JP5633917B2

JP5633917B2 - 電流検出装置およびこれを用いた電力量計

Info

Publication number: JP5633917B2
Application number: JP2009049931A
Authority: JP
Inventors: 雄太黒木; 黒川　冬樹; 冬樹黒川; 義雄大舘; 輝明飯田; 迫山　光弘; 光弘迫山
Original assignee: Toshiba Toko Meter Systems Co Ltd
Current assignee: Toshiba Toko Meter Systems Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP2010203927A

Description

本発明は、磁電変換により導体を流れる電流の大きさを検出する電流検出装置およびこれ
を用いた電力量計に関する。

従来より、一般家庭や工場、事業所の負荷電流を検出する電流検出装置が普及してきてい
る。当該電流検出装置は負荷電流を磁界に変換するコイルを構成する一次導体と、当該コ
イルを構成する一次導体により発生された磁界を検出する磁電変換部とを具備している。
（例えば特許文献１）

特開平０５−２２３８４９号公報

一般的に電流検出装置は、負荷電流を磁界に変換するコイルを構成する一次導体と、当該
コイルを構成する一次導体により発生された磁界を検出する磁電変換部とを具備している
。

当該磁電変換部は、導線を巻いたコイルにより形成されるが、芯材にエナメル線のような
導線を巻きつけたコイルを用いた場合、製造にコストがかかるため高価なものとなってし
まう。一方、印刷パターンにてコイル導線が形成されている印刷配線板を用いたコイルは
安価に構成することができるが、当該コイルは磁性体のコアを持たない所謂空芯結合のコ
イルであり、出力信号のレベルが小さいため当該出力信号レベルを上げる必要がある。コ
イルの出力信号レベルを上げるにはコイル巻数を多くすることが必要とされるが、当該コ
イルは印刷パターンにてコイル導線が形成されているので、コイル巻数を多くした場合、
刷配線板が大きなものとなってしまうという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑み、小型で出力レベルの高い、印刷パターンによりコイル導線
が形成されているコイルを有する電流検出装置、およびこれを用いた電力量計を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による電流検出装置は、
被測定電流を導通させ、側方から視て略コ字状の板状金属導体からなる第一の導電部、及び、前記第一の導電部と電気的に接続されて前記被測定電流を前記第一の導電部と逆方向に導通させ、側方から視て略コ字状の板状金属導体からなる第二の導電部、からなるループ状の構造であって、前記第一の導電部の折り曲げ箇所及び前記第二の導電部の折り曲げ箇所を基準とした材質による弾性を利用したばね構造である一次導体と、
少なくとも２層の印刷配線層をもつ印刷配線板の異なる印刷配線層上に印刷配線された複数の線状パターン、及び、前記複数の線状パターンに対し斜めに並べて配置され、前記異なる印刷配線層上に印刷配線された複数の線状パターンを電気的に導通させる複数のスルーホール、をそれぞれ備えた第一のコイル部及び第二のコイル部を有し、前記第１のコイル部が、前記第一の導電部により発生する磁界に正比例した電気信号を出力し、かつ、前記第二のコイル部が、前記第一のコイル部と同数の逆巻きであって前記第一のコイル部に電気的に直列に接続されて前記第二の導電部により発生する磁界に正比例した電気信号を出力するように構成された磁電変換部と、
前記一次導体と前記磁電変換部とを電気的に絶縁する絶縁シートと、
を具備し、
前記第一のコイル部と前記第二のコイル部は、幾何学的に合同であって前記一次導体に流れる電流の中心軸に対し互いに対称な形状を構成し、かつ、それぞれ巻き数毎の断面積の総和が等しいと共に、
前記第一の導電部の折り曲げ箇所及び前記第二の導電部の折り曲げ箇所の前記磁電変換部が配置される側に、前記一次導体と前記磁電変換部及び前記絶縁シートの位置ずれを防止するための凸状の突起部を備え、
前記第一の導電部及び前記第二の導電部の内側に前記磁電変換部及び前記絶縁シートを挟み押さえ込む構造としたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明による電力量計は、被測定系の電流を検出する請求項１記載の電流検出装置からなる電流検出部と、前記被測定系の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部により検出された前記被測定系の電流にかかる信号と、前記電圧検出部により検出された前記被測定系の電圧にかかる信号とから、電力量に関するデータを演算する電力演算部と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、小型で出力レベルの高い、印刷パターンによりコイル導線が形成されて
いるコイルを有する電流検出装置、およびこれを用いた電力量計を提供することができる
。

本発明による実施例１にかかる電流検出装置を示す斜視図本発明による実施例１にかかる電流検出装置の組立てを示す斜視図本発明による実施例１にかかる電流検出装置の一次導体の構造を示す図本発明による実施例１にかかる電流検出装置の一次導体の構造を示す図本発明による実施例１にかかる磁電変換部の構造を示す図本発明による実施例１にかかる電流検出装置の電気的接続を示す図本発明による実施例２にかかる電力量計の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
本発明による電流検出装置の実施例１につき、図１乃至図６を参照して説明する。図１は本発明による電流検出装置の実施例１を示す斜視図である。

図１において、５００は電流検出装置本体である。

５１０は一次導体で、鉄、銅等の導電性のある金属により構成されており、負荷電流を導
通し、負荷電流に正比例した磁界を発生する。

５１１は接続部で、一次導体５１０に設けられた取り付け用の孔であり、電流を発生する
電源からの電源側導線（図中不示）がネジ等にて接続される。

５１２は接続部で、一次導体５１０に設けられた取り付け用の孔であり、負荷に電流を供
給する負荷側導線（図中不示）がネジ等にて接続される。

５５０は磁電変換部で、印刷パターンによりコイルが形成された印刷配線板等により構
成されており、一次導体５１０に流れる負荷電流に正比例した磁界をさらに、当該磁界に
対応した低レベルの電気信号に変換する。

５５１は絶縁シートで、導電性のないプラスチックフィルム等により構成されており、
一次導体５１０と磁電変換部５５０とを電気的に絶縁する。

図２は実施例１にかかる電流検出装置本体５００の組立てを示す斜視図である。

磁電変換部５５０ならびに絶縁シート５５１が一次導体５１０に矢印Ａ方向から挿入され
ることにより電流検出装置本体５００が構成される。一次導体５１０は、一枚の金属板を
ループ状に曲げて作られており、ばね構造を有し、矢印Ｂ方向に開くことにより磁電変換
部５５０ならびに絶縁シート５５１を挿入することができる。

図３、図４は一次導体５１０の詳細構造を示す図である。

一次導体５１０は、図３に示すような板状の金属が点線部分にて折り曲げ加工されることにより作られる。

５１３は第１導電部、５１４は第２導電部、５１５は第３導電部、５１６は第４導電部、
５１７は第５導電部、５１８は第６導電部で接続部５１１、接続部５１２を電気的に導通
させる。また、第１導電部５１３と第２導電部５１４の間、第２導電部５１４と第３導電
部５１５の間、第４導電部５１６と第５導電部５１７の間、第５導電部５１７と第６導電
部５１８の間はそれぞれ谷折に折り曲げ加工される。なお第３導電部５１５と第４導電部
５１６は電気的に接続されている。また折り曲げ部５１９は第３導電部５１５、第４導電
部５１６に対し谷折に折り曲げ加工される。折り曲げ加工がなされた一次導体５１０は図
８に示すような形状となる。

図４は折り曲げ加工された後の一次導体５１０である。

一次導体５１０は、第１導電部５１３と第２導電部５１４の間、第２導電部５１４と第３導電部５１５の間、第４導電部５１６と第５導電部５１７の間、第５導電部５１７と第６導電部５１８の間にて谷折に折り曲げ加工され、ループ状をなす構造に成形される。また、一次導体５１０は、第２導電部５１４と第３導電部５１５、第５導電部５１７と第４導電部５１６の折り曲げ箇所を基準とした材質による弾性を利用したばね構造となっており、磁電変換部５５０ならびに絶縁シート５５１を挟み押さえ込む構造となっている。なお、図２に示すように、磁電変換部５５０は、第３導電部５１５・第４導電部５１６と、第１導電部５１３・第６導電部５１８の開かれた隙間から挿入され、一次導体５１０に配置される。

５２０、５２１は突起部で、プレス加工等にてそれぞれ第２導電部５１４、第５導電部５
１７に形成されている。突起部５２０、５２１は、磁電変換部５５０が配置される側に凸
状に構成されており、一次導体５１０と磁電変換部５５０ならびに絶縁シート５５１の位
置ずれを防止する。

折り曲げ部５１９は、磁電変換部５５０が一次導体５１０に配置された状態で、第１導
電部５１３と第６導電部５１８が折り曲げ部５１９を介して電気的に導通しないような幅
にて構成されている。具体的には折り曲げ部５１９の幅は、第２導電部５１４ならびに第
５導電部５１７の幅未満となっている。

図５は磁電変換部５５０の詳細構造を示す図である。

磁電変換部５５０は印刷パターンによりコイルが形成された印刷配線板により構成されている。図５において表面の印刷配線パターンは実線で、裏面の印刷配線パターンは点線にて示されている。

図５において６０１は基板で、導電性のないガラスエポキシ材やフェノール材等により構成されており、磁界電変換部５５０の印刷配線板の基材をなしている。

６０２（一点鎖線内）はコイル部で、基板６０１の表面及び裏面に設けられた銅箔等の印
刷配線による線状パターンからなるコイルパターンと、当該表面及び裏面のコイルパター
ンを電気的に導通させるスルーホールにより構成されており、一次導体５１０の第１導電
部５１３、第３導電部５１５により変換された負荷電流に正比例した磁界を、当該磁界に
応じた低レベルの電気信号に変換する。

６０３（一点鎖線内）はコイル部で、基板６０１の表面及び裏面に設けられた銅箔等の印
刷配線による線状パターンからなるコイルパターンと、当該表面及び裏面のコイルパター
ンを電気的に導通させるスルーホールにより構成されており、一次導体５１０の第４導電
部５１６、第６導電部５１８により変換された負荷電流に正比例した磁界を、当該磁界に
応じた低レベルの電気信号に変換する。

コイル部６０２とコイル部６０３は互いに逆巻きとなっている。また、コイル部６０２と
コイル部６０３は接続パターン６０４により電気的に直列に接続されている。

６０５ａ、６０５ｂは出力端子で、基板６０１に設けられた銅等の導電性を有する金属が
貼り付けられたスルーホールにより構成されており、コイル部６０３に電気的に接続され
ており、一次導体５１０に流れる負荷電流が発生する磁界に正比例した低レベルの電気信
号を出力する。

図６は電流検出装置本体５００の電気的接続を示す模式図である。電流検出装置本体５００は図示する方向の電流を検出し、当該電流に応じた電気信号を出力端子６０５ａ、６０５ｂに出力する。コイル部６０２とコイル部６０３は極性が逆向きになるよう配置されている。

図５に示すように本実施例における磁電変換部５５０のスルーホールは各コイルパターンに対し斜めに並べて配置されている。このようにスルーホールが配置されることにより、スルーホールの径の合計値より小さいコイル幅を持つ磁電変換部５５０を構成することが可能である。本実施例では、各コイルパターンに対し、略４５度の角度をなすような山型にスルーホールが斜めに並べて配置されている。このようにスルーホールが配置されることにより、コイルが幾何学的に対象な形状となる。従って安定した磁界検出を行うことができる小型な磁電変換部５５０を供給することができる。

また、コイル部６０２とコイル部６０３は幾何学的に合同な形状をなしている。製造ばら
つきにより、磁電変換部５５０と一次導体５１０の位置関係が一定にならない場合がある
。この場合、磁電変換部５５０により一次導体５１０にて発生される磁界の一部のみが検
出される。このように磁電変換部５５０と一次導体５１０の位置関係が一定にならない場
合でも、コイル部６０２とコイル部６０３は幾何学的に合同な形状であり一次導体５１０
の電流の中心軸に対し互いに対称な形状となっているため、安定した磁界検出を行うこと
ができる。

また、コイル部６０２とコイル部６０３は互いに逆巻きとなっており、電気的に直列に接
続されているため外部からの磁界ノイズの影響を相殺することができる。

また、コイル部６０２とコイル部６０３の巻き線毎のコイル断面積の総和は等しくなって
おり安定した磁界検出を行うことができる。

本実施例を用いれば、印刷配線板の表面・裏面に設けられたコイルのパターンを結線する
スルーホールが、各コイルパターンに対し斜めに並べて配置されているため、比較的小型
で出力レベルの高い、印刷配線板にて構成されているコイルを有する電流検出装置を提供
することができる。また、本実施例を用いれば、製造ばらつき等により、磁電変換部５５
０と一次導体５１０の位置関係が一定にならない場合でも、コイル部６０２とコイル部６
０３が幾何学的に合同な形状をしているため、一次導体５１０の電流の中心軸に対し互い
に対称な形状のコイルを形成しており、安定した磁界検出を行うことができる。

また、本実施例を用いれば、コイル部６０２とコイル部６０３は互いに逆巻きとなってお
り、電気的に直列に接続されているため外部からの磁界ノイズの影響を相殺することがで
きる。

また、本実施例を用いれば、コイル部６０２とコイル部６０３の巻き線毎のコイル断面積
の総和は等しくなっており安定した磁界検出を行うことができる。

以上のように本発明を用いれば、小型で出力レベルの高い、印刷パターンによりコイル導
線が形成されているコイルを有する電流検出装置を提供することができる。

［実施例４］
本発明による電流検出装置を利用した電力量計の実施例につき、図７を参照して説明する。図７は電力量計の一構成例を示すブロック図である。

７０１は電流検出部で、実施例１に示す電流検出装置５００がこれに当たる。電流検出部７０１は、需要家の負荷にて使用される使用電流（Ａ１）を検出し、当該使用電流に応じた低レベルの電気信号に変換し出力する。

７０２は電圧検出部で、電圧トランスやアテネッタ等の分圧抵抗器等により構成されてお
り、需要家の負荷にて使用される使用電圧（Ｖ１）を検出し、当該使用電圧に正比例した
低レベルの電気信号に変換し出力する。

７０３は電力演算部で、デジタル乗算回路やＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロサ）等に
より構成されており、電流検出部７０１から出力された使用電流（Ａ１）に関する信号と
、電圧検出部７０２から出力された使用電圧（Ｖ１)に関する信号とを乗算し、需要家の
使用電力に正比例したデータ（Ａ１・Ｖ１）に変換する。さらに電力演算部７０３は使用
電力に正比例したデータ（Ａ１・Ｖ１）の演算結果を使用量データとして編集し出力する
。なお、ここで使用量データとは需要家の負荷にて使用される総積算使用電力量ならびに
各時間帯毎の時間帯使用量等、需要家の使用電力に関するデータをいう。また、電流検出
部７０１から出力された使用電流（Ａ１）に関する信号は、使用電流（Ａ１）が微分され
た信号に正比例した信号であるため、需要家の使用電力に正比例したデータ（Ａ１・Ｖ１
）に変換される前に、電力演算部７０３にて積分される。

７０４は表示部で液晶表示器等により構成されており、使用量データを表示する。

本実施例を用いれば、小型で出力レベルの高い、印刷配線板にて構成されているコイルか
らなる電流検出装置を有する電力量計を提供することができる。

５００電流検出装置本体
５１０一次導体
５１１、５１２接続部
５５０磁電変換部
５５１絶縁シート
５１３第１導電部
５１４第２導電部
５１５第３導電部
５１６第４導電部
５１７第５導電部
５１８第６導電部
５１９折り曲げ部
５２０、５２１突起部
６０１基板
６０２、６０３コイル部
６０４接続パターン
６０５ａ、６０５ｂ出力端子
６０６、６０７極性マーク
７０１電流検出部
７０２電圧検出部
７０３電力演算部
７０４表示部

Claims

被測定電流を導通させ、側方から視て略コ字状の板状金属導体からなる第一の導電部、及び、前記第一の導電部と電気的に接続されて前記被測定電流を前記第一の導電部と逆方向に導通させ、側方から視て略コ字状の板状金属導体からなる第二の導電部、からなるループ状の構造であって、前記第一の導電部の折り曲げ箇所及び前記第二の導電部の折り曲げ箇所を基準とした材質による弾性を利用したばね構造である一次導体と、
少なくとも２層の印刷配線層をもつ印刷配線板の異なる印刷配線層上に印刷配線された複数の線状パターン、及び、前記複数の線状パターンに対し斜めに並べて配置され、前記異なる印刷配線層上に印刷配線された複数の線状パターンを電気的に導通させる複数のスルーホール、をそれぞれ備えた第一のコイル部及び第二のコイル部を有し、前記第１のコイル部が、前記第一の導電部により発生する磁界に正比例した電気信号を出力し、かつ、前記第二のコイル部が、前記第一のコイル部と同数の逆巻きであって前記第一のコイル部に電気的に直列に接続されて前記第二の導電部により発生する磁界に正比例した電気信号を出力するように構成された磁電変換部と、
前記一次導体と前記磁電変換部とを電気的に絶縁する絶縁シートと、
を具備し、
前記第一のコイル部と前記第二のコイル部は、幾何学的に合同であって前記一次導体に流れる電流の中心軸に対し互いに対称な形状を構成し、かつ、それぞれ巻き数毎の断面積の総和が等しいと共に、
前記第一の導電部の折り曲げ箇所及び前記第二の導電部の折り曲げ箇所の前記磁電変換部が配置される側に、前記一次導体と前記磁電変換部及び前記絶縁シートの位置ずれを防止するための凸状の突起部を備え、
前記第一の導電部及び前記第二の導電部の内側に前記磁電変換部及び前記絶縁シートを挟み押さえ込む構造としたことを特徴とする電流検出装置。
被測定系の電流を検出する請求項１記載の電流検出装置からなる電流検出部と、
前記被測定系の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部により検出された前記被測定系の電流にかかる信号と、前記電圧検出部により検出された前記被測定系の電圧にかかる信号とから、電力量に関するデータを演算する電力演算部と、
を具備したことを特徴とする電力量計。