專利名稱：電流檢測器以及使用其的電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過磁電變換檢測在導體中流動的電流的大小的電流檢測器以及使 用其的電能表。
背景技術(shù)：
在以往的電子式電能表中，在電流測量部中使用具備圖1所示那樣的磁電變換元 件的電流檢測器(參照專利文獻1)。該電流檢測器具備形成環(huán)狀電流通路Ib的導體1、以 貫通有在電流通路Ib中流動的檢測電流I所產(chǎn)生的磁通F的方式配置在環(huán)狀電流通路Ib 的中心的磁電變換元件2、和為了將磁通F聚集而配置在磁電變換元件2的周圍的強磁性體 3。該電流檢測器的構(gòu)造較簡單，磁電變換元件的固定方法也較容易。因此，能夠?qū)崿F(xiàn) 制造成本的降低。此外，由于該電流檢測器在電流的檢測中使用磁電變換元件，所以電流檢 測器的一次側(cè)和二次側(cè)電絕緣。因此，該電流檢測器還可以起到保護連接在電流檢測器的 二次側(cè)的電路的作用。專利文獻1 日本特開平05-223849號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，上述以往的電流檢測器因為由接近的導體中流動的被檢測電流產(chǎn)生的磁場 的相互干涉、外部噪聲的影響、磁電變換元件的經(jīng)年變化帶來的位置的偏差等，有時不能進 行正確的計量。此外，如果為了提高檢測靈敏度，而配置強磁性體，或者增加磁電變換元件的線圈 的卷數(shù)，則電流檢測器大型化，并且還有變得昂貴的問題。本發(fā)明是為了消除上述問題而做出的，技術(shù)問題是提供一種能夠進行正確的計量 并且小型且便宜的電流檢測器以及使用其的電能表。為了解決上述問題，有關(guān)本發(fā)明的第一技術(shù)方案的電流檢測器具備形成環(huán)狀電 流通路的規(guī)定寬度的板狀導體，該板狀導體在長度方向的中途折回而平行地對置；以及磁 電變換元件，設置在平行對置的上述導體之間，以使感磁軸朝向上述導體的寬度方向，并且 該磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu)成為比上述導體的寬度小。根據(jù)有關(guān)本發(fā)明的第一技術(shù)方案的電流檢測器，由于磁電變換元件的感磁軸方向 的長度與上側(cè)導體及下側(cè)導體的寬度相比足夠小，所以在磁電變換元件的感磁面上磁通密 度變得大且均勻。因而，與以往的電流檢測器相比，檢測靈敏度提高。結(jié)果，能夠進行正確 的計量。進而，電流檢測器能夠小型且便宜地構(gòu)成。有關(guān)本發(fā)明的第二技術(shù)方案的電流檢測器具備u字形的板狀導體，構(gòu)成有形成 環(huán)狀的第一電流通路的規(guī)定寬度的第一導體和形成環(huán)狀的第二電流通路的、具有與上述規(guī) 定寬度相同的寬度的第二導體，上述第一導體在長度方向的中途折回而平行地對置，上述 第二導體與上述第一導體連接，且在長度方向的中途折回而平行地對置；第一磁電變換元
3件，設置在平行對置的上述第一導體之間，以使感磁軸朝向上述第一導體的寬度方向，并且 該第一磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu)成為比上述第一導體的寬度??；以及與上述第 一磁電變換元件串聯(lián)連接的第二磁電變換元件，設置在平行對置的上述第二導體之間，以 使感磁軸朝向上述第二導體的寬度方向，并且該第二磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu) 成為比上述第二導體的寬度小。根據(jù)有關(guān)本發(fā)明的第二技術(shù)方案的電流檢測器，第一磁電變換元件配置在形成第 一電流通路的對置的第一導體之間，第二磁電變換元件配置在形成第二電流通路的對置的 第二導體之間。并且，第一磁電變換元件和第二磁電變換元件串聯(lián)連接。通過這樣的結(jié)構(gòu)， 能夠提高檢測靈敏度。此外，在有關(guān)本發(fā)明的第二技術(shù)方案的電流檢測器中，優(yōu)選的是，上述第二磁電變 換元件與上述第一磁電變換元件極性相反地連接。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，檢測靈敏度提高，并且外部磁場的影響被消除。此外，在有關(guān)本發(fā)明的第二技術(shù)方案的電流檢測器中，優(yōu)選的是，上述第一磁電變 換元件和上述第二磁電變換元件配置為，各自的感磁軸為同一軸。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，各磁電變換元件能夠?qū)⑾嗷ジ缮媾懦軌蛱岣邫z測靈敏度。有關(guān)本發(fā)明的第三技術(shù)方案的電能表，具備測量電流的電流測量部、測量電壓的 電壓測量部、基于由上述電流測量部測量的電流和由上述電壓測量部測量的電壓運算電能 的電能運算部、以及將由上述電能運算部運算出的電能輸出的輸出部。此時，上述電流測量 部包括電流檢測器，該電流檢測器具備形成環(huán)狀電流通路的規(guī)定寬度的板狀導體，該板狀 導體在長度方向的中途折回而平行地對置；以及磁電變換元件，設置在平行對置的上述導 體之間，以使感磁軸朝向上述導體的寬度方向，并且該磁電變換元件的感磁軸方向的長度 構(gòu)成為比上述導體的寬度小。有關(guān)本發(fā)明的第三技術(shù)方案的電能表是使用有關(guān)本發(fā)明的第一技術(shù)方案的電流 檢測器而構(gòu)成的，與以往的電流檢測器相比能夠提高檢測靈敏度，能夠進行正確的計量，并 且能夠?qū)崿F(xiàn)小型且便宜的結(jié)構(gòu)。


圖1是用來說明在以往的電子式電能表中使用的電流檢測器的圖。圖2是有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器的外觀立體圖。圖3是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器中使用的磁電變換元件的圖。圖4是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器中使用的另一種磁電變換元件 的圖。圖5是用來說明有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器的作用的圖。圖6是將有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器的效果與以往的電流檢測器的效果 比較表示的圖。圖7是表示排列設置了有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器的情況的例子的圖。圖8是用來說明排列設置了有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器的情況下的作用 的圖。
圖9是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例2的電流檢測器的構(gòu)造的圖。圖10是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施例2的電流檢測器中使用的第一磁電變換元件 和第二磁電變換元件的連接的圖。圖11是表示使用有關(guān)實施例1或?qū)嵤├?的電流檢測器的電子式電能表的結(jié)構(gòu) 的塊圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。另外，對于與在背景技術(shù)中說明的 以往的電流檢測器的結(jié)構(gòu)部分相當?shù)牟糠?，賦予與在背景技術(shù)中使用的標號相同的標號來 加以說明。實施例1圖2所示的有關(guān)本發(fā)明的實施例1的電流檢測器通過將具有規(guī)定的寬度Wl的板 狀的導體4在長度方向的大致中央折回，構(gòu)成以間隙h平行對置的上側(cè)導體4a和下側(cè)導體 4b。這樣，形成環(huán)狀電流通路(以下稱作“環(huán)電流通路”)2a。另外，環(huán)電流通路也可以通過 切入而形成。并且，磁電變換元件2設置在由上側(cè)導體4a和下側(cè)導體4b形成的間隙的中心部、 即環(huán)電流通路2a的中心部。該磁電變換元件2設置為，對于通過在環(huán)電流通路2a中流動 的被檢測電流I而產(chǎn)生的磁場方向(圖2中的右方向)具有檢測靈敏度。具體而言，設置 為，使磁電變換元件2的感磁軸為上側(cè)導體4a及下側(cè)導體4b的寬度方向。磁電變換元件2 的感磁軸方向的長度a在圖2中被夸張地描繪，但長度a與上側(cè)導體4a及下側(cè)導體4b的 寬度wl相比足夠小。磁電變換元件2例如如圖3所示，由卷線在磁芯8上的線圈7構(gòu)成。該磁電變換 元件2檢測與磁芯8的感磁面9 (正交于感磁軸的面)交鏈的磁通，輸出對應于磁通密度的 電流。另外，磁電變換元件2也可以使用圖4所示那樣的霍爾元件10。在這樣構(gòu)成的有關(guān)實施例1的電流檢測器中，如圖2及圖5所示，被檢測電流I流 過從下側(cè)導體4b朝向上側(cè)導體4a的環(huán)電流通路2a。通過該結(jié)構(gòu)，將由上側(cè)導體4a和下側(cè) 導體4b產(chǎn)生的磁通相加合成后的磁通從圖5中的左側(cè)朝向右側(cè)貫穿磁電變換元件2。因而，在有關(guān)實施例1的電流檢測器中，與由磁電變換元件對通過被檢測電流沿 一個方向流過由直線狀的導體構(gòu)成的直線電流通路而產(chǎn)生的磁通進行檢測的一般的電流 檢測器相比，檢測靈敏度提高。此外，磁電變換元件2構(gòu)成為，其感磁軸方向的長度a與上側(cè)導體4a及下側(cè)導體 4b的寬度wl相比足夠小。因此，起到以下所述那樣的作用及效果。圖6(a)是表示由以往的電流檢測器產(chǎn)生的磁場的圖。在該以往的電流檢測器中， 磁電變換元件2的感磁軸方向的長度與導體Ib的厚度相比不能說是足夠小。因此，在磁電 變換元件2的感磁面上發(fā)生磁通的擴散，感磁面上的磁通密度較小。相對于此，在有關(guān)實施例1的電流檢測器中，磁電變換元件2的感磁軸方向的長度 a與上側(cè)導體4a及下側(cè)導體4b的寬度wl相比足夠小。因此，磁通密度在磁電變換元件2 的感磁面上變得均勻且大。結(jié)果，有關(guān)實施例1的電流檢測器與以往的電流檢測器相比檢 測靈敏度提高。此外，有關(guān)實施例1的電流檢測器中，即使在磁電變換元件2的感磁軸方向的位置中發(fā)生了偏差，磁電變換元件2的輸出也不變化，所以能夠補償位置精度。此外，磁電變換元件2的感磁軸方向的長度a與上側(cè)導體4a及下側(cè)導體4b的寬 度wl相比足夠小。因此，有關(guān)實施例1的電流檢測器可以配置多個磁電變換元件2。此外， 通過將多個磁電變換元件2配置在電流檢測器中，能夠得到高輸出的檢測信號。考慮到在作為被檢測電流I的最大值的交流60A(普及的電能表的額定值)流過 的情況下能夠抑制變形及發(fā)熱這一點，上述導體4例如設為寬度wl = 12mm、厚度t = 1mm。 通過采用這樣的寬度及厚度，導體4中的電流密度增加，貫通磁電變換元件2的磁通增加。 因此，磁電變換元件2的檢測靈敏度提高。此外，本發(fā)明者進行的實驗的結(jié)果為，通過設置為環(huán)電流通路2a的切深長d = 40mm、環(huán)電流通路2a的間隙h = 2. 5mm，可以確認貫通磁電變換元件2的磁通成為均勻。通 過采用這樣的尺寸的環(huán)電流通路2a，貫通磁電變換元件2的磁通變得均勻，磁電變換元件2 的輸出相對于磁電變換元件2向?qū)w4的間隙方向的位置偏差的變動被抑制，所以能夠補 償位置精度。為了同時檢測兩個電流通路的被檢測電流而排列設置有關(guān)上述實施例1的電流 檢測器的情況較多。圖7是表示排列設置的電流檢測器的圖，圖7(a)是外觀立體圖，圖7(b) 是俯視圖，圖7(c)是側(cè)視圖，圖7(d)是正視圖。在此情況下，如果使用相同形狀的導體4，則水平方向的磁通的泄露變少。因此，在 測量兩個被檢測電流的情況下，具有即使兩個電流檢測器接近配置、電流檢測器間的干涉 也較少的優(yōu)點。此外，如圖7及圖8所示，在將兩個電流檢測器排列設置的情況下，優(yōu)選的 是一個電流檢測器的被檢測電流Il的相位與另一個電流檢測器的被檢測電流12的相位相 反。如果這樣，則在一個電流檢測器和另一個電流檢測器之間發(fā)生磁場的排斥。因此，電流 檢測器間的干涉變得更小。實施例2圖9是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例2的電流檢測器的構(gòu)造的圖，圖9(a)是外觀立體 圖，圖9(b)是俯視圖，圖9(c)是側(cè)視圖，圖9(d)是正視圖。有關(guān)本發(fā)明的實施例2的電流 檢測器通過將具有規(guī)定的寬度w2的U字形的板狀導體5在長度方向的大致中央折回，形成 以間隙h平行且分別對置的上側(cè)導體和下側(cè)導體。這樣，規(guī)定寬度wl的第一導體5a形成 第一環(huán)電流通路3a，規(guī)定寬度wl的第二導體5b形成第二環(huán)電流通路3b。第一導體5a和第二導體5b通過將U字狀的板狀導體5折回而成形，在U字的底 的部分連接。這些第一導體5a及第二導體5b分別具有相當于有關(guān)實施例1的電流檢測器 的構(gòu)造(尺寸等)。另外，U字形狀及第一導體5a和第二導體5b也可以通過切入來形成。第一磁電變換元件2設置在由第一導體5a的上側(cè)導體和下側(cè)導體形成的間隙的 中心部、即第一環(huán)電流通路3a的中心部。此外，第二磁電變換元件6設置在由第二導體5b 的上側(cè)導體和下側(cè)導體形成的間隙的中心部、即第二環(huán)電流通路3b的中心部。第一磁電變換元件2設置為，對于通過在第一環(huán)電流通路3a中流動的電流而產(chǎn)生 的磁場方向(圖9(a)中的右方向)具有檢測靈敏度，具體而言，使感磁軸成為第一導體5a 的寬度方向，感磁軸方向為磁場方向。此外，第二磁電變換元件6設置為，對于通過在第二 環(huán)電流通路3b中流動的電流而產(chǎn)生的磁場方向(圖9(a)中的左方向)具有檢測靈敏度，
6具體而言，使感磁軸成為第二導體5b的寬度方向，感磁軸方向為磁場方向。因而，第二磁電 變換元件6的感磁軸方向成為與第一磁電變換元件2的感磁軸方向相反的方向。第一磁電變換元件2及第二磁電變換元件6的各自的感磁軸方向的長度與上側(cè)導 體及下側(cè)導體的寬度相比足夠小。此外，第一磁電變換元件2和第二磁電變換元件6如 圖10所示，使感磁軸方向(圖10中用黑圓表示的感磁面的位置)相反地串聯(lián)連接。即，第 一磁電變換元件2和第二磁電變換元件6極性相反地串聯(lián)連接。另外，第一磁電變換元件2及第二磁電變換元件6與有關(guān)實施例1的電流檢測器 同樣，可以使用卷線在磁芯8上的線圈7、或者霍爾元件10而構(gòu)成。在這樣構(gòu)成的有關(guān)實施例2的電流檢測器中，與有關(guān)實施例1的電流檢測器同樣， 與如以往的電流檢測器那樣通過磁電變換元件檢測由直線電流通路產(chǎn)生的磁通的情況相 比，檢測靈敏度提高。進而，在有關(guān)實施例2的電流檢測器中，磁通密度在第一磁電變換元 件2及第二磁電變換元件6的各自的感磁面中變得大且均勻。因此，有關(guān)實施例2的電流 檢測器與以往的電流檢測器相比，檢測靈敏度提高。此外，除了這些效果以外，檢測由第一環(huán)電流通路3a中流動的被檢測電流I產(chǎn)生 的磁通的第一磁電變換元件2與檢測由第二環(huán)電流通路3b中流動的被檢測電流I產(chǎn)生的 磁通的第二磁電變換元件6串聯(lián)連接。因而，第一磁電變換元件2的輸出與第二磁電變換 元件6的輸出被疊加而成為大致2倍。因此，有關(guān)實施例2的電流檢測器與上述有關(guān)實施 例1的電流檢測器相比，靈敏度提高。進而，在有關(guān)實施例2的電流檢測器中，對于來自外部的均勻磁場，通過第一磁電 變換元件2和第二磁電變換元件6能夠得到相同的輸出。但是，由于將第一磁電變換元件 2和第二磁電變換元件6連接以使它們的極性相反，所以各磁電變換元件的輸出相互抵消。 結(jié)果，能夠避免外部磁場的干涉。此外，將第一磁電變換元件2和第二磁電變換元件6配置為，各自的感磁軸為同一 軸。因此，能夠?qū)⒏鞔烹娮儞Q元件2、6的相互干涉排除，檢測靈敏度提高。圖11是表示使用上述有關(guān)實施例1或?qū)嵤├?的電流檢測器的電子式電能表的 結(jié)構(gòu)的塊圖。該電子式電能表具備電流測量部51、電壓測量部52、電能運算部53、液晶顯示 部54、和LED(發(fā)光二極管)55。液晶顯示部54及LED55對應于本發(fā)明的電子式電能表的 輸出部。電流測量部51由上述有關(guān)實施例1或?qū)嵤├?的電流檢測器構(gòu)成，測量在電子式 電能表中流動的電流，并作為電流信號傳送給電能運算部53。電壓測量部52測量施加在電 子式電能表上的電壓，并作為電壓信號傳送給電能運算部53。電能運算部53根據(jù)從電流測量部51傳送來的電流信號、和從電壓測量部52傳 送來的電壓信號，求出電能，生成與該求出的電能成比例的脈沖信號，傳送給液晶顯示部54 及/或LED55。由此，將電能顯示在液晶顯示部54及/或LED55上。工業(yè)實用性本發(fā)明能夠在電子式電能表中使用。
權(quán)利要求
一種電流檢測器，具備形成環(huán)狀電流通路的規(guī)定寬度的板狀導體，該板狀導體在長度方向的中途折回而平行地對置；以及磁電變換元件，設置在平行對置的上述導體之間，以使感磁軸朝向上述導體的寬度方向，并且該磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu)成為比上述導體的寬度小。
2.一種電流檢測器，具備U字形的板狀導體，構(gòu)成有形成環(huán)狀的第一電流通路的規(guī)定寬度的第一導體和形成環(huán) 狀的第二電流通路的、具有與上述規(guī)定寬度相同的寬度的第二導體，上述第一導體在長度 方向的中途折回而平行地對置，上述第二導體與上述第一導體連接，且在長度方向的中途 折回而平行地對置；第一磁電變換元件，設置在平行對置的上述第一導體之間，以使感磁軸朝向上述第一 導體的寬度方向，并且該第一磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu)成為比上述第一導體的 寬度小；以及與上述第一磁電變換元件串聯(lián)連接的第二磁電變換元件，設置在平行對置的上述第二 導體之間，以使感磁軸朝向上述第二導體的寬度方向，并且該第二磁電變換元件的感磁軸 方向的長度構(gòu)成為比上述第二導體的寬度小。
3.如權(quán)利要求2所述的電流檢測器，上述第二磁電變換元件與上述第一磁電變換元件極性相反地連接。
4.如權(quán)利要求2所述的電流檢測器，上述第一磁電變換元件和上述第二磁電變換元件配置為，各自的感磁軸為同一軸。
5.一種電能表，具備測量電流的電流測量部、測量電壓的電壓測量部、基于由上述電 流測量部測量的電流和由上述電壓測量部測量的電壓運算電能的電能運算部、以及將由上 述電能運算部運算出的電能輸出的輸出部，上述電流測量部包括電流檢測器，該電流檢測器具備形成環(huán)狀電流通路的規(guī)定寬度的板狀導體，該板狀導體在長度方向的中途折回而平行 地對置；以及磁電變換元件，設置在平行對置的上述導體之間，以使感磁軸朝向上述導體的寬度方 向，并且該磁電變換元件的感磁軸方向的長度構(gòu)成為比上述導體的寬度小。
全文摘要
電流檢測器具備形成環(huán)狀電流通路(2a)的規(guī)定寬度(w1)的板狀導體(4)，板狀導體(4)在長度方向的中途折回而平行地對置；以及磁電變換元件(2)，設置在平行對置的上述導體(4；4a，4b)之間，以使感磁軸朝向上述導體(4)的寬度方向，并且磁電變換元件(2)的感磁軸方向的長度(a)構(gòu)成為比上述導體的寬度(w1)小。
文檔編號G01R15/20GK101965520SQ20098010809
公開日2011年2月2日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者迫山光弘, 黑川冬樹, 黑木雄太 申請人:東光東芝測量儀器株式會社