電気機器用光変流器

【課題】簡単な構造で磁界の影響を少なくし、通電導体に流れる電流の測定精度を向上できる電気機器用光変流器を提供する。
【解決手段】電気機器の容器内に通電導体１配置し、この通電導体１の軸方向に対して直交するように光ファイバ２を巻回配置し、この光ファイバ２の一端に設ける光学部材３及び他端に設ける反射部材４とを備えている。そして、少なくとも光学部材３は、この永久磁石３Ａの磁界軸が通電導体１の中心軸を通る任意の平面内に位置するように配置している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機器用光変流器に係り、特に電流の測定精度を向上できる電気機器用光変流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガス絶縁開閉装置やガス遮断器やガス絶縁母線等の電気機器は、送配電設備として使用されている。これらの電気機器では、密封する容器内に配置された通電導体を流れる電流を計測するため、光変流器を用いことが提案されている。
【０００３】
通常、光変流器は、周知の鉛ガラス製の光ファイバを電流センサとして使用している。そして、反射形の光変流器の場合は、図９（ａ）、（ｂ）に示す如く円筒状に形成した電気機器の容器（図示せず）の内部に、電流が流れる通電導体１を配置するとき、通電導体１を取り囲むように光ファイバ２を巻回配置し、通電導体１と光ファイバ２が直交（交叉）するようにしている。
【０００４】
この光ファイバ２の一方の端部に永久磁石を有する光学部材３を、また他方の端部に反射部材４を配置しており、これら光学部材３及び反射部材４は、光ファイバ２の巻回円上に配置、つまり通電導体１の軸線に対して直交（交叉）するように巻回する光ファイバ２の巻回延長線上に配置している。これによって、例えば図９（ａ）、（ｂ）に示すように通電導体１の下方から上方に向けて電流Ｉが流れたとき、電流Ｉによって直角方向に生ずる磁界Ｈが、光ファイバ２に加わる構成にしている。
【０００５】
この反射形の光変流器では、発光部（図示せず）から直線偏光を、光ファイバ２の一端側の光学部材３を介して内部に入射させ、光ファイバ２の他端側の反射部材４で反射して戻り、外部に設けた計測部（図示せず）に至るようにしている。入射した直線偏光は、光ファイバのファラデー効果により回転した出射光となるから、この出射光の回転角を計測部で検出し、通電電流を計測している。
【０００６】
光変流器を電気機器に組み込んで使用する場合、通電導体に巻回する光ファイバを配置するため、軸方向端面に周回溝を有する環状枠体を用いることが提案されている（特許文献１参照）。この光変流器は、光ファイバを環状枠体の周回溝内に収納固定して通電導体と交差させており、周回溝内の光ファイバの両端部に、周回方向に延びる偏光子部と検光子とを配置している。この光変流器の構造とすることで、環状枠体の外周面に光ファイバを巻回するものに比較して、全長を短くして光伝送損失の少なくできる。
【０００７】
また、通電導体に巻回する光ファイバを正の整数ターン周回させ、光ファイバの周回径が小さくても、通電導体に流れる電流による磁界の影響を無くし、計測誤差が生じない高精度の光変流器が提案されている（特許文献２参照）。この光変流器では、光ファイバの巻回端部を外方向に折り曲げ、偏光子を配置する入力端及び検光子を配置する出力端を引き出すとき、周回させた位置から入力端及び出力端までを磁気シールドで覆うことにより、磁界の影響を防止して計測誤差のない高精度にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１４７５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２１６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した図９に示す従来の光変流器や特許文献１に記載の光変流器では、光学部材等は通電導体１の軸方向に対して交差（直交）させる光ファイバの巻回円上に配置、即ち通電導体１の軸方向と交差する光ファイバの巻回延長線上に光学部材３や反射部材４を配置し、電流Ｉによって生ずる磁界Ｈの方向と同一方向としている。
【００１０】
このような光変流器では、通電導体を流れる電流が作る磁界で、光学部材内の永久磁石に与える影響が大きくなり、測定誤差の原因となる。つまり、これは以下のような理由である。光学部材内の永久磁石は、その磁界の効果で直線偏波の角度を飽和させて、光信号として使用している。通電導体に電流が流れると磁界が発生するが、光学部材内の永久磁石の磁界と通電導体に流れる電流による磁界方向が一致する場合は、更に外部から磁界が加わっても、直線偏波光は既に飽和しているので影響を受けない。
【００１１】
ところが、永久磁石の磁界方向と通電導体１を流れる電流ｉによる磁界Ｈの方向が反対の場合は、（永久磁石による磁界）−（通電導体を流れる電流が作る磁界）＜（垂直偏波光飽和磁界）となると、直線偏波は飽和できなくなり、光学部材３内の永久磁石の磁界が飽和していることを前提に電流値を算出している測定器の誤差の原因となる。
【００１２】
また、特許文献２の如き光変流器のように、光ファイバの巻回端部の偏光子を配置する入力端及び検光子を配置する出力端を、磁気シールドで覆い磁界による影響をなくすようにする場合は、光ファイバの巻回端部の構造が複雑になって製作し難くなる。
【００１３】
本発明の目的は、簡単な構造で磁界の影響を少なくし、通電導体に流れる電流の測定精度を向上できる電気機器用光変流器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電気機器用光変流器は、電気機器の容器内に配置する通電導体と、前記通電導体の軸方向に対して直交するように巻回配置する光ファイバと、前記光ファイバの一端に設ける光学部材及び他端に設ける反射部材とを少なくとも備えて構成する際に、少なくとも前記光学部材は、この永久磁石の磁界軸が前記通電導体の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置するように配置したことを特徴としている。
【００１５】
好ましくは、前記光学部材と前記反射部材の双方は、同一軸線上に配置したことを特徴としている。また好ましくは、前記光学部材と前記反射部材の双方は、相互に近接させて並置したことを特徴としている。
【００１６】
また本発明の電気機器用光変流器は、電気機器の容器内に配置する通電導体と、前記通電導体の軸方向に対して直交するように巻回配置する光ファイバと、前記光ファイバの一端に設ける永久磁石を有する光学部材及び他端に設ける反射部材とを少なくとも備えて構成する際に、前記容器の外面に形成したフランジに少なくとも二つの枠体単位が組み合わされ、かつ溝と収納座を有する環状枠体を着脱可能に固定し、前記環状枠体の溝内に前記光ファイバを配置すると共に、前記環状枠体の収納座に前記光学部材及び反射部材を近接させて並置し、前記光学部材は、この永久磁石の磁界軸が前記通電導体の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置するように配置したことを特徴としている。
【００１７】
好ましくは、前記環状枠体の収納座は、前記通電導体の軸方向に対して傾斜させて形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電気機器用光変流器の如く構成すれば、通電導体の周囲に光ファイバを巻回配置するとき、光ファイバの端部に配置する光学部材内の永久磁石に磁界軸は、通電導体の軸が作る仮想平面内に配置したので、永久磁石の磁界が通電導体に流れる電流の作る磁界の影響を受けることが著しく少なくなる。このため、本発明の電気機器用光変流器は簡単な構成で電流の測定精度を従来の光変流器に比べて一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例である電気機器用光変流器の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施例である電気機器用光変流器の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の概略平面図である。
【図３】（ａ）は図１及び図２の電気機器用光変流器に用いる光学部材の概略縦断面図、（ｂ）は図１及び図２の電気機器用光変流器に用いる反射部材の概略縦断面図である。
【図４】本発明の電気機器用光変流器を適用したガス遮断器の概略構成図である。
【図５】（ａ）は本発明を適用した電気機器用光変流器を一部断面して示す正面図、（ｂ）は一部断面して示す（ａ）の平面図、（ｃ）は一部断面して示す（ｂ）の右側面図である。
【図６】図５の電気機器用光変流器を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は本発明を適用した別の電気機器用光変流器を一部断面して示す正面図、（ｂ）は一部断面して示す（ａ）の平面図、（ｃ）は一部断面して示す（ｂ）の右側面図である。
【図８】図７の電気機器用光変流器を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は従来の電気機器用光変流器を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の電気機器用光変流器は、電気機器の容器内に通電導体を配置し、この通電導体の軸方向に対して直交するように光ファイバを巻回配置するものであり、光ファイバの一端には永久磁石を有する光学部材を設けと共に他端には反射部材を設けている。光学部材は、この永久磁石の磁界軸が前記通電導体の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置するように配置している。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の電気機器用光変流器について、従来と同一部分を同符号で示す図１から図８を用いて順に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）に示す如く電流が流れる通電導体１は、円筒状に形成した電気機器の容器（図示せず）の内部に配置し、絶縁ガスを封入して使用される。この通電導体１には、これを取り囲むように光ファイバ２を少なくとも１ターン巻回配置している。
【００２２】
巻回配置した光ファイバ２の両端は、通電導体１の長さ方向（軸方向）と同じとなる同一方向に折り曲げており、従来と同様に直線偏光が入射する光ファイバ２の一方の端部に光学部材３を設け、また他方の端部に反射部材４を設けており、光学部材３には外部に配置する光源や電流を測定する計測部が連なっている。しかも、これら光学部材３及び反射部材４の双方は、図１（ａ）に一点鎖線で示す同一軸線上に配置して、通電導体１の軸方向と同一方向となるようにしている。
【００２３】
光ファイバ２の一端に設ける光学部材３は、図３（ａ）に示すように磁界Ｈ１を発生させて飽和状態で使用する永久磁石３Ａと複屈折素子３Ｂを有して構成され、直線偏光が入射する側の光ファイバ２の端面に配置して使用される。また、光ファイバ２の他端に設ける反射部材４は、図３（ｂ）に示すように鏡面４Ａを有して構成され、直線偏光を反射させて光ファイバ２内を戻すように配置して使用される。
【００２４】
そして、本発明により光学部材３及び反射部材４は、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に配置している。これにより、光学部材３に有する永久磁石３Ａの磁界軸を、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置させている。言い換えると、図１（ａ）の電気機器用光変流器では、電流Ｉが流れて磁界Ｈを生ずる通電導体１の軸方向と、光学部材３及び反射部材４とは平行に配置され、これらは光ファイバ２の巻回円の部分とは交叉する状態になっている。
【００２５】
なお、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面とは、通電導体１の中心軸を通り、通電導体１の全外周面の側方に平面を形成したと仮定したとき、これら複数の平面中の一つの平面を意味している。
【００２６】
この結果、本発明の電気機器用光変流器は、通電導体１に流れる電流Ｉによって生ずる磁界Ｈが、光ファイバ２内を通る直線偏光に加わって磁界Ｈの強度に応じてファラデー回転角大きさを変えられる。しかし、光ファイバ２の端部の光学部材３は、この永久磁石３Ａの磁界軸を、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置させているから、簡単な構成で光学部材３及び反射部材４が通電導体１に流れる電流Ｉで生ずる磁界Ｈによる影響を受けにくくなり、計測部で測定する電流の計測精度を従来のものに比較して、より一層向上させることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の別の実施例である図２（ａ）及び（ｂ）に示す電気機器用光変流器においても、光ファイバ２は上記した実施例と同様に通電導体１を取り囲むように巻回配置し、この両端を通電導体１の軸方向と同じとなる同一方向に折り曲げている。
【００２８】
そして、光ファイバ２の一方の端部に設ける光学部材３と、他方の端部に設ける反射部材４との双方は、近接して接触するように配置し、しかも光学部材３及び反射部材４は、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に配置し、光学部材３に有する永久磁石３Ａの磁界軸を、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置させている。言い換えると、通電導体１の軸方向と光学部材３及び反射部材４の軸方向とは平行に配置され、光学部材３と反射部材４は光ファイバ２の巻回円とは交叉する状態になる。
【００２９】
上記のように光学部材３及び反射部材４を配置した電気機器用光変流器であっても、通電導体１に流れる電流Ｉで生ずる磁界Ｈによる影響を受けにくくなるから、上記した例と同様な効果を達成することができる。
【００３０】
図４には、内部の遮断部（図示せず）を開閉操作する操作器を側方に設けているガス遮断器１０に、上記した各電気機器用光変流器をそれぞれ適用した例を示している。ガス遮断器１０の遮断部に連なって電流Ｉ流れる通電導体は、上方に引き出される円筒状の容器１２Ａ、１２Ｂ内に配置されている。
【００３１】
このガス遮断器１０は、容器１２Ａの外面部分に光ファイバ２を巻回配置することにより、図１（ａ）、（ｂ）に示す光学部材３及び反射部材４を同一軸線上に配置した電気機器用光変流器を構成し、また容器１２Ａ、１２Ｂの外面部分に光ファイバ２を巻回配置し、図２（ａ）、（ｂ）に示す光学部材３及び反射部材４を近接して配置した電気機器用光変流器を構成したものである。
【００３２】
上記した図２（ａ）及び（ｂ）に示す電気機器用光変流器を適用した具体的な構造を、図５（ａ），（ｂ）、（ｃ）及び図６に示している。通電導体１を内部に配置している電気機器の容器２０は、外面にフランジ２０Ａを設けてあり、このフランジ２０Ａの複数箇所に取付金具２４をボルト２５等の固定手段で、環状枠体２１を着脱可能に取り付けている。
【００３３】
環状枠体２１は、この製作や取り付けを容易にするため、例えば少なくとも二分割して円弧状に形成した枠体単位２１Ａ、２１Ｂを組み合わせ、連結ボルト２１Ｃ等の結合手段によって一体にしたものである。この環状枠体２１には、容器２０を一周する溝２２と、溝２２内の一部に通電導体の軸方向とほぼ平行となる平坦な収納座２３を形成している。
【００３４】
環状枠体２１に備える溝２２内に、通電導体１に巻回する光ファイバ２を配置して計測部のある外部に引き出すようにし、また収納座２３内に光ファイバ２の各端に設ける光学部材３及び反射部材４を近接させて配置し、保護カバー２６を取り付けている。保護カバー２６は、磁界Ｈを遮蔽できる例えば非磁性体の材料で製作して用いると、光学部材３及び反射部材４は通電導体１に流れる電流Ｉで生ずる磁界Ｈによる影響を防ぐのにより効果がある。なお、環状枠体２１の溝２２には、閉鎖板を取り付けることができ、閉鎖板で光ファイバー２や光学部材３と反射部材４を覆うようにする。
【００３５】
このように、環状枠体２１に備える溝２２と収納座２３を活用して光ファイバ２や光学部材３及び反射部材４を配置すれば、簡単に所望の位置に容易に配置することができるし、光学部材３内の永久磁石３Ａの磁界軸を、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置させている。
【００３６】
環状枠体２１の溝２２内の一部に設ける収納座２３は、図７（ａ），（ｂ）、（ｃ）及び図８に示すように通電導体１の軸線に対して傾斜させて設けることもできる。この傾斜した収納座２３部分に、光学部材３と反射部材４を近接させて並置したものであり、他の部分は図５（ａ），（ｂ）、（ｃ）及び図６の例と同様な構造である。これにより、通電導体１の軸線に対して光学部材３と反射部材４が一定の角度に傾斜させて配置し、光学部材内の永久磁石の磁界軸は、通電導体１の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置させて電気機器用光変流器を構成したので、同様な効果を達成することができる。
【００３７】
環状枠体２１の収納座２３の傾斜角度は、適宜定めることができるが、収納座２３の傾斜角度を大きくすると、光学部材３と反射部材４の配置のため溝２２の径方向寸法を大きくせねばならず、環状枠体２１の全体が大形になる不都合がある。このため、収納座２３は通電導体１の軸線に対して例えば±５度程度の傾斜角度に形成し、光学部材３及び反射部材４の配置も容易に行え、通電導体１の軸方向と平行な成分を大きくした配置にして使用する。
【００３８】
なお、上記した各実施例の電気機器用光変流器では、いずれも光学部材３及び反射部材４の双方を、同一位置に配置した例で説明したが、光学部材３のみを通電導体１の中心軸を通る任意の平面内に配置し、光学部材３内に有する永久磁石３Ａの磁界軸が位置させて使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…通電導体、２…光ファイバ、３…光学部材、４…反射部材、２０…容器、２０Ａ…フランジ、２１…環状枠体、２１Ａ、２１Ｂ…枠体単位、２２…溝、２３…収納座。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の容器内に配置する通電導体と、前記通電導体の軸方向に対して直交するように巻回配置する光ファイバと、前記光ファイバの一端に設ける永久磁石を有する光学部材及び他端に設ける反射部材とを備える電気機器用光変流器において、少なくとも前記光学部材は、この永久磁石の磁界軸が前記通電導体の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置するように配置したことを特徴とする電気機器用光変流器。
【請求項２】
請求項１において、前記光学部材と前記反射部材の双方は、同一軸線上に配置したことを特徴とする電気機器用光変流器。
【請求項３】
請求項１において、前記光学部材と前記反射部材の双方は、相互に近接させて並置したことを特徴とする電気機器用光変流器。
【請求項４】
電気機器の容器内に配置する通電導体と、前記通電導体の軸方向に対して直交するように巻回配置する光ファイバと、前記光ファイバの一端に設ける永久磁石を有する光学部材及び他端に設ける反射部材とを少なくとも備える電気機器用光変流器において、前記容器の外面に形成したフランジに少なくとも二つの枠体単位が組み合わされ、かつ溝と収納座を有する環状枠体を着脱可能に固定し、前記環状枠体の溝内に前記光ファイバを配置すると共に、前記環状枠体の収納座に前記光学部材及び反射部材を近接させて並置し、前記光学部材は、この永久磁石の磁界軸が前記通電導体の中心軸を通る任意の仮想平面内に位置するように配置したことを特徴とする電気機器用光変流器。
【請求項５】
請求項４において、前記環状枠体の収納座は、前記通電導体の軸方向に対して傾斜させて形成したことを特徴とする電気機器用光変流器。

【図１】