JP6840491B2 - クランプセンサおよび測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、平面視略弧状の一対のセンサ部でクランプ対象をクランプした状態においてクランプ対象についての被検出量を検出するクランプセンサ、およびそのクランプセンサを備えてクランプ対象についての被測定量を測定する測定装置に関するものである。

この種のクランプセンサとして、下記特許文献１において出願人が開示したクランプセンサが知られている。このクランプセンサは、平面視略円弧状にそれぞれ形成された可動側センサおよび固定側センサを備えて構成されている。この場合、可動側センサは、基端部に連結ピンが挿通されることにより、基端部を中心として回動可能に連結されている。このクランプセンサを用いて、例えば電線に流れる電流を検出する際には、可動側センサの基端部に設けられたレバーを握持する。この際に、可動側センサが回動して、各センサの各先端部同士が離反する。次いで、離間部分に電線を通し、続いて、レバーに対する握持状態を解除する。この際に、ばねの付勢力によって各センサの各先端部同士が当接して、各センサによって構成される環状体によって電線が取り囲まれてクランプされる。次いで、各センサによって電線に流れる電流が検出される。

特開２００７−１７１８８号公報（第４−５頁、第１図）

ところが、上記のクランプセンサには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、上記のクランプセンサを含むこの種のクランプセンサでは、十分な感度を確保するために、各センサの太さを予め決められた太さ以上とする（検出対象の電線の太さに対して十分に太くする）必要がある。また、上記のクランプセンサは、各センサの奥行き（厚み）と幅との比率がほぼ１となる形状（断面がほぼ正方形の形状）に形成されている。このため、上記のクランプセンサには、検出対象の電線の近傍に他の電線が配線されていたり、検出対象の電線の近傍に障害物が存在していたりするときには、検出対象の電線をクランプすることが困難なことがあり、この点の改善が望まれている。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、クランプ対象を確実にクランプし得るクランプセンサおよび測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のクランプセンサは、平面視略弧状にそれぞれ形成されると共に先端部同士が開閉するように基端部側の回動軸を中心として少なくとも一方が回動可能に構成された一対のセンサ部を備え、当該各センサ部でクランプ対象をクランプした状態において当該クランプ対象についての被検出量を検出可能に構成されたクランプセンサであって、前記各センサ部は、センサケース、および当該センサケース内に収容されたコアをそれぞれ備えると共に、前記クランプ対象をクランプした状態において当該コアに生じる磁気を前記被検出量として検出する磁気検出素子が当該各センサ部のいずれか一方の当該センサケース内に収容され、前記センサケースは、少なくとも各前記先端部側が、前記各センサ部の長さ方向に直交しかつ前記回動軸に直交する方向の第１の長さの当該回動軸に沿った方向の第２の長さに対する比率が０．１以上０．６以下の範囲内の値となる薄型形状に形成され、前記各先端部同士が閉じた状態において当該各センサ部によって形成される環状体における前記基端部側の部位の内周が平面視半円状をなすように形成されると共に、当該部位よりも前記先端部側の部位が前記薄型形状に形成され、かつ当該先端部側の部位における前記第１の長さの前記第２の長さに対する比率が前記長さ方向において同じ値に規定され、前記各コアは、前記長さ方向に直交しかつ前記回動軸に直交する方向の第３の長さの当該回動軸に沿った方向の第４の長さに対する比率が前記第１の長さの前記第２の長さに対する比率と同程度となるように規定されると共に当該長さ方向において断面積がほぼ一定の形状に形成されている。

また、請求項２記載のクランプセンサは、請求項１記載のクランプセンサにおいて、前記センサケースは、平面視における前記先端部側の部位の曲率が平面視における前記基端部側の部位の曲率よりも小さくなるように形成されている。

また、請求項３記載のクランプセンサは、請求項２記載のクランプセンサにおいて、 前記センサケースにおける前記先端部側の部位は、直線的な形状となっている。

また、請求項４記載の測定装置は、請求項１から３のいずれか記載のクランプセンサと、当該クランプセンサによって検出された前記被検出量としての前記磁気の検出量に基づいて前記クランプ対象についての被測定量を測定する測定部とを備えている。

請求項１記載のクランプセンサ、および請求項４記載の測定装置によれば、各センサ部の長さ方向に直交しかつ回動軸に直交する方向の長さ（第１の長さ：幅）の回動軸に沿った方向の長さ（第２の長さ：奥行き）に対する比率が０．１以上０．６以下の範囲内の値となる薄型形状に各センサ部におけるセンサケースの少なくとも各先端部側を形成したことにより、クランプ対象の近傍に障害物が存在している場合においても、幅と奥行きとの比率がほぼ１に規定された従来の構成と比較して、クランプ対象と障害物との間の狭い隙間にセンサ部を確実かつ容易に挿入することができる。したがって、このクランプセンサおよび測定装置によれば、クランプ対象の近傍に障害物が存在している場合においても、クランプ対象を確実にクランプすることができる。

また、このクランプセンサ、およびこの測定装置によれば、各先端部同士が閉じた状態において各センサ部によって形成される環状体における基端部側の部位の内周を平面視半円状をなすようにセンサケースを形成し、その部位よりも先端部側の部位を薄型形状に形成したことにより、先端部側の部位および基端部側の部位の全てを薄型形状に形成する構成と比較して、各センサ部の強度を十分に高めることができる。

また、請求項２記載のクランプセンサ、および請求項４記載の測定装置によれば、平面視における先端部側の部位の曲率が平面視における基端部側の部位の曲率よりも小さくなるように各センサ部のセンサケースを形成したことにより、薄型の先端部側の部位が直線的な形状となる結果、先端部側の部位および基端部側の部位が同じ曲率となるように形成されて各センサ部が全体して平面視円弧状をなす構成とは異なり、クランプ対象の近傍に障害物が存在している場合において、クランプ対象と障害物との間の狭い隙間にセンサ部の先端部をまっすぐに押し込むだけで、隙間に先端部を確実かつ容易に挿入することができる。

クランプメータ１の斜視図である。 クランプメータ１の構成を示す構成図である。 センサ部１１ａ，１１ｂが開状態のときのクランプメータ１の斜視図である。 クランプメータ１の正面図である。 クランプメータ１の側面図である。 クランプメータ１の使用方法を説明する説明図である。

以下、クランプセンサおよび測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、クランプメータ１の構成について説明する。図１，２に示すクランプメータ１は、測定装置の一例であって、例えば図４に示すクランプ対象としての電線２００ａに流れる電流（被測定量の一例）を非接触（金属非接触）で測定可能に構成されている。具体的には、クランプメータ１は、クランプセンサ２および本体部３を備えて構成されている。

クランプセンサ２は、図１，３に示すように、一対のセンサ部１１ａ，１１ｂを備え、図４に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂで電線２００ａをクランプした（取り囲んだ）状態において、電線２００ａに電流が流れているときに生じる被検出量としての磁界を非接触で検出する。

また、このセンサ２では、図４，６に示すように、センサ部１１ｂ（センサ部１１ａ，１１ｂの一方）が、センサ部１１ａ，１１ｂの先端部２１ａ，２１ｂ同士が開閉（接離）するように回動軸２３を中心として回動可能に構成され、センサ部１１ａが、回動しない状態で本体部３の本体ケース３０に固定されている。また、このセンサ２では、本体ケース３０に配設されているレバー３０ａに対する操作（押し込み、および押し込みの解除）に応じてセンサ部１１ｂが回動するように構成されている。なお、以下の説明において、センサ部１１ａ，１１ｂの先端部２１ａ，２１ｂ同士が閉じた状態（図４に示す状態）を「閉状態」ともいい、先端部２１ａ，２１ｂ同士が開いた状態（図６に示す状態）を「開状態」ともいう。

また、センサ部１１ａは、図４に示すように、センサケース１０ａ、並びにセンサケース１０ａ内に収容された図外のコアおよび磁気検出素子を備えて構成されている。また、センサ部１１ｂは、同図に示すように、センサケース１０ｂおよびセンサケース１０ｂ内に収容された図外のコアを備えて構成されている。この場合、コアは、磁性材料によって形成されると共に、断面が矩形でかつコアの長さ方向において断面積がほぼ一定の形状に形成されている。また、コアの断面は、奥行き（図４における紙面手前側から奥側に向かう方向の長さ：第４の長さ）に対する幅（奥行きに直交する方向の長さ：第３の長さ）の比率が後述する比率Ｒ（センサ部１１ａ，１１ｂの奥行きＤに対する幅Ｗの比率）と同程度となるように規定されている。また、磁気検出素子は、一例として、ホール素子で構成され、センサ部１１ａ，１１ｂで電線２００ａをクランプした状態において、電線２００ａに電流が流れているときにコアに生じる被検出量としての磁界を検出して検出信号を出力する。

また、センサ部１１ａ，１１ｂは、図１，３，４に示すように、平面視形状（回動軸２３の軸線に沿った方向で見た形状）が略弧状にそれぞれ形成されている。具体的には、センサ部１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、先端部２１ａ，２１ｂ同士が閉じた状態においてセンサ部１１ａ，１１ｂによって形成される環状体１００における基端部２２ａ，２２ｂ側の部位の内周が平面視半円状をなすように形成されている。なお、以下の説明において、この部位を構成するセンサ部１１ａ，１１ｂにおける基端部２２ａ，２２ｂ側の各部位をそれぞれ「基端部側部位５２ａ，５２ｂ」ともいう。また、センサ部１１ａにおける先端部２１ａ側の部位（以下「先端部側部位５１ａ」ともいう）、およびセンサ部１１ｂにおける先端部２１ｂ側の部位（以下「先端部側部位５１ｂ」ともいう）は、基端部側部位５２ａ，５２ｂよりも曲率が小さく（曲率半径が大きく）なるように形成されている。つまり、センサ部１１ａ，１１ｂは、同図に示すように、閉状態において、細長い環状体１００を形成する形状に形成されている。

さらに、センサ部１１ａ，１１ｂの各先端部側部位５１ａ，５１ｂは、図４，５に示すように、回動軸２３の軸線に沿った方向の長さ（第２の長さ：以下、この長さを「奥行きＤ」ともいう：図５参照）に対する、センサ部１１ａ，１１ｂの長さ方向に直交しかつ回動軸２３に直交する方向の長さ（第１の長さ：以下、この長さを「幅Ｗ」ともいう：図４参照）の比率Ｒが１よりも小さい（つまり、幅Ｗが奥行きＤよりも短い）薄型形状に形成されている。この場合、比率Ｒが０．６よりも大きいときには、センサ部１１ａ，１１ｂの十分な薄型化が図れないため、「電線２００ａを確実にクランプすることが可能」との薄型化による効果（この効果については、後に詳述する）を十分に発揮することが困難となる。一方、比率Ｒが０．１未満のときには、センサ部１１ａ，１１ｂを構成するコアが薄くなり過ぎて、磁気特性が悪化し、クランプセンサ２の磁気（被検出量）の検出精度が低下するおそれがある。したがって、磁気の検出精度を高精度に維持しつつ薄型化による効果を十分に発揮させるために、比率Ｒを０．１以上０．６以下の範囲内の値に規定する必要があり、このクランプセンサ２では、比率Ｒが０．５に規定されている。

本体部３は、図２に示すように、表示部３１、操作部３２、処理部３３、およびこれらの各構成要素が収容または配設される本体ケース３０（図１参照）を備えて構成されている。

表示部３１は、例えば液晶パネルで構成されて、図１，３，４に示すように、本体ケース３０の正面パネルに配設されている。また、表示部３１は、処理部３３の制御に従って電流の測定値等を表示する。操作部３２は、本体ケース３０の正面パネルに配設された各種のスイッチ３２ａやダイヤル３２ｂ等を備えて構成され、これらの操作に応じた操作信号を出力する。

処理部３３は、操作部３２から出力される操作信号に従って本体部３を構成する各部を制御する。また、処理部３３は、測定部として機能し、クランプセンサ２（磁気検出素子）から出力される検出信号に基づいて電線２００ａに流れる電流の電流値を測定して表示部３１に表示させる。

次に、クランプメータ１を用いて、クランプ対象としての電線２００ａに流れる電流の電流値を測定する方法について、図面を参照して説明する。この場合、図６に示すように、電線２００ａの近傍に電線２００ｂが配線されているものとする。

まず、本体部３のレバー３０ａ（図６参照）を押し込む。この際に、図外のばねの付勢力に抗して、クランプセンサ２におけるセンサ部１１ａ，１１ｂの先端部２１ａ，２１ｂ同士が開く向きにセンサ部１１ｂが回動して、図６に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂが開状態となる。

次いで、図６に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂにおける先端部２１ａ，２１ｂの間に電線２００ａが位置するように、互いに近接して配置されている電線２００ａ，２００ｂの間の隙間にセンサ部１１ｂの先端部２１ｂを挿入する。

この場合、このクランプセンサ２では、上記したように、先端部側部位５１ａ，５１ｂの幅Ｗが奥行きＤに対して０．５となる（幅Ｗが奥行きＤの１／２の）薄型形状にセンサ部１１ａ，１１ｂが形成されている。このため、このクランプセンサ２では、クランプ対象の電線２００ａの近傍に電線２００ｂに配線されている場合においても、幅Ｗと奥行きＤとの比率Ｒがほぼ１に規定された従来の構成と比較して、電線２００ａ，２００ｂの間の狭い隙間にセンサ部１１ｂを確実かつ容易に挿入することが可能となっている。また、このクランプセンサ２では、上記したように、先端部側部位５１ａ，５１ｂが基端部側部位５２ａ，５２ｂよりも曲率が小さくなるようにセンサ部１１ａ，１１ｂが形成されているため、図６に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂにおける薄型の先端部２１ａ，２１ｂが直線的な形状となっている。このため、このクランプセンサ２では、先端部側部位５１ａ，５１ｂおよび基端部側部位５２ａ，５２ｂが同じ曲率となるように形成されて、センサ部１１ａ，１１ｂが全体して円弧状をなす構成とは異なり、クランプメータ１をまっすぐに押し込むだけで、電線２００ａ，２００ｂの間の狭い隙間にセンサ部１１ｂの先端部２１ｂを確実かつ容易に挿入することが可能となっている。

続いて、センサ部１１ａ，１１ｂにおける基端部２２ａ，２２ｂ側の間に電線２００ａを位置させ、次いで、レバー３０ａに対する押し込みを解除する。この際に、図外のばねの付勢力によってセンサ部１１ａ，１１ｂの先端部２１ａ，２１ｂ同士が接触する向きにセンサ部１１ｂが回動して、図４に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂが閉状態となる。これにより、同図に示すように、センサ部１１ａ，１１ｂによって電線２００ａがクランプされる（同図では、電線２００ｂの図示を省略している）。この場合、このクランプセンサ２では、上記したように、センサ部１１ａ，１１ｂが薄型形状に形成されて、電線２００ａ，２００ｂの間の狭い隙間にセンサ部１１ｂを確実かつ容易に挿入されるため、電線２００ａを確実にクランプすることが可能となっている。

続いて、センサ部１１ａに配設されている磁気検出素子が、電線２００ａに流れる電流によってセンサ部１１ａ，１１ｂの各コアに生じる磁界を検出して検出信号を出力する。次いで、本体部３の処理部３３が、検出信号に基づいて電線２００ａに流れる電流の電流値を測定する。続いて、処理部３３は、測定値を表示部３１に表示させる。

次いで、測定を終了したときには、レバー３０ａを押し込んで、センサ部１１ａ，１１ｂを開状態とさせ、続いて、電線２００ａからクランプセンサ２を引き離す。次いで、レバー３０ａに対する押し込みを解除して、センサ部１１ａ，１１ｂを閉状態とさせる。

このように、このクランプセンサ２およびクランプメータ１によれば、センサ部１１ａ，１１ｂの先端部２１ａ，２１ｂ側を幅Ｗが奥行きＤに対して０．５となる薄型形状に形成したことにより、クランプ対象の電線２００ａの近傍に他の電線２００ｂ等の障害物が存在している場合においても、幅Ｗと奥行きＤとの比率Ｒがほぼ１に規定された従来の構成と比較して、電線２００ａと障害物との間の狭い隙間にセンサ部１１ｂを確実かつ容易に挿入することができる。したがって、このクランプセンサ２およびクランプメータ１によれば、クランプ対象の電線２００ａの近傍に障害物が存在している場合においても、電線２００ａを確実にクランプすることができる。

また、このクランプセンサ２およびクランプメータ１によれば、各先端部同士が閉じた状態においてセンサ部１１ａ，１１ｂによって形成される環状体１００における基端部２２ａ，２２ｂ側の基端部側部位５２ａ，５２ｂの内周を平面視半円状をなすように形成し、基端部側部位５２ａ，５２ｂよりも先端部２１ａ，２１ｂ側の先端部側部位５１ａ，５１ｂを薄型形状に形成したことにより、先端部側部位５１ａ，５１ｂおよび基端部側部位５２ａ，５２ｂの全てを薄型形状に形成する構成と比較して、センサ部１１ａ，１１ｂの強度を十分に高めることができる。

また、このクランプセンサ２およびクランプメータ１によれば、平面視における先端部側部位５１ａ，５１ｂの曲率が平面視における基端部側部位５２ａ，５２ｂの曲率よりも小さくなるようにセンサ部１１ａ，１１ｂを形成したことにより、薄型の先端部側部位５１ａ，５１ｂが直線的な形状となる結果、先端部側部位５１ａ，５１ｂおよび基端部側部位５２ａ，５２ｂが同じ曲率となるように形成されてセンサ部１１ａ，１１ｂが全体して平面視円弧状をなす構成とは異なり、電線２００ａの近傍に障害物が存在している場合において、電線２００ａと障害物との間の狭い隙間にセンサ部１１ｂの先端部２１ｂをまっすぐに押し込むだけで、隙間に先端部２１ｂを確実かつ容易に挿入することができる。

なお、クランプセンサおよび測定装置の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、幅Ｗが奥行きＤに対して０．５となるようにセンサ部１１ａ，１１ｂを形成した例について上記したが、奥行きＤに対する幅Ｗの比率は、０．１以上０．６以下の範囲内で任意に規定することができる。

また、先端部側部位５１ａ，５１ｂの全範囲を薄型形状に形成した例について上記したが、薄型形状に形成する範囲は、先端部２１ａ，２１ｂ側が含まれる限り、先端部側部位５１ａ，５１ｂの一部（先端部側部位５１ａ，５１ｂと基端部側部位５２ａ，５２ｂとの境界よりも先端部２１ａ，２１ｂ側の一部）だけでもよい。また、先端部側部位５１ａ，５１ｂに加えて基端部側部位５２ａ，５２ｂの全部または一部を薄型形状に形成する構成を採用することもできる。また、先端部側部位５１ａ，５１ｂを基端部側部位５２ａ，５２ｂよりも曲率が小さくなるように形成した例について上記したが、先端部側部位５１ａ，５１ｂの曲率が基端部側部位５２ａ，５２ｂの曲率以上となるように形成する構成を採用することもできる。

また、センサ部１１ｂ（センサ部１１ａ，１１ｂの一方）を回動可能に構成した例について上記したが、センサ部１１ａを回動可能に構成したり、センサ部１１ａ，１１ｂの双方を回動可能に構成したりすることもできる。

また、クランプセンサ２が被検出量としての磁界を検出し、処理部３３が被測定量としての電流を測定する例について上記したが、被検出量や被測定量は、磁界や電流に限定されず、電圧、電力および抵抗などの各種の物理量が含まれる。

１ クランプメータ
２ クランプセンサ
１１ａ，１１ｂ センサ部
２１ａ，２１ｂ 先端部
２２ａ，２２ｂ 基端部
２３ 回動軸
３３ 処理部
５１ａ，５１ｂ 先端部側部位
５２ａ，５２ｂ 基端部側部位
１００ 環状体
２００ａ 電線
Ｄ 奥行き
Ｒ 比率
Ｗ 幅

Claims (4)

1. 平面視略弧状にそれぞれ形成されると共に先端部同士が開閉するように基端部側の回動軸を中心として少なくとも一方が回動可能に構成された一対のセンサ部を備え、当該各センサ部でクランプ対象をクランプした状態において当該クランプ対象についての被検出量を検出可能に構成されたクランプセンサであって、
   前記各センサ部は、センサケース、および当該センサケース内に収容されたコアをそれぞれ備えると共に、前記クランプ対象をクランプした状態において当該コアに生じる磁気を前記被検出量として検出する磁気検出素子が当該各センサ部のいずれか一方の当該センサケース内に収容され、
   前記センサケースは、少なくとも各前記先端部側が、前記各センサ部の長さ方向に直交しかつ前記回動軸に直交する方向の第１の長さの当該回動軸に沿った方向の第２の長さに対する比率が０．１以上０．６以下の範囲内の値となる薄型形状に形成され、前記各先端部同士が閉じた状態において当該各センサ部によって形成される環状体における前記基端部側の部位の内周が平面視半円状をなすように形成されると共に、当該部位よりも前記先端部側の部位が前記薄型形状に形成され、かつ当該先端部側の部位における前記第１の長さの前記第２の長さに対する比率が前記長さ方向において同じ値に規定され、
   前記各コアは、前記長さ方向に直交しかつ前記回動軸に直交する方向の第３の長さの当該回動軸に沿った方向の第４の長さに対する比率が前記第１の長さの前記第２の長さに対する比率と同程度となるように規定されると共に当該長さ方向において断面積がほぼ一定の形状に形成されているクランプセンサ。
2. 前記センサケースは、平面視における前記先端部側の部位の曲率が平面視における前記基端部側の部位の曲率よりも小さくなるように形成されている請求項１記載のクランプセンサ。
3. 前記センサケースにおける前記先端部側の部位は、直線的な形状となっている請求項２記載のクランプセンサ。
4. 請求項１から３のいずれか記載のクランプセンサと、当該クランプセンサによって検出された前記被検出量としての前記磁気の検出量に基づいて前記クランプ対象についての被測定量を測定する測定部とを備えている測定装置。

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