JP4755791B2 - 電流または電力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電気機器の電源コードや電源ケーブルの内部２芯往復導線電流を一括把握するのみで，その電流を測定し電気機器の消費電流や電力を簡単に測定し，家庭や工場等において電気機器への電源供給を中断することなく電流や電力を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，電気機器の消費電流や電力を測るには一般に電源コードの差込プラグをコンセントから一旦はずして電源を切り，電流または電力計等をコンセントに差し込み，該電流または電力計等を介してその負荷側に電気機器の差込プラグを差して接続しなおすか，または電源コードの内部２芯導線を別々に切り離して，いずれか1本の導線に把握形の変流器を取付けて測定していた。また，別の方法として電源コードのまま電流を測定する試みとしては，本発明者により既に発明した「特許第2555264号：往復電線用電流センサ」があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前述のコンセントと電気機器のプラグ間に電流や電力計を設置する方法では，一旦プラグをコンセントから取り外すことが必要であり，電気機器の運転が中断されるという問題があり，把握形の変流器を用いる方法では，電線の被覆を切り裂く必要があるので，測定後の安全性や外観，測定の作業性などに問題があった。又，前述の「特許第2555264号」による方法では，検出コイルと電線の導線の位置関係による測定誤差が大きく，更にコイルのインダクタンスにより，位相ずれによる電力測定誤差を生じ，またインダクタンスのインピーダンスにより周波数誤差も大きく５０Ｈｚ地区６０Ｈｚ地区共用にもできなかった。そのほかに，電力測定のときに必要な電圧は別途電圧端子に接続する必要があった。
【０００４】
そこで，本件発明は，電線を導線１本ずつでなく，コードやケーブルをそのまま変流器で把握して電流または電力が測定でき，プラグをコンセントから抜いて電気機器の電源供給を中断させる必要がなく，また，測定するために電線を切り裂いたりする必要もなく，さらに測定誤差も少ない電流または電力センサを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため，本件発明では，電気機器の電源コードや電源ケーブルの内部２芯往復導線（４，５）を含む平形の電線（３）に流れる電流を計測する電線把握式の電流センサであって，該電流センサは，電線（３）の保持構造として，検出コイル（２）が巻かれたＵ字形鉄心（１）及び該Ｕ字形鉄心（１）内に設けられた電線（３）の支持具（６´）と，該Ｕ字形鉄心（１）の両磁極と対向して配置される非磁性体で構成した電線の保持具（６）とを備えるとともに，前記保持具（６）には，電線（３）を把握したときに，電線（３）が該両磁極の中間の位置で前記往復導線（４，５）同士を結ぶ線がＵ字形鉄心（１）の両磁極を結ぶ線に対して垂直になるよう前記保持具（６）中間の位置に前記電線（３）が入り込む電線の保持部を設けて，電線（３）を把握したときに電線（３）が前記保持具（６）により前記支持具（６´）に密着させられるよう，互いに止め具により組み合わされる弾性のあるクッション材（９）を介して前記保持具（６）の外側に被せられる保持具カバー（７）と，前記Ｕ字形鉄心（１）の外側に被せられる鉄心カバー（８）とを備えて構成され，電流検出手段として，前記検出コイル（２）の出力信号を増幅する増幅器（１２）と，該増幅器（１２）からの出力信号の位相を約９０度移相させる移相増幅器（１３）とを含むことを特徴とする電流センサを提供したものである。
【０００６】
つぎに，前記保持具（６）は，前記保持具（６）における電線の保持部として，Ｕ字形鉄心（１）側に配置された前記支持具（６´）に対して，電線（３）の外皮の平行部分が挟まれることにより電線（３）が該両磁極の中間の位置で前記往復導線（４，５）同士を結ぶ線がＵ字形鉄心（１）の両磁極を結ぶ線に対して垂直になるよう前記電線（３）を保持する，前記磁極間に対向して配置されるばね板（１９，２０）からなる弾性部材を有し，該弾性部材が両側から電線（３）を挟むことにより前記磁極間の中間の位置で電線（３）の回転を規制する電線の保持部を前記保持具（６）に持たせた電流センサを提供したものである。
【０００７】
さらに，請求項１又は請求項２記載の電流センサにおいて，前記電線（３）の近傍に金属（１８）部を設け，該金属（１８）部と前記電線（３）の導線との間の静電容量を介して電源電圧に対応した信号を検出し， この電源電圧に対応した信号と前記移相増幅器（１３）の出力側の信号が入力されて，該移相増幅器（１３）の出力側の信号を前記電源電圧に対応した信号により乗算又は同期整流させる乗算器（１５）を備え，電力に対応した信号を出力することを特徴とする電力センサを提供したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例である。Ｕ字形鉄心１に検出コイル２が巻かれており，鉄心１の両磁極の中間に往復導線４と５を含む電線３が保持具６と支持具６’により保持されている。往復導線４と５を結ぶ線が２つの磁極を結ぶ線に対して垂直になるように配置され，４と５の間からは導線に平行な平板状磁束が図の場合右から左へ多量に発生し，これらは鉄心１の中を貫通する。
【０００９】
図５はこの様子を示し，導線４と５の間から磁束２２が導線４と５を流れる電流により発生し鉄心１の中を貫通する。コイル２には磁束に対応した起電力が発生する。 図１において６は非磁性体の保持具，６’は鉄心１側に配された支持具であり電線３を上記のように位置決め保持する。７は保持具カバー，８は鉄心カバーで，これらは両端の止め具１０及び１１により電線３を把握するように止められる。なお９は弾性のあるクッション材で保持具６を介して図の上方から電線３を鉄心１側の支持具６’に押しつけ密着させるものである。
【００１０】
次に同図において１２（Ｄ）は検出コイル２の出力信号を増幅する増幅器で，その出力は移相増幅器１３（θ）により約９０度移相され，検出コイル２に磁束より約９０度進んで誘導発生される電圧位相を補正する。１４（Ｋ）は電線の種類などにより増幅度を切り替える可変増幅器であり，目盛り校正としても使用される。精度をそれ程重視しなければ固定でもよい。１４の可変増幅器（Ｋ）の出力のみから電流値情報を出力できる。
【００１１】
１５（Ｘ）は乗算器でＫからの信号を電線３の近傍に設けた金属・導電性材等の導体１８からの電源電圧に対応した信号により同期整流（交流の乗算に近似）または乗算せしめるもので，電力に対応した信号を出力する。なお１８は鉄心１で兼用してもよく，導線との間の静電容量を介して非接触で電源電圧を検出するものである。１６（Ｆ）はフィルタで１５の出力を平滑し直流成分を得る。この出力はディジタル電圧計１７（ＤＶＭ）で読み取られる。電線の導線間磁束２２（図５）は導線電流に比例するので，上記の増幅器等の感度を調節して電流値や電力値として目盛り校正できることは明らかである。
【００１２】
図２は保持具６の他の実施例で保持具６に取付けられた弾性体すなわちばね板１９および２０を有し，両側から電線３を挟んで保持する構造になっている。図２のように電線３が平形のものでは，ばね板１９および２０の電線に当接する部位が，電線の外皮の平行部分を挟むことにより電線３の回転を規制することになって，平形の電線は，導線４と５を結ぶ線がＵ字状鉄心１の両磁極を結ぶ線に対して垂直になるよう保持されるから，導線４と５に流れる電流によって発生する磁束が磁極の方向にもっとも強くなるように保持される。
【００１３】
図３は，図２に示す保持具に丸型電線２１を保持させた場合の例である。この場合，電線外形が丸形なので，磁束の方向と外形の相関がなく，保持したままでは正確な測定ができない。したがって電線２１を保持具で保持した後に電線２１と保持具６およびＵ字状鉄心１を相互に回転させ出力値が最大（道線間と磁極間の方向が垂直）になる位置で測定を行うようにしている。また，電線太さは，ばね板１９と２０の弾性により適当な範囲で対応可能である。
【００１４】
また図４は，保持具６をゴム・スポンジなど外圧によって均等に変形する材料とし，かつ支持具６’との間の電線３を中心部に保持できるよう図のように保持具６と支持具６’の両方にV型形状の凹部を設けて，平形及び丸形の両電線に対応できるようにした他の例である。すなわち，平形の電線の場合では，Ｖ字の頂点部位間で回転が規制されて保持され，丸形の電線では，Ｖ字の内面で電線を保持するとともに，電線を回転させることができるようにしたものである。 この保持具６は，Ｖ字形状の部分を弾性材でなく硬質の材料として，保持具６を弾性材と硬質材の両方で構成してもよい。以上の説明において，電線は往復電流が流れる複芯電線で説明したが，従来のように１本のみを把握しても測定が可能である。
【００１５】
以上のように本発明の実施例では電線をＵ字形鉄心の両磁極の中間に，電線の発生する磁束が最も多く磁極に貫通するように保持し，鉄心の検出コイルの出力電圧の位相を移相器によって電源電圧と同相化し，必要に応じ非接触電圧検出により同期整流（又は乗算）して，電流電力を得ることができる。なおこのＵ形鉄心による検出は適当な位置，角度で複数個設けて出力を合成（AND又はOR加算）し，電線の任意の位置に対応できるようにしてもよい。例えば図６はその１例で，２個の全く同じU字形鉄心１を対向させ各コイル２の検出電圧を合成するもので，電線３の上下左右の位置変化による影響がより少なくなる。また，図６の例では，保持具と支持具は，片方のＵ字形鉄心内に支持具を，他方の鉄心内に保持具を設けることで電線を保持できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように，本件発明によれば，電線を導線１本ずつでなく，コードやケーブルをそのまま変流器で把握して電流または電力が測定でき，プラグをコンセントから抜いて電気機器の電源供給を中断させる必要がなく，また，測定するために電線を切り裂いたりする必要もなく，さらに測定誤差も少ない電流または電力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す説明図
【図２】 本発明の保持具の他の実施例
【図３】 図２に丸形コードを適用した場合の説明図
【図４】 本発明の保持具の別の実施例
【図５】 磁束の説明図
【図６】 本発明の他の実施例
【符号の説明】
１・・・・・ Ｕ字形鉄心
２・・・・・ 検出コイル
３・・・・・ コード
4,5・・・・・コード内導線
６・・・・・ 保持具
6'・・・・・ 支持具
７・・・・・ 保持具カバー
８・・・・・ 鉄心カバー
９・・・・・ クッション材
10,11・・・・・ 止め具
12・・・・・ 増幅器
13・・・・・ 移相増幅器
14・・・・・ 可変増幅器
15・・・・・ 乗算器
16・・・・・ フィルタ
17・・・・・ ディジタル電圧計
18・・・・・ 導体
19,20・・・・・ ばね板
21・・・・・ 丸形コード
22・・・・・ 磁束

Claims (3)

1. 電気機器の電源コードや電源ケーブルの内部２芯往復導線（４，５）を含む平形の電線（３）に流れる電流を計測する電線把握式の電流センサであって，
   該電流センサは，電線（３）の保持構造として，
   検出コイル（２）が巻かれたＵ字形鉄心（１）及び該Ｕ字形鉄心（１）内に設けられた電線（３）の支持具（６´）と，該Ｕ字形鉄心（１）の両磁極と対向して配置される非磁性体で構成した電線の保持具（６）とを備えるとともに，
   前記保持具（６）には，電線（３）を把握したときに，電線（３）が該両磁極の中間の位置で前記往復導線（４，５）同士を結ぶ線がＵ字形鉄心（１）の両磁極を結ぶ線に対して垂直になるよう前記保持具（６）中間の位置に前記電線（３）が入り込む電線の保持部を設けて，
   電線（３）を把握したときに電線（３）が前記保持具（６）により前記支持具（６´）に密着させられるよう，互いに止め具により組み合わされる弾性のあるクッション材（９）を介して前記保持具（６）の外側に被せられる保持具カバー（７）と，前記Ｕ字形鉄心（１）の外側に被せられる鉄心カバー（８）とを備えて構成され，
   電流検出手段として，
   前記検出コイル（２）の出力信号を増幅する増幅器（１２）と，
   該増幅器（１２）からの出力信号の位相を約９０度移相させる移相増幅器（１３）と
   を含むことを特徴とする電流センサ。
2. 前記保持具（６）における電線の保持部として，
   Ｕ字形鉄心（１）側に配置された前記支持具（６´）に対して，
   電線（３）の外皮の平行部分が挟まれることにより電線（３）が該両磁極の中間の位置で前記往復導線（４，５）同士を結ぶ線がＵ字形鉄心（１）の両磁極を結ぶ線に対して垂直になるよう前記電線（３）を保持する，前記磁極間に対向して配置されるばね板（１９，２０）からなる弾性部材を有し，
   該弾性部材が両側から電線（３）を挟むことにより前記磁極間の中間の位置で電線（３）の回転を規制する電線の保持部を前記保持具（６）に持たせたことを特徴とする前記請求項１記載の電流センサ。
3. 請求項１又は請求項２記載の電流センサにおいて，前記電線（３）の近傍に金属（１８）部を設け，該金属（１８）部と前記電線（３）の導線との間の静電容量を介して電源電圧に対応した信号を検出し， この電源電圧に対応した信号と前記移相増幅器（１３）の出力側の信号が入力されて，該移相増幅器（１３）の出力側の信号を前記電源電圧に対応した信号により乗算又は同期整流させる乗算器（１５）を備え，電力に対応した信号を出力することを特徴とする電力センサ。

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