(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過する光の偏光面が磁界の強さに比例して回転する性質を備え持つファラデ効果型光ファイバを被計測導体に周回させるとともに前記ファラデ効果型光ファイバの入力端から出力端へ光を通過させ、ファラデ効果型光ファイバを通過する光の偏光面の回転角度に比例する信号を出力させ、この信号から被計測導体に流れている電流を計測する光変流器において、前記ファラデ効果型光ファイバを正の整数ターン周回させた位置から入力端および出力端までを磁気シールドで覆うとともに、前記ファラデ効果型光ファイバの入力側と出力側とにファラデ効果型光ファイバ同士を直接接触させた接触部が形成されることを特徴とする光変流器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変流器において、前記磁気シールドが導電体であることを特徴とする光変流器。
【請求項３】
請求項１に記載の光変流器において、前記磁気シールドが磁性体であることを特徴とする光変流器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変流器において、前記磁気シールドがシート状の磁性材で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に巻回されたことを特徴とする光変流器。
【請求項５】
請求項１に記載の光変流器において、前記磁気シールドが磁性体材を含む塗料で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に塗装されたことを特徴とする光変流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通過する光の偏光面が磁界の強さに比例して回転する性質を備え持つファラデ効果型光ファイバを用いて導体に流れる電流を計測する光変流器に関し、特に、計測精度の高い光変流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電流の計測にファラデ効果型光ファイバを用いた光変流器を使用することによって、鉄心に巻線が巻かれた従来型の変流器と比べて鉄心の飽和現象がないことや絶縁し易いことなどから小型化が可能である。また、光変流器によって将来は電気所をトータル的に光制御できるなどの利点もある。
【０００３】
図３は、従来の光変流器の構成を示す斜視図である。磁性を持たない巻枠３の外周にファラデ効果型光ファイバ２が巻回され、ファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａに偏光子４を介して入力用の光ファイバ７が接続され、ファラデ効果型光ファイバ２の出力端２Ｂに検光子５とレンズ６とを介して出力用の光ファイバ８が接続されている。巻枠３の内部に電流が計測される被計測導体１が貫通している。ファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａおよび出力端２Ｂは、偏光子４、検光子５、レンズ６ともにフェライトなどで形成された磁気シールド箱１０に収められている。図３では、磁気シールド箱１０が点線で示され、磁気シールド箱１０の内部構成が見えるように書かれている。
図４は、図３の光変流器の構成を示す側面図である。ファラデ効果型光ファイバ２が被計測導体１を周回し、入力端２Ａが出力端２Ｂの上部に配され、入力用の光ファイバ７および出力用の光ファイバ８とは図の手前側へ引き出されている。
【０００４】
図３に戻り、ファラデ効果型光ファイバ２は、通過する光の偏光面が磁界の強さに比例して回転する性質を備え、例えば、鉛ガラス（酸化鉛を多量に含む石英ガラス）で構成された光ファイバである。ファラデ効果とは、磁界中に置かれた鉛ガラスなどを光が通過する際に、その光の偏光面が回転角度θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌだけ回転する現象である。ここで、Ｖはヴェルデ定数、Ｈは光の進行方向の磁界、Ｌが光の行路長である。鉛ガラスは、酸化鉛を含まない一般の石英ガラスに比べてヴェルデ定数Ｖが約６倍も大きく、磁界Ｈに対する光の偏光面の回転角度θが大きい。但し、入力用の光ファイバ７および出力用の光ファイバ８は、酸化鉛を含まない普通の石英ガラス製の光ファイバあるいはプラスチックス製の光ファイバである。
【０００５】
被計測導体１に電流Ｉが流れると、その周囲にその電流Ｉに比例して
増減する磁界Ｈが形成される。その状態で入力用の光ファイバ７に入射光Ｐ１を注入すると、偏光子４によってその入射光Ｐ１が一方向に直線偏光された光Ｐとなりファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａに入る。光Ｐは、ファラデ効果型光ファイバ２を通過するときに磁界Ｈによってその偏光面が回転角度θだけ回転する。回転角度θだけ傾いた光Ｐは、ファラデ効果型光ファイバ２の出力端２Ｂに達して検光子５に注入される。検光子５は、光Ｐのうち通過可能な方向の光の成分だけを透過させ、レンズ６でもって集光され、透過光Ｐ２として出力用の光ファイバ８に出射される。被計測導体１に電流が流れていないときの透過光Ｐ２の光量に対して、被計測導体１の電流が流れたときの透過光Ｐ２の光量の変化分が回転角度θに比例するので、透過光Ｐ２の光量の変化分を求めることによって電流Ｉを知ることができる。透過光Ｐ２の光量の変化分は、図示されていない変換装置によって電気信号に変換されて出力される。
【０００６】
図３は、ファラデ効果型光ファイバ２を１ターンだけ周回させた場合の例であるが、一般に、ファラデ効果型光ファイバ２を正の整数ターン連続して周回させてもよい。ファラデ効果型光ファイバ２を複数ターン周回させることによって、光の行路長Ｌが増すので光変流器の検出感度を高めることができる。なお、ファラデ効果型光ファイバ２を巻枠３に複数ターン周回させる場合、ファラデ効果型光ファイバ２を巻枠３に螺旋状に巻回させても、あるいは、円板状に巻回させても光変流器の検出感度は同じである。
【０００７】
また、図３において、磁気シールド箱１０は、他相導体に流れる電流によって形成される磁界の影響をなくするためのものである。被計測導体１の貫通するファラデ効果型光ファイバ２が閉ループを形成していれば、アンペアの法則から透過光Ｐ２の光量の変化分が被計測導体１の電流Ｉに比例し、被計測導体１とファラデ効果型光ファイバ２との相対位置やファラデ効果型光ファイバ２と交差しない他相導体に流れる電流とは無関係になる。しかし、他相導体に流れる電流によって形成された磁束がファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａや出力端２Ｂに侵入すると計測誤差が発生する。そのために、ファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａおよび出力端２Ｂは磁気シールド箱１０によって磁気遮蔽され、光変流器は他相導体の影響を受けないようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の装置は、ファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端とが磁気シールド箱内に収納されているので、ファラデ効果型光ファイバが完全には周回せず、計測誤差が生ずるという問題があった。
すなわち、ファラデ効果型光ファイバの周回が完全に閉じていれば、アンペアの周回積分の法則から、ファラデ効果型光ファイバを通過する光の偏光面が正確に一周分の回転角度θだけ回転し、ファラデ効果型光ファイバを貫通する被計測導体の電流が正確に検出される。しかし、磁気シールド箱１０の部分は、磁気シールド箱１０内に磁界が形成されず積分されていないのでその分が計測誤差になる。従来、この問題に対する対策としては、前述のように、磁気シールド箱自体をできるだけ小さくしておくことによって計測誤差を減らしていた。しかし、ファラデ効果型光ファイバの周回径を小さくすると、それにつれて周回積分されない部分の全周回長に対する比が増すので計測誤差が大きくなる。
この発明の目的は、ファラデ効果型光ファイバの周回径が小さくても計測誤差が生じない高精度の光変流器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、通過する光の偏光面が磁界の強さに比例して回転する性質を備え持つファラデ効果型光ファイバを被計測導体に周回させるとともに前記ファラデ効果型光ファイバの入力端から出力端へ光を通過させ、ファラデ効果型光ファイバを通過する光の偏光面の回転角度に比例する信号を出力させ、この信号から被計測導体に流れている電流を計測する光変流器において、前記ファラデ効果型光ファイバを正の整数ターン周回させた位置から入力端および出力端までを磁気シールドで覆うとともに、前記ファラデ効果型光ファイバの入力側と出力側とにファラデ効果型光ファイバ同士を直接接触させた接触部が形成されるようにするとよい。
【００１０】
それによって、ファラデ効果型光ファイバ内に通過光が正の整数ターンだけ完全に周回するようになる。しかも、磁気シールドによってファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端から他相の導体電流によって発生する磁束も遮蔽することができ、上記接触部によって、ファラデ効果型光ファイバの入力側と出力側との間に隙間がなくなり、他相の導体電流によって発生する磁束の侵入する余地を全くなくすことができる。
【００１１】
また、かかる構成において、前記磁気シールドが導電体であるようにしてもよい。それによって、他相の導体電流からの磁束によって、磁気シールドに渦電流が発生しその磁束のエネルギーが消費される。したがって、ファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端とに侵入する磁束が弱められる。
また、かかる構成において、前記磁気シールドが磁性体であるようにしてもよい。それによって、他相の導体電流からファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端とに侵入する磁束が遮蔽される。
【００１２】
また、かかる構成において、前記磁気シールドがシート状の磁性材で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に巻回されるようにしてもよい。それによって、ファラデ効果型光ファイバの長さや径が異なっても直ぐに磁気遮蔽でき、ファラデ効果型光ファイバを容易に磁気遮蔽することができる。
また、かかる構成において、前記磁気シールドが磁性体材を含む塗料で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に塗装されるようにしてもよい。それによって、ファラデ効果型光ファイバの長さや径が異なっても直ぐに磁気遮蔽でき、ファラデ効果型光ファイバを容易に磁気遮蔽することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる光変流器の構成を示す斜視図である。ファラデ効果型光ファイバ２の入力側２Ａと出力側２Ｂとにファラデ効果型光ファイバ２同士を直接接触させた接触部２Ｃが形成されている。また、接触部２Ｃと入力端２Ａ、および接触部２Ｃと出力端２Ｂとの間のファラデ効果型光ファイバ２の外周が磁気シールド９で覆われている。その他は図３の従来の光変流器と同一であり同じ部分には同一参照符号を付け詳細な説明は省略する。
【００１４】
図２は、図１の要部平面図である。磁気シールド９は、ファラデ効果型光ファイバ２が完全に周回するように形成される。すなわち、ファラデ効果型光ファイバ２の周回部分と接触部２Ｃの部分とを残し、それ以外の部分が磁気シールド９で覆われている。
図１に戻り、磁気シールド９がファラデ効果型光ファイバ２の周回に何の妨げも与えないように配され、ファラデ効果型光ファイバ２が接触部２Ｃを介して完全に周回している。それによって、ファラデ効果型光ファイバ２を通過する光Ｐの偏光面が正確に一周分の回転角度θだけ回転し、ファラデ効果型光ファイバ２を貫通する被計測導体１の電流Ｉを高い精度で検出することができる。さらに、磁気シールド９が接触部２Ｃと入力端２Ａ、および接触部２Ｃと出力端２Ｂとの間を磁気遮蔽しているので、被計測導体１でない他相の導体電流からは磁気的に影響されないようになっている。
【００１５】
なお、図１において、磁気シールド９は、アルミニウム材などの導電体であってもよい。それによって、他相の導体電流からの磁束によって、磁気シールド９に渦電流が発生し、その磁束のエネルギーが消費される。したがって、ファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａと出力端２Ｂとに侵入する磁束が弱められ磁気遮蔽される。導電体の導電率が小さいほど磁気遮蔽の効果が大きい。
また、図１において、磁気シールド９が磁性体であってもよい。それによって、他相の導体電流からファラデ効果型光ファイバ２の入力端２Ａと出力端２Ｂとに侵入する磁束が遮蔽される。
【００１６】
また、図１において、磁気シールド９がシート状の磁性材で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバ２の外周に巻回されてもよい。それによって、ファラデ効果型光ファイバ２の長さや径が異なっても直ぐに磁気遮蔽でき、磁気遮蔽し易くなる。
また、図１において、磁気シールド９が磁性体材を含む塗料で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に塗装されてもよい。それによっても、ファラデ効果型光ファイバ２の長さや径が異なっても直ぐに磁気遮蔽でき、ファラデ効果型光ファイバ２を容易に磁気遮蔽することができる。
【００１７】
なお、図１においては、ファラデ効果型光ファイバ２の入力側２Ａと出力側２Ｂとが接触部２Ｃにて直接接触していた。しかし、この入力側２Ａと出力側２Ｂは必ずしも接触していなくてもかまわない。入力側２Ａと出力側２Ｂとの間に多少の隙間が介在することによって、他相導体からの影響は多少受け易くなるが、それは要求される計測精度との兼ね合いで決まる。要求される計測精度がはるかに高ければ接触部２Ｃも必要となるが、要求される計測精度が低ければ多少の隙間があっても許容される。また、ファラデ効果型光ファイバ２の周回ターン数が多いほど、被計測導体の電流検出感度に対する他相導体からの影響が少なくなるので入力側２Ａと出力側２Ｂとの許容される隙間も大きくなる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は前述のように、ファラデ効果型光ファイバを正の整数ターン周回させた位置から入力端および出力端までを磁気シールドで覆うとともに、前記ファラデ効果型光ファイバの入力側と出力側とにファラデ効果型光ファイバ同士を直接接触させた接触部が形成されるようにしたので、ファラデ効果型光ファイバ内に通過光が正の整数ターンだけ完全に周回するようになり、被計測導体の電流を高精度で検出することができるようになった。しかも、磁気シールドによってファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端から他相の導体電流によって発生する磁束も遮蔽することができ、他相の影響をなくすことができる。また、上記接触部によって、ファラデ効果型光ファイバの入力側と出力側との間に隙間がなくなり、他相の導体電流によって発生する磁束の侵入する余地を全くなくすことができ、被計測導体の電流をさらに高い精度で検出することができるようになった。
【００１９】
また、かかる構成において、前記磁気シールドが導電体であるようにして、他相の導体電流からの磁束で渦電流を発生させ、その磁束のエネルギーを消費させる。それによって、ファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端とに侵入する磁束が弱められる。
また、かかる構成において、前記磁気シールドが磁性体であるようにして、他相の導体電流からファラデ効果型光ファイバの入力端と出力端とに侵入する磁束が遮蔽される。
【００２０】
また、かかる構成において、前記磁気シールドがシート状の磁性材で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に巻回されるようにすることによって、ファラデ効果型光ファイバを容易に磁気遮蔽することができる。
また、かかる構成において、前記磁気シールドが磁性体材を含む塗料で構成されるとともに、ファラデ効果型光ファイバの外周に塗装されるようにすることによって、ファラデ効果型光ファイバを容易に磁気遮蔽することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例にかかる光変流器の構成を示す斜視図
【図２】  図１の要部平面図
【図３】  従来の光変流器の構成を示す斜視図
【図４】  図３の光変流器の構成を示す側面図
【符号の説明】
１：被計測導体、２：ファラデ効果型光ファイバ、２Ａ：入力端、２Ｂ：出力端、２Ｃ：接触部、θ：回転角度、Ｉ：電流、７，８：光ファイバ、９：磁気シールド
以  上
【図１】
0004215313.tif 000002
【図２】
0004215313.tif 000003
【図３】
0004215313.tif 000004
【図４】
0004215313.tif 000005