JP6526597B2

JP6526597B2 - 一体化した一次導体棒を備えた電流変換器

Info

Publication number: JP6526597B2
Application number: JP2016084285A
Authority: JP
Inventors: ゴーチエ・プラーニュ; クリストフ・デルメーレ
Original assignee: LEM Intellectual Property SA
Current assignee: LEM Intellectual Property SA
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: KR20160125291A; CN106066418B; CN106066418A; KR102475347B1; EP3086130B1; US9726695B2; US20160313373A1; EP3086130A1; JP2016206195A

Description

開示の内容

本発明は、磁気コア、および磁気コアのエアギャップ内の磁場検出器を含み、磁気コアの中央通路を通って延びる一次導体棒を流れる電流を測定するための電流変換器に関する。

電流感知適用のための電流変換器モジュールは、典型的には、高透磁率磁性材料で作られ、かつ中心孔を取り囲む磁気コアを含み、測定されるべき電流を運ぶ一次導体が中心孔を通り抜ける。磁気コアは、典型的には、概ね矩形または円形の形状を有してよく、エアギャップを備えていてよく、エアギャップの中に、ＡＳＩＣの形態をしたホール効果センサーなどの磁場検出器が位置付けられる。一次導体の中を流れる電流により生じる磁束が、磁気コアにより集められ、エアギャップを通過する。エアギャップの中の磁場は、一次電流を表している。

電流センサーは、電気装置およびシステムをモニタリングまたは制御するために、広範な適用で使用され、多くの適用では、このような構成要素の製造コスト、また、それらの構成要素を電気回路において実行および使用するコストを低減させる上で、重要な利点がある。小型の構成要素を提供して、それらの構成要素が取り付けられる装置を小型化し、かつ／または装置の重量を低減する上でも、しばしば重要な利点がある。

本発明の目的は、一次導体の中を流れる電流を測定するための、小型で製造するのに経済的である電流変換器を提供することである。

頑丈で安定した電流変換器を提供することが有利である。

軽量な電流変換器を提供することが有利である。

正確で、実行するのが容易であり、使用するのに経済的である電流変換器を提供することが有利である。

本明細書では、測定されるべき電流を運ぶための一次導体棒と、磁気回路ギャップを含む磁気コアと、回路基板、および回路基板に取り付けられ、かつ磁気回路ギャップに位置付けられた磁場検出器を含む磁場センサーと、磁気コアおよび磁場センサーを取り囲む絶縁ハウジングと、を含む電流変換器が開示される。一次導体棒は、外部一次導体に接続されるように構成された、ハウジングの外側に延びる接続端子端部（connection terminal ends）を含む。一次導体棒は、コア通過セクションを含み、コア通過セクションは、ハウジングの外側に延びる接続端子端部と比べて幅が狭く、これにより、磁場検出器が中に位置付けられるくぼみが設けられる。絶縁ハウジングは、一次導体棒のコア通過セクションの周りにオーバーモールドされた主要ハウジング部分を含み、主要ハウジング部分は、磁場センサー受容スロットを含み、磁場センサー受容スロットは、磁場センサーを一次導体棒のくぼみの中にスライド可能に挿入して、磁気回路ギャップの中に位置付けることを可能にするよう構成されている。

主要ハウジング部分は、有利には、一次導体棒の周りで磁気コアをガイドし位置付けるように構成された位置付けリブを含む、中央オーバーモールド部分を含むことができる。

中央オーバーモールド部分は、有利には、中央オーバーモールド部分を、磁場センサー受容スロットの入口端部に接続する、延長部を含み得る。これらの延長部は、磁場センサーを一次導体のくぼみおよび磁気コア回路ギャップの中へとスライド可能にガイドし位置付けるためのレールを提供する。

中央オーバーモールド部分は、有利には、組み立て中に磁気回路ギャップを通ってスライドするように構成された薄壁領域を含んでよく、薄壁領域は、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲、好ましくは０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の壁厚を有する。これにより、中央オーバーモールド部分は、一次導体棒を取り囲むが、磁気コア内の磁気回路ギャップを減らす。これは、組み立て中に、磁気回路ギャップが薄壁領域の上をスライドするためである。

主要ハウジング部分は、外側ケーシングを含んでよく、また、単一の射出オーバーモールド部品（single piece injection overmolded part）として、コネクタシュラウドと共に一体的に形成され得る。

磁気コアは、くぼみ内への磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、ハウジングの側面を通って主要ハウジング部分に挿入可能である。

ハウジングのカバー部分は、主要ハウジング部分の側面に接して取り付けられて、主要ハウジング部分内の磁気コアを閉鎖することができる。ある実施形態では、カバー部分は、一次導体棒のための穴を含み、カバー部分は、くぼみへの磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、ハウジングの側面に接して取り付け可能である。

ハウジングは、磁場センサー受容スロット内の磁場センサーを閉鎖するキャップ部分をさらに含むことができる。

有利な実施形態では、電流変換器は、外部コネクタにプラグ着脱可能に接続されるように構成されたコネクタをさらに含み、このコネクタは、磁場センサーの回路基板に直接取り付けられ接続される端子を含む。

有利な実施形態では、磁場検出器は、ＡＳＩＣの形態であり、ホール効果セル（Hall effect cell）を含む。

有利な実施形態では、電流変換器は、開ループ電流変換器である。

有利な実施形態では、一次導体棒の接続端部のうちの少なくとも１つは、一次導体にクランプ接続またはボルト接続される接続端子の形態である。

磁気コアは、例えばＳｉ‐Ｆｅ材料のストリップから作られた、テープが巻かれたコア（wound tape core）から作られて、機械加工されたギャップ（machined gapped)を備えてよく、あるいは、変形体では、単一のフェライト部品から形成され得る。

本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲から、詳細な説明から、また図面から明らかとなるであろう。

図面を参照すると、電流変換器２の例示的な実施形態は、磁気回路ギャップ２２を含む磁気コア６と、磁気回路ギャップ２２に少なくとも部分的に挿入された磁場センサー８と、誘電性ハウジング１０と、磁気コアの中央通路１８を通って延びる一次導体棒４と、を含む。一次導体棒４は、変換器に組み込まれており、測定されるべき電流を供給する外部一次導体（不図示）に接続される端子１２ａ、１２ｂを各端部に含む。

端子１２ａ、１２ｂは、意図する適用に従って、例えば例示されるように、外部導体（不図示）にボルト接続またはクランプ接続されるよう、さまざまな構成の接続端部を含み得る。クリンプ、またはプラグ（plugging）、または他のタイプの接続部を設けてもよい。

ある実施形態では、磁場センサー８は、有利には、回路基板２４と、磁場検出器９と、を含んでよく、磁場検出器９は、例えば、回路基板に取り付けられたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）２６の形態で設けられてよい。ある実施形態では、磁場検出器９は、それ自体が当技術分野で周知であるホール効果センサーを含んでよく、あるいは、やはり当技術分野で周知である磁気抵抗センサーまたはフラックスゲートセンサーなどの、他の磁場感知テクノロジーに基づいていてもよい。ホールセル（Hall cell）磁場検出器は、開ループ電流感知適用で広く使用されるが、それは、開ループ適用において、それらの費用が低く、また測定性能が良好であるためである。

回路基板２４は、回路トレース、およびさまざまな回路構成要素を含み、これらは、電力供給および測定信号の送信のために外付け回路（不図示）に接続された電気端子３２と、磁場検出器との間で、測定信号および電力供給の何らかの処理を実行し得る。各端子は、例えば、回路基板２４のメッキした貫通孔を通じて挿入された圧入ピン端子の形態、または、それ自体が当技術分野で周知である他の回路基板接続手段の形態の、回路基板接続端部３２ａを含む。端子３２は、例えば、電力を供給し測定信号を外付け回路（図示）に送信する相補的な外部コネクタにプラグ着脱可能に連結されるよう構成されたコネクタシュラウド３０の内部に位置付けられ、かつこれにより囲まれた、ピンもしくはタブ端子の形態の、外部接続端部３２ｂをさらに含む。

コネクタシュラウド３０は、相補的なコネクタをコネクタシュラウド３０にロックするために、ラッチ突出部または穴３５などのさまざまな固定手段を含み得る。したがって、外部のプラグ着脱可能なコネクタによって、電流測定信号が変換器から送信され、電力が、変換器に供給される。

一次導体により生成された磁束は、磁気コア６の中を循環し、磁気回路ギャップ２２内に位置付けられた磁場検出器９によりとらえられる。磁気コア６は、好ましくは、それ自体が当技術分野で周知である、単一のフェライト材料（single piece ferrite material）で作られてよいが、やはりそれ自体が当技術分野で周知である磁性材料の積み重ねた層状シートなど、他の材料で作られてもよい。

一次導体棒４は、接続端子１２ａ、１２ｂ間に延びるコア通過セクション１６を含む。コア通過セクション１６は、コア６の中央通路１８の外側における一次導体棒４の幅Ｗ２より狭い幅Ｗ１を有する。接続端部１２ａ、１２ｂにおける一次導体棒４の材料の幅は、コア通過セクション１６よりも概して広い。よって、コア通過セクション１６は、少なくとも１つのくぼみ１７を提供し、このくぼみにより、磁気コアのギャップ２２が一次導体棒４のくぼみ１７の中に位置付けられた状態で、磁気コア６がコア通過セクション１６を取り囲むことができる。これにより、一次導体棒は、運ばれるべき電流を考慮して、一次導体に適切に接続されるように、比較的大きな断面接続表面積（relatively large cross section respectively connection surface area）を有すると共に、変換器は、小型のサイズおよび改善された性能を有することができる。

ハウジング１０は、コア受容セクション２８、およびコネクタシュラウド３０を含む。コア受容セクション２８は、磁気コア６および磁場センサー８を収容する。コネクタシュラウド３０は、外部コネクタに接続されるよう、具体的には、外部コネクタにプラグ着脱可能に接続されるように、構成されている。コア受容セクション２８は、一次導体棒４上に直接オーバーモールドされた主要ハウジング部分２０を含む。有利な実施形態では、主要ハウジング部分およびコネクタシュラウドは、射出オーバーモールドプロセスにおいて、一次導体棒上に直接、一体的に形成され得る。

主要ハウジング部分２０は、中央オーバーモールド部分４０を含み、中央オーバーモールド部分４０は、一次導体棒と直接接触しており、また、一次導体棒のコア通過セクション１６を覆い、かつ完全に取り囲んでいる。中央オーバーモールド部分４０は、延長部４１を含み、延長部４１は、くぼみ１７の側面と整列する方向に延び、かつガイドレール４６を提供するように構成されており、ガイドレール４６は、磁場センサー８をガイドし、位置付けるように設計され、磁場検出器９は、くぼみ１７の内部に、また、磁気コアの磁気回路ギャップ２２内に位置付けられる。ガイドレール４６は、回路基板２４の側方エッジに係合するスロットの形態であってよく、磁場検出器がくぼみ内部に位置付けられるまで回路基板をそのスロット内に挿入することができる。オーバーモールドされた主要ハウジング部分により、磁気コアおよび磁場センサーが、小型かつ費用対効果の高い形で、ハウジング内部に、確実かつ頑丈に位置付けられる。

中央オーバーモールド部分４０は、有利なことには、磁気コア６が主要ハウジング部分２０に挿入される方向に延びるリブ４２を含み、リブ４２は、磁気コアをガイドして、一次導体棒４の周りに磁気コアをしっかりとセンタリングする。リブ４２は、中央通路１８を取り囲む磁気コアの内表面にぴったりと係合する。

中央オーバーモールド部分４０は、壁厚の薄い薄壁領域４３を含んで、エアギャップ面がこの領域に沿ってスライドする必要がある磁気コアの取り付けを可能にする。有利に小さいエアギャップを得るためには、オーバーモールドの厚さは、ここでは、使用される材料に応じて、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲、好ましくは０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の公称値まで低減される。

主要ハウジング部分２０の側面を通じて、磁場センサーの挿入に直交する方向に磁気コア６を組み立てた後、穴３５を含むカバー部分３４は、カバー部分が主要ハウジング部分の開口側面に係合するまで一次導体棒の接続端部１２ｂを覆って挿入され得る。カバー部分および主要ハウジング部分は、クリップ手段によって、接合によって、または溶接、例えば超音波溶接によって、互いにロックされ得る。適用および変形体に応じて、カバー部分が主要ハウジング部分に対して閉じられる前に、誘電性注封材料が、主要ハウジングの外側ケーシング３８内部に満たされ得る。

磁場センサー受容スロット４４内に磁場センサー８を組み立てた後、コネクタ端子３２は、例えば、回路基板のメッキされた貫通孔に挿入された圧入ピン端子部分３２ａにより、回路基板２４と接続されるまで、コネクタシュラウド３０に挿入され得る。

ハウジング１０は、スロット４４の開いた入口を閉じるように構成されたキャップ部分３６をさらに含み得る。示された例示的な実施形態では、キャップ部分３６は、ハウジング主要部分およびカバー部分の両側で相補的なラッチ要素４９に係合した弾性クリップアーム４８を含む。キャップ部分は、ピン５０を備えていてよく、ピン５０は、ハウジングの相補的な穴５１に係合して、キャップ部分を主要ハウジング部分の方に向け、かつ／またはキャップ部分を主要ハウジング部分に対してロックする。キャップ部分は、代わりに、またはラッチ手段４８、４９に加えて、その他のハウジング部分に接合または溶接されることができる。

〔実施の態様〕
（１）電流変換器において、
測定されるべき電流を運ぶ一次導体棒（４）と、
磁気回路ギャップ（２２）を含む磁気コア（６）と、
前記磁気回路ギャップに位置付けられた磁場検出器および回路基板（２４）を含む磁場センサー（８）と、
前記磁気コアおよび磁場センサーを取り囲む絶縁ハウジング（１０）と、
を含み、
前記一次導体棒は、外部一次導体に接続されるように構成された、前記ハウジングの外側に延びる接続端子端部（１２ａ、１２ｂ）を含み、
前記一次導体棒は、前記ハウジングの外側に延びる前記接続端子端部（１２ａ、１２ｂ）と比べて狭い幅（Ｗ１）を有するコア通過セクション（１６）をさらに含み、これによりくぼみ（１７）がもたらされ、前記くぼみ（１７）の内部に前記磁場検出器が位置付けられて、前記磁気コアの中央通路（１８）が、前記一次導体の接続端部（１２ａ、１２ｂ）の幅（Ｗ２）より狭い幅（Ｗ３）を有し、
前記絶縁ハウジングは、前記一次導体棒の前記コア通過セクション（１６）の周りにオーバーモールドされた主要ハウジング部分（２０）を含み、
前記主要ハウジング部分は、前記磁場センサーを前記一次導体棒のくぼみにスライド可能に挿入して前記磁気回路ギャップの中に位置付けるように構成された、磁場センサー受容スロット（４４）を含む、電流変換器。
（２）実施態様１に記載の電流変換器において、
前記主要ハウジング部分は、前記磁気コアをガイドして前記一次導体棒の周りに位置付けるように構成された位置付けリブを含む、中央オーバーモールド部分（４０）を含む、電流変換器。
（３）実施態様２に記載の電流変換器において、
前記中央オーバーモールド部分（４０）は、延長部（４１）を含み、前記延長部（４１）は、前記中央オーバーモールド部分を前記磁場センサー受容スロット（４４）の入口端部に接続し、前記磁場センサーを前記くぼみ（１７）の中へとスライド可能にガイドして位置付けるレール（４６）を提供する、電流変換器。
（４）実施態様２または３に記載の電流変換器において、
前記中央オーバーモールド部分（４０）は、組み立て中に前記磁気回路ギャップを通ってスライドするように構成された薄壁領域（４３）を含み、
前記薄壁領域は、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲の壁厚を有する、電流変換器。
（５）実施態様４に記載の電流変換器において、
前記薄壁領域は、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の壁厚を有する、電流変換器。

（６）実施態様１〜５のいずれかに記載の電流変換器において、
前記主要ハウジング部分は、外側ケーシング（３８）を含み、単一の射出オーバーモールド部品として、コネクタシュラウド（３０）と一体的に形成されている、電流変換器。
（７）実施態様１〜６のいずれかに記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、前記くぼみ内への前記磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、前記ハウジングの側面を通って前記主要ハウジング部分内へ挿入可能である、電流変換器。
（８）実施態様１〜７のいずれかに記載の電流変換器において、
前記ハウジングは、その中の前記磁気コアを閉鎖するために前記主要ハウジング部分の側面に接して取り付けられたカバー部分（３４）を含み、
前記カバー部分は、前記一次導体棒のための穴（３５）を含み、前記くぼみ内への前記磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、前記ハウジングの側面に接して取り付け可能である、電流変換器。
（９）実施態様１〜８のいずれかに記載の電流変換器において、
前記ハウジングは、前記磁場センサー受容スロット内の前記磁場センサーを閉鎖するためのキャップ部分（３６）をさらに含む、電流変換器。
（１０）実施態様１〜９のいずれかに記載の電流変換器において、
外部コネクタにプラグ着脱可能に接続されるように構成されたコネクタ（１４）をさらに含み、
前記コネクタは、前記磁場センサーの回路基板（２４）に直接取り付けられ接続された端子（３２）、およびコネクタシュラウド（３０）を含む、電流変換器。

（１１）実施態様１０に記載の電流変換器において、
前記磁場検出器（９）は、ＡＳＩＣの形態であり、ホール効果セルを含む、電流変換器。
（１２）実施態様１〜１１のいずれかに記載の電流変換器において、
前記電流変換器は、開ループ電流変換器である、電流変換器。
（１３）実施態様１〜１２のいずれかに記載の電流変換器において、
前記一次導体棒（４）の前記接続端部のうちの少なくとも１つ（１２ｂ）は、一次導体にクランプ接続またはボルト接続される接続端子の形態である、電流変換器。
（１４）実施態様１〜１３のいずれかに記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、単一の一体形成されたフェライト部品で形成されている、電流変換器。
（１５）実施態様１〜１３のいずれかに記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、機械加工されたギャップを備えた、テープが巻かれたコアで形成されている、電流変換器。

本発明のある実施形態による電流変換器の分解組立斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の断面図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。本発明のある実施形態による電流変換器の組み立てを示す斜視図である。

Claims

電流変換器において、
測定されるべき電流を運ぶ一次導体棒（４）と、
磁気回路ギャップ（２２）を含む磁気コア（６）と、
前記磁気回路ギャップに位置付けられた磁場検出器および回路基板（２４）を含む磁場センサー（８）と、
前記磁気コアおよび磁場センサーを取り囲む絶縁ハウジング（１０）と、
を含み、
前記一次導体棒は、外部一次導体に接続されるように構成された、前記ハウジングの外側に延びる接続端子端部（１２ａ、１２ｂ）を含み、
前記一次導体棒は、前記ハウジングの外側に延びる前記接続端子端部（１２ａ、１２ｂ）と比べて狭い幅（Ｗ１）を有するコア通過セクション（１６）をさらに含み、これによりくぼみ（１７）がもたらされ、前記くぼみ（１７）の内部に前記磁場検出器が位置付けられて、前記磁気コアの中央通路（１８）が、前記一次導体の接続端部（１２ａ、１２ｂ）の幅（Ｗ２）より狭い幅（Ｗ３）を有し、
前記絶縁ハウジングは、前記一次導体棒の前記コア通過セクション（１６）の周りにオーバーモールドされた主要ハウジング部分（２０）を含み、
前記主要ハウジング部分は、前記磁場センサーを前記一次導体棒のくぼみにスライド可能に挿入して前記磁気回路ギャップの中に位置付けるように構成された、磁場センサー受容スロット（４４）を含む、電流変換器。
請求項１に記載の電流変換器において、
前記主要ハウジング部分は、前記磁気コアをガイドして前記一次導体棒の周りに位置付けるように構成された位置付けリブを含む、中央オーバーモールド部分（４０）を含む、電流変換器。
請求項２に記載の電流変換器において、
前記中央オーバーモールド部分（４０）は、延長部（４１）を含み、前記延長部（４１）は、前記中央オーバーモールド部分を前記磁場センサー受容スロット（４４）の入口端部に接続し、前記磁場センサーを前記くぼみ（１７）の中へとスライド可能にガイドして位置付けるレール（４６）を提供する、電流変換器。
請求項２または３に記載の電流変換器において、
前記中央オーバーモールド部分（４０）は、組み立て中に前記磁気回路ギャップを通ってスライドするように構成された薄壁領域（４３）を含み、
前記薄壁領域は、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲の壁厚を有する、電流変換器。
請求項４に記載の電流変換器において、
前記薄壁領域は、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の壁厚を有する、電流変換器。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記主要ハウジング部分は、外側ケーシング（３８）を含み、単一の射出オーバーモールド部品として、コネクタシュラウド（３０）と一体的に形成されている、電流変換器。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、前記くぼみ内への前記磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、前記ハウジングの側面を通って前記主要ハウジング部分内へ挿入可能である、電流変換器。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記ハウジングは、その中の前記磁気コアを閉鎖するために前記主要ハウジング部分の側面に接して取り付けられたカバー部分（３４）を含み、
前記カバー部分は、前記一次導体棒のための穴（３５）を含み、前記くぼみ内への前記磁場センサーのスライド可能な挿入方向に直交する挿入方向において、前記ハウジングの側面に接して取り付け可能である、電流変換器。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記ハウジングは、前記磁場センサー受容スロット内の前記磁場センサーを閉鎖するためのキャップ部分（３６）をさらに含む、電流変換器。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電流変換器において、
外部コネクタにプラグ着脱可能に接続されるように構成されたコネクタ（１４）をさらに含み、
前記コネクタは、前記磁場センサーの回路基板（２４）に直接取り付けられ接続された端子（３２）、およびコネクタシュラウド（３０）を含む、電流変換器。
請求項１０に記載の電流変換器において、
前記磁場検出器（９）は、ＡＳＩＣの形態であり、ホール効果セルを含む、電流変換器。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記電流変換器は、開ループ電流変換器である、電流変換器。
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記一次導体棒（４）の前記接続端部のうちの少なくとも１つ（１２ｂ）は、一次導体にクランプ接続またはボルト接続される接続端子の形態である、電流変換器。
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、単一の一体形成されたフェライト部品で形成されている、電流変換器。
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電流変換器において、
前記磁気コアは、機械加工されたギャップを備えた、テープが巻かれたコアで形成されている、電流変換器。