JP6339450B2

JP6339450B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP6339450B2
Application number: JP2014169830A
Authority: JP
Inventors: 克己片倉; 大雅松下; 龍三野田; 和顕松尾; 一則長友
Original assignee: Lintec Corp; CDN Corp
Current assignee: Lintec Corp; CDN Corp
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: JP2016045089A

Description

本発明は、電流センサに関する。

特許文献１には、強磁性体コアの磁気ギャップ内にホール素子等の半導体を挿入して、磁界の変化に応じた素子の出力で電流を検出する電流センサが記載されている。

実開昭６２−１９９６７７号公報

しかしながら、ホール素子は感度の温度依存性が大きい。このため、１００℃を超える環境温度であっても、安定して対象となる電流の検知が可能な電流センサが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い温度環境下で動作する電流センサを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電流センサは、導電性を有する磁性材料からなる検出部と、前記検出部に加わる磁界の変化に応じた前記検出部のインピーダンス成分に基づいて、前記検出部に近接配置されている電線に流れる電流の存在を検出する検出回路と、を含むことを特徴とする。

また、本発明において、前記磁性材料は軟磁性材料であることが好ましい。

また、本発明において、前記軟磁性材料は、少なくとも鉄を含む合金であることが好ましい。

また、本発明において、前記軟磁性材料は、さらにニッケルを含むＦｅＮｉ合金であることが好ましい。

また、本発明において、前記ＦｅＮｉ合金は、７０質量％以上のＮｉを含むことが好ましい。

また、本発明において、前記検出部の磁性材料は、前記電線に流れる電流の誘導磁界により、インピーダンスが変化していることが好ましい。

また、本発明において、前記検出回路は、前記検出部に第１周波数で印加される電流での前記検出部のインピーダンス成分と、第１周波数よりも高い周波数である第２周波数で前記検出部に印加される電流での前記検出部のインピーダンス成分との比率の変化に応じて前記電流の存在を検出することが好ましい。

本発明によれば、環境温度の影響を受けない電流センサを提供することができる。

図１は、実施形態１に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。図２は、実施形態１に係る電流センサが適用される電源システムを模式的に説明する説明図である。図３は、実施形態２に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。図４は、実施形態２に係る電流センサの検出部を説明するための説明図である。図５は、実施形態３に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。図６は、実施形態４に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。

以下、本発明に係る電流センサを実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。図２は、実施形態１に係る電流センサが適用される電源システムを模式的に説明する説明図である。図１に示すように、電線２の電流を検出する電流センサ１０は、検出部１と、検出回路３と、交流電源４と、報知回路５とを備える。

例えば、電流センサ１０は、図２に示す太陽光パネル２０とを備える電源システム１００は、電流センサ１０が出力する電線２を流れる直流電源を検出する。このため、検出部１と電線２とは、近接して近接配置される。太陽光パネル２０は、太陽光を直流電流２ｉに変換する発電デバイスである。

検出部１は、磁性材料の棒状、線状、板状、らせん状又は不定形状の部材である。

本実施形態の検出部１の材料は、軟磁性材料であり、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）とを含むＦｅＮｉ合金である。検出部１の材料は、７０質量％以上のＮｉを含むことが好ましく、７０質量％以上８５質量％以下のＮｉを含み、残部がＦｅであることがより好ましい。検出部１の材料は、７８質量％のＮｉを含み、残部がＦｅであることがより好ましい。Ｎｉを７０質量％以上８５質量％以下含むことで、検出部１は、高透磁率及び磁化特性に優れるようになる。ＦｅＮｉ合金は、銅（Ｃｕ）を０質量％以上６質量％以下、モリブテン（Ｍｏ）を０質量％以上６質量％以下含んでいてもよい。また、ＦｅＮｉ合金は、不可避の不純物を含んでもよく、軟磁性を示せば、他の元素を含んでいてもよい。軟磁性材料は、硬磁性材料よりも、外部から磁場を印加したときに磁場の方向に物質中の磁気双極子が容易に向く性質を有している。逆に、硬磁性材料、つまり永久磁石は、外部から磁場を印加したときに磁場の方向に物質中の磁気双極子が向きにくく、特定の方向に磁気双極子が揃ったままとなっているため、本実施形態の検出部１の材料は、軟磁性材料が好ましい。

本実施形態の検出部１の材料は、これに限られず、４２質量％以上４９質量％以下のＮｉを含み、残部がＦｅであるＦｅＮｉ合金であってもよい。また、本実施形態の検出部１の材料は、ＦｅＢＳｉ合金、ＦｅＣｏＢＳｉ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金であってもよい。

図１に示すように、電線２に直流電流２ｉが流れている場合、周囲に誘導磁界２ｍｆが発生する。電線２は、検出部１に近接配置され、軟磁性材料を磁気飽和させる磁界（誘導磁界２ｍｆ）を与えることができる。図３に示すように検出部１がコイル状の場合、検出部１Ａは、電線２の外周を巻回していることが好ましい。また、検出部１がコイル状の場合、コイル状の検出部１の一方の端に検出回路３が接続され、他方の端に発振回路４が接続されていてもよい。コイル状の検出部が閉回路になっている場合は、検出部１の任意の２カ所にそれぞれ検出回路３および発振回路４が接続されていてもよい。コイル状の検出部１のコイルの巻き数は１ターン以上あればよく、巻き数は問わない。

発振回路４は、周波数ｆの交流電流を検出部１に印加する。例えば発振回路４は交流電源などが例示でき、前記交流電源はトランスを含み、このトランスを介して電流を供給する。

検出回路３は、検出部１のインピーダンスの変化を検出できればよい。報知回路５は、検出回路３の出力や検出されたインピーダンスの変化に基づいて、光、音、電波の送信、表示媒体の表示、振動、およびこれらの組み合わせなどで、電線２に直流電流２ｉが流れている場合、又は直流電流２ｉが流れない場合を知らせることができる回路である。検出部１は例えばＲＦインピーダンスアナライザが例示できる。

ここで、発振回路４が検出部１に流す電流は、表皮効果の影響を受ける。検出部１の軟磁性材料の電気抵抗は、表皮深さｄが深いほど、小さくなる。検出部１の軟磁性材料の電気抵抗率をρ、交流電源４が検出部１に印加する電流の角周波数をω（＝２πｆ）、検出部１の絶対透磁率をμとすると、表皮深さｄは下記式（１）で求めることができる。

ｄ＝（２ρ／（ωμ））^１／２・・・（１）

電線２に直流電流２ｉが流れておらず、誘導磁界２ｍｆが発生していない、電流遮断の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和していない。検出部１の軟磁性材料は、絶対透磁率μが大きいので、上述した表皮深さｄは浅くなる。このため、検出部１に流れる交流電流の電流が小さく、検出部１のインピーダンス成分が大きくなる。この場合、検出回路３は、検出部１のインピーダンス成分が所定の閾値を超えているので、報知回路５へ出力する。報知回路５は、検出回路３の出力に基づいて、光、音、電波の送信、表示媒体の表示、振動、およびこれらの組み合わせなどで、電線２に直流電流２ｉが流れない状態を知らせる。

電線２に直流電流２ｉが流れており、誘導磁界２ｍｆが発生している、電流印加の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和しており、検出部１の絶対透磁率μが空気の透磁率（透磁率＝１）に近くなる。このため、電流遮断の場合に比較して、電線２に電流が印加されている場合、上述した表皮深さｄは深くなる。このため、検出部１に流れる交流電流の電流が増加し、検出部１のインピーダンス成分が小さくなる。この場合、検出回路３は、検出部１のインピーダンス成分が所定の閾値以下となり、報知回路５へ出力する。報知回路５は、検出回路３の出力に基づいて、光、音、電波の送信、表示媒体の表示、振動、およびこれらの組み合わせなどで、電線２に直流電流２ｉが流れている状態を知らせる。

以上説明したように、実施形態１の電流センサ１０は、軟磁性材料の検出部１と、検出部１に加わる磁界の変化に応じた検出部１のインピーダンス成分に基づいて、検出部１に近接配置されている電線２に流れる直流電流２ｉの存在を検出する検出回路３と、を備える。例えば、ＮｉＦｅ合金のキュリー点は３５０℃であり、１００℃を大きく超える環境温度で、所定の磁気特性を維持することができる。このため、実施形態１の電流センサ１０は、１００℃を超える環境温度であっても、安定して、電線２の直流電流２ｉの有無を検出することができる。例えば、電源システム１００は、太陽光パネルに太陽光を直射することが望ましいが、この場合、電源システム１００周辺の環境温度が高温となる。実施形態１の電流センサ１０は、１００℃以上の高温環境温度になっても動作するため、電源システム１００に用いられる電流センサとして好適である。

検出部１の軟磁性材料は、鉄とニッケルとを含むＦｅＮｉ合金であるため、磁化特性が高く、周波数ｆに対する周波数応答性を高くすることができる。

検出部１の軟磁性材料は、ＦｅＮｉ合金であって、ニッケルを７０質量％以上含む。これにより、絶対透磁率が高く、電線２に直流電流２ｉが流れていない状態と電線２に直流電流２ｉが流れている状態との表皮深さｄの変化の差分を大きくすることができる。

検出部１の軟磁性材料は、電線２に流れる直流電流２ｉの誘導磁界２ｍｆにより、磁気飽和している。このため、実施形態１の電流センサ１０は、電線２に近接して配置するだけで検出でき、配置の自由度がホール素子などよりも高い。

なお、交流電源４は、表皮効果の小さい周波数ｆよりも周波数の低い周波数と、上述した周波数ｆとを交互に検出部１へ印加し、検出回路３は、近接状態でのインピーダンス成分の比を検出してもよい。これにより、例えば、高温環境下で、検出部１が性能劣化する場合、インピーダンス成分の比率が変化するので、早期に交換するよう、検出回路３は、報知回路５へ出力することができる。

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。図４は、実施形態２に係る電流センサの検出部を説明するための説明図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態２の電流センサ１０は、交流電源４の代わりに、発信回路７と、アンテナ６とを備える。発信回路７は、周波数ｆで発振する信号ＲＷをアンテナ６を介して、距離Ｌにある検出部１Ａへ発信する。検出部１Ａは、上述した検出部１と同じ材料である。検出部１Ａは、コイル状であって、アンテナ６の信号ＲＷを受信可能な形状となっている。検出部１Ａは、電線２の外周を巻回している。より詳細には、図４に示すように、検出部１Ａと、電線２の外周との間には、絶縁性材料の筒部材８が介在しており、筒部材８の内部空間８ａを電線２が貫通するようになっている。これにより、検出部１Ａと、電線２との絶縁が確保される。

電線２に直流電流２ｉが流れておらず、誘導磁界２ｍｆが発生していない、電流遮断の場合、検出部１Ａの軟磁性材料は、磁気飽和していない。検出部１Ａの軟磁性材料は、絶対透磁率μが大きいので、上述した表皮深さｄは浅くなる。このため、検出部１のインピーダンス成分が大きく、検出部１Ａにおける信号ＲＷを受けた誘導電流の電流が小さくなる。この場合、検出回路３Ａは、検出部１Ａのインピーダンス成分に基づく電流が閾値より小さい信号（情報）を報知回路５へ出力する。報知回路５は、検出回路３Ａの出力に基づいて、光、音、電波の送信、表示媒体の表示、振動、およびこれらの組み合わせなどで、電線２に直流電流２ｉが流れない状態を知らせる。

電線２に直流電流２ｉが流れており、誘導磁界２ｍｆが発生している、電流印加の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和しており、検出部１Ａの絶対透磁率μが空気の透磁率１に近くなる。このため、電流遮断の場合に比較して、電線２に電流が印加されている場合、上述した表皮深さｄは深くなる。このため、検出部１のインピーダンス成分が小さく、検出部１Ａにおける信号ＲＷを受けた誘導電流の電流が増加する。この場合、検出回路３は、検出部１Ａのインピーダンス成分に基づく電流が閾値以上となる信号（情報）を報知回路５へ出力する。報知回路５は、検出回路３の出力に基づいて、光、音、電波の送信、表示媒体の表示、振動、およびこれらの組み合わせなどで、電線２に直流電流２ｉが流れている状態を知らせる。

以上説明したように、実施形態２の電流センサ１０は、軟磁性材料の検出部１Ａと、検出部１Ａに加わる磁界の変化に応じた検出部１Ａのインピーダンス成分に基づいて、検出部１Ａに近接配置されている電線２に流れる直流電流２ｉの存在を検出する検出回路３Ａと、を備える。例えば、ＮｉＦｅ合金のキュリー点は３５０℃であり、１００℃を大きく超える環境温度で、所定の磁気特性を維持することができる。このため、実施形態１の電流センサ１０は、１００℃を超える環境温度であっても、安定して、電線２の直流電流２ｉの有無を検出することができる。例えば、電源システム１００は、太陽光パネルを太陽光に直射することが望ましいが、この場合、電源システム１００周辺の環境温度が高温となる。実施形態１の電流センサ１０は、１００℃以上の高温環境温度になっても動作するため、電源システム１００に用いられる電流センサとして好適である。

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る電流センサを模式的に説明する説明図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態３の電流センサ１０は、レファレンス部材８と、検出部１とを並列配置しており、検出部１側に接続する接点１ａと、レファレンス部材８側に接続する接点８ａを選択して検出回路３へ接続する選択スイッチＳＷ１とを備えている。

レファレンス部材８は、磁界の影響を受けない、所定のインピーダンス成分を有する材料であり、例えばＭｎ_２Ｓｂである。選択スイッチＳＷ１は、検出部１側に接続する接点１ａと、レファレンス部材８側に接続する接点８ａとを交互に選択することで、電線２に直流電流２ｉが流れている状態でのインピーダンス成分の比率を求めることができる。これにより、例えば、高温環境下で、検出部１が性能劣化する場合、インピーダンス成分の比率が変化するので、早期に交換するよう、検出回路３は、報知回路５へ出力することができる。

（実施形態４）
図６は、実施形態４に係る電流センサ１０を模式的に説明する説明図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態４の電流センサは、発振回路４に代わり、発振回路４と発振回路４’を並列配置しており、検出回路３側に接続する接点３ａと、発振回路４側に接続する接点４ａおよび発振回路４’側に接続する接点４’ａとを切り替え可能に接続する選択スイッチＳＷ２とを備えている。

発振回路４は、第１周波数ｆ１で発振している。発振回路４’は、第２周波数ｆ２で発振している。周波数ｆ２は、周波数ｆ１よりも周波数が高い。上述したように、電線２に直流電流２ｉが流れている状態の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和しており、検出部１の絶対透磁率μが空気の透磁率（透磁率＝１）に近くなる。ここで、発振回路４が検出部１に流す電流は、表皮効果の影響を受けづらい。電線２に直流電流２ｉが流れていない場合に比較して、電線２に直流電流２ｉが流れている場合、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２における表皮深さは深くなる。

第１周波数ｆ１における表皮深さと第２周波数ｆ２における表皮深さとは、上述した式（１）で示したように検出部１に印加する電流の角周波数ωが異なるので、異なる表皮深さになる。発振回路４が印加した第１周波数ｆ１の電流では、検出部１の表皮効果が小さく（表皮深さが深い状態）、検出部１で電流が流れやすい。

発振回路４’が印加した第２周波数ｆ２の電流では、検出部１の表皮効果が大きく（表皮深さが浅い状態）、つまり第１周波数ｆ１の電流と比較して検出部１で電流が流れにくい。

選択スイッチＳＷ２は、図６に示す接点４ａおよび接点４’ａとを交互に選択することで、検出部１に与える周波数を第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２に切り替えることができる。よって、検出回路３は、発振回路４および発振回路４’をそれぞれを接続した場合の検出部１のインピーダンス成分を求めることができる。これにより、検出回路３は、電線２に直流電流２ｉが流れている状態において、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比を検出してもよい。

電線２に直流電流２ｉが流れていない状態の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和していない。検出部１の軟磁性材料は、絶対透磁率μが大きいので、上述した表皮深さｄは浅くなる。このため、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２における検出部１に流れる交流電流の電流は異なる。検出回路は、検出部１に第１周波数ｆ１で印加される電流での検出部１のインピーダンス成分と、第２周波数ｆ２で検出部１に印加される電流での検出部１のインピーダンス成分との比率が１：１とは異なる比率として検出する。この場合、検出回路３は、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲を超えているので、報知回路５へは出力しない。

電線２に直流電流２ｉが流れている状態の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和しており、検出部１の絶対透磁率μが空気の透磁率１に近くなる。このため、電線２に直流電流２ｉが流れていない状態の場合に比べ、電線２に直流電流２ｉが流れている状態の場合、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２における検出部１に流れる交流電流の表皮深さｄは共に深くなる。その結果、検出回路は、検出部１に第１周波数ｆ１で印加される電流での検出部１のインピーダンス成分と、第２周波数ｆ２で検出部１に印加される電流での検出部１のインピーダンス成分との比率が１：１に近い比率として検出する。この場合、検出回路３は、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲の場合、報知回路５へ出力する。なお、検出回路３は、第２周波数ｆ２に対する第１周波数ｆ１の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲の場合、報知回路５へ出力するようにしてもよい。報知回路５は、検出回路３の出力に基づいて、光、音、電波の送信などで、電線２に直流電流２ｉが流れている状態になったことを知らせる。以上説明したように、また、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率で検知を行えば、検出部１の劣化の影響を低減させ、実施形態４に係る電流センサは、長期に安定して使用することができる。

また、検出回路３は、電線２に直流電流２ｉが流れている状態において、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比を検出することで、実施形態４に係る電流センサのメンテナンス時期を認知することができる。例えば、高温環境下で、検出部１が性能劣化する場合、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率が変化する。このため、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率が所定の閾値を超えた場合、検出部１を早期に交換するよう、検出回路３は、報知回路５へ出力することができる。

（実施形態５）
実施形態５に係る電流センサは、図１で示す実施形態１と同様に、検出部１と、検出回路３と、発振回路４とを備える。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態５に係る電流センサは、発振回路４が複数の周波数を選択的に発振することができる。例えば、発振回路４は、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２を交互に発振することができる。周波数ｆ１は、表皮効果が小さく検出部１のインピーダンスが低く電流が流れる周波数である。周波数ｆ２は、表皮効果が周波数ｆ１と比較して大きく、検出部１でのインピーダンスが高く電流が流れない周波数である。周波数ｆ２は、周波数ｆ１よりも周波数が高い。

以上説明したように、実施形態５に係る電流センサは、上述した実施形態４の発振回路４’を省略しても検出部１のインピーダンス成分を検出回路３により求めることができる。

実施形態５に係る電流センサは、電線２に直流電流２ｉが流れていない状態の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和していない。検出部１の軟磁性材料は、絶対透磁率μが大きいので、上述した表皮深さｄは浅くなる。このため、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２における検出部１に流れる交流電流の電流は異なる。検出回路３は、検出部１に第１周波数ｆ１で印加される電流での検出部１のインピーダンス成分と、第２周波数ｆ２で検出部１に印加される電流での検出部１のインピーダンス成分との比率が１：１とは異なる比率として検出する。この場合、検出回路３は、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲を超えているので、報知回路５へは出力しない。

電線２に直流電流２ｉが流れている状態の場合、検出部１の軟磁性材料は、磁気飽和しており、検出部１の絶対透磁率μが空気の透磁率１に近くなる。このため、電線２に直流電流２ｉが流れていない状態の場合に比べ、電線２に直流電流２ｉが流れている状態の場合、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２における検出部１に流れる交流電流の表皮深さｄは共に深くなる。その結果、検出回路は、検出部１に第１周波数ｆ１で印加される電流での検出部１のインピーダンス成分と、第２周波数ｆ２で検出部１に印加される電流での検出部１のインピーダンス成分との比率が１：１に近い比率として検出する。この場合、検出回路３は、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲の場合、報知回路５へ出力する。なお、検出回路３は、第２周波数ｆ２に対する第１周波数ｆ１の検出部１のインピーダンス成分の比率が所定の範囲の場合、報知回路５へ出力するようにしてもよい。報知回路５は、検出回路３の出力に基づいて、光、音、電波の送信などで、電線２に直流電流２ｉが流れている状態になったことを知らせる。以上説明したように、また、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率で検知を行えば、検出部１の劣化の影響を低減させ、実施形態５に係る電流センサは、長期に安定して使用することができる。

また、検出回路３は、電線２に直流電流２ｉが流れている状態において、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比を検出することで、実施形態５に係る電流センサのメンテナンス時期を認知することができる。例えば、高温環境下で、検出部１が性能劣化する場合、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率が変化する。このため、第１周波数ｆ１に対する第２周波数ｆ２のインピーダンス成分の比率が所定の閾値を超えた場合、検出部１を早期に交換するよう、検出回路３は、報知回路５へ出力することができる。

（評価例）
次に、上述した実施形態１の評価例を実施例１から実施例５により具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例によって、何ら限定されるものではない。絶対透磁率は、比透磁率と真空の透磁率（４π×１０^−７Ｈ／ｍ）との積で求めることができる。

実施例１の検出部の材料として、直径９０μｍのワイヤー状のＦｅ_７９Ｂ_１６Ｓｉ_５をコイル状に巻回したものを用意して、磁石を近づけた。電線２に流れる直流電流２ｉに流れてない状態を模擬した磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）では、周波数１３．５４ＭＨｚの交流電流に対するインピーダンス成分Ｚは、３．９６Ωであった。電線２に流れる直流電流２ｉに流れている状態を模擬した磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、周波数１３．５４ＭＨｚの交流電流に対するインピーダンス成分Ｚは、３．１６Ωであった。磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が２０％あった。

実施例２の検出部の材料として、直径９０μｍのワイヤー状のＦｅ_６７Ｃｏ_１８Ｂ_１４Ｓｉ_１をコイル状に巻回したものを用意して、磁石を近づけた。電線２に流れる直流電流２ｉに流れてない状態を模擬した磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）では、周波数１３．５４ＭＨｚの交流電流に対するインピーダンス成分Ｚは、３．４６Ωであった。電線２に流れる直流電流２ｉに流れている状態を模擬した磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、周波数１３．５４ＭＨｚの交流電流に対するインピーダンス成分Ｚは、２．８８Ωであった。磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が１７％あった。

実施例３の検出部の材料として、直径９０μｍのワイヤー状のＦｅ_２２Ｎｉ_７８をコイル状に巻回したものを用意して、磁石を近づけた。電線２に流れる直流電流２ｉに流れてない状態を模擬した磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）では、１３．５４ＭＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、１００Ωであった。電線２に流れる直流電流２ｉに流れている状態を模擬した磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、１３．５４ＭＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、７２Ωであった。磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表１では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が２８％あった。以上の実施例を表１として記載する。以上の実施例１から実施例３を表１として記載する。

実施例４の検出部の材料として、直径９０μｍのワイヤー状のＦｅ_７９Ｂ_１６Ｓｉ_５をコイル状に巻回したものを用意して、磁石を近づけた。電線２に流れる直流電流２ｉに流れてない状態を模擬した磁石が無い状態（表２では磁石無と表記）では、２０８ｋＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、１．５Ωであった。電線２に流れる直流電流２ｉに流れている状態を模擬した磁石を近づけた状態（表２では磁石有と表記）では、２０８ｋＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、１．４Ωであった。磁石が無い状態（表２では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表２では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が７％あった。実施例５は、Ｆｅ_２２Ｎｉ_７８を用意して、磁石を近づけ磁石が無い状態（表１では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表２では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が５２％であった。

実施例５の検出部の材料として、直径９０μｍのワイヤー状のＦｅ_２２Ｎｉ_７８をコイル状に巻回したものを用意して、磁石を近づけた。電線２に流れる直流電流２ｉに流れてない状態を模擬した磁石が無い状態（表２では磁石無と表記）では、２０８ｋＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、２７Ωであった。電線２に流れる直流電流２ｉに流れている状態を模擬した磁石を近づけた状態（表２では磁石有と表記）では、２０８ｋＨｚでの交流に対するインピーダンス成分Ｚは、１３Ωであった。磁石が無い状態（表２では磁石無と表記）と磁石を近づけた状態（表２では磁石有と表記）では、インピーダンス成分の変化率が５２％あった。以上の実施例４から実施例５を表２として記載する。

以上説明したように、ＦｅＮｉ合金は、広い環境温度で動作する電流センサとして好適であることが分かった。

１、１Ａ検出部
２電線
２ｉ直流電流
２ｍｆ誘導磁界
３検出回路
３Ａ検出回路
４交流電源
５報知回路
６アンテナ
７発信回路
８筒部材
８ａ内部空間
１０電流センサ
２０太陽光パネル
１００電源システム

Claims

導電性を有する磁性材料からなる検出部と、
前記検出部に加わる磁界の変化に応じた前記検出部のインピーダンス成分に基づいて、前記検出部に近接配置されている電線に流れる電流の存在を検出する検出回路と、
を含み、
前記検出回路は、前記検出部に第１周波数で印加される電流での前記検出部のインピーダンス成分と、第１周波数よりも高い周波数である第２周波数で前記検出部に印加される電流での前記検出部のインピーダンス成分との比率の変化に応じて前記電流の存在を検出することを特徴とする電流センサ。
前記磁性材料は軟磁性材料であることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記軟磁性材料は、少なくとも鉄を含む合金であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記軟磁性材料は、さらにニッケルを含むＦｅＮｉ合金であることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
前記ＦｅＮｉ合金は、７０質量％以上のＮｉを含むことを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
前記検出部の磁性材料は、前記電線に流れる電流の誘導磁界により、インピーダンスが変化していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電流センサ。