JP4910290B2 - 電流センサ及び電力量計 - Google Patents
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Description
これは、ブレーカなどの遮断手段に直結した構造となっており、例えばA側の端子521が3相電源用ブレーカ側、B側の端子522が負荷側となるように、(b)に示す取り付けネジ54で配線する。そして、A側からB側の負荷側の各相に流れる電流と電圧を検出し、電力を演算するものである。また、液晶ディスプレイ58と、電力量に比例した周期で発光する計量パルス用LED(発光ダイオード)59とにより、外部より電力量をモニタリングできるようにしている。なお、3相の信号から電力量を演算するためには、少なくとも2相の電流信号と電圧信号が必要である。そのために、電流センサは電力量計当たり少なくとも2個必要となる。
電力量計用電流センサには通常、カレントトランスが用いられる。図10では、カレントトランス561,562の中心部に中空穴55を形成し、この中空穴55を貫通して配置される電流バー53に流れる電流から発生する磁界を検出し、磁界の強さを電流値として処理するものである。また、この電力量計ではA相とC相にのみ電流センサを配置し、電力量を演算できるようになっている。符号52は端子を示す。
すなわち、電子式電力量計は基本的にカレントトランス561,562と、ここでは具体的な説明が省略されている電圧センサ611,612とのそれぞれから得られる電流信号Iと電圧信号Vを、演算手段としてのマイクロコンピュータ(マイコン)60などに取り込み、このマイコン60内で演算して電力量を求めるものである。また、マイコン60は電力量に応じたパルスを発生させる計量パルス用LED(発光ダイオード)59の制御や、電力量を表示する液晶ディスプレイ58の制御を行なっている。
(2)カレントトランスの穴は、カレントトランスの本体中心部に配置されているため、電流バーの形状や組立ての工夫が必要である。その結果、電力量計のコスト高の要因となっている。
(3)カレントトランスは、電力量計の電力量仕様(例えば5A仕様,30A仕様など)により、本体や周辺回路構成を変更する必要がある。つまり、各仕様により部品の共通化ができないため、在庫管理費用による電力量計のコスト高や、組立て誤りにより不良品の発生率が高まる。
などの問題がある。
したがって、この発明の課題は、複雑な加工を不要にしてコスト低減化を図るとともに、ワイドレンジ化を図ることにある。
前記n個の電流計測デバイスは測定対象となる導体からそれぞれ異なる距離位置に配置され、前記n個の検出回路からの各信号出力差を電流センサの出力信号とすることを特徴とする。
ができる(請求項2の発明)。また、この請求項2の発明においては、前記基準とならない検出回路対応の電流計測デバイスの少なくとも1つを、基準となる検出回路対応の電流計測デバイスと同一平面上の異なるライン上に配置することができ(請求項3の発明)、または前記基準とならない検出回路対応の電流計測デバイスの少なくとも1つを、基準となる検出回路対応の電流計測デバイスと異なる平面上に配置することができる(請求項4の発明)。
図1からも明らかなように、これは下側筺体1に取付けられた3個の凹型の電流バー2、そのA相,C相の電流バー2からそれぞれ一定の距離だけ離れた位置に配置された電流センサ3、この電流センサ3を実装している電流センサ基板4、この電流センサ基板4に対し垂直に配置され電気的に接続されている信号処理基板5、この信号処理基板5から平行に一定の距離だけ離れた位置に配置された電力量演算基板6等から構成される。電流バー2はここでは図2に示すように、3本とも同じシンプルな構造になっている。なお、上側筺体は図示を省略されている。
すなわち、電流バー2に対し電流センサ3は図示のように設置される。ここで、電流バー2に電流が流れるとα面,β面,γ面の各面での電流は矢印で示すようになる。α面に流れる電流によって発生する回転磁界(磁場)Φは矢印で示すようになるので、電流センサ3によりこの磁界Φを効果的に検出するためには、電流センサ3を図示のように電流バー2のα面に対し、垂直に設置する必要がある。なお、このように、電流バー2から垂直方向に所定の距離Rだけ離れた位置に配置された電流センサ3には、距離Rに反比例し電流バー6に流れる電流Iに比例する、次式のような磁場Φが印加される。
Φ=αI/R…………(1)
すなわち、電流センサは図3(a)に示すように、永久磁石30と電流計測デバイスであるMI素子31,32および33を樹脂によりモールドしたものとして構成される。ここで、MI素子31は、測定対象からなる電流バー2(図2参照)から距離Rの位置に配置され、MI素子32はMI素子31からΔR1の位置に配置され、MI素子33はMI素子31からΔR2の位置にそれぞれ配置される。
横軸は磁界強度、縦軸はインピーダンス(Ω)を示す。MI素子に印加される磁界が変化すると、MI素子のインピーダンスは図示のように変化する。一般に、MI素子のインピーダンスと磁界の関係は、0磁場付近では安定しない。そこで、この発明では例えば図3のように、MI素子と対向する面に永久磁石30を配置し、これによりバイアス磁界Φ0[A/m]を印加したときの磁場を基準(以下、動作磁界Φ0ともいう)に、外部磁界の変化によってMI素子のインピーダンス変化を検出するものである。ここで、外部磁界とは、例えば電線に流れる電流によって発生する磁界に相当する。
1)レンジアビリティの向上
2)温度特性改善
等を目的に、外部磁界に比例し、外部磁界とは逆方向の磁場(負帰還磁場)をMI素子に印加する。図3(b)に示す負帰還コイル35は、この負帰還磁場を印加するものである。
いま、電流バーに電流が流れると、電流バーの周辺には図5のような磁界が発生する。例えば、電流バーに50A相当の電流を流した場合、MI素子31,32および33には、それぞれ780A/m,420A/mおよび720A/mの磁界が印加され、各MI素子はこれらの磁界に比例してインピーダンスが変化することになる。
マイコン48に取り込まれた電流信号A,B,Cは、電流バーよりR,R+ΔR1,R+ΔR2の距離にそれぞれ配置されたMI素子31,32,33から、インピーダンスの変化として検出したものである。そのため、電流信号A,B,Cは、
電流信号A=αI/R ………(2)
電流信号B=αI/(R+ΔR1)………(3)
電流信号C=αI/(R+ΔR2)………(4)
となる。
電流信号A>電流信号C>電流信号B
である。そこで、この発明の電力量計では、外乱ノイズの影響を除去するために、各電流センサの出力差を電流信号の差とする。そこで、電力量計で用いる電流センサの信号として、
電流信号S=電流信号A−電流信号B
電流信号L=電流信号A−電流信号C
の2信号を用いることとする。
これらの電流信号S,Lと、電圧センサからの電圧信号をマイコン48で計算することにより、電力量を演算することができる。また、電流信号S,Lを切り替えることにより、大電流〜小電流まで高い電流測定精度にて測定することが可能となる。なお、以上のような処理は、電流バーに取り付けられた全ての電流センサについて行なわれる。
1)安価なMI素子を用いる構成とすることにより、低コスト化が実現可能となる。
2)大電流から小電流まで広範囲の電流測定ができるため、電流仕様毎に電流センサを準備する必要がなくなり、各仕様毎の部品の共通化が可能となる。
などの利点が得られる。
図7はこのような例に相当するもので、MI素子33をMI素子31と同じ平面上で、距離がΔR3だけ(ΔR3<ΔR2)離れた位置に配置したものである。これにより、図3の場合よりも大電流の検出が可能となる。
図8も上記と同趣旨のものであるが、MI素子33をMI素子31と異なる平面上で、かつ水平方向の距離がΔR4だけ(ΔR4<ΔR3)離れた位置に配置したものである。これにより、図7の場合よりもさらに大電流の検出が可能となる。
Claims (7)
- n(3以上の自然数)個の電流計測デバイスと、これらの電流計測デバイスを位置決めする位置決め手段と、前記n個の電流計測デバイスからの信号を外部磁界に比例する電圧信号に変換するn個の検出回路とを備えた電流センサにおいて、
前記n個の電流計測デバイスは測定対象となる導体からそれぞれ異なる距離位置に配置され、前記n個の検出回路からの各信号出力差を電流センサの出力信号とすることを特徴とする電流センサ。 - 前記n個の電流計測デバイスは、測定対象となる導体に流れる電流に対して同一平面上の同一ライン上で互いに異なる距離位置にそれぞれ配置し、前記n個の電流計測デバイス対応の検出回路のいずれか1つを基準として、基準となる検出回路とそれ以外の検出回路からの各信号出力差を電流センサの出力信号とすることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
- 前記基準とならない検出回路対応の電流計測デバイスの少なくとも1つを、基準となる検出回路対応の電流計測デバイスと同一平面上の異なるライン上に配置することを特徴とする請求項2に記載の電流センサ。
- 前記基準とならない検出回路対応の電流計測デバイスの少なくとも1つを、基準となる検出回路対応の電流計測デバイスと異なる平面上に配置することを特徴とする請求項2に記載の電流センサ。
- 前記電流計測デバイスは、磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に外部磁界に比例する磁界を印加するための負帰還磁場印加手段と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するためのバイアス印加手段とからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の電流センサ。
- 前記バイアス印加手段は永久磁石であることを特徴とする請求項5に記載の電流センサ。
- 請求項1〜6に記載の電流センサの少なくとも1つを用いて構成することを特徴とする電力量計。
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