JP2002040057A

JP2002040057A - 電流検出コイルおよび電流検出方法

Info

Publication number: JP2002040057A
Application number: JP2000229788A
Authority: JP
Inventors: Mikio Watanabe; 幹男渡辺
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-06
Also published as: CN1335509A; KR20020010075A; KR100782363B1

Abstract

(57)【要約】【課題】電流検出コイルにおいて小型軽量化および低
コスト化を容易に実現し、取り付けが簡単で高精度の電
流検出信号を得ること。【解決手段】この電流検出コイル１０では、絶縁性部
材からなる基板１６を挟んで互いに斜めに向き合う第ｉ
番目の第１および第２の薄膜導体１２(i)，１４(i)の一
端部（右端部）が右列第ｉ番目のスルーホール２０(i)
を介して電気的に接続されることによって第ｉ番目の１
巻分のコイル単体Ｃiが形成されるとともに、隣り合う
第ｉ番目のコイル単体Ｃiと第（ｉ＋１）番目のコイル
単体Ｃi+1との間でそれぞれの第２の薄膜導体１４(i)お
よび第１の薄膜導体１２(i+1)の他端部（左端部）が左
列第（ｉ＋１）番目のスルーホール１８(i+1)を介して
電気的に接続されることで両コイル単体Ｃi，Ｃi+1が直
列接続され、電流検出コイル１０全体ではｎ回巻のコイ
ル［Ｃ1〜Ｃn］が構成されている。そして、全ての第１
および第２の薄膜導体１２，１４を覆うように基板１６
の表面にはたとえば透明の絶縁フィルム（図示せず）が
被せられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流検出方法およ
び電流検出用のコイルに関し、特に溶接電流等の比較的
大きな電流を検出するためのコイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の電流検出コイルとし
ては、トロイダルコイルやロゴスキーベルトがよく知ら
れている。

【０００３】トロイダルコイルは、ベルト状の芯に銅線
を巻き付けた空心トランスからなり、被検出電流たとえ
ば溶接電流が流れる導体を囲むようにして取り付けられ
る。溶接電流が流れると、該導体の回りに同心状閉ルー
プの磁束（磁場）が発生し、一部の磁束がトロイダルコ
イルの中を貫通する。溶接電流が変化すると磁束も同様
に変化し、その電流または磁束の変化率に応じた誘導起
電力がトロイダルコイルの端子より取り出される。トロ
イダルコイルの出力電圧を積分することで、溶接電流と
同じ波形を有する信号が得られる。ロゴスキーベルトも
トロイダルコイルと大体似た構成であり、同様の機能お
よび作用を奏する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなトロイダ
ルコイルやロゴスキーベルトは、ベルト状の芯に銅線を
巻き付ける構成であるため、製造コストが高いだけでな
く、小型化や軽量化が難しく、取り扱いも不便である。
特に、小スペースでの取り付けや板状または角柱状の導
体への適正な取り付けが難しく、ぴったり装着できない
ぶん電流検出精度が低くなるという問題もある。

【０００５】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
ものであり、小型軽量化および低コスト化を容易に実現
できる電流検出コイルを提供することを目的とする。

【０００６】本発明の別の目的は、取り付けが簡単で高
精度の電流検出信号が得られる電流検出コイルを提供す
ることにある。

【０００７】本発明の他の目的は、取り扱いが簡単で信
頼性の高い電流検出を行える電流検出方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電流検出コイルは、絶縁性部材からなる
基板を挟んで互いにほぼ正面または斜めに向かい合うよ
うにして前記基板の両面に第１および第２の薄膜導体を
それぞれ固着形成し、互いに対向する前記第１および第
２の薄膜導体のそれぞれの一端部を前記基板に形成され
た第１のスルーホールを介して電気的に接続することに
より１巻分のコイル単体を構成し、前記基板上に多数の
前記コイル単体を一定方向に配列し、隣合う２つの前記
コイル単体の間で互いに隣接する前記第１および第２の
薄膜導体のそれぞれの他端部を前記基板に形成された第
２のスルーホールを介して電気的に接続することにより
前記多数のコイル単体を多数回巻のコイルとし、前記多
数回巻コイルの中の互いに離間した２箇所から一対の出
力端子を取り出してなる構成とした。

【０００９】本発明の電流検出コイルは、基板に一体的
に形成された薄膜導体とスルーホールとによってコイル
導体、１回巻分のコイル単体ひいては多数回巻のコイル
を構成しており、全体としてカードまたはプレート状の
形体をとる。このカード型電流検出コイルを、被検出電
流が流れる導体の側面または周面に貼り付けることで、
該被検出電流を検出することができる。より詳細には、
該導体の中で被検出電流が所定の向きに流れると、該導
体の回りに閉ループ状の磁束（磁場）が発生し、一部の
磁束はこの電流検出コイルの多数回巻コイルの内側を軸
方向に貫通するようにして基板の中を通る。電流が変化
すると、磁束もそれに比例して変化し、その変化率つま
り微分波形を表す誘導起電力が各コイル単体で発生し、
それぞれの誘導起電力を直列に足し合わせた電圧が出力
電圧としてコイル出力端子より取り出される。

【００１０】本発明の電流検出コイルにおいて、基板上
の薄膜導体間の電気的短絡を防止するために、好ましく
は、前記基板上に前記第１および第２の薄膜導体を覆う
ように絶縁膜を形成してなる構成としてよい。また、高
密度のコイルを安価に製作するために、好ましくは、前
記第１および第２の薄膜導体がプリント配線からなる構
成としてよい。

【００１１】また、可及的に高密度のコイルを効率的に
得るために、好ましくは、前記多数回巻のコイル部にお
いて前記第１、第２の薄膜導体および前記第１、第２の
スルーホールをジグザク状のパターンに形成する構成と
してよい。

【００１２】また、板状導体や角柱状導体だけでなく、
円柱状導体にもフィットして取り付けられるように、好
ましくは、前記基板がフレキシブル基板からなる構成と
してよい。

【００１３】また、上記の目的を達成するために、本発
明の電流検出方法は、本発明の電流検出コイル前記被検
出電流の流れる方向に対して前記多数巻コイルの軸方向
がほぼ直交または斜めになるようにして取り付けて、前
記一対の出力端子より前記被検出電流の微分波形を表す
電圧信号を得る方法とした。

【００１４】本発明の電流検出方法において、高精度か
つ好感度の電流検出を行うために、好ましくは、前記被
検出電流が流れる導体を挟むようにして一対の前記電流
検出コイルを貼り付けて、それら一対の前記電流検出コ
イルを電気的に直列接続してよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
好適な実施形態を説明する。

【００１６】図１および図２に、本発明の一実施形態に
よる電流検出コイルの構成および取付構造を示す。

【００１７】この実施形態の電流検出コイル１０は、ス
ルーホール付きのカード型両面プリント配線板として構
成されており、基板１６の両面にそれぞれ形成された所
定パターンのプリント配線からなる薄膜導体１２，１４
を主たるコイル導体としている。

【００１８】図２において、この電流検出コイル１０の
基板１６には適当な間隔を空けて左右にそれぞれ（ｎ＋
１）個およびｎ個（たとえばｎ＝５０）のスルーホール
１８，２０がそれぞれ一定のピッチＤでほぼ一列に形成
されており、左右２列の間では各対応するスルーホール
１８(i)，２０(i)（ｉ＝１，２，‥‥，ｎ）の位置が列
方向に半ピッチ（Ｄ／２）程ずれており、いわゆる千鳥
状の配置関係になっている。各スルーホール１８，２０
内には導電性のメッキたとえば銅メッキが施されてお
り、基板１６の両面間の電気的接続が可能となってい
る。

【００１９】基板１６の第１面（おもて面）１６ａ上に
は、最後尾のスルーホール１８(n+1)を除いて左列の各
スルーホール１８(i)から右列の各対応するスルーホー
ル２０(i)に向かって右肩上がりに直線状の第１の薄膜
導体１２(i)が形成されている。一方、第２面（裏面）
１６ｂ上には、右列の各スルーホール２０(i)から左列
の後尾側隣の各スルーホール１８(i+1)に向かって左肩
上がりに直線状の第２の薄膜導体１４(i)が形成されて
いる。

【００２０】なお、図解を容易にするために、おもて面
１６ａ側の各第１の薄膜導体１２を実線で示し、裏面１
６ｂ側の各第２の薄膜導体１４を点線で示している。ま
た、各薄膜導体１２，１４を細い線で示しているが、実
際は適当な線幅を有しており、たとえばスルーホール１
８，２０の直径とほぼ等しいサイズの線幅（たとえば
０．８ｍｍ）を有してよい。左右各列におけるスルーホ
ール１８，２０の位置を図示のように奇数番目と偶数番
目とで千鳥状にずらすことで、ピッチＤを可及的に狭め
ることができる。

【００２１】かかる構成において、基板１６を挟んで互
いに斜めに向き合う第ｉ番目の第１および第２の薄膜導
体１２(i)，１４(i)の一端部（右端部）が右列第ｉ番目
のスルーホール２０(i)を介して電気的に接続されるこ
とによって第ｉ番目の１巻分のコイル単体Ｃiが形成さ
れるとともに、隣り合う第ｉ番目のコイル単体Ｃiと第
（ｉ＋１）番目のコイル単体Ｃi+1との間でそれぞれの
第２の薄膜導体１４(i)および第１の薄膜導体１２(i+1)
の他端部（左端部）が左列第（ｉ＋１）番目のスルーホ
ール１８(i+1)を介して電気的に接続されることで両コ
イル単体Ｃi，Ｃi+1が直列接続され、電流検出コイル１
０全体ではｎ回巻のコイル［Ｃ1〜Ｃn］が構成されてい
る。そして、全ての第１および第２の薄膜導体１２，１
４を覆うように基板１６の表面にはたとえば透明の絶縁
フィルム（図示せず）が被せられている。

【００２２】図示の構成例では、左列両端のスルーホー
ル１８(1)，１８(n+1)を一対のコイル出力端子ＯＵＴ
a，ＯＵＴbとし、それらのコイル出力端子ＯＵＴa，Ｏ
ＵＴbにそれぞれ電気ケーブル２２，２４がたとえばハ
ンダで接続されている。

【００２３】基板１６のスルーホール１８，２０よりも
外側に位置する両端部（非コイル部）には取付孔（図示
せず）が形成されており、図１に示すように、各取付孔
を通して取付ボルト２６を取付場所となる被検出電流Ｉ
の流れる導体２８側の螺子穴（図示せず）にねじ込むこ
とで、このカード型電流検出コイル１０を導体２８に着
脱可能に取付することができる。この取付に際しては、
図示のように、被検出電流Ｉの流れる方向に対して電流
検出コイル１０のコイル部［Ｃ1〜Ｃn］の軸方向が直交
するように配置するのが、電流検出感度を高くするうえ
で望ましい。もっとも、斜め配置でも電流検出は可能で
ある。

【００２４】図示のコイル取付場所は板状の導体２８で
あるため、その一方の板面にこのカード型電流検出コイ
ル１０をぴったり貼り付けるようにして取付することが
できる。なお、上記したようにこのカード型電流検出コ
イル１０の表面は絶縁フィルムで覆われているため、導
体２８に直接貼り付けても電気的的短絡を生じるおそれ
はない。

【００２５】図示の電流検出コイル取付構造において、
導体２８中で電流Ｉが図示の向きに流れると、導体２８
の回りに閉ループ状の磁束（磁場）が発生し、一部の磁
束φはこの電流検出コイル１０のコイル部［Ｃ1〜Ｃn］
の内側を軸方向に貫通するようにして基板１６の中を通
る。電流Ｉが変化すると、磁束φもそれに比例して変化
し、その変化率つまり微分波形を表す誘導起電力が各コ
イル単体Ｃ1〜Ｃnで発生し、それぞれの誘導起電力を直
列に足し合わせた電圧が出力電圧としてコイル出力端子
ＯＵＴa，ＯＵＴbより取り出される。このコイル出力信
号を積分回路（図示せず）に通すことで、電流Ｉと相似
の波形を有する電気信号が得られる。

【００２６】図１に示す取付構造の例では、板状導体２
８の反対側の面にも別の電流検出コイル１０’を取り付
け、おもて面側の電流検出コイル１０の第２出力端子Ｏ
ＵＴbを電気ケーブル２４（２２’）を介して裏面側の
電流検出コイル１０’の第１出力端子ＯＵＴa’に接続
することで両電流検出コイル１０，１０’を電気的に直
列接続している。

【００２７】かかる取付構造においては、両電流検出コ
イル１０，１０’のそれぞれの出力端子（ＯＵＴa，Ｏ
ＵＴb）、（ＯＵＴa’，ＯＵＴb’）よりほぼ同一の出
力電圧が得られ、それら２つの出力電圧を直列に足し合
わせた電圧が全体の出力電圧としておもて面側の第１出
力端子ＯＵＴaと裏面側の第２出力端子ＯＵＴb’との間
から取り出される。しかも、両電流検出コイル１０，１
０’は空間的にはそれぞれのおもて面と裏面を互いに反
対向きにして配置されているため、周囲からの不所望な
磁界が及んで来ても、その外部磁界による誘導起電力へ
の影響分が両電流検出コイル１０，１０’の間でキャン
セルされ、全体の出力電圧にはノイズが生じ難いという
利点もある。

【００２８】このように、板状導体２８の両面に一対
（２枚）の電流検出コイル１０，１０’を貼り付けるだ
けで、特別な設置スペースを要することなく、板状導体
２８の回りをぴったり取り囲むような電流検出手段を取
り付けられ、感度および精度の高い電流検出を行うこと
ができる。もちろん、１枚の電流検出コイル１０を貼り
付けるだけの取付構造においても、実用的には十分な感
度および精度を得ることができる。

【００２９】この実施形態の電流検出コイル１０は、常
法のプリント配線板製造技術を用いて、容易かつ安価に
製作できる。たとえば、電流検出コイル１０の基板１６
として、ガラスエポキシまたは紙フェノール等のプリン
ト配線板用の絶縁性基板を使用してよい。この基板１６
の所定位置に各スルーホール１８，２０用の穴を穿孔し
てから、基板の両面全体に導電性の金属箔としてたとえ
ば銅箔をメッキで固着形成し、この銅箔に対して所要の
パターン焼付けやエッチング等の加工を施すことによ
り、基板１６の両面に第１および第２薄膜導体１２，１
４をそれぞれパターニングするとともに、各スルーホー
ル１８，２０を電着（メッキ）することができる。そし
て、最後に、全ての第１および第２薄膜導体１２，１４
を覆うようにたとえばポリイミドからなる絶縁フィルム
を基板１６の両面に被着することによって、電流検出コ
イル１０が完成する。

【００３０】図３に、この実施形態の電流検出コイル１
０を取付可能な装置例として、小型精密スポット溶接機
を示す。

【００３１】このスポット溶接機は電源部３０と溶接ヘ
ッド部３２とからなり、電源部３０の一方の出力端子を
構成する導体たとえば銅バー３４（２８）に図１と同様
にして電流検出コイル１０を取り付けている。この銅バ
ー３４は、電力ケーブル３６を介して溶接ヘッド部３２
の導電性部材からなる上部電極支持部（可動アーム３８
および上部電極ホルダ４０）に電気的に接続されてい
る。上部電極ホルダ４０には上部電極４２が着脱可能に
取付される。一方、電源部３０の他方の出力端子を構成
する銅バー４４は、電力ケーブル４６を介して溶接ヘッ
ド部３２の導電性部材からなる下部電極支持部（下部電
極ホルダ４８）に電気的に接続されている。下部電極ホ
ルダ４８には下部電極５０が着脱可能に取付される。

【００３２】電源部３０において、電源出力端子接続口
５２の上方に設けられた操作パネル部には、設定値等を
入力するための各種キー５４や設定値または測定値等を
表示するための液晶ディスプレイ５６等が取り付けられ
ている。

【００３３】この精密小型スポット溶接機では、図示の
ように、電源出力端子接続口５２の中の限られた小スペ
ース内でも電源出力端子の銅バー３４（２８）に電流検
出コイル１０をぴったりフィットさせて取付することが
できる。

【００３４】この点、一般のトロイダルコイルやロゴス
キーベルトを使用するとなると、取付箇所として電力ケ
ーブル３６，４６のいずれか一方あるいは溶接ヘッド部
３２側の上部電極支持部または下部電極支持部を選ぶこ
とになる。図示省略するが、電力ケーブル３６（４６）
にトロイダルコイルまたはロゴスキーベルトを取り付け
る構成は、一般のトロイダルコイルまたはロゴスキーベ
ルトの内径が電気ケーブル３６（４６）の直径よりも格
段に大きいためぴったりフィットした取付が困難なう
え、電気ケーブル３６（４６）の引き回しに支障や不便
を来しやすい。また、溶接ヘッド部３２側の上部電極支
持部または下部電極支持部にしても大型のスポット溶接
機のものよりもずっと小型であるため、電力ケーブル３
６（４６）に取付する場合と同様の不都合がある。

【００３５】以上好適な実施形態を説明したが、本発明
は上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、図２
に示すように、平面的に見て基板１６の両面に第１、第
２の薄膜導体１２，１４および左右のスルーホール１
８，２０をジグザグ状のパターンに形成した。このジグ
ザグパターンは、可及的に高密度のコイルをシンプルか
つ効率的に実現できるという利点がある。しかし、外に
も様々なパターンを選択することが可能であり、図４お
よび図５に幾つかの変形例を示す。

【００３６】図４の変形例は、平面的に見て基板１６の
両面に第１、第２の薄膜導体１２，１４および左右のス
ルーホール１８，２０をＬ型の蛇行状のパターンに形成
した例である。このように薄膜導体１２，１４を任意の
角度であるいは任意の曲率で屈曲させることも可能であ
る。

【００３７】図５の変形例は、平面的に見て基板１６の
両面に各対応する第１および第２の薄膜導体１２(i)，
１４(i)の大部分を正面に向き合わせたものである。図
では、図解を容易にするため両薄膜導体１２(i)，１４
(i)を少しずらして示しているが、実際にはぴったり重
なっていてもよい。

【００３８】また、図１の取付構造の変形例として、板
状導体２８の長手方向に複数枚の電流検出コイル１０を
並置して電気的に直列接続する構成や同一の取付位置に
複数枚の電流検出コイル１０を上下に重ね配置する構成
も可能である。電流検出コイル１０の取付場所となる導
体としては、四角柱等の多角柱の導体も好適であり、多
角柱導体の各面を取付箇所とすることが可能である。ま
た、本発明における電流検出コイル１０の基板１６を円
筒状または半円筒状に構成したり、あるいはポリエステ
ル等のフレキシブルな絶縁基材で構成することにより、
円柱状の導体等にもぴったりフィットさせて取付するこ
とが可能である。また、本発明の電流検出コイルを被検
出電流の流れる導体から離して取り付けることも可能で
ある。

【００３９】本発明の電流検出コイルは、上記実施形態
におけるようなスポット溶接機以外にも種々の加工装置
（たとえばヒュージング装置、リフロー式ハンダ付装
置、レーザ装置等）に適用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電流検出
コイルによれば、小型軽量化および低コスト化を容易に
実現でき、使用に際しては取り付けが簡単でかつ精度の
高い電流検出信号を得ることができる。

【００４１】また、本発明の電流検出方法によれば、本
発明の電流検出コイルを用いることにより、簡単な取り
扱いで信頼性の高い電流検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による電流検出コイルの構
成および取付構造を示す斜視図である。

【図２】実施形態の電流検出コイルにおける薄膜導体お
よびスルーホールのパターンを示す平面図である。

【図３】実施形態の電流検出コイルを適用した小型精密
スポット溶接機の構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の電流検出コイルにおける薄膜導体およ
びスルーホールのパターンの一変形例を示す平面図であ
る。

【図５】本発明の電流検出コイルにおける薄膜導体およ
びスルーホールのパターンの別の変形例を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１０，１０’ 電流検出コイル１２第１の薄膜導体１４第２の薄膜導体１６基板１６ａ基板の第１面（おもて面）１６ｂ基板の第２面（裏面）１８左列のスルーホール２０右列のスルーホール２２（２２’），２４（２４’）電気ケーブル２６取付ボルト２８被検出電流が流れる導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性部材からなる基板を挟んで互いに
ほぼ正面または斜めに向かい合うようにして前記基板の
両面に第１および第２の薄膜導体をそれぞれ固着形成
し、互いに対向する前記第１および第２の薄膜導体のそれぞ
れの一端部を前記基板に形成された第１のスルーホール
を介して電気的に接続することにより１巻分のコイル単
体を構成し、前記基板上に多数の前記コイル単体を一定方向に配列
し、隣合う２つの前記コイル単体の間で互いに隣接する
前記第１および第２の薄膜導体のそれぞれの他端部を前
記基板に形成された第２のスルーホールを介して電気的
に接続することにより前記多数のコイル単体を多数回巻
のコイルとし、前記多数回巻コイルの中の互いに離間した２箇所から一
対の出力端子を取り出してなる電流検出コイル。
【請求項２】前記基板上に前記第１および第２の薄膜
導体を覆うように絶縁膜を形成してなることを特徴とす
る請求項１に記載の電流検出コイル。
【請求項３】前記第１および第２の薄膜導体はプリン
ト配線からなることを特徴とする請求項１または２に記
載の電流検出コイル。
【請求項４】前記多数回巻コイルにおいて前記第１、
第２の薄膜導体および前記第１、第２のスルーホールを
ジグザク状のパターンに形成することを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の電流検出コイル。
【請求項５】前記基板がフレキシブルな絶縁性部材か
らなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の電流検出コイル。
【請求項６】被検出電流が流れる導体に請求項１〜５
のいずれかに記載の電流検出コイルを前記被検出電流の
流れる方向に対して前記多数回巻コイルの軸方向がほぼ
直交または斜めになるようにして取り付けて、前記一対
の出力端子より前記被検出電流の微分波形を表す電圧信
号を得る電流検出方法。
【請求項７】前記被検出電流が流れる導体を挟むよう
にして一対の前記電流検出コイルを貼り付けて、それら
一対の前記電流検出コイルを電気的に直列接続してなる
ことを特徴とする請求項６に記載の電流検出方法。【０００１】