JP7370164B2 - Current sensor and energy meter - Google Patents

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Description

本発明は、簡易な構成で発熱による異常を検出することができる電流センサ及び電力量計に関する。 The present invention relates to a current sensor and a power meter that can detect abnormalities due to heat generation with a simple configuration.

従来、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や、集磁コアのギャップ部に、巻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をもつ構成などがある。特に、集磁コアのギャップ部に、基板上にホール素子などの磁電変換素子やコイルパターンを形成した素子を配置する方法は、測定対象である一次電流が流れる回路とは電気的に分離されているため、一次電流側の回路に影響を与えることなく、精度よく電流を計測可能な点で優れている。さら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、部品点数が少なく製造が容易となる特徴を有する(特許文献1参照)。 Conventionally used current sensors include a current transformer (CT), a configuration in which a magnetoelectric conversion element such as a Hall element is placed in the gap of the magnetic collecting core, There are configurations that include a wire-wound coil or an element with a coil pattern formed on a dielectric substrate. In particular, the method of arranging a magnetoelectric conversion element such as a Hall element or an element with a coil pattern formed on a substrate in the gap of the magnetic collecting core is electrically separated from the circuit through which the primary current flows, which is the object of measurement. This makes it possible to measure current accurately without affecting the circuit on the primary current side. Furthermore, the method of arranging elements formed with coil patterns has excellent linearity and temperature characteristics, and has a feature that the number of parts is small and manufacturing is easy (see Patent Document 1).

特許文献1に記載された電流センサは、環状の集磁コアの中央開口部に電流バーを通し、集磁コアのギャップ部にコイルパターンが施された基板を配置するものである。電流バーに電流が流れると、電流路の周辺には、電流バーに流れる電流の大きさに比例する磁束が発生する。発生した磁束は、集磁コアによって集磁される。電流が周期的電流である場合、その周期に応じて発生する磁束も周期的に変化する。これにより、コイルパターンをもつ検出コイルには、電流の大きさ及び周波数に応じた誘導電圧が発生し、この誘導電圧を電流バーに流れる電流の検出信号として用いている。 In the current sensor described in Patent Document 1, a current bar is passed through the central opening of an annular magnetic collecting core, and a substrate with a coil pattern is placed in the gap of the magnetic collecting core. When a current flows through the current bar, a magnetic flux is generated around the current path that is proportional to the magnitude of the current flowing through the current bar. The generated magnetic flux is collected by a magnetic collecting core. When the current is a periodic current, the generated magnetic flux also changes periodically according to the period. As a result, an induced voltage corresponding to the magnitude and frequency of the current is generated in the detection coil having the coil pattern, and this induced voltage is used as a detection signal for the current flowing through the current bar.

特開2010-48755号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-48755

ところで、集磁コアのギャップ部に磁電変換素子を配置する電流センサは、電流計測が可能であるが、温度を検出することができないため、接触不良によって電流バーや端子部に異常発熱が生じた場合、この異常を検出することができないという問題があった。これに対し、温度センサを別に設けて発熱による異常を検出することはできるが、別途、温度センサを追加する設置を行うとコストがかかる。 By the way, current sensors that place magnetoelectric transducers in the gap of the magnetic collecting core can measure current, but cannot detect temperature, so abnormal heat generation may occur in the current bar or terminal due to poor contact. In this case, there was a problem that this abnormality could not be detected. On the other hand, although it is possible to separately provide a temperature sensor to detect abnormalities due to heat generation, it is costly to separately install an additional temperature sensor.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で発熱による異常を検出することができる電流センサ及び電力量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a current sensor and a power meter that can detect abnormalities due to heat generation with a simple configuration.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電流センサは、検出すべき電流が流れる電流バーと、前記電流に対応する磁気を誘起電圧として検出する磁気検出コイルと、前記磁気検出コイルに発生した誘起電圧をもとに前記電流を計測する計測部とを有した電流センサであって、前記磁気検出コイルが配置される基板に温度を検出する温度検出部を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the objects, the current sensor according to the present invention includes: a current bar through which a current to be detected flows; a magnetic detection coil that detects magnetism corresponding to the current as an induced voltage; A current sensor having a measurement unit that measures the current based on an induced voltage generated in a magnetic detection coil, the current sensor having a temperature detection unit that detects temperature on a substrate on which the magnetic detection coil is arranged. It is characterized by

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記温度検出部は、前記基板上に測温抵抗体のパターンを形成し、前記パターンの抵抗値の変化をもとに前記温度を検出することを特徴とする。 Further, in the current sensor according to the present invention, in the above invention, the temperature detection section forms a pattern of a resistance temperature detector on the substrate, and detects the temperature based on a change in the resistance value of the pattern. It is characterized by

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記磁気検出コイルは、前記基板上に形成されたコイルパターンであることを特徴とする。 Moreover, the current sensor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the magnetic detection coil is a coil pattern formed on the substrate.

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記測温抵抗体のパターンは、前記磁気検出コイルの配置領域と同一領域内であって異なる層に配置されることを特徴とする。 Furthermore, the current sensor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the pattern of the temperature measuring resistor is arranged in the same area as the arrangement area of the magnetic detection coil, but in a different layer.

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記温度検出部は、前記電流バーに流れる電流の周波数よりも低い周波数あるいは直流の電流を前記測温抵抗体に印加して温度検出を行うことを特徴とする。 Further, in the current sensor according to the present invention, in the above invention, the temperature detection section applies a DC current or a frequency lower than the frequency of the current flowing through the current bar to the temperature sensing resistor to detect the temperature. It is characterized by doing.

また、本発明にかかる電流センサは、上記の発明において、前記磁気検出コイルは、前記電流バーを囲むように形成された集磁コアに形成された1以上の空隙に配置されることを特徴とする。 Further, in the current sensor according to the present invention, in the above invention, the magnetic detection coil is arranged in one or more gaps formed in a magnetic collecting core formed so as to surround the current bar. do.

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明のいずれか一つに記載した電流センサが検出した電流信号と電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記電流バーに流れる電力量を算出することを特徴とする。 Further, the watt-hour meter according to the present invention calculates the amount of electric power flowing through the current bar based on the current signal detected by the current sensor described in any one of the above inventions and the voltage signal detected by the voltage sensor. It is characterized by calculating.

本発明によれば、簡易な構成で発熱による異常を検出することができる。 According to the present invention, an abnormality due to heat generation can be detected with a simple configuration.

図1は、本発明の実施の形態である電流センサの概要構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the general configuration of a current sensor according to an embodiment of the present invention. 図2は、基板の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the substrate. 図3は、測温抵抗体の抵抗値の温度依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the resistance value of a resistance temperature sensor. 図4は、変形例1による基板の構成を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the structure of a substrate according to modification 1. 図5は、変形例2による基板の構成を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the structure of a substrate according to modification 2. 図6は、変形例3による基板の構成を説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the structure of a substrate according to modification 3. 図7は、本変形例4である電流センサの概要構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing the general configuration of a current sensor according to the fourth modification. 図8は、図7に示した電流センサを電流バーの軸方向からみた模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of the current sensor shown in FIG. 7 viewed from the axial direction of the current bar. 図9は、実施の形態及び変形例で示した電流センサを用いた電力量計の一例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing an example of a power meter using the current sensor shown in the embodiment and modification. 図10は、三相電流及び三相電圧間のベクトル図である。FIG. 10 is a vector diagram between three-phase currents and three-phase voltages.

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の形態である電流センサ10の概要構成を示す斜視図である。また、図2は、基板3の構成を示す模式図である。図1に示すように、電流センサ10は、電流を流す電流バー2を囲むように形成された集磁コア1及び基板3を有する。基板3は、集磁コア1のギャップ1aに介在して磁気検出を行う磁気検出コイル4、温度によって抵抗値が変化する測温抵抗体5、及び、磁気検出コイル4に発生した誘起電圧をもとに電流を計測するとともに、測温抵抗体5の抵抗値の変化をもとに温度を計測する計測部6を有する。 FIG. 1 is a perspective view showing the general configuration of a current sensor 10 according to an embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the substrate 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the current sensor 10 includes a magnetic flux collecting core 1 and a substrate 3 formed to surround a current bar 2 through which current flows. The substrate 3 also includes a magnetic detection coil 4 that is interposed in the gap 1a of the magnetic collecting core 1 and performs magnetic detection, a temperature sensing resistor 5 whose resistance value changes depending on temperature, and an induced voltage generated in the magnetic detection coil 4. It has a measuring section 6 which measures the current and also measures the temperature based on the change in the resistance value of the resistance temperature detector 5.

図2に示すように、磁気検出コイル4は、ギャップ1aのギャップ領域Eに配置され、測温抵抗体5及び計測部6は、ギャップ領域E外に配置される。磁気検出コイル4及び測温抵抗体5は、同一のコイルパターンが形成される。それぞれのコイルパターンは、例えば銅などによって形成される。 As shown in FIG. 2, the magnetic detection coil 4 is arranged in the gap region E of the gap 1a, and the resistance temperature detector 5 and the measuring section 6 are arranged outside the gap region E. The same coil pattern is formed in the magnetic detection coil 4 and the temperature measuring resistor 5. Each coil pattern is made of copper, for example.

計測部6は、電流計測部7及び温度計測部8を有する。電流計測部7は、磁気検出コイル4の端子4a,4bから入力される誘起電圧をもとに電流バー2に流れる電流を計測する。温度計測部8は、測温抵抗体5の端子5a,5bを介して測温抵抗体5に電流を印加し、測温抵抗体5の抵抗値の変化によって温度を計測する。なお、磁気検出コイル4及び電流計測部7は、電流検出部11であり、測温抵抗体5及び温度計測部8は、温度検出部12である。計測部6は、電流計測部7が計測した電流及び温度計測部8が計測した温度を、端子9を介して外部出力する。 The measurement section 6 includes a current measurement section 7 and a temperature measurement section 8. The current measurement unit 7 measures the current flowing through the current bar 2 based on the induced voltage input from the terminals 4 a and 4 b of the magnetic detection coil 4 . The temperature measurement unit 8 applies a current to the resistance temperature sensor 5 via the terminals 5 a and 5 b of the resistance temperature sensor 5 and measures the temperature based on a change in the resistance value of the resistance temperature sensor 5 . Note that the magnetic detection coil 4 and the current measurement section 7 are the current detection section 11 , and the resistance temperature detector 5 and the temperature measurement section 8 are the temperature detection section 12 . The measurement unit 6 outputs the current measured by the current measurement unit 7 and the temperature measured by the temperature measurement unit 8 to the outside via a terminal 9.

温度計測部8は、例えば、図3に示すように、測温抵抗体5の抵抗値の温度依存性をもとに、測定した抵抗値から温度を計測する。温度計測部8は、例えば、抵抗値が16Ωである場合、温度を20℃として計測する。そして、図示しない外部装置は、温度が80℃を超える場合、異常が発生したものと判定する。すなわち、温度検出部12は、電流バー2や電流バー2の端子接続部の温度上昇を検出することができる。 For example, as shown in FIG. 3, the temperature measurement unit 8 measures the temperature from the measured resistance value based on the temperature dependence of the resistance value of the resistance temperature detector 5. For example, when the resistance value is 16Ω, the temperature measurement unit 8 measures the temperature at 20°C. Then, an external device (not shown) determines that an abnormality has occurred when the temperature exceeds 80°C. That is, the temperature detection unit 12 can detect a temperature rise of the current bar 2 or the terminal connection portion of the current bar 2.

温度計測部8が測温抵抗体5に印加する電流は、測温抵抗体5がギャップ領域E外に配置されているため、交流であってもよく、電流バー2に流れる電流の周波数よりも低い周波数としてもよい。測温抵抗体5への交流電流印加は、温度測定の電力ロスを低減することができる。なお、測温抵抗体5に印加する電流は、直流であってもよい。 Since the temperature measuring resistor 5 is arranged outside the gap region E, the current applied by the temperature measurement unit 8 to the temperature measuring resistor 5 may be an alternating current, and has a frequency lower than the frequency of the current flowing through the current bar 2. It may be a low frequency. Application of alternating current to the resistance temperature detector 5 can reduce power loss during temperature measurement. Note that the current applied to the temperature sensing resistor 5 may be direct current.

なお、温度検出部12は、端子5a,5bと測温抵抗体5との間の配線長などによる抵抗値測定誤差を低減するため、例えば3導線方式が4導線方式によって温度計測を行ってもよい。 In addition, in order to reduce resistance value measurement errors due to the wiring length between the terminals 5a, 5b and the resistance temperature sensor 5, the temperature detection unit 12 can perform temperature measurement using a four-conductor method instead of a three-conductor method, for example. good.

本実施の形態では、電流検出部11が配置される基板3に、温度検出部12を設けているので、別途、温度検出部12を設置する必要がないため、簡易な構成で、温度検出が可能な電流センサ10を実現できる。また、磁気検出コイル4及び測温抵抗体5は、同一パターンとしているため、基板3の設計及び製造も容易になる。 In this embodiment, since the temperature detection section 12 is provided on the substrate 3 on which the current detection section 11 is disposed, there is no need to separately install the temperature detection section 12, so the temperature detection can be performed with a simple configuration. A possible current sensor 10 can be realized. Further, since the magnetic detection coil 4 and the temperature sensing resistor 5 have the same pattern, the design and manufacture of the substrate 3 are also facilitated.

<変形例1>
図4は、変形例1による基板13の構成を説明する説明図である。本変形例1では、基板3に対応する基板13を4層構造とする多層基板としている。基板13は、4層の基板13-1~13-4からなる多層基板である。磁気検出コイル4に対応する磁気検出コイル14-1~14-4がギャップ領域Eにおいて4層構造になっているとともに、測温抵抗体5に対応する測温抵抗体15-1,15-2が2層構造となっている。なお、測温抵抗体15-1,15-2は、コイル状ではなく、ジグザグのミアンダ状パターンとしている。第1層の基板13-1には、磁気検出コイル14-1及び測温抵抗体15-1が形成される。第2層の基板13-2には、磁気検出コイル14-2及び測温抵抗体15-2が形成される。第3層の基板13-3には、磁気検出コイル14-3が形成される。第4層の基板13-4には、磁気検出コイル14-4が形成される。
<Modification 1>
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the substrate 13 according to the first modification. In Modification 1, the substrate 13 corresponding to the substrate 3 is a multilayer substrate having a four-layer structure. The substrate 13 is a multilayer substrate consisting of four layers of substrates 13-1 to 13-4. The magnetic detection coils 14-1 to 14-4 corresponding to the magnetic detection coil 4 have a four-layer structure in the gap region E, and the resistance temperature detectors 15-1 and 15-2 correspond to the resistance temperature detector 5. has a two-layer structure. Note that the temperature sensing resistors 15-1 and 15-2 are not coil-shaped but have a zigzag meander pattern. A magnetic detection coil 14-1 and a temperature sensing resistor 15-1 are formed on the first layer substrate 13-1. A magnetic detection coil 14-2 and a temperature sensing resistor 15-2 are formed on the second layer substrate 13-2. A magnetic detection coil 14-3 is formed on the third layer substrate 13-3. A magnetic detection coil 14-4 is formed on the fourth layer substrate 13-4.

第1層の基板13-1において、端子4aに接続されるビアb1に、磁気検出コイル14-1が接続される。磁気検出コイル14-1は、ビアb2を介して第2層の基板13-2に形成された磁気検出コイル14-2に接続される。さらに、磁気検出コイル14-2は、ビアb3を介して第3層の基板13-3に形成された磁気検出コイル14-3に接続される。さらに、磁気検出コイル14-3は、ビアb4を介して第4層の基板13-4に形成された磁気検出コイル14-4に接続される。そして、磁気検出コイル14-4は、ビアb5を介して第1層の配線14aに接続され、さらにビアb6を介して端子4bに接続される。すなわち、変形例1の磁気検出コイルは、磁気検出コイル14-1~14-4がギャップ領域E内で多層に重畳配置される。これにより、狭い領域であっても、磁気検出感度を向上させることができる。 In the first layer substrate 13-1, the magnetic detection coil 14-1 is connected to the via b1 connected to the terminal 4a. The magnetic detection coil 14-1 is connected to the magnetic detection coil 14-2 formed on the second layer substrate 13-2 via a via b2. Further, the magnetic detection coil 14-2 is connected to the magnetic detection coil 14-3 formed on the third layer substrate 13-3 via a via b3. Further, the magnetic detection coil 14-3 is connected to a magnetic detection coil 14-4 formed on the fourth layer substrate 13-4 via a via b4. The magnetic detection coil 14-4 is connected to the first layer wiring 14a via a via b5, and further connected to the terminal 4b via a via b6. That is, in the magnetic detection coil of Modification 1, the magnetic detection coils 14-1 to 14-4 are arranged in multiple layers in the gap region E. Thereby, magnetic detection sensitivity can be improved even in a narrow area.

一方、第1層の基板13-1において、端子5aに接続されるビアb11に、ミアンダ状パターンの測温抵抗体15-1が接続される。測温抵抗体15-1は、ビアb12を介して第2層の測温抵抗体15-2に接続される。さらに、測温抵抗体15-2は、ビアb13を介して第1層に接続されている端子5bに接続される。すなわち、変形例1の測温抵抗体は、ミアンダ状パターンの測温抵抗体15-1,15-2がギャップ領域E外で多層に重畳配置される。なお、測温抵抗体15-1,15-2は、さらに多層配置してもよいし、他の層に配置してもよい。これにより、狭い領域であっても、測温抵抗体の抵抗値の変化を大きくすることができ、温度測定の精度を高めることができる。 On the other hand, in the first layer substrate 13-1, a meandering patterned resistance temperature detector 15-1 is connected to a via b11 connected to the terminal 5a. The resistance temperature detector 15-1 is connected to the second layer resistance temperature detector 15-2 via the via b12. Furthermore, the temperature sensing resistor 15-2 is connected to the terminal 5b connected to the first layer via the via b13. That is, in the resistance temperature detector of Modification 1, the resistance temperature detectors 15-1 and 15-2 in a meandering pattern are arranged in multiple layers outside the gap region E. Note that the temperature sensing resistors 15-1 and 15-2 may be arranged in more layers, or may be arranged in other layers. Thereby, even in a narrow area, it is possible to increase the change in the resistance value of the temperature measuring resistor, and it is possible to improve the accuracy of temperature measurement.

<変形例2>
図5は、変形例2による基板23の構成を説明する説明図である。本変形例2では、基板23-1~23-6からなる6層構造の基板23とし、変形例1における測温抵抗体15-1,15-2に対応する測温抵抗体25-1,25-2をそれぞれ第5層の基板23-5,23-6に形成している。なお、第1層から第4層までの基板23-1~23-4には、変形例1と同じ磁気検出コイル14-1~14-4が形成されている。そして、磁気検出コイル14-1~14-4及び測温抵抗体25-1,25-2は、すべてギャップ領域E内で多層に重畳配置される。ただし、測温抵抗体25-1,25-2は、測温抵抗体15-1,15-2に比べて、ビアb2,b4の存在のため、中央部分の蛇行長が短くなっている。
<Modification 2>
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the substrate 23 according to the second modification. In the present modification example 2, the substrate 23 has a six-layer structure consisting of substrates 23-1 to 23-6, and the resistance temperature detectors 25-1 and 25-2 corresponding to the resistance temperature detectors 15-1 and 15-2 in modification example 1 are used. 25-2 are formed on the fifth layer substrates 23-5 and 23-6, respectively. Note that the same magnetic detection coils 14-1 to 14-4 as in the first modification are formed on the substrates 23-1 to 23-4 from the first layer to the fourth layer. The magnetic detection coils 14-1 to 14-4 and the resistance temperature detectors 25-1 and 25-2 are all arranged in a multilayered manner within the gap region E. However, the meandering length of the central portion of the resistance temperature detectors 25-1 and 25-2 is shorter than that of the resistance temperature detectors 15-1 and 15-2 due to the presence of the vias b2 and b4.

本変形例2では、基板の広さを大きくすることなく、温度検出部12を電流センサ10に組み込むことができる。なお、測温抵抗体25-1,25-2は、ギャップ領域E内に配置されるため、測温抵抗体25-1,25-2に印加される電流は、磁気検出コイル14-1~14-4に与える影響をなくすため、直流が印加されることになる。 In the second modification, the temperature detection section 12 can be incorporated into the current sensor 10 without increasing the size of the board. Note that since the resistance temperature detectors 25-1 and 25-2 are arranged within the gap region E, the current applied to the resistance temperature detectors 25-1 and 25-2 is applied to the magnetic detection coils 14-1 to 14-2. In order to eliminate the influence on 14-4, direct current will be applied.

<変形例3>
図6は、変形例3による基板33の構成を説明する説明図である。変形例1,2では、多層基板を用いた一例を示したが、本変形例3の多層基板である基板33は、半導体プロセスなどによって多層化するのではなく、2つの基板33a,33bを接着によって1つの基板を形成している。例えば、基板33aは、磁気検出コイルが多層化された基板であり、基板33bは、測温抵抗体が多層化された基板である。
<Modification 3>
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the substrate 33 according to the third modification. In Modifications 1 and 2, an example using a multilayer board was shown, but the board 33, which is a multilayer board in Modification 3, is not multilayered by a semiconductor process or the like, but is made by bonding two substrates 33a and 33b. form one substrate. For example, the substrate 33a is a substrate with multilayered magnetic detection coils, and the substrate 33b is a substrate with multilayered temperature sensing resistors.

<変形例4>
上記の実施の形態及び変形例1~3では、基板3,13,23,33を集磁コア1のギャップ1aに配置されることを前提としたものであったが、本変形例4では、電流バー2の周囲に基板が配置された電流センサに適用するものである。
<Modification 4>
In the above-described embodiment and modifications 1 to 3, it was assumed that the substrates 3, 13, 23, and 33 were arranged in the gap 1a of the magnetic flux collecting core 1, but in the present modification 4, This is applied to a current sensor in which a substrate is arranged around a current bar 2.

図7は、本変形例4である電流センサ43の概要構成を示す斜視図である。また、図8は、図7に示した電流センサ43を電流バー2の軸方向からみた模式図である。図7及び図8において、電流センサ43は、電流を流す電流バー2の周囲に形成される磁界を測定して電流バー2に流れる電流を検出する。電流センサ43は、同一のコイルパターンが形成された、2つの一対の基板43a,43c、43b,43dがそれぞれ電流バー2の軸Cに対して対称に配置される。4つの基板43a~43dは、それぞれ電流バー2の周囲に等角度間隔で、電流バー2の軸Cを中心に90度間隔で設けられる。基板43a~43dは、コイルパターンが形成されるコイルパターン面と、測定対象の磁束φとの角度が直角になるように設けられる。 FIG. 7 is a perspective view showing a general configuration of a current sensor 43 which is the fourth modification. 8 is a schematic diagram of the current sensor 43 shown in FIG. 7 viewed from the axial direction of the current bar 2. As shown in FIG. 7 and 8, the current sensor 43 detects the current flowing through the current bar 2 by measuring the magnetic field formed around the current bar 2 through which the current flows. In the current sensor 43, two pairs of substrates 43a, 43c, 43b, and 43d on which the same coil pattern is formed are arranged symmetrically with respect to the axis C of the current bar 2, respectively. The four substrates 43a to 43d are provided around the current bar 2 at equal angular intervals and at 90 degree intervals around the axis C of the current bar 2. The substrates 43a to 43d are provided so that the angle between the coil pattern surface on which the coil pattern is formed and the magnetic flux φ to be measured is a right angle.

各基板43a~43dに形成されるコイルパターンは、磁束φによって生ずる誘起電圧が端子4aから順次加算されるように接続線42で直列接続される。接続線42の終端部側である基板43dからの戻り線41は、接続線42に沿わせて接続線42の始端部側の端子4bに接続される。 The coil patterns formed on each of the substrates 43a to 43d are connected in series by a connecting wire 42 so that the induced voltages generated by the magnetic flux φ are sequentially added from the terminal 4a. A return line 41 from the substrate 43d on the terminal end side of the connection line 42 is connected to the terminal 4b on the start end side of the connection line 42 along the connection line 42.

すなわち、各基板43a~43dに形成されるコイルパターンは、磁束φの方向からみて誘起電圧が全て同じ巻き方向となるように形成されて加算され、かつ、接続線42及び戻り線41による誘起電圧の影響をキャンセルするようにしている。 That is, the coil patterns formed on each of the substrates 43a to 43d are formed so that the induced voltages are all in the same winding direction when viewed from the direction of the magnetic flux φ, and are added together, and the induced voltages due to the connection wire 42 and the return wire 41 are I'm trying to cancel out the effects of that.

ここで、例えば、基板43aには、測温抵抗体が形成された基板45が接着され、1つの基板を形成している。なお、基板43a内に端子4a,4bからの誘起電圧をもとに電流を計測する電流計測部7を設けるとともに、基板45内に端子5a,5bから取得した抵抗値をもとに温度計測する温度計測部8を設けるようにしてもよい。なお、基板45内の測温抵抗体には直流が印加される。 Here, for example, a substrate 45 on which a temperature-measuring resistor is formed is adhered to the substrate 43a to form one substrate. Note that a current measuring unit 7 is provided in the substrate 43a to measure the current based on the induced voltage from the terminals 4a and 4b, and a temperature is measured in the substrate 45 based on the resistance value obtained from the terminals 5a and 5b. A temperature measuring section 8 may also be provided. Note that a direct current is applied to the temperature measuring resistor in the substrate 45.

なお、電流センサ43は、主として各基板43a~43d,45を電流バー2の周りに支持する支持ケース100を有する。この支持ケース100は、絶縁材によって形成される。 Note that the current sensor 43 includes a support case 100 that mainly supports each of the substrates 43a to 43d and 45 around the current bar 2. This support case 100 is formed of an insulating material.

<電力量計>
図9は、実施の形態及び変形例1~4で示した電流センサを用いた電力量計200の一例を示すブロック図である。この電力量計200は、電源SPと負荷LDとの間の三相電力量を計測するものであり、2電力計法により求めている。なお、図10は、三相電流IR,IS,IT及び三相電圧VR,VS,VT間のベクトル図を示している。
<Power meter>
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a power meter 200 using the current sensor shown in the embodiment and modifications 1 to 4. This watt-hour meter 200 measures the three-phase power amount between the power supply SP and the load LD, and calculates it by the two-wattmeter method. Note that FIG. 10 shows a vector diagram between the three-phase currents IR, IS, and IT and the three-phase voltages VR, VS, and VT.

図9に示すように、電力量計200は、実施の形態及び変形例1~4で示した電流センサ10に対応する電流センサ10a,10b、電圧センサ201a,201b、電力量算出部202、出力部203を有する。電流センサ10aは、R相の電流信号を検出する。電流センサ10bは、T相の電流信号を検出する。また、電圧センサ201aは、R相とS相との間の電圧信号を検出する。電圧センサ201bは、T相とS相との間の電圧信号を検出する。 As shown in FIG. 9, the watt-hour meter 200 includes current sensors 10a and 10b, voltage sensors 201a and 201b, a watt-hour calculation unit 202, an output 203. Current sensor 10a detects an R-phase current signal. Current sensor 10b detects a T-phase current signal. Further, the voltage sensor 201a detects a voltage signal between the R phase and the S phase. Voltage sensor 201b detects a voltage signal between the T phase and the S phase.

電力量算出部202は、電流センサ10aの電流信号と電圧センサ201aの電圧信号とを乗算して瞬時電力信号を生成し、これをローパスフィルタで平滑した有効電力を求めるとともに、電流センサ10bの電流信号と電圧センサ201bの電圧信号とを乗算して瞬時電力信号を生成し、これをローパスフィルタで平滑した有効電力を求め、各有効電力を加算した有効電力を電力量として算出する。出力部203は、この算出された電力量を表示出力あるいは外部出力する。 The power calculation unit 202 multiplies the current signal of the current sensor 10a and the voltage signal of the voltage sensor 201a to generate an instantaneous power signal, smoothes this with a low-pass filter to obtain active power, and calculates the current of the current sensor 10b. The signal is multiplied by the voltage signal of the voltage sensor 201b to generate an instantaneous power signal, which is smoothed by a low-pass filter to obtain active power, and the active power obtained by adding each active power is calculated as the amount of power. The output unit 203 displays or outputs the calculated power amount to the outside.

なお、2電力計法で求める三相電力Pは、
P=VRS・IR+VTS・IT
=(VR-VS)・IR+(VT-VS)・IT
=VR・IR+VS・(-IR-IT)+VT・IT
=VR・IR+VS・IS+VT・IT
となり、各相の電力を合計した電力を求めたことと同じになる。
In addition, the three-phase power P obtained by the two-wattmeter method is
P=VRS・IR+VTS・IT
=(VR-VS)・IR+(VT-VS)・IT
=VR・IR+VS・(-IR-IT)+VT・IT
=VR・IR+VS・IS+VT・IT
This is the same as finding the power that is the sum of the power of each phase.

なお、上記の実施の形態及び変形例では、測温抵抗体を用いた温度計測を行うようにしていたが、これに限らず、例えば熱電対を基板上に形成して温度計測を行うようにしてもよい。 Note that in the above embodiments and modifications, the temperature is measured using a resistance temperature sensor, but the present invention is not limited to this; for example, a thermocouple may be formed on the substrate to measure the temperature. It's okay.

また、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。 Moreover, each structure illustrated in the above-described embodiments and modified examples is functionally schematic, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. In other words, the form of dispersion/integration of each device and component is not limited to the one shown in the diagram, but all or part of it may be functionally or physically dispersed/integrated in arbitrary units depending on various usage conditions. It can be configured as follows.

1 集磁コア
1a ギャップ
2 電流バー
3,13,13-1~13-4,23,23-1~23-6,33,33a,33b,43a~43d,45 基板
4,14-1~14-4 磁気検出コイル
4a,4b,5a,5b,9 端子
5,15-1,15-2,25-1,25-2 測温抵抗体
6 計測部
7 電流計測部
8 温度計測部
10,10a,10b,43 電流センサ
11 電流検出部
12 温度検出部
14a 配線
41 戻り線
42 接続線
100 支持ケース
200 電力量計
201a,201b 電圧センサ
202 電力量算出部
203 出力部
b1~b6,b11~b13 ビア
C 軸
E ギャップ領域
IR,IS,IT 三相電流
LD 負荷
P 三相電力
SP 電源
VR,VS,VT 三相電圧
φ 磁束
1 Magnetic collecting core 1a Gap 2 Current bar 3, 13, 13-1 to 13-4, 23, 23-1 to 23-6, 33, 33a, 33b, 43a to 43d, 45 Board 4, 14-1 to 14 -4 Magnetic detection coil 4a, 4b, 5a, 5b, 9 Terminal 5, 15-1, 15-2, 25-1, 25-2 RTD 6 Measuring section 7 Current measuring section 8 Temperature measuring section 10, 10a , 10b, 43 Current sensor 11 Current detection section 12 Temperature detection section 14a Wiring 41 Return line 42 Connection line 100 Support case 200 Energy meter 201a, 201b Voltage sensor 202 Energy calculation section 203 Output section b1 to b6, b11 to b13 Via C axis E gap area IR, IS, IT three-phase current LD load P three-phase power SP power supply VR, VS, VT three-phase voltage φ magnetic flux

Claims (3)

検出すべき電流が流れる電流バーと、
前記電流に対応する磁気を誘起電圧として検出する磁気検出コイルと、
前記磁気検出コイルに発生した誘起電圧をもとに前記電流を計測する計測部とを有した電流センサであって、
前記磁気検出コイルが配置される基板に温度を検出する温度検出部を備え、
前記磁気検出コイルは、前記基板上に形成されたコイルパターンであり、
前記温度検出部は、前記基板上に前記コイルパターンとは電気的に分離された測温抵抗体のパターンを形成し、前記パターンの抵抗値の変化をもとに前記温度を検出し、
前記測温抵抗体のパターンは、前記磁気検出コイルの配置領域と同一領域内であって前記基板の異なる層に配置されることを特徴とする電流センサ。
a current bar through which the current to be detected flows;
a magnetic detection coil that detects magnetism corresponding to the current as an induced voltage;
A current sensor comprising a measurement unit that measures the current based on the induced voltage generated in the magnetic detection coil,
A temperature detection unit for detecting temperature is provided on a substrate on which the magnetic detection coil is arranged,
The magnetic detection coil is a coil pattern formed on the substrate,
The temperature detection unit forms a temperature sensing resistor pattern on the substrate, which is electrically separated from the coil pattern, and detects the temperature based on a change in the resistance value of the pattern ,
A current sensor characterized in that the pattern of the temperature sensing resistor is arranged in the same area as the arrangement area of the magnetic detection coil and on a different layer of the substrate.
前記磁気検出コイルは、前記電流バーを囲むように形成された集磁コアに形成された1以上の空隙に配置されることを特徴とする請求項に記載の電流センサ。 2. The current sensor according to claim 1 , wherein the magnetic detection coil is disposed in one or more gaps formed in a magnetic collecting core formed to surround the current bar. 請求項1又は2に記載した電流センサが検出した電流信号と電圧センサが検出した電圧信号とをもとに前記電流バーに流れる電力量を算出することを特徴とする電力量計。 A power meter, characterized in that the amount of power flowing through the current bar is calculated based on a current signal detected by the current sensor according to claim 1 or 2 and a voltage signal detected by a voltage sensor.
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