JPH07311224A - 電流検知装置 - Google Patents
電流検知装置Info
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- JPH07311224A JPH07311224A JP7032752A JP3275295A JPH07311224A JP H07311224 A JPH07311224 A JP H07311224A JP 7032752 A JP7032752 A JP 7032752A JP 3275295 A JP3275295 A JP 3275295A JP H07311224 A JPH07311224 A JP H07311224A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気計器用に適した、正確に入力電流を検知
する装置を提供する。 【構成】 入力電流の第１の部分を導通する第１の導通
手段１３と、入力電流の第２の部分を導通する第２の導
通手段１５と、第１および第２の導通手段の間で電流を
導通する相互接続手段２０と、相互接続手段に磁気結合
され、相互接続手段に流れる電流に関連する出力信号を
発生する検知手段１１とを有する。検知手段はトロイド
状磁心２６を含み、相互接続手段は磁心の孔を通り抜け
る導体を有し、これが一次巻線を構成する。検知手段は
磁心に巻かれた二次巻線３０，３２を有する。これによ
り、入力電流に対して大きさおよび位相が関連する出力
信号が発生される。
する装置を提供する。 【構成】 入力電流の第１の部分を導通する第１の導通
手段１３と、入力電流の第２の部分を導通する第２の導
通手段１５と、第１および第２の導通手段の間で電流を
導通する相互接続手段２０と、相互接続手段に磁気結合
され、相互接続手段に流れる電流に関連する出力信号を
発生する検知手段１１とを有する。検知手段はトロイド
状磁心２６を含み、相互接続手段は磁心の孔を通り抜け
る導体を有し、これが一次巻線を構成する。検知手段は
磁心に巻かれた二次巻線３０，３２を有する。これによ
り、入力電流に対して大きさおよび位相が関連する出力
信号が発生される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流を検知するセンサ
に関し、更に詳しくは、入力電流に関連した出力信号を
発生する電流センサに関する。
に関し、更に詳しくは、入力電流に関連した出力信号を
発生する電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】電力およびエネルギ使用量を計測する電
子式電力計および誘導型または電子式電力量計のような
多くの電気装置は、線路電流を検知して、該線路電流に
関連した出力信号を発生する電流センサを必要とする。
これらの装置は、広い範囲の線路電流に対して正確なセ
ンサを必要とする。
子式電力計および誘導型または電子式電力量計のような
多くの電気装置は、線路電流を検知して、該線路電流に
関連した出力信号を発生する電流センサを必要とする。
これらの装置は、広い範囲の線路電流に対して正確なセ
ンサを必要とする。
【０００３】長い間、誘導型電力量計を使用して、個々
の電気エネルギの需要家のエネルギ消費量をキロワット
時で測定していた。誘導型電力量計は典型的には別々の
電圧コイルおよび電流コイルを有するとともに、両コイ
ルの磁束を組み合わせて駆動される回転ディスクを有し
ている。通常の誘導型電力量計は電流検知回路を有し、
該回路では線路電流の流れる導体が鉄心に巻回されて電
流コイルを形成している。導体に流れる電流により鉄心
に磁束が形成される。鉄心の磁束が同様な電圧コイルか
らの磁束と組み合わされて、需要家の電気エネルギ消費
速度に関連する速度で円板を回転させる。
の電気エネルギの需要家のエネルギ消費量をキロワット
時で測定していた。誘導型電力量計は典型的には別々の
電圧コイルおよび電流コイルを有するとともに、両コイ
ルの磁束を組み合わせて駆動される回転ディスクを有し
ている。通常の誘導型電力量計は電流検知回路を有し、
該回路では線路電流の流れる導体が鉄心に巻回されて電
流コイルを形成している。導体に流れる電流により鉄心
に磁束が形成される。鉄心の磁束が同様な電圧コイルか
らの磁束と組み合わされて、需要家の電気エネルギ消費
速度に関連する速度で円板を回転させる。
【０００４】比較的大きな線路電流すなわち約３２０Ａ
（アンペア）よりも大きな線路電流を適切にスケールダ
ウンすなわち逓減するために必要な鉄心のまわりのター
ンの数すなわち巻数が非常に多くなるので、上述した電
流検知回路に対して変流器を使用して、このような比較
大きな線路電流を逓減する。変流器は線路導体と電流検
知回路との間に設けられる。このような変流器は一般に
その二次巻線に５Ａの公称電流を有することを定格とし
て定められているが、変流器の熱定格を越えずに約２０
Ａの二次電流を通常流すことができる。従って、線路導
体と電流検知回路との間に変流器を設けた場合でも、誘
導型電力量計はまだ２０Ａのような比較的大きな電流を
計測できなければならない。
（アンペア）よりも大きな線路電流を適切にスケールダ
ウンすなわち逓減するために必要な鉄心のまわりのター
ンの数すなわち巻数が非常に多くなるので、上述した電
流検知回路に対して変流器を使用して、このような比較
大きな線路電流を逓減する。変流器は線路導体と電流検
知回路との間に設けられる。このような変流器は一般に
その二次巻線に５Ａの公称電流を有することを定格とし
て定められているが、変流器の熱定格を越えずに約２０
Ａの二次電流を通常流すことができる。従って、線路導
体と電流検知回路との間に変流器を設けた場合でも、誘
導型電力量計はまだ２０Ａのような比較的大きな電流を
計測できなければならない。
【０００５】しかしながら、このような比較的大きな電
流は、一般に電子回路または集積回路を利用して、個々
の電気エネルギの需要家の電流および電圧使用量を計測
する電子式電力量計または他の電子式計測装置のような
電子式電気計器で正確に検知することができない。一般
に、集積回路は典型的には２ｍＡ未満および５ボルト未
満のような小さな信号レベルを受けて測定するように設
計された用途特定集積回路（”ＡＳＩＣ”）である。従
って、電子式電力量計の電流センサは、比較的大きな線
路電流をセンサの集積回路によって受け入れられる比較
的小さな入力レベルに逓減する大きな変成比を有してい
なければならない。
流は、一般に電子回路または集積回路を利用して、個々
の電気エネルギの需要家の電流および電圧使用量を計測
する電子式電力量計または他の電子式計測装置のような
電子式電気計器で正確に検知することができない。一般
に、集積回路は典型的には２ｍＡ未満および５ボルト未
満のような小さな信号レベルを受けて測定するように設
計された用途特定集積回路（”ＡＳＩＣ”）である。従
って、電子式電力量計の電流センサは、比較的大きな線
路電流をセンサの集積回路によって受け入れられる比較
的小さな入力レベルに逓減する大きな変成比を有してい
なければならない。
【０００６】このような比較的小さな信号を出力するた
めに、典型的な変流器は非常に大きく、高価なものにな
る。このように大きく且つ高価になる一つの理由は、適
切な動作のために一次巻線および二次巻線のアンペアタ
ーン（アンペア回数）が等しくなければならないという
要求条件によるものである。また、巻線数は、最大入力
線路電流を集積回路用に２ｍＡの未満の電流限界値に逓
減するように選択しなければならない。線路電流は典型
的には０．５Ａから３２０Ａまで変化するので、典型的
な変流器の変成比は、３２０Ａの線路電流を２ｍＡの出
力電流に逓減するために約１６００００：１とする必要
がある。しかしながら、１６００００：１の変成比で
は、比較的大きな巻数が必要となり、また非常に大きく
高価な変流器が必要となる。
めに、典型的な変流器は非常に大きく、高価なものにな
る。このように大きく且つ高価になる一つの理由は、適
切な動作のために一次巻線および二次巻線のアンペアタ
ーン（アンペア回数）が等しくなければならないという
要求条件によるものである。また、巻線数は、最大入力
線路電流を集積回路用に２ｍＡの未満の電流限界値に逓
減するように選択しなければならない。線路電流は典型
的には０．５Ａから３２０Ａまで変化するので、典型的
な変流器の変成比は、３２０Ａの線路電流を２ｍＡの出
力電流に逓減するために約１６００００：１とする必要
がある。しかしながら、１６００００：１の変成比で
は、比較的大きな巻数が必要となり、また非常に大きく
高価な変流器が必要となる。
【０００７】非常に大きく高価であることに加えて、典
型的な変流器の磁心は、線路導体を流れる交流（ＡＣ）
に直流（ＤＣ）が重畳すると、飽和する。直流（従っ
て、磁心の飽和）は、一般に線路導体に接続された種々
の電気装置によるＡＣ信号の半波整流により生じるか、
または適切な電流検知および消費電気エネルギの計測を
妨げて電力料金をごまかそうとする人物によって故意に
ＤＣ成分を線路導体上に重畳することに起因する。
型的な変流器の磁心は、線路導体を流れる交流（ＡＣ）
に直流（ＤＣ）が重畳すると、飽和する。直流（従っ
て、磁心の飽和）は、一般に線路導体に接続された種々
の電気装置によるＡＣ信号の半波整流により生じるか、
または適切な電流検知および消費電気エネルギの計測を
妨げて電力料金をごまかそうとする人物によって故意に
ＤＣ成分を線路導体上に重畳することに起因する。
【０００８】更に、典型的な変流器は、多相電力量計の
他の変流器のような隣接する電気装置に悪影響を及ぼす
外部磁界を発生する。また、典型的な変流器はその変流
作用が、多相電力量計に使用されている隣接する電流セ
ンサのような外部発生源からの発生する磁界によって悪
影響を受ける。このような典型的な変流器に対する代わ
りの電流センサが、米国特許第４，１８２，９８２号お
よび米国特許第４，４９２，９１９号に記載されてい
る。これらの特許は、線路導体を異なる断面積を有する
１つ以上の主分路と並列の補助分路とに分割することを
開示している。電流はこれらの２つの分路の断面積にほ
ぼ比例して該２つの分路に分割される。変流器が、トロ
イド状磁心、トロイド状磁心の孔を通り抜けて１巻き
（ターン）の一次巻線を形成する補助分路、および二次
巻線を形成するトロイド状磁心のまわりに巻回された多
巻き巻線の組み合せにより形成されている。
他の変流器のような隣接する電気装置に悪影響を及ぼす
外部磁界を発生する。また、典型的な変流器はその変流
作用が、多相電力量計に使用されている隣接する電流セ
ンサのような外部発生源からの発生する磁界によって悪
影響を受ける。このような典型的な変流器に対する代わ
りの電流センサが、米国特許第４，１８２，９８２号お
よび米国特許第４，４９２，９１９号に記載されてい
る。これらの特許は、線路導体を異なる断面積を有する
１つ以上の主分路と並列の補助分路とに分割することを
開示している。電流はこれらの２つの分路の断面積にほ
ぼ比例して該２つの分路に分割される。変流器が、トロ
イド状磁心、トロイド状磁心の孔を通り抜けて１巻き
（ターン）の一次巻線を形成する補助分路、および二次
巻線を形成するトロイド状磁心のまわりに巻回された多
巻き巻線の組み合せにより形成されている。
【０００９】しかしながら、広い範囲にわたって変わり
得る線路電流を適切に逓減するためには、主分路の断面
積が非常に大きくなり、補助分路の断面積が非常に小さ
くなる。更に、並列の主分路および補助分路は、外部発
生源から発生する磁界のみならず他方の分路の電流によ
って発生する磁界によっても影響される。例えば、主分
路の電流は補助分路の電流によって生じる磁界によって
影響される。その上、分流器内の並列の導体間の磁気結
合より、これらの導体間に相互インダクタンスが生じ
る。このインダクタンスは比較的簡単な抵抗分圧器を複
雑なインピーダンス分圧器に変え、並列の主分路および
補助分路の電流の位相シフトがこのインピーダンスに依
存する。適切な計測精度は電流センサの逓減出力信号の
大きさおよび位相角の両方が線路電流の大きさおよび位
相角を正確に反映することを必要とするので、上述した
ような並列の分路の位相シフト（これは電流センサの出
力信号に反映される）は、計測精度を阻害する。
得る線路電流を適切に逓減するためには、主分路の断面
積が非常に大きくなり、補助分路の断面積が非常に小さ
くなる。更に、並列の主分路および補助分路は、外部発
生源から発生する磁界のみならず他方の分路の電流によ
って発生する磁界によっても影響される。例えば、主分
路の電流は補助分路の電流によって生じる磁界によって
影響される。その上、分流器内の並列の導体間の磁気結
合より、これらの導体間に相互インダクタンスが生じ
る。このインダクタンスは比較的簡単な抵抗分圧器を複
雑なインピーダンス分圧器に変え、並列の主分路および
補助分路の電流の位相シフトがこのインピーダンスに依
存する。適切な計測精度は電流センサの逓減出力信号の
大きさおよび位相角の両方が線路電流の大きさおよび位
相角を正確に反映することを必要とするので、上述した
ような並列の分路の位相シフト（これは電流センサの出
力信号に反映される）は、計測精度を阻害する。
【００１０】同軸電流センサが、ここに引用する米国特
許第５，０６６，９０４号に開示されている。この同軸
電流センサは、線路導体の電流を２本の同軸構成の導体
に分割しており、その中心同軸導体がトロイド状磁心の
孔に通されて、トロイド状磁心に起磁力を誘起する。ま
た、検知およびフィードバック用の二次巻線がトロイド
状磁心のまわりに巻回されている。トロイド状磁心の起
磁力の時間変化により、該時間変化に比例した電圧が検
知用巻線に誘起される。該検知用二次巻線に誘起された
電圧に応答して、増幅器がフィードバック用二次巻線に
制御または補償信号を供給する。該制御信号によるフィ
ードバック用巻線の電流は、中心同軸導体の電流によっ
て誘起される起磁力に対して大きさがほぼ等しく、極性
が反対の起磁力をトロイド状磁心に発生する。その結果
生じるトロイド状磁心内の正味のＡＣ起磁力は定常状態
においてほぼゼロである。従って、磁心の飽和の可能性
は著しく低減する。更に、トロイド状磁心中の電流は主
に入力電流の変化に起因し、中心同軸導体の電流に関連
して誘起される。また、フィードバック用二次巻線は中
心同軸導体の電流に比例した出力電流を発生する。
許第５，０６６，９０４号に開示されている。この同軸
電流センサは、線路導体の電流を２本の同軸構成の導体
に分割しており、その中心同軸導体がトロイド状磁心の
孔に通されて、トロイド状磁心に起磁力を誘起する。ま
た、検知およびフィードバック用の二次巻線がトロイド
状磁心のまわりに巻回されている。トロイド状磁心の起
磁力の時間変化により、該時間変化に比例した電圧が検
知用巻線に誘起される。該検知用二次巻線に誘起された
電圧に応答して、増幅器がフィードバック用二次巻線に
制御または補償信号を供給する。該制御信号によるフィ
ードバック用巻線の電流は、中心同軸導体の電流によっ
て誘起される起磁力に対して大きさがほぼ等しく、極性
が反対の起磁力をトロイド状磁心に発生する。その結果
生じるトロイド状磁心内の正味のＡＣ起磁力は定常状態
においてほぼゼロである。従って、磁心の飽和の可能性
は著しく低減する。更に、トロイド状磁心中の電流は主
に入力電流の変化に起因し、中心同軸導体の電流に関連
して誘起される。また、フィードバック用二次巻線は中
心同軸導体の電流に比例した出力電流を発生する。
【００１１】差動電流センサが、ここに引用する米国特
許出願第０８／０４３，９０３号（特眼平６−０６８８
３３号）に開示されている。この差動電流センサは、入
力線路電流を所定の比率をもって第１および第２の部分
に分割している。第１および第２の部分の間の電流差
は、その後、入力電流の第１および第２の部分に磁気結
合しているトロイド状巻線によって検知される。この第
１および第２の部分の間の検知された電流差に基づい
て、出力電流が前記電流差および入力電流に関連して発
生される。
許出願第０８／０４３，９０３号（特眼平６−０６８８
３３号）に開示されている。この差動電流センサは、入
力線路電流を所定の比率をもって第１および第２の部分
に分割している。第１および第２の部分の間の電流差
は、その後、入力電流の第１および第２の部分に磁気結
合しているトロイド状巻線によって検知される。この第
１および第２の部分の間の検知された電流差に基づい
て、出力電流が前記電流差および入力電流に関連して発
生される。
【００１２】特に、入力電力は第１および第２の部分に
分割され、トロイド状巻線の孔を通って延在している第
１および第２の導体をそれぞれ流れる。入力電流の第１
の部分はトロイド状巻線の孔を通って第１の方向に流
れ、入力電流の第２の部分はトロイド状巻線の孔を通っ
て第１の方向と反対の第２の方向に流れる。第１および
第２の部分の間の電流差はトロイド状巻線に電圧を誘起
する。差動電流センサは、トロイド状巻線に誘起された
電圧を磁気的に検知し、その検知電圧に応じて出力電流
を発生する手段を有することが好ましい。電流差を磁気
的に検知する手段は、典型的には上述したようにトロイ
ド状磁心のまわりに巻回された検知およびフィードバッ
ク用二次巻線である。
分割され、トロイド状巻線の孔を通って延在している第
１および第２の導体をそれぞれ流れる。入力電流の第１
の部分はトロイド状巻線の孔を通って第１の方向に流
れ、入力電流の第２の部分はトロイド状巻線の孔を通っ
て第１の方向と反対の第２の方向に流れる。第１および
第２の部分の間の電流差はトロイド状巻線に電圧を誘起
する。差動電流センサは、トロイド状巻線に誘起された
電圧を磁気的に検知し、その検知電圧に応じて出力電流
を発生する手段を有することが好ましい。電流差を磁気
的に検知する手段は、典型的には上述したようにトロイ
ド状磁心のまわりに巻回された検知およびフィードバッ
ク用二次巻線である。
【００１３】同軸電流センサおよび差動電流センサは、
特に電子式電力量計のような電気計器に使用するため
に、線路電流を検知して逓減する技術において非常に進
歩しているが、更なる改良が望ましい。特に、同軸電流
センサの同軸導体は各導体の電流によって生じる磁界お
よびその結果生じる他の導体の自己インダクタンスによ
って磁気結合する。この相互インダクタンスは結果とし
て生じる逓減された出力電流に位相シフト、すなわちエ
ラーを生じさせる。
特に電子式電力量計のような電気計器に使用するため
に、線路電流を検知して逓減する技術において非常に進
歩しているが、更なる改良が望ましい。特に、同軸電流
センサの同軸導体は各導体の電流によって生じる磁界お
よびその結果生じる他の導体の自己インダクタンスによ
って磁気結合する。この相互インダクタンスは結果とし
て生じる逓減された出力電流に位相シフト、すなわちエ
ラーを生じさせる。
【００１４】更に、電流が同軸導体間で分割される比率
は導体の断面積に依存しているので、電流分割比は、導
体の第１の端部から材料の一部に孔をあけること等によ
って導体の抵抗値を調整することにより調整することが
できる。この導体の削除または孔あけ処理は導体の位置
合わせおよび大きさのために困難である。更に、同軸電
流センサおよび差動電流センサの両者は比較的複雑な設
計であり、従って製造するのに費用がかかる。
は導体の断面積に依存しているので、電流分割比は、導
体の第１の端部から材料の一部に孔をあけること等によ
って導体の抵抗値を調整することにより調整することが
できる。この導体の削除または孔あけ処理は導体の位置
合わせおよび大きさのために困難である。更に、同軸電
流センサおよび差動電流センサの両者は比較的複雑な設
計であり、従って製造するのに費用がかかる。
【００１５】また更に、差動電流センサのトロイド状磁
心の孔は、この孔の外側の電流センサによって導通され
る電流の第１および第２の部分にほぼ直角である。従っ
て、トロイド状磁心の孔の外側の電流センサに流れる電
流によって誘起される磁束は、検知およびフィードバッ
ク用二次巻線に磁気結合し、逓減された出力電流に位相
シフトを生じさせる。更に、同軸電流センサおよび差動
電流センサの両者は比較的複雑な設計であり、従って製
造するのに費用がかかる。
心の孔は、この孔の外側の電流センサによって導通され
る電流の第１および第２の部分にほぼ直角である。従っ
て、トロイド状磁心の孔の外側の電流センサに流れる電
流によって誘起される磁束は、検知およびフィードバッ
ク用二次巻線に磁気結合し、逓減された出力電流に位相
シフトを生じさせる。更に、同軸電流センサおよび差動
電流センサの両者は比較的複雑な設計であり、従って製
造するのに費用がかかる。
【００１６】特に電子式電力量計のような電気計器で線
路電流を検知するのに使用するために、入力電流に関連
する大きさおよび位相角を有する出力電流を発生する電
流センサを提供することが望ましいが、電流センサはま
だ複雑で高価な設計であること、出力信号に位相シフト
を生じさせる好ましくない磁気結合あること等の多くの
問題を有している。特に、需要家の消費電気エネルギを
計測するための電子回路または集積回路を利用した電気
計器に使用するために、入力電流の大きさおよび位相に
関連する約２−３ｍＡの大きさを有する出力信号を発生
する比較的簡単な設計の電流センサを提供することが望
ましい。
路電流を検知するのに使用するために、入力電流に関連
する大きさおよび位相角を有する出力電流を発生する電
流センサを提供することが望ましいが、電流センサはま
だ複雑で高価な設計であること、出力信号に位相シフト
を生じさせる好ましくない磁気結合あること等の多くの
問題を有している。特に、需要家の消費電気エネルギを
計測するための電子回路または集積回路を利用した電気
計器に使用するために、入力電流の大きさおよび位相に
関連する約２−３ｍＡの大きさを有する出力信号を発生
する比較的簡単な設計の電流センサを提供することが望
ましい。
【００１７】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、入力電流を検
知する改良された方法および装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、入力電流信号を検知し、関連
する出力電流信号を発生する改良された方法および装置
を提供することにある。
知する改良された方法および装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、入力電流信号を検知し、関連
する出力電流信号を発生する改良された方法および装置
を提供することにある。
【００１８】本発明の別の目的は、入力電流信号を検知
し、該入力電流信号に大きさおよび位相において関連す
る出力電流信号を発生する改良された方法および装置を
提供することにある。
し、該入力電流信号に大きさおよび位相において関連す
る出力電流信号を発生する改良された方法および装置を
提供することにある。
【００１９】
【発明の概要】これらのおよび他の目的を達成するため
に、本発明では、相互接続導通手段によって接続された
第１および第２の導通手段を含み、該相互接続導通手段
に検知手段が磁気結合されている電流センサを提供す
る。第１の導通手段は、入力電流の第１の部分導通し、
好ましくは第１および第２の導体、典型的には第１およ
び第２の所定の抵抗値をそれぞれ持つ第１および第２の
抵抗を有する。第２の導通手段は、入力電流の第２の部
分を導通し、好ましくは第３および第４の導体、典型的
には第３および第４の所定の抵抗値をそれぞれ持つ第３
および第４の抵抗を有する。
に、本発明では、相互接続導通手段によって接続された
第１および第２の導通手段を含み、該相互接続導通手段
に検知手段が磁気結合されている電流センサを提供す
る。第１の導通手段は、入力電流の第１の部分導通し、
好ましくは第１および第２の導体、典型的には第１およ
び第２の所定の抵抗値をそれぞれ持つ第１および第２の
抵抗を有する。第２の導通手段は、入力電流の第２の部
分を導通し、好ましくは第３および第４の導体、典型的
には第３および第４の所定の抵抗値をそれぞれ持つ第３
および第４の抵抗を有する。
【００２０】相互接続導通手段は、好ましくは中心導体
すなわち第５の導体、典型的には第５の所定の抵抗値を
持つ第５の抵抗を有し、この第５の抵抗はブリッジ回路
を形成するように第１および第２の導体間の第１の端部
から第３および第４の導体間の第２の端部まで延在す
る。この相互接続導体（相互接続導通手段）には入力電
流に対して所定の関係を有する電流が生じる。次に、検
知手段が相互接続導体の電流に関連する出力信号を発生
する。この出力電流は、需要家の消費電気エネルギを正
確に計測するために電子式電力量計のような電子式電気
計器の中の集積回路によって検出される。
すなわち第５の導体、典型的には第５の所定の抵抗値を
持つ第５の抵抗を有し、この第５の抵抗はブリッジ回路
を形成するように第１および第２の導体間の第１の端部
から第３および第４の導体間の第２の端部まで延在す
る。この相互接続導体（相互接続導通手段）には入力電
流に対して所定の関係を有する電流が生じる。次に、検
知手段が相互接続導体の電流に関連する出力信号を発生
する。この出力電流は、需要家の消費電気エネルギを正
確に計測するために電子式電力量計のような電子式電気
計器の中の集積回路によって検出される。
【００２１】検知手段は好ましくは環状電流比較器であ
り、更に好ましくは貫通する孔を持つトロイド状磁心を
有する。相互接続導体はトロイド状磁心の孔を通り抜け
て、電流比較器の１巻きの一次巻線を形成する。相互接
続導体を通る電流は関連する起磁力をトロイド状磁心に
誘起する。誘起された起磁力によって相互接続導体の電
流、従って入力電流を検知することにより、出力信号
は、入力電流信号中の過渡電圧を抑制して電流センサを
保護するように入力電流信号から隔離（ｉｓｏｌａｔ
ｅ）される。
り、更に好ましくは貫通する孔を持つトロイド状磁心を
有する。相互接続導体はトロイド状磁心の孔を通り抜け
て、電流比較器の１巻きの一次巻線を形成する。相互接
続導体を通る電流は関連する起磁力をトロイド状磁心に
誘起する。誘起された起磁力によって相互接続導体の電
流、従って入力電流を検知することにより、出力信号
は、入力電流信号中の過渡電圧を抑制して電流センサを
保護するように入力電流信号から隔離（ｉｓｏｌａｔ
ｅ）される。
【００２２】また、検知手段は、トロイド状磁心内に誘
起された起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段を有
することが好ましい。トロイド状磁心内に誘起される起
磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、出力信号を
発生するためにトロイド状磁心のまわりに巻回されて、
トロイド状磁心に磁気結合された二次巻線を有すること
が好ましい。トロイド状磁心内の起磁力の変化速度を磁
気的に検知する手段は、フィードバック用二次巻線およ
び検知用二次巻線を有することが更に好ましく、各二次
巻線はトロイド状磁心のまわりに巻回されて、トロイド
状磁心に磁気結合され、両二次巻線間に増幅回路が設け
られる。フィードバックおよび検知用二次巻線および関
連する増幅回路の組合せによって、入力電流信号の大き
さおよび位相に関連する（好ましくは比例する）出力信
号を発生する。また、二次巻線および関連する増幅回路
は、磁心の正味のＡＣ起磁力が定常状態においてほぼゼ
ロとなり、トロイド状磁心の起磁力のどのような変化も
相互接続導体の電流の変化によるものであるように、相
互接続導体の電流によって誘起される起磁力に大きさが
等しく、極性が反対の起磁力を誘起する。
起された起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段を有
することが好ましい。トロイド状磁心内に誘起される起
磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、出力信号を
発生するためにトロイド状磁心のまわりに巻回されて、
トロイド状磁心に磁気結合された二次巻線を有すること
が好ましい。トロイド状磁心内の起磁力の変化速度を磁
気的に検知する手段は、フィードバック用二次巻線およ
び検知用二次巻線を有することが更に好ましく、各二次
巻線はトロイド状磁心のまわりに巻回されて、トロイド
状磁心に磁気結合され、両二次巻線間に増幅回路が設け
られる。フィードバックおよび検知用二次巻線および関
連する増幅回路の組合せによって、入力電流信号の大き
さおよび位相に関連する（好ましくは比例する）出力信
号を発生する。また、二次巻線および関連する増幅回路
は、磁心の正味のＡＣ起磁力が定常状態においてほぼゼ
ロとなり、トロイド状磁心の起磁力のどのような変化も
相互接続導体の電流の変化によるものであるように、相
互接続導体の電流によって誘起される起磁力に大きさが
等しく、極性が反対の起磁力を誘起する。
【００２３】第３および第４の導体の第３および第４の
所定の抵抗値に対する第１および第２の導体の第１およ
び第２の所定の抵抗値の比率は、導体の温度が変化して
も一定のままであることが好ましい。更に詳しくは、第
１および第４の導体は、コペル（Ｃｏｐｅｌ）すなわち
銅ニッケル合金またはマンガニン（Ｍａｎｇａｎｉｎ）
すなわちマグネシウム銅合金のような第１の材料、およ
び銅のような第２の材料の両者で構成されることが好ま
しい。第２および第３の導体は、銅のような第２の材料
のみで構成されることが好ましい。第１の材料の固有抵
抗は温度につれて著しく変化しないことが好ましい。し
かしながら、銅のような第２の材料の固有抵抗は温度に
つれて変化する。導体を構成する第１および第２の材料
の相対量は、第３および第４の所定の抵抗値に対する第
１および第２の所定の抵抗値の比率が温度につれて変化
しないように選択されることが好ましい。
所定の抵抗値に対する第１および第２の導体の第１およ
び第２の所定の抵抗値の比率は、導体の温度が変化して
も一定のままであることが好ましい。更に詳しくは、第
１および第４の導体は、コペル（Ｃｏｐｅｌ）すなわち
銅ニッケル合金またはマンガニン（Ｍａｎｇａｎｉｎ）
すなわちマグネシウム銅合金のような第１の材料、およ
び銅のような第２の材料の両者で構成されることが好ま
しい。第２および第３の導体は、銅のような第２の材料
のみで構成されることが好ましい。第１の材料の固有抵
抗は温度につれて著しく変化しないことが好ましい。し
かしながら、銅のような第２の材料の固有抵抗は温度に
つれて変化する。導体を構成する第１および第２の材料
の相対量は、第３および第４の所定の抵抗値に対する第
１および第２の所定の抵抗値の比率が温度につれて変化
しないように選択されることが好ましい。
【００２４】導体が形成される材料の固有の特性に加え
て、導体の抵抗値は一般に断面積に依存している。抵抗
値は、導体に切込みを形成したり、または導体から材料
を取り除くことにより、容易に調整することができ、第
１および第２の所定の抵抗値と第３および第４の所定の
抵抗値との適当な比率を得ることができる。第１および
第３の抵抗は、第１および第２のアームを有する第１の
ほぼＵ字形の部材で形成されることが好ましく、それら
の第１の端部は第１の脚部に接続されている。また、第
２および第４の抵抗も、第１および第２のアームを有す
る第２のほぼＵ字形の部材で形成されることが好まし
く、それらの第１の端部は第１および第３の抵抗の第２
の端部に接続され、それらの第２の端部は第２の脚部に
接続されることが好ましい。相互接続導体は、第１およ
び第３の抵抗のそれぞれの第２の端部間に接続されたワ
イヤであることが好ましく、トロイド状磁心の孔を通っ
て延在する。トロイド状磁心の孔によって定められる縦
軸は、ほぼＵ字形の部材の電流とトロイド状磁心のまわ
りの二次巻線との間の磁気結合を低減するように第１お
よび第２のほぼＵ字形の部材に平行であることが好まし
い。入力電流は第１の脚部を通ることが好ましく、出力
電流は第２の脚部を通ることが好ましい。更に、第１お
よび第２の脚部は、通常のメータのソケットに係合し、
電気的に接触するように設計されることが好ましい。
て、導体の抵抗値は一般に断面積に依存している。抵抗
値は、導体に切込みを形成したり、または導体から材料
を取り除くことにより、容易に調整することができ、第
１および第２の所定の抵抗値と第３および第４の所定の
抵抗値との適当な比率を得ることができる。第１および
第３の抵抗は、第１および第２のアームを有する第１の
ほぼＵ字形の部材で形成されることが好ましく、それら
の第１の端部は第１の脚部に接続されている。また、第
２および第４の抵抗も、第１および第２のアームを有す
る第２のほぼＵ字形の部材で形成されることが好まし
く、それらの第１の端部は第１および第３の抵抗の第２
の端部に接続され、それらの第２の端部は第２の脚部に
接続されることが好ましい。相互接続導体は、第１およ
び第３の抵抗のそれぞれの第２の端部間に接続されたワ
イヤであることが好ましく、トロイド状磁心の孔を通っ
て延在する。トロイド状磁心の孔によって定められる縦
軸は、ほぼＵ字形の部材の電流とトロイド状磁心のまわ
りの二次巻線との間の磁気結合を低減するように第１お
よび第２のほぼＵ字形の部材に平行であることが好まし
い。入力電流は第１の脚部を通ることが好ましく、出力
電流は第２の脚部を通ることが好ましい。更に、第１お
よび第２の脚部は、通常のメータのソケットに係合し、
電気的に接触するように設計されることが好ましい。
【００２５】本発明の電流検知方法および装置は、入力
電流信号を検知し、不平衡ブリッジ回路の相互接続導体
すなわち中央導体の電流に基づいて入力電流信号の大き
さおよび位相に関連する出力電流信号を発生することが
できる。ブリッジ回路の相互接続導体すなわち中央導体
の電流はブリッジ回路に供給される入力電流信号に正比
例するので、出力電流信号は入力電流信号の大きさおよ
び位相に関連する。更に、本発明の電流センサは、第１
および第２の導通手段すなわち枝路とトロイド状磁心の
まわりの二次巻線との間の相互インダクタンスすなわち
結合による出力信号の位相のエラーを少なくする。
電流信号を検知し、不平衡ブリッジ回路の相互接続導体
すなわち中央導体の電流に基づいて入力電流信号の大き
さおよび位相に関連する出力電流信号を発生することが
できる。ブリッジ回路の相互接続導体すなわち中央導体
の電流はブリッジ回路に供給される入力電流信号に正比
例するので、出力電流信号は入力電流信号の大きさおよ
び位相に関連する。更に、本発明の電流センサは、第１
および第２の導通手段すなわち枝路とトロイド状磁心の
まわりの二次巻線との間の相互インダクタンスすなわち
結合による出力信号の位相のエラーを少なくする。
【００２６】
【好適実施例の説明】次に、好適実施例が示されている
添付図面を参照して本発明について以下に更に詳しく説
明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で
実施することができるものであり、ここに説明する実施
例に限定されるものと解釈されるべきものではなく、む
しろ本実施例はこの開示が完璧かつ完全であり、本技術
分野に専門知識を有する者に本発明の範囲を十分に伝え
るように示されているものである。同じ符号は全体にわ
たって同じ構成要素を示している。
添付図面を参照して本発明について以下に更に詳しく説
明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で
実施することができるものであり、ここに説明する実施
例に限定されるものと解釈されるべきものではなく、む
しろ本実施例はこの開示が完璧かつ完全であり、本技術
分野に専門知識を有する者に本発明の範囲を十分に伝え
るように示されているものである。同じ符号は全体にわ
たって同じ構成要素を示している。
【００２７】まず、図１および図３を参照すると、本発
明による電流センサ１０が例示されている。この電流セ
ンサ１０は、入力電流ＩINの第１および第２の部分をそ
れぞれ流すための第１および第２の枝路１３および１５
のような第１および第２の導通手段と、ブリッジ回路を
形成するように前記第１および第２の枝路１３および１
５の間に延在している中央導体２０のような相互接続導
通手段とを有している。また、電流センサ１０は、中央
導体２０に磁気結合し、位相および大きさが入力電流Ｉ
INに関連している出力信号ＩOUTを発生する検知手段１
１を有する。
明による電流センサ１０が例示されている。この電流セ
ンサ１０は、入力電流ＩINの第１および第２の部分をそ
れぞれ流すための第１および第２の枝路１３および１５
のような第１および第２の導通手段と、ブリッジ回路を
形成するように前記第１および第２の枝路１３および１
５の間に延在している中央導体２０のような相互接続導
通手段とを有している。また、電流センサ１０は、中央
導体２０に磁気結合し、位相および大きさが入力電流Ｉ
INに関連している出力信号ＩOUTを発生する検知手段１
１を有する。
【００２８】図３に示すように、第１の導通手段すなわ
ち第１の枝路１３は、第１および第２の導体１２および
１４、好ましくは第１および第２の所定の抵抗値Ｒ1 お
よびＲ2 をそれぞれ持つ第１および第２の抵抗を有す
る。同様に、第２の導通手段すなわち第２の枝路１５
は、第３および第４の導体１６および１８、好ましくは
第３および第４の所定の抵抗値Ｒ3 およびＲ4 をそれぞ
れ持つ第３および第４の抵抗を有する。更に、相互接続
手段すなわち中央導体２０は、好ましくは第５の所定の
抵抗値ＲC を持つ抵抗を有し、第１の導通手段の第１お
よび第２の導体１２および１４の間の第１の端部２２か
ら第２の導通手段の第３および第４の導体１６および１
８の間の第２の端部２４まで延在している。
ち第１の枝路１３は、第１および第２の導体１２および
１４、好ましくは第１および第２の所定の抵抗値Ｒ1 お
よびＲ2 をそれぞれ持つ第１および第２の抵抗を有す
る。同様に、第２の導通手段すなわち第２の枝路１５
は、第３および第４の導体１６および１８、好ましくは
第３および第４の所定の抵抗値Ｒ3 およびＲ4 をそれぞ
れ持つ第３および第４の抵抗を有する。更に、相互接続
手段すなわち中央導体２０は、好ましくは第５の所定の
抵抗値ＲC を持つ抵抗を有し、第１の導通手段の第１お
よび第２の導体１２および１４の間の第１の端部２２か
ら第２の導通手段の第３および第４の導体１６および１
８の間の第２の端部２４まで延在している。
【００２９】第１の枝路１３は、好ましくは入力電流Ｉ
INの第１の部分Ｉ1 を導通し、第２の枝路１５は入力電
流ＩINの第２の部分Ｉ2 を導通する。上記のようにして
構成されたブリッジ回路は、第１および第２の枝路１３
および１５の第１および第２の電流部分が等しくなく、
電圧差が相互接続導体すなわち中央導体２０の両端に生
じるように不平衡であることが好ましい。従って、電流
ＩC が相互接続導体すなわち中央導体２０に生じる。相
互接続導体すなわち中央導体２０の電流は、第１および
第２の枝路１３および１５における入力電流ＩINの第１
および第２の部分に関連しており、従って入力電流ＩIN
に関連している。特に、相互接続導体すなわち中央導体
２０の電流は入力電流ＩINに正比例し、次式のように計
算することができる。
INの第１の部分Ｉ1 を導通し、第２の枝路１５は入力電
流ＩINの第２の部分Ｉ2 を導通する。上記のようにして
構成されたブリッジ回路は、第１および第２の枝路１３
および１５の第１および第２の電流部分が等しくなく、
電圧差が相互接続導体すなわち中央導体２０の両端に生
じるように不平衡であることが好ましい。従って、電流
ＩC が相互接続導体すなわち中央導体２０に生じる。相
互接続導体すなわち中央導体２０の電流は、第１および
第２の枝路１３および１５における入力電流ＩINの第１
および第２の部分に関連しており、従って入力電流ＩIN
に関連している。特に、相互接続導体すなわち中央導体
２０の電流は入力電流ＩINに正比例し、次式のように計
算することができる。
【００３０】
【数１】 ＩC ＝［（Ｒ1Ｒ4−Ｒ2Ｒ3）ＩIN ］／ΔR （１） ここで、 ΔR ≡［（Ｒ1＋Ｒ2）（Ｒ3＋Ｒ4）＋ＲC（Ｒ1＋Ｒ2＋
Ｒ3＋Ｒ4）］ 上式で、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 およびＲC は、それぞ
れ第１、第２、第３、第４の導体および相互接続導体の
抵抗値である。
Ｒ3＋Ｒ4）］ 上式で、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 およびＲC は、それぞ
れ第１、第２、第３、第４の導体および相互接続導体の
抵抗値である。
【００３１】典型的には、第１および第４の所定の抵抗
値は、第２および第３の所定の抵抗値よりも非常に大き
くなるように選択される。例えば、第１および第４の所
定の抵抗値は、第２および第３の所定の抵抗値よりも２
５倍ないし４０倍大きいことが好ましい。従って、
（１）式は次のように簡単化することができる。
値は、第２および第３の所定の抵抗値よりも非常に大き
くなるように選択される。例えば、第１および第４の所
定の抵抗値は、第２および第３の所定の抵抗値よりも２
５倍ないし４０倍大きいことが好ましい。従って、
（１）式は次のように簡単化することができる。
【００３２】
【数２】 ＩC ＝［（Ｒ1Ｒ4）ＩIN ］／［（Ｒ1Ｒ4）＋ＲC（Ｒ1＋Ｒ4）］ （２） 従って、所定の入力電流ＩINに対する相互接続導体すな
わち中央導体２０の電流ＩC の所望の値に基づいて、第
１および第４の抵抗値が決定され、また相互接続導体す
なわち中央導体２０の抵抗値（第５の抵抗値）も決定さ
れる。代わりに、第１、第４および第５の抵抗値が所定
の値である場合、入力電流ＩINに対する相互接続導体す
なわち中央導体２０の電流ＩC の比率が次式のように決
定され得る。
わち中央導体２０の電流ＩC の所望の値に基づいて、第
１および第４の抵抗値が決定され、また相互接続導体す
なわち中央導体２０の抵抗値（第５の抵抗値）も決定さ
れる。代わりに、第１、第４および第５の抵抗値が所定
の値である場合、入力電流ＩINに対する相互接続導体す
なわち中央導体２０の電流ＩC の比率が次式のように決
定され得る。
【００３３】
【数３】 ＩC ／ＩIN＝（Ｒ1Ｒ4）／［（Ｒ1Ｒ4）＋ＲC（Ｒ1＋Ｒ4）］ （３） 検知手段１１は、相互接続導体すなわち中央導体２０の
電流ＩC に関連する（好ましくは比例する）出力電流Ｉ
OUT を発生する。好ましいことには、検知手段１１は環
状電流比較器を有し、更に好ましくは、図２および図３
に示すように貫通する孔２８を持つトロイド状磁心２６
を有する。トロイド状磁心２６は一般にフェライトのよ
うな材料で構成されている。図２および図３に示すよう
に、相互接続導体すなわち中央導体２０は好ましくはト
ロイド状磁心２６の孔２８を通り抜け、該トロイド状磁
心に磁気結合されている。
電流ＩC に関連する（好ましくは比例する）出力電流Ｉ
OUT を発生する。好ましいことには、検知手段１１は環
状電流比較器を有し、更に好ましくは、図２および図３
に示すように貫通する孔２８を持つトロイド状磁心２６
を有する。トロイド状磁心２６は一般にフェライトのよ
うな材料で構成されている。図２および図３に示すよう
に、相互接続導体すなわち中央導体２０は好ましくはト
ロイド状磁心２６の孔２８を通り抜け、該トロイド状磁
心に磁気結合されている。
【００３４】特に、相互接続導体すなわち中央導体２０
の電流ＩC は、トロイド状磁心２６に磁束すなわち起磁
力を誘起する。このトロイド状磁心２６に誘起された起
磁力は相互接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC に
関連し（好ましくは比例し）、従って入力電流ＩINに関
連する（好ましくは比例する）。誘起された起磁力に基
づいて入力電流ＩINを検知することにより、電流センサ
１０は出力信号ＩOUTと入力線路電流ＩINとの間を隔離
して、入力電流ＩIN上の高い過渡電圧を抑制し、該過渡
電圧から電流センサ１０を保護する。
の電流ＩC は、トロイド状磁心２６に磁束すなわち起磁
力を誘起する。このトロイド状磁心２６に誘起された起
磁力は相互接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC に
関連し（好ましくは比例し）、従って入力電流ＩINに関
連する（好ましくは比例する）。誘起された起磁力に基
づいて入力電流ＩINを検知することにより、電流センサ
１０は出力信号ＩOUTと入力線路電流ＩINとの間を隔離
して、入力電流ＩIN上の高い過渡電圧を抑制し、該過渡
電圧から電流センサ１０を保護する。
【００３５】また、検知手段１１は、トロイド状磁心２
６内に誘起された起磁力の変化速度を磁気的に検知する
手段を有することが好ましい。トロイド状磁心２６内の
起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、出力信号
ＩOUT を発生するためにトロイド状磁心２６のまわりに
巻回されて、該トロイド状磁心に磁気結合される二次巻
線を有することが好ましい。
６内に誘起された起磁力の変化速度を磁気的に検知する
手段を有することが好ましい。トロイド状磁心２６内の
起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、出力信号
ＩOUT を発生するためにトロイド状磁心２６のまわりに
巻回されて、該トロイド状磁心に磁気結合される二次巻
線を有することが好ましい。
【００３６】更に好ましいことには、トロイド状磁心２
６内の起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、図
３に示すように、フィードバック用二次巻線３０、検知
用二次巻線３２および増幅回路３４を有する。トロイド
状磁心２６内の起磁力の変化速度により該起磁力の変化
速度に比例した電圧が検知巻線３２に誘起される。増幅
回路３４は検知巻線３２に誘起された電圧に応答して、
制御信号または補償信号をフィードバック巻線３０に供
給する。制御信号によるフィードバック巻線３０の電流
は、トロイド状磁心２６に起磁力を発生する。この起磁
力は相互接続導体２０の電流によって誘起された起磁力
と大きさがほぼ等しく、極性が反対である。その結果、
定常状態におけるトロイド状磁心２６の正味のＡＣ起磁
力は、ほぼゼロである。定常状態における正味の起磁力
を最小に維持することによりトロイド状磁心２６の飽和
が防止されるので、入力電流ＩINの変化によりトロイド
状磁心２６に誘起される起磁力は、相互接続導体２０の
電流ＩCに関連して誘起される。また、フィードバック
用二次巻線３０は入力電流信号ＩINの大きさおよび位相
に関連する（好ましくは比例する）出力信号ＩOUT を発
生する。
６内の起磁力の変化速度を磁気的に検知する手段は、図
３に示すように、フィードバック用二次巻線３０、検知
用二次巻線３２および増幅回路３４を有する。トロイド
状磁心２６内の起磁力の変化速度により該起磁力の変化
速度に比例した電圧が検知巻線３２に誘起される。増幅
回路３４は検知巻線３２に誘起された電圧に応答して、
制御信号または補償信号をフィードバック巻線３０に供
給する。制御信号によるフィードバック巻線３０の電流
は、トロイド状磁心２６に起磁力を発生する。この起磁
力は相互接続導体２０の電流によって誘起された起磁力
と大きさがほぼ等しく、極性が反対である。その結果、
定常状態におけるトロイド状磁心２６の正味のＡＣ起磁
力は、ほぼゼロである。定常状態における正味の起磁力
を最小に維持することによりトロイド状磁心２６の飽和
が防止されるので、入力電流ＩINの変化によりトロイド
状磁心２６に誘起される起磁力は、相互接続導体２０の
電流ＩCに関連して誘起される。また、フィードバック
用二次巻線３０は入力電流信号ＩINの大きさおよび位相
に関連する（好ましくは比例する）出力信号ＩOUT を発
生する。
【００３７】集積回路を利用する電子式電力量計によっ
て要求される大きな変成比を得るために、２つの変成比
を定める２つの異なる変成が本発明の電流センサ１０に
より行われる。２つの変成比の積が電流センサ１０全体
の変成比であり、検知された出力信号ＩOUT の大きさと
入力電流ＩINの大きさとの間の関係を定める。詳しく説
明すると、第１の変成比は、（３）式に示すような相互
接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC と入力電流Ｉ
INとの間の関係によって得られる。一実施例では、第１
のブリッジ回路は、好ましくは２００Ａの入力電流ＩIN
に対して３Ａの電流ＩC が相互接続導体すなわち中央導
体２０に設定されるように３：２００の変成比を定め
る。
て要求される大きな変成比を得るために、２つの変成比
を定める２つの異なる変成が本発明の電流センサ１０に
より行われる。２つの変成比の積が電流センサ１０全体
の変成比であり、検知された出力信号ＩOUT の大きさと
入力電流ＩINの大きさとの間の関係を定める。詳しく説
明すると、第１の変成比は、（３）式に示すような相互
接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC と入力電流Ｉ
INとの間の関係によって得られる。一実施例では、第１
のブリッジ回路は、好ましくは２００Ａの入力電流ＩIN
に対して３Ａの電流ＩC が相互接続導体すなわち中央導
体２０に設定されるように３：２００の変成比を定め
る。
【００３８】第２の変成比は、トロイド状磁心２６のま
わりの二次巻線の数によって得られる。更に詳しくは、
電流比較器の一次側および二次側の両方のアンペアター
ンが同じであることが好ましい。相互接続導体すなわち
中央導体２０は実効的にトロイド状磁心２６のまわりに
１巻きの一次巻線を形成しているのに対して、フィード
バック用二次巻線３０はその巻数を可変にして、出力信
号ＩOUT を最適化することができる。一次巻線の１巻き
（ターン）と相互接続導体すなわち中央導体２０の電流
との積、すなわち１巻き×３Ａ＝３アンペアターンは、
フィードバック用二次巻線３０の巻数と該巻線によって
生じる出力信号ＩOUT との積に等しい。従って、フィー
ドバック用二次巻線３０の巻数を増大すると、その結果
生じる出力信号ＩOUT は、電流比較器の一次側と二次側
のアンペアターンが等しくなるように減少する。
わりの二次巻線の数によって得られる。更に詳しくは、
電流比較器の一次側および二次側の両方のアンペアター
ンが同じであることが好ましい。相互接続導体すなわち
中央導体２０は実効的にトロイド状磁心２６のまわりに
１巻きの一次巻線を形成しているのに対して、フィード
バック用二次巻線３０はその巻数を可変にして、出力信
号ＩOUT を最適化することができる。一次巻線の１巻き
（ターン）と相互接続導体すなわち中央導体２０の電流
との積、すなわち１巻き×３Ａ＝３アンペアターンは、
フィードバック用二次巻線３０の巻数と該巻線によって
生じる出力信号ＩOUT との積に等しい。従って、フィー
ドバック用二次巻線３０の巻数を増大すると、その結果
生じる出力信号ＩOUT は、電流比較器の一次側と二次側
のアンペアターンが等しくなるように減少する。
【００３９】電流センサ１０全体の変成比、従って出力
信号ＩOUT と入力電流ＩINの大きさの関係は、入力電流
ＩINに対する相互接続導体すなわち中央導体２０の電流
ＩCの比率によって定められる第１の変成比と、電流比
較器を形成しているトロイド状磁心２６の一次巻線およ
び二次巻線間のアンペアターン関係に基づく第２の変成
比との積である。特に、電流センサ１０全体の変成比
は、出力電流ＩOUT が関連の集積回路すなわちＡＳＩＣ
によって受け入れられレベルになるように、入力線路電
流ＩINを約２ｍＡの出力電流ＩOUTに逓減することが好
ましい。
信号ＩOUT と入力電流ＩINの大きさの関係は、入力電流
ＩINに対する相互接続導体すなわち中央導体２０の電流
ＩCの比率によって定められる第１の変成比と、電流比
較器を形成しているトロイド状磁心２６の一次巻線およ
び二次巻線間のアンペアターン関係に基づく第２の変成
比との積である。特に、電流センサ１０全体の変成比
は、出力電流ＩOUT が関連の集積回路すなわちＡＳＩＣ
によって受け入れられレベルになるように、入力線路電
流ＩINを約２ｍＡの出力電流ＩOUTに逓減することが好
ましい。
【００４０】従って、２００Ａの最大入力電流を受ける
ように設計された電子式電力量計の場合、電流センサ１
０全体の変成比は、２ｍＡの出力電流ＩOUT を出力する
ために１０００００：１でなければならない。上述した
ように、ブリッジ回路によって得られる第１の変成比
は、２００Ａの入力電流ＩINに基づいて相互接続導体す
なわち中央導体２０に３Ａの電流を発生する。トロイド
状磁心２６の一次および二次巻線間のアンペアターン関
係によって得られる第２の変成比は、相互接続導体すな
わち中央導体２０の３Ａの電流から２ｍＡの出力電流Ｉ
OUT を発生することが好ましい。従って、相互接続導体
２０によって形成される１巻きの一次巻線に対する二次
巻線の比率は、第２の変成比を得るように１５００：１
でなければならない。
ように設計された電子式電力量計の場合、電流センサ１
０全体の変成比は、２ｍＡの出力電流ＩOUT を出力する
ために１０００００：１でなければならない。上述した
ように、ブリッジ回路によって得られる第１の変成比
は、２００Ａの入力電流ＩINに基づいて相互接続導体す
なわち中央導体２０に３Ａの電流を発生する。トロイド
状磁心２６の一次および二次巻線間のアンペアターン関
係によって得られる第２の変成比は、相互接続導体すな
わち中央導体２０の３Ａの電流から２ｍＡの出力電流Ｉ
OUT を発生することが好ましい。従って、相互接続導体
２０によって形成される１巻きの一次巻線に対する二次
巻線の比率は、第２の変成比を得るように１５００：１
でなければならない。
【００４１】図１および図２に示すように、第１および
第４の導体１２および１８は第１および第２の材料を組
み合わせて構成されることが好ましい。対照的に、第２
および第３の導体１４および１６は第２の材料を除いて
構成されることが好ましい。本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、種々の材料を使用することができ
るが、第１の材料はコペル（Ｃｏｐｅｌ）のような銅と
ニッケルの合金またはマンガニン（Ｍａｎｇａｎｉｎ）
のようなマグネシウムと銅の合金であることが好まし
い。好ましいことに、第１の材料の抵抗は温度によって
著しく変化しない。例えば、マンガニンの固有抵抗は
０．００００１５Ω／゜Ｃで変化する。
第４の導体１２および１８は第１および第２の材料を組
み合わせて構成されることが好ましい。対照的に、第２
および第３の導体１４および１６は第２の材料を除いて
構成されることが好ましい。本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、種々の材料を使用することができ
るが、第１の材料はコペル（Ｃｏｐｅｌ）のような銅と
ニッケルの合金またはマンガニン（Ｍａｎｇａｎｉｎ）
のようなマグネシウムと銅の合金であることが好まし
い。好ましいことに、第１の材料の抵抗は温度によって
著しく変化しない。例えば、マンガニンの固有抵抗は
０．００００１５Ω／゜Ｃで変化する。
【００４２】これに対して、銅またはアルミニウムのよ
うな第２の材料は、第１の材料に比較して比較的低い抵
抗値を有することが好ましい。例えば、第１の材料の抵
抗値は第２の材料の抵抗値の少なくとも２５倍大きいこ
とが好ましい。第２および第３の導体１４および１６の
抵抗値は、比較的大きな抵抗値を持つ第１の材料を含む
第１および第４の導体１２および１８の抵抗値に比較し
て小さいことが好ましい。しかしながら、第２の材料の
抵抗値は温度によって特徴的に変化する。
うな第２の材料は、第１の材料に比較して比較的低い抵
抗値を有することが好ましい。例えば、第１の材料の抵
抗値は第２の材料の抵抗値の少なくとも２５倍大きいこ
とが好ましい。第２および第３の導体１４および１６の
抵抗値は、比較的大きな抵抗値を持つ第１の材料を含む
第１および第４の導体１２および１８の抵抗値に比較し
て小さいことが好ましい。しかしながら、第２の材料の
抵抗値は温度によって特徴的に変化する。
【００４３】第２の材料の抵抗値が温度により変化した
としても、電流センサ１０の特性は温度により変化しな
いことが好ましい。それぞれの導体の所定の抵抗値によ
って設定される変成比は温度に無関係でなければならな
い。従って、第３および第４の所定の抵抗値に対する第
１および第２の所定の抵抗値の比率は、導体の温度が変
化しても一定のままである。従って、入力電流ＩINに対
する相互接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC の相
対的大きさおよび位相は温度の変化に対して一定のまま
である。
としても、電流センサ１０の特性は温度により変化しな
いことが好ましい。それぞれの導体の所定の抵抗値によ
って設定される変成比は温度に無関係でなければならな
い。従って、第３および第４の所定の抵抗値に対する第
１および第２の所定の抵抗値の比率は、導体の温度が変
化しても一定のままである。従って、入力電流ＩINに対
する相互接続導体すなわち中央導体２０の電流ＩC の相
対的大きさおよび位相は温度の変化に対して一定のまま
である。
【００４４】銅のような第２の材料は温度により変化す
る固有抵抗を有しているので、各導体は、第３および第
４の所定の抵抗値に対する第１および第２の所定の抵抗
値の比率が全体として温度変化に無関係になるように第
２の材料を所定の量含んでいることが好ましい。特に、
相互接続導体すなわち中央導体２０は直線的である必要
はないが、各導体が第２の材料を所定量含むように図１
および図２に示す構成することができる。例えば、図１
および図２に示すように第２の端部２４のような一端
は、第１および第２の枝路の抵抗値の比率が一定で、か
つ温度に無関係であるように、選択可能に位置決めする
ことができる。
る固有抵抗を有しているので、各導体は、第３および第
４の所定の抵抗値に対する第１および第２の所定の抵抗
値の比率が全体として温度変化に無関係になるように第
２の材料を所定の量含んでいることが好ましい。特に、
相互接続導体すなわち中央導体２０は直線的である必要
はないが、各導体が第２の材料を所定量含むように図１
および図２に示す構成することができる。例えば、図１
および図２に示すように第２の端部２４のような一端
は、第１および第２の枝路の抵抗値の比率が一定で、か
つ温度に無関係であるように、選択可能に位置決めする
ことができる。
【００４５】導体を構成する材料の特性に加えて、導体
の固有抵抗は導体の断面積によって設定される。各導体
のそれぞれの抵抗値を調整するには、図１に示すように
導体の少なくとも１つに切込みまたは平らな部分３６を
形成したり、または別の方法では導体の１つから材料を
取り除いて、その抵抗を増大し、電流を減少させること
ができる。切込みまたは平らな部分が形成された導体の
抵抗値は、切込みまたは平らな部分３６の大きさまたは
取り除かれた材料の量に比例して変化し、大きな切込み
は抵抗を大きくし、また取り除かれる材料の量が大きい
と抵抗は大きくなる。導体の所定の抵抗値の更なる調
節、およびその結果の第１および第２の枝路の間の抵抗
値の比率は導体の調整によって得ることができる。
の固有抵抗は導体の断面積によって設定される。各導体
のそれぞれの抵抗値を調整するには、図１に示すように
導体の少なくとも１つに切込みまたは平らな部分３６を
形成したり、または別の方法では導体の１つから材料を
取り除いて、その抵抗を増大し、電流を減少させること
ができる。切込みまたは平らな部分が形成された導体の
抵抗値は、切込みまたは平らな部分３６の大きさまたは
取り除かれた材料の量に比例して変化し、大きな切込み
は抵抗を大きくし、また取り除かれる材料の量が大きい
と抵抗は大きくなる。導体の所定の抵抗値の更なる調
節、およびその結果の第１および第２の枝路の間の抵抗
値の比率は導体の調整によって得ることができる。
【００４６】また、相互接続導体２０は第１の材料で構
成することが好ましい。従って、相互接続導体２０は、
第２の材料から構成される第２および第３の導体１４お
よび１６に比べて比較的大きな抵抗値を持つ。相互接続
導体２０の抵抗値は、他の導体およびその長さに比べ
て、その比較的小さな断面積によって更に増大する。図
１および図２に示すように、入力電流は、第１および第
２の枝路の両方の第１の端部が接続されている典型的に
は銅またはアルミニウムからなる第１の脚部３８によっ
て供給することが好ましい。第１および第２の枝路の両
方の第２の端部は、出力負荷電流ＩO を需要家の計測さ
れる電気負荷に供給する第２の脚部４０に接続すること
が好ましい。第１および第２の脚部３８および４０は、
需要家に供給される出力負荷電流ＩO を計測し得るよう
に標準のメータソケットまたは取付器具に係合して電気
接続されるように設計される。
成することが好ましい。従って、相互接続導体２０は、
第２の材料から構成される第２および第３の導体１４お
よび１６に比べて比較的大きな抵抗値を持つ。相互接続
導体２０の抵抗値は、他の導体およびその長さに比べ
て、その比較的小さな断面積によって更に増大する。図
１および図２に示すように、入力電流は、第１および第
２の枝路の両方の第１の端部が接続されている典型的に
は銅またはアルミニウムからなる第１の脚部３８によっ
て供給することが好ましい。第１および第２の枝路の両
方の第２の端部は、出力負荷電流ＩO を需要家の計測さ
れる電気負荷に供給する第２の脚部４０に接続すること
が好ましい。第１および第２の脚部３８および４０は、
需要家に供給される出力負荷電流ＩO を計測し得るよう
に標準のメータソケットまたは取付器具に係合して電気
接続されるように設計される。
【００４７】また図１および図２に示すように、第１お
よび第３の導体１２および１６は、第１および第２のア
ームを有する第１のほぼＵ字形の部材で形成することが
好ましく、それぞれの第１の端部が第１の脚部３８に接
続されている。同様に、第２および第４の導体１４およ
び１８は、第１および第２のアームを有する第２のほぼ
Ｕ字形の部材で形成することが好ましく、それぞれの第
１の端部が第２の脚部４０に接続されている。更に、第
１および第２のほぼＵ字形の部材はそれぞれ第１および
第２の脚部に電子ビーム溶接されることが好ましい。
よび第３の導体１２および１６は、第１および第２のア
ームを有する第１のほぼＵ字形の部材で形成することが
好ましく、それぞれの第１の端部が第１の脚部３８に接
続されている。同様に、第２および第４の導体１４およ
び１８は、第１および第２のアームを有する第２のほぼ
Ｕ字形の部材で形成することが好ましく、それぞれの第
１の端部が第２の脚部４０に接続されている。更に、第
１および第２のほぼＵ字形の部材はそれぞれ第１および
第２の脚部に電子ビーム溶接されることが好ましい。
【００４８】第１のほぼＵ字形の部材の第１および第２
のアームの第２の端部は、第２のほぼＵ字形の部材の第
１および第２のアームの第２の端部にそれぞれ接続され
ている。更に、第１および第２のほぼＵ字形の部材は、
図１および図２に示すように同一平面上にあることが好
ましい。また更に、中央導体２０は、第１および第２の
ほぼＵ字形の部材の第１のアームのそれぞれの第２の端
部と第１および第２のほぼＵ字形の部材の第２のアーム
のそれぞれの第２の端部との間に延在するワイヤである
ことが好ましい。
のアームの第２の端部は、第２のほぼＵ字形の部材の第
１および第２のアームの第２の端部にそれぞれ接続され
ている。更に、第１および第２のほぼＵ字形の部材は、
図１および図２に示すように同一平面上にあることが好
ましい。また更に、中央導体２０は、第１および第２の
ほぼＵ字形の部材の第１のアームのそれぞれの第２の端
部と第１および第２のほぼＵ字形の部材の第２のアーム
のそれぞれの第２の端部との間に延在するワイヤである
ことが好ましい。
【００４９】図２および図３に示すように、該ワイヤは
トロイド状磁心２６の孔２８を通って延在している。こ
の孔２８は縦軸２８ａを定める。この縦軸は第１および
第２のほぼＵ字形の部材にほぼ平行であり、更に好まし
くは該部材と同一平面上にある。従って、第１および第
２のほぼＵ字形の部材の電流とトロイド状磁心２６に巻
回された二次巻線との間の磁気結合が減少し、その結果
出力電流ＩOUT と入力線路電流ＩIN間の位相エラーが減
少する。
トロイド状磁心２６の孔２８を通って延在している。こ
の孔２８は縦軸２８ａを定める。この縦軸は第１および
第２のほぼＵ字形の部材にほぼ平行であり、更に好まし
くは該部材と同一平面上にある。従って、第１および第
２のほぼＵ字形の部材の電流とトロイド状磁心２６に巻
回された二次巻線との間の磁気結合が減少し、その結果
出力電流ＩOUT と入力線路電流ＩIN間の位相エラーが減
少する。
【００５０】電流センサ１０の特定の構造は広範に変え
得るが、検知手段１１はその動作および寿命を向上する
ように絶縁材料４２によってカプセル封じすることが好
ましい。更に好ましくは、この絶縁材はプラスチック材
である。更に、図１において、前記カプセル封じされた
検知手段１１から延在しているワイヤ４４が外部の増幅
回路（図示せず）に接続される。ワイヤ４４は共通プリ
ント回路基板４６から延在し、該プリント回路基板上に
おいて検知およびフィードバック用二次巻線３０および
３２の各端部とワイヤ４４の一端とが電気的に接続され
る。外部の増幅回路３０は、本発明の範囲から逸脱する
ことなく、検知手段１１と一緒にカプセル封じすること
により、該検知手段１１から延在するワイヤ４４を除去
することができる。代わりに、検知およびフィードバッ
ク用巻線３０および３２の各端部ならびにアース用ワイ
ヤは、カプセル封じされた検知手段１１内でプンリト回
路基板に接続することなく、カプセル封じされた検知手
段１１から延在させることができる。
得るが、検知手段１１はその動作および寿命を向上する
ように絶縁材料４２によってカプセル封じすることが好
ましい。更に好ましくは、この絶縁材はプラスチック材
である。更に、図１において、前記カプセル封じされた
検知手段１１から延在しているワイヤ４４が外部の増幅
回路（図示せず）に接続される。ワイヤ４４は共通プリ
ント回路基板４６から延在し、該プリント回路基板上に
おいて検知およびフィードバック用二次巻線３０および
３２の各端部とワイヤ４４の一端とが電気的に接続され
る。外部の増幅回路３０は、本発明の範囲から逸脱する
ことなく、検知手段１１と一緒にカプセル封じすること
により、該検知手段１１から延在するワイヤ４４を除去
することができる。代わりに、検知およびフィードバッ
ク用巻線３０および３２の各端部ならびにアース用ワイ
ヤは、カプセル封じされた検知手段１１内でプンリト回
路基板に接続することなく、カプセル封じされた検知手
段１１から延在させることができる。
【００５１】上述したように、本発明の電流センサの第
１および第２の脚部３８および４０は通常のメータソケ
ットと係合するように設計される。従って、製造価格が
比較的安価であり、かつ電子式電力量計のような多数の
電子式電気計器に取り入れることができる本発明の電流
センサによって得られる潜在的な価格の節約はかなりの
ものである。更に、本発明の電流センサの設計は第１お
よび第２の枝路１３および１５と二次巻線との間の相互
インダクタンスすなわち磁気結合を低減し、従来の設計
に比較して電流センサの抵抗対リアクタンス比を増大す
る。従って、出力電流ＩOUT の位相角は入力電流ＩINの
位相角をより正確に反映する。
１および第２の脚部３８および４０は通常のメータソケ
ットと係合するように設計される。従って、製造価格が
比較的安価であり、かつ電子式電力量計のような多数の
電子式電気計器に取り入れることができる本発明の電流
センサによって得られる潜在的な価格の節約はかなりの
ものである。更に、本発明の電流センサの設計は第１お
よび第２の枝路１３および１５と二次巻線との間の相互
インダクタンスすなわち磁気結合を低減し、従来の設計
に比較して電流センサの抵抗対リアクタンス比を増大す
る。従って、出力電流ＩOUT の位相角は入力電流ＩINの
位相角をより正確に反映する。
【００５２】図面および明細書において、本発明の典型
的な好適実施例を開示した。また、特定の用語を使用し
たが、これらの用語は一般的および記述的意味において
のみ使用されたのであり、限定のために使用されている
ものではない。
的な好適実施例を開示した。また、特定の用語を使用し
たが、これらの用語は一般的および記述的意味において
のみ使用されたのであり、限定のために使用されている
ものではない。
【図１】本発明による電流センサの斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿った図１の電流センサの拡
大断面図である。
大断面図である。
【図３】図１の電流センサの電気的構成図である。
【図４】トロイド状巻線と検知およびフィードバック用
二次巻線を有する本発明による電流センサの概略回路図
である。
二次巻線を有する本発明による電流センサの概略回路図
である。
１０ 電流センサ １１ 検知手段 １２ 第１の導体 １３ 第１の導通手段を構成する第１の枝路 １４ 第２の導体 １５ 第２の導通手段を構成する第２の枝路 １６ 第３の導体 １８ 第４の導体 ２０ 相互接続導体 ２６ トロイド状磁心 ２８ 孔 ３０ フィードバック用二次巻線 ３２ 検知用二次巻線 ３４ 増幅回路 ３８ 第１の脚部 ４０ 第２の脚部
Claims (14)
- 【請求項１】 入力電流を検知する装置であって、 前記入力電流の第１の部分を導通する第１の導通手段
と、 前記入力電流の第２の部分を導通する第２の導通手段
と、 前記第１および第２の導通手段の間で電流を導通する相
互接続手段と、 前記相互接続手段に磁気結合され、前記相互接続手段に
流れる電流に関連する出力信号を発生する検知手段とを
そなえている電流検知装置。 - 【請求項２】 前記第１の導通手段は、第１および第２
の所定の抵抗値をそれぞれ持つ第１および第２の導体を
有し、前記第２の導通手段は、第３および第４の所定の
抵抗値をそれぞれ持つ第３および第４の導体を有してい
る請求項１記載の電流検知装置。 - 【請求項３】 前記相互接続手段は、第５の所定の抵抗
値を持つ第５の導体であり、前記検知手段は、貫通する
孔を持つトロイド状磁心を有している請求項２記載の電
流検知装置。 - 【請求項４】 前記第５の導体は、前記第１の導通手段
の前記第１および第２の導体間の第１の端部から前記第
２の導通手段の前記第３および第４の導体間の第２の端
部まで延在しており、前記第５の導体はまた前記トロイ
ド状磁心の前記孔を通り抜けている請求項３記載の電流
検知装置。 - 【請求項５】 前記検知手段は、前記相互接続手段に流
れる電流によってトロイド状磁心内に誘起された起磁力
の変化速度を磁気的に検知する手段を有している請求項
１記載の電流検知装置。 - 【請求項６】 前記トロイド状磁心に誘起された起磁力
の変化速度を磁気的に検知する前記手段は、前記トロイ
ド状磁心のまわりに巻回されて、前記トロイド状磁心に
磁気結合された、前記出力信号を発生する二次巻線を有
している請求項５記載の電流検知装置。 - 【請求項７】 前記トロイド状磁心に誘起された起磁力
の変化速度を磁気的に検知する前記手段は、 前記トロイド状磁心のまわりに巻回され、前記トロイド
状磁心に磁気結合された検知用二次巻線と、 該検知用二次巻線に接続された入力を有する増幅手段
と、 前記トロイド状磁心のまわりに巻回されて、前記トロイ
ド状磁心に磁気結合され、かつ第１の端部が前記増幅手
段の出力に接続されたフィードバック用二次巻線とを有
している請求項５記載の電流検知装置。 - 【請求項８】 前記第３および第４の所定の抵抗値に対
する前記第１および第２の所定の抵抗値の比率は、前記
第１、第２、第３および第４の導体の温度が変化しても
一定のままである請求項２記載の電流検知装置。 - 【請求項９】 前記第１および第４の導体は第１および
第２の材料から構成され、前記第２および第３の導体は
前記第２の材料から構成されている請求項８記載の電流
検知装置。 - 【請求項１０】 前記第１の材料はその固有抵抗が温度
により変化せず、前記第２の材料はその固有抵抗が温度
により変化するものであり、前記導体は、前記第３およ
び第４の所定の抵抗値に対する前記第１および第２の所
定の抵抗値の比率が前記第１および第２の材料の温度変
化により変化しないように、前記第２の材料を所定量含
んでいる請求項９記載の電流検知装置。 - 【請求項１１】 前記第１の導体は切込みを有し、前記
第１の導体の抵抗値は前記切込みの大きさに関連して変
化する請求項２記載の電流検知装置。 - 【請求項１２】 入力電流を導通する第１の脚部と、 それぞれの第１端部が前記第１の脚部に接続された第１
および第２のアームを有する第１のほぼＵ字形の部材
と、 それぞれの第２端部が前記第１のほぼＵ字形の部材の前
記第１および第２のアームにそれぞれ接続された第１お
よび第２のアームを有する第２のほぼＵ字形の部材と、 前記第１のほぼＵ字形の部材の前記第１のアームの第２
端部と前記第１のほぼＵ字形の部材の前記第２のアーム
の第２端部との間に延在するワイヤと、 前記第２のほぼＵ字形の部材の前記第１および第２のア
ームのそれぞれの第１の端部に接続された、出力電流を
導通する第２の脚部と、 前記ワイヤが通り抜ける孔を有するトロイド状磁心であ
って、前記孔が前記第１および第２のほぼＵ字形の部材
にほぼ平行に延在する縦軸を定めている前記トロイド状
磁心とをそなえている電流検知装置。 - 【請求項１３】 前記第１のほぼＵ字形の部材の前記第
２のアームおよび前記第２のほぼＵ字形の部材の前記第
１のアームは第１および第２の材料で構成され、前記第
１のほぼＵ字形の部材の前記第１のアームおよび前記第
２のほぼＵ字形の部材の前記第２のアームは前記第２の
材料で構成されている請求項１２記載の電流検知装置。 - 【請求項１４】 前記第１および第２のほぼＵ字形の部
材は前記第１および第２の脚部に電子ビーム溶接されて
いる請求項１２記載の電流検知装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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