JP2005055326A - 導体電流測定方法及び導体電流測定用磁界センサ。 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気インピーダンス効果を利用して磁界を検出する方法により導体電流に基づく磁界を導***置の多少のずれやノイズ磁界の影響を排除して高精度で検出し、導体電流の高精度の測定を可能にする。
【解決手段】磁気インピーダンス効果を利用して導体周囲の導体電流に基づく磁界を検出してその導体電流を測定する場合、導体を囲む円周上に磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４を円周ｃの中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片１１，１３（１２，１４）の方向を同一方向とするように複数箇配設し、これらの磁気インピーダンス効果エレメント片の直列接続により磁気インピーダンス効果エレメントを構成し、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に配設した負帰還用コイル片６１〜６４の直列接続により負帰還用コイルを構成する。
【選択図】図３-１

Description

本発明は導体電流を磁界検出により測定する方法及びその測定に使用する磁界センサに関するものである。

アモルファス合金ワイヤとして、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されている。
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μ_θは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μ_θが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
而して、この変動現象が磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（変調波）で変調される現象ということができる。

更に、上記通電電流の周波数がＭＨｚオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμ_θ）^１／２（μ_θは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμ_θにより変化し、このμ_θが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。
而して、この変動現象が磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（変調波）で変調される現象ということができる。

そこで、この磁気インピーダンス効果エレメントを利用した被検出磁界検出法（例えば、特許文献１参照）及び磁気インダクタンス効果を使用した被検出磁界検出方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開平７−１８１２３９号公報 特開平６−２８３３４４号公報

導体電流Ｉの測定方法として、周囲空間の磁界強度Ｈを検出することによりその導体電流Ｉを測定することが周知されている。すなわち、導体を囲む任意の閉曲線ｃのある点の磁界強度をＨ、閉曲線のある点での微小長さをΔｌ、導体電流をＩとすると、アンペアの周回路の法則により

∫cＨdl＝Ｉ

が成立し、導体中心を中心とする半径ｒの閉曲線（円周）に沿っての磁界強さＨは

Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）

で与えられ、、磁界強さＨを計測すればこの式から導体電流Ｉを求めることができる。
そこで、この磁界強さＨを磁気インピーダンス効果磁界検出法により検出して上記導体電流Ｉを測定することが提案されている。

しかしながら、磁気インピーダンス効果アモルファスワイヤと導体との間の距離が上記ｒに対しずれたり、磁気インピーダンス効果アモルファスワイヤの軸方向が上記円周の接線からずれたりして測定誤差が発生し易いという不都合がある。
そこで、導体の周りに環状磁芯からなる導磁路を設け、この導磁路の途中に空隙を設け、この空隙内に磁気インピーダンス効果エレメントを配設することが考えられている。この場合、導体が環状磁芯の中心からずれて環状磁芯に対し磁界分布が変化しても、環状磁芯を通る磁束がその磁芯の強い導磁性のために元の状態に保持されようとし、導***置が多少ずれても、環状磁芯途中の空隙の磁束、すなわち磁気インピーダンス効果エレメントを通る磁束を充分に一定にでき、磁界強度も充分に一定にできる。従って、導体の位置のずれによる導体電流測定誤差をよく抑えることができる。
しかしながら、環状磁芯にその強い導磁性のために地磁気等のノイズ磁界が通り、ノイズ磁界の影響が避けられない。

本発明の目的は、磁気インピーダンス効果を利用して磁界を検出する方法により導体電流に基づく磁界を導***置の多少のずれやノイズ磁界の影響を排除して高精度で検出し、導体電流の高精度の測定を可能にすることにある。

請求項１に係る導体電流測定方法は、磁気インピーダンス効果エレメントをバイアス磁界をかけながら励磁電流により励起し、磁気インピーダンス効果エレメントに作用する被検出磁界による磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出し、磁気インピーダンス効果エレメント近傍に配設した負帰還用コイルに前記被検出量に基づく負帰還信号を負帰還させて出力−被検出磁界特性を直線化すると共に前記バイアス磁界により極性判別可能にする磁界検出方法により導体周囲の導体電流に基づく磁界を検出してその導体電流を測定する電流測定法であり、前記導体を囲む円周上に磁気インピーダンス効果エレメント片を円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向とするように複数箇配設し、これらの磁気インピーダンス効果エレメント片の直列接続により前記の磁気インピーダンス効果エレメントを構成し、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に配設した負帰還用コイル片の直列接続により前記の負帰還用コイルを構成することを特徴とする。

請求項２に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項１の導体電流測定方法において使用する磁界センサであり、導体挿通用孔を有する基板の孔を囲む円周上に複数箇の磁気インピーダンス効果エレメント片が円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に負帰還用コイル片が配設され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍にバイアス磁界用コイル片が配設され、前記の磁気インピーダンス効果エレメント片及び負帰還用コイル片がそれぞれ直列に接続され、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする。

請求項３に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項１の導体電流測定方法において使用する磁界センサであり、磁気インピーダンス効果エレメント片が基板片の片面に配設され、基板片の他面にバイアス磁界用コイル片及負帰還用コイル片が巻装されてなる磁気インピーダンス効果ユニットが導体挿通用孔を有する基板の孔を囲む円周上に複数箇、円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、前記磁気インピーダンス効果ユニットの磁気インピーダンス効果エレメント片及び負帰還用コイル片がそれぞれ直列に接続され、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする。

請求項４に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項３の導体電流測定用磁界センサにおいて、磁気インピーダンス効果エレメント片が基板片の片面に配設され、基板片の他面に前記磁気インピーダンス効果エレメント片とでループ磁気回路を構成するように鉄芯が配設され、該鉄芯にバイアス磁界用コイル片及負帰還用コイル片が巻装されてなる磁気インピーダンス効果ユニットが使用されていることを特徴とする。

請求項５に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項２〜４の導体電流測定用磁界センサにおいて、バイアス磁界用コイル片が直列に接続されていることを特徴とする。

請求項６に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項１記載の導体電流測定方法において使用する磁界センサであり、導体挿通用孔を有する基板のその孔を囲む円周上に複数箇の磁気インピーダンス効果エレメント片が円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍にコイル片が配設され、前記の磁気インピーダンス効果エレメント片及びコイル片がそれぞれ直列に接続され、この直列接続コイル片に直流バイアス信号と負帰還信号の重畳信号を入力させるための演算回路が負帰還回路に設けられ、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする。

請求項７に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項２〜６何れかの導体電流測定用磁界センサ磁気インピーダンス効果エレメント片の箇数が３個以上とされていることを特徴とする。

請求項８に係る導体電流測定用磁界センサは、請求項２〜６何れかの導体電流測定用磁界センサにおいて磁気インピーダンス効果エレメント片の箇数が４個以上の偶数箇とされていることを特徴とする。

磁気インピーダンス効果を利用する磁界検出法により導体電流に基づく磁界を検出して導体電流を測定する場合、導***置に多少のずれが生じても測定誤差を充分に軽減でき、また地磁気等のノイズ磁界による測定誤差もよく排除できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明において使用する磁界検出法を示す回路図であり、磁気インピーダンス効果エレメント１に高周波励磁電流を加えるための高周波電源２と、磁気インピーダンス効果エレメント１と、磁気インピーダンス効果エレメント１の軸方向に加わる被検出磁界（変調波）Ｈで前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する復調回路３と、復調波を増幅する増幅回路４と、出力端５と、負帰還用コイル６と、バイアス磁界用コイル７等から構成されている。
磁気インピーダンス効果エレメントには、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等を使用できる。

磁気インピーダンス効果エレメント１においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と被検出磁界による軸方向磁束との合成により、円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれされるために、周方向透磁率μ_θが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μ_θの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、被検出磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμ_θの減少度は被検出磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は、図２の（イ）のように被検出磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。この被検出磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、高感度の測定が困難である。そこで、図１の負帰還用コイル６で負帰還をかけて図２の（ロ）に示すように特性を直線化している。図２の（ロ）において、Δｗは、負帰還無しのときの利得Ａが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まる範囲である。しかし、この出力特性では、被検出磁界の極性判別を行ない得ないので、図１のバイアス用コイル７でバイアス磁界をかけ、図２の（ハ）に示すように極性判別可能としている。すなわち、図２の（ロ）の特性を、バイアス磁界によりｘ軸のマイナス方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲−Ｈmax〜＋Ｈmaxを単斜め線領域の範囲内に納めている。更に、図２の（ニ）に示すように０点調整により原点を通る直線特性としている。従って、図２の（ニ）において被検出磁界を＋Ｈeとすると出力が＋Ｅoとなり、被検出磁界を−Ｈeとすると出力が−Ｅoとなって被検出磁界を極性判別のもとで正確に測定できる。

図３−１は請求項１に係る導体電流測定方法に使用する磁界センサ、すなわち請求項２に係る導体電流測定用磁界センサを示し、図３−２はその導体電流測定用磁界センサの回路図を示している。
図３−１において、８１は導体挿通孔８２を有する基板例えばセラミックス基板、８２１は導体挿通孔８２に対する切欠き部である。１１〜１４は孔８２を囲む円周ｃ上に配設した磁気インピーダンス効果エレメント片であり、図３−２に示すように直列に接続してある。これらの磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４の軸方向は円周ｃの接線方向に向けられており、従って、円周ｃの一方向（左周り方向または右巻き方向と）と同一方向とされ、円周ｃの中心を挾んで対向する対を磁気インピーダンス効果エレメント片１１，１３（１２，１４）は互いに平行である。
図３−１及び図３−２において、２は高周波励磁電源回路、３は復調回路、４は増幅回路、５は出力端である。６１〜６４は各磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４の近傍に配設された負帰還用コイル片であり、図３−２に示すように直列に接続してある。７１〜７４は各磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４の近傍に配設されたバイアス磁界用コイル片であり、図３−２に示す例では＋Ｖcc電源に対し直列に接続してあるが、＋Ｖcc電源に対し並列に接続することも可能である。

図３−１において、９は基板８１の導体挿通用孔８２に切欠き部８２１を経て挿通した直線導体であり、導体電流により発生する磁界Ｈの方向は、その導体電流の正負に応じ前記した円周の左回り方向または右回り方向に一致する。
而るに、図３−１、図３−２において全磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４の向きを円周ｃの一方向に一致させてこれらの磁気インピーダンス効果エレメント片を直列に接続してあり、図３−１における導体電流磁界Ｈを記入した図３−２からも明らかなように、各磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４に導体電流発生磁界Ｈが同一の方向で作用することになる。この磁界Ｈに対する直列接続された全磁気インピーダンス効果エレメント片全体の出力は磁気インピーダンス効果エレメント片の長さの総計にほぼ比例し、その長さをｗとすると、長さｗの磁気インピーダンス効果エレメントに磁界Ｈが作用するときの出力にほぼ一致し、かかる磁気インピーダンス効果エレメントの図２の（ニ）に示すような極性判別可能の直線出力特性を予め求めておくことにより、その出力を容易に検出することができ、前記円周ｃの半径をｒとすれば、

Ｉ＝２πｒＨ

から、導体電流Ｉを測定できる。
この場合、図３−１において、磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４が配設された円周ｃの周回路の相当部分が導磁率の高いアモルファス磁性体で占められているので、その周回路の導磁性が充分に高く、導体９の位置ずれにより磁界分布が変化しても、高導磁性周回路を通る磁束が元のままに保持されようとし、その結果導体の位置ずれによる出力の変度をよく抑えることができるから、導体の位置ずれによる導体電流の測定誤差を充分に軽減でき、導体電流を充分に高精度で測定できる。

また、図３−１に示すように、ノイズ磁界Ｈ’に対し、円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片１１，１３（１２，１４）の軸心を通るノイズ磁界成分Ｈ_１’，Ｈ_３’（Ｈ_２’，Ｈ_４’）が磁気インピーダンス効果エレメント片１１，１３（１２，１４）の軸方向に対し逆方向であり、しかも磁気インピーダンス効果エレメント片１１，１３（１２，１４）の軸心のノイズ磁界Ｈ’に対する角度が等しいために、Ｈ_１’とＨ_３’（Ｈ_２’とＨ_４’）とは大きさが等しい逆符号の被検出磁界となり〔±Ｈ_１３（±Ｈ_２４）となり〕、その出力は図２の（ニ）において、±Ｅ’_１３（±Ｅ’_２４）となり極性判別可能な出力特性のために、その出力が互いに打ち消されてしまい、出力されない。従って、ノイズ磁界の影響を排除して導体電流を充分に高い精度で測定できる。

本発明において、磁気インピーダンス効果エレメント片の箇数は（円周中心を挾む対）×ｎ、すなわち偶数箇とすることが望ましい。
奇数箇の場合、すなわ〔（円周中心を挾む対）×ｎ＋１〕箇の場合、〔（円周中心を挾む対）×ｎ＋１〕箇中の１箇分の磁気インピーダンス効果エレメント片の軸方向に作用するノイズ磁界成分に対する出力が現れるだけであり、奇数箇の場合でも、ｎが大きいときは充分に有効である。

本発明において、円周上への磁気インピーダンス効果エレメント片の配設間隔は、前記した導磁環芯による磁界の安定保持のために等間隔とすること、または及び可及的に狭い間隔とすることが有効である。
本発明において、磁気インピーダンス効果エレメント片の直列接続とは、これら磁気インピーダンス効果エレメント片の出力の和を得るように接続するものであればよく、例えばこれら磁気インピーダンス効果エレメント片の出力を検出インピーダンスに集め、検出インピーダンス電圧を取出すための検出端を設ける構成とすることもできる。

本発明においては、磁気インピーダンス効果エレメント片と負帰還用コイル片とバイアス磁界用コイル片とをユニット化し、センサ本体部の小型化を図ることが好ましい。
図４の（イ）は本発明において使用される磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図４の（ロ）は同じく底面図、図４の（ハ）は図４の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図４において、１００は基板片であり、例えばセラミックス板を使用できる。１０１は基板片１００の片面に設けた電極であり、エレメント片接続用突部１０２を備えている。この電極は導電ペースト、例えば、銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１ｘは電極１０１、１０１の突部１０２，１０２間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果エレメント片であり、前記した零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。１０３はＣ形鉄芯、６ｘはＣ形鉄芯１０３に巻装した負帰還磁界発生用コイル片、７ｘは同じくバイアス磁界用コイル片（何れにも、通常、銅線に絶縁塗料を塗り付けてなるマグネットワイヤが使用される）であり、磁気インピーダンス効果エレメント片１ｘとＣ形鉄芯１０３とでループ磁気回路を構成するように、Ｃ形鉄芯１０３の両端を基板片１００の他面に接着剤等で固定してある。
記鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。

上記において、Ｃ形鉄芯の長さをｌ_ａ、断面積をＳ_ａ、透磁率をμ_ａとすれば、Ｃ形鉄芯の磁気抵抗Ｒ_ａは

Ｒ_ａ＝ｌ_ａ／（Ｓ_ａμ_ａ）

で与えられ、また、磁気回路の構成部分となる磁気インピーダンス効果エレメント片部分の長さをｌ_ｂ、断面積をＳ_ｂ、透磁率をμ_ｂとすれば、磁気インピーダンス効果エレメント片部分の磁気抵抗Ｒ_ｂは

Ｒ_ｂ＝ｌ_ｂ／（Ｓ_ｂμ_ｂ）

で与えられ、更に、Ｃ形鉄芯両端と磁気インピーダンス効果エレメント片との間の磁気抵抗をＲ_ｃとすると、磁気回路の磁気抵抗Ｒ_ｍは

Ｒ_ｍ＝Ｒ_ａ＋Ｒ_ｂ＋Ｒ_ｃ

で与えられ、従って、負帰還磁界発生用コイルの自己インダクタンスＬ_１は、そのコイル巻数をＮ_１として

Ｌ_１＝Ｎ_１ ^２／Ｒ_ｍ

で与えられ、バイアス磁界用コイル片の自己インダクタンスＬ_２は、そのコイル巻数をＮ_２として

Ｌ_２＝Ｎ_２ ^２／Ｒ_ｍ

で与えられる。
而るに、前記基板片１００の厚みが薄くＲ_ｃを小さくでき、また、Ｃ形鉄芯の脚部の高さを巻線の直径よりやや高くする程度にとどめてＣ形鉄芯の長さを短くできるから、前記磁気回路の磁気抵抗Ｒ_ｍを充分に低くでき、それだけ各コイルの巻数Ｎを少なくできる結果、コイル自体も小型化できる。
この磁気インピーダンス効果ユニットを用いて請求項４に係る導体電流測定用磁界センサを構成するには、図５に示すように上記の磁気インピーダンス効果ユニットＵ_１〜Ｕ_４が導体挿通用孔８２を有する基板８１の８２孔を囲む円周上に複数箇、円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、前記磁気インピーダンス効果ユニットＵ_１〜Ｕ_４の磁気インピーダンス効果エレメント片及び負帰還用コイル片がそれぞれ直列に接続され、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路２が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための復調回路３や増幅回路４が搭載され、前記と同様にして直列接続の負帰還用コイル片を経て負帰還がかけられ、バイアス磁界用コイルによりバイアス磁界がかけられ、図２の（ニ）に示すような極性判別可能な直線出力が得られるように調整される。
この磁気インピーダンス効果ユニットの基板への搭載にあたっては、磁気インピーダンス効果エレメント片の機械的保護のために、ユニットの磁気インピーダンス効果エレメント片側を基板に向け、ユニット基板片を基板に接着剤で固定することが望ましい。
図５における、導体電流磁界Ｈに対する磁気インピーダンス効果ユニットの磁気抵抗Ｒwは、Ｃ形鉄芯の磁気抵抗をＲ_ａ、磁気インピーダンス効果エレメント片部分の磁気抵抗をＲ_ｂとして

Ｒw＝Ｒ_ａＲ_ｂ／（Ｒ_ａ＋Ｒ_ｂ）

で与えられ、磁気インピーダンス効果エレメント片単体の磁気抵抗Ｒ_ｂに較べて低できるから、周回路ｃの導磁性を更に高くでき、被検出磁界Ｈの分布状態の一層の安定化による導体電流の測定精度のアップを図ることができる。

磁気インピーダンス効果ユニットの他の例としては、絶縁基礎板片の片面に磁気インピーダンス効果エレメント片を配設し、絶縁基礎板片の他面に負帰還用コイル片及びバイアス磁界用コイル片を印刷により設けたものを挙げることができる。

本発明において、高周波励磁電流としては例えば連続正弦波、パスル波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＭＯＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。

本発明において、復調回路としては例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
上記の実施例では、被変調波の復調によって被検出量を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果エレメントに作用する被検出磁界による磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出し得るもので適宜の回路構成を使用できる。

上記の実施例では、負帰還用コイルとバイアス磁界用コイルとを別体としているが、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に単一のコイル片を配設し、図６に示すように、磁気インピーダンス効果エレメント片１１〜１４を直列に接続し、前記した各単一のコイル片６７１〜６７４を直列に接続し、直流バイアス信号と負帰還信号の重畳信号を演算回路Ｑにより直列接続のコイル６７１〜６７４に送入して、前記した図２の（ニ）に示すような極性判別可能な直線出力特性を得ることもできる。
図６の例では、出力より反転入力端子に負帰還をかけた演算増幅器(負帰還路挿入インピーダンスＺ_２、入力側挿入インピーダンスＺ_１)を使用しており、直列接続コイルに挿入した抵抗をＲ、直列接続コイルの巻数をＮ、長さをＬ、復調増幅部Ｂの利得をＡ、被検出磁界をＨex、出力をＥoutとすると、

Ａ≫Ｚ_１ＲＬ／（Ｚ_２Ｎ）

のもとで

Ｅout＝ＲＬＺ_１Ｈex／（ＮＺ_２）＋ＶccＺ_１Ｒ／〔Ｚ_２（Ｚ_２＋Ｒ）〕

が成立し、この出力特性は緒定数（Ｚ_１，Ｚ_２，抵抗Ｒ，コイル巻数Ｎ等）の調整によりｘ軸の±方向にシフトさせることができ、その調整により極性判別可能な斜め直線部を最大被検出磁界の範囲±Ｈmax内に位置させることが可能となり、更にｙ軸方向の０点調整により図に示すような極性判別可能な直線性の出力特性を得ることができる。

磁気インピーダンス効果エレメントの磁界検出感度が高いから微弱磁界の高感度検出による微弱電流の高精度測定が可能となる。

本発明において使用する磁界測定法を示すための回路図である。 本発明において使用する磁界測定法の出力特性を示す図面である。 請求項２に係る導体電流測定用磁界センサの実施例を示す図面である。 図３-１の導体電流測定用磁界センサの回路図である。 請求項３に係る導体電流測定用磁界センサに使用する磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す図面である。 請求項３に係る導体電流測定用磁界センサの実施例を示す図面である。 請求項５に係る導体電流測定用磁界センサの実施例の回路図を示す図面である。

符号の説明

１１〜１４ 磁気インピダンス効果エレメント片
２ 高周波励磁電流源
３ 復調回路
４ 増幅回路
６１〜６４ 負帰還用コイル片
７１〜７４ バイアス磁界用コイル片
８１ 基板
８２ 導体挿通用孔
９ 導体

Claims (8)

1. 磁気インピーダンス効果エレメントをバイアス磁界をかけながら励磁電流により励起し、磁気インピーダンス効果エレメントに作用する被検出磁界による磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出し、磁気インピーダンス効果エレメント近傍に配設した負帰還用コイルに前記被検出量に基づく負帰還信号を負帰還させて出力−被検出磁界特性を直線化すると共に前記バイアス磁界により極性判別可能にする磁界検出方法により導体周囲の導体電流に基づく磁界を検出してその導体電流を測定する電流測定法であり、前記導体を囲む円周上に磁気インピーダンス効果エレメント片を円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向とするように複数箇配設し、これらの磁気インピーダンス効果エレメント片の直列接続により前記の磁気インピーダンス効果エレメントを構成し、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に配設した負帰還用コイル片の直列接続により前記の負帰還用コイルを構成することを特徴とする導体電流測定方法。
2. 請求項１記載の導体電流測定方法において使用する磁界検出センサであり、導体挿通用孔を有する基板のその孔を囲む円周上に複数箇の磁気インピーダンス効果エレメント片が円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍に負帰還用コイル片が配設され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍にバイアス磁界用コイル片が配設され、前記の磁気インピーダンス効果エレメント片及び負帰還用コイル片がそれぞれ直列に接続され、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする導体電流測定用磁界センサ。
3. 請求項１記載の導体電流測定方法において使用する磁界センサであり、磁気インピーダンス効果エレメント片が基板片の片面に配設され、基板片の他面にバイアス磁界用コイル片及負帰還用コイル片が配設されてなる磁気インピーダンス効果ユニットが導体挿通用孔を有する基板の孔を囲む円周上に複数箇、円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、前記磁気インピーダンス効果ユニットの磁気インピーダンス効果エレメント片及び負帰還用コイル片がそれぞれ直列に接続され、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする導体電流測定用磁界センサ。
4. 磁気インピーダンス効果エレメント片が基板片の片面に配設され、基板片の他面に前記磁気インピーダンス効果エレメント片とで磁気回路を構成するように鉄芯が配設され、該鉄芯にバイアス磁界用コイル片及負帰還用コイル片が巻装されてなる磁気インピーダンス効果ユニットが使用されていることを特徴とする請求項３記載の導体電流測定用磁界センサ。
5. バイアス磁界用コイル片が直列に接続されていることを特徴とする請求項２〜４何れか記載の導体電流測定用磁界センサ。
6. 請求項１記載の導体電流測定方法において使用する磁界センサであり、導体挿通用孔を有する基板のその孔を囲む円周上に複数箇の磁気インピーダンス効果エレメント片が円周中心を挾む対の磁気インピーダンス効果エレメント片の感磁方向を同一方向として搭載され、各磁気インピーダンス効果エレメント片の近傍にコイル片が配設され、前記の磁気インピーダンス効果エレメント片及びコイル片がそれぞれ直列に接続され、この直列接続コイル片に直流バイアス信号と負帰還信号の重畳信号を入力させるための演算回路が負帰還回路に設けられ、直列接続の磁気インピーダンス効果エレメント片に対する励磁電流源回路が搭載され、磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出すための検出回路が搭載されていることを特徴とする導体電流測定用磁界センサ。
7. 磁気インピーダンス効果エレメント片の箇数が３個以上とされていることを特徴とする請求項２〜６何れか記載の導体電流測定用磁界センサ。
8. 磁気インピーダンス効果エレメント片の箇数が４個以上の偶数とされていることを特徴とする請求項２〜６何れか記載の導体電流測定用磁界センサ。

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