JP2001281270A - 分割型電流検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部磁場の影響による測定値のばらつきを防
止する。 【解決手段】 内側磁気シールドケース２１，２２と外
側磁気シールドケース２３，２４との二重構造とし、夫
々の分割方向が互いに交叉する方向にして検出器本体１
を囲繞する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発・変電所等の直
流回路地絡（漏電）検知、特に既設の設備、運転中の設
備の点検においては導線を取り外せない通電状態のまま
で被測定導体に検出器を取り付け、その電流検出を行
う、所謂分割型電流検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は特開平１０−２３２２４８号公報
に開示された従来の分割型直流電流検出器の模式図であ
り、一対の検出コア部材３１ａ，３１ｂ内に被検出導体
３２及び参照導線３４を貫通配置した後、ねじ３３にて
検出コア部材３１ａ，３１ｂ同士を一体化し、被検出導
体３２に直流電流Ｉ_m が流れている状態で参照導線３４
に参照電流（参照信号）として、絶対値が等しくプラス
側とマイナス側に交互に反転する矩形波状の電流（Ｉ
_ref ａ，Ｉ_ref ｂ）を重畳して印加し、利得制御可能な
検出回路を介して出力された検出信号（出力電圧）（Ｖ
_DET ａ，Ｖ_DET ｂ）の変化分が前記参照電流の変化分に
等しいかを判定し、変化分に等しくない場合は、検出信
号の変化分が参照電流の変化分に等しくなるよう検出回
路の利得を制御し、その後、参照電流を消去した状態で
被検出導体３２に流れている直流電流のみによる出力を
得る構成となっている。

【０００３】図８においては一対の検出コア部材３１
ａ，３１ｂを用いた構成を模式的に示しているが、特開
平１０−２３２２４８号公報に示すような矩形環状，管
状等の種々の形状からなる検出コアを一対に分割した検
出コア部材を組立て、所定位置に励磁コイル及び検出コ
イルを巻回したフラックスゲート型電流センサを用いる
分割型直流電流検出器において、いずれも同様な作用に
より被検出導体に流れている直流電流のみによる出力を
得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した分割
型直流電流検出器は検出コア部材３１ａ，３１ｂの分割
接合面から地磁気等の外部磁場が侵入し易く、誤動作を
生じる大きな要因となることがあった。例えば直流電流
１mAを検出する場合、検出コアの磁路長を１００mmとす
ると、これに印加される磁場は１．３×１０^-4Oeとな
り、地磁気 (３〜４×１０^-1Oe)の略１／3000と極めて
小さいため、僅かの磁束が侵入しても誤動作を生じさせ
てしまう。

【０００５】外部磁場による誤差出力が生じる場合、被
検出導体３２の電流を遮断出来る場合は、その状態で零
点調整を行えばよく特に問題ないが、遮断出来ない場合
には実際の電流による出力との区別がつかないため測定
値の信頼性に問題が生じてしまうのである。このため通
常は検出コアの外周を囲う磁気シールドケースを設ける
が、磁気シールドケース自体も検出コアに合わせて分割
構造となっているため接合面からの磁束の侵入を完全に
阻止することは実質的に困難であった。

【０００６】この対策として磁気シールドケースの接合
面にフランジを設け、このフランジ同士の接合面を鏡面
に研摩することで接合面の磁気抵抗を低減することも試
みられているが、磁気シールドケースの組付け時の締め
付け具合等により磁気抵抗が変化し、組付け時の特性の
再現性を得るのが難しいという問題があった。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは磁気シールドケースを
内, 外二重に構成すると共に、内, 外の磁気シールドケ
ースの分割方向が互いに交叉することで内部への磁気の
侵入を確実に阻止し得るようにした分割型電流検出器を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の分
割型電流検出器は、複数個に分割されて形成され、内側
に被測定導体を貫通位置させるべく貫通孔を備えた環状
に組立られた検出コアを有する分割型電流検出器におい
て、複数に分割され、前記検出コアの外周を覆うべく中
空の環状に組立られた内側磁気シールドケースと、複数
に分割され、前記環状に組立られた内側磁気シールドケ
ースの外囲を覆うべく内側磁気シールドケースと磁気的
な空隙を形成して中空の環状に組立られた外側磁気シー
ルドケースとを備え、前記内側磁気シールドケースと、
外側磁気シールドケースの各々分割方向が互いに交叉す
ることを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明の分割型電流検出器
は、前記内側磁気シールドケース及び外側磁気シールド
ケースがパーマロイからなることを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明の分割型電流検出器
は、前記内側磁気シールドケースと外側磁気シールドケ
ースとの間に合成樹脂を配置し、磁気的な空隙を形成し
たことを特徴とする。

【００１１】請求項４に係る発明の分割型電流検出器
は、前記内側磁気シールドケース内には検出コアに励磁
コイル及び検出コイルを巻回してなるフラックスゲート
型電流センサを配設したことを特徴とする。

【００１２】このような発明にあっては、内, 外磁気シ
ールドケースの各々分割方向が互いに交叉することか
ら、外部磁場がいずれの方向から印加されたとしても磁
気シールドケース内部に磁束が生じることがなく、検出
器の測定精度が向上し、また測定値自体が安定する。

【００１３】

【発明の原理】本発明者は分割構造の磁気シールドケー
スにおける分割面の方向と、外部磁場の印加方向との関
係について実験を行った結果、次のような事実を知見し
た。図１は分割構造の磁気シールドケースの分割方向
と、印加磁場の方向との関係を示す説明図である。磁気
シールドケースはいずれも水平方向に２分割された構成
にて説明する。

【００１４】図１(a) は磁気シールドケース２における
分割方向が水平方向であって、磁場の印加方向も矢符で
示す如く水平方向とした場合を示してある。この場合は
磁束は磁気シールドケース２の外周面側に引き寄せられ
るが、磁気シールドケース２の分割面のギャップ部を横
切る磁束は発生しないので、分割された両磁気シールド
ケース間に磁気ポテンシャルの差が生じず磁気シールド
ケースで囲われた内側には磁束が侵入しない。

【００１５】また図１(b) は分割構造の磁気シールドケ
ース２における分割方向が水平方向であって、磁場の印
加方向が矢符で示す如く垂直方向とした場合を示してあ
る。この場合は分割面であるギャップ部を横切る磁束が
発生するので、分割された両磁気シールドケース間に起
磁力が発生し、該磁気シールドケース２を貫通して磁気
シールドケース２で囲われた内部に磁束が侵入し、所定
の磁束密度が発生する。

【００１６】図１(c) は分割構造の磁気シールドケース
における分割方向が水平方向であって、分割面に対し磁
場の印加方向が斜め上方から印加した場合を示してあ
る。この場合は傾斜磁場による磁束の水平成分は図１
(a) と同様に磁気シールドケース内に侵入しないが、垂
直成分は図１(b) と同様となり、磁気シールドケース２
内に侵入することとなる。そこで図１(d) に示す如く磁
気シールドケース２を内,外二重に配置し、しかも内側
磁気シールドケース２１，２２の分割方向と外側磁気シ
ールドケース２３，２４の分割方向とを交叉させるよう
に、例えば互いの方向を９０°ずらせることで磁場を周
方向のいずれの方向から印加したとしても内側磁気シー
ルドケースの内側に磁束が侵入するのを阻止することが
出来ることとなる。

【００１７】内側磁気シールドケースと外側磁気シール
ドケースとの分割方向は図１(d) の如く、互いに９０°
ずらせることがシールドケース内への磁束の侵入を阻止
する上で最も好ましい。なお、各々シールドケースの加
工性，組立性や他の部品との関係で分割方向を互いに９
０°ずらせることが困難な場合は、この交叉角度には限
定されないが本発明の効果を得るためには、９０°±１
０°の範囲で選定することが好ましい。

【００１８】なお内側磁気シールドケース２１，２２と
外側磁気シールドケース２３，２４とは図示の如く、磁
気的な空隙を形成して配置することが必要である。すな
わち磁気的な空隙を形成することなく互いに接触した状
態で配置すると、これらが一体品と同様に作用し、各々
分割面に発生する磁束によって図１(b),(c) の如く磁気
シールドケース内に磁束が侵入することとなる。

【００１９】実用化に際しては内側磁気シールドケース
２１，２２と外側磁気シールドケース２３，２４との間
に合成樹脂や、Ａｌ，Ｃｕ，ステンレス等の非磁性金属
等からなる非磁性体ケースを配置する構成を採用するこ
とが望ましい。成形性や内側磁気シールドケースと外側
磁気シールドケースとの組立性（柔軟性に優れ互いのシ
ールドケースを変形させることなく容易に組立可能）等
の観点から合成樹脂が好ましい。なお、各々磁気シール
ドケースの一方又は両方にパーマロイと非磁性金属との
複合板を採用することで、前記合成樹脂を配置する構成
よりもシールド効果を増大でき、特に非磁性金属として
Ｃｕ等の導電性材料を用いることで外部から印加される
交流磁場の影響を該導電性材料内に発生する渦電流効果
によって低減することが可能となる。

【００２０】また、各々磁気シールドケースはパーマロ
イ（Ｎｉ−Ｆｅ合金），センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ
合金），ケイ素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ合金），ソフトフェラ
イト（例えばＭｎ−Ｚｎフェライト）等の公知の軟質磁
性材料を用いることができるが、加工性に優れ、透磁率
が高くて磁束がケース内側に侵入しにくい等の観点から
パーマロイが最も好ましい。

【００２１】さらに磁気シールドケース内に配置する電
流センサとしては検出コアを分割可能に構成したフラッ
クスゲート型電流センサを用いることが好ましい。フラ
ックスゲート型電流センサは特開平１０−２３２２４８
号公報に図示される構成の他、公知の種々の構成が採用
できる。

【００２２】特に本願発明者が先に提案した一対の環状
検出コアを対向配置するとともに、該検出コアの所定位
置に励磁コイルと検出コイルをトロイダル状に巻回し、
検出コアの内側の空間内に貫通配置された被検出導体に
流れる直流電流によって発生する磁場による検出コア内
の磁束を、前記励磁コイルに交流励磁電流を印加するこ
とによって磁気スイッチングし、それに伴う磁束変化に
対応する起電力を検出コイルによって得ることで、被検
出導体に流れる電流値を高感度で測定する構成からなる
電流センサ（特願平１０−３３８１８５号）を用いるこ
とで、分割型電流検出器の高精度化、小型化が達成でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】図２は本発明の実施の形態におけ
る磁気シールドケースの構成を示す分解斜視図であり、
図中１は検出器本体、２１, ２２は上，下の中央部で水
平方向に２分割された内側磁気シールドケース、２３,
２４は左，右の中央部で垂直方向に２分割された外側磁
気シールドケース、８は内側磁気シールドケース２１の
頂部に貫設した入, 出力線のコネクタを示している。

【００２４】磁気シールドケースは図２に示す如く内側
磁気シールドケース２１, ２２と外側磁気シールドケー
ス２３, ２４とからなり、いずれもパーマロイ（Ｎｉ：
８０wt％、Ｍｏ：５wt％、Ｆｅの成分組成）からなる厚
さ０. ５mmの板材にて構成され、内側磁気シールドケー
ス２１，２２は全体として中空の矩形環状をなすよう
に、また外側磁気シールドケース２３，２４は全体とし
て中空の箱形をなすように形成されている。

【００２５】中空の矩形環状をなす内側磁気シールドケ
ース２１, ２２はその上，下略中央部で水平方向に２分
割され、一方外側磁気シールドケース２３, ２４は内側
磁気シールドケース２１, ２２に外嵌可能な大きさの中
空の箱形に形成され、前記内側磁気シールドケース２
１, ２２の貫通孔７の中心を通り、内側磁気シールドケ
ース２１, ２２の２分割面と直交する面にて分割されて
おり、前記貫通孔７と対応する部分にはこれを塞がない
ように矩形の切欠部２３ａ, ２４ａが形成されている。
前記貫通孔７内には最終的に図示しない被検出導体が配
置される。

【００２６】内側磁気シールドケース２１, ２２と外側
磁気シールドケース２３, ２４とは夫々上，下又は左，
右の中央部で２分割した場合を示したが、特にこれに限
るものではなく、例えば内側磁気シールドケース２１，
２２は上端又は下端寄りの位置で、外側磁気シールドケ
ース２３，２４は左端又は右端寄りの位置で、分割して
もよく、また分割個数も検出器本体の組み込み易さ等を
勘案して任意に設定すればよい。

【００２７】また、内側磁気シールドケース２１, ２２
と外側磁気シールドケース２３, ２４との分割方向は内
部への磁束の侵入を阻止するためには互いに直交するの
が望ましいが、±１０°の範囲内で非直角の状態で交叉
させても目的とする検出器としての機能を得ることが出
来る。図示しないが、上下一対の内側磁気シールドケー
ス２１，２２の外表面に合成樹脂板等の非磁性板を貼付
固着することにより、又は内側磁気シールドケース２
１，２２に外嵌する同形状の非磁性ケースを配置するこ
とにより、内側と外側とのシールドケース間に磁気的な
空隙を形成することができる。

【００２８】図３は内側磁気シールドケース２１，２２
の内側に配設されるフラックスゲート型構造からなる検
出器本体１の拡大斜視図であり、２組の検出コア１１,
１２は相互の間に介在させた非磁性材料からなるスペー
サ１５にて相互の間に所定の間隔を隔てて並置させてあ
る。各検出コア１１, １２は夫々厚さ０. ５mmのパーマ
ロイを用いて、平行な両腕部及びこれらの一端同士を結
ぶ連結部にて正面視でＵ字形をなす２個一組のコア部材
１１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂにて形成され、１１０
０℃で３時間にわたって磁性を向上させるための焼鈍処
理を施してある。コア部材１１ａ，１１ｂと１２ａ，１
２ｂとは夫々の両腕部同士を重ね合わせ、接合して全体
として矩形環状に組立られる。

【００２９】各Ｕ字形をなすコア部材１１ａ，１１ｂ、
１２ａ，１２ｂの連結部には個別に励磁コイル１３ａ,
１３ｂ、１４ａ, １４ｂが巻回され、また対応する両コ
ア部材１１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂの連結部間に渡
して励磁コイル１３ａ，１４ａの外周及び励磁コイル１
４ａ，１４ｂの外周に検出コイル１６ａ, １６ｂが巻回
されている。

【００３０】磁気シールドケース２内に対する検出器本
体１の収納態様は組立前に図２に示す如く検出コア１
１，１２のコア部材１１ｂ，１２ｂとコア部材１１ａと
１２ａとに分けて夫々前者は内側磁気シールドケース２
１内に、また後者は内側磁気シールドケース２２内に分
けて収納固定する。即ち、検出コア１１，１２のコア部
材１１ｂ，１２ｂの各連結部に励磁コイル１３ｂ，１４
ｂを巻回し、両コア部材１１ｂ，１２ｂの間に適宜のス
ペーサを介在させて両励磁コイル１３ｂ，１４ｂの外周
にわたって検出コイル１６ｂを巻回する。

【００３１】この状態で内側磁気シールドケース２２内
にこれに沿うよう挿入させる。一方コア部材１１ａ，１
２ａの各連結部にも励磁コイル１３ｂ，１４ｂを巻回し
た後、両コア部材１１ａ，１２ａの間に適宜のスペーサ
を介在させ、両励磁コイル１３ａ，１４ａの外周にわた
って検出コイル１６ａを巻回する。この状態で内側磁気
シールドケース２１内にこれに沿うよう挿入させ固定す
る。

【００３２】各々上下の内側磁気シールドケース２１，
２２内に固定された検出コア部材１１ｂ，１２ｂと１１
ａ，１２ｂとは上下の内側磁気シールドケース２１，２
２の分割面を当接して一体化する際に、図３に示すよう
に検出コア部材１１ａ，１２ａの両腕部の外側から検出
コア部材１１ｂ，１２ｂが重ね合うようにして接合して
全体として矩形環状に組立られる。

【００３３】図２においては上記検出コア部材１１ａ，
１２ａ及び１１ｂ，１２ｂとの接合部の構成が理解しや
すいように組立後の形態にて示してある。なお、各々内
側磁気シールドケースと検出コア部材との固定は接着固
定等、公知の方法が採用でき、検出コア部材の位置決め
の為に内側磁気シールドケース２１，２２の内側面と検
出コア部材外側面との間に非磁性材からなる位置決め用
サポート部材を配置することが望ましい。

【００３４】また検出コア部材１１ａ，１２ａと１１
ｂ，１２ｂとの接合を完全に行なうために接合部の外側
から弾性材にて押圧する構成、ボルト等で押圧する構成
等を採用することが望ましい。

【００３５】以上のように内側磁気シールドケース２
１，２２内に検出コアを組立た状態で更に左，右の外側
磁気シールドケース２３, ２４を内側磁気シールドケー
ス２１, ２２の外側に外嵌し、本願発明の分割型電流検
出器を完成した。

【００３６】以上の構成においては分割された各々の検
出コア部材１１ａ，１２ａ及び検出コア部材１１ｂ，１
２ｂに励磁コイル１３ａ，１４ａと検出コイル１６ａ及
び励磁コイル１３ｂ，１４ｂと検出コイル１６ｂとが巻
回された構成にて示したが、検出器全体の構成を簡単に
し、電気的接続を容易にする等の観点から一方の検出コ
ア部材１１ａ，１２ａ又は検出コア部材１１ｂ，１２ｂ
にのみ励磁コイル及び検出コイルを配置した構成でも本
発明の目的を達成することが可能である。特に本発明の
磁気シールド構成を採用することで各々検出コア部材へ
の外部磁場の影響が実質的に零となり、一方検出コア部
材へのコイル配置による電気的アンバランスを要因とす
る検出誤差を極めて小さくすることができる。

【００３７】図４〜図７は図２に示す分割型電流検出器
の試験結果を示すグラフであり、図４は入出力特性図で
あり、縦軸に出力電圧（Ｖ）を、横軸に入力電流（mA)
をとって示してある。グラフ中●印でプロットしたの
は、被検出導体に参照図に示す分割型電流検出器の＋側
に、また○印でプロットしたのは反対側である一側に通
電した場合の結果である。この結果から明らかなよう
に、被検出導体への入力電流が１０mA以下の範囲で前記
入力電流に比例した出力電圧が得られることが解る。

【００３８】図５は平衡電流特性を示すグラフであり、
参照図に示す如く手前から紙背側と、紙背から手前側へ
同時に通電した場合の誤差出力であり、縦軸に誤差出力
電圧(V) を、また横軸に平衡電流(A) をとって示してあ
る。これから明らかなように実施の形態における検出器
本体の検出コア１１，１２の中心に形成された貫通孔の
内周面が内側磁気シールドケース２１，２２にて覆われ
ているから広範囲の平衡電流(A) に対して誤差の小さい
安定した出力電圧(V) が得られていることが解る。

【００３９】図６は耐磁場特性（５Oe）を示すグラフで
あり、図６(a) は検出器本体の内側磁気シールドケース
の分割面と直角方向に磁場を印加し、その状態で検出器
本体を貫通孔方向を中心軸として３６０°回転させた場
合を、また図６(b) は検出器本体の貫通孔と平行方向に
磁場を印加し、その状態で検出器本体を内側磁気シール
ドケースの分割面の法線方向を中心軸として３６０°回
転させた場合を示しており、いずれの場合も十分な耐磁
場特性を示していることが解る。図７は分解能に関する
試験結果を示すグラフであり、入力電流として０. １mA
のステップ変化を与えた場合、出力電圧にはこれを示す
明瞭な変化が現れており、０. １mA以下の分解能がある
ことが確認出来た。

【００４０】

【発明の効果】本発明にあっては検出器本体を囲繞する
磁気シールドケースを内, 外二重構造で構成し、各内,
外側磁気シールドケースは分割構造であって、その分割
方向が互いに交叉する方向にして検出器本体を囲繞する
態様で外嵌したから外部からの磁場の印加の方向の如何
に拘らず、内部に磁束が侵入することがなく、地磁気等
に影響されることなく、検出値が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】分割構造の磁気シールドケースの分割方向と、
印加磁場の方向との関係を示す説明図である。

【図２】磁気シールドケースの分解斜視図である。

【図３】検出器本体の拡大斜視図である。

【図４】分割型電流検出器の試験結果を示すグラフであ
る。

【図５】分割型電流検出器の試験結果を示すグラフであ
る。

【図６】分割型電流検出器の試験結果を示すグラフであ
る。

【図７】分割型電流センサの試験結果を示すグラフであ
る。

【図８】特開平１０−２３２２４８号公報に開示された
従来の分割型直流電流検出器の模式図である。

【符号の説明】

１１，１２ 検出コア ２１，２２ 内側磁気シールドケース ２３，２４ 外側磁気シールドケース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個に分割されて形成され、内側に被
   測定導体を貫通位置させるべく貫通孔を備えた環状に組
   立られた検出コアを有する分割型電流検出器において、 複数に分割され、前記検出コアの外周を覆うべく中空の
   環状に組立られた内側磁気シールドケースと、 複数に分割され、前記環状に組立られた内側磁気シール
   ドケースの外囲を覆うべく内側磁気シールドケースと磁
   気的な空隙を形成して中空の環状に組立られた外側磁気
   シールドケースとを備え、前記内側磁気シールドケース
   と、外側磁気シールドケースの各々分割方向が互いに交
   叉することを特徴とする分割型電流検出器。
2. 【請求項２】 前記内側磁気シールドケース及び外側磁
   気シールドケースがパーマロイからなることを特徴とす
   る請求項１記載の分割型電流検出器。
3. 【請求項３】 前記内側磁気シールドケースと外側磁気
   シールドケースとの間に合成樹脂を配置し、磁気的な空
   隙を形成したことを特徴とする請求項１記載の分割型電
   流検出器。
4. 【請求項４】 前記内側磁気シールドケース内には検出
   コアに励磁コイル及び検出コイルを巻回してなるフラッ
   クスゲート型電流センサを配設したことを特徴とする請
   求項１記載の分割型電流検出器。