特開 2024-125037 電力量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125037

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】電力量計

(51)【国際特許分類】

   G01R 11/02 20060101AFI20240906BHJP

   G01R 11/067 20060101ALI20240906BHJP

   G01R 15/18 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

G01R11/02 Z

G01R11/067

G01R15/18 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033099

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】311002034

【氏名又は名称】富士電機メーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗原 晋

(72)【発明者】

【氏名】山内 芳准

(72)【発明者】

【氏名】原山 滋章

【テーマコード（参考）】

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G025AA04

2G025AA15

2G025AB14

(57)【要約】

【課題】２つの電流バーに対してそれぞれ電流センサが配置される場合、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を低減することができる電力量計を提供する。
【解決手段】第１の電流が流れる第１電流バー１と、第１電流バー１に流れる第１の電流により生じる第１の磁束の変化から第１の電流を検出する第１電流センサ３と、第１の電流とは異なる検知すべき第２の電流が流れる第２電流バー２と、第２電流バー２に流れる第２の電流により生じる第２の磁束の変化から第２の電流を検出する第２電流センサ４と、少なくとも第１電流センサ３及び第２電流センサ４からの信号と、検出された電圧信号とを用いて第１電流バー１及び第２電流バー２に流れる電力量を演算する計量部と、を備える電力量計であって、第１電流バー１と第２電流バー２とが、ねじれの位置に配置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検知すべき第１の電流が流れる第１電流バーと、
前記第１電流バーに流れる第１の電流により生じる第１の磁束の変化から前記第１の電流を検出する第１電流センサと、
前記第１の電流とは異なる検知すべき第２の電流が流れる第２電流バーと、
前記第２電流バーに流れる第２の電流により生じる第２の磁束の変化から前記第２の電流を検出する第２電流センサと、
少なくとも前記第１電流センサ及び前記第２電流センサからの信号と、検出された電圧信号とを用いて電力量を演算する計量部と、
を備える電力量計であって、
前記第１電流バーと前記第２電流バーとが、ねじれの位置に配置されることを特徴とする電力量計。

【請求項2】

前記第１電流バーと前記第２電流バーとが、ねじれの位置であって垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力量計。

【請求項3】

前記第１電流バー及び／又は前記第２電流バーは、第１の電流の向きが異なって平行に配置される第１導体バー及び第２導体バーと、前記第１導体バーと前記第２導体バーとの間を直交して連結する折り返し部である第３導体バーとからなり、
前記第１電流センサ及び／又は前記第２電流センサに対する電流バーを形成する前記第１導体バー、前記第２導体バー及び前記第３導体バーは、すべて他の電流センサの電流バーに対してねじれの位置であって垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力量計。

【請求項4】

前記第１電流バー及び／又は前記第２電流バーを形成する前記第１導体バー、前記第２導体バー及び前記第３導体バーのうち、他の電流センサに鎖交する磁束が発生する導体バーが存在する場合、該導体バーを他の電流センサから遠ざけた位置に配置することを特徴とする請求項３に記載の電力量計。

【請求項5】

前記第１電流センサは、基板上に形成された少なくとも４以上の偶数個の磁気検出コイルであり、
前記第１電流バーは、折り返し部の導体バーを介し、それぞれ電流の向きが異なって平行に配置された第１導体バーと第２導体バーとを有し、前記第１導体バーには、前記基板が挿入される貫通孔がそれぞれ対向する位置に形成され、
前記４以上の偶数個の磁気検出コイルは、前記第１導体バー及び前記第２導体バーの各貫通孔を中心にそれぞれ各貫通孔の両側に均等配置され、前記第１の電流によって生じる前記第１の磁束により、前記４以上の偶数個の磁気検出コイルにそれぞれ生じる誘導電圧が強め合うように直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電力量計。

【請求項6】

前記第２電流センサは、前記第２の電流によって生じる前記第２の磁束を集磁する集磁コアを有し、前記集磁コアに設けられた空隙部分に、集磁された磁束の変化を検出する磁気検出コイルが形成された基板が配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力量計。

【請求項7】

前記第１電流センサ及び／又は前記第２電流センサを、前記第１電流バーと前記第２電流バーとに配置することを特徴とする請求項５又は６に記載の電力量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２つの電流バーに対してそれぞれ電流センサが配置される場合、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を低減することができる電力量計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力量計に用いられている電流センサとしては、変流器（カレントトランス：ＣＴ）や、集磁コアのギャップ部にホール素子等の磁電変換素子を配置した構成のセンサや、集磁コアのギャップ部に、巻き線コイルや基板上にコイルパターンを形成した素子により構成するものがある。これらのセンサは、測定対象である一次電流が流れる回路とは電気的に分離されているため、一次電流側の回路に影響を与えることなく精度よく電流を計測可能である。これらの電流センサを用いた電力量計は、直線性および温度特性に優れ、広い計測範囲に渡って電流計測精度を向上することが可能である（特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載された電流センサは、環状の集磁コアの中央開口部に電流バーを通し、集磁コアのギャップ部にコイルパターンが施された基板を配置するものである。電流バーに電流が流れると、電流路の周辺には、電流バーに流れる電流の大きさに比例する磁束が発生する。発生した磁束は、集磁コアによって集磁される。電流が周期的電流である場合、その周期に応じて発生する磁束も周期的に変化する。これにより、コイルパターンをもつ検出コイルには、電流の大きさ及び周波数に応じた誘導電圧が発生し、この誘導電圧を電流バーに流れる電流の検出信号として用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２１０４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、単相３線式の電力量計や三相３線式の電力量計では、電流センサを２つ組み合わせて電力量を計測するため、２つの電流バーに対する各電流センサをそれぞれ近接して配置する場合がある。特に、電流センサとして磁電変換素子を用いた方式の場合、一方の電流バーに流れる電流によって生じる磁束が、他方の電流センサへ影響を与えてしまう相互影響により検出性能が低下してしまうという問題がある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、２つの電流バーに対してそれぞれ電流センサが配置される場合、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を低減することができる電力量計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力量計は、検知すべき第１の電流が流れる第１電流バーと、前記第１電流バーに流れる第１の電流により生じる第１の磁束の変化から前記第１の電流を検出する第１電流センサと、前記第１の電流とは異なる検知すべき第２の電流が流れる第２電流バーと、前記第２電流バーに流れる第２の電流により生じる第２の磁束の変化から前記第２の電流を検出する第２電流センサと、少なくとも前記第１電流センサ及び前記第２電流センサからの信号と、検出された電圧信号とを用いて電力量を演算する計量部と、を備える電力量計であって、前記第１電流バーと前記第２電流バーとが、ねじれの位置に配置されることを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第１電流バーと前記第２電流バーとが、ねじれの位置であって垂直に配置されることを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第１電流バー及び／又は前記第２電流バーは、第１の電流の向きが異なって平行に配置される第１導体バー及び第２導体バーと、前記第１導体バーと前記第２導体バーとの間を直交して連結する折り返し部である第３導体バーとからなり、前記第１電流センサ及び／又は前記第２電流センサに対する電流バーを形成する前記第１導体バー、前記第２導体バー及び前記第３導体バーは、すべて他の電流センサの電流バーに対してねじれの位置であって垂直に配置されることを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第１電流バー及び／又は前記第２電流バーを形成する前記第１導体バー、前記第２導体バー及び前記第３導体バーのうち、他の電流センサに鎖交する磁束が発生する導体バーが存在する場合、該導体バーを他の電流センサから遠ざけた位置に配置することを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第１電流センサは、基板上に形成された少なくとも４以上の偶数個の磁気検出コイルであり、前記第１電流バーは、折り返し部の導体バーを介し、それぞれ電流の向きが異なって平行に配置された第１導体バーと第２導体バーとを有し、前記第１導体バーには、前記基板が挿入される貫通孔がそれぞれ対向する位置に形成され、前記４以上の偶数個の磁気検出コイルは、前記第１導体バー及び前記第２導体バーの各貫通孔を中心にそれぞれ各貫通孔の両側に均等配置され、前記第１の電流によって生じる前記第１の磁束により、前記４以上の偶数個の磁気検出コイルにそれぞれ生じる誘導電圧が強め合うように直列に接続されることを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第２電流センサは、前記第２の電流によって生じる前記第２の磁束を集磁する集磁コアを有し、前記集磁コアに設けられた空隙部分に、集磁された磁束の変化を検出する磁気検出コイルが形成された基板が配置されることを特徴とする。

【0013】

また、本発明にかかる電力量計は、上記の発明において、前記第１電流センサ及び／又は前記第２電流センサを、前記第１電流バーと前記第２電流バーとに配置することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、２つの電流バーに対してそれぞれ電流センサが配置される場合、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施の形態である電力量計の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、三相３線式の電力量計の構成を示す模式図である。

【図3】図３は、第１電流センサの構成を示す斜視図である。

【図4】図４は、第２電流センサの構成を示す斜視図である。

【図5】図５は、第１電流バーを含めた第１電流センサと第２電流バーを含めた第２電流センサとの配置を示す三面図である。

【図6】図６は、図３に示した第１電流バーを含めた第１電流センサにそれぞれ対応する第１電流センサと第２電流センサとの配置を示す三面図である。

【図7】図７は、図５に示した第１電流バー及び第２電流バーをそれぞれ直線形状にした第１電流センサ及び第２電流センサの配置を示す三面図である。

【図8】図８は、第１電流センサと第２電流センサとを平行配置した一例の三面図である。

【図9】図９は、図８のＡ－Ａ線断面における磁束の状態を示す図である。

【図10】図１０は、図８に示した電流センサの配置と図６に示した電流センサの配置とによる計測誤差を比較した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

【0017】

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態である電力量計１０の構成を示す模式図である。この電力量計１０は、単相３線式の電力量計である。電力量計１０には、検知すべき電流が流れる第１電流バー１及び第２電流バー２が挿入される。第１電流センサ３は、第１電流バー１に流れる第１の電流を検出する。第２電流センサ４は、第２電流バー２に流れる第２の電流を検出する。また、第１電圧センサ５は、端子２Ｓ，２Ｌ間の中性線Ｎに対する第１電流バー１の電圧（相間電圧）を取得する。第２電圧センサ６は、中性線Ｎに対する第２電流バー２の電圧（相間電圧）を取得する。なお、第１電流バー１は、端子１Ｓ，１Ｌ間を接続し、第２電流バー２は、端子３Ｓ，３Ｌ間を接続する。電力量計１０の外部において、端子１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ側には、電源が接続され、端子１Ｌ，２Ｌ，３Ｌ側には負荷が接続される。

【0018】

電力量計１０は計量部７を有する。計量部７は、電流検出部１１、電圧検出部１２、電力演算部１３及び表示部１４を有する。電流検出部１１は、第１電流センサ３及び第２電流センサ４が検出した信号をもとに第１電流バー１を流れる第１の電流の電流値と第２電流バー２を流れる第２の電流の電流値とを検出する。電圧検出部１２は、第１電圧センサ５及び第２電圧センサ６が検出した電圧をもとに、中性線Ｎに対する第１電流バー１及び第２電流バー２の相間電圧を検出する。電力演算部１３は、第１電流バー１に対する電流値及び相間電圧と、第２電流バー２に対する電流値及び相間電圧とをもとに電力及び電力量を演算する。表示部１４は、演算された電力量を表示する。

【0019】

なお、図２は、三相３線式の電力量計の構成を示す模式図である。この図２に示した電力量計１０は、図１に示した構成と同じであり、三相３線式の電力量計として機能する。

【0020】

＜電流センサ＞
図３は、第１電流センサ３の構成を示す斜視図である。第１電流センサ３は、検出すべき電流が流れる第１電流バー１と、少なくとも４以上の磁気検出部３ａ～３ｄを有した基板３０とを有し、磁気検出部３ａ～３ｄが検出した磁気検出結果をもとに第１電流バー１に流れる電流を検出する。

【0021】

第１電流バー１は、折り返し部である第３導体バー１ｃを介し、それぞれ電流の向きが異なって平行に配置された第１導体バー１ａと第２導体バー１ｂとを有する。したがって、第１電流バー１は、コの字型に折り曲げられている。なお、第１電流バー１の折り返し形状は任意であり、例えば、Ｕの字型であってもよい。

【0022】

第１導体バー１ａ及び第２導体バー１ｂには、基板３０が挿入される貫通孔１ｄ，１ｅがそれぞれ対向する位置に形成される。この貫通孔１ｄ，１ｅには、基板３０が挿入される。基板３０は、第１導体バー１ａ及び第２導体バー１ｂが形成する平面に平行であり、基板３０の中心軸が、貫通孔１ｄ，１ｅの中心軸に一致するように位置決めされる。

【0023】

基板３０上には、磁気検出部３ａ～３ｄが等間隔で配置される。磁気検出部３ａ，３ｂは、第１導体バー１ａの貫通孔１ｄを中心にして両側に均等配置され、磁気検出部３ｃ，３ｄは、第２導体バー１ｂの貫通孔１ｅを中心にして両側に均等配置される。

【0024】

磁気検出部３ａ～３ｄは、基板３０に形成されたパターンコイルである。磁気検出部３ａ～３ｄは、第１電流バー１に電流が流れた際、各パターンコイルに生じる誘導電圧を強め合う（加算する）ように直列接続される。検出された誘導電圧は、第１電流バー１に流れる第１の電流に対応した値である。なお、磁気検出部３ａ～３ｄは、磁気検出できるセンサであればよく、例えばホール素子であってもよい。

【0025】

図４は、第２電流センサ４の構成を示す斜視図である。第２電流バー２は、並行配置された第１導体バー２ａ及び第２導体バー２ｂを有し、第１導体バー２ａ及び第２導体バー２ｂの先端を連結する第３導体バー２ｃを有する。第３導体バー２ｃは、集磁コア４１の中心を通り、集磁コア４１は、第３導体バー２ｃに流れる第２の電流によって生じる第２の磁束を集磁する。

【0026】

集磁コア４１は、空隙部分が設けられ、この空隙部分に磁気検出部を有する基板４０が配置される。この磁気検出部は、基板４０に形成されたパターンコイルであり、集磁コア４１によって集磁された磁束の変化を誘導電圧として検出する。この誘導電圧は、第２電流バー２に流れる第２の電流に対応する値である。

【0027】

＜電流バー及び電流センサの配置＞
図５は、第１電流バー１を含めた第１電流センサ３と第２電流バー２を含めた第２電流センサ４との配置を示す三面図である。なお、第１電流バー１及び第２電流バー２は、電力量計１０の外部の電源及び負荷に接続される。図５に示すように、第１電流バー１と第２電流バー２とは、ねじれの位置に配置される。具体的には、第１電流バー１を構成する第１導体バー１ａ、第２導体バー１ｂ、第３導体バー１ｃと、第２電流バー２を構成する第１導体バー２ａ、第２導体バー２ｂ、第３導体バー２ｃとは、それぞれが、ねじれの位置に配置され、さらに、垂直に配置されている。これにより、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を確実に低減することができ、精度の高い電力量を計測することができる。

【0028】

なお、図５に示すように、第１導体バー１ａ、第２導体バー１ｂ、第３導体バー１ｃは一体とした第１電流バー１であり、それぞれ直交関係にあり、また、第１導体バー２ａ、第２導体バー２ｂ、第３導体バー２ｃは一体とした第２電流バー２であり、それぞれ直交関係にある。したがって、第１電流バー１が囲む帯状面と、第２電流バー２が囲む帯状面とが、ねじれの位置にあると言える。

【0029】

ここで、例えば第３導体バー２ｃが生成する第２の磁束は、第１電流センサ３の基板３０に形成された磁気検出部の磁気検出面に鎖交する可能性が多少あるが、第１導体バー２ａ，第２導体バー２ｂが第１電流バー１に対してねじれの位置に配置されているので、基板３０の磁気検出部が第２の磁束を検出する可能性は低くなる。この場合、第３導体バー２ｃの配置を基板３０に対して遠い位置に配置するとよい。

【0030】

なお、図５では、第１電流バー１を構成する第１導体バー１ａ、第２導体バー１ｂ、第３導体バー１ｃと、第２電流バー２を構成する第１導体バー２ａ、第２導体バー２ｂ、第３導体バー２ｃとは、それぞれが、ねじれの位置に配置され、さらに、垂直に配置することにより、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を確実に低減するようにしていたが、これに限らず、垂直に配置しなくても、ねじれの位置の配置のみにより、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を、ある程度低減することができる。

【0031】

図６は、図３に示した第１電流バー１を含めた第１電流センサ３にそれぞれ対応する第１電流センサ３１と第２電流センサ３２との配置を示す三面図である。すなわち、図６では、第２電流センサ４に替えて第１電流センサ３を用い、第１電流センサ３と同じ２つの第１電流センサ３１及び第２電流センサ３２を配置している。

【0032】

この場合も、第１電流センサ３１の第１電流バー１と第２電流センサ３２の第２電流バー２とは、ねじれの位置に配置されるとともに、垂直に配置される。これにより、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を確実に低減することができ、精度の高い電力量を計測することができる。

【0033】

なお、図６では、２つの第１電流センサ３（３１，３２）を用いていたが、２つの第２電流センサ４を用いてもよい。

【0034】

ここで、第１電流センサ３及び第２電流センサ４は、いずれも折り返し部をもつコの字状の電流バーを用いていたが、これに限らず、直線的な電流バーを用いてもよい。例えば、図７は、図５に示した第１電流バー１及び第２電流バー２をそれぞれ直線形状にした第１電流センサ３´及び第２電流センサ４´の配置を示す三面図である。なお、第１電流センサ３´の基板３０´は、２つの磁気検出部３ａ，３ｂのみが配置されている。磁気検出部の感度を向上するためには、磁気検出部３ａ，３ｂの各コイルパターンの積層数を増大すればよい。

【0035】

図７に示すように、第１電流バー１及び第２電流バー２を直線形状としても、第１電流バー１と第２電流バー２とを、ねじれの位置に配置されるとともに、垂直に配置することにより、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに与える磁気的な相互影響を確実に低減することができ、精度の高い電力量を計測することができる。

【0036】

＜比較＞
図８は、第１電流センサ３１と第２電流センサ３２とを平行配置した一例の三面図である。また、図９は、図８のＡ－Ａ線断面における磁束の状態を示す図である。図８に示すように、第１電流センサ３１と第２電流センサ３２とを平行かつ近接して重ねるように配置すると、一方の電流バーから他方の電流バーの電流センサに磁気的な相互影響を与えてしまう。

【0037】

具体的には、図９では、ある瞬間の電流と、これに伴う磁束の発生状態とを示している。図９では、電流Ｉが図８の矢印の方向に流れたときに第１電流バー１により発生する磁束を実線で示し、第２電流バー２により発生する磁束を破線で示している。第１電流バー１で発生した磁束（実線）は、第２電流センサ３２の磁気検出部３ａ～３ｄの面に鎖交し、第２電流センサ３２の検出結果に影響を及ぼす。また、第２電流バー２で発生した磁束（破線）は、第１電流センサ３１の磁気検出部３ａ～３ｄの面に鎖交し、第１電流センサ３１の検出結果に影響を及ぼす。第１電流センサ３１及び第２電流センサ３２は、ともに検出値が減少する影響を受けることになる。

【0038】

図１０は、図８に示した電流センサの配置と図６に示した電流センサの配置とによる計測誤差を比較した図である。図１０では、図８に示した電流センサの配置における誤差を基準に、図６に示した電流センサの配置における誤差を規格化している。図１０に示すように、本実施の形態である図６に示した電流センサの配置では、図１０に示した電流センサの配置に比して、計測誤差が１４％まで低減しており、精度の高い電流計測を行うことができる。

【0039】

なお、上記の実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【符号の説明】

【0040】

１ｄ，１ｅ 貫通孔
１Ｓ，１Ｌ，２Ｓ，２Ｌ，３Ｓ，３Ｌ 端子
１ 第１電流バー
１ａ，２ａ 第１導体バー
１ｂ，２ｂ 第２導体バー
１ｃ，２ｃ 第３導体バー
２ 第２電流バー
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 磁気検出部
３，３´，３１ 第１電流センサ
４，４´，３２ 第２電流センサ
５ 第１電圧センサ
６ 第２電圧センサ
７ 計量部
１０ 電力量計
１１ 電流検出部
１２ 電圧検出部
１３ 電力演算部
１４ 表示部
３０，３０´，４０ 基板
４１ 集磁コア
Ｉ 電流
Ｎ 中性線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】