JPS63500961A - 静的積算電気計器の変流装置 - 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】 ・　計器　／　゛ 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アンペア以上であって、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、外部の外部磁場に反応しないこと １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。それによっ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 の閉磁気回路（ロゴスキーコイル）が形成される。−次週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敲さな１すればならない 。

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って、二次巻線内に測定電流によって誘導され 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って入力信号が測 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って測定周 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Ｉ±、強磁性材料を使用することによって外部の外 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−次週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。

したがってこの方法は、約１キロアンペア以下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。

この課題の本発明に係る解決法は、請求の範囲第１項の特徴に示されている。こ の装置では、コイル支持体が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１８００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って、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 って誘導される電圧部分が互いに相殺されるからである０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って常に閉鎖 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 は電流によって一次導体に発生される磁場線の５０％以下の部分長さしかそれぞ れ延びていないので、閉鎖された積算路は形成されない、ここでは第２の二次コ イルはまず外部の磁場の影響を補償するのに用いられる。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って、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つのコイルのうちの少なくとも一方は、−次電流に よっ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 よって得られる。したがって−次週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、−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、それによって本装置は、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 っ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 状に形成された二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。

つの巻線が両方の二次コイルを包囲している。また、−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ってそれぞれ一方の 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、−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が、請求の範囲第５項の特徴部分に示されている。この実 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っている。

この距離は少なくとも部分的に、二次＠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 形状によっ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。それによって−次平坦導体の長手方向に流れる電流が一次導体の中心 へ向かっ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、−次導体の互いに向き合っ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、それによって−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。−次導体の 形状によって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 いに向き合った端部によっ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＠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。

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１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乗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つの切次部を形成し、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って得られる。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の詳細な説明する。公知の積算回路の図示は省 いである。

第１図は、無定位に形成された２つの二次コイルで、一方の二次コイルが一次導 体によって包囲されたコイルの側面図。

第２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 によって包囲されたコイルの側面図、第３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４図は平坦導体として形成されている一次導体で、無定位に形成された一方の 二次コイルが平坦導体の対向している導体部分の間に配置され、他方の二次コイ ルが平坦導体の外廓に配置されたコイルの斜視図、 第５図は、−次導体の第４図と異なる実施例の斜視図、第６図は、第５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７図は、第５図と第６図に示す装置の駆動状態における縮小横断面図、 第８図は、第４図及び第５図とは異なる一次導体の実施例の斜視図、 第９図は第８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１０図は二次巻線のコイルを内部に有する 第８図と同様な一次導体の斜視図。

第１１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１２図は第１１図に示す一次導体の折りたたんだ状態の上面図、 ＠１３図は第９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１４図は第１１図に基づく一次導体の第１２図とは反対に折りたたまれた側の 上面図、 第１５図は、第１４図に示す装置の断面図である。

第１図は二次巻！！３の２つの円筒状のコイルｌと２を示すものであって、コイ ル１と２とは無定位構成で間隔をおいて配置されている。スペースホルダ４を介 して保持されているコイル１と２とは幾何学的及び電気的に同一であって、両者 の円筒軸は互いに平行に延びてムる。コイル１と２とは絶縁円筒部５と６内に配 置されている。コイル１は一次導体７の巻、１Ｊ７ａによって包囲されており、 この−次導体を通して測定電流１．が図示した矢印方向へ流れる。−次導体７を 流れる交流の磁場によってコイノ市と２内に誘導される電圧は、加算され測定す べき交流工１に比例する信号となる。均質な外部の外乱交流磁場によって誘導さ れる電圧は、コイル１と２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。この手段によって、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って外部磁場の影響がさらに減少される 。

第２図のコイル８と９は、第１図に示すコイルに相当する。二次コイル８と９は 共通の一次導体１０によってそれぞれ包囲されている。このように−次巻線１０ ａとｌＯｂを直列に接続することによって、測定信号は第１図の装置よりも大き くなる。

第３図のコイル１１と１２は、第２図のコイル８と９に相当する。−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１ ３ａないし１３ｂとなっている。電流１１は巻線１３ａと１３ｂを有する導体部 分に分岐され、コイルｌｌと１２内に誘導される電圧の合計は、測定すべき電流 Ｉｆに比例する。第３図に示す装置は第２図の実施例に比べて、−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４図に示す実施例においては、−次導体１４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、向き合っている導体部分１４ａと１４ｂが 直方体状の中空室１５を形成するように折りたたまれている。中空室１５の外方 では、−次導体１４の向き合っている部分は絶縁層１６によって互いに分離され ている。導体部分１４ａには、ホホ中央から縁まで延びるスリット状の切欠部１ ７が形成されている・また・反対方向に縁まで延びる切欠部１８が、対向する導 体部分１４ｂに設けられている。これら切欠部１７と１８によって、矢印１９と ２０で示す測定すべき電流路の幾何学的位置が変化し、−次電流に関する巻線が 形成される。この巻線の磁場内に点線で示す二次コイル２１が配置される。第２ の二次コイル２２は、外部の磁場を補償するために一次導体の外部に設けられて いる。

第５図に示す一次導体２３は第４図の実施例とは、次の点で異なっている。すな わち第５図の一次導体２３の場合には、向き合っている導体部分２３ａと２３ｂ にそれぞれ互いに逆方向を向いた２つのスリー２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２３ａと２３ｂのほぼ中央まで延びている。切欠部２４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、−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って、−次電流は矢印２９ａ 〜２９ｇで示す電流路に流れる。それによって導体部分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−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６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 ５図に示す一次導体の導体部分２３ａと２３ｂの間に位置する。第６図のコイル ３１の位置は、第５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６図のコイル３２は第５図の点線の円６０によって示される領域に来る。

第７図は、第５図に示す一次側部分と第６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によって互いに分離されている。

第８図の一次導体３４は、第５図の一次導体２３と同様である。ただし、上方の 導体部分３４ａ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 離は小さくなっている。

第９図に示す基板３６は、変流装置の駆動状態で、第８図の一次導体３４の導体 部分３８と３９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９図のコイル３８と３９は螺旋状に構成され、かつブレーナ技術 で形成されるので、第８図の導体部分３４ａと３４ｂの間のわずかな空間で十分 である。駆動状態にあっては、コイル３８の中心点は第８図のスリット状の切欠 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１０図には、第８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４５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、この孔内に喋定位構成の二次コイル４６と４７が取り付けられている。

第１１図に示す実施例の場合には、−次導体４８は展開されて、従って線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５１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５ ４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５ ５と５６が設けられている。

第１２図には第１１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は互いに重なり合っている。従って円５３と５４で示す 二次コイルの場所を有する切欠部５０と５１のみが示されている。

第１３図には、舞定位な構成で基板５５上に固定されている二次コイル５６と５ ７が示されている。原理的に第９図に対応するこの装置は、第１３図に示すコイ ル５６と５７が折りたたみ線４９から等距離となっており、その点で第９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。２ つのコイルを一次磁束にさらすために、磁気結合が十分で大きい出力信号が得ら れる場合には、コイルを第１１図に示す折りたたんだ導体部分４８ａと４８ｂの 間の空間の外側に配置することも可能である。この場合にも、第１１図と第１２ 図の示す円は、二次コイルに対応した場所となる。

第１４図は、第１１図の一次導体４８の折りたたんだ状態の第１２図とは反対側 を示すものである。従って、中央の切欠部５２のみが見えている。

第１５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によって定められ 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１３図に示す基板５５が挿入される。

■ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ｆＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴ工ＯＮＡ、Ｌ　５ＥＡＲＣ！（Ｒ Ｅ？ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥ謝ＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、 　？ＣＴ／Ｅ？　８６１００５１５　（ＳＡ　１４４４３１ＤＥ−Ｂ−１０７９ １９２Ｎｏｎｅ ＤＥ−Ｂ−１１３３８１７Ｎｏｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 コイルからなる二次巻線とを有し、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、特に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（７，１０，１３，１４，２３，３ ４，４２，４８）がループ状に形成されており、二次巻線が電気的に同一なコイ ル（１，８，１１，１２．２１，２２，３１，３２，３８，３８，４８，４７， ５８，５７）により無定位に構成されており、少なくとも一方の二次コイルは一 次導体に流れる電流の磁束をほぼ完全に捕捉して、強磁性体を用いることなく一 次導体と最大に磁気霜合されており、 この二次コイルが電流によって一次導体に発生する磁場線のわずかな部分長さに わたって軸方向に延びていることを特徴とする特に静的積算電気計器の変流装置 。 ２）ループとして形成されている一次導体が、二次コイルを同方向に密接してか つ完全に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）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項あるいは第 ２項に記載の変流装置。 ４）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（１３ａ，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項あるいは第２項に記載の変流装置。 ５）平坦導体として形成され、かつ電流ループとして形状された一次導体（１４ ，２３，３４，４２，４８）に、向き合った導体部分（１４ａ，１４ｂ，２３ａ ，２３ｂ，３４ａ，３４ｂ，４８ａ，４８ｂ）が設けられ、この導体部分には一 次導体の平面に１つあるいは多数の巻線部分を形成するためにそれぞれ切欠部（ １７，１８，２５〜２８，５０〜５２）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 磁束によっ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４項のい ずれか１項に記載の変流装置。 ６）切欠部（１７，１８，２２〜２８）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５項に記載の変流装置 。 ７）一次導体の向き合っている導体部分に、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（２５〜２８）が形成され、そ れによって一次導体（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６項に記載の変流装置。 ８）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項から第７項までのいずれか１項に記載の変流装置。 ９）二次巻線のコイル（３８，３８）がプレーナ技術により螺旋として基板上に 一層ある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項あるい は第８項に記載の変流装置。 １０）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９項に記載の変流装置。 １１）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５項あるいは第８項から第１０項まで のいずれか１項に記載の変流装置。