JP5162376B2 - 電流センサ、電力量計 - Google Patents

Description

本発明は、外部電波ノイズに強く、製造が簡便で安価にできるようにするために、基板上のコイルパターンを検出素子に用いた電流センサ、及びその電流センサを用いた電力量計に関する。

従来、電力量計等に用いられている電流センサとしては、変流器（カレントトランス；CT）や、集磁コアのギャップ部にホール素子などの磁電変換素子を配置した構成のセンサ、または、集磁コアのギャップ部に、巻き線コイルや誘電体基板上にコイルパターンを形成した素子により構成されるセンサなどがある。
特に、集磁コアのギャップ部に基板上にコイルパターンを形成した素子を配置する方法は、直線性および温度特性に優れ、直流成分が重畳された周期的電流であっても正確にその交流成分を計測できるという特徴を持つ（例えば、特許文献１参照）。

以下、本方式の電流センサの概要を示す。
この電流センサの構成を図３に示す。この電流センサは、略同一形状に２分割された環状の第１集磁コア１、第２集磁コア２を２箇所のギャップを介して対向配置し、その中央開口部に電流バー3を通し、集磁コア１、２の２箇所のギャップ部にコイルパターン４、５が施された基板6を配置するものである。なお、コイルパターン４、５は、直列接続される。

このように構成される従来の電流センサは、次のように動作する。
電流バーに被測定電流が流れると、電流路の周辺には、その流れる被測定電流の大きさに比例する磁気が発生する。発生した磁気は集磁コア１、２により集磁される。被測定電流が周期的電流である場合、それに応じて発生する磁気も周期的に変化する。それにより、コイルパターン４、５には被測定電流の大きさおよび周期に応じた誘導電圧が発生する。

コイルパターン４、５は、直列接続されているので、被測定電流が作る磁束による誘導電圧は加算、外部磁界が作る誘導電圧は相殺されるため、外部磁界の影響を極めて小さくすることができる。コイルパターン４、５による誘導電圧は、積分器等から構成される周辺回路７に導かれ、積分演算により被測定電流の計測が行なわれる。
特開2008-2876号公報

電流センサの検出信号を上位の計測の一部として用いる場合、後段の信号処理部への接続が必要となる。特許文献１に記載されているように、コイルパターン４、５が施された基板を検出コイルとする構成は、コイルパターン４と周辺回路７とを繋ぐ配線が長くなり、この配線を通して侵入する外部電波ノイズの影響を受け易いという問題があった。
また、特許文献１に記載されているように、コイルパターン４、５が施された基板を検出コイルとする構成は、電流センサの感度がコイルパターンの巻数に大きく依存し、大幅な感度調整では、基板層数を変更してコイルパターンの巻数を調整する必要があり、簡便で安価に層数の調整ができるようにする必要があるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑み、外部電波ノイズに強く、製造が簡便で安価な電流センサ、及びこの電流センサを用いた電力量計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の電流センサによれば、電流バーに流れる被測定電流により、該電流バーを囲む集磁コア内に生ずる磁束を介して被測定電流を検出する電流センサにおいて、前記集磁コアに設けられたギャップ部に一部が配置される主基板と、前記磁束を検出するため、前記主基板上の前記ギャップ部に対向する位置に配設される第１コイルパターンと、前記第１コイルパターンの巻数増加用の第２コイルパターンが目的とする検出感度に必要な巻数を有して前記ギャップ部に対向する位置に配設され、該第２コイルパターンを前記第１コイルパターンの真上または真下に重ね合わせた状態で前記主基板の上部または下部に配置される補助基板と、前記主基板上に配設され、前記磁束により第１、第２コイルパターンに生じる誘導電圧を処理する周辺回路とを有する。

また、請求項２記載の電流センサによれば、請求項１記載の電流センサにおいて、前記第１、第２コイルパターンは巻線方向が同じで、前記周辺回路に対して２つのコイルパターンが直列となるように接続される。
また、請求項３記載の電流センサによれば、請求項１または２に記載の電流センにおいて、前記周辺回路は、前記周辺回路は、第１、第２コイルパターンに生じる誘導電圧に基づいて電力量を演算する回路である。

さらに、請求項４記載の電力量計によれば、請求項１ないし３の何れか１項に記載された電流センサを用いて電流計測を行う。

本発明によれば、巻数増加用のコイルパターンが配設された補助基板を主基板に重ね合わせることによりコイルパターンの巻数を調整することができ、外部電波ノイズに強く、製造が簡便で安価な電流センサを構成することができる。
また、本発明による電流センサを電力量計に用いて電流計測を行うことにより、作業工程の低減による電力量計の製造の簡便化が図れ、外部電波ノイズに強いことによる電流計測精度の向上が図れる電力量計を構成することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以下に説明する集磁コア形状、磁気検出コイル形状は一例であり、本発明はこれに限ったものではない。
図１は本発明による電流センサの実施例を示したものである。図１において、８は電流バー、９は集磁コア、１０は周辺回路、１１は磁気検出コイルのコイルパターンと周辺回路１０が配設された主基板、１２は、主基板１１のコイルパターンの巻数増加用のコイルパターンが配設された補助基板である。なお、主基板１１、補助基板１２は、誘電体基板である。

補助基板12に配設されているコイルパターンが、主基板１１のコイルパターンの真上、もしくは真下に位置するように、補助基板１２は主基板１１の上部又は下部に重ねられる。本実施例では、集磁コア９の形状は環状集磁コアの一箇所のみギャップを施しているが、例えば、従来技術（図３）のように環状集磁コアの２箇所以上にギャップが施してあっても構わない。

磁気検出コイルから周辺回路への接続および主基板１１上のコイルパターン１３と補助基板１２上のコイルパターン１４の接続例を図２に示す。ここで言う周辺回路１０は、積分回路、A/D変換器、演算素子などから構成され、コイルパターン１３、１４の誘起電圧に基づいて電力量を演算するための信号処理回路のことである。
コイルパターン１３の出力端１３ａを主基板１１の配線パターン１５により周辺回路１０に接続する。また、補助基板１２上のコイルパターン１４の一端１４ｂを主基板１１上のコイルパターン１３の一端１３bに接続し、コイルパターン１４の別の一端１４aを基板１１上の周辺回路１０へつながる一端１０ａに接続する。

このように接続することにより、主基板１１上のコイルパターン１３と補助基板１２上のコイルパターン１４は巻線方向が同じで、周辺回路１０に対して2つの検出コイルが直列となるように接続される。そして、コイルパターン１３、１４の誘起電圧が、加算されて周辺回路１０に入力される。周辺回路１０は、入力される誘起電圧を積分演算して電力量を求める。

なお、磁気検出コイルとしてのコイルパターン１３、１４のコイル形状はこれに限ったものではなく、基板上にパターンとして形成され、磁気変化を誘導電圧としてとらえることができる形状であればどのような形状でもよい。
このような構造にすることで、磁気検出コイルと周辺回路への接続を一括して行えるため、製造が簡便となり、また、配線を短くできることにより、電流センサと後段の回路とを繋ぐ配線を通して侵入する外部電波ノイズの影響を低減することが可能となる。

また、電流により発生する磁束が同じ場合、検出コイルに発生する誘導電圧は巻数が大きいほど大きくなるため、この補助基板を用いてコイルパターンの巻数を増やすことにより、検出感度を上げることができる。
この構造は特に、磁気検出コイルに必要な基板層数が周辺回路に必要な基板層数よりも多い場合に有効な方法である。つまり、補助基板を用いない場合、全体の基板層数を磁気検出コイルに必要な層数に合わせると、基板の大部分を占める周辺回路では過剰な層数であり、製造コストが上がってしまう。補助基板を用いれば、磁気検出コイルについては目的感度に必要なコイルパターンの巻数を得ることができ、かつ、周辺回路部分の基板層数も必要最小限に抑えることができ、安価に基板を製造することができる。

さらに、実施例の電流センサを用いることにより、製造が簡略で安価にでき、電流計測精度を向上させることが可能な電力量計を構成することができる。

本発明による電流センサの構成を示す斜視図 図１に示す電流センサのコイルパターンの接続を説明するための図 従来の電流センサの構成を示す斜視図

符号の説明

８ 電流バー
９ 集磁コア
１０ 周辺回路
１１ 主基板
１２ 補助基板
１３、１４ コイルパターン
１５ 配線パターン

Claims (4)

1. 電流バーに流れる被測定電流により、該電流バーを囲む集磁コア内に生ずる磁束を介して被測定電流を検出する電流センサにおいて、
   前記集磁コアに設けられたギャップ部に一部が配置される主基板と、
   前記磁束を検出するため、前記主基板上の前記ギャップ部に対向する位置に配設される第１コイルパターンと、
   前記第１コイルパターンの巻数増加用の第２コイルパターンが目的とする検出感度に必要な巻数を有して前記ギャップ部に対向する位置に配設され、該第２コイルパターンを前記第１コイルパターンの真上または真下に重ね合わせた状態で前記主基板の上部または下部に配置される補助基板と、
   前記主基板上に配設され、前記磁束により第１、第２コイルパターンに生じる誘導電圧を処理する周辺回路と、
   を有することを特徴とする電流センサ。
2. 請求項１に記載の電流センサにおいて、前記第１、第２コイルパターンは、巻線方向が同じで、前記周辺回路に対して２つのコイルパターンが直列となるように接続されることを特徴とする電流センサ。
3. 請求項１または２に記載の電流センサにおいて、前記周辺回路は、第１、第２コイルパターンに生じる誘導電圧に基づいて電力量を演算する回路であることを特徴とする電流センサ。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載された電流センサを用いて電流計測を行うことを特徴とする電力量計。
   

Images