JP5048937B2 - 電流測定器 - Google Patents

Description

本発明は、ＶＶＦ等の電線に流れる電流を測定する電流測定器に関する。

ＶＶＦ等の電線に流れる電流を測定する場合、簡便な方法として電流計を回路に直列に接続する必要のないクランプＣＴ（電流トランス）が用いられることが多い。このクランプＣＴは、分割式のコアが用いられているため、測定回路の切断等の作業が不要である。

また、測定導体を磁束捕捉用コアに囲まれた誘導路に挟み込んでホール素子のホール効果を利用して電流検出を行う非接触式電流測定器もある（特許文献１参照）。
特許第３３２７８９９号公報

しかしながら、たとえば導体が２本並列に配置されているＶＶＦのような構造の電線では、測定箇所の磁界が打ち消されてしまうため、上述のクランプＣＴや非接触式電流測定器による測定ができない。このため、線心を分割して（カッター等を用いてシースを剥がしたり接合部を切断したりして）あるいは分割されている箇所で測定しなければならず、測定に制限がある。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、複数の導体を含む電線において各導体を分離することなく電流の測定が可能な電流測定器を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、複数の導体を含む電線の各導体に流れる電流を測定する電流測定器であって、第１の凹部を有すると共に、電流測定動作のための電気部品の一部が内蔵された第１のハウジングと、第２の凹部を有すると共に、複数の電流センサを含む前記電気部品の残りが内蔵された第２のハウジングと、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングを相対的に回動可能に連結する連結手段と、前記第１および第２のハウジングを回動方向に付勢する付勢手段とを備え、前記付勢手段で回動方向に付勢されて前記第１の凹部および前記第２の凹部が対向するように合わせられることにより電線クランプ部が形成されており、前記複数の電流センサは、それぞれ、前記電線クランプ部にクランプされる前記電線の各導体に対応する位置に位置決めされることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、複数の導体を含む電線の各導体に流れる電流を測定する電流測定器であって、第１の凹部が形成されると共に、電流測定動作のための電気部品の一部と、第１のコネクタとを有する第１のハウジングと、第２の凹部が形成されると共に、複数の電流センサを含む前記電気部品の残りと、第２のコネクタとを有する第２のハウジングとを備え、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタの結合により、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングが機械的に結合されかつ前記電気部品が電気的に結合されると共に、結合後の前記第１の凹部および前記第２の凹部により電線クランプ部が形成されており、前記複数の電流センサは、それぞれ、前記電線クランプ部にクランプされる前記電線の各導体に対応する位置に位置決めされることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の電流測定器において、前記電流センサは、コアのないホールＩＣであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の電流測定器において、測定された電流値を表示する表示部をさらに有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、第１の凹部を有すると共に、電流測定動作のための電気部品の一部が内蔵された第１のハウジングと、第２の凹部を有すると共に、複数の電流センサを含む電気部品の残りが内蔵された第２のハウジングと、第１のハウジングと第２のハウジングを相対的に回動可能に連結する連結手段と、第１および第２のハウジングを回動方向に付勢する付勢手段とを備え、付勢手段で回動方向に付勢されて第１の凹部および第２の凹部が対向するように合わせられることにより電線クランプ部が形成されており、複数の電流センサは、それぞれ、電線クランプ部にクランプされる電線の各導体に対応する位置に位置決めされるので、複数の導体を含む電線でも各導体を分離することなく、他の導体からの磁界の影響が少なく、小型で簡便に電流の測定が可能となる。また、付勢手段の付勢力に対抗して第１および第２のハウジングを回動させることにより、電線クランプ部を形成する第１および第２の凹部を互いに離脱させて電線を容易にクランプすることができる。

請求項２記載の発明によれば、第１の凹部が形成されると共に、電流測定動作のための電気部品の一部と、第１のコネクタとを有する第１のハウジングと、第２の凹部が形成されると共に、複数の電流センサを含む前記電気部品の残りと、第２のコネクタとを有する第２のハウジングとを備え、第１のコネクタと第２のコネクタの結合により、第１のハウジングと第２のハウジングが機械的に結合されかつ電気部品が電気的に結合されると共に、結合後の第１の凹部および第２の凹部により電線クランプ部が形成されており、複数の電流センサは、それぞれ、電線クランプ部にクランプされる電線の各導体に対応する位置位置決めされるので、複数の導体を含む電線でも各導体を分離することなく、他の導体からの磁界の影響が少なく、小型で簡便に電流の測定が可能となる。

請求項３記載の発明によれば、電流センサは、コアのないホールＩＣであるので、コアの配置が不要であり、構造が小型になる。また、コアを用いず局部的な磁界を計測して電流を測定することができる。

請求項４記載の発明によれば、測定された電流値を表示する表示部をさらに有するので、測定作業の現場で測定された電流値を確認することができる。

以下、本発明に係る電流測定器の実施の形態について、図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）図１は、本発明に係る電流測定器の第１の実施形態を示す概略図、図２は斜視図、図３は平面図である。

電流測定器１は、図１に示すように、第２のハウジングとしての上側ハウジング２と第１のハウジングとしての下側ハウジング３の連結により形成される。上側ハウジング２には、その一方の面に第２の凹部としての凹部２ａが形成されると共に、電流測定動作のための電気部品として２つの電流センサ５，６と表示部７が内蔵されている。表示部７は、たとえばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）からなり、その表示面が凹部２ａが形成されている面の反対側の面に露出するように配置されている。電流センサ５，６は、凹部２ａの場所に配置されている。下側ハウジング３には、第１の凹部としての凹部３ａが形成されると共に、電流測定動作のための電気部品として電源および駆動回路９が内蔵されている。

図２に示すように、上側ハウジング２には、表示部７が設けられている面の反対側の面の中間に間隔をおいて２個の突起部２ｂが一体形成されている。また、下側ハウジング３には、その一方の面の中間に間隔をおいて２個の突起部３ｂが一体形成されている。上側ハウジング２と下側ハウジング３は、突起部２ｂと突起部３ｂの穴に通された連結手段としてのボルト１１とナット（図示しない）により回動可能に連結されている。また、上側ハウジング２と下側ハウジング３は、ボルト１１に挿入され、２個の突起部３ｂ間に配置された付勢手段としてのねじりスプリング４によって回動方向に付勢されている。上側ハウジング２と下側ハウジング３は、突起部２Ｂおよび３ｂ部分で連結され一体化される。

そして、一体化された際に、ねじりスプリング４の付勢力によって凹部２ａおよび凹部３ａが対向するように合わせられ、それにより電線クランプ部１０が形成される。電線クランプ部１０の形状は、クランプすべき電線の外径にほぼ合わせてある。この実施の形態では、電線クランプ部１０の形状は、２線心を含むＶＶＦケーブルの形状に合わせてある。一方、連結された状態において、上側ハウジング２および下側ハウジング３は、電線クランプ部１０が形成される側と対向する側の端部間に、若干の隙間が空くように形成されている。

また、一体化された際に、上側ハウジング２と下側ハウジング３を電気的に接続する電力・通信複合ケーブル８により、電源と駆動回路９と、電流センサ５，６および表示部７が互いに電気的に接続されて、電流測定器としての動作が可能となる。

電流センサ５，６は、コアのない（コアレス）ホールＩＣを用いた電流センサであり、たとえば、旭化成電子（株）製の表面実装型電流センサ「ＣＭ８２０１」を用いることができる。

また、図３に示すように、この実施の形態における電流センサ５，６は、２線心タイプのＶＶＦにおける各線心中の各導体の位置に合うように、電線クランプ部１０上で位置を少しずらして配置されている。

電源と駆動回路９における電源は、電池である。電流センサ５，６は、電源と駆動回路９で駆動され、電流センサ５，６で検出された電流値は、表示部７の表示面に表示される。

次に、上述の構成を有する電流測定器１の使用方法について説明する。まず、電流測定器１を持ち、隙間が空いている側の上側ハウジング２と下側ハウジング３の両端部をねじりスプリング４の付勢力に対抗して押して凹部２ａと凹部３ａを離脱させ、図４に示すように、電流測定を行うべき２線心タイプのＶＶＦケーブル２０を電線クランプ部１０でクランプする。ＶＶＦケーブル２０は、導体２１ａとビニル絶縁体２１ｂからなる第１線心２１と、導体２２ａとビニル絶縁体２２ｂからなる第２線心２２とがビニルシース２３で被覆された平形ケーブルの構造を有する。

クランプされたＶＶＦケーブル２０の第１線心２１中の導体２１ａの上には電流センサ５が位置し、第２線心２２中の導体２２ａの上には電流センサ６が位置する。それにより、第１線心２１中の導体２１ａを流れる電流は概略、電流センサ５で検出され、第２線心２２中の導体２２ａを流れる電流は概略、電流センサ６で検出される。検出された各電流の値は、表示部７で表示される。

なお、電流センサ５で検出される電流値と電流センサ６で検出される電流値の差分をとることで、一定方向からの外部ノイズ（磁界）の影響をキャンセルすることができる。以下、キャンセルの原理について説明する。

図５（Ａ）に示すように、電線クランプ部１０にクランプされた２線心タイプＶＶＦケーブル２０に対して、導体２１ａおよび２２ａの軸方向に対して直角に交差する外部ノイズ（磁界）（Ｈｇ）が存在し、導体２１ａに流れる電流により反時計回りの黒相磁界（Ｈｂ）が発生し、導体２２ａに流れる電流により時計回りの赤相磁界（Ｈｒ）が発生している状況を考える。

黒相磁界（Ｈｂ）、赤相磁界（Ｈｒ）および外部ノイズ（Ｈｇ）は、それぞれ、図５（Ｂ）に示すような方向に、電流センサ５および６に影響を与える。すなわち、電流センサ５においては、測定対象の導体２１ａを流れる電流によって発生する黒相磁界（Ｈｂ）が図の右から左に通過し、非測定対象の導体２２ａを流れる電流によって発生する赤相磁界（Ｈｒ）の影響分（ｈｒ）が左から右に通過し、さらに、外部ノイズ（Ｈｇ）が左から右に通過する。

したがって、電流センサ５における総合磁界（Ｈ１）は、以下の（１）式で表される。
Ｈ１＝Ｈｂ−ｈｒ−Ｈｇ・・・（１）

また、電流センサ６においては、測定対象の導体２２ａを流れる電流によって発生する赤相磁界（Ｈｒ）が図の左から右に通過し、非測定対象の導体２１ａを流れる電流によって発生する黒相磁界（Ｈｂ）の影響分（ｈｂ）が右から左に通過し、さらに、外部ノイズ（Ｈｇ）が左から右に通過する。

したがって、電流センサ６における総合磁界（Ｈ２）は、以下の（２）式で表される。
Ｈ２＝−Ｈｒ＋ｈｂ−Ｈｇ・・・（２）

電流センサ５の総合磁界（Ｈ１）と電流センサ６の総合磁界（Ｈ２）の差分をとると、以下の（３）式で表される。
Ｈ１−Ｈ２＝Ｈｂ−ｈｂ＋Ｈｒ−ｈｒ・・・（３）

ここで、２線心タイプのＶＶＦケーブルの場合、理論的には、Ｈｒ＝Ｈｂ，ｈｂ＝ｈｒが成り立つ。よって、Ｈｒ＝Ｈｂ＝Ｈ，ｈｂ＝ｈｒ＝ｈとすると、以下の（４）式が得られる。
Ｈ１−Ｈ２＝２Ｈ−２ｈ・・・（４）

上記（４）式により、電流センサ５で検出される電流値と電流センサ６で検出される電流値の差分をとることで、一定方向からの外部ノイズ（磁界）の影響をキャンセルすることができることがわかる。

（第２の実施形態）次に図６は、本発明に係る電流測定器の第２の実施形態を示す斜視図である。図６では、図２の第１の実施形態における電力・通信複合ケーブル８に代えて、上側ハウジング２の中央付近に設けた可動式コネクタ１２と下側ハウジング３の中央付近に設けた可動式コネクタ１３との接続によって、上側ハウジング２と下側ハウジング３を電気的に結合している。

（第３の実施形態）次に図７は、本発明に係る電流測定器の３の実施形態を示す分解斜視図である。

電流測定器１は、上側ハウジング２と下側ハウジング３の結合により形成される。上側ハウジング２には、凹部２ａが形成されると共に、第２のコネクタとしてのコネクタ１４が設けられており、さらに電流センサ５，６と表示部７が内蔵されている。下側ハウジング３には、凹部３ａが形成されると共に、第１のコネクタとしてのコネクタ１５が設けられており、さらに、電流測定動作のための電気部品として電源および駆動回路９が内蔵されている。

上側ハウジング２と下側ハウジング３は、コネクタ１４とコネクタ１５の結合により、機械的かつ電気的に結合されて一体化される。そして、一体化された際に、コネクタ１４とコネクタ１５の機械的結合により、凹部２ａと凹部３ａとで電線クランプ部１０が形成される。

また、一体化された際に、コネクタ１４とコネクタ１５の電気的結合により、電源と駆動回路９と、電流センサ５，６および表示部７が互いに電気的に接続されて、電流測定器としての動作が可能となる。

上述の構成の電流測定器１を使用する際には、まず、バラバラになっている上側ハウジング２と下側ハウジング３を持ち、図４に示すように、電流測定を行うべき２線心タイプのＶＶＦケーブル２０を、電線クランプ部１０でクランプするように、上側ハウジング２と下側ハウジング３とをコネクタ１４とコネクタ１５部分で機械的かつ電気的に結合させる。

以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施の形態では、２線心タイプのＶＶＦケーブルの電流を測定しているが、これに限らず、３線心以上の電線における電流測定にも適用可能になるように変形可能であり、また、ＶＶＲ、ＩＣＶケーブル、ＦＦＣ、ＩＶ、高圧ケーブルやラッシング形ケーブル等における電流測定にも適用可能である。

また、上述の実施の形態では、表示部を上側ハウジングに設けているが、これに限らず、分離されたハウジングのどちらに設けても良い。

また、上述の実施の形態では、測定された電流値を表示部に表示しているが、電流値データを外部に送信する信号伝送部をどちらかのハウジングにさらに備えても良い。

本発明に係る電流測定器の第１の実施形態を示す概略図である。（第１の実施形態） 本発明に係る電流測定器の第１の実施形態を示す斜視図である。（第１の実施形態） 本発明に係る電流測定器の第１の実施形態を示す平面図である。（第１の実施形態） 本発明に係る電流測定器の使用方法を説明する図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る電流測定器の使用方法における外部ノイズキャンセルの原理を説明する図である。 本発明に係る電流測定器の第２の実施形態を示す斜視図である。（第２の実施形態） 本発明に係る電流測定器の第３の実施形態を示す斜視図である。（第３の実施形態）

符号の説明

１ 電流測定器
２ 上側ハウジング（第２のハウジング）
２ａ 凹部（第２の凹部）
２ｂ 突起部（連結手段の一部）
３ 下側ハウジング（第１のハウジング）
３ａ 凹部（第１の凹部）
３ｂ 突起部（連結手段の一部）
４ ねじりスプリング（付勢手段）
５ 電流センサ
６ 電流センサ
７ 表示部
９ 電源および駆動回路
１０ 電線クランプ部
１１ ボルト（連結手段の一部）
１４ コネクタ（第２のコネクタ）
１５ コネクタ（第１のコネクタ）
２０ ＶＶＦケーブル（電線）
２１ 線心
２１ａ 導体
２２ 線心
２２ａ 導体

Claims (4)

1. 複数の導体を含む電線の各導体に流れる電流を測定する電流測定器であって、
   第１の凹部を有すると共に、電流測定動作のための電気部品の一部が内蔵された第１のハウジングと、
   第２の凹部を有すると共に、複数の電流センサを含む前記電気部品の残りが内蔵された第２のハウジングと、
   前記第１のハウジングと前記第２のハウジングを相対的に回動可能に連結する連結手段と、
   前記第１および第２のハウジングを回動方向に付勢する付勢手段とを備え、
   前記付勢手段で回動方向に付勢されて前記第１の凹部および前記第２の凹部が対向するように合わせられることにより電線クランプ部が形成されており、
   前記複数の電流センサは、それぞれ、前記電線クランプ部にクランプされる前記電線の各導体に対応する位置に位置決めされる
   ことを特徴とする電流測定器。
2. 複数の導体を含む電線の各導体に流れる電流を測定する電流測定器であって、
   第１の凹部が形成されると共に、電流測定動作のための電気部品の一部と、第１のコネクタとを有する第１のハウジングと、
   第２の凹部が形成されると共に、複数の電流センサを含む前記電気部品の残りと、第２のコネクタとを有する第２のハウジングとを備え、
   前記第１のコネクタと前記第２のコネクタの結合により、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングが機械的に結合されかつ前記電気部品が電気的に結合されると共に、結合後の前記第１の凹部および前記第２の凹部により電線クランプ部が形成されており、
   前記複数の電流センサは、それぞれ、前記電線クランプ部にクランプされる前記電線の各導体に対応する位置に位置決めされる
   ことを特徴とする電流測定器。
3. 請求項１また２に記載の電流測定器において、
   前記電流センサは、コアのないホールＩＣである
   ことを特徴とする電流測定器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電流測定器において、
   測定された電流値を表示する表示部をさらに有する
   ことを特徴とする電流測定器。

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