JP5730072B2

JP5730072B2 - 電流センサ、電流センサ付きテーブルタップ、電流センサ用カバー

Info

Publication number: JP5730072B2
Application number: JP2011040734A
Authority: JP
Inventors: 浩二飯塚; 尚幸長尾
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177616A; US20120217964A1; US9354280B2

Description

本発明は、電流センサ、電流センサ付きテーブルタップ、及び電流センサ用カバーに関する。

電源から供給された電流を複数のコンセントに分岐する機能を有するテーブルタップが知られている。また、上記テーブルタップの内部に電流センサを設け、各コンセントに流れる電流を測定可能としたものが知られている。電流センサは、例えば、電流が流れる電流バーと、その周囲に形成された磁性体コアと、磁性体コアのギャップに配置された磁界測定素子から構成される。

特開２０１１−０１７６１８号公報

従来の電流センサでは、衝撃等により電流バーと磁性体コアが接触し、感電等の危険を生じさせる場合があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、テーブルタップ用の電流センサにおいて、電流バーと磁性体コアとの接触を抑制することを目的とする。

本発明は、電流が流れる電流バーと、ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子と、前記電流バー及び前記磁界測定素子が固定された基板と、前記電流バーの延在方向に当たるカバーの側面に前記ギャップに対応して形成されたスリットを有し、前記磁性体コアに被せられ、前記電流バーが前記スリットから外部に突出するように、前記基板に固定されることで、前記電流バーおよび前記磁界測定素子が前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決めする前記カバーと、を備え、前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有することを特徴とする電流センサである。

上記構成において、前記基板には、ネジが挿入されるネジ穴が形成され、前記カバーは、前記基板との接触部分から前記基板に沿って延在する固定部を有し、前記固定部には、短径が前記ネジの直径に対応し、長径が前記ネジの直径より大きい貫通孔が形成され、前記カバーは、前記貫通孔及び前記ネジ穴に留められたネジにより、前記基板に固定されている構成とすることができる。

上記構成において、前記スリットは、前記カバーの側面のうち対向する２つの側面にそれぞれ設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記磁性体コアと前記カバーとのクリアランス、及び前記スリットにおける前記電流バーと前記カバーとのクリアランスは、それぞれ０．１ｍｍ以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記磁界測定素子は、前記電流バーと前記基板との間に位置する構成とすることができる。

本発明は、電源に電気的に接続されたバスバーと、前記バスバーに一体的に設けられた挟持片と、複数のコンセントプラグを受容する複数のコンセントと、前記挟持片によって両主面側から挟持され、前記バスバーから分岐して前記複数のコンセントのそれぞれに前記電源の電流を供給する電流バーと、前記電流バーのそれぞれを流れる電流を測定する電流センサと、を備えたテーブルタップであって、前記電流センサは、ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子と、前記電流バー及び前記磁界測定素子が固定された基板と、前記電流バーの延在方向に当たるカバーの側面に前記ギャップに対応して形成されたスリットを有し、前記磁性体コアに被せられ、前記電流バーが前記スリットから外部に突出するように、前記基板に固定されることで、前記電流バーおよび前記磁界測定素子が前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決めする前記カバーと、を備え、前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有することを特徴とするテーブルタップである。

本発明は、電流センサにおいて、電流が流れる電流バーと、ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、の位置関係を固定するためのカバーであって、前記磁性体コアに被せられることにより前記磁性体コアを位置決め可能な本体部と、前記カバーを基板に固定するための固定部と、を備え、前記電流バーの延在方向に当たる前記本体部の側面に前記ギャップに対応してスリットが形成され、前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有し、前記固定部が前記電流バーを前記スリットから外部に突出させるように前記基板に固定されることで、前記電流バーと前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子とが前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決め可能であることを特徴とする電流センサ用のカバーである。

本発明によれば、テーブルタップ用の電流センサにおいて、電流バーと磁性体コアとの接触を抑制することができる。

図１は、実施例１に係るテーブルタップの外観図である。図２は、テーブルタップの内部構成を示す図である。図３は、電流センサの構成を示す図である。図４は、テーブルタップの製造方法を示す図（その１）である。図５は、テーブルタップの製造方法を示す図（その２）である。図６は、テーブルタップの製造方法を示す図（その３）である。図７は、テーブルタップの製造方法を示す図（その４）である。図８は、電流センサの詳細構成を示す図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照し説明する。

図１は、実施例１に係るテーブルタップの外観図である。テーブルタップ１０は、コンセントプラグ１１及び電源コード１２から取り込まれた交流電源を、複数のコンセント１４に分岐するために使用される。各コンセント１４には、コンセントプラグ３０が挿入される。テーブルタップ１０は、互いに固定された下部カバー１６及び上部カバー１８を備える。これらのカバーには、例えば絶縁性樹脂を用いることができ、例えばネジ止め等により固定を行うことができる。

上部カバー１８には、アース端子付きのコンセントプラグ３０を受容する３つの開口（第１開口２０、第２開口２２、及び第３開口２４）が、複数のコンセント１４に対応して形成されている。第１開口２０及び第２開口２２は、コンセントプラグ３０の第１プラグ刃３２及び第２プラグ刃３４が挿通するように、略矩形状の平面形状を有する。第３開口２４は、コンセントプラグ３０のアース端子３６が挿通するように、略半円状の平面形状を有する。

図２は、上部カバー１８及び下部カバー１６を取り外した外観図である。テーブルタップ１０は、第１バスバー４０、第２バスバー４２、及び第３バスバー４４を有する。これらのバスバーは、例えば真鍮板等の金属板を型抜きし、それを曲げ加工して作成することができる。第１バスバー４０は、電源コード１２を介して交流電源ＡＣの正極に接続され、第２バスバー４２は、電源コード１２を介して交流電源ＡＣの負極に接続されている。第３バスバー４４は、電源コード１２を介して接地されている。

第１バスバー４０には、外部のコンセントプラグ３０の第１プラグ刃３２を受容する第１コンタクト４６が複数設けられている。第２バスバー４２には、その延在方向に沿って一定間隔で複数の挟持片４８が設けられている。それぞれの挟持片４８は、第２バスバー４２から分岐した電流が流れる電流バー５０を両主面側から挟持する。電流バー５０の端部には、第２コンタクト５２が設けられている。第２コンタクト５２は、外部のコンセントプラグ３０の第２プラグ刃３４を受容するもので、第１コンタクト４６とは対になっている。また、第３バスバー４４には、コンセントプラグ３０のアース端子３６を受容する第３コンタクト５４が複数設けられている。

各電流バー５０の下方には、回路が形成された基板６０が設けられている。基板６０には、それぞれの電流バー５０を流れる電流を測定する電流測定部６２が設けられている。

図３は、電流測定部６２とその近傍の拡大斜視図である。電流測定部６２は、電流バー５０のそれぞれに対応して、基板６０に固定されたフェライト７０を含む。フェライト７０は、電流バー５０に流れる電流により生成される磁界を収束するための磁性体コアの一例である。フェライト７０は、電流バー５０の一部を囲むように略リング状に形成され、フェライト７０の下方（基板６０側）には、ギャップ７２が形成されている。ギャップ７２には、基板６０に固定されたホール素子７４が設けられている。後述するように、本来の電流測定部６２は、フェライト７０の周囲を覆う磁性体カバーを備えているが、ここではその表示を省略している。

電流測定部６２における電流の測定原理は以下の通りである。最初に、電流バー５０電流が流れると、電流バー５０の周囲に磁界が生成される。この磁界は、フェライト７０により収束される。そして、フェライト７０のギャップ７２における磁界の強さが、ホール素子７４により測定される。ホール素子７４は、磁界の強さを測定する磁界測定素子の一例であり、電源端子に所定の電圧が与えられた状態で磁界に晒されることにより、磁界の強さに応じた電位差ΔＶを発生する。このΔＶは、ホール素子内部の増幅器により増幅された後、アナログの電流信号に変換され、外部に出力される。

上記電流信号は、ホール素子７４と接続された基板６０の演算回路によりデジタル化され、任意の規格（例えば、ＵＳＢ（Universal serial Bus）規格）にフォーマットされた上で、外部の装置（例えば、コンピュータ等）へと出力される。以上の構成により、電流バー５０を流れる電流の大きさを測定することができると共に、当該電流の大きさに基づいて消費電力を算出することができる。これにより、テーブルタップ１０における各電流バー５０の消費電力を、外部からモニタリングすることができる。

ここで、テーブルタップ１０を使用する際には、感電防止のために、フェライト７０と電流バー５０とが接触しないようにすることが望ましい。例えば、Ｌ字型の固定部材を用いてフェライト７０の角（側部）を固定する方法が考えられるが、当該方法ではフェライト７０の固定を十分とはならない。また、電流バー５０は完全に固定されてはおらず、基板６０の長手方向に僅かに動くことができるため、フェライト７０との間で相対的な位置ずれが生じ、両者が接触してしまうおそれがある。

図４〜図７は、テーブルタップ１０の製造工程のうち、フェライト７０の固定に関する工程を説明するための図であり、電流バー５０、フェライト７０及びその周辺の構成を模式的に示すものである。図２で説明した詳細な構成（例えば、第１バスバー４０〜第３バスバー４４等）の一部は表示を省略している。最初に、図４に示すように、筐体８０に基板６０を挿入する。筐体８０の平面形状は矩形であり、基板６０は筐体８０の短辺側から挿入される。筐体８０には、２つの長辺に沿って支持部８２が形成されており、電流バー５０は当該２つの支持部８２に固定されることで、筐体８０の底面から浮いた状態となっている。基板６０には、内部の演算回路と接続されたホール素子７４が設けられている。ホール素子は、例えばハンダ付け等により基板６０に固定されている。また、基板６０には、ネジが挿入されるネジ穴６４が形成されている。

次に、図５に示すように、電流バー５０の上方からフェライト７０を基板６０に実装する。このとき、基板６０に固定されたホール素子７４は、電流バー５０の真下（電流バー５０と基板６０との間）に位置している。そのため、フェライト７０のギャップ７２から電流バー５０を挿入し、そのままフェライト７０を下に降ろすことで、フェライト７０のギャップ７２にホール素子７４が位置するようにすることができる。また、電流バー５０が位置する領域付近は、ギャップ７２の幅が他の部分（ホール素子７４付近）より大きく形成されている。これにより、フェライト７０と電流バー５０との接触を抑制することができる。

次に、図６に示すように、フェライト７０にフェライトカバー９０を被せる。フェライトカバー９０は、フェライト７０を覆うための本体部９２と、フェライトカバー９０を基板６０に固定するための固定部９４とを含む。固定部９４は、本体部９２の下端から基板６０の長手方向に延在している。また、固定部９４には、基板６０の長手方向が長径となる長穴の貫通孔９６が設けられている。本体部９２の側面のうち、電流バー５０の延在方向に当たる側面には、電流バー５０の幅に対応する幅のスリット９８が形成されている。本体部９２の上面は開口しており、フェライト７０を上方から抑え付けるためのツメが設けられている。ただし、本体部９２の上面構成はこれに限定されるものではなく、天井部分が完全に覆われている構成としてもよい。フェライトカバー９０の材料には、例えばＰＢＴ樹脂を用いることができる。

フェライトカバー９０をフェライト７０に被せる際には、スリット９８を電流バー５０の位置に合わせ、電流バー５０がスリット９８から突出するようにする。これにより、電流バー５０とフェライトカバー９０の位置関係が固定される。また、フェライト７０がフェライトカバー９０に覆われることで、フェライト７０とフェライトカバー９０の位置関係も同様に固定される。その結果、電流バー及びフェライト７０の位置関係は、フェライトカバー９０を介して相対的に固定される。

次に、図７に示すように、フェライトカバー９０の貫通孔９６にネジ８４を貫通させ、基板６０のネジ穴６４にネジ止めすることで、フェライトカバー９０を基板６０に固定する。ここで、貫通孔９６の短径はネジ８４の直径に対応した大きさとなっており、貫通孔９６の長径はネジ８４の直径より大きくなっている。本構成により、貫通孔９６とネジ穴６４の位置関係に多少のずれがある場合でも、フェライトカバー９０を基板６０に容易にネジ止めすることができる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、フェライト７０にフェライトカバー９０を被せた状態の詳細な構成を示す図である。図８（ａ）はフェライトカバー９０の上面方向から見た平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、フェライトカバー９０は、ネジ８４により基板６０に固定されている。また、図８（ｂ）に示すように、電流バー５０とスリット９８の幅は実質的に等しく、フェライトカバー９０は電流バー５０に対して動かない構成となっている。その結果、図８（ｃ）に示すように、電流バー５０及びフェライト７０は、互いに接触しない位置関係で固定される構成となっている。

実施例１に係るテーブルタップによれば、上記構造のフェライトカバー９０を用いて電流バー５０及びフェライト７０の位置関係を固定することにより、フェライト７０と電流バー５０の接触を抑制することができる。その結果、フェライト７０及び電流バー５０の接触に伴う感電等を抑制することができる。

実施例１では、本体部９２の内壁によりフェライト７０が位置決めされ、スリット９８により電流バー５０が位置決めされている。そして、フェライトカバー９０が基板６０にネジ止めされることで、電流バー５０及びフェライト７０は、基板６０に対して間接的に固定される。ここで、本体部９２の内壁により形成される領域の大きさは、フェライト７０の大きさと等しくする（すなわち、フェライトカバー９０の装着時に内壁面がフェライト７０に接触する）ことができるが、両者の間には微小なクリアランス（例えば、０．１ｍｍ以下のクリアランス）があってもよい。また、スリット９８の幅は、電流バー５０の幅と等しくすることができるが、両者の間には同様に微小なクリアランス（例えば、０．１ｍｍ以下のクリアランス）があってもよい。上記クリアランスを設けることにより、フェライトカバー９０をフェライト７０及び電流バー５０に被せる工程を容易に行うことができる。

実施例１では、電流バー５０を流れる電流により生成される磁界を収束するための磁性体コアとして、フェライト７０を例に説明したが、磁性体コアにはフェライト以外の材料（例えば、鉄芯）を用いることもできる。いずれの場合も、磁性体コアは電流バー５０の少なくとも一部を覆っていればよい。

また、実施例１では、磁界を測定する磁界測定素子としてホール素子７４を例に説明したが、磁界測定素子にはホール素子以外の測定素子（例えば、ＭＲセンサ）を用いることもできる。また、ホール素子７４の配置位置はフェライト７０のギャップ７２に限定されるものではないが、当該ギャップ７２にホール素子７４を配置することにより、磁界の測定を効率よく行うことができる。さらに、ホール素子７４を電流バー５０の真下（電流バー５０と基板６０との間）に配置することにより、フェライト７０のギャップ７２との位置合わせを容易に行うことができる。なお、磁性体コアをカレントトランスとすることもできるが、この場合は磁界測定素子は不要である。

また、実施例１では、ネジ８４を用いてフェライトカバー９０を基板６０に固定する構成としたが、これ以外の方法でフェライトカバー９０を基板６０に固定してもよい。ネジ８４を用いる場合、フェライトカバー９０の貫通孔９６は、ネジ止めの際の位置合わせが容易にできるように、長穴（基板６０の長手方向が長径）であることが好ましい。また、実施例１では、フェライトカバー９０のスリット９８を本体部９２の対向する側面に形成する構成としたが、スリット９８を対向する面以外の面に形成してもよい。ただし、実施例１の構成によれば、フェライトカバー９０に対する電流バー５０の位置決めを容易に行うことができる。

以上のように、実施例１に係るテーブルタップ１０、電流センサ（電流測定部６２）、及び磁性体カバー（フェライトカバー９０）によれば、電流バーと磁性体コアとの接触を抑制することができる。なお、実施例１では、電流測定部６２を備えたテーブルタップ１０を例に説明を行ったが、本発明は電流バーの周囲に磁性体コアが設けられた任意の電流センサに対し適用することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０テーブルタップ
１２電源コード
１４コンセント
１６上部カバー
１８下部カバー
３０コンセントプラグ
５０電流バー
６０基板
６２電流測定部
６４ネジ穴
７０フェライト
７２ギャップ
７４ホール素子
８０筐体
８２支持部
８４ネジ
９０フェライトカバー
９２本体部
９４固定部
９６貫通孔
９８スリット

Claims

電流が流れる電流バーと、
ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、
前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子と、
前記電流バー及び前記磁界測定素子が固定された基板と、
前記電流バーの延在方向に当たるカバーの側面に前記ギャップに対応して形成されたスリットを有し、前記磁性体コアに被せられ、前記電流バーが前記スリットから外部に突出するように、前記基板に固定されることで、前記電流バーおよび前記磁界測定素子が前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決めする前記カバーと、を備え、
前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有することを特徴とする電流センサ。
前記基板には、ネジが挿入されるネジ穴が形成され、
前記カバーは、前記基板との接触部分から前記基板に沿って延在する固定部を有し、
前記固定部には、短径が前記ネジの直径に対応し、長径が前記ネジの直径より大きい貫通孔が形成され、
前記カバーは、前記貫通孔及び前記ネジ穴に留められたネジにより、前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記スリットは、前記カバーの側面のうち対向する２つの側面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
前記磁性体コアと前記カバーとのクリアランス、及び前記スリットにおける前記電流バーと前記カバーとのクリアランスは、それぞれ０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記磁界測定素子は、前記電流バーと前記基板との間に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流センサ。
電源に電気的に接続されたバスバーと、前記バスバーに一体的に設けられた挟持片と、複数のコンセントプラグを受容する複数のコンセントと、前記挟持片によって両主面側から挟持され、前記バスバーから分岐して前記複数のコンセントのそれぞれに前記電源の電流を供給する電流バーと、前記電流バーのそれぞれを流れる電流を測定する電流センサと、を備えたテーブルタップであって、
前記電流センサは、
ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、
前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子と、
前記電流バー及び前記磁界測定素子が固定された基板と、
前記電流バーの延在方向に当たるカバーの側面に前記ギャップに対応して形成されたスリットを有し、前記磁性体コアに被せられ、前記電流バーが前記スリットから外部に突出するように、前記基板に固定されることで、前記電流バーおよび前記磁界測定素子が前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決めする前記カバーと、を備え、
前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有することを特徴とするテーブルタップ。
電流センサにおいて、電流が流れる電流バーと、ギャップを有し、前記電流バーの少なくとも一部を囲むように設けられた磁性体コアと、の位置関係を固定するためのカバーであって、
前記磁性体コアに被せられることにより前記磁性体コアを位置決め可能な本体部と、
前記カバーを基板に固定するための固定部と、を備え、
前記電流バーの延在方向に当たる前記本体部の側面に前記ギャップに対応してスリットが形成され、
前記スリットは前記電流バーの幅に対応する幅を有し、
前記固定部が前記電流バーを前記スリットから外部に突出させるように前記基板に固定されることで、前記電流バーと前記電流バーを流れる電流により生成される磁界を測定する磁界測定素子とが前記ギャップの中に位置するように前記磁性体コアを前記電流バーおよび前記磁界測定素子に対し位置決め可能であることを特徴とする電流センサ用のカバー。