特許 7665864 電流変換器

(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】2025-04-11

(45)【発行日】2025-04-21

(54)【発明の名称】電流変換器

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20250414BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024505599

(86)(22)【出願日】2022-07-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-19

(86)【国際出願番号】 EP2022070270

(87)【国際公開番号】W WO2023011916

(87)【国際公開日】2023-02-09

【審査請求日】2024-03-13

(31)【優先権主張番号】21188975.3

(32)【優先日】2021-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520011360

【氏名又は名称】レム・インターナショナル・エスエイ

(74)【代理人】

【識別番号】100101890

【弁理士】

【氏名又は名称】押野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100098268

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 豊

(72)【発明者】

【氏名】トロンベルト・ステファン

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０７６１１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０６８８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８９５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２８３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８３９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３９８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１４８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第００８２５１３７（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流変換器（１）であって、
ハウジング（２）と、磁性コアと、磁場検出システムと、を含み、
前記磁性コアは、中を通して一次導体（３０）を受容するための一次導体通路（４）を囲み、
前記磁性コアは、第１の磁気回路ギャップ（１７ａ）および第２の磁気回路ギャップ（１７ｂ）を形成するように前記ハウジング内に組み立てられた第１の部品（１５）および第２の部品（１６）を含み、
前記磁場検出システムは、前記第１の磁気回路ギャップ（１７ａ）に位置付けられた第１の磁場検出器（１８ａ）と、前記第２の磁気回路ギャップ（１７ｂ）に位置付けられた第２の磁場検出器（１８ｂ）と、を含み、
前記第１の磁気回路ギャップおよび前記第２の磁気回路ギャップは、前記磁性コアの両側に配置され、
前記第１の部品および前記第２の部品の各々は、橋渡し分岐（１５ｂ、１６ｂ）によって接合された一対の側方分岐（１５ａ、１６ａ）を含み、
前記第１の部品および前記第２の部品の前記側方分岐は、前記磁性コアの前記第１の部品（１５）の前記側方分岐（１５ａ）が前記磁性コアの前記第２の部品（１６）の前記側方分岐（１６ａ）の内側に隣接して位置付けられるように重なっており、前記第１の磁気回路ギャップおよび前記第２の磁気回路ギャップは、前記第１の部品の前記側方分岐の外側と前記第２の部品の前記側方分岐の内側との間に形成されていることを特徴とする、電流変換器。

【請求項2】

前記磁性コアの前記第１の部品および前記第２の部品は共にＵ字形状である、請求項１に記載の電流変換器。

【請求項3】

前記ハウジングは、ベースハウジング（５）と、前記一次導体（３０）が前記一次導体通路（４）内に配置され得る開放位置から、前記磁性コアが前記一次導体通路（４）を完全に囲む、閉鎖およびロック位置まで、前記ベースハウジングに対して移動可能なカバーハウジング（８）と、を含み、前記磁性コアの前記第１の部品および前記第２の部品の一方は前記ベースハウジングに装着され、前記磁性コアの前記第１の部品および前記第２の部品の他方は前記カバーハウジングに装着されている、請求項１に記載の電流変換器。

【請求項4】

前記カバーハウジング（８）は、前記ベースハウジング（５）にヒンジ式に結合されている、請求項３に記載の電流変換器。

【請求項5】

前記カバーハウジング（８）は、前記ベースハウジング（５）に取り外し可能に結合されている、請求項３に記載の電流変換器。

【請求項6】

前記磁性コアの前記第１の部品（１５）の前記側方分岐（１５ａ）は、前記ベースハウジングの対応するキャビティに受容され、前記第１の磁場検出器および前記第２の磁場検出器は、同じ前記キャビティに装着されている、請求項３に記載の電流変換器。

【請求項7】

前記ベースハウジングの磁性コア受容部分（６）は、前記閉鎖およびロック位置にある前記カバーハウジング上の側方分岐のための相補的なガイド壁をガイドする外面（１１）を有する、側方分岐のための外側ガイド壁（７）を含む、請求項６に記載の電流変換器。

【請求項8】

前記ガイド壁は、テーパー状である、請求項７に記載の電流変換器。

【請求項9】

前記磁性コアの前記第１の部品は、前記ベースハウジング（５）内に位置付けられ、前記磁性コアの前記第２の部品（１６）は、前記カバーハウジング（８）内に位置付けられている、請求項３に記載の電流変換器。

【請求項10】

前記第１の磁場検出器（１８ａ）および前記第２の磁場検出器（１８ｂ）は、前記ベースハウジング（５）内に装着された電子回路の回路基板（１９）上に装着されたＡＳＩＣの形態である、請求項９に記載の電流変換器。

【請求項11】

前記ＡＳＩＣは、前記磁性コアの前記第１の部品の対応する前記側方分岐に対して隣接して前記ベースハウジングの対応するキャビティ内に位置付けられたとき、前記回路基板（１９）から直交して直立して配置されている、請求項１０に記載の電流変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つ以上の一次導体を受容するように構成された中央通路を囲む磁性コアを備え、前記１つ以上の導体に流れる電流を測定するための電流変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のタイプの電流変換器は、一次導体に流れる電流によって発生する磁場を測定するためにホール効果センサのような磁場検出器が位置付けられるエアギャップを有する磁性コアを含む。このような変換器は開ループ型または閉ループ型のものであってよく、後者は一般に、測定される一次電流によって発生する磁場を打ち消そうとする二次電流を発生させる補償コイルを有する。

【0003】

一部の電流変換器では、２つのエアギャップと、各エアギャップに１つずつ設けられた、２つの磁場検出器と、がある。エアギャップと磁場検出器は通常、対称配置で磁気回路の向かい合う側面に設けられる。一対のエアギャップを設ける利点の１つは、磁性コアを２つの部品、典型的には２つのＵ字型部品で設けることであり、この２つの部品は、一緒に組み立てられたときに磁性コアに囲まれた中央通路内に一次導体を位置付けることができるように、分離され得る。

【0004】

磁場検出器が位置付けられるエアギャップが１つしかない２部品磁性コアも知られているが、磁性物質の飽和が低減された、より高い測定感度と精度は、それぞれが磁場検出器を備えた２つのエアギャップを有する２部品磁性コアで達成可能である。

【0005】

一対の磁場検出器とそれに対応するエアギャップを有する従来の変換器では、エアギャップの長さの差によって変換器の精度が悪影響を受ける。このような差は、特に、磁性コアの開閉に必要な遊びの量に起因して、一次導体を中央通路に抜き差しできるようにした変換器の配置において生じる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の点に鑑み、本発明の目的は、特に、磁性コアの中央通路内での一次導体の位置付けを可能にするように磁気回路が開かれ得る用途のための、正確で経済的に製造できる２部品磁性コアを備えた電流変換器を提供することである。

【0007】

製造公差および可動部品による位置公差による測定精度のばらつきが低減された前述の種類の電流変換器を提供することが有利である。

【0008】

コンパクトな電流変換器を提供することが有利である。

【0009】

設置および使用が簡単な電流変換器を提供することが有利である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の目的は、請求項１に記載の電流変換器を提供することによって達成された。

【0011】

本明細書には、ハウジングと、磁性コアと、磁場検出システムと、を含む電流変換器が開示され、磁性コアは、中を通して一次導体を受容するための一次導体通路を囲んでいる。磁性コアは、第１の磁気回路ギャップおよび第２の磁気回路ギャップを形成するようにハウジング内に組み立てられた第１の部品および第２の部品を含み、磁場検出システムは、第１の磁気回路ギャップに位置付けられた第１の磁場検出器と、第２の磁気回路ギャップに位置付けられた第２の磁場検出器と、を含む。第１および第２の磁気回路ギャップは、磁性コアの両側に配置され、第１および第２の部品の各々は、橋渡し分岐によって接合された一対の側方分岐を含む。第１および第２の磁性コア部品の側方分岐は、磁性コアの第１の部品の側方分岐が磁性コアの第２の部品の側方分岐の内側に隣接して位置付けられるように重なっており、前記第１および第２の磁気回路ギャップは、第１の部品の側方分岐の外側と第２の部品の側方分岐の内側との間に形成されている。

【0012】

有利な実施形態では、磁性コアの第１の部品および第２の部品は共にＵ字形状である。

【0013】

有利な実施形態では、ハウジングは、ベースハウジングと、一次導体が一次導体通路内に配置され得る開放位置から、磁性コアが一次導体通路を完全に囲む、閉鎖およびロック位置まで、ベースハウジングに対して移動可能なカバーハウジングと、を含み、磁性コアの第１および第２の部品の一方はベースに装着され、磁性コアの第１および第２の部品の他方はカバーに装着される。

【0014】

有利な実施形態では、カバーハウジングは、ベースハウジングにヒンジ式に結合されている。

【0015】

代替的な実施形態では、カバーハウジングは、ベースハウジングに取り外し可能に結合されている。

【0016】

有利な実施形態では、磁性コアの第１の部品の側方分岐は、ベースハウジングの対応するキャビティに受容され、磁場検出器は、前記同じキャビティに装着される。

【0017】

有利な実施形態では、磁性コア受容部分は、閉鎖位置においてカバーハウジング上の側方分岐のための相補的なガイド壁をガイドする外面を有する、側方分岐のための外側ガイド壁を含む。

【0018】

有利な実施形態では、ガイド壁はテーパー状である。

【0019】

有利な実施形態では、磁性コアの第１の部品はベースハウジング内に位置付けられ、磁性コアの第２の部品はカバーハウジング内に位置付けられる。

【0020】

有利な実施形態では、磁場検出器は、ベースハウジング内に装着された電子回路の回路基板上に装着されたＡＳＩＣの形態である。

【0021】

有利な実施形態では、ＡＳＩＣは、磁性コアの第１の部品の対応する側方分岐に対して隣接してハウジングの対応するキャビティ内に位置付けられたとき、回路基板から直交して直立して配置される。

【0022】

本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲、詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1a】本発明の一実施形態による電流変換器の上面図である。

【図1b】図１ａの線１ｂ－１ｂを通る断面図である。

【図1c】図１ｂの一部の一部の拡大図である。

【図1d】磁性コアの中央通路に一次導体を挿入するための開放位置にある磁性コアを示す、図１ｃと同様の図である。

【図2】本発明の一実施形態による電流変換器の斜視分解組立図である。

【図3】本発明の一実施形態による電流変換器の磁性コアおよび磁場検出器を通る概略断面図である。

【図4】中央通路内の種々の位置にある一次導体の磁力線を示す、本発明の一実施形態による磁気回路の概略図である。

【図5】本発明の一実施形態による磁性コアの概略図であり、製造公差および位置公差によるエアギャップの対称性を（誇張して）示している。

【図6】第２の磁性コアに対する第１の磁性コアのオフセットに応じたエアギャップの長さの関数としての第１および第２のエアギャップ内の磁場強度のプロットである。

【図7】図６のオフセットによる第１および第２の磁場検出器の合成出力を示すプロットである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図を参照すると、１つ以上の一次導体３における電流を測定するための電流変換器１は、ハウジング２と、磁性コア１５、１６と、磁場検出システム１８ａ、１８ｂと、ハウジング内に装着された電子回路２１と、を含む。ハウジング２は、中を通して１つ以上の一次導体を受容するための一次導体通路４を画定する一次導体受容部分を有する。

【0025】

磁性コアは、第１の部品１５と第２の部品１６とを含み、これらは、磁性コアの第１の部品１５と第２の部品１６との間に第１の磁気回路ギャップ１７ａおよび第２の磁気回路ギャップ１７ｂを画定する。磁場検出システムは、第１の磁気回路ギャップ内に装着された第１の磁場検出器１８ａと、第２の磁気回路ギャップ１７ｂ内に装着された第２の磁場検出器１８ｂと、を含む。磁気回路ギャップは、空気以外の非磁性材料で満たされ得るが、一般に「エアギャップ」としても知られている。

【0026】

磁場検出器は、ホール効果検出器、フラックスゲート検出器、または当技術分野でそれ自体周知の他の形態の磁場検出器であってもよい。磁場検出器は、有利には、電子回路２１の回路基板１９に装着され接続されるＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）の形態で提供され得る。

【0027】

電子回路は、使用時に変換器が接続される外部回路に電気的に接続するためのコネクタ２０をさらに含み得る。電子回路は、磁場検出器１８ａ、１８ｂからの信号を処理し、これらに電力を供給するために、回路基板１９上のさらなる回路構成要素を含み得る。このような機能はそれ自体周知であり、本明細書でさらに説明する必要はない。

【0028】

ハウジングはベースハウジング５を含み、その中に、電子回路２１および磁性コアの第１の部品１５が受容される。ハウジング２はカバーハウジング８をさらに含み、その中に、磁性コアの第２の部品１６が装着され、カバーハウジング８はベースハウジング５に結合されている。

【0029】

ベースハウジング５は、第１のハウジング部材５ａと、第２のハウジング部材５ｂと、を含み、これらは、一緒に組み立てられ、その中に１つ以上のキャビティを形成して、電子回路および磁性コアの第１の部品１５を受容し収容する。第２のハウジング部材５ｂは、特に、磁性コアの第１の部品１５の側方分岐１５ａを収容して位置付けるためのキャビティを有する磁性コア受容部分６を含む。収容するキャビティ内部には、磁場検出器１８ａ、１８ｂもまた、側方分岐１５ａの外側に隣接して受容される。

【0030】

磁性コアの第１の部品１５および第２の部品１６は、概ねＵ字形状であってよく、橋渡し分岐１５ｂによって相互接続された側方分岐１５ａ、１６ａを含む。第１の部品１５の側方分岐１５ａは、第２の部品の側方分岐１６ａよりも間隔が小さく、第１の部品の側方分岐は、第２の部品の側方分岐１６間に形成される空間内に位置付けられ得る。したがって、第１の部品の側方分岐１５ａの外側と第２の部品の側方分岐１６ａの内側との間にエアギャップ１７ａが形成される。

【0031】

第１および第２の部品のＵ字形状は、間に中央通路を形成するように対向して配置され、側方分岐は、それぞれの分岐の外側側面と内側側面との間にエアギャップを形成するように、互いに重なり合っている。したがって、第１の部品が第２の部品に対して横方向にずれると、エアギャップのうちの一方は、短くなった長さＧ１を有し、他方のエアギャップは、長くなった長さＧ２を有する。したがって、エアギャップＧ１とＧ２の合計は、一定のままである。この構成の重要な利点は、鏡面対称に配置された側方分岐の対向する端部間にエアギャップが設けられた従来の変換器と比較して、第１および第２の磁場検出器の出力を合計する際の磁場の測定における変動が低減されることである。このような先行技術の構成では、第１の磁性コア部品と第２の磁性コア部品との間の位置がずれると、両方のエアギャップの長さが変化し得る。このため、磁性コア部品の位置のばらつきによる不正確さが、緩和効果なしに存在する。

【0032】

ベースハウジング５の磁性コア受容部分６は、有利には、第２の部品の側方分岐１６ａとまたは磁性コアの第１の部品の側方分岐１５の外側に第２の部品１６の側方分岐１６ａを位置付けるためのカバーハウジング８上のガイド壁と協働する外側側面上のガイド面１１を形成する、受容キャビティ２２の外側側面上におけるガイド壁７を含み得る。ガイド壁７は、有利には、カバーが閉鎖位置に旋回される際にカバーをガイドして位置付けるために、上方端部にテーパー状のガイド面１１を有することができる。

【0033】

カバーハウジング８は、例えばカバーハウジングのピボット突起１３の相補的な孔に受容されるピン１４を含む、ピボット連結器を介してベースハウジング５に結合され得、カバーハウジングは、図１ｄで最もよく分かるように、一次導体通路４内に一次導体を受容するために旋回可能に開放されることが可能になる。その後、カバーハウジングは、旋回されて閉鎖位置に戻ることができ、閉鎖位置では、ラッチ１２が例えばベースハウジング５にクリップ留めされて、図１ｃで最もよく分かるような閉鎖位置でカバーハウジングをベースハウジングに固定する。

【0034】

中央通路に一次導体を位置付けることを可能にする分割型磁性コアでそれ自体既知であるように、他の様々な固定機構を設けてもよい。例えば、カバーハウジングは、ピボット機構を有する代わりに、ベースハウジングから完全に取り外し可能で、一対のラッチで一体に固定されていてもよい。一次導体を中央通路に位置付けるために中央通路を開くための、カバーハウジングとベースハウジングの分解および組立のための他の結合機構を設けてもよい。

【0035】

側方分岐が重なり合って２つのエアギャップを形成する本発明の構成の重要な利点は、相対的な横方向の位置付けの不正確さの影響が低減されるだけでなく、コア部品間の間隔の不正確さの影響も低減されることであり、それは、橋渡し分岐が近いか離れているかにかかわらず、エアギャップのサイズに変化がないためである。

【0036】

図６のプロットで最もよく分かるように、磁性コアの第２の部品に対して第１の部品が横方向にずれると、一方のエアギャップの長さＧ１は他方のエアギャップの長さＧ２に逆比例して変化するが、Ｇ１＋Ｇ２の合計は一定のままである。その結果、第１および第２の磁性コア部品の位置付けの不正確さが、磁場検出器の出力に与える影響が低減される。この配置は、図４に示されるような、中心から外れた一次導体３０の影響を低減することも可能にする。

【0037】

〔使用した参照符号のリスト〕
電流変換器１
ハウジング２
一次導体受容部分３
一次導体通路４
ベースハウジング５
第１のハウジング部材（ベース）５ａ
第２のハウジング部材５ｂ
磁性コア受容部分６
側方分岐のためのガイド壁７
ガイド面１１
カバーハウジング８
第３のハウジング部材８ａ
磁性コア受容部分９
キャビティ１０
ラッチ１２
ピボット突起１３
第４のハウジング部材８ｂ
ピボット連結器
ピン１４
磁性コア
第１の部品１５
側方分岐１５ａ
橋渡し分岐１５ｂ
第２の部品１６
側方分岐１６ａ
橋渡し分岐１６ｂ
第１の磁気回路ギャップ（エアギャップ）１７ａ
第２の磁気回路ギャップ（エアギャップ）１７ｂ
磁場検出システム
第１の磁場検出器１８ａ
第２の磁場検出器１８ｂ
電子回路２１
回路基板１９
コネクタ２０
回路構成要素
第１のエアギャップ長さＧ１
第２のエアギャップ長さＧ２

【0038】

〔実施の態様〕
（１） 電流変換器（１）であって、
ハウジング（２）と、磁性コアと、磁場検出システムと、を含み、
前記磁性コアは、中を通して一次導体（３０）を受容するための一次導体通路（４）を囲み、
前記磁性コアは、第１の磁気回路ギャップ（１７ａ）および第２の磁気回路ギャップ（１７ｂ）を形成するように前記ハウジング内に組み立てられた第１の部品（１５）および第２の部品（１６）を含み、
前記磁場検出システムは、前記第１の磁気回路ギャップ（１７ａ）に位置付けられた第１の磁場検出器（１８ａ）と、前記第２の磁気回路ギャップ（１７ｂ）に位置付けられた第２の磁場検出器（１８ｂ）と、を含み、
前記第１の磁気回路ギャップおよび前記第２の磁気回路ギャップは、磁性コアの両側に配置され、
前記第１の部品および前記第２の部品の各々は、橋渡し分岐（１５ｂ、１６ｂ）によって接合された一対の側方分岐（１５ａ、１６ａ）を含み、
前記第１の磁性コア部品および前記第２の磁性コア部品の前記側方分岐は、前記磁性コアの前記第１の部品（１５）の前記側方分岐（１５ａ）が前記磁性コアの前記第２の部品（１６）の前記側方分岐（１６ａ）の内側に隣接して位置付けられるように重なっており、前記第１の磁気回路ギャップおよび前記第２の磁気回路ギャップは、前記第１の部品の前記側方分岐の外側と第２の部品の前記側方分岐の内側との間に形成されていることを特徴とする、電流変換器。
（２） 前記磁性コアの第１の部品および第２の部品は共にＵ字形状である、実施態様１に記載の電流変換器。
（３） 前記ハウジングは、ベースハウジング（５）と、前記一次導体（３０）が前記一次導体通路（４）内に配置され得る開放位置から、前記磁性コアが前記一次導体通路（４）を完全に囲む、閉鎖およびロック位置まで、前記ベースハウジングに対して移動可能なカバーハウジング（８）と、を含み、前記磁性コアの前記第１の部品および前記第２の部品の一方は前記ベースに装着され、前記磁性コアの前記第１の部品および前記第２の部品の他方は前記カバーに装着されている、実施態様１に記載の電流変換器。
（４） 前記カバーハウジング（８）は、前記ベースハウジング（５）にヒンジ式に結合されている、実施態様１に記載の電流変換器。
（５） 前記カバーハウジング（８）は、前記ベースハウジング（５）に取り外し可能に結合されている、実施態様１に記載の電流変換器。

【0039】

（６） 前記磁性コアの第１の部品（１５）の前記側方分岐（１５ａ）は、前記ベースハウジングの対応するキャビティに受容され、前記磁場検出器は、前記同じキャビティに装着されている、実施態様１に記載の電流変換器。
（７） 前記磁性コア受容部分（６）は、前記閉鎖位置において前記カバーハウジング上の側方分岐のための相補的なガイド壁をガイドする外面（１１）を有する、側方分岐のための外側ガイド壁（７）を含む、実施態様６に記載の電流変換器。
（８） 前記ガイド壁は、テーパー状である、実施態様７に記載の電流変換器。
（９） 前記磁性コアの前記第１の部品は、前記ベースハウジング（５）内に位置付けられ、前記磁性コアの前記第２の部品（１６）は、前記カバーハウジング（８）内に位置付けられている、実施態様１に記載の電流変換器。
（１０） 前記磁場検出器（１８ａ、１８ｂ）は、前記ベースハウジング（５）内に装着された電子回路の回路基板（１９）上に装着されたＡＳＩＣの形態である、実施態様９に記載の電流変換器。

【0040】

（１１） 前記ＡＳＩＣは、前記磁性コアの前記第１の部品の対応する前記側方分岐に対して隣接して前記ハウジングの対応するキャビティ内に位置付けられたとき、前記回路基板（１９）から直交して直立して配置されている、実施態様１０に記載の電流変換器。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】