JPH0476632B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 測定すべき交流を導く一次導体と、直列に接
続されている少なくとも２つの二次巻線とを有
し、この二次巻線の出力電圧が電子積算装置に供
給されて周波数に関係のない測定信号が発生され
る静的積算電気計器の交流装置において、 最大の磁場強度を発生させるために一次導体１
０，１３，２３，３４，４２，４８がループ状に
形成されており、 二次巻線は、一次導体に隣接して配置され各コ
イル軸が互いに平行に延びている直列に接続され
たほぼ同じ形状の２つの二次コイル８，９，１
１，１２，３１，３２，３８，３９，４６，４
７，５６，５７から形成されており、 前記２つの二次コイルは、磁性材のコアを用い
ることなく最大の磁気結合を得るために、一次導
体に流れる電流によつて発生する磁束と係合する
ように配置されており、 又前記二次コイルは一次導体に流れる電流によ
つて発生する磁場線の一部分の長さのみに渡つて
軸方向に延びて、外部の交流磁場によつて誘導さ
れる電圧を相殺するように配置されており、 更に前記一次導体のループは、前記２つの二次
コイルに誘導される電圧の合計値が一次導体に流
れる一次電流に比例するように前記２つの二次コ
イルを密接して包囲することを特徴とする静的積
算電気計器の変流装置。

２ 直列に接続されている一次導体１０の一次巻
線１０ａ，１０ｂが２つのコイル８，９を包囲す
ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変
流装置。

３ 一次導体が互いに並列に接続されている２つ
の導体部分から形成され、この導体部分の巻線１
３ａ，１３ｂがそれぞれ一方のコイル１１，１２
を包囲することを特徴とする請求の範囲第１項に
記載の変流装置。

４ 平坦導体として形成され、かつ電流ループと
して形成された一次導体２３，３４，４２，４８
に、向き合つた導体部分２３ａ，２３ｂ，３４
ａ，３４ｂ，４８ａ，４８ｂが設けられ、この導
体部分には一次導体の平面に巻線部分を形成する
ためにそれぞれ切欠部２４から２７、５０から５
２が形成されており、導体部分と対向している切
欠部が平坦導体の平面に対してほぼ平行な巻線面
を有する一次巻線を形成し、 二次巻線のコイルの巻線面が平坦導体に対して
ほぼ平行に配置され、かつ二次巻線のコイルの少
なくとも一部が平坦導体の面に対してほぼ垂直に
延びる一次磁束によつて貫通されていることを特
徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか
１項に記載の変流装置。

５ 切欠部２４から２７が、一次導体のほぼ中心
軸から縁まで互いに反対方向へ延びていることを
特徴とする請求の範囲第４項に記載の変流装置。

６ 一次導体の向き合つている導体部分に、互い
に反対方向に向けられかつ平行に変位して配置さ
れているそれぞれ２つの切欠部２４から２７が形
成され、それによつて一次導体２３の長手方向に
並んで延びる２つの巻線が形成され、 各巻線の磁束が二次巻線のそれぞれ一方のコイ
ル３１，３２を貫通することを特徴とする請求の
範囲第５項に記載の変流装置。

７ 二次巻線のコイルが一次導体の導体部分の間
に配置されていることを特徴とする請求の範囲第
５項あるいは第６項に記載の変流装置。

８ 二次巻線のコイル３８，３９がプレーナ技術
により螺旋として基板上に一層あるいは多層に取
り付けられていることを特徴とする請求の範囲第
７項に記載の変流装置。

９ 基板に、積算電気計器の他の電子部品が設け
られていることを特徴とする請求の範囲第８項に
記載の変流装置。

１０ 一方の導体部分４８ｂに、共通の長手軸上
で互いに反対方向に向けられ一次導体４８の縁ま
で延びている２つの切欠部５０，５１が形成さ
れ、この切欠部と平行な中央の切欠部５２が他方
の導体部分４８ａに配置されていることを特徴と
する請求の範囲第４項あるいは第７項から第９項
までのいずれか１項に記載の変流装置。

明細書 本発明は請求の範囲第１項の前文に記載の静的
積算電気計器の変流装置に関するものである。

静的積算電気計器を用いて大電流を測定してエ
ネルギーの消費量を求めるためには、その後で電
子測定装置で処理するのに適した出力信号を発生
する変流器を使用することが必要である。測定す
べき電流は100アンペア以上であつて、この電流
はわずかな線形偏差でミリアンペアの測定領域ま
で測定されなければならない。この種の装置は測
定電流の直流成分に対してはほとんど反応しない
ことが必要である。さらに装置を駆動するのに必
要な補助エネルギー源の消費は、できるだけ少な
くなければならない。

さらに、IEC報告第521号に示されている条件、
特に絶縁強度が大きい場合直流絶縁があること、
矩形強度が大きいこと、外部の外乱磁場に反応し
ないこと、周波数の影響を考慮することなどを満
たさなければならない。

ドイツ特許公告公報第1079192号に記載の磁気
電圧計として構成された装置は、導体路を有する
直列接続されている２個の二次コイルから構成さ
れており、二次巻線の端部は磁気材料に短絡され
ている。それによつて部分巻線の巻付密度が十分
に大きく、かつ巻付分布が均一である限りは、外
部磁場に対して無定位（外部磁場の影響を相殺す
るように配置すること、以下無定位という）の閉
磁気回路（ロゴスキーコイル）が形成される。一
次導線の電流密度が大きい場合には、不連続に分
布された巻線の部分電圧を完全に積算することが
できるようにするために、二次コイルは一次導体
から所定の距離離さなければならない。

公知の変流装置には電子積算装置が設けられて
おり、出力信号に反比例する積算装置の入力信号
の周波数特性によつて、二次巻線内に測定電流に
よつて誘導される電圧の比例周波数依存性が補償
され、かつこの積算装置によつて入力信号が測定
すべき電流に比べてその出力信号の逆位相の位置
へ90゜の位相角だけさらに回動される。積算装置
の出力端子の測定信号は、積算装置の作用によつ
て測定周波数とは無関係であり、振幅との間に直
接の比例関係がある場合には測定電流に対して逆
位相になる。

この公知の変流装置の場合には、強磁性材料を
使用することによつて外部の外乱磁場にほとんど
反応しないという条件が十分に満たされていない
という欠点がある。さらにこの公知の装置は非常
に小さい出力信号しか発生しない。というのは一
次導体と二次導体の磁場の間にはわずかな結合し
か存在しないからである。したがつてこの方法
は、約１キロアンペア以上の大きさの電流を測定
するのには適していない。

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の装置をさ
らに発展させて、構造が小型で同時に安価な構成
部品を使用して外部の外乱磁場に対して反応せず
二次側の出力信号が大きな装置を提供することで
ある。

本発明では、この課題を達成するために、測定
すべき交流を導く一次導体と、直列に接続されて
いる少なくとも２つの二次巻線とを有し、この二
次巻線の出力電圧が電子積算装置に供給されて周
波数に関係のない測定信号が発生される静的積算
電気計器の変流装置において、最大の磁場強度を
発生させるために一次導体がループ状に形成され
ており、二次巻線は、一次導体に隣接して配置さ
れ各コイル軸が互いに平行に延びている直列に接
続されたほぼ同じ形状の２つの二次コイルから形
成されており、前記２つの二次コイルは、磁性材
のコアを用いることなく最大の磁場結合を得るた
めに、一次導体に流れる電流によつて発生する磁
束と係合するように配置されており、又前記二次
コイルは一次導体に流れる電流によつて発生する
磁場線の一部分の長さのみに渡つて軸方向に延び
て、外部の交流磁場によつて誘導される電圧を相
殺するように配置されており、更に前記一次導体
のループは、前記２つの二次コイルに誘導される
電圧の合計値が一次導体に流れる一次電流に比例
するように前記２つの二次コイルを密接して包囲
する構成を採用した。

このような構成では、二次巻線が、一次導体に
隣接して配置され各コイル軸が互いに平行に延び
ている直列に接続されたほぼ同じ形状の２つの二
次コイルから形成され、また外部の交流磁場によ
つて誘導される磁場を相殺するように配置されて
いるので、外部磁場の影響を補償し正確な電流測
定が可能になる。又、二次コイルが一次導体に流
れる電流によつて発生する磁場線の一部分の長さ
のみに渡つて軸方向に延びるようにしているの
で、二次コイルの大きさを小さいものにすること
ができる。さらに、一次導体がループ状に形成さ
れ、外部磁気を打ち消すように配置された２つの
二次コイルを密接して包囲しているので、一次導
体に流れる電流に比例した電圧を効率よく２つの
二次コイルに誘導させることができ二次側に大き
なノイズの少ない出力信号を得ることができる。
更に、一次導体と二次コイルの磁気結合のために
磁気コアを必要としないので、部品点数を少なく
し小型で安価な装置とすることができる、等種々
の優れた作用、効果が得られる。

本発明の具体的な実施例では、コイル支持体は
一次導体の磁場とほぼ無関係な透磁率を有する。
二次巻線は、コイル軸が互いに平行に延びている
直列に接続された２つのコイルから形成されてい
る。コイルの巻線方向は、中央で立体的に180゜折
曲されているソレノイドの巻線方向に対応する。
このようにコイルを無定位に配置することによつ
て、外部の均質な外乱交流磁場とは無関係な二次
巻線が形成される。というのは２つのコイル内に
外乱磁場によつて誘導される電圧部分が互いに相
殺されるからである。巻線部分から形成されてい
る公知のコイルの場合には、巻線部分はロゴスキ
ーコイルに従つて常に閉鎖された積算路にまとめ
られるが、本発明では寸法を小さくするために二
次コイルは電流によつて一次導体に発生される磁
場線の50％以下の部分長さに渡つてしか軸方向に
延びていないので、閉鎖された積算路は形成され
ない。可能な限り最適の補償を行なう観点から、
両方の二次コイルの立体的な寸法はわずかであつ
て、できるだけ密接に並んで配置されている。

二次コイルを互いに平行なコイル軸を有する円
筒状コイルあるいは平坦コイルとして形成するこ
とができ、２つのコイルは、一次電流によつて大
きな磁場強度が発生する位置に空間的に配置され
る。装置の二次側の大きい出力信号に必要な大き
な磁場強度は一次導体をループの形に形成するこ
とによつて得られる。したがつて一次導体の磁場
は二次コイルにより局所的に点状に検出される。
この場合２つの二次コイル内に誘導される電圧の
合計は検出する一次電流に比例する。

新しい変流装置の大きな特徴は、一次導体と二
次コイルとの磁気結合が大きいということである
ので、大きな二次側出力信号が生じ、それによつ
て本装置は、下は数ミリアンペアまでのアンペア
数を有する電流を線形に検出するのに使用するこ
とができる。これは、強磁性材料を使用せずに行
なうことができる。それによつて立体構造が小さ
くなり、安価な製造が可能となる。

好ましい実施例によれば、ループとして形成さ
れた一次導体が二次コイルを同方向にできるだけ
密接してかつ完全に包囲している。この場合には
二次コイルは穴状に形成された一次導体の内部に
配置されているので、最適な磁気結合が生じ、大
きな出力信号が得られる。

好ましい実施例によれば、一次導体の直列に接
続された２つの巻線が両方の二次コイルを包囲し
ている。また、一次導体を互いに並列に接続され
ている導体部分から形成し、この導体部分の巻線
によつてそれぞれ一方のコイルを包囲させること
も可能である。この場合には測定すべき一次電流
は２つの巻線に分岐するので、一次導体が好まし
くは銅から打ち抜かれた断面矩形状の一次導体の
場合に、導体部分を交差させるときに折りたたみ
を避けることができる。

非常に好ましい実施例では、平坦導体として形
成されている一次導体が横軸を中心に180゜の角度
折り返されているので、往復の導体がわずかな距
離を互いに重なり合つている。この距離は少なく
とも部分的に、二次巻線を収容するのに適した空
間が生じるように形成されている。この実施例の
場合には、磁気材料を使用しなくても外乱磁場の
影響は測定結果に及ぼすことはない。この装置は
寸法が小さいこと及びその形状によつて容易に全
自動製造することができる。

切欠部が一次導体のほぼ中心軸から縁まで互い
に反対方向に延びるようにすると好ましい。それ
によつて一次平坦導体の長手方向に流れる電流が
一次導体の中心へ向かつて方向転換されるので、
ループ状の電流路が形成される。

他の実施例によれば、一次導体の互いに向き合
つている導体部分に互いに反対方向に向けられ、
かつ平行に変位して配置されているそれぞれ２つ
の切欠部が形成されており、それによつて一次導
体の長手方向に２つの巻線が並んで形成され、各
巻線の磁束はほぼ二次巻線の一方のコイルを貫通
している。この場合、好ましくは二次巻線のコイ
ルは一次導体の導体部分の間に配置されている。
一次導体の形状によつて２つの巻線が並んで形成
され、この巻線の軸はそれぞれ切欠部の互いに向
き合つた端部によつて形成されているので、二次
巻線の各コイルはそれぞれ一次巻線と関連してお
り、その結果最適な磁束の鎖交が形成される。

他の好ましい実施例は、二次巻線のコイルがプ
レーナ技術を用いて螺旋として基板上に一層ある
いは多層に、またできれば両側に取り付けられて
いる場合に得られる。この板状の基板は、間隔を
おいて配置されている導体部分の間に挿入するこ
とができる。二次巻線の２つのコイルを有するこ
の基板を、導体部分間の空間の外側にある一次導
体の有効巻線面の上方へ配置することも可能であ
る。

さらにまた、基板上に積算電気計器の他の電子
部品を設けることも可能である。これはたとえば
積算回路及び積算回路の電子部材などとすること
ができる。

他の実施例は、一方の導体部分に共通の長手軸
上に互いに反対方向に向けられて一次導体の線ま
で延びる２つの切欠部を形成し、この２つの切欠
部に対して平行な１つの中心切欠部を他方の導体
部分に形成することによつて得られる。切欠部を
このように配置すると、並列に接続された２つの
巻線が形成される電流路となり、この巻線がそれ
ぞれ二次巻線の一方のコイルの磁束と鎖交する。

図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明
する。公知の積算回路の図示は省いてある。

第１図は、無定位に形成された２つのコイルで
直列に接続された一次導体の巻線によつて包囲さ
れたコイルの側面図、 第２図は、第１図に示す二次コイルで一次導体
の巻線が並列に接続されたコイルの側面図、 第３図は、一次導体が平坦導体として形成され
ている実施例の斜視図、 第４図は、第３図に示す一次導体に挿入可能な
基板を有し、無定位に形成された二次巻線のコイ
ルの斜視図、 第５図は、第３図と第４図に示す装置の駆動状
態における縮小横断面図、 第６図は、第１図及び第３図とは異なる一次導
体の実施例の斜視図、 第７図は、第６図に示す一次導体へ挿入可能な
基板上に二次巻線として無定位に形成されている
平坦コイルの斜視図、 第８図は、二次巻線のコイルを内部に有する第
６図と同様な一次導体の斜視図、 第９図は、平坦導体として形成され展開された
一次導体の上面図、 第１０図は、第９図に示す一次導体の折りたた
んだ状態の上面図、 第１１図は、第７図と同様な構造で無定位に形
成された平坦コイルを有する基板の上面図、 第１２図は、第９図に基づく一次導体の第１０
図とは反対に折りたたまれた側の上面図、 第１３図は、第１２図に示す装置の断面図であ
る。

第１図は二次巻線３の２つの円筒状のコイル８
と９を示すものであつて、コイル８と９とは無定
位構成で間隔をおいて配置されている。コイル８
と９とは幾何学的及び電気的に同一であつて、両
者の円筒軸は互いに平行に延びている。コイル８
と９とは絶縁円筒部５と６内に配置されている。
二次コイル８と９は共通の一次導体１０によつて
それぞれ包囲されている。詳しくは、一次導体１
０は直列に接続された巻線１０ａと１０ｂからな
り、二次コイル８は一次導体１０の巻線１０ａに
よつて、また二次コイル９は一次導体１０の巻線
１０ｂによつて包囲されており、この一次導体１
０を通して測定電流Ｉ１が図示した矢印方向へ流
れる。一次導体１０を流れる交流の磁場によつて
コイル８と９内に誘導される電圧は、加算され測
定すべき交流Ｉ１に比例する信号となる。均質な
外部の外乱交流磁場によつて誘導される電圧は、
コイル８と９とが無定位に配置されているので異
なる符号を有し、合計では相殺される。この手段
によつて、外部の交流磁場が変流装置の正しい機
能に及ぼす影響をほぼ抑えることができる。コイ
ルを包囲している磁気遮蔽材料によつて外部磁場
の影響がさらに減少される。

また、コイル８，９の軸方向は図面の面に垂直
方向になつている。一次導体１０に流れる電流に
よつて発生する磁場線は図面の面を垂直に横切り
コイルに入る。コイル８，９はその磁場線の一部
分の長さ（例えば50％以下の部分長さ）のみに渡
つて軸方向に延びるように配置され、従つてコイ
ルは磁場線の一部のみを検出するようになつてい
る。

第２図のコイル１１と１２は、第１図のコイル
８と９に相当する。一次導体１３は２つの部分導
体に分岐され、それぞれコイル１１ないし１２を
包囲する巻線１３ａないし１３ｂとなつている。
電流Ｉ１は巻線１３ａと１３ｂを有する導体部分
に分岐され、コイル１１と１２内に誘導される電
圧の合計は、測定すべき電流Ｉ１に比例する。第
２図に示す装置は第１図の実施例に比べて、一次
導体１３が好ましくは銅から矩形断面で打ち抜か
れてつくられる場合（平坦導体）、導体部分を交
差させるときに折りたたみを避けられるという利
点がある。

第３図に示す実施例においては、一次導体２３
は矩形断面を有する平坦導体として形成されてお
り、この平坦導体は、向き合つている導体部分２
３ａと２３ｂが直方体状の中空室を形成するよう
に折りたたまれている。中空室の外方では、一次
導体２３の向き合つている部分は絶縁層６１によ
つて互いに分離されている。向き合つている導体
部分２３ａと２３ｂにそれぞれ互いに逆方向を向
いた２つのスリツト状の切欠部２４と２５ないし
２６と２７が設けられている。側方が開放されて
いる切欠部２４〜２７は、それぞれ導体部分２３
ａと２３ｂのほぼ中央まで延びている。切欠部２
４と２６は駆動状態において180゜折り返され、導
体部分２３ａと２３ｂが互いに平行になると、一
次導体２３に対して垂直な同一面に位置する。同
様に切欠部２５と２７も一次導体２３に対して垂
直な同一面に配置される。

切欠部２４〜２７を上述のように配置すること
によつて、一次電流は矢印２９ａ〜２９ｇで示す
電流路に流れる。それによつて導体部分２３ａと
２３ｂの面に直列に接続された一次巻線が形成さ
れ、この一次巻線の磁場内に二次コイルを配置す
ることができる。

第４図に示す基板３０上には、無定位に配置さ
れている２つの二次コイル３１と３２が設けられ
ている。駆動状態においては、基板３０のコイル
３１と３２が第３図に示す一次導体の導体部分２
３ａと２３ｂの間に位置する。第４図のコイル３
１の位置は、第３図の導体部分２３ｂ上に点線の
円３３で示されている。同様に第４図のコイル３
２は第３図の点線の円６０によつて示される領域
に来る。

第５図は、第３図に示す一次側部分と第４図に
示す二次側部分を備えた、駆動状態の変流装置を
示す。この実施例では一次導体２３の上方部分と
下方部分は絶縁層６１によつて互いに分離されて
いる。

第６図の一次導体３４は、第３図の一次導体２
３と同様である。ただし、上方の導体部分２４ａ
と下方の導体部分３４ｂとの間の絶縁層３５の厚
みに対応する距離は小さくなつている。

第７図に示す基板３６は、変流装置の駆動状態
で、第６図の一次導体３４の導体部分３４ａと３
４ｂの間に位置し、この基板３６上には二次コイ
ル３８と３９が配置されている。第７図のコイル
３８と３９は螺旋状に構成され、かつプレーナ技
術で形成されるので、第６図の導体部分３４ａと
３４ｂの間のわずかな空間で十分である。駆動状
態にあつては、コイル３８の中心点は第６図のス
リツト状の切欠部４０のほぼ中央側の端部に位置
する。それに対応してコイル３９の中心点と切欠
部４１の中央側端部もほぼ重なるように配置され
ている。

第８図には、第６図の一次導体にほぼ相当する
一次導体４２が図示されている。切欠部４４と４
５の一次導体４２の中央へ向いた端部は孔として
形成されており、この孔内に無定位構成の二次コ
イル４６と４７が取り付けられている。

第９図に示す実施例の場合には、一次導体４８
は展開されて、従つて線４９を中心に折りたたむ
前の状態で示されている。折りたたんだ状態にお
いては、導体部分４８ａは導体部分４８ｂ上に位
置する。導体部分４８ｂには、互いに反対方向に
向けられ、かつ共通の縦軸上で折りたたみ線４９
に対して平行に延びている２つの切欠部５０と５
１が形成されている。導体部分４８ａ上には切欠
部５２が設けられており、この切欠部は導体部分
４８の中央部分にのみ設けられており、折りたた
み線４９に対して切欠部５０と５１と同じ距離隔
てられている。二次コイルの取付位置は、点線の
円５３と５４で示されている。この点線の円５３
と５４に対して折りたたみ線４９に関して鏡対称
の位置に二次コイルを支える底面５５と５６が設
けられている。

第１０図には第９図の一次導体４８の折りたた
んだ状態が示されているので、導体部分４８ａと
４８ｂは互いに重なり合つている。従つて円５３
と５４で示す二次コイルの場所を有する切欠部５
０と５１のみが示されている。

第１１図には、無定位な構成で基板５５上に固
定されている二次コイル５６と５７が示されてい
る。原理的に第７図に対応するこの装置は、第１
１図に示すコイル５６と５７が折りたたみ線４９
から等距離となつており、その点で第７図の装置
と異なる。このコイル５６と５７もプレーナ技術
で形成することができる。

第１２図は、第９図の一次導体４８の折りたた
んだ状態の第１０図とは反対側を示すものであ
る。従つて、中央の切欠部５２のみが見えてい
る。

第１３図においても折りたたんだ状態の一次導
体４８が示されている。上方の導体部分４８ａと
下方の導体部分４８ｂの間の距離は絶縁層５７に
よつて定められる。測定すべき一次電流の方向は
矢印５８と５９で示されている。空間７０内には
第１１図に示す基板５５が挿入される。