| 【発明の名称】 |
電圧センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】尾▲崎▼ 登
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| 【要約】 |
【課題】検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比を大きくして、検出精度を大幅に向上させる。
【解決手段】検出電圧判定回路４によって入力端子２、３に入力された検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に基づいて、検出電圧選択信号を生成して、ドロッパ抵抗回路５を構成する各接点１７のいずれか１つを閉状態にし、ドロッパ抵抗網１９の抵抗値を検出電圧選択信号で指定された値に保持しながら、検出電圧を検出電流に変換して、これを１次コイル８に供給し、ゼロ磁束法で、１次コイル８によって生成された１次磁束の大きさを測定して、測定結果を出力端子１５から出力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入力された検出電圧に基づいて磁気コア内に１次磁束を生成する１次コイルと、前記磁気コア内に２次磁束を生成する２次コイルと、前記１次磁束と２次磁束との差に応じた磁束検出信号を生成する磁電変換素子と、前記磁束検出信号を零にする補償電流を生成して前記２次コイルに供給する補償電流生成回路とを備え、前記補償電流の大きさを調整し、前記１次磁束と２次磁束とをバランスさせることによって、前記検出電圧の大きさを検出する電圧センサにおいて、前記検出電圧が入力される入力端子と、前記１次コイルとの間に配設され、複数の抵抗値を有するとともに、前記入力端子から入力された検出電圧をその大きさに応じた抵抗値により検出電流に変換して前記１次コイルに供給するドロッパ抵抗回路を備えたことを特徴とする電圧センサ。
【請求項２】 請求項１に記載の電圧センサにおいて、前記入力端子に入力された前記検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に基づき、前記ドロッパ抵抗回路に対してその抵抗値の選択指示をする検出電圧判定回路を備えたことを特徴とする電圧センサ。
【請求項３】 請求項１に記載の電圧センサにおいて、センサ外部から入力された指示信号に対応する抵抗値を選択して前記ドロッパ抵抗回路を駆動する駆動回路を設けたことを特徴とする電圧センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゼロ磁束法によって、検出電圧の値を検出する電圧センサに係わり、特に前記検出電圧の値が大きい場合にも、また小さい場合にも、精度良く電圧値を検出する電圧センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ゼロ磁束法を使用して検出電圧の値を検出する電圧センサの１つとして、従来、図３に示すものが知られている。
【０００３】この図に示す電圧センサ１０１は、一部に空隙１０２が形成された枠状の磁性材によって構成される磁気コア１０３と、未知の電圧値を持つ検出電圧が入力される２つの入力端子１０４、１０５と、各入力端子１０４、１０５に印加された検出電圧を検出電流に変換するドロッパ抵抗１０６と、磁気コア１０３の一辺に巻回され、ドロッパ抵抗１０６によって生成された検出電流に応じた磁気を発生して、磁気コア１０３内に１次磁束を発生させる１次コイル１０７と、磁気コア１０３の他辺に巻回され、入力された補償電流に応じた磁気を発生して、磁気コア１０３内に２次磁束を発生させる２次コイル１０８と、磁気コア１０３の空隙１０２内に配置され、磁気コア１０３内に生成された１次磁束と２次磁束と差に応じた磁束検出信号を生成する磁電変換素子１０９と、差動増幅器１１０と２つのトランジスタ１１１、１１２とによって構成され、磁電変換素子１０９から出力される磁束検出信号をゼロにする極性、電流値を持つ補償電流を生成して、２次コイル１０８に供給する補償電流生成回路１１３と、２次コイル１０８に流れる補償電流を外部に出力して、外部に配置された出力検出抵抗１１５に供給する出力端子１１４とを備えている。
【０００４】そして、各入力端子１０４、１０５に検出電圧が入力され、ドロッパ抵抗１０６によって前記検出電圧が電流に変換されて１次コイル１０７に検出電流が供給されたとき、この１次コイル１０７によって生成された磁気により、磁気コア１０３内に１次磁束が生成されるとともに、磁電変換素子１０９によってこれが検知されて磁束検出信号が出力され、補償電流生成回路１１３から前記磁束検出信号に応じた極性、電流値を持つ補償電流が出力される。
【０００５】この後、１次コイル１０７によって磁気コア１０３内に生成された１次磁束の値と、２次コイル１０８によって生成された２次磁束の値とがバランスした時点で、磁電変換素子１０９によってこれが検知されるとともに、補償電流生成回路１１３から出力される補償電流の値が固定されて、前記検出電圧の電圧値に応じた電流値を持つ補償電流が出力端子１１４から外部に出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の電圧センサにおいては、次に述べるような問題があった。
【０００７】すなわち、各入力端子１０４、１０５に入力される検出電圧の電圧値が予め設定されている検出範囲、例えば数十Ｖから数百Ｖの範囲の上限に近いとき、ドロッパ抵抗１０６の発熱量が大きくなることから、ドロッパ抵抗１０６の発熱量が大きくならないようにするとともに、ドロッパ抵抗１０６が発熱しても、これが焼損しないように、ドロッパ抵抗１０６として、大きなワット数と、大きな抵抗値とを持つ抵抗を使用している。
【０００８】このため、各入力端子１０４、１０５に入力される検出電圧の電圧値が予め設定されている検出範囲の下限に近いときには、ドロッパ抵抗１０６によって生成される検出電流の値も小さくなり、磁電変換素子１０９によってこれが検知され難くなり、検出精度を高くすることができないという問題があった。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、検出電圧の大きさに応じてドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比（信号／雑音比）を大きくして、検出精度を大幅に向上させることができる電圧センサを提供することを目的としている。
【００１０】また、請求項２では、入力された検出電圧の大きさに応じて、自動的にドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、ＳＮ比を自動的に大きくして、検出精度を大幅に向上させることができる電圧センサを提供することを目的としている。
【００１１】また、請求項３では、外部から供給される切替指示信号に応じて、ドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、外部からの指示に応じて、ＳＮ比を調整することができ、これによって必要な検出精度と、必要な検出範囲とを確保することができる電圧センサを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、入力された検出電圧に基づいて磁気コア内に１次磁束を生成する１次コイルと、前記磁気コア内に２次磁束を生成する２次コイルと、前記１次磁束と２次磁束との差に応じた磁束検出信号を生成する磁電変換素子と、前記磁束検出信号を零にする補償電流を生成して前記２次コイルに供給する補償電流生成回路とを備え、前記補償電流の大きさを調整し、前記１次磁束と２次磁束とをバランスさせることによって、前記検出電圧の大きさを検出する電圧センサにおいて、前記検出電圧が入力される入力端子と、前記１次コイルとの間に配設され、複数の抵抗値を有するとともに、前記入力端子から入力された検出電圧をその大きさに応じた抵抗値により検出電流に変換して前記１次コイルに供給するドロッパ抵抗回路を備えたことを特徴としている。
【００１３】また、請求項２では、請求項１に記載の電圧センサにおいて、前記入力端子に入力された前記検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に基づき、前記ドロッパ抵抗回路に対してその抵抗値の選択指示をする検出電圧判定回路を備えたことを特徴としている。
【００１４】また、請求項３では、請求項１に記載の電圧センサにおいて、センサ外部から入力された指示信号に対応する抵抗値を選択して前記ドロッパ抵抗回路を駆動する駆動回路を設けたことを特徴としている。
【００１５】上記の構成により、請求項１では、検出電圧が入力される入力端子と、前記磁気コアに巻回される１次コイルとの間にドロッパ抵抗回路を配置し、入力された指示に対応して、前記ドロッパ抵抗回路の抵抗値を変更した状態で、前記入力端子を介して入力された前記検出電圧を検出電流に変換し、前記１次コイルに供給する。このように、検出電圧の大きさに応じてドロッパ抵抗の大きさを切り替えることによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比を大きくして、検出精度を大幅に向上させる。
【００１６】また、請求項２では、検出電圧判定回路によって前記入力端子に入力された前記検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に基づき、前記ドロッパ抵抗回路に対し、抵抗値を指示する。このように、入力された検出電圧の大きさに応じて自動的にドロッパ抵抗の大きさを切り替えることによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、ＳＮ比を自動的に大きくして、検出精度を大幅に向上させる。
【００１７】また、請求項３では、センサ外部から入力された指示信号に基づき、前記ドロッパ抵抗回路の抵抗値を変更させた状態で、検出電圧を検出電流に変換して１次コイルに供給する。これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、外部からの指示に応じて、ＳＮ比を調整し、これによって必要な検出精度と、必要な検出範囲とを確保する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明による電圧センサのうち、請求項１、２に対応する第１の実施の形態を示す電圧センサの回路図である。
【００１９】この図に示す電圧センサ１ａは、未知の電圧値を持つ検出電圧が入力される２つの入力端子２、３と、各入力端子２、３に入力された検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に基づき、検出電圧選択信号を生成し、これを外部と内部とに出力する検出電圧判定回路４と、この検出電圧判定回路４から出力される検出電圧選択信号で指示された抵抗値になるとともに、各入力端子２、３に入力された前記検出電圧を検出電流に変換するドロッパ抵抗回路５と、一部に空隙６が形成された枠状の磁性材によって構成される磁気コア７と、磁気コア７の一辺に巻回され、ドロッパ抵抗回路５によって生成された検出電流に応じた磁気を発生して、磁気コア７内に１次磁束を発生させる１次コイル８と、磁気コア７の他辺に巻回され、入力された補償電流に応じた磁気を発生して、磁気コア７内に２次磁束を発生させる２次コイル９と、磁気コア７の空隙６内に配置され、磁気コア７内に生成された１次磁束と２次磁束と差に応じた磁束検出信号を生成する磁電変換素子１０と、差動増幅器１１と２つのトランジスタ１２、１３とによって構成され、磁電変換素子１０から出力される磁束検出信号をゼロにする極性、電流値を持つ補償電流を生成して、２次コイル９に供給する補償電流生成回路１４と、２次コイル９に流れる補償電流を外部に出力して、外部に配置された出力検出抵抗１６に供給する出力端子１５とを備えており、各入力端子２、３に入力された検出電圧の大きさに応じて、ドロッパ抵抗値を最適な値に切り替えた後、ゼロ磁束法で、前記検出電圧の大きさに応じた補償電流を生成し、これを各入力端子２、３と電気的に絶縁された形式で、外部の出力検出抵抗１６に供給する。
【００２０】ドロッパ抵抗回路５は、各一端が入力端子２に接続され、検出電圧判定回路４から出力される検出電圧選択信号に応じて、いずれか１つが閉状態となる複数の接点１７と、直列に接続された複数のドロッパ抵抗１８によって構成され、これら各ドロッパ抵抗１８の各接続点のうち、予め設定されている接続点が各接点１７の他端に各々、接続されるドロッパ抵抗網１９とを備えており、検出電圧判定回路４から出力される検出電圧選択信号に応じて各接点１７のいずれか１つを閉状態にして、ドロッパ抵抗網１９の抵抗値（合成抵抗値）を検出電圧選択信号で指定された値に保持しながら、各入力端子２、３に入力された検出電圧を検出電流に変換し、これを１次コイル８に供給する。
【００２１】次に、図１に示す回路図を参照しながら、この電圧センサ１ａの動作について、詳細に説明する。
【００２２】まず、各入力端子２、３に検出電圧が入力されると、検出電圧判定回路４によって、検出電圧の大きさが判定され、この判定結果に基づき、検出電圧選択信号が生成されて、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値が検出電圧の大きさに応じた値に切り替えられる。
【００２３】この場合、検出電圧の電圧値が予め設定されている検出範囲の上限値に近いとき、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値が大きくされ、また検出電圧の電圧値が予め設定されている検出範囲の下限値に近いとき、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値が小さくされる。
【００２４】この状態で、ドロッパ抵抗回路５によって検出電圧が電流に変換されて１次コイル８に供給されると、この１次コイル８によって生成された磁気により、磁気コア７内に１次磁束が生成されるとともに、磁電変換素子１０によってこれが検知されて磁束検出信号が出力され、補償電流生成回路１４から磁束検出信号に応じた極性、電流値を持つ補償電流が出力される。
【００２５】そして、１次コイル８によって磁気コア７内に生成された１次磁束の値と、２次コイル９によって生成された２次磁束の値とがバランスしたとき、磁電変換素子１０によってこれが検知されて、補償電流生成回路１４から出力される補償電流の値が固定され、検出電圧の電圧値に応じた電流値を持つ補償電流が出力端子１５から外部に出力される。
【００２６】この際、検出電圧判定回路４によって生成された検出電圧選択信号を外部にも出力するようにしているので、この検出電圧選択信号をデコードし、このデコード結果と、出力端子１５から出力される補償電流の値とに基づき、電圧センサ１ａに入力されている検出電圧の値を正確に判定することができる。
【００２７】このように、この実施の形態では、各入力端子２、３と、１次コイル８との間に、ドロッパ抵抗回路５を設け、各入力端子２、３に入力される検出電圧の大きさに応じて、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を切り替えるようにしているので、検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比（信号／雑音比）を大きくして、検出精度を大幅に向上させることができるまた、この実施の形態では、検出電圧判定回路４によって、各入力端子２、３に入力された検出電圧の大きさを判定し、この判定結果に応じて、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を最適な値に切り替えるようにしているので、入力された検出電圧の大きさに応じて、自動的にドロッパ抵抗回路５の抵抗値を切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、ＳＮ比を自動的に大きくして、検出精度を大幅に向上させることができる。
【００２８】図２は本発明による電圧センサのうち、請求項１、３に対応する第２の実施の形態を示す電圧センサの回路図である。なお、この図において、図１の各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【００２９】この図に示す電圧センサ１ｂが図１に示す電圧センサ１ａと異なる点は、検出電圧判定回路４に代えて、駆動回路２０を設け、制御入力端子２２に入力された外部からの検出電圧選択信号に基づき、駆動回路２０を動作させて、各接点１７のいずれか１つを選択的に閉状態にさせるようにしたことである。
【００３０】この場合、未知の検出電圧が入力される前、電圧センサ１ｂの外部に配置された検出電圧判定回路２１によってドロッパ抵抗回路５の抵抗値を所定の値にする検出電圧選択信号、例えばドロッパ抵抗回路５の抵抗値を最大にする検出電圧選択信号を生成し、これを駆動回路２０に供給しておき、電圧センサ１ｂの出力端子１５から補償電流が出力されて、出力検出抵抗１６の電流／電圧変換動作で電圧信号が得られたとき、この電圧信号の大きさを判定するとともに、この判定結果に基づき、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を切り替える検出電圧選択信号を生成し、これを駆動回路２０に供給して、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を最適化させて、各入力端子２、３に入力される検出電圧の大きさに応じた抵抗値にする。
【００３１】この際、検出電圧判定回路２１によって生成された検出電圧選択信号を電圧センサ１ｂの内部に配置された駆動回路２０に供給して、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を切り替えるようにしているので、検出電圧判定回路２１によって、検出電圧選択信号の値と、出力端子１５から出力される補償電流の値とに基づき、電圧センサ１ｂに入力されている検出電圧の値を正確に判定することができる。
【００３２】このように、この実施の形態では、各入力端子２、３と１次コイル８との間にドロッパ抵抗回路５を設け、各入力端子２、３に入力される検出電圧の大きさに応じて、ドロッパ抵抗回路５の抵抗値を切り替えるようにしている。このため、検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比（信号／雑音比）を大きくして、検出精度を大幅に向上させることができるまた、この実施の形態では、電圧センサ１ｂの外部に設けられた検出電圧判定回路２１によって、出力端子１５から出力される補償電流の大きさを判定し、この判定結果に応じて、電圧センサ１ｂの内部に配置されたドロッパ抵抗回路５の抵抗値を最適な値に切り替えるようにしているので、検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、外部からの指示に応じて、ＳＮ比を調整することができ、これによって必要な検出精度と、必要な検出範囲を確保することができる【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請求項１の電圧センサでは、検出電圧の大きさに応じてドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、センサの精度誤差に影響する様々な誤差とのＳＮ比（信号／雑音比）を大きくして、検出精度を大幅に向上させることができる。
【００３４】また、請求項２の電圧センサでは、入力された検出電圧の大きさに応じて、自動的にドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、ＳＮ比を自動的に大きくして、検出精度を大幅に向上させることができる。
【００３５】また、請求項３の電圧センサでは、外部から供給される切替指示信号に応じて、ドロッパ抵抗の大きさを切り替えることができ、これによって検出電圧が検出範囲の上限に近い場合にも、また検出範囲の下限に近い場合にも、外部からの指示に応じて、ＳＮ比を調整することができ、これによって必要な検出精度と、必要な検出範囲とを確保することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６８９５
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８３５２６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３４９４９３ |
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