磁桥型电流传感器及磁桥型电流检测方法、以及用于该传感器与检测方法的磁桥技术

本发明专利技术以提供一种能够实现至少１００μＡ区域的灵敏度和８０ｄＢ的动态范围，且构造简洁的电流传感器和电流检测方法为课题，将用于解决该课题的电流传感器的构成设为包括：具有两端的１个中肢磁路１；分别与上述中肢磁路１的一端和另一端连接的２个外肢磁路２ａ、２ｂ；配设在上述外肢磁路２ａ上的励磁装置３ａ以及配设在上述外肢磁路２ｂ上的励磁装置３ｂ；配设在上述中肢磁路１上的磁通检测装置４；分别驱动上述励磁装置３ａ、３ｂ的励磁驱动装置７；以及与上述磁通检测装置４连接、输出与被该磁通检测装置４所检测出的被检测磁通连动的电信号的检测电路８。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在交流电流中如众所周知的CT(Current Transformer电流互感器)那样，不用与被检测导线相连接而直接在绝缘状态下测定电流的电流传感器，特别是涉及对于频率特性而言还可测定直流，对于电流值而言可测定100μA区域的微小电流的电流传感器。另外，本专利技术还涉及用于上述电流传感器以及电流检测方法的磁桥(磁気ブリツジ)。
技术介绍
众所周知的CT具有可直接在与被检测导线绝缘的状态下进行测定的优点，但不能使用在直流及其附近的频率的交流电流，以及直流与交流重叠的脉动电流(脈流電流)上。因此，作为取代CT的绝缘型的直流电传感器，提出了霍尔元件型、磁放大器型、磁多谐振荡器型、磁通反转时间差型(磁束反転時間差型)(例如，参照特开平10-10161号、特开平10-332745号)、磁路断续型(磁路斩波型磁路チヨツピング型)(例如，参照特开2000-55940号)等。霍尔元件型，设定为在贯通被检测导线的磁芯的一部分上形成缺口(间隙ギヤツプ)，在该缺口中具备霍尔元件，根据该霍尔元件的电气特性值的变化来检测流过被检测导线的电流值。所谓磁放大器型和磁多谐振荡器型，就是用交流电将磁芯预先励磁到饱和磁通密度附近，利用通过用非直流电流使其磁场偏移而产生的交变磁通的达到饱和的时间差，检测流过被检测导线的电流值。以上的3种类型，适合于被检测导线的匝数(缠绕数)每1匝(圈)的电流灵敏度在数A或其以上的情况，但不能测定数mA的电流。另一方面，磁通翻转时间差型，设定为在贯通被检测导线的磁芯上，通入超过保持力的三角波状的励磁电流，对磁芯的磁通从朝向一方向之后到翻转至另一方向的时间、和从朝向另一方向之后到翻转至一方向的时间，从而检测被检测导线的直流电流。即便在其中，在进行反馈的类型(参照上述专利文献2)中，因为利用多个磁芯，存在多个缠绕在单一的磁芯上的线圈及跨及多个磁芯而缠绕在其上的线圈等，所以构造复杂，且制品间的性能的均一性有所欠缺。另外，在不进行反馈的类型(参照上述特开平10-10161号)中，被检测导线的缠绕匝数每1匝的电流灵敏度为100mA左右，且动态范围小。磁路断续型，按照时间序列断续地进行以与被检测导线产生的磁通呈垂直方向的磁通使贯通有被检测导线的磁芯的一部分饱和、使磁芯的磁阻增大的动作。即，通过使被检测导线产生的直流磁通断续、交流磁通化，从而来测定直流磁通的值、即流经被检测导线中的直流电流的值。采用的基本原理与人们所熟知的斩波放大器(チヨツパ一アンプ)相同。这种类型，若连同磁芯的形状一起与其它的类型相比较，则极其复杂。除此以外，还有称作饱和型(克雷默型)、零磁通型的种类，但都是用于检测大电流的，对于数mA区域的测定都很困难。如以上所述，在直流电流传感器的以往的技术中，存在着如下的现状，即，被检测导线的卷绕匝数每1匝的电流灵敏度较差，而相对地灵敏度较好的，构造就极其复杂。另外，近年来环境保护已成为社会问题，太阳能发电、燃料电池等直流电流的重要性提高，可以预见电动汽车、混合动力车等对使用了二次电池(蓄电池)的直流电力设备的需要会不断增大。另外从节省能源的角度出发，在以往的使用分流电阻器的领域中，优选为几乎完全没有能量消耗的由磁场进行的电流检测。进而，在高压电子管等中所使用的直流高压电路中，虽然有电流与电压高出的程度相应地减小的倾向，但在这样的电路中较好的是大多都能够以绝缘状态测定高压电路的电流。但是，在以往的技术中，没有能够具有与上述要求相对应的灵敏度和动态范围，且能够廉价地加以制造而普及常用的电流传感器及电流检测方法。
技术实现思路
以解决上述问题为目的而完成的与本专利技术电流传感器有关的第一项申请的专利技术的构成，特征在于包括具有两端的1个中肢磁路(中脚磁気回路)1；分别与上述中肢磁路1的一端和另一端连接的2个外肢磁路(外脚磁気回路)2a、2b；配设在上述外肢磁路2a上的励磁装置3a以及配设在上述外肢磁路2b上的励磁装置3b；配设在上述中肢磁路1上的磁通检测装置4；分别驱动上述励磁装置3a和上述励磁装置3b的励磁驱动装置7；以及与上述磁通检测装置4连接、输出与被该磁通检测装置4所检测出的被检测磁通连动的电信号的检测电路8。并且，与本专利技术电流传感器有关的第二项申请的专利技术的构成，特征在于，在第一方案的专利技术的构成基础上，具有将导线缠绕配置在中肢磁路1及外肢磁路2a和外肢磁路2b的至少其任意一个上而成的平衡复原线圈5；根据从检测电路8输出的电信号，以使被上述磁通检测装置4所检测出的被检测磁通减少的方式控制流入上述平衡复原线圈5中的平衡复原电流的平衡复原电流控制电路9；以及测定输出上述平衡复原电流的检测值输出电路10。其次，作为本专利技术电流检测方法之一的第三项申请的专利技术的构成，特征在于，通过由励磁装置3a产生要流入中肢磁路1中的作为交变磁通的第一励磁磁通，并且，由励磁装置3b产生要流入中肢磁路1中的作为交变磁通的第二励磁磁通，且是大小与第一励磁磁通相同、磁通的方向与第一励磁磁通相反的励磁磁通，从而呈现出磁力平衡状态(磁平衡状态)，使被检测导线6贯通由外肢磁路2a和中肢磁路1包围而形成的窗部以及由外肢磁路2b和中肢磁路1包围而形成的窗部的至少其任意一方的窗部，通过使被检测电流流入被检测导线6而使外肢磁路2a及外肢磁路2b的磁阻变化，通过上述磁阻的变化破坏上述磁力平衡状态从而呈现出磁力非平衡状态(磁非平衡状态)，由输出与由磁通检测装置4所检测到的被检测磁通连动的电信号的检测电路8，检测由于呈现出上述磁力非平衡状态而在中肢磁路1上产生的磁通，由此来检测在被检测导线6中流动的被检测电流。另外，作为本专利技术电流检测方法之一的第四项申请的专利技术的构成，特征在于，通过由励磁装置3a产生要流入中肢磁路1中的作为交变磁通的第一励磁磁通，并且，由励磁装置3b产生要流入中肢磁路1中的作为交变磁通的第二励磁磁通，且是大小与第一励磁磁通相同、磁通的方向与第一励磁磁通相反的励磁磁通，从而呈现出磁力平衡状态，使被检测导线6贯通由外肢磁路2a和中肢磁路1包围而形成的窗部以及由外肢磁路2b和中肢磁路1包围而形成的窗部的至少其任意一方的窗部，通过使被检测电流流入被检测导线6而使外肢磁路2a及外肢磁路2b的磁阻变化，通过上述磁阻的变化破坏上述磁力平衡状态从而呈现出磁力非平衡状态，在外肢磁路2a及外肢磁路2b的磁阻发生了变化的状态下，使作为产生与由于使被检测导线6通过而在卷绕有被检测导线6的磁路上产生的磁通大小相同且与上述磁通方向相反的磁通的电流的平衡复原电流，流入贯通与贯通有被检测导线6的窗部相同的窗部地卷绕成的平衡复原线圈5中，通过使平衡复原电流流入平衡复原线圈5中，使在外肢磁路2a及外肢磁路2b的磁阻发生了变化的状态下在中肢磁路1上产生的磁通减少而呈现出磁力再平衡状态(磁再平衡状态)，通过在处于磁力再平衡状态时检测在平衡复原线圈5中流动的平衡复原电流来检测在被检测导线6中流动的被检测电流。附图说明图1是在本专利技术的磁桥型电流传感器(以下称为本专利技术电流传感器)中没设置平衡复原线圈的例子的要部立体图。图2是在本专利技术电流传感器中设有平衡复原线圈的例子的要部立体图。图3是流通有被检测电流时的本专利技术电流传感器的各部的波形图，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流传感器，其特征在于包括：具有两端的１个中肢磁路１；分别与上述中肢磁路１的一端和另一端连接的２个外肢磁路２ａ、２ｂ；配设在上述外肢磁路２ａ上的励磁装置３ａ以及配设在上述外肢磁路２ｂ上的励磁装置３ｂ；配设在上述中肢磁路１上的磁通检测装置４；分别驱动上述励磁装置３ａ和上述励磁装置３ｂ的励磁驱动装置７；以及与上述磁通检测装置４连接、输出与被该磁通检测装置４所检测出的被检测磁通连动的电信号的检测电路８。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：忠津孝，
申请(专利权)人：株式会社埃尔博特，
类型：发明
国别省市：JP[日本]