JP2021120664A - クランプセンサおよび測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定対象の導線が高密度に配線されているような箇所でも確実にクランプでき、計測作業がし易いクランプセンサおよび測定装置を提供する。【解決手段】 磁性コアの周囲に導線を巻回した有芯コイル７ａ、８ａと、中空チューブに導線を巻回した空芯コイル７ｂ及び８ｂを有するクランプセンサ７及び８において、有芯コイルの７ａ及び８ａと空芯コイル７ｂ及び８ｂとを被測定導線の延在方向に沿って配置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、クランプセンサおよび測定装置に関する。

クランプセンサは、活線状態の被測定対象導線にセンサをクランプさせて、導線が発生する磁界を検知して被測定対象導線に流れる電流、電圧、電力を測定するのに用いられる。

このクランプセンサとして、磁性鋼板などを積層した磁性コアに導線を巻回した有芯の磁気コイルと、絶縁体の中空チューブに導線を巻回した空芯の磁気コイルとを用いたクランプセンサがある。有芯の磁気コイルは、小電流を検出するに適している一方、空芯の磁気コイルは、大電流を検出するに適している。このため、出願人は、低レベルから高レベルに至る電流を測定するに適するクランプメータのクランプセンサとして、有芯の磁気コイル(以下有芯コイルという)の外周に空芯の磁気コイル(以下空芯コイルという)を配置した環状のクランプセンサを提案した(特許文献１)。

特許第４６４８２４１号公報

しかし、上述の特許文献１のクランプセンサには、以下の課題がある。まず、有芯コイルと空芯コイルとが環状となり、空芯コイルが有芯コイルの外周に配置される構造となっているので、クランプセンサを平面視した場合、有芯コイルの外側にさらに空芯コイルが配置されており、二つの磁気コイルが作るセンサの幅が２つの磁気コイルの幅分必要となり、クランプセンサの横幅が太くなってしまう。また、クランプセンサは環状(真円状)であり、被測定対象導線が高密度に配線されている場合に、被測定対象導線の間に、このクランプセンサを挿入して、被測定対象導線中の電流などを測定することが難しい。特に、近年分電盤等には、高密度で配線されるようになったため、配線された導線の間隔が狭くなっており、導線の間にクランプセンサを挿入できない場合がある。

また、クランプセンサの形状が真円状であるので、どうしても径が大きくなり、また、二つのコイルによる幅があるので、配線間にクランプセンサを挿入できない、あるいは被測定対象導線を噛めない（クランプできない）ことが生ずる。
さらに、環状であるため、クランプセンサを被測定導線にクランプしようとするとき、あるいは被測定対象導線から抜こうとしたとき、スムーズに挿入できない、あるいはスムーズに抜きにくく、計測の作業性が悪い問題がある。特に、分電盤などの狭いところで、リーク電流を計測しようとする場合の作業性が悪い。また、クランプセンサのケース部分の先端側(ジョー)は、環状の部分を切った形状となっているため、特に先端の内周側の突出部分が被測定対象導線に当たったりするため、被測定対象導線の線材を傷つけたり、センサの先端のケース部分を破損したりする問題がある。

本発明は、上述の改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、高密度に配線されている被測定対象導線にクランプでき、また、計測時の作業性が高いクランプセンサおよびこのクランプセンサを有する測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、磁性コアの周囲に導線を巻回した第１のコイルと、導線を巻回した空芯形に形成された第２のコイルとをそれぞれ一対備えて構成され、被測定対象導線にクランプして被測定対象導線についての被検出量を検出するクランプセンサにおいて、第１のコイルと第２のコイルとは、被測定対象導線の延在方向に沿って配置されている、ことを特徴とするクランプセンサである。

なお、第１のコイルと第２のコイルとの間には、二つのコイルを所定の距離離すスペーサが設けられ、スペーサに第２のコイルが取り付けられる、ことができる。
また、スペーサは、第１のコイルを収容するケースに設けられ、スペーサの先端部から中央にかけて壁が立設され、第２のコイルが壁に当接して取り付けられることができる。
また、第１のコイルの磁性コアは、噛み合った状態で被測定対象の導線の延在方向から見て略菱形である、ことができる。

本発明の他の側面は、第１の側面のクランプセンサと、当該クランプセンサによって検出された検出信号に基づいて被測定対象の被測定量を測定する測定部とを備えている、ことを特徴とする測定装置である。

高密度に配線された被測定導線にもクランプでき、また、挿抜しやすいセンサを提供できる。また、ノイズ特性も改善することができ、しかも、センサの組立作業をより易しくすることができる。

測定装置の概略を説明する説明図である。 測定装置のブロック図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）（ｂ）はクランプセンサの導線への挿入を説明する説明図である。 クランプセンサの導線の挿入時の干渉回避を説明する説明図である。 磁性コアの形状を説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）は噛み合った部分の面積を説明する説明図である。 スペーサを説明する説明図である。 有芯コイルと空芯コイルがスペーサを介して組み立てられた状態を説明する説明図である。 図９の組み立て状態を矢印ＡＲ１から視た図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は空芯コイルの端部が平行であることを説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は空芯コイルのスペーサへの取り付けを説明する説明図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態の測定装置としてのクランプメータの構成の一例を示す図である。

このクランプメータ１は、クランプセンサとクランプメータの本体部２を備えている。クランプメータの本体部２は、測定結果の電流、電圧及び電力等を表示する表示部３と各種操作を行うための複数のボタン４と電源スイッチ５とを備えている。本例のクランプメータ１は非接触センサであるクランプセンサを使用し導線を流れる電流、電圧及び電力等を測定するものである。

クランプメータの本体部２には非接触センサとしてのセンサ部７、８からなるクランプセンサが備えられている。このセンサ部７及び８は操作レバー６を押下等することによりセンサ部７及び８の少なくとも一方が開閉するように構成されている。すなわち、操作レバー６の操作によって一対のセンサ部７及び８のうちの少なくとも一方が回動して両センサ部７及び８の先端部同士の接離が可能に構成されたセンサ部７及び８である。このような開閉するセンサ部７及び８の構造は公知であるため詳しい説明は省略する。

図２に基づいてクランプメータの構成を説明する。本実施の形態のクランプメータ１のクランプセンサは、磁性コアの周囲に導線を巻回した有芯コイル１４と、導線を巻回して空芯形に形成された空芯コイル１５とを備えている。また、本体部２は、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換部２１、表示部２２、操作部２３、検出部２４、制御部２５、およびこれらの各構成要素が収容または配設される本体部２のケース２６を備えて構成されている。Ａ／Ｄ変換部２１は、制御部２５とともに、本発明における測定部を構成し、磁気コイル（有芯コイル１４、空芯コイル１５）から出力される検出信号をアナログ／ディジタル変換して、電流データを出力する。表示部２２は、液晶パネルで構成されて、ケース２６の正面パネルに配置されている。また、表示部２２は、制御部２５の制御にしたがって各種の測定値等を表示する。

操作部２３は、図１に示される本体部の正面に配置されたボタン４による各種スイッチを備えて構成されており、本体部のケース２６の正面パネルに配設されている。また、操作部２３は、ユーザのスイッチ操作に応じた操作信号を制御部２５に出力する。検出部２４は、ケース２６の内部に配置されて、有芯コイル１４と空芯コイル１５からなるセンサ部の回動信号（クランプセンサの先端部の開閉）を検出して検出信号を出力する。制御部２５は、操作部２３から出力される操作信号や検出部２４から出力される検出信号に従って、本体部２０を構成する各部を制御する。また、制御部２５は、Ａ／Ｄ変換部２１から出力される電流データに基づいて電流値を算出するとともに、算出した電流値を表示部２２に表示させる。

また、センサ部７及び８は磁性コアの周囲に導線を巻回した有芯コイル（請求項の第１のコイルに相当）と、可撓性ある絶縁体の中空チューブに導線を巻回した空芯コイル（請求項の第２のコイルに相当）とをそれぞれ備えており、これらの磁気コイルは、アーム状のセンサ部のケース内に収容されている。そして、被測定対象導線にクランプして被測定対象についての被検出量を検出するセンサ部７及び８において、有芯コイル７ａ、８ａの磁性コアは、噛み合った状態で被測定対象の導線の延在方向から見て略菱形である。なお、有芯コイル7ａは、パーマロイなどの磁性鋼板を積層した磁性コアに導線を巻回したもので、金属製のシールド板によるシールドケースに収容されている。また、本例の磁性コアでは略菱形であるがこれに限定された形状だけではなくセンサ部７及び８を開いたときに先端の直線部分が平行になるような形状や略楕円状の形状も含まれる。

これにより、センサ部７及び８を開いたときに、センサ部７及び８の先端付近の直線部分は平行になり狭い場所でも簡単にセンサ部７及び８を挿入することができる。

また、有芯コイルと空芯コイルとを収容するセンサ部７及び８のケース（クランプアームとも称する）の先端部は、先端部が閉じたときに先端が重なる部分が略扇状となる。すなわち、センサ部７の先端部は、他方のセンサ部８の先端が嵌り込むように外周側に拡がる扇形に太くなり、端部が内周側の直線部分が延長した形状となっている。他方のセンサ部８の先端部は反対に嵌り込む部分が外周に向けて拡がる扇形に細くなった形状となっている。これにより、センサ部７、８の内周側には、被測定対象導線にクランプするとき、また抜くときに被測定対象導線に当たるような出っ張りもなく、外周側も被測定導線側に進入する場合にも被測定対象導線に当たる出っ張りもなく、センサ部７、８の端部の破損や被測定対象導線を傷つけることを低減できる。

図３に示すように、図１における断面Ａ−Ａは、センサ部７としては、磁性コアの周囲に導線を巻回した有芯コイル７ａと、導線を巻回した空芯形に形成された空芯コイル７ｂとを備えている。センサ部８としては、磁性コア８ａの周囲に導線を巻回した有芯コイル８ａと、導線を巻回した空芯形に形成された空芯コイル８ｂとを備えている。これにより、大きな電流等から小さな電流までレンジの広い領域を適正に測定することができる。

そして、図３の断面図に示すように、センサ部７、８のケースの中では、有芯コイル７ａと空芯コイル７ｂは被測定対象の導線Ｃの延在方向に沿って並んで配置されている。また、有芯コイル８ａと空芯コイル８ｂは被測定対象の導線Ｃの延在方向に沿って並んで配置されている。これはクランプメータの側面からみると側面方向に並んで配置されているともいえる。

これにより、導線Ｃの延在方向に沿って並んでいるので、クランプする導線Ｃに直角方向の幅が短く（細く）なり、さらに小さな隙間にもセンサ部７及び８を挿入することが可能となる。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、センサ部７、８の先端が嵌合した状態（センサ部内の磁性コアと磁性コアが噛み合った状態である）で導線Ｃの延在方向から視て菱形に形成されていることにより、この菱形と同形状のセンサ部７及び８を操作レバーで操作（本例では押圧する）することによりセンサ部７及び８の先端が噛み合った状態から開いていく。特にセンサ部７及び８の先端からＲ形状までの部分は直線で形成されているので、センサ部７とセンサ部８の直線部分は平行を保持したまま導線Ｃに近づいていく。この状態でセンサ部７とセンサ部８の内側に導線Ｃを入り込ませることが簡単にできる。

図５に示すように、導線Ｃ、導線Ｃ１、導線Ｃ２及び導線Ｃ３が密集して配置されているときに、センサ部７は導線Ｃ１と導線Ｃ２に干渉することを回避でき、またセンサ部８は導線Ｃ３に干渉することを回避できるので導線Ｃを内部に取り込みクランプすることが可能となる。これにより、作業性が向上するとともに、導線やセンサ部７及び８に無理な力を掛けずにすむ。

図６にセンサ部７の磁性コア１７とセンサ部８の磁性コア１８とが噛み合った状態を示して、磁性コアの形状と噛み合いを説明する。図６に示すように、磁性コア１７ａは直線部分１７ａ１と直線部分１７ａ２がＲ形状部１７ａ３を中心として三角形の２辺を構成するように形成されている。直線部分１７ａ１の一方の端面１７ａ４は扇形状に形成されている。また、直線部分１７ａ２の一方の端面１７ａ５は扇形状に形成されている。

磁性コア１８ａは直線部分１８ａ１と直線部分１８ａ２がＲ形状部１８ａ３を中心として三角形の２辺を構成するように形成されている。直線部分１８ａ１の一方の端面１８ａ４は扇形状に形成されている。また、直線部分１８ａ２の一方の端面１８ａ５は扇形状に形成されている。そして、直線部分１７ａ１、直線部分１７ａ２、直線部分１８ａ１及び直線部分１８ａ２は略同一長さで形成されている。

そして、全体が噛み合った状態では導線の延在方向から視て略菱形に形成されている。また、空芯コイル７ｂ及び空芯コイル８ｂもこの形状に合わせて形成されている。センサ部７及び８もこの形状に合わせて形成されている。

さらに、Ｘ軸を対称にして同一形状であるとともに、Ｙ軸を対称に同一形状となっている。すなわち、Ｙ軸に対して直線部分１７ａ１と直線部分１８ａ１は対称に形成されている。また、直線部分１７ａ２と直線部分１８ａ２は対称に形成されている。さらに、Ｒ形状１７ａ３とＲ形状１８ａ３とは対称に形成されている。

一方、Ｘ軸に対し直線部分１７ａ１と直線部分１７ａ２は対称に形成されている。直線部分１８ａ１と直線部分１８ａ２は対称に形成されている。

このように、Ｘ軸、Ｙ軸方向に対してそれぞれ対称とすることにより、磁性コアの形状を真円状ではない形状による磁性コアのノイズ耐性悪化を緩和することができた。

図７で、磁性コア１７と磁性コア１８とが噛み合った状態を示して噛み合わせ部分の形状を説明する。図７（ａ）に示すように、磁性コア１７ａと磁性コア１８ａが噛み合った状態で扇形状１７ａ５と扇形状１８ａ５の重なった部分の面積Ｅｒ１と、図７（ｂ）に示すように扇形状１７ａ４と扇形状１８ａ４が重なった部分の面積Ｅｒ２とは同一である。なお、磁性コア１７ａは６枚の薄い磁性板が積層されているとともに、磁性コア１８ａは６枚の薄い磁性板が積層されており、噛み合わせ部分は、それぞれ３枚の磁性板が他の磁性コアの磁性板と噛み合う構成となっている。

このように、磁性コアの噛み合い部分の面積を等しくすることで、磁性コアの形状が菱形になることによるノイズ耐性悪化を緩和することができた。

図８に示すように、スペーサ１０及び１１は有芯コイル７ａ及び８ａと空芯コイル７ｂ及び８ｂとの間に挿入されるものである。すなわち、有芯コイル７ａ及び８ａと空芯コイル７、８ｂとが接近していることによる磁界の相互作用によって、空芯コイルの高周波側での精度が低下するという悪影響を緩和するために、相互に距離を与えるために挿入するものである。

スペーサ１０の外形は有芯コイル７ａの形状（有芯コイルが収容されているシールドケースの形状）と同じであるとともにスペーサ１１の形状は有芯コイル８ａの形状と同じである。スペーサ１０は外形がスペーサ１０の先端の外周側には有芯コイルが当接され基部から立設された壁１０ａが形成されている。また、スペーサ１１も同様に壁１１ａが形成されている。一方、スペーサ１０の中央部内周側には空芯コイルの中央部を固定するガイド１０ｂが断面がコ字状に形成されている。スペーサ１１にも同様にガイド１１ｂが形成されている。

図９に示すように、有芯コイル７ａと空芯コイル７ｂとの間にはスペーサ１０が挿入されるとともに有芯コイル８ａと空芯コイル８ｂとの間にはスペーサ１１が挿入される。スペーサ１０には壁１０ａが形成されている。また、スペーサ１１には壁１１ａが形成されている。そして、空芯コイル７ｂは壁１０ａとガイド１０ｂにより固定されている。空芯コイル８ｂは壁１１ａとガイド１１ｂにより固定されている。

図１０に示す構造は、図９の構造を矢印ＡＲ１から視たものであり、有芯コイル７ａと空芯コイル７ｂとの間はスペーサ１０により間隔Ｄが形成されている。さらに、有芯コイル８ａと空芯コイル８ｂとの間はスペーサ１１により間隔Ｄが形成されている。これにより、有芯コイル７ａ及び８ａと空芯コイル７ｂ、８ｂとが接近していることで磁界の相互作用によって、空芯コイルの高周波領域で精度が低下するという悪影響を低減することができる。

図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、左右の空芯コイルの先端を平行に設置することで、左右のコア間の空隙による特性悪化を軽減している。より詳細には、スペーサの先端部分１２は、端部１０ｃと端部１１ｃとからなり、距離Ｄ１離れて平行に設置されている。スペーサの先端部分１３は、端部１０ｄと端部１１ｄとからなり、距離Ｄ２離れて平行に設置されている。

また、一対の空芯コイルの先端キャップは、空芯コイルの他の部分に比べて大径となっている。これにより、端部１０ｃ、１１ｃ、１０ｄ及び１１ｄに嵌め込むことができる。

図１１（ａ）に示すように、空芯コイル８ｂのキャップをスペーサの端部１１ｃに嵌め込む。図１１（ｂ）に示すように、スペーサの形状に合わせて空芯コイル８ｂを沿わせる。図１１（ｃ）に示すように、根元側のキャップをスペーサの端部１１ｄに嵌め込む。このように、スペーサの先端の外周側に壁を設けることで、この壁に取り付ける過程の空芯コイルを当接して固定してスペーサに嵌め込むことができるので、組み立てが簡易化される。

なお、上述の有芯コイルと空芯コイルを被測定対象導線の延在方向であって、クランプメータの側面方向に平行に配置した縦積みのクランプセンサの場合、クランプセンサの横幅が細くなった形状に特徴があるので、その平面形状は、上記実施の形態の菱形に限定されない。例えば、平面形状が楕円であってもよい。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施形態の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

１ クランプメータ
２ 本体部
３ 表示部
４ ボタン
５ 電源スイッチ
６ 操作レバー
７、８ センサ部
７ａ、８ａ 有芯コイル
７ｂ、８ｂ 空芯コイル
１０、１１ スペーサ
１７、１８ 磁性コア

Claims (5)

1. 磁性コアの周囲に導線を巻回した第1のコイルと、導線を巻回した空芯形に形成された第２のコイルとをそれぞれ一対備えて構成され、被測定対象導線にクランプして被測定対象導線についての被検出量を検出するクランプセンサにおいて、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、被測定対象導線の延在方向に沿って配置されている、
   ことを特徴とするクランプセンサ。
2. 請求項1に記載のクランプセンサあって、
   前記第1のコイルと前記第２のコイルとの間には、二つのコイルを所定の距離離すスペーサが設けられ、
   前記スペーサに前記第２のコイルが前記スペーサに取り付けられる、
   ことを特徴とするクランプセンサ。
3. 請求項２に記載のクランプセンサであって、
   前記スペーサは、前記第１のコイルを収容するケースに設けられ、
   前記スペーサの先端部から中央にかけて壁が立設され、前記第２のコイルが前記壁に当接して取り付けられることを特徴とするクランプセンサ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のクランプセンサであって、
   前記第１のコイルの磁性コアは、噛み合った状態で被測定対象の導線の延在方向から見て略菱形である、
   ことを特徴とするクランプセンサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のクランプセンサと、当該クランプセンサによって検出された検出信号に基づいて被測定対象の被測定量を測定する測定部とを備えている、
   ことを特徴とする測定装置。
   
   

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