JP6811700B2

JP6811700B2 - 磁界調整カレントトランス

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Publication number: JP6811700B2
Application number: JP2017228646A
Authority: JP
Inventors: 柾宜平尾; 岡田　章; 章岡田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019102510A

Description

本願明細書に開示される技術は、たとえば、パワーデバイスの特性を評価する際の電流測定に関するものである。

パワーデバイスの電気特性評価のために電流を測定する際には、主にカレントトランス（すなわち、変流器）が用いられている（たとえば、特許文献１を参照）。

カレントトランスでは、一次側配線に流れた電流に対応する電流が二次側配線に流れるため、二次側配線の両端に接続されたシャント抵抗の電圧降下を測定することによって、一次側配線に流れた電流値を間接的に算出することができる。

ただし、カレントトランスを用いた電流値の測定では、電流の直流成分が一定時間以上流れ続けると、コア部が磁気飽和を起こしてしまい、電流値の測定ができなくなるという欠点がある。特に、被測定電流が大電流である場合には、その欠点が顕著となる。

そこで、コア部にバイアス磁界を生じさせることによって、上記の磁気飽和を抑制する方法が知られている。

特開平０５−０２９１６７号公報

しかしながら、上記の方法によってバイアス磁界を生じさせる場合には、バイアス用の電源、制限抵抗、および、ケーブルなどをあらかじめ準備しておく必要があった。

本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、外部電源などを用いない簡易な構成で、バイアス磁界を生じさせることができる磁界調整カレントトランスを提供することを目的とするものである。

本願明細書に開示される技術の第１の態様は、一次側配線の周方向の少なくとも一部に沿って前記一次側配線を囲んで配置される、軟磁性体の材料からなるコア部と、前記コア部の少なくとも一部に巻き付けられる二次側配線と、前記二次側配線の両端に跨って接続されるシャント抵抗と、前記コア部に取り付け可能であり、かつ、前記コア部の内部に磁界を生じさせる少なくとも１つの磁石と、前記コア部に取り付け可能であり、かつ、前記コア部と同一の材料からなる切片とを備え、前記コア部は、前記軟磁性体の材料が設けられていない部分である欠損部と、前記欠損部でない部分である残部とを備え、前記切片および前記磁石は、前記欠損部の形状に対応する形状を有し、前記欠損部には、前記切片および前記磁石が交換可能に嵌め込まれる。

本願明細書に開示される技術の第１の態様によれば、外部電源などを用いずに、欠損部に交換可能に嵌め込まれた磁石によって、必要に応じてバイアス磁界を生じさせることができる。

本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。

第１の実施の形態に関する、カレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。磁石が間隙部に嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。第２の実施の形態に関する、カレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。磁石がザグリ部に嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。図７に例示されたバイアス磁界を例示する拡大図である。第３の実施の形態に関する、カレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。第４の実施の形態に関する、カレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。第５の実施の形態に関する、カレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。ザグリ部に磁石が嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。カレントトランスの構成を例示する概略図である。軟磁性体からなるカレントトランスのコア部の特性を例示する概念図である。バイアス磁界を生じさせるカレントトランスの構造を例示する概略図である。バイアス磁界を生じさせる他のカレントトランスの構造を例示する概略図である。

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。

なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。説明の便宜上、まず、カレントトランスの構成および磁気飽和について説明する。

図１３は、カレントトランスの構成を例示する概略図である。図１３に例示されるように、カレントトランスは、コア部１２Ｆと、コア部１２Ｆに少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２とを備える。コア部１２Ｆは、一次側配線２４の周方向に沿ってドーナツ状に配置される。

一次側配線２４に電流（すなわち、被測定電流）が流れ始めると、コア部１２Ｆの内部に磁束変動が発生しようとするが、その磁束変動を打ち消すように、二次側配線１８に電流が流れる。具体的には、一次側配線２４に流れる電流に対して、二次側配線１８に巻き数分の１の電流が流れる。ここで、巻き数とは、二次側配線１８の、コア部１２Ｆに対する巻き付け回数のことである。

そして、二次側配線１８に流れた電流に応じてシャント抵抗２２に電圧が発生する。発生した当該電圧を、たとえば、オシロスコープなどを用いて検知することによって、一次側配線２４に流れた電流値を間接的に測定することができる。

上記のカレントトランスは、駆動電源が不要であり、さらに、非接触で簡単に一次側配線２４に流れる電流を測定することができるものである。

一次側配線２４に電流が流れ始めた直後では、二次側配線１８には一次側配線２４の１／Ｎ_２分の電流が流れ、一次側配線２４における電流の起磁力と二次側配線１８における電流の起磁力とが打ち消し合う。そのため、コア部１２Ｆの内部には磁束は発生しない。ここで、Ｎ_２は、二次側配線１８のコア部１２Ｆに対する巻き付け回数を表す。なお、一次側配線２４における電流は、被測定電流とも称する。

しかしながら、時間が経過するにつれて、二次側配線１８に流れる電流は、被測定電流に対して減衰していく。この単位時間あたりの減衰率がドループと称される。

そのため、被測定電流による起磁力と、二次側配線１８における電流による起磁力とがアンバランスになる。その結果、コア部１２Ｆの内部に磁束が発生する。

時間の経過に伴って二次側配線１８における電流が減衰することによって、被測定電流による起磁力と、二次側配線１８における電流による起磁力との差がさらに大きくなるため、コア部１２Ｆの内部の磁束も、時間の経過とともに大きくなってゆく。

たとえば、一次側配線２４に下記の式（１）で示される単位ステップ状の電流を印加する。

ここで、Ｕ（ｔ）は単位ステップ関数を表す。また、Ｉ_０は、単位ステップ状の被測定電流の波高値である。

すると、二次側配線１８には、上記の電流に対応して、以下の式（２）で示される電流が流れる。

ここで、Ｌ_２は、一次側配線２４をオープンにした際の二次側配線１８のインダクタンスを表す。また、Ｎ_１は一次側配線２４の巻き数を表し、Ｎ_２は二次側配線１８の巻き数を表す。また、Ｒはシャント抵抗２２の抵抗値である。

ここで、カレントトランスの一次側配線２４と二次側配線１８とは密結合となっている。そのため、コア部１２Ｆの内部に発生する磁束は、以下の式（３）で示すことができる。

ここで、Ｒ_ｍはコア部１２Ｆの内部の磁気抵抗を表す。

そして、Ｎ_１＝１とすると、上記の式（２）および上記の式（３）から、以下の式（４）を導くことができる。

上記の式（４）に示されるように、被測定電流が流れ始めた直後（すなわち、ｔ＝０）には、コア部１２Ｆの内部には磁束は発生していない。しかしながら、時間が経過するに伴って、コア部１２Ｆの内部に磁束が発生する。

このとき、コア部１２Ｆの内部に発生する磁束は、被測定電流が大きくなる程、また、被測定電流の直流成分の印加時間が長くなる程大きくなる。

ここで、コア部１２Ｆの内部に発生する磁束があるしきい値を超えると、コア部１２Ｆが磁気飽和を起こす。磁気飽和が起こると、コア部１２Ｆの磁気抵抗が急激に大きくなる。そのため、磁束がコア部１２Ｆの外側にも漏れ出す。なお、この磁気飽和が起こるポイントは、被測定電流の値と被測定電流が印加される時間とによって定量的に表されるものであり、ＩＴ積と称される。

カレントトランスを用いて一次側配線２４に流れた電流値を測定する場合には、磁束がコア部１２Ｆの内部から外に漏れないこと（すなわち、密結合であること）が前提となる。磁気飽和が起こると密結合ではなくなり、シャント抵抗２２の出力電圧は０Ｖとなってしまう。そうすると、被測定電流を検知することができなくなる。

図１４は、軟磁性体からなるカレントトランスのコア部の特性を例示する概念図である。図１４においては、縦軸が磁束φ［Ｗｂ］または磁束密度Ｂ［Ｗｂ／ｍ^２］を示し、横軸が磁界の強さＨ［Ａ／ｍ］を示す。

図１４におけるＢ点とＣ点との間の範囲内では、磁界の強さの増加にしたがって、磁束または磁束密度も増大する。しかしながら、磁束φがあるしきい値を超えると、微分透磁率（すなわち、ΔＢ／ΔＨ）が急激に小さくなる。

図１４においては、Ｂ点とＣ点との間の範囲を外れると、微分透磁率が急激に小さくなる。図１４におけるＢ点とＣ点との間の範囲を外れると磁気飽和が起き、磁束がコア部の外側に漏れ出す。

すなわち、カレントトランスは、コア部の磁束φが図１４におけるＢ点とＣ点との間の範囲（以下、リニア領域とも称する）内に収まるように使用する必要がある。

そこで、バイアス磁界を生じさせることによって磁気飽和を抑制する方法が知られている。

図１５は、バイアス磁界を生じさせるカレントトランスの構造を例示する概略図である。図１５に例示されるように、カレントトランスは、図１３に例示された構成に加えて、コア部１２Ｆには、二次側配線１８とは別にバイアス磁界を生じさせるためのケーブル３０が巻きつけられる。ケーブル３０の両端には入力端子３２が接続され、２つの入力端子３２間に跨って、電源３４と電源３４の制限抵抗３６とが直列に接続されている。

上記の構成では、ケーブル３０に電流を流すことによって、あらかじめコア部１２Ｆの内部に磁界を発生させておく。この際に発生させる磁界の向きは、被測定電流が流れたときに発生する磁界とは反対方向とする。

具体的には、被測定電流が流れたときにコア部１２Ｆの内部に発生する磁界が図１４においてＡ点よりも右側（すなわち、磁界の強さＨが大きい側）だとすると、バイアス磁界が生じることによって、コア部１２Ｆの内部の磁界の強さＨがデフォルトの状態（すなわち、被測定電流が流れていない状態）でＣ点近傍に位置するようにしておく。

この状態で被測定電流を流せば、Ｃ点からＢ点までのリニア領域が効率的に使用することができるため、ＩＴ積を大きくすることができる。

図１６は、バイアス磁界を生じさせる他のカレントトランスの構造を例示する概略図である。図１６に例示される場合では、２つの出力端子２０間に跨って、電源３４と制限抵抗３６とが直列に接続されている。そして、シャント抵抗２２と、電源３４および制限抵抗３６とが並列に接続されている。すなわち、二次側配線１８がバイアス磁界を生じさせるためのケーブルとしても利用されている。

＜カレントトランスの構成について＞
図１は、本実施の形態に関するカレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。図１に例示されるように、カレントトランスは、軟磁性体からなるコア部１２と、コア部１２に少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２と、磁石１４と、コア部１２と同じ材質からなる切片１６とを備える。

コア部１２は、一次側配線の周方向に沿って一次側配線を少なくとも一部囲んで配置される。なお、当該配置関係は、コア部１２の配線孔１２２に一次側配線が通されることによって実現する。

コア部１２は、コア部１２を一次側配線の周方向において分断する間隙部１２０と、間隙部１２０でない部分である残部１２６とを備える。すなわち、間隙部１２０となっている部分には、軟磁性体の残部１２６が配置されない。

磁石１４および切片１６は、ともに間隙部１２０と同じ寸法であり、間隙部１２０に対して着脱可能に嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線に流れる電流を測定する際には、間隙部１２０に磁石１４または切片１６が嵌め込まれる。

図２は、一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。図２に例示されるように、コア部１２は、一次側配線２４の周方向に沿って一次側配線２４を囲んで配置される。

また、図２においては、磁石１４が間隙部１２０に嵌め込まれている。磁石１４が間隙部１２０に嵌め込まれることによって、コア部１２の内部にバイアス磁界が生じる。

図３は、磁石が間隙部に嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。図３においては、バイアス磁界を示す磁束２６が例示されている。図３における磁束２６は、コア部１２の内部において反時計回りの方向に形成され、コア部１２を一周して反対側の極に入る。

図３に例示されたバイアス磁界が生じている状態で、図２の電流方向２８に沿って一次側配線２４に電流（すなわち、被測定電流）が流れると、被測定電流によってバイアス磁界を打ち消す方向の磁界が生じる。

上記の構成によれば、磁石１４を用いてバイアス磁界を生じさせることによって、コア部１２の内部の磁界の強さＨがデフォルトの状態（すなわち、被測定電流が流れていない状態）で、たとえば、図１４におけるＣ点近傍に位置させることができる。そして、この状態で被測定電流を流せば、たとえば、図１４におけるＣ点からＢ点までのリニア領域が効率的に使用することができるため、ＩＴ積を大きくすることができる。

図４は、一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。また、図４においては、切片１６が間隙部１２０に嵌め込まれている。切片１６が間隙部１２０に嵌め込まれることによって、バイアス磁界が生じないコア部１２を有するカレントトランスとなる。

たとえば、被測定電流が一方向にしか流れない場合には、図２に例示されるように間隙部１２０に磁石１４を嵌め込んで被測定電流を測定し、一方で、被測定電流が双方向に流れる場合には、図４に例示されるように間隙部１２０から磁束が漏れないように間隙部１２０に切片１６を嵌め込んで被測定電流を測定する。すなわち、図４においては電流方向２８が示されているが、電流方向２８の逆方向に被測定電流が流れる場合であっても、図４に例示された構成を適用することができる。

また、磁力の異なる複数の磁石１４を用意し、かつ、それらのいずれかの磁石１４を間隙部１２０に嵌め込むことによって、コア部１２の内部に形成されるバイアス磁界の強さを調整することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜カレントトランスの構成について＞
図５は、本実施の形態に関するカレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。図５に例示されるように、カレントトランスは、コア部１２Ａと、コア部１２Ａに少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２と、磁石１４Ａと、コア部１２Ａと同じ材質からなる切片１６Ａとを備える。

コア部１２Ａは、ザグリ部１２４と、ザグリ部１２４でない部分である残部１２６Ａとを備える。

磁石１４Ａおよび切片１６Ａは、ともにザグリ部１２４と同じ寸法であり、ザグリ部１２４に嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線２４に流れる電流を測定する際には、ザグリ部１２４に磁石１４Ａまたは切片１６Ａのどちらかが嵌め込まれる。

図６は、一次側配線が配線孔に通された状態の、カレントトランスの構成を例示する概略図である。図６においては、磁石１４Ａがザグリ部１２４に嵌め込まれている。磁石１４Ａがザグリ部１２４に嵌め込まれることによって、コア部１２Ａの内部にバイアス磁界が生じる。

上記の構成によれば、磁石１４Ａを用いてバイアス磁界を生じさせることによって、コア部１２Ａの内部の磁界の強さＨがデフォルトの状態で、たとえば、図１４におけるＣ点近傍に位置させることができる。そして、この状態で被測定電流を流せば、たとえば、図１４におけるＣ点からＢ点までのリニア領域が効率的に使用することができるため、ＩＴ積を大きくすることができる。

また、磁力の異なる複数の磁石１４Ａを用意することによって、コア部１２Ａの内部に形成されるバイアス磁界の強さを調整することができる。

図７は、磁石がザグリ部に嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。図７においては、バイアス磁界を示す磁束２６Ａおよび磁束２６Ｂが例示されている。また、図８は、図７に例示されたバイアス磁界を例示する拡大図である。

図７および図８における磁束２６Ａは、磁石１４Ａによって形成される磁束の一部であって、コア部１２Ａの内部において反時計回りの方向に形成され、コア部１２Ａを一周して反対側の極に入る。一方で、図７および図８における磁束２６Ｂは、磁石１４Ａによって形成される磁束の他の一部であって、コア部１２Ａを一周せずに反対側の極に入る。

図７および図８に例示されたようなバイアス磁界が生じるため、本実施の形態に関するカレントトランスのバイアス磁界は、第１の実施の形態におけるカレントトランスのバイアス磁界よりも弱い。したがって、この弱いバイアス磁界を用いて、磁界の強さを微調整することができる。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜カレントトランスの構成について＞
図９は、本実施の形態に関するカレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。図９に例示されるように、カレントトランスは、コア部１２Ｃと、コア部１２Ｃに少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２と、磁石１４Ｃと、コア部１２Ｃと同じ材質からなる切片１６Ｃとを備える。

コア部１２Ｃは、コア部１２Ｃを一次側配線の周方向において分断する間隙部１２０Ｃと、間隙部１２０Ｃでない部分である残部１２６Ｃとを備える。

磁石１４Ｃおよび切片１６Ｃは、ともに間隙部１２０Ｃと同じ寸法であり、間隙部１２０Ｃに嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線に流れる電流を測定する際には、間隙部１２０Ｃに磁石１４Ｃまたは切片１６Ｃが嵌め込まれる。

ここで、残部１２６Ｃの、間隙部１２０Ｃに対向する（すなわち、隣接する）端部には、凹部１２１Ｃが形成される。また、間隙部１２０Ｃに嵌め込まれる磁石１４Ｃは、残部１２６Ｃの端部の凹部１２１Ｃに嵌め込まれる凸部１４０Ｃを有する。同様に、間隙部１２０Ｃに嵌め込まれる切片１６Ｃは、残部１２６Ｃの端部の凹部１２１Ｃに嵌め込まれる凸部１６０Ｃを有する。図９に例示される凸部１４０Ｃおよび凸部１６０Ｃは、先端の太さが太く形成されている。

磁石１４Ｃには凸部１４０Ｃが、切片１６Ｃには凸部１６０Ｃがそれぞれ形成されているため、凸部が形成されない場合に比べて、間隙部１２０Ｃに嵌め込まれた磁石１４Ｃおよび切片１６Ｃは、間隙部１２０Ｃから外れにくくなる。特に、凸部の先端の太さが太く形成されているため、間隙部１２０Ｃに嵌め込まれた磁石１４Ｃおよび切片１６Ｃは、間隙部１２０Ｃから外れにくくなる。

磁石１４Ｃが間隙部１２０Ｃに嵌め込まれた状態で被測定電流を流す場合、磁石１４Ｃが形成する磁束の向きと被測定電流によってコア部１２Ｃが形成する磁束の向きとが互いに反対方向となるため、コア部１２Ｃと磁石１４Ｃとが反発して磁石１４Ｃが間隙部１２０Ｃから外れてしまう可能性がある。本実施の形態に例示された構成を有することによって、磁石１４Ｃをコア部１２Ｃに確実に取り付けることができるため、磁石１４Ｃを外れにくくすることが可能となる。

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜カレントトランスの構成について＞
図１０は、本実施の形態に関するカレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。図１０に例示されるように、カレントトランスは、コア部１２Ｄと、コア部１２Ｄに少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２と、磁石１４Ｄと、コア部１２Ｄと同じ材質からなる切片１６Ｄとを備える。

コア部１２Ｄは、ザグリ部１２４Ｄと、ザグリ部１２４Ｄでない部分である残部１２６Ｄとを備える。

磁石１４Ｄおよび切片１６Ｄは、ともにザグリ部１２４Ｄと同じ寸法であり、ザグリ部１２４Ｄに嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線２４に流れる電流を測定する際には、ザグリ部１２４Ｄに磁石１４Ｄまたは切片１６Ｄが嵌め込まれる。

ここで、ザグリ部１２４Ｄは、内周面にネジ溝が形成されている。一方で、磁石１４Ｄおよび切片１６Ｄの外周面にも、ネジ溝に対応するネジ山がそれぞれ形成されている。

磁石１４Ｄをザグリ部１２４Ｄに嵌め込んだ状態で被測定電流を流す場合、磁石１４Ｄが形成する磁束の向きと被測定電流によってコア部１２Ｄが形成する磁束の向きとが互いに反対方向となるため、コア部１２Ｄと磁石１４Ｄとが反発して磁石１４Ｄがザグリ部１２４Ｄから外れてしまう可能性がある。本実施の形態に例示された構成を有することによって、磁石１４Ｄをザグリ部１２４Ｄに確実に嵌め込むことができるため、磁石１４Ｄを外れにくくすることが可能となる。

＜第５の実施の形態＞
本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜カレントトランスの構成について＞
図１１は、本実施の形態に関するカレントトランスを実現するための構成を例示する概略図である。図１１に例示されるように、カレントトランスは、複数のザグリ部１２４Ｅを有するコア部１２Ｅと、コア部１２Ｅに少なくとも部分的に巻き付けられる二次側配線１８と、二次側配線１８の両端における出力端子２０と、２つの出力端子２０間に跨って接続されるシャント抵抗２２と、磁石１４と、複数の磁石１４Ａと、コア部１２Ｅと同じ材質からなる切片１６と、コア部１２Ｅと同じ材質からなる複数の切片１６Ａとを備える。

コア部１２Ｅは、コア部１２Ｅを一次側配線の周方向において分断する間隙部１２０Ｅと、間隙部１２０Ｅでない部分である残部１２６Ｅとを備える。

磁石１４および切片１６は、ともに間隙部１２０Ｅと同じ寸法であり、間隙部１２０Ｅに嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線２４に流れる電流を測定する際には、間隙部１２０Ｅに磁石１４または切片１６が嵌め込まれる。

一方で、複数の磁石１４Ａおよび複数の切片１６Ａは、ともに対応するザグリ部１２４Ｅと同じ寸法であり、それぞれのザグリ部１２４Ｅに嵌め込まれるものである。カレントトランスによって一次側配線２４に流れる電流を測定する際には、それぞれのザグリ部１２４Ｅに対応する磁石１４Ａまたは対応する切片１６Ａが嵌め込まれる。なお、すべてのザグリ部１２４Ｅに磁石１４Ａまたは切片１６Ａのいずれか一方が嵌め込まれる必要はなく、たとえば、２つのザグリ部１２４Ｅに磁石１４Ａが嵌め込まれ、かつ、１つのザグリ部１２４Ｅに切片１６Ａが嵌め込まれてもよい。

間隙部１２０Ｅに嵌め込まれた磁石１４によって生じるバイアス磁界では、図３に例示された場合と同様に、磁束がコア部１２Ｅの内部において反時計回りの方向に形成され、コア部１２Ｅを一周して反対側の極に入る。

一方で、ザグリ部１２４Ｅに嵌め込まれた磁石１４Ａによって生じるバイアス磁界では、図７および図８に例示された場合と同様に、磁束の一部はコア部１２Ｅを一周して反対側の極に入るが、他の一部はコア部１２Ｅを一周せずに反対側の極に入る。そのため、ザグリ部１２４Ｅに嵌め込まれた磁石１４Ａによって生じるバイアス磁界は、間隙部１２０Ｅに嵌め込まれた磁石１４によって生じるバイアス磁界よりも弱い磁界となる。

上記のような生じるバイアス磁界の強さの違いを利用することによって、たとえば、間隙部１２０Ｅに嵌め込まれた磁石１４を主磁石とし、ザグリ部１２４Ｅに嵌め込まれた磁石１４Ａを調整用磁石とすることで、高精度にバイアス磁界を調整することが可能となる。

なお、本実施の形態における磁石１４を、図９における磁石１４Ｃのような形状に変更することも可能である。また、本実施の形態における磁石１４Ａを、図１０における磁石１４Ｄのような形状に変更することも可能である。

また、本実施の形態における切片１６を、図９における切片１６Ｃのような形状に変更することも可能である。また、本実施の形態における切片１６Ａを、図１０における切片１６Ｄのような形状に変更することも可能である。

＜第６の実施の形態＞
本実施の形態に関するカレントトランスについて説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜カレントトランスの構成について＞
第２の実施の形態において、ザグリ部１２４に嵌めこまれた磁石１４Ａが、ザグリ部１２４内で自由に回転することができるようにする。同様に、第４の実施の形態において、ザグリ部１２４Ｄに嵌めこまれた磁石１４Ｄが、ザグリ部１２４Ｄ内で自由に回転することができるようにする。同様に、第５の実施の形態において、ザグリ部１２４Ｅに嵌めこまれた磁石１４Ａが、ザグリ部１２４Ｅ内で自由に回転することができるようにする。この場合、磁石１４Ａの回転軸は特に限定されないが、たとえば、図６および図１１において、紙面に垂直な回転軸のように、コア部の延びる方向に交差する方向の回転軸を想定することができる。

図１２は、ザグリ部１２４に磁石１４Ａが嵌め込まれた場合の、コア部の内部に形成されるバイアス磁界の様子を例示する概念図である。図１２において、磁石１４ＡのＮ極とＳ極とを結ぶ線は、コア部１２Ａの直径方向に沿っている。

図１２における磁束２６Ｃは、コア部１２Ａを一周せずに反対側の極に入る。そのため、このような場合には、コア部１２Ａにバイアス磁界が生じない。

一方で、磁石１４ＡのＮ極とＳ極とを結ぶ線が、コア部１２Ａの直径方向と直交する場合には、図７および図８に例示されたように、磁束２６Ａがコア部１２Ａを一周するため、生じるバイアス磁界が最大となる。

このように、磁石１４Ａの磁極の向きを調整することで、バイアス磁界の強さを調整することが可能となる。

＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。

また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。

以上に記載された実施の形態によれば、カレントトランスは、コア部１２と、二次側配線１８と、シャント抵抗２２と、少なくとも１つの磁石１４と、切片１６とを備える。コア部１２は、一次側配線２４の周方向の少なくとも一部に沿って一次側配線２４を囲んで配置される。また、コア部１２は、軟磁性体の材料からなる。二次側配線１８は、コア部１２の少なくとも一部に巻き付けられる。シャント抵抗２２は、二次側配線１８の両端に跨って接続される。磁石１４は、コア部１２に取り付け可能であり、かつ、コア部１２の内部に磁界を生じさせる。切片１６は、コア部１２に取り付け可能であり、かつ、コア部１２と同一の材料からなる。コア部１２は、軟磁性体の材料が設けられていない部分である欠損部と、欠損部でない部分である残部１２６とを備える。ここで、欠損部は、たとえば、間隙部１２０に対応するものである。間隙部１２０には、切片１６および磁石１４が交換可能に嵌め込まれる。

このような構成によれば、外部電源などを用いずに、欠損部に交換可能に嵌め込まれた磁石１４によって、必要に応じてバイアス磁界を生じさせることができる。また、欠損部に切片１６が嵌め込まれることによって、バイアス磁界を生じさせない通常のカレントトランスとしても利用可能である。したがって、たとえば、被測定電流が一方向にしか流れない場合には、欠損部に磁石１４が嵌め込まれた状態で測定を行い、一方で、被測定電流が双方向に流れる場合には、欠損部から磁束が漏れないように切片１６を欠損部に嵌め込んだ状態で測定を行うことができる。また磁気特性の異なる複数の切片１６を用意することによって、コア部１２の磁気特性に応じて、欠損部に嵌め込む切片１６を変更することができる。また、磁石１４が欠損部から取り外し可能であるため、被測定電流の流れる向きに応じて、磁石１４を嵌め込む向きを変更することも可能である。

なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。

しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、カレントトランスは、磁力の異なる複数の磁石１４を備える。そして、切片１６および複数の磁石１４のうちの少なくとも１つが、間隙部１２０に交換可能に嵌め込まれる。このような構成によれば、間隙部１２０に嵌め込まれる磁石１４の磁力を異なるものにすることによって、コア部１２の内部に生じるバイアス磁界の強さを調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、欠損部は、コア部１２を一次側配線２４の周方向において分断する間隙部１２０である。そして、間隙部１２０には、切片１６および磁石１４が交換可能に嵌め込まれる。このような構成によれば、外部電源などを用いずに、間隙部１２０に交換可能に嵌め込まれた磁石１４によって、必要に応じてバイアス磁界を生じさせることができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、残部１２６Ｃの、間隙部１２０Ｃに対向する端部には、凹部１２１Ｃが形成される。そして、切片１６Ｃは、凹部１２１Ｃに対応する凸部１６０Ｃを有する。また、磁石１４Ｃは、凹部１２１Ｃに対応する凸部１４０Ｃを有する。このような構成によれば、切片１６Ｃまたは磁石１４Ｃが間隙部１２０Ｃに嵌め込まれた状態で確実に固定される。そのため、磁石１４Ｃが間隙部１２０Ｃに嵌め込まれた状態で被測定電流が流れた場合に生じる、磁石１４Ｃが形成する磁束と被測定電流に起因してコア部１２Ｃが形成する磁束との間の反発力によって、磁石１４Ｃが間隙部１２０Ｃから外れてしまうことを抑制することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、欠損部は、コア部１２Ａに形成された凹形状のザグリ部１２４である。そして、ザグリ部１２４には、切片１６Ａおよび磁石１４Ａが交換可能に嵌め込まれる。このような構成によれば、間隙部１２０に磁石１４が嵌め込まれる場合に比べて、生じるバイアス磁界が弱くなる。そのため、たとえば、コア部１２Ｅのように、間隙部１２０Ｅとザグリ部１２４Ｅとを双方有するコア部である場合に、間隙部１２０Ｅに嵌め込まれる磁石１４によって主たるバイアス磁界を生じさせつつ、ザグリ部１２４Ｅに嵌め込まれる磁石１４Ａによって弱いバイアス磁界を生じさせることによって、生じるバイアス磁界の強さを高い精度で調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、ザグリ部１２４Ｄの内周面には、ネジ溝が形成される。また、切片１６Ｄおよび磁石１４Ｄは、ネジ溝に対応するネジ山をそれぞれ有する。このような構成によれば、切片１６Ｄまたは磁石１４Ｄがザグリ部１２４Ｄに嵌め込まれた状態で確実に固定される。そのため、磁石１４Ｄがザグリ部１２４Ｄに嵌め込まれた状態で被測定電流が流れた場合に生じる、磁石１４Ｄが形成する磁束と被測定電流に起因してコア部１２Ｄが形成する磁束との間の反発力によって、磁石１４Ｄがザグリ部１２４Ｄから外れてしまうことを抑制することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、磁石１４Ａは、ザグリ部１２４内またはザグリ部１２４Ｅ内において回転可能である。また、磁石１４Ｄは、ザグリ部１２４Ｄ内において回転可能である。このような構成によれば、磁石の極の向き（すなわち、磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ線）をコア部の直径方向に沿う方向または交差する方向に向けることによって、当該磁石によって生じるバイアス磁界の強さを調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、磁石１４Ａは、ザグリ部１２４内またはザグリ部１２４Ｅ内において、コア部１２Ａの延びる方向と交差する方向を回転軸として回転可能である。また、磁石１４Ｄは、ザグリ部１２４Ｄ内においてコア部１２Ｄの延びる方向と交差する方向を回転軸として回転可能である。このような構成によれば、磁石の極の向きをコア部の直径方向に沿う方向または交差する方向に向けることによって、当該磁石によって生じるバイアス磁界の強さを調整することができる。

＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。

したがって、例示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。

さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。

また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。

また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。

また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。

１２，１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆコア部、１４，１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｄ磁石、１６，１６Ａ，１６Ｃ，１６Ｄ切片、１８二次側配線、２０出力端子、２２シャント抵抗、２４一次側配線、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ磁束、２８電流方向、３０ケーブル、３２入力端子、３４電源、３６制限抵抗、１２０，１２０Ｃ，１２０Ｅ間隙部、１２１Ｃ凹部、１２２配線孔、１２４，１２４Ｄ，１２４Ｅザグリ部、１２６，１２６Ａ，１２６Ｃ，１２６Ｄ，１２６Ｅ残部、１４０Ｃ，１６０Ｃ凸部。

Claims

一次側配線の周方向の少なくとも一部に沿って前記一次側配線を囲んで配置される、軟磁性体の材料からなるコア部と、
前記コア部の少なくとも一部に巻き付けられる二次側配線と、
前記二次側配線の両端に跨って接続されるシャント抵抗と、
前記コア部に取り付け可能であり、かつ、前記コア部の内部に磁界を生じさせる少なくとも１つの磁石と、
前記コア部に取り付け可能であり、かつ、前記コア部と同一の材料からなる切片とを備え、
前記コア部は、
前記軟磁性体の材料が設けられていない部分である欠損部と、
前記欠損部でない部分である残部とを備え、
前記切片および前記磁石は、前記欠損部の形状に対応する形状を有し、
前記欠損部には、前記切片および前記磁石が交換可能に嵌め込まれる、
磁界調整カレントトランス。
前記カレントトランスは、磁力の異なる複数の前記磁石を備え、
前記切片および複数の前記磁石のうちの少なくとも１つが、前記欠損部に交換可能に嵌め込まれる、
請求項１に記載の磁界調整カレントトランス。
前記欠損部は、前記コア部を前記一次側配線の周方向において分断する間隙部であり、
前記間隙部には、前記切片および前記磁石が交換可能に嵌め込まれる、
請求項１または請求項２に記載の磁界調整カレントトランス。
前記残部の、前記間隙部に対向する端部には、凹部が形成され、
前記切片および前記磁石は、前記凹部に対応する凸部をそれぞれ有する、
請求項３に記載の磁界調整カレントトランス。
前記欠損部は、前記コア部に形成された凹形状のザグリ部であり、
前記ザグリ部には、前記切片および前記磁石が交換可能に嵌め込まれる、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の磁界調整カレントトランス。
前記ザグリ部の内周面には、ネジ溝が形成され、
前記切片および前記磁石は、前記ネジ溝に対応するネジ山をそれぞれ有する、
請求項５に記載の磁界調整カレントトランス。
前記磁石は、前記ザグリ部内において回転可能である、
請求項５または請求項６に記載の磁界調整カレントトランス。
前記磁石は、前記ザグリ部内において、前記コア部の延びる方向と交差する方向を回転軸として回転可能である、
請求項５または請求項６に記載の磁界調整カレントトランス。