JP2014153184A

JP2014153184A - 電流センサを用いた蓄電ユニット及び電流測定装置

Info

Publication number: JP2014153184A
Application number: JP2013022888A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kanda; 直樹神田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】電流センサを電源として用いることにより、保守の工数を軽減しうる蓄電ユニット及び電流測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電流が流れる二線ケーブル２２１が配置可能な第一のギャップ２０Ｃを有する第一の磁性体コア２０Ａと、第一のギャップ２０Ｃに対向し第一の磁性体コア２０Ａに巻かれている第一のコイル２０Ｂと、第一のコイル２０Ｂの両端が接続される第一の整流回路２２と、第一の整流回路２２に接続された蓄電回路２３を有する。これにより、二線ケーブル２２１のケーブル間を裂くことなく二線ケーブル２２１から電力を蓄積できるため、電池の交換の必要が無くなり保守の工数を軽減しうる。
【選択図】図１

Description

本発明は、テレビ、ビデオ等電化製品の電力および電流測定に用いられる電流センサを用いた蓄電ユニット及び電流測定装置に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータ、家庭用電子機器、各種センサなどの電子機器について、ＣＰＵ等の制御手段の処理負荷が大きくなり、使用する電力も増大している。近年、節電意識が一般家庭にも浸透しており、電力使用量を把握するための電流センサの改良が進められている。

このような従来の電流センサについて図４を用いて説明する。同図（ａ）において、電流センサ１０は、交流電流が流れる二線ケーブルの片方１が挿入可能な磁性体コア２と、この磁性体コア２の中心に配置されたコイル３を有する。この電流センサ１０を使用する際には、家庭内の配電盤（図示せず）内に配置され、三線ケーブルの内一本のケーブルに接続される。

接続されたケーブルに交流電流が流れると、コイル３に磁界が生じ、抵抗４に交流電圧が生じ、集積回路（図示せず）に入力される。そして、集積回路で電力使用量を算出する。

また、同図（ｂ）を用いてホール素子を用いた電流センサ１８について説明する。電流センサ１８は、交流電流が流れる二線ケーブルのケーブル間を裂いた一本のケーブル１１が挿入可能な磁性体コア１２と、磁性体コア１２のギャップに配置されたホール素子１５を有する。

ケーブル１１に交流電流が流れると、磁性体コア１２に設けたギャップに磁界が発生する。その磁界をホール素子１５が検出し、ホール素子１５より磁界の変化を読み取り、演算回路１６で演算する。演算回路１６は集積回路（図示せず）に接続しており、集積回路で電力使用量を算出する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。

特開２０００−２６６７８６号公報特開２０１１−１１２４８８号公報

しかしながら、上記従来の構成は二線ケーブルに流れた交流電流により発生した磁界について、ホール素子を用いて読み取るものであり、ホール素子を動作させるためにあらかじめ電圧を印加させておく必要がある。そのため電池等をあらかじめ有しており、定期的に電池を交換する必要があることから保守の工数がかかるという課題があった。

そこで本発明は、保守の工数を軽減しうる蓄電ユニット及び電流測定装置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は、特に交流電流が流れる二線ケーブルが配置可能な第一のギャップを有する第一の磁性体コアと、第一のギャップに対向し第一の磁性体コアに巻かれている第一のコイルと、第一のコイルの両端が接続される第一の整流回路と、第一の整流回路に接続された蓄電回路を有する。

本発明の蓄電ユニット及び電流測定装置は、交流電流が流れる二線ケーブルが配置可能な第一のギャップを有する第一の磁性体コアと、第一のギャップに対向し第一の磁性体コアに巻かれている第一のコイルと、第一のコイルの両端が接続される第一の整流回路と、第一の整流回路に接続された蓄電回路を有する。これにより、二線ケーブルのケーブル間を裂かずに電力検出が可能で且つ電池の交換の必要もないので、保守の工数を軽減しうるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態による電流測定装置のブロック図第一及び第二の電流センサの分解斜視図第一及び第二の電流センサの断面図従来の電流センサの概念図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態による電流測定装置４０のブロック図である。

同図において、電流測定装置４０は、蓄電ユニット５０と測定ユニット５１で構成される。

蓄電ユニット５０は、第一の電流センサ２０と、第一の整流回路２２と、蓄電回路２３で構成される。

ここで、第一の電流センサ２０は、第一の磁性体コア２０Ａに第一のコイル２０Ｂが巻かれて構成される。そして、第一のコイル２０Ｂの両端には第一の整流回路２２が接続される。なお、第一の磁性体コア２０Ａには第一のギャップ２０Ｃが設けられ、第一のギャップ２０Ｃに二線ケーブルがケーブル間を裂くことなく挿入される。また、この二線ケーブルに流れる交流電流による電磁誘導で第一のコイル２０Ｂには交流電流が生じる。

第一の整流回路２２は、第一のコイル２０Ｂで発生した交流電流を直流電流にするもので、ダイオードを４個使用したダイオードブリッジ等で構成される。そして、第一の整流回路２２に蓄電回路２３が接続される。

蓄電回路２３は、アルミ電解コンデンサ等の蓄電部品で構成され、第一の整流回路２２で整流された電流が流れ、蓄電する。ここで、第一の電流センサ２０に第一の整流回路２２、蓄電回路２３を接続しているため、交流電流が第一の整流回路２２を介し直流電流に変換され、蓄電回路２３に効率よく蓄電される。

測定ユニット５１は、第二の電流センサ２１、第二の整流回路２７、抵抗２４、およびアンテナ２６を備えた集積回路２５で構成される。

ここで、第二の電流センサ２１は、第二の磁性体コア２１Ａに第二のコイル２１Ｂが巻かれて構成される。そして、第二のコイル２１Ｂの両端には第二の整流回路２７が接続される。なお、第二の磁性体コア２１Ａには第二のギャップ２１Ｃが設けられ、第二のギャップ２１Ｃには第一のギャップ２０Ｃに挿入した二線ケーブルと同じ二線ケーブルがケーブル間を裂くことなく挿入される。また、この二線ケーブルに流れる交流電流による電磁誘導で第二のコイル２１Ｂには交流電流が生じる。

第二の整流回路２７は、第二のコイル２１Ｂで発生した交流電流を直流電流にするもので、ダイオードを４個使用したダイオードブリッジ等で構成される。そして、第二の整流回路２７に抵抗２４が接続される。

抵抗２４はチップ抵抗等で構成される。抵抗２４はシャント抵抗等の抵抗値精度が優れているものを使用するのが適する。第二の整流回路２７からは直流電流が抵抗２４に流れるので、抵抗２４に接続された集積回路２５で抵抗２４の両端から直流電圧を得られる。なお、抵抗２４は集積回路２５に内蔵されていても良い。つまり、第二の整流回路２７は、集積回路２５に直接に接続されていても良い。

集積回路２５はアンテナ２６を介して、二線ケーブルに流れる交流電流の電力値に対応した電力データを送信する機能を有する。集積回路２５は内部の記憶回路（図示せず）に保存されたプログラムを実行し、抵抗２４の両端の直流電圧を基に電力データを送信する。

次に、第一の電流センサ２０及び第二の電流センサ２１の構成について、図２の分解斜視図、及び図３の断面図を用いて説明する。

ここで、第一の電流センサ２０は第一の磁性体コア２０Ａと、第一のコイル２０Ｂを備える。また、第一の磁性体コア２０Ａは棒形状コア２０１とＬ字形状コア２０２、２０３が組み合わされて構成される。

第一の磁性体コア２０Ａは、直方体形状の棒形状コア２０１の両端に断面がＬ字形状のＬ字形状コア２０２、２０３が接続されたもので、Ｌ字形状コア２０２とＬ字形状コア２０３の間に所定間隔で第一のギャップ２０Ｃを有する。ここで、棒形状コア２０１とＬ字形状コア２０２、２０３は樹脂系接着剤で接着すると第一のギャップ２０Ｃの幅が安定するため好適である。

なお、一般に使用されている二線ケーブルの線径はφ３．０ｍｍであるので、第一のギャップ２０Ｃを３．０ｍｍ〜３．５ｍｍで構成するのが適している。

また、第一のコイル２０Ｂは棒形状コア２０１に巻かれており、棒形状コア２０１に磁流が生じると、電磁誘導により第一のコイル２０Ｂに交流電流が流れる。なお、第一のコイル２０Ｂは絶縁性の樹脂などで構成されたボビンに巻くものとし、棒形状コア２０１にボビンを通して構成しても良い。ボビンを使用すると巻くことは容易になるが、ボビンを使用せず棒形状コア２０１に直接巻く方が、第一の電流センサ２０の小型化に適している。

また、第二の電流センサ２１は、第二の磁性体コア２１Ａと、第二のコイル２１Ｂを備える。また、第二の磁性体コア２１Ａは、棒形状コア２１１とＬ字形状コア２１２、２１３を有し、Ｌ字形状コア２１２とＬ字形状コア２１３の間に第二のギャップ２１Ｃを備える。

この第二の電流センサ２１は、第一の電流センサ２０と同様の構造をしており、同じ形状のものを使用できるため、詳細な説明は省略する。

このような電流測定装置４０の動作について、以下説明する。

まず蓄電動作から説明する。

第一のギャップ２０Ｃに配置された二線ケーブル２２１に交流電流が流れると、電磁誘導により第一のコイル２０Ｂに交流電流が流れる。そして全波整流回路となる第一の整流回路２２に電流が流れ、蓄電回路２３の正極に流入し、蓄電回路２３が充電される。

これにより、二線ケーブル２２１から蓄電回路２３に電力が蓄積される。この蓄積された電力は集積回路２５の駆動電力として使用される。つまり、電池を使用しなくても集積回路２５を駆動することが可能となり保守の工数を軽減できる。

次に、電力測定動作について説明する。

第二のギャップ２１Ｃに配置された二線ケーブル２２１に交流電流が流れると電磁誘導により第二のコイル２１Ｂに交流電流が流れる。そして全波整流回路となる第二の整流回路２７に電流が流れ、抵抗２４の両端に電圧が発生する。また、抵抗２４に発生した電圧を基に集積回路２５で電力を演算し、電力数値を反映した電力データをアンテナ２６によりモニタ（図示せず）へ送信し、これを受信したモニタが表示する。

本実施の形態によれば、交流電流が流れる二線ケーブル２２１が配置可能な第一のギャップ２０Ｃを有する第一の磁性体コア２０Ａと、第一のギャップ２０Ｃに対向し第一の磁性体コア２０Ａに巻かれている第一のコイル２０Ｂと、第一のコイル２０Ｂの両端が接続される第一の整流回路２２と、第一の整流回路２２に接続された蓄電回路２３を有する。これにより、二線ケーブル２２１のケーブル間を裂くことなく二線ケーブル２２１から電力を蓄積できるため、電池の交換の必要が無くなり、保守の工数を軽減しうる。

また、二線ケーブル２２１が配置可能な第二のギャップ２１Ｃを有する第二の磁性体コアと、第二のギャップ２１Ｃに対向し第二の磁性体コアに巻かれている第二のコイル２１Ｂと、第二のコイル２１Ｂの両端が接続される第二の整流回路２７と、第二の整流回路２７に接続された集積回路２５とを備えている。これにより、電流センサを電源として用い、電池を交換する必要をなくすことができる電流測定装置を提供することができる。

さらに、集積回路２５はアンテナ２６を有する。これにより電流測定装置４０に電力を表示する機能が不要になり、小型化に有利である。

本発明による電流センサを用いた蓄電ユニット及び電流測定装置は、電池を交換する必要をなくすことができるため保守の工数が軽減し、電力測定用の電流測定装置として有用である。

２０第一の電流センサ
２０Ａ第一の磁性体コア
２０Ｂ第一のコイル
２０Ｃ第一のギャップ
２１第二の電流センサ
２１Ａ第二の磁性体コア
２１Ｂ第二のコイル
２１Ｃ第二のギャップ
２２第一の整流回路
２３蓄電回路
２４抵抗
２５集積回路
２６アンテナ
２７第二の整流回路
４０電流測定装置
５０蓄電ユニット
５１測定ユニット
２０１、２１１棒形状コア
２０２、２０３、２１２、２１３Ｌ字形状コア
２２１二線ケーブル

Claims

交流電流が流れる二線ケーブルが配置可能な第一のギャップを有する第一の磁性体コアと、前記第一のギャップに対向し前記第一の磁性体コアに巻かれている第一のコイルと、前記第一のコイルの両端が接続される第一の整流回路と、前記第一の整流回路に接続された蓄電回路を有する蓄電ユニット。
前記二線ケーブルが配置可能な第二のギャップを有する第二の磁性体コアと、前記第二のギャップに対向し前記第二の磁性体コアに巻かれている第二のコイルと、前記第二のコイルの両端が接続される第二の整流回路と、請求項１記載の蓄電ユニットと、かつ前記蓄電ユニット及び前記第二の整流回路に接続された集積回路とを備えた電流測定装置。
前記集積回路にはアンテナが配置された請求項２記載の電流測定装置。