JP2007225406A - 交流電流検出用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】円形状に構成された巻き進みコイルと戻しコイルよりなる交流電流検出用コイルにおいて、コイル近傍に配置された電線の不要な外部磁界の検出を抑えて、測定精度を向上する。
【解決手段】交流電流検出用コイル１は、絶縁性基板２の開口３の周囲の表裏両面に形成された複数の放射状ライン７と、この放射状ライン７を接続する接続部８とをスルーホール９により表裏で連続接続したトロイダルコイル４を備え、このトロイダルコイル４を進みコイル５と戻しコイル６とに形成して直列接続する。さらに、外周側及び内周側のスルーホール９ａ、９ｂをそれぞれ迂回すると共に、表裏で重なる重なり部Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ有する接続部８ａと接続部８ｂとを周方向に表裏で交互に繰り返し表裏対称に形成する。これにより、各コイル５、６間でのコイルパターンの偏りを無くし、検出される外部磁界を相殺して電流測定精度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用分電盤の分岐回路等に流れる電流を測定する電流センサとして機能する、絶縁性基板上に形成された交流電流検出用コイルに関する。

一般に、送変電機器や家庭用分電盤等に通電される交流電流量を被接触で測定するための電流センサとして、貫通型の電流センサが多く用いられている。このような貫通型の電流センサに用いられる交流電流検出用コイルの従来例を図１０、図１１に示す（特許文献１参照）。これらの図において、交流電流検出用コイル１００は、円形の基板開口部１０１を有する両面積層基板１０２（以下、プリント基板という）と、この基板開口部１０１の周囲に配置されたコイル本体１０３とを備える空芯コイルである。プリント基板１０２の材質は、ガラス入りエポキシ樹脂である。トロイダルコイル１０３は、基板開口部１０１を中心として放射状にプリントされた導電膜の導体部を備え、この導体部はプリント基板１０２の厚み方向すなわちコイル本体１０３の軸方向に貫通する接続部を介して直列に結合することにより、プリント基板１０２にトロイダルコイルを形成している。接続部は、プリント基板１０２の貫通孔の内面に形成された導電膜のスルーホールである。プリント基板１０２に巻かれているコイルは、２方向に一定ピッチで巻き回され、時計回り（矢印２０４の向き）のトロイダルコイルからなる巻き進みコイル１０５（以下、進みコイルという）と反時計回り（矢印１０６の向き）のトロイダルコイルからなる戻しコイル１０７（以下、戻しコイルという）とからなり、進みコイル１０５の終端と戻しコイル１０７の始端を接続することにより、両コイル１０５、１０７は、直列接続されている。図１１において、進みコイル１０５は、プリント基板１０２の表面に形成された導体部が太実線で、裏面に形成された導体部を太破線で示し、戻しコイル１０７は、プリント基板１０２の表面に形成されている導体部を二重実線で示し、裏面に形成された導体部を二重破線で示している。プリント基板１０２の表面及び裏面では、両コイル１０５、１０７の各導体部が交互に一定ピッチで配列されている。進みコイル１０５は、表面及び裏面で、長さの異なる導体部が交互に一定ピッチで配列され、戻しコイル１０７も、同様に表面及び裏面で長さの異なる導体部が交互に一定ピッチで配列されている。また、進みコイル１０５では、各導体部が基板開口部１０１から離れた側で各導体部のピッチ間が接続部（スルーホール）により接続され、戻しコイル１０７では、各導体部が基板開口部１０１の近い側で各導体部のピッチ間が接続部により接続されている。

また、上記交流電流検出用コイル１００を用いた電流測定では、基板開口部１０１に被測定導体が通され、この被測定導体に流れる電流による磁束が両コイル１０５、１０７のプリント基板１０２の矢印１０４又は矢印１０６の方向から視たときの導体部によって囲まれる断面領域を通ることにより発生する誘導電流を検出する。一方、トロイダルコイル本体１０３の軸方向に視たとき、両コイル１０５、１０７の導体部によって囲まれる領域の正面面積内には、被測定導体からの検出されるべき磁界（測定磁界という）以外に、被測定導体以外の電線から発生された磁界（外部磁界という）の磁束も通っていることがある。この外部磁界は、本来の電流測定にとって不要なものである。しかしながら、円形で形成される両コイル１０５、１０７は、それら自体が等価的に一つの大きなコイルと見なされるので、それらの正面面積内に、不要な外部磁界が通過すると、この外部磁界による電流も同時に検出される。この外部磁界による検出電流は測定誤差となるため、できるだけ影響が小さいことが望ましい。そして、この測定誤差を抑制するには、外部磁界に対して巻き方向が互いに逆方向である両コイル１０５、１０７の各正面面積を同等にして、不要検出電流を相殺する必要がある。

しかしながら、上記従来の電流センサは、両コイル１０５、１０７を軸方向に視たとき、進みコイル１０５の正面面積は、戻しコイル１０７の正面面積よりも大きく、それぞれの正面面積が異なっている。従って、両コイル１０５、１０７で外部磁界による誘導電流の検出量が異なり、完全に相殺されないので、測定誤差を抑制することが困難となっていた。

また、上記電流測定では、測定感度を上げるには、両コイル１０５、１０７の測定に寄与する測定磁界からの誘導電圧を多くする必要があり、両コイル１０５、１０７において、基板に直交する面で断面したとき導体部によって囲まれる断面領域の各断面面積を同等にし、均一に誘導電圧を発生させることが望ましい。しかしながら、両コイル１０５、１０７の断面面積は巻き回ピッチ毎に異なっており、従って、測定感度が劣化するという問題があった。

さらに、この両コイル１０５、１０７間において、断面面積が異なると、この断面面積を通過する外部磁界の磁束量が異なるので、両コイル間で検出される外部磁界の検出量に差を生じ、相殺される外部磁界量が少なくなり、測定誤差をさらに増大する。特に、この断面面積の違いによる外部磁界の検出の差は、電流センサと検出不要な外部磁界を発生する電線との距離が近いほど大きく現れる。すなわち、検出不要な外部磁界を発生する電線が検出コイルの近くにあると、遠くにある場合に比べて、斜め成分の磁束が相対的に多くなることから、進みコイルと戻しコイルの断面面積の違いにより、外部磁界の検出に差が生じて、不要磁界の相殺作用が低下することになる。

このように、検出用コイル１００では、たとえ進みコイル及び戻しコイルの正面面積が等しい場合でも、それらのコイルの断面面積が異なると、検出不要の外部磁界を発生する電線の近傍においては、相殺される外部磁界の量が低下し、測定誤差が増大する。従って、外部磁界の影響を厳密に削減するためには、進みコイル及び戻しコイルの各正面面積が略同じであると共に、コイルの断面方向の断面面積も略同じであることが必要となる。

なお、交流電流検出用コイルとして、絶縁性基板に基板開口の周囲にコイル本体を配置し、導電膜でコイル状に形成された巻き進みコイルと巻き戻しコイルを有し、これらを直列に接続した空芯コイルが知られている（特許文献２参照）。しかしながら、この空芯コイルでは、コイルの軸方向から視たとき、巻き進みコイルは、鋸歯状の模様を形成し、巻き戻しコイルは三角状の形状をしており、両コイルで形状が異なっている。このため、両コイルが囲む面積が同じでないので、両コイルで通過する外部磁界の磁束量に差が出ることになり、前記同様に外部磁界の影響を十分排除することができないという問題があった。
特開平０６−１７６９４７号公報 特開２００４−８７６１９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、進みコイルと戻しコイルの表裏両面におけるコイルパターンの偏りを無くした対称なコイル構造とすることにより、コイル近傍に配置された電線からの検出不要な外部磁界を進みコイル及び戻しコイル間で精度よく相殺して、測定誤差の少ない、測定感度の良い交流電流検出用コイル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、絶縁性基板に設けられた開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、これら表面側と裏面側との放射状ライン間を該ラインの端部側でスルーホールを介して電気的に接続する渡し接続部とを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを前記基板の表裏に巻き進み方向（このコイルを進みコイルという）と巻き戻し方向（このコイルを戻しコイルという）とに互いに形成した交流電流検出用コイルにおいて、前記渡し接続部は、前記進みコイルと戻しコイルの各々の進み方向において、基板の厚み方向で視たとき少なくとも一部が重なり、周方向に基板の表裏に交互に繰り返し配設されたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記渡し接続部は、前記進みコイルと戻しコイルの内の一方のコイルの放射状ラインの外周側端部を、そこに設けたスルーホールを介して反対側の面の隣のコイルの端部に接続するラインと、前記進みコイルと戻しコイルの内の他方のコイルの放射状ラインの外周側端部を、放射方向に延長した位置に設けたスルーホールを介して反対側の面の隣のコイルの端部に接続するラインと、を含むものである。

請求項３の発明は、絶縁性基板に設けられた開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、これら表面側と裏面側との放射状ライン間を該ラインの端部側でスルーホールを介して電気的に接続する渡し接続部とを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを前記基板の表裏に巻き進み方向（このコイルを進みコイルという）と巻き戻し方向（このコイルを戻しコイルという）とに互いに形成した交流電流検出用コイルにおいて、前記進みコイル及び戻しコイルの各々における前記渡し接続部が磁気シールドされているものである。

請求項１の発明によれば、進みコイルと戻しコイルにおける渡し接続部での表面側と裏面側の偏りが無くなり、放射状ラインと渡し接続部を含め略完全表裏対称にできるので、進みコイル及び戻しコイルにおける正面方向、断面方向からの外部磁界の通過量が略等しくなり、両コイル間における外部磁界の相殺精度が向上する。これにより、コイル近傍に配置された電線からの検出不要な外部磁界による影響が少なくなり、電流測定精度を高めることができる。また、スルーホールを増やすことなく表裏対称接続ができるので、部品製造コストをアップすることがない。

請求項２の発明によれば、表裏の渡し接続部を全て基板の外周側に形成できるので、渡し接続部の長さを短くでき、製造コストを低減することができる。

請求項３の発明によれば、渡し接続部を磁界が通過しなくなり、渡し接続部において誘起電圧が発生しないので、基板表裏の渡し接続部のパターン配線が製造ばらつきにより非対称となっても、測定不要な近傍電流磁界の影響を低減することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１、図２において、本実施形態の交流電流検出用コイル１（以下、検出用コイルと記す）は、コイルの非磁性体コアとなる円盤状の絶縁性基板２と、絶縁性基板２の中心に形成された略円形の開口３と、絶縁性基板２の外周と開口３の間に形成されたトロイダルコイル４を備える。トロイダルコイル４は、巻き進み方向の巻き進みコイル５（以下、進みコイルという）と巻き戻し方向の巻き戻しコイル６（以下、戻しコイルという）とを有し、それらが同じ絶縁性基板２上に二重形成され、直列に連続接続されている。これらの進みコイル５及び戻しコイル６は、絶縁性基板２の表裏両面に開口３から放射状に形成された複数の放射状ライン７と、これら表面側と裏面側との放射状ライン７間を各ラインの端部側でスルーホール９を介して電気的に接続する渡し接続部８（以下、接続部という）と、表裏の放射状ライン７と接続部８とを電気的に連続接続するスルーホール９と、により形成される。また、接続部８と放射状ライン７の接続において、スルーホール９を介さず、同一平面状で接続する場合は、スルーホール９（９ａ）の位置に接続ランド１２を設けている。また、これらの放射状ライン７及び接続部８は、図１乃至図４において、絶縁性基板２の表面側において実線で示され、裏面側において破線で示されている。なお、絶縁性基板２の形状は、円形とは限らず用途に応じて矩形等、任意の形状にできる。

放射状ライン７は、開口３の中心１０を略中心として放射状に一定ピッチで絶縁性基板２上に配列されている。放射状ライン７及び接続部８を構成する導体部は、絶縁性基板２に銅箔で形成され、この銅箔は、例えばガラス入りエポキシ樹脂から成る両面プリント基板をエッチング加工することにより形成することができる。

接続部８は、表裏両面において、隣接する放射状ライン７を避けるように引き回し形成される。この接続部８は、放射状ライン７の外周側の端部（ここでは、スルーホール９ａ又はスルーホール９ａと同じ円周上にある接続ランド１２）から円周方向に延設され、外周側でコの字型に引き回し形成される外周側の接続部８ａと、外周側の端部（スルーホール９ａ又は接続ランド１２）から内周側の端部であるスルーホール９ｂを迂回して、再度、外周側の端部（スルーホール９ａ又は接続ランド１２）に接続する内周側の接続部８ｂとを有する。そして、この接続部８ａ、８ｂは、進みコイル５と戻しコイル６の各々の進み方向において、基板の厚み方向で視たとき少なくとも一部が重なり、周方向の基板に表裏に交互に繰り返し配設されている。

巻き進みコイル５は、内周側のスルーホール９ｂで接続される表裏の放射状ライン７で一巻きのコイルを形成し、このコイルを表面側の接続部８ａ又は裏面側の接続部８ｂとスルーホール９とで電気的に接続することにより連続したコイルを形成する。同様に、巻き戻しコイル６は、内周側のスルーホール９ｂで接続される表裏の放射状ライン７で一巻きのコイルを形成し、このコイルを裏面側の接続部８ａ又は表面側の接続部８ｂとスルーホール９とで電気的に接続することにより連続したコイルを形成する。そして、この巻き進み及び巻き戻しの両コイル５、６の一巻きのコイルのピッチは等しく形成されている。また、接続部８は、表裏で同じ形状で形成され、両コイル５、６の接続部８と放射状ライン７によるコイルの全体パターンは、絶縁性基板２の表裏で同一形状として形成されている。

この構成により、トロイダルコイル４のコイルを形成する導体部（導体膜）は、絶縁性基板２の開口３の中心１０の中心軸に関してほぼ対称に形成される。また、この検出用コイル１を用いた電流測定では、開口３に電流が流れる被測定導体が通され、この電流による磁界（測定磁界と呼ぶ）の磁束が両コイル５、６の断面領域を通ることにより発生する誘導電流を検出する。

次に、図２を参照して、進みコイル５と戻しコイル６との接続の詳細を説明する。進みコイル５は、コイル引出端子１１ｘから繋がる表面側の接続ランド１２からスタートし、表面側の最初の放射状ライン７１ａ、内周側のスルーホール９ｂから裏面側の放射状ライン７１ｂ、スルーホール９ａに接続されて１コイルが形成され、さらに、スルーホール９ａから表面側のコの字型の接続部８ａを経て、この接続部８ａの他端の外周側の接続ランド１２から、次のコイルとなる表面側の放射状ライン７２ａに接続される。放射状ライン７２ａは、内周側のスルーホール９ｂ、裏側の放射状ライン７２ｂに接続されて１コイルを形成し、さらに裏面側の接続ランド１２を経由して裏面側の接続部８ｂに接続され、巻き進み方向に巻き進んでいく。そして、以下同様にして、繰り返し、時計方向に約一周して巻き進み、表面側の放射状ライン７３ａから内周側のスルーホール９ｂを介して最後の表面側の放射状ライン７３ｂで終了する。

その後、同ライン７３ｂに連続する繋ぎの折り返し用ライン７４（接続ポイント）を経て、戻しコイル６が始まる。戻しコイル６は、折り返し用ライン７４が接続された放射状ライン７５ａから内周側のスルーホール９ｂを経て、裏面の放射状ライン７５ｂに接続され、さらに、スルーホール９ａから表面の接続部８ｂに接続され、以下同様にして、繰り返し、反時計方向に約一周して巻き進み、表面側の放射状ライン７６ａから内周側のスルーホール９ｂを介して裏面側の放射状ライン７６ｂに接続し、裏面側の接続ランド１２から裏面側の接続部８ａとスルーホール９ａを経て、表面側の放射状ライン７７ａに到達し、内周側のスルーホール９ｂを経て、最後の裏面側の放射状ライン７７ｂから外周側のスルーホール９ａを介して表側のコイル引出端子１１ｙに接続されて終了する。そして、両コイル５、６からの検出電流は、コイル引出端子１１ｘ、１１ｙから出力される。

このように、進みコイル５と戻しコイル６は、各コイルの一巻きのピッチが等しく形成されると共に、誘導起電力が電気的に同じ向きになるように巻き進み方向と巻き戻し方向に巻回されている。これにより、両コイル５、６は、これらのコイル断面を通過する磁束に対しては、同一方向の誘導電流を検出し、絶縁性基板２の垂直方向からの外部磁界に対しては、互いに逆方向の誘導電流を検出する。すなわち、検出用コイル１では、トロイダルコイル４全体において、被測定導体からの測定磁界に対する検出電流は、両コイル５、６に発生する各誘導電流の和となり、全コイルの巻き数に比例した誘導電流が得られ、検出不要な外部磁界に対しては、両コイル５、６で検出される誘導電流の差が測定され、相殺される。

次に、進みコイル５と戻しコイル６におけるそれぞれの接続部８（８ａ、８ｂ）の詳細について図３を参照して説明する。進みコイル５と戻しコイル６は、表裏の放射状ライン７及び接続部８（８ａ、８ｂ）と外周側のスルーホール９ａ、内周側のスルーホール９ｂ及び接続ランド１２によって形成される。スルーホール９ａ、９ｂは、開口３の中心１０を中心とする同心円周上にあり、それらの各半径Ｒ２，Ｒ１の大きさは、Ｒ２＞Ｒ１の順になっている。また、接続ランド１２は、スルーホール９ａと同じ円周上にある。接続部８は、外周側のスルーホール９ａを迂回する接続部８ａと、内周側のスルーホール９ｂを迂回する接続部８ｂを有し、接続部８ａ及び接続部８ｂには、表裏にそれぞれ同形パターンの接続部８ａ−１、８ａ−２及び接続部８ｂ−１、８ｂ−２が設けられている。

この接続部８ａ（８ａ−１、８ａ−２）は、略コの字の矩形をしており、進みコイル５又は戻しコイル６において、互いに接続される２つの放射状ライン７の外周側の端部（９ａ又は接続ランド１２）から、それぞれ放射状に延長された同じ長さの２つの延長ラインＬ２と、スルーホール９ａの位置する円周と同心円上で半径Ｒ２より大きい半径Ｒ３の円周の一部の円弧ラインＬ１とから形成され、この円弧ラインＬ１は、表裏において正面視で互いに重なる重なり部Ｌａを有している。これにより、接続部８ａ（８ａ−１、８ａ−２）の接続ラインの長さを短くして、かつ表裏での接続ラインパターンの偏りを無くし互いに対称に形成できる。

接続部８ｂ（８ｂ−１、８ｂ−２）は、互いに接続される２つの放射状ライン７をそれらの間にある内周側のスルーホール９ｂを迂回して接続する。このため、それら放射状ライン７の外周側の端部（スルーホール９ａ、又は接続ランド１２）に接続され、それら放射状ライン７と同じ放射状を成して並行する接続ラインＬ３と、スルーホール９ｂよりさらに内周側に中心１０の同心円の円弧ラインＬ４を有し、略２等辺台形型の接続ラインを形成する。この２つの接続ラインＬ３は、接続する２つの放射状ライン７と迂回するスルーホール９ｂからの表裏の２つの放射状ライン７とにおける互いに隣接する放射状ライン７間の中間に配設される。これら２つの接続ラインＬ３の各一端は、放射状からスルーホール９ａの円周上に向けて略直角に曲げられて接続する各放射状ライン７の外周側の端部（９ａ又は接続ランド１２）に接続され、他端は円弧ラインＬ４の両端にそれぞれ接続される。これにより、スルーホール９ｂを迂回して放射状ライン７を接続することができる。ここで、表裏の接続部８ｂ−１と接続部８ｂ−２の各接続ラインＬ３は、正面視で互いに重なる重なり部Ｌｂを有する。この重なり部Ｌｂにより、接続部８ｂ−１と接続部８ｂ−２の接続ラインパターンを最短にして、かつ表裏での接続ラインパターンの偏りを無くし互いに対称に形成できる。

この接続部８を用いたコイル接続では、図３に示すように、進みコイル５において、裏面側の放射状ライン７ａは、スルーホール９ａを介して表面側の略コの字の接続部８ａ−１に接続される。この接続部８ａ−１は、表面側の接続ランド１２を経て表面側の放射状ライン７ｂに接続される。この放射状ライン７ｂは、スルーホール９ｂを介して裏面側の放射状ライン７ｃ、裏面側の接続ランド１２から裏面側の接続部８ｂ−２に接続される。この裏面側の接続部８ｂ−２では、裏面側の接続ランド１２から隣接するスルーホール９ａとの中間地点から略直角に曲がり、正面視で隣接する裏面側の放射状ライン７ｃ、７ｉのライン間の中間を通るラインＬ３と、スルーホール９ｂを迂回する内周側円弧ラインＬ４と、さらに次の隣接する表面側の放射状ライン７ｊ、７ｄのライン間の中間を通るラインＬ３を経てスルーホール９ａに接続される。さらに、スルーホール９ａから放射状ライン７ｄ、スルーホール９ｂを経て放射状ライン７ｅに接続される。これら放射状ライン７ｂ、スルーホール９ｂ及び放射状ライン７ｃとにより１コイルが形成され、放射状ライン７ｄ、スルーホール９ｂ及び放射状ライン７ｅとにより１コイルが同様に形成される。以降、この放射状ライン７ｅから進み方向への接続は、放射状ライン７ａ〜７ｄまでの接続と同じ接続パターンが繰り返される。

また、戻しコイル５においても同様に、表面側の放射状ライン７ｆからスタートすると、スルーホール９ａを介して裏面側の接続部８ａ−２に接続される。この接続部８ａ―２は前記の接続部８ａ―１と同形状の略コの字の矩形をしており、この接続部８ａ―２により、放射状ライン７ｆは、裏面側の接続ランド１２を経て裏面側の放射状ライン７ｇに接続される。この放射状ライン７ｇは、スルーホール９ｂを介して表面側の放射状ライン７ｈに接続され、表面側の接続ランド１２を経て表面側の接続部８ｂ−１に接続される。この表面側の接続部８ｂ−１は、前記裏面側の接続部８ｂ−２と同形を成している。これにより前記と同様に、接続部８ｂ−１により、放射状ライン７ｈは、表面側の接続ランド１２から周方向に隣接する接続ランド１２との中間点まで伸延し、そこから隣接する放射状ライン７（７ｈ、７ｂ）のライン間の中間を通る一方の接続ラインＬ３と、スルーホール９ｂを迂回する内周側円弧ラインＬ４と、さらに次の隣接する放射状ライン７ｃ、７ｉのライン間の中間を通る他方の接続ラインＬ３によりスルーホール９ａに接続される。さらに、この接続部８ｂ−１からスルーホール９ａ、裏面側の放射状ライン７ｉ、スルーホール９ｂを経て表面側の放射状ライン７ｊに接続される。これにより、放射状ライン７ｇ、スルーホール９ｂ及び放射状ライン７ｈとにより１コイルが形成され、放射状ライン７ｉ、スルーホール９ｂ及び放射状ライン７ｊとにより１コイルが同じ形状で形成される。そして、以降、この放射状ライン７ｊからの接続は、放射状ライン７ｆ〜７ｉまでの接続と同じ接続パターンが繰り返される。また、上記において、戻しコイル６における表面側の接続部８ｂ―１の放射状ライン７ｃ、７ｉ間の接続ラインＬ３と、前記進みコイル５の裏面側の接続部８ｂ―２放射状ライン７ｃ、７ｉ間の裏面側の接続ラインＬ３は、それらの各放射状部分における重なり部Ｌｂにおいて、正面視で重なるように形成されている。

このように、進みコイル５の接続部８ａ―１、８ｂ−２と、戻しコイル６の接続部８ａ―２、８ｂ−１とは、それぞれ表裏で同形を成し、図３に示すように、接続部８ａ―１と接続部８ａ―２とは、正面視で表裏のそれぞれの円弧ラインＬ１が重なり部Ｌａで互いに重なり、接続部８ｂ―１と接続部８ｂ―２とは、正面視で表裏のそれぞれの接続ラインＬ３が重なり部Ｌｂで互いに重なるように形成される。これにより、表裏の接続部８ａ（８ａ―１、８ａ―２）と接続部８ｂ（８ｂ−１，８ｂ−２）の接続ラインパターンを短くして、かつ対称形に形成することができる。

また、このような構成により形成された進みコイル５と戻しコイル６の基板の正面視からのそれぞれの１コイルの面積Ｓ１、Ｓ２を、図４を参照して説明する。進みコイル５と戻しコイル６に設けた接続部８ａ、８ｂは、各コイルにおける電流を検出する１コイル間を接続するためのものであり、電流を検出する基板２に垂直なコイル断面を形成するコイルには関係しない。従って、電流を検出するコイルを形成する部分のみを視た場合の正面視におけるコイルの正面面積は、内周側のスルーホール９ｂに接続される隣接する放射状ライン７とこの隣接する放射状ライン７の他の端部（外周側のスルーホール９ａ又は接続ランド１２）を結ぶ線で形成される略三角形で決まる。従って、図４の斜線で示した進みコイル５の正面面積Ｓ１と、網線で示した戻しコイル６の正面面積Ｓ２とが等しくなる。また、この略三角形の面積Ｓ１、Ｓ２はスルーホール９ａ、９ｂ及び接続ランド１２を最短距離で結ばれて形成され、それら面積を極めて小さくできる。また、進みコイル５と戻しコイル６のそれぞれの面積Ｓ１、Ｓ２のパターンは互いに重ならないので、それらを通過する磁界を互いに妨げないため精度良く検出できる。従って、進みコイル５と戻しコイル６間でコイルの正面面積を等しくして測定不要な外部磁界を相殺精度を向上できると共に、正面面積Ｓ１，Ｓ２が小さいため外部磁界の検出そのものを小さくできるので、さらに外部磁界の影響を低減でき、より正確な電流測定が可能となる。

上述のように、本実施形態の検出用コイル１によれば、放射状ラインが絶縁性基板の表裏で同一形状であると共に、表裏の接続部８ａと接続部８ｂにおいて、少なくとも正面視で表裏で重なる重なり部Ｌａ、Ｌｂを設けたことにより、表裏でのパターンの偏りを無くし、接続部８の長さを短くして、パターンの対称性を保つことができる。これにより、放射状ライン７及び接続部８を含めたコイルパターン全体での表裏におけるコイルパターンの進みコイル５と戻しコイル６における偏りを殆ど無くすことにより、放射状ライン７と接続部８を含めて進みコイル５と戻しコイル６を同一形状にできる。さらに、進みコイル５、戻しコイル６間において、それぞれの正面方向から視たコイルの正面面積Ｓ１、Ｓ２及び基板２に垂直な断面方向から視たコイルの断面面積を略等しくできるので、両コイル間において、正面方向及び断面方向からの外部磁界の通過量を略等しくできる。従って、両コイル間における外部磁界の相殺精度を向上し、外部磁界の影響を少なくして電流測定誤差を低減でき、電流測定精度を高めることができる。特に、コイル近傍に配置された電線が発する外部磁界に対して、より測定精度を高めることができる。

また、本実施形態の検出用コイル１においては、トロイダルコイル４の導体部を、前述の開口３の中心を通る中心軸の周りにほぼ対称に、かつ均一に形成することができるので、進みコイル５と戻しコイル６の接続部８を含めた円周方向の断面を同形状で面積を等しくでき、連続するコイル内を磁束がスムーズに流れる。これにより、均一に誘導電流を発生させることができ、測定感度が向上する。また、開口３を有する一枚の両面プリント基板にエッチングパターンとスルーホールを形成することにより、小型で簡単に製作することができ、製造コストも低減する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図５、図６及び図７を参照して説明する。本実施形態の検出用コイル１は、前記実施形態と基本的に同様の構成を成し、接続部８を外周側のみに設けた点で前記実施形態と異なる。すなわち、接続部８は、進みコイル５と戻しコイル６を外周側で接続する前記接続部８ａと、この接続部８ａよりさらに外周側に形成された接続部８ｃとを有する。接続部８は、進みコイル５と戻しコイル６の内の一方のコイルの放射状ライン７の外周側端部（スルーホール９ａ又は接続ランド１２）を、そこの外周側のスルーホール９ａを介して反対側の面の隣のコイルの端部（スルーホール９ａ又は接続ランド１２）に接続するライン（Ｌ５、Ｌ６）と、進みコイル５と戻しコイル６の内の他方のコイルの放射状ライン７の外周側端部を、放射方向の延長した位置に設けたスルーホール９ｃを介して反対側の面の隣のコイルの端部に接続するライン（Ｌ５，Ｌ６）とを含んでいる。図５、図６及び図７において、各放射状ライン７及び接続部８は、絶縁性基板２の表面側において実線で示され、裏面側において破線で示されている。

本実施形態の交流電流検出用コイル１（以下、検出用コイルと記す）は、前記実施形態と同様に、コイルの非磁性体コアとなる円盤状の絶縁性基板２と、絶縁性基板２の中心に形成された略円形の開口３と、絶縁性基板２の外周と開口３の間に形成されたトロイダルコイル４とを備える。そして、進みコイル５及び戻しコイル６は、絶縁性基板２の表裏両面に開口３から放射状に形成された複数の放射状ライン７と、これら表面側と裏面側との放射状ライン７間を各ラインの端部側でスルーホール９を介して電気的に接続する渡し接続部８（以下、接続部という）と、表裏の放射状ライン７と接続部８とを電気的に連続接続するスルーホール９とにより形成される。接続部８は、前記と同じ外周側の接続部８ａを有し、内周側の接続部８ｂの代わりに、外周側の接続部８ａよりさらに外周側に形成される接続部８ｃを備える。スルーホール９は、前記の外周側と内周側のスルーホール９ａ、９ｂに加え、スルーホール９ａよりさらに外周側に接続部８ｃを表裏で接続するためのスルーホール９ｃを備えている。また、接続部８（８ａ、８ｃ）と放射状ライン７の接続において、スルーホール９を介さず、同一平面状で接続する場合に経由するためのスルーホール９と同形状の接続ランド１２を、スルーホール９（９ａ）に対応する位置に設けている。

次に、図６を参照して、進みコイル５と戻しコイル６との接続の詳細を説明する。進みコイル５は、コイル引出端子１１ｘから繋がるの表面側の接続ランド１２からスタートし、表面側の最初の放射状ライン７１ａ、内周側のスルーホール９ｂから裏面側の放射状ライン７１ｂ、スルーホール９ａに接続されて１コイルが形成される。さらに、スルーホール９ａから表面側のコの字型の接続部８ａを経て、接続部８ａの他端の接続ランド１２から、次のコイルとなる表面側の放射状ライン７２ａに接続される。放射状ライン７２ａは、内周側のスルーホール９ｂ、裏面側の放射状ライン７２ｂに接続されて１コイルを形成し、さらに裏面側の接続ランド１２を経由して裏面側の接続部８ｃに接続され、巻き進み方向に巻き進んでいく。そして、以下同様にして、繰り返し、時計方向に約一周して巻き進み、表面側の放射状ライン７３ａから内周側のスルーホール９ｂを介して最後の表面側の放射状ライン７３ｂで終了する。

その後、同ライン７３ｂに連続する繋ぎの裏面側の折り返し用ライン７４（接続ポイント）を経て、戻しコイル６が始まる。戻しコイル６は、折り返し用ライン７４が接続された放射状ライン７５ａは内周側のスルーホール９ｂを経て、裏面の放射状ライン７５ｂに接続され、さらに、スルーホール９ａから表面の接続部８ｂに接続される。そして、以下同様にして、繰り返し、反時計方向に約一周して巻き進み、表面側の放射状ライン７６ａから内周側のスルーホール９ｂを介して裏面側の放射状ライン７６ｂに接続する。次いで、裏面側の接続ランド１２から裏面側の接続部８ａとスルーホール９ａを経て、表面側の放射状ライン７７ａに到達し、内周側のスルーホール９ｂを経て、最後の裏面側の放射状ライン７７ｂから外周側のスルーホール９ａを介して表側のコイル引出端子１１ｙに接続されて終了する。そして、両コイル５、６からの検出電流は、コイル引出端子１１ｘ、１１ｙから出力される。

このようにして、進みコイル５と戻しコイル６は、前記第１の実施形態と同様に、各コイルの一巻きのピッチが等しく形成されると共に、誘導起電力が電気的に同じ向きになるように巻き進み方向と巻き戻し方向に巻回され、同様の作用効果が得られる。

次に、進みコイル５と戻しコイル６におけるそれぞれの接続部８（８ａ、８ｃ）の詳細について図７を参照して説明する。進みコイル５と戻しコイル６は、表裏の放射状ライン７及び接続部８（８ａ、８ｃ）と外周側のスルーホール９ａ、内周側のスルーホール９ｂ、スルーホール９ａより外周側のスルーホール９ｃ及び接続ランド１２によって形成される。スルーホール９ｃは、開口３の中心１０に同心の円周上で、かつスルーホール９ａ及び前記接続部８ａの円弧ラインＬ１の円周よりさらに外周側にあり、接続ランド１２は、スルーホール９ａと同円周上にある。

接続部８は、前記と同様の外周側のスルーホール９ａを迂回する接続部８ａと、接続部８ａよりさらに離れた外周側でスルーホール９ａを迂回する接続部８ｃを有し、接続部８ａ及び接続部８ｃには、表裏にそれぞれ同形パターンの接続部８ａ−１、８ａ−２及び接続部８ｃ−１、８ｃ−２が設けられている。ここで、接続部８において、接続部８ａ−１、８ａ−２を有する接続部８ａは、前記実施形態と同じ接続部８であるので詳細な説明は省略する。

接続部８ｃ（８ｃ−１、８ｃ−２）は、隣接する放射状ライン７を接続する接続部８ａと接触しないように、接続部８ａよりさらに外周側に迂回して接続するようにしたものである。この接続部８ｃは、互いに接続される一方のコイルの放射状ライン７の外周側端部（スルーホール９ａ又は接続ランド１２）から放射状に延長された延長ラインＬ６と、この延長ラインＬ６に一端が接続され前記円弧ラインＬ１より外周側に形成された円弧ラインＬ５と、この円弧ラインＬ５の他端に接続され他方のコイルの放射状ライン７の外周側端部に接続する他方の延長ラインＬ６と、放射状ライン７の延長線上で円弧ラインＬ５の一端に設けたスルーホール９ｃと、を備え、表裏同形のパターンを有する接続部８ｃ−１と接続部８ｃ−２を形成している。

この接続部８を用いたコイル構成を図７を参照して説明する。進みコイル５において、裏面側の放射状ライン７ａから、接続部８ａ―１、表面側の放射状ライン７ｂ、裏面側の放射状ライン７ｃまでの接続は、前記第１の実施形態と同様であり、次の放射状ライン７ｃは、裏面側の接続部８ｃ−２に接続される。この接続部８ｃ−２では、放射状ライン７ｃは裏面側の接続ランド１２からの放射状の延長ラインＬ６により円弧ラインＬ５の一端に接続され、さらに円弧ラインＬ５の他端に設けられたスルーホール９ｃから、表面側の放射状ライン７ｄからの他方の延長ラインＬ６に接続されて放射状ライン７ｄに接続される。以降、放射状ライン７ａ〜７ｄまでの接続と同じ接続パターンが繰り返される。

また、戻しコイル５においても同様に、表面側の放射状ライン７ｆから、接続部８ａ−２、放射状ライン７ｇ、表面側の放射状ライン７ｈまでの接続は、前記第１の実施形態と同様であり、次の放射状ライン７ｈは、表面側の接続部８ｃ−１に接続される。接続部８ｃ−１では、接続部８ａ―１の円弧ラインＬ１と接触しないようにスルーホール９ａを介して裏面の延長ラインＬ６からスルーホール９ｃに接続される。そして、スルーホール９ｃから表面側のの円弧ラインＬ５の一端に接続され、円弧ラインＬ５の他端からもう一方の延長ラインＬ６を経て、スルーホール９ａを介して裏面の放射状ライン７ｉに接続される。そして、以降、放射状ライン７ｆ〜７ｉまでの接続と同じ接続パターンが繰り返される。

このようにして、進みコイル５の接続部８ａ―１、８ｃ−２と、戻しコイル６の接続部８ａ―２、８ｃ−１とは、それぞれ同形を成し、図７に示すように、正面視で円弧ラインＬ１，Ｌ５の一部の円弧ライン（重なり部Ｌａ、Ｌｃ）が重なるように形成されるので、表裏の接続部８ａと接続部８ｃの接続ラインパターンを短くでき、かつ表裏同形に形成することができる。

上述のように、本実施形態の検出用コイル１によれば、表裏の接続部８ａと接続部８ｃにおいて、少なくとも表裏で重なる重なり部Ｌａ、Ｌｃを設けて対称に形成したことにより、接続部８（８ａ、８ｃ）の長さを短くできると共に、表裏における接続部８のパターンの偏りを無くし、接続部８のパターンの対称性を高めることができる。これにより、前記第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、接続部８（８ａ、８ｃ）を外周側にのみ設けたことにより内周側に接続部８を含む前記第１の実施形態に比べ、接続部８の接続ラインパターンの長さを短くでき、製造コストを低減することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図８、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の検出用コイル１は、前記第１、第２の各実施形態と基本的に構成は同じであり、進みコイル５と戻しコイル６の接続部８を磁気シールドした点で異なっている。

図８、図９（ａ）に示すように、本実施形態の検出用コイル１は、接続部８をシールドする磁気シールド部２０を有する。この磁気シールド部２０は、磁気シールドする金属箔２１と接続部８と絶縁するための絶縁性部材２２より形成される。磁気シール面Ｓ３は、外周側のスルーホール９ａの位置する円周Φ１と、この円周Φ１と同心円の外周側の接続部８ａを含む円周Φ２との間の斜線の施したドーナツ状の部分である。この磁気シールド部２０は、図９（ｂ）に示すように、絶縁性基板２の両面の外周側の接続部８（８ａ）を誘電体膜等の絶縁性部材２２で絶縁し、その上から金属箔２１でシールド面Ｓ３を覆っている。これにより、接続部８ａを磁界が通過しないことにより、接続部８ａを通過する測定不要な外部磁界をコイルで検出しなくなり、電流検出の測定精度を向上することができる。また、接続部８ａにおいて誘起電圧が発生しないので、基板表裏の接続部８ａのパターン配線が製造ばらつきによりそのパターン形状が非対称であっても、接続部８ａの形状に関係なく測定不要な近傍電流磁界の影響を低減することができる。なお、本実施形態では、外周側の接続部８ａを磁気シールドする場合について述べたが、内周側の接続部８（８ｂ）についても内周側のスルーホール９ｂと開口３との間を磁気シールドすることにより、さらに外部磁界の影響を軽減することができる。

上述した各種実施形態に係る検出用コイル１によれば、接続部８を進みコイル５と戻しコイル６で接続部８に重なり部Ｌａと、重なり部Ｌｂ又はＬｃを設け、かつ対称に形成することにより、表裏における接続部８において、接続ラインパターンの長さを短くし、かつパターンの偏りを極めて少なく抑えることができる。これにより、進みコイル５と戻しコイル６の正面面積及び断面面積を共に略等しくでき、また、正面面積自体の面積を小さくできることにより、検出用コイル１の近傍の電線からの検出不要な外部磁界の影響をも低減することができ、検出誤差の少ない、検出感度の高い電流検出コイルが得られる。これにより、小型、高性能で、かつ量産し易く低コストの電流センサを実現することができる。なお、上述した各種実施形態では、プリント基板を用いてコイルを形成したが、プリント基板でなくてもコイルを形成するものであれば何でもよい。

本発明の第１の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図。 図１のＡ部の拡大図。 図１のＢ部のを拡大図。 （ａ）は上記検出用コイルの進みコイルと戻しコイルの形成する面積を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大図。 本発明の第２の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図。 図５のＤ部の拡大図。 図５のＥ部のを拡大図。 本発明の第３の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図。 （ａ）は図８のＦ部の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図。 従来の交流電流検出用コイルの正面図。 上記検出用コイルの部分拡大図。

符号の説明

１ 検出用コイル（交流電流検出用コイル）
２ 絶縁性基板
３ 開口
４ トロイダルコイル
５ 進みコイル
６ 戻しコイル
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉ 放射状ライン
８、８ａ、８ｂ 接続部
９、９ｂ、９ｃ スルーホール
９ａ、１２ 外周側端部
２０ 磁気シールド部
７１〜７７ 放射状ライン

Claims (3)

1. 絶縁性基板に設けられた開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、これら表面側と裏面側との放射状ライン間を該ラインの端部側でスルーホールを介して電気的に接続する渡し接続部とを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを前記基板の表裏に巻き進み方向（このコイルを進みコイルという）と巻き戻し方向（このコイルを戻しコイルという）とに互いに形成した交流電流検出用コイルにおいて、
   前記渡し接続部は、前記進みコイルと戻しコイルの各々の進み方向において、基板の厚み方向で視たとき少なくとも一部が重なり、周方向に基板の表裏に交互に繰り返し配設されたことを特徴とする電流検出用コイル。
2. 前記渡し接続部は、前記進みコイルと戻しコイルの内の一方のコイルの放射状ラインの外周側端部を、そこに設けたスルーホールを介して反対側の面の隣のコイルの端部に接続するラインと、前記進みコイルと戻しコイルの内の他方のコイルの放射状ラインの外周側端部を、放射方向に延長した位置に設けたスルーホールを介して反対側の面の隣のコイルの端部に接続するラインと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の交流電流検出用コイル。
3. 絶縁性基板に設けられた開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、これら表面側と裏面側との放射状ライン間を該ラインの端部側でスルーホールを介して電気的に接続する渡し接続部とを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを前記基板の表裏に巻き進み方向（このコイルを進みコイルという）と巻き戻し方向（このコイルを戻しコイルという）とに互いに形成した交流電流検出用コイルにおいて、
   前記進みコイル及び戻しコイルの各々における前記渡し接続部が磁気シールドされていることを特徴とする交流電流検出用コイル。

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