(57)【要約】  上側部の両端空隙上に形成され上記被測定線路の電流量を感知する一対のホール素子と、上記ホール素子の上部に配置され上記被測定線路に道通する電流と逆方向の電流を誘導して磁性体の磁束密度を相殺させる帰還コイルと、を含み、上記帰還コイルに流れる電流を計測する閉回路電流測定回路と、上記閉回路電流測定回路から計測された上記被測定線路の電流形状を上記電流変性器と連結された装備から求められる実効値対比直流変換信号に変換して出力する信号変換回路部を含む貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器を提供する。
2011501405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定線路が貫通する貫通口の開閉が可能な電流変性器において、
上側部の両端空隙上に形成され前記被測定線路の電流量を感知する一対のホール素子と、
前記ホール素子の上部に配置され前記被測定線路に道通する電流と逆方向の電流を誘導して磁性体の磁束密度を相殺させる帰還コイルと、を含み、
前記帰還コイルに流れる電流を計測する閉回路電流測定回路と、
前記閉回路電流測定回路から計測された前記被測定線路の電流形状を前記電流変性器と連結された装備から求められる実効値対比直流変換信号に変換して出力する信号変換回路部と、を含むことを特徴とする貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項２】
前記信号変換回路部は、前記閉回路電流測定回路を通して計測された信号の時分割で微分された波形を交差スイッチングしてΔΣ積分回路で多重積分方式を通して実効値対比直流信号を計算して出力する実効関数計算回路と、
前記実効関数計算回路を通して出力された直流信号を増幅して出力する直流信号増幅回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項３】
前記ホール素子の入出力パターンが前記帰還コイルの券線中央を通過するよう形成され、
前記ホール素子は磁束の方向と一致するよう左右空隙に形成されることを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項４】
前記ホール素子の左右側の感度を均一に調整するための補正用の可変抵抗がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項５】
前記貫通口を構成する上側部と下側部の長さの比率が８：２或いは９：１で形成されることを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項６】
前記電流変性器は、上側部と下側部がヒンジ部を中心に分離され、回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項７】
前記電流変性器の貫通口が閉回路を構成するとき、前記上側部と下側部を結合して固定させる固定口がさらに形成されることを特徴とする請求項６に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【請求項８】
前記電流変性器をフレーム或いはブラケットに固定可能であるよう固定用ネジが結合されるナットを収容する固定用孔がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流変性器に関するもので、被測定線路の電流量をリアルタイムで計測し、計測した電流を実効値に対して比例する直流信号に変換して伝達する貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流量の測定は、家庭で消費電流量を測定する時、或いは、工場の受配電盤に装着されて電源を監視する時に応用される。
【０００３】
また、電力変換装備、電源供給器、無静電電源供給システム、インバータなどの電力装備に装着されてリアルタイムで電流量を計測して異常電流による装備のダメージを防止したり、より高い効率を得るための情報として活用されたりし、電池と電力変換装置を主に使用する代替エネルギー発電分野、電気鉄道車両、電気自動車、船舶、航空分野に至るまで、その仕様分野は非常に広い。
【０００４】
従来、電流測定のための技術は、抵抗体を用いる直接測定方式と、電子誘導方式を用いたＣ．Ｔ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）及びホール素子を用いた電流センサーを使用する間接測定方式と、に分けられる。
【０００５】
直接測定方式を使用する抵抗体は、被測定線路を切断し上記測定線路の両端に直接結線する方式で、被測定電源と信号電源を分離できない絶縁方式であり、高い電力から発生する抵抗体の発熱現象により誤差が加重するという問題があり、間接測定方式の電子誘導方式を用いたＣ．Ｔ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、整形波形を除いた非整形派及び電力半導体の位相制御波形、直流／脈流波形ではその測定の誤差が非常に大きくなるか、測定自体が不可能という問題がある。
【０００６】
このような理由から最近、間接測定方式でありながら直／交流に係わらず測定可能なホール素子を用いた電子式電流測定方式の電流センサーを使用する割合が高くなっている。
【０００７】
電子式電流測定方式であるホール素子を利用する方法には、磁性体の磁力を測定して磁−電変換素子であるホール素子の出力電圧を単純増幅して出力する開回路（Ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ）電流センサーを利用する方式と、帰還コイルを備え閉回路（Ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ）を適用した閉回路電流センサーを利用する方式に分けられ、上記開回路電流センサー及びＣ．Ｔ抵抗体を使用する電流測定方式は既に公知の技術事項に過ぎない。
【０００８】
また、上記電流測定用製品により測定された測定信号は、被測定電源と同一の形状であるため、コンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備など、電流計測信号を活用する殆どの装備と連結して使用する場合、計測した信号を装備が要求する指定の信号に変換するための専用の信号変換器をさらに設けなければならないという厄介さがあった。
【０００９】
また、上記電流測定用製品は、測定貫通口の分離ができなかったり、線路に直接結線しなければならないという理由から、設置及び解体の際に、被測定線路を解体しなければならないという厄介さがあった。
【００１０】
そこで、非整形派或いは位相制御された波形、直流、脈流など、相違する電流形状に上記製品を使用するためには、使用者が電気的な知識を有しているべきで、そうでない場合は、高い誤差或いは測定自体が不可能という問題があった。さらに、使用する専用の信号変換器は、平均値回路を活用する近似実効値によって強制設定された製品が多いため周波数や位相が異なる場合、大きい計測誤差が発生するという問題があった。
【００１１】
このような問題点を解決すべく、上記電流測定用製品は、受配電盤など、常用電源の電流測定にはＣＴを、非整形派、直流波形がある電池、電力変換装備、電気車両、などでの電流測定のためには抵抗体（Ｓｈｕｎｔ）或いはホール素子を使用する電流センサーが主に使用されている。
【００１２】
しかし、これもまた線路を分離して線路に直接装着する構造或いは貫通口が開閉できなかったり、信号変換のために別途の信号変換器を使用しなければならないという問題点を改善しておらず、既に架設された線路において上記従来技術の製品を装着する場合、線路を解体しなければならず、常用電源、電力位相制御電源、直流電源では、電流測定用製品を異なるようにして構成しなければならず、コンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備など、電流計測信号を活用する殆どの装備を連結して使用する場合、装備が要求する別途の信号に変換するための専用の信号変換器をさらに付着しなければならないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記問題点を解決すべく、本発明は、常用電源、電力位相制御電源、直流／脈流波形の電源において、いずれも計測可能で、分離型構造からくるギャップ（Ｇａｐ）の偏差が無視できるため高い正確度を有した貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器を提供することを目的とする。
【００１４】
また、電流計測の他にコンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備などの装備が求める形への信号変換機能、即ち、直／交流波形に係わらず実効値対比直流変換機能を備えた閉回路電流変性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】
【００１５】
上記目的を達成すべく、本発明は、被測定線路が貫通する貫通口の開閉が可能な電流変性器において、上側部の両端の空隙上に形成され上記被測定線路の電流量を感知する一対のホール素子と、上記ホール素子の上部に配置され上記被測定線路に道通する電流と逆方向の電流を誘導して磁性体の磁束密度を相殺させる帰還コイルと、を含み、上記帰還コイルに流れる電流を計測する閉回路電流測定回路と、上記閉回路電流測定回路から計測された上記被測定線路の電流形状を上記電流変性器と連結された装備から求められる実効値対比直流変換信号に変換して出力する信号変換回路部と、を含む貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器を提供する。
【００１６】
好ましくは、上記信号変換回路部は、上記閉回路電流測定回路を通して計測された信号の時分割で微分された波形を交差スイッチングしてΔΣ積分回路で多重積分方式を通して実効値対比直流信号を計算して出力する実効関数計算回路と、上記実効関数計算回路を通して出力された直流信号を増幅して出力する直流信号増幅回路と、を含むことができる。
【００１７】
また、上記ホール素子の入出力パターンが上記帰還コイルの券線中央を通過するよう形成され、上記ホール素子は磁束の方向と一致するよう左右空隙に形成されることができる。
【００１８】
また、上記ホール素子の左右側の感度を均一に調整するための補正用の可変抵抗がさらに形成されることができる。
【００１９】
また、上記貫通口を構成する上側部と下側部の長さの比率が８：２或いは９：１に形成されることができる。
【００２０】
また、上記電流変性器は上側部と下側部がヒンジ部を中心として分離され回転可能することができる。
【００２１】
さらに好ましくは、上記電流変性器の貫通口が閉回路を構成するとき、上記上側部と下側部を結合して固定させる固定口がさらに形成されることができる。
【００２２】
また、上記電流変性器をフレーム或いはブラケットに固定可能であるよう固定用ネジが結合されるナットを収容する固定用孔がさらに形成されることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、常用電源、電力位相制御電源、直流／脈流波形の電源において、いずれも計測可能で、分離型構造からくるギャップ（Ｇａｐ）の偏差が無視できるため、高い正確度を有した貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器を提供する。
【００２４】
また、電流計測の他にコンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備などの装備が求める形への信号変換機能、即ち、直／交流波形に係わらず実効値対比直流変換機能を備えた閉回路電流変性器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の外形を図示した図面である。
【図２】本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の組立分解図である。
【図３】本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の内部分解図である。
【図４】本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の具現例である。
【図５】本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明及び本発明の動作性の利点、並びに本発明の実施によって達成される目的を十分理解するためには、本発明の好ましい実施例を例示の添付図面及び図面に記載された内容を参照すべきである。
【００２７】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することで、本発明を詳しく説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を表す。
【００２８】
図１は、本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の外形を図示した図面、図２は、本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の組立分解図、図３は、本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の内部分解図、図４は、本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の具現例である。
【００２９】
図１ないし４を参照すると、本発明の貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器は、貫通口が開閉する構造を有した外形において、分離型で形成される貫通口１００の開閉構造を具現するため、装置の上側部２００と下側部３００がヒンジ部２１０を中心に分離して回転可能であり、上記上側部２００と下側部３００は、内部構成要素を胴体２２０、３２０と蓋２３０、３３０が結合して保護する構造を有している。
【００３０】
より詳しく、上記上側部２００には上側部２００と下側部３００を支持し、開閉可能であるよう回転中心を形成するヒンジ部２１０が形成され、上記貫通口１００が閉回路を構成するよう上記上側部２００と下側部３００を結合して固定させる固定口２４０が形成される。また、本発明の電流変性器をフレーム或いはブラケット４００に固定可能であるよう固定用ネジ４１０とこれに結合されるナット４２０を収容して支持する固定用孔３４０がさらに形成されることができる。
【００３１】
本発明の電流変性器の内部構成についてより詳しくみると、被測定線路１１０の電流量を感知するための磁性体のホール素子２５０が上記上側部２００の両端に形成され、上記ホール素子２５０から感知した信号を増幅し、被測定電流と逆方向に電流を流すよう帰還ループを形成する電圧−電流増幅回路２５１が形成される。
【００３２】
より詳しく、本発明の電流変性器には帰還コイル２５２が形成され、上記帰還コイル２５２から被測定電流と逆方向に電流が流れるよう誘導することにより、磁性体の磁束密度が‘０’になるようにして被測定線路１１０に流れる電流量の多少に関係なく測定地点の磁束密度を‘０’に維持する。この際、上記帰還コイル２５２に流れる電流を電流測定出力信号に活用する。このような動作方式は磁性体３５０の特性に頼らないという長所がある。
【００３３】
そして上記貫通口１００において、閉回路電流測定（Ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）回路が偏心によって電流の測定時に受けられる影響を最小化するため、上記貫通口１００の上側部２００と下側部３００の長さの比率を８：２或いは９：１で形成することによって磁性体３５０の空隙を形成し、帰還コイル２５２を上側部２００の左／右に均一配置させ、上記ホール素子２５０を上記帰還コイル２５２の下端部、即ち、上側部２００の空隙上に形成する。
【００３４】
上記貫通口１００において、閉回路電流測定回路の側心と地磁気による電流測定の影響を最小化するため、上記ホール素子２５０の入／出力パターンを帰還コイル２５２の券線中央を通過するようにし、上記ホール素子２５０を左／右側に配置するが、対比する方向、即ち、磁束の方向と一致するよう並列構造に左／右空隙に形成する。また、上記ホール素子２５０の左／右側の感度を均一にするため、補正用可変抵抗（未図示）を形成して上記ホール素子２５０の供給電流を調整することができる。
【００３５】
また、上記帰還コイル２５２に流れる電流を単一供給電源上で具現するため、供給電源を両側に分配する電源分配回路２５３と電流測定出力信号電流を電圧に変換する電流−電圧変換抵抗２５４を備えることにより閉回路電流測定回路が形成される。
【００３６】
また、本発明の電流変性器は、上記閉回路電流測定回路から測定された被測定線路１１０の電流形状と同形状の測定信号を、コンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備などの装備が求める別途の信号である実効値対比直流変換信号に変換して提供するため、非整形派に対する実効関数計算回路２５５と、計算された実効値と対比する直流出力信号に増幅する直流信号増幅回路２５６とを備えた信号変換回路部が形成される。
【００３７】
本発明の電流変性器は、上記貫通口１００が開閉する構造を有した外形と電源分配回路２５３、電流−電圧変換抵抗２５４を含む閉回路電流測定回路と、非整形派に対する実効関数計算回路２５５、直流信号増幅回路２５６を備えた信号変換回路部とが一つに統合して、電流計測及び変換機能を一つの製品として具現することができ、既に架設した被測定線路１１０に装着する場合、架設した線路を解体せず電流変性器の貫通口１００を開閉して容易に設置することができる。
【００３８】
図５は、本発明の好ましい実施例による貫通口開閉構造を有する閉回路電流変性器の回路構成図である。
【００３９】
図５を参照すると、電源分配回路２５３と電流−電圧変換抵抗２５４と閉回路電流測定回路は、被測定線路１１０が貫通口１００を貫通して電流が流れると電流量に比例する電磁気場が形成され、電磁気場は磁性体３５０を磁化させて磁束を形成し、磁性体３５０の空隙には、発生した磁束密度ほど磁力が形成されてホール素子２５０を通して磁−電変換を成す。
【００４０】
上記ホール素子２５０の磁−電変換を通して発生する変換電位は、直ちに無限大理論の電圧−電流増幅回路２５１に伝達され、上記電圧−電流増幅回路２５１は瞬間増幅出力を電流成分として帰還コイル２５２に伝達するようになる。
【００４１】
上記帰還コイル２５２は、被測定線路１１０の電流の流れとは逆に券線されて電流を流し、この際、磁性体３５０の磁束密度は瞬間に‘０’を志向するようになる。上記帰還コイル２５２は、被測定線路１１０を‘１’にしたとき、×Ｎターン（Ｔｕｒｎ）の比率だけ電流が流れ、上記帰還コイル２５２に流れる電流は、磁束密度が‘０’である点を追って電流量を形成し、帰還コイル２５２に流れる電流を測定電流信号に活用することにより、閉回路が形成されて被測定線路に流れる電流量を計測することができる。
【００４２】
これは、上記電源分配回路２５３が上記帰還コイル２５２を通して流れる電流信号を上記電流−電圧変換抵抗２５４を経て流入／流出されるよう仮想の電源基準点を形成することにより、単一電源上で二重電源を具現して閉回路電流測定回路を形成するためである。
【００４３】
非整形派に対する実効関数計算回路２５５と直流信号増幅回路２５６を備えた信号変換部は、上記閉回路電流測定回路が計測した出力信号を目的の出力信号に変換するための回路として、上記閉回路電流測定回路で計測された被測定線路１１０の電流と同一形状の出力信号を、コンピュータ、ＰＬＣ、記録装備、表示装備などの装備が求める別途の信号である直流変換信号に変換して供給する。
【００４４】
より詳しく、上記閉回路電流測定回路の電流−電圧変換抵抗２５４から作られた電流測定信号は、実効関数計算回路２５５を通して時分割で微分された波形を交差スイッチングしてΔΣ積分回路で多重積分方式を通して実効値対比直流信号を計算して出力し、直流信号増幅回路２５６を通して直流に変換された信号を、連結された装備から求められる出力信号形態であるＤＣ４〜２０ｍＡ或いはＤＣ１〜５Ｖに増幅して出力する。
【００４５】
本発明の分離型電流変性器の構造において、計測誤差なく電流を計測するためには、上側部２００と下側部３００の分離型構造から発生する磁性体３５０の空隙の隙間が回路に影響を及ぼさないようにすることが大事で、これは磁束密度が‘０’を志向する閉回路でのみ実現できる。これは利得が被測定電流量と比例する帰還コイル２５２のターン数比によって決められるためである。
【００４６】
本発明の電流変性器を用いると、電流計測の過程が磁性体３５０の特性に頼らないため、周波数特性を大きく改善することができて、適用される電子回路の半導体性能と磁性体性能によって周波数大域幅を最大に拡張することができる。
【００４７】
また、測定波形が直流から数百ｋＨｚ大域の交流まで制限がなく、測定波形を区分しない点と実効値対比直流変換回路を備えることにより別途の信号変性器を必要とせず、そのため上記の電気的な特性を備えた一体型機能の電流変性器を提供するという効果が得られる。
【００４８】
本発明は、図面に図示された一実施例を参考に説明したが、これは例示に過ぎず、本技術分野の通常の知識を有している者であれば、様々な変形及びそれに等しい他の実施例が可能という点が理解できる。従って、本発明の技術的な保護範囲は添付の請求範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【図１】
2011501405.tif 000003
【図２】
2011501405.tif 000004
【図３】
2011501405.tif 000005
【図４】
2011501405.tif 000006
【図５】
2011501405.tif 000007
【国際調査報告】
2011501405.tif 000008
2011501405.tif 000009