DE102018210718A1

DE102018210718A1 - Stromdetektor und Messgerät

Info

Publication number: DE102018210718A1
Application number: DE102018210718.1A
Authority: DE
Inventors: Kazunobu Hayashi; Kenichi Seki; Hajime YODA
Original assignee: Hioki Denki KK; Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-01-03
Also published as: US10670635B2; CN109212300A; CN109212300B; US20190004095A1; JP2019012028A; JP6900256B2

Abstract

Ein Stromdetektor weist auf: einen ringförmigen Kern zum Einführen eines Drahts; eine Detektionswicklung auf dem Kern; und Widerstandsverbinder zum Verbinden eines Widerstands in Reihe mit der Detektionswicklung. Die Detektionswicklung hat eine erste Wicklung an einem ersten Ende und eine zweite Wicklung an einem zweiten Ende, die in Reihe verbunden sind. Die erste Wicklung und zweite Wicklung haben jeweils n (wobei n mindestens drei ist) erste oder zweite Wicklungseinheiten in Reihe. Die Kernoberfläche ist in 2n Bereiche um den Kern aufgeteilt. Die ersten Wicklungseinheiten sind in ungeradzahligen Bereichen gebildet, und die zweiten Wicklungseinheiten sind in geradzahligen Bereichen gebildet. Eine j-te (wobei j 1 bis n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende sind nicht benachbart und sind mit gleicher Windungszahl gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromdetektor, der einen ringförmigen Magnetkern und eine auf dem Magnetkern gebildete Detektionswicklung aufweist und der einen Strom detektiert, der in einem Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, sowie ein mit dem Stromdetektor ausgestattetes Messgerät.
Normalerweise kommt eine Struktur, die durch Bilden einer Wicklung auf einem Ringkern gemäß der Offenbarung im Patentzitat 1 (japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H06-55216 (siehe Seite 7 und 1) hergestellt ist, als Struktur zum Einsatz, die eine auf einem Magnetkern gebildete Detektionswicklung hat, um in dieser Art von Stromdetektor verwendet zu werden. Bei dieser Wicklungsstruktur ist die Wicklung in einer einzelnen Schicht um einen Teil eines Ringkerns kontinuierlich gebildet.
Allerdings hat die im Patentzitat 1 offenbarte Wicklungsstruktur eine Wicklung, die nur um einen Teil eines Ringkerns gebildet ist. Aus diesem Grund wurde vom Anmelder angenommen, dass es bei unveränderter Verwendung dieser Wicklungsstruktur als Struktur einer Detektionswicklung auf dem Magnetkern eines Stromdetektors zu Schwankungen der Eigenschaften (beispielsweise Amplitude) eines vom Stromdetektor ausgegebenen Detektionssignals (d. h. eines durch Umwandeln eines in der Detektionswicklung fließenden Stroms in eine Spannung mit Hilfe eines Detektionswiderstands erhaltenen Signals) gemäß der Position innerhalb des Magnetkerns eines Messdrahts kommt, der eingeführt wurde. Aus diesem Grund entwickelte der Anmelder einen Stromdetektor mit einer Konfiguration, in der die Wicklung um den gesamten Umfang eines Ringkerns gleichmäßig gebildet ist.
Obwohl es bei diesem entwickelten Stromdetektor möglich ist, die Schwankungen der Eigenschaften des Detektionssignals infolge der Position (oder „Drahtposition“) des Messdrahts, der eingeführt wurde, innerhalb des Magnetkerns zu reduzieren, besteht aber seit einigen Jahren Bedarf daran, die Schwankungen für einen Stromdetektor weiter zu reduzieren.
Die Erfindung kam zustande, um das zuvor beschriebene Problem zu lösen, und ihr liegt als Hauptaufgabe zugrunde, einen Stromdetektor, der Schwankungen von Eigenschaften erheblich reduzieren kann, die in einem Detektionssignal gemäß der Position eines eingeführten Messdrahts innerhalb eines Magnetkerns auftreten, und auch ein Messgerät bereitzustellen, das mit diesem Stromdetektor ausgestattet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Stromdetektor auf: einen ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist; eine Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist; und ein Paar Widerstandsverbindungsanschlüsse, die auf der Detektionswicklung angeordnet sind, zum Verbinden eines Detektionswiderstands, der einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, in Reihe mit der Detektionswicklung, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind.
Außerdem ist im erfindungsgemäßen Stromdetektor der Detektionswiderstand zwischen dem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen verbunden.
Ferner weist zur Lösung der angegebenen Aufgabe ein erfindungsgemäßer Stromdetektor auf: einen ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist; eine Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist; und einen Detektionswiderstand, der mit der Detektionswicklung in Reihe verbunden ist und einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind.
Zudem weist ein erfindungsgemäßes Messgerät auf: einen Stromdetektor mit einem ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist, einer Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist, und einem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen, die auf der Detektionswicklung angeordnet sind, zum Verbinden eines Detektionswiderstands, der einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, in Reihe mit der Detektionswicklung, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind; einen Prozessor, der einen Stromwert des Messstroms auf der Grundlage der durch den Detektionswiderstand umgewandelten Spannung misst; und einen Ausgeber, der den Messstromwert ausgibt.
Ferner weist ein erfindungsgemäßes Messgerät auf:

einen Stromdetektor mit einem ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist, einer Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist; und einem Detektionswiderstand, der mit der Detektionswicklung in Reihe verbunden ist und einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind; einen Prozessor, der einen Stromwert des Messstroms auf der Grundlage der durch den Detektionswiderstand umgewandelten Spannung misst; und einen Ausgeber, der den Messstromwert ausgibt.

Gemäß den zuvor beschriebenen Stromdetektoren und Messgeräten ist es durch Aufbauen der Detektionswicklung aus der ersten Wicklung auf der ersten Endseite und der zweiten Wicklung auf der zweiten Endseite, Aufbauen der jeweiligen Wicklungen aus den n ersten Wicklungseinheiten und den n zweiten Wicklungseinheiten, Bilden der ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen, die durch Aufteilen der Außenfläche des Magnetkerns festgelegt sind, wobei einer der Bildungsbereiche als erster Bildungsbereich festgelegt ist, und Bilden der zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen, so dass die j-te erste Wicklungseinheit und die j-te zweite Wicklungseinheit nicht benachbart sind und eine gleiche Windungszahl haben, möglich, Schwankungen von Eigenschaften, die in einer Spannung (d.h. einer durch Umwandlung durch den Detektionswiderstand erzeugten Spannung (für den Stromdetektor nach Anspruch 1 einen Detektionswiderstand, der zwischen einem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen verbunden ist)) gemäß der Position des Messdrahts innerhalb des Magnetkerns erheblich zu reduzieren.
Da es zudem gemäß dem Stromdetektor und Messgerät, die mit einem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen ausgestattet sind, möglich ist, einen Detektionswiderstand mit einem geeigneten Widerstandswert in Übereinstimmung mit dem Stromwert des in der Detektionswicklung fließenden Stroms (das heißt, dem Stromwert des im Messdraht fließenden Messstroms) geeignet auszuwählen und den ausgewählten Widerstand mit dem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen zu verbinden, ist es möglich, den Messbereich von Stromwerten für den Messstrom zu erweitern.
Gemäß dem Stromdetektor und Messgerät, in denen der Detektionswiderstand vorab mit der Detektionswicklung verbunden ist, ist es möglich, die Aufgabe einer separaten Vorbereitung eines Detektionswiderstands entfallen zu lassen.
Zudem ist im erfindungsgemäßen Stromdetektor die j-te zweite Wicklungseinheit in einem Bildungsbereich gebildet, der vom Bildungsbereich der j-ten ersten Wicklungseinheit in Umfangsrichtung am weitesten entfernt ist.
Da gemäß dem o. g. Stromdetektor die j-te erste Wicklungseinheit und die j-te zweite Wicklungseinheit, die elektrisch gleich sind, in Bildungsbereichen gebildet sein können, die den größten Abstand voneinander haben, ist es möglich, Schwankungen elektrischer Verluste zu reduzieren,.was bedeutet, dass es möglich ist, Schwankungen der Eigenschaften stärker zu reduzieren, die in der Spannung gemäß der Position des Messdrahts innerhalb des Magnetkerns auftreten.
Ferner sind im erfindungsgemäßen Stromdetektor die 2n Bildungsbereiche durch Aufteilen in gleiche Längen erzeugt,
die n ersten Wicklungseinheiten sind mit gleicher Windungszahl in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit auf der ersten Endseite der Detektionswicklung mit dem ersten Bildungsbereich als Anfangsbildungsbereich gebildet, die n zweiten Wicklungseinheiten sind mit gleicher Windungszahl in der Reihenfolge von der zweiten Wicklungseinheit auf der zweiten Endseite der Detektionswicklung in gleicher Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten mit einem geradzahligen Bildungsbereich, der in Umfangsrichtung vom ersten Bildungsbereich aus den 2n Bildungsbereichen am weitesten entfernt ist, als Anfangsbildungsbereich gebildet.
Gemäß diesem Stromdetektor ist es zusätzlich zur o. g. Wirkung, die zustande kommt durch Bilden der j-ten ersten Wicklungseinheit und der j-ten zweiten Wicklungseinheit, die elektrisch gleich sind, in Bildungsbereichen, die den größten Abstand voneinander haben, möglich, die j-te erste Wicklungseinheit und die j-te zweite Wicklungseinheit einfach und zuverlässig in Bildungsbereichen zu bilden, die den größten Abstand voneinander haben.
Zu beachten ist, dass die Offenbarung der Erfindung den Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-129207 betrifft, die am 30. Juni 2017 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Figurenliste
Nachstehend werden diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung eines Stromdetektors 1A und eines Messgeräts MS, wobei die Anzahlen von Wicklungseinheiten a und b, die eine Detektionswicklung 13 aufbauen, ungerade ist;
2 eine Darstellung, die bei der Erläuterung von Verbindungen zwischen den Wicklungseinheiten a und b von Nutzen ist, die die Detektionswicklung 13 in 1 aufbauen;
3 eine Darstellung eines Stromdetektors 1B, wobei die Anzahlen von Wicklungseinheiten a und b gerade ist;
4 eine Darstellung, die bei der Erläuterung von Verbindungen zwischen den Wicklungseinheiten a und b von Nutzen ist, die die Detektionswicklung 13 in 3 aufbauen;
5 eine Darstellung der Konfiguration eines Stromdetektors 51 als Vergleichsbeispiel;
6 ein Kennliniendiagramm, das bei der Erläuterung von Amplitudenfehlern an jeweiligen Drahtpositionen für den Stromdetektor 1A und den Stromdetektor 51 von Nutzen ist; und
7 ein Kennliniendiagramm, das bei der Erläuterung von Phasenfehlern an jeweiligen Drahtpositionen für den Stromdetektor 1A und den Stromdetektor 51 von Nutzen ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen eines Stromdetektors und eines Messgeräts anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Gemäß 1 verfügt ein Messgerät MS über einen Stromdetektor 1A als erfindungsgemäßen „Stromdetektor“, einen Prozessor 2 und einen Ausgeber 3 und ist so konfiguriert, dass es einen Stromwert I1 eines Stroms (oder „Messstroms“) I messen kann, der in einem Messdraht 5 fließt.
Wie 1 zeigt, verfügt der Stromdetektor 1A über einen Magnetkern 12, der ringförmig ist (ein Kreisring als ein Beispiel in dieser Ausführungsform, aber es kann ein nicht kreisförmiger Ring, z. B. ein ovaler Ring oder ein quadratischer Ring, verwendet werden), eine Detektionswicklung 13, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns 12 gebildet ist, einen Detektionswiderstand 14 und einen Differenzdetektor 15. Der Stromdetektor 1A gibt ein Spannungssignal So als Detektionssignal aus, dessen Spannungswert V1 sich proportional zu einem Stromwert I1 eines Stroms I ändert, der im Messdraht 5 fließt, der durch den Magnetkern 12 eingeführt wurde.
Gemäß 1 und 2 verfügt die Detektionswicklung 13 über eine erste Wicklung 22 auf einer ersten End- 21a Seite (als ein Beispiel den Wicklungsanfang) und eine zweite Wicklung 23 auf der zweiten End- 21b Seite (als ein Beispiel ein Wicklungsende). Die zweite Wicklung 23 ist mit der gleichen Windungszahl und mit der gleichen Wicklungsrichtung wie die erste Wicklung 22 gebildet und ist mit der ersten Wicklung 22 in Reihe verbunden. Als ein Beispiel in dieser Ausführungsform sind die erste Wicklung 22 und die zweite Wicklung 23 über den Detektionswiderstand 14 in Reihe verbunden. Das erste Ende 21a und das zweite Ende 21b der Detektionswicklung 13 sind ebenfalls verbunden (kurzgeschlossen).
Die erste Wicklung 22 ist aufgebaut, indem eine Anzahl n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist, in dieser Ausführungsform fünf als ein Beispiel für eine ungerade Anzahl) erste Wicklungseinheiten al, a2, a3, a4 und a5 (nachstehend „erste Wicklungseinheiten a“ genannt, wenn kein Unterschied gemacht wird) mit der gleichen Wicklungsrichtung in dieser Reihenfolge von der ersten End- 21a Seite in Reihe verbunden sind. Ebenso ist die zweite Wicklung 23 aufgebaut, indem eine Anzahl n (die gleiche Anzahl wie die ersten Wicklungseinheiten a, in dieser Ausführungsform fünf) zweite Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4 und b5 (nachstehend „zweite Wicklungseinheiten b“ genannt, wenn kein Unterschied gemacht wird) mit der gleichen Wicklungsrichtung in dieser Reihenfolge von der zweiten End- 21b Seite in Reihe verbunden sind. Zu beachten ist, dass die schwarzen Kreise in 1 und 2 und in den später beschriebenen 3, 4 und 5 die Wicklungsanfänge der ersten Wicklungseinheiten a und der zweiten Wicklungseinheiten b angeben.
Konfiguriert sind die ersten Wicklungseinheiten a und die zweiten Wicklungseinheiten b hierbei durch jeweiliges Bilden einer j-ten (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) ersten Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a von der ersten End- 21a Seite der Detektionswicklung 13 und einer j-ten zweiten Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b von der zweiten End- 21b Seite der Detektionswicklung 13 mit der gleichen Windungszahl (so dass das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a1 und der zweiten Wicklungseinheit b1, das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a2 und der zweiten Wicklungseinheit b2, ..., und das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a5 und der zweiten Wicklungseinheit b5 alle mit den gleichen Windungszahlen gebildet sind). In einer bevorzugten Beispielkonfiguration dieser Ausführungsform sind die n ersten Wicklungseinheiten a und die n zweiten Wicklungseinheiten b alle mit der gleichen Windungszahl gebildet.
Als Nächstes werden die Bildungspositionen der ersten Wicklungseinheiten a und der zweiten Wicklungseinheiten b auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 beschrieben. Zunächst ist gemäß 1 die Außenfläche des Magnetkerns 12 in 2n (d. h. die Gesamtzahl der Wicklungseinheiten a und b) Bildungsbereiche W in Umfangsrichtung des Magnetkerns 12 aufgeteilt (d. h. die Umfangsrichtung von der Wicklungsanfangsposition bis zur Wicklungsendposition der Wicklungseinheiten a und b, die Richtung des Pfeils K). Die Bildungsbereiche W sind Bereiche zum Bilden der ersten Wicklungseinheiten a und der zweiten Wicklungseinheiten b nacheinander und setzen sich aus zehn Bildungsbereichen W in dieser Ausführungsform zusammen. Einer der Bildungsbereiche W ist als „erster Bildungsbereich W1“ festgelegt, und danach sind ein „Bildungsbereich W2“, ein „Bildungsbereich W3“, ..., ein „Bildungsbereich W9“ und ein „Bildungsbereich W10“ in dieser Reihenfolge in Pfeilrichtung K festgelegt. Da in dieser Ausführungsform die ersten Wicklungseinheiten a und die zweiten Wicklungseinheiten b jeweils die gleiche Windungszahl haben, sind dementsprechend die Bildungsbereiche W durch gleichmäßiges Aufteilen (d. h. Aufteilen in gleiche Längen) der Außenfläche des Magnetkerns 12 in Umfangsrichtung festgelegt.
Beim Stromdetektor 1A ist es notwendig, die j-te erste Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a und die j-te zweite Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b so zu bilden, dass sie nicht benachbart sind (d. h. so, dass die erste Wicklungseinheit a1 und die zweite Wicklungseinheit b1 nicht benachbart sind, die erste Wicklungseinheit a2 und die zweite Wicklungseinheit b2 nicht benachbart sind, ..., die erste Wicklungseinheit a5 und die zweite Wicklungseinheit b5 nicht benachbart sind), und vorzugsweise diese Wicklungen an den am weitesten entfernten Positionen in Umfangsrichtung (der Pfeilrichtung K) des Magnetkerns 12 zu bilden. Im Stromdetektor 1A gemäß dieser Ausführungsform sind als ein Beispiel die jeweiligen ersten Wicklungseinheiten a und zweiten Wicklungseinheiten b in der nachstehend beschriebenen Konfiguration gebildet, um diese bevorzugte Konfiguration zu erzeugen.
Näher dargestellt sind die fünf ersten Wicklungseinheiten a1, a2, a3, a4 und a5 in den ungeradzahligen Bildungsbereichen W1, W3, W5, W7 und W9 aus den zehn Bildungsbereichen W in dieser Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit a1 auf der ersten End- 21a Seite der Detektionswicklung 13 mit dem ersten Bildungsbereich W1 als Anfangsbildungsbereich W gebildet. Das heißt, die erste Wicklungseinheit a1 ist im Bildungsbereich W1 gebildet, die erste Wicklungseinheit a2 ist im Bildungsbereich W3 gebildet, die erste Wicklungseinheit a3 ist im Bildungsbereich W5 gebildet, die erste Wicklungseinheit a4 ist im Bildungsbereich W7 gebildet, und die erste Wicklungseinheit a5 ist im Bildungsbereich W9 gebildet.
Ebenso sind die fünf zweiten Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4 und b5 in den geradzahligen Bildungsbereichen W2, W4, W6, W8 und W10 aus den zehn Bildungsbereichen W in dieser Reihenfolge in gleicher Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten a von der zweiten Wicklungseinheit b1 auf der zweiten End- 21b Seite der Detektionswicklung 13 mit dem geradzahligen Bildungsbereich W, der den größten Abstand vom ersten Bildungsbereich W1 hat (in diesem Beispiel gemäß 1 der Bildungsbereich W6) als Anfangsbildungsbereich W gebildet. Näher dargestellt ist die zweite Wicklungseinheit b1 im Bildungsbereich W6 gebildet, die zweite Wicklungseinheit b2 ist im Bildungsbereich W8 gebildet, die zweite Wicklungseinheit b3 ist im Bildungsbereich W10 gebildet, die zweite Wicklungseinheit b4 ist im Bildungsbereich W2 gebildet, und die zweite Wicklungseinheit b5 ist im Bildungsbereich W4 gebildet. Dadurch sind beim Stromdetektor 1A gemäß dieser Ausführungsform die erste Wicklungseinheit aj und die zweite Wicklungseinheit bj nicht benachbart, indem sie an Positionen mit dem größten Abstand voneinander gebildet sind (d. h. in zwei Bildungsbereichen W, deren Relativpositionen den größten Abstand voneinander haben). Zu beachten ist, dass zur Bildung der ersten Wicklungseinheit aj und der zweiten Wicklungseinheit bj in Bildungsbereichen W, die nicht benachbart sind, die Anzahl n erster Wicklungseinheiten a und zweiter Wicklungseinheiten b wie zuvor beschrieben auf mindestens drei festgelegt ist.
Zu beachten ist, dass die Anzahl n erster Wicklungseinheiten a und zweiter Wicklungseinheiten b nicht auf die zuvor beschriebene ungerade Anzahl beschränkt ist und eine gerade Anzahl sein kann. Hinsichtlich der Bildungspositionen auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 eines Stromdetektors 1B, der eine gerade Anzahl der ersten Wicklungseinheiten a und der zweiten Wicklungseinheiten b hat, ist es wiederum notwendig, die j-te erste Wicklungseinheit aj und die j-te zweite Wicklungseinheit bj so zu bilden, dass sie nicht benachbart sind, und vorzugsweise die j-te erste Wicklungseinheit aj und die j-te zweite Wicklungseinheit bj an Positionen zu bilden, die den größten Abstand voneinander in Umfangsrichtung (der Pfeilrichtung K) des Magnetkerns 12 haben. Nunmehr werden diese Bildungspositionen anhand von 3 und 4 mit sechs als Beispiel für eine gerade Anzahl beschrieben. Zu beachten ist, dass Komponenten, die mit denen im zuvor beschriebenen Stromdetektor 1A identisch sind, der eine ungerade Anzahl erster Wicklungseinheiten a und zweiter Wicklungseinheiten b hat, die gleichen Bezugszahlen tragen und ihre erneute Beschreibung entfällt.
In diesem Stromdetektor 1B ist die erste Wicklung 22 aufgebaut, indem sechs erste Wicklungseinheiten a1, a2, a3, a4, a5 und a6 (nachstehend „erste Wicklungseinheiten a“ genannt, wenn kein Unterschied gemacht wird) in dieser Reihenfolge von der ersten End-21a Seite in Reihe verbunden sind. Ebenso ist die zweite Wicklung 23 aufgebaut, indem sechs zweite Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4, b5 und b6 (nachstehend „zweite Wicklungseinheiten b“ genannt, wenn kein Unterschied gemacht wird) in dieser Reihenfolge von der zweiten End- 21b Seite in Reihe verbunden sind.
Zudem sind auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 2n (d. h. 12, was die Gesamtzahl von Wicklungseinheiten a und b ist) Bildungsbereiche W1 bis W12 in Umfangsrichtung (der Pfeilrichtung K) des Magnetkerns 12 festgelegt.
Hierbei sind die sechs ersten Wicklungseinheiten a1, a2, a3, a4, a5 und a6 in den ungeradzahligen Bildungsbereichen W1, W3, W5, W7, W9 und W11 aus den zwölf Bildungsbereichen W in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit a1 auf der ersten End- 21a Seite der Detektionswicklung 13 mit dem ersten Bildungsbereich W1 als Anfangsbildungsbereich W gebildet. Genauer gesagt ist die erste Wicklungseinheit a1 im Bildungsbereich W1 gebildet, die erste Wicklungseinheit a2 ist im Bildungsbereich W3 gebildet, die erste Wicklungseinheit a3 ist im Bildungsbereich W5 gebildet, die erste Wicklungseinheit a4 ist im Bildungsbereich W7 gebildet, die erste Wicklungseinheit a5 ist im Bildungsbereich W9 gebildet, und die erste Wicklungseinheit a6 ist im Bildungsbereich W11 gebildet.
Ebenso sind die sechs zweiten Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4, b5 und b6 in den geradzahligen Bildungsbereichen W2, W4, W6, W8, W10 und W12 aus den zwölf Bildungsbereichen W in der Reihenfolge von der zweiten Wicklungseinheit b1 auf der zweiten End- 21b Seite der Detektionswicklung 13 in der gleichen Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten a mit einem geradzahligen Bildungsbereich W mit dem größten Abstand vom ersten Bildungsbereich W1 als Anfangsbildungsbereich W gebildet. Da in diesem Beispiel gemäß 3 zwei Bildungsbereiche W6 und W8 die geradzahligen Bildungsbereiche W mit dem größten Abstand sind, kann jeder der Bildungsbereiche W6 und W8 als Anfangsbildungsbereich W festgelegt sein. Als ein Beispiel ist hier der Bildungsbereich W8 als Anfangsbildungsbereich W festgelegt. Dies bedeutet, dass die zweite Wicklungseinheit b1 im Bildungsbereich W8 gebildet ist, die zweite Wicklungseinheit b2 im Bildungsbereich W10 gebildet ist, die zweite Wicklungseinheit a3 im Bildungsbereich W12 gebildet ist, die zweite Wicklungseinheit b4 im Bildungsbereich W2 gebildet ist, die zweite Wicklungseinheit b5 im Bildungsbereich W4 gebildet ist und die zweite Wicklungseinheit b6 im Bildungsbereich W6 gebildet ist. Dadurch sind beim Stromdetektor 1B gemäß dieser Ausführungsform die erste Wicklungseinheit aj und die zweite Wicklungseinheit bj nicht benachbart, indem sie an Positionen mit dem größten Abstand voneinander gebildet sind (d. h. in zwei Bildungsbereichen W, deren Relativpositionen den größten Abstand voneinander haben).
Jedes Ende des Detektionswiderstands 14 ist mit einem nicht gezeigten Eingangsanschluss des Differenzdetektors 15 verbunden. Zu beachten ist, dass der Detektionswiderstand 14 zwar zwischen der ersten Wicklung 22 und der zweiten Wicklung 23 verbunden (angeordnet) ist, die die Detektionswicklung 13 gemäß der vorstehenden Beschreibung als ein Beispiel für diese Ausführungsform aufbauen, aber die Verbindungs-(Anordnungs-) Position des Detektionswiderstands 14 nicht darauf beschränkt ist. Obwohl nicht dargestellt, ist es als ein Beispiel auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der die erste Wicklung 22 und die zweite Wicklung 23 ohne den dazwischen eingefügten Detektionswiderstand 14 direkt verbunden sind, eine Komponente aus erstem Ende 21a und zweitem Ende 21b der Detektionswicklung 13 mit einem Referenzpotential (beispielsweise Massepotential) des Stromdetektors 1A verbunden ist und der Detektionswiderstand 14 zwischen der anderen Komponente aus erstem Ende 21a und zweitem Ende 21b der Detektionswicklung 13 und dem Referenzpotential verbunden (angeordnet) ist.
Fließt hierbei ein Strom I im Messdraht 5, der durch den Magnetkern 12 eingeführt wurde, ändert sich der Magnetfluss, der die ersten Wicklungseinheiten a und die zweiten Wicklungseinheiten b durchläuft, infolge des in der Peripherie des Messdrahts 5 erzeugten Magnetfelds, was einen Detektionsstrom Id bewirkt, dessen Stromwert sich in Übereinstimmung mit dem Stromwert I1 des Stroms I ändert, um auf einem Schleifenstromweg zu fließen, der sich aus der Detektionswicklung 13 und dem Detektionswiderstand 14 zusammensetzt. Der Detektionswiderstand 14 wandelt den Detektionsstrom Id in eine Spannung Vd um, die in den Differenzdetektor 15 eingegeben wird. Durch Verstärken der Spannung Vd erzeugt der Differenzdetektor 15 ein Spannungssignal So, dessen Spannungswert V1 sich proportional zum Stromwert I1 des Stroms I ändert, und gibt zum Prozessor 2 aus.
Als ein Beispiel verfügt der Prozessor 2 über einen A/D-Wandler, einen Speicher und eine CPU (jeweils nicht gezeigt), misst den Spannungswert V1 des vom Stromdetektor 1A ausgegebenen Spannungssignals So und berechnet (misst) den Stromwert I1 des im Messdraht 5 fließenden Stroms I auf der Grundlage des Messspannungswerts V1. Der Prozessor 2 gibt den Messstromwert I1 zum Ausgeber 3 aus.
Als ein Beispiel ist der Ausgeber 3 aus einer Anzeigevorrichtung aufgebaut, z. B. einer LCD, und zeigt den vom Prozessor 2 ausgegebenen Stromwert I1 auf einem Bildschirm an. Zu beachten ist, dass anstelle einer Anzeigevorrichtung der Ausgeber 3 aus vielfältigen Schnittstellenschaltungen aufgebaut sein kann, und als ein Beispiel ist es möglich, eine Konfiguration zu verwenden, die den Stromwert I1 in einem entfernbaren Medium als Medienschnittstellenschaltung speichert und/oder den Stromwert I1 über ein Netzwerk zu einer externen Vorrichtung als Netzwerkschnittstellenschaltung überträgt.
Als Nächstes werden nun die Betriebsabläufe der Stromdetektoren 1A und 1B und des Messgeräts MS anhand der Zeichnungen beschrieben. Zu beachten ist, dass die Betriebsabläufe der Stromdetektoren 1A und 1B identisch sind, weshalb der Betrieb nachstehend mit dem Stromdetektor 1A als Beispiel beschrieben wird.
Fließt wie zuvor beschrieben beim Stromdetektor 1A der Strom I im Messdraht 5, der durch den Magnetkern 12 eingeführt wurde, ändert sich der Magnetfluss, der die ersten Wicklungseinheiten a und die zweiten Wicklungseinheiten b durchläuft, infolge des in der Peripherie des Messdrahts 5 erzeugten Magnetfelds. Infolgedessen fließt der Detektionsstrom Id auf einem Schleifenstromweg, der sich aus der Detektionswicklung 13 und dem Detektionswiderstand 14 zusammensetzt. Der Detektionswiderstand 14 wandelt den Detektionsstrom Id in die Spannung Vd um, und der Differenzdetektor 15 verstärkt die Spannung Vd, um das Spannungssignal So zu erzeugen, dessen Spannungswert V1 sich proportional zum Stromwert I1 des Stroms I ändert. Dieses Spannungssignal So wird zum Prozessor 2 ausgegeben.
Der Prozessor 2 misst den Spannungswert V1, berechnet (misst) den Stromwert I1 des im Messdraht 5 fließenden Stroms I auf der Grundlage des Messspannungswerts V1 und gibt zum Ausgeber 3 aus. Der Ausgeber 3 zeigt den Stromwert I1 auf dem Bildschirm an. Damit ist die Messung des Stromwerts I1 des Stroms I durch das Messgerät MS abgeschlossen.
Hierbei sind wie zuvor beschrieben bei den Stromdetektoren 1A und 1B die n ersten Wicklungseinheiten a der ersten Wicklung 22 auf der ersten End- 21a Seite, die die Detektionswicklung 13 aufbauen, und die n zweiten Wicklungseinheiten b der zweiten Wicklung 23 auf der zweiten End- 21b Seite, die die Detektionswicklung 13 aufbauen, abwechselnd in der zuvor beschriebenen Reihenfolge auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 in den 2n (Gesamtzahl der Wicklungseinheiten a und b) Bildungsbereichen W gebildet, die in Umfangsrichtung (der Pfeilrichtung K) des Magnetkerns 12 festgelegt sind. Da mit dieser Konfiguration in den Stromdetektoren 1A und 1B die j-te erste Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a und die j-te zweite Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 so gebildet sind, dass sie nicht benachbart sind (in dieser Ausführungsform durch Verwendung einer bevorzugten Konfiguration, in der die Wicklungseinheiten a und b mit der gleichen Windungszahl gebildet sind und in der zuvor beschriebenen Reihenfolge in den durch gleichmäßiges Aufteilen erzeugten Bildungsbereichen W so gebildet sind, dass sie an den am weitesten entfernten Positionen liegen), ist es auch bei Änderung der Position des Messdrahts 5 innerhalb des Magnetkerns 12 möglich, Schwankungen des Stromwerts I1 stark zu reduzieren, der an jeder Position gemessen wird.
Nunmehr wird der Schwankung reduzierende Effekt beschrieben, indem der Stromdetektor 1A als ein Beispiel mit einem Stromdetektor 51 als Vergleichsbeispiel verglichen wird, das dem Stromdetektor 1A entspricht. Zu beachten ist, dass der Stromdetektor 51 die gleiche Konfiguration wie die Detektionswicklung 13 gemäß 1 und 2 hat, d. h. den Magnetkern 12, die Detektionswicklung 13, den Detektionswiderstand 14 und den Differenzdetektor 15, und sich die Konfiguration nur in den Bildungspositionen der ersten Wicklungseinheiten a1 bis a5 und den zweiten Wicklungseinheiten b1 bis b5 in den Bildungsbereichen W1 bis W10 auf dem Magnetkern 12 unterscheidet. Aus diesem Grund tragen in der Beschreibung der Konfiguration des Stromdetektors 51 Elemente, die gleich sind, die gleichen Bezugszahlen, und ihre erneute Beschreibung entfällt. Statt dessen werden nur die Bildungspositionen der ersten Wicklungseinheiten a1 bis a5 und der zweiten Wicklungseinheiten b1 bis b5 in den Bildungsbereichen W1 bis W10 beschrieben, die sich unterscheiden.
Gemäß 5 sind im Stromdetektor 51 die fünf ersten Wicklungseinheiten a1, a2, a3, a4 und a5 sowie die fünf zweiten Wicklungseinheiten b5, b4, b3, b2 und b1 in dieser Reihenfolge in der Pfeilrichtung K beginnend vom ersten Bildungsbereich W1 aus den 2n (= 10) Bildungsbereichen W1 bis W10 gebildet, die auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 festgelegt sind. Das heißt, im Stromdetektor 51 ist die Detektionswicklung 13 konfiguriert, indem die Wicklungseinheiten a und b auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit a1, die auf der ersten End- 21a Seite positioniert ist, zur zweiten Wicklungseinheit b1 gebildet sind, die auf der zweiten End- 21b Seite positioniert ist.
Für den Stromdetektor 1A und den Stromdetektor 51 mit den zuvor beschriebenen Konfigurationen wurde in einem Zustand, in dem ein Strom I mit einer bestimmten Amplitude (oder Stromwert I1) und einer bestimmten Frequenz im Messdraht 5 floss, der Spannungswert V1 des Spannungssignals So gemessen, wobei die Position des Messdrahts 5 innerhalb des Magnetkerns 12 gemäß 1 und 5 an den mit „C“ (Mitte), „T“ (oben), „R“ (rechts), „B“ (unten) und „L“ (links) bezeichneten Positionen festgelegt war. Mit dem Spannungswert V1 in der „Mitte“ als Referenzwert wurden dann Fehler (= (Spannungswert V1 - Referenzwert)/Referenzwert x 100) zwischen den jeweiligen Spannungswerten V1 in der „Mitte“, „oben“, „rechts“, „unten“ und „links“ und dem Referenzwert berechnet. Die Ergebnisse (d. h. der Amplitudenfehler an jeder Drahtposition) sind nachstehend aufgeführt. Eine grafische Darstellung der Ergebnisse zeigt 6. Zu beachten ist, dass in 6 die Fehler für den Stromdetektor 1A durch eine durchgezogene Linie dargestellt sind und die Fehler für den Stromdetektor 51 durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind.
Stromdetektor 1A: „Mitte“ ... 0,0, „oben“ ... 0,26, „rechts“ ... -0,07, „unten“ ... -0,38, „links“ ... 0,4
Stromdetektor 51: „Mitte“ ... 0,0, „oben“ ... -0,83, „rechts“ ... -0,04, „unten“ ... 1,17, „links“ ... 0,13
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, dass obwohl die Differenz zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert für die zuvor beschriebenen Amplitudenfehler 2,00 (= 1,17 - (-0,83)) für den Stromdetektor 51 beträgt, die Differenz zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert für die zuvor beschriebenen Amplitudenfehler 0,78 (= 0,4 - (-0,38)) für den Stromdetektor 1A beträgt. Daher wurde gemäß dem Stromdetektor 1A verglichen mit dem Stromdetektor 51 bestätigt, dass es möglich ist, Schwankungen von Eigenschaften (hier Schwankungen der Amplitude (des Spannungswerts V1)) erheblich zu reduzieren, die im Spannungssignal So infolge der Position (oder „Drahtposition“) innerhalb des Magnetkerns 12 des Messdrahts 5 auftreten.
Nachstehend wird der Grund dafür beschrieben, weshalb Schwankungen der Amplitude reduziert werden können. Elektrische Verluste infolge von parasitärer Kapazität u. ä. steigen in der Reihenfolge der beiden Wicklungseinheiten, die dem Detektionswiderstand 14 elektrisch am nächsten sind, aus den ersten Wicklungseinheiten a und den zweiten Wicklungseinheiten b (im Beispiel in 2 die erste Wicklungseinheit a5 und die zweite Wicklungseinheit b5), der beiden Wicklungseinheiten, die dem Detektionswiderstand 14 elektrisch am zweitnächsten sind (im Beispiel in 2 die erste Wicklungseinheit a4 und die zweite Wicklungseinheit b4), ..., der beiden Wicklungseinheiten, die dem Detektionswiderstand 14 elektrisch am fünftnächsten sind (im Beispiel in 2 die erste Wicklungseinheit a1 und die zweite Wicklungseinheit b1) infolge der Zunahme der Anzahl anderer Wicklungseinheiten, die zwischen diesen Wicklungseinheiten und dem Detektionswiderstand 14 vorhanden sind. Möglich ist es aus diesem Grund durch Bilden der beiden Wicklungseinheiten, die vom Detektionswiderstand 14 elektrisch am weitesten entfernt sind (d. h. der ersten Wicklungseinheit a1 und der zweiten Wicklungseinheit b1) in zwei Bildungsbereichen W an Positionen, die den größten Abstand aus den Bildungsbereichen W auf der Außenfläche des Magnetkerns 12 voneinander haben, Bilden der beiden Wicklungseinheiten, die vom Detektionswiderstand 14 elektrisch am zweitweitesten entfernt sind (d. h. der ersten Wicklungseinheit a2 und der zweiten Wicklungseinheit b2) in zwei Bildungsbereichen W an Positionen, die möglichst weit voneinander entfernt sind, und ferner Bilden der beiden Wicklungseinheiten, die vom Detektionswiderstand 14 elektrisch am drittweitesten entfernt sind (d. h. der ersten Wicklungseinheit a3 und der zweiten Wicklungseinheit b3), der beiden Wicklungseinheiten, die vom Detektionswiderstand 14 elektrisch am viertweitesten entfernt sind (d. h. der ersten Wicklungseinheit a4 und der zweiten Wicklungseinheit b4), und der beiden Wicklungseinheiten, die vom Detektionswiderstand 14 elektrisch am fünftweitesten entfernt (ihm am nächsten) sind (d. h. der ersten Wicklungseinheit a5 und der zweiten Wicklungseinheit b5), auf die gleiche Weise in Paaren von Bildungsbereichen W an Positionen, die möglichst weit voneinander entfernt sind, Paare von Wicklungseinheiten, die elektrisch gleich sind (d. h. das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a1 und der zweiten Wicklungseinheit b1, das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a2 und der zweiten Wicklungseinheit b2, ..., das Paar aus der ersten Wicklungseinheit a5 und der zweiten Wicklungseinheit b5), an Positionen anzuordnen, die möglichst weit voneinander entfernt sind. Dies bedeutet, dass es möglich ist, Schwankungen von elektrischen Verlusten zu reduzieren, und dadurch möglich ist, Schwankungen von Eigenschaften zu reduzieren, die im Spannungssignal So gemäß der Position des Messdrahts 5 auftreten.
Für den Stromdetektor 1A und den Stromdetektor 51 wurden mit der Phase des im Messdraht 5 fließenden Stroms I als Referenz Phasendifferenzen für das Spannungssignal So gemessen, wenn die Position des Messdrahts an den jeweiligen Positionen „C“ (Mitte), „T“ (oben), „R“ (rechts), „B“ (unten) und „L“ (links) lag, und mit der Phasendifferenz in der „Mitte“ als Referenzwert wurde der Fehler (= (Phasendifferenz - Referenzwert)/Referenzwert x 100) zwischen der Phasendifferenz und dem Referenzwert für „Mitte“, „oben“, „rechts“, „unten“ und „links“ berechnet. Die Ergebnisse (der Phasenfehler an jeder Drahtposition) sind nachstehend aufgeführt. Eine grafische Darstellung der Ergebnisse ist in 7 gezeigt. Zu beachten ist, dass in 7 die Fehler beim Stromdetektor 1A durch eine durchgezogene Linie dargestellt sind und die Fehler beim Stromdetektor 51 durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind.
Stromdetektor 1A: „Mitte“ ... 0,0, „oben“ ... -0,07, „rechts“ ... 0,03, „unten“ ... -0,11, „links“ ... -0,15
Stromdetektor 51: „Mitte“ ... 0,0, „oben“ ... -1,19, „rechts“ ... -0,33, „unten“ ... 1,52, „links“ ... -0,13
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass obwohl die Differenz zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert für den zuvor beschriebenen Phasenfehler 2,71 (= 1,52 - (-1,19)) für den Stromdetektor 51 beträgt, die Differenz zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert für den zuvor beschriebenen Phasenfehler 0,18 (= 0,03 - (-0,15)) für den Stromdetektor 1A beträgt. Daher wurde gemäß dem Stromdetektor 1A verglichen mit dem Stromdetektor 51 bestätigt, dass es möglich ist, Schwankungen von Eigenschaften (hier Schwankungen der Phase) erheblich zu reduzieren, die im Spannungssignal So infolge der Position (oder „Drahtposition“) innerhalb des Magnetkerns 12 des Messdrahts 5 auftreten. Zu beachten ist, dass der Grund dafür, weshalb es möglich ist, die Schwankungen der Phase zu reduzieren, der gleiche wie der Grund dafür ist, weshalb es möglich ist, die zuvor beschriebenen Schwankungen der Amplitude zu reduzieren, weshalb seine Beschreibung entfällt.
Auf diese Weise ist gemäß den Stromdetektoren 1A, 1B und einem mit einem dieser Detektoren ausgestatteten Messgerät MS die Detektionswicklung 13 aus der ersten Wicklung 22 auf der ersten End- 21a Seite und der zweiten Wicklung 23 auf der zweiten End- 21b Seite aufgebaut, die Wicklungen 22 und 23 setzen sich aus den n ersten Wicklungseinheiten a und den n zweiten Wicklungseinheiten b zusammen, die jeweils die gleiche Windungszahl haben, die ersten Wicklungseinheiten a sind in ungeradzahligen Bildungsbereichen W aus den 2n Bildungsbereichen W gebildet, die durch gleichmäßiges Aufteilen der Außenfläche des Magnetkerns 12 festgelegt sind, wobei einer der Bildungsbereiche W als ein erster Bildungsbereich W1 in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit a1 an der ersten End- 21a Seite der Detektionswicklung 13 mit dem ersten Bildungsbereich W1 als Anfangsbildungsbereich W festgelegt ist, und die zweiten Wicklungseinheiten b sind in geradzahligen Bildungsbereichen W aus den 2n Bildungsbereichen W in der Reihenfolge von der zweiten Wicklungseinheit B1 an der zweiten End- 21b Seite der Detektionswicklung 13 in gleicher Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten a mit einem geradzahligen Bildungsbereich W, der vom ersten Bildungsbereich W1 am weitesten entfernt ist, als Anfangsbildungsbereich W gebildet. Dadurch kann aus Konfigurationen, in denen die j-te erste Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a und die j-te zweite Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b nicht benachbart sind, eine am stärksten bevorzugte Konfiguration, d. h. eine Konfiguration, in der alle Paare aus einer ersten Wicklungseinheit aj und einer zweiten Wicklungseinheit bj an Positionen liegen, die den größten Abstand voneinander haben, leicht und zuverlässig realisiert sein. Mit Hilfe dieser Konfiguration ist es gemäß den Stromdetektoren 1A und 1B sowie dem Messgerät MS möglich, Schwankungen von Eigenschaften (hier Schwankungen der Amplitude (des Spannungswerts V1) und der Phase) erheblich zu reduzieren, die im Spannungssignal So gemäß der Position des Messdrahts 5 innerhalb des Magnetkerns 12 auftreten.
Obwohl ferner die zuvor beschriebenen Stromdetektoren 1A und 1B eine Konfiguration mit dem vorab mit der Detektionswicklung 13 verbundenen Detektionswiderstand 14 verwenden, wodurch eine Aufgabe einer getrennten Vorbereitung des Detektionswiderstands 14 entfallen kann, ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Kann als ein Beispiel der Stromwert I1 des im Messdraht 5 fließenden Stroms I annähernd vorhergesagt werden und deckt der Stromwert I1 einen breiten Bereich ab, ist erwünscht, eine Konfiguration zu verwenden, in der ein Detektionswiderstand 14 mit einem Widerstandswert, der bewirkt, dass der Spannungswert der durch den Detektionswiderstand 14 erzeugten Spannung Vd dem Bemessungseingangswert des Differenzdetektors 15 entspricht, geeignet ausgewählt werden. Dazu ist es gemäß 1 und 3 für die Stromdetektoren 1A und 1B auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der ein Paar Widerstandsverbindungsanschlüsse 31 (d. h. Anschlüsse zum Verbinden des Detektionswiderstands 14 in Reihe mit der Detektionswicklung 13) an der Detektionswicklung 13 angeordnet sind, so dass ein Detektionswiderstand 14 mit einem gewünschten Widerstandswert zwischen dem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen 31 verbunden sein kann.
Zudem wird beim zuvor beschriebenen Stromdetektor 1A und 1B als am stärksten bevorzugte Konfiguration eine Konfiguration verwendet, in der die ersten Wicklungseinheiten a und die zweiten Wicklungseinheiten b alle mit der gleichen Windungszahl gebildet sind, die Außenfläche des Magnetkerns 12 entsprechend gleichmäßig in 2n Bildungsbereiche W aufgeteilt ist, die ersten Wicklungseinheiten a in den ungeradzahligen Bildungsbereichen W in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit a1 in Umfangsrichtung beginnend vom ersten Bildungsbereich W1 gebildet sind und die zweiten Wicklungseinheiten b in den geradzahligen Bildungsbereichen W in der Reihenfolge von der zweiten Wicklungseinheit b1 auf der zweiten End- 21b Seite der Detektionswicklung 13 in gleicher Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten a mit dem geradzahligen Bildungsbereich W, der vom Bildungsbereich W1 am weitesten entfernt ist, in dem die erste Wicklungseinheit a1 gebildet ist, als Anfangsbildungsbereich W gebildet sind, so dass die j-te erste Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a und die j-te zweite Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b nicht benachbart sind (gemäß der bevorzugten Konfiguration in dieser Ausführungsform so, dass diese Wicklungen an Positionen liegen, die den größten Abstand voneinander haben). Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt.
Da es als ein Beispiel ausreicht, dass die j-te erste Wicklungseinheit aj aus den ersten Wicklungseinheiten a und die j-te zweite Wicklungseinheit bj aus den zweiten Wicklungseinheiten b die gleiche Windungszahl haben, ist es nicht notwendig, dass alle ersten Wicklungseinheiten a die gleiche Windungszahl haben, und nicht notwendig, dass alle zweiten Wicklungseinheiten b die gleiche Windungszahl haben. Dies bedeutet, dass eine Konfiguration verwendet werden kann, in der alle ersten Wicklungseinheiten a unterschiedliche Windungszahlen haben und/oder einige, aber nicht alle, ersten Wicklungseinheiten a die gleiche Windungszahl haben (und die zweiten Wicklungseinheiten b in Entsprechung zu den ersten Wicklungseinheiten a die gleiche Konfiguration haben). Ferner ist es anstelle einer Konfiguration, in der die 2n Bildungsbereiche W durch gleichmäßiges Aufteilen der Außenfläche des Magnetkerns 12 in 2n Partitionen in Umfangsrichtung festgelegt sind, auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der unterschiedliche Längen festgelegt sind, in der z. B. die Bildungsbereiche W Längen in Übereinstimmung mit der Windungszahl in den ersten Wicklungseinheiten a und den zweiten Wicklungseinheiten b haben, die in den jeweiligen Bildungsbereichen W zu bilden sind.
Da es außerdem ausreicht, eine Konfiguration zu verwenden, in der die j-te erste Wicklungseinheit aj und die j-te zweite Wicklungseinheit bj an Positionen gebildet sind, die in Umfangsrichtung nicht benachbart sind (d. h. in Wicklungsbereichen W, die nicht benachbart sind), sind die Positionen (Wicklungsbereiche W), an denen die Wicklungen zu bilden sind, nicht auf Positionen beschränkt, die wie in der zuvor beschriebenen Konfiguration den größten Abstand voneinander haben (die Wicklungsbereiche W, die am weitesten voneinander entfernt sind). Als ein Beispiel kann auch eine Konfiguration verwendet werden, in der die ersten Wicklungseinheiten a in den ungeradzahligen Bildungsbereichen W in der Reihenfolge vom Bildungsbereich W1 in Umfangsrichtung wie zuvor beschrieben gebildet sind, aber die zweiten Wicklungseinheiten b in der Reihenfolge oder ungeordnet in den geradzahligen Bildungsbereichen W mit einem geradzahligen Bildungsbereich W, der nicht benachbart zum ersten Bildungsbereich W1 ist, in dem die erste Wicklungseinheit a1 gebildet ist, als Anfangsbildungsbereich W gebildet sind. Insbesondere ist es für eine Konfiguration, in der die ersten Wicklungseinheiten a1, a2, a3, a4 und a5 in den ungeradzahligen Bildungsbereichen W1, W3, W5, W7 und W9 gemäß 1 gebildet sind, ohne dargestellt zu sein auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der die zweiten Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4 und b5 in dieser Reihenfolge in den geradzahligen Bildungsbereichen W4, W6, W8, W10 und W2 mit dem geradzahligen Bildungsbereich W4, der nicht zum ersten Bildungsbereich W1 benachbart ist, in dem die erste Wicklungseinheit a1 zu bilden ist, als Anfangsbildungsbereich W zu bilden (ein Beispiel für eine Konfiguration, in der die erste Wicklungseinheit aj und die zweite Wicklungseinheit bj nicht benachbart sind und möglichst weit auseinander liegen), sowie möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der ein Teil der Reihenfolge der zweiten Wicklungseinheiten b1, b2, b3, b4 und b5 unterbrochen ist und die zweiten Wicklungseinheiten b1, b3, b5, b4 und b2 in dieser Reihenfolge in den geradzahligen Bildungsbereichen W8, W10, W2, W4 und W6 mit dem geradzahligen Bildungsbereich W8, der nicht benachbart zum ersten Bildungsbereich W1 ist, als Anfangsbildungsbereich W gebildet sind (ein weiteres Beispiel für eine Konfiguration, in der die erste Wicklungseinheit aj und die zweite Wicklungseinheit bj nicht benachbart sind und möglichst weit auseinander liegen). Nachgewiesen wurde, dass es bei Verwendung einer dieser Konfigurationen im Vergleich zum zuvor beschriebenen Stromdetektor 51 möglich ist, Schwankungen der zuvor beschriebenen Eigenschaften zu reduzieren, die im Spannungssignal So gemäß der Position des Messdrahts 5 innerhalb des Magnetkerns 12 auftreten.
Die Stromdetektoren 1A und 1B sind auch nicht auf eine Konfiguration beschränkt, in der die Detektoren allein als Stromwandler wie in den zuvor beschriebenen Beispielen verwendet werden. Obwohl nicht gezeigt, ist es durch Kombinieren mit einem Magnetsensor, z. B. einem Hall-Element oder einem Fluxgate-Sensor, und indem man die Detektionswicklung 13 als Rückkopplungswicklung fungieren lässt, möglich, einen Null-Fluss-Stromdetektor zu konfigurieren. Obwohl zudem bei den Stromdetektoren 1A und 1B die Anzahl n der ersten Wicklungseinheiten a, die die erste Wicklung 22 aufbauen, und die Anzahl n der zweiten Wicklungseinheiten b, die die zweite Wicklung 23 aufbauen, auf fünf und sechs in den zuvor beschriebenen Beispielen festgelegt sind, kann n jede ganze Zahl sein, die mindestens zwei beträgt, und deutlich sollte sein, dass n zwei, drei, vier oder sieben oder mehr betragen kann. Obwohl ein Strommessgerät als Beispiel für das Messgerät MS beschrieben wurde, das mit den Stromdetektoren 1A und 1B ausgestattet ist, ist es auch möglich, vielfältige Messgeräte, z. B. ein Leistungsmessgerät, neben einem Strommessgerät als Messgerät MS zu konfigurieren, das mit den Stromdetektoren 1A und 1B ausgestattet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017129207 [0018]

Claims

Stromdetektor, der aufweist: einen ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist; eine Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist; und ein Paar Widerstandsverbindungsanschlüsse, die auf der Detektionswicklung angeordnet sind, zum Verbinden eines Detektionswiderstands, der einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, in Reihe mit der Detektionswicklung, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind.
Stromdetektor nach Anspruch 1, wobei der Detektionswiderstand zwischen dem Paar Widerstandsverbindungsanschlüssen verbunden ist.
Stromdetektor, der aufweist: einen ringförmigen Magnetkern, durch den ein Messdraht eingeführt ist; eine Detektionswicklung, die auf einer Außenfläche des Magnetkerns gebildet ist; und einen Detektionswiderstand, der mit der Detektionswicklung in Reihe verbunden ist und einen in der Detektionswicklung infolge eines Messstroms fließenden Strom, der im Messdraht fließt, der durch den Magnetkern eingeführt wurde, in eine Spannung umwandelt, wobei sich die Detektionswicklung aus einer ersten Wicklung an einer ersten Endseite und einer zweiten Wicklung an einer zweiten Endseite zusammensetzt, die mit der ersten Wicklung in Reihe verbunden ist, die erste Wicklung durch Verbinden von n (wobei n eine ganze Zahl von mindestens drei ist) ersten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die zweite Wicklung durch Verbinden von n zweiten Wicklungseinheiten in Reihe aufgebaut ist, die Außenfläche in 2n Bildungsbereiche in Umfangsrichtung des Magnetkerns aufgeteilt ist und die n ersten Wicklungseinheiten in ungeradzahligen Bildungsbereichen in Umfangsrichtung mit einem aus den 2n Bildungsbereichen als ersten Bildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten in geradzahligen Bildungsbereichen aus den 2n Bildungsbereichen in Umfangsrichtung gebildet sind und eine j-te (wobei j eine beliebige ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis einschließlich n ist) erste Wicklungseinheit vom ersten Ende der Detektionswicklung aus den ersten Wicklungseinheiten und eine j-te zweite Wicklungseinheit vom zweiten Ende der Detektionswicklung aus den zweiten Wicklungseinheiten nicht benachbart sind und mit gleicher Windungszahl gebildet sind.
Stromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die j-te zweite Wicklungseinheit in einem Bildungsbereich gebildet ist, der vom Bildungsbereich der j-ten ersten Wicklungseinheit in Umfangsrichtung am weitesten entfernt ist.
Stromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die 2n Bildungsbereiche durch Aufteilen in gleiche Längen erzeugt sind, die n ersten Wicklungseinheiten mit gleicher Windungszahl in der Reihenfolge von der ersten Wicklungseinheit auf der ersten Endseite der Detektionswicklung mit dem ersten Bildungsbereich als Anfangsbildungsbereich gebildet sind, die n zweiten Wicklungseinheiten mit gleicher Windungszahl in der Reihenfolge von der zweiten Wicklungseinheit auf der zweiten Endseite der Detektionswicklung in gleicher Richtung wie die ersten Wicklungseinheiten mit einem geradzahligen Bildungsbereich, der in Umfangsrichtung vom ersten Bildungsbereich aus den 2n Bildungsbereichen am weitesten entfernt ist, als Anfangsbildungsbereich gebildet sind.
Messgerät, das aufweist: einen Stromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einen Prozessor, der einen Stromwert des Messstroms auf der Grundlage der durch den Detektionswiderstand umgewandelten Spannung misst; und einen Ausgeber, der den Messstromwert ausgibt.