JP2017181220A - 電流検出センサおよび電流測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ直流電流から交流電流まで検出する。【解決手段】磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯21と、環状に湾曲させられた磁芯21における一端部21aおよび他端部21bを、この一端部21aおよびこの他端部21bのうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつこの一端部21aの端面およびこの他端部21bの端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部12と、保持部12内における対向状態での一端部21aの端面と他端部21bの端面との間の空隙部GPとなる部位に配設されて、磁芯21内に誘起された磁束を検出して検出信号S1を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかで構成された磁気センサ13を備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、測定対象電路の周りを囲む状態で装着されてこの測定対象電路に流れる電流を検出する電流検出センサ、およびこの電流検出センサを備えた電流測定装置に関するものである。
この種の電流検出センサを備えた電流測定装置の一例として、下記の特許文献1に開示された電流検出装置が知られている。この電流検出装置は、ロゴスキーコイル、増幅部、処理部および表示部を備え、ロゴスキーコイルを測定対象電線(測定対象電路の一例)の周りを囲む状態で装着することにより、測定対象電線に流れる電流を検出して、その電流値を表示可能に構成されている。
ロゴスキーコイルは、絶縁性および可撓性を有する非磁性材料を用いて棒状に形成された巻芯と、巻芯の一端から他端に亘って巻芯の外周面に巻回された巻線と、巻芯の一端から他端に亘って巻芯の中心部を貫通して配設されると共にその巻芯の一端側に位置する端部が巻線における巻芯の一端側に位置する端部と接続された巻き戻し線と、絶縁性および可撓性を有する非磁性材料を用いて、巻線が巻回された巻芯の外周面全体を覆うようにして形成された絶縁被覆と、巻き戻し線における巻芯の他端側に位置する端部に接続された出力電線と、巻線における巻芯の他端側に位置する端部に接続された他の出力電線と、絶縁性を有する材料を用いて形成されて巻芯の絶縁被覆で覆われた他端側に取り付けられた保持部とを備えている。この場合、保持部は、巻芯の絶縁被覆で覆われた一端側をその内部に挿着可能に構成されており、内部にこの巻芯の一端側が挿着されたときには、巻芯の各端部の端面同士が対向する状態で保持可能に構成されている。
この構成により、ロゴスキーコイルは、巻芯の一端側が保持部に未挿着の非環状状態から、巻芯の一端側が保持部に挿着された環状状態に容易に移行することができるため、測定対象電線に容易に装着(取り付け)可能となっている。同様にして、測定対象電線からの取り外しについても、簡単に行えるようになっている。
ところが、上記した電流検出装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、この電流検出装置では、可撓性を有するロゴスキーコイルを使用する構成のため、様々な太さの測定対象電線(測定対象電路)や、配線状態が混み合った複数の電線のうちの1つの測定対象電線に対しても容易に装着して電流を検出することができるというメリットがあるものの、検出し得る電流は交流電流に限定される(直流電流は検出できない)という改善すべき課題が存在している。
本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ直流電流から交流電流まで検出し得る電流検出センサ、およびこの電流検出センサを備えた電流測定装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載の電流検出センサは、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、環状に湾曲させられた前記磁芯における一端部および他端部を、当該一端部および当該他端部のうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつ当該一端部の端面および当該他端部の端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部と、前記保持部内における前記対向状態での前記一端部の前記端面と前記他端部の前記端面との間の空隙部となる部位に配設されて、前記磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかを備えている。
請求項2記載の電流測定装置は、測定対象電路に装着される請求項1記載の電流検出センサと、前記測定対象電路に電流が流れることによって前記磁芯内に前記磁束が誘起されているときの前記検出信号に基づいて前記電流の電流値を測定する処理部とを備えている。
請求項1記載の電流検出センサによれば、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、この磁芯の一端部および他端部を両端部の端面が対向する対向状態で保持可能な保持部と、磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかとを備えたことにより、測定対象電路の周りを囲む状態に装着可能としつつ、測定対象電路に流れる測定電流について、直流電流から交流電流まで検出することができる。
請求項2記載の電流測定装置によれば、上記の電流検出センサを備えたことにより、測定対象電路に流れる測定電流について、直流電流から交流電流までその電流値を測定することができる。
以下、電流検出センサおよび電流測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、電流測定装置としての電流測定装置1の構成について、図面を参照して説明する。
電流測定装置1は、図1に示すように、電流検出センサ2および測定装置本体3を備え、例えば電線やバスバーなどの電流供給用の線状導体または棒状導体のような測定対象電路51に、電流検出センサ2を環状に湾曲させて測定対象電路51の周りを囲む状態で装着することにより、測定対象電路51に流れる測定電流I(直流電流および交流電流のうちの少なくとも一方)の電流値I1を測定可能に構成されている。
電流検出センサ2は、図1に示すように、一例として、磁芯部11、保持部12、磁気センサ13、信号ケーブル14およびコネクタ15を備えている。
磁芯部11は、一例として、磁芯21、絶縁被覆22および連結用部材23を備えている。この場合、磁芯21は、軟磁性部材(磁性部材の一例)で構成されて可撓性(柔軟性)を有する棒状に形成されている。また、磁芯21は、可撓性を有することにより、環状に湾曲可能となっている。一例として、磁芯21は、軟磁性粉末を、樹脂材料(例えば、ウレタン樹脂)などの結合材料を用いて棒状に成型することで作製されている。本例では一例として、磁芯21は、図2,3に示すようにその断面形状が円形に形成されると共に、一定の太さの棒状に形成されているが、断面形状は円形に限定されず、例えば楕円形や、四角形などの多角形とすることもできる。
絶縁被覆22は、絶縁性および柔軟性を有する非磁性の樹脂材料を用いて、図1〜3に示すように、一例として、磁芯21の両端面を除く表面全体(つまり、外周面)を覆う状態(つまり、磁芯21の一端部21a(図1中の左端部)および他端部21b(同図中の右端部)の各端面は露出する状態)で、一定の厚みに形成されている。なお、本例では、絶縁被覆22は、図2,3に示すように一層に形成されているが、2層など多層に形成されていてもよい。
連結用部材23は、一例として、剛性を有する非磁性の樹脂材料を用いて、図4に示すように、キャップ状(一方の端部側が開口し、他方の端部側が閉塞された有底の筒体状(本例では、磁芯21の断面形状に合わせて、有底の円筒体状))に形成されて、絶縁被覆22で覆われた磁芯21の一端部21a(つまり、磁芯部11の一端部11a)に装着されている。具体的には、連結用部材23は、磁芯21の一端部21aの端面(後述するPL3)と有底の筒体である連結用部材23の内底面(他方の端部側の内面)とが接触するまで、その開口する一方の端部側から磁芯部11の一端部11aを内部に挿入して固定することにより、磁芯21の一端部21a(つまり、磁芯部11の一端部11a)に装着されている。また、一例として、連結用部材23の外周面には、後述するようにして保持部12に挿着された際に保持部12内に配設された不図示の係合機構によって係合される不図示の係合部(例えば、係合溝)が形成されている。
保持部12は、剛性を有する樹脂材料(非磁性材料および磁性材料のいずれでもよいが、後述する磁気センサ13への不要な磁界の影響を軽減するためには磁性材料が好ましい)を用いて、一例として図1,4に示すように箱状に形成されて、環状に湾曲させられた磁芯部11における一端部11a(図1,4中の左端部)および他端部11b(図1,4中の右端部)のうちの少なくとも一方を着脱自在に(結果として、この磁芯部11の芯材である磁芯21における一端部21a(図1中の左端部)および他端部21b(図1中の右端部)のうちの少なくとも一方を着脱自在に)、かつ図4に示すように磁芯21の一端部21aの端面PL3および磁芯21の他端部21bの端面PL2が互いに対向する対向状態で保持可能に構成されている。
本例では、保持部12は、一例として、図1,4に示すように、互いに対向する2つの壁部33,34を備えており、この2つの壁部33,34には、磁芯部11の一端部11a(本例ではこの一端部11aに装着された連結用部材23)を挿着な挿着孔31と、磁芯部11の他端部11bを挿着可能な挿着孔32とが同軸(互いの軸線が一致する状態)となるようにそれぞれ形成されている。また、壁部33の内面には、挿着孔31の口縁から壁部34側に向けて延出する第1筒体35(内径が挿着孔31の内径と同じ筒体)が形成されている。また、壁部34の内面には、挿着孔32の口縁から壁部33側に向けて延出する第2筒体36(内径が挿着孔32の内径と同じ筒体)が第1筒体35と同軸に形成されている。
また、保持部12には、その内部に不図示の係合機構が配設されると共に、その壁部(例えば壁部33,34の一方)に係合機構を動作させるための不図示の解除レバーが配設されている。この係合機構は、挿着孔31から第1筒体35内に挿着された連結用部材23の係合部に係合する例えば不図示の係合爪を有して、連結用部材23の挿着状態を維持する機能を備えている。また、解除レバーは、係合機構を動作させて、係合爪の連結用部材23の係合部との係合状態を解除する機能を備えている。
磁芯部11は、図1,4に示すように、その他端部11bが保持部12に形成された挿着孔32から第2筒体36内に挿入されて固定されることにより、保持部12に一体的に連結されている。また、保持部12は、上記の連結用部材23の挿着状態において、連結用部材23における第2筒体36側の端面PL1と、この端面PL1に対向する磁芯部11の他端部11b側の端面PL2(磁芯21の他端部21bの端面でもある)との間に幅狭な空隙部GPが形成されるように構成されている。
以上の構成により、本例の保持部12は、環状に湾曲させられた磁芯部11における一端部11a(この一端部11aに装着された連結用部材23)を着脱自在に、かつ磁芯21の一端部21aの端面PL3(図1,4中の左端面)および磁芯21の他端部21bの端面PL2(図1,4中の右端面)が互いに対向する対向状態で保持可能に構成されている。
なお、本例の電流検出センサ2では、磁芯部11の一方の端部(上記の例では他端部11b)を保持部12に固定的に連結して、他方の端部(上記の例では一端部11a)のみを保持部12に対して着脱自在に挿着可能とする構成を採用しているが、図示はしないが、磁芯部11の両端部を上記の例での一端部11aと同様の構成として、この両端部を保持部12に対して着脱自在に挿着可能とする構成を採用してもよい。
磁気センサ13は、図1,4に示すように、磁芯21の一端部21aの端面PL3と他端部21bの端面PL2との間の空隙部(具体的には、磁芯部11の一端部11aの端面(連結用部材23の端面PL1)と他端部11bの端面PL2との間の空隙部GP)となる部位に配設されている。また、磁気センサ13は、ホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のように、磁束の大きさと共に磁束の向きについても検出し得る(つまり、交流磁束と共に直流磁束も検出し得る)磁気検出素子で構成されている。
この磁気センサ13は、保持部12内に配設された不図示の駆動回路によって駆動されることにより、 一端部11aと他端部11bとが保持部12によって保持されて環状となっている(つまり、閉磁路となっている)磁芯部11の磁芯21内に誘起されて空隙部GPを通過する磁束MFを検出して、磁束MFの磁束密度に応じた電圧値であって、かつ検出した磁束MFの向きに応じた極性の検出信号S1(電圧信号)を出力する。この検出信号S1は、例えば、保持部12内に配設された増幅器37(図5参照)で検出信号S2に増幅され、この検出信号S2は、保持部12とコネクタ15とを接続する信号ケーブル14を経由して、保持部12からコネクタ15に出力される。
測定装置本体3は、ケース41、ケース41の外面に配設されて電流検出センサ2のコネクタ15が接続されるコネクタ42、ケース41に内蔵された処理部43および出力部44を備えている。この測定装置本体3では、処理部43が、測定対象電路51に装着された電流検出センサ2から出力された検出信号S2をコネクタ42を介して入力し、この検出信号S2の電圧値に基づいて測定対象電路51に流れる測定電流Iの電流値I1を算出すると共にこの検出信号S2の極性に基づいて測定電流Iの極性を特定して、特定した極性を示す情報と共に電流値I1を示す情報を電流情報として出力部44に出力する。
出力部44は、一例として、LCDなどのディスプレイ装置で構成されて、処理部43から出力された電流情報に基づいて電流値I1とその極性とを画面に表示する。なお、出力部44は、ディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路で構成してもよく、例えば、メディアインターフェース回路としてリムーバブルメディアに上記の電流情報を記憶させたり、ネットワークインターフェース回路としてネットワーク経由で外部装置に上記の電流情報を伝送させたりする構成を採用することもできる。
次に、測定対象電路51の測定電流Iについての電流測定装置1による測定動作と共に電流検出センサ2の検出動作について説明する。
電流測定装置1では、測定電流Iの測定動作に先立ち、まず、測定対象電路51を取り囲むようにして電流検出センサ2の磁芯部11を環状に湾曲させ(曲げ)、次いで、図1に示すように、磁芯部11の一端部11a(具体的には、連結用部材23)を保持部12の挿着孔31から第1筒体35内に挿入して保持部12に挿着する。これにより、電流検出センサ2は、測定対象電路51の周りを囲むようにして測定対象電路51に装着される。この場合、磁芯部11を構成する磁芯21およびその外周に形成された絶縁被覆22が共に柔軟性を有する構成であるため、磁芯部11は容易に曲げることが可能となっている。
また、連結用部材23は、保持部12内に配設された係合機構によって係合されるため、保持部12に配設された解除レバーが操作されない限り、この挿着状態が維持される。また、この挿着状態では、図4に示すように、磁芯部11を構成する磁芯21の一端部21aの端面PL3が、他端部21bの端面PL2と幅狭な空隙部GPを介して対向する状態となる。したがって、磁芯21は、空隙部GPを介して閉磁路を構成した状態となっている。
このようにして電流検出センサ2が取り付けられた測定対象電路51に測定電流Iが流れたときには、測定対象電路51の周囲に磁界が発生し、これに伴い磁芯部11の磁芯21内には、この磁界の強さに応じた密度で磁束が誘起する。保持部12内に配設された磁気センサ13は、この磁束を検出して、磁束密度に応じた電圧値で、かつ磁束の向きに応じた極性の検出信号S1を出力する。また、保持部12内に配設された増幅器37は、この検出信号S1を増幅し、検出信号S2として信号ケーブル14を介してコネクタ15に出力する。
測定装置本体3では、処理部43が、電流検出センサ2から出力された検出信号S2をコネクタ42を介して入力し、この検出信号S2の電圧値に基づいて測定対象電路51に流れる測定電流Iの電流値I1を算出すると共にこの検出信号S2の極性に基づいて測定電流Iの極性を特定して、特定した極性を示す情報と共に電流値I1を示す情報を電流情報として出力部44に出力する。出力部44は、処理部43から出力された電流情報に基づいて電流値I1とその極性とを画面に表示する。
このように、この電流検出センサ2では、磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯21と、環状に湾曲させられた磁芯21における一端部21aおよび他端部21bを、この一端部21aおよびこの他端部21bのうちの少なくとも一方(本例では連結用部材23が装着された一端部21a)を着脱自在に、この一端部21aの端面PL3およびこの他端部21bの端面PL2が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部12と、保持部12内における対向状態での各端面PL3,PL2間の空隙部GPとなる部位に配設された磁気センサ13(ホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれか)を備えている。
したがって、この電流検出センサ2によれば、測定対象電路51の周りを囲む状態に装着可能としつつ、測定対象電路51に流れる測定電流Iについて、直流電流から交流電流まで検出することができる。また、この電流検出センサ2を備えた電流測定装置1によれば、測定対象電路51に流れる測定電流Iについて、直流電流から交流電流までその電流値I1を測定することができる。
なお、上記の例では、図4に示すように、磁芯部11を構成する磁芯21の一端部21aの端面PL3と他端部21bの端面PL2との間に幅狭な空隙部GPを形成して、磁芯21だけで閉磁路を形成する構成を採用しているが、図6に示すように、磁芯21に加えて他の磁性部材38(例えば軟磁性部材で構成された部材)で閉磁路を形成する構成を採用することもできる。この場合、上記した電流検出センサ2と同一の構成要素については重複した説明を省略する。この図6に示す構成では、磁芯部11を構成する磁芯21の一端部21aの端面PL3と他端部21bの端面PL2との間に少し幅広な空隙部GPを形成して、この空隙部GP内に磁性部材38を例えば第2筒体36内に挿着することで配置し、空隙部GP内におけるこの磁性部材38と磁芯21の他端部21bの端面PL2との間に磁気センサ13を配置している。また、この構成では、連結用部材23は、その第2筒体36側の端面PL1が磁性部材38と接触する状態で保持部12に挿着される。
1 電流測定装置
2 電流検出センサ
12 保持部
13 磁気センサ
21 磁芯
21a 磁芯の一端部
21b 磁芯の他端部
GP 空隙部
S1 検出信号
2 電流検出センサ
12 保持部
13 磁気センサ
21 磁芯
21a 磁芯の一端部
21b 磁芯の他端部
GP 空隙部
S1 検出信号
Claims (2)
- 磁性部材で構成されて可撓性を有すると共に環状に湾曲可能な棒状の磁芯と、
環状に湾曲させられた前記磁芯における一端部および他端部を、当該一端部および当該他端部のうちの少なくとも一方を着脱自在に、かつ当該一端部の端面および当該他端部の端面が互いに対向する対向状態で保持可能な保持部と、
前記保持部内における前記対向状態での前記一端部の前記端面と前記他端部の前記端面との間の空隙部となる部位に配設されて、前記磁芯内に誘起された磁束を検出して検出信号を出力するホール素子およびフラックスゲート型磁気検出素子のいずれかを備えている電流検出センサ。 - 測定対象電路に装着される請求項1記載の電流検出センサと、
前記測定対象電路に電流が流れることによって前記磁芯内に前記磁束が誘起されているときの前記検出信号に基づいて前記電流の電流値を測定する処理部とを備えている電流測定装置。
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