JP4995681B2 - 電流・電圧検出器 - Google Patents
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Description
この図24に示すように、電流検出器80、電圧検出器90をインピーダンス整合装置内の整合回路67と出力端63bとの間の電力伝送用導電体68の途中に設けて、インピーダンス整合装置の出力端63bにおける電流、電圧を検出することもある。
図25において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1’の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだE部分)を拡大した概略図であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1’の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
図26において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2’の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだF部分)を拡大した概略図であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1’の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
図27において、同図(a)は、電流・電圧検出器3bを立体的に示した概略の外観図であり、同図(b)は、導電体製の筐体の側面から見た概略の外観図であり、同図(c)は、同図(b)の筐体を取り除いた場合の図である。
この図29に示すように、電流検出用プリント基板1’および電圧検出用プリント基板2’を用いた電流・電圧検出器3bでは、構造上、電力伝送用導電体66の軸方向に対して、少しではあるが、電流検出用プリント基板1’と電圧検出用プリント基板2’とが離れてしまう。すなわち、電流検出用プリント基板1’の電流検出点と電圧検出用プリント基板2’の電圧検出点との距離が離れていることを示している。
ところが、当然ながら、検出した電流と電圧とから求められる両者の位相差、電流の振幅検出値、および電圧の振幅検出値の観点から考えると、電流検出点と電圧検出点が近い方が好ましい。
交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出する電流・電圧検出器において、
第1切欠部と、前記第1切欠部の周囲に形成され、且つ交流電流を検出するためのカレントトランスとして機能する第1配線とを有する電流検出用プリント基板と、
第2切欠部と、前記第2切欠部の周囲に形成され、且つ前記電力伝送用導電体が前記第2切欠部に隣接するように配置された場合に、前記電力伝送用導電体と対向する箇所と対となって交流電圧を検出するためのコンデンサの電極として機能する第3配線とを有する電圧検出用プリント基板と、
前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板とを内部に固定するように構成された導電体製の筐体とを備え、
前記電流検出用プリント基板が、前記電力伝送用導電体の軸方向に対して、前記電圧検出用プリント基板と略同じ位置または予め定めた距離だけずらした位置で、且つ前記電力伝送用導電体の径方向に対して、前記電圧検出用プリント基板の外側に配置されているとともに、
前記筐体の一部が、前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過するように形成されていることを特徴としている。
前記筐体が、
前記電流検出用プリント基板を固定する第1筐体部と、
前記電圧検出用プリント基板を固定する第2筐体部と、
前記第1筐体部に対応する第1蓋部と、
前記第2筐体部に対応する第2蓋部と、からなり、
前記第1筐体部と前記第2筐体部とが、一体形成されることによって、前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過する前記筐体の一部が、第1筐体部および第2筐体部の共通部の一部となっていることを特徴としている。
前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過する前記筐体の一部が、第2筐体部から見て凹形状になっているとともに、凹形状の底部に前記電力伝送用導電体を隣接させるための切欠部を有し、且つ前記電圧検出用プリント基板が、前記凹形状の底部に固定されていることを特徴としている。
前記第1切欠部および前記第2切欠部が、略半円形であることを特徴としている。
前記第1配線および前記第2配線は、スルーホールとパターン配線とによって形成されていることを特徴としている。
前記交流電力が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力であることを特徴としている。
図1は、電流検出用プリント基板1の一例を示す図である。
図1において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだA部分)を拡大した概略図(切欠部101の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
したがって、コイル状の配線10の部分は、図23,図24に示した回路図のカレントトランス部81に相当する。
図3において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだB部分)を拡大した概略図(切欠部101の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものであり、同図(e)は、電流検出用プリント基板1の配線を、出力配線21等の部分を中心に、側面から図示したものである。なお、図3に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電流検出用プリント基板1、スルーホール11、パターン配線12,13等は、図1と同符号を用いている。
また、図4(b)に示すように、コイル状の配線10が、基板の表面層と裏面層との層間に形成されていてもよい。なお、図4(b)の場合は、図1と同様に、コイル状の配線10が、基板の最上層である表面層と最下層である裏面層とを交互に接続することによって形成されていることになる。
図5に図示したように、第1のコイル状の配線10−1の両端部10−1a,10−1bには、出力配線21−1,22−1を介して、出力端子23−1,24−1が接続されている。また、第2のコイル状の配線10−2の両端部10−2a,10−2bには、出力配線21−2,22−2を介して、出力端子23−2,24−2が接続されている。この場合、図6に示すように結線することによって、1つの電流検出用プリント基板1に、複数種類のカレントトランスを形成することが可能となる。なお、図6において、「×」は、他と接続しないという意味である。
また、図6(b)に示すように結線した場合、電流検出用プリント基板1には、第2のコイル状の配線10−2を用いたカレントトランスが形成される。
また、図6(c)に示すように、出力端子23−2と出力端子24−1とを接続すると、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とが直列接続した場合のカレントトランスが形成される。したがって、この場合は、図6(a)、図6(b)に示した場合よりもインダクタンスの大きいカレントトランスを形成することができる。
また、図6(d)に示すように、出力端子23−1と出力端子23−2とを接続し、出力端子24−1と出力端子24−2とを接続すると、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とを並列接続した場合のカレントトランスを形成することができる。
図8(b)は、図8(a)と同様であるが、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とのパターン配線が同一長となっている例である。
図8(c)は、第1のコイル状の配線10−1よりも内側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成し、且つ、第1のコイル状の配線10−1よりも内側の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図8(d)は、第1のコイル状の配線10−1よりも内側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成しているが、第1のコイル状の配線10−1よりも外側の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図8(e)は、第1のコイル状の配線10−1よりも外側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成しているが、第1のコイル状の配線10−1よりも内の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図9は、電圧検出用プリント基板2の一例を示す図である。
図9において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだC部分)を拡大した概略図(切欠部201の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
なお、電流検出用プリント基板1の場合と同様に、略半リング状の配線30と電力伝送用導電体66とは多少離れていてもよい。要は、略半リング状の配線30と対向する箇所と対となるコンデンサの電極として機能すればよい。もちろん、コンデンサの電極として適切に機能させるためには、限度があるので、実験等を行い、適切な設計をすればよい。
特に、電力伝送用導電体66を用いて伝送される交流電力が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力であると、電圧検出用プリント基板2における構造上のばらつきが、電圧の検出値に大きく影響を及ぼす。しかし、上述したように、電圧検出用プリント基板2を構成することによって、たとえ、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力であっても、その影響を最小限に止めることができる。
図10において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだD部分)を拡大した概略図(切欠部201の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電圧検出用プリント基板2の配線を図示したものである。なお、図10に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電圧検出用プリント基板2、スルーホール31、パターン配線32,33等は、図9と同符号を用いている。
図11(a)は、スルーホール31が貫通した部分の最上層から最下層の間に、スルーホール部を繋げるようための別のパターン配線を設けた例である。この例では、基板の上から順に、パターン配線34、パターン配線35、パターン配線36、およびパターン配線37の4つのパターン配線が設けられている。このように、3つ以上のパターン配線を設けてもよい。
また、図11(b)は、スルーホール31が貫通した部分の最上層から最下層の間の1層のみに、パターン配線38を設けた例である。このように、1つのパターン配線だけを設けてもよい。
したがって、スルーホールが貫通した部分の最上層から最下層の内の少なくとも1つの層に前記スルーホール部を繋げるようにパターン配線を設ければよい。また、この図11のような場合も、略半リング状の配線30の部分は、図23,図24に示した回路図のコンデンサ部の電極91bに相当する。
図12は、電流・電圧検出器3を立体的に示した概略の外観図である。
この図12に示すように、電流・電圧検出器3には、概略的には、略半円柱形の凹部303が設けられていて、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69が、この凹部303に隣接できる構造となっている。なお、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69は、電流・電圧検出器3の構成には含まれないが、説明に必要であるので図示している。また、絶縁体69は、電力伝送用導電体66と電流・電圧検出器3との絶縁を行うためのものである。そのために、絶縁体69の長さは、図示したよりも短くてよいが、図面の簡略化のために図12(a)のようにしている。これに関しては、他の図面も同様である(例えば図17)。なお、筐体は、アルミニウム等の導電体で作られている。
図14は、筐体本体300の図である。図14において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1が固定される側から見た図であり、同図(b)は、筐体本体300の側面の断面図であり、同図(c)は、電圧検出用プリント基板2が固定される側から見た図である。
電流検出用プリント基板1のコイル状の配線10は、図1で説明した電流検出用プリント基板1と同様であるが、出力配線21,22がパターン配線のまま、電流用変換回路51に接続されている。この電流用変換回路51は、図23,図24に示した電流用変換回路84に相当するものである。
電圧検出用プリント基板2の略半リング状の配線30は、図1で説明した電圧検出用プリント基板2と同様である。そして、出力配線40が電圧用変換回路53に接続されている。電圧用変換回路53は、電圧検出用プリント基板2とは別の基板上に備わっている。この電圧用変換回路53は、図23,図24に示した電圧用変換回路93に相当するものである。なお、電圧検出用プリント基板2は、凹形状の第1遮蔽部313の底部に固定されているため、出力配線40は、パターン配線ではなく、パターン配線以外の配線になる。すなわち、出力配線40は、電圧検出用プリント基板2に形成されるものではない。しかし、プリント基板の形状を平面とするのではなく、立体的に形成すれば、同一基板上に略半リング状の配線30と電圧用変換回路53とを備えることが可能となり、また、出力配線40をパターン配線とすることが可能となる。
次に筐体の効果について説明する。
(i)電流検出用の開口部317の効果:
図17は、電流・電圧検出器3に設けられた略半円形の切欠部304に電力伝送用導電体66および電力伝送用導電体66を覆う絶縁体69を隣接させた場合の断面図である。このように配置することで、電流検出用プリント基板1のコイル状の配線10が、カレントトランスとして機能し、電圧検出用プリント基板2の略半リング状の配線30がコンデンサの電極として機能する。
なお、この図17では、電流検出部用蓋301および電圧検出部用蓋302を取り付けた状態を示している。また、図14等で示した基板固定部315,324の図示は省略している。また、電流検出用プリント基板1および電圧検出用プリント基板2の一部の図示を省略している。
第2遮蔽部314は、電流用変換回路51の回路特性を良好に保つために、コイル状の配線10がある空間と、電流用変換回路51がある空間を遮蔽する機能を有している。
図14〜図16に示すように、筐体本体300の第2遮蔽部314だけではコイル状の配線10の出力配線21,22の部分に隙間が生じるため、遮蔽が十分できない場合がある。その場合は、この図18(a)に示すように、電流検出部用蓋301に隙間を埋めるような遮蔽部317を設けてもよい。このようにすることによって、出力配線21,22の部分の隙間が殆ど無くなるので、遮蔽効果が高まる。また、図18(b)に示すように、第2遮蔽部314の代わりに、電流検出部用蓋301に遮蔽部318を設けてもよい。
図19は、電流・電圧検出器3を取り付ける際の説明図である。この図19において、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69は、例えば、インピーダンス整合装置63内に取り付けられた状態になっているものとする。また、図面を簡略化するために、電力伝送用導電体66等の周辺にある他の構成部品の図示を省略している。
図20は、電流・電圧検出器3の変形例である電流・電圧検出器3aを示すものである。ただし、電流検出部用蓋301aおよび電圧検出部用蓋302aは図示を省略している。この図20では、電流検出用プリント基板1が、図1で示したものであり、電圧検出用プリント基板2が、図9で示したものである場合を図示している。すなわち、電流検出用プリント基板1用の電流用変換回路51および電圧検出用プリント基板2用の電圧用変換回路53が、電流・電圧検出器3aの外部に設けられる場合を示している。そして、電流検出用プリント基板1および電圧検出用プリント基板2に合わせた形状の筐体本体300aを用いている。そのために、電流検出用プリント基板1の出力は、パターン配線ではない出力配線25,26によって筐体外部に出力される。また、電圧検出用プリント基板2の出力は、パターン配線ではない出力配線42によって筐体外部に出力される。なお、出力配線25,26は、別途設けられた電流用変換回路51に接続され、出力配線42は、別途設けられた電圧用変換回路53に接続される。
このように配置すると、例えば、電流検出用プリント基板1に設けたコイル状の配線10を、電流・電圧検出器3毎に別の特性のものにすることができる。そのため、図1に示した電流検出用プリント基板1のように、1種類のカレントトランスを形成するプリント基板であっても、図5、図7で説明したような複数のカレントトランスを形成するプリント基板のように、複数の周波数に対応できるようになる。もちろん、図5、図7で説明したようなプリント基板を用いることもできる。その場合は、さらに、周波数の種類を増やすことができる。
2 電圧検出用プリント基板
3 電流・電圧検出器
3a 電流・電圧検出器
10 コイル状の配線
10−1 第1のコイル状の配線
10−2 第2のコイル状の配線
11 スルーホール
12 パターン配線
13 パターン配線
21 出力配線
22 出力配線
23 出力端子
24 出力端子
25 出力配線
26 出力配線
30 略半リング状の配線
31 基板を貫通するスルーホール
32 パターン配線
33 パターン配線
34 パターン配線
35 パターン配線
36 パターン配線
37 パターン配線
38 パターン配線
40 出力配線
41 出力端子
42 出力配線
51 電流用変換回路
52 出力配線
53 電圧用変換回路
54 出力配線
66 電力伝送用導電体
69 電力伝送用導電体66を覆う絶縁体
80 電圧検出器
81 カレントトランス部
84 電流用変換回路
90 電圧検出器
91 コンデンサ部
91b コンデンサ部の電極
93 電圧用変換回路
101 切欠部
110 絶縁体部
111 第1絶縁体部
112 第2絶縁体部
113 第3絶縁体部
121 基板の表面
122 基板の裏面
131 第1導体層
132 第2導体層
201 切欠部
211 第1絶縁体部
212 第2絶縁体部
213 第3絶縁体部
221 基板の表面
222 基板の裏面
231 第1導体層
232 第2導体層
300 筐体本体
301 電流検出部用蓋
302 電圧検出部用蓋
303 凹部
304 切欠部
311 凹部
312 凹部
313 第1遮蔽部
314 第2遮蔽部
315 基板固定部
316 配線用の開口部
317 電流検出用の開口部
318 遮蔽部
321 凹部
322 凹部
323 第3遮蔽部
324 基板固定部
325 配線用の開口部
Claims (6)
- 交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出する電流・電圧検出器において、
第1切欠部と、前記第1切欠部の周囲に形成され、且つ交流電流を検出するためのカレントトランスとして機能する第1配線とを有する電流検出用プリント基板と、
第2切欠部と、前記第2切欠部の周囲に形成され、且つ前記電力伝送用導電体が前記第2切欠部に隣接するように配置された場合に、前記電力伝送用導電体と対向する箇所と対となって交流電圧を検出するためのコンデンサの電極として機能する第3配線とを有する電圧検出用プリント基板と、
前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板とを内部に固定するように構成された導電体製の筐体とを備え、
前記電流検出用プリント基板が、前記電力伝送用導電体の軸方向に対して、前記電圧検出用プリント基板と略同じ位置または予め定めた距離だけずらした位置で、且つ前記電力伝送用導電体の径方向に対して、前記電圧検出用プリント基板の外側に配置されているとともに、
前記筐体の一部が、前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過するように形成されている電流・電圧検出器。 - 前記筐体が、
前記電流検出用プリント基板を固定する第1筐体部と、
前記電圧検出用プリント基板を固定する第2筐体部と、
前記第1筐体部に対応する第1蓋部と、
前記第2筐体部に対応する第2蓋部と、からなり、
前記第1筐体部と前記第2筐体部とが、一体形成されることによって、前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過する前記筐体の一部が、第1筐体部および第2筐体部の共通部の一部となっている請求項1に記載の電流・電圧検出器。 - 前記電流検出用プリント基板と前記電圧検出用プリント基板との間を通過する前記筐体の一部が、第2筐体部から見て凹形状になっているとともに、凹形状の底部に前記電力伝送用導電体を隣接させるための切欠部を有し、且つ前記電圧検出用プリント基板が、前記凹形状の底部に固定されている請求項2に記載の電流・電圧検出器。
- 前記第1切欠部および前記第2切欠部が、略半円形である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
- 前記第1配線および前記第2配線は、スルーホールとパターン配線とによって形成されている請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
- 前記交流電力が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力である請求項1〜請求項5のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
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