JP6855601B2 - 電流検知装置 - Google Patents

Description

本発明は電流検知装置に関する。

一般に、遮断器（Circuit Breaker）は回路を開閉する。ここで、遮断器は電源と負荷間の回路に配置される。また、遮断器は回路を接続又は遮断する。ここで、遮断器は回路に流れる電流を分析する。よって、回路の電流が正常電流であれば、遮断器は回路を接続する。それに対して、回路の電流が異常電流であれば、遮断器は回路を遮断する。

このために、このような遮断器は、回路の電流を検出するための電流検知装置を含む。

このような電流検知装置としては、一般的に変流器（Current Transformer）が多く用いられる。しかし、負荷電流が大きい大容量遮断器においては、変流器に鉄心が含まれるので、大電流で磁気飽和するという特性と鉄損により熱が発生するという問題があり、比較的非磁気飽和特性を有するロゴスキーコイルが用いられる。

このようなロゴスキーコイルを用いた従来技術による電流検知装置は、プラスチックなどの絶縁材からなり、回路を囲む空芯コア（air core）と、前記空芯コアに巻回され、前記回路の磁場により誘導される電流が流れるコイルとを含む。前記電流検知装置は、電磁気誘導現象に起因して、前記回路の周辺に形成される磁場により誘導される電圧信号に基づいて、前記回路に流れる電流量を算出する。

しかし、このような従来技術による電流検知装置は、均一な性能を確保できないという問題があった。すなわち、前記電流検知装置は、製作環境によって性能が異なる。これは、前記空芯コアに前記コイルを巻回するなどの製作工程が手動で行われるからである。よって、前記電流検知装置により算出された電流の信頼性が低く、遮断器の誤動作につながることがある。

また、従来技術による電流検知装置は、前記空芯コアを用いることから、定格電圧が低い場合に出力信号が数マイクロボルト（μＶ）にすぎないので、増幅回路部を備えなければならないという問題や、外部ノイズが混入すると出力信号を抽出することが困難であるという問題があった。

本発明の一目的は、製作工程において手動手順を最小限に抑えることのできる電流検知装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、均一な製品性能を確保することのできる電流検知装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、検出された電流検出信号の信頼性を向上させることのできる電流検知装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、本発明による電流検知装置が設置された遮断器の誤動作を防止することのできる電流検知装置を提供することにある。

本発明の上記目的を達成する本発明による電流検知装置は、一方向に積層される少なくとも２つのベース基板を含み、前記一方向に回路を貫通させる基板部と、前記ベース基板の少なくとも１つに形成され、前記回路を囲むコイル部と、前記ベース基板間で前記コイル部から離隔して配置され、前記回路を囲むコア部とを含んでもよい。

本発明の好ましい一態様において、前記コイル部は、前記回路で形成される磁場の一部を相殺するように構成される第１コイル部と、相殺されずに残った前記磁場から誘導される電流を発生するように構成される第２コイル部とを含んでもよい。

本発明の好ましい他の態様において、前記電流検知装置は、前記磁場の一部を補償するための補償電流を前記第２コイル部に供給するように構成される補償部をさらに含んでもよい。

本発明の好ましいさらに他の態様において、前記第２コイル部は、前記誘導される電流と前記補償電流に対応する電圧を出力するように構成されてもよい。

本発明の好ましいさらに他の態様において、前記電流検知装置は、前記第１コイル部を駆動するための電源電流を供給するように構成される発振部と、前記電圧に基づいて、前記回路に流れる電流を算出するように構成される算出部とをさらに含んでもよい。

本発明の好ましい態様によれば、コア及びコイルプリント基板のアセンブリを基板部にコイル部が形成された構造に製造するので、コア及びコイルプリント基板のアセンブリを容易に製造することができる。

ここで、コア及びコイルプリント基板のアセンブリがコア部を含むので、コア部が回路からコア及びコイルプリント基板のアセンブリに印加される磁場を強化することができる。

また、電流検知装置が回路で形成される磁場の一部を相殺してそれを補償電流で補償するので、磁場による飽和を防止することができる。よって、電流検知装置の製作工程において手動手順を最小限に抑えながらも、電流検知装置の均一な性能を確保することができる。

よって、電流検知装置により検出された電流検出信号（電流検出データ）の信頼性を向上させることができる。また、遮断器において電流検出信号による誤動作を防止することができる。

本発明による電流検知装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明による電流検知装置の電流センサの物理的構成を組立状態で示す斜視図である。 図２に示す電流センサの組立体を分解して示す分解斜視図である。 本発明による電流検知装置の主要部である電流センサにおけるコア及びコイルプリント基板のアセンブリを示す平面図である。 図４のアセンブリの背面を示す、コア及びコイルプリント基板のアセンブリの背面図である。 本発明の第１実施形態による電流検知装置の電気的構成を示すブロック図である。 図４のコア及びコイルプリント基板のアセンブリの一部を切り欠いて内部構成を示す部分切欠斜視図である。 本発明の第１実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリの内部構成を示す、図７のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の第２実施形態による電流検知装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による電流検知装置におけるコア及びコイルプリント基板のアセンブリの一部を切り欠いて内部構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による電流検知装置におけるコア及びコイルプリント基板のアセンブリの一部を切り欠いて内部構成を示す断面図である。

以下、本発明の様々な実施形態について添付図面を参照して説明する。しかし、これは本文書に記載される技術を特定の実施形態に限定するものではなく、様々な変更、均等物及び／又は代替物を含むものと理解されるべきである。図面の説明において、類似の構成要素については類似の符号を付す。

本文書において、「有する」、「有してもよい」、「含む」、「含んでもよい」などの表現は、その特徴（例えば、数値、機能、動作又は部品などの構成要素）の存在を示すものであり、さらなる特徴の存在を排除するものではない。

本文書において用いられる「第１」、「第２」などの表現は、様々な構成要素を順序及び／又は重要性に関係なく修飾するものであり、１つの構成要素を他の構成要素と区分するために用いられるだけであり、当該構成要素を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態による電流検知装置１００の電気的構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態による電流検知装置１００は、回路１０に配置されてもよい。ここで、回路１０は、電力系統（グリッド）の電力回路であってもよい。なお、回路１０は電源２０と負荷３０とを接続し、回路１０を通して電流が電源２０から負荷３０に流れる。ここでは、回路１０に流れる電流を１次電流と定義する。このような電流検知装置１００は、電流センサ１１０と、制御部１６０とを含んでもよい。

電流センサ１１０は、１次電流に基づいて、２次電流を検出するようにしてもよい。ここで、回路１０に１次電流が流れることにより、回路１０を中心に磁場が形成される。よって、電流センサ１１０に磁場が印加される。また、電流センサ１１０は、磁場に対応して、２次電流を検出するようにしてもよい。ここで、電流センサ１１０は、電磁気誘導現象により、磁場から２次電流を発生するようにしてもよい。つまり、磁場から誘導される電流を２次電流と定義する。

制御部１６０は、２次電流に基づいて、１次電流を算出するようにしてもよい。ここで、制御部１６０は、２次電流に基づいて、電圧を検出するようにしてもよい。また、制御部１６０は、電圧から１次電流を算出するようにしてもよい。ここで、制御部１６０は、電流センサ１１０のパラメータを予め保存しておき、それを用いて１次電流を算出するようにしてもよい。

図２は本発明の好ましい実施形態による電流センサ１１０を示す斜視図であり、図３は本発明の好ましい実施形態による電流センサ１１０を分解して示す分解斜視図である。また、図４は本発明の好ましい実施形態による電流センサ１１０におけるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０を示す平面図であり、図５は本発明の好ましい実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０を示す背面図である。

図２及び図３に示すように、本発明の好ましい実施形態による電流センサ１１０は、電源部２２０と、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０と、絶縁部材２４０と、筐体２５０とを含んでもよい。ここで、回路１０が電流センサ１１０を一方向に貫通するようにしてもよい。ここで、電源部２２０、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、並びに絶縁部材２４０が一方向に互いに平行に配置されて積層されるようにしてもよい。

電源部２２０は、電力変流器（power current transformer; power CT）で構成されてもよい。よって、電源部２２０は、鉄心と、前記鉄心に巻回される２次巻線とを含んでもよい。

電源部２２０の鉄心は、回路１０の貫通を許容するようにしてもよい。すなわち、電源部２２０は、回路１０を囲んで配置されるようにしてもよい。こうすることにより、回路１０で形成される磁場を電源部２２０に印加することができる。ここで、電源部２２０は、予め定められたパラメータを用いて、前記磁場により誘導される電流に基づいて、電源電流を発生するようにしてもよい。また、電源部２２０は、前記電源電流を制御部１６０に供給するようにしてもよい。よって、制御部１６０は、電源部２２０から供給される電源電流を消費して動作することができる。

コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、一方向に回路１０を貫通させるようにしてもよい。また、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、回路１０を囲むようにしてもよい。こうすることにより、回路１０に流れる電流により形成される磁場をコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０に印加することができる。ここで、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、回路１０に流れる電流量に比例して、前記磁場により誘導される２次電流を発生するようにしてもよい。また、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、２次電流を制御部１６０に送るようにしてもよい。よって、制御部１６０は、２次電流に基づいて、回路１０に流れる電流量を示す１次電流（すなわち、１次電流量）を算出することができる。例えば、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、コアとコイルプリント基板（printed circuit board of coil; PCB of coil）の組立体（アセンブリ）で構成されてもよい。ここで、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、例えば円形又は多角形のリング状に形成されてもよい。様々な実施形態において、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、図４及び図５に示すように、基板部４１０と、コイル部４２０と、コア部４３０とを含んでもよい。

基板部４１０は、コイル部４２０とコア部４３０を支持するようにしてもよい。ここで、基板部４１０は、電気絶縁性材料で形成されてもよい。また、基板部４１０は、平板構造に形成されてもよい。例えば、基板部４１０は、単層で形成されてもよく、多層で形成されてもよい。また、基板部４１０は、一方向に回路１０が貫通できるように、中央に貫通口部が備えられてもよい。ここで、基板部４１０の表面は、前記一方向に対する垂直な平面と規定される。このような基板部４１０は、遮蔽部（図示せず）を含んでもよい。前記遮蔽部は、基板部４１０においてコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０を外部のノイズから遮蔽するようにしてもよい。このために、前記遮蔽部は、基板４１０の側面に塗布されるようにしてもよく、また、接地されるようにしてもよい。前記遮蔽部は、銅及び／又は鉛のコーティング膜からなるようにしてもよい。

コイル部４２０は、前記印加される磁場から前記２次電流を発生するようにしてもよい。このために、コイル部４２０は、基板部４１０の上面及び下面にそれぞれ所定の長さを有するように直線状に形成される複数の導電パッドを含んでもよい。ここで、コイル部４２０は、回路１０を囲むようにしてもよい。また、コイル部４２０は、基板部４１０の表面に形成されてもよく、また、基板部４１０を貫通するように形成されてもよい。このようなコイル部４２０は、複数の導電パッド部４２２と、複数の連結部（ビアホール部ともいう。）４２３とを含んでもよい。複数の導電パッド部４２２は、基板部４１０の上面及び／又は下面に形成されてもよい。複数の連結部４２３は、それぞれ基板部４１０の上面及び下面の対応する一対の導電パッド部４２２を互いに機械的及び電気的に接続するようにしてもよい。

コア部４３０は、回路１０の周囲に形成される磁場が移動する磁気通路として機能するようにしてもよい。このために、コア部４３０は、基板部４１０に取り付けられるようにしてもよい。ここで、コア部４３０は、回路１０を囲むようにしてもよい。また、コア部４３０は、コイル部４２０から離隔して配置されるようにしてもよい。すなわち、コア部４３０は、コイル部４２０に接触しないようにしてもよい。好ましい実施形態において、コア部４３０は、厚さが０．１〜０．５ｍｍと薄く、空気より透磁率の高い鉄心で構成されてもよい。本発明においては、コア部４３０が透磁率の高い鉄心で構成されるので、空芯コアで構成された場合の数マイクロボルトにすぎない微小な誘導電圧に比べて大きい電圧（例えば、数ミリボルト以上）がコイル部４２０に誘導されることから、微小な検出信号を増幅するための増幅回路を必要としない。

また、コア部４３０は、例えば円形又は多角形のリング状に形成されてもよい。このようなコア部４３０にコイル部４２０を巻回して構成してもよい。すなわち、コア部４３０は、基板部４１０の上面及び下面の導電パッド部４２２間で、導電パッド部４２２の内側領域に配置されてもよい。例えば、複数の連結部４２３が基板部４１０の上面及び下面の導電パッド部４２２の両端部を連結する場合、コア部４３０は複数対の連結部４２３間に配置される。

絶縁部材２４０は、電源部２２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０間に配置されてもよい。よって、絶縁部材２４０は、電源部２２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０とを電気的に隔離させることができる。ここで、絶縁部材２４０は、絶縁性材料で形成されてもよい。また、絶縁部材２４０は、前記一方向に回路１０の貫通を許容するようにしてもよい。さらに、絶縁部材２４０は、回路１０を囲むようにしてもよい。

筐体２５０は、電源部２２０、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、並びに絶縁部材２４０を収容するようにしてもよい。また、筐体２５０は、電源部２２０、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、並びに絶縁部材２４０を支持するようにしてもよい。さらに、筐体２５０は、前記一方向に回路１０の貫通を許容するようにしてもよい。このような筐体２５０は、第１筐体２５１と、第２筐体２５３とを含んでもよい。第１筐体２５１は電源２０に対向して配置され、第２筐体２５３は負荷２０に対向して配置されるようにしてもよい。また、第１筐体２５１と第２筐体２５３とは一方向に結合されてもよい。ここで、第１筐体２５１と第２筐体２５３とは、電源部２２０、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、並びに絶縁部材２４０の外側領域で締結されてもよい。

様々な実施形態において、回路１０を通して１次電流が電源２０から負荷３０に流れる。よって、前記１次電流に基づいて、回路１０を中心に磁場が形成される。ここで、前記磁場は、電流センサ１１０の電源部２２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０に印加される。ここで、前記磁場は、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０のコイル部４２０に印加される。電源部２２０は、前記磁場から電源電流を発生し、制御部１６０に供給するようにしてもよい。コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０は、前記磁場から２次電流を発生し、前記２次電流に対応する電圧を制御部１６０に出力するようにしてもよい。ここで、コア部４３０は、コイル部４２０に印加される磁場の磁気移動経路を形成するようにしてもよい。よって、制御部１６０は、前記電源電流により動作し、電圧に基づいて前記１次電流の量を算出することができる。

図６は本発明の第１実施形態による電流検知装置の電気的構成を示すブロック図である。

図６に示すように、第１実施形態による電流検知装置６００は、電流センサ６１０と、制御部６６０とを含んでもよい。ここで、回路１０は電源２０と負荷３０を接続し、回路１０を通して電流が電源２０から負荷３０に流れる。ここでは、回路１０に流れる電流を１次電流と定義する。

電流センサ６１０は、電源部６２０と、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０とを含んでもよい。ここで、電源部６２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、一方向に互いに平行に配置されるようにしてもよい。また、電源部６２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、一方向に回路１０を貫通させるようにしてもよい。さらに、電源部６２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、回路１０を囲むようにしてもよい。こうすることにより、回路１０で形成される磁場を電源部６２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０に印加することができる。電源部６２０は、前記磁場から電源電流を発生し、制御部６６０に供給するようにしてもよい。コア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、前記磁場から２次電流を発生するようにしてもよい。第１実施形態において、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、電流検出信号を電圧信号として供給する負担負荷６３５を含んでもよい。負担負荷６３５は、前記２次電流に応じて負担負荷６３５の両端に形成される電圧を電流測定のための入力信号として前記制御部に印加するようにしてもよい。ここで、負担負荷６３５は、予め定められた抵抗値を有する抵抗又はコンデンサで構成されてもよい。

制御部６６０は、電源部６２０の電源電流を用いて動作するようにしてもよい。また、制御部６６０は、前記２次電流に基づいて、回路１０に流れる１次電流の量を算出するようにしてもよい。第１実施形態において、制御部６６０は、信号処理部６８０と、算出部６９０とを含んでもよい。

信号処理部６８０は、電流センサ６１０から出力される２次電流のアナログ検出信号をデジタル信号に変換するようにしてもよい。

算出部６９０は、前記２次電流のデジタル信号に基づいて、回路１０に流れる前記１次電流の量を算出するようにしてもよい。すなわち、算出部６９０は、前記２次電流に対応するデジタル電圧信号に基づいて、前記１次電流を算出するようにしてもよい。ここで、制御部６６０は、電流センサ６１０のパラメータを予め保存しておき、算出部６９０は、それを用いて１次電流を算出するようにしてもよい。一方、制御部６６０は、前記デジタル電圧信号が示す電圧と前記１次電流の量とをマッピングして保存しておき、算出部６９０は、前記電圧に対応する１次電流を選択して当該１次電流の量（値）を出力するようにしてもよい。

図７は図４のコア及びコイルプリント基板のアセンブリの一部を切り欠いて内部構成を示す部分切欠斜視図である。また、図８は本発明の好ましい一実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０の内部構成を示す断面図である。ここで、図８は図７のＡ−Ａ’線に沿って切断された断面を示す。

図７及び図８に示すように、本発明の好ましい一実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、基板部７１０と、コイル部７２０と、コア部７３０とを含んでもよい。ここで、図７はコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０の一部領域で基板部７１０とコイル部７２０が除去された状態を示す。例えば、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０は、プリント基板で構成されてもよい。

基板部７１０は、コイル部７２０とコア部７３０を支持するようにしてもよい。ここで、基板部７１０は、電気絶縁性材料で形成されてもよい。このような基板部７１０は、複数のベース基板７１１、７１３を含んでもよい。ベース基板７１１、７１３は、一方向に積層されてもよい。ここで、それぞれのベース基板７１１、７１３は、平板構造に形成されてもよい。例えば、それぞれのベース基板７１１、７１３は、単層で形成されてもよく、多層で形成されてもよい。このようなベース基板７１１、７１３は、第１ベース基板７１１と、第１ベース基板７１１の両面（図７における上面及び下面）に取り付けられる第２ベース基板７１３とを含んでもよい。

コイル部７２０は、印加される磁場から２次電流を発生するようにしてもよい。このために、コイル部７２０を基板部７１０に取り付けてもよい。ここで、コイル部７２０は、例えば銅などの導電性材料で形成されてもよい。このようなコイル部７２０は、複数の導電パッド部７２２と、複数の連結部７２３とを含んでもよい。導電パッド部７２２は、基板部７１０の表面に装着（印刷）されてもよい。ここで、導電パッド部７２２は、第２ベース基板７１３において第１ベース基板７１１の反対側に取り付けられてもよい。連結部７２３は、基板部７１０を貫通するようにしてもよい。また、連結部７２３は、図８において、上方のベース基板７１３の対応する導電パッド部７２２と下方のベース基板７１３の対応する導電パッド部とを連結するようにしてもよい。ここで、連結部７２３は、第１ベース基板７１１と第２ベース基板７１３を貫通するようにしてもよい。例えば、いずれか２つの連結部７２３が、基板部７１０の一面でいずれか一方の導電パッド部７２２の両端部にそれぞれ連結され、基板部７１０の他面で他方の導電パッド部７２２の両端部にそれぞれ連結されるようにしてもよい。

本発明の好ましい一態様において、コア部７３０は、鉄心で構成され、コイル部７２０に印加される磁場を強化するようにしてもよい。よって、コア部７３０は、空芯コアで構成された場合に比べて大きい誘導電圧をコイル部７２０に発生させることができ、よって、誘導電圧を増幅するための増幅回路部を必要としない。このために、コア部７３０を基板部７１０に取り付けてもよい。また、コア部７３０は、例えばリング状に形成されてもよい。ここで、コア部７３０は、基板部７１０の内側領域に挿入されてもよい。ここで、図７に示すように、コア部７３０は、第１ベース基板７１１を貫通するようにしてもよい。よって、コア部７３０は、第２ベース基板７１３を境界として導電パッド部７２２から離隔され、第１ベース基板７１１と第２ベース基板７１３を境界として連結部７２３から離隔される。

図９は本発明の第２実施形態による電流検知装置の電気的構成を示すブロック図である。

図９に示すように、本発明の第２実施形態による電流検知装置９００は、電流センサ９１０と、制御部９６０とを含んでもよい。ここで、回路１０は電源２０と負荷３０を接続し、回路１０を通して電流が電源２０から負荷３０に流れる。ここでは、回路１０に流れる電流を１次電流と定義する。また、前記１次電流に基づいて回路１０で形成される磁場を第１磁場と定義する。

電流センサ９１０は、電源部９２０と、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０とを含んでもよい。ここで、電源部９２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、一方向に互いに平行に配置されて積層されるようにしてもよい。また、電源部９２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、前記一方向に回路１０を貫通させるようにしてもよい。さらに、電源部９２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、回路１０を囲むようにしてもよい。こうすることにより、第１磁場を電源部９２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０に印加することができる。電源部９２０は、前記第１磁場から電源電流を発生し、制御部９６０に供給するようにしてもよい。コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、前記第１磁場から誘導される電圧により２次電流を発生するようにしてもよい。第２実施形態において、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、第１コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（以下、第１アセンブリという。）９３１と、第２コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（以下、第２アセンブリという。）９３３とを含んでもよい。

第１アセンブリ９３１は、制御部９６０から供給される電源電流に基づいて、第２磁場を発生するようにしてもよい。こうすることにより、第１磁場の一部が第２磁場により相殺される。

第２アセンブリ９３３は、相殺されずに残った第１磁場から誘導される電流と制御部９６０から供給される補償電流に基づいて、２次電流を発生するようにしてもよい。このような第２アセンブリ９３３は、負担負荷９３５を含んでもよい。負担負荷９３５は、前記２次電流に応じて負担負荷９３５の両端に形成される電圧を電流測定のための入力信号として制御部９６０に印加するようにしてもよい。ここで、負担負荷９３５は、予め定められた抵抗値を有する抵抗又はコンデンサで構成されてもよい。

制御部９６０は、電源部９２０の電源電流を用いて動作するようにしてもよい。また、制御部９６０は、前記２次電流に基づいて、回路１０に流れる１次電流を算出するようにしてもよい。第２実施形態において、制御部９６０は、補償部９７０と、信号処理部９８０と、算出部９９０とを含んでもよい。

補償部９７０は、電流センサ９１０に補償電流を供給するようにしてもよい。このような補償部９７０は、発振部９７１と、比較部９７３と、フィードバック制御部９７５とを含んでもよい。発振部９７１は、第１アセンブリ９３１に電源電流を供給するようにしてもよい。

ここで、発振部９７１は、回路１０に流れる１次電流との位相差が１８０°である前記電源電流として三角波又は矩形波を発生し、第１アセンブリ９３１に印加するようにしてもよい。これは、前記１次電流により形成される磁場とは反対方向の磁場を前記電源電流により発生し、互いに部分的に相殺されるようにするためである。

発振部９７１から出力される電源電流により第１アセンブリ９３１から発生する前記第２磁場は、回路１０に流れる１次電流により発生する前記第１磁場を少なくとも部分的に相殺することができる。このような部分的相殺は回路１０に流れる１次電流の量に対応する電流センサ９１０の出力電圧を減少させるので、それに対する補償が必要である。

比較部９７３は、第１磁場の一部を補償するための補償電流を決定するようにしてもよい。ここで、比較部９７３は、電流センサ９１０から出力される現在の出力電圧と以前の出力電圧とを比較し、対応する補償電流を決定するようにしてもよい。ここで、比較部９７３は、電流センサ９１０から出力される現在の出力電圧と以前の出力電圧とを比較し、現在の出力電圧と以前の出力電圧との差値に対応する補償電流の出力をフィードバック制御部９７５に要求するようにしてもよい。

フィードバック制御部９７５は、比較部９７３の要求に応答して、前記対応する補償電流を第２アセンブリ９３３に供給するようにしてもよい。

信号処理部９８０は、電流センサ９１０から出力される出力電圧としてのアナログ電圧信号をデジタル信号に変換するようにしてもよい。ここで、信号処理部９８０は、前記デジタル信号に変換された前記電圧信号を算出部９９０に出力するようにしてもよい。

算出部９９０は、前記電圧信号としてのデジタル信号に基づいて、回路１０に流れる１次電流の量を算出するようにしてもよい。ここで、制御部９６０は、電流センサ９１０のパラメータを予め保存しておき、算出部９９０は、それを用いて前記１次電流の量（値）を出力するようにしてもよい。すなわち、制御部９６０は、前記デジタル信号の電圧値と前記１次電流の値とをマッピングして保存しておき、算出部９９０は、前記電圧値に対応する前記１次電流の値を選択することにより前記算出を行うようにしてもよい。

図１０は第２実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０の内部構成を示す断面図である。

図１０に示すように、第２実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、基板部１０１０と、コイル部１０２０と、コア部１０３０とを含んでもよい。

基板部１０１０は、コイル部１０２０とコア部１０３０を支持するようにしてもよい。ここで、基板部１０１０は、電気絶縁性材料で形成されてもよい。このような基板部１０１０は、複数のベース基板１０１１、１０１３、１０１５を含んでもよい。ベース基板１０１１、１０１３、１０１５は、一方向に積層されてもよい。ここで、それぞれのベース基板１０１１、１０１３、１０１５は、平板構造に形成されてもよい。例えば、それぞれのベース基板１０１１、１０１３、１０１５は、単層で形成されてもよく、多層で形成されてもよい。このようなベース基板１０１１、１０１３、１０１５は、第１ベース基板１０１１と、第１ベース基板１０１１の両面（図１０における上面及び下面）に取り付けられる第２ベース基板１０１３と、第２ベース基板１０１３にそれぞれ取り付けられる第３ベース基板１０１５とを含んでもよい。

コイル部１０２０は、印加される磁場から２次電流を発生するようにしてもよい。このために、コイル部１０２０を基板部１０１０に取り付けてもよい。ここで、コイル部１０２０は、例えば銅などの導電性材料で形成されてもよい。このようなコイル部１０２０は、第１コイル部１０２１と、第２コイル部１０２５とを含んでもよい。ここで、第１コイル部１０２１が図９の第１アセンブリ９３１のコイル部（２次巻線）の機能を果たし、第２コイル部１０２５が図９の第２アセンブリ９３３のコイル部（２次巻線）の機能を果たすようにしてもよい。

第１コイル部１０２１は、複数の第１導電パッド部１０２２と、複数の第１連結部（第１ビアホール部ともいう。）１０２３とを含んでもよい。第１導電パッド部１０２２は、第２ベース基板１０１３の表面に装着（印刷）されてもよい。ここで、第１導電パッド部１０２２は、第２ベース基板１０１３と第３ベース基板１０１５間に配置されてもよい。第１連結部１０２３は、第１ベース基板１０１１と第２ベース基板１０１３を貫通するようにしてもよい。また、第１連結部１０２３は、第１導電パッド部１０２２同士を連結するようにしてもよい。例えば、いずれか２つの第１連結部１０２３が、第２ベース基板１０１３（とりわけ、２つの第２ベース基板のうち上方の第２ベース基板）の一面（図１０における上面）でいずれか一方の第１導電パッド部１０２２の両端部にそれぞれ連結され、第２ベース基板１０１３（とりわけ、２つの第２ベース基板のうち下方の第２ベース基板）の他面（図１０における下面）で他方の第１導電パッド部１０２２の両端部にそれぞれ連結されるようにしてもよい。

第２コイル部１０２５は、複数の第２導電パッド部１０２６（具体的な構成については図７の符号７２２を参照。）と、複数の第２連結部１０２７（具体的な構成については図７の符号７２３を参照。）とを含んでもよい。第２導電パッド部１０２６は、第３ベース基板１０１５の表面に装着（印刷）されてもよい。第２連結部１０２７は、第１ベース基板１０１１、第２ベース基板１０１３及び第３ベース基板１０１５を貫通するようにしてもよい。また、第２連結部１０２７は、第２導電パッド部１０２６同士を連結するようにしてもよい。例えば、いずれか２つの第２連結部１０２７が、第３ベース基板１０１５（図１０における２つの第３ベース基板のうち上方の第３ベース基板）の一面（図１０における上面）でいずれか一方の第２導電パッド部１０２６の両端部にそれぞれ連結され、第３ベース基板１０１５（図１０における２つの第３ベース基板のうち下方の第３ベース基板）の他面（図１０における下面）で対応する他方の第２導電パッド部１０２６の両端部にそれぞれ連結されるようにしてもよい。

コア部１０３０は、鉄心で構成され、コイル部１０２０に印加される磁場を強化するようにしてもよい。よって、コア部１０３０は、空芯コアで構成された場合に比べて、信号の増幅を必要としない比較的大きい誘導電圧をコイル部１０２０に発生させることができる。このために、コア部１０３０を基板部１０１０に取り付けてもよい。また、コア部１０３０は、例えばリング状に形成されてもよい。ここで、コア部１０３０は、基板部１０１０の内側領域に挿入されてもよい。ここで、コア部１０３０は、第１ベース基板１０１１を貫通するようにしてもよい。

図１１は第３実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０を示す断面図である。

図１１に示すように、第３実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、第１コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（以下、第１アセンブリという。）９３１と、第２コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（以下、第２アセンブリという。）９３３と、隔離部１１８０とを含んでもよい。例えば、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３は、それぞれのプリント基板で構成されてもよい。

第１アセンブリ９３１は、第１基板部１１１０と、第１コイル部１１２０と、第１コア部１１３０とを含んでもよい。第１基板部１１１０は、ベース基板１１１１、１１１３を含み、第１コイル部１１２０は、複数の第１導電パッド部１１２２と、複数の第１連結部１１２３とを含んでもよい。第２アセンブリ９３３は、第２基板部１１５０と、第２コイル部１１６０と、第２コア部１１７０とを含んでもよい。第２基板部１１５０は、ベース基板１１５１、１１５３を含み、第２コイル部１１６０は、複数の第２導電パッド部１１６２と、複数の第２連結部１１６３とを含んでもよい。ここで、第３実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０において、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３は、第１実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０と同様であるので、詳細な説明を省略する。

隔離部１１８０は、第１コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３１と第２コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３３間に配置されてもよい。また、隔離部１１８０は、第１アセンブリ９３１と第２アセンブリ９３３とを隔離させるようにしてもよい。好ましい態様において、隔離部１１８０は、電気絶縁性を有する材料で形成されてもよい。

第３実施形態において、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、さらなるコア部（図示せず）と、さらなる隔離部（図示せず）とをさらに含んでもよい。さらなるコア部は、第１基板部１１１０と第２基板部１１５０間に配置されてもよい。ここで、第１アセンブリ９３１は、第１コア部１１３０を含まないようにしてもよく、また、第２アセンブリ９３３は、第２コア部１１７０を含まないようにしてもよい。さらなる隔離部は、第１アセンブリ９３１とさらなるコア部間、及びさらなるコア部と第２アセンブリ９３３間に配置されてもよい。さらなる隔離部は、第１アセンブリ９３１とさらなるコア部の接触、及びさらなるコア部と第２アセンブリ９３３の接触を防止する。

以下、図９に示す本発明の第２実施形態による電流検知装置の動作について簡単に説明する。

図９に示すように、１次電流が回路１０を通して電源２０から負荷３０に流れる。よって、１次電流に基づいて、回路１０を中心に第１磁場が形成される。このとき、第１磁場は、電流センサ９１０の電源部９２０とコア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０に印加される。電源部９２０は、第１磁場から誘導される電源電流を制御部９６０に供給する。制御部９６０は、前記電源電流を第１アセンブリ９３１に供給する。第１アセンブリ９３１は、前記電源電流に基づいて第２磁場を発生する。よって、第２磁場により第１磁場の一部が相殺される。また、相殺されずに残った第１磁場は、第２アセンブリ９３３に印加される。制御部９６０は、第１磁場の一部を補償するための補償電流を第２アセンブリ９３３に供給する。よって、第２アセンブリ９３３は、相殺されずに残った第１磁場から誘導される電流と補償電流に基づいて、２次電流を発生する。ここで、第２アセンブリ９３３は、前記２次電流に対応する電圧を制御部９６０に出力する。よって、制御部９６０は、前記電圧に基づいて１次電流を算出する。

一方、前述したように、他の実施形態において、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ９３０は、第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（図示せず）と、さらなる隔離部（図示せず）とをさらに含んでもよい。このような第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリ（図示せず）は、直流回路の正極及び負極のいずれか一方の電流を検知し、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３は、直流回路の正極及び負極の他方の電流を検知するようにしてもよい。よって、電流検知装置の電流センサ９１０は直流回路の電流量を検出することができる。このために、第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリは、発振回路を含んでもよい。例えば、第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリは、プリント基板で構成されてもよい。ここで、第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリは、第１実施形態によるコア及びコイルプリント基板のアセンブリ６３０と同様に構成されてもよい。また、第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリは、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３の少なくとも一方に積層されてもよい。さらなる隔離部は、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３の少なくとも一方と第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリ間に配置されてもよい。また、さらなる隔離部は、第１アセンブリ９３１及び第２アセンブリ９３３の少なくとも一方と第３コア及びコイルプリント基板のアセンブリとを隔離させるようにしてもよい。ここで、さらなる隔離部は、電気絶縁性を有する材料で形成されてもよい。

本発明の実施形態によれば、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、６３０、９３０が、基板部４１０、７１０、１０１０、１１１０、１１５０にコイル部４２０、７２０、１０２０、１１２０、１１６０が印刷されて形成された構造に製造される。よって、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、６３０、９３０を製造機械により自動で製造することができ、電流センサの特性が均一になる。ここで、コア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、６３０、９３０が透磁率の高い鉄心で構成されるコア部４３０、７３０、１０３０、１１３０、１１７０を含むので、コア部４３０、７３０、１０３０、１１３０、１１７０が回路１０からコア及びコイルプリント基板のアセンブリ２３０、６３０、９３０に印加される磁場を強化することができ、空芯コアを用いた構成に比べて大きい誘導電圧が得られる。よって、電流検出信号（電流センサから最終出力される電圧信号）を増幅するための増幅回路部を必要とせず、外部ノイズの混入があっても電流検出信号を分離することが容易である。また、電流検知装置１００、６００、９００が回路１０で形成される磁場の一部を相殺してそれを補償電流で補償することにより、磁気飽和を防止することができる。

前述した本発明の特徴によれば、電流検知装置１００、６００、９００の製作工程において手動手順が最小限に抑えられながらも、電流検知装置１００、６００、９００の均一な性能を確保することができる。よって、電流検知装置１００、６００、９００により算出された電流の信頼性が向上する。また、遮断器において、電流検知装置１００、６００、９００の出力信号に基づく、例えば電力回路の監視及び制御、遮断器の遮断動作などにおける誤動作を防止することができる。

本文書で用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであり、他の実施形態の範囲を限定するものではない。単数の表現には、特に断らない限り複数の表現が含まれる。技術的な用語や科学的な用語を含めてここで用いられる用語は、本文書に記載されている技術の分野における通常の知識を有する者に一般的に理解される意味と同一の意味を有する。本文書で用いられる用語のうち、一般的な辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈上の意味と同一又は類似の意味を有するものと解釈されるべきであり、特に断らない限り、理想的又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではない。場合によっては、本文書で定義している用語であっても、本文書の実施形態を排除するように解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. 回路に流れる電流を検出するための電流検知装置において、
   一方向に積層される少なくとも２つのベース基板を含み、前記一方向に回路を貫通させる基板部と、
   前記ベース基板の少なくとも１つに形成され、前記回路を囲むコイル部と、
   前記ベース基板間で前記コイル部から離隔して配置され、前記回路を囲むコア部とを含み、
   前記コイル部は、
   前記回路で形成される磁場の一部を相殺するように構成される第１コイル部と、
   前記磁場のうち、相殺されずに残った部分から誘導される電流を発生するように構成される第２コイル部とを含み、
   前記電流検知装置は、
   相殺された前記磁場の前記一部を補償するための補償電流を前記第２コイル部に供給するように構成される補償部をさらに含み、
   前記第２コイル部は、
   前記誘導される電流と前記補償電流に対応する電圧を出力するように構成されることを特徴とする電流検知装置。
2. 前記第１コイル部を駆動するための電源電流を供給するように構成される発振部と、
   前記電圧に基づいて、前記回路に流れる電流を算出するように構成される算出部とをさらに含む、請求項１に記載の電流検知装置。
3. 前記基板部は、
   前記第１コイル部が形成される第１基板部と、
   前記第１基板部に積層され、前記第２コイル部が形成される第２基板部とを含む、請求項１に記載の電流検知装置。
4. 前記コア部は、
   前記第１基板部に挿入される第１コア部と、
   前記第２基板部に挿入される第２コア部とを含む、請求項３に記載の電流検知装置。
5. 前記コア部は、前記第１基板部と前記第２基板部間に配置される、請求項３に記載の電流検知装置。
6. 前記基板部は、
   前記コア部が挿入される第１ベース基板と、
   前記第１ベース基板の両面にそれぞれ取り付けられ、前記第１コイル部が形成される第２ベース基板と、
   前記第２ベース基板にそれぞれ取り付けられ、前記第２コイル部が形成される第３ベース基板とを含む、請求項１に記載の電流検知装置。
7. 前記コイル部は、
   前記ベース基板において前記一方向に対する垂直面と規定される表面のうち少なくとも２つに形成される複数の導電パッド部と、
   前記ベース基板の少なくとも１つを前記一方向に貫通し、前記導電パッド部同士を連結する複数の連結部とを含む、請求項１に記載の電流検知装置。
8. 前記コア部は、
   前記各導電パッド部の両端部間で、前記導電パッド部の内側領域に対応して配置される、請求項７に記載の電流検知装置。

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