(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ボビン本体と前記ボビンカバーとが組み合わされることにより形成される前記巻芯部の周囲に前記ワイヤが巻回されてコイル部を構成しているコイル組立体が、前記ケーシング本体の内部に装着可能になっており、
前記ケーシングカバーの取付位置と反対側に位置する前記ケーシング本体の取付開口部から前記コイル組立体が着脱自在に挿入される請求項5に記載のコイル装置。
【背景技術】
【0002】
住宅、工場、オフィス、店舗など、あらゆる領域において、「創エネ、蓄エネ、省エネ」を目指す動きが顕著になっている。このような要求に応え、使用電力を把握するために、電流センサを配電盤などの電力設備に取り付ける要請が高まっている。
【0003】
電流センサの中でも、既存の電力設備に簡便に取り付けることができるクランプ型の電流センサが多用され、今後、さらに需要の拡大が予測される。電流センサに用いられるコイル装置のコア体は、測定用開口部を形成するためにループ状に形成され、その測定用開口部に、電流を測定すべき被測定線が通される。
【0004】
コア体に巻回してあるワイヤには、被測定線に流れる一次電流に対応する二次電流が流れることから、その二次電流(電圧でも可)を測定することで、被測定線に流れる一次電流を、非接触方式で間接的に測定することができる。
【0005】
たとえば下記の特許文献1にも示すように、従来の電流センサに用いられるコア体は、ループに沿って、その横断面のアスペクト比(縦横比)が一定であった。最近では、電流センサを、配電盤の安全ブレーカ毎に取り付けたい要請が高くなり、その場合には、狭い所に多数の電流センサを取り付ける必要がある。電流センサのコンパクト化のために、コア体のループに沿った横断面のアスペクト比を高くしなければならない場合がある。
【0006】
ところが、コア体の横断面積を変えずに、コア体の横断面のアスペクト比を高くすると、コア体に巻回されてコイル部を構成するワイヤの一周当たりの周長が長くなる。そのために、コイル部のRdc(直流抵抗)が増大するという不都合があることが本発明者等により見出された。コイル部のRdcが増大すると、電圧が上がるために励磁電流が増え、飽和もし易くなるために、電流検出精度が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、サイズがコンパクトでありながらRdcが小さく、電流センサとして用いて好適なコイル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明に係るコイル装置は、
ワイヤが巻回可能な巻芯部と、
前記巻芯部の両側からループ状の磁気回路を形成するためにそれぞれ延びる連結板部と、を持つコア本体を有するコイル装置であって、
前記連結板部の横断面の第1アスペクト比に比較して、前記巻芯部の横断面の第2アスペクト比が小さいことを特徴とする。
【0010】
本発明に係るコイル装置では、巻芯部の横断面の第2アスペクト比は比較的に小さいために、コイル部のRdcを小さくすることが可能になる。コイル部のRdcを小さくすることができれば、電流検出精度を向上させることが容易になる。
【0011】
また、連結板部では、その断面の第1アスペクト比は、比較的に大きくすることができるために、たとえば電流センサを配置する間隔に合わせて自由にアスペクト比を変化させてサイズのコンパクト化を図ることが可能になる。すなわち本発明に係るコイル装置は、配電盤などに多数取り付けられる電流センサとして好適に用いることができる。
【0012】
好ましくは、前記第1アスペクト比は、第2アスペクト比に比較して2倍以上である。このようにアスペクトの比率を大きくすることで、本発明の作用効果を大きくすることができる。
【0013】
好ましくは、前記第2アスペクト比は、1〜1.5、さらに好ましくは1〜1.2である。第2アスペクト比を有する巻芯部は、コイル部が形成される部分であり、その部分のアスペクト比を1に近づけることで、コイル部におけるワイヤの周長を最小限に近づけることが可能になり、Rdcの低減に寄与する。好ましくは、巻芯部の断面形状は、正四角、正多角体または円形に近い形状である。このような形状である場合に、アスペクト比を1に近づけることができる。
【0014】
好ましくは、前記連結板部の内面には、巻芯部に巻回されるワイヤが巻軸方向にはみ出すことを防止することが可能な鍔部が形成してある。鍔部が連結板部に形成されることで、コイル部におけるワイヤの巻太りが抑制され、Rdcの低減に寄与する。
【0015】
好ましくは、前記鍔部の少なくとも一部が、ボビン本体の位置決め面に当接し、
前記巻芯部が、前記ボビン本体と分離可能なボビンカバーと前記ボビン本体とにより囲まれてボビン巻芯部を構成し、
前記ボビン巻芯部の周囲に前記ワイヤが巻回されてコイル部を構成している。
【0016】
鍔部の少なくとも一部が、ボビン本体の位置決め面に当接することで、ボビン本体がコア本体により支持されて補強され、ボビン本体の変形を防止することができると共にボビン本体の軽量化に寄与する。また、ボビン巻芯部の周囲に前記ワイヤが巻回されてコイル部を構成することで、コイル部におけるワイヤの巻太りが抑制され、Rdcの低減に寄与する。
【0017】
好ましくは、前記コイル装置は、前記コア本体のそれぞれの連結板部に着脱自在に連結されて、ループ状の磁気回路を形成する略U字形状または略コ字形状のループ補完コアをさらに有する。補完コアをコア本体に対して着脱させることで、たとえば既存の配電盤の各ブレーカ毎に、電流センサとして用いられるコイル装置を取り付けることが容易になる。
【0018】
好ましくは、前記ループ補完コアが取り付けられたケーシングカバーが、前記コア本体が取り付けられたケーシング本体に対して開閉移動自在に取り付けられ、
前記ケーシング本体に対して前記ケーシングカバーが閉じられた位置で、前記ループ補完コアと前記コア本体とによりループ状の磁気回路が形成されると共に、前記磁気回路の内部を貫通するように被測定線が通過する測定用開口部が形成される。
【0019】
このように構成することで、たとえば既存の配電盤の各ブレーカ毎に、電流センサとして用いられるコイル装置を取り付けることが容易になる。
【0020】
好ましくは、前記ボビン本体と前記ボビンカバーとが組み合わされることにより形成される前記巻芯部の周囲に前記ワイヤが巻回されてコイル部を構成しているコイル組立体が、前記ケーシング本体の内部に装着可能になっており、
前記ケーシングカバーの取付位置と反対側に位置する前記ケーシング本体の取付開口部から前記コイル組立体が着脱自在に挿入される。取付開口部には蓋を取り付けることができる。
【0021】
このように構成することで、コイル組立体からのリード配線などが容易になり、組立工数の削減にも寄与する。なお、従来のコイル装置では、ケーシングカバーの取付位置から、ケーシング本体の内部にコイル組立体を入れるように構成していたために、ケーシング本体の底部からリード配線を取り出す作業が繁雑であると共に、コネクタを取り付ける作業が繁雑であった。
【0022】
なお、本発明において、コア本体の巻芯部および連結板部の断面形状は、特に限定されず、三角形、矩形、多角形、円、楕円、あるいは、その他の形状でも良い。また、断面のアスペクト比とは、その断面が矩形の場合には、断面の縦と横の比率(1以上の数値)であり、その他の断面形状の場合には、断面において最も長い辺または径を、断面において最も短い辺または径で割り算した値(1以上の数値)である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1〜
図6に示すように、本実施形態に係るクランプ型カレントトランス(コイル装置)2は、ケーシング本体4と、ケーシングカバー6とを有する。
図7に示すように、ケーシングカバー6は、ケーシング本体4の上部(Z軸方向の上)で、その本体4に対してヒンジ部8を介して回動自在に構成してある。
【0025】
ヒンジ部8は、ケーシング本体4とケーシングカバー6との間で、たとえば樹脂の射出成形などにより、これらと一体に成形してあるが、別体で成形して接着などの手段で接合しても良い。ヒンジ部8は、ケーシング本体4の上面で、Y軸方向の片側に、X軸方向に延びるように形成してある。
【0026】
ケーシングカバー6には、電流計測の対象となる被測定線10が挿通する被測定線挿通孔6aが形成してあり、この挿通孔6aは、ケーシングカバーの回動移動により開閉する。
図7に示すように、ケーシングカバー6がケーシング本体4に対して回動移動して、挿通孔6aがX軸方向以外にも開き、被測定線10を移動させることなく、挿通孔6aの内部に、被測定線10を挿通可能になっている。
【0027】
図1〜
図6は、ケーシングカバー6がケーシング本体4に対して回動移動して、挿通孔6aがX軸方向以外では閉じた状態を示す。この状態を保持するために、ケーシングカバー6の回動先端側には、フック6cが一体成形してある。このフック6cが、ケーシング本体4の側面上方に形成してある係合凸部4aに着脱自在に装着される。
【0028】
ケーシングカバー6の上部には、変形用溝6bが形成してある。カバー6の内面には、後述する
図9に示すように、全体としてU字形状(C字形状含む)あるいはコ字形状のループ補完コア88が装着される。コア88がカバー6内に装着される際に、変形用溝6bが形成してあることで、カバー6の上面がコア88の形状に合わせて膨らむことが可能になっている。
【0029】
図6に示すように、ケーシング本体4のZ軸方向の下端部には、底板取付開口部4cが形成してあり、そこに底板30が着脱自在に取り付けてある。底板30のX軸方向の両端には、Z軸方向の上方に延びるフック32が各々形成してあり、各フック32には、ケーシング本体4の側面(X軸に垂直)の下部に形成してある係合凸部4bに着脱自在に係合可能になっている。底板30は、ケーシング本体4と同じまたは異なる絶縁材(たとえば合成樹脂)で構成してある。
【0030】
なお、図面において、X軸は被測定線10が挿通する挿通孔6aが延びる方向であり、Z軸とY軸は、相互に垂直で、X軸に対しても垂直な軸である。本実施形態では、ケーシング本体4は、X軸に略垂直な2つの側面と、Y軸に略垂直な2つの側面と、Z軸に略垂直な上面とを有する。
【0031】
ケーシング4のZ軸方向の上面には、
図9に示すように、1対のコア露出用開口部4dが形成してある。この開口部4dには、後述するコア組立体40に組み込まれたコア本体82の接続部86aが、好ましくは上面と略面一に露出するようになっている。なお、略面一とは、接続部86aが開口部4dから0.5〜2mmで多少突出していても良いし、同様な程度に多少引っ込んでいても良いという意味である。
【0032】
図1〜
図6に示すようにケーシングカバー6がケーシング本体4に対して閉じた位置で、
図9に示すコア本体82の接続部86aは、開口部4dを通して、ループ補完コア88の接続部88aに当接し、
図12(A)および
図12(B)に示すようにループ状の磁気回路を構成している。
【0033】
図8および
図9に示すように、底板30には、リード線取り出し溝34が形成してあり、そこから、リード線20が外部に引き出されるようになっている。リード線20は、ケーシング本体4の内部に収容してあるコイル組立体40から引き出されている。
【0034】
図9〜
図11に示すように、コイル組立体40は、ボビン50を有する。ボビン50は、
図10に示すように、ボビン本体60とボビンカバー70とを有する。また、コイル組立体40は、
図12に示すループ状の磁性コア80の一部となるコア本体82が組み込まれている。
【0035】
図10に示すように、ボビン50のボビン本体60は、一対のボビン基板61を有している。これらのボビン基板61は、コア本体80における巻芯部のY軸方向長さに対応したY軸方向距離で離間して平行に配置されるように、巻芯下部支持部64で一体的に成形してある。これらのボビン基板61の間には、コイル形成用隙間66が形成してある。
【0036】
各ボビン基板61には、Y軸方向の外方に向けて枠63が突出するように形成してあり、枠63の内部では、ボビン基板61の表面には位置決め面62が形成してある。位置決め面62は、巻き芯部84がZ軸方向の上部から入り込むことが可能なように切り欠かれている。枠63の底面63aが巻芯下部支持部64の底面と面一になっており、この底面63aには、磁性コア80の底面87が当接するようになっており、底面63aは、底面87と同様な形状を有している。
【0037】
また、各ボビン基板61には、リード線20を保持可能なリード保持部61aが形成してあると共に、リード端固定用凸部61bが形成してある。リード端固定用凸部61bには、リード線20の端部が固定してある保持基板92が取り付け可能になっている。保持基板92には、リード線20の端部が接続される接続ロッド94のZ軸方向下端が接続してある。各リード線20と接続ロッド94とは、電気的に接続されてリード配線90を構成する。各接続ロッド94の上端に、
図11に示すコイル部42を構成するワイヤの端部がそれぞれ接続される。なお、保持基板92には、ダイオードなどの素子を配置しても良い。
【0038】
ボビン基板61の間で巻芯下部支持部64のX軸方向の両端には、一対のボビンカバー取付溝68が形成してある。ボビンカバー取付溝68には、ボビンカバー70の取付部78がそれぞれ取り付けられる。ボビンカバー70は、カバー本体72を有し、カバー本体72のX軸方向の両端に取付部78がそれぞれ形成してある。
【0039】
取付部78がボビン本体60の取付溝68に取り付けられることで、ボビンカバー70のカバー本体72とボビン本体60の巻芯下部支持部64とで、磁性コア80の巻芯部84の周囲を覆うようになっている。カバー本体72と巻芯下部支持部64の外周に、ワイヤが巻回されて
図11に示すコイル部42が形成される。
【0040】
図10に示すように、カバー本体72のY軸方向の両端には、Z軸方向の上方に板状に突出するボビン鍔部74が一体的に形成してある。ボビン鍔部74は、磁性コア80の巻芯部84のZ軸方向の上部で、連結板部86の内面に接触し、巻芯部84の周囲を覆うカバー本体72と巻芯下部支持部64との外周にワイヤが巻回されることを案内可能になっている。ボビン本体60およびボビンカバー70は、それぞれ絶縁部材で構成してあり、樹脂の射出成形などで一体成形される。
【0041】
なお、巻芯部84のX軸方向の両側に位置する各連結板部86の内面にも、鍔部85が形成されるが、これらの鍔部は、ボビン基板61の外面に形成してある位置決め面62に接触し、
図11に示すコイル部42のワイヤは、磁性コア80には直接には接触しないようになっている。すなわち、磁性コア80をボビン本体60とボビンカバー70との間に取り付けることで、磁性コア80の巻芯部84は、カバー本体72と巻芯下部支持部64とで覆われ、連結板部86の内面は、ボビン基板61とボビン鍔部74とで覆われる。そのために、ボビン基板61間に形成してある隙間66にワイヤを巻回すると、基板61の内面がガイド壁となり、ワイヤを容易に巻回することが可能になり、コイル部42の形成が容易である。
【0042】
図12および
図13に示すように、磁性コア80は、コア本体82と、そのコア本体82に対して分離可能なループ補完コア88とを有する。コア本体82は、
図11に示すコイル部42を形成するワイヤが巻回可能な巻芯部84と、巻芯部84のY軸方向の両側からループ状の磁気回路を形成するためにそれぞれZ軸方向に延びる連結板部86と、を有する。
【0043】
本実施形態では、好ましくは、巻芯部84は、連結板部86のZ軸方向の下端部中央に形成してあり、
図12(B)に示すように、巻芯部84の下端面と連結板部86の下端面とは面一になるように構成してあるが、これに限定されない。巻芯部84の下端面と連結板部86の下端面とは面一に構成することで、コンパクトなサイズで、ループ状の磁気回路を大きくすることができる。また、磁束が流れない部分を最小限にすることができる。
【0044】
ループ補完コア88は、略U字形状または略コ字形状であり、その両端部に形成してある接続部88aは、コア本体82の連結板部86の上端に形成してある接続部86aに対して着脱自在に接触するようになっている。
【0045】
コア本体82およびループ補完コア88は、それぞれ磁性体であり、フェライト組成物、金属組成物、それらと樹脂との複合組成物などで構成され、圧縮成形後の焼成、射出成形後の焼成、あるいは一般的な圧粉成形などの方法により製造される。
【0046】
本実施形態では、
図13に示すように、好ましくは、巻芯部84の横断面積S2と、連結板部86の横断面積S1とは略同一である。たとえば連結板部86の横断面積をS1とし、巻芯部84の横断面積をS2とした場合に、S1/S2は、好ましくは0.9〜1.1である。
【0047】
また、巻芯部84の横断面のアスペクト比(縦横比)をA2とし、連結板部86のアスペクト比をA1とした場合に、A1がA2よりも大きくなるように設定してある。本実施形態に係るコイル装置としてのカレントセンサ2では、巻芯部84の横断面の第2アスペクト比A2は比較的に小さいために、コイル部42のRdcを小さくすることが可能になる。コイル部42のRdcを小さくすることができれば、電流検出精度を向上させることが容易になる。
【0048】
また、連結板部86では、その断面の第1アスペクト比A1は、比較的に大きくすることができるために、たとえば電流センサ2を配置するY軸方向間隔に合わせて自由にアスペクト比を変化させてサイズのコンパクト化(特にY軸方向の幅の縮小化)を図ることが可能になる。すなわち本実施形態に係る電流センサ2は、配電盤などに多数取り付けられる電流センサとして好適に用いることができる。
【0049】
本実施形態では、好ましくは、第1アスペクト比A1は、第2アスペクト比A2に比較して2倍以上、好ましくは4倍以上である。このようにアスペクトの比率を大きくすることで、本発明の作用効果を大きくすることができる。
【0050】
好ましくは、第2アスペクト比A2は、1〜1.5、さらに好ましくは1〜1.2である。第2アスペクト比A2を有する巻芯部84は、コイル部42が形成される部分であり、その部分のアスペクト比を1に近づけることで、コイル部42におけるワイヤの1ターンあたりの周長を最小限に近づけることが可能になり、Rdcの低減に寄与する。好ましくは、巻芯部84の断面形状は、正四角、正多角体または円形に近い形状である。このような形状である場合に、アスペクト比を1に近づけることができる。
【0051】
たとえば巻芯部84の断面における第2アスペクト比A2を約1とし、第1アスペクト比A1を2以上にした実施例のRdcは、第1アスペクト比および第2アスペクト比が共に2以上である以外は同じ条件の従来例のRdcに比較して、10%以上でRdcを低減することができる。
【0052】
また、本実施形態では、
図10に示すように、連結板部86の内面には、巻芯部84に巻回されるワイヤが巻軸方向にはみ出すことを防止することが可能な鍔部85が形成してある。鍔部85が連結板部86に形成されることで、
図11に示すコイル部42におけるワイヤの巻太りが抑制され、Rdcの低減に寄与する。
【0053】
さらに本実施形態では、コア本体82における鍔部85の少なくとも一部が、ボビン本体60の位置決め面62に当接する。また、巻芯部84は、ボビンカバー70のカバー本体72とボビン本体60の巻芯下部支持部64とにより囲まれてボビン巻芯部を構成し、そのボビン巻芯部の周囲にワイヤが巻回されてコイル部2を構成している。
【0054】
本実施形態では、鍔部85の少なくとも一部が、ボビン本体60の位置決め面62に当接することで、ボビン本体60がコア本体80により支持されて補強され、ボビン本体60の変形を防止することができると共にボビン本体60の軽量化に寄与する。また、ボビン巻芯部の周囲にワイヤが巻回されてコイル部を構42成することで、コイル部42におけるワイヤの巻太りが抑制され、Rdcの低減に寄与する。
【0055】
さらに本実施形態では、ループ補完コア88が取り付けられたケーシングカバー6が、コア本体80が取り付けられたケーシング本体4に対して開閉移動自在に取り付けられる。そして、
図1に示すように、ケーシング本体4に対してケーシングカバー6が閉じられた位置で、
図11に示すように、ループ補完コア88とコア本体82とによりループ状の磁気回路が形成されると共に、磁気回路の内部を貫通するように被測定線10が通過する測定用開口部100が形成される。
図11に示す測定用開口部100は、
図1に示す被測定線挿通孔6aに連通している。このように構成することで、たとえば既存の配電盤の各ブレーカ毎に、電流センサ2を取り付けることが容易になる。
【0056】
また本実施形態では、
図9に示すように、コイル部42を構成しているコイル組立体40が、ケーシングカバー6の取付位置と反対側に位置するケーシング本体4の底板取付開口部4cから内部に装着可能になっている。取付開口部4cには底板(蓋)30を取り付けることができる。
【0057】
このように構成することで、コイル組立体40からのリード線20の配線などが容易になり、組立工数の削減にも寄与する。なお、従来の電流センサでは、ケーシングカバーの取付位置から、ケーシング本体の内部にコイル組立体を入れるように構成していたために、ケーシング本体の底部からリード配線を取り出す作業が繁雑であると共に、コネクタを取り付ける作業が繁雑であった。
【0058】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば、コア本体の巻芯部および連結板部の断面形状は、特に限定されず、三角形、矩形、多角形、円、楕円、あるいは、その他の形状でも良い。