JPH01276611A - 相互インダクタンス電流トランスジューサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は相互インダクタンス電流トランスジューサー、
その製造及びこれを組み込んだＡＣ電力量メーターに関
わり、特に、サイズが小さく、構造が著しく簡単で、製
造コストが低く、空心式方式における容量性シールドの
必要性を著しく軽減すると共に磁気シールドを全く必要
とせず、電力量メーターに組み込めばメーター集合体の
単純化に寄与すると共に、メーターの小型化、軽量化及
びコスト軽減にも寄与する相互インダクタンス電流感知
トランスジューサーに係わる。

（公知技術） 本発明の改良型相互インダクタンス電流感知トランスジ
ューサー及びこれを組み込んだ電力量メーターは本願の
譲受人でもあるＷｅｓｔｌｎｇｈｏｕｓｅ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ　Ｃｏｒｐ、に譲渡され、その開示内容を本願明
細書にも引用したＭｉｌｌｅｒ米国特許第４，４１３，
２３０号の主題に係わり、その改良に相当する。前記特
許第４，４１３，２３０号はその“公知技術の説明”に
おいて、本発明を理解する上でも有用な公知タイプのＡ
Ｃ電力量測定回路について示唆に富んだ考察を加えてい
る。

本発明の好ましい実施例の１つは主として住宅用として
供給されるいわゆる２００アンペア単相サービスを目的
としたものであるが、他の好ましい実施例では２０アン
ペア多相サービスとして利用できる。

典型的な電力需要場所では６０サイクル（）ｌｚ）、単
相ＡＣ電力が２４０ボルトのほぼ一定した線間電圧で供
給されるから、測定すべき電力量の電圧成分は明確に限
定される。従来からそうであるように、電力は３本の導
線で供給され、うち中心導線は接地され、残る２本の負
温度係数導線はそれぞれ１８０°位相ずれ関係で１２０
ボルトのレベルにあり、両者間に合計２４０ボルトが得
られる。従って、第３の接地導線に対して１２０ボルト
ＡＣ電力を搬送する２本の負温度係数導線がメーターを
通り、電圧及び電流トランスジューサーが、前記メータ
ーを通って需要家の場所における負荷に供給される電力
の電圧及び電流成分の大きさを感知し、消費電力の測定
のため処理される前記感知成分を表わす対応の信号を出
力する。電力の電圧成分はほぼ一定のままであるが、２
木の導線を流れ、双方−緒で被測定電力量の電流成分を
決定する電流は負荷の変化に呼応して著しく変化する。

一般に、電流成分のレベルは少なくとも１７２アンペア
乃至２００アンペアの範囲を上下する。即ち、少なくと
も約４００：　１の電流変化率となる。変動範囲または
電流レベル変化率がこのように比較的大きいから、料金
請求のためメーターが電力消費を正確に測定するには電
流センサーがほぼ正比例的に応答しなければならない。

従って、標準的な変圧器構成が実用的な電圧感知トラン
スジューサーとして作用できる。しかし、４００：１と
いうような広い範囲で変動する電流に対して正比例的に
応答し、低電圧レベル信号出力を形成することができる
変流器は大型化し、大きいコストを必要とする場合が多
い。公知のように、正確な変流トランスジューサーにあ
っては、１次側と２次側のアンペア回数が等しくなけれ
ばならず、電流レベルは１次側４００アンペア回数を発
生させる可能性があるから、正比例する低電圧レベル信
号出力を形成するためには２次巻線が大型化する。その
結果、これらの条件を従来の変流器で満たすとすれば、
必然的に大型化し、比較的コスト高となる。

上記特許第４，４１３，２３０号に開示されているよう
に、極めて信頼性が高く、正確で、測定すべき電力を供
給する導線、例えば、住宅設備の引き込み線に標準的な
態様で接続でき、サイズがコンパクトで、低コストで量
産できるＡＣ電力量測定電子回路用電流感知トランスジ
ューサーの実現が望まれて久しい。このようなトランス
ジューサーは感知すべき負荷電流の大きい変化に正確に
呼応する低レベル・アナログ電圧信号出力を形成するよ
うに作用できるものでなけれべならない。

特許第４，４１３，２３０号は上記条件を満たすように
設計された積算電力計回路の種々の実施例を開示してい
る。−射的には、これらの実施例はいずれも１次巻線手
段と電磁結合し、被測定電力の電流成分を搬送する導電
体を含む２次巻線手段を有する相互インダクタンス電流
感知トランスジューサーを含む、上記特許に開示されて
いるトランスジューサーの実施例はいずれも上述したよ
うな広範囲の電流変化率に呼応し、２次巻線が電流の時
間導関数に比例し、かつ実際の消費電力を表わすＡＣ電
力量測定出力信号を得るため電圧トランスジ二一サーの
電圧応答出力信号で処理するのに好適なアナログ電圧出
力を形成する。

１次巻線に電流が流れると磁場が発生してこれがセンサ
ーの２次巻線に結合され、２次巻線は１次巻線と充分に
密接な誘導関係にあって誘導電圧ｅ　ｌ＝　Ｍ　　ｄ　
ｓ　／　ｄ　ｔを発生させる。ただし、Ｍは１次巻線と
２次巻線との間の相互インダクタンス、ｄ　ｉ　／　ｄ
　ｔは１次電流の時間導関数である。

上記式から明らかなように、２次巻線の出力信号ｅｌは
磁心の有無にかかわらず、１次及び２次巻線が相互に結
合された状態における１次電流の時間導関数で表わされ
る。２次巻線の誘導アナログ電圧出力信号ｅ１は電流応
答アナログ入力信号としてＡＣ電力量測定電子回路に供
給される。メーターは導電体に接続され、これも測定回
路に印加される電圧応答アナログ入力信号ｅｖを出力す
る電圧センサーをも含む。測定回路は信号ｅｌ及びｅ７
を処理することによりＡＣ電力消費量を表わす信号を形
成する。即ち、測定回路が所定時間に亘って電力量の電
圧及び電流成分の積の時間積分を求めることにより、ワ
ット時で表わされる電力量測定値を提供する。この測定
回路の特徴は入力インピーダンスが極めて高く、従って
、電流感知トランスジューサーを介して電流からのエネ
ルギーを結合する必要がなく、このことは特許第４，４
１３．２３０号の電流感知トランスジューサーの小型化
とすぐれた効率に著しく寄与している。

特許”４４　、４１３　、２３０号に開示されている相
互インダクタンス電流感知トランスジューサーの好まし
い実施例の１つは対応の空隙を介してそれぞれと１携の
大径導電体と電磁結合する１対の環状２次巻線を含み、
それぞれの導電体は隼巻き１次巻線を形成する。空隙結
合は環状２次＠線のコアがプラスチックなどのような非
透磁性材から成り、トランスジューサーに絶対線形応答
特性を与えるという利点があることを意味する。導電体
は公知のブレード端子に接続されてメーター筺体内に配
設され、既存の電力量測定場所の対応ソケットに公知の
態様で取り付けることを可能にする。電圧感知トランス
ジューサーもメーター筺体内に取り付けられ、導電体間
に接続されてアナログ電圧出力信号ｅｖを形成する。環
状２次巻線の出力が直列加算されて、導電体における別
々に感知された線電流の和を表わす電流応答アナログ信
号出力ｅｌを形成する。電圧センサー及び電流センサー
の出力は上記処理回路に供給される。特許第４，４１３
，２３０号の空心環状２次巻線は動的範囲が極めて広く
なると共に、絶対線形応答特性が達成される点で有益で
ある。また、処理回路の入力インピーダンスが高く、電
流感知トランスジューサーを介して導電体からのエネル
ギーを結合する必要が全くな表わす必要なアナログ電圧
信号出力を形成することができる。

特許第４，４１３，２３０号に開示されているような電
流感知トランスジューサー及びこれを組み込んだメータ
ーは広く実用に供せられているが、それでもなお、例え
ば環状センサーのサイズ及びコストの軽減、究極的には
これを組み込んだメーターのコスト軽減及び製造の単純
化を達成すべく改良の努力が続けられている。開発の努
力は特に上記有益な特性にかんがみ、環状空心２次巻線
の利点をそのまま維持することに向けられている。

実際問題として、完全なシンメトリ−が達成されるよう
に環状感知コイルの巻着に際して正確な制御を維持する
ことにより、外部的または外因性の磁場が環状コイルと
結合することに起因する磁気干渉の自己相殺が達成され
ることが判明した。

また、特許第４，４１３，２３０号に開示されているよ
うな単相２００アンペア３線式メーターに組み込む場合
、メーター内の２本の導電体を反対方向に電流が流れる
と、各電流センサーの環状コイルと結合する外因性磁場
によって起こる磁気干渉が前記センサーの出力を直列加
算接続することで相殺されることも判明した。従って、
理想的な場合には、用途によっては磁気シールディング
の必要を回避できる。しかし、現実には磁気シールディ
ングが必要な場合が多かった６ 特許第４，４１３，２３０号はまた、電流センサーの環
状コイルに容量性シールディングを設けることを開示し
ている０例えば銅のような良導電材の薄層を、導電体／
１次巻線に配置した円筒形絶縁スリーブの外側にこれと
同軸に配置される対応の円筒形スリーブとして形成し、
環状コイルを前記スリーブの両端の中間部局りに同軸に
取り付ける。ざらにまた、環状コイルの外側周りにカッ
プ状金属シールドを形成し、スリーブと電気的に接続し
、かつ接地する。磁気シールディングも必要な場合には
、カップ状シールドを適当な透磁性材で形成する。実際
にはメーター設置場所における磁気干渉発生源を無くす
ることは不可能であるから、環状２次巻線またはコイル
を正確に巻いて完全に近いシンメトリ−を維持すること
により上記自己相殺効果を達成し、カップ状シールドに
よって磁気シールディングと容量性シールディングを兼
ねるというのが必須条件であった。

環状コイルに作用する外因性磁場の悪影響を効果的に排
除し、製造コストを軽減する簡単な方法を見出すべく種
々の努力がなされたが、成功していない。例えば、ほぼ
完全なシンメトリ−が維持されるように単一ターン層の
形で環状コイルの正確な巻着を達成する技術が追求され
た。その他の点ではこの環状コイルは上述の、また、特
許第４゜４１３．２３０号に開示されている住宅用２０
０アンペア・サービス用メーターに使用される従来タイ
プのものと同じである。この技術は各環状コイルによる
外因性または外部磁場の相互相殺を、ほぼ完全なシンメ
トリ−ということで最適化しようとするものであった。

しかし、装置公差などの要因にかんがみ、このためには
通常の製造作業では達成不可能な極度に精密な制御が必
要になる。外因性の、干渉磁場に有効な低コストの鉄シ
ールドを設けるなどの磁気シールド製造開発にも努力が
向けられた。しかし、この試みはメーター内部のスペー
ス制約と相客れない余りにも大型のシールド構造を必要
とし、間もなく将来性も実現性も乏しいことが判明した
。各種の軟質磁気シールドを設けるという試みは電流セ
ンサーの応答曲線に勾配や傾斜を発生させ、感知すべき
電流変化レベルの所要の範囲または比率、即ち、上記少
なくとも４００：　１の範囲または比率に亘って所要の
線形応答を提供することが不可能になるという欠点があ
った。

従って、製造コストが低く、しかも必要な線形応答及び
広ダイナミック・レンジを可能にすると共に、既存の処
理回路と併用できるように必要レベルの出力電圧を形成
し、しかも外因性の磁場や静電界にほとんど影響されず
、磁気及び静電シールド構造の必要を極力小さくするか
または完全になくする差動電流センサー用の環状コイル
２次巻線の実現が依然として切望されている。当然のこ
とながら、差動電流センサーに使用でと、上記の最適条
件を満たす環状コイルが電力量メーター内に該コイルを
組み込むための内部スペース需要を軽減し、その分だけ
メーターの組み立てを簡単にし、究極的な製造コストを
軽減するのに大きく寄与するであろうことは明らかであ
る。

（要約） 本発明では上記電力量メーターに組み込まれる相互イン
ダクタンス電流感知トランスジューサーの２次巻線とし
て使用でき、所要の構造的及び電気的特性を有する環状
コイルをいとも容易に実現できることが発見された。こ
のような結果はいくつかの要因が協働することで達成さ
れた。本発明に関する以下の説明はこれらの要因が着想
として計及び工程のシーケンスを参考のため当業者に示
唆するのがその目的である。

既に述べたように、本発明の環状コイル開発における重
要な要因は差動電流応答アナログ電圧信号出力を、極め
て高いレベルの信号入力インピータンス及びほとんど無
視できる極めて小さい入力電流需要を有するソリッドス
テート回路によって処理することにある。即ち、１次巻
線（即ち、典ンプζ 盟約な電力量メーターの導電体）から！　２Ａ！！−線
へ電力を伝達する必要はほとんどない、従って、電磁特
性に関する限り、エアギャップを構成するプラスチック
またはその他の非磁性、非金属材料から成る心材を利用
する特許第４．４１３，２３０号の開示内容をそのまま
応用できる。特許第４，４１３，２３０号が開示してい
るように、エアギャップ・コアの採用は所要の線形広ダ
イナミツクレンジ応答特性を可能にする。

ところが、本発明の実施にエアギャップ・コアを採用し
た場合、所要の電圧レベル範囲のアナログ電圧信号出力
を達成するには環状コイルのサイズ及び形状がある程度
の制約を受ける。即ち、前記範囲は２００アンペア回数
から１アンペア回数（及び対応のこれよりも低いアンペ
ア回数値）の被感知電流変化と線形関係に、即ち、０．
５ミリボ；ルト／アンペア回数の線形関係に１００ミリ
ボルトから０．５ミリボルト（及びそれ以下）までであ
る。実際には、必要な範囲はこれよりも広く、従って、
これらの限界値は満たすべき設計目的に関して配慮すべ
きレベルの程度として例示したに過ぎない。典型的な磁
心材料に比較して透磁性が極めて低いから、エアギャッ
プ・コアの場合には、１次巻線／導電体によ一誘導電界
から必要な出力電圧レベルを達成するために環状コイル
の有効断面積を広く設定しなければならないことはいう
までもない、従って、サイズが小さく、しかも空心を維
持できる環状コイルを実現するという設計目的は既存の
、かつ電流センサーを併用される信号処理回路が必要と
するような、電流センサーからの電圧レベル範囲を出力
信号を維持しなければならないことと矛盾する。にもか
かわらず、外因性磁場に対する環状コイルの応答レベル
を低くするためには、環状コイルの断面積を縮小し、そ
の分だけサイズを縮小することが重要な条件である。

そこで先ず環状コイルの所要の、おそらくは理想的な縮
小断面積、即ち、特許第４，４１３，２３０号において
環状コイルの軸線から半径方向に外方へ広がり、前記軸
線を含む平面内に含まれる、環状体の環状部における断
面積を考察した０次いで、適切な相対断面寸法、即ち、
環状コイルの軸方向長さ及び有効内外径を考察した。

本発明では、環状コイルの軸方向長さ、即ち、矩形断面
の長辺を導電体／１次巻線の長さの１７３以下に、好ま
しくは前記長さの約１／４よりも太きくならないように
設定する。この比率を設定するに際して、外部的な容量
性干渉は主として導電体／１次巻線を流れる電流から発
生することが判明した。そこで、導電体／１次巻線の軸
方向長さに対する上記縦横比に従って環状コイルの軸方
向長さ及びこれに対応して矩形断面の長辺を短縮すると
共に、導電体／１次巻線をそのほぼ全長に亘って例えば
銅のような良導電性金属から成る容量性シールドで囲む
ことにより、たとえフリンジ効果に起因する場合でも導
電体からの容量結合は有効に排除される。このように構
成すれば、外部に容量性シールド囲いを設けていなくて
も環状コイルはほぼ完全に容量シールドされる。

このような望ましい成果をもたらす反面、環状コイルの
軸方向長さを短縮し、これに対応して環状コイル及び導
電体／１次巻線の共通軸線と平行な各ターンのワイヤー
・セグメントを短縮すると、感知すべき１次巻線の電流
から環状コイル中に話導される信号のレベルが低下する
。さらにまた、特許第４，４１３，２３０号が開示して
いるように、矩形断面の長辺は導電体／１次巻線の軸線
と平行でなければならない、この関係は環状体の断面積
を、従って、磁気干渉に対する環状コイルの感度を極力
小さくすることにつながり、しかも、断面の外側長辺に
対応する各ターンの外側平行セグメントを半径方向に比
較的内方の位置に、従って、導電体／１次巻線を流れる
電流が発生させる比較的強い磁場内に維持する結果とな
る。しかし、サイズの小さい環状コイルでは必要な出力
電圧レベルを形成できないことは明白であった。

環状コイルの巻き数を増やせば必要な電圧レベルを達成
できることは認識されていても、このように構成した環
状コイルがセンサーの必要な線形応答特性を得るのに必
要と考えられるシンメトリ−を具える保証はなかった。

即ち、経験に照らして、充分なシンメトリ−を達成する
には精密に巻かれた単層コイルが必要であった。ところ
が、必要な電圧レベル出力を達成するためには上記のよ
うに巻き数を増やさねばならず、必然的にターン層は複
数層となり、必要なシンメトリ−を具えたコイルを製造
することの難しさが増加する。

反面、環状コイルの軸方向長さを短縮したことで予期せ
ぬ好ましい効果が得られた。即ち、商業的に採用されて
いる環状巻線機は先ず供給スプールからボビンに線を巻
き、次いで巻線機によつてコアの環状構造周りにボビン
を通過させて断面積周りに、即ち、第１平行軸線方向に
環境コア中心孔を通り、半径方向に外方へ第１扁平端面
上を通り、逆の平行軸線方向に外周に沿って進み、次い
で半径方向に内方へ第２扁平端面上を通って再び第１軸
線方向に中心孔に進入するという複合経路または複合平
面を画定する完全な単一ターンを形成する。巻線機は上
記経路を辿って各ターンを巻くためにボビンを一定半径
範囲内で通過させ、この一定半径範囲が環状コイルの軸
方向長さの関数としての許容最小内径を決定する。本発
明の環状コイルはその軸方向長さが短いから、環状コイ
ルの内径も軸方向サイズの大きい環状コイルよりも短く
設定することができ、しかもボビンの６動半径に適応す
ることができる。この構成は環状コイルの断面が、従っ
て、各ターンを導電体表面に接近するという好ましい効
果を持つ（即ち、両者間に絶縁層及び導電シールドのた
めに必要な環状スペースが得られる）、その結果、環状
コイルは導電体／１次巻線を流れる電流からの比較的強
い磁場の作用を受けるから、壱籾数や断面積が同じでも
環状コイルの内径が大きいために導電体表面から遠く離
れている環状コイルに比較して、所与の巻き数及び所与
のターン断面積で得られる出力電圧レベルが増大する。

しかし、従来必要なシンメトリ−を達成するための必須
条件とされた環状空心周りの単一ターン層では所要範囲
の出力電圧レベルを発生させることができないという問
題は依然として未解決のままである。即ち、過去の経験
に照らして、それぞれが複数ターンから成る複数の層で
環状コイルを形成するとなれば単一層においてさえコイ
ル巻き欠陥は不可避である褐めに、複雑な多重層環状コ
る第１ターン層を含めて所与のターン層において所与の
ターンが先行ターンと同じ複合平面内で先行ターンと整
然と隣接するのではなく、部分的または全体的に先行タ
ーンと重なるおそれがあり、このように重なり合った関
係になれば関連ターン間のスペーシングまたはピッチに
むらを生じ、以後の隣接ターン間に予期せぬギャップを
生じたり、あらたなピッチ変動を生じたりする別の欠陥
が現われる。多重層コイル構造の場合、このような欠陥
が発生する可能性は恐らく増大するものと思われ、この
ような欠陥を回避し、所要のシンメトリ−を維持するに
は極めて高精度のコイル巻き制御が必要になる。

上述したような避は難い支障があるにもかかわらず、多
重層の形で所要の巻き数を有する環状コイルを巻き、そ
の応答特性を評価することにした。いずれの層も環状コ
イルの約３６０°、即ち、全周長にまたがり、いずれの
層も同数のターンを有する整数個の層として所要総数の
ターンが形成されるように先ず設計パラメーターを設定
する。このような設計の達成を容易にするため、コイル
巻き作業中にコアが３６０°回転するごとにこれを容易
にモニターし、所要数の層のそれぞれに所要数のターン
が確実に形成されるようにプラスチック・コアに突出マ
ーカーを形成する。また、各ターン層ごとに環状コアの
扁平端面の１つに沿って円周方向に補償ターンを形成す
る。この補償ターン形成は本発明の好ましい莢施例の場
合、コアへの第１ターン巻着に使用した線の残り部分を
、コアを回転させながらコアの一方の環状端面上の円形
経路に沿って単一のループまたはターンとして巻着し、
ボビンを移動させてコアに巻着したそれぞれのターンの
下に固定することによって行なう。

このようにして形成されたコイルは必然的な結果として
各ターン層ごとに必要な補償ターンを具える。

（以　下　余　白） 上記設計基準に従い、市販の環状コイル巻線機と公知の
ように制御するだけで、環状コイルを作成した。換言す
れば、ターンのスペーシング及びピッチが絶対に均一で
、コイル巻き欠陥が全くない、即ち、“完全なシンメト
リ−”を有し、精密なコイル巻き制御技術によってのみ
実現されるコイルを達成するための対策は講じなかった
。特に配慮したことといえば、通常程度の均等性で各層
に同数のターンが形成され、必要な整数個の層のそれぞ
れに対応して、コアが３６０°回転するごとに自動的に
補償コイルが形成されるように留意し力量メーターのそ
れぞれ対応する導電体／１次巻線と組み立て、両者の間
に上記絶縁及び容量性シールド金属層を介在させ、テス
トした。テストの結果、所要の線形応答特性及び広ダイ
ナミック・レンジを有し、外側に磁気シールドを設けて
ないにもかかわらず外部結合磁場の影響を受けず、導電
体／１次巻線を流れる電流に起因する容量性干渉効果に
も影響されないことが判明した。さらにまた、上記ｃｔ
ａｓｓ　２００タイプのメーターに組み込まれた状態で
、各環状コイルはそれぞれ留別に高度の固有磁気干渉消
去効果を発揮すると共に、電圧加算関係から、１対の環
状センサー・コイルの加算出力間における相互的磁気干
渉相殺をも可能にするように作用した。

本発明の環状コイルは極めて有益かつ驚くべき成果また
は発見であると考えられる。理論的には、市販の巻線機
の操作に伴なって生するコイル巻き欠陥が、多重層構造
のためコイル全体に均等に配分され、その結果として、
コイル巻き欠陥に起因するコイルの電磁感能応答の異常
が自己相殺される。従って、本発明の環状コイルは準完
全シンメトリ−を有することが特徴であるということが
できる。

本発明の環状センサー・コイル／２次巻線は簡単な構造
、小さいサイズ、製造の容易さ、製造コストの低さにお
いて公知のものよりも著しくすぐれている。その電気特
性がほぼ完全にシンメトリツクであり、導電体／１次巻
線を流れる電流の時間導関数を測定する電力量計中の環
状センサー・コイル／２次巻線として使用する場合、こ
のような用途において課せられるきびしい条件や、要求
される正確な線形応答及び広ダイナミック・レンジ特性
にもかかわらず、外部的な、即ち、外側を囲む容量性ま
たは磁気的干渉シールド構造を必要としないことも特徴
である。

本発明の他の実施態様として、既に述べたように環状セ
ンサー・コイルを粉末鉄心に巻着することができる。粉
末鉄心は１次巻線として使用される導電体を囲む２次巻
線として環状センサー・コイルを使用する場合、環状セ
ンサー・コイル間電磁結合を増大させる。粉末鉄心の周
りに本発明の環状コイルを形成するのは２０アンペア、
複数相または多相電力供給用として使用する場合であり
、感知すべき電流レベルの大きさも２００アンペア電力
供給用の場合に感知しなければならない電流レベルの１
７１Ｏに過ぎない、即ち粉末鉄心は結合係数を高め、所
与のサイズ及び形状の環状コイルにおいて、電力消費量
メーターの既存処理回路と適応する形で所要範囲の出力
電圧レベルを発生させるのに必要なターン数を減らす一
方で、比較的狭い被感知電流変動範囲に亘ってコイルの
応答特性の充分な線形性を維持する。２０アンペアは２
００アンペアに対してその比が１：１０であり、出力電
力レベルも（本発明の環状空心コイルに対して）１：１
０と小さくなるから、空心にではなく、透磁率が逆比１
０：１の粉末鉄心にコイルを形成することにより、ほぼ
同じコイル形状、整数個の層、及び層ごとのターン数で
同じ範囲の出力電圧レベルが得られる。粉末鉄心への環
状コイル巻着に関して上述したのと同じ基準を採用する
ことにより、同じ有益な結果のうちの多くが、即ち、感
知すべき電流レベル変化の範囲または比率に亘る線形応
答、及び磁気干渉効果の固有の自己消去が達成された。

２０アンペア電力供給は多くの場合多相方式であるから
、１対のセンサー・コイル間で起こるような相互的な相
殺は得られないから、この場合には外部磁気シールドが
必要になる。しかし、この実施態様でも環状コイルのコ
スト軽減と小型化という好ましい成果が得られる。

添付の図面に沿って本発明の詳細な内容を以下に説明す
る。

（好ましい実施例） 第１図は公知の筺体１１を有し、本発明の環状コイル１
３．１３ａから成る２次巻線を含む２個の相互インダク
タンス電流トランスジューサー１２．１３ａを組み込ま
れたＡＣ電カメ−ターまたは積算電力計１０を示す。各
トランスジューサー１２．１２ａの環状コイル１３．１
３ａは対応する細長い円筒形スリーブ１４．１４ａのほ
ぼ中間点において該スリーブを囲んで同軸関係に取り付
けられ、前記スリーブはそれぞれ対応の導電体１８．１
８ａを囲むように取り付けられている。スリーブ１４ａ
についても同様であるが、図示のス金属板１５と、金属
板１５を導電体１８から電気的に絶縁するための内側の
円筒形絶縁シート１６とで構成されている。リードＩａ
１７，１７ａが容量性シールド、例えば、金属板１５を
後述する処理回路３６の接地端子３７．３７ａと接続す
る。

導電体１８．１８ａそれぞれ対応のメーター・ブレード
端子２０．２１間及び２０ａ、２１ａ間に直列接続され
ている０図面では略示しであるが、線側ホット導！２４
．２４ａは端子２０，２０ａをＡＣ電源２５に接続し、
負荷側ホット導線２６．２６ａは端子２１．２１ａをＡ
Ｃ負荷２８に接続する。

図示のメーター１０及び回路結線ばあ（までも説明のた
めのものであり、本発明の相互インダクタンス電流トラ
ンスジューサーを実用に供する際には必ずしも図示の通
りでなくてもよい。即ち、第１図の構成は住居用として
電力会社が使用する典型的な誘導形ワット時メーターで
あり、ＡＣ電源２１５は２次出力から３線２００／１２
０ボルト単相電力を供給する電柱頂部の配電変圧器を表
わすと考えればよい、供給され、消費され、メーター１
０によって測定される電力は任意の時点における電流を
表わし、かつ１８０°位相差に対応する互いに逆方向の
矢印で示すように導線２４．２４ａを逆方向に流れるＡ
Ｃ電流成成分　Ｉｓ　’　２と、導線２４．２４ａ間に
現われる２４０ボルトの電圧とから総電流の関数である
。即ち、それぞれの導線２４．２４ａと接地導線３０と
の間にそれぞれが等しく１２０ボルトの、ただし位相が
反対の電圧Ｖ、、Ｖこのような３線システム尋いて、１
２０ボルト負荷に対応する電流成分１１．１２は２つの
導電体１８．１８ａの一方だけを通過するのに対して、
２４０ボルト負荷の電流成分（ｉｔ、１．）は上述した
通り反対方向に両導電体１８．１８ａを通過する。なお
、１２０ボルトのＡＣ負荷は負荷側ホット導線２６．２
６ａの双方、典型的にはそれぞれと接地中性線３０との
間に接続され、２４０ボルトのＡＣ負荷は導線２６．２
Ｓａ間に直接接続される。

従って、２４０ボルト負荷に供給される総電流（ｌ＋＋
ｉ２）が両導線１８．１８ａを通過するのに対して、１
２０ボルトの不平衡回路は互いに異なる別々の電流成分
（ｉｔまたはＬｘ）をそれぞれ対応の導電体１８．１８
ａに流す。しかし、導電体１８．１８ａ間に現われる電
圧（ほぼ一定して２４０ボルト）、及びそれぞれが１２
０ボルト負荷に供給されてメーターを１回だけ、即ち、
導電体１８．１８ａのいずれか一方を通過する個別電流
成分と２４０ボルト負荷に供給されてメーターを２回通
過する、即ち、導電体１８．１８ａの双方を通過する複
合電流成分（１＋及びｔｚ）を含む、導電体１８．１８
ａを通過する個々の電流の合計（ｔ、＋ｉ２）を感知す
ることによって電力積算が正しく行なわれる。メーター
の導電体１８．１８ａを通過鈴 する総電流（１＋◆１２）は供電されるＡＣ負荷２８の
インピーダンス値に応じて少なくとも１／２アンペア乃
至２００アンペアの範囲内で変動するのが普通である。

従って、正確な電力消費量測定値を形成するためには、
少なくとも４００：　１という広い範囲または大きい比
率の総電流変動を線形的に感知しなければならない、必
然的な結果として、感知すべき電流レベルのこの広いダ
イナミック・レンジに亘って線形応答特性を維持するた
めに、電ｃ　Ｃａｒｐ、、　Ｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　Ｌｏ
ｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｎｄ　
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｄｌｖｉｓｌｏｎ゛　　　　
から販売されているタイプＤ４Ｓを使用することができ
る。Ｄ４Ｓメーターに使用されている導電体１８．１８
ａは直径が約１／４インチ、ブレード端子２゜、２１ま
たは２０ａ、２１ａ間の軸方向長さが２インチを僅かに
超える程度で、スペース節約に寄与する大径導電材から
成る。本発明の環状コイルみ込まれる電流差センサーと
して使用するに最適である。ただし、ほかにも種々の用
途があることはいうまでもない。

本発明の環状センサー・コイルは従来この種のメーター
に使用されている。また、上記特許３４４゜４１３．２
３０号に開示されているようなセンサーと同じ範囲の出
力電圧レベルを形成する。従って、この種のメーターの
作用に関する詳細については特許第４，４１３，２３０
号を参照されたい。ただし、極く大ざっばに説明すると
、第１図から明らかなように、センサー１２．１２ａは
測定回路３Ｂ内で直列に接続され、かつ電圧加算関係に
ある終端リード線２２．２３、及び２２ａ、２３ａを具
備する。具体的には、リード線２２．２３間及びリード
線２２ａ、２３ａ間に、センサー１２．１２ａのそれぞ
れの環状コイルが対応の電流差応答アナログ電圧信号出
力ｅｔｔ、ｅＩ２を発生させ、前記アナログ電圧信号出
力’５１１’％　６１２は対応の導電体１８．１８ａを
通過するそれぞれの電流１１、ｌ、の導関数の和に呼応
し、回路３６が前記電圧信号出力ｅ＋＋、ｅｔｚを合計
することにより、複合された総電流差応答アナログ電圧
信号出力ｅ　ｔ（ｅ　ｔ−（ｄｉｌ／ｄｔ　＋ｄｉｚ／
ｄｔ）を形成する。ただし、Ｍはセンサー１２（または
１２ａ）の１次巻線／導電体１８（または１８ａ）及び
２次巻線／環状コイルに共通の相互インダクタンスであ
る。このアナログ電圧信号出力ｅ、は線電流と同じ周波
数、及び線電流和（ｉ＋＋ｉ２）に比例する振幅を有す
るが、相互インダクタンストランスジューサー１２．１
２ａの相互インダクタンス特性に含まれる数学的導電数
のため、９０°位相ずれ関係にある。

特許第４．４１３，２３０号に開示されている種々のタ
イプのうちのいずれのタイプでもよい電圧トランスジュ
ーサー３０は振幅が線間電圧Ｖの振幅に比例し、周波数
及び位相関係が線間電圧Ｖと同じ出力電圧ｅｖを形成す
る。従って、ｅｖ及びｅｌは負荷２８に供給され、メー
ター１０によって測定されるＡＣ電力の電圧成分及び電
流成分をそれぞれ表わす。

電圧トランスジューサー３０からのアナログ電圧出力信
号ｅｖは導線３２．３４を介して測定回路３６に供給さ
れ、アナログ電圧出力信号ｅ目、ｅ１□は導線２２．２
２ａを介して測定回路３６に供給され、測定回路３６は
電力消費量を計算し、図面において表示手段３８で略示
するように電力消費量を表示する０回路３６は特許第４
．４１３．２３０号に開示されているような公知タイプ
のものでよく、その特徴として、例えば５０，０００乃
至１００，０００オームまたはそれ以上の極めて高い入
力インピーダンスを有する。従って、それぞれのセンサ
ー１２．１２ａを介して、または入力信号ｅｌｓ　ｅｖ
をきようきゆするための電圧トランスジューサー３０を
介して導電体１８．１８ａから回路３６に電力が結合す
ることはほとんどない。従って、環状コイル形成に極め
て細い導線を使用しても所要の電圧レベル出力範囲を達
成できる。例えば、負荷への電流が２００アンペアの場
合、回路３６へ供給される電圧レベル出力ｅｉは１００
ミリボルトＲＭＳとなるが、例えば、電流レベルが２ア
ンペアの場合には線形に低下して（！ｌ　ｗｌミリボル
トＲＭＳとなり、１アンペアならｅ１＝ｏ、ｓ　ミリボ
ルトＲＭＳとなる。

冒頭に述べたように、電流センサー１２．１２ａの環状
コイル／２次巻線１３．１３ａはいわゆる空心に巻着さ
れ、従って、空隙を介して、各環状コイルと同軸位置を
占めるそれぞれの導電体１８．１８ａと結合し、それぞ
れの導電体は単巻き１次巻線として作用する。これも既
に述べたことであるが、環状コイル１３．１３ａはその
サイズが小さいから、特に筺体１１内及び端子２０．２
０ａ及び２１．２１ａ間の限られたスペースにかんがみ
、メーター１０の組み立てが容易になる。

おそらくはこのことよりもさらに重要な特徴として、環
状コイル１３．１３ａの軸方向長さを短縮したことによ
り、導電性金属シールド１５の軸方向長さに対して少な
くとも３、典型的には４以上の縦横比が得られるから、
環状コイル１３．１３ａを囲む外側容量性シールドは不
要となる。さらにまた、それぞれの環状コイル１３．１
３ａはその断面積が狭く、対称に近い形態を有するから
、個々のコイル内に生する磁気干渉に対して固有の相殺
特性が作用し、第１図に示す測定装置に利用された場合
にはこれに作用する磁気干渉に対して相互的な相殺特性
が働くから、環状コイル１３．１３ａの磁気シールドは
不要となる。後述するように環状コイル１３．１３ａを
プラスチックなど適当な材料から成る保護カバーで包み
、対応のスリーブ１４．１４ａに取り付けてもよい。士
実施例では、完成状態の各環状コイル１３．１３ａが約
１７２インチ以下の軸方向長さを有するのに対して、ス
リーブ１４の円筒形金属シールド１５（及びスリーブ１
４ａの対応シールド）の軸方向長さを約２インチに設定
する。これにより、各導電体１８．１８ａを流れる電流
からコイル１３．１３ａを容量的にシールドするのに必
要な最小縦横比１：３を溝たして余りある効果が得られ
る。

第２図及び第３図はそれぞれ本発明の環状コイルが巻か
れるプラスチック・コア４ｏの平面図及び立面図である
。コア４０はその中心軸線Ｃ／Ｌと直交する平面におい
てほぼ環状の断面を有し、その内外径はそれぞれ０．３
８０インチ±０．００３インチ及び０．６８０インチ±
０．００３インチである。第３図においてコア４０の内
面４０ａを表わす破線から明らかなように、軸線または
中心線Ｃ／Ｌから半径方向に外方へ広がる平面における
この環状体の断面は中心線Ｃ／Ｌと平行な長辺及び中心
線と直交する短辺を画定する。環状巻線を巻き易くする
ため、断面によって画定される“角部”に０．０３２±
０．００４インチの半径で丸みを与える。

本発明のさらに他の構成要件として、軸線Ｃ／Ｌと平行
に、外周面４０ｂから半径方向に内方へ０□０７５±ｏ
、ｏｏａインチずれた位置に０．０５０±０．００５イ
ンチ突出するスタブ４２をコア４０の扁平面４０Ｃに形
成する。このスタブ４２は環状巻線形成の過程でコア４
０に３６０′″に亘る各ターン層が完成されたことを識
別する機能を果たすことによって整数個のターン層形成
を容易にする。即ち、他の点では従来と同じ環状巻線形
成の過程でコア４０が３６０′″回転するごとに規定巻
き数の層が１層ずつ完成する。

示したものである。第４図上垂直方向にコア４０の軸線
を通る鎖線しは第１層の第１ターンが形成される基準位
置を画定し、コイル巻き作業は環状のコアに対して矢印
Ａの方向に進められる。半径方向にスタブ４２と整列す
る位置でコア４０の扁平端面と接触する長い始端４４ａ
が得られるようにして導線４４を位置ぎめしたのち、第
４図紙面の平面から内方へ第１ターンを巻き始め、第４
図では見えないコア４０の裏面を通って半径方向に外方
へ、次いで紙面から軸線方向に外方へ、そして再び半径
方向に内方へ進んで第１ターンを完成し、以後ターンご
とに同様の手順を繰り返す、矢印Ａはコア４０に対する
巻着の方向及び形状を示しているが、実際には巻線機の
ボビンが鎖線りの平面内の連続的な、ほぼ円形の経路に
沿って進むのに伴なってコア４０をその軸線を中心に回
転させる。従って、矢印Ａで示す相対巻着方向に対して
、コア４０は第４図で見て時針方向に回転する。コイル
巻きの過程において、導線４４の始＃４４４ａを指定さ
れている起点位置からコア４０の内周面４０ａに固定し
、コア４０が３６００回転するごとに環状体に順次巻着
される導線４４のターンによって保持され単一３６０°
ターンを形成する。

即ち、コア４０が３６０＠回転するごとにそれぞれのタ
ーン層が完成し、各ターン層が完成するごとに自動的に
補償ターン４４Ｃが形成される。

第５図は本発明の完全に巻かれた環状センサー・コイル
５０を示し、この状態ではかくれて見えないコア４０の
内周面から始端４４ａが突出し、外周面の半径方向には
ほぼ整列し、それぞれが同じ巻き数を有する整数個のタ
ーン層を形成した分だけ距離を置いた位置から終端４４
ｂが突出している。１実施例では上記寸法のプラスチッ
ク・コア４０にそれぞれが３８０ターンから成るターン
層を４層、即ち、合計１，４４０ターンが形成されるよ
うに３８番銅線を巻いた。

第６図に示すように、完成した第５図の環状コイル５０
を、端子６２．６４を有するケース６０に封入し、前記
端子６２．６４に始端４４　ａ及び終端４４ｂをそれぞ
れ接続し、例えば第１図に示すようなリード線２２．２
３を前記始端４４ａ及び終端４４ｂにそれぞれ接続する
。

第７図は本発明の環状コイルを巻く際に起こり得るコイ
ル巻ぎ欠陥の性質または特徴を示す軸線Ｃ／Ｌと直交す
る平面における第５図の完成環状コイル５０の部分断面
図である。さらに詳しくは線Ｃ／Ｌと直交する平面にお
けるコア４０の部分的断面と、この部分における軸線Ｃ
／Ｌと平行な、従フて、コアの内外周面４０ａ、４０ｂ
に配列されている各ターンの断面とを示している。４４
−１′及び４４−１’は同一ターンの内側及び外側セグ
メントをそれぞれ表わし、同様に４４−２′及び４４−
２’、４４−３’及び４４−３２．４４−４’及び４４
−４”、及び４４−５’及び４４−５１はそれぞれ第２
、第３、第４及び第５ターンの内側及び外側セグメント
を表わす。コイル巻き欠陥の１列をセグメント４４−２
’　で示した。このセグメントは面４０ｂから浮き上が
っており、相互の間隔が詰まり過ぎた先行ターン・セグ
メント４４−１’　と後続ターン・セグメント４４−３
′によってこの浮き上がった位置に保持されている。同
様の欠陥を内周面４０ａのターン・セグメント４４−２
”で示した。セグメント４４−３′　と隣接するターン
・セグメント４４−４’の間隔が広過ぎる場合、これも
また欠陥の１つである。

このような欠陥の発生頻度、即ち、本発明のセンサーに
組み込まれる改良型環状コイルに必要な総ターン数に対
するこのような欠陥を有するターンの％は巻線機を普通
に操作し、通常の制御だけを実行した場合でも大きくは
なく、高い総ターン数の数％に過ぎない、コイル巻き欠
陥はコイル巻き作業を精密制御することで回避できるの
が普通である。しかし、コイル巻き作業を精密制御して
僅かな％の欠陥をも排除しようとすれば、環状コイルの
製造速度が著しく落ち、その分だけ製造コストを増大さ
せることになる。従ワて、本発明は小型化を可能にし、
環状コイルを囲む外側の容量性及び／または磁気シール
ド構造を不要にするという有益な効果だけでなく、環状
コイルを巻くための時間とコストを著しく軽減する。コ
イル巻き欠陥の存在にもかかわらず、この環状コイルは
所要の線形出力及びダイナミック・レンジ特性という点
では精密制御下に形成され、ほぼ完全にシンメトリック
な環状コイルと等価に作用するから、準シンメトリ環状
コイルと呼ぶことができる。

上記電力量メーターまたはワット時メーターに組み込ま
れる相互インダクタンス電流トランスジューサーとして
採用した場合、本発明の環状コイルは実用に際して所要
範囲の出力電圧レベルを形成でき、外側に磁気または容
量性シールドを設けるか否かに関係なくそのダイナミッ
ク・レンジ及び線形応答特性は電力消費量測定に定めら
れている精度基準を満たして余りあることが立証された
。本発明の準シンメトリ環状コイルはほかにも種々の用
途に利用できるが、単相３線２４０ボルト・システムの
場合について第１図に示したような相互インダクタンス
電流センサー及びメーターとして利用するのに好適であ
る。即ち、本発明の環状コイルは準シンメトリ特性を有
するから、このようなメーターに１対を組み込むと、そ
れぞれが個々の環状コイル内では独自に消去できない磁
気干渉に対してほぼ同じ応答を示し、この磁気干渉に呼
応してそれぞれの電圧出力中にほぼ同じ対応の異常を発
生させる。１対の環状コイルの電圧出力は加算関係で、
ただし、磁気干渉による異常に関しては互いに逆方向に
合成されるから、この磁気干渉は完全に相互相殺され、
特許第４，４１３，２３０号に開示されているように、
電流電圧差にほとんど、または全く影響しない。

本発明の他の実施態様とて、例えば１９８７年２月１９
日付出願第０１８，４２０号の部分継続としての１９８
７年１０月２１日付出願（ＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＣ
ａｓｅ　５３．６８４１　）に開示されているように鉄
分、例えばカルボニルＥで形成したコアを有するインダ
クタンス電流トランスジューサーに環状コイルを使用し
てもよい。なお、上記出願及これに引用されている文献
の開示内容は本願明細書にも引用した。本願明細書の第
８図は上記出願の第３４図に対応し、この第３４図はＲ
，Ｍ、Ｂｏｚｏｒｔｈ著“Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｌｓ
ｍ”　、ｐ、４８９の第１１−１１図に対応する。第８
図において、場の強さＨと関数関係にある透磁率μはレ
イリー域またはレイリー・レンジと呼ばれる場の強さの
比較的広い範囲に亘って比較的一定した値μＯを取る。

磁化曲線の勾配（λ）に等しいレイリ一定数えは鉄粉の
場合、レイリー・レンジに亘ってほぼ０に等しい。その
他の強磁性材に関する勾配をＡＡ％ＢＢ及びＣＣで例示
しであるが、これらの例では勾配λは０に等しくない。

式（１）はすべての材料における初期透磁率μ０、レイ
リ一定数え及びレイリー・レンジにおける場の強さＨと
透磁率μとの関係を示す。

μ＝μ０＋λＨ（１） ＮＩ Ｈ＝　−（２） 式（２）は場の強さＨと電流ｉの関係を示し、Ｎ１は１
次巻線のターン数（即ち、上記本発明実施例の場合なら
Ｎ１−１）、ｊ２はコアの周長を表わす式（３）ＨＡ磁
束（φ）、磁束密度（β）及び場の強さ（Ｈ）の関係を
示す。

ｔ 式（４）は磁束及び２次巻線におけるターン数Ｎ２に対
する電流／電圧トランスジューサーの２次巻線における
出力電圧の関係を示す。

式（５）は定数値をクラスターした形で式（４）を示す
。

式（６）は式（１）を代入した形で式（５）を示す。

式（７）はμ０が一定である特定の場合の式（６）を示
す。

式（８）　は式（７）をさらに簡単な形にしたものであ
る。即ち、本発明の環状コイルのコア１２０として例え
ばカルボニルＥのような鉄粉から成る環状コアを使用す
ると、電圧ｌの第１時間導関数に正比例する。レイリー
・レンジはコア１２０の励磁または非飽和レンジ内に位
置する。

本発明の環状コイル及び粉末鉄心を利用する電流センサ
ーは２０アンペア多相電力供給用のいわゆるクラス２０
メーターに組み込むのに有用であ同じであるが互いに　
１２０”　だけ移相ずれしている３木の導線で供給され
る。この場合には共通接地導線は使用されないから、第
１図に略示したような電流パスとは異なる電流バスが成
立する。即ち、メーターには３個の相互インダクタンス
電流トランスジューサーが使用され、各トランスジュー
サーは細長い導電体／１次巻線と上記粉末鉄心に巻かれ
た環状コイルから成り、それぞれの前記センサーバ第１
図におけるセンサー１２．１２ａのそれぞれとほぼ同じ
形態を呈する。３つの環状コイル２次巻線の出力を供給
された加算回路は対応のアナログ電圧出力信号： ａｔ　　　　　　　　　ａｔ　　　　　　　　　ａｔを
形成する。ただし、Ｍ′は各電流トランスジューサーの
１次及び２次巻線間の相互インダクタンス共通値である
。値Ｍ′は本発明第１実施例における空心トランスジュ
ーサーの場合の値Ｍよりもはるかに大きいから、同じ所
要範囲のアナログ電圧出力信号レベルを形成するのに、
導電体／１次巻線を流れる所与の電流レベルに関して各
センサーの環状コイル／２次巻線のターン数を比例的に
減らすことができる。従って、本発明第１実施例の空心
トランスジューサーと同じ基本的寸法及び断面積を有す
る粉末鉄心トランスジューサーはターン数が比Ｍ’：Ｍ
に反比例し、電流比２０：２００に正比例するように設
定した環状コイル／２次巻線を使用することができる。

従って、３個のトランスジューサーから同じ電圧レベル
範囲の累計アナログ電圧出力信号が得られ、総電力消費
量を計算するため第１図の回路３６のような処理回路に
供給すべき対応信号ｅｌの電圧入力条件を満たすことが
できる。この処理回路は公知であるから詳しい説明は省
くが、電力量メーター及び関連の回路については特許第
４，４１３，２３０号を参照されたい。

実用例として、粉末鉄心の透磁率が１０よりもやや小さ
い、例えば約８となる場合がある。クラス２００センサ
一用環状コイル／２次巻線のターン数Ｎ１に対して、ク
ラス２０センサ一用環状コイル／２次巻線のターン数Ｎ
２′は であり、上記式中のＮ２は１４４０ターンに等しい。

ターンの形成態様は上述した通りであり、それぞれ同数
のターンを含む複数の厳密には整数個の層として形成し
、各層ごとに１つの補償ターンが形成されるようにする
。上記Ｎ、　’　＝１８００の場合にはそれぞれが４５
０ターンを含む４層を形成することになる。

クラス２０電流センサーの環状では本発明の第１実施例
として述べたクラス２００電力供給の環境において１対
の環状コイルの出力を加算することで達成されたような
磁気干渉の相互相殺は達成されない。従って、クラス２
００の環境では各電流センサーに磁気シールドが必要で
あり、磁気シールドの適当例を第９Ａ乃至第９Ｄ図に示
した。第９Ａ図及び第９Ｂ図は円筒形側壁７３、及び外
方に突出した同心的な中心孔７５を有する閉鎖端７４を
含むほぼ円筒形の筺体部７２をそれぞれ平面図及び縦断
面図で示している。第９Ｃ図及び第９Ｄ図にそれぞれ平
面図及び縦断面図で示すエンドキャップ７６はほぼ環状
の形態を呈し、内径が筺体部７２の円筒形側壁７３の外
径よりもやや大きく、前記筺体部７２に嵌着できるよう
にした円筒形外壁７７を有する。エンドキャップ７６は
ほかに内側に突出した中心孔７８をも含む。第５図に示
すような外形を具え、しかし粉末鉄心に巻かれた環状２
次巻線を筺体部７２内に嵌入し、筺体部にエンドキャッ
プ７６を固定し、次いで環状コイルからのリード線をエ
ンドキャップ７６の扁平端面苧０に形成され、かつ内方
へ突出させた偏心孔７９に通す。好ましくは組み立てに
先立って、第１図のスリーブ１４と同様に絶縁層及び導
電層から成るスリーブで囲まれた導電体を環状コイル内
に配置し、最終組み立て段階において、シールド７０の
筺体部７２及びエンドキャップ７６に形成しである対応
孔７５．７８にスリーブと導電体との複合体を通す。

本発明の環状コイルを利用する上記クラス２０電力供給
用の電流センサーは第９Ａ図乃至第９Ｄ図に示すような
磁気的及び容量性シールドの補足を必要とするが、既に
述べたような小型化、製造コスト軽減及び完全に近いシ
ンメトリ−特性という本発明の利点を享受することがで
きる。

当業者ならば本発明の実施態様に種々の変更を試みるこ
とができ、頭書した特許請求の範囲はこれらの変更をす
べて包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の相互インダクタンス差動電流トランス
ジューサーを利用するＡＣ電力量メーターまたはワット
時メーターを一部切欠いて略示する平面図である。 第２図及び第３図はそれぞれ本発明の差動電流トランス
ジューサーにおける２次巻線としてのｌ状コイルを巻く
ための環状コアを示す平面図及び立面図である。 第４図は本発明の環状コアに環状コイルを巻く態様を略
示する平面図である。 第５図は本発明の完成環状コイルの立面図である。 第６図は第５図の環状コイルを収容するケースの端面図
である。 第７図は通常の環状コイル巻き作業中に発生するコイル
巻き欠陥の特徴を明らかにするため環状コアに巻かれた
環状コイルのいくつかのターンを示す拡大部分断面図で
ある。 第８図は本発明の環状コイルを巻くことができる粉末鉄
心に関して透磁性と場の強さとの関係を示すグラフであ
る。 第９Ａ図及び第９Ｂ図は粉末鉄心に巻かれた本発明の環
状コイルを併用することにより、この環状コイルが多相
電流計用差動センサーとして利用される場合に磁気シー
ルド効果を発揮させることのできる金属シールドの縦断
面図及び端面図である。 第９Ｃ図及び第９Ｄ図はエンドキャップの縦断面図及び
端面図である。 １０・・・・メータ、１１・・・・筺体、１２・・・・
トランスジューサー、 １３・・・・環状コイル、１４・・・・スリーブ、１５
・・・・金属板、３６・・・・処理回路、４０・・・・
プラスチックコア、 ５０・・・・環状コイル、６０・・・・ケース、７０・
・・・磁気シールド、 ７６・・・・エンドキャップ。 出願人：　　ウエスチングへウス・エレクトリック・コ
ーポレーション代　理　人：加　ｉ　　紘　一部（ばか
１名）十１１ ＦＩＧ、１ ｆヶ入仁７ワ。ア　　　　　　　　　　　　　　　　　
　外用０ＦＩＧ・２　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ＦＩＧ、３喝＾虫ぐ　　Ｈ□ ＦＩＧ、９Ａ　　　　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、
９ＢＦＩＧ、９ＣＦＩＧ、９Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ＡＣ電力線配線系によって供給される電流量の大
   きさ及び変化率に呼応し、かつこれと正比例してレベル
   が変化するアナログ電圧出力信号を形成する相互インダ
   クタンス差動電流トランスジューサーであって、 第１、第２端と、その間にあって所定の長さを有し、中
   心軸線を画定するほぼ直線的な軸方向部分とを有する細
   長い導電体と； 前記所定の長さとほぼ同じ長さを有し、細長い導電体の
   直線的な軸方向部分の周りに同軸関係に嵌合され、かつ
   これから電気的に絶縁される導電材から成るほぼ円筒形
   のスリーブと； 中心軸を画定し、前記ほぼ円筒形のスリーブの長さの約
   １／３よりも短い軸長を有し、内径が円筒形スリーブの
   外径にほぼ等しく、円筒形スリーブの周りに同軸関係に
   嵌合するに充分であり、前記円筒形スリーブの全長のほ
   ぼ中央部の周りに同軸関係に位置ぎめされる環状センサ
   ー・コイルを含み、 環状コイルがコイルの中心軸線を含み、かつこの中心軸
   線から半径方向に広がる平面内に矩形断面を有し、コイ
   ルの軸長に対応する各長辺が導電体の中心軸線と平行で
   あり、各短辺が中心軸線と交差し、コイルの内径に対し
   てコイルの外径を画定し、前記環状コイルが電磁結合さ
   れていて導電体を流れるＡＣ電流によって発生する磁束
   変化に呼応して、少なくとも４００：１の電流量変化率
   で導電体を流れる電流の時間導関数とほぼ正比例するア
   ナログ電圧信号出力を形成し、前記環状コイルが所定の
   電圧範囲内のレベルでほぼ正比例的に呼応するアナログ
   電圧信号出力を形成するように設定された巻き数を有し
   、これらのターンが整数層として形成され、各層が共通
   の巻き数から成り、各層のターンが環状コイルの周長に
   沿ってほぼ均等に配分されていることと； 環状コイルがターンのそれぞれの層ごとに補償ターンを
   含み、それぞれの補償ターンがコイルの内径（即ち、４
   ０ａ）と外径（即ち、４０ｂ）の中間位置においてコイ
   ルの全周長に亘つて巻着されていること を特徴とする相互インダクタンス差動電流トランスジュ
   ーサー。 （２）環状コイルを巻着され、巻着された状態での環状
   コイルの内外径、軸長及び矩形断面をほぼ画定するほぼ
   環状を呈するコアをも含むことを特徴とする請求項第（
   １）項に記載の差動電流トランスジューサー。 （３）コアを実質的に通気性の非金属性、非磁性材料で
   形成したことを特徴とする請求項第（２）項に記載の差
   動電流トランスジューサー。 （４）各ターン層におけるコイルのターンが公知の環状
   コイル巻き作業で、規定のコイル巻き制御公差の範囲内
   で巻着され、各層のほぼ均一なターン配分が規定の公差
   範囲内の巻着欠陥（例えば第７図）を含み、この欠陥が
   ターンの各層によって形成されるコイルのアナログ電圧
   信号出力に対する寄与分中に対応のばらつきを発生させ
   ；アナログ電圧信号出力に対する複数の、整数個ターン
   層のそれぞれの寄与分に現われるばらつきはほぼ完全に
   自己相殺されて、コイルのアナログ電圧信号出力が導電
   体を流れる電流の時間導関数と所定の電圧範囲に亘って
   ほぼ正比例の関係に維持される ことを特徴とする請求項第（１）項に記載の差動電流ト
   ランスジューサー。 （５）それぞれの前記コイルが０．２５０乃至０．５１
   ０インチの軸長、０．２５０乃至０．３８０インチの内
   径、及び０．６８０乃至０．８１０インチの外径を有す
   ることを特徴とする請求項第（１）項に記載の差動電流
   トランスジューサー。 （６）コアが約０．２５０インチの軸高、約０．３８０
   インチの内径、及び約０．６８０インチの外径を有する
   ことを特徴とする請求項第（２）項に記載の差動電流ト
   ランスジューサー。 （７）電力線配線系の導線によって供給されるＡＣ電流
   の電流成分及び電圧成分に対応し、量子化された電力消
   費量を表わす電子信号を形成するため測定されるアナロ
   グ信号を処理する電子測定回路を有するＡＣ電力量メー
   ターであって、全体で被測定電力量の電流成分を構成す
   る別々の電流量ををそれぞれ搬送する電力線配線システ
   ム導体の少なくとも２つと直列にメーターを接続するた
   めの筺体と； 電力線配線系導線と並列に接続して電圧成分に比例する
   電圧応答アナログ電圧信号を形成する電圧感知トランス
   ジュ−サーと； それぞれが個別に電力線配線系導線と直列に接続して電
   流成分の対応の電流量を導通し、それぞれが第１、第２
   端、及び両端間にあって所定の長さを有し、かつ中心軸
   線を画定するほぼ直線的な軸方向部分を有し、それぞれ
   の電流量の大きさ及び変化率に呼応する磁束変化を発生
   させる単巻き１次巻線を有効に形成する第１及び第２導
   電体と、少なくとも第１及び第２導電体の直線的軸方向
   部分の周りに同軸関係にし、かつ該部分から電気的に絶
   縁されるほぼ所定の長さの導電材から成る少なくとも第
   １及び第２のほぼ円筒形のスリーブを含む電流感知トラ
   ンスジューサー手段から成り、電流感知トランスジュー
   サー手段がそれぞれ別々の非磁性コアに巻着された少な
   くとも第１及び第２環状センサー・コイルから成る２次
   巻線手段をも含み、それぞれの環状センサー・コイルが
   中心軸線を画定し、ほぼ円筒形のスリーブの長さの約１
   ／３よりも短い軸長を有し、円筒形スリーブの外径とほ
   ぼ等しく、かつ円筒形スリーブの周りに同軸関係にコイ
   ルを配置するに充分な内径を有し、かくして前記コイル
   が前記円筒形スリーブの全長のほぼ中央部の周りに同軸
   関係に配置され、該コイルがその中心軸線からこの中心
   軸線を含んで半径方向に広がる平面内に矩形断面を有し
   、コイルの軸長に対応する矩形断面の各長辺が導電体の
   中心軸線と平行であり、各短辺が中心軸線と交差してコ
   イルの内径に対してその外径を確定し、環状コイルが電
   磁結合されていて、それぞれの導電体を流れるＡＣ電流
   によって生する磁束変化に呼応して、少なくとも４００
   ：１の電流変化率で導電体を通る総電流量の時間導関数
   にほぼ正比例する合計アナログ電圧信号出力を形成し、
   コイルのそれぞれが所定電圧範囲内のレベルでほぼ正比
   例関数のアナログ電圧信号出力が発生するように設定さ
   れた巻き数を有し、各コイルにおけるターンがそれぞれ
   同数の整数個の層から成り、各層が共通巻き数を含み、
   各層のターンが環状コイルの周長に亘つてほぼ均等に配
   分され、それぞれの環状コイルが各ターン層ごとに補償
   ターンをも含み、各補償ターンがコイルの内外径間の中
   間位置においてコイル全周長に亘って配置されており； 電圧に呼応するアナログ電圧信号も電流に呼応するアナ
   ログ電圧信号も電子測定回路の高インピーダンス及び低
   レベル信号入力に接続されることを特徴とするＡＣ電力
   量メーター。 （８）それぞれの電流トランスジュ−サーはほぼ環状を
   呈して環状コイルを巻着され、巻着された状態の環状コ
   イルの内外径、軸長及び矩形断面をほぼ確定するコアを
   も含むことを特徴とする請求項第（７）項に記載のメー
   ター。 （９）それぞれの電流トランスジューサーに関して、 コアをほぼ通気性の非金属性の非磁性材で形成したこと を特徴とする請求項第（８）項に記載のメーター。 （１０）それぞれの電流トランスジューサーに関して、 各ターン層におけるコイルのターンが公知環状コイル巻
   き作業で正規のコイル巻き制御公差の範囲内で巻着され
   、各層のほぼ均等なターン分布が正規の公差範囲内の巻
   着欠陥を含み、この欠陥が各層のターンからコイルのア
   ナログ電圧信号出力への寄与分にそれぞれ対応のばらつ
   きを発生させ；アナログ電圧信号出力に対する複数の、
   整数個のターン層からのそれぞれの寄与分に現れるばら
   つきがほとんど完全に自己相殺されることにより、コイ
   ルのアナログ電圧信号出力が所定の電圧範囲に亘って導
   電体を通る電流量の時間導関数とほぼ正比例状態に維持
   される ことを特徴とする請求項第（７）項に記載のメータ（１
   １）それぞれの電流トランスジュ−サーに関して、 それぞれの前記コイルが０．２５０乃至０．５１０イン
   チの軸長、０．２５０乃至０．３８０インチの内径、及
   び０．６８０乃至０．８１０インチの外径を有すること
   を特徴とする請求項第（７）項に記載のメータ（１２）
   それぞれの電流トランスジューサーに関して、コアが約
   ０．２５０インチの軸高、約０．３８０インチの内径、
   及び約０．６８０インチの外径を有することを特徴とす
   る請求項第（８）項に記載のメータ（１３）ＡＣ電力線
   配線系から供給される電流の大きさ及び変化率に呼応し
   、かつ所定の電圧レベル範囲に亘ってこれと正比例して
   レベルが変化するアナログ電圧出力信号を形成する相互
   インダクタンス差動電流トランスジュ−サーの製法であ
   つて、 第１、第２端、及びその間にあって所定の長さを有し、
   システムからの電流と直列接続するための中心軸線を画
   定するほぼ直線的な軸方向部分から成る細長い導電体を
   設け； ほぼ前記所定の長さを有し、細長い導電体の直線的な軸
   方向部分の周りに同軸関係に嵌合され、かつこれから電
   気的に絶縁される導電材から成るほぼ円筒形のスリーブ
   を設け； 中心軸線を画定し、前記ほぼ円筒形のスリーブの長さの
   約１／３よりも短い軸長を有し、内径が円筒形スリーブ
   の外径にほぼ等しく、円筒形スリーブの周りに同軸関係
   に嵌合するに充分であり、前記円筒形スリーブの全長の
   ほぼ中央部の周りに同軸関係に位置ぎめされる環状セン
   サー・コイルを設け； コイルの中心軸線からこの中心軸線を含んで半径方向に
   広がる矩形断面の寸法を、コイルの軸長に対応する矩形
   断面の各長辺が中心軸線と平行であり、各短辺が中心軸
   線と交差してコイルの内径に対して外径を画定するよう
   に設定し、環状コイルを電磁係合することにより、導電
   体を流れるＡＣ電流が発生させる磁束変化に呼応して、
   少なくとも４００：１の電流変化率で導電体を流れる電
   流の時間導関数とほぼ正比例するアナログ電圧信号出力
   を形成させ、 コイルが所定の電圧レベル範囲内のほぼ正比例関係に呼
   応するアナログ電圧信号出力を形成するようにコイルの
   総ターン数を設定し、 所定のターン数を整数個の層として巻き、各層が共通の
   巻き数から成り、各層のターンが環状コイルの周長に亘
   ってほぼ均等に配分されるようにし、 各ターン層ごとに補償ターンを設け、各補償ターンがコ
   イルの内外径間の位置でコイルの全周長にまたがるよう
   にすることを特徴とする相互インダクタンス差動電流ト
   ランスジューサーの製法。 （１４）各ターン層において規定のコイル巻き制御手段
   を利用する公知の環状コイル巻き作業でコイルのターン
   を巻くことにより、コイルのアナログ電圧信号出力に対
   する各ターン層の寄与分に対応のばらつきとなって現れ
   る規定公差範囲内のコイル巻き欠陥（例えば、第７図）
   を各層に含むほぼ均等に配分されたターンを形成し；コ
   イルを構成する複数層の複数ターン中にほぼ均等にコイ
   ル巻き欠陥（例えば、第７図）が配分されるように前記
   規定のコイル巻き制御手段を利用してコイル巻き作業を
   行なうことにより、コイルのアナログ電圧信号出力に対
   する複数の、整数個ターン層のそれぞれの寄与分に現れ
   るばらつきをほぼ完全に自己相殺させ、コイルのアナロ
   グ電圧信号出力を所定の電圧範囲に亘り導電体を流れる
   電流の時間導関数とほぼ正比例関係に維持する ことを特徴とする請求項第（１３）項に記載の製法。