(57)【要約】【課題】本発明は、落雷等による電流を測定する電流センサを小型化し、簡易に電流を測定、記憶可能な電子機器を提供することを目的とするものである。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、記憶抵抗素子２１と、記憶抵抗素子２１と電気的に接続され誘導起電力に応じた電圧を記憶抵抗素子２１に印加するコイル２３を備え、記憶抵抗素子２１はコイル２３により印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値に固定される構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶抵抗素子と、
前記記憶抵抗素子と電気的に接続され誘導起電力に応じた電圧を前記記憶抵抗素子に印加するコイルを備え、
前記記憶抵抗素子は前記コイルにより印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値に固定されることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記記憶抵抗素子と前記コイルと電気的に接続されたダイオードを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記コイルと複数の前記記憶抵抗素子が、前記コイルによって印加される電圧が夫々異なるように並列に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記コイルと複数の前記記憶抵抗素子が並列に接続され、
複数の前記記憶抵抗素子は夫々、前記コイルによって印加された電圧に対する抵抗の変化量が異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力線に流れた電流を測定する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や工場等で使用した電力量を測定する電力量計、また測定した電力量に基づき料金を課金する課金計器等の電力量測定システムにおいて、落雷等の不慮の事故により計器が故障し、使用した電力量を正確に計測できなくなることがあった。また、電力量測定システムに限らず、発電設備、航空機、送電鉄塔等の大型の設備においても落雷等の不慮の事故による故障は課題となっており、これに対し、電流センサにより落雷を検出し、記憶することにより落雷への対策を行っていた。
【０００３】
図６に従来の電流センサを備えた電子機器を示す。図６に示すように従来の電子機器のセンサ部は、落雷時に流れる電流ｉ（ｔ）を電流センサ１により微分電圧信号ｅ（ｔ）として検出し、この信号ｅ（ｔ）を同軸ケーブル２を介してセンサＩ／Ｆ部３に入力することにより、積分回路３ａ及び出力調整回路３ｂにて波形整形し、データ記憶部（図示せず）により雷撃電流のデータを記憶する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７５８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の電流センサでは、電流センサで検出した雷撃電流をセンサＩ／Ｆ部で波形整形し、データ記憶部で記憶するため、電流センサが複雑になり大型化するという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、落雷等による電流を測定する電流センサを小型化し、簡易に電流を測定、記憶可能な電子機器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】
上記課題を解決するために本発明は、記憶抵抗素子と、前記記憶抵抗素子と電気的に接続され誘導起電力に応じた電圧を前記記憶抵抗素子に印加するコイルを備え、前記記憶抵抗素子は前記コイルにより印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値に固定される構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により本発明は、落雷等により電力線に流れた電流による磁束変化に応じた起電力に比例した電圧を記憶抵抗素子に印加し、この電圧に応じて抵抗が変化し記憶されるため、落雷等により流れた電流を記憶する記憶部を電流センサと一体化することが可能となるため、電子機器を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の電子機器の構成を示す図
【図２】同電子機器における記憶抵抗素子の電圧抵抗の関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における電子機器の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態３の電子機器の等価回路図
【図５】同電子機器のコイルに誘導起電力が発生したときの合成抵抗の変化を示すグラフ
【図６】従来の電子機器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の電子機器２０について図面を用いながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１における電子機器２０の構成を示す図である。本発明の実施の形態１の電子機器２０は、印加された電圧に応じて抵抗が変化する記憶抵抗素子２１と、電力線２２の近傍に配置され、電力線２２に流れた電流によって発生する磁束変化に応じて生じる誘導起電力に比例した電圧を記憶抵抗素子２１に印加するコイル２３を備えている。また、コイル２３と記憶抵抗素子２１との間には抵抗２４と容量２５からなる積分器が設けられている。
【００１２】
記憶抵抗素子２１は下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物と、金属酸化物上に形成された上部電極で構成されており、下部電極と上部電極は白金、金、チタン等の金属膜で形成され、金属酸化物は酸化チタン、酸化ニッケル、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化銅等で形成されている。コイル２３により記憶抵抗素子２１に電圧が印加されると、記憶抵抗素子２１を構成する金属酸化物の状態変化により抵抗が変化し、変化した抵抗値で固定される。ここで、変化した値で抵抗が固定された金属酸化物は先に印加された電圧以上の電圧が印加された場合のみ抵抗が変化し、先に印加された電圧以下の電圧が印加されても固定された抵抗からは変化しない。また、この抵抗の固定は例えば＋電圧を印加した後に＋電圧を印加した場合であり、抵抗が固定された後に逆電圧を印加すると記憶抵抗素子２１の抵抗は変化する。
【００１３】
図２に記憶抵抗素子２１に電圧を印加したときの金属酸化物の抵抗の変化を示す。本発明の実施の形態１の金属酸化物は酸化銅であり、図２に示すように２Ｖの電圧を印加したときに抵抗が約１０ｋΩから約２００ｋΩへと急峻に変化する特性となるように記憶抵抗素子２１を形成している。
【００１４】
次に、電力線２２に電流が流れたときの電子機器２０の動作について説明する。電力線２２は電力量計等の落雷による故障の影響を監視する対象物に備えられたものであり、電力量計等の測定対象物に落雷すると電力線に電流が流れ磁界が発生し、電力線２２の近傍に設置されたコイル２３を貫く磁束の変化により誘導起電力が発生する。
【００１５】
ここで、電力線２２から５ｃｍ離れた位置に１巻きで直径２ｃｍのコイル２３を設置したとする。電力量計等の測定対象物への落雷が誘導雷のとき、電力線２２に流れる電流の最大値はおよそ１ｋＡ〜２０ｋＡであり、電流が最大になるまでの時間はおよそ８〜１０μｓであるため、例えば電力線２２に最大２０ｋＡに１０μｓで達した電流が流れたとすると、２．５２Ｖ程度の電圧が記憶抵抗素子２１に印加される。ここで、本発明の実施の形態１の記憶抵抗素子は図２に示すように２Ｖの電圧で抵抗が約１０ｋΩから約２００ｋΩへと変化する特性であるため、誘導雷の落雷によってコイル２３に誘導起電力が発生し、これに応じて電圧が印加されることにより記憶抵抗素子２１の抵抗が変化する。このため、記憶抵抗素子２１の抵抗を測定することにより、電力量計等の測定対象物への落雷を測定することができる。また、１巻きのコイル２３に２０ｋＡの電流が流れたものとしたが、電子機器２０を電力線２２に近づけるか、コイル２３の巻き数を増やせばより大きな起電力を得ることが可能となり、例えば、コイル２３の巻き数を１６巻きにすることにより誘導雷により流れた電流の最大値が１ｋＡでも約２Ｖの起電力を得ることができるため、誘導雷により流れる電流が小さくても落雷を測定することができる。また、電力量計等の測定対象物への落雷が直接雷であった場合には最大で１００ｋＡ以上の電流が電力線２２に流れるため、電力量計等の測定対象物への落雷を測定することが可能である。
【００１６】
また、本発明の実施の形態１において、電子機器２０は抵抗２４と容量２５からなる積分器を備えていることにより、落雷等により電力線２２に流れた電流に近い波形の電流がコイル２３に流れるようになる。これにより、落雷等により電力線２２に流れた電流により発生する誘導起電力は電力線２２に流れた電流の微分波形であるため、積分器を設けることにより電力線２２に流れた電流を測定することが可能になる。抵抗２４と容量２５からなる積分器において、時定数（ＣＲ値）が大きい方が計測値が理論値に近づいていき、時定数がパルス時間間隔の１０倍である１０-6程度あれば落雷等により電力線２２に十分近い波形の電流がコイル２３に流れ、問題なく使用できるようになる。
【００１７】
なお、積分器には抵抗２４と容量２５を用いた積分器を用いたが、これに限るものではなく、オペアンプを用いた積分器等を用いてもよい。
【００１８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図面を用いながら説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態１と異なる点のみについて説明し、本発明の実施の形態１と同じ構成については本発明の実施の形態１と同じ符号をつける。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態２の電子機器３０の構成を示す図である。図３に示すように本発明の実施の形態２の電子機器３０は、印加された電圧に応じて抵抗が変化する記憶抵抗素子３１を備え、記憶抵抗素子３１は電力線２２の近傍に配置されたコイル３３に接続されている。コイル３３は、電力線２２に流れた電流によって誘導起電力を発生し、この誘導起電力に応じて記憶抵抗素子３１に電圧を印加する。コイル３３はダイオード３４と電気的に接続されており、電力線２２に電流が流れたときに所定の方向に電流が流れたときにのみコイル３３に電流が流れる。抵抗が固定された記憶抵抗素子３１は逆方向に電圧が印加されると抵抗が変化するため、ダイオード３４を備えることにより、これを防止することが出来る。
【００２１】
また、電子機器３０を２つ用い、２つの電子機器３０のダイオード３４を夫々逆方向に接続し、２つの記憶抵抗素子３１に逆方向にのみ電流が流れるようにすることにより、落雷等により電力線２２に電流が流れたときに２つの記憶抵抗素子３１のいずれか一方にのみ電圧が印加されるようになる。これにより、２つの記憶抵抗素子３１のうち電圧が印加された方のみの抵抗が変化する。このように、２つの電子機器３０を夫々逆方向に電流が流れるように用いることにより、２つの記憶抵抗素子３１のうち一方のみの抵抗が変化するため、電力線に流れた電流の極性を知ることができる。
【００２２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図面を用いながら説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態１と異なる点のみについて説明し、本発明の実施の形態１と同じ構成については本発明の実施の形態１と同じ符号をつける。
【００２４】
図４に電子機器４０の等価回路図を示す。図４に示すように記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅが夫々１０ｋΩの抵抗４２ａ〜４２ｆを介して電気的に接続されているため、落雷等により電力線２２に流れた電流によりコイル２３に発生した誘導起電力により記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅに夫々異なった電圧が印加される。このため、電子機器４０に加えられた衝撃の大きさに応じて抵抗が変化する記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの個数が変化するため、電力線に流れた電流の大きさに応じて記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗が変化する。
【００２５】
図５に電力線に電流が流れたときにコイル２３から記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅに電圧が印加されたときの記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅのコイル２３から見た合成抵抗の変化を示す。図５に示すように、コイル２３に電圧が発生し、記憶抵抗素子４１ａに印加された電圧が２Ｖのとき記憶抵抗素子４１ａの抵抗のみが２００ｋΩに変化し、合成抵抗が１６ｋΩから２５ｋΩに変化している。また、コイル２３に発生する電圧が５Ｖになると記憶抵抗素子４１ａ、４１ｂの抵抗が２００ｋΩに変化し、合成抵抗が２５ｋΩから３２ｋΩに変化している。このように、コイル２３に発生した誘導起電力により印加された電圧に応じて記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗が変化するため、記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗を測定することにより落雷等により電力線２２に流れた電流の大きさを測定することが可能となる。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態３では記憶抵抗素子を基板上に５個形成し、夫々に異なる電圧が印加されるように形成したが、記憶抵抗素子の個数は５個に限るものではなく、少なくとも２個形成すれば本発明の実施の形態３の効果を得ることができ、記憶抵抗素子の個数を５個よりも多く形成すればより詳細に電力線２２に流れた電流の大きさを測定することが可能になる。
【００２７】
また、本発明の実施の形態３ではコイルと記憶抵抗素子とを抵抗を介して接続することにより、記憶抵抗素子に印加される電圧が異なる構成としたが、記憶抵抗素子の抵抗が急峻に変化する電圧が異なっていても本発明の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。本発明の実施の形態３では約２Ｖの電圧が印加されたときに抵抗が急峻に変化する特性となるように記憶抵抗素子を形成しているが、金属酸化物の成膜条件や材料を変えるなどにより記憶抵抗素子の抵抗が急峻に変化する電圧が異なる金属酸化物を複数コイルと接続する構成としてもよい。例えば、１Ｖで抵抗が急峻に変化する記憶抵抗素子と、２Ｖで抵抗が急峻に変化する記憶抵抗素子を用いて電子機器を構成することにより、電力線に流れた電流が記憶抵抗素子に１Ｖの電圧が印加される大きさか、２Ｖ以上の大きさの電圧が印加される大きさかを測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の電子機器は、落雷等により電力線に流れた電流による誘導起電力に応じた電圧を記憶抵抗素子に印加し、この電圧に応じて抵抗が変化し記憶されるため、落雷等により流れた電流を記憶する記憶部を電流センサと一体化することが可能となるため、電子機器を小型化することが可能となっている。このため、課金計測器等の電力量測定システムや発電設備、航空機等の落雷を監視する必要がある大型の設備等の用途に有効である。
【符号の説明】
【００２９】
２０、３０、４０  電子機器
２１、３１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ  記憶抵抗素子
２２  電力線
２３、３３  コイル
２４  抵抗
２５  容量
３４  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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