JP2011141208A - プリント基板及び電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板に形成したセンサ部と信号処理回路部との間の信号伝達部における耐ノイズ性を向上させる。
【解決手段】電流センサは、多層基板のプリント基板に形成したコイルによるセンサ部と、センサ部の出力を信号処理回路部に伝達する信号伝達部とを有し、信号伝達部５０は、プリント基板の２つの層に形成した複数の信号パターン３１と、これらの信号パターン３１を接続するスルーホール３３とにより、ツイストペア線を形成した伝送線路１５を有している。信号パターン３１の周囲には、信号パターン３１以外の領域を覆うグランドパターン５１、５２が形成され、伝送線路１５に対して両側のグランドパターン５１、５２が信号パターン３１間の接続パターン５６によって電気的に接続されている。この電気的接続により、グランドパターン５１、５２における電位差の発生が抑制される。
【選択図】図５

Description

本発明は、信号伝達部を形成したプリント基板、及びこのプリント基板を用いて構成した電力線配線等の回路に流れる電流を検出する電流センサに関する。

例えば、電力線配線において、家庭用分電盤の分岐回路などには、電流センサが設けられ、各回路に流れる電流を検出している。電力線配線において負荷の不具合等が発生し、電流センサによって過電流を検出した場合は、制御部より遮断信号を出力して遮断器で回路を遮断する等の動作を行っている。配線に通電される交流電流量を非接触で測定するための電流センサとして、例えば、外部磁界の影響の少ないロゴスキコイルが用いられる。近年では、電流検出用のロゴスキコイルと、ロゴスキコイルからの検出電流を信号処理する信号処理回路とを、プリント基板上に形成したものが用いられてきている。

上記のようなプリント基板上にロゴスキコイル及び信号処理回路を形成した電流センサでは、プリント基板上に不要な外部磁界が入射すると、ロゴスキコイルから信号処理回路までの伝送線路等において外部磁界の影響を受けやすい。この外部磁界によって各伝送線路等で発生する不要検出信号（ノイズ）は、信号処理回路に入力され、被測定電流の測定誤差となる。そこで、伝送線路の近傍に流れる電流による外部磁界の影響を低減させるために、伝送線路をプリント基板パターンによってツイスト状に形成し、ツイストペア線（撚り線）とした電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１３３７８３号公報

上記特許文献１等の電流センサでは、伝送線路を構成するツイスト状の回路パターンの外側には、グランドパターンを設けてノイズの影響を低減している。この際、伝送線路は、外部磁界の影響をできるだけ小さくするために、ツイスト状の回路パターンを均等にパターン化してそのピッチを小さくし、パターン間の距離も実現可能な限り小さくすることが好ましい。しかしながら、従来例の構成では、グランドパターンが伝送線路のツイスト状の回路パターンの部分で分断されるため、ロゴスキコイルの出力部と信号処理回路との間において、無線輻射などのノイズ、外部磁界によるノイズ、静電ノイズ等の影響を受け易くなっていた。このため、ロゴスキコイルによる電流センサの出力のＳ／Ｎが劣化し、検出精度の悪化などを引き起こしていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プリント基板に形成したセンサ部と信号処理回路部との間の信号伝達部における耐ノイズ性を向上させることが可能なプリント基板及び電流センサを提供することにある。

本発明は、センサ部の出力を信号処理回路部に伝達する信号伝達部を形成したプリント基板であって、前記プリント基板は、少なくとも２つの導体箔の層を有する多層基板であり、前記信号伝達部は、前記プリント基板の第１の層に形成した複数の信号パターンと、前記第１の層とは異なる第２の層に形成した複数の信号パターンと、前記第１の層の信号パターンと前記第２の層の信号パターンとを接続する接続部とにより、ツイストペア線を形成した伝送線路を有し、前記プリント基板の第１の層及び第２の層において、前記伝送線路を構成する信号パターンの周囲には信号パターン以外の領域を覆うグランドパターンが形成され、前記伝送線路に対して両側のグランドパターンが電気的に接続されているものを含む。
上記構成により、信号伝達部を信号パターン及び接続部によるツイストペア線で形成することで、外部磁界に対する打ち消し効果が得られ、また、伝送線路に対して両側のグランドパターンを電気的に接続することによって、ツイストペア線の周囲のグランドパターンにおいて電位差の発生が抑制され、耐ノイズ性が向上する。

また、本発明は、上記のプリント基板を備え、前記プリント基板に形成したコイルによるセンサ部と、前記センサ部の出力を信号処理回路部に伝達する前記信号伝達部とを有する電流センサを含む。
上記構成により、電流センサにおいて、信号伝達部を信号パターン及び接続部によるツイストペア線で形成することで、外部磁界に対する打ち消し効果が得られ、また、伝送線路に対して両側のグランドパターンを電気的に接続することによって、ツイストペア線の周囲のグランドパターンにおいて電位差の発生が抑制され、耐ノイズ性が向上する。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続は、当該プリント基板の回路パターンによって接続されるものを含む。
上記構成により、伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続のために、プリント基板の回路パターンを用いることで、接続のための追加部品を必要とせず、構成の簡略化、コストの削減を図れる。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続は、当該プリント基板に実装される電子部品によって接続されるものを含む。
上記構成により、伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続のために、チップ部品等の電子部品を用いることで、汎用部品を追加するだけで低コストにグランドパターン間の接続が可能となる。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記伝送線路を構成する信号パターンは、前記第１の層と前記第２の層のそれぞれにおいて平行斜線状に形成され、ツイストペア線の対になる第１の信号パターンと第２の信号パターンとは、互いに長さが等しく形成されているものを含む。
上記構成により、外部磁界に対して打ち消し効果が生じる部分の面積が隣り合う部分で同じとなり、外部磁界に対する耐ノイズ性が向上する。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記伝送線路を構成する信号パターンは、前記第１の層と前記第２の層のそれぞれにおいて平行斜線状に形成され、その一部は前記平行斜線状とは異なる伝送線路の長手方向に延出する信号パターンが形成され、ツイストペア線の一部においてツイスト形状を有しない構成となっているものを含む。
上記構成により、伝送線路の両側のグランドパターンを接続するパターン幅が大きくなるので、グランドパターンにおける電位差を小さくでき、外部磁界に対する耐ノイズ性が向上する。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記プリント基板は、２つの内側層と、前記内側層の外側に位置する２つの外側層とを有してなる少なくとも４つの導体箔の層を有する多層基板であり、前記信号伝達部は、前記プリント基板の２つの内側層にそれぞれ形成した回路パターンと、この２つの内側層の回路パターンを接続する接続部とにより伝送線路が構成され、前記プリント基板の２つの外側層にそれぞれ形成したグランドパターンによって前記伝送線路の外側が覆われているものを含む。
上記構成により、内側層に形成したツイストペア線の伝送線路を外側層のグランドパターンによって覆うことで、シールド効果を高めることができ、耐ノイズ性をさらに向上する。

また、本発明は、上記の電流センサであって、前記コイルは、前記プリント基板の外側層にそれぞれ形成した回路パターンと、この２つの外側層の回路パターンを接続する接続部とにより構成されるものを含む。
上記構成により、電流検出用のコイルを外側層に形成し、信号伝達部のツイストペア線を内側層に形成することで、コイルのサイズを大きくして電流センサの出力を高めることができとともに、信号伝達部でのノイズの影響を低減させ、Ｓ／Ｎを向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記いずれかの電流センサであって、前記コイルは、前記プリント基板に形成した巻き進み方向の巻き進みコイルと巻き戻し方向の巻き戻しコイルとを有するロゴスキコイルにより構成され、前記信号伝達部は、前記ロゴスキコイルの出力部において構成されるものを含む。
上記構成により、例えばロゴスキコイルを用いて大電流を検出する場合などに、近傍に大電流が流れることによる外部磁界等のノイズによる影響を防ぐことができ、より大きな効果が得られる。

本発明によれば、プリント基板に形成したセンサ部と信号処理回路部との間の信号伝達部における耐ノイズ性を向上させることが可能なプリント基板及び電流センサを提供できる。

本発明の実施形態に係るプリント基板及び電流センサの全体構成を示す平面図 （Ａ）〜（Ｄ）は本実施形態に係る電流センサを配設した家庭用分電盤の構成例を示す図 本実施形態に係る電流センサの信号伝達部の概略構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視斜視図 本発明の第１の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図 本発明の第２の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は概略構成を示す模式図 本発明の第３の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図 本発明の第４の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は概略構成を示す模式図 本発明の第５の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図 本発明の第６の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成として、電流センサを形成するプリント基板の断面構成を示す模式図 （Ａ）〜（Ｄ）は第６の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の各層の構成を示す平面図

以下の実施形態では、本発明に係るプリント基板及び電流センサの一例として、家庭用分電盤の分岐回路等に配設可能な、プリント基板を用いて構成した電流センサの構成を示す。

図１は本発明の実施形態に係るプリント基板及び電流センサの全体構成を示す平面図である。本実施形態の電流センサ１０は、多層構造のプリント基板１２において、被測定電線に流れる電流を検出するためのセンサ部としてのロゴスキコイル（以下、コイルという）１３、１４と、コイル１３、１４の検出電流の信号処理を行う信号処理回路１７とが形成されて構成されている。本明細書でいう「プリント基板」とは、基板に電子部品や配線を実装したり形成したりすることにより、電子回路が形成されたものをいう。図示例では、２つのコイル１３、１４と信号処理回路１７とが同一基板上に形成されている。センサ部のコイル１３、１４の各検出電流信号が出力される出力端部と信号処理回路１７の入力端部とは、プリント基板１２に形成された信号伝達部の伝送線路１５、１６によってそれぞれ接続されている。コイル１３、１４の中心部にはプリント基板１２を貫通する貫通孔による開口２１、２２がそれぞれ形成され、この開口２１、２２に被測定電線が挿通されるようになっている。

信号処理回路１７は、プリント基板１２上にＬＳＩ１８等の電子部品が実装されて構成され、コイル１３、１４から出力される検出電流信号の増幅、ＡＤ変換、検出データの記憶、出力等の信号処理を行うものである。

コイル３、４は、プリント基板１２の導体箔によって形成された複数の放射状ライン２３と、この放射状ライン２３をプリント基板１２の絶縁性基板に渡って接続する接続部であるスルーホール２４とを有して構成される。放射状ライン２３は、プリント基板１２の開口２１、２２の周囲の表裏両面において、導体箔のパターンによって放射状に形成されている。スルーホール２４は、放射状ライン２３の両端部に形成され、絶縁性基板をその厚さ方向に貫通して表裏の放射状ライン２３間を電気的に連続して接続している。これらの複数の放射状ライン２３及びスルーホール２４により、トロイダルコイルが形成される。このトロイダルコイルは、互いに接触を避けるようにした巻き進み方向の巻き進みコイルと巻き戻し方向の巻き戻しコイルとが二重形成された構造となっており、これら巻き進みコイルと巻き戻しコイルを連続接続することにより、ロゴスキコイルが構成される。このような構成のコイル１３、１４により、開口２１、２２を貫通する被測定電線にそれぞれ流れる電流を示す検出電流信号が得られる。電流センサ１０のコイルをロゴスキコイルとすることで、コイル１３、１４の検出電流信号は、巻き進みコイルと巻き戻しコイル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検出電流信号が得られる。コイル１３、１４における不要な外部磁界に対しては、巻き進みコイルと巻き戻しコイルに発生する誘導電流の差が検出され、外部磁界の影響が軽減されるので、測定精度の低下を防止できる。また、従来のＣＴによる電流検出の場合と比べて、コイル出力開放故障時の異常高電圧の発生がなくなり、より安全である。また、プリント基板による空芯コイルを用いているので、電流センサが薄型で安価であり、鉄芯がないので、電流検出特性が飽和せずに、大電流まで計測可能となり、また、軽量で小型化することができる。

伝送線路１５、１６は、プリント基板１２の導体箔によって形成された複数の信号パターン３１と、この信号パターン３１をプリント基板１２の絶縁性基板に渡って接続する接続部であるスルーホール３３とを有して構成される。信号パターン３１は、プリント基板１２の表裏両面において、導体箔のパターンによって平行斜線状に形成されている。スルーホール３３は、信号パターン３１の両端部に形成され、絶縁性基板をその厚さ方向に貫通して表裏の信号パターン３１間を電気的に連続して接続している。これらの複数の信号パターン３１及びスルーホール３３により、ツイスト状の導電パターンによるツイストペア線（撚り線）が形成される。伝送線路１５、１６をツイストペア線で構成することにより、外部磁界の影響を打ち消し合うようにし、耐ノイズ性を高められる。この伝送線路１５、１６を含む信号伝達部の構成については後述する。なお、コイル１３、１４及び伝送線路１５、１６において、プリント基板の厚さ方向に渡ってパターン間を接続する接続部は、スルーホールに限らず、三次元構造の配線を持つ基板など、他の導電接続手段を用いて構成することも可能である。

上記のように構成された電流センサ１０においては、コイル１３、１４の開口２１、２２を貫通する各被測定電線に電流が流れると、コイル１３、１４において発生する誘導電圧によって被測定電線の電流が検出され、検出電流信号として出力される。コイル１３、１４の検出電流信号は、伝送線路１５、１６を通って信号処理回路１７に入力され、信号処理回路１７内で信号処理され、検出データが生成される。この検出データは、信号処理回路１７の出力部から測定電流データとして配電盤の制御装置等へ出力される。この際、信号処理回路１７では、各コイル１３、１４からの検出電流信号を時分割で切替えて入力して信号処理する。このため、信号処理回路１７で生じる処理誤差は同じとなり、検出データのバラツキが抑制される。

ここで、本実施形態の電流センサを配設した家庭用分電盤の分岐回路部の構成例を示す。図２は本実施形態に係る電流センサを配設した家庭用分電盤の構成例を示す図である。図２において、（Ａ）は分電盤の分解斜視図、（Ｂ）は分電盤のベース台の一部を破断した斜視図、（Ｃ）は分岐電流センサユニットをベース台に配設した状態を示す斜視図、（Ｄ）は分岐電流センサユニットの外観構成を示す斜視図である。

分電盤２０１は、外部の電源から受電し、主幹回路にある主幹ブレーカ２０２と、この主幹回路から分岐した複数の分岐回路にある分岐ブレーカ２０３と、分岐回路に流れる分岐電流を検出する分岐電流センサユニット２０４と、分岐電流センサユニット２０４が検出したデータに基いて、信号を出力する計測制御ユニット２０５と、計測制御ユニット２０５からの出力信号を受けて、ユーザに報知する報知ユニット２０６と、分岐ブレーカ２０３等を保持するベース台２０７とを備えている。

分電盤２０１は、単相三線式の分電盤であり、外部の電源からの３本の電力線を主幹ブレーカ２０２によって受電する。そして、主幹ブレーカ２０２の負荷側の電力線に分岐ブレーカ２０３が接続されて分岐回路となっている。各分岐回路には、電流センサユニット２０４が取り付けられており、分岐回路を流れる電流を検出する。そして、分岐ブレーカ２０３の２次側に使用される電気機器が接続される。

主幹ブレーカ２０２は、電源側端子と負荷側端子の間の通電をオンオフする開閉機構（図示せず）を器体内に備えており、この開閉機構のオンオフ用の操作ハンドル２２３が器体の前面に配されている。また、主幹ブレーカ２０２は、電源側端子と負荷側端子の間に過電流が流れた際に、これらの間を遮断すると共に、操作ハンドル２２３をオフ側に位置させる回路遮断機能（図示せず）を備えている。

次に、ベース台２０７について説明する。ベース台２０７は、分岐ブレーカ２０３と、主幹ブレーカ２０２の負荷側端子に電気的に接続される３本のメインバー２７１、２７２、２７３等を保持する。メインバー２７１、２７２、２７３は、主幹ブレーカ２０２の負荷側端子にネジ２７４によって接続されている。そして、メインバー２７１は、ベース台２０７の長手方向両端に設けられた支柱２７５に固定されている。メインバー２７２、２７３は、ベース台２０７の短手方向の両側に配設されている。メインバー２７２は、ベース台２０７の平板部２７２ａと、平板部２７２ａから一体に直角に折り曲げ、更にＵ字形又はクランク状となるように折り曲げ形成された複数の分岐バー２７２ｂとを備えている。メインバー２７３もメインバー２７２と同様に、平板部２７３ａと、分岐バー２７３ｃを一体に備えている。

分岐ブレーカ２０３は、長方体形状であり、器体の一端側の側壁部に３個の端子部２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを有している。この端子部によって、メインバー２７１と分岐バー２７２ｂ、２７３ｃを挟持し、電気的に結合されている。分岐ブレーカ２０３は、器体の他端側に負荷の電源線を接続するための一対の２次側端子部２３２を有している。分岐ブレーカ２０３は器体内において、端子部２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと２次側端子部２３２との間の通電をオンオフする開閉機構（図示せず）と、この開閉機構のオンオフ用の操作ハンドル２３３とを有している。また、端子部２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと２次側端子部２３２との間に過電流が生じた際に、これらの端子部間を遮断すると共に、操作ハンドル２３３をオフ側に位置させる回路遮断機構（図示せず）を有している。

次に、分岐電流センサユニット２０４について説明する。分岐電流センサユニット２０４は、プリント基板１０により構成され、ベース台２０７に配設されている。プリント基板１０の短手方向の一端側には、分岐バー２７２ｂが貫通する、円形状の複数の第１の挿通孔２４２ａ（図１の開口２１、２２に相当する）が並設されている。プリント基板１０の短手方向の中央付近には、分岐バー２７３ｃが貫通する、複数の第２の挿通孔２４２ｂが並設されている。第１の挿通孔２４２ａの周辺部には、上述したコイル１３、１４が形成され、プリント基板１０の短手方向の他端側には、信号処理回路１７が配設され、これらのコイル１３、１４と信号処理回路１７とを接続する伝送線路１５、１６が形成されている。このコイル１３、１４、伝送線路１５、１６、信号処理回路１７等によって電流センサ１０が構成される。

プリント基板１０には、信号処理回路１７の入出力信号を伝送する情報伝送路２４８と、直流電源を供給する電源供給路２４９が設けられており、情報伝送路２４８と電源供給路２４９はプリント基板１０の端部に設けられたコネクタ２９５に繋がっている。コネクタ２９５は伝送路に接続され、計測制御ユニット２０５に出力信号が伝送される。このように、一体化された分岐電流センサユニット２０４を用いることで、分岐回路の全ての電流を高精度に検出し、きめ細かい使用電流状況を報知することができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態に係る電流センサの信号伝達部の概略構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視斜視図である。信号伝達部における伝送線路１５は、表裏両面など、プリント基板１２の２つの層における導体箔のパターン及びスルーホールによってツイストペア線が形成される。なお、伝送線路１６も同様の構成であり、以下では１つの伝送線路について説明する。

プリント基板１２の第１の面には、第１の信号パターン３１が平行斜線状に形成されている。絶縁性基板３４を挟んだ第２の面には、第２の信号パターン３２が図３（Ａ）の平面図において第１の信号パターン３１に対して交差するように、第１の信号パターン３１とは絶縁性基板３４を隔てて平行斜線状に形成されている。信号パターン３１、３２の両端には、絶縁性基板３４をその厚さ方向に貫通して接続部であるスルーホール３３が形成され、信号パターン３１と信号パターン３２との間を電気的に連続して接続している。

このような構成の伝送線路１５において、図３（Ｂ）に示すように外部磁界３５が発生した場合、信号パターン３１、３２において外部磁界３５によるノイズの影響を受け易いという課題がある。この外部磁界対策として、信号パターン３１、３２の周囲に信号パターン以外の領域を覆うグランドパターン（ベタグランドパターン）を設けて外部磁界３５によるノイズの影響を軽減することが考えられる。また、外部磁界、静電ノイズ等の影響をできるだけ小さくするためには、それぞれの信号パターンのピッチ（スルーホール間の距離）を小さくし、かつ隣り合う信号パターン間の距離を小さくすることが好ましい。このような構成の場合、グランドパターンが伝送線路１５を境界として信号パターン３１、３２の部分で分断される。この状態では、分断されたグランドパターン間で磁界ノイズ等によって電位差が発生し、この電位差が伝送線路１５にノイズとして重畳され、電流センサの出力のＳ／Ｎが劣化して誤検出を引き起こす要因になるなどの課題が生じる。

そこで、本実施形態では、伝送線路１５でのグランドパターンの分断を無くし、信号伝達部における耐ノイズ性を向上させるようにした構成を以下の各実施形態に例示する。

（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図である。第１の実施形態の信号伝達部４０では、伝送線路１５を構成する信号パターン３１及びスルーホール３３の周囲を囲むように、信号パターン３１及びスルーホール３３以外の領域を覆う第１のグランドパターン４１、第２のグランドパターン４２が形成されている。すなわち、信号パターン３１及びスルーホール３３による伝送線路１５に対して、その両側に第１のグランドパターン４１、第２のグランドパターン４２が形成されている。これらの伝送線路１５両側のグランドパターン４１、４２の間は、リード線、ジャンパ線等の接続導体４３によって電気的に接続されている。

このように、信号伝達部を信号パターン及びスルーホールによるツイストペア線で構成することで、外部磁界に対する打ち消し効果が得られる。また、信号伝達部の両側のグランドパターンを電気的に接続することによって、ツイストペア線の周囲のグランドパターンにおいて電位差が発生せず、耐ノイズ性が向上する。

（第２の実施形態）
図５（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は概略構成を示す模式図である。第２の実施形態の信号伝達部５０では、伝送線路１５を構成する信号パターン３１の周囲において、電気的に接続された１つのグランドパターンが形成されている。ここで、伝送線路１５の両側のグランドパターン５１とグランドパターン５２とは、平行な信号パターン３１間に形成された回路パターンである接続パターン５３によって電気的に接続されている。図５（Ｂ）に示すように、プリント基板１２の第１の面においては、信号パターン３１の周囲にグランドパターン５１、５２、及び接続パターン５３が形成され、第２の面においては、信号パターン３２の周囲にグランドパターン５４、５５、及び接続パターン５６が形成されている。このように、表裏両面など、プリント基板１２の２つの層において両側にグランドパターンが形成されている。

このように、信号伝達部の両側のグランドパターンを接続パターンによって電気的に接続することによって、ツイストペア線の周囲のグランドパターンにおいて電位差の発生を抑制できるため、外部磁界によるノイズ等の影響を軽減でき、耐ノイズ性を向上できる。この場合、電気的接続のためにプリント基板の回路パターンを用いることで、接続のための追加部品を必要とせず、構成の簡略化、コストの削減を図れる。

（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図である。第３の実施形態の信号伝達部６０では、第１の実施形態と同様、伝送線路１５の両側に、信号パターン３１の周囲を囲むように第１のグランドパターン６１、第２のグランドパターン６２が形成されている。これらのグランドパターン６１、６２の間は、電子部品としてのチップ抵抗（ジャンパ抵抗）などのチップ部品６３が基板上に実装され、このチップ部品６３により電気的に接続されている。

このように、信号伝達部の両側のグランドパターンをチップ部品等の電子部品によって電気的に接続することによって、ツイストペア線の周囲のグランドパターンにおいて電位差の発生を抑止できるため、外部磁界によるノイズ等の影響を軽減でき、耐ノイズ性を向上できる。この場合、一般的なチップ部品の電子部品を用いることで、汎用部品を追加するだけで低コストにグランドパターン間の接続ができる。

（第４の実施形態）
図７（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は概略構成を示す模式図である。第４の実施形態の信号伝達部７０は、ツイストペア線の対になる信号パターン３１、３２の大きさを規定したものである。プリント基板１２においてツイストペア線を形成する一対の信号パターン３１、３２は、第１の信号パターン３１の長さＬ１、第２の信号パターン３２の長さＬ２とした場合、Ｌ１＝Ｌ２と両者の長さが等しく形成されている。また、信号パターン３１、３２による伝送線路１５の両側に、信号パターン３１の周囲を囲むように第１のグランドパターン７１、第２のグランドパターン７２が形成され、グランドパターン７１、７２の間は接続導体７３によって電気的に接続されている。なお、第２の実施形態と同様、グランドパターン７１、７２間を回路パターンで接続して１つのグランドパターンによって形成してもよい。この場合、図７（Ｂ）に示すように、信号パターン３１、３２のツイスト部によって形成される両パターンで囲まれた空間の面積Ｓ１、Ｓ２は、Ｓ１＝Ｓ２と等しくなる。よって、信号伝達部７０において外部磁界が発生した場合、外部磁界に対して打ち消し効果が生じる部分の面積が隣り合う部分で同じ（Ｓ１＝Ｓ２）となり、さらに外部磁界に対する耐ノイズ性が向上する。

（第５の実施形態）
図８は本発明の第５の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図である。第５の実施形態の信号伝達部８０では、プリント基板１２の第１の面において、信号パターン３１の一部を平行斜線状とせず、伝送線路１５の長手方向に平行な信号パターン８１が形成されている。第２の面においても同様に、信号パターン３２の一部を平行斜線状とせず、伝送線路１５の長手方向に延出する信号パターン８２が形成されている。このような信号パターン８１、８２により、ツイストペア線の一部においてツイスト形状を有しない構成となっている。ここで、ツイスト部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、同一の巻き方向（撚り方向）となっている。そして、プリント基板１２の第１の面においては、信号パターン３１の周囲にグランドパターン８３が形成され、第２の面においては、信号パターン３２の周囲にグランドパターン８４が形成されている。この場合、信号パターン８１とは反対側の面（第２の面）でグランドパターン８４が接続され、信号パターン８２とは反対側の面（第１の面）でグランドパターン８３が接続される。この際、ツイスト部が無い部分を偶数として対にして設け、それぞれの部分の信号パターンが互いに逆の面にあるようにすれば、外部磁界等の打ち消し効果は悪化することはない。このような信号伝達部８０の構成により、伝送線路１５の両側のグランドパターンを接続するパターン幅Ｇ１、Ｇ２が大きくなるので、グランドパターンにおける電位差を小さくでき、さらに外部磁界に対する耐ノイズ性が向上する。

（第６の実施形態）
図９及び図１０は本発明の第６の実施形態に係る電流センサの信号伝達部の構成を示す図であり、図９は電流センサを形成するプリント基板の断面構成を示す模式図、図１０（Ａ）〜（Ｄ）は信号伝達部の各層の構成を示す平面図である。第６の実施形態の電流センサ１００は、４層のプリント基板１０１によって形成した例である。プリント基板１０１は、第１層１１１、第２層１１２、第３層１１３、第４層１１４の４層の導体箔を有し、各層間を絶縁する絶縁性基板を有して形成された多層構造となっている。このプリント基板１０１において、外側の第１層１１１と第４層１１４に形成された回路パターン１２１、１２２、及びこれらの回路パターン１２１、１２２を接続するスルーホール１２３によって電流検出用のコイル１０２が形成される。また、内側の第２層１１２と第３層１１３に形成された回路パターン１３１、１３２、及びこれらの回路パターン１３１、１３２を接続するスルーホール１３３によってコイル１０２の検出電流信号を伝達する信号伝達部１０３が形成される。なお、コイル１０２及び信号伝達部１０３において、プリント基板の厚さ方向に渡ってパターン間を接続する接続部は、スルーホールに限らず、三次元構造の配線を持つ基板など、他の導電接続手段を用いて構成することも可能である。

図１０（Ａ）に示す第１層１１１では、信号伝達部１０３のスルーホール１３３の周囲にグランドパターン１４１、１４２、１４３が形成されている。ここで、信号伝達部１０３の外側の第１のグランドパターン１４１、信号伝達部１０３の内側の第２のグランドパターン１４２、信号伝達部１０３の外側の第３のグランドパターン１４３は、スルーホール１３３間の隙間で接続されている。同様に、図１０（Ｄ）に示す第４層１１４では、信号伝達部１０３のスルーホール１３３の周囲にグランドパターン１５０、１５１、１５２が形成されている。ここで、信号伝達部１０３の外側の第１のグランドパターン１５０、信号伝達部１０３の内側の第２のグランドパターン１５１、信号伝達部１０３の外側の第３のグランドパターン１５２は、スルーホール１３３間の隙間で接続されている。

図１０（Ｂ）に示す第２層１１２では、回路パターン１３１及びスルーホール１３３によって信号伝達部１０３の伝送線路１５、１６の一方の面が形成されている。そして、回路パターン１３１及びスルーホール１３３の周囲にグランドパターン１４４、１４５、１４６が形成されている。ここで、伝送線路１５の外側の第１のグランドパターン１４４、伝送線路１５、１６の内側の第２のグランドパターン１４５、伝送線路１６の外側の第３のグランドパターン１４６は、スルーホール１３３間の隙間で接続されている。同様に、図１０（Ｃ）に示す第３層１１３では、回路パターン１３２及びスルーホール１３３によって信号伝達部１０３の伝送線路１５、１６の他方の面が形成されている。そして、回路パターン１３２及びスルーホール１３３の周囲にグランドパターン１４７、１４８、１４９が形成されている。ここで、伝送線路１５の外側の第１のグランドパターン１４７、伝送線路１５、１６の内側の第２のグランドパターン１４８、伝送線路１６の外側の第３のグランドパターン１４９は、スルーホール１３３間の隙間で接続されている。

第６の実施形態では、４層のプリント基板１０１において、内側の第２層及び第３層の回路パターンによって信号伝達部としてツイストペア線の伝送線路を形成し、その外側の第１層及び第４層のグランドパターンによって伝送線路の外側が覆われる構造となっている。

このように、多層基板の内側の層を用いて信号伝達部のツイストペア線を形成し、このツイストペア線が外側の層のグランドパターンによって覆われる構造とすることで、シールド効果を高めることができ、耐ノイズ性をさらに高めることができる。

本実施形態の電流センサは、例えば、家庭用分電盤の分岐回路において、分岐回路に流れる分岐電流を検出する分岐電流センサユニットなどとして設けられる。そして、上述した各実施形態の信号伝達部の構成は、ロゴスキコイルの出力部において適用される。大電流を計測するために用いられるロゴスキコイルは、検出する電流の磁界以外に、別系統の回路の電流から発せられる磁界の影響を受けやすいところに配置される。しかし、ロゴスキコイルの出力電圧は、数マイクロＶと非常に微小な電圧しか出力しない。そこで、大きな磁界、ノイズの影響を受け易いロゴスキコイルの出力部に、上記の信号伝達部の構成を適用することで、近傍に大電流が流れることによる磁界、無線輻射等のノイズによる影響を防ぐことができ、より大きな効果を得ることができる。

また、第６の実施形態のように、ロゴスキコイルによる電流検出用のコイルを多層基板の外側の層を用いて形成し、信号伝達部のツイストペア線を内側の層を用いて形成することで、コイルのサイズを大きくして電流センサの出力を高めることができる。これにより、電流センサの出力を上げるとともに信号伝達部でのノイズの影響を低減させ、さらにＳ／Ｎを向上させることができる。

なお、上記実施形態では、プリント基板に形成した電流センサの構成例を示したが、本発明のプリント基板はこれに限定されるものではない。例えば、微小信号を出力するセンサの出力信号を増幅回路に伝達する信号伝達部を有する回路を、プリント基板に形成する構造などにおいても、同様に適用可能である。すなわち、プリント基板に形成したツイストペア線による信号伝達部に関して、種々の回路構成において本発明を適用できる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

１０ 電流センサ
１２ プリント基板
１３、１４ コイル
１７ 信号処理回路
１５、１６ 伝送線路
１８ ＬＳＩ
２１、２２ 開口
２３ 放射状ライン
２４ スルーホール
３１、３２、８１、８２ 信号パターン
３３ スルーホール
３４ 絶縁性基板
３５ 外部磁界
４０、５０、６０、７０、８０ 信号伝達部
４１、４２、５１、５２、５４、５５、６１、６２、７１、７２、８３、８４ グランドパターン
４３、７３ 接続導体
５３、５６ 接続パターン
６３ チップ部品
１０１ プリント基板
１０２ コイル
１０３ 信号伝達部
１１１ 第１層
１１２ 第２層
１１３ 第３層
１１４ 第４層
１２１、１２２、１３１、１３２ 回路パターン
１２３、１３３ スルーホール
１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８、１４９、１５０、１５１、１５２ グランドパターン
２０１ 分電盤
２０２ 主幹ブレーカ
２０３ 分岐ブレーカ
２０４ 分岐電流センサユニット
２０５ 計測制御ユニット
２０６ 報知ユニット
２０７ ベース台

Claims (9)

1. センサ部の出力を信号処理回路部に伝達する信号伝達部を形成したプリント基板であって、
   前記プリント基板は、少なくとも２つの導体箔の層を有する多層基板であり、
   前記信号伝達部は、前記プリント基板の第１の層に形成した複数の信号パターンと、前記第１の層とは異なる第２の層に形成した複数の信号パターンと、前記第１の層の信号パターンと前記第２の層の信号パターンとを接続する接続部とにより、ツイストペア線を形成した伝送線路を有し、
   前記プリント基板の第１の層及び第２の層において、前記伝送線路を構成する信号パターンの周囲には信号パターン以外の領域を覆うグランドパターンが形成され、前記伝送線路に対して両側のグランドパターンが電気的に接続されているプリント基板。
2. 請求項１に記載のプリント基板を備え、前記プリント基板に形成したコイルによるセンサ部と、前記センサ部の出力を信号処理回路部に伝達する前記信号伝達部とを有する電流センサ。
3. 請求項２に記載の電流センサであって、
   前記伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続は、当該プリント基板の回路パターンによって接続される電流センサ。
4. 請求項２に記載の電流センサであって、
   前記伝送線路に対して両側のグランドパターンの電気的接続は、当該プリント基板に実装される電子部品によって接続される電流センサ。
5. 請求項２に記載の電流センサであって、
   前記伝送線路を構成する信号パターンは、前記第１の層と前記第２の層のそれぞれにおいて平行斜線状に形成され、ツイストペア線の対になる第１の信号パターンと第２の信号パターンとは、互いに長さが等しく形成されている電流センサ。
6. 請求項２に記載の電流センサであって、
   前記伝送線路を構成する信号パターンは、前記第１の層と前記第２の層のそれぞれにおいて平行斜線状に形成され、その一部は前記平行斜線状とは異なる伝送線路の長手方向に延出する信号パターンが形成され、ツイストペア線の一部においてツイスト形状を有しない構成となっている電流センサ。
7. 請求項２に記載の電流センサであって、
   前記プリント基板は、２つの内側層と、前記内側層の外側に位置する２つの外側層とを有してなる少なくとも４つの導体箔の層を有する多層基板であり、
   前記信号伝達部は、前記プリント基板の２つの内側層にそれぞれ形成した回路パターンと、この２つの内側層の回路パターンを接続する接続部とにより伝送線路が構成され、前記プリント基板の２つの外側層にそれぞれ形成したグランドパターンによって前記伝送線路の外側が覆われている電流センサ。
8. 請求項７に記載の電流センサであって、
   前記コイルは、前記プリント基板の外側層にそれぞれ形成した回路パターンと、この２つの外側層の回路パターンを接続する接続部とにより構成される電流センサ。
9. 請求項２〜８のいずれかに記載の電流センサであって、
   前記コイルは、前記プリント基板に形成した巻き進み方向の巻き進みコイルと巻き戻し方向の巻き戻しコイルとを有するロゴスキコイルにより構成され、
   前記信号伝達部は、前記ロゴスキコイルの出力部において構成される電流センサ。

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