JP2004028736A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象が単線コードだけでなく、平行２芯コードに流れている電流をも検出できるようにする。
【解決手段】グリップ部１１０の先端側に単線コードを受け入れ可能とする一対の分岐アーム１２１，１２２を形成するともに、各分岐アームの先端面に平行２芯コードを受け入れ可能とする凹部１３１を形成し、一方の分岐アーム１２１には凹部１３１の両側に位置するように第１および第２検出コイルＡ，Ｂを配置し、他方の分岐アーム１２２には少なくとも凹部１３１の片側に第３検出コイルＣを配置し、単線コードの測定時には、第１検出コイルＡもしくは第２検出コイルＢの一方と第３検出コイルＣとを和接続としてシャント抵抗に接続し、平行２芯コードの測定時には、第１検出コイルＡと第２検出コイルＢとを差接続としてシャント抵抗に接続する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定コード（電線）の周りに装着して、その電流を検出する電流センサに関し、さらに詳しく言えば、単線コードおよび平行２芯コードのいずれでも電流を検出可能とする電流センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電流センサの一つとして、図１１に例示するように、磁気コア１にコイル２を巻回し、そのコイル２の両端間をシャント抵抗Ｒｓで接続した磁気センサ型のものが知られている。この例では、磁気コア１は一部が切り欠かれた開放型であるが、この他に開閉型や環状型としたものがある。
【０００３】
この電流センサによれば、図１１（ａ）に示すように、磁気コア１内に単線コード（１本の導線）ＳＣを挿通することにより、その電流をシャント抵抗Ｒｓに発生する電圧Ｖとして検出することができる。
【０００４】
すなわち、単線コードＳＣに流れる電流をＩ，コイル２の巻き数をＮ，シャント抵抗Ｒｓの抵抗値をその符号のままＲｓで表すと、Ｖ＝（Ｉ／Ｎ）×Ｒｓなる式が成立する。この磁気コア型の電流センサは広く普及されており、測定対象が単線コードＳＣである場合には特に問題はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１（ｂ）に示すように、測定対象が例えば交流用平行２芯コードなどの往復電流が流れる平行線路ＰＣである場合には、その各線路に流れる電流によって発生する磁界が互いに打ち消されることになるため、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧Ｖが極端に低くなる。
【０００６】
したがって、上記の電流センサでは、平行線路ＰＣの電流を正確に検出することができない。なお、ＺＣＴ（ゼロ相変流器）によれば、平行線路ＰＣの微小な電流差を検出することができるが、ＺＣＴは本来漏れ電流測定用であって、電流そのものを直接測定することを意図したものではない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、測定対象が単線コードだけでなく，平行２芯コード（２芯キャブタイヤコードを含む）に流れている電流をも検出することができるようにした電流センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、単線コードおよび平行２芯コードを測定対象とし、上記各コードに流れている電流を検出する電流センサであって、グリップ部と、上記グリップ部の先端側においてほぼＵ字状に互いに平行に分岐され、それらの間に上記単線コードを受け入れ可能とする一対の分岐アームと、上記平行２芯コードの長幅よりも実質的に広い溝幅をもって上記一対の分岐アームの各先端面に形成された上記平行２芯コードを受け入れ可能とする凹部と、上記一方の分岐アームにおいて上記凹部の両側に配置された第１および第２検出コイルと、上記他方の分岐アームにおいて上記凹部の少なくとも片側に配置された第３検出コイルと、上記各検出コイルに誘起された電流を電圧として取り出すシャント抵抗と、上記シャント抵抗に対して上記各検出コイルを選択的に接続する接続切替回路とを含み、上記接続切替回路は、上記単線コードの測定時には、上記第１検出コイルもしくは上記第２検出コイルの一方と上記第３検出コイルとを和接続として上記シャント抵抗に接続し、上記平行２芯コードの測定時には、上記第１検出コイルと上記第２検出コイルとを差接続として上記シャント抵抗に接続することを特徴としている。
【０００９】
この場合、上記各コードに流れる電流によって発生する磁界の向きとの関係からして、上記各検出コイルは、そのコイル軸線が上記分岐アームの延在方向に合わせられていることが好ましい。
【００１０】
また、上記凹部の底面に上記平行２芯コードの形状に合致するほぼＷ（もしくはω）字状の溝を形成することにより、上記平行２芯コードを上記凹部内において正確に位置決めすることができる。本発明によれば、平行２芯コードのみならず、内部で２線をツイストした２芯キャブタイヤコードの電流も検出することができる。
【００１１】
すなわち、２芯キャブタイヤコードを上記凹部内に配置して相対的に移動させながら、上記シャント抵抗に現れる電圧のピーク値を求めることにより、２芯キャブタイヤコードの電流を検出することができる。なお、上記各検出コイルに代えてホール素子を用いることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明による電流センサの要部外観斜視図で、図２は電流センサ内に配置された４つの検出コイルを透視した図１と同様の要部透視斜視図である。また、図３は単線コードの電流検出状態を示す斜視図で、図４は平行２芯コードの電流検出状態を示す斜視図である。
【００１３】
この電流センサ１００は、操作部としてのグリップ部１１０を備えている。グリップ部１１０は合成樹脂などの非磁性体からなり、この例では、角柱状に形成されているが、これ以外の形状であっもよい。
【００１４】
グリップ部１１０の先端には、互いに平行に延在する一対の分岐アーム１２１，１２２が形成されている。分岐アーム１２１，１２２の間には、図３に示すように、単線コードＳＣをそのコード軸と直交する方向から受け入れ可能とするほぼＵ字状の単線用のコード収納溝１２３が設けられている。
【００１５】
コード収納溝１２３の深さ（奥行き）は、少なくとも単線コードＳＣの半径相当以上で、好ましくは直径相当であるとよい。また、コード収納溝１２３の溝底形状は、図示のように単線コードＳＣの外形に合致する円弧状であることが好ましいが、コ字状や三角形状であってもよい。
【００１６】
分岐アーム１２１，１２２の各先端面には、図４に示すように、平行２芯コード（往復電流が流れる平行線路）ＰＣを受け入れ可能とする凹部１３１，１３１が形成されている。凹部１３１，１３１は同一形状であるため、その一方について説明する。
【００１７】
平行２芯コードＰＣは偏平であるため、その断面における長幅（２芯が並べられている方向の幅）をＷａ，短幅をＷｂとすると、凹部１３１の溝幅Ｗｃは、平行２芯コードＰＣの長幅Ｗａよりも実質的に広くされている。好ましくはＷｃ＝Ｗａであり、「実質的に広く」の意味には、Ｗｃ＝Ｗａの場合も含まれる。
【００１８】
凹部１３１の深さ（奥行き）は、平行２芯コードＰＣの短幅Ｗｂの１／２相当以上であることが好ましい。また、平行２芯コードＰＣを凹部１３１内において正確に位置決めするため、凹部１３１の底面に、平行２芯コードＰＣの形状に合致するほぼＷ（もしくはω）字状の溝１３２を形成することが好ましい。
【００１９】
この例において、図２に示すように、電流センサ１００は４つの検出コイルＡ〜Ｄを備えている。すなわち、一方の分岐アーム１２１には、凹部１３１の両側に位置するように２つの検出コイルＡ，Ｂが配置されている。また、他方の分岐アーム１２２にも、同じく凹部１３１の両側に位置するように２つの検出コイルＣ，Ｄが配置されている。
【００２０】
各検出コイルＡ〜Ｄは同一構成であり、図５に示すように、磁気コア１４１にコイル線１４２を所定のターン数分巻回したものからなる。この例では、磁気コア１４１を角柱体としているが円柱体であってもよい。
【００２１】
単線コードＳＣ，平行２芯コードＰＣのいずれにしても、電流による磁界はコードの円周方向に沿って発生する。その発生磁界との磁気的結合を効果的とするため、検出コイルＡ〜Ｄの各コイル軸線は、分岐アーム１２１，１２２の延在方向に合わせることが好ましい。
【００２２】
ところで、一方の分岐アーム１２１側の検出コイルＡ，Ｂと、他方の分岐アーム１２２側の検出コイルＣ，Ｄは、１８０゜対向的に配置されているため、測定対象が単線コードＳＣである場合、その発生磁界は検出コイルＡ，Ｂには同一方向、また、検出コイルＣ，Ｄには同一方向にかかるが、検出コイルＡ，Ｂと検出コイルＣ，Ｄとでは逆向きにかかることになる。
【００２３】
これに対して、測定対象が平行２芯コードＰＣである場合には、図６に示すように、その発生磁界が同じ分岐アーム１２１（１２２）側の２つの検出コイルＡ，Ｂ（Ｃ，Ｄ）に対して逆向きにかかることになる。
【００２４】
そのため、この電流センサ１００は、単線コードＳＣの測定時と平行２芯コードＰＣの測定時とで、検出コイルＡ〜Ｄを選択して組み合わせて接続する接続切替回路を備えており、その構成例を図７により説明する。
【００２５】
この接続切替回路１５０は、２接点式の第１および第２の２つの切替スイッチ１５１，１５２と、単接点式の第３および第４の２つの切替スイッチ１５３，１５４とにより、検出コイルＡ〜Ｄを組み合わせて接続する。
【００２６】
なお、第１および第２切替スイッチ１５１，１５２のＳ端子は単線コードＳＣの測定時に選択される端子で、Ｐ端子は平行２芯コードＰＣの測定時に選択される端子である。また、第３および第４切替スイッチ１５３，１５４は単線コードＳＣの測定時にオン，平行２芯コードＰＣの測定時にオフとされる。
【００２７】
検出コイルＡの巻始端は、シャント抵抗Ｒｓの一端側に接続されている。また、検出コイルＡの巻始端は、第３切替スイッチ１５３を介して検出コイルＢの巻始端と、第２切替スイッチ１５２のＰ端子とに接続されている。検出コイルＡの巻終端は、第１切替スイッチ１５１の共通端子に接続されている。
【００２８】
検出コイルＢの巻始端は、第２切替スイッチ１５２のＰ端子に接続され、検出コイルＢの巻終端は、検出コイルＤの巻始端と、第１切替スイッチ１５１のＰ端子とに接続されている。検出コイルＣの巻始端は、第１切替スイッチ１５１のＳ端子に接続され、検出コイルＣの巻終端は、第２切替スイッチ１５２のＳ端子に接続されている。
【００２９】
検出コイルＤの巻始端は、第１切替スイッチ１５１のＰ端子に接続され、検出コイルＤの巻終端は、第４切替スイッチ１５４を介してシャント抵抗Ｒｓの他端側と、第２切替スイッチ１５２の共通端子とに接続されている。また、シャント抵抗Ｒｓの他端側は、第２切替スイッチ１５２の共通端子に接続されている。
【００３０】
単線コードＳＣの測定時には、図３に示すように、単線コードＳＣを分岐アーム１２１，１２２間のコード収納溝１２３内に配置し、第１および第２切替スイッチ１５１，１５２をともにＳ端子側に切り替え、第３および第４切替スイッチ１５３，１５４をともにオンとする。
【００３１】
これにより、図８に示すように、検出コイルＡと検出コイルＣ，また、検出コイルＢと検出コイルＤとがそれぞれ和接続状態となり、各検出コイルＡ〜Ｄに誘起された電流が加算されてシャント抵抗Ｒｓに流れるため、シャント抵抗Ｒｓにて被測定電流に比例した電圧を取り出すことができる。
【００３２】
これに対して、平行２芯コードＰＣの測定時には、図４に示すように、平行２芯コードＰＣを分岐アーム１２１，１２２の凹部１３１，１３１内に配置し、第１および第２切替スイッチ１５１，１５２をともにＰ端子側に切り替え、第３および第４切替スイッチ１５３，１５４をともにオフとする。
【００３３】
これにより、図９（ａ）に示すように、検出コイルＡと検出コイルＢとが差接続状態となり、平行２芯からそれぞれ逆方向に発生する磁界により誘起された電流が加算されることになるため、同様にシャント抵抗Ｒｓにて被測定電流に比例した電圧を取り出すことができる。
【００３４】
この例において、平行２芯コードＰＣの測定時には、検出コイルＡと検出コイルＢの組み合わせのみを使用し、検出コイルＣと検出コイルＤを不使用としているのは、図１０に示すように、２芯キャブタイヤコードＣＣの電流検出をも可能とするためである。
【００３５】
すなわち、２芯キャブタイヤコードＣＣにおいては、一般的に内部で２線がツイストされているため、２芯キャブタイヤコードＣＣを分岐アーム１２１，１２２の凹部１３１，１３１内に配置した場合、外観からではその２本の芯線と検出コイルＡ，Ｂとの位置関係が分からない。
【００３６】
２本の芯線が、検出コイルＡ，Ｂの真横に位置したときに磁気的な結合がもっとも強くなり、検出コイルＡ，Ｂに誘起される電流が最大となる。したがって、２芯キャブタイヤコードＣＣと電流センサ１００とを、そのコード長方向に相対的にずらしてシャント抵抗Ｒｓに発生する最大電圧を測定することにより、電流を検出することができる。
【００３７】
このとき、検出コイルＡ，Ｂの組み合わせと、検出コイルＣ，Ｄの組み合わせを同時に使用すると、極端な例として、一方の組み合わせで最大電圧が得られたとしても、他方の組み合わせが最小電圧を示す場合もあるため、その処理が困難となる。
【００３８】
このような理由により、この例では、平行２芯コードＰＣの測定時、検出コイルＡと検出コイルＢの組み合わせのみを使用し、検出コイルＣと検出コイルＤを不使用としている。
【００３９】
なお、接続切替回路１５０の結線を変更することにより、図９（ｂ）に示すように、検出コイルＣと検出コイルＤとを差接続としてシャント抵抗Ｒｓに接続することもできる。また、２芯キャブタイヤコードＣＣを測定する予定がない場合には、検出コイルＡ，Ｂの組み合わせと、検出コイルＣ，Ｄの組み合わせを同時に使用してもよい。
【００４０】
上記実施形態では、４つ検出コイルＡ〜Ｄを使用しているが、例えば分岐アーム１２２側には検出コイルＣのみを配置して検出コイルＤを不要とし、３つの検出コイルＡ〜Ｃを備えた構成とすることもできる。
【００４１】
この場合には、単線コードＳＣの測定時には、検出コイルＡと検出コイルＣとを和接続とし、平行２芯コードＰＣの測定時には、検出コイルＡと検出コイルＢとを差接続とすればよい。
【００４２】
また、検出コイルに代えて、ホール素子などの磁電変換素子を用いることも可能である。その場合、各ホール素子を和接続とするか、差接続とするかを含む選択的な組み合わせは、図７で説明した接続切替回路１５０に準じた結線で行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グリップ部の先端側に単線コードを受け入れ可能とする一対の分岐アームを形成するともに、各分岐アームの先端面に平行２芯コードを受け入れ可能とする凹部を形成し、一方の分岐アームには凹部の両側に位置するように第１および第２検出コイルを配置し、他方の分岐アームには少なくとも凹部の片側に第３検出コイルを配置し、単線コードの測定時には、第１検出コイルもしくは第２検出コイルの一方と第３検出コイルとを和接続としてシャント抵抗に接続し、平行２芯コードの測定時には、第１検出コイルと第２検出コイルとを差接続としてシャント抵抗に接続するようにしたことにより、測定対象が単線コードだけでなく、平行２芯コードに流れている電流をも検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電流センサの実施形態を説明するための要部外観斜視図。
【図２】上記電流センサ内に配置された４つの検出コイルを透視した図１と同様の要部透視斜視図。
【図３】上記電流センサにおいて、単線コードの電流検出状態を示す斜視図。
【図４】上記電流センサにおいて、平行２芯コードの電流検出状態を示す斜視図。
【図５】上記検出コイルの拡大斜視図。
【図６】本発明において、平行２芯コードの測定時の状態を示す模式的な側面図。
【図７】本発明が備える接続切替回路の回路図。
【図８】本発明において、単線コード測定時の検出コイルの組み合わせ例を示す説明図。
【図９】本発明において、平行２芯コードの測定時の検出コイルの組み合わせ例を示す説明図。
【図１０】本発明において、２芯キャブタイヤコード測定時の状態を示す模式的な側面図。
【図１１】従来の電流センサの測定例を示す模式図。
【符号の説明】
１００　電流センサ
１１０　グリップ部
１２１，１２２　分岐アーム
１２３　コード収納溝
１３１　凹部
１４１　磁気コア
１４２　コイル線
１５０　接続切替回路
１５１〜１５４　切替スイッチ
Ａ〜Ｄ　検出コイル
Ｒｓ　シャント抵抗

Claims (5)

1. 単線コードおよび平行２芯コードを測定対象とし、上記各コードに流れている電流を検出する電流センサであって、
   グリップ部と、上記グリップ部の先端側においてほぼＵ字状に互いに平行に分岐され、それらの間に上記単線コードを受け入れ可能とする一対の分岐アームと、上記平行２芯コードの長幅よりも実質的に広い溝幅をもって上記一対の分岐アームの各先端面に形成された上記平行２芯コードを受け入れ可能とする凹部と、上記一方の分岐アームにおいて上記凹部の両側に配置された第１および第２検出コイルと、上記他方の分岐アームにおいて上記凹部の少なくとも片側に配置された第３検出コイルと、上記各検出コイルに誘起された電流を電圧として取り出すシャント抵抗と、上記シャント抵抗に対して上記各検出コイルを選択的に接続する接続切替回路とを含み、
   上記接続切替回路は、上記単線コードの測定時には、上記第１検出コイルもしくは上記第２検出コイルの一方と上記第３検出コイルとを和接続として上記シャント抵抗に接続し、上記平行２芯コードの測定時には、上記第１検出コイルと上記第２検出コイルとを差接続として上記シャント抵抗に接続することを特徴とする電流センサ。
2. 上記各検出コイルは、そのコイル軸線が上記分岐アームの延在方向に合わせられている請求項１に記載の電流センサ。
3. 上記凹部の底面には、上記平行２芯コードの形状に合致するほぼＷ字状の溝が形成されている請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 上記各検出コイルに代えてホール素子を用いる請求項１，２または３に記載の電流センサ。
5. 測定対象として、２芯キャブタイヤコードを含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電流センサ。

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