとともに増幅する。これに代えて、差分回路３０が、戻り線１３から巻線１１を介して出力される電圧信号と、巻線２１から戻り線２３を介して出力される電圧信号と、の差分を出力するとともに増幅するように電流センサ１００を構成してもよい。
【0035】
このように、差分回路３０は、巻線１１及び戻り線１３を通じて出力される電圧信号と、巻線２１及び戻り線２３を通じて出力される電圧信号と、の差分を示す信号を出力する。
【0036】
差分回路３０は、巻線１１及び戻り線１３を通じて出力される電圧信号と巻線２１及び戻り線２３を通じて出力される電圧信号との差分の大きさを示す出力信号を生成し、生成した出力信号を電流センサ１００の出力信号Ｖｏｕｔとして測定部２００に出力する。
【0037】
続いて、電流センサ１００の接続関係について図３を参照して説明する。
【0038】
図３は、第一実施形態の電流センサ１００の電気特性を模擬した等価回路の一例を示す回路図である。図３では、巻線１１を四つに区分けした部分が巻線部１１ａ乃至１１ｄとして示され、巻線２１を四つに区分けした部分が巻線部２１ａ乃至２１ｄとして示されている。
【0039】
図３に示すように、巻線部１１ａ乃至１１ｄは、巻線部２１ａ乃至２１ｄとは極性が反対となるように巻かれる。巻線部１１ａ乃至１１ｄ及び巻線部２１ａ乃至２１ｄの各々のインダクタンスは、例えば、１［ｎＦ］から１０［Ｆ］までの範囲内の値に設定される。
【0040】
巻線部１１ａ乃至１１ｄの各々については、抵抗素子１２が並列接続されるとともに、各抵抗素子１２が直列接続される。巻線部２１ａ乃至２１ｄの各々についても抵抗素子２２が並列接続されるとともに、各抵抗素子２２が直列接続される。
【0041】
直列の抵抗素子１２及び直列の抵抗素子２２の各抵抗値は、例えば、１［Ω］から１００［Ω］までの範囲内の値に設定される。
【0042】
第一実施形態においては、巻線部同士の検出感度が互いに同等となるよう、巻線部１１ａ乃至１１ｄの各インダクタンスがそれぞれ同等に設定され、同様に、巻線部２１ａ乃至２１ｄの各インダクタンスもそれぞれ同等に設定される。
【0043】
さらに抵抗素子１２及び２２についても、巻線部同士の検出感度が互いに同等となるよう、四つの抵抗素子１２の各抵抗値がそれぞれ同等に設定され、同様に、四つの抵抗素子２２の各抵抗値もそれぞれ同等に設定される。
【0044】
また、一対の巻線１１及び２１の線対称性を確保するために、巻線部１１ａ乃至１１ｄと巻線部２１ａ乃至２１ｄのインダクタンスは同等に設定され、抵抗素子１２と抵抗素子２２の抵抗値は同等に設定される。
【0045】
なお、第１実施形態では、巻線１１において四つの抵抗素子１２が並列接続されているが、これに限られるものではない。例えば、巻線１１において二つ、三つ又は五つ以上の抵抗素子１２が並列接続されてもよい。巻線２１についても同様である。
【0046】
続いて、電流センサ１００の動作について説明する。
【0047】
図２に示すように、電流センサ１００は、一対の巻線１１及び２１が、両者の線対称性が向上するように、上面視において磁気コア１０が二等分されるよう対向して配置される。第一実施形態では、一対の半円状の巻線１１及び２１が互いに対向するように配置されている。これにより、巻線１１及び巻線２１による測定磁束の検出感度が互いに同程度になる。
【0048】
また、電流センサ１００は、一対の巻線１１及び２１が、それぞれカレントトランスとして機能する。すなわち、一対の巻線１１及び２１は、図１に示す測定電流Ｉｍによって磁気コア１０に発生する測定磁束をそれぞれ電流に変換する。
【0049】
また、電流センサ１００は、複数の抵抗素子１２が、直列接続された直列のインピーダンス素子である。複数の抵抗素子１２は、それぞれ並列接続された巻線１１の巻線部１１ａ乃至１１ｄに流れる誘導電流を電圧に変換する負荷抵抗として機能する。また、複数の抵抗素子１２は、巻線１１のインダクタンスと巻線１１に寄生する容量との共振に起因する周波数特性の悪化を抑制するためのダンピング抵抗として機能する。複数の抵抗素子２２についても同様である。
【0050】
図４は、電流センサ１００に生じる電流及び磁束を説明するための図である。
【0051】
外部磁束等によって１ターンループの一部を構成する巻線１１に流れる電流が１ターンループの他の一部を構成する巻線２１に流れることで外部磁束等と逆方向の磁束が発生し、外部磁束等の同相成分の少なくとも一部を打ち消す。さらに、外部磁束等によって１ターンループの一部を構成する戻り線１３に流れる電流が１ターンループの他の一部を構成する戻り線２３に流れることで外部磁束等と逆方向の磁束が発生し、外部磁束等の同相成分の少なくとも一部を打ち消す。
【0052】
また、磁気コア１０に測定対象Ｌｍが挿通された状態において、測定対象Ｌｍに流れる測定電流Ｉｍによって磁気コア１０に測定磁束φｍが発生する。測定磁束φｍの発生により一対の巻線１１及び２１の各々には測定磁束φｍに比例する誘導電流が流れる。
【0053】
以下では、一対の巻線１１及び２１に流れる誘導電流のうち主に磁気コア１０のトロイダル方向の電流成分によって作られる磁束のことを「寄生磁束」と称する。また、一対の戻り線１３及び２３に流れる電流によって作られる磁束のことも「寄生磁束」と称する。これらの寄生磁束は、環状の磁気コア１０の中心方向、すなわち測定対象Ｌｍの挿通方向に発生する。また、本明細書において、外部磁束等には、寄生磁束が含まれる。
【0054】
そして、巻線１１に流れる誘導電流のうち磁気コア１０のトロイダル方向の電流成分Ｉｐ１により、測定対象Ｌｍの挿通方向に寄生磁束φｐ１が発生する。同様に、巻線２１に流れるトロイダル方向の電流成分Ｉｐ２により、測定対象Ｌｍの挿通方向に寄生磁束φｐ２が発生する。
【0055】
このとき、巻線１１に流れる上記電流成分Ｉｐ１により、巻線２１に起因する寄生磁束φｐ２を打ち消すように巻線１１に起因する寄生磁束φｐ１が発生する。同様に、巻線１１の戻り線１３に流れる電流Ｉｒ１により、戻り線２３に起因する寄生磁束φｒ２を打ち消すように戻り線１３に起因する寄生磁束φｒ１が発生する。
【0056】
このように、一対の巻線１１及び２１を配設することにより、一対の巻線１１及び２１に起因する寄生磁束φｐ１及びφｐ２が互いに打ち消すように作用する。これに加え、一対の戻り線１３及び２３を配設することにより、一対の戻り線１３及び２３によって作られた寄生磁束φｒ１及びφｒ２が、互いに打ち消すように作用する。
【0057】
このような構成であっても、一対の巻線１１及び２１の配置のズレ、一対の戻り線１３及び２３の配置のズレ、又は、一対の巻線１１及び２１同士の巻き数の違いによる外部磁束等の検出感度及び寄生容量の違い等により、寄生磁束φｐ１及びφｐ２同士を打ち消すことができない場合がある。
【0058】
上述のように打ち消すことができなかった寄生磁束φｐ１及びφｐ２の残留磁束は、コモンモードノイズとして一対の巻線１１及び２１において検出される。
【0059】
具体的には、巻線１１の両端（１ａ及び１ｂ）には、測定磁束φｍに起因するプラスの電圧（＋Ｖｍ）に残留磁束に起因するプラスの電圧ΔＶｎがコモンモードノイズとして重畳される。一方、巻線１１の一端１ａから巻線１１の他端１ｂへの方向と巻線２１の一端２ａから巻線２１の他端２ｂへの方向が、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれているため、巻線２１の両端（２ａ及び２ｂ）には、測定磁束φｍに起因するマイナスの電圧（－Ｖｍ）に残留磁束に起因するプラスの電圧ΔＶｎがコモンモードノイズとして重畳される。
【0060】
そして、差分回路３０において、巻線１１に生じる電圧（Ｖｍ＋ΔＶｎ）と、巻線２１に生じる電圧（－Ｖｍ＋ΔＶｎ）との差分を取ることにより、測定磁束φｍに起因する電圧が増幅されるとともに、残留磁束に起因する電圧ΔＶｎが打ち消される。
【0061】
このため、差分回路３０は、一対の巻線１１及び２１のトロイダル方向の電流成分Ｉｐ１及びＩｐ２によって作られた寄生磁束φｐ１及びφｐ２の残留磁束に起因するノイズの同相成分を除去した出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
【0062】
また、一対の巻線１１及び２１同士の巻き数を同一に設定したとしても、実際には、巻線１１と巻線２１とでは検出感度や寄生容量などにズレ（個体差）が生じてしまう。このような巻線１１及び２１自体の検出感度や寄生容量のズレによって直接的に生じるノイズの同相成分についても同様に差分回路３０によって除去することができる。このため、差分回路３０は、上述の残留磁束に起因するノイズの同相成分に加え、巻線自体の検出感度や寄生容量などの個体差によって直接的に生じるノイズの同相成分も除去した出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
【0063】
次に、電流センサ１００の出力誤差について図５を参照して説明する。
【0064】
図５には、実測された出力誤差に対する周波数特性が示されており、縦軸が振幅のゲイン誤差を示し、横軸が周波数を示す。
【0065】
図５に示す例では、電流センサ１００の出力信号Ｖｏｕｔについてのゲイン誤差の周波数特性が実線で示され、巻線１１の出力におけるゲイン誤差の周波数特性が点線で示され、巻線２１の出力におけるゲイン誤差の周波数特性が破線で示されている。
【0066】
図５に示すように、４０［ＭＨｚ］よりも高い周波数帯域において、巻線１１の出力におけるゲイン誤差はプラス側に増加しているのに対し、巻線２１の出力におけるゲイン誤差はマイナス側に増加している。ゲイン誤差が増加する理由は、外部から侵入する磁界や電磁波などの外部磁束、及び上述の残留している寄生磁束に起因する。
【0067】
また、一対の巻線１１及び２１は互いに逆方向に巻かれており、ゲイン誤差が増加する向きも反対であることから、上記ノイズは、コモンモードノイズが支配的であることが読み取れる。
【0068】
したがって、第一実施形態では、差分回路３０として差動増幅回路を採用することによりコモンモードノイズが低減される。それゆえ、電流センサ１００は、一対の戻り線１３及び２３で打ち消しきれなかった外部磁束等による出力信号Ｖｏｕｔへの影響を抑制することができる。
【0069】
なお、図５では電流センサ１００の出力誤差の一例としてゲイン誤差の周波数特性を示したが、電流センサ１００における位相誤差の周波数特性についても同様に、高周波帯域において位相誤差の増加が抑制される。
【0070】
次に、第一実施形態による作用効果について説明する。
【0071】
第一実施形態では、電流センサ１００は、環状の磁気コア１０と、直列に接続された複数の巻線部１１ａ乃至１１ｄ及び２１ａ乃至２１ｄで構成された一対の巻線１１及び２１と、巻線ごとに、巻線における巻線部ごとにそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子１２及び２２と、を含む。一対の巻線１１及び２１は、磁気コア１０の互いに異なる部分にトロイダル方向に沿ってポロイダル方向に巻かれて測定対象Ｌｍに流れる電流を出力する。なお、一対の巻線１１及び２１のうち、巻線１１は第一巻線を構成し、巻線２１は第二巻線を構成する。
【0072】
さらに、電流センサ１００は、巻線ごとに、磁気コア１０における当該巻線が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って当該巻線の一端から他端に向かって戻る一対の戻り線１３及び２３を含む。具体的には、戻り線１３は、一端が第一巻線としての巻線１１の一端１ａに接続されると共に、他端１ｃが磁気コア１０における巻線１１が巻かれた第一磁気コア部１０ａのトロイダル方向に沿って巻線１１の一端１ａから巻線１１の他端１ｂの位置の近傍まで延びる第一戻り線を構成する。また、戻り線２３は、一端が第二巻線としての巻線２１の一端２ａに接続されると共に、他端２ｃが磁気コア１０における巻線２１が巻かれた第二磁気コア部１０ｂのトロイダル方向に沿って巻線２１の一端２ａから巻線２１の他端２ｂの位置の近傍まで延びる第二戻り線を構成する。
【0073】
そして、電流センサ１００は、第一巻線及び第一戻り線としての巻線１１及び戻り線１３の出力と、第二巻線及び第二戻り線としての巻線２１及び戻り線２３の出力と、の差分を示す信号を出力する。
【0074】
この構成によれば、図２に示すように、第一実施形態の電流センサ１００は、一対の巻線１１及び２１がそれぞれ磁気コア１０の互いに異なる第一磁気コア部１０ａ及び第二磁気コア部１０ｂに巻かれるので、巻線１１及び２１の各々の寄生容量の増加が抑えられる。これにより、各巻線１１及び２１の振幅及び位相の周波数特性において寄生容量の増加に起因する平坦性の悪化が抑制される。
【0075】
また、電流センサ１００は、複数の抵抗素子１２及び２２を一対の巻線１１及び２１のそれぞれの巻線部に並列接続したことによって、各巻線部とその寄生容量とで構成される複数の回路が直列に形成される。
【0076】
上記回路における巻線部のインダクタンス及び寄生容量のキャパシタンスは、各巻線１１及び２１全体のインダクタンス及びその寄生容量のキャパシタンスに比べて共に小さい。このため、一対の巻線１１及び２１とその寄生容量とにより定まる共振周波数は、直列の抵抗素子を有しない巻線の共振周波数に比べて十分に高くなる。それゆえ、高周波帯域において電流センサ１００の振幅及び位相に対する周波数特性の平坦性が向上する。
【0077】
また、巻線部１１ａ乃至１１ｄと巻線部２１ａ乃至２１ｄのインダクタンスは同等に設定され、抵抗素子１２と抵抗素子２２の抵抗値は同等に設定される。このように線対称な構造をとることにより、環状の磁気コア１０に挿通される測定対象Ｌｍの導体位置のズレに伴って測定精度が低下することが抑制される。
【0078】
これに加え、電流センサ１００は、巻線１１及び戻り線１３からの磁気と巻線２１及び戻り線２３からの磁気との差分を示す信号を出力する。第一実施形態では、電流センサ１００の出力信号Ｖｏｕｔに、巻線１１及び戻り線１３に生じる磁気と巻線２１及び戻り線２３に生じる磁気との差分を示す信号が含まれる。
【0079】
具体的には、電流センサ１００に関しては、一対の巻線１１及び２１は、巻線１１の一端から巻線１１の他端への方向と、巻線２１の一端から巻線２１の他端への方向とが、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ、一対の巻線１１及び１２は、磁気コア１０のポロイダル方向において互いに逆方向に巻かれる。
【0080】
これと共に、戻り線１３の一端１ａが巻線１１の一端１ａに接続された戻り線１３を磁気コア１０の周（トロイダル方向）に沿わせながら戻り線１３の他端１ｂを巻線１１の他端１ｂの位置の近傍まで延ばし、戻り線２３の一端が巻線２１の一端２ａに接続された戻り線２３を戻り線１３とは逆方向に磁気コア１０の周（トロイダル方向）に沿わせながら戻り線２３の他端２ｃを巻線２１の他端２ｂの位置の近傍まで延ばす。そして、戻り線２３の他端２ｃと巻線１１の他端１ｂとが接続される。
【0081】
この構成により、外部磁束等によって１ターンループの一部を構成する巻線１１に流れる電流が１ターンループの他の一部（残部）を構成する巻線２１に流れることで外部磁束等と逆方向の磁束が発生し、外部磁束等の同相成分の少なくとも一部を打ち消す。さらに、外部磁束等によって１ターンループの一部を構成する戻り線１３に流れる電流が１ターンループの他の一部を構成する戻り線２３に流れることで外部磁束等と逆方向の磁束が発生し、外部磁束等の同相成分の少なくとも一部を打ち消す。
【0082】
このため、電流センサ１００は、測定電流Ｉｍを検出するにあたり、外部磁束等に起因するノイズを低減することができる結果、電流検出精度を上げることができる。
【0083】
また、電流センサ１００において、一対の戻り線１３及び２３は、磁気コア１０のトロイダル方向に沿って互いに逆方向に延在する。すなわち、一対の戻り線１３及び２３は、一対の戻り線１３及び２３の一端１ａ及び２ａ同士が隣接するように配線される。
【0084】
この構成によれば、一対の戻り線１３及び２３の他端１ｃ及び２ｃ同士が近接しやすくなるので、一対の戻り線１３及び２３の差分回路３０に対する配線が短くなり、配線の引き回しが設計しやすくなる。
【0085】
また、電流センサ１００は、巻線１１の巻数と巻線２１の巻数を同等にしている。
【0086】
この構成によれば、巻線１１と巻線２１が検出する外部磁束等が同等になるので、さらに外部磁束等に起因するノイズを低減することができる。
【0087】
また、電流センサ１００は、巻線１１が巻かれている部分の磁気コア１０の周方向の長さと、巻線２１が巻かれている部分の磁気コア１０の周方向の長さを同等にしている。
【0088】
この構成によれば、戻り線１３の長さと戻り線２３の長さが同等になることから、戻り線１３と戻り線２３が検出する外部磁束等が同等になるので、さらに外部磁束等に起因するノイズを低減することができる。
【0089】
また、電流センサ１００は、一対の戻り線１３及び２３の一端１ａ及び２ａとなる一対の巻線１１及び２１の一端１ａ及び２ａ同士が互いに隣接するよう一対の巻線１１及び２１が磁気コア１０に配置される。
【0090】
この構成によれば、一対の巻線１１及び２１の他端１ｂ及び２ｂ同士が隣接することになるので、一対の巻線の他端１ｂ及び２ｂに向かって延びる一対の戻り線１３及び２３の他端１ｃ及び２ｃ間の距離も接近する。
【0091】
これにより、一対の戻り線１３及び２３を差分回路３０の一対の入力端子へ引き回すための距離を短くすることが可能となる。このため、一対の戻り線１３及び２３の引き回しに伴って引回し線にノイズが混入するのを抑制することができる。
【0092】
また、電流センサ１００は、一対の戻り線１３及び２３を通じてそれぞれ一対の巻線１１及び２１から出力される電気信号の差分を含む出力信号Ｖｏｕｔを出力する差分回路３０を備えている。
【0093】
すなわち、電流センサ１００は、巻線１１及び戻り線１３と巻線２１及び戻り線２３との双方からの電気信号の差分を示す信号を出力する差分回路３０を含み、差分回路３０の出力は、双方からの出力の差分を示す。このように、電流センサ１００は、巻線１１及び戻り線１３からの電気信号と巻線２１及び戻り線２３からの電気信号との差分を示す信号を出力する。
【0094】
具体的には、電流センサ１００においては、一対の巻線１１及び２１が、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに逆方向に巻かれる。そして、一対の巻線に含まれる巻線１１の一端１ａから延びる戻り線１３の他端１ｃは、差分回路３０の第一入力端子としての反転入力端子（－）に接続され、巻線２１の他端２ｂは、差分回路３０の第二入力端子としての非反転入力端子（＋）に接続される。また、巻線２１の一端２ａから延びる戻り線２３の他端２ｃと巻線１１の他端１ｂとは、それぞれ基準電位Ｇに接続される。
【0095】
この構成によれば、一対の戻り線１３及び２３によって外部磁束等を打ち消すとともに、打ち消しきれない外部磁束等に起因するノイズの同相成分を差分回路３０によって取り除くことができる。具体的には、差分回路３０での差動増幅により、一対の巻線１１及び２１の出力信号のうち、測定電流Ｉｍに比例する信号のレベルが上昇し、ノイズ電圧のレベルが低下する。その結果、電流センサ１００の電流検出精度を上げることができる。
【0096】
このように、電流センサ１００においては、第一巻線及び第一戻り線としての巻線１１及び戻り線１３に生じる磁気と、第二巻線及び第二戻り線としての巻線２１及び戻り線２３に生じる磁気と、の差分を取るために双方の出力が差分回路３０に入力される。そして差分回路３０により、双方に生じる磁気の差分に加えて双方からの電気信号の差分を含む出力信号Ｖｏｕｔが生成される。
【0097】
それゆえ、電流センサ１００の出力信号Ｖｏｕｔには、外部磁束等を打ち消すために配設された戻り線１３及び２３を含む一対の構成に生じる磁気の差分と、一対の戻り線１３及び２３では打ち消しきれない外部磁束等に起因するノイズの同相成分を取り除くために備えられた差分回路３０によって得られる一対の構成から出力される電気信号の差分と、が含まれている。すなわち、第一巻線及び第一戻り線の出力と第二巻線及び第二戻り線の出力との差分には、磁気の差分及び電気信号の差分が含まれている。
【0098】
このため、上記の構成により、一対の巻線１１及び２１により生じる外部磁束等を一対の戻り線１３及び２３によって打ち消すとともに、打ち消しきれない外部磁束等に起因するノイズの同相成分を差分回路３０によって抑制することができる。したがって、電流センサ１００の電流検出精度を上げることができる。
【0099】
また、電流センサ１００は、複数の抵抗素子１２及び２２の抵抗値が、それぞれ同等である。
【0100】
この構成によれば、抵抗素子１２ごとに並列接続された巻線部と、抵抗素子２２ごとに並列接続された巻線部とが、それぞれ同等の検出感度になる。このため、磁気コア１０に挿通された測定対象Ｌｍの位置関係による検出精度の変動を抑制することができる。
【0101】
したがって、検出可能な周波数帯域の上限を高くしつつ、磁気コア１０に対しての測定対象Ｌｍの位置ズレに起因する検出精度の低下を抑制することができる。
【0102】
また、第一実施形態の測定装置１は、上記の電流センサ１００と、電流センサにより検出される検出量に基づいて測定対象Ｌｍについての測定量を演算する測定部２００と、を含む。
【0103】
この構成によれば、電流センサ１００の出力信号に基づいて測定対象Ｌｍの測定量が演算されるので、一対の戻り線１３及び２３と差分回路３０とを有しない電流センサを備える一般的な測定装置に比べて測定可能な周波数帯域の上限を高くすることができる。それゆえ、より高い周波数帯域において測定対象Ｌｍを精度よく測定することができる。
【0104】
（第二実施形態）
図６は、第二実施形態の電流センサ１０１の構成を示す図である。第二実施形態では、差分回路３０と一対の巻線１１及び２１などの他の構成との間の距離が離れていることを想定している。
図６は、第二実施形態の電流センサ１０１の構成を示す図である。第二実施形態では、差分回路３０と一対の巻線１１及び２１などの他の構成との間の距離が離れていることを想定している。
【0105】
電流センサ１０１は、第一実施形態の電流センサ１００の構成に加えて、一対の伝送路１４及び２４と、一対の抵抗素子１５及び２５と、を備えている。ここでは、第二実施形態の電流センサ１０１のうち図２に示した電流センサ１００と同一又は同等の構成については、電流センサ１００の構成に付された符号と同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0106】
一対の伝送路１４及び２４は、差分回路３０に一対の巻線１１及び２１の出力信号を伝送するための伝送路である。一対の伝送路１４及び２４は、例えば同軸伝送路であり、具体例として、特性インピーダンスが５０［Ω］又は７５［Ω］である同軸ケーブルにより実現される。
【0107】
各伝送路１４及び２４は、内部導体と、外部導体と、これらの間に配設される絶縁体と、によって構成される。
【0108】
伝送路１４においては、内部導体の入力端が戻り線１３の他端１ｃに接続されるとともに外部導体の入力端が基準電位Ｇと巻線１１の他端１ｂとに接続される。伝送路２４においては、内部導体の入力端が巻線２１の他端２ｂに接続されるとともに外部導体の入力端が基準電位Ｇと戻り線２３の他端２ｃとに接続される。
【0109】
一対の抵抗素子１５及び２５は、一対の伝送路１４及び２４の特性インピーダンスに相当する終端抵抗でインピーダンス整合を行う機能を有する。一対の抵抗素子１５及び２５は、例えば５０［Ω］又は７５［Ω］の抵抗素子を接続する。
【0110】
抵抗素子１５の一端は、伝送路１４の内部導体の出力端と差分回路３０の反転入力端子（－）とに接続される。抵抗素子１５の他端は、基準電位Ｇと伝送路１４の外部導体の出力端とに接続される。
【0111】
抵抗素子２５の一端は、伝送路２４の内部導体の出力端と差分回路３０の非反転入力端子（＋）とに接続される。抵抗素子２５の他端は、基準電位Ｇと伝送路２４の外部導体の出力端とに接続される。
【0112】
このような構成においては、巻線１１に並列接続された四つの抵抗素子１２の各抵抗値の総和は、伝送路１４の特性インピーダンスに対して同等となるように設定される。同様に、巻線２１に並列接続された四つの抵抗素子２２の各抵抗値の総和は、伝送路１４の特性インピーダンスに対して同等となるように設定される。
【0113】
次に、第二実施形態による作用効果について説明する。
【0114】
第二実施形態の電流センサ１０１は、第一実施形態の電流センサ１００と同等の構成を備えており、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0115】
これに加え、電流センサ１０１は、差分回路３０に巻線１１及び戻り線１３の出力と巻線２１及び戻り線２３の出力をそれぞれ伝送するための一対の伝送路として、差分回路３０に巻線１１及び２１の出力信号を伝送するための伝送路１４及び２４を含む。そして少なくとも一方の巻線１１又は２１に並列接続された直列の抵抗素子１２又は２２の各抵抗値の総和は、少なくとも一方の巻線１１又は２１に対応する伝送路１４又は２４の特性インピーダンスに対して同程度である。
【0116】
この構成によれば、伝送路１４又は２４の特性インピーダンスと、直列の抵抗素子１２又は２２の抵抗値の総和とが同等となるため、巻線１１又は２１の出力信号が伝送路１４又は２４の一端で反射するのを抑制することができる。これにより、伝送路１４又は２４での反射に起因する検出誤差を低減することができる。
【0117】
また、第二実施形態では、電流センサ１０１内に差分回路３０を配置した例について説明したが、図１に示した測定部２００に差分回路３０が配置されてもよい。この場合、図１に示したケーブル１１０には、図６に示した一対の伝送路１４及び２４が備えられる。
【0118】
（第三実施形態）
図７は、第三実施形態の電流センサ１０２の構成を示す図である。
図７は、第三実施形態の電流センサ１０２の構成を示す図である。
【0119】
第三実施形態の電流センサ１０２は、第二実施形態の電流センサ１０１の構成に加えて、インピーダンス調整回路４０を備えている。ここでは、第三実施形態の電流センサ１０２のうち図６に示した電流センサ１０１と同等の構成については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0120】
インピーダンス調整回路４０は、伝送路１４の入力端から見たインピーダンスを伝送路１４の特性インピーダンスに調整する。さらにインピーダンス調整回路４０は、伝送路２４の入力端から見たインピーダンスを伝送路２４の特性インピーダンスに調整する。このように、インピーダンス調整回路４０は、一対の伝送路１４及び２４の少なくとも一方の入力端から見たインピーダンスを、少なくとも一方の伝送路の特性インピーダンスにそれぞれ調整する。
【0121】
続いて、第三実施形態による作用効果について説明する。
【0122】
第三実施形態の電流センサ１０２は、第二実施形態の電流センサ１０１と同等の構成を備えており、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0123】
これに加え、第二実施形態においては、電流センサ１０２が、伝送路１４又は２４の入力端から見たインピーダンスを伝送路１４又は２４の特性インピーダンスに調整するインピーダンス調整回路４０を備える。伝送路１４又は２４は、差分回路３０に巻線１１及び戻り線１３の出力と巻線２１及び戻り線２３の出力とをそれぞれ伝送するための一対の伝送路を構成する。
【0124】
この構成によれば、電流センサ１０２は、インピーダンス調整回路４０において、伝送路１４又は２４の入力端から見たインピーダンスと、伝送路１４又は２４の特性インピーダンスとを同等に調整することが可能となる。
【0125】
このため、巻線１１又は２１に並列接続される直列の抵抗素子１２又は２２の抵抗値の総和を伝送路１４又は２４の特性インピーダンスと同等にしなくとも、巻線１１又は２１の出力信号が伝送路１４又は２４の一端で反射するのを抑制することができる。これにより、伝送路１４又は２４での反射に起因する検出誤差を低減することができる。
【0126】
【0127】
【0128】
図８に示すように、電流センサ１０３は、第一実施形態の電流センサ１００を構成する一対の巻線１１及び２１と差分回路３０とに代えて、一対の巻線１１１及び１１２と差分回路３０Ａを備えている。他の構成については、図２に示した電流センサ１００の構成と同じであるため、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0129】
一対の巻線１１１及び１１２は、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに同じ向きに巻かれる。一対の巻線１１１及び１１２の他端１ｂ及び２ｂは、それぞれ基準電位Ｇに接続される。
【0130】
巻線１１１の一端１ａは、戻り線１３の一端であり、巻線１１２の一端２ａは、戻り線２３の一端である。そして巻線１１１の他端１ｂは、巻線１１２の他端２ｂに接続される。一対の戻り線１３及び２３の他端１ｃ及び２ｃは、それぞれ差分回路３０Ａの反転入力端子（－）及び非反転入力端子（＋）に接続される。
【0131】
図９に示すように、巻線１１１を区分けした巻線部１１１ａ乃至１１１ｄは、図３に示した巻線部１１１ａ乃至１１１ｄに対応する。巻線部１１１ａ乃至１１１ｄの各々については、抵抗素子１２が並列接続されるとともに、各抵抗素子１２が直列接続される。
【0132】
巻線１１２を区分けした巻線部１１２ａ乃至１１２ｄは、図３に示した巻線部１１２ａ乃至１１２ｄに対応する。巻線部１１２ａ乃至１１２ｄの各々についても、抵抗素子２２が並列接続されるとともに、各抵抗素子２２が直列接続される。
【0133】
差分回路３０Ａは、図２に示した差分回路３０に対応する。差分回路３０Ａは、一対の巻線１１１及び１１２からそれぞれ一対の戻り線１３及び２３を通じて出力される電気信号の差分の大きさに比例する出力信号Ｖｏｕｔを生成して出力する。
【0134】
続いて、第四実施形態による作用効果について説明する。
【0135】
第四実施形態の電流センサ１０３においては、一対の巻線１１１及び１１２は、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに同じ向きに巻かれる。また、巻線１１１及び１１２は、同じポロイダル方向に巻かれる。そして、一対の戻り線１３及び２３の他端１ｃ及び２ｃは、それぞれ差分回路３０Ａの第一入力端子としての反転入力端子（－）及び第二入力端子としての非反転入力端子（＋）に接続される。また、一対の巻線１１１及び１１２の他端１ｂ及び２ｂは、それぞれ基準電位Ｇに接続される。
【0136】
すなわち、電流センサ１０３は、測定電流Ｉｍを検出する一対の巻線１１１及び１１２と、一巻線ごとに当該巻線の複数の部位にそれぞれ並列接続される複数の抵抗素子１２及び２２と、を備える。一対の巻線１１１及び１１２は、磁気コア１０の互いに異なる部分にトロイダル方向に巻かれる。そして複数の抵抗素子１２は、直列接続され、同様に複数の抵抗素子２２も、直列接続される。
【0137】
さらに電流センサ１０３は、出力信号Ｖｏｕｔを巻線１１１及び戻り線１３と巻線１１２及び戻り線１３とから出力される電気信号の差分を示す信号として出力する差分回路３０Ａを備える。そして一対の戻り線１３及び２３は、それぞれ磁気コア１０の巻線１１１及び１１２が巻かれた部分のトロイダル方向に沿って巻線１１１及び１１２の一端１ａ及び２ａから他端１ｂ及び２ｂに向かって戻る。
【0138】
そして、電流センサ１０３は、第一実施形態とは異なり、一対の巻線１１１及び１１２が互いに同一のポロイダル方向に巻かれ、戻り線１３を通る電流と戻り線２３を通る電流との差分を示す信号を差分回路３０Ａによって出力する。
【0139】
この構成により、電流センサ１０３は、巻線１１１及び戻り線１３を通じて出力される外部磁束等によるノイズを、巻線１１１及び戻り線２３を通じて出力される外部磁束等によるノイズによってノイズの同相成分の少なくとも一部を打ち消す。また、電流センサ１０３は、１ターンループの一部を構成する巻線１１１が１ターンループの他の一部（残部）を構成する巻線１１２による外部磁束等の逆相成分の少なくとも一部を打ち消し、１ターンループの一部を構成する戻り線１３が１ターンループの他の一部を構成する戻り線２３による外部磁束等の逆相成分の少なくとも一部を打ち消す。
【0140】
このため、電流センサ１０３は、測定電流Ｉｍを検出するにあたり、外部磁束等に起因するノイズを低減することができる結果、電流検出精度を上げることができる。
【0141】
また、一対の巻線１１１及び１１２が互いに同一の方向に巻かれるため、第一実施形態の一対の巻線１１及び２１に比べて簡易に一対の巻線１１１及び１１２を構成することができる。また、一対の戻り線１３及び２３から差分回路３０Ａへの配線が容易となる。
【0142】
（第五実施形態）
図１０は、第五実施形態の電流センサ１０４の構成を示す図である。
図１０は、第五実施形態の電流センサ１０４の構成を示す図である。
【0143】
電流センサ１０４は、ゼロフラックス方式を採用する電流センサであり、高周波帯域の電流に加えて、高周波帯域よりも低く且つ直流を含む低周波帯域の電流を検出することが可能である。
【0144】
電流センサ１０４は、第一実施形態の電流センサ１００の構成に加え、磁気検出素子５０と、一対の帰還回路５１及び５２と、それぞれ並列接続される各巻線部と抵抗素子１２，２２との間の容量素子６０乃至６７と、を備えている。図１０では、便宜上、追加の構成が、接続関係が理解しやすいように概念的に示されている。他の構成については、図２に示した電流センサ１００の構成と同じであるため、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0145】
磁気検出素子５０は、磁気コア１０に取り付けられ、磁気コア１０内に発生する磁束を検出する。磁気検出素子５０は、例えば、磁気コア１０に内蔵されるフラックスゲート、磁気コア１０に設けられた間隙に挿入されるホール素子、又は、磁気コア１０に巻かれる検出巻線などによって実現される。
【0146】
第五実施形態の磁気検出素子５０は、磁気コア１０の間隙に形成されるフラックスゲートである。磁気検出素子５０は、検出した磁束の大きさに振幅が比例する検出信号を一対の帰還回路５１及び５２に出力する。
【0147】
一対の帰還回路５１及び５２は、磁気検出素子５０により検出される磁束に基づいて、その磁束を相殺するように磁気コア１０を励磁するための信号を一対の巻線１１及び２１に供給する供給回路を構成する。
【0148】
帰還回路５１は、磁気検出素子５０から出力される出力信号を増幅し、増幅した出力信号を巻線１１の他端１ｂに供給する。すなわち、帰還回路５１は、測定電流Ｉｍによって作られた測定磁束を相殺するよう、磁気コア１０の第一磁気コア部１０ａを励磁するための信号を巻線１１の他端１ｂに供給する。
【0149】
これにより、低周波帯域において、磁気コア１０のうち巻線１１に巻かれた第一磁気コア部１０ａには、測定電流Ｉｍによって作られる測定磁束とは反対方向の磁束が生じる。このため、低周波帯域において磁気コア１０の第一磁気コア部１０ａではゼロフラックス状態となる。
【0150】
帰還回路５２は、磁気検出素子５０から出力される検出信号の位相を反転して増幅し、反転増幅した出力信号を巻線２１の一端２ａに供給する。すなわち、帰還回路５２は、測定電流Ｉｍによって作られた測定磁束を相殺するよう、磁気コア１０の第二磁気コア部１０ｂを励磁するための信号を巻線２１の一端２ａに供給する。
【0151】
これにより、磁気コア１０のうち巻線２１に巻かれた第二磁気コア部１０ｂには、測定電流Ｉｍによって作られた測定磁束と反対方向の磁束が生じる。このため、低周波帯域において磁気コア１０の第二磁気コア部１０ｂではゼロフラックス状態となる。
【0152】
複数の容量素子６０乃至６７は、直流から低周波帯域までの信号成分を遮断する受動素子である。
【0153】
容量素子６０は、直列接続された複数の抵抗素子１２の一端１ｄと複数の巻線部で構成される巻線１１の他端１ｂとの間を接続し、容量素子６１乃至６３は、それぞれ、複数の抵抗素子１２のうち互いに隣接する抵抗素子間の接続点と巻線１１のうちそれに対応する巻線部間の区分け点との間を接続する。区分け点は、容量素子の一端が接続される接続点に相当する。
【0154】
容量素子６４は、直列接続された複数の抵抗素子２２の一端２ｄと複数の巻線部で構成される巻線２１の一端２ａとの間を接続し、容量素子６５乃至６７は、それぞれ、複数の抵抗素子２２のうち互いに隣接する抵抗素子間の接続点と巻線２１のうちそれに対応する巻線部間の区分け点との間を接続する。
【0155】
すなわち、複数の抵抗素子１２のうち隣接する抵抗素子間の接続点と巻線１１の巻線部との間、及び、複数の抵抗素子１２のうち隣接する抵抗素子間の接続点と巻線２１の互いに隣接する巻線部間の接続点との間は、それぞれ、容量素子６１乃至６３，６５乃至６７を介して接続される。さらに、供給回路を構成する帰還回路５１及び５２の各出力端と当該各出力の接続先である抵抗素子の接続端（１ｂ及び２ａ）との間は、それぞれ、容量素子６０及び６４を介して接続される。
【0156】
このように、複数の容量素子６０乃至６７は、複数の抵抗素子１２のうち隣接する抵抗素子間の接続点と巻線１１，２１の互いに隣接する巻線部間の接続点との間、及び、供給回路の各出力端と当該各出力端に繋がる抵抗素子の接続端（１ｂ及び２ａ）との間に、それぞれ接続される。
【0157】
容量素子６０乃至６７により、帰還回路５１及び５２から巻線１１及び１２に出力される直流信号の一部が抵抗素子１２及び２２を通じて基準電位Ｇに戻ってしまうことを回避できる。
【0158】
このように、電流センサ１０４は、磁気検出素子５０と一対の帰還回路５１及び５２とを追加することにより、ゼロフラック方式で低周波帯域の電流を検出することが可能となる。
【0159】
なお、第五実施形態ではゼロフラックス方式による電流検出を行うために図２に示した電流センサ１００の構成に磁気検出素子５０を追加する例について説明したが、これに限らず、図８に示した電流センサ１０３の構成に磁気検出素子５０を追加してもよい。
【0160】
この場合、一対の帰還回路５１及び５２の代わりに、磁気検出素子５０の検出信号に基づいて上記の測定磁束と反対方向の磁束を励磁するための信号を図８に示した一対の巻線１１１及び１１２の他端１ｂ及び２ｂに供給する供給回路が追加される。
【0161】
続いて、第五実施形態による作用効果について説明する。
【0162】
第五実施形態の電流センサ１０４は、第一実施形態の電流センサ１０１と同等の構成を備えており、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、電流センサ１０４は、電流検出可能な高周波帯域の上限を高くすることができる。
【0163】
これに加え、電流センサ１０４は、磁気コア１０に発生する磁束を検出する磁気検出素子５０を備える。さらに電流センサ１０４は、磁気検出素子５０により検出される磁束に基づいて当該磁束を相殺するように磁気コア１０を励磁するための信号を一対の巻線１１及び２１に供給する供給回路として一対の帰還回路５１及び５２を備える。
【0164】
この構成によれば、ゼロフラックス方式での電流検出が可能になるので、低周波帯域の下限を直流まで低くすることができる。このため、電流センサ１０４の電流検出可能な低周波帯域の下限を低くしつつ、高周波帯域の上限を高くすることができる。
【0165】
（第六実施形態）
図１１は、第六実施形態の電流センサ１０５の構成を示す図である。
図１１は、第六実施形態の電流センサ１０５の構成を示す図である。
【0166】
【0167】
第六実施形態において、一対の巻線１１及び２１は、巻線１１の一端１ａから他端１ｂへの方向と、巻線２１の一端２ａから他端２ｂへの方向とが、磁気コア１０のトロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれ、かつ磁気コア１０のポロイダル方向において互いに逆方向になるように巻かれる。そして、戻り線２３の他端２ｃは、基準電位Ｇに接続されることなく巻線１１の他端１ｂに接続され、巻線２１の他端２ｂは、基準電位Ｇに接続される。
【0168】
このため、戻り線１３の他端１ｃから出力される信号は、巻線１１及び戻り線１３に生じる磁気と巻線２１及び戻り線２３に生じる磁気との差分を示す信号であり、電流センサ１０５の出力信号Ｖｏｕｔとして測定部２００に出力される。
【0169】
したがって、第六実施形態の電流センサ１０５は、第一実施形態において差分回路３０が配置されることによる作用効果を除いては、第一実施形態と同じ作用効果を奏する。特に、第六実施形態の電流センサ１０５は、戻り線２３の他端２ｃと巻線１１の他端１ｂとが接続される構成を採ることにより、巻線１１及び戻り線１３の出力と巻線２１及び戻り線２３の出力の差分として、巻線１１及び戻り線１３に生じる磁気と巻線２１及び戻り線２３に生じる磁気との差分を示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する。この構成により、電流センサ１０５は、電流検出可能な高周波帯域の上限を高くすることができる。
【0170】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0171】
上記実施形態では一対の巻線１１及び２１並びに一対の戻り線１３及び２３からなる一対の配線（１１及び１３、２１及び２３）が共に磁気コア１０の径方向において線対称に構成されているが、双方の寄生磁束を相殺するように構成されるものでもよい。すなわち、一対の巻線及び一対の戻り線は実質的に線対称に構成されるものであってもよい。
【0172】
上記実施形態では、巻線１１及び巻線２１によって磁気コア１０のトロイダル方向の全ての部分が巻かれる例について説明したが、これに限られず、巻線１１及び巻線２１が磁気コア１０のトロイダル方向の一部分に巻かれるものであってもよい。また、巻線１１及び巻線２１に加えて、同様の働きをする他の一つ又は複数の一対の巻線が磁気コア１０のトロイダル方向に巻かれるものであってもよい。
【0173】
例えば、上記実施形態では半円状の二つの巻線が対向するように磁気コア１０に巻かれる例について説明したが、これに限られず、磁気コア１０の半円部分を二等分するように一対の巻線が巻かれてもよい。
【0174】
上記実施形態では、一対の戻り線１３及び２３が磁気コア１０のトロイダル方向に沿って互いに逆方向に延在するような構成を採用したが、これに代えて、一対の戻り線１３及び２３が磁気コア１０のトロイダル方向に沿って互いに同一の向きに延在するような構成を採用してもよい。このような構成であっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0175】
１ 測定装置
１ａ、２ａ 巻線の一端、戻り線の一端
１ｂ、２ｂ 巻線の他端
１ｃ、２ｃ 戻り線の他端
１０ 磁気コア
１０ａ、１０ｂ 第一磁気コア部、第二磁気コア部（互いに異なる部分）
１１、２１、１１１、１１２ 巻線（第一巻線、第二巻線、一対の巻線）
１２、２２ 抵抗素子
１３、２３ 戻り線
１４、２４ 伝送路
１５、２５ 抵抗素子
３０、３０Ａ 差分回路
４０ インピーダンス調整回路
５０ 磁気検出素子
５１、５２ 帰還回路（供給回路）
６０～６７ 容量素子
１００～１０４ 電流センサ
２００ 測定部
Ｌｍ 測定対象
Ｉｍ 測定電流
１ａ、２ａ 巻線の一端、戻り線の一端
１ｂ、２ｂ 巻線の他端
１ｃ、２ｃ 戻り線の他端
１０ 磁気コア
１０ａ、１０ｂ 第一磁気コア部、第二磁気コア部（互いに異なる部分）
１１、２１、１１１、１１２ 巻線（第一巻線、第二巻線、一対の巻線）
１２、２２ 抵抗素子
１３、２３ 戻り線
１４、２４ 伝送路
１５、２５ 抵抗素子
３０、３０Ａ 差分回路
４０ インピーダンス調整回路
５０ 磁気検出素子
５１、５２ 帰還回路（供給回路）
６０～６７ 容量素子
１００～１０４ 電流センサ
２００ 測定部
Ｌｍ 測定対象
Ｉｍ 測定電流
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】