JPH06347485A - 光式磁界センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３相一括形のガス絶縁機器に適用した場合
に、他相磁界の影響を受けることなく、被測定相の通電
磁界を高精度に検出可能な、高性能の光式磁界センサを
提供する。 【構成】 ガス絶縁機器の導体１の一部にコイル形成部
材１１，１２を同軸配置してコイル３を形成し、コイル
３の内部に、軸方向磁界４を検出するようにして磁気セ
ンサ５を配置する。磁気センサ５を、近接配置した光学
素子を備えた光学手段６に接続する。光学手段６を、光
ビーム伝播手段７を介してガス絶縁機器の大気側に配置
した光電変換手段８と接続する。具体的には、磁気セン
サとしてシングルモード光ファイバ１８を使用し、か
つ、光学手段を構成する光学素子を導体１内部に配置す
ることが可能である。また、導体１内部に配置した非磁
性材料性の筒状部材４３内に、磁気センサ４８と光学手
段とを一括して同軸配置することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス絶縁機器の導体に
流れる電流を、磁界強度の変位として検出する磁界セン
サに係り、特に、ガス絶縁機器の導体に流れる電流に応
じた磁界を、光信号の形式で検出する光式磁界センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光式磁界センサとして、例え
ば、特開昭５９−１５９０７６号公報に記載のものが存
在している。図７は、この公報に開示された従来の光式
磁界センサを模式的に示す構成図であり、磁界の強度そ
のものを計測する光式磁界センサである。図７に示すよ
うに、発光ダイオードなどの発光部６１から出射する光
は、光ファイバ６２を介して集光レンズ６３に導かれ、
この集光レンズ６３により平行光に近い光に変換された
後、偏光子６４に入射し、この偏光子６４により取り出
された偏光が磁気光学素子６５に入射する。

【０００３】この場合、磁気光学素子６５は、配置され
た磁界の強度Ｈ（図示矢印方向）によっていわゆるファ
ラデー効果を示すもの、例えば、鉛ガラスや磁性膜など
によって形成されている。そのため、磁気光学素子６５
の一端面に入射した偏光の偏光面は、磁界強度Ｈに比例
してθだけ回転して他端面から出射し、この出射光は、
検光子６６に入射する。この検光子６６は、偏光プリズ
ムまたは偏光ビームスプリッタなどからなり、主軸が偏
光子６４と４５°の位置にセットされている。そして、
検光子６６に入射した光は、この検光子６６において、
図８に示すように、直交する２成分（Ｘ成分、Ｙ成分）
のベクトル光に分光される。この図８から、それぞれの
ベクトル光Ｅｘ，Ｅｙは、次の式（１）および式（２）
で表される。

【数１】 Ｅｘ＝Ｅ・ｓｉｎ（４５°＋θ）… 式（１）

【数２】 Ｅｙ＝Ｅ・ｃｏｓ（４５°＋θ）… 式（２）

【０００４】これらのベクトル光Ｅｘ，Ｅｙは、それぞ
れ集光レンズ６７，６８によって集光されて光量信号Ｐ
ｘ，Ｐｙとなり、光ファイバ６９，７０を介して受光素
子７１，７２に導かれる。ここで、光量は、ベクトルの
大きさの二乗であるから、光量信号Ｐｘ，Ｐｙは、下記
の式（３）および式（４）で表される。

【数３】 Ｐｘ＝Ｅｘ² ＝Ｅ² ・ｓｉｎ² （４５°＋θ） ＝（Ｅ² ／２）・（１＋ｓｉｎ２θ）… 式（３）

【数４】 Ｐｙ＝Ｅｙ² ＝Ｅ² ・ｃｏｓ² （４５°＋θ） ＝（Ｅ² ／２）・（１−ｓｉｎ２θ）… 式（４）

【０００５】この場合、受光素子７１，７２は、例えば
フォトダイオードから形成されており、受光する光量信
号Ｐｘ，Ｐｙに比例した電流信号を出力する光電変換器
である。磁界が交流磁界の場合を例に取れば、この電流
信号は、電流電圧変換アンプ７３，７４によって、次の
式（５）および式（６）に示す電圧信号Ｖｘ，Ｖｙに変
換される。なお、同式中のＫ₁ は定数である。

【０００６】

【数５】 Ｖｘ＝Ｋ₁ （１＋ｓｉｎ２θ）… 式（５）

【数６】 Ｖｙ＝Ｋ₁ （１−ｓｉｎ２θ）… 式（６）

【０００７】これらの電圧信号Ｖｘ，Ｖｙのうち、一方
の電圧信号Ｖｘは、アナログ加算器７５とアナログ減算
器７６の正の入力端に入力され、他方の電圧信号Ｖｙ
は、アナログ加算器７５の正の入力端とアナログ減算器
７６の負の入力端にそれぞれ入力される。そして、アナ
ログ加算器７５とアナログ減算器７６の出力は、割算器
７７の分母入力端にそれぞれ入力されている。これによ
って、割算器７７から出力される信号Ｖ₀ は、次の式
（７）で表される。

【０００８】

【数７】 Ｖ₀ ＝（Ｖｘ−Ｖｙ）／（Ｖｘ＋Ｖｙ） ＝ｓｉｎ２θ… 式（７） この式（７）において、θが十分に小さい場合には、次
の式（８）が成立する。

【０００９】

【数８】 Ｖ₀ ＝２θ ＝Ｋ₂ ・Ｈ… 式（８） （ただし、Ｋ₂ は比例定数、Ｖ₀ ＝２θは近似値、Ｈは
磁界強度である。） この式（８）から明らかなように、割算器７７の出力信
号Ｖ₀ によって磁界強度Ｈが検出されるようになってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明したようなファラデー効果を利用した従来の光式磁界
センサにおいては、特に、同一タンク内に３相の導体を
一括して収納した、いわゆる３相一括形のガス絶縁機器
に適用する場合に、次のような問題点を生じる。すなわ
ち、１相の導体にセンサを配置して、この導体の通電磁
界を検出するように構成した場合に、このセンサは、被
測定相の通電磁界を検出するだけでなく、他相の通電磁
界の影響をも受けるため、測定精度が低下してしまう。

【００１１】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
特に、３相一括形のガス絶縁機器に適用した場合に、他
相磁界の影響を受けることなく、被測定相の通電磁界を
高精度に検出可能な、高性能の光式磁界センサを提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による光式磁界セ
ンサは、ガス絶縁機器の導体に流れる電流に応じた磁界
を、光信号の形式で検出する光式磁界センサにおいて、
ガス絶縁機器の導体の一部にコイル形成部材を同軸配置
してコイルを形成し、このコイルの内部に、軸方向磁界
を検出するようにして磁気センサを配置し、この磁気セ
ンサを、近接配置した光学素子を備えた光学手段に接続
し、さらに、この光学手段を、光ビーム伝播手段を介し
てガス絶縁機器の大気側に配置した光電変換手段と接続
したことを特徴としている。

【００１３】より具体的には、磁気センサとしてシング
ルモード光ファイバを使用し、かつ、光学手段を構成す
る光学素子を導体内部に配置することが可能である。ま
た、導体内部に非磁性材料性の筒状部材を配置し、磁気
センサと光学手段を構成する光学素子とをこの非磁性材
料性の筒状部材内に同軸配置して、磁界の変位を直接光
デジタル信号に変換するように構成することが可能であ
る。

【００１４】さらに、図１を参照して、本発明の基本原
理について説明する。この図１に示すように、ガス絶縁
機器の導体１において、図中矢印方向に電流Ｉが流れる
と、右ネジの法則により、導体１の外部に径方向磁界２
が発生する。前述したような従来の光式磁界センサは、
いずれもこの径方向磁界２を検出する方式を採用してい
るが、このような方式では、先に述べたような、外部磁
界の影響を受けるという問題点を生じるため、本発明で
は、全く別の方法を採用している。すなわち、導体１の
一部にコイル３を挿入し、このコイル３の内部に発生す
る軸方向磁界４を磁気センサ５で検出する方式を採用し
ている。そして、この磁気センサ５によって検出した磁
界を、近接配置した光学手段６によって光信号に変換
し、光ビーム伝播手段７を介してガス絶縁機器の外部に
引き出し、光電変換手段８によって電気信号に変換す
る。

【００１５】ところで、以上のような原理を採用した場
合、コイルの構成については、ある程度の制限がある。
すなわち、一般的なコイルを実際に大電流母線に挿入し
た場合には、大電流低インピーダンスの導体にインダク
タンスを付加して通電を疎外する要因になる可能性があ
り、また、大電流容量のコイルを形成すること自体が困
難である。したがって、本発明では、コイルを形成する
コイル形成部材として、特殊なコイル構造を使用するこ
とを想定している。例えば、真空遮断器（ＶＣＢ）の真
空バルブに実用化されている縦磁界生成コイル構造を変
形させて使用することが可能である。

【００１６】

【作用】以上のように構成された本発明による光式磁界
センサの作用は、次の通りである。すなわち、図１に示
すようなガス絶縁機器の導体１の通電時には、この導体
１の一部に配置したコイル（コイル形成部材）３によっ
て、このコイル３内部に軸方向磁界４が発生する。この
ように発生した軸方向磁界４は、コイル３内部に配置さ
れた磁気センサ５によって検出することができる。特
に、本発明では、軸方向磁界を検出するように磁気セン
サ５を配置しているため、この磁気センサ５によって、
他の導体から発生する径方向磁界の影響を排除し、軸方
向磁界４のみを高精度に検出することができる。そし
て、このように磁気センサ５によって検出された軸方向
磁界４は、光学手段６によって磁界を反映する光信号と
して出力され、この磁界を反映する光信号は、光ビーム
伝播手段７を介してガス絶縁機器の導体１の外部に取り
出され、光電変換手段８によって電気信号に変換され
る。

【００１７】この場合、光学手段６からの光信号は、光
電変換手段８に良好に送られるため、光電変換手段８に
よってこの光信号から取り出された電気信号は、磁気セ
ンサ５によって検出された導体１内部の軸方向磁界４を
正確に反映する。したがって、本発明においては、磁気
センサ５によって、他の導体から発生する径方向磁界の
影響を排除し、コイル３内に発生した軸方向磁界４のみ
を高精度に検出することができ、かつ、この検出データ
を、光信号という形式で光電変換手段８に良好に送るこ
とができるため、この光電変換手段８によって、導体１
に発生した軸方向磁界４を正確に示す電気信号を得るこ
とができる。

【００１８】以上のように、本発明の光式磁界センサを
使用することによって、ガス絶縁機器の導体内部の通電
磁界を高精度に検出することができる。したがって、本
発明の光式磁界センサを３相一括形のガス絶縁機器の導
体に適用した場合には、他相磁界の影響をほとんど受け
ることなく、被測定相の導体内部の通電磁界を高精度に
検出することができる。また、コイル３内に磁気センサ
５を収納する構成であるため、光式磁界センサ全体を簡
略化し、コンパクト化することができ、導体の外部に磁
気センサ配置用のスペースを要することもなく、配置面
で有利である。

【００１９】一方、磁気センサとしてシングルモード光
ファイバを使用した場合には、狭い箇所にも挿入可能で
あり、かつ、可撓性があるため、取扱いおよび配置が容
易であるという利点がある。そしてまた、磁気センサと
光学手段を構成する光学素子とをこの非磁性材料製の筒
状部材内に同軸配置して、磁界の変位を直接光デジタル
信号に変換するように構成した場合には、磁気センサと
光学手段の構成をさらに簡略化し、コンパクト化するこ
とができる。

【００２０】

【実施例】以下には、本発明による光式磁界センサの実
施例を、図２〜図６を参照して具体的に説明する。この
場合、図２〜図４は本発明の第１実施例を示す図、図５
および図６は本発明の第２実施例を示す図である。

【００２１】（１）第１実施例 図２は、本発明による光式磁界センサの第１実施例を示
す断面図である。この図２に示すように、アルミ材料に
よって構成された導体１の一部には、銅材料によって構
成された第１と第２のコイル部品（コイル形成部材）１
１，１２が、導体１と同軸に配置され、コイル３を形成
している。このコイル３は、中央軸部と外周とに空間部
３ａ，３ｂを備えており、より詳細には、図３の（Ａ）
〜（Ｃ）に示すように構成されている。ここで、図３の
（Ａ）は、第１と第２のコイル部品１１，１２の形状を
示す概略図、図３の（Ｂ）および（Ｃ）は、通電方向の
上流側から下流側を見た視点において、第１と第２のコ
イル部品１１，１２の各通電経路を示す説明図である。

【００２２】まず、図３の（Ａ）に示すように、第１と
第２のコイル部品（コイル形成部材）１１，１２は、開
口部１１ａ（１２ａ），１１ｂ（１２ｂ）、中央部１１
ｃ（１２ｃ）、アーム部１１ｄ（１２ｄ）、および外周
部１１ｅ（１２ｅ）からなる同一形状の部材とされてい
る。すなわち、第１と第２のコイル部品１１，１２の中
央部１１ｃ（１２ｃ）は、その中央軸部に開口部３ａを
有するリング形状とされ、導体１に接続される。この場
合、開口部１１ａ（１２ａ）は、中央軸部に形成された
円形状の開口部であり、コイル３の中央軸部の空間部３
ａを形成する。また、中央部１１ｃ（１２ｃ）の外周に
は、同一幅、同一長さの３本のアーム部１１ｄ（１２
ｄ）が、互いに１２０度の角度をなすようにして、放射
状に接続されている。さらに、各アーム部１１ｄ（１２
ｄ）の先端には、隣接するアーム部１１ｄ（１２ｄ）の
先端に向かって円弧状に伸びる外周部１１ｅ（１２ｅ）
が、それぞれ配置されている。そして、中央部１１ｃ
（１２ｃ）、３本のアーム部１１ｄ（１２ｄ）およびそ
れぞれの外周部１１ｅ（１２ｅ）によって、中央部３ｃ
（１２ｃ）の周囲に、３個の開口部１１ｂ（１２ｂ）が
形成されている。この開口部１１ｂ（１２ｂ）は、コイ
ル３の外周の空間部３ｂを形成する。

【００２３】そして、図３の（Ｂ）および（Ｃ）に示す
ように、このような同一形状の第１と第２のコイル部品
１１，１２が、一定の間隙Ｇを挟み、それぞれのアーム
部１１ｄ，１２ｄ同志を位置合わせする形で、背中合わ
せに重ね合わせられており、各外周部１１ｅ，１２ｅ間
において、図中斜線で示す接合金属１３を介して接合さ
れて、コイル３を形成している。また、第１と第２のコ
イル部品１１，１２の外周部１１ｅ，１２ｅにおける接
合金属１３の配置されていない空間部には、第１と第２
のコイル部品１１，１２間の接続強度を確保するための
補強部材１４が配置されている。

【００２４】さらに、このコイル３は、その両側に配置
された接続部材１５，１６を介して導体１に接続されて
いる。この場合、接続部材１５，１６のコイル３側の面
の中央部には、突起部１５ａ，１６ａが設けられてお
り、この突起部１５ａ，１６ａによってコイル３と接続
部材１５，１６とが接続されると共に、コイル３と接続
部材１５，１６の間における突起部１５ａ，１６ａの周
囲には、突起部１５ａ，１６ａの寸法に応じた空間部３
ｃが形成されている。そして、この空間部３ｃには、コ
イル３と接続部材１５，１６との接続強度を確保するた
めの補強部材１７が配置されている。この補強部材１７
およびコイル部品１１，１２間の前述した補強部材１４
は、コイル３の材料である銅材料よりも著しく導電性の
低い材料、例えば、ステンレス材料によって構成されて
いる。

【００２５】一方、図２に示すように、コイル３の外周
の空間部３ｂの一つには、シングルモード光ファイバ１
８が、磁気センサとして、コイル３と同軸に配置されて
いる。このシングルモード光ファイバ１８は、両側の接
続部材１５，１６部分にまで伸びるようにして配置され
ており、一方の接続部材１５の空間部３ｃに臨む表面に
配置されたファイバ支持部材１９ａと、他方の接続部材
１６に設けられた開口部１６ｂ内に配置されたファイバ
支持部材１９ｂとによって、両側の接続部材１５，１６
に対して支持固定されている。この場合、一方のファイ
バ支持部材１９ａには、全反射ミラー２０が配置されて
おり、シングルモード光ファイバ１８の一端は、この全
反射ミラー２０に当接するようにして固定されている。
また、シングルモード光ファイバ１８の他端は、接続部
材１６と導体１の間に配置された光学装置（光学手段）
２１に接続されている。そして、この光学装置２１は、
マルチモード光ファイバ（光ビーム伝播手段）２２を介
して、ガス絶縁機器の外部に配置された光電変換装置
（光電変換手段）２３に接続されている。

【００２６】より詳細には、光電変換装置２３は、発光
部２４、受光素子２５，２６、および演算部２７を備え
ており、発光部２４から光電変換装置２３に光を送る一
方で、光電変換装置２３からのベクトル光を受光素子２
５，２６によって受光して電気信号に変換し、演算部２
７で演算処理するように構成されている。また、光学装
置２１は、図４に示すように、光ファイバ２８、集光レ
ンズ２９、偏光子３０、ハーフミラー３１、集光レンズ
３２、検光子３３、集光レンズ３４，３５、および光フ
ァイバ３６，３７を備えている。このうち、光ファイバ
２８、集光レンズ２９、および偏光子３０は、光電変換
装置２３の発光部２４から出射した光をハーフミラー３
１に導くように配置されている。ハーフミラー３１およ
び集光レンズ３２は、偏光子３０により取り出された偏
光をシングルモード光ファイバ１８に導く一方で、この
シングルモード光ファイバ１８の他端に配置された全反
射ミラー２０によって反射し、シングルモード光ファイ
バ１８に戻された反射光を、集光レンズ３２を介して受
光し、ハーフミラー３１によって反射して検光子３３に
導くように配置されている。検光子３３、集光レンズ３
４，３５、および光ファイバ３６，３７は、ハーフミラ
ー３１からの入射光を直交する２成分のベクトル光に分
光し、これらの分光を、集光レンズ３４，３５および光
ファイバ３６，３７を介して、マルチモード光ファイバ
２２に導くように配置されている。

【００２７】以上のような構成を有する本実施例の作用
は、次の通りである。すなわち、まず、コイル３を、第
１と第２のコイル部品１１，１２によって図３の（Ｂ）
および（Ｃ）に示すように構成していることから、第１
と第２のコイル部品１１，１２の間に、３組の１ターン
コイルが形成される。この点について、通電経路をたど
って説明すると、図３の（Ｂ）および（Ｃ）に示すよう
に、導体１に流れる電流Ｉは、第１のコイル部品１１の
中央部１１ｃから、その３方のアーム部１１ｄ₁ 〜１１
ｄ₃ に、電流ｉ₁ 〜ｉ₃ として分流して、各外周部１１
ｅ₁ 〜１１ｅ₃に達する。そして、電流ｉ₁ 〜ｉ₃ は、
この第１のコイル部品１１の各外周部１１ｅ₁ 〜１１ｅ
₃ から、接合金属１３を介して第２のコイル部品１２の
外周部１２ｅ₁ 〜１２ｅ₃ に移行して、その３方のアー
ム部１２ｄ₁ 〜１２ｄ₃ を介し、さらに、その中央部１
２ｃを介して合流し、再び電流Ｉとして導体１に流れ
る。

【００２８】この場合、以上のような通電経路において
各１ターンコイルに流れる電流ｉ₁〜ｉ₃ は、それぞれ
電流Ｉを３分割してなるＩ／３アンペア（Ａ）の均等の
電流であるため、十分な電流容量が得られ、また、低イ
ンピーダンス構造であるため、導体１の通電を疎外する
ことはない。そして、このような均等な電流ｉ₁ 〜ｉ₃
が流れる結果、図中矢印で示すように、コイル３の内部
には、導体１の軸方向に、（Ｉ／３）ＡＴの軸方向磁界
４が発生する。本実施例では、このコイル３の内部にこ
のコイル３および導体１と同軸に、シングルモード光フ
ァイバ１８を配置しているため、このシングルモード光
ファイバ１８によって、他の導体から発生する径方向磁
界の影響を排除し、コイル３内に発生した軸方向磁界４
のみを高精度に検出することができる。以下には、この
ようなシングルモード光ファイバ１８による軸方向磁界
の検出について、光の伝送経路をたどって説明する。

【００２９】すなわち、本実施例の光学磁界センサにお
いては、光電変換装置２３の発光部２４からの出射光
を、マルチモード光ファイバ２２を介して、光学装置２
１に導く。光学装置２１に入射した光は、光ファイバ２
８、集光レンズ２９、および偏光子３０に導かれ、この
偏光子３０で偏光に変換される。次に、この偏光子３０
により取り出された偏光は、ハーフミラー３１に導か
れ、さらに、集光レンズ３２を介して、シングルモード
光ファイバ１８に導かれる。このシングルモード光ファ
イバ１８の一端面に入射した偏光は、全反射ミラー２０
によって反射した後、再びこのシングルモード光ファイ
バ１８に戻され、シングルモード光ファイバ１８の一端
面から出射する。この場合、シングルモード光ファイバ
１８から出射した偏光の偏光面は、入射した偏光の偏光
面に対して、軸方向磁界４の強度に比例した分だけ回転
している。そして、シングルモード光ファイバ１８から
の出射光は、集光レンズ３２を介し、ハーフミラー３１
によって反射して、検光子３３に導かれ、直交する２成
分のベクトル光に分光される。続いて、この２成分のベ
クトル光は、集光レンズ３４，３５、光ファイバ３６，
３７、およびマルチモード光ファイバ２２を介して光電
変換装置２３に送られ、その受光素子２５，２６によっ
て受光され、電気信号に変換された後、演算部２７で演
算処理される。

【００３０】この場合、光学装置２１からのベクトル光
は、マルチモード光ファイバ２２を介して、ガス絶縁機
器の外部に設置された光電変換装置２３に良好に送られ
るため、光電変換装置２３においてこのベクトル光から
得られた電気信号は、シングルモード光ファイバ１８に
よって検出された導体１内部の軸方向磁界４を正確に反
映する。したがって、本実施例においては、シングルモ
ード光ファイバ１８によって、他の導体から発生する径
方向磁界の影響を排除し、コイル３内に発生した軸方向
磁界４のみを高精度に検出することができ、かつ、この
検出データを、ベクトル光という形式で光電変換装置２
３に良好に送ることができるため、この光電変換装置２
３によって、導体１に発生した軸方向磁界４を正確に示
す電気信号を得ることができる。

【００３１】以上のように、本実施例の光式磁界センサ
によれば、ガス絶縁機器の導体１内部の通電磁界を高精
度に検出することができる。したがって、本実施例の光
式磁界センサを３相一括形のガス絶縁機器の導体に適用
した場合には、他相磁界の影響をほとんど受けることな
く、被測定相の導体内部の通電磁界を高精度に検出する
ことができる。また、コイル部品１１，１２からなるコ
イル３によって導体１の一部を構成し、このコイル３の
中に磁気センサであるシングルモード光ファイバ１８を
収納する構成であるため、光式磁界センサ全体を従来に
比べて簡略化し、コンパクト化することができ、導体の
外部に磁気センサ配置用のスペースを要することもな
く、配置面で有利である。特に、本実施例においては、
磁気センサとしてシングルモード光ファイバ１８を使用
していることから、狭い箇所にも挿入可能であり、か
つ、可撓性があるため、取扱いおよび配置が容易である
という利点がある。

【００３２】（２）第２実施例 図５は、本発明による光式磁界センサの第２実施例を示
す断面図である。この図５に示すように、本実施例にお
いては、前記第１実施例と同様のコイル３を使用する一
方で、前記第１実施例のシングルモード光ファイバ１８
と光学装置２１に代えて、磁気センサと光学素子を組み
合わせた磁気センサユニット４１を使用している点に特
徴がある。すなわち、コイル３の中央軸部の空間部３ａ
には、磁気センサユニット４１が、コイル３と同軸に、
かつ、一方の接続部材１６部分にまで伸びるようにして
配置されており、ユニット支持部材４２によって、コイ
ル３および接続部材１６に対して支持固定されている。

【００３３】より詳細には、磁気センサユニット４１
は、図６に示すように、被磁性材料製の円筒ケース（筒
状部材）４３を備え、この円筒ケース４３内の一端（図
中右側）から他端（図中左側）に向かって、プリズム４
４、ハーフミラー４５、干渉計ミラー４６，４７、およ
び磁歪素子４８が、この順序で同軸配置されている。ま
た、円筒ケース４３の内面における、プリズム４４とハ
ーフミラー４５に対向する部分には、集光レンズ４９，
５０が配置されており、さらに、円筒ケース４３の外面
における集光レンズ４９，５０に対向する位置には、外
部に配設された光ファイバ（光ビーム伝播手段）５１，
５２の端部が取り付けられている。これらの構成要素の
うち、磁歪素子４８は、磁界の変位に応じて寸法が変位
する性質を有する素子であり、磁気センサとして作用す
る。そして、一方の干渉計ミラー４７は、磁歪素子４８
の片面に取り付けられ、この磁歪素子４８の変位に伴っ
て移動するように構成されており、他方の干渉計ミラー
４６は、円筒ケース４３内の定位置に固定され、この両
方の干渉計ミラー４６，４７によって干渉計５３が構成
されている。

【００３４】一方、図５に示すように、光ファイバ５
１，５２は、コイル３と接続部材１５，１６の間に構成
された空間部３ｃ内に配設されており、一つの補強部材
１７に設けられた貫通孔１７ａを介して、外部に引き出
されている。この場合、光ファイバ５１，５２は、貫通
孔１７ａの内周面に配置されたファイバ支持部材５４に
よって、補強部材１７に対して支持固定されている。ま
た、光ファイバ５１，５２の他端は、ガス絶縁機器の外
部に配置された光電変換装置５５に接続されている。こ
の光電変換装置５５は、発光部５６および受光素子５７
を備えており、その発光部５６から磁気センサユニット
４１に光を送る一方で、磁気センサユニット４１からの
光デジタル信号を受光素子５７によって受光して電気信
号に変換するように構成されている。なお、以上説明し
た以外の構成については、前記第１実施例と全く同様と
されている。

【００３５】以上のような構成を有する本実施例の作用
は、次の通りである。まず、前記第１実施例と全く同様
のコイル３を使用しているため、前述した通り、導体１
に流れる電流Ｉは、コイル３において３分割され、この
コイル３内にＩ／３アンペア（Ａ）の均等の電流ｉ₁ 〜
ｉ₃ が流れる結果、このコイル３の内部には、導体１の
軸方向に、（Ｉ／３）ＡＴの軸方向磁界４が発生する。
本実施例では、このコイル３の内部にこのコイル３およ
び導体１と同軸に、磁気センサユニット４１を配置して
いるため、この磁気センサユニット４１の非磁性材料製
の円筒ケース４３内に配置された磁歪素子４８の寸法
は、他の導体から発生する径方向磁界に影響されること
なく、コイル３内に発生した軸方向磁界４のみによって
変位する。したがって、この磁歪素子４８によって、軸
方向磁界４を高精度に検出することができる。以下に
は、このような磁気センサユニット４１の磁歪素子４８
による軸方向磁界の検出について、光の伝送経路をたど
って説明する。

【００３６】すなわち、本実施例の光学磁界センサにお
いては、光電変換装置５５の発光部５６からの出射光
を、光ファイバ５１を介して、磁気センサユニット４１
に導く。磁気センサユニット４１に入射した光は、プリ
ズム４４およびハーフミラー４５を介して、干渉計ミラ
ー４６，４７からなる干渉計５３に導かれる。この場
合、コイル３内に発生した軸方向磁界４による磁歪素子
４８の変位によって、干渉計ミラー４７の位置が変位
し、それによって、干渉計ミラー４６，４７間の間隔が
変化する。その結果、干渉計５３からハーフミラー４５
に戻る光は、軸方向磁界４に応じた干渉を受けて変化し
た光となり、この検出光は、集光レンズ５０を介して磁
気センサユニット４１の外部に導出され、光ファイバ５
２を介して光電変換装置５５に送られ、その受光素子５
７によって受光され、電気信号に変換される。

【００３７】この場合、磁気センサユニット４１からの
光デジタル信号は、光ファイバ５２を介して、ガス絶縁
機器の外部に設置された光電変換装置５５に良好に送ら
れるため、光電変換装置５５においてこの光デジタル信
号から得られた電気信号は、磁気センサユニット４１の
磁歪素子４８によって検出された導体１内部の軸方向磁
界４を正確に反映する。したがって、本実施例において
は、磁歪素子４８によって、他の導体から発生する径方
向磁界の影響を排除し、コイル３内に発生した軸方向磁
界４のみを高精度に検出することができ、かつ、この検
出データを、光デジタル信号という形式で光電変換装置
５５に良好に送ることができるため、この光電変換装置
５５によって、導体１に発生した軸方向磁界４を正確に
示す電気信号を得ることができる。

【００３８】以上のように、本実施例の光式磁界センサ
によれば、前記第１実施例と同様に、ガス絶縁機器の導
体１内部の通電磁界を高精度に検出することができる。
したがって、本実施例の光式磁界センサを３相一括形の
ガス絶縁機器の導体に適用した場合には、前記第１実施
例と同様に、他相磁界の影響をほとんど受けることな
く、被測定相の導体内部の通電磁界を高精度に検出する
ことができる。

【００３９】また、本実施例においては、特に、磁気セ
ンサである磁歪素子４８と光学手段を構成する複数の光
学素子、すなわち、プリズム４４、ハーフミラー４５、
干渉計ミラー４６，４７、および集光レンズ４９，５０
を、単一の円筒ケース４３内に一括して収納して磁気セ
ンサユニット４１を構成し、この磁気センサユニット４
１をコイル３内の空間部３ａに収納しているため、磁気
センサと光学手段の構成が、前記第１実施例よりもさら
に簡略化され、コンパクト化されている。加えて、磁気
センサユニット４１から光デジタル信号を直接得ること
ができるため、従来例や前記第１実施例のように、直交
する２つのベクトル光に分光する必要もなく、また、偏
光をかけたり、出力の演算などの複雑な構成要素も不要
である上、光路長についても、従来の約１／２程度に短
くできるため、光式磁界センサ全体の構成を格段に簡略
化し、コンパクト化することができる。

【００４０】（３）他の実施例 なお、本発明は、前記各実施例に限定されるものではな
く、コイル形成部材の具体的な構成や配置箇所は適宜変
更可能であり、また、光ビーム伝播手段としては、光フ
ァイバ以外の光学部品を使用したり、あるいは、空間光
路を使用することも可能である。そしてまた、磁気セン
サの具体的な構成や、そのコイル形成部材内における配
置箇所なども適宜変更可能である。同様に、光学手段お
よび光電変換手段の具体的な構成やその配置についても
適宜変更可能である。

【００４１】例えば、前記第１実施例の変形例として、
光学装置２１を磁界発生域から離れた場所に配置するだ
けでなく、磁気シールドなどを適宜配置したり、あるい
は、光学装置２１を構成する複数の光学素子を、低膨脹
ガラス製の基板に取り付けることによって、光の伝送精
度を向上することができる。また、コイル３の中央軸部
の空間部３ａにシングルモード光ファイバ１８を配置す
る構成も可能である。

【００４２】一方、前記第２実施例については、磁気セ
ンサユニット４１の円筒ケース４３を、グラスファイバ
材などの絶縁物で構成したり、あるいは、非磁性導電材
料製として、そのうず電流防止用に径方向にスリットを
設けることなどが可能である。また、筒状部材の形状は
円筒に限らず、例えば、角筒状とすることも可能であ
る。そしてまた、複数の部材を組み合わせて筒状部材を
形成することも可能である。さらに、コイル３の外周の
空間部３ｂに磁気センサユニット４１を配置する構成も
可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス絶縁機器の導体の一部にコイル形成部材を同軸配置
し、このコイル形成部材の内部に、軸方向磁界を検出す
るようにして磁気センサを配置することにより、特に、
３相一括形のガス絶縁機器に適用した場合に、他相磁界
の影響を受けることなく、被測定相の通電磁界を高精度
に検出可能な、高性能の光式磁界センサを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光式磁界センサの基本原理を示す
原理図。

【図２】本発明による光式磁界センサの第１実施例を示
す構成図。

【図３】（Ａ）は、図２の光式磁界センサの第１と第２
のコイル部品の形状を示す概略図、（Ｂ）は、図２の光
式磁界センサにおいて、その通電方向の上流側から下流
側を見た視点での第１のコイル部品の通電経路を示す説
明図、（Ｃ）は、（Ｂ）と同じ視点での第２のコイル部
品の通電経路を示す説明図。

【図４】図２の光式磁界センサの光学装置を示す構成
図。

【図５】本発明による光式磁界センサの第２実施例を示
す構成図。

【図６】図５の光式磁界センサの磁気センサユニットを
示す構成図。

【図７】従来の光式磁界センサの一例を示す構成図。

【図８】図７の偏光子と検光子の作用を説明するベクト
ル図。

【符号の説明】

１…導体 ２…径方向磁界 ３…コイル ３ａ〜３ｃ…空間部 ４…軸方向磁界 ５…磁気センサ ６…光学手段 ７…光ビーム伝播手段 ８…光電変換手段 １１…第１のコイル部品 １１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…開口部 １１ｃ，１２ｃ…中央部 １１ｄ，１２ｄ…アーム部 １１ｅ，１２ｅ…外周部 １２…第２のコイル部品 １３…接合金属 １４，１７…補強部材 １５，１６…接続部材 １５ａ，１６ａ…突起部 １８…シングルモード光ファイバ １９ａ，１９ｂ…ファイバ支持部材 ２０…全反射ミラー ２１…光学装置 ２２…マルチモード光ファイバ ２３…光電変換装置 ２４…発光部 ２５，２６…受光素子 ２７…演算部 ２８，３６，３７…光ファイバ ２９，３２，３４，３５…集光レンズ ３０…偏光子 ３１…ハーフミラー ３３…検光子 ４１…磁気センサユニット ４２…ユニット支持部材 ４３…円筒ケース ４４…プリズム ４５…ハーフミラー ４６，４７…干渉計ミラー ４８…磁歪素子 ４９，５０…集光レンズ ５１，５２…光ファイバ ５３…干渉計 ５５…光電変換装置 ５６…発光部 ５７…受光素子 ６１…発光部 ６２，６９，７０…光ファイバ ６３，６７，６８…集光レンズ ６４…偏光子 ６５…磁気光学素子 ６６…検光子 ７１，７２…受光素子 ７３，７４…電流電圧変換アンプ ７５…アナログ加算器 ７６…アナログ減算器 ７７…割算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス絶縁機器の導体に流れる電流に応じ
   た磁界を、光信号の形式で検出する光式磁界センサにお
   いて、 前記ガス絶縁機器の導体の一部に同軸配置され、コイル
   を形成するコイル形成部材と、 前記コイル形成部材の内部に前記導体と同軸方向の磁界
   を検出するように配置された磁気センサと、 前記磁気センサと近接配置されてこの磁気センサと光学
   的に接続された光学素子を備え、磁気センサによって検
   出された磁界を光信号として出力する光学手段と、 前記ガス絶縁機器の大気側に配置され、前記光学手段か
   らの光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、 前記光電変換手段と前記光学手段とを光学的に接続し、
   前記光学手段からの光信号を前記光電変換手段に伝送す
   る光ビーム伝播手段とを備えたことを特徴とする光式磁
   界センサ。
2. 【請求項２】 前記磁気センサがシングルモード光ファ
   イバであり、 前記光学手段を構成する光学素子が、前記導体内部に配
   置されていることを特徴とする請求項１に記載の光式磁
   界センサ。
3. 【請求項３】 前記導体内部に非磁性材料製の筒状部材
   が配置され、 前記磁気センサと前記光学手段を構成する光学素子と
   が、前記非磁性材料製の筒状部材内に同軸配置され、磁
   界の変位を直接光デジタル信号に変換するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の光式磁界セ
   ンサ。