JP2007298413A - 電流検出装置ならびに電力量計 - Google Patents

Abstract

【課題】
機械的衝撃を受けた場合でも電流−磁界変換部と、磁気センサ部の位置関係が変動しにくい高精度の電流検出装置を提供する。
【解決手段】
磁気センサ１０４を実装したプリント配線基板１０５を筐体１０６に実装し、コア１０２，１０３を板バネ１１２を介しコアカバー１１０ならびにコアホルダー１１１にて筐体１０６に固定するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は被測定系の電流を検出する電流検出装置ならびに電力量計に関する。

従来より、外部の電流を検出し電気信号に変換する電流検出装置が電力量計、電力計、電流計等の測定器に使用されてきている。当該電流検出装置は電流を磁界に変換する電流−磁界変換部と、磁界を電気信号に変換する磁気センサ部とを具備している。また、外部の電流や電圧を検出するものとしてトランスがある。（例えば特許文献１）
特開２００４−９６０１６公報（第２頁、図１）

電流を磁界に変換する電流−磁界変換部と、磁界を電気信号に変換する磁気センサ部とを具備した電流検出装置が普及していることは前述のとおりである。従来の電流検出装置において、外部から機械的衝撃を受けた場合、電流−磁界変換部と、磁気センサ部の位置関係が変動し、磁気センサ部が受ける磁界が変化してしまい、その結果、電流検出装置の検出結果に誤差を生じてしまう問題点があった。また、磁気センサ部を電流−磁界変換部に接着剤等で固定した場合、当該磁気センサは半導体により構成されるセンサであるところ、当該センサと接着剤の熱膨張率が異なるため、温度変化による機械的応力歪みにより、センサの感度が変化し電流検出装置の検出精度を低下させてしまうという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑み、機械的衝撃を受けた場合でも電流−磁界変換部と、磁気センサ部の位置関係が変動しにくい高精度の電流検出装置ならびに電力量計を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による電流検出装置は、外部電流を正比例した磁界に変換する組合せ構造を有するコアと、前記コアにより変換された磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサが実装されると共に、前記コアに貫通されたプリント配線基板と、前記コアおよび前記プリント配線基板を保持する筐体と、前記コアを押さえるバネと、前記筐体に設けられ、前記バネを介し、前記コアの集磁部が前記プリント配線基板に実装された前記磁気センサを挟持するように前記コアを筐体に固定する固定手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、外部から機械的衝撃を受けた場合でも、外部の使用電流を磁界に変換する電流−磁界変換部と、磁界を電気信号に変換する磁気センサ部との位置関係を復帰させることが可能である、検出誤差が生じ難い高精度の電流検出装置ならびに電力量計を提供することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明による電流検出装置ならびに電力量計の実施例１につき図１を参照して説明する。図１は本発明による電流検出装置ならびに電力量計の構成を示す組立て構成図である。

図１において、１０１は電流線で、銅等の導電性のある金属により構成されており、被測定対象である外部電流を導通する。

１０２はコアで、フェライト等の磁性材料にて構成されており、後述するコア１０３と組合わされることにより電流線１０１に流れる電流に正比例した磁界を発生する。

１０３はコアで、フェライト等の磁性材料にて構成されており、コア１０２と組合わされ電流線１０１に流れる電流に正比例した磁界を発生する。

１０４は磁気センサで、ホールセンサ等の半導体素子により構成されており、コア１０２、コア１０３が発生した、被測定電流に正比例した磁界を検出する。

１０５はプリント配線基板で、銅等の金属材が配線パターンとして印刷されたエポキシ樹脂板等により構成され、磁気センサ１０４を固定保持するとともに他の電流検出装置の回路部品（図中不示）を固定保持している。なお通常、磁気センサ１０４や他の回路部品はプリント配線板に半田付けにより固定される。

１０６は筐体で、プラスチック等の材料により構成されており、コア１０２、プリント配線基板１０５を保持する。

１０７は基板位置決め部で、プラスチック等の材料により筐体１０６上に構成されており、プリント配線基板１０５の固定位置を決める。

１０８はコア位置決め部で、プラスチック等の材料により筐体１０６上に構成されており、コア１０２の固定位置を決める。

１０９は爪状係合部で、プラスチック等の材料により筐体１０６上に構成されており、後述するコアカバー１１０に係合することによりコアホルダー１１１とともにコア１０２ならびにコア１０３を固定する。

１１０は固定手段としてのコアカバーで、金属板を成型したものにより構成されており、コア１０２ならびにコア１０３を固定する。なお、コアカバー１１０は側面に固定用穴１１０ａを有しており、当該固定用穴１１０ａが爪状係合部１０９と係合することにより筐体１０６に固定される。

１１１はコアカバー１１０とともに固定手段を形成するコアホルダーで、プラスチック等の材料により構成されており、コアカバー１１０とコア１０２、１０３との絶縁を確保する。

１１２は板バネで、弾力のある金属板等により構成されており、コア１０３を押さえる。

次に、本実施例の動作を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７を参照しつつ説明する。

当該電流検出装置ならびに電力量計を組み立てるためには、まずコア１０２を筐体１０６の上に設けられたコア位置決め部１０８に挿入する。次に電流線１０１をコア１０２の電流線貫通孔１０２ａに配置する。次にプリント配線基板１０５を筐体１０６に取り付ける。プリント配線基板１０５の取付け穴部１０５ａを筐体１０６に設けられた基板位置決め部１０７に係合させて、筐体１０６とプリント配線基板１０５の位置関係を決める。さらにプリント配線基板１０５の固定用穴１０５ｂにコア１０２ならびに爪状係合部１０９を貫通させ、プリント配線基板１０５を筐体１０６に配置する。

次にコア１０３をコア１０２にあわせて配置し、さらに、板バネ１１２をコア１０３に配置し、コアホルダー１１１ならびにコアカバー１１０をかぶせる。コアカバー１１０はその固定用穴１１０ａが爪状係合部１０９に係合することにより固定される。また、プリント配線基板１０５はその固定用穴１０５ｂが爪状係合部１０９に係合することにより固定される。ここでプリント配線基板１０５には磁気センサ１０４が実装されており、当該磁気センサ１０４とコア１０２ならびにコア１０３の集磁部が面するようになる。なお電流線１０１はコア１０２の電流線貫通孔１０２ａを貫通するのみで固定されていないが電流線１０１の両端が当該電流検出装置を実装する測定器等の製品に固定される。

実装後の斜視図を図２に示す。なお、図２において電流線１０１の記載は省略されている。また筐体１０６ならびにプリント配線基板１０５は部分のみの記載となっている。

コア１０２とコア１０３は電流線１０１に流れる電流に正比例した磁界を、磁気センサ１０４に印加する。磁気センサ１０４は印加された磁界に正比例した電圧を発生する。その結果、電流検出装置として、被測定電流に正比例した電圧を発生する。なおプリント配線基板１０５上に例えば半導体集積回路であるＡ−Ｄコンバータ等を実装しておき被測定電流に対応した符号化されたコードを得ることも可能である。

板バネ１１２は図３に示すような形状をしている。つまり長手方向中央部が盛り上がった瓦状の形状をしており、さらにその両端に折り返し部３０１を有する構造となっている。

また、コアホルダー１１１の斜視図を図４に示す。さらにコアホルダー１１１の内側斜視図を図５に示す。コアホルダー１１１は二つのストッパ５０１をその内側上部でコア１０３と面する面に有している。つまりストッパ５０１は、その下面がコア１０３に面するようブロック状に成型されている。また、板バネ１１２は２つのストッパ５０１間に位置するよう配置される。

その様子を示した断面図を図６に示す。つまり、コアカバー１１０はコアホルダー１１１ならびに板バネ１１２を介しコア１０２，１０３を固定する。

仮に板バネ１１２を用いずにコアカバー１１０ならびにコアホルダー１１１にてコア１０３ならびにコア１０２を直接押さえて固定しようとした場合、コアカバー１１０の固定用穴１１０ａの製造による位置寸法ばらつき等を考慮すると、固定用穴１１０ａを爪状係合部１０９ときつく係合する方向に位置させることが必要になる。その結果、コアカバー１１０ならびにコアホルダー１１１がコア１０３ならびにコア１０２を強力な力にて押さえることになってしまう。磁性体であるところのコア１０２ならびにコア１０３は、外部からの機械的な応力を加えられるとその磁気抵抗等、磁気特性が変動するため、過大な力で押さえられることは望ましくない。さらに、量産時の製造ばらつき等によりコアカバー１１０の固定穴１１０ａの位置が変動するため、固体ごとにコア１０３ならびにコア１０２を押さえる力が変動することがある。

本実施例を用いれば、コアカバー１１０ならびにコアホルダー１１１が、板バネ１１２を介し、磁気結合可能な程度の力でコア１０２、コア１０３を押さえるので、外部から機械的衝撃を受けた場合でも、電流−磁界変換部であるコア１０２，１０３と、磁気センサ１０４との位置関係を復帰させることが可能である。また、コアの磁気特性を変動させにくいため、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

板バネ１１２は、瓦状に婉曲した弾力のある金属板等により構成されており、その金属自体の弾性にてバネの働きをする。板バネ１１２の両端にある折り返し部３０１は、コア１０２、コア１０３両端の柱部鉛直線上を押さえる。折り返し部３０１は組立て時や、組立て後の振動により、板バネ１１２がコア１０３とコアホルダー１１１のストッパ５０１との間に挟まってしまうことを防ぐ。板バネ１１２の折り返し部３０１がストッパ５０１の内側に当たり図６における左右方向のずれを防止する。

なお、両端の返し部３０１がコア１０３側に、瓦状婉曲部がコアホルダー１１１側に接するように板バネ１１２を配置することがのぞましい。コアの中柱部は磁気センサ１０４を挟み込む空隙を有しており、仮に両端の返し部３０１がコアホルダー１１１側に、瓦状婉曲部がコア１０３側に接するように板バネ１１２を配置した場合、板バネ１１２はコア１０３の中柱部鉛直線上を押すことになり、コア１０３はたわむ方向に力を受けることになる。このような機械的な応力はコア１０３の磁気抵抗等、磁気特性を変動させてしまうため望ましくない。

本実施例を用いれば、板バネ１１２の折り返し部３０１が、ストッパ５０１の内側に当たるので、振動等による板バネ１１２のずれを防止することができ、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

ストッパ５０１は、図６における上下方向に機械的な衝撃を受けた場合のコア１０２、１０３の変位量を制限する。

コア１０２、コア１０３は板バネ１１２を介しコアカバー１１０、コアホルダー１１１に押さえられている。したがって、機械的な衝撃を受けた場合、コア１０２、コア１０３はコアカバー１１０、コアホルダー１１１内の移動可能な範囲で一時的に移動し、その後、板バネ１１２の弾力にて再度もとの位置に押さえられる。

しかし、機械的衝撃が過大であった場合、コア１０２、コア１０３の移動距離が大きくなり、コア１０２が磁気センサ１０４に緩衝してしまうことになる。磁気センサ１０４はホールセンサのような半導体にて構成されるものであるところ、機械的衝撃を受けた場合、その感度やオフセットといった電気的特性が変動してしまう。機械的衝撃が加えられ場合、コア１０２が磁気センサ１０４に緩衝する前に、コアホルダー１１１に設けられたストッパ５０１が、コア１０３の移動範囲を制限し、コア１０２が磁気センサ１０４に緩衝することを防止する。なお、ストッパ５０１は、磁気センサ１０４とコア１０２との距離より、コア１０３とストッパ５０１の距離が短くなるような位置に配置されている。

本実施例を用いれば、機械的衝撃が発生した場合でも、コア１０３がストッパ５０１に緩衝し変位距離を制限するため、コア１０２が磁気センサ１０４に緩衝することを防止することができ、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

プリント配線基板上には図７に示すようにループパターン７０１が設けられている。当該ループパターン７０１は銅箔等の材質にてプリント配線基板１０５上に設けられており、磁気センサ１０４の周囲でコア１０３の各支柱間を覆っている。電機的、磁気的な外乱が磁気センサ１０４の周囲に発生した場合でも、当該ループパターンが磁気センサ１０４の周囲の電位差の発生を阻止するので高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

以上のように、本実施例を用いれば、コアカバー１１０ならびにコアホルダー１１１が、板バネ１１２を介し、磁気結合可能な程度の力でコア１０２、コア１０３を押さえるので、外部から機械的衝撃を受けた場合でも、電流−磁界変換部であるコア１０２，１０３と、磁気センサ１０４との位置関係を復帰させることが可能である。また、コアの磁気特性を変動させにくいため、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

また、本実施例を用いれば、板バネ１１２の折り返し部３０１が、ストッパ５０１の内側に当たるので、振動等による板バネ１１２のずれを防止することができ、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

さらに、本実施例を用いれば、機械的衝撃が発生した場合でも、コア１０３がストッパ５０１に緩衝し変位距離を制限するため、コア１０２が磁気センサ１０４に緩衝することを防止することができ、高精度な電流検出装置ならびに電力量計を供給することが可能となる。

本発明による電流検出装置の実施例１の構成を示す構成図 本発明による電流検出装置の実施例１の構成を示す外観図 板バネ１１２の外観図 コアホルダー１１１の外観図 コアホルダー１１１の外観図 本発明による電流検出装置の実施例１の構成を示す断面図 プリント配線基板１０５の外観図

符号の説明

１０１ 電流線
１０２ コア
１０２ａ 電流腺貫通孔
１０３ コア
１０４ 磁気センサ
１０５ プリント配線基板
１０５ａ 取付け穴部
１０５ｂ 固定用穴
１０６ 筐体
１０７ 基板位置決め部
１０８ コア位置決め部
１０９ 爪状係合部
１１０ コアカバー
１１０ａ 固定用穴
１１１ コアホルダー
１１２ 板バネ
３０１ 折り返し部
５０１ ストッパ
７０１ ループパターン

Claims (5)

1. 外部電流を正比例した磁界に変換する組合せ構造を有するコアと、
   前記コアにより変換された磁界を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサが実装されると共に、前記コアに貫通されたプリント配線基板と、
   前記コアおよび前記プリント配線基板を保持する筐体と、
   前記コアを押さえるバネと、
   前記筐体に設けられ、前記バネを介し、前記コアの集磁部が前記プリント配線基板に実装された前記磁気センサを挟持するように前記コアを筐体に固定する固定手段と
   を具備したことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記バネは板バネであり両端に折り返し部を具備したことを特徴とする
   請求項１記載の電流検出装置。
3. 前記固定手段は
   前記コアの可動距離を制限するストッパを具備したことを特徴とする
   請求項１乃至２のいずれか１項記載の電流検出装置。
4. 前記プリント配線基板は前記磁気センサ周囲を取り巻くリング状パターンを具備したことを特徴とする
   請求項１乃至４のいずれか１項記載の電流検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の電流検出装置を
   具備したことを特徴とする電力量計。

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