以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(1)概要
以下、本実施形態に係る電流センサ30、及びそれを備えた分電盤1について詳しく説明する(図2及び図3)。
本実施形態では、電流センサ30は、需要家施設において消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測するための電力計測システムに用いられる。ここでいう「需要家施設」は、電力の需要家の施設を意味しており、電力会社等の電気事業者から電力の供給を受ける施設だけでなく、太陽光発電設備等の自家発電設備から電力の供給を受ける施設も含む。本実施形態では、店舗や事務所などの非住宅施設を需要家施設の一例として説明する。ただし、この例に限らず、需要家施設は集合住宅や戸建て住宅、集合住宅の各住戸などであってもよい。
(1.1)分電盤
ここではまず、本実施形態の電流センサ30を備えた分電盤1の基本構成について、図2を参照して説明する。本実施形態では、交流100〔V〕/200〔V〕を取り出し可能な単相三線式配線の分電盤1を例に説明する。
分電盤1はキャビネット70を備える。分電盤1は、主幹ブレーカ10と、複数個(図2の例では18個)の分岐ブレーカ(回路遮断器)20と、少なくとも1個(図2の例では3個)の電流センサ30とを、キャビネット70内に備えている。以下では、分電盤1が設置された状態における上下、左右、前後(図1A、図1B、図2等に矢印で示した上下、左右、前後)を上下、左右、前後として説明する。この場合において、前後方向を、導電バー84の厚み方向である「第1方向」と規定する。また、左右方向を、第1方向に直交する「第2方向」と規定する。ただし、これらの方向に分電盤1及び電流センサ30の取付方向を限定する趣旨ではない。図1A、図1B、図2、図5A、図5B、及び図5C等において、上下、左右、前後を付した矢印は、方向を示すための矢印であって実体は伴わない。
キャビネット70は、前面に開口71を有する箱状に形成されている。キャビネット70は、正面視が上下方向に長い矩形状に形成されている。キャビネット70の底板72の左右両側には、それぞれ、上下方向に沿って延びるレール部材73が設置されている。一対のレール部材73には、第1取付板74及び第2取付板75が固定されている。第1取付板74及び第2取付板75の各々は、一対のレール部材73間に架け渡されるように設置されている。第1取付板74は第2取付板75の上方に配置されている。第2取付板75の前面には、合成樹脂製の取付ベース76が固定されている。
主幹ブレーカ10は、キャビネット70の一部である第1取付板74の前面に取り付けられることで、キャビネット70に取り付けられる。複数個の分岐ブレーカ20は、キャビネット70の一部である取付ベース76に取り付けられることで、キャビネット70に取り付けられる。キャビネット70は、開口71を塞ぐ扉を備えていてもよい。
主幹ブレーカ10の一次側端子11は、3線式の電力線(幹線)81を介して、交流電源200(図3参照)に電気的に接続されている。主幹ブレーカ10の二次側端子12には、L1相、L2相、N相の3本の母線導体82(図2及び図3参照)が電気的に接続されている。これら3本の母線導体82は、L1相、L2相、N相の電力線81と一対一に電気的に接続される。3本の母線導体82の各々は、主幹ブレーカ10に直接接続される連結部材(ジョイントバー)83と、連結部材83を介して主幹ブレーカ10に接続される導電バー84(図1B及び図3参照)とで構成されている。
3本の導電バー84A,84B,84Cの各々(図1B参照)は、例えば銅などの導電性材料にて長尺の平板状(帯状)に形成されている。ここで、3本の導電バー84A,84B,84CはそれぞれL1相、L2相、N相に相当し、導電バー84AがL1相、導電バー84BがL2相、導電バー84CがN相である。3本の導電バー84A,84B,84Cは、各々の長手方向を上下方向と一致させ、かつ各々の厚み方向を前後方向(第1方向)に一致させる向きで、取付ベース76に保持されている。3本の導電バー84A,84B,84Cは、取付ベース76の前方において、前後方向(各々の厚み方向)に適当な間隔を空けて並ぶように、取付ベース76の左右方向の中央部に取り付けられている。本実施形態では、3本の導電バー84A,84B,84Cが取付ベース76の左右方向の中央部に取り付けられているが、導電バー84A,84B,84Cの取付位置は上記の位置に限定されない。3本の導電バー84A,84B,84Cは、取付ベース76において左右方向の中央位置からずれた位置に取り付けられてもよい。
本実施形態では、3本の導電バー84A,84B,84Cは、前後方向において、前方からL1相、N相、L2相の順、つまり前方から導電バー84A、導電バー84C、導電バー84Bの順に並んでいる。ここで、取付ベース76の前方には、取付ベース76の上下方向の両端間に亘って3本の導電バー84A,84B,84Cが位置するように、3本の導電バー84A,84B,84Cの各々は、取付ベース76の上下方向の寸法よりも長く形成されている。
3本の連結部材83の各々は、例えば銅などの導電性材料にて形成されている。3本の連結部材83は、それぞれ3本の導電バー84A,84B,84Cと主幹ブレーカ10の一次側端子11との間を電気的に接続する。
複数個の分岐ブレーカ20は、導電バー84に接続されることにより、母線導体82を介して主幹ブレーカ10の二次側端子12に電気的に接続される。各分岐ブレーカ20は、取付ベース76の前面のうち、導電バー84の短手方向(左右方向)の両側(左側と右側)に設けられた取付スペースに取り付けられる。取付ベース76には、分岐ブレーカ20をそれぞれ保持するための複数の取付構造が設けられている。
各分岐ブレーカ20は電源端子と負荷端子とを備えている。各分岐ブレーカ20の電源端子が導電バー84に電気的に接続され、各分岐ブレーカ20の負荷端子には分岐回路が接続される。各分岐ブレーカ20は、3本の導電バー84A,84B,84Cが差し込まれるスリットを導電バー84との対向面に有している。スリットは3本の導電バー84A,84B,84Cに対応するように3個設けられている。各分岐ブレーカ20の電源端子は、これら3個のスリットのうち2個のスリット内に露出するように設けられている。これにより、各分岐ブレーカ20は、取付ベース76に取り付けられた状態で、スリットに導電バー84が差し込まれ、電源端子が導電バー84と電気的に接続される。
N相及びL1相に接続される100〔V〕用の分岐ブレーカ20には、N相の導電バー84C及びL1相の導電バー84Aに対応するスリットの各々に電源端子が設けられている。N相及びL2相に接続される100〔V〕用の分岐ブレーカ20には、N相の導電バー84C及びL2相の導電バー84Bに対応するスリットの各々に電源端子が設けられている。L1相及びL2相に接続される200〔V〕用の分岐ブレーカ20には、L1相の導電バー84A及びL2相の導電バー84Bに対応するスリットの各々に電源端子が設けられている。
ところで、本実施形態においては、電流センサ30は、複数個の分岐ブレーカ20と同様に、合成樹脂製又は金属製の取付ベース76に取り付けられる。そして、取付ベース76が第2取付板75の前面に取り付けられることで、電流センサ30がキャビネット70内に収納される。本実施形態の電流センサ30は、例えば分岐ブレーカ20用の取付構造を用いて、取付ベース76に取り付けられる。
(1.2)電力計測システム
次に、電流センサ30を用いた電力計測システムの構成について、図2及び図3を参照して説明する。
電力計測システムは、少なくとも1個の電流センサ30と、計測装置100とを備えている。本実施形態では、電力計測システムは複数個の電流センサ31〜33を備えている。本実施形態において、電流センサ31〜33の各々を特に区別しない場合には、電流センサ31〜33の各々を「電流センサ30」という。
計測装置100には、電流センサ31〜33の各々が電線64を介して電気的に接続されている。これにより、計測装置100では、電流センサ30の出力に基づいて、導電バー84に流れる電流を計測可能である。計測装置100は、本実施形態ではキャビネット70の外部に設置されているが、この例に限らず、キャビネット70の内部に設置されていてもよい。
計測装置100は、例えばプロセッサとメモリとを有するマイクロコンピュータを備えている。マイクロコンピュータのプロセッサがメモリに記録されたプログラムを実行することによって、計測装置100が備える種々の機能が実現される。計測装置100のプロセッサが実行するプログラムは、あらかじめマイクロコンピュータのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されてもよいし、電気通信回線を通して提供されてもよい。
本実施形態では、計測装置100は、消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測値として演算する。計測装置100は、電力線81の線間電圧を監視しており、線間電圧と電流センサ30の出力とを用いて演算することにより、計測値を求める。計測装置100は、求めた計測値を表示装置に出力し、計測値を表示装置に表示させる。
ところで、本実施形態においては、18個の分岐ブレーカ20は、複数のブレーカ群G1〜G3に分かれている。具体的には、図2及び図3に示すように、18個の分岐ブレーカ20は、導電バー84の長手方向(上下方向)において6個単位でブレーカ群G1〜G3に分かれている。ブレーカ群G1〜G3のうちブレーカ群G1が主幹ブレーカ10に最も近く、ブレーカ群G3が主幹ブレーカ10から最も遠くなるように、ブレーカ群G1〜G3は導電バー84の上流側(主幹ブレーカ10側)から順に並んでいる。
ここにおいて、電流センサ31は主幹ブレーカ10とブレーカ群G1との間に設置され、電流センサ32はブレーカ群G1とブレーカ群G2との間に設置され、電流センサ33はブレーカ群G2とブレーカ群G3との間に設置されている。これにより、電流センサ31では、ブレーカ群G1〜G3に流れる電流が測定可能となる。一方、電流センサ32では、ブレーカ群G2,G3に流れる電流が測定可能となり、電流センサ33では、ブレーカ群G3に流れる電流が測定可能となる。
そのため、計測装置100においては、例えば電流センサ31の出力を用いて求めた計測値から、電流センサ32の出力を用いて求めた計測値を減算することにより、ブレーカ群G1についての計測値を求めることができる。このように、3個の電流センサ31〜33の出力を用いることで、ブレーカ群G1,G2,G3の各々について、計測値を求めることが可能である。
(1.3)電流センサ
図3に例示したような電力計測システムにおいては、2本の母線導体82の各々を流れる電流を1個の電流センサ30で測定できるように、コア50及びコイル60を2個ずつ有した複極(2極)用の電流センサ30が用いられる。ただし、複極用の電流センサ30であっても、基本的な構成は、コア50及びコイル60を1個ずつ有した単極用の電流センサ30と同様であるので、以下では単極用の電流センサ30について説明する。
単極用の電流センサ30は、3本の導電バー84A,84B,84Cのうちの1つを電流測定対象とし、電流測定対象である導電バー84を流れる電流を非接触で検出する。つまり、電流センサ30における1個のコイル60からは、導電バー84を流れる電流に応じた電気信号が出力される。ここで、3本の導電バー84A,84B,84Cのうち、電流センサ30の電流測定対象となる導電バー84を「導電部材」と定義する。ここでは、電流測定対象がL1相の導電バー84Aである場合、つまり導電バー84Aが「導電部材」である場合を例示する。
電流センサ30は、図1Bに示すように、第1ボディ41及び第2ボディ42からなるボディ40を備えている。また、電流センサ30は、ボディ40内に、コア50(図1A、図1B参照)、及びコイル60(図1A、図1B参照)を備えている。ここで、図1Bは、図2の「X1」に相当する部位を下側から見た図であり、ボディ40の一部を破断した拡大図である。
本実施形態では、第1ボディ41は導電バー84の左側の取付スペースに取り付けられ、第2ボディ42は導電バー84の右側の取付スペースに取り付けられる。すなわち、第1ボディ41及び第2ボディ42は、導電バー84を短手方向の両側から挟むように設置される。
第1ボディ41は、合成樹脂により箱状に形成された器体401を有している。また、第1ボディ41は、器体401のうち左右方向において導電バー84と対向する面(右側面)から突出した角筒状の筒状部402を有している。前後方向に対向する一対の筒状部402を一組とすると、第1ボディ41には、少なくとも1組(図1Bの例では1組)の筒状部402が形成される。一対の筒状部402は、電流測定対象である1本の導電バー84、つまり導電バー84A(導電部材)を挟んで前後方向に対向するように形成されている。言い換えれば、一対の筒状部402の間には1本の導電バー84Aが差し込まれる。
第2ボディ42は、合成樹脂により箱状に形成された器体401を有している。第2ボディ42にも、第1ボディ41と同様に、導電バー84と対向する面(左側面)から突出する一対の筒状部402が設けられており、一対の筒状部402の間には導電バー84Aが挿入される。したがって、第1ボディ41と第2ボディ42とがキャビネット70に取り付けられた状態では、図1Bに示すように、第1ボディ41の筒状部402の先端面と第2ボディ42の筒状部402の先端面とが接触することになる。本実施形態では、第2ボディ42の左右方向の寸法が、第1ボディ41の左右方向の寸法よりも大きくなっているが、第1ボディ41と第2ボディ42との左右方向の寸法は同じでもよい。また、第2ボディ42の左右方向の寸法が、第1ボディ41の左右方向の寸法より小さくなっていてもよい。第1ボディ41及び第2ボディ42の形状及び大きさは適宜変更が可能である。
次に、ボディ40に収納されるコア50、及びコイル60の構成について、図1A及び図1Bを参照して説明する。
コア50は、例えばフェライトなどの磁性材料にて構成されている。コア50は、ボディ40に保持されてる。コア50は、1本の導電部材(図1Aの例ではL1相の導電バー84A)が挿入される貫通孔500を有しており、コア50には、貫通孔500に挿入される導電バー84を囲む閉磁路が形成される。具体的には、コア50は、上下方向に直交する断面形状が、左右方向に長い矩形枠状となるように形成されている。言い換えれば、コア50は前後方向の寸法よりも左右方向の寸法が大きい扁平な形状に形成されている。
コア50は、コア50を貫通孔500が貫通する貫通方向D10に沿った境界面S1(図1B参照)で第1コア51と第2コア52とに分割されており、本実施形態では左右方向において第1コア51と第2コア52とに分割されている。
第1コア51は、図4A及び図4Bに示すように、前後方向に延長された中央片512と、中央片512の前後方向の両端部からそれぞれ右方に向けて突出する第1脚片513及び第2脚片514とを有している。第1脚片513及び第2脚片514の先端面(右端面)は、それぞれ第1コア51の第1端面511となる。
第2コア52は、図4A及び図4Bに示すように、前後方向に延長された中央片522と、中央片522の前後方向の両端部からそれぞれ左方に向けて突出する第1脚片523及び第2脚片524とを有している。第1脚片523及び第2脚片524の先端面(左端面)は、それぞれ第2コア52の第2端面521となる。
ここで、第1方向(前後方向)と直交する第2方向(左右方向)において、第1コア51の第1端面511と第2コア52の第2端面521とを互いに突き合わせることによって、第1コア51と第2コア52との間には貫通孔500が形成される。貫通孔500には電流測定対象の導電部材(導電バー84A)が挿入され、第1コア51と第2コア52とで導電部材(導電バー84A)を囲む閉磁路が形成される。
貫通孔500は、前後方向において、第1コア51及び第2コア52の第1脚片513,523と、第1コア51及び第2コア52の第2脚片514,524との間に位置することになる。そして、第1コア51の第1脚片513は、前後方向において貫通孔500に対して導電バー84Cとは反対側、つまり貫通孔500の前方に位置する。第1コア51の第2脚片514は、前後方向において貫通孔500に対して導電バー84C側、つまり貫通孔500の後方に位置する。同様に、第2コア52の第1脚片523は、前後方向において貫通孔500に対して導電バー84Cとは反対側、つまり貫通孔500の前方に位置する。第2コア52の第2脚片524は、前後方向において貫通孔500に対して導電バー84C側、つまり貫通孔500の後方に位置する。
第1コア51は、第1ボディ41に収納されることにより、第1ボディ41に保持される。ここで、中央片512は第1ボディ41の器体401に収納され、第1脚片513及び第2脚片514は第1ボディ41の一対の筒状部402にそれぞれ収納される。これにより、第1コア51の第1端面511は筒状部402の開口から第1ボディ41の外部に露出する。同様に、第2コア52は、第2ボディ42に収納されることにより、第2ボディ42に保持される。ここで、中央片522は第2ボディ42の器体401に収納され、第1脚片523及び第2脚片524は第2ボディ42の一対の筒状部402にそれぞれ収納される。これにより、第2コア52の第2端面521は筒状部402の開口から第2ボディ42の外部に露出する。
ここにおいて、本実施形態では、第1コア51の第1端面511は、第2コア52の第2端面521よりも面積が大きい。したがって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされた状態で、第1端面511には、第2端面521と対向する対向部515の周りに、第2端面521が対向していない縁部516が設けられる(図5A参照)。縁部516は、対向部515が第2端面521と対向する対向方向D1(図5の紙面と垂直な方向)と直交する少なくとも1つの方向からなる突出方向において、第2端面521の両側にそれぞれ突出している。ここで、「直交」とは、直角に交差していることに限定されず、約90度とみなせるような角度で交差していればよく、90度±数度の交差角度で交差していてもよい。
上述のように、第1端面511には突出方向において対向部515の両側に縁部516が設けられているので、突出方向において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくい。ここで、第2コア52の第2端面521が第1コア51の第1端面511からはみ出していなければ、第1端面511と第2端面521との対向部分の面積は第2端面521の面積に等しくなる。一方、第2コア52の第2端面521が第1コア51の第1端面511からはみ出すと、第1端面511と第2端面521との対向部分の面積は第2端面521の面積よりも小さくなり、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる部位で発生する漏れ磁束が増加する。すなわち、本実施形態では、第2コア52の第2端面521が第1コア51の第1端面511からはみ出しにくくすることで、第1端面511と第2端面521との対向部分の面積が第2端面521の面積よりも小さくなるのを抑制でき、漏れ磁束の増加を抑制できる。したがって、本実施形態の電流センサ30では、漏れ磁束の増加を抑制することで、電流の計測精度の低下を抑制できるという利点がある。
また、図5Aに示すように、第1端面511には、対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と直交する突出方向D2において対向部515の両側に縁部516が設けられており、対向部515の両側で縁部516の突出量W1,W2が等しくなっている。したがって、突出方向D2において第2端面521は第1端面511の中央に位置しているので、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。なお、本実施形態において突出量W1,W2が互いに同じであることは必須ではなく、突出量W1,W2は異なっていてもよい。
また、第1端面511には、対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と平行する突出方向D3において対向部515の両側に縁部516が設けられており、対向部515の両側で縁部516の突出量W3,W4が等しくなっている。したがって、突出方向D3において第2端面521は第1端面511の中央に位置しているので、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。なお、本実施形態において突出量W3,W4が互いに同じであることは必須ではなく、突出量W3,W4は異なっていてもよい。
ところで、本実施形態では、第1コア51の第1端面511には、対向部515と第2端面521との対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と直交する方向(突出方向D2)において、第2端面521の両側に縁部516が設けられている。また、第1コア51の第1端面511において、対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と平行する方向(突出方向D3)において、第2端面521の両側に縁部516が設けられている。すなわち、第1コア51の第1端面511には、突出方向D2において第2端面521の両側に縁部516が設けられ、突出方向D3においても第2端面521の両側に縁部516が設けられている。したがって、突出方向D2及び突出方向D3のそれぞれで第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。よって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる部位で発生する漏れ磁束の増加が抑制され、電流の計測精度の低下が抑制される。ここにおいて、2つの方向が「平行」であるとは、1つの平面内で2つの方向が交差しない状態であることに限定されず、1つの平面内で2つの方向が交差している角度が(0度±数度)以内であり(0度±数度)であり、2つの方向がほぼ平行であると見なせる状態であることも含む。
また、本実施形態では、図1B及び図6Aに示すように、第1コア51が備える2つの第1端面511は、対向方向D1に直交する一平面(境界面S1)内に位置し、境界面S1上の対称点P1に対して点対称に形成されている。これにより、第1コア51は、第1脚片513の位置と、第2脚片514の位置とが入れ替わるように、向きを180度反転させた状態でも使用することができる。
また、図1B及び図6Bに示すように、第2コア52が備える2つの第2端面521は、対向方向D1に直交する一平面(境界面S1)内に位置し、境界面S1上の対称点P2に対して点対称に形成されている。これにより、第2コア52は、第1脚片523の位置と、第2脚片524の位置とが入れ替わるように、向きを180度反転させた状態でも使用することができる。
コア50の少なくとも一部には、コイル60が巻き付けられている。これにより、電流センサ30は、貫通孔500に挿入された導電バー84Aを流れる電流に応じた電気信号をコイル60から出力するCT(Current Transformer)センサとして機能する。
本実施形態では、コイル60は、第1コイル61と第2コイル62とを有している。第1コイル61は第2コア52の第1脚片523に巻き付けられ、第2コイル62は第2コア52の第2脚片524に巻き付けられている(図4A及び図4B参照)。第1コイル61と第2コイル62とは電気的に直列に接続されている。
ここで、コイル60は、導電バー84Aを流れる電流に起因して第1コイル61に生じる誘導電流と第2コイル62に生じる誘導電流とが加算されるように、巻き方向及び接続関係が設定されている。つまり、コイル60の両端間において、導電バー84Aを流れる電流に起因して生じる誘導電流は、第1コイル61と第2コイル62とで同じ向きになる。具体的には、導電バー84Aを流れる電流によって生じる磁束は、第1脚片523と第2脚片524とで逆向きになる。そのため、例えば、第1コイル61の巻き終わりに第2コイル62の巻き始めがつながるように第1コイル61及び第2コイル62が接続される場合には、第1コイル61と第2コイル62とでは、右側面視における巻き方向が逆向きになる。第1コイル61と第2コイル62とは、第2ボディ42内で電気的に接続されていてもよいし、第2ボディ42の外部で、例えばプリント配線板等を経由して電気的に接続されていてもよい。
本実施形態の電流センサ30では、コア50の貫通孔500に導電バー84が挿入されている状態で、導電バー84に電流が流れると、導電バー84に流れる電流の大きさに応じた磁束がコア50に発生する。このとき、第2コア52に装着されたコイル60に電流が発生するので、計測装置100はコイル60の出力から導電バー84に流れる電流を測定することができる。
(2)変形例
以下に、上記実施形態の変形例に係る電流センサを列記する。なお、以下に説明する変形例の各構成は、上記実施形態で説明した各構成と適宜組み合わせて適用可能である。
(2.1)変形例1
上記実施形態では、第1端面511には、突出方向D2及び突出方向D3の両方において第2端面521の両側に縁部516が設けられているが、突出方向D2及び突出方向D3の一方に縁部516が設けられてもよい。
例えば、図5Bに示すように、第1コア51の第1端面511には、貫通方向D10と平行する突出方向D3において第2端面521の両側に縁部516が設けられてもよい。この場合、突出方向D3において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。図5Bでは、第1コア51の第1端面511の後側(図5Bでの紙面の下側)の辺と、第2コア52の第2端面521の後側の辺とが同一平面内にある。すなわち、第1コア51の第1端面511には、突出方向D2において第2端面521の前側(図5Bでの紙面の上側)のみに縁部516が設けられているが、突出方向D2において第2端面521の後側のみに縁部516が設けられてもよい。また、第1コア51の第1端面511には、突出方向D3において第2端面521の両側に縁部516が設けられていれば、突出方向D2においては第2端面521の両側に縁部516がなくてもよい。
また、図5Cに示すように、第1コア51の第1端面511には、貫通方向D10と直交する突出方向D2において第2端面521の両側に縁部516が設けられてもよい。この場合、突出方向D2において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。図5Cでは、第1コア51の第1端面511の下側(図5Cでの紙面の左側)の辺と、第2コア52の第2端面521の下側の辺とが同一平面内にある。すなわち、第1コア51の第1端面511には、突出方向D3において第2端面521の上側(図5Cでの紙面の右側)のみに縁部516が設けられているが、突出方向D3において第2端面521の下側のみに縁部516が設けられてもよい。また、第1コア51の第1端面511には、突出方向D2において第2端面521の両側に縁部516が設けられていれば、突出方向D3においては第2端面521の両側に縁部516がなくてもよい。
また、本実施形態では、突出方向D2は矩形の第1端面511の短手方向と平行であるが、突出方向D2は上記の方向に限定されない。突出方向D2は、対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と直交する方向であれば、任意の方向に設定できる。突出方向D3は矩形の第1端面511の長手方向と平行であるが、突出方向D3は上記の方向に限定されない。突出方向D3は、対向方向D1と直交し、かつ、貫通方向D10と平行する方向であれば、任意の方向に設定できる。
また、第1端面511及び第2端面521はそれぞれ矩形状であるが、第1端面511が第2端面521よりも面積が大きければ、第1端面511及び第2端面521の形状は長円形状、台形状などの形状でもよい。
(2.2)変形例2
上記実施形態では、第1コア51及び第2コア52は、フェライトなどの磁性材料を成形して形成されているが、磁性材料の板材を曲げ加工することで第1コア51及び第2コア52が形成されてもよい。
変形例2のコア50の製造方法を図7及び図8に基づいて説明する。第1の工程では、図8Aに示すように、珪素鋼板からなる帯状の板材90を貫通孔500を囲むように複数回巻くことによって、積層構造のコア部材91を作成する。第2の工程では、図8Aに示すように、コア部材91を境界面S1で2つの分割体91A,91Bに分割して、一方の分割体91Aを第1コア51とする(図8B参照)。第3の工程では、図8Cに示すように、他方の分割体91Bにおいて1以上の層を除くことによって第2コア52を作成する。ここでは、分割体91Bにおいて、最も内側にある1以上の層90Aと、最も外側にある1以上の層90Bを除くことによって、第2コア52が作成される。
これにより、図7に示すように、第1コア51の第1端面511の面積は第2コア52の第2端面521の面積よりも大きくなる。図7の例では、貫通方向D10と直交する突出方向D2において、第1端面511の寸法A1は第2端面521の寸法A2よりも大きくなる。つまり、第1端面511には突出方向D2において対向部515の両側に縁部516が設けられる。したがって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置が突出方向D2においてずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなり、漏れ磁束の増加が抑制される。よって、電流の計測精度の低下が抑制される。
図7の例では、1つのコア部材91を2つの分割体91A,91Bに分割することによって第1コア51と第2コア52とを作成しているため、突出方向D2において対向部515の両側に縁部516が設けられる。図9A及び図9Bに示すように、貫通方向D10と平行な突出方向D3において対向部515の両側に縁部516を設けるためには、以下のような製造方法で第1コア51と第2コア52とを作成すればよい。磁性材料の第1の板材をN1回だけ巻くことによって第1のコア部材を作成し、第1のコア部材を境界面で分割することによって、第1コア51を作成する。また、第1の板材よりも幅方向の寸法が小さい磁性材料の第2の板材を同じ回数(N1回)だけ巻くことによって第2のコア部材を作成し、第2のコア部材を境界面で分割することによって、第2コア52を作成する。これにより、第1コア51の第1端面511の面積は第2コア52の第2端面521の面積よりも大きくなる。図9A及び図9Bの例では、貫通方向D10と平行な突出方向D3において、第1端面511の寸法B1は第2端面521の寸法B2よりも大きくなる。つまり、第1端面511には突出方向D3において対向部515の両側に縁部516が設けられる。したがって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置が突出方向D3においてずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなり、漏れ磁束の増加が抑制される。
また、図10A及び図10Bに示すように、突出方向D2及び突出方向D3の両方において対向部515の両側に縁部516を設けるためには、以下のような製造方法で第1コア51と第2コア52とを作成すればよい。磁性材料の第1の板材をN1回だけ巻くことによって第1のコア部材を作成し、第1のコア部材を境界面で分割することによって、第1コア51を作成する。また、第1の板材よりも幅方向の寸法が小さい磁性材料の第2の板材をN2回(N2<N1)だけ巻くことによって第2のコア部材を作成し、第2のコア部材を境界面で分割することによって、第2コア52を作成する。これにより、第1コア51の第1端面511の面積は第2コア52の第2端面521の面積よりも大きくなる。図10A及び図10Bの例では、貫通方向D10と直交する突出方向D2において、第1端面511の寸法A1は第2端面521の寸法A2よりも大きくなる。つまり、第1端面511には突出方向D2において対向部515の両側に縁部516が設けられる。また、貫通方向D10と平行な突出方向D3において、第1端面511の寸法B1は第2端面521の寸法B2よりも大きくなる。つまり、第1端面511には突出方向D3において対向部515の両側に縁部516が設けられる。したがって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置が突出方向D2及び突出方向D3の両方向においてずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなり、漏れ磁束の増加が抑制される。
(2.3)変形例3
また、第1コア51及び第2コア52は、珪素鋼板などの磁性材料で形成された磁性板を積層することによって第1コア51及び第2コア52を形成してもよい。
変形例3のコア50の製造方法を図11に基づいて説明する。第1の工程では、第1の枚数の第1磁性板94を厚み方向に積層することによって、積層構造の第1コア51を形成する。第2の工程では、第1の枚数よりも少ない第2の枚数の第2磁性板95を厚み方向に積層することによって、積層構造の第2コア52を形成する。第1磁性板94は、磁性材料により平面視の形状がC形に形成されており、貫通孔500の一部をなす凹部94aを有している。第2磁性板95は、磁性材料により平面視の形状がC形に形成されており、貫通孔500の一部をなす凹部95aを有している。
これにより、第1コア51の第1端面511の面積は第2コア52の第2端面521の面積よりも大きくなる。また、貫通方向D10と平行する突出方向D3において第1コア51の寸法B3は第2コア52の寸法B4よりも大きくなり、第1端面511には突出方向D3において対向部515の両側に縁部516が設けられる。したがって、第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置が突出方向D3においてずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなり、漏れ磁束の増加が抑制される。よって、電流の計測精度の低下が抑制される。
ここで、図11に示すコア50の製造方法は上記の方法に限定されない。コア50の別の製造方法を図12に基づいて説明する。第1の工程では、図12Aに示すように、貫通孔500となる孔921をそれぞれ有する磁性材料の複数枚の板材92を厚み方向に積層することによって積層構造のコア部材93を作成する。第2の工程では、コア部材93を2つの分割体93A,93Bに分割して、一方の分割体93Aを第1コア51とする。第3の工程では、他方の分割体93Bにおいて1以上の層92Aを除くことによって第2コア52が作成される。
図11及び図12に基づいて説明した製造方法では、第1コア51の第1端面511には、貫通方向D10と平行する突出方向D3において対向部515の両側に縁部516が設けられる。
一方、図13に示すように、貫通方向D10と直交する突出方向D2において対向部515の両側に縁部516を設けるためには、以下のような製造方法で第1コア51と第2コア52とを作成すればよい。第1の工程では、複数枚の第1磁性板96を厚み方向に積層することによって、積層構造の第1コア51を形成する。第2の工程では、第1磁性板96と同数の第2磁性板97を厚み方向に積層することによって、積層構造の第2コア52を形成する。第1磁性板96及び第2磁性板97は、それぞれ、磁性材料により平面視の形状がC形に形成されている。ここで、第1磁性板96において第1脚片513及び第2脚片514となる部位の突出方向D2における寸法A3は、第2磁性板97において第1脚片523及び第2脚片524となる部位の突出方向D2における寸法A4よりも大きくなっている。したがって、突出方向D2において第1コア51の寸法A3は第2コア52の寸法A4よりも大きくなり、第1端面511には突出方向D2において対向部515の両側に縁部516が設けられる。
また、図14に示すように、突出方向D2及び突出方向D3の両方において第2コア52の両側に縁部516を設けるためには、以下のような製造方法で第1コア51と第2コア52とを作成すればよい。第1の工程では、第1の枚数の第1磁性板96を厚み方向に積層することによって、積層構造の第1コア51を形成する。第2の工程では、第1の枚数よりも少ない第2の枚数の第2磁性板97を厚み方向に積層することによって、積層構造の第2コア52を形成する。
これにより、第1コア51の寸法A3,B3は、第2コア52の寸法A4,B4に比べてそれぞれ大きくなる。すなわち、第1端面511には、突出方向D2及び突出方向D3の両方で、対向部515の両側に縁部516が設けられる。
(2.4)その他の変形例
上記の実施形態及び変形例において、コア50の材料は、フェライトや珪素鋼板に限らず、例えばパーマロイ、アモルファス、ナノ結晶合金などであってもよい。
上記の実施形態及び変形例では、コア50は、左右方向におけるコア50の中央位置よりも左側にある境界面S1で第1コア51と第2コア52とに分割されているが、境界面S1の位置はコイル60の装着位置などに応じて適宜変更が可能である。また、第1コア51の2つの第1端面511は同一の平面内に位置しているが、2つの第1端面511は同一の平面内になくてもよい。すなわち、第1コア51において第1脚片513の長さと第2脚片514の長さとは同じでもよいし、異なっていてもよい。同様に、第2コア52の2つの第2端面521は同一の平面内に位置しているが、2つの第2端面521は同一の平面内になくてもよい。すなわち、第2コア52において第1脚片523の長さと第2脚片524の長さとは同じでもよいし、異なっていてもよい。
上記の実施形態及び変形例では、左側に位置するコア51の端面511が、右側に位置するコア52の端面521よりも面積が大きいが、右側に位置するコア52の端面521が、左側に位置するコア51の端面511より面積が大きくてもよい。この場合、右側のコア52が第1コアとなり、左側のコア51が第2コアとなる。
上記の実施形態及び変形例の電流センサ30では、第1コイル61の巻数n1が第2コイル62の巻数n2に比べて少なく設定されているが(n1<n2)、第1コイル61の巻数n1が第2コイル62の巻数n2に比べて多く設定されてもよい。また、第1コイル61と第2コイル62とで巻数が同じでもよい。
上記の実施形態及び変形例では、コイル60は第2コア52にボビンレスで巻き付けられているが、ボビンに巻かれたコイル60を第2コア52の第1脚片523及び第2脚片524に取り付けてもよい。
また、上記の実施形態及び変形例では、コイル60は、第1コア51の第1脚片513及び第2脚片514に比べて断面積の小さい第2コア52の第1脚片523及び第2脚片524に装着されている。このように、第2コア52にコイル60が装着されているので、第1コア51にコイル60が装着される場合に比べて、コイル60が装着された部分の断面の大きさを小さくできるが、コイル60は第1コア51に装着されてもよい。
また、電流センサ30は、上記の実施形態で例示したようなL1相の導電バー84Aを電流測定対象とする構成に限らず、例えばL2相又はN相の導電バー84B,84Cを電流測定対象とする構成であってもよい。また、電流センサ30は、複数組のコア50及びコイル60を備え、L1相、L2相及びN相の導電バー84A,84B,84Cのうちの複数を電流測定対象とする構成であってもよい。
電流センサ30は、単相三線式配線の分電盤1に限らず、例えば三相三線式配線の分電盤1に適用されてもよい。この場合、電流センサ30は、R相、S相、及びT相のいずれか1相の導電バー84を流れる電流を測定するように構成される。
また、電流センサ30は分電盤1に適用されるものに限定されず、コア50の貫通孔500に挿入された導電部材(電線など)に流れる電流を測定するものでもよい。
(3)まとめ
以上説明したように、第1の態様の電流センサ30は、測定対象の電流が流れる導電部材(導電バー84)を通すための貫通孔500を備えるコア50と、コア50に装着される電流検出用のコイル60と、を備える。コア50は、コア50を貫通孔500が貫通する貫通方向D10に沿った境界面S1で第1コア51と第2コア52とに分かれている。第1コア51が備える2つの第1端面511と、第2コア52が備える2つの第2端面521とがそれぞれ互いに突き合わされている。第1端面511は、第2端面521よりも面積が大きい。第1端面511は、第2端面521が対向する対向部515と、縁部516とを含む。縁部516は、対向部515と第2端面521とが対向する対向方向D1と直交する少なくとも1つの方向からなる突出方向(突出方向D2,D3等)において第2端面521の両側にそれぞれ突出している。
第1の態様によれば、突出方向において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。したがって、第1端面511と第2端面521とが対向する部位の面積が第2端面の面積よりも小さくなりにくく、漏れ磁束の増加を抑制できるので、電流の計測精度の低下を抑制できる。
第2の態様の電流センサでは、第1の態様において、縁部516は、突出方向において第2端面521の両側にそれぞれ突出している突出量が互いに同じであることが好ましい。
第2の態様によれば、突出方向において第2端面521の両側に同じ突出量の縁部516が設けられている。したがって、突出方向において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がどちらにずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。
第3の態様の電流センサでは、第1又は第2の態様において、突出方向は、貫通孔500がコア50を貫通する貫通方向D10と直交する方向(突出方向D2)であることも好ましい。これにより、突出方向D2において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。
第4の態様の電流センサでは、第1又は第2の態様において、突出方向は、貫通孔500がコア50を貫通する貫通方向D10と平行な方向(突出方向D3)であることも好ましい。これにより、突出方向D3において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。
第5の態様の電流センサでは、第1又は第2の態様において、突出方向は、貫通孔500がコア50を貫通する貫通方向D10と直交する方向(突出方向D2)と、貫通方向D10と平行な方向(突出方向D3)との両方向であることも好ましい。これにより、突出方向D2及び突出方向D3の両方において第1端面511と第2端面521とが突き合わされる位置がずれたとしても、第2端面521が第1端面511からはみ出しにくくなる。
第6の態様の電流センサでは、第1〜第5のいずれか1つの態様において、2つの第1端面511が、対向方向D1に直交する一平面(境界面S1)内に位置し、一平面上の対称点P1に対して点対称に形成されていてもよい。また、2つの第2端面521が、対向方向D1に直交する一平面(境界面S1)内に位置し、一平面上の対称点P2に対して点対称に形成されていてもよい。これにより、第1コア51及び第2コア52の向きを180度反転させた状態でも使用することができ、第1コア51及び第2コア52の取付の自由度が向上する。
第7の態様の電流センサでは、第1〜第6のいずれか1つの態様において、第1コア51及び第2コア52の少なくとも一方が、磁性材料で形成された複数の板材(板材90が分割された後の板材)が積層された積層体であってもよい。積層体は、複数の板材が貫通孔500がコア50を貫通する貫通方向D10と直交する方向において重ねられた積層構造を有している。これにより、板材の積層体から第1コア51及び第2コア52を作成することができる。
第8の態様の電流センサでは、第1〜第6のいずれか1つの態様において、第1コア51及び第2コア52の少なくとも一方が、磁性材料で形成された複数の板材92が、貫通孔500がコア50を貫通する貫通方向D10において重ねられた積層体であってもよい。これにより、板材の積層体から第1コア51及び第2コア52を作成することができる。
第9の態様の電流センサでは、第1〜第8のいずれか1つの態様において、第2コア52にコイル60が装着されていてもよい。第1端面511に比べて第2端面521の面積が小さい第2コア52にコイル60が装着されるので、第1コア51にコイル60が装着される場合に比べて、コイル60が装着された部分の大きさを小さくできる。
第10の態様の電流センサの製造方法は、第1〜第9のいずれか1つの態様の電流センサの製造方法であり、以下の工程を含む。1つの工程では、磁性材料で形成された板材90を貫通孔500を囲むように複数回巻くことによって積層構造のコア部材91を作成する。1つの工程では、コア部材91を2つの分割体91A,91Bに分割して、2つの分割体91A,91Bの一方を第1コア51とする。1つの工程では、2つの分割体91A,91Bの他方において1以上の層を除くことによって第2コア52とする。これにより、板材90を複数回巻くことによって形成されたコア部材91から第1コア51及び第2コア52を作成することができる。
第11の態様の電流センサの製造方法は、第1〜第9のいずれか1つの態様の電流センサの製造方法であり、以下の工程を含む。1つの工程では、貫通孔500となる孔921をそれぞれ有する磁性材料の複数枚の板材92を厚み方向に積層することによって積層構造のコア部材93を作成する。1つの工程では、コア部材93を2つの分割体93A,93Bに分割して、2つの分割体93A,93Bの一方を第1コア51とする。2つの分割体93A,93Bの他方において1以上の層を除くことによって第2コア52とする。これにより、複数枚の板材92を積層することによって形成されたコア部材93から第1コア51及び第2コア52を作成することができる。
第12の態様の分電盤は、第1〜第9のいずれか1つの態様の電流センサ30と、電流センサ30を収納するキャビネット70とを備える。これにより、電流の計測精度の低下を抑制できる分電盤を提供することができる。