JP2005285844A - 電気量検出用のトランス - Google Patents

Abstract

【課題】電気量検出用のトランスにおいて、２次側コイルの出力にノイズが重畳することがなく、耐ノイズ性が向上できる。
【解決手段】トランス１は、電気信号が入力される１次側コイル２と、１次側コイル２と磁気結合された２次側コイル３と、１次側コイル２及び２次側コイル３の中心を貫通する環状に形成された環状コア４とを備える。環状コア４は、２個に分割された第１のコア４１と第２のコア４２が組み合されて環状に形成されている。１次側コイル２と２次側コイル３は、それらの軸心が直交するように環状コア４に配置される。１次側コイル２の軸心と２次側コイル３の軸心とが直交しているため、１次側コイル２と２次側コイル３の間で磁束が鎖交することがなく、これにより、環状コア４から漏れた磁束によるノイズが２次側コイル３の出力に重畳することが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気量検出センサ等に用いることができる電気量検出用のトランスに関するものである。

従来から、電気量検出センサにおいて、トランスを用いることにより高電圧部となる入力側と低電圧部となる出力側とを絶縁すると共に、トランスの出力を基に入力側の電流量を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の電気量検出センサは、図７に示す構成になっている。すなわち、電気量検出センサ８０は、電路１００に流れる直流電流Ｉをトランス８１により交流に変換し、その変換された交流の振幅値（電圧値）を基に電路１００に流れる直流電流Ｉを検出するものである。電気量検出センサ８０は、トランス８１に加え、電路１００に流れる直流電流Ｉを所定周波数でスイッチングしてトランス８１の１次側コイル８１ａに供給するための光伝送素子８２と、光伝送素子８２を駆動制御すると共にトランス８１の２次側コイル８１ｂからの出力を基に電路１００に流れる直流電流Ｉの検出処理を行う信号処理部８３とを備える。信号処理部８３は、発振回路８４と、増幅器８５と、同期検波回路８６と、増幅器８７と、ローパスフィルタ８８とを有する。

光伝送素子８２の発光素子８２ａは、発振回路８４に接続されており、光伝送素子８２の光スイッチ素子８２ｂとトランス８１の１次側コイル８１ａが入力端子９１，９１間に直列に接続されている。そして、トランス８１の２次側コイル８１ｂの出力が増幅器８５を介して同期検波回路８６に入力されると共に、発振回路８４の出力が同期検波回路８６に入力され、同期検波回路８６の出力が増幅器８７及びローパスフィルタ８８を介して出力端子９２に与えられるようになっている。入力端子９１は、電路１００に直列に接続されたシャント抵抗１０１に接続され、入力端子９１から電路１００（シャント抵抗１０１）に流れる直流電流Ｉの電気信号が入力される。

このような構成の電気量検出センサ８０は、発振回路８４が所定周波数のクロック信号を出力し、光伝送素子８２の発光素子８２ａが発振回路８４のクロック信号に応じて点滅し、光スイッチ素子８２ｂが発光素子８２ａの点滅に応じてＯＮ／ＯＦＦする。これにより、電路１００（シャント抵抗１０１）に流れる直流電流Ｉの電気信号が、光スイッチ素子８２ｂのＯＮ／ＯＦＦに応じて所定周波数でスイッチングされて、トランス８１の１次側コイル８１ａに供給される。

所定周波数でスイッチングされた電流がトランス８１の１次側コイル８１ａに供給されることにより、１次側コイル８１ａが磁束を発生し、２次側コイル８１ｂが１次側コイル８１ａの磁束を受けて交流の電気信号を出力する。同期検波回路８６は、２次側コイル８１ｂから出力され増幅器８５にて増幅された交流の電気信号を発振回路８４のクロック信号を基準として同期検波して復調することにより、２次側コイル８１ｂから出力される交流の電気信号の振幅に応じた電圧信号を出力する。同期検波回路８６から出力された信号は、増幅器８７にて大きさが調整された後にローパスフィルタ８８にてノイズ成分が除去されることにより、直流電流Ｉの検出値とされ、その検出値が出力端子９２から出力される。

このような従来の電気量検出センサ８０によれば、高電圧部となる入力側と低電圧部となる出力側とをトランス８１により絶縁できると共に、トランス８１の出力を基に入力側の電流量を検出できる。
特開２００２−１９６０２０号公報

ところで、一般的に、トランスは、１次側コイルと２次側コイルがそれらの軸心を同じ方向に向けてコアに装着されている。しかしながら、このようなトランスでは、１次側コイルと２次側コイルの軸心が同じ方向を向いているため、１次側コイルと２次側コイルとの間で磁束が鎖交し、コアから漏れた磁束が２次側コイルにノイズとして重畳し、２次側コイルの出力にノイズが含まれてしまう。

このため、このようなトランスを用いた従来の電気量検出センサにおいては、２次側コイルの出力にノイズが含まれてしまい、電流値を誤検出する虞がある。また、センサ出力を受ける装置（例えば自動車の場合ではＥＣＵ（電子制御ユニット））にノイズの重畳した信号が伝達されることになり、センサ出力を受ける装置が誤動作する虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、２次側コイルの出力にノイズが重畳することがなく、耐ノイズ性が向上できる電気量検出用のトランスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、検出対象の電気信号が入力される１次側コイルと、この１次側コイルと磁気結合された２次側コイルとを備える電気量検出用のトランスにおいて、１次側コイルの軸心と２次側コイルの軸心とを直交させるように各コイルは配置されており、各コイルの中心を貫通するコアは、少なくとも２個に分割されたコアが組み合わされて環状に形成されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電気量検出用のトランスにおいて、１次側コイル及び２次側コイルの巻線の外周面又は全周面を金属シールドにより覆い、各コイルの巻線と金属シールドとの間に環状の絶縁体を設けたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電気量検出用のトランスにおいて、環状に形成されたコア、１次側コイル、及び２次側コイルの全体が金属製のケースに収納されるものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電気量検出用のトランスにおいて、環状に形成されたコアは、低周波域の電磁波に対しては高い透磁率を有し、高周波域の電磁波に対しては低い透磁率を有する磁性材料から成るものである。

請求項１の発明によれば、１次側コイルの軸心と２次側コイルの軸心とが直交しているため、１次側コイルと２次側コイルの間で磁束が鎖交することがなく、これにより、コアから漏れた磁束によるノイズが２次側コイルの出力に重畳するのを防止でき、耐ノイズ性が向上する。従って、このトランスを例えば電気量検出センサに用いることにより、電流値を正確に検出することができる。また、２次側コイルの出力を受ける装置にノイズの重畳した信号が伝達されることもないため、２次側コイルの出力を受ける装置の誤動作も防止できる。

請求項２の発明によれば、１次側コイル及び２次側コイルの巻線の外周面又は全周面が金属シールドで覆われるため、１次側コイルと２次側コイルの間における静電結合が防がれ、これにより、１次側コイルから２次側コイルへ静電結合により高周波ノイズが伝達されるのを防止でき、耐ノイズ性がより一層向上する。

請求項３の発明によれば、コア、１次側コイル、及び２次側コイルの全体が金属製のケースに収納されるため、周辺の領域へ静電結合により高周波ノイズが伝播するのを防止できる。

請求項４の発明によれば、コアが高周波域の電磁波に対しては低い透磁率を有する磁性材料から成るため、１次側コイルから２次側コイルへコアを介して高周波ノイズが伝達されるのを防止でき、耐ノイズ性がより一層向上する。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図１において、トランス１は、例えば電気量検出センサ等に用いることができる電気量検出用のトランスであり、検出対象の電気信号が入力される１次側コイル２と、１次側コイル２と磁気結合された２つの２次側コイル３と、１次側コイル２及び２つの２次側コイル３の中心を貫通する環状コア４とを備える。１次側コイル２は、コイルボビン５に巻かれており、２つの２次側コイル３は、各々コイルボビン６に巻かれている。なお、図１では、トランス１の１次側コイル２、２次側コイル３、環状コア４、及びコイルボビン５、６、１次側コイル端子１１、１２のみを図示しており、トランス１のケース、１次側コイル２及び２次側コイル３を覆う金属シールド、２次側コイル端子等については図示を省略している。トランス１のケース、金属シールド、２次側コイル端子等については後述する。

１次側コイル２と２次側コイル３は、それらの軸心が互いに直交するように環状コア４に装着されている。環状コア４は、磁性材料から成り、複数箇所で略直角に屈曲して環状になっており、分割面４ａ、４ｂにて２個に分割可能な第１のコア４１と第２のコア４２が組み合わされて環状に形成されている。第１のコア４１と第２のコア４２は、同じ形状をしている。

１次側コイル２及び２次側コイル３の回路構成を図２に示す。１次側コイル２の巻線始端及び巻線終端は、各々、１次側コイル端子１１、１２に接続されている。２つの２次側コイル３は接続されており、一方の２次側コイル３の巻線始端、一方の２次側コイル３の巻線終端と他方の２次側コイル３の巻線始端との接続部位、及び他方の２次側コイル３の巻線終端は、各々、２次側コイル端子１３、１４、１５に接続されている。２次側コイル端子１４は、出力電圧を変えるための中間タップ端子とされる。

トランス１は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、金属製のケース３０に収納される。金属製のケース３０は、トランス１の底部を覆う金属製の下ケース３１と、トランス１を上部から覆って下ケース３１に装着される金属製の上ケース３２とにより構成されている。下ケース３１は、開口を有しており、トランス１の１次側コイル端子１１、１２、及び２次側コイル端子１３、１４、１５が下ケース３１の開口から露出されている。

トランス１は、図４（ａ）〜（ｆ）に示すように、上述の環状コア４に加え、１次側コイル巻装体５０と、２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂと、２次側端子部品７０とを備える。１次側コイル巻装体５０の構成を図５（ａ）に、２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂの構成を図５（ｂ）に、及び２次側端子部品７０の構成を図５（ｃ）に示す。トランス１は、環状コア４に１次側コイル巻装体５０、２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂ、及び２次側端子部品７０が組み合わされている。

１次側コイル巻装体５０は、図５（ａ）に示すように、上述の１次側コイル２とコイルボビン５と１次側コイル端子１１、１２に加え、金属シールド５１、５２と、絶縁体５３とを有する。１次側コイル２は、上述のようにコイルボビン５に巻装されている（図１参照）。コイルボビン５は、樹脂製であり、環状に形成されている。１次側コイル端子１１、１２は、コイルボビン５にインサート成形等により一体的に設けられている。金属シールド５１、５２は、銅等の電気伝導性の高い金属から成り、１次側コイル２の全周面を覆っている。絶縁体５３は、環状に形成されており、１次側コイル２と金属シールド５１、５２との間に設けられている。コイルボビン５と絶縁体５３により、１次側コイル２と金属シールド５１、５２との絶縁距離を確保している。

２次側コイル巻装体６０ａと２次側コイル巻装体６０ｂは同様の構成である。２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂは、各々、図５（ｂ）に示すように、上述の２次側コイル３とコイルボビン６に加え、金属シールド６１、６２と、絶縁体６３とを有する。２次側コイル３は、上述のようにコイルボビン６に巻装されている（図１参照）。コイルボビン６は、樹脂製であり、環状に形成されている。金属シールド６１、６２は、銅等の電気伝導性の高い金属から成り、２次側コイル３の全周面を覆っている。絶縁体６３は、環状に形成されており、２次側コイル３と金属シールド６１、６２との間に設けられている。コイルボビン６と絶縁体６３により、２次側コイル３と金属シールド６１、６２との絶縁距離を確保している。

２次側端子部品７０は、図５（ｃ）に示すように、上述の２次側コイル端子１３、１４、１５が樹脂成形部７１にインサート成形等により一体的に設けられたものである。樹脂成形部７１には、開口７２が形成されている。

１次側コイル巻装体５０及び２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂは、１次側コイル２の軸心と２次側コイル３の軸心が互いに直交するように、各々、環状コア４に装着されている（図１、図４（ａ）〜（ｆ）参照）。また、２次側端子部品７０は、２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂに装着されている。

トランス１の組立ては以下のようにして行われる。まず、分割した状態の第１のコア４１及び第２のコア４２に、別途作製した１次側コイル巻装体５０及び２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂを外挿して装着する。続いて、第１のコア４１と第２のコア４２とを分割面４ａ、４ｂで接合する。その後、２次側端子部品７０の開口部７２を２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂの外周に嵌め込むことにより、２次側端子部品７０を２次側コイル巻装体６０ａ、６０ｂに装着する。このようにして、トランス１が組立てられる。

環状コア４は、低周波域の電磁波に対しては高い透磁率を有すると共に、高周波域の電磁波に対しては低い透磁率を有する磁性材料から成っている。このような磁性材料は、例えば、高透磁率フェライト材やパーマロイ材等があり、本実施形態では、コア材として高透磁率フェライト材を用いている。高透磁率フェライト材の透磁率特性を図６に示す。同図において、横軸は、電磁波の周波数であり、縦軸は、透磁率である。高透磁率フェライト材の透磁率は、従来の一般的に使用されるコア特性と比較すると、低周波域の電磁波に対しては高く、電磁波が高周波になるにつれて急峻に低下して、高周波域の電磁波に対しては低く（従来の一般的に使用される磁性体と同等程度に）なっている。

このような構成のトランス１によれば、１次側コイル２の軸心と２次側コイル３の軸心とが直交しているため、１次側コイル２と２次側コイル３の間で磁束が鎖交することがない。従って、環状コア４から漏れた磁束によるノイズが２次側コイル３の出力に重畳することがなく、耐ノイズ性が向上する。

しかも、１次側コイル２の全周面が金属シールド５１、５２で覆われていると共に、２次側コイル３の全周面が金属シールド６１、６２で覆われているため、１次側コイル２と２次側コイル３の間における静電結合が防がれる。従って、１次側コイル２から２次側コイル３へ静電結合により高周波ノイズが伝達されることがなく、耐ノイズ性が向上する。さらに、環状コア４が高周波域の電磁波に対しては低い透磁率を有する磁性材料から成るため、１次側コイル２から２次側コイル３へ環状コア４を介して高周波ノイズが伝達されることがなく、耐ノイズ性が向上する。

また、１次側コイル２、２次側コイル３、及び環状コア４の全体が金属製のケース３０に収納されるため、周辺の領域へ静電結合により高周波ノイズが伝播することがない。

従って、このようなトランス１を図７に示す従来の電気量検出センサ８０のトランス８１に代えて用いれば、トランス１の２次側コイル３の出力がノイズを含まないため、電流値を正確に検出することができる。また、電気量検出センサ８０の出力（すなわち２次側コイル３の出力）を受ける装置（例えば自動車の場合ではＥＣＵ（電子制御ユニット））にノイズの重畳した信号が伝達されることもないため、電気量検出センサ８０の出力を受ける装置の誤動作も防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、１次側コイル２及び２次側コイル３は、環状コア４に直接巻かれてもよい。環状コア４の形状は、上記実施形態の形状に限られず、１次側コイル２と２次側コイル３が軸心を互いに直交して装着できる環状の形状であれば、どのような形状であってもよい。環状コア４は、第１のコア４１と第２のコア４２の２つに分割可能な構造に限られず、３つ以上に分割可能な構造であってもよい。第１のコア４１と第２のコア４２は、同じ形状に限られず、異なる形状であってもよい。１次側コイル２と２次側コイル３の軸心が互いに直交していれば、第１のコア４１又は第２のコア４２の何れか一方に１次側コイル２と２次側コイル３の両方を装着してもよい。

また、上記実施形態において、金属シールド５１、５２は、１次側コイル２の全周面を覆うものに限られず、１次側コイル２の外周面のみを覆うものであってもよく、金属シールド６１、６２は、２次側コイル３の全周面を覆うものに限られず、２次側コイル３の外周面のみを覆うものであってもよい。中間タップ端子（２次側コイル端子１４）は、必ずしも必要ではなく、従って、２次側コイル巻装体６０ａ又は２次側コイル巻装体６０ｂの何れか一方のみを備えたものであってもよい。トランス１は、電気量検出センサに限られず、他の様々な装置に用いることができる。

本発明の一実施形態に係るトランスの要部構成を示す一部構成を省略した斜視図。 同トランスの１次側コイル及び２次側コイルの回路構成を示す図。 （ａ）は同トランスのケース収納された状態を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図。 （ａ）は同トランスの構成を示す底面図、（ｂ）は同背面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は同正面図、（ｅ）は同左側面図、（ｆ）は同右側面図。 （ａ）は同トランスの１次側コイル巻装体の構成を示す断面図、（ｂ）は同トランスの２次側コイル巻装体の構成を示す断面図、（ｃ）は同トランスの２次側端子部品の構成を示す斜視図。 同トランスの環状コアの透磁率特性を示す図。 従来の電気量検出センサの構成を示す電気回路図。

符号の説明

１ トランス
２ １次側コイル
３ ２次側コイル
４ 環状コア
５、６ コイルボビン
１１、１２ １次側コイル端子
１３、１４、１５ ２次側コイル端子
３０ ケース
３１ 下ケース
３２ 上ケース
４１ 第１のコア
４２ 第２のコア
５０ １次側コイル巻装体
５１、５２ 金属シールド
５３ 絶縁体
６０ａ、６０ｂ ２次側コイル巻装体
６１、６２ 金属シールド
６３ 絶縁体
７０ ２次側端子部品

Claims (4)

1. 検出対象の電気信号が入力される１次側コイルと、この１次側コイルと磁気結合された２次側コイルとを備える電気量検出用のトランスにおいて、
   前記１次側コイルの軸心と２次側コイルの軸心とを直交させるように各コイルは配置されており、
   各コイルの中心を貫通するコアは、少なくとも２個に分割されたコアが組み合わされて環状に形成されていることを特徴とする電気量検出用のトランス。
2. 前記１次側コイル及び２次側コイルの巻線の外周面又は全周面を金属シールドにより覆い、
   各コイルの巻線と前記金属シールドとの間に環状の絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気量検出用のトランス。
3. 前記環状に形成されたコア、１次側コイル、及び２次側コイルの全体が金属製のケースに収納されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気量検出用のトランス。
4. 前記環状に形成されたコアは、低周波域の電磁波に対しては高い透磁率を有し、高周波域の電磁波に対しては低い透磁率を有する磁性材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電気量検出用のトランス。
   
   
   

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