(57)【要約】      （修正有）【課題】様々な寸法の電流搬送バスの取り付けが簡単な電流センサを提供する。【解決手段】電流搬送バス１０６内の電流を検出するコイル１１０と、電流搬送バス１０６から離間してコイル１１０を電流搬送バス１０６に取り付けるマウント１２０とを備える電流センサ１０２を開示する。また、電流センサ１０２を備えて同様に構成されたシステム１００も開示する。コイル１１０は、外部絶縁層を含むことができる。マウント１２０は、絶縁材料１２８を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流搬送バス（１０６）内の電流を検出するコイル（１１０）と、
前記電流搬送バス（１０６）から離間して前記コイル（１１０）を前記電流搬送バス（１０６）に取り付けるマウント（１２０）とを備える電流センサ。
【請求項２】
前記コイル（１１０）が外部絶縁層（１９８）を含み、前記マウント（１２０）が絶縁材料（１２８）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記マウント（１２０）が、一対の長手方向部材及びこれらを相互に接続する横方向アームを含むラダー構造物（１３０）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記マウント（１２０）が、前記ラダー構造物（１３０）を各部分に分離可能な分離点（１３９）を含む、請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記マウント（１２０）が、前記コイル（１１０）を前記マウント（１２０）に結合する、複数のコイル（１１０）留め領域（１４０）を含み、各コイル（１１０）留め領域（１４０）が、長手方向に延在し、隣接する横方向アームを結合する部材（１４２）を含む、請求項３に記載の電流センサ。
【請求項６】
長手方向に延在する前記各部材（１４２）が、前記長手方向部材の厚さ未満の厚さを有する下部くり抜き領域（１４４）を含む、請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記対の長手方向部材の間に、斜め方向に延在する支柱（１３８）を更に備える、請求項３に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記斜め方向に延在する支柱（１３８）に結合された留め具を収容する取り付け穴（１５０）を更に備える、請求項７に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記マウント（１２０）が、留め具を収容する取り付け穴（１５０）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記マウント（１２０）が、前記コイル（１１０）を前記マウント（１２０）に結合する、複数のコイル（１１０）留め領域（１４０）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１１】
前記マウント（１２０）が、前記電流搬送バス（１０６）に対して前記マウント（１２０）を位置決めする基準形体（１３６）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１２】
前記マウント（１２０）が、前記電流搬送バス（１０６）の第１の側部（１６２）に接する第１の部分（１６０）と、前記電流搬送バス（１０６）の第２の側部（１６６）に接し、前記第１の部分（１６０）と結合された、第２の部分（１６４）とを含み、前記コイル（１１０）が、前記第１の部分（１６０）及び前記第２の部分（１６４）のいずれか一方に結合された、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記電流の値を出力する電流読取装置を更に備える、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記コイル（１１０）として、ロゴスキーコイル（１１０）を含む、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項１５】
電流搬送バス（１０６）を含む機器と、
電流センサ（１０２）とを備えるシステムであって、
前記電流センサ（１０２）が、
前記電流搬送バス（１０６）内の電流を検出するコイル（１１０）と、
前記コイル（１１０）を前記電流搬送バス（１０６）に取り付けるマウント（１２０）とを含む、システム。
【請求項１６】
前記機器が、発電機励磁システム（１００）、巻線変換装置、及びモータ制御装置から成る群から選択される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記マウント（１２０）が、一対の長手方向部材及びこれらを相互に接続する横方向アームを含むラダー構造物（１３０）を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記マウント（１２０）が、前記ラダー構造物（１３０）を各部分に分離可能な分離点（１３９）を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記マウント（１２０）が、前記コイル（１１０）を前記マウント（１２０）に結合する、複数のコイル（１１０）留め領域（１４０）を含み、各コイル（１１０）留め領域（１４０）が、長手方向に延在し、隣接する横方向アームを結合する部材（１４２）を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記マウント（１２０）が、前記電流搬送バス（１０６）の第１の側部（１６２）に接する第１の部分（１６０）と、前記電流搬送バス（１０６）の第２の側部（１６６）に接し、前記第１の部分（１６０）と結合された、第２の部分（１６４）とを含み、前記コイル（１１０）が、前記第１の部分（１６０）及び前記第２の部分（１６４）のいずれか一方に結合された、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、産業用機器における電流検出に関し、特に、電流搬送バスにコイルを取り付けた電流センサ及び関連システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流検出は、典型的には、発電機の励磁機などの産業用機器において、導通センサ又は電流変圧器を用いて行われる。導通センサは、例えば、小さな間隙を有する金属の大きなループの形態であり、その間隙にセンサが設けられる。しかし、いずれの方法を用いる場合でも、電流搬送バスがセンサ全体を通ることが必要であり、センサを保持するための、大きな電圧絶縁ブラケットが必要である。これらの方法は、バスの寸法を限定するため、熱の問題を引き起こす可能性がある。更に、バスワークを新しい電流センサに挿入する場合にはバスワークを分解しなければならないため、これらの方法では、後付けが困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の実施形態において、電流搬送バス内の電流を検出するコイルと、電流搬送バスから離間してコイルを電流搬送バスに取り付けるマウントとを備える電流センサを開示する。
【０００４】
本発明の第２の実施形態において、電流搬送バスを有する機器と電流センサとを備えるシステムを開示する。この電流センサは、電流搬送バス内の電流を検出するコイルと、コイルを電流搬送バスに取り付けるマウントとを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態による電流センサを含むシステムの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態によるコイルの断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるマウントの斜視図である。
【図４】図３のマウントの部分拡大斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による、電流搬送バスに結合されたマウントの斜視図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、電流センサに結合されたマウントの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面を参照すると、図１に、本発明による電流センサ１０２を搭載したシステム１００の実施形態を例示する。システム１００は、電流搬送バス１０６（以下、「バス」）を含む機器（図示せず）を含んでよい。この機器は、実質的には、電流を使用する任意の産業用機器であってよい。例えば、このような機器として、発電機励磁システム、巻線変換装置、モータ制御装置などが考えられる。バス１０６は、上位システムの部品間の電流を搬送する任意の導体であってよく、任意の様々な形状及び寸法をとり得る。例えば、寸法に関しては、バス１０６の幅は、約２．５４ｃｍ（１インチ）から約２０．３２ｃｍ（８インチ）の範囲であってよく、奥行きは、約０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）から約１．２７ｃｍ（０．５０インチ）の範囲であってよい。他の寸法も可能である。
【０００７】
電流センサ１０２は、バス１０６内の電流を検出するコイル１１０を含んでよい。一実施形態では、コイル１１０は、一般にロゴスキーコイルと称される構成を有してよく、その構成を図２に例示する。図２のように、コイル１１０は、最内部絶縁性円筒１９０（例えば、フレキシブルな心棒）を含んでよい。最内部絶縁性円筒１９０のまわりに、ワイヤ１９２（例えば、銅ワイヤ）の螺旋コイルを配置してよく、ワイヤの一端は、コイルの中心を通って他端へ戻る。従って、ワイヤの両端は、コイルの同じ端部に位置する。内部絶縁層１９４が、ワイヤ１９２のコイルを囲んで、コイルを導電シールド１９６から隔離してよく、導電シールド１９６は、電磁干渉を低減するように働く。バス１０６がシールド１９６又はワイヤ１９２のコイルと接触しないように、導電シールド１９６は、外部絶縁層１９８に囲まれてよい。絶縁層１９０、１９４、１９８は、通常、非導電ポリマーで作られている。他のコイル構成も可能であってよい。図１のように、コイル１１０は、電流値を出力する外部電流読取装置１１６と結合されてよく、外部電流読取装置１１６は、コイル１１０からの信号から電流値を決定するための、周知の又は今後開発される任意の機器を有してよい。より具体的には、コイル１１０によって検出された電磁界に基づいて電流を決定することが可能な任意の電流読取装置を適用してよい。
【０００８】
バス１０６は、用途によっては、例えば、約１４００ボルト交流（ＡＣ）のレンジの電力を搬送する場合がある。この設定では、コイル１１０上の絶縁層１９８は、バス１０６とコイルとの間の高電圧勾配によって誘起されたイオン化空気１０４にさらされる可能性があり、これによって、絶縁性能が低下し、最終的には故障やバスの短絡につながり、場合によっては爆発を引き起こすおそれがある。このような空気のイオン化現象は、「部分放電」と称されることがある。この状況に対処するために、電流センサ１０２は、コイル１１０を、バス１０６から距離をおいてバス１０６に取り付けるためのマウント１２０を更に含む。これによって、コイル１１０は、バス１０６に直接接触せず、バス１０６から十分離れて位置することにより、イオン化による損傷を防ぐ。更に、コイル１１０は、従来の電流センサが典型的にそうであったようにはバス１０６を囲まず、バス１０６の外にある。バス１０６とコイル１１０との間の距離は、用途に応じて様々であってよい。上述の１４００ＶＡＣの用途例の場合、この距離は、約１．２７ｃｍ（０．５インチ）であってよい。他の用途では、例えば、３０００Ｖもの高電圧があっても部分放電を起こさないように、マウント１２０は、コイル１１０とバス１０６（又は取り付け留め具）との間に十分な空隙が得られるように寸法決めされている。コイル１１０をマウント１２０に結合するには、いくつかの方法がある。一例では、図１のように、ある長さの材料１２８（例えば、プラスチックストラップ又は金属ワイヤ）をコイル１１０に巻いて、マウント１２０と結合してよい。他の結合方法（接着、クランプ、又は他の機械的結合）も可能である。
【０００９】
コイル１１０の適正かつ安定した位置決めが可能になり、コイル１１０が様々な用途での使用に対応する柔軟性を有するように、マウント１２０を構成することができる。図３〜図６に、マウント１２０の様々な実施形態を示す。図３〜図４を参照すると、一実施形態では、マウント１２０は、ラダー構造物１３０を含んでよく、ラダー構造物１３０は、一対の長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂと、これらを相互に接続する横方向アーム１３４Ａ〜１３４Ｆ（全てに参照符号が付与されているわけではない）とを含んでいる。マウント１２０は更に、バス１０６に対してマウントを位置決めするための基準形体１３６を含んでよい。図示の例では、基準形体１３６は、バス１０６の端部と噛合する、長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂの下部くり抜きを含む。すなわち、長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂは、基準形体１３６を形成するように、長手方向に厚さが変化している。他の形態の基準形体も可能である。更に、図示した基準形体１３６は１つだけだが、これらの機能は、バスに対する適正な位置合わせ及び取り付けのために必要であれば、部材１３２Ａ、１３２Ｂのどこに設けてもよい。マウント１２０は更に、剛性を与えるため、及び／又は他の構造物の位置決めを可能にするために、対の長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂの間に、斜め方向に延在する支柱１３８を含んでよい。
【００１０】
図４から最もよくわかるように、マウント１２０は更に、複数のコイル留め領域１４０を含んでよく、このとき、コイル１１０が何らかの留め具でマウントと結合される。一例では、コイル留め領域１４０は、長手方向に延びて、隣接する横方向アーム（例えば、１３４Ａ、１３４Ｂ又は１３４Ｄ、１３４Ｅ）を結合する部材１４２を含んでいる。長手方向に延びる各部材１４２は、（例えば、プラスチックストラップ又は金属ワイヤの形態の）材料１２８（図１）のような長さの留め具に対応するように、長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂほどの厚さではない下部くり抜き領域１４４（図３及び図４の右端のそれぞれ１箇所に参照符号が記載されている）を含んでよい。
【００１１】
一実施形態では、図５のように、マウント１２０は、必要な数の取り付け穴１５０（図３〜図４）及び留め具１５２を用いて、バス１０６に直接結合されてもよい。取り付け穴１５０は、任意の数の場所に設けられてよく、例えば、長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂ内、斜め支柱１３８内、横方向アーム１３４Ａ〜Ｆ内に設けられてもよい。留め具１５２は、マウント１２０をバス１０６に固定的に結合することに好適であり、機器の環境に対して耐性を有する任意の接合具（例えば、金属又はプラスチックのねじ又はボルト）であってよい。代替実施形態では、図１及び図６のように、マウント１２０は、バス１０６の第１の側部１６２に接して位置する第１の部分１６０と、バス１０６の第２の側部１６６に接して位置する第２の部分１６４とを含んでいる。第１及び第２の部分１６０、１６４は、留め具１５２によって互いに結合されており（図６のみ）、コイル１１０は、第１及び第２の部分のいずれかに結合される。従って、マウント１２０は、バス１０６をクランプするため、バス１０６には取り付け穴が不要である。部分１６０、１６２は、バス１０６への取り付けを可能にするために、同一であってもよく、一方の部分が、他方の部分に含まれない構造物（例えば、取り付け穴エクステンダ１６８（図６））を含んでもよい。前者の場合、各同一部分１６０、１６２は、それぞれの中にバス１０６のための適切な空間を用意した、相補形状の基準形体１３６を含んでよい。
【００１２】
マウント１２０を、特定のバス１０６に適合するように、或いは、寸法及び／又は形状が様々に異なるバス１０６に適合するように形成することができる。後者の状況に関して言えば、図３〜図４のように、マウント１２０は、ラダー構造物１３０を（例えば、切断によって）各部分に分離できる分離点１３９を含んでよい。一実施形態では、分離点１３９は、長手方向部材１３２Ａ、１３２Ｂにおいて、対向する狭くなった場所を含むが、部材１３２Ａ、１３２Ｂの強度を下げて分離しやすくするために、他の構造を用いてもよい。代替として、マウント１２０の材料が、構造強度を弱めなくても分離しやすいものであれば、分離点１３９は、そのような構造でなくてもよい。いずれにしても、マウント１２０は、全体としても、分離点１３９で切り離された部分の形でも使用可能である。すなわち、マウント１２０は、形状及び／又は寸法が個々に異なるバス１０６に対応するために、個々の所望の長さに切り詰めてよい。従って、マウント１２０を、２０．３２ｃｍ（８インチ）の幅のバスに対応するように形成しておいて、後で、例えば、１７．７８、１５．２４、１２．７、１０．１６、７．６２、５．０８、３．８１、又は２．５４ｃｍ（それぞれ、７、６、５、４、３、２、１．５、又は１インチ）の幅のバスに適合する長さに切断してもよい。マウント１２０の切り離した部分は、廃棄しても、リサイクルしても、他の場所で流用してもよい。図５のように、マウント１２０は、バス１０６の上にのみ位置してよく、或いは、図１及び図６のように、バス１０６の端部の先まで片持ち梁のように突出していてもよい。図６のように、マウント１２０の部分１７０を、必要に応じて、コイル１１０の配線を通すことができるように除去してよい。コイル１１０は、マウント１２０と同じ長さでなくてもよい。
【００１３】
マウント１２０は、マウント１２０が使用される個々の機器に対して予想される温度に耐えることができる任意の絶縁材料で構築可能である。例えば、発電機励磁システムの場合は、温度が８０℃を超える可能性がある。従って、マウント１２０は、その温度に耐えなければならない。更に、分離点１３９を用いる場合には、マウント１２０を構築する材料は、分離点で（例えば、切断するか、むしり取ることによって）分離できるほどに軟性を有するものでなければならない。そのような材料として、例えば、合成ポリイミド繊維（例えば、ナイロン）、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド（例えば、Ｅｘｔｅｍ（ＳＡＢＩＣの商標））、ポリイミド熱可塑性樹脂（例えば、Ｕｌｔｅｍ（ＳＡＢＩＣの商標））などがあり、これらに限定されない。量産のために、マウント１２０は、射出成形可能な材料で作製可能である。
【００１４】
本明細書では、マウント１２０の具体的な実施形態を説明してきたが、同一又は同様の機能を実現するために、広い範囲で様々に異なる形状及び寸法の構造物を用いてよく、その全てが本発明の教示内容に含まれるものと理解されたい。
【００１５】
上述の電流センサ１０２は、工場及び現場での取り付けが簡単であり、特に、バスワークを分解する必要がないために後付けが簡単である。バスワークの分解が不要であることから、バス寸法の制限はほとんどない。電流センサ１０２は、バス１０６に直接取り付けたり、バス１０６のまわりにクランプしたりできるため、更に広い範囲の様々なバス１０６に電流センサ１０２を適用することが可能である。
【００１６】
本明細書において、「第１の」、「第２の」などの序数は、順序、数量、又は重要度を示すものではなく、個々の要素を区別するために用いられており、数量の記載の有無は、数量を限定するものではなく、記載したアイテムが１つ以上存在することを示すものである。数量に関連して用いた修飾語「約」は、記載した値を包含しつつ、状況に応じた意味を有する（例えば、特定の数量の測定に関する誤差の範囲も含む）。また、本明細書において、複数形での記載は、被修飾語が単数の場合と複数の場合との両方を包含するものであり、従って、１つ又は複数の被修飾語を包含するものである（例えば、金属（metal(s)）は、１つ又は複数の種類の金属（one or more metals）を包含する）。本明細書に記載の「範囲」は、包括的な意味で用いられており、別個独立に組み合わせ可能である（例えば、「最大約２５重量％、すなわち、より具体的には、約５重量％から約２５重量％」は、「約５重量％から約２５重量％」の範囲のうちの端点及びすべての中間値を包含する、など）。
【００１７】
以上、種々の実施形態に関して本発明を説明してきたが、明らかなように、構成要素を様々に組み合わせ、改変又は改良を加えた実施形態が当業者に想起可能であり、これらは本発明の実施形態として認められる。更に、本発明の教示内容を、その本質から逸脱することなく、特定の条件又は材料と適合させることができる。従って、本発明の最適な実施形態として本明細書に記載された形態だけでなく、上記のように添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる形態も、本発明の実施形態に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００１８】
１００  システム
１０２  電流センサ
１０４  イオン化空気
１０６  バス
１１０  コイル
１２０  マウント
１２８  材料
１３０  ラダー構造物
１３６  基準形体
１３８  支柱
１３９  分離点
１４０  留め領域
１４２  部材
１４４  下部くり抜き領域
１５０  取り付け穴
１５２  留め具
１６０  第１の部分
１６２  第１の側部
１６４  第２の部分
１６６  第２の側部
１６８  取り付け穴エクステンダ
１９０  絶縁性円筒
１９２  ワイヤ
１９４  絶縁層
１９６  導電シールド
１９８  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010145395.tif 000006
【図５】
2010145395.tif 000007
【図６】
2010145395.tif 000008