JP2018006740A - 導体内の電流を測定するための装置 - Google Patents

導体内の電流を測定するための装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型で、単価が低く、工業的製造が単純化された電流測定装置を提供する。【解決手段】電流を測定するための装置60は、各々が導体を流れる電流を測定するのに適している複数のロゴウスキー型電流センサ61、62、63を備える。複数の電流センサは、対になって隣接しており、複数の電流センサの各々は、電流を測定するための複数のコイル64、64’と、対応する導体を収容するための中央開口部61C、62C、63Cとを含む。各電流センサ61、62、63は、中央開口部61C、62C、63Cの対向するエッジ部に、並列に相互に対向して配置された、コイル64、64’のうちの2つと、コイル64、64’の端部間を、コイルの長手方向軸X64、X64’に垂直に延伸している2つの強磁性バー65とを含む。【選択図】図9

Description

本発明は、電流を測定するための装置に関する。
電気アセンブリについては、電気的負荷への電力の供給を制御し、かつこの電気的負荷を確実に保護することを目的としていることで知られている。たとえば、モータスタータアセンブリは、非同期モータなどの産業用電気モータを制御することで知られている。
このような電気アセンブリは、各電気的負荷に対して、この電気的負荷における電力の供給を制御する回路遮断器と接触器とを通常備える。回路遮断器は上流側に設けられ、短絡や過電流などの異常から電力の供給を保護している。接触器は下流側に設けられ、制御信号に応じて、電気的負荷における電力の供給を選択的に中断することを可能にしている。相互接続モジュールは、回路遮断器の電気出力と接触器の電気入力とを電気的に相互接続している。このような相互接続モジュールは、たとえば仏国特許出願公開第2806525号明細書に記載されている。
複数の電気的負荷が使用される場合、並列に相互接続された複数のモータスタータアセンブリを通常設け、これらのモータスタータアセンブリが、1つの負荷に対して電力をそれぞれ供給している。これらの電気アセンブリはデータバスにより相互接続され得、このデータバスにより電気アセンブリの各々と中央制御ユニットとの情報交換が可能となっている。たとえば、このバスにより、接触器への制御信号の送信、または遠隔診断の実行を目的とした、所与の時間における接触器のそれぞれの状態測定が可能となっている。このようなデータバスの例は、米国特許出願公開第2011/0119507号明細書に記載されている。
このような電気アセンブリでは、回路遮断器と接触器との間を流れる電流の値を知ることにより、具体的にはたとえば過電流による異常な温度上昇などの熱障害を間接的に検出することが望ましい。
このような電流を測定することができる装置として、電流センサが知られている。
しかしながら、これらは一般に大型であり、工業規模でのこれらの製造は高価となり、かつ複雑となる。
本発明は、より具体的には、小型であり、単価が低く、かつその工業的製造が単純化されているような電流測定装置を提案することにより、これらの課題に対処することを意図している。
これに対応して、本発明は、電気回路内の電流を測定するための装置に関するものであり、本装置は、各々が導体(electrical conductor)を流れる電流を測定するように構成された複数のロゴウスキー(Rogowski)型電流センサを備え、これらの電流センサは、対になって(in pairs)隣接しており、これらの電流センサの各々は、
− 相互に電気的に接続され、電流測定回路を形成するように構成された複数のコイルと、
− 対応する導体を収容するための中央開口部(central opening)であって、コイルが、中央開口部の周囲に配置されている、中央開口部と、
を備え、
本測定装置は、複数の強磁性バー(ferromagnetic bar)を有し、各電流センサは、中央開口部の対向するエッジ部(opposite edges)に、並列に相互に対向して(face)配置された、前記コイルのうちの2つと、コイルの端部(end)間を、コイルの長手方向軸に垂直に延伸している、前記強磁性バーのうちの2つとを有する。
本発明により、導体を流れる電流を測定するための確実な手段が得られる。測定装置のモジュラー構造により、工業規模での製造がより容易になり、かつより安価となる。
本発明の有利であるが必須ではない実施態様によれば、相互接続モジュールは、技術的に許容されるすべての組み合わせにおいて、以下の特徴のうちの1つ以上を含み得る。
− 各電流センサは、直近に(immediately)隣接する電流センサと共通の強磁性バーを有する。
− 本装置は、相互に並列に配置され、本装置の電流センサすべてに共通の第1および第2の電機子(armature)を備え、各電流センサの2つのコイルは、第1および第2の電機子にそれぞれ配置されている。
− 第1および第2の電機子の各々は、直線部(rectilinear part)を有し、コイルが、この直線部の周りに巻回されることにより、これらの第1および第2の電機子に配置されている。
− 第1および第2の電機子の各々は、強磁性バーのうちの1つの1つの端部を収容するように構成されたハウジングを備える。
− 第1および第2の電機子は同一であり、第1および第2の電機子の各々は、第1および第2の電機子を相互に結合して測定装置を形成するように構成された複数の固定要素(fastening element)を有する。
− 第1および第2の電機子の各々は、直線形状の主要部(main part)と、主要部に垂直に主要部から突出している複数の補助部(secondary part)とを含み、コイルが、補助部の高さにおいて第1および第2の電機子に巻回されている。
− 第1および第2の電機子の各々における主要部は、強磁性バーのうちの1つを収容するくぼみ(recess)を含み、このくぼみは、主要部の長さに沿って延伸している。
別の実施態様によれば、本発明は、強磁性バーは、軟鉄またはNiFeまたはFeSiなどの鉄合金で形成されていることを特徴とする、上記の測定装置に関する。
別の実施態様によれば、本発明は、複数の導体により電力を供給される電気装置と、導体の各々を流れる電流を測定するように構成された測定装置と、を備えるアセンブリに関する。本発明によれば、本測定装置は上記のものであり、導体の各々は、対応する電流センサにおける中央収容領域(central receiving area)の内部に収容されている。
相互接続モジュールの1つの実施形態に関する以下の説明を、例示によってのみ、かつ添付の図面を参照することを所与として読解することにより、本発明はより良好に理解され、また本発明のその他の利点がより明確になる。
本発明による相互接続モジュールを備える電気アセンブリを有する電気設備の概略図である。 回路遮断器と、接触器と、本発明による相互接続モジュールとを有する図1の電気アセンブリの分解斜視図を概略的に示している。 組立形態において、また分解図において、図1および図2の相互接続モジュールをそれぞれ概略的に示している。 組立形態において、また分解図において、図1および図2の相互接続モジュールをそれぞれ概略的に示している。 図2の相互接続モジュールの電子基板を表す上面図および底面図を、それぞれ概略的に示している。 図2の相互接続モジュールの電子基板を表す上面図および底面図を、それぞれ概略的に示している。 図2の相互接続モジュールにおける電源導体の接近図を概略的に示している。 図5および図6の電子基板の縦断面概略図である。 図7の電源導体を流れる電流を測定するための装置の斜視図を概略的に示している。 図7の電源導体を流れる電流を測定するための装置の斜視図を概略的に示している。 図9および図10の電流測定装置の分解図を概略的に示している。 図8から図10における電流測定装置の別実施形態を概略的に示している。 図2の相互接続モジュールを備える電圧センサの断面図を概略的に示している。 図13の電圧センサの配線図を概略的に示している。 図2の相互接続モジュールと接触器との間に設けられたデータリンクに関する2つの実施形態を概略的に示している。 図2の相互接続モジュールと接触器との間に設けられたデータリンクに関する2つの実施形態を概略的に示している。
図1において、一連の電気的負荷の電気制御設備1を示している。電気設備1は、ヘッドエンドとも表示されている中央制御ユニット2と、電気的負荷4への電力の供給を制御するようにそれぞれ構成された複数の電気アセンブリ3とを含む。中央制御ユニット2および電気アセンブリ3は、たとえば「DINレール」として知られるタイプの複数の取付レール5のうちの1つに沿って固定されている。ここで、これらの電気アセンブリ3は相互に同一となっている。
本実施例では、電気的負荷4は、非同期モータなどの産業用電気モータである。
図1を単純化するために、電気アセンブリ3が2台のみ示されている。あるいは、アセンブリ1は、このような電気アセンブリ3を異なる台数備え得る。同様に、モータ4が1台のみ示されている。
電気アセンブリ3の各々は、電気的負荷4への電力の供給を制御するように構成されている。より正確には、電気アセンブリ3の各々は、電源装置(図示せず)と電気的負荷4の1つとの間に配置されている。電気アセンブリ3は、この電気的負荷4への電力の供給を、たとえば対応する電気的負荷4への電力の供給を選択的に有効にしたり、無効にしたりすることで制御するのに非常に適している。本実施例では、電源装置は、ここではAC三相交流となっている電源電流(electric power supply current)を供給している。
図2に示すように、電気アセンブリ3の各々は、回路遮断器10と、接触器20と、回路遮断器10および接触器20の間に設けられた相互接続モジュール30とを備える。
回路遮断器10は、異常または安全上の不具合が生じた場合に、電源装置からの電流の流れを遮断するように構成されている。この不具合としては、たとえば過電流または短絡が挙げられる。
ここで、回路遮断器10は、複数の電極を備える多極回路遮断器であって、これらの電極はそれぞれ、電源電流における1つの電気的位相に関連している。一例として、回路遮断器10は、各電極に対して、回路遮断器10内部の分離可能な電気接点により接続された電流入力と電流出力とを含む。これらの電気接点は、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えることができ、かつ電流入力と電流出力との間を電流が流れるのを遮断したり、または許可したりしている。この切り替えは、過電流や短絡などの異常が発生した場合に、電気的不具合検出回路により自動的に行われる。
回路遮断器10の電流入力は電源装置に接続されている。
接触器20は、中央制御ユニット2が発する制御信号に基づいて、回路遮断器10の出力からの電流の流れが対応する電気的負荷4へと向かうのを遮断するか、または許可するように構成されている。
ここで、接触器20は、複数の電極を備える多極接触器であって、これらの電極はそれぞれ、電源電流における1つの電気的位相に関連している。一例として、接触器20は、各電極に対して、接触器20内部の分離可能な電気接点により相互接続された電流入力と電流出力とを含む。これらの電気接点は、開閉位置間で選択的に可動であり、ここで接触器20の電流入力と電流出力との間で電流が流れるのをそれぞれ阻止するか、または許可している。この動作は、制御信号に応じて、接触器20内部のアクチュエータにより行われている。このアクチュエータは、たとえば電磁石を含む。
接触器20はまた、分離可能な電気接点の状態を測定するセンサを備える。これらのセンサは、具体的に、接点が正常な閉鎖状態にあることを示す第1のステータス信号、すなわち「正常閉鎖」(NC)ステータス信号と呼ばれる信号を供給するように構成されている。これらのセンサは、接点が正常な開放状態にあることを示す第2のステータス信号、すなわち「正常開放」(NO)ステータス信号と呼ばれる信号を供給するように構成されている。これらのステータス信号を使用して、接触器20の状態を診断している。
接触器20の電流出力は、対応する電気的負荷4に電気的に接続され、かつこの電気的負荷4に対して電源電流を供給している。
中央制御ユニット2は、接触器20の各々を選択的に制御し、かつこれらの接触器20の各々により供給される接触器20のそれぞれの状態に関する情報を収集するように特に構成されている。これに対応して、設備1は、各種電気アセンブリ3を中央制御ユニット2に接続するデータバスを含む。ここでは、このデータバスは、以下でより詳細に説明するように、リボンケーブル6により、電気アセンブリ3を、ここでは2台ずつ直列接続することにより形成されている。
相互接続モジュール30は、回路遮断器10の電流出力を接触器20の対応する電流入力に対して電気的に接続している。さらに、相互接続モジュール30は、以下により詳細に説明するように、回路遮断器10から接触器20へと流れる電流を表す物理値を測定するように構成されている。ここで、モジュール30は、接触器20の上側であり、かつ回路遮断器10の下側となる位置に配置されることが意図されている。
図3から図6において、相互接続モジュール30の一実施例をより詳細に示している。相互接続モジュール30は、電源導体(electrical power conductor)31、32、および33と、支持プレート40と、電子基板50と、ケーシング70とを特に備える。相互接続モジュール30は、電流測定装置60と、電圧センサ80と、データリンク90とをさらに備え、それらの役割についてはそれぞれ、以下により詳細に記載されている。
電源導体31、32、および33は、電源電流の電気的位相に関連している電流を伝導するようにそれぞれ構成されている。電源導体31、32、および33の各々は、回路遮断器10の電極の電流出力を、これと同一の電極に対応する接触器20の対応電流入力に電気的に接続している。
「電源導体」という用語は、10アンペア以上、好適には100アンペア以上の電流を伝導するように構成された電気導体を指している。比較すると、データバスのリボンケーブル6を流れる電流の強度は、電源電流の強度の少なくとも10分の1、または100分の1である。
ここで、電源導体31、32、および33は、銅などの導電性材料製である。
図7に示すように、電源導体31、32、および33の各々は、中央平面部と、上部および下部とを含む。この中央部は平坦なプレートの形状を有している。上部および下部は、中央部の両端部から、この平坦なプレートに対して垂直に延伸している。これらの上部および下部は、中央部の両側において、相互に平行に延伸している。
電源導体31、32、ならびに33の中央部は、それぞれ311、321、および331として示されている。電源導体31、32、ならびに33の上部は、312、322、および332として示され、電源導体31、32、ならびに33の下部は、313、323、および333として示されている。
モジュール30の取付構成において、中央部311、321、および331は、幾何学的平面Pに平行に延伸している。
上部312、322、ならびに332はそれぞれ、接続領域314、324、および334により終端しており、これらの接続領域314、324、および334は、別の電気コネクタとの別の電気的接続を行って、この電源導体を回路遮断器10の電流出力と接続するための接続ねじを収容するように構成されたねじ孔を備える。
同様に、下部313、323、ならびに333はそれぞれ、接続領域により終端しており、これらの接続領域は、別の電気コネクタとの電気的接続を行って、この電源導体を接触器20の電流出力と接続するための接続ねじを収容するように構成されたねじ孔315、325、および335を備える。
モジュール30の取付形態において、電源導体31、32、ならびに33は、それらの上部312、322、および332が相互に平行となり、またそれらの下部313、323、および333が相互に平行となるように、相互に位置合わせされている。電源導体32は、電源導体31と電源導体33との間に配置されている。
本実施例では、電源導体31、32、および33は同様の形状を有しているので、それらの相違点のみが以下に詳細に記載されている。
有利には、電源導体31、32、ならびに33は、接続領域314、324、および334および/または接続領域315、325、および335とはこれらの特定の形状により異なっている。これにより、種々の電極の視覚的識別が容易になり、また作業者が、相互接続モジュール30を組み立てる際に電源導体31、32、および33の位置を入れ替えてしまうことを防止するポカヨケ機能が得られる。
電源導体31、32、ならびに33はまた、それらの中央部311、321、および331の大きさにより相互に異なっている。
具体的には、電源導体31ならびに33は、それぞれの中央部311および331において、各自余幅を備える。この余幅は、それぞれ316ならびに336として示されるプレートの形態をとっており、これらは中央部311および331内にそれぞれ組み込まれている。
ここで、プレート316と336とは同一となっており、かつ幅「L」および長さ「l」の矩形形状を有している。ここでは、一例として、幅Lは12mmに等しく、長さlは6mmに等しい。幅Lおよび長さlは、モジュール30の取付形態において、幾何学的平面Pに対して平行に測定されている。
支持プレート40は、平面Pに沿って延伸する本質的に平面の形状を有している。この支持プレート40は、たとえばポリアミド6−6のようなプラスチック材料などの、硬質かつ電気絶縁性の材料製となっている。
支持プレート40は、電源導体31、32、ならびに33の中央部311、321、および331上であって、これらの中央部311、321、および331の対向面の両側に存在する成形領域41を含む。これらの成形領域41により、電源導体31、32、および33を電子基板50に対して電気的に一部絶縁することが可能となっている。成形領域41の寸法は、中央部311、321、ならびに331の幅に対応しており、これは特に中央部311および331に配置されたプレート316と336とに配慮したものとなっている。
したがって、電源導体31、32、および33は、支持プレート40内に一部組み込まれている。上部312、322、および332と、下部313、323、および333は、図8に示すように、支持プレート40の両側において突出している。
したがって、支持プレート40ならびに成形領域41の存在により、電源導体31、32、および33と電子基板50との間に確実に電気的絶縁が施される。
本実施例では、モジュール30は、接触器20に機械的に固定されることが意図されている。一例として、モジュール30は、これを接触器20のケーシングに一体的に取り付けるための固定装置(図示せず)を備える。
したがって、図2に示すように、取付形態において、接触器20と相互接続モジュール30とは電気装置を形成している。これに対応して、モジュール30のケーシング70は、接触器20のケーシングに対して相補的な形状となっている。
図3に示すように、ケーシング70は、接合され、かつ「L字」形状に垂直に延伸する2つの主要ブロックを含む形状を特に備える。ケーシング70は、たとえば成形プラスチック製となっている。
モジュール30が接触器20に取り付けられている形態では、前面ブロック71と呼ばれるブロックのうちの1つが、接触器20の前面に対して接触配置されている。上部ブロック72と呼ばれる他のブロックは、接触器20の上面に配置されている。プレート40の電源導体31、32、および33と電子基板50とは、上部ブロック72の内部に収容されている。
ケーシング70は中空ハウジングを画定している本体と、この本体を被覆し、かつ閉じているカバーとを含む。この本体およびカバーを組み立てることにより、ケーシング70の2つのブロック71と72とが形成され得る。
あるいは、ケーシング70の形状は異なり得る。
モジュール30の組立形態において、上部312、322、および332の接続領域315、325、ならびに335は、上部ブロックの外側に、この場合はカバーを通って延伸している。
ここで、モジュール30は、接続領域315、325、および335を回路遮断器10の対応する電流出力に接続するのを容易にするための端子ブロック73を備える。この端子ブロック73は、ブロック72の上面に配置されている。ここで、端子ブロック73は、ケーシング70内に組み込まれている。
端子ブロック73が使用される場合、接続モジュール30と回路遮断器10との電気的接続は、専用の電気ケーブルにより行われ、これらの電気ケーブルの各終端部は、端子ブロック73における螺装により、電源導体31、32、および33にそれぞれ接続されている。したがって、回路遮断器10は、ケーシング70と常時接触する必要なしに、接続モジュール30から離れた位置に固定され得る。これにより、特に電気設備1の環境により、多種多様な状況にモジュール30を適合させることが可能となる。
あるいは、端子ブロック73をケーシング70に対して取外し可能に取り付けることができる。
さらに別の変形形態によれば、端子ブロック73を省略することができる。端子ブロック73を省略した場合、電源導体31、32、および33の接続領域315、325、ならびに335に対しては、ケーシング70の外側から直接接近可能となる。このようにして、回路遮断器10を接続モジュール30に対して簡単な挿入により取り付けることができる。そのため、回路遮断器10はモジュール30と接触している。したがって、この場合、モジュール30は回路遮断器10を接触器20に対して機械的に接続している。
有利には、前面71は貫通孔部74を備える。これらの孔部74は、モジュール30が接触器20に取り付けられたときに、接触器20の対応する孔に面して開口するように配置されている。これらの孔部により、ユーザは接触器20のクランプねじに接近するために、モジュール30からドライバを挿入することができる。これらのクランプねじを使用して、電気ケーブルを接触器20の電流出力に接続し、かつ接触器20を対応する電気的負荷4に接続している。これを実施することにより、これらの接触器20の形状または構造を変更する必要なしに、既存の接触器20上でモジュール30を使用することができる。
前面71は、必要に応じて貫通窓部75を備える。窓部75は、モジュール30が接触器20に取り付けられたときに、接触器20の既存の窓部に向かって開放されるように配置されている。接触器20は窓部(ここでは図示せず)を含み、これにより分離可能な電気接点の位置が示され、かつユーザがこれを使用して、分離可能な電気接点の位置を機械的に確認することができる。ここでもまた、これらの接触器20の形状または構造を変更する必要なしに、既存の接触器20にモジュール30を取り付けることができる。
あるいは、孔部74および/または窓部75が省略される。
図5、図6、および図8において、電子基板50をより詳細に示している。電子基板は、電子ユニット51を特に含む電子回路を搭載しており、この電子ユニット51の役割および機能については後述する。電子ユニット51は、たとえばプログラム可能なマイクロコントローラとなっている。
ここで、電子基板50は、導電性路を使用して剛性の絶縁支持体上に形成されたプリント回路を備える。この絶縁支持体は、たとえば「プリント回路基板」PCB−A型のエポキシ樹脂製プレートとなっている。
電子基板50の上面は「501」と示されており、また501の対向面である電子基板50の下面は「502」と示されている。
本実施例では、電子基板50の電子回路に属する電子部品は上面501に配置されている。プリント回路を形成している導電性路は、反対側の下面502に配置されている。
モジュール30の組立形態において、電子基板50は支持プレート40に平行に配置されており、したがって幾何学的平面Pに平行となっている。ここで、電子基板50は、プレート40に少なくとも一部接触している。
電子基板50は、通過開口部と呼ばれる複数の貫通孔を備え、これらを電源導体31、32、および33の上部312、322、ならびに332が貫通することが可能となっている。モジュール30が組立形態にあるとき、このようにして、電源導体31、32、および33の各々が電子基板50を貫通している。上部312、322、および332は、電子基板50に対して垂直に延伸している。
あるいは、電源導体31、32、および33の下部313、323、ならびに333が通ることができるように、中央部311、321、および331の下に電子基板50を配置している。この場合、上面501と下面502とが入れ替えられる。
電子ユニット51は、データバスに接続されるように構成されたインターフェース接続体を含む。このために、電子基板50は、上面501に固定され、かつ集積回路の導電性路に接続されたコネクタ52および53を備える。これらのコネクタ52ならびに53は、52’および53’としてそれぞれ示される、リボンケーブル6の対応するコネクタに接続されるように構成されている。一例として、コネクタ52’および53’は、可撓性電気リボンケーブルの両端部に配置されている。ここで、データバスを形成しているリボンケーブル6の不要な入れ替わりを防止するために、コネクタ52および53は異なるタイプとなっており、特に異なる大きさとなっている。本実施例では、コネクタ53には、モジュール30のケーシング70の外側から接近可能となっている。
データバスにより、モジュール30とアセンブリ3の外部とのデータ交換が可能となっている。このデータは、たとえば接触器20のアクチュエータからの制御信号、または接触器20の状態を示す信号などである。データバスはまた、たとえば24VDC以下の電圧を使用して、電子基板50からの電力供給を伝達している。
本実施例では、モジュール30の取付形態において、リボンケーブル6の1本が、コネクタ52’を介して電子基板50に接続されており、残りは対応するコネクタ52内に収容されている。この接続は、コネクタ53’を備えるリボンケーブル6の端部がケーシング70の外側にまで延伸するように、たとえばモジュール30の製造中において、ケーシング70を閉じる前に行われる。したがって、コネクタ53’は、設備1の別の電気アセンブリ3におけるモジュール30の対応するコネクタ53に対して、または中央制御ユニット2に対して、電気的に接続され得る。
モジュール30は、図9、図10、および図11により詳細に示している電流測定装置60をさらに備える。
測定装置60は、電源導体31、32、および33内を循環する電流の値を測定するように構成されている。このために、測定装置60はロゴウスキー型の複数の電流センサ61、62、ならびに63を備え、これらの電流センサの各々は、電源導体31、32、および33のうちの1つを流れる電流の電流値をそれぞれ測定するように構成されている。このようなロゴウスキー型センサを使用すると、その内部電流の流れにより電源導体の周辺に誘起される磁束を測定することにより、電源導体を流れる電流の値を判定することが可能となる。
ここで、電流センサ61、62、および63は対になって隣接して設けられており、かつ直線的に整列している。電流センサ61、62、ならびに63の各々は、ここでは同一となっているコイル64および64’、すなわちソレノイドと、対応する電源導体31、32、および33の中央収容領域61C、62C、ならびに63Cとを備える。ここで、測定装置60は、電子基板50の上面501に固定されている。
接続モジュール30の組立形態において、電源導体31、32、ならびに33の各々は、電流センサ61、62、および63の中央開口部61C、62C、ならびに63C内にそれぞれ収容されている。測定装置60を使用することにより、回路遮断器10と接触器20との間の電源導体31、32、および33を流れる電流の値をリアルタイムで測定することが可能となっている。
コイル64および64’は、電気的に相互接続され、かつ対応する導体内電流測定回路を形成するように構成されている。コイル64ならびに64’は直線状となっており、かつX64およびX64’としてそれぞれ示される長手方向軸に沿って延伸している。ここで、各コイル64および64’は、たとえば5つの層にわたる520回巻きの形態であり、かつコイル64および64’の各々に対して0.7mHのインダクタンス値を有する導線を巻回することにより形成されたソレノイドを含む。
測定装置60は、ここでは相互に同一となっている複数の強磁性バー65と、それぞれ66および66’として示されており、かつコイル64および64’が配置された第1ならびに第2の電機子、すなわちカーカスをさらに備える。本実施例では、電機子66ならびに66’は相互に並列に配置されており、かつ測定装置60の電流センサ61、62、および63すべてに共通となっている。
磁性バー65により、対応する電源導体31、32、および33を電流が通過するときに発生する磁束を誘導して、コイル64ならびに64’による測定を容易にすることができる。強磁性バー65は、たとえば軟鉄または鉄ニッケル系NiFe合金もしくはFeSi合金のような鉄合金製となっている。ここでは4本の強磁性バー65が設けられている。
したがって、電源導体31、32、ならびに33を電流が流れるとき、対応する電流センサ61、62、および63のコイル64ならびに64’の端子において電位差を生じさせる磁束が発生している。これらの電位差は、たとえば図示されていないアナログ・デジタル変換器を使用して、電子ユニット51により測定されている。電子ユニット51は、たとえば所定の公式により、電源導体31、32、および33の各々に対応するアンペア数の値を自動的に推定する。
ここでは、電流センサ61、62、および63は同一となっているため、これに関する説明を他方の電流センサに転用できるので、電流センサ61についてのみ以下に詳細に説明している。
より正確には、電流センサ61は、中央領域61Cの両エッジ部において並列に配置され、かつ相互に対向している2つのコイル64および64’を備える。電流センサ61は、2つの強磁性バー65をさらに備える。これらの強磁性バー65は、コイル64ならびに64’と同一平面に配置されており、かつコイル64ならびに64’の端部間に、軸X64およびX64’に対して垂直に延伸している。
電流センサ61、62、および63の各々は、直近の電流センサと共通の強磁性バー65を有する。この場合、電流センサ61は、ここでは電流センサ62と共有している形態のバー65を備える。さらに、電流センサ63は、電流センサ62と共有している形態のバー65を備える。
したがって、本実施例では、測定装置60は3つのコイル64と3つのコイル64’とを備える測定装置60はまた、コイル64とコイル64’との間に延伸する4本の強磁性バー65を備える。この電流センサ61に対して多角形の輪郭、ここでは正方形として示される輪郭を形成するように、コイル64、64’および強磁性バー65は、幾何学的平面Pに平行な共通平面に配置されている。この多角形の輪郭は、対応する中央開口部61Cを画定している。
本発明の好適な実施形態では、電機子66および66’は両方とも直線状となっている。コイル64ならびに64’は、これらの電機子66および66’において巻回配置されている。したがって、コイルの長手方向軸X64ならびにX64’は、電機子66および66’の長手方向軸とそれぞれ一致している。電機子66の周りに巻回されているコイルは参照符号64を有するが、電機子66’の周りに巻回されているコイルは参照符号64’を有する。
本実施例では、電機子66および66’は、強磁性バー65の1つにおける一方の端部を収容するように構成されたハウジング、すなわち小室を両方とも備える。
ここでは、ハウジングが4つ設けられている。電機子66および66’の端部に設けられたハウジングは、参照符号661を有する。ハウジング661間に設けられたハウジングは、参照符号661、662、および663を有する。あるいは、このようなハウジングの数は異なり得、好適には少なくとも2つに等しいものとなっている。
本実施例では、強磁性バーは、直方体形状のプレートの形状となっている。これに関する例示として、各強磁性バー65は、15ミリメートルの長さと、5ミリメートルの幅と、2ミリメートルの厚さとなっている。ハウジング661の形状は、バー65の端部の形状に対して相補的となっている。ここで、ハウジング661、662、ならびに663は、電機子66および66’内に組み込まれている。このため、これらのハウジング661、662、ならびに663により、コイル64および64’の巻線領域が画定され得る。
有利には、電機子66および66’は、この電機子を反対側の電機子に一体的に接続して測定装置60を形成するための、固定要素664ならびに665を備える。また、これらの固定要素664および665により、強磁性バー65を定位置に保持することが可能となっている。本実施例では、固定要素664ならびに665は、ハウジング662および663により支持されている。
ここで、固定要素664および665は、たとえばスナップ固定が可能となる、溝形の相補的形状の接続可能要素となっている。あるいはそれらを、たとえばフックシステムを使用して別の形態に形成することができる。
これに関する例示として、電機子66の中間ハウジング662は、雄型固定要素664を担持している。測定装置60の組立形態においてハウジング662に対向して設けられた電機子66’のハウジング662は、雌型固定要素665を担持している。
測定装置60が電子基板50上で組立形態にあるとき、電機子66および66’は、幾何学的平面Pに対して垂直に測定装置60から突出している固定スタッド67を担持している。
図9に示すように、固定スタッド67は測定装置60と同側に配置されており、具体的には、電子基板50と接触することを意図された測定装置60の側に設けられている。これらの固定スタッド67は、電子基板50へと通じる対応する孔に収容されるように意図されている。これにより、測定装置60を電子基板50に固定し、かつ電源導体31、32、および33が貫通することを想定して電子基板50上に設けられる通過開口部に中央開口部61C、62C、ならびに63Cが対向して設けられるように、測定装置60の位置合わせを容易にすることができる。
測定装置60はコイルの接続ピン68をさらに備え、ここではそれらは電機子66および66’上において、ハウジング661、662、ならびに663の遠位端部上に設けられている。これらの接続ピン68は、電子基板50の導電性路により、コイル64および64’の各々の両端部を制御ユニット51に電気的に接続するように設計されており、これにより相互間で電気的接触が直接行われるように意図されている。より正確には、コイル64および64’の各々において巻線を形成する導線の端部は、次いでこのピン68の周りに巻回され、かつ電気的接続を確実に行っている。各接続ピン68は、導電性材料製の直線ロッドの形態をとっており、その一方の端部は電子基板50内に収容され、かつ電子基板50の電気路との電気的接触を確実に行っている。
測定装置60のモジュール設計により、その工業的製造が簡略化され、かつその単位当たりのコストが低減されている。ここでは電機子66および66’は相互に同一となっており、測定装置60内のそれらの相対位置においてのみ異なっている。測定装置60は、電機子66と66’とを頭尾形態において共に組み立てることにより形成されている。したがって、測定装置60を、より少数の部品を使用して製造することができる。
さらに、強磁性バー65を使用することにより、各中央開口部の全周にソレノイド巻線またはコイルが設けられている既存のロゴウスキー型測定装置と比較して、測定装置60の製造コストが低減されている。この場合、電流センサ61、62、および63の各々に要するコイル64ならびに64’の数は2に等しいが、これはそのようなコイルを少なくとも4つ要する公知のロゴウスキー型電流センサよりも少ない形態となっている。
測定装置60を、以下の方法で工業的に製造することができる。
第1のステップでは、電機子66または66’が用意される。この電機子66または66’には、まず接続ピン68が設けられる。
次いで、第2のステップでは、たとえば自動巻線機を使用して、電機子66の巻線領域において巻回することにより、コイル64が形成される。まず、導線を接続ピン68の1つの周りに1回巻回し、次いで電機子66の第1の巻線領域の周りに繰り返し巻回して、第1のコイル64を形成する。この導線は、次いで電機子66における別の接続ピンの周りに巻回される。次いでこの導線が切断され、その後、電機子66の巻線領域の各々に対して、同様の方法でこの動作が繰り返される。したがって、コイルは簡単な方法で電機子66の周りに形成される。
次いで、第3のステップでは、測定装置60が組み立てられる。このために、コイル64および64’を備える電機子66ならびに66’は、相互に対向する形態で接合される。強磁性バー65は、電機子66のハウジング661、662および663の各々に挿入される。次いで、強磁性バー65の各々における対向端部を電機子66’の対応するハウジング661、662、および663に挿入することにより、電機子66が電機子66’に固定される。次いで、固定要素664および665の一方が他方に挿入され、その後スナップ固定により固定されて、これらの電機子66ならびに66’が結合される。
その後、測定装置60を電子基板50に取り付ける準備が整う。
図12において、測定装置60の別実施形態を示している。本実施形態の電流測定装置は、「600」として示されている。この測定装置600は、電源導体31、32、ならびに33が、相互に重ね合わせられた電源導体310、320、および330と置き換えられた状態の接続モジュール30の変形形態に、特に適している。
この測定装置600の構成要素は測定装置60の構成要素と類似しているため、同一であるがゼロ符号が付加された形態の参照符号を有する。たとえば、測定装置600は、参照符号650を有し、かつ測定装置60の強磁性バー65と同様である強磁性バーを備える。したがって、これらの要素については、上記の説明を他方に適用することができるので、詳細には説明しない。ここでは2つのバー650が設けられている。
測定装置600が測定装置60と特に異なっているのは、電機子660および660’がそれぞれ、主要直線部と、この主要部からこれに対して垂直に突出している補助分岐部とを含んでいる点である。
本実施例では、電機子660および660’はそれぞれ、これらの電機子がE字形状を有するように、主要部の同一の側から延伸している3つの補助部を含む。そのため、コイル640は、電機子660から突出した補助部上に配置されている。コイル640’は、電機子660’から突出した補助部上に配置されている。
電機子660および660’の主要部の各々は、主要部の全長にわたって延伸し、かつ1つの強磁性バー650を収容するくぼみを含む。
この設定により、電機子660ならびに660’を、電源導体310、320、および330の周りで共に組み立てることができる。
図13および図14において、電圧センサ80をより詳細に示している。
電圧センサ80は、電源導体31、32、ならびに33のうちの2つ、すなわちここでは電源導体31と33との間の電位差を検出することを目的としている。これは、回路遮断器10の状態を確認し、かつこの回路遮断器が開放されているか閉鎖されているかを特に判断するのに間接的に役立つ。電子ユニット51は、電圧センサ80により供給されるデータを使用して、回路遮断器10の状態を示す信号を生成するようにさらに構成されている。
電圧センサは、少なくとも1つの導電性プレート、すなわち電界センサを備え、これは電源導体31、32、および33のプレート316、326、または336の1つからそれぞれ離間し、かつこれに対向している。電圧の存在または不在については、これらのプレート間における静電容量値に基づいて、専用の測定回路84により間接的に判定される。
より正確には、ここでは検出器80は、導電性材料製であり、かつ幾何学的平面Pに平行に延伸しているこのような2つのプレート81および83を備える。モジュール30の組立形態において、プレート81はプレート316に対向しつつ、前記プレート316と位置合わせされている。同様に、プレート83はプレート336に対向しつつ、このプレート336と位置合わせされている。これらのプレート81および83は、たとえば銅製の金属経路を配置することにより、電子基板50の面502上に形成されている。プレート81ならびに83の寸法は、プレート316および336の寸法と、5%以内、または好適には1%以内において、それぞれ同一となっている。ここで、プレート81および83は、相互間に同一の表面積を有している。プレート81と316とは、成形領域41により相互に離間しており、かつ成形領域41にそれぞれ接触している。これは、プレート83と336とについてもそれぞれ同様である
「d」として示されているプレート81と316との距離は、幾何学的平面Pに垂直な方向に沿って測定されている。この距離dは、プレート316の上面を被覆する成形領域41の厚さに等しい。プレート81をプレート316に対して可能な限り接近させつつも、成形領域41がもたらす電源導体31の電気絶縁機能が損われることのないように、距離dは選択されている。距離dは、好適には2mm以下であり、より好適には0.5mm乃至1mm、さらに好適には0.65mm乃至0.85mmである。これに関する例示として、ここでは距離dは0.8mmに等しくなっている。プレート83と336とはまた、距離d分相互に離間している。
プレート81と316とにより形成されているコンデンサはC1として示され、またプレート83と336とにより形成されているコンデンサはC2として示されている。ここでは、プレート81、83、316、および336の寸法と相対配置とを所与とすれば、コンデンサC1ならびにC2のそれぞれの静電容量は等しくなっている。
コンデンサC1の容量値は(ε×S)/dに等しく、ここでSは相互に対向しているプレート81および316間の表面積であり、「ε」は成形領域41を形成している材料の電気誘電率である。ここで、プレート81とプレート316とが同一であり、相互に対向しているので、表面積Sは長さlに幅Lを掛けて得られる積に等しい。従前に示された数値を所与とすれば、ここでは表面積Sは74mmに等しい。ポリアミド6−6の場合、距離dが0.65mm乃至0.85mmであれば、コンデンサC1は2.8pF乃至4.4pFの静電容量を有する。コンデンサC1の静電容量が距離dに反比例することを、当業者なら認識している。
センサ80はまた、プレート81および83ならびに測定抵抗器801を含む測定回路84を備え、この測定抵抗器801の端部は、一方がプレート81に接続されており、もう一方がプレート83に接続されている。測定回路84は、測定抵抗器801の端子において測定電圧Vmを取得するように構成されている。
有利には、測定回路84は、測定回路84を過電圧(overvoltage)から保護する双方向ツェナーダイオード802を含み、この過電圧は、電気設備1またはその電源装置が雷により打撃を受けた場合に特に発生する恐れがある。
測定回路84は、アナログ・デジタル変換器(図示せず)により電子ユニット51の入力に接続されている。有利には、測定回路84はまた、45Hz乃至65Hzの範囲の周波数を通過させるように構成されたローパスフィルタ803を含む。
フィルタ803により、センサ80の誤動作を招く恐れのある、アナログ・デジタル変換器の入力の飽和状態が防止される。このようなフィルタ803により、回路84による測定を妨害する恐れのある電源電流の高調波をフィルタリングすることが特に可能となっている。ここでは、電気アセンブリ3の電源電流は、50Hz乃至60Hzの周波数を有している。
最後に、センサ80は接地面82を含み、これは面502上に配置され、かつ測定回路84の電気接地GNDに接続され、電磁波による障害から装置80を保護している。この接地面82は、面502上において、電流センサ61が占有する表面積に対向して位置する表面積に金属層を配置することにより形成されている。
本実施例では、電源導体31と33との間の電圧の存在が、電圧センサ80により検出されている。これらの電源導体31と33との間に電圧Vpが存在する場合、抵抗器801の端子における測定電圧Vmは、コンデンサC1およびC2の電圧Vpと静電容量とに依存する値に等しくなっている。たとえば、電圧Vmは以下の公式を使用して計算され、
ここで「Rm」は測定抵抗器801の抵抗値であり、「Zm」は電子ユニット51の測定インピーダンスであり、また「C」はコンデンサC1およびC2の容量値である。
例示として、周波数50Hzの380Vに等しい電圧VPに対して、電圧Vmは150mVに等しくなる。
別の実施例によれば、周波数60Hzの190Vに等しい電圧Vpに対して、電圧Vmは62mVに等しくなる。
一方で、電源導体31と33との間に電圧が存在しない場合には、測定電圧はゼロになる。
ユニット51は、測定回路84により供給された測定電圧を、たとえば時間の経過とともに、連続的にまたは反復的に測定し、かつ取得された測定電圧Vmに依存して、対応するステータス信号を生成するようにプログラムされている。次いで、ユニット51は、たとえば所定の時間において、または中央制御ユニット2が発する要求に応じて、このステータス信号をデータバスに送信する。
一例として、測定電圧Vmが、たとえば電源電流における周波数の持続時間の10倍を超えるような時間、好適にはこれの100倍を超えるような時間、継続的にゼロのままであった場合、電子ユニット51は、電源導体31と33との間に電圧が存在しないと自動的に判定する。その他の場合には、電子ユニット51は、電源導体31と33との間に電圧が存在すると判定する。
このような電圧センサ80により、電圧の存在または不在を検出することが可能となり、したがって、物理的に回路遮断器10に接近する必要なしに、モジュール30が属するアセンブリ3の回路遮断器10に関する状態を推定することが可能となる。このような検出は、電源導体31、32、および33との電気的接触を直接行うことなしに達成される。したがって、より高価であり、かつその組込みがより複雑化しているガルバニック絶縁を、電圧センサ80に施す必要がない。電源導体31と33との間に電圧Vpが存在しているか否かを確認することが主として望まれており、かつこの電圧の正確な値を取得することが必ずしも望まれていないので、測定の精度に関しては、電圧センサ80の正常な動作の面において問題とはならない。
あるいは、たとえば、プレート81ならびに83を、中央部311、321、および331のうちの1つに対向するように配置された単一の電界センサで代用することにより、電圧センサ80を異なる形態で設けることができる。
別変形形態によれば、電圧センサ80は、電源導体31、32、および33に直接接続された分圧器を含む電圧センサに置き換えられる。この場合、ガルバニック絶縁が必要となる。
図15および図16において、モジュール30と接触器20との間に設けられたデータリンク90を示している。このデータリンク90は、接触器20の開閉制御信号を送信するように構成されている。このデータリンク90はまた、接触器20の状態に関する1つ以上の測定信号を収集するように構成されている。この装置90は、接触器20の対応する入出力信号インターフェースに接続されるように構成されている。
より正確には、リンク90はコネクタ91と、一対のワイヤ92、93、および94とを含む。コネクタ91は、電子基板50に接続されるように構成されている。ここでは、コネクタ91は、たとえば電子基板50に対して、基板50の1つの端部において固定されている。
有利には、リンク90は、一対のワイヤ92、93、および94が取り付けられた剛性電機子を含む。たとえば、この電機子は、一対のワイヤ92、93、および94上に成形されたプラスチック製となっている。これにより、特にワイヤ92、93、および94が占有する空間を縮小することで、モジュール30を接触器20上に組み立てることが容易になる。この電機子は省略することができる。
コネクタ91は、一対のワイヤ92、93、および94を電子基板50のプリント回路の対応する電気路に電気的に接続するために、これらのワイヤのうちの1本を収容するようにそれぞれ意図された複数の開口部を備える。
たとえば、一対のワイヤ92のワイヤは、接触器20のアクチュエータに電力を供給するように意図されている。一対のワイヤ93は、接触器20の対応する出力インターフェースからNOステータス信号を収集するように構成されている。同様に、一対のワイヤ94のワイヤは、接触器20の対応する出力インターフェースからNCステータス信号を収集するように構成されている。
図11に示すように、本実施例では、ワイヤ92に関連する端子の1つは、ワイヤ93に関連する端子の1つと共通となっている。これは、たとえば、対応する信号が電気接触器20内の共通の電気接地に対して生成されるという事実によるものである。あるいは、これらの2本のワイヤは、相互に離間していてもよい。
図12において、リンク90の別実施形態を示している。90’として示されているこのデータリンクは、リンク90に類似しているが、この一対のワイヤ94が省略されているという点でこれとは異なっている。これは、NCステータス信号を確認する必要がない適用例において有用である。
測定装置60、電圧センサ80、および電子ユニット51を採用した結果、モジュール30により、回路遮断器10および接触器20の動作状態に関するリアルタイムの情報を収集することが可能となり、またその情報に基づいて、かつ/または中央制御ユニット2により、それらの制御をより良好に行うことが可能となっている。
このモジュール30により、回路遮断器10または接触器20の構造もしくは作用を変更する必要なしに、電気アセンブリ3は高度な通信および監視機能を有することができる。したがって、モジュール30により、既存の製品範囲に対して、かつ既存の電気設備1に既に設置されている回路遮断器10および/または接触器20に対してさえ、新たな機能を付加することが可能となっている。
上記の実施形態および変形形態を組み合わせて、新たな実施形態を創出することができる。

Claims (10)

  1. 電気回路内の電流を測定するための装置(60;600)であって、前記装置は、各々が導体(31、32、33;310、320、330)内の電流を測定するように構成された複数のロゴウスキー型電流センサ(61、62、63;610、620、630)を備え、前記複数の電流センサは、対になって隣接しており、前記複数の電流センサの各々は、
    相互に電気的に接続され、電流測定回路を形成するように構成された複数のコイル(64、64’;640、640’)と、
    対応する導体(31、32、33;310、320、330)を収容するための中央開口部(61C、62C、63C;610C、620C、630C)であって、コイル(64、64’;640、640’)が、前記中央開口部の周囲に配置されている、中央開口部(61C、62C、63C;610C、620C、630C)と、
    を備え、
    前記測定装置は、複数の強磁性バー(65、650)を有し、各電流センサ(61、62、63;610、620、630)は、前記中央開口部(61C、62C、63C;610C、620C、630C)の対向するエッジ部に、並列に向かい合って配置された、前記コイル(64、64’;640、640’)のうちの2つと、前記コイル(64、64’;640、640’)の端部間を、前記コイルの長手方向軸(X64、X64’;X640)に垂直に延伸している、前記強磁性バー(65、650)のうちの2つとを有することを特徴とする、装置(60;600)。
  2. 各電流センサ(61、62、63;610、620、630)は、直近に隣接する電流センサと共通の強磁性バー(65、650)を有することを特徴とする、請求項1に記載の測定装置(60;600)。
  3. 前記装置は、相互に並列に配置され、前記装置の前記電流センサ(61、62、63;610、620、630)すべてに共通の第1および第2の電機子(66、66’;660、660’)を備え、各電流センサの前記2つのコイル(64、64’;640、640’)は、前記第1および第2の電機子にそれぞれ配置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の測定装置(60;600)。
  4. 前記第1および第2の電機子(66、66’;660、660’)の各々は、直線部を有し、コイル(64、64’;640、640’)が、前記直線部の周りに巻回されることにより、前記第1および第2の電機子(66、66’;660、660’)に配置されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の測定装置(60;600)。
  5. 前記第1および第2の電機子(66、66’)の両方は、ハウジング(661、662、663)を備え、前記ハウジング(661、662、663)の各々は、前記強磁性バー(65)のうちの1つの1つの端部を収容するように構成されていることを特徴とする、請求項4に記載の測定装置(60)。
  6. 前記第1および第2の電機子(66、66’)は同一であり、前記第1および第2の電機子(66、66’)の各々は、前記第1および第2の電機子(66、66’)を相互に結合して前記測定装置を形成するように構成された複数の固定要素(664、665)を有することを特徴とする、請求項4または5に記載の測定装置(60)。
  7. 前記第1および第2の電機子(660、660’)の各々は、直線形状の主要部と、前記主要部に垂直に前記主要部から突出している複数の補助部とを含み、コイル(640、640’)が、前記補助部において前記第1および第2の電機子(660、660’)に巻回されることにより形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の測定装置(600)。
  8. 前記第1および第2の電機子(660、660’)の各々における前記主要部は、前記強磁性バー(650)のうちの1つを収容するくぼみを含み、前記くぼみは、前記主要部の長さに沿って延伸していることを特徴とする、請求項7に記載の測定装置(600)。
  9. 前記強磁性バー(65、650)は、軟鉄またはNiFeまたはFeSiなどの鉄合金で形成されていることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の測定装置(60;600)。
  10. 複数の導体により電力を供給される電気装置と、
    前記導体の各々を流れる電流を測定するように構成された測定装置(60;600)と、
    を備えるアセンブリ(3)であって、
    前記測定装置は、請求項1から9のいずれか一項に記載されたものであり、前記導体の各々は、対応する電流センサの中央領域の内部に収容されていることを特徴とする、アセンブリ(3)。
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