JPS5937846B2 - 計器用変成器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計器用変成器に係り、さらに詳細には電流ある
いは電圧の無電位測定を行う計器用変成器に関する。

磁心が測定用導体をやつとこ状に包囲しバイアス巻線及
び磁気フイルムを備えた計器用変成器（ドイツ特許公報
第２７３４７２９号）が知られている。

この変成器ではバイアス巻線の外部で磁心の磁気終端に
空隙が形成されており、この空隙には非常に薄い磁気フ
イルムが配置されている。バイアス電流及び被測定電流
によつて生じる磁場がゼロ点を通過するごとに、磁気フ
イルムの磁化がそれぞれ反対の飽和方向に反転され、そ
れによりバイアス巻線には出力パルスが誘導される。こ
の出力パルスによつて検出される磁場のゼロ点通過の時
点により被測定電流の大きさがアナログ量で表示される
。従来の計器用変成器では、誘導変化を対応する電圧変
化として検出するためには速い誘導変化を磁心からバイ
アス巻線まで導かねばならなかつた。

磁心に軟質の磁性物質を用いると限界周波数は有限であ
るので、保持力は見かけ上上昇し、信号電圧は制限され
、信号の傾斜は弱くなり、パルス幅が比較的大きくなつ
てしまう。従つて本発明の目的は、このような従来の欠
点を解消し、従来より測定精度の高い計器用変成器を提
供することにある。

゛本発明による計器用変成器は、測定用導体と、バイア
ス巻線と、磁心と、その磁心の空隙をバイパスし両飽和
方向に交互に制御される磁気フイルムとから構成される
。

測定精度を高めるためにバイアス巻線、測定用導体によ
り形成される巻線及び磁気フイルムがほぼ同心状に配置
される。磁心は外殼部と中心核からなるシエル型磁心と
して形成され、その外殼部は測定用導体とバイアス巻線
を包囲し、その中心核には空隙が形成される。２つの磁
極片３５，３６と、この両者間の空隙をバイパスする磁
気フイルムは挿入ユニツト３４として構成される。

その挿入ユニツトはシエル型磁心の中心核となり、挿入
ユニツトの端部は外殼部の対応する開口部中に緊密に嵌
入される。このようにして本発明の計器用変成器では、
バイアス電流及び初領ｕ定電流によつて生ずる磁束は磁
気フイルムの場所で磁気フイルムの磁化を反転させる磁
場に変換される。

したがつて磁気フイルムが配置されている場所の磁場は
被測定電流にもバイアス電流にも厳密に比例するので、
測定精度が非常に高くなる。磁気フイルムの磁化反転速
度はきわめて速く、磁化の反転ぱたとえば５マイクロ秒
で実現する。

従つて従来の変成器に比較して出力パルスは大きくしか
も傾斜が急であり、その点においても測定精度は高くな
る。また本発明によね汽外殼部の中心核が空隙と磁気フ
イルムの挿入ユニツトとして構成されるので、敏感な磁
気フイルムの取付けが容易になるとともに、磁気フイル
ムにより空隙をバイパスさせているので、磁気回路内に
余分な空隙が発生するのを防止できる。

また本発明によれば、磁気フイルムを外部のノイズ磁場
から遮蔽することができ、それにより測定精度がさらに
向上する。

特にこの手段により計器用変成器自体がノイズ磁場を発
生することがなくなる。次に添付図面を参照して本発明
の実施例を詳細に説明する。

第１図において符号１で示すものは測定用導体であつて
、この測定用導体は測定すべき電流が流れる（以下被測
定電流を流す導体を測定用導体という）。

この測定用導体には後述するシエル型磁心の中心核のま
わりを，一まわりする巻線部２が形成される。計器用変
成器を組立てた場合に、巻線部２はそれぞれ皿状の巻線
５，６を支持する２つの巻枠３，４の間に同軸に配置さ
れる。これら巻線５，６は電気的に直列に接続され、こ
れによりバイアス巻線が形成される。巻枠４のリング状
の凸部７によつて測定用導体１の巻線部２の中心位置が
定められる。上方外殼部８、それと同軸の下方外殼部、
並びに２つの同軸の円筒状で先端が尖つた磁極片１０，
１１によつてフエライト製のシエル型磁心が形成される
。

上方及び下方外殼部８，９から形成される外殼部は巻線
部２とバイアス巻線５，６を取り巻く。その外殼部には
切欠部１２が形成されており、それによつて巻線の端子
及び測定用導体１が通ることが可能な開口部が形成され
る。磁極片１０，１１は巻枠３，４を貫通してシエル型
磁心の中心核を形成する。磁極片の磁極面は互いにわず
かの距離を隔てて配置されているので両者間には空隙１
３が生じその空隙１３は磁気フイルム１４によつてバイ
パスされる。接極片１０，１１には、きわめて透磁率の
高い物質からな楯極シユ一が設けられており、それによ
つて空隙１３に形成された磁場の集中度が最適になる。
このようにしてバイアス巻線５，６、測定用導体１の巻
線部２、空隙１３を有するシエル型磁心の中心核、及び
空隙をバイパスする磁気フイルム１４は、それぞれほぼ
同心状に配置される。磁極片１０，１１と磁気フイルム
１４は挿入ユニツト１５として形成され、磁極片１０，
１１の円筒部によつて形成される挿入ユニツト１５の両
端部は上方及び下方外殼部８，９の対応する開口部１６
中に緊密に嵌合される。

このようにして計器用変成器の他の部分を組立てた後に
、機械的に敏感な磁気フイルムを有する挿入ユニツト１
５を後でシエル型磁心の外殼部に組み込むことができる
という利点が得られる。第１図と第２図の実施例におい
ては、磁気フイルム１４は非透磁性の材質からなる基板
１７の上に形成され、この両者はいつしよに磁極片１０
，１１の半円錐台状部の表面に固着される。

磁気フイルム１４は非常に薄く、磁気異方性を有するこ
とが好ましい。

詳細はドイツ特許公報第２７３４７２９号に記載されて
いるので、ここでは説明しない。また磁気フイルム１４
を抗磁（磁気抵抗）性の材質から形成し、それに接点を
設け、電流源あるいは電圧源に接続するようにしてもよ
い。測定すべき電流の大きさによつて、測定用導体１に
巻回される巻線部２を一重あるいは多重にすることがで
きる。

非常に大きい電流を測定するためには、測定用導体１を
分流器によつてバイパスさせることも可能である。電圧
測定はたとえば測定用導体と抵抗値の高い抵抗を直列接
続することによつて可能になる。測定用導体１の巻線部
２を包囲する巻線５，６の代わりに、第３図に示すよう
に巻枠１９上に巻かれ周囲に測定用導体２２の巻線部２
１が巻回されているバイアス巻線２０を用いることも可
能である。

測定用導体２２は平担な導体を曲げたものであることが
好ましく、一方測定用導体１は型抜きしたものであるこ
とが好ましい。第４図には、挿入ユニツト１５の代わり
に用いられる挿入ユニツト２３が図示されており、挿入
ユニツト２３の両磁極片２４，２５は空隙２６を充填す
る非透磁性物質２７によつて互いに結合されている。

またその両磁極片２４，２５は円筒状部と半円筒状部と
からなり、共通の平面２８を有し、その平面２８上には
磁気フイルム１４が配置される。非透磁性物質２７とし
てガラスを用いることが可能であり、このガラスと磁極
片２４，２５とは・・ンダで接合されるか、あるいは焼
結によつて結合される。第５図に組立てた状態で示す挿
入ユニツト２９は第６図に分解して示すように直方体状
の切欠部３２を有する２個の円筒状の磁極片３０，３１
と、磁気フイルムが形成された基板１７と、板ばね３３
から構成されている。

基板１７の両端部は磁極片３０，３１の切欠部３２中に
嵌入し、その場合磁気フイルム１４は板ばね３３の弾発
力によつて押され、磁極片３０，３１の平担な内壁に当
接する。第７図には計器用変成器の他の実施例が分解し
た状態で図示されており、この場合にも挿入ユニツト３
４はシエル型磁心の中心核となるが、この挿入ユニツト
は２個の直方状の磁極片３５，３６から構成される。

磁極片３５，３６間は、空隙３７を満たす物質２７によ
つて互いに結合されており、この空隙３７には磁気フイ
ルム１４が配置される。シエル型磁心の外殼部は２個の
外殼部３８，３９から構成され、この外殼部３８，３９
は左右に分解される形状であるので、その接触面４０は
前述（第１図）の外殼部８，９の場合とは反対に磁束に
対して垂直ではなく、同方向にあり、それにより、磁気
的に作用する空隙を取り囲むようなことがなくなる。外
殼部３８，３９の切欠部４１によつて形成される空間に
は挿入ユニツト３４の端部が嵌入され、また切欠部４２
によつて形成される開口部には測定用導体２２及び直方
体状の中心開口部４４を有する巻枠４３上に巻かれたバ
イアス巻線２０の端子が通される。第７図に示す計器用
変成器の製造はきわめて容易である。

というのは、質のよい表面が要求されるのは外殼部３８
，３９と磁極片３５，３６間の接触面だけで、非常に少
ない面積だけであり、しかもこれらの表面が平担である
からである。この挿入ユニツト３４はことに大量生産に
適している。というのは、この種の挿入ユニツトは多数
を一つのものとして形成することが可能であり、磁気フ
イルム１４を形成したあとで、たとえば破断などの手段
で個々の挿入ユニツトに分離すればよいがらである。第
８図に示すものは２個の同軸状の外殼部４５，４６から
構成されるシエル型磁心であつて、その中心核は外殼部
４５ないし４６に一体成形された中空部４７，４８によ
つて形成されている。

整合された中空部４７，４８間には空隙４９が形成され
ている。第９図に示す挿入ユニツト５０は円筒状基板５
１と、その外周面を覆う状態で形成された磁気フイルム
５２から形成されている。この挿入ユニツトは外殼部４
５，４６を組み立てた後に軸となる中空部４７，４８の
開口部５３中に緊密に嵌入される。挿入ユニツト５０の
代りに第１０図に示す半円形の断面を有する棒体状基板
５５を有する挿入ユニツト５４を用いることも可能であ
る。

磁気フイルム５６は基板５５の外周面上の幅狭な長手方
向帯状部にしか形成されていない。この挿入ユニツト５
４をばね（図示せず）とともに開口部５３中に挿入する
ので、そのばねに押されて磁気フイルム５６は開口部５
３の壁面に当接する。同様に、中空部４７，４８の開口
部５３を対応する形状に形成すれば、磁気フイルム１４
を有する直方体状の基板１７（第２図）を挿入ユニツト
として利用することも可能である。

第８図〜第１０図に示す構造の計器用変成器の磁気回路
は構成部材が最も少なくて済む点で優れており、磁気的
に見て最適である。

第１１図に断面で示すシエル型磁心は第８図に示すシエ
ル型磁心と事実上同様なものであるが、３個の磁心部分
５７，５８，５９から構成されている。

磁心部分５７，５８は中空部４７，４８を有し、空隙４
９を充填している非透磁性の物質により互いに結合され
ており、バイアス巻線２０と測定用導体の巻線部２１を
巻き付ける巻枠の機能を果たしている。磁心部分５９は
中央に開口部を有するつぼ状の形状を有し、磁心部分５
７，５８から構成されるユニツトにかぶせられている。

第１２図に示すものはつぼ状のシエル型磁心であつて、
中空部６１とリングフランジを有する磁心部分６２とつ
ぼ状の磁心部分６０から構成されている。

磁心部分６２は巻枠としての機能も有する。空隙４９は
、中空部６１の開口部６３と整合する開口部６４を有す
る磁心部分６０の底面と中空部６１の上面との間に形成
されている。第１３図と第１４図に示すものは、４つの
部分からなるシエル型磁心であつて、その中心核は巻枠
としての機能を有する二つの等しい磁心部分５７によつ
て形成される。

磁心部分５７の中空部４７は、空隙４９を充填している
非透磁性の物質と結合されている。２個の磁心部分５７
は左右から組み合わされる２個の外殼部６５，６６によ
つて包囲される。

なお挿入ユニツト５０ないし５４（第９図、第１０図）
は第８図〜第１４図に示すように組合わせた後に、その
中心に形成される開口部中に嵌入される。

第１５図及び第１６図に示す計器用変成器は、シエル型
磁心を簡単に２個の部分からつくれるという利点と磁気
フイルムを平担にでき製造が容易であるという両方の利
点を兼備している。

この計器用変成器のシエル型磁心は軸方向に組合わさつ
た２個の外殼部６７，６８から構成され、その外殼部６
７，６８に一体的に形成された中心円錐状部６９，７０
により中心核が形成されるとともにその対向する対向面
間に空隙７１が形成される。中心円錐状部６９７７０の
端部は半円形の断面形状を有し、それにより平担な面７
２が形成される。基板１７上に形成された磁気フイルム
１４はばね７３に押され、面７２に圧接される。この計
器用変成器を組み立てる場合には、バイアス巻線２０、
測定用導体の巻線部２１を有する巻枠１９、磁気フイル
ム１４を有する基板１７並びにばね７３がそれぞれ下方
外殼部６８に挿入される。

ばね７３は最初は基板１７に何ら圧力を及ぼさないよう
に構成されているので、上方外殼部６７を容易にかぶせ
ることができる。両外殼部６７，６８を圧接される場合
には、ばね７３は長手方向に強く押されるので、側方へ
わん曲する。磁気フイルム１４，５２あるいは５６は、
すでに述べたように電流源又は電圧源に接続される抗磁
性の物質によつても構成できる。このような抗磁性の磁
気フイルムによつてそれぞれ磁場がゼロを通過するごと
にその抵抗値が飛躍的に変化する。この抵抗変化は鋭い
電圧あるいは電流パルスとして現われ、それにより磁場
のゼロ通過の時点が明瞭にそしてきわめて正確に記録さ
れる。第１７図に示される計器用変成器は第７図の計器
用変成器と似た構造を有するが、その挿入ユニツト７４
にはこの種の抗磁性の磁気フイルム７５が形成されてい
る。

この挿入ユニツト７４は磁極片７６，７７と磁気フイル
ム７５から構成されており、前記磁極片７６，７７は空
隙３７に充填される非透磁性の物質により互いに結合さ
れており、一方磁気フイルム７５は、磁極片７６，７７
と物質２７により形成される基板７６，２７，７７上に
直接形成され、空隙３７にまたがつて配置されている。
磁気フイルム７５を磁気的にも電気的にも導通しない別
の基板上に、たとえば基板１７（第１図、第２図）に形
成し、この基板ごと部材７６，７７，２７に固着するこ
とも可能である。

磁極片７６，７７と磁気フイルム７５の間、及び磁気フ
イルム７５と外殼部３９の間に薄い絶縁層を配置するこ
ともできる。しかしこれは必ずしも必要ではない。とい
うのは、磁極片７６，７７と外殼部３９の電気抵抗は一
般的に磁気フイルム７５の電気抵抗に比較して大きいか
らである。上記実施例においては磁気フイルム７５はＵ
字形の形状を有し、その脚部は空隙３７にまたがつて配
置され、その脚部の端部は電気接点としての機能を有す
る。

磁極片７７は外殼部３８，３９かられずかに下方へ突出
し、プリント基板７９のＥ字状切欠部７８中に嵌入され
る。たとえば上面並びに前面上にプリント配線部８１を
有するばね性の舌片８０がこの切欠部７８に形成されて
おり、この舌片８０は磁気フイルム７５の端部に圧接し
ており、必要な場合にはその端部にハンダ付が施される
。第１８図に示すものは挿入ユニツト８２であり、その
抗磁性の磁気フイルム８３，８４は電流を供給し接点と
して機能する平行な２条の条片８３と抗磁性部分として
機能する蛇行したプリント配線部８４が形成されている
。

条片８３に比較してはるかに狭いプリント配線部８４は
空隙の磁束に対して約４５度傾いて空隙３７を横切つて
複数条設置されている。条片８３とプリント配線部８４
を製造するには、磁気フイルムを基板７６，２７，７７
に蒸着させ、その後に写真製版法を用いてその磁気フイ
ルムを部分的に除去する。磁気フイルム８３，８４の厚
さが均一な場合にはこのプリント配線部８３の広さを選
択することにより、このプリント配線部の電気抵抗を所
望のものにすることができる。プリント配線部８４を斜
めに形成したことにより磁気フイルムを駆動した場合に
抵抗変化が最大になる。第１９ａ図の挿入ユニツト８５
は基板７６，２７，７７と抗磁性の磁気フイルム８４，
８６からなり、その磁気フイルムはプリント配線部８４
と２つの接点面８６から構成されている。

第１９ｂ図によれば、たとえばガラス層のような非常に
薄い絶縁層８７が接着され、これによりプリント配線部
８４は覆われるが、接点面８６は覆われない。次に、第
１９ｃ図によれば作動領域内に３つの磁気層８８，８９
，９０が形成され、これらは磁気フイルム８４，８６よ
りもほぼ肉厚であり、互いに接触することはない。磁気
層８８は絶縁層８７上に配置され、公知の方法で磁場を
抗磁性部分として作用するプリント配線部８４に結合す
る機能を果たす。磁気層８９，９０は一部分磁気フイル
ム８４，８６の接触面上に配置され電流を供給させる機
能を果す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の計器用変成器の１実施例を示す分解斜
視図、第２図は、第１図に図示した挿入ユニツトの分解
斜視図、第３図は第１図に図示したバイアス巻線と測定
用導体の斜視図、第４図及び第５図はそれぞれ他の挿入
ユニツトの実施例を示す斜視図、第６図は第５図に図示
した挿入ユニツトの分解斜視図、第７図は本発明の計器
用変成器の他の実施例の分解斜視図、第８図は本発明の
計器用変成器のシエル型磁心を示す断面図、第９図及び
第１０図はさらに挿入ユニツトの他の実施例を示す斜視
図、第１１図から第１３図はそれぞれシエル型磁心の他
の実施例を示す断面図、第１４図は第１３図に図示した
シエル型磁心の平面図、第１５図は本発明の計器用変成
器の他の実施例を示す断面図、第１６図は第１５図に図
示したシエノ畷磁心の平面図、第１７図は磁気フイルム
を有する本発明の計器用変成器の分解斜視図、第１８図
は磁気フイルムを有する挿入ユニツトの他の実施例を示
す斜視図、第１９ａ図〜第１９ｃ図はそれぞれ挿入ユニ
ツトの種々の実施例を示す正面図である。 １・・・測定用導体、２・・・巻線部、３，４・・・巻
枠、５，６・・・巻線、７，８・・・外殼部、１０，１
１・・・磁極片、１３・・・空隙、１４・・・磁気フイ
ルム、１５・・・挿入ユニツト、１７・・・基板、２２
・・・測定用導体、２３・・・挿入ユニツト、２４，２
５・・・磁極片、２６・・・空隙、２９・・・挿入ユニ
ツト、３０，３１・・・磁極片、３２・・・切欠部、３
５，３６・・・磁極片、３７・・・空隙、３８，３９・
・・外殼部、４２・・・切欠部、４３・・・巻枠、４４
・・・開口部、４５，４６・・・外殼部、４７，４８・
・・中空部、５０・・・挿入ユニツト、５１・・・基板
、５２・・・磁気フイルム、５４・・・挿入ユニツト、
５５・・・基板、５６・・・磁気フイルム、５７，５８
，５９・・・磁心部分、４９・・・空隙、６０，６２，
６７，６８・・・磁心部分、７４・・・挿入ユニツト、
６５・・・磁気フイルム、７６・・・７７・・・磁極片
、８０・・・舌片、８１・・・プリント配線部、８２・
・・挿入ユニツト、８３，８４・・・磁気フイルム、８
５・・・挿入ユニツト、８８，８９，９０・・・磁気層
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定電流を流す測定用導体と、バイアス電流を流
   すバイアス巻線と、磁心と、長さと幅に比較して厚さが
   極めて小さくかつ磁心の空隙をバイパスし、バイアス電
   流と測定電流によつて生じる磁場により交互に両飽和方
   向に制御される磁気フィルムとを備え、電流あるいは電
   圧の無電位測定を行う計器用変成器において、磁心が外
   殼部と中心核よりなるシェル型磁心として形成され、そ
   の外殼部８、９；３８、３９は測定用導体１；２２とバ
   イアス巻線５、６；２０を包囲し、かつその中心核には
   磁気フィルム１４；７５；８４によりバイパスされる空
   隙１３；２６；３７が形成されており、前記外殼部８、
   ９；３８、３９には中心に開口部１６；４１が形成され
   ており、その開口部には磁気フィルム１４；７５；８４
   が配置された挿入ユニット１５；２３；２９；３４；７
   ４；８２；８５が収納されており、その挿入ユニットは
   空隙をバイパスする磁気フィルムが配置される平坦な面
   １８を有した２個の磁極片１０；１１；２４；２５；３
   ０；３１；３５；３６；７６；７７からなり、またその
   挿入ユニットはシェル型磁心の中心核を形成して、その
   端部が外殼部の前記開口部に緊密に嵌入されており、そ
   の場合バイアス巻線５、６；２０と、測定用導体１、２
   ２により形成される巻線２；２１と、磁心の空隙１３；
   ２６；３７を有する中心核と、磁気フィルム１４；７５
   ；８４がほぼ同心状に配置されていることを特徴とする
   計器用変成器。 ２ 磁気フィルム１４は非透磁性の物質からなる基板１
   ７上に形成され、たの基板とともに二つの磁極片１０；
   １１の平坦な面上に固着されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の計器用変成器。 ３ ２個の磁極片２４、２５；３５、３６は非透磁性で
   空隙２６、３７を充填する物質２７によつて互いに結合
   され、かつ共通の平面２８を有し、その平面上に磁気フ
   ィルム１４が形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の計器用変成器。 ４ 磁気フィルム１４は非透磁性の物質からなる基板１
   ７上に形成され、基板１７と磁気フィルム１４の端部が
   それぞれ磁極片３０；３１の切欠部３２中に嵌入し、切
   欠部３２中の磁気フィルム１４がばね３３により磁極片
   ３０；３１の平坦な面に押圧されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の計器用変成器。 ５ シェル型磁心外殼部が二個の外殼部３８；３９；６
   ５；６６からなり、その接触面４０は磁束の方向にある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項まで
   のいずれか１項記載の計器用変成器。 ６ 磁気フィルム７５；８３、８４；８４、８６が抗磁
   性部分８４と、電流を供給する接点８３、８６から構成
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５
   項までのいずれか１項記載の計器用変成器。 ７ 挿入ユニット７４；８２；８５がプリント基板７９
   の切欠部７８中に嵌入されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の計器
   用変成器。 ８ 磁気フィルムの抗磁性部分８４が空隙の磁束と約４
   ５度の角度で空隙を複数回横切るプリント配線部より構
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   計器用変成器。 ９ 磁気フィルム８４、８６の接点面８６上に磁気層８
   ９；９０が、また抗磁性部分８４上にこの抗磁性部分か
   ら絶縁されている磁気層８８がそれぞれ配置されること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の計器用変成器
   。