JP2009229300A - 電流検出器およびこれを用いた電力量計 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な計量が可能であり、しかも小型かつ安価な電流検出器を提供する。
【解決手段】所定幅ｗ１の板状の導体４を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成されたループ状の電流路２ａと、電流路を形成する対向する導体の間に、感磁軸方向の長さが導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が該導体の幅方向に向くように設置された磁電変換素子２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁電変換により導体を流れる電流の大きさを検出する電流検出器およびこれを用いた電力量計に関する。

電子式電力量計の電流計測部においては、電流検出器として、例えば図１１に示すような磁電変換素子が用いられている（特許文献１参照）。この電流検出器では、電流路１ｂに流れる被検電流Ｉによって発生する磁束Ｆが貫通するように、導体１によって形成されたループ状の電流路１ｂの中心に磁電変換素子２が配置されている。また、磁電変換素子２の周囲には、磁束Ｆを集めるための強磁性体３が配置されている。

この電流検出器によれば、構造が簡単で、磁電変換素子の固定方法も容易であり、低コスト化を図ることができる。また、電流検出器として磁電変換素子を用いることにより、一次側と二次側を電気的に絶縁し、二次側に接続された回路を保護する役割も果たすことができる。
特開平０５−２２３８４９号公報

ところで、上述した従来の電流検出器は、近接した導体を流れる被検電流によって発生する磁界の相互干渉や外部ノイズの影響および磁電変換素子の経年変化による位置ズレなどによって正確な計量ができない場合がある。

また、検出感度向上のために、強磁性体を配置したり、巻数を増やしたりすることにより電流検出器が大型化し、また、高価になるという問題もある。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、正確な計量が可能であり、しかも小型かつ安価な電流検出器およびこれを用いた電力量計を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る電流検出器は、所定幅の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成されたループ状の電流路と、電流路を形成する対向する導体の間に、感磁軸方向の長さが導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が該導体の幅方向に向くように設置された磁電変換素子を備えたことを特徴とする。

また、第２の発明に係る電流検出器は、Ｕ字状の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成された所定幅の第１導体によるループ状の第１電流路および該第１電流路に接続されて所定幅と同一の幅を有する第２導体によるループ状の第２電流路と、第１電流路を形成する対向する第１導体の間に、感磁軸方向の長さが第１導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が第１導体の幅方向に向くように設置された第１磁電変換素子と、第２電流路を形成する対向する第２導体の間に、感磁軸方向の長さが第２導体の幅より小さく、感磁軸が第２導体の幅方向を向くように設置され、かつ、第１磁電変換素子に直列に接続された第２磁電変換素子を備えたことを特徴とする。

また、第３の発明に係る電流検出器は、第２の発明において、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、極性が逆になるように接続されていることを特徴とする。

また、第４の発明に係る電流検出器は、第２の発明又は第３の発明において、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、各々の感磁軸が同一軸になるように配置されている。

また、第５の発明に係る電力量計は、電流を測定する電流測定部と、電圧を測定する電圧測定部と、電流測定部で測定された電流と電圧測定部で測定された電圧とに基づき電力量を演算する電力量演算部と、電力量演算部で演算された電力量を出力する出力部とを備え、電流測定部は、所定幅の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成されたループ状の電流路と、電流路を形成する対向する導体の間に、感磁軸方向の長さが導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が該導体の幅方向に向くように設置された磁電変換素子を備えた電流検出器から成ることを特徴とする。

第１の発明によれば、磁電変換素子の感磁軸方向の長さは、上側導体および下側導体の幅より十分小さいので、磁電変換素子の感磁面において磁束密度が大きくかつ均一になり、従来の電流検出器に比べて検出感度を向上させることができる。その結果、正確な計量が可能であり、しかも小型かつ安価に電流検出器を構成できる。

また、第２の発明によれば、第１電流路を形成する対向する第１導体の間に第１磁電変換素子を配置し、第２電流路を形成する対向する第２導体の間に第２磁電変換素子を配置してこれらを直列に接続したので、検出感度を向上させることができる。

また、第３の発明によれば、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、極性が逆になるように接続されているので、検出感度を向上させることができるとともに、外部磁界の影響をキャンセルすることができる。

また、第４の発明によれば、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、各々の感磁軸が同一軸になるように配置されているので、各磁電変換素子の相互干渉を排除することができ、検出感度を向上させることができる。

さらに、第５の発明によれば、第１の発明の電流検出器を用いて電力量計を構成したので、従来の電流検出器に比べて検出感度を向上させることができ、正確な計量が可能であり、しかも小型かつ安価に電力量計を構成できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術の欄で説明した従来の電流検出器の構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電流検出器の外観斜視図である。この電流検出器は、所定の幅ｗ１を有する板状の導体４を長手方向のほぼ中央で折り返すことにより、間隙ｈで平行して対向する上側導体４ａと下側導体４ｂとを構成し、これによりループ状の電流路（以下、「ループ電流路」という）２ａが形成されている。なお、ループ状の電流路は切り込みによって形成することもできる。

上側導体４ａと下側導体４ｂとによって形成される空隙の中心部、つまり、ループ電流路２ａの中心部には、磁電変換素子２が設置されている。この磁電変換素子２は、ループ電流路２ａに被検電流Ｉが流れることにより発生される磁界方向（図１中の右方向）に対して検出感度を持つように、具体的には、感磁軸が上側導体４ａおよび下側導体４ｂの幅方向になるように設置されている。磁電変換素子２の感磁軸方向の長さａは、図１では誇張して描かれているが、上側導体４ａおよび下側導体４ｂの幅ｗ１より十分に小さい。

磁電変換素子２は、例えば図２に示すように、磁気コアにコイルを巻回して構成されている。この磁電変換素子２は、磁気コアの感磁面（感磁軸に直交する面）に鎖交する磁束を検出し、磁束密度に応じた電流を出力する。なお、磁電変換素子２としては、図３に示すようなホール素子を用いることもできる。

このように構成される実施例１に係る電流検出器では、図１および図４に示すように、下側導体４ｂから上側導体４ａに向かうループ電流路２ａを被検電流Ｉが流れることにより、上側導体４ａで発生される磁束と下側導体４ｂで発生された磁束とが加算合成されて、図４中の左側から右側に向かって磁電変換素子２を貫く。

したがって、直線状の導体から成る直線電流路を一方向に被検電流が流れることにより発生する磁束を磁電変換素子で検出する一般的な電流検出器に比べ、検出感度を向上させることができる。

また、磁電変換素子２は、その感磁軸方向の長さａが、上側導体４ａおよび下側導体４ｂの幅ｗ１より十分小さくなるように構成されているので、次のような作用および効果を奏する。

図５（ａ）は、従来の電流検出器で発生される磁界を示す図である。この電流検出器では、磁電変換素子２の感磁軸方向の長さは、導体１ｂの厚さに比べて十分に小さいとは言えないので、磁電変換素子２の感磁面で磁束の広がりが生じ、感磁面における磁束密度が小さい。

これに対し、実施例１に係る電流検出器によれば、磁電変換素子２の感磁軸方向の長さａは、上側導体４ａおよび下側導体４ｂの幅ｗ１より十分小さいので、磁電変換素子２の感磁面において磁束密度が均一かつ大きくなる。その結果、従来の電流検出器に比べて検出感度を向上させることができる。また、磁電変換素子２の感磁軸方向の位置ズレが発生しても磁電変換素子２の出力は変化しないので、位置精度を補償することができる。

また、磁電変換素子２の感磁軸方向の長さａは、上側導体４ａおよび下側導体４ｂの幅ｗ１より十分小さいので、複数の磁電変換素子２を配置できるから、複数の磁電変換素子２によって高出力を得ることができる。

上述した導体４は、被検電流Ｉの最大値である交流６０Ａ（普及している電力量計の定格）が流れた場合に変形および発熱を抑止できる点を考慮して、例えば、幅ｗ１＝１２ｍｍ、厚さｔ＝１ｍｍとすることができる。このような幅および厚さを採用することにより、導体４における電流密度が増加し、磁電変換素子２を貫通する磁束は増加するので、検出感度を上げることができる。

また、磁電変換素子２を貫通する磁束は、本発明者による実験の結果、ループ電流路２ａの切込長ｄ＝４０ｍｍ、ループ電流路２ａの間隙ｈ＝２．５ｍｍとすることにより一様とすることができた。このような寸法を採用することにより、導体４の間隙ｈ方向の磁電変換素子２の位置ズレに対する磁電変換素子２の出力の変動を抑えることができるので、位置精度を補償することができる。

上述した実施例１に係る電流検出器は、２つの電流路の被検電流を同時に検出するために、並べて設置される場合が多い。図６は、並べて設置された電流検出器を示す図であり、図６（ａ）は外観斜視図、図６（ｂ）は平面図、図６（ｃ）は側面図および図６（ｄ）は正面図である。

この場合、同一形状の導体４では、水平方向の磁束の漏れが少ないため、２つの被検電流を測定する場合に、近接して配置しても干渉が少ないという利点がある。また、図６および図７に示すように、２つの電流検出器を並べて設置する場合、一方の電流検出器の被検電流Ｉ１の位相と他方の電流検出器の被検電流Ｉ２の位相とを逆にすることにより、一方の電流検出器と他方の電流検出器との間で磁界の反発が生じ、干渉をより小さくすることができる。

図８は、本発明の実施例２に係る電流検出器の構造を示す図であり、図８（ａ）は外観斜視図、図８（ｂ）は平面図、図８（ｃ）は側面図および図８（ｄ）は正面図である。この電流検出器は、所定の幅ｗ２を有するＵ字状の板状の導体５を長手方向のほぼ中央で折り返すことにより、各々が間隙ｈで平行して対向する上側導体と下側導体とから成り、所定幅ｗ１の第１導体５ａによる第１ループ電流路３ａおよび所定幅ｗ１を有する第２導体５ｂによる第２ループ電流路３ｂとが形成されている。

第１導体５ａと第２導体５ｂとは、Ｕ字状の板状の導体５を折り返して成形されることから、Ｕ字の底の部分で接続されている。これら第１導体５ａおよび第２導体５ｂの各々は、実施例１に係る電流検出器に相当する構造（寸法など）を有する。

なお、Ｕ字形状および第１ループ電流路３ａおよび第２ループ電流路３ｂは切り込みによって形成することもできる。

第１導体５ａの上側導体と下側導体とによって形成される空隙の中心部、つまり、第１ループ電流路３ａの中心部には、第１磁電変換素子２が設置されている。また、第２導体５ｂの上側導体と下側導体とによって形成される空隙の中心部、つまり、第２ループ電流路３ｂの中心部には、第２磁電変換素子６が設置されている。

第１磁電変換素子２は、第１ループ電流路３ａに電流が流れることにより発生される磁界方向（図８（ａ）中の右方向）に対して検出感度を持つように、具体的には、感磁軸が第１導体５ａの幅方向であって感磁軸方向が磁界方向になるように設置されている。

第２磁電変換素子６は、第２ループ電流路３ｂに電流が流れることにより発生される磁界方向（図８（ａ）中の左方向）に対して検出感度を持つように、具体的には、感磁軸が第２導体５ｂの幅方向であって感磁軸方向が磁界方向になるように設置されている。したがって、第２磁電変換素子６の感磁軸方向は、第１磁電変換素子２の感磁軸方向に対して逆方向になる。

第１磁電変換素子２および第２磁電変換素子６の各々の感磁軸方向の長さは、上側導体および下側導体の幅ｗ１より十分に小さい。また、第１磁電変換素子２と第２磁電変換素子６とは、図９に示すように、感磁軸方向（図９に黒丸で示す感磁面の位置）が逆になるようにして直列に接続されている。即ち、第１磁電変換素子２と第２磁電変換素子６とは、極性が逆になるようにして直列に接続されている。

なお、第１磁電変換素子２および第２磁電変換素子６としては、実施例１に係る電流検出器と同様に、磁気コアにコイルを巻回して、または、ホール素子を用いて構成することができる。

このように構成される実施例２に係る電流検出器では、実施例１に係る電流検出器と同様に、直線電流路で発生される磁束を磁電変換素子で検出する場合に比べ、検出感度を向上させることができるとともに、第１磁電変換素子２および第２磁電変換素子６の各々の感磁面において磁束密度が大きくかつ均一になるので、従来の電流検出器に比べて検出感度を向上させることができる。

また、これらの効果に加え、第１ループ電流路３ａを流れる被検電流Ｉによって発生する磁束を検出する第１磁電変換素子２と第２ループ電流路３ｂを流れる被検電流Ｉによって発生する磁束を検出する第２磁電変換素子６とを直列に接続したので、第１磁電変換素子２の出力と第２磁電変換素子６の出力とが重畳されて略２倍となり、上述した実施例１に係る電流検出器よりも感度を向上させることができる。

さらに、実施例２に係る電流検出器においては、外部からの一様磁界に対しては、第１磁電変換素子２と第２磁電変換素子６とにおいて同じ出力が得られるが、これらの極性が逆になるように接続されているため、各磁電変換素子の出力が打ち消し合う。その結果、外部磁界の干渉を回避することができる。

また、第１磁電変換素子２と第２磁電変換素子６とは、各々の感磁軸が同一軸になるように配置されているので、各磁電変換素子２，６の相互干渉を排除することができ、検出感度を向上させることができる。

図１０は、上述した実施例１または実施例２に係る電流検出器を用いた電子式電力量計の構成を示すブロック図である。この電子式電力量計は、電流計測部５１、電圧計測部５２、電力量演算部５３、液晶表示部５４およびＬＥＤ（発光ダイオード）５５を備えている。液晶表示部５４およびＬＥＤ５５は、本発明の出力部に対応する。

電流計測部５１は、上述した実施例１または実施例２に係る電流検出器によって構成されており、電子式電力量計に流れる電流を計測し、電流信号として電力量演算部５３に送る。電圧計測部５２は、電子式電力量計に印加される電圧を計測し、電圧信号として電力量演算部５３に送る。

電力量演算部５３は、電流計測部５１から送られてくる電流信号と、電圧計測部５２から送られてくる電圧信号とから電力量を求め、この求めた電力量に比例したパルス信号を生成して液晶表示部５４および／またはＬＥＤ５５に送る。これにより、液晶表示部５４および／またはＬＥＤ５５に電力量が表示される。

本発明は、電子式電力量計に利用可能である。

本発明の実施例１に係る電流検出器の外観斜視図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器で使用される磁電変換素子を示す図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器で使用される他の磁電変換素子を示す図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器の作用を説明するための図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器による効果を従来の電流検出器による効果と比較して示す図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器が並べて設置された場合の例を示す図である。 本発明の実施例１に係る電流検出器が並べて設置された場合の作用を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る電流検出器の構造を示す図である。 本発明の実施例２に係る電流検出器で使用される第１磁電変換素子と第２磁電変換素子の接続を示す図である。 実施例１または実施例２に係る電流検出器を用いた電子式電力量計の構成を示すブロック図である。 従来の電子式電力量計で用いられている電流検出器を説明するための図である。

符号の説明

２ 磁電変換素子、第１磁電変換素子
２ａ ループ電流路
３ａ 第１ループ電流路
３ｂ 第２ループ電流路
４ 導体
４ａ 上側導体
４ｂ 下側導体
５ 導体
５ａ 第１導体
５ｂ 第２導体
６ 第２磁電変換素子
５１ 電流計測部
５２ 電圧計測部
５３ 電力量演算部
５４ 液晶表示部
５５ ＬＥＤ

Claims (5)

1. 所定幅の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成されたループ状の電流路と、
   前記電流路を形成する対向する導体の間に、感磁軸方向の長さが前記導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が該導体の幅方向に向くように設置された磁電変換素子と、
   を備えたことを特徴とする電流検出器。
2. Ｕ字状の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成された所定幅の第１導体によるループ状の第１電流路および該第１電流路に接続されて前記所定幅と同一の幅を有する第２導体によるループ状の第２電流路と、
   前記第１電流路を形成する対向する第１導体の間に、感磁軸方向の長さが前記第１導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が前記第１導体の幅方向に向くように設置された第１磁電変換素子と、
   前記第２電流路を形成する対向する第２導体の間に、感磁軸方向の長さが前記第２導体の幅より小さく、感磁軸が前記第２導体の幅方向を向くように設置され、かつ、前記第１磁電変換素子に直列に接続された第２磁電変換素子と、
   を備えたことを特徴とする電流検出器。
3. 前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、極性が逆になるように接続されていることを特徴とする請求項２記載の電流検出器。
4. 前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、各々の感磁軸が同一軸になるように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電流検出器。
5. 電流を測定する電流測定部と、
   電圧を測定する電圧測定部と、
   前記電流測定部で測定された電流と前記電圧測定部で測定された電圧とに基づき電力量を演算する電力量演算部と、
   前記電力量演算部で演算された電力量を出力する出力部とを備え、
   前記電流測定部は、
   所定幅の板状の導体を長手方向の途中で折り返して平行に対向させることにより形成されたループ状の電流路と、
   前記電流路を形成する対向する導体の間に、感磁軸方向の長さが前記導体の幅より小さく、かつ、感磁軸が該導体の幅方向に向くように設置された磁電変換素子と、
   を備えた電流検出器から成ることを特徴とする電力量計。

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