特許 7195696 検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-16

(45)【発行日】2022-12-26

(54)【発明の名称】検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/16 20060101AFI20221219BHJP

   G01R 1/22 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

G01R15/16

G01R1/22 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018149868

(22)【出願日】2018-08-09

(65)【公開番号】P2020024181

(43)【公開日】2020-02-13

【審査請求日】2021-07-16

(73)【特許権者】

【識別番号】501418498

【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】芦川 真也

(72)【発明者】

【氏名】石橋 賢一

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－４１９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３８３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１８７６３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００－１５／２６

Ｇ０１Ｒ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半円状の第１湾曲部と第１支点部とが連結した第１クランプ部と、
前記第１湾曲部よりも中心角が小さく弧長の短い弧状の第２湾曲部と第２支点部とが連結した第２クランプ部とを備え、
前記第１支点部と前記第２支点部とを軸として前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とが開閉可能な、測定対象電線をクランプする検出センサであって、
前記第２湾曲部に、前記測定対象電線の導体と容量結合するための、端部同士が軸で連結された２つの電極を備えて構成され、前記第２湾曲部の内側で開閉可能な電極部が連結されていることを特徴とする検出センサ。

【請求項2】

前記２つの電極は、前記第２湾曲部と同じ向きで湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の検出センサ。

【請求項3】

前記２つの電極を閉じる方向に力を加える弾性部材と、
前記２つの電極を開いた状態で固定する解除可能な開固定機構と、を
さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の検出センサ。

【請求項4】

前記開固定機構は、一方の電極をさらに開く方向に押すことで解除されることを特徴とする請求項３に記載の検出センサ。

【請求項5】

前記開固定機構は、一方の電極に軸機構で取り付けられ、端部に爪が形成されたリンク板と、他方の電極に固定され、前記爪と噛み合うラッチと、を含んでいることを特徴とする請求項３または４に記載の検出センサ。

【請求項6】

前記電極部の２つの電極それぞれが樹脂成形されたハウジングに覆われていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象の電線をクランプする検出センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、測定対象の電線をクランプする検出センサ５００が記載されている。この検出センサ５００は、図８に示すように、回動軸Ａを中心として回動自在に連結された一対のクリップ片５０１、５０２を備えている。クリップ片５０１には受け面５０３が形成され、クリップ片５０２には押し付け面５０４が形成されており、測定対象電線Ｗを挟み込むことができるようになっている。

【0003】

クリップ片５０２の押し付け面５０４の長さは、クリップ片５０１の受け面５０３の長さよりも短くなっており、クリップ片５０１の受け面５０３の内部には測定対象電線Ｗと容量結合する電極５０５が配設されている。

【0004】

電極５０５は、クリップ片５０１、５０２が閉じたときの押し付け面５０４に対応して配置されているため、図８（ａ）に示すように径の大きい測定対象電線Ｗであっても、図８（ｂ）に示すように径の小さい測定対象電線Ｗであっても、測定対象電線Ｗを電極５０５に近接した状態でクランプすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１３５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

検出センサ５００の検出感度を高くするためには、測定電極５０５を大きくすることが効果的である。しかしながら、検出センサ５００の構成では、測定電極５０５を大きくしても、特に径の小さい測定対象電線Ｗをクランプしたときに、測定電極５０５が測定対象電線Ｗと近接する領域が大きくならないため、測定電極５０５の大きさを有効に活用できない。

【0007】

そこで、本発明は、径の異なる測定対象電線をクランプ可能な検出センサの検出感度を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の１態様である検出センサは、半円状の第１湾曲部と第１支点部とが連結した第１クランプ部と、前記第１湾曲部よりも中心角が小さく弧長の短い弧状の第２湾曲部と第２支点部とが連結した第２クランプ部とを備え、前記第１支点部と前記第２支点部とを軸として前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とが開閉可能な検出センサであって、前記第２湾曲部に、２つの電極を備えて構成され、前記第２湾曲部の内側で開閉可能な電極部が連結されていることを特徴とする。
ここで、前記２つの電極は、前記第２湾曲部と同じ向きで湾曲していることができる。
また、前記２つの電極を閉じる方向に力を加える弾性部材と、前記２つの電極を開いた状態で固定する解除可能な開固定機構と、をさらに備えてもよい。
このとき、前記開固定機構は、一方の電極をさらに開く方向に押すことで解除されることができる。
また、前記開固定機構は、一方の電極に軸部材で取り付けられ、端部に爪が形成されたリンク板と、他方の電極に固定され、前記爪と噛み合うラッチと、を含んでいてもよい。
また、前記電極部が樹脂成形されたハウジングに覆われていてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、径の異なる測定対象電線をクランプ可能な検出センサの検出感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の検出センサを示す図である。

【図2】下部クランプ部と電極部とを説明する図である。

【図3】電極部の開固定機構を説明する図である。

【図4】径の大きい測定対象電線Ｗをクランプしたときの様子を示す図である。

【図5】径の小さい測定対象電線Ｗをクランプしたときの様子を示す図である。

【図6】本発明の検出センサの適用例を示す図である。

【図7】センサ本体の構成例を示す図である。

【図8】従来の検出センサを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の検出センサ１００を示す図である。検出センサ１００は、径の異なる測定対象電線Ｗをクランプする機能を有しており、上部クランプ部１１０と、下部クランプ部１２０と、電極部１３０とを備えている。上部クランプ部１１０と、下部クランプ部１２０は、軸１４０を支点に開閉できるようになっている。なお、上部、下部の名称は便宜的なものである。

【0012】

上部クランプ部１１０は、半円状の上部湾曲部１１０ａと、操作者が開閉操作を行なう上部把持部１１０ｂと、上部湾曲部１１０ａと上部把持部１１０ｂとを連結するとともに、開閉用の軸１４０が位置する上部支点部１１０ｃとを備えている。ただし、厳密に半円でなくてもよい。

【0013】

下部クランプ部１２０は、上部湾曲部１１０ａよりも中心角の小さい弧状の下部湾曲部１２０ａと、操作者が開閉操作を行なう下部把持部１２０ｂと、下部湾曲部１２０ａと下部把持部１２０ｂとを連結するとともに、軸１４０が位置する下部支点部１２０ｃとを備えている。

【0014】

上部湾曲部１１０ａの径長と下部湾曲部１２０ａの径長とはほぼ同一とすることができ、開いたときに円を形成する向きで上部クランプ部１１０と下部クランプ部１２０とが軸１４０で連結されている。このとき、弾性部材であるばね１４１により、上部クランプ部１１０と下部クランプ部１２０とが閉じる方向に力が加えられている。

【0015】

下部湾曲部１２０ａの弧長は上部湾曲部１１０ａの弧長よりも短いため、本図に示すように、測定対象電線Ｗをクランプしていないときには、ばね１４１の作用により、下部湾曲部１２０ａの先端（下部支点部１２０ｃから遠い方）部分が上部湾曲部１１０ａの内径部分に突き当たった状態で検出センサ１００が安定する。操作者は、上部把持部１１０ｂと下部把持部１２０ｂとを握ることで開操作を行ない、握りを弛めることで閉操作を行なうことができる。

【0016】

電極部１３０は、測定対象電線Ｗの外周に沿うように、１／４円状の２つの湾曲電極（第１電極１３１、第２電極１３２）を備えて構成されている。ただし、厳密に円でなくてもよく、直線に近くてもよい。第１電極１３１と第２電極１３２は、それぞれの端部同士が、半円を形成できる向きで、軸１３３により下部湾曲部１２０ａの中央部分に連結されている。すなわち、電極部１３０は、下部湾曲部１２０ａにおいて、下部湾曲部１２０ａの内側で開閉動作を行なえる。電極部１３０の径長は下部湾曲部１２０ａの径長よりも短いものとする。

【0017】

第１電極１３１、第２電極１３２は、下部湾曲部１２０ａと同じ方向で半円を形成できる向きとなっており、この状態で下部支点部１２０ｃに近い方を第１電極１３１とする。第１電極１３１、第２電極１３２とも、金属製であり、例えば、樹脂成形されたハウジングに覆われていてもよい。電極部１３０からは、リード線、ケーブル等が引き出される。

【0018】

図２（ａ）に示すように、第１電極１３１と第２電極１３２との軸１３３部分には、弾性部材であるばね１４２が配置されており、第１電極１３１、第２電極１３２が閉じる方向に力が加えられている。図２（ｂ）は、下部クランプ部１２０および電極部１３０を、上部クランプ部１１０側から見た図である。このように、下部クランプ部１２０、電極部１３０は、ある程度の厚みを有して形成されている。上部クランプ部１１０についても同様である。

【0019】

第１電極１３１と第２電極１３２とは、ばね１４２により閉じる方向に力が加えられているが、解除可能な開固定機構を備えており、開いた状態で固定できるようになっている。開固定機構は、開固定状態からさらに開くことで解除されるようになっており、例えば、図３に示すように、リンク板１３５とラッチ１３４とで構成することができる。

【0020】

リンク板１３５は、円弧形状となっており、一端が第１電極１３１の開放端側に軸機構１３６で取り付けられており、他端が爪形状となっている。リンク板の中央付近は、軸１３３を避けるようにＵ字型となっており、その部分に突起１３６が形成されている。突起１３６は、下部クランプ部１２０に形成された溝１２３に嵌っている。このため、リンク板１３５は、軸機構１３６を支点とし、溝１２３に沿って移動可能となっている。

【0021】

ラッチ１３４は、第２電極１３２の中程に固定されており、電極部１３０が開いた状態で、リンク板１３５の爪と噛み合うようになっている。すなわち、リンク板１３５の爪がラッチ１３４と噛み合うと、図３（ａ）に示すように、電極部１３０は、開いた状態で固定される。

【0022】

図３（ｂ）に示すように、第１電極１３１をＦ方向に押して、さらに開くようにすると、リンク板１３５の爪がラッチ１３４から外れて、ばね１４２の作用により、図３（ｃ）に示すように、電極部１３０が閉じることになる。閉じた電極部１３０は、手動で開いてラッチ１３４と爪とを噛み合わせることで図３（ａ）に示すように開いた状態で固定することができる。ただし、解除可能な開固定機構は本図の例に限られない。

【0023】

検出センサ１００で、測定対象電線Ｗをクランプする場合には、事前に開固定機構により電極部１３０を開いた状態で固定しておく。そして、上部クランプ部１１０と下部クランプ部１２０とを開いて測定対象電線Ｗを挟み込む。この操作により、測定対象電線Ｗが第１電極１３１を開く方向に押すため、開固定機構が解除されて、第１電極１３１および第２電極１３２が測定対象電線Ｗに接する状態まで電極部１３０が閉じることになる。

【0024】

図４は、径の大きい測定対象電線Ｗをクランプしたときの様子を示し、図５は、径の小さい測定対象電線Ｗをクランプしたときの様子を示している。このように、本実施形態の検出センサ１００では、径の大きい測定対象電線Ｗ、径の小さい測定対象電線Ｗとも、電極部１３０全体にわたって測定対象電線Ｗに近接することができ、電極部１３０の大きさを有効活用することができる。これにより、検出センサ１００の検出感度が高められることになる。

【0025】

このような検出センサ１００は、例えば、図６に示すようなセンサ本体２００に接続することができる。センサ本体２００は、交流電圧を測定対象とした電圧測定器である。本図の例では、周波数ｆｘの交流電圧Ｖｘが印加されている電線Ｗが測定対象となっている。測定対象電線Ｗは、導体３１０と絶縁被覆３２０とで構成されている。

【0026】

測定対象電線Ｗは、検出センサ１００でクランプされており、電極部１３０と測定対象電線Ｗの導体３１０とは、寄生容量Ｃ１で容量結合されている。

【0027】

センサ本体２００には、周波数ｆｓで出力電圧Ｖｓが可変の可変電圧源２１０が備えられている。周波数ｆｘ、周波数ｆｓとも既知であり、ｆｓ＞＞ｆｘであるとする。容量Ｃ１は未知でよい。

【0028】

測定対象の電圧Ｖｘが起因となって容量Ｃ１を流れる周波数ｆｘの電流をＩｘとし、可変電圧源２１０の電圧Ｖｓが起因となって容量Ｃ１を流れる周波数ｆｓの電流をＩｓとする。実際には、電流Ｉｘと電流Ｉｓとを重ね合わせた電流が容量Ｃ１を流れることになる。

【0029】

また、センサ本体２００には、電流検出部２２０、差分抽出部２３０、電圧調整部２４０、電圧測定部２５０、演算部２６０が備えられている。

【0030】

電流検出部２２０は、電流Ｉｘと電流Ｉｓとが重畳した電流を検出する。差分抽出部２３０は、電流検出部２２０の検出結果から、電流Ｉｘの大きさと電流Ｉｓの大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する。電圧調整部２４０は、差分抽出部２３０の出力が０になるように、すなわち、電流Ｉｓの大きさが電流Ｉｘの大きさと等しくなるように可変電圧源２１０の出力電圧Ｖｓを変化させる。電圧測定部２５０は、可変電圧源２１０の出力電圧Ｖｓを測定する。演算部２６０は、電圧測定部２５０における電圧Ｖｓの測定結果に基づいて電圧Ｖｘを算出して出力する。

【0031】

この構成において、電流Ｉｘに対する容量Ｃ１のインピーダンスをＸｃｘとし、電流Ｉｓに対する容量Ｃ１のインピーダンスをＸｃｓとすると、電流Ｉｘ、電流Ｉｓは以下のように表すことができる。

【数1】

【数2】

ここで、Ａを定数としてｆｓ＝Ａ×ｆｘとすると、

【数3】

【数4】

が成り立つので、［数５］が得られる。

【数5】

差分抽出部２３０と電圧調整部２４０により、Ｉｘ＝Ｉｓとなるように電圧Ｖｓが調整されるため、［数１］［数２］より、

【数6】

そして、［数５］［数６］より［数７］が得られる。

【数7】

したがって、演算部２６０は、電圧測定部２５０の測定結果ＶｓをＡ倍する演算を行なうことで、測定対象電圧Ｖｘを算出し、測定結果として出力することができる。例えば、測定対象電圧の周波数ｆｘを商用電源の５０Ｈｚとすると、測定側の周波数ｆｓが５０ｋＨであれば、電圧Ｖｓを１０００倍した値が測定対象の電圧Ｖｘとなる。すなわち、測定対象電圧が数ｋＶであっても数Ｖの電圧で測定できることになる。

【0032】

検出センサ１００とセンサ本体２００とは、図７（ａ）に示すように、ケーブル１９０で接続した分離型としてもよいし、図７（ｂ）に示すように一体型としてもよい。また、検出センサ１００が接続するセンサ本体２００は、電圧計測に限られず、電流計測、磁気計測等を行なうものであってもよい。

【符号の説明】

【0033】

１００ 検出センサ
１１０ 上部クランプ部
１１０ａ 上部湾曲部
１１０ｂ 上部把持部
１１０ｃ 上部支点部
１２０ 下部クランプ部
１２０ａ 下部湾曲部
１２０ｂ 下部把持部
１２０ｃ 下部支点部
１３０ 電極部
１３１ 第１電極
１３２ 第２電極
１３３ 軸
１３４ ラッチ
１３５ リンク板
１３６ 軸機構
１４０ 軸
１９０ ケーブル
２００ センサ本体
２１０ 可変電圧源
２２０ 電流検出部
２３０ 差分抽出部
２４０ 電圧調整部
２５０ 電圧測定部
２６０ 演算部
３１０ 導体
３２０ 絶縁被覆

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】