JP2016138780A

JP2016138780A - 電流センサユニット

Info

Publication number: JP2016138780A
Application number: JP2015013092A
Authority: JP
Inventors: 和幸渡邉; Kazuyuki Watanabe; 磯崎　優; Masaru Isozaki; 優磯崎; 芳准山内; Yoshinori Yamauchi; 佑高佐藤; Suketaka Sato
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-27
Also published as: JP6492693B2

Abstract

【課題】電源用変成器に電流計測用変成器が組み合わされる電流センサユニットであっても、簡易な構成で小型化が可能で、電流計測における外乱の影響を抑えることができる電流センサユニットを提供すること。【解決手段】電流が流れる一次導体２が貫通する開口部３を有した磁性体コア１１に巻回されたコイル１２によって一次導体２から電源用電圧を取得する電源用変成器１０に、環状のロゴスキーコイル２１を用いて一次導体２を流れる電流を計測する電流計測用変成器２０が組み合わされた電流センサユニット１であって、磁性体コア１１の開口部３内に電流計測用変成器２０を配置した。【選択図】図２

Description

本発明は、電源用変成器に電流計測用変成器が組み合わされ、簡易な構成で小型化が可能で、電流計測における外乱の影響を抑えることができる電流センサユニットに関する。

交流電流を一次導体から絶縁して計測する際に、磁性体コアを使用することなく電流を検出するコアレス電流センサとして、ロゴスキーコイルがある。このロゴスキーコイルでは、一次導体が貫通するように空芯のコイルを配置すると、一次導体に流れる電流に対応した誘起電圧がコイルの両端に発生する。一次導体を流れる電流は、このロゴスキーコイルの誘起電圧を積分することによって得ることができる。このロゴスキーコイルは、磁気損失による発熱、飽和、ヒステリシスがなく、大電流計測では小型軽量化を図ることができる。

特許文献１には、一次導体が貫通する開口部を有した磁性体コアに巻回されたコイルによって一次導体から電源用電圧を取得する電源用変成器に、ロゴスキーコイルを用いて前記一次導体を流れる電流を計測する電流計測用変成器が組み合わされた電流センサユニットが記載されている。

特開２００５−３２６４１８号公報

ところで、特許文献１に記載された電流センサユニットでは、電流計測用変成器を構成するロゴスキーコイルが、電源用変成器を構成する磁性体コアの軸心方向の一側面に沿って配置されている。このため、一次導体が貫通する電流センサユニットの開口部の厚さは、磁性体コアの軸心方向の厚さとロゴスキーコイルの軸心方向の厚さとの合計値となる。したがって、特許文献１に記載された電流センサユニットは、ロゴスキーコイルの取付によって大型化する。また、電流センサユニットの開口部の厚さが大きくなることから、開口部への一次導体の貫通配置の自由度が小さくなり、例えば、開口部を貫通する一次導体の形状設計の自由度が小さくなる。

また、特許文献１では、ロゴスキーコイルを分割してロゴスキーコイルの体積を減少させ、ロゴスキーコイルの小型化を図っている。そして、分割したロゴスキーコイルは、中心部での単位長さ当たりの巻き数を少なくし、両端部での単位長さ当たりの巻き数を多くし、外乱の影響が小さくなるようにしている。この分割したロゴスキーコイルは、外乱の影響を小さくすることができるが、単位長さ当たりの巻き数が複雑であり、ロゴスキーコイルの構成が複雑なものとなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源用変成器に電流計測用変成器が組み合わされる電流センサユニットであっても、簡易な構成で小型化が可能で、電流計測における外乱の影響を抑えることができる電流センサユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電流センサユニットは、電流が流れる一次導体が貫通する開口部を有した磁性体コアに巻回されたコイルによって一次導体から電源用電圧を取得する電源用変成器に、環状のロゴスキーコイルを用いて前記一次導体を流れる電流を計測する電流計測用変成器が組み合わされた電流センサユニットであって、前記磁性体コアの開口部内に前記電流計測用変成器を配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサユニットは、上記の発明において、前記磁性体コアの軸心方向に対する前記環状のロゴスキーコイルの厚さは、前記磁性体コアの開口部の厚さ以下であることを特徴とする。

また、本発明にかかる電流センサユニットは、上記の発明において、前記環状のロゴスキーコイルは、前記磁性体コアの開口部側面に沿って配置されることを特徴とする。

本発明によれば、電源用変成器を構成する磁性体コアの開口部内に電流計測用変成器を構成するロゴスキーコイルを配置し、磁性体コアの軸心方向の幅を小さくできるので、電流センサユニットの小型化が図れ、磁性体コアがロゴスキーコイルの磁気シールドとして機能するので、ロゴスキーコイルに対する外乱の影響を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態である電流センサユニットの外観構成を示す斜視図である。図２は、図１に示した電流センサユニットの構成を示す断面図である。図３は、図２に示した電流センサユニットのＡ−Ａ線断面図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態である電流センサユニット１の外観構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した電流センサユニット１の構成を示す断面図である。さらに、図３は、図２に示した電流センサユニット１のＡ−Ａ線断面図である。図１〜図３に示すように、電流センサユニット１は、一次導体２から電源用電圧を取得する電源用変成器１０に、一次導体２を流れる電流を計測する電流計測用変成器２０が組み合わせられている。

電源用変成器１０は、一次導体２が貫通する開口部３を有した磁性体コア１１にコイル１２が巻回され、コイル１２の周囲は、コイル１２を支持する非磁性絶縁体１３で覆われる。一方、電流計測用変成器２０は、周囲が非磁性絶縁体２２で覆われて支持される環状のロゴスキーコイル２１を有する。電流計測用変成器２０は、磁性体コア１１の開口部３内に配置される。また、ロゴスキーコイル２１の開口には、一次導体２が貫通する。ロゴスキーコイル２１は、磁性体コア１１の開口部側面Ｅ１に沿って配置される。なお、電流計測用変成器２０は、ロゴスキーコイル２１の外周面の非磁性絶縁体２２と、磁性体コア１１の開口部側面Ｅ１の非磁性絶縁体１３とが接着などで接合され、電源用変成器１０に固定される。

ここで、図２に示すように、磁性体コア１１の軸心方向（Ｘ方向）に対するロゴスキーコイル２１の厚さＷ１は、磁性体コア１１の開口部３の厚さＷ２以下であることが好ましい。ロゴスキーコイル２１の厚さＷ１が磁性体コア１１の厚さＷ２以下であると、ロゴスキーコイル２１が磁性体コア１１に覆われ、磁性体コア１１が磁気シールドとして機能することによって、外乱の影響を抑えることができる。なお、従来の電流センサユニットは、磁性体コア１１の開口部側面Ｅ１以外の外部側面Ｅ２に沿ってロゴスキーコイル２１が配置されていたため、ロゴスキーコイル２１が外乱の影響を受けやすかった。

また、ロゴスキーコイル２１の厚さＷ１が磁性体コア１１の厚さＷ２以下であると、一次導体の軸心方向に対する電流センサユニット１の厚さは、磁性体コア１１の厚さＷ２のみで決定される。すなわち、非磁性絶縁体１３の厚さが薄い場合、電流センサユニット１の厚さは、磁性体コア１１の厚さＷ２にコイル１２の線径の２倍を加えたものとなる。一方、従来の電流センサユニットは、一次導体の軸心方向に対する磁性体コア１１の一外部側面Ｅ２に沿ってロゴスキーコイル２１が配置されていたため、従来の電流センサユニットの厚さは、少なくとも磁性体コア１１の厚さＷ２とロゴスキーコイル２１の厚さＷ１とを加えた厚さとなる。したがって、本実施の形態の電流センサユニット１の厚さは、従来の電流センサユニットに比較して小型化することができる。また、電流センサユニット１の厚さが小さくなることは、電流センサユニット１の開口部への一次導体２の貫通配置の自由度が大きくなり、例えば、電流センサユニット１の開口部を貫通する一次導体２の形状設計の自由度を大きくすることができる。なお、ロゴスキーコイル２１の厚さＷ１が磁性体コア１１の厚さＷ２以下でなくても、開口部３内のロゴスキーコイル２１の厚さ分を小型化することができる。

さらに、従来のロゴスキーコイルは、小型化を図るため、ロゴスキーコイルを分割していたが、各分割されたロゴスキーコイルは外乱の影響を抑えるために、中央部での単位長さ当たりの巻き数を少なくし、両端部での単位長さ当たりの巻き数を多くし、外乱の影響が小さくなるようにしていた。この結果、ロゴスキーコイルの単位長さ当たりの巻き数が複雑であり、結果的に電流センサユニットの構成が複雑なものとなっていた。

なお、一次導体２に流れる電流は交流電流であり、ロゴスキーコイル２１の誘起電圧は微分されたものであり、図２に示すように、積分回路３０によって誘起電圧を積分して一次導体２に流れる電流を計測する。また、積分回路３０から出力された電流の実効値を計測する実効値回路３１をさらに設けることが好ましい。一方、コイル１２の誘起電圧は、電源回路４０を介して所望電圧の電力を生成し、積分回路３０、実効値回路３１を含む各種回路に電源を供給する。

また、上述した環状のロゴスキーコイル２１は、空芯のコイルであるが、コイル内部に非磁性絶縁体を含ませてコイルを支持してもよい。また、ロゴスキーコイル２１は、巻き線がワンターンを形成しないように巻き戻すことが好ましい。この巻き戻しは、コイルの軸心を通る巻き戻し線を形成することによって実現され、ロゴスキーコイル２１に鎖交する磁束による影響をなくすことができる。

さらに、上述したロゴスキーコイル２１は、コイルが物理的に連続して巻回されていたが、これに限らず、ロゴスキーコイル２１は物理的に分割されたコイルが電気的に接続される構成としてもよい。例えば、特許文献１に記載されているように、４つの直線上のロゴスキーコイルに分割する構成としてもよい。

１電流センサユニット
２一次導体
３開口部
１０電源用変成器
１１磁性体コア
１２コイル
１３，２２非磁性絶縁体
２０電流計測用変成器
２１ロゴスキーコイル
３０積分回路
３１実効値回路
４０電源回路
Ｅ１開口部側面
Ｅ２外部側面

Claims

電流が流れる一次導体が貫通する開口部を有した磁性体コアに巻回されたコイルによって一次導体から電源用電圧を取得する電源用変成器に、環状のロゴスキーコイルを用いて前記一次導体を流れる電流を計測する電流計測用変成器が組み合わされた電流センサユニットであって、
前記磁性体コアの開口部内に前記電流計測用変成器を配置したことを特徴とする電流センサユニット。
前記磁性体コアの軸心方向に対する前記環状のロゴスキーコイルの厚さは、前記磁性体コアの開口部の厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電流センサユニット。
前記環状のロゴスキーコイルは、前記磁性体コアの開口部側面に沿って配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサユニット。