JPH0723751Y2

JPH0723751Y2 - 電流センサ

Info

Publication number: JPH0723751Y2
Application number: JP4848290U
Authority: JP
Inventors: 士郎中川; 敦子土田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2005-05-09
Also published as: JPH048978U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、電流センサに関し、更に詳しくいえば、各種
電源の過電流検出用、モータコントロール用、バッテリ
の充電器、計測器、DC電源のブレーカ用など、多くの分
野で使用され、特に、被検出電流経路（導体）と電流検
出回路（センサ側）との間を絶縁した状態（非接触）
で、直流の大電流が検出できるようにした電流センサに
関する。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の電流センサを示した図であり、図中、
１はコア、２はホール素子、３は導体、４は信号処理回
路、OUTは出力端子、Ｉは被検出電流、Ｈは磁界を示
す。

従来、被検出電流の流れる導体と、電流検出回路（セン
サ側）との間を電気的に絶縁した状態で、直流電流を検
出する電流センサとしては、例えば第５図に示したよう
なものが知られている。

この電流センサは、導体３の周囲にコア１を設け、該コ
ア１の一部に設けたギャップ内にホール素子２を配置
し、このホール素子２に信号処理回路４を接続したもの
である。

このようにすると、導体３に被検出電流Ｉが図示方向に
流れると、その周囲には図示矢印方向に磁界Ｈが発生す
る。

この時、コア１には、上記被検出電流Ｉに応じた磁束が
通り、ホール素子２により変換される。

ホール素子２により変換された信号は、信号処理回路４
で処理された後、出力端子OUTからセンサ出力を得る。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のような従来のものにおいては次のような欠点があ
った。

（１）ホール素子は温度特性が悪いため（温度ドリフト
が大）、温度補償回路が複雑となる。従って、電流セン
サが高価となる。

（２）直流電圧を処理するため、信号処理回路のドリフ
トが大きい。

（３）ホール素子は、リニアリティの悪い特性であり、
センサ出力のリニアリティも悪い。

本考案は、このような従来の欠点を解消し、直流の大電
流を高精度で検出できるようにすると共に、安価で、し
かも安定したセンサ出力が得られるようにすることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、上記の目的を達成するため、次のようにした
ものである。

（１）センサコイルをそれぞれトランジスタのコレクタ
負荷とした無安定マルチバイブレータを備え、上記セン
サコイルに、被検出電流による磁界を与えた際の、上記
トランジスタに流れる電流変化を検出することにより、
直流電流を非接触で検出する電流センサにおいて、上記センサコイルとして、フェライトコア入りコイルを
用いると共に、該フェライトコア入りコイルにバイアス
磁界を与えるバイアス用マグネットを設け、このバイア
ス用マグネットを、上記の被検出電流による磁界と、バ
イアス用マグネットによる磁界が、一方のフェライトコ
ア入りコイルでは同方向となるように、また他方のフェ
ライトコア入りコイルでは逆方向となるような極性で配
置した。

（２）上記（１）記載の電流センサにおいて、フェライ
トコア入りコイルに、それぞれバイアス用マグネットを
固着した。

（３）上記（１）記載の電流センサにおいて、バイアス用マグネットの磁束をフェライトコア入りコイ
ルへ導くためのバイアス用コアを、バイアス用マグネッ
ト及びフェライトコア入りコイルを取り囲むように設
け、上記バイアス用コアにより、磁気シールドを行った。

〔作用〕

本考案は上記のようにしたので、次のような作用があ
る。

（１）被検知電流が流れると、その周辺部には磁界が発
生する。この磁界は、一方のフェライトコア入りコイル
でバイアス用マグネットによる磁界と同方向となり、他
方のフェライトコア入りコイルで、バイアス用マグネッ
トによる磁界と逆方向になる。

このためフェライトコア入りコイルのインダクタンス
は、一方で小さくなり、他方で大きくなる。その結果、
無安定マルチバイブレータの一方のトランジスタではコ
レクタ電流が大きくなり、他方のトランジスタでコレク
タ電流が小さくなる。しかも、このコレクタ電流は、被
検出電流の大きさに応じて変化する。

従って、このコレクタ電流の変化を取り出すことによ
り、電流の検出ができる。このようにすると、被検出電
流が極めて大きな直流電流であっても、容易に高精度で
検出できる。

（２）また、フェライトコア入りコイルにバイアス用マ
グネットを固着した場合にも、フェライトコア入りコイ
ルには、上記（１）と同じ極性のバイアス用磁界を与え
るようにする。

そして、被検出電流の変化を、フェライトコア入りコイ
ルのインダクタンス変化とし、このインダクタンス変化
をトランジスタのコレクタ電流の変化とした後、センサ
出力を得る。

この場合は、バイアス用マグネットとフェライトコア入
りマグネットが最も接近して配置されるから、効率よく
バイアス磁界が与えられる。また、実装スペースを有効
利用できる。

（３）バイアス用コアを設けた場合には、バイアス用マ
グネットからの磁束がバイアス用コア内を通る。このた
め、外部への漏洩磁束がほとんど無くなる。

また、外部磁界が発生すると、この磁界による磁束がバ
イアス用コア内を通るため、フェライトコア入りコイル
や、バイアス用マグネットには影響を与えない。従っ
て、外部の磁界（ノイズ成分）に対して安定した動作が
可能となる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本考案の１実施例の電流センサを示した図で
あり、図中、10はコア、11は導体、12は無安定マルチバ
イブレータ、13は比較回路、、LPF₁及びLPF₂はローパス
フィルタ、L₁、L₂はフェライトコア入りコイル（センサ
コイル）、M₁、M₂はバイアス用マグネット、C₁〜C₄はコ
ンデンサ、R₁〜R₈は抵抗、OPはオペアンプ、OUTは出力
端子、Ｈは磁界、Ｉは被検出電流、Vcは電源電圧、T
r₁、Tr₂はトランジスタを示す。

無安定マルチバイブレータ12は、トランジスタTr₁、T
r₂、コンデンサC₁、C₂、抵抗R₁、R₂、センサコイルとし
てのフェライトコア入りコイルL₁、L₂（市販の小型固定
コイル）、バイアス用マグネットM₁、M₂で構成され、ロ
ーパスフィルタLPF₁は抵抗R₃とコンデンサC₃で構成さ
れ、ローパスフィルタLPF₂は、抵抗R₄とコンデンサC₄で
構成される。

また、比較回路13は、オペアンプOP₁と抵抗R₅〜R₈で構
成される。

コア10は、コの字形に形成されており、導体11を取り囲
むように配置される。このコア10の解放端側は、フェラ
イトコア入りコイルL₁及びL₂に近接して配置され、バイ
アス用マグネットM₁及びM₂もフェライトコア入りコイル
L₂、L₂に近接して配置されるが、この場合、被検出電流
Ｉによって発生する磁界Ｈと、バイアス用マグネット
M₁、M₂による磁界とは、一方のフェライトコア入りコイ
ルで同方向、他方のフェライトコア入りコイルで逆方向
となる極性で配置する。

例えば図示のように被検出電流Ｉが流れると、磁界Ｈは
図示方向となる（磁束はコア10内を通る）。

この時、バイアス用マグネットM₁、M₂を、互いにフェラ
イトコア入りコイルL₁、L₂側がＮ極となるように配置す
ると、フェライトコア入りコイルL₁では同方向の磁場が
加わり、フェライトコア入りコイルL₂では逆方向の磁場
が加わることになる。なお、バイアス用マグネットの向
きを上記と逆方向にするか、または被検出電流の向きを
逆にすれば、フェライトコア入りコイルL₁で逆方向の磁
場が加わり、フェライトコア入りコイルL₂で同方向の磁
場が加わる。

上記のセンサコイルとしてのフェライトコア入りコイル
L₁及びL₂は、無安定マルチバイブレータ12を構成するト
ランジスタTr₁、Tr₂のコレクタ負荷として挿入されてお
り、上記のような磁界が加わることにより、その磁気特
性が変化し、そのインダクタンスが一方で小さくなり、
他方で大きくなる。

このようなインダクタンスの変化を利用してトランジス
タのコレクタ電流を変化させ、被検出電流を検出する。

ローパスフィルタLPF₁、LPF₂は、それぞれ抵抗R₃とコン
デンサC₃、抵抗R₄とコンデンサC₄で構成されるが、これ
らの抵抗R₃、R₄は、トランジスタTr₁、Tr₂に流れる電流
を制限するのに必要な抵抗値に選定すると共に、コンデ
ンサC₃、C₄は、無安定マルチバイブレータ12の発振周波
数に対して十分低インピーダンスであり、かつ被検出電
流Ｉの変化に対しては十分高インピーダンスとなるよう
な値に選定する。このようにして、ローパスフィルタLP
F₁、LPF₂は、トランジスタTr₁、Tr₂のエミッタ抵抗と、
出力側に接続すべきローパスフィルタを兼用している。

その結果、無安定マルチバイブレータ12の駆動周波数成
分は、ローパスフィルタLPF₁、LPF₂で除去されると共
に、被検出電流成分については、コンデンサC₃、C₄が十
分大きなインピーダンスとなっているから比較回路13へ
送られる。この場合、ローパスフィルタLPF₁、LPF₂の出
力（トランジスタTr₁、Tr₂のエミッタ出力）には、大き
な電圧が生じるから、この電圧を比較回路13に入力して
比較する。

次に、上記実施例の動作を説明する。

導体11に被検出電流Ｉ（直流）が図示の方向で流れたと
すると、導体11の周囲には磁界Ｈが図示矢印方向に発生
する。この磁界Ｈと、バイアス用マグネットM₁、M₂によ
る磁界とがフェライトコア入りコイルL₁、L₂に加わる。

この時、バイアス用マグネットM₁、M₂の極性をフェライ
トコア入りコイルL₁、L₂側がＮ極となるように配置して
いると、フェライトコア入りコイルL₁では同一方向の磁
界が加わり、フェライトコア入りコイルL₂では逆方向の
磁界が加わる。

その結果、フェライトコア入りコイルL₁のインダクタン
スは小さくなり、フェライトコア入りコイルL₂のインダ
クタンスは大きくなる。

この変化により、トランジスタTr₁のコレクタ電流が大
きくなり、トランジスタTr₂のコレクタ電流が小さくな
る。この電流の変化は、ローパスフィルタLPF₁、LPF₂の
抵抗R₃、R₄で電圧の変化に変換した後、比較回路13に入
力して比較しセンサ出力を得る。

この場合、比較回路13のオペアンプOPには、ローパスフ
ィルタLPF₁の出力とローパスフィルタLPF₂の出力を図示
極性で入力し、両者の電圧比較を行い、出力端子OUTか
ら検出信号センサ出力）を取り出す。

このように、被検出電流Ｉの変化は、フェライトコア入
りコイルL₁、L₂のインダクタンスの変化となり、この変
化は、トランジスタTr₁、Tr₂のコレクタ電流の変化とな
り、更に、比較回路13の入力電圧の変化となる。従っ
て、比較回路の比較出力を取り出せば、被検出電流の検
出信号（センサ出力）が得られる。

第２図は第２実施例の電流センサを示した図であり、図
中、第１図と同符号は同一のものを示す。この実施例
は、バイアス用マグネットM₁、M₂の配置を変えた例であ
る。上記のフェライトコア入りコイルL₁、L₂は、市販の
小型固定コイルを使用するが、このコイルは、フェライ
トコアの周囲にコイルを巻き、全体を樹脂モールドして
ある。

そこで、フェライトコア入りコイルL₁、L₂の樹脂モール
ド体に、バイアス用マグネット（フェライトマグネッ
ト）を貼り付け等により固着したものである。このよう
にすると、バイアス用マグネットとフェライトコア入り
コイルが一体的に配置できる。したがって、この例で
は、バイアス用マグネットの磁界の有効利用と、実装時
のスペースの有効利用ができ、電流センサの小型化が可
能となる。

第３図は、第３実施例の電流センサを示した図であり、
図中、第１図と同符号は同一のものを示す。また、BCは
バイアス用コアを示す。

この実施例は、第１実施例の電流センサに、バイアス用
マグネットの磁路となるバイアス用コアBCを設けたもの
である。

バイアス用コアBCは、鉄板等の磁性体から成り、例えば
コの字状のものを用いる。このバイアス用コアBCは、バ
イアス用マグネットM₁、M₂と接するようにするか、また
は貼り付けて配置すると共に、フェライトコア入りコイ
ルL₁、L₂を取り囲み、更にコの字状のコア10の一部（開
放端側）を外側から取り囲むようにして配置する。

このようにすると、バイアス用マグネットの磁路として
作用するだけでなく、外部磁界（ノイズ成分）がフェラ
イトコア入りコイルL₁、L₂やバイアス用マグネットに及
ぼす悪影響を防止できる。

また、バイアス用マグネットM₁、M₂が外部の回路等に影
響を与えないように磁気シールドをするものである。

第４図は、上記実施例の電流センサを用いて測定した実
測データ例であり、図の横軸は被測定電流（Ａ）、縦軸
はセンサ出力（Ｖ）を示す。

この実測データは、直流電流を、数Ａの小電流から、10
0Aを超える大電流まで、広範囲にわたって変化させた際
のセンサ出力電圧の変化を読み取ったものである。

図示のように、小電流から大電流までの広範囲にわた
り、センサ出力のリニアリティは極めて良好となってい
る。

なお、バイアス用マグネットM₁、M₂による磁界を、50〜
500Oeに選ぶことにより、上記のような良好なリニアリ
ティが得られる（例えば１％以内）。

以上実施例について説明したが、本考案は上記の例に限
らず次のようにしても実施可能である。

（１）無安定マルチバイブレータを構成するトランジス
タは、バイポーラ型トランジスタに限らず、電界効果型
トランジスタ等でもよい。

（２）比較回路は、上記実施例の回路に限らず、他の回
路（例えばオペアンプを用いない回路）でもよい。ま
た、比較回路を用いなくても、無安定マルチバイブレー
タのトランジスタに流れる電流変化を取り出せる回路な
らば他の回路を用いてもよい。

（３）バイアス用マグネットは、フェライトマグネット
に限らず、他のマグネットを用いてもよい。このマグネ
ットは、フェライトコア入りコイルにバイアス用磁界を
与えるマグネットならばどのようなものでも使用可能で
ある。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば次のような効果が
ある。

（１）フェライトコア入りコイルとして、市販の小型固
定コイルを用いることができ、極めて安価にできる。

（２）センサ出力のリニアリティが極めて良好である。

（３）被検出電流経路（導体）と、電流検出回路（セン
サ側）との間が絶縁された状態（非接触）で直流の大電
流（例えば100A程度）が検出できる。

（４）温度特性が優れている。

（５）バイアス用マグネットをフェライトコア入りコイ
ルに固着した場合には、より一層小型化が可能となる。
……（請求項２に対応）（６）バイアス用コアを設けた場合には、外部磁界（ノ
イズ部分）に対して安定した動作ができる。……（請求
項３に対応）

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の電流センサを示した図、第２図は第２実施例の電流センサを示した図、第３図は第３実施例の電流センサを示した図、第４図は実施例の実測データ例、第５図は従来の電流センサを示した図である。 10…コア 11…導体 12…無安定マルチバイブレータ 13…比較回路 L₁、L₂…フェライトノコア入りコイル M₁、M₂…バイアス用マグネット Tr₁、Tr₂…トランジスタ C₁〜C₄…コンデンサ R₁〜R₈…抵抗 OP…オペアンプ OUT…出力端子 LPF₁、LPF₂…ローパスフィルタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０３Ｋ 3/30 Ｄ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】センサコイルをそれぞれトランジスタ（Tr
₁、Tr₂）のコレクタ負荷とした無安定マルチバイブレー
タを備え、上記センサコイルに、被検出電流による磁界を与えた際
の、上記トランジスタに流れる電流の変化を検出するこ
とにより、直流電流を非接触で検出する電流センサにお
いて、上記センサコイルとして、フェライトコア入りコイル
（L₁、L₂）を用いると共に、該フェライトコア入りコイ
ル（L₁、L₂）にバイアス磁界を与えるバイアス用マグネ
ット（M₁、M₂）を設け、このバイアス用マグネットを、上記の被検出電流による
磁界と、バイアス用マグネットによる磁界が、一方のフ
ェライトコア入りコイルでは同方向となるように、また
他方のフェライトコア入りコイルでは逆方向となるよう
な極性で配置したことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】上記請求項１記載の電流センサにおいて、フェライトコア入りコイル（L₁、L₂）に、それぞれバイ
アス用マグネット（M₁、M₂）を固着したことを特徴とす
る電流センサ。
【請求項３】上記請求項１記載の電流センサにおいて、バイアス用マグネット（M₁、M₂）の磁束を、フェライト
コア入りコイル（L₁、L₂）へ導くためのバイアス用コア
（BC）を、上記バイアス用マグネット及びフェライトコア入りコイ
ルを取り囲むように設け、上記バイアス用コアにより、磁気シールドを行ったこと
を特徴とする電流センサ。