JP4586118B2

JP4586118B2 - Coil parts and electrical property extraction device

Info

Publication number: JP4586118B2
Application number: JP2001033577A
Authority: JP
Inventors: 庸夫菅原; 浄坪井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2002237413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル部品及び電気特性量取出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源供給ラインに係る電気特性量が測定されたり監視されたりすることは多い。例えば、電力量計は、従量制需要家（例えば各家庭）の引込み口に取り付けられ、需要家による使用電力量を計量するために用いられる。また、ノーヒューズブレーカは、電源が供給される装置を、過電流や短絡電流から保護するために用いられる。
【０００３】
以上のような屋内配線などに係る測定装置や異常監視装置としては、コイル部品を利用した装置は多い。例えば、電力量計として、コイル部品を供給電流が流れることで作る磁界と、指針円盤のうず電流との相互作用により、指針円盤を回動させて積算電力を指標させるものがある。また、ノーヒューズブレーカとして、短絡電流が電磁コイル部品を流れることで作る吸引力で遮断機構を動作させるものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、指針円盤を含め指針を利用する測定装置などは、指針を駆動するための力を発揮する、ある程度大きなコイル部品を必要とし、装置を小型化するにも限界がある。また、仮に、コイル部品が電力特性などに１対１で対応する磁界を形成したとしても、指針などを用いるため、指針の重量や相対的な取付位置などのばらつきで精度が変化し、そのため、初期時の校正作業などがかなり煩雑になっていた。
【０００５】
ノーヒューズブレーカの遮断機構などをコイル部品の電磁力で駆動する異常監視装置なども、同様に、ある程度大きなコイル部品を必要とし、装置を小型化するにも限界がある。また、プランジャのばらつきなどを考慮し、初期時の校正作業などがかなり煩雑になっていた。
【０００６】
また、校正したとしても、電気特性を反映させる要素として機構的要素が多いため、電気特性の検出精度などには限界がある。
【０００７】
そのため、電源供給ラインなどの電線に係る電気特性の高精度の取り出しなどの用途に好適な小形なコイル部品が求められており、また、小形、簡易な構成によって電気特性を高精度に取り出すことができる電気特性量取出装置が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明のコイル部品は、基板に対して蒸着処理により形成された下辺となるための層をエッチング処理により複数の線状に形成された各ターンの下辺と、透磁率が高い絶縁材料の蒸着処理又はフィルム貼付処理により上記下辺の上に形成される絶縁層と、当該絶縁層に対して蒸着処理により形成された上辺及び側辺となるための層をエッチング処理により複数の線状に形成された各ターンの上辺及び側辺とを有し、上記絶縁層を中心にして上記上辺、側辺及び下辺によって複数回巻いた極薄の扁平なコイル本体を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の本発明のコイル部品は、請求項１の本発明において、上記基板が、可撓性基板であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の本発明の電気特性量取出装置は、１又は複数の電線の周囲に、当該電線を流れる電流により発生する磁束の変化を捕捉する請求項１又は２に記載のコイル部品を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の本発明の電気特性量取出装置は、請求項３の本発明において、上記コイル部品によって捕捉した上記電線の周囲の磁束を電気信号に変換する磁束／電気変換手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の本発明の電気特性量取出装置は、請求項４の本発明において、上記磁束／電気変換手段から出力された電気信号を無線送信する信号送信手段をさらに有することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の本発明の電気特性量取出装置は、請求項３乃至５いずれか１項に記載の本発明において、上記各電線が、電源供給線であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の本発明の電気特性量取出装置は、請求項３乃至５いずれか１項に５又は６の本発明において、上記各電線が、屋内配線、電源プラグ又はコンセント内の電線であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるコイル部品及び電気特性量取出装置を、電源プラグでの電気特性量の取出しシステムに適用した第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００１７】
図１は、第１の実施形態に係る電源プラグ１の内部構成や構成要素の配置を中心に示す電気特性量の取出しシステムの説明図である。
【００１８】
図１において、電源プラグ１は、家電製品その他が該当する電源供給対象の負荷２に対し、電気コード３を介して接続されている。
【００１９】
電気コード３を構成する一対の電源供給線３−１及び３−２は、電源プラグ１の筐体内においては、引き離されており、それぞれの先端部の被覆部材が除去され、露出している導線３−１ａ、３−２ａがそれぞれ、対応するプラグ突出棒体４−１、４−２に電気的かつ物理的に取り付けられている。
【００２０】
電源プラグ１の筐体内における以下の位置に、図２及び図３に示すような構成を有する３個のシート状電気部品５−１〜５−３が設けられている。
【００２１】
第１及び第２のシート状電気部品５−１及び５−２は、被覆部材が設けられている、しかも、それぞれが引き離されている位置の、各電源供給線３−１、３−２に装着されている。また、第１及び第２のシート状電気部品５−１及び５−２はそれぞれ、装着されていない他の電源供給線３−２、３−１の磁束を捕捉し得ない位置に装着されている。
【００２２】
第３のシート状電気部品５−３は、一対の電源供給線３−１及び３−２がくっついている位置に、しかも、一対の電源供給線３−１及び３−２を跨ぐように装着されている。
【００２３】
第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３は、後述するように、扁平コイル１１を備え、電源供給線３−１、３−２に電流が流れることにより、電源供給線３−１、３−２の周囲に生じる磁束を捕捉し、電源供給線３−１、３−２を流れる電流の検出信号を得るものである。なお、当然に、電源プラグ１は図示しないコンセントに挿入されて使用される。第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３が得た検出信号は、信号送信機６に与えられる。
【００２４】
信号送信機６は、後述する図４に示す詳細構成を有し、第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３が得た検出信号を、信号処理装置７に無線送信する。
【００２５】
信号処理装置７は、後述する図５に示す詳細構成を有し、信号送信機６から与えられた、第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３が得た検出信号を適宜処理するものである。処理内容については後述する。
【００２６】
図２は、上述したシート状電気部品５（第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３）の平面図である。
【００２７】
シート状電気部品５は、例えば、長辺３〜５ｍｍ、短辺が長辺の半分程度の可撓性の絶縁シート基板（例えばポリイミドフィルム）１０に、扁平コイル１１及び２個の抵抗体１２ａ、１２ｂを設けたものである。扁平コイル１１の両端はそれぞれ、シート基板１０上に設けられた電極１３−１、１３−２に接続されており、各抵抗体１２ａ、１２ｂの両端もそれぞれ、シート基板１０上に設けられた電極１４−１、１４−２、１５−１、１５−２に接続されている。
【００２８】
図３は、シート状電気部品５における扁平コイル１１の部分についての、図２でのIII−III線方向の縦断面図である。
【００２９】
図３において、絶縁シート基板１０上には、扁平コイル１１の各ターンの下辺１１ａ、絶縁層１１ｂ、各ターンの上辺１１ｃが積層されており、各ターンの下辺１１ａ及び上辺１１ｃは、図３では図示していない各ターンの側辺によって連結されている。例えば、絶縁シート基板１０の厚みはほぼ０．１μｍであり、扁平コイル１１の厚みもほぼ０．１μｍである。また、扁平コイル１１のターン数は例えば２０〜１００ターンである。
【００３０】
上述のような積層構造を有する扁平コイル１１の部分は、例えば、以下のようにして形成する。
【００３１】
まず、電極材料（例えば金、銀、銅など）の蒸着処理により、シート基板１０上に電極１３−１及び１３−２を形成する。
【００３２】
次に、コイル材料（例えば金、銀、銅など）の蒸着処理により、各ターンの下辺１１ａとなるための層を形成する。この層の一部は、電極１３−１及び１３−２に接続される。その後、エッチング処理により、各ターンの下辺１１ａを形成する。
【００３３】
続いて、絶縁材料（例えばポリイミド）の蒸着処理やフィルムの貼付処理により、各ターンの下辺１１ａの上に絶縁層１１ｂを形成する。絶縁層１１ｂは、各ターンの下辺１１ａ間にも形成される。なお、絶縁材料としては、透磁率が高いものが好ましい。
【００３４】
なお、この絶縁層１１ｂの部分を、磁路層（磁性体層）及び絶縁層でなる多層構造や、絶縁層、磁路層及び絶縁層でなる多層構造などに置き換えても良い。この場合の磁路層の材質としては、アモルファス、フェライト、磁気抵抗効果素子などを適用できる。また、磁路層は、各ターンの下辺１１ａ、側辺、上辺１１ｃから遠ざかるに従って透磁率が大きくなるように蒸着処理したものであっても良い。ここで、透磁率の変化を、各ターンの下辺１１ａ、側辺、上辺１１ｃに接する部分では０にし、磁路層の中心に行くに従って大きくするようにすると、絶縁層を不要にすることもできる。
【００３５】
次に、コイル材料の蒸着処理により、各ターンの上辺１１ｃとなるための層を形成する。この際には、併せて、各ターンの側辺となるための膜も形成される。その後、エッチング処理により、各ターンの上辺１１ｃ及び側辺を形成し、これにより、扁平コイル１１が形成される。なお、各ターンの上辺１１ｃに被覆を施しても良い。
【００３６】
なお、絶縁シート基板１０上に、抵抗体１２ａ及び１２ｂを容易に形成できるので、その形成方法は省略する。
【００３７】
上記では、シート状電気部品５が抵抗体１２ａ、１２ｂを有するものとして説明したが、シート状電気部品５が抵抗体１２ａ、１２ｂ（及びそれに対する電極）を備えないものであっても良い。抵抗体１２ａ、１２ｂは、信号送信機６を構成する回路部分に抵抗要素が必要となった場合を考慮して、シート状電気部品５に設けたものであるが、この第１の実施形態の特徴との関係では、シート状電気部品５は、扁平コイル１１を備えていれば良い。
【００３８】
シート状電気部品５は、シート基板１０がポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムで形成されている場合には、鋏によって切断することも可能であり、電源供給線３−１及び３−２の形状などに応じて、シート状電気部品５の長さなどを調整することができる。
【００３９】
シート状電気部品５（第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３）は、電源供給線３−１及び３−２に関し、その軸線を中心とした周方向の磁束が生じるので、その周方向の磁束が扁平コイル１１の中央を良く通過するように、電源供給線３−１、３−２に設けられる。なお、シート状電気部品５は、シート基板１０がポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムで形成されている場合には、電源供給線３−１及び３−２が円筒などの形状を有していても、その電源供給線３−１及び３−２の形状になじませて装着することができる。このように装着した場合には、扁平コイル１１は、トロイダルコイルになっている。
【００４０】
図４は、第１〜第３のシート状電気部品５−１〜５−３が得た検出信号を送信する信号送信機６の詳細構成を示すブロック図である。
【００４１】
信号送信機６は、３個のアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２０−１〜２０−３、信号統合部２１、送信部２２、送信アンテナ２３及び電池２４を有する。
【００４２】
各Ａ／Ｄ変換器２０−１、２０−２、２０−３は対応するシート状電気部品５−１、５−２、５−３が得た検出信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して信号統合部２１に与えるものである。各Ａ／Ｄ変換器２０−１、２０−２、２０−３は、例えば、サンプリング周波数１ＭＨｚで、８ビットのデジタル信号に変換する。
【００４３】
信号統合部２１は、３個のＡ／Ｄ変換器２０−１〜２０−３からのデジタル信号（例えば８ビット）を統合し（例えば２４ビット）、送信フレームを形成して、シリアル出力で送信部２２に与えるものである。なお、送信フレームには、フレームヘッダを付与するようにしても良い。
【００４４】
送信部２２は、送信フレームを変調したり電力増幅したりした後、送信アンテナ２３から放射させるものである。送信アンテナ２３としては、例えば、信号送信機６を構成するプリント配線基板に配線パターンで形成したものを適用できる。
【００４５】
電池２４は、当該信号送信機４の各部２０〜２２の動作電源を供給するものである。
【００４６】
なお、電源プラグ１の表面などに当該信号送信機４を動作させるか否かを指示するスイッチを設け、このスイッチがＯＮのときにのみ、当該信号送信機４を動作させるようにしても良い。
【００４７】
図５は、信号送信機６から送信された信号を受信して処理する信号処理装置７の詳細構成を示すブロック図である。
【００４８】
信号処理装置７は、受信アンテナ３０、受信部３１、信号分離部３２及び信号処理部３３を有する。なお、信号処理装置７の各部への動作電源の供給手段は問われない。
【００４９】
受信アンテナ３０は、信号送信機６の送信アンテナ２３から空間に放射された無線電波を捕捉し、電気信号に変換して受信部３１に与えるものである。
【００５０】
受信部３１は、受信アンテナ２３からの電気信号をフィルタリングしたり復調したりして、信号送信機６が送信しようとした送信フレームを得て信号分離部３２に与えるものである。
【００５１】
信号分離部３２は、入力された送信フレームを分解し、シート状電気部品５−１、５−２、５−３が得た検出信号（デジタル信号に変換はされている）に分離して信号処理部３３に与えるものである。
【００５２】
信号処理部３３は、入力された、シート状電気部品５−１、５−２、５−３による検出信号（デジタル信号）を適宜処理するものである。信号処理部３３として、コンピュータを適用することができる。信号処理部３３による信号処理は、その用途に応じて、適宜選定すれば良い。
【００５３】
例えば、シート状電気部品５−１、５−２、５−３による検出信号（デジタル信号）の信号波形をそのまま表示させるようにしても良く、また、所定の演算後の波形を表示させるようにしても良い。
【００５４】
また例えば、消費電流や消費電力や力率や電圧や複数の電気量（例えば電流）の位相差などの電気特徴量を検出信号から得て出力するようにしても良い。すなわち、電力計や電流計などとして用いるようにすることができる。算出値も、例えば電力を例に挙げれば、実効電力、平均電力、皮相電力、無効電力など、任意のものを得るようにしても良い。
【００５５】
さらに例えば、電源供給線３−１及び３−２に混入したノイズ成分の大きさや、ノイズ源が負荷２か否かを求めて出力するようにしても良い。また、ノイズ成分を分析して共振系の存在を認識しても良い。
【００５６】
また例えば、検出信号（データ）を記録しておき、故障発生時の解析などに利用するようにしても良い。
【００５７】
なお、後述する第２の実施形態のように、家電製品などの装置の制御などに検出信号を利用するようにしても良い。
【００５８】
次に、第１の実施形態での動作を説明する。電源プラグ１が図示しないコンセントに挿入されている状態において、負荷２（例えば家電製品）が動作しているときには、商用電源（交流電源）が負荷に供給される。このとき、電源供給線３−１及び３−２の一方には、負荷２に流入する電流が流れ、他方には負荷２から流出する電流が流れ、これら電流の向きは商用電源の交流変化に応じて変化する。
【００５９】
いずれにせよ、各電源供給線３−１、３−２に電流が流れることにより、電源供給線３−１、３−２の周囲には、電源供給線３−１、３−２の軸線を中心とした周方向に沿う磁束が生じる。
【００６０】
第１のシート状電気部品５−１の扁平コイル１１は、電源供給線３−１の周囲の磁束を捕捉し、それを電気信号に変換し、電源供給線３−１を流れる電流の検出信号を得て、信号送信機６のＡ／Ｄ変換器２０−１に与える。また、第２のシート状電気部品５−２の扁平コイル１１は、電源供給線３−２の周囲の磁束を捕捉し、それを電気信号に変換し、電源供給線３−２を流れる電流の検出信号を得て、信号送信機６のＡ／Ｄ変換器２０−２に与える。さらに、第３のシート状電気部品５−３の扁平コイル１１は、電源供給線３−１及び３−２の周囲の磁束を捕捉し、その合成磁束を電気信号に変換し、電源供給線３−１及び３−２を流れる電流の相殺電流の検出信号を得て、信号送信機６のＡ／Ｄ変換器２０−３に与える。
【００６１】
このようにして、各シート状電気部品５−１、５−２、５−３が得た検出信号（アナログ信号）は、対応するＡ／Ｄ変換器２０−１、２０−２、２０−３によって、デジタル信号に変換されて信号統合部２１に与えられ、信号統合部２１によって、これらデジタル信号が統合されて送信フレームを形成される。この送信フレームは、送信部２２によって、変調されたり電力増幅されたりした後、送信アンテナ２３から空間に放射される。
【００６２】
送信アンテナ２３から空間に放射された無線電波は、信号処理装置７の受信アンテナ３０によって捕捉され、電気信号に変換されて受信部３１に与えられ、受信部３１によって、フィルタリングされたり復調されたりして、信号送信機６が送信しようとした送信フレームが復元されて信号分離部３２に与えられる。これにより、信号分離部３２によって、送信フレームが分解され、各シート状電気部品５−１、５−２、５−３が得た検出信号に分離されて信号処理部３３に与えられ、信号処理部３３によって、これら検出信号（デジタル信号）に所望する信号処理が施される。
【００６３】
図６は、信号分離部３２から出力された検出信号Ｓ１〜Ｓ３の信号波形図の一例である。なお、検出信号Ｓ１〜Ｓ３はそれぞれ、シート状電気部品５−１〜５−３が出力した検出信号に対応している。
【００６４】
一般に、屋内への電源は、柱上変圧器などによって３相が２相に変換されたものであるので、その影響を受け、電源供給線３−１及び３−２を流れる電流は微視的に見た場合には同一ではなく、そのため、電源供給線３−１及び３−２に係る検出信号Ｓ１及びＳ２は、図６に示すように、異なる振幅を有する。また、電源供給線３−１及び３−２を流れる電流が異なるため、その相殺電流に係る検出信号Ｓ３は、０ではなく、所定のオフセットを有するものである。
【００６５】
電源プラグ１が設けられている屋内では、電磁調理器などの高周波数の電波を不要に放射する装置が多く存在する。このような不要電波は、電源供給線３−１及び３−２においてノイズとして捕捉され、電源電流に重畳される。このような外部ノイズは、電源供給線３−１及び３−２の電源電流にほぼ等しく重畳（加算）される。
【００６６】
また、電源供給線３−１及び３−２を介して電源が供給される負荷（例えば家電製品）２も、その動作によって、電源電流を乱すノイズを発生するものもある。このような負荷２によるノイズは、電源供給線３−１及び３−２の電源電流にほぼ等しく、減算させるようなものとなる。
【００６７】
検出信号Ｓ１〜Ｓ３には、このようなノイズが適宜含まれている。図７は、検出信号Ｓ１〜Ｓ３から、その基本周波数成分（Ｓ１及びＳ２に関しては５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、Ｓ３に関しては所定の直流オフセット）を除去した後のノイズ成分Ｎ１〜Ｎ３を示すものである。
【００６８】
検出信号Ｓ３やノイズ成分Ｎ３での直流レベル（オフセット）が、所定レベルからいずれに移動しているかによって、ノイズ源が、負荷２か、負荷２以外の外部機器かを弁別することができる。演算処理で得られたノイズ成分Ｎ１〜Ｎ３の少なくともいずれかによってノイズの大きさを捉えることも可能である。そのため、仮に、消費電力を算出するような場合においても、ノイズの影響を排除したより正確な値を求めることも可能である。
【００６９】
なお、参考のために、図８及び図９に、負荷２によって電源供給に係る電気特性が相違することを示す。
【００７０】
図８は、１００Ｖ−３００Ｗの電熱器（コンロ）の電気特性を示すものである。図８（Ａ）は電源が遮断されている状態での電気特性を、図８（Ｂ）は電源が供給されている状態での電気特性を示している。電源遮断状態で電圧波形が交流波形となっているのは、電源スイッチが単極型のものであるためであり、電源スイッチが２極双投のならば、電圧波形も０Ｖとなる。図８（Ｂ）から明らかなように、この電熱器は抵抗性負荷の例である。
【００７１】
図９は、１００Ｖ−３５ｋＷＨの冷蔵庫（なお、その室内灯は１０Ｗ）の電気特性を示すものである。図９（Ａ）は電源が遮断されている状態での電気特性を、図９（Ｂ）は電源が供給されている状態での電気特性（電流波形は位相補正前）を示している。図９（Ｂ）から明らかなように、この冷蔵庫は電流波形が抵抗性負荷に比べて９０度近く遅れている誘導性負荷の例である。
【００７２】
このように、負荷２によって、電流波形や、電圧波形に対する位相差などが異なっているので、電流波形を検出信号Ｓ１、Ｓ２などをモニタすることは有効である。
【００７３】
上述した第１の実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
【００７４】
扁平コイル１１を有するシート状電気部品５−１〜５−３を提案したので、電源供給線（３−１及び３−２）を流れる電流の検出信号を簡単にしかも電源供給に影響を与えずに取り出すことができる。因みに、従来、電源供給線の電流の検出信号を得ようとすると、電源供給線を切断し、その２個の切断端部を電流センサや電流計などに接続することを要していた。
【００７５】
また、扁平コイル１１を有するシート状電気部品５−１〜５−３によって、電源供給線（３−１及び３−２）を流れる電流の検出信号を得ているので、その検出信号の精度は高い。その結果、検出信号を処理して得た電気特性量（例えば、消費電力）の精度も高いものとなる。シート状電気部品５−１〜５−３は、電源供給線３−１、３−２の形状に容易になじむので、電源供給線３−１、３−２の形状に拘わらず、高精度の検出することができる。
【００７６】
さらに、３個のシート状電気部品５−１〜５−３を用いて、３個の検出信号を得ているので、これら３個の検出信号を利用して所望する電気特性量やノイズ情報などを求めることができ、この点でも、得られた電気特性量などの精度を高いものにすることができる。
【００７７】
さらにまた、３個のシート状電気部品５−１〜５−３や信号送信機６を電源プラグ１内に収納しているので、ユーザなどがこれらの存在を邪魔に思うことはなく、また、これらを破損するようなこともなく、検出構成も小形、計量である。例えば、電源プラグ１及び負荷２間を伸びている電源コード３の部分に、３個のシート状電気部品５−１〜５−３や信号送信機６を設けた場合には、これらを破損する恐れがかなり大きい。なお、電源プラグ１ではなく、電源プラグ１が差し込まれるコンセント側に、３個のシート状電気部品５−１〜５−３や信号送信機６を設けても、同様な効果を奏することができる。
【００７８】
また、シート状電気部品５−１〜５−３による検出信号を、信号送信機６及び信号処理装置７間で無線通信するようにしたので、検出信号の授受にケーブルを不要にできると共に、信号処理装置７の位置自由度を高めることができる。なお、信号送信機６において、電力を算出するなどのある程度の信号処理を施して送信するようにしても良いが、この場合にも、無線通信を利用した場合には、上述の効果を得ることができる。
【００７９】
さらに、電源供給線３−１、３−２の電流を直接検出した信号を処理しているので、負荷２が抵抗性負荷か誘導性負荷か容量性負荷かなどによらずに、所望する電気特性量を得ることができる。
【００８０】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるコイル部品及び電気特性量取出装置を、電源プラグでの電気特性量の取出しシステムに適用した第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００８１】
図１０は、第２の実施形態に係る電源プラグの内部構成や構成要素の配置を中心に示す電気特性量の取出しシステムの説明図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には、同一、対応符号を付して示している。
【００８２】
この第２の実施形態は、電源供給線３−１、３−２に、家電製品その他が該当する電源供給対象の負荷２が損傷する恐れがある大きな電流（短絡電流や電源ＯＮ時の予想以上の突入電流など）が流れた場合に、負荷２を保護しようとするものである。
【００８３】
この第２の実施形態の場合、電源供給線３−１、３−２の少なくとも一方に、シート状電気部品５−１、５−２が設けられ、信号送信機６は、その検出信号を無線送信する。
【００８４】
また、第２の実施形態の場合、信号処理装置７は、負荷２に内蔵されており、その検出信号に基づいて、異常電流の発生有無を判断するものである。負荷２は、電源供給線３−１、３−２の接続箇所の近傍に電源遮断手段２ａを備えており、信号処理装置７は、異常電流の発生を認識したときに、電源遮断手段２ａを遮断動作させ、負荷２内部への異常電流の流入を阻止する。
【００８５】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、負荷（例えば家電製品）２を単位として、異常電流から保護できるという効果を奏することができる。
【００８６】
また、実験では、電源供給線３−１、３−２を流れる電源電流の周期は２０ｍｓ（５０Ｈｚの場合）であるが、信号送信機６や信号処理装置７の処理遅延を含め、異常電流発生時から３ｍｓ程度で遮断することができた。すなわち、電源の１周期より遙かに短い時間で遮断を実行することができる。
【００８７】
なお、異常電流から負荷２を保護するために遮断する位置は、上記の位置に限定されるものではない。例えば、電源プラグ１内であっても良い。すなわち、電源プラグ１内に遮断機構を設け、検出信号に基づいて異常電流を電源プラグ１内で直接検出して遮断しても良く、また、信号処理装置７が異常電流の発生を検出し、電源プラグ１内に設けられた信号受信機を通じて遮断機構を動作させるようにしても良い。
【００８８】
（Ｃ）他の実施形態
なお、シート状電気部品（扁平コイル）を用いて電源電流を取り出すという技術思想は、上記実施形態のような電源プラグにおける電源供給線に対してだけではなく、各種の電源供給線に対して適用することができる。例えば、変流器（ＣＴ）や変成器（ＰＴ）の内部や周囲の電源供給線に適用したり、発電所からの送電線に適用したりしても良い。また、２線での電源供給だけでなく、３線式の電源供給にも適用することができる。
【００８９】
また、第２の実施形態のような検出信号に応じた遮断、保護機能は、保護継電器などに利用するようにしても良い。例えば、保護継電器の過電流、過電圧、不足電圧、地短時などを検出信号から認識して、保護継電器などに遮断起動を掛けるようにしても良い。
【００９０】
さらに、上記信号処理装置７を可搬型にするようにしても良い。このようにすると、電源供給ラインの各所に距離をおいて、設けられた信号送信機６からの検出信号を１台の信号処理装置７でモニタし得るようになる。この技術は、工場設備などでは有効な技術である。
【００９１】
さらにまた、信号送信機６及び信号処理装置７を一体化した１個の装置とし、シート状電気部品（扁平コイル）の近傍に設けるようにしても良い。
【００９２】
また、上記各実施形態では、シート状電気部品（扁平コイル）を用いて、電源電流に関する検出信号を得るものを示したが、電源以外の信号を伝送する電線での電気信号（検出信号）の取り出しにシート状電気部品（扁平コイル）を用いても良い。例えば、搬送波で変調されている変調信号の伝送電線にシート状電気部品を装着して検出信号を得るようにしても良く、Ｈレベル、Ｌレベルをとるパルス信号の伝送電線にシート状電気部品を装着して検出信号を得るようにしても良い。後者の場合、パルスの立上りエッジや立下りエッジでのみ、磁束変化が生じて検出信号に表れるが、クロックの再生やパルスの復調など、所望する用途に検出信号を利用すれば良い。
【００９３】
さらに、上記各実施形態では、シート状電気部品（扁平コイル）を、電源周囲の磁束の捕捉手段として用いたものを示したが、電気部品である以上、その用途は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、シート状電気部品（扁平コイル）を単に回路のインダクタ要素などに用いるようにしても良い。
【００９４】
また、シート状電気部品（扁平コイル）の基板は、その用途などによっては、剛性体で形成されたものであっても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のコイル部品によれば、電線に係る電気特性の高精度の取り出しなどの用途に好適な小形なコイル部品を提供できる。
【００９６】
また、本発明の電気特性量取出装置によれば、小形、簡易な構成によって、電線の電気特性を高精度に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の電気特性量の取出しシステムの説明図である。
【図２】第１の実施形態のシート状電気部品の平面図である。
【図３】第１の実施形態のシート状電気部品の部分縦断面図である。
【図４】第１の実施形態の信号送信機の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態のシート状電気部品による検出信号の信号波形図である。
【図７】図６の検出信号におけるノイズ成分を示す信号波形図である。
【図８】第１の実施形態の負荷が電熱器の場合の電源供給に係る電気特性を示す信号波形図である。
【図９】第１の実施形態の負荷が冷蔵庫の場合の電源供給に係る電気特性を示す信号波形図である。
【図１０】第２の実施形態の電気特性量の取出しシステムの説明図である。
【符号の説明】
２…負荷、２ａ…電源遮断手段、３…電気コード、３−１、３−２…電源供給線、５−１〜５−３…シート状電気部品、６…信号送信機、７…信号処理装置、１０…シート基板、１１…扁平コイル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coil component and an electrical property quantity extracting device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an electrical characteristic amount related to a power supply line is often measured or monitored. For example, a watt-hour meter is attached to a service entrance of a metered-rate consumer (for example, each household) and is used to measure the amount of power used by the consumer. The no-fuse breaker is used to protect a device to which power is supplied from overcurrent and short-circuit current.
[0003]
There are many devices using coil components as measuring devices and abnormality monitoring devices related to indoor wiring as described above. For example, there is a watt hour meter that rotates a pointer disk by using an interaction between a magnetic field generated by a supply current flowing through a coil component and an eddy current of the pointer disk to indicate an integrated power. In addition, as a no-fuse breaker, there is one that operates a shut-off mechanism with a suction force generated by a short-circuit current flowing through an electromagnetic coil component.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a measuring device using a pointer including a pointer disk requires a coil component that is large to some extent and that exerts a force for driving the pointer, and there is a limit to downsizing the device. In addition, even if the coil component forms a magnetic field corresponding to the power characteristics etc. on a one-to-one basis, since the pointer is used, the accuracy changes due to variations in the weight of the pointer and the relative mounting position. The calibration work at the initial stage was quite complicated.
[0005]
Similarly, an abnormality monitoring device for driving a no-fuse breaker breaking mechanism or the like with the electromagnetic force of a coil component requires a somewhat large coil component, and there is a limit to downsizing the device. In addition, in consideration of variations in plungers, the calibration work at the initial stage has become quite complicated.
[0006]
Even if the calibration is performed, there are many mechanical elements as elements that reflect the electric characteristics, and thus there is a limit to the detection accuracy of the electric characteristics.
[0007]
Therefore, there is a demand for small coil components suitable for applications such as high-accuracy extraction of electrical characteristics related to electric wires such as power supply lines, and it is also possible to accurately extract electrical characteristics with a small and simple configuration. There is a need for an electrical property extraction device that can be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the coil component of the present invention according to claim 1, a layer for forming a lower side formed by vapor deposition on the substrate is etched.In multiple linesA lower side of each turn formed, an insulating layer formed on the lower side by a vapor deposition process or a film pasting process of an insulating material having a high magnetic permeability, and an upper side and a side formed by a vapor deposition process on the insulating layer Etching the layer to become the sideIn multiple linesThe top and sides of each turn formedAnd wound around the insulating layer a plurality of times by the upper side, the side side, and the lower sideAn ultra-thin flat coil body is provided.
[0009]
The coil component of the present invention of claim 2 is characterized in that, in the present invention of claim 1, the substrate is a flexible substrate.
[0010]
Claim 3 of the present inventionThe electrical characteristic quantity extracting device includes the coil component according to claim 1 or 2 that captures a change in magnetic flux generated by a current flowing through the electric wire around one or a plurality of electric wires.
[0011]
Claim 4 of the present inventionIn the present invention according to claim 3, the electrical characteristic quantity extracting device includes magnetic flux / electrical conversion means for converting the magnetic flux around the wire captured by the coil component into an electrical signal.
[0012]
The electrical property quantity extracting device of the present invention according to claim 5 is:The present invention according to claim 4 further comprises signal transmission means for wirelessly transmitting the electrical signal output from the magnetic flux / electrical conversion means.
[0013]
The electrical characteristic quantity extracting device of the present invention according to claim 6 is the claim.The present invention according to any one of 3 to 5, wherein each of the electric wires is a power supply line.
[0014]
The electrical characteristic quantity extracting device of the present invention according to claim 7 is the claim.In any one of 3 to 5In the present invention of 5 or 6,Each said electric wire is an indoor wiring, a power plug, or the electric wire in an outlet, It is characterized by the above-mentioned.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(A) First embodiment
Hereinafter, a first embodiment in which a coil component and an electrical characteristic quantity extracting device according to the present invention are applied to an electrical characteristic quantity extracting system using a power plug will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an electrical characteristic amount extraction system mainly showing the internal configuration and arrangement of components of the power plug 1 according to the first embodiment.
[0018]
In FIG. 1, a power plug 1 is connected via an electric cord 3 to a load 2 to be supplied with power corresponding to a home appliance or the like.
[0019]
The pair of power supply lines 3-1 and 3-2 constituting the electric cord 3 are separated in the casing of the power plug 1, and the exposed conductors are removed by removing the covering members at the respective end portions. 3-1a and 3-2a are electrically and physically attached to the corresponding plug protruding rods 4-1 and 4-2, respectively.
[0020]
Three sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 having configurations as shown in FIGS. 2 and 3 are provided at the following positions in the casing of the power plug 1.
[0021]
The first and second sheet-like electrical components 5-1 and 5-2 are provided on the respective power supply lines 3-1 and 3-2 at the positions where the covering members are provided and separated from each other. It is installed. Also, the first and second sheet-like electrical components 5-1 and 5-2 are mounted at positions where they cannot capture the magnetic fluxes of the other power supply lines 3-2 and 3-1 that are not mounted. Yes.
[0022]
The third sheet-like electrical component 5-3 is mounted at a position where the pair of power supply lines 3-1 and 3-2 are attached, and straddling the pair of power supply lines 3-1 and 3-2. Has been.
[0023]
As will be described later, the first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 include a flat coil 11, and a current flows through the power supply lines 3-1, 3-2. The magnetic flux generated around 3-1 and 3-2 is captured, and a detection signal of the current flowing through the power supply lines 3-1 and 3-2 is obtained. Naturally, the power plug 1 is used by being inserted into an outlet (not shown). Detection signals obtained by the first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 are given to the signal transmitter 6.
[0024]
The signal transmitter 6 has a detailed configuration shown in FIG. 4 to be described later, and wirelessly transmits the detection signals obtained by the first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 to the signal processing device 7. .
[0025]
The signal processing device 7 has a detailed configuration shown in FIG. 5 to be described later, and detects the detection signals obtained from the first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 given from the signal transmitter 6. It is processed appropriately. The processing contents will be described later.
[0026]
FIG. 2 is a plan view of the above-described sheet-like electrical component 5 (first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3).
[0027]
The sheet-like electrical component 5 includes, for example, a flat coil 11 and two resistors 12a, a flexible insulating sheet substrate (for example, a polyimide film) 10 having a long side of 3 to 5 mm and a short side that is about half the long side. 12b is provided. Both ends of the flat coil 11 are connected to electrodes 13-1 and 13-2 provided on the sheet substrate 10, and both ends of each resistor 12 a and 12 b are electrodes provided on the sheet substrate 10, respectively. 14-1, 14-2, 15-1, and 15-2.
[0028]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along the line III-III in FIG. 2, regarding the portion of the flat coil 11 in the sheet-like electrical component 5.
[0029]
In FIG. 3, on the insulating sheet substrate 10, a lower side 11a of each turn of the flat coil 11, an insulating layer 11b, and an upper side 11c of each turn are laminated, and the lower side 11a and the upper side 11c of each turn are illustrated in FIG. They are connected by the side of each turn (not shown). For example, the thickness of the insulating sheet substrate 10 is approximately 0.1 μm, and the thickness of the flat coil 11 is also approximately 0.1 μm. Further, the number of turns of the flat coil 11 is, for example, 20 to 100 turns.
[0030]
The portion of the flat coil 11 having the laminated structure as described above is formed as follows, for example.
[0031]
First, the electrodes 13-1 and 13-2 are formed on the sheet substrate 10 by vapor deposition of an electrode material (for example, gold, silver, copper, etc.).
[0032]
Next, a layer for forming the lower side 11a of each turn is formed by vapor deposition of a coil material (for example, gold, silver, copper, etc.). A part of this layer is connected to the electrodes 13-1 and 13-2. Thereafter, the lower side 11a of each turn is formed by etching.
[0033]
Subsequently, the insulating layer 11b is formed on the lower side 11a of each turn by a vapor deposition process of an insulating material (for example, polyimide) or a film sticking process. The insulating layer 11b is also formed between the lower sides 11a of each turn. Note that an insulating material having a high magnetic permeability is preferable.
[0034]
The insulating layer 11b may be replaced with a multilayer structure including a magnetic path layer (magnetic layer) and an insulating layer, or a multilayer structure including an insulating layer, a magnetic path layer, and an insulating layer. In this case, the material of the magnetic path layer may be amorphous, ferrite, magnetoresistive effect element, or the like. Further, the magnetic path layer may be deposited by vapor deposition so that the permeability increases as the distance from the lower side 11a, the side, and the upper side 11c of each turn increases. Here, if the change in the permeability is set to 0 in the portion in contact with the lower side 11a, the side side, and the upper side 11c of each turn and is increased toward the center of the magnetic path layer, the insulating layer can be made unnecessary. .
[0035]
Next, a layer for forming the upper side 11c of each turn is formed by a vapor deposition process of the coil material. At this time, a film to be a side of each turn is also formed. Thereafter, the upper side 11c and the side sides of each turn are formed by etching treatment, whereby the flat coil 11 is formed. The upper side 11c of each turn may be covered.
[0036]
In addition, since the resistors 12a and 12b can be easily formed on the insulating sheet substrate 10, the forming method thereof is omitted.
[0037]
In the above description, the sheet-like electrical component 5 is described as having the resistors 12a and 12b. However, the sheet-like electrical component 5 may not include the resistors 12a and 12b (and electrodes corresponding thereto). The resistors 12a and 12b are provided in the sheet-like electrical component 5 in consideration of the case where a resistance element is required in the circuit portion constituting the signal transmitter 6, and the resistors 12a and 12b are provided in the first embodiment. In relation to the characteristics, the sheet-like electrical component 5 only needs to include the flat coil 11.
[0038]
When the sheet substrate 10 is formed of a resin film such as a polyimide film, the sheet-like electrical component 5 can be cut with a scissors, and the shape of the power supply lines 3-1 and 3-2 can be reduced. Accordingly, the length of the sheet-like electrical component 5 can be adjusted.
[0039]
The sheet-like electrical component 5 (first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3) generates a magnetic flux in the circumferential direction around the axis of the power supply lines 3-1 and 3-2. Therefore, it is provided in the power supply lines 3-1 and 3-2 so that the magnetic flux in the circumferential direction passes through the center of the flat coil 11 well. In the sheet-like electrical component 5, when the sheet substrate 10 is formed of a resin film such as a polyimide film, even if the power supply lines 3-1 and 3-2 have a shape such as a cylinder, The power supply lines 3-1 and 3-2 can be fitted and fitted. When mounted in this way, the flat coil 11 is a toroidal coil.
[0040]
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the signal transmitter 6 that transmits the detection signals obtained by the first to third sheet-like electrical components 5-1 to 5-3.
[0041]
The signal transmitter 6 includes three analog / digital converters (A / D converters) 20-1 to 20-3, a signal integration unit 21, a transmission unit 22, a transmission antenna 23, and a battery 24.
[0042]
Each A / D converter 20-1, 20-2, 20-3 converts the detection signal (analog signal) obtained by the corresponding sheet-like electrical component 5-1, 5-2, 5-3 into a digital signal. To the signal integration unit 21. Each A / D converter 20-1, 20-2, 20-3 converts into an 8-bit digital signal at a sampling frequency of 1 MHz, for example.
[0043]
The signal integration unit 21 integrates digital signals (for example, 8 bits) from the three A / D converters 20-1 to 20-3 (for example, 24 bits), forms a transmission frame, and transmits the serial signals as serial outputs. This is given to the unit 22. A frame header may be added to the transmission frame.
[0044]
The transmitter 22 radiates from the transmission antenna 23 after modulating the transmission frame or amplifying the power. As the transmitting antenna 23, for example, a printed wiring board constituting the signal transmitter 6 formed with a wiring pattern can be applied.
[0045]
The battery 24 supplies operating power for the units 20 to 22 of the signal transmitter 4.
[0046]
Note that a switch for instructing whether or not to operate the signal transmitter 4 may be provided on the surface of the power plug 1, and the signal transmitter 4 may be operated only when this switch is ON.
[0047]
FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the signal processing device 7 that receives and processes a signal transmitted from the signal transmitter 6.
[0048]
The signal processing device 7 includes a reception antenna 30, a reception unit 31, a signal separation unit 32, and a signal processing unit 33. Note that the means for supplying the operating power to each part of the signal processing device 7 is not limited.
[0049]
The reception antenna 30 captures a radio wave radiated into the space from the transmission antenna 23 of the signal transmitter 6, converts it into an electrical signal, and gives it to the reception unit 31.
[0050]
The receiving unit 31 filters or demodulates the electric signal from the receiving antenna 23 to obtain a transmission frame to be transmitted by the signal transmitter 6 and gives it to the signal separating unit 32.
[0051]
The signal separation unit 32 disassembles the input transmission frame and separates it into detection signals (converted into digital signals) obtained by the sheet-like electrical components 5-1, 5-2, and 5-3. This is given to the processing unit 33.
[0052]
The signal processing unit 33 appropriately processes the input detection signals (digital signals) from the sheet-like electrical components 5-1, 5-2, and 5-3. A computer can be applied as the signal processing unit 33. What is necessary is just to select suitably the signal processing by the signal processing part 33 according to the use.
[0053]
For example, the signal waveform of the detection signal (digital signal) from the sheet-like electrical components 5-1, 5-2, and 5-3 may be displayed as it is, or the waveform after a predetermined calculation may be displayed. May be.
[0054]
Further, for example, electrical feature quantities such as current consumption, power consumption, power factor, voltage, and a phase difference between a plurality of electrical quantities (for example, currents) may be obtained from the detection signal and output. That is, it can be used as a power meter, an ammeter, or the like. As the calculated value, for example, if power is taken as an example, an arbitrary value such as effective power, average power, apparent power, reactive power, etc. may be obtained.
[0055]
Further, for example, the magnitude of the noise component mixed in the power supply lines 3-1 and 3-2 or whether the noise source is the load 2 may be obtained and output. Further, the presence of a resonance system may be recognized by analyzing a noise component.
[0056]
For example, a detection signal (data) may be recorded and used for analysis when a failure occurs.
[0057]
Note that the detection signal may be used for controlling a device such as a home appliance as in the second embodiment described later.
[0058]
Next, the operation in the first embodiment will be described. When the load 2 (for example, home appliance) is operating in a state where the power plug 1 is inserted into an outlet (not shown), commercial power (AC power) is supplied to the load. At this time, a current flowing into the load 2 flows through one of the power supply lines 3-1 and 3-2, and a current flowing out from the load 2 flows through the other, and the direction of these currents depends on the AC change of the commercial power supply. Will change accordingly.
[0059]
In any case, when the current flows through each of the power supply lines 3-1 and 3-2, the axes of the power supply lines 3-1 and 3-2 are placed around the power supply lines 3-1 and 3-2. Magnetic flux is generated along the circumferential direction with the center.
[0060]
The flat coil 11 of the first sheet-like electrical component 5-1 captures the magnetic flux around the power supply line 3-1, converts it into an electrical signal, and detects a current flowing through the power supply line 3-1. Is provided to the A / D converter 20-1 of the signal transmitter 6. The flat coil 11 of the second sheet-like electrical component 5-2 captures the magnetic flux around the power supply line 3-2, converts it into an electrical signal, and generates a current flowing through the power supply line 3-2. A detection signal is obtained and provided to the A / D converter 20-2 of the signal transmitter 6. Further, the flat coil 11 of the third sheet-like electrical component 5-3 captures the magnetic flux around the power supply lines 3-1 and 3-2, converts the combined magnetic flux into an electric signal, and the power supply line 3 -1 and 3-2 are obtained and a detection signal of the canceling current of the current flowing through 3-2 is obtained and supplied to the A / D converter 20-3 of the signal transmitter 6.
[0061]
In this way, the detection signals (analog signals) obtained by the sheet-like electrical components 5-1, 5-2 and 5-3 are the corresponding A / D converters 20-1, 20-2 and 20-3. Is converted into a digital signal and given to the signal integration unit 21. The signal integration unit 21 integrates these digital signals to form a transmission frame. The transmission frame is modulated or power amplified by the transmission unit 22 and then radiated from the transmission antenna 23 to the space.
[0062]
The radio wave radiated into the space from the transmission antenna 23 is captured by the reception antenna 30 of the signal processing device 7, converted into an electrical signal, supplied to the reception unit 31, and filtered or demodulated by the reception unit 31. Thus, the transmission frame to be transmitted by the signal transmitter 6 is restored and provided to the signal separation unit 32. As a result, the transmission frame is disassembled by the signal separation unit 32, separated into detection signals obtained by the respective sheet-like electrical components 5-1, 5-2, and 5-3 and given to the signal processing unit 33 for signal processing. The unit 33 performs desired signal processing on these detection signals (digital signals).
[0063]
FIG. 6 is an example of a signal waveform diagram of the detection signals S <b> 1 to S <b> 3 output from the signal separation unit 32. The detection signals S1 to S3 correspond to the detection signals output from the sheet-like electrical components 5-1 to 5-3, respectively.
[0064]
Generally, since the power supply to the indoor is a three-phase converted into two-phase by a pole transformer or the like, the current flowing through the power supply lines 3-1 and 3-2 is microscopically affected by the influence. Therefore, the detection signals S1 and S2 related to the power supply lines 3-1 and 3-2 have different amplitudes as shown in FIG. Further, since the currents flowing through the power supply lines 3-1 and 3-2 are different, the detection signal S3 related to the canceling current is not 0 but has a predetermined offset.
[0065]
There are many devices such as an electromagnetic cooker that radiate undesirably high frequency radio waves indoors where the power plug 1 is provided. Such unnecessary radio waves are captured as noise in the power supply lines 3-1 and 3-2 and superimposed on the power supply current. Such external noise is superimposed (added) almost equally to the power supply currents of the power supply lines 3-1 and 3-2.
[0066]
In addition, some loads (for example, home appliances) 2 to which power is supplied via the power supply lines 3-1 and 3-2 may generate noise that disturbs the power supply current due to the operation thereof. Such noise due to the load 2 is substantially equal to the power supply current of the power supply lines 3-1 and 3-2 and is subtracted.
[0067]
Such noise is appropriately included in the detection signals S1 to S3. FIG. 7 shows the noise components N1 to N3 after the fundamental frequency components (50 Hz or 60 Hz for S1 and S2 and a predetermined DC offset for S3) are removed from the detection signals S1 to S3.
[0068]
Whether the noise source is the load 2 or an external device other than the load 2 can be discriminated depending on whether the DC level (offset) in the detection signal S3 or the noise component N3 has moved from a predetermined level. It is also possible to grasp the magnitude of noise by at least one of the noise components N1 to N3 obtained by the arithmetic processing. Therefore, even when power consumption is calculated, it is possible to obtain a more accurate value that eliminates the influence of noise.
[0069]
For reference, FIGS. 8 and 9 show that the electrical characteristics related to power supply differ depending on the load 2.
[0070]
FIG. 8 shows the electrical characteristics of a 100V-300W electric heater (stove). FIG. 8A shows the electrical characteristics when the power is cut off, and FIG. 8B shows the electrical characteristics when the power is supplied. The reason why the voltage waveform is an AC waveform in the power cutoff state is that the power switch is of a single pole type. If the power switch is a double pole double throw, the voltage waveform is also 0V. As is apparent from FIG. 8B, this electric heater is an example of a resistive load.
[0071]
FIG. 9 shows the electrical characteristics of a 100 V-35 kW refrigerator (note that the interior lamp is 10 W). FIG. 9A shows the electrical characteristics when the power is shut off, and FIG. 9B shows the electrical characteristics when the power is supplied (current waveform is before phase correction). As is clear from FIG. 9B, this refrigerator is an example of an inductive load in which the current waveform is delayed by nearly 90 degrees compared to the resistive load.
[0072]
As described above, since the current waveform, the phase difference with respect to the voltage waveform, and the like differ depending on the load 2, it is effective to monitor the detection signals S1, S2 and the like for the current waveform.
[0073]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
[0074]
Since the sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 having the flat coil 11 have been proposed, the detection signal of the current flowing through the power supply lines (3-1 and 3-2) is simplified and does not affect the power supply. Can be taken out. Incidentally, conventionally, in order to obtain a current detection signal of the power supply line, it has been necessary to disconnect the power supply line and connect the two cut ends to a current sensor, an ammeter, or the like.
[0075]
Moreover, since the detection signal of the current flowing through the power supply lines (3-1 and 3-2) is obtained by the sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 having the flat coil 11, the accuracy of the detection signal is high. As a result, the accuracy of the electrical characteristic amount (for example, power consumption) obtained by processing the detection signal becomes high. Since the sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 easily adapt to the shape of the power supply lines 3-1, 3-2, regardless of the shape of the power supply lines 3-1, 3-2, high accuracy Can be detected.
[0076]
Further, since three detection signals are obtained using the three sheet-like electrical components 5-1 to 5-3, desired electrical characteristic amounts, noise information, etc. are obtained using these three detection signals. Also in this respect, the accuracy of the obtained electrical characteristic amount can be made high.
[0077]
Furthermore, since the three sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 and the signal transmitter 6 are housed in the power plug 1, the user and the like do not get in the way of these, There is no breakage of these, and the detection configuration is small and weighing. For example, when three sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 and the signal transmitter 6 are provided in the portion of the power cord 3 extending between the power plug 1 and the load 2, these are damaged. The fear is quite great. Even if the three sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 and the signal transmitter 6 are provided on the outlet side into which the power plug 1 is inserted instead of the power plug 1, the same effect can be obtained. .
[0078]
In addition, since the detection signals from the sheet-like electrical components 5-1 to 5-3 are wirelessly communicated between the signal transmitter 6 and the signal processing device 7, a cable can be made unnecessary for transmission and reception of the detection signals. The positional freedom of the processing device 7 can be increased. Note that the signal transmitter 6 may perform transmission after performing a certain amount of signal processing such as calculating power. However, in this case as well, the above-described effects can be obtained when wireless communication is used. Can do.
[0079]
Further, since the signal directly detecting the currents of the power supply lines 3-1 and 3-2 is processed, the desired electric power can be obtained regardless of whether the load 2 is a resistive load, an inductive load or a capacitive load. A characteristic quantity can be obtained.
[0080]
(B) Second embodiment
Next, a second embodiment in which the coil component and the electrical characteristic quantity extracting device according to the present invention are applied to an electrical characteristic quantity extracting system using a power plug will be described in detail with reference to the drawings.
[0081]
FIG. 10 is an explanatory diagram of an electrical characteristic amount extraction system mainly showing the internal configuration and arrangement of components of the power plug according to the second embodiment, and is the same as FIG. 1 according to the first embodiment. Corresponding portions are indicated by the same and corresponding reference numerals.
[0082]
In the second embodiment, the power supply lines 3-1 and 3-2 have a large current (short circuit current or higher than expected when the power is turned on) that may damage the load 2 to which the power supply is applied. The load 2 is intended to be protected when an inrush current flows.
[0083]
In the case of the second embodiment, at least one of the power supply lines 3-1 and 3-2 is provided with sheet-like electrical components 5-1 and 5-2, and the signal transmitter 6 transmits the detection signal wirelessly. Send.
[0084]
In the case of the second embodiment, the signal processing device 7 is built in the load 2 and determines whether or not an abnormal current is generated based on the detection signal. The load 2 includes a power shut-off means 2a in the vicinity of the connection location of the power supply lines 3-1, 3-2. When the signal processing device 7 recognizes the occurrence of an abnormal current, the signal shut-off means 2a A shut-off operation is performed to prevent an abnormal current from flowing into the load 2.
[0085]
According to this 2nd Embodiment, in addition to the effect of 1st Embodiment, there can exist an effect that it can protect from an abnormal electric current for load (for example, household appliances) 2 as a unit.
[0086]
In the experiment, the period of the power supply current flowing through the power supply lines 3-1 and 3-2 is 20 ms (in the case of 50 Hz), but abnormal current generation including processing delay of the signal transmitter 6 and the signal processing device 7 occurs. It was possible to shut off in about 3ms from the time. In other words, the interruption can be executed in a time much shorter than one cycle of the power source.
[0087]
Note that the position where the load 2 is cut off to protect the load 2 from the abnormal current is not limited to the above position. For example, it may be in the power plug 1. That is, a shut-off mechanism may be provided in the power plug 1, and the abnormal current may be detected and shut off directly in the power plug 1 based on the detection signal, and the signal processing device 7 detects the occurrence of the abnormal current, The shut-off mechanism may be operated through a signal receiver provided in the power plug 1.
[0088]
(C) Other embodiments
The technical idea of taking out the power supply current using the sheet-like electrical component (flat coil) is applied not only to the power supply line in the power plug as in the above embodiment but also to various power supply lines. can do. For example, the present invention may be applied to a power supply line inside or around a current transformer (CT) or a transformer (PT), or may be applied to a power transmission line from a power plant. Further, the present invention can be applied not only to power supply with two lines but also to power supply with three lines.
[0089]
Moreover, you may make it utilize the interruption | blocking and protection function according to a detection signal like 2nd Embodiment for a protection relay etc. FIG. For example, it is possible to recognize the overcurrent, overvoltage, undervoltage, ground shortage, and the like of the protective relay from the detection signal and activate the protective relay or the like by cutting off.
[0090]
Further, the signal processing device 7 may be portable. In this way, the detection signal from the provided signal transmitter 6 can be monitored by one signal processing device 7 at a distance from each place of the power supply line. This technology is effective for factory facilities.
[0091]
Furthermore, the signal transmitter 6 and the signal processing device 7 may be integrated into one device and provided near the sheet-like electrical component (flat coil).
[0092]
Moreover, in each said embodiment, although what obtained the detection signal regarding power supply current using a sheet-like electrical component (flat coil) was shown, the electric signal (detection signal) of the electric wire which transmits signals other than a power supply is shown. You may use a sheet-like electrical component (flat coil) for taking out. For example, a detection signal may be obtained by attaching a sheet-like electrical component to a transmission wire of a modulation signal modulated by a carrier wave, and a sheet-like electrical component is attached to a transmission wire of a pulse signal taking H level and L level. The detection signal may be obtained by mounting. In the latter case, the magnetic flux changes and appears in the detection signal only at the rising edge and falling edge of the pulse, but the detection signal may be used for a desired application such as clock regeneration and pulse demodulation.
[0093]
Further, in each of the above embodiments, the sheet-like electrical component (flat coil) is used as a means for capturing the magnetic flux around the power source. However, as long as it is an electrical component, its application is that of the above embodiment. It is not limited. For example, a sheet-like electrical component (flat coil) may be used simply as an inductor element of a circuit.
[0094]
Moreover, the board | substrate of a sheet-like electrical component (flat coil) may be formed with the rigid body depending on the use.
[0095]
【The invention's effect】
As described above, according to the coil component of the present invention, it is possible to provide a small coil component suitable for uses such as high-accuracy extraction of electrical characteristics related to electric wires.
[0096]
Moreover, according to the electrical characteristic quantity extracting device of the present invention, the electrical characteristics of the electric wire can be extracted with high accuracy by a small and simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an electrical characteristic amount extraction system according to a first embodiment;
FIG. 2 is a plan view of the sheet-like electrical component of the first embodiment.
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of the sheet-like electrical component of the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a signal transmitter according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a signal processing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a signal waveform diagram of a detection signal by the sheet-like electrical component of the first embodiment.
7 is a signal waveform diagram showing a noise component in the detection signal of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a signal waveform diagram showing electrical characteristics related to power supply when the load of the first embodiment is an electric heater.
FIG. 9 is a signal waveform diagram showing electrical characteristics related to power supply when the load of the first embodiment is a refrigerator;
FIG. 10 is an explanatory diagram of an electrical characteristic amount extraction system according to a second embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Load, 2a ... Power supply cutoff means, 3 ... Electrical cord, 3-1, 3-2 ... Power supply line, 5-1 to 5-3 ... Sheet-like electrical component, 6 ... Signal transmitter, 7 ... Signal processing Apparatus, 10 ... sheet substrate, 11 ... flat coil.

Claims

The lower side of each turn formed into a plurality of linear shapes by etching processing the layer to become the lower side formed by vapor deposition on the substrate,
An insulating layer formed on the lower side by a vapor deposition process or a film pasting process of an insulating material having a high magnetic permeability;
The upper layer and side sides of each turn formed in a plurality of linear shapes by etching processing the layer for becoming the upper side and side sides formed by the vapor deposition process for the insulating layer ,
A coil component comprising an ultrathin flat coil body wound a plurality of times by the upper side, the side side and the lower side around the insulating layer .

The coil component according to claim 1, wherein the substrate is a flexible substrate.

An electrical characteristic quantity extracting device comprising the coil component according to claim 1 or 2 that captures a change in magnetic flux generated by a current flowing through the electric wire around one or a plurality of electric wires.

4. The electrical characteristic quantity extracting device according to claim 3, further comprising magnetic flux / electrical conversion means for converting magnetic flux around the electric wire captured by the coil component into an electrical signal.

5. The electrical characteristic quantity extracting device according to claim 4, further comprising signal transmission means for wirelessly transmitting an electrical signal output from the magnetic flux / electrical conversion means.

6. The electrical characteristic quantity extracting device according to claim 3, wherein each of the electric wires is a power supply line.

6. The electrical characteristic quantity extracting device according to claim 3, wherein each of the electric wires is an indoor wiring, a power plug, or an electric wire in an outlet.