[发明专利]直流电流传感器

说明书

本发明涉及一种在直流漏电断路开关之类装置中所使用的直流电流传感器，特别是涉及一种具有相对简单结构和对微弱电流变化有良好检测能力的非常通用的直流电流传感器，该传感器能够很简单地安装敷设到所要检测的导线，实现稳定检测。

近些年来，随着利用直流电流的设备，例如变换器、电力车辆等电气装置增加，对于为了控制而需要检测装在各种设备中的直流电动机负载的传感器以及用在直流漏电断路开关之类装置中使用的直流电流传感器的需要增强了。

当在交流漏电断路开关之类装置中使用电流传感器时，应用电流传感器是广为熟知的。

然而，这种结构方案并不能在上述直流设备中使用的漏电断路开关中采用，因此，按常规方式熟知的分流电阻法、磁放大器法、磁多谐振荡器法(公开号为Sho 47-1644、Sho 53-31176、Sho 59-46859的日本专利申请)、霍尔器件之类已经研究投入实用。

分流电阻法是检测串联在所要检测的连接导线回路中分流电阻两对端处产生的电位差的一种方法。

在磁放大器法和磁多谐振荡器法中，使用绕有螺线形检测线圈的、由软磁材料制成的铁芯，在其中所要检测的连接导线延伸穿过该铁芯，在饱和磁通密度(Bs)范围以内，使软磁材料制的铁芯产生直流磁偏移，这种偏移由流经所要检测的连接导线的直流电流造成，借此使通过在绕在铁芯上的线圈加入交流电流所产生的交流磁通预先沿正方向和负方向达到饱和，在某一时刻产生不平衡，以便由检测线圈检测该变化。然而磁放大器法是这样构成的，为了预先在铁芯中产生磁通变化，一个激磁线圈绕在铁芯上，提供具有预定值的交流电流，磁多谐振荡器法是这样构成的，通过一个连接到检测线圈的回路中的半导体器件和类似器件产生自激振荡，响应于所要检测的用于振荡的电流，振荡波形的占空比产生变化。

此外，霍尔元件法是这样构成的，所要检测的连接导线按螺旋线形直接绕在由软磁材料制成的铁芯上，在其上局部地形成一个用于配置霍尔器件的气隙部分，利用霍尔器件直接检测铁芯中的磁通变化，该磁通变化响应于流经所要检测的连接导线的直流电流的变化。

然而，由上述方法制成的直流电流传感器由于如下的原因响应直流漏电断路开关之类装置的微弱电流变化是困难的，在目前它们实际上并没有作为灵敏的直流电流传感器使用。

即在分流电阻法中，由于分流电阻本身作为一个电阻配置在包含所要检测的连接导线的回路中，引起电路中电损耗增加，使电效率变差。

同样，由于用于检测电阻两对端处产生的电位差的检测回路直接与所要检测的连接导线相连，该检测回路和所要检测的连接导线实现电气绝缘是困难的，例如，检测回路和诸如微机控制回路之类的附加电路不能直接连接，导制通用性不佳。

除了这个缺点以外，两个分流电阻还必须配置在所要检测的连接导线的回路中，以便在漏电断路开关中采用分流电阻法，事实上，要使各个分流电阻的特性一致是困难的，因此精确测量电位差是不可能实现的。

此外，为了通过比较由连接到各自分流电阻上的检测回路所测量的电位差来检测微小的漏电，必须经过非常复杂的电路来连接各个检测回路，因此，难于提供一种非常实用的直流电流传感器。

在磁放大器法和磁多谐振荡器法之中，尽管检测回路和所要检测的连接导线可以是电气绝缘的，如前所述，由软磁材料制成的铁芯必须要用流经所要检测的连接导线的直流电流来产生磁偏移，以便使饱和状态接近饱和磁通密度(Bs)。当使用公知的软磁材料例如坡莫合金作铁芯时，并且例如流经所要检测的连接导线的电流约为几十毫安时，所要检测的连接导线必须绕软磁材料铁芯几十到几百匝或更多，因此，对原本要求待测的连接导线一匝贯穿的漏电断路开关之类装置来说，使用该直流电流传感器是困难的。

此外，在霍尔器件法中，检测能力必然由霍尔器件的特性决定，当使用目前所知的霍尔器件时，例如流经待测的连接导线的电流大约为几十毫安，待测的连接导线在软磁材料铁芯上必须绕几百到几千匝，因此，与磁放大器法和磁多谐振荡器法相似，对要求待测连接导线单匝贯穿的漏电断路开关之类的装置来说，作为直流电流传感器使用是困难的。

本发明的目的是提供一种灵敏的直流电流传感器，它解决了上述难题，并具有相对简单的结构和良好的检测能力，适用于直流漏电断路开关之类装置，特别是对微弱电流变化的检测。

具体说，本发明的另一目的是提供一种通用的直流电流传感器，对待测的连接导线安装非常简单。