JP2013160638A - Current detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環状に形成された電流検出用のコイルを有する電流検出器に関する。 The present invention relates to a current detector having an annular current detection coil.
従来より、環状に形成されたコイル、例えば積層型のロゴスキーコイルを有する電流検出器が公知である。しかしながら、この従来の構成では、電流検出対象物である線状の導体をコイルの内側に通す作業が必要であり、また、導体をコイルの内側に通すために当該導体を実装する回路基板を加工する必要がある。 Conventionally, a current detector having a coil formed in an annular shape, for example, a laminated Rogowski coil, is known. However, in this conventional configuration, it is necessary to pass a linear conductor, which is an object of current detection, inside the coil, and a circuit board on which the conductor is mounted is processed in order to pass the conductor inside the coil. There is a need to.
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流検出対象物をコイルの内側に通さずとも当該電流検出対象物を流れる電流を検出することができる電流検出器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a current detector that can detect the current flowing through the current detection target without passing the current detection target through the inside of the coil. It is to provide.
本発明によれば、環状に形成された電流検出用のコイルに、電流検出対象物に接続される実装部を両端に有する電流ライン部を貫通させた。この構成によれば、電流検出対象物を実装部に接続することにより、当該電流検出対象物を流れる電流を電流ライン部に流してコイルにより検出することができる。これにより、電流検出対象物をコイルの内側に通さずとも当該電流検出対象物を流れる電流を検出することができる。 According to the present invention, the current line portion having the mounting portions connected to the current detection target object at both ends is passed through the annular current detection coil. According to this configuration, by connecting the current detection object to the mounting part, the current flowing through the current detection object can be passed through the current line part and detected by the coil. Thereby, the current flowing through the current detection object can be detected without passing the current detection object inside the coil.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1から図4を参照しながら説明する。図1に示すように、電流検出器10は、全体としてほぼ矩形板状をなす基板部11の内部に、線状の導体からなる電流ライン部12を内蔵した構成である。電流ライン部12は、基板部11の側部から外方に突出する両端部に実装部12a,12bを有する。基板部11のうち実装部12a,12bが突出する部分には、例えば銅箔からなるランド部13が設けられている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
次に、この電流検出器10の内部構成について図2および図3を参照しながら説明する。図2に示すように、電流検出器10は、基板部11の内部に、上記した電流ライン部12のほか、電流検出用のコイル14と磁気遮蔽用のシールド部15とを備える。
基板部11は、複数、この場合、12枚の絶縁性基板11A〜11Lが電流検出器10の厚み方向に積層された構成である。即ち、この基板部11は、複数の絶縁性基板11A〜11Lを積層した積層基板である。
コイル14は、この積層基板である基板部11に設けられており、図3にも示すように、複数のコイル形成片14aと、複数のスルーホールピン14bと、戻線部14cとで構成されている。
Next, the internal configuration of the
The
The
コイル形成片14aは、それぞれ細長い板状に形成されている。これらコイル形成片14aは、基板部11を構成する複数の絶縁性基板11A〜11Lのうち任意の2層に形成されるものであり、この場合、中間層を構成する絶縁性基板11Eの外側の面および絶縁性基板11Hの外側の面にそれぞれ配置されている。この場合、絶縁性基板11Eの外側の面は図2では上面となっており、絶縁性基板11Hの外側の面は図2では下面となっている。複数のコイル形成片14aは、円環状に配列され、且つ、それぞれが放射状に指向した状態で配置される。スルーホールピン14bは、基板部11の任意の2層、この場合、中間の4層を構成する絶縁性基板11E〜11Hに形成された複数のスルーホールにそれぞれ挿通され、上記のように配置された複数のコイル形成片14aを電気的に接続する。このように構成されたコイル形成片14aおよびスルーホールピン14bは、電流検出器10の周方向にらせん状に巻回された巻線部14dを形成する。
The
戻線部14cは、細長い板状に形成され、その一端部が巻線部14dの一端部にスルーホールピン14bを介して電気的に接続され、且つ、他端部が上記のように構成された巻線部14d内を周方向に円環状に延びる。この戻線部14cは、この場合、基板部11を構成する複数の絶縁性基板11A〜11Lのうち中間の2層を構成する絶縁性基板11Fの内側の面と絶縁性基板11Gの内側の面との間に配置されている。この場合、絶縁性基板11Fの内側の面は図2では下面となっており、絶縁性基板11Gの内側の面は図2では上面となっている。巻線部14dの他端部および戻線部14cの他端部は、それぞれ外部の図示しない信号処理回路に電気的に接続されている。この信号処理回路は、コイル14が検出した電流の信号処理を実行して、導体からなる電流検出対象物100に流れる電流を特定するものである。
このように、電流検出器10の周方向にらせん状に巻回された巻線部14dと、この巻線部14d内を周方向に延びる戻線部14cとを有するとともに、積層基板である基板部11に設けられたコイル14は、いわゆる積層型のロゴスキーコイルとして構成されている。
The
As described above, the substrate has a winding
このように構成されたコイル14の内側には、電流ライン部12のほぼ中央部が、当該コイル14の軸方向に沿って貫通している。そして、電流ライン部12の両端部は、コイル14の内側を貫通した部分からコイル14の上方および下方を当該コイル14の径方向に延び、その両末端部を基板部11の外部に突出させている。そして、電流ライン部12は、基板部11から突出した部分を実装部12a,12bとしている。この実装部12a,12bには、例えば線状の導体からなる電流検出対象物100が例えばはんだ付けにより接続される。これにより、電流検出対象物100を流れる電流が、電流ライン部12に流れるようになる。なお、電流検出対象物100としては、図示しない回路基板に実装された基板パターンなどが考えられる。
Inside the
シールド部15は、非磁性の材料からなり、基板部11の内部において、上記のように構成されたコイル14を覆っている。このシールド部15は、電流ライン部12とコイル14との間に設けられており、これにより、主として外部磁界および外部電界、つまり、電流検出対象物100が接続された電流ライン部12以外の要素から発生する磁界および電界を遮蔽する機能を担う。そして、このシールド部15は、コイル14の内周部を覆う部分にスリット15aを有する。このスリット15aは、コイル14の周方向に沿って円環状に延び、当該コイル14と電流ライン部12との間を開放する。即ち、シールド部15は、コイル14の内周部、つまり、電流ライン部12と対向する部分の一部を除き、コイル14のほぼ全体を覆う構成である。
The
このスリット15aは、電流検出器10の厚み方向において、コイル14が存在する範囲内、換言すれば、当該コイル14に挟まれた絶縁性基板11E〜11Hが存在する範囲内に形成されている。また、このスリット15aは、電流検出器10の厚み方向において、コイル14の厚み以下、換言すれば、当該コイル14に挟まれた絶縁性基板11E〜11Hの厚みの和以下の開口幅を有している。
The
以上に説明した本実施形態に係る電流検出器10によれば、電流検出対象物100を実装部12a,12bに接続することにより、当該電流検出対象物100を流れる電流がコイル14の内側を貫通する電流ライン部12に流れるようになる。そして、この電流ライン部12から発生する磁界は、シールド部15のスリット15aを介して、遮蔽されることなくコイル14に作用するようになる。即ち、電流検出対象物100を流れる電流を電流ライン部12に流してコイル14により検出することができ、これにより、電流検出対象物100をコイル14の内側に通さずとも当該電流検出対象物100を流れる電流を検出することができる。
According to the
図4は、電流検出対象物を流れる電流の周波数と、その電流検出対象物から発生する磁界の検出感度との関係を示している。電流検出対象物から発生する磁界の検出感度とは、電流検出対象物から発生する磁界がコイル14に作用することで発生する誘導起電力の大きさ、つまり、電流検出器10が電流検出対象物を流れる電流を検出する感度を示す。この図4に示すように、電流検出対象物を流れる電流の周波数が大きいほど、電流検出対象物から発生する磁界の検出感度は大きくなる。そして、発明者の実験によれば、本実施形態の構成、つまり、コイル14を貫通する電流ライン部12に電流検出対象物を接続して当該電流検出対象物を流れる電流を間接的に検出する構成においても、コイルの内側に設けた開口部に電流検出対象物を貫通させて当該電流検出対象物を流れる電流を直接的に検出する構成においても、図4に示す同様の傾向が得られることが確認された。
FIG. 4 shows the relationship between the frequency of the current flowing through the current detection object and the detection sensitivity of the magnetic field generated from the current detection object. The detection sensitivity of the magnetic field generated from the current detection target is the magnitude of the induced electromotive force generated by the magnetic field generated from the current detection target acting on the
また、上記したように、スリット15aは、電流検出器10の厚み方向において、コイル14が存在する範囲内に形成することが好ましい。これにより、コイル14による磁界の検出感度が著しく低下してしまうことを回避することができる。
また、上記したように、スリット15aは、電流検出器10の厚み方向において、コイル14の厚み以下の開口幅を有していることが好ましい。これにより、シールド部15による外部磁界および外部電界の遮蔽効果を十分に確保することができる。なお、スリット15aの開口幅は、コイル14の厚みに関わらず、少なくとも50μm以上であれば、コイル14による磁界の検出感度の低下が抑えられることが発明者の実験によって確認されている。なお、電流検出用のコイルの種類、電流検出性能、形状、構成、大きさなどが異なれば、スリット15aの開口幅が50μm以下であっても、そのコイルによる磁界の検出感度の低下が抑えられる場合も有り得る。
Further, as described above, the
Further, as described above, the
この実施形態は、電流ライン部12の実装部12a,12bが基板部11の側部から外方に突出した構成であることから、電流検出対象物100を実装する図示しない回路基板に対して電流検出器10を垂直に立てて実装する場合に有効である。
In this embodiment, since the mounting
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図5を参照しながら説明する。以下、第1実施形態と異なる点のみを説明する。図5に示すように、電流検出器20は、上記した電流ライン部12に代わる電流ライン部22を備える。この電流ライン部22は、線状の導体からなり、基板部11の下部から外方に突出する両端部に実装部22a,22bを有する。
この構成によれば、電流ライン部22の実装部22a,22bが基板部11の下部から外方に突出した構成であることから、電流検出対象物100を実装する図示しない回路基板に対して電流検出器20を水平に寝せて実装する場合に有効である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below. As shown in FIG. 5, the
According to this configuration, since the mounting
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図6を参照しながら説明する。以下、第2実施形態と異なる点のみを説明する。図6に示すように、電流検出器30は、上記した電流ライン部22に代わる電流ライン部32を備える。この電流ライン部32は、線状の導体からなり、基板部11の下部から外方に突出する両端部に実装部32a,32bを有する。そして、これら実装部32a,32b間の距離が第2実施形態に示した実装部22a,22b間の距離よりも短く設けられており、この場合、実装部22aは、電流検出器30の中央部にてコイル14の内側を軸方向に貫通するように設けられた開口部30aの下方に位置している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Only differences from the second embodiment will be described below. As shown in FIG. 6, the
この構成によれば、電流ライン部32の実装部32a,32bが基板部11の下部から外方に突出した構成であることから、電流検出対象物100を実装する図示しない回路基板に対して電流検出器30を水平に寝せて実装する場合に有効である。
さらに、電流検出器30の下部のほぼ中央部に位置する実装部32aに対向するようにして、電流検出器30のほぼ中央部に開口部30aを設けたので、ユーザは、当該開口部30aを通して実装部32aをはんだ付けする作業を行うことができる。これにより、実装部32aが電流検出器30の下部のほぼ中央部、つまり、はんだ付けを行い難い位置に存在する構成であっても、電流検出器30を容易に実装することができる。
According to this configuration, since the mounting
Furthermore, since the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図7を参照しながら説明する。以下、第1実施形態と異なる点のみを説明する。図7に示すように、電流検出器40は、上記したコイル14に代わるコイル44と、シールド部15に代わるシールド部45と、を備える。
コイル44は、その全周にわたって、内側と外側との間の寸法が、第1実施形態のコイル14の内側と外側との間の寸法よりも短く形成されている。また、シールド部45も、コイル44が小さく形成されたことに伴い、その全周にわたって、内側と外側との間の寸法が、第1実施形態のシールド部15の内側と外側との間の寸法よりも短く形成されている。なお、このコイル44も、電流検出器40の周方向にらせん状に巻回された巻線部44dと、この巻線部44d内を周方向に延びる戻線部44cとを有するとともに、積層基板である基板部11に設けられており、いわゆる積層型のロゴスキーコイルとして構成されている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below. As shown in FIG. 7, the
The dimension between the inner side and the outer side of the
また、電流検出器40は、上記した電流ライン部12に代わる電流ライン部42を備える。この電流ライン部42は、線状の導体からなり、基板部11の側部から外方に突出する両端部に実装部42a,42bを有する。また、この電流ライン部42は、そのほぼ中央部が、コイル44の内側を覆うシールド部45の内側面に沿うようにして、コイル44およびシールド部45の内側を当該コイル44およびシールド部45の軸方向に沿って貫通している。これにより、電流ライン部42は、その全長、つまり、両実装部42a,42b間の距離が、上記した電流ライン部12の全長よりも短く形成されている。また、上記したシールド部45は、コイル44の内周部を覆う部分にスリット45aを有する。このスリット45aは、コイル44の周方向に沿って円環状に延び、当該コイル44と電流ライン部42との間を開放する。
In addition, the
導体からなる電流ライン部はインダクタンス成分を有することから、当該電流ライン部のインダクタンス成分を極力低くすることが好ましい。この実施形態によれば、コイル44およびシールド部45を小さく形成することで電流ライン部42を極力短くすることができ、これにより、電流ライン部42のインダクタンス成分を低く抑えることができる。なお、コイル44は、その電流検出機能が損なわれない程度の大きさまで小さくすることができ、シールド部45は、コイル44を覆うことができ、且つ、外部磁界の遮蔽機能が損なわれない程度の大きさまで小さくすることができる。
Since the current line portion made of a conductor has an inductance component, it is preferable to make the inductance component of the current line portion as low as possible. According to this embodiment, by forming the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図8を参照しながら説明する。以下、第1実施形態と異なる点のみを説明する。図8に示すように、電流検出器50は、上記したコイル14に代わるコイル54と、シールド部15に代わるシールド部55と、を備える。
コイル54は、その一部における内側と外側との間の寸法が、他の部分における内側と外側との間の寸法よりも短く、且つ、第1実施形態のコイル14の内側と外側との間の寸法よりも短く形成されている。即ち、このコイル54は、その内側と外側との間の寸法が不均一な形状となっている。また、シールド部55も、コイル54が小さく形成されたことに伴い、その一部、即ち、コイル54のうち内側と外側との間の寸法が最も短い部分を覆う部分の内側と外側との間の寸法が、他の部分における内側と外側との間の寸法よりも短く、且つ、第1実施形態のシールド部15の内側と外側との間の寸法よりも短く形成されている。即ち、このシールド部55も、その内側と外側との間の寸法が不均一な形状となっている。なお、このコイル54も、電流検出器50の周方向にらせん状に巻回された巻線部54dと、この巻線部54d内を周方向に延びる戻線部54cとを有するとともに、積層基板である基板部11に設けられており、いわゆる積層型のロゴスキーコイルとして構成されている。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below. As shown in FIG. 8, the
The
また、電流検出器50は、上記した電流ライン部12に代わる電流ライン部52を備える。この電流ライン部52は、線状の導体からなり、基板部11の側部から外方に突出する両端部に実装部52a,52bを有する。また、この電流ライン部52は、そのほぼ中央部が、コイル54のうち内側と外側との間の寸法が最も短くなる部分を覆うシールド部55の内側面に沿うようにして、コイル54およびシールド部55の内側を当該コイル54およびシールド部55の軸方向に沿って貫通している。これにより、電流ライン部52は、その全長、つまり、両実装部52a,52b間の距離が、上記した電流ライン部12の全長よりも短く形成されている。また、上記したシールド部55は、コイル54の内周部を覆う部分にスリット55aを有する。このスリット55aは、コイル54の周方向に沿って円環状に延び、当該コイル54と電流ライン部52との間を開放する。
Further, the
この実施形態によっても、コイル54の一部および当該部分を覆うシールド部55の一部を小さく形成することで電流ライン部52を極力短くすることができ、これにより、電流ライン部52のインダクタンス成分を低く抑えることができる。なお、コイル54の一部は、その電流検出機能が損なわれない程度の大きさまで小さくすることができ、当該部分を覆うシールド部55の一部は、コイル54のうち内側と外側との間の寸法が最も短い部分を覆うことができ、且つ、外部磁界の遮蔽機能が損なわれない程度の大きさまで小さくすることができる。特に、この実施形態では、コイル54の一部のみを小さく形成する構成としたから、コイル54全体としての電流検出機能を維持しつつ、その一部を第4実施形態のコイル44よりも小さく形成することが可能である。また、シールド部55の一部のみを小さく形成する構成としたから、シールド部55全体としての外部磁界遮蔽機能を維持しつつ、その一部を第4実施形態のシールド部45よりも小さく形成することが可能である。よって、電流ライン部52を、第4実施形態の電流ライン部42よりも短くすることが可能であり、これにより、電流ライン部52のインダクタンス成分を一層低く抑えることができる。
Also in this embodiment, the
(その他の実施形態)
本発明は、上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
コイル14,44,54は、いわゆるロゴスキーコイルに限られず、種々のコイルを採用することができ、例えばカレントトランスなどで構成してもよい。要は、環状に形成されたものであって、内側を貫通した電流ライン部を流れる電流を検出できるコイルであればよい。また、コイル14,44,54は、円環状に限られず、例えば楕円環状、矩形環状、多角形環状に形成してもよい。
基板部11を構成する絶縁性基板は12枚に限られるものではない。要は、基板部11は、複数の基板を積層した積層基板で構成することが好ましい。
また、シールド部15,45,55のうちコイル14,44,45の内側部を覆う部分に、それぞれ複数のスリット15a,45a,55aを設けてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
The
The number of insulating substrates constituting the
A plurality of
また、スリット15a,45a,55aの開口幅は、電流検出用のコイルの種類、電流検出性能、形状、構成、大きさなどに応じて適宜変更して設定することができる。
スリット15a,45a,55aは、要は、シールド部15,45,55のうちコイル14,44,54の内側部を覆う部分において、当該コイル14,44,54に沿って環状に延び、コイル14,44,54と電流ライン部22,42,52との間を開放する構成であれば種々の構成を採用することができる。
上述した複数の実施形態を組み合わせて実施してもよい。
The opening widths of the
The
You may implement combining several embodiment mentioned above.
図面中、10,20,30,40,50は電流検出器、11は基板部(積層基板)、12,22,32,42,52は電流ライン部、12a,12bは実装部、22a,22bは実装部、32a,32bは実装部、42a,42bは実装部、52a,52bは実装部、14,44,54はコイル、14c,44c,54cは戻線部、14d,44d,54dは巻線部を示す。 In the drawings, 10, 20, 30, 40 and 50 are current detectors, 11 is a substrate portion (laminated substrate), 12, 22, 32, 42 and 52 are current line portions, 12a and 12b are mounting portions, and 22a and 22b. Is a mounting part, 32a and 32b are mounting parts, 42a and 42b are mounting parts, 52a and 52b are mounting parts, 14, 44 and 54 are coils, 14c, 44c and 54c are return wire parts, and 14d, 44d and 54d are windings. The line part is shown.
Claims (6)
前記コイルの内側を貫通し、電流検出対象物に接続される実装部(12a,12b、22a,22b、32a,32b、42a,42b、52a,52b)を両端に有する電流ライン部(12,22,32,42,52)と、
を備える電流検出器。 A current detection coil (14, 44, 54) formed in an annular shape;
A current line portion (12, 22) having a mounting portion (12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, 42a, 42b, 52a, 52b) at both ends that penetrates the inside of the coil and is connected to the current detection object. , 32, 42, 52),
A current detector.
前記電流ライン部(42)は、このコイルの内側に沿うようにして当該コイルを貫通することにより、前記両実装部(42a,42b)間の距離が短くなるように設けられている請求項2に記載の電流検出器。 The coil (44) is formed with a short dimension between the inner side and the outer side over its entire circumference,
The said current line part (42) is provided so that the distance between both said mounting parts (42a, 42b) may become short by penetrating the said coil along the inner side of this coil. The current detector described in 1.
前記電流ライン部(52)は、このコイルのうち内側と外側との間の寸法が最も短くなる部分の内側に沿うようにして当該コイルを貫通することにより、前記両実装部(52a,52b)間の距離が短くなるように設けられている請求項2に記載の電流検出器。 The coil (54) is formed such that the dimension between the inner side and the outer side in a part thereof is shorter than the dimension between the inner side and the outer side in other parts,
The said current line part (52) penetrates the said coil so that the dimension between the inner side and the outer side among these coils may become the shortest, and the said mounting parts (52a, 52b) The current detector according to claim 2, which is provided so that a distance therebetween is shortened.
周方向にらせん状に巻回された巻線部(14d,44d,54d)と、
前記巻線部内を周方向に延びる戻線部(14c,44c,54c)と、
を有する請求項1から4の何れか1項に記載の電流検出器。 The coil (14, 44, 54)
A winding portion (14d, 44d, 54d) spirally wound in the circumferential direction;
A return line portion (14c, 44c, 54c) extending in the circumferential direction in the winding portion;
The current detector according to claim 1, comprising:
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