JP2015158369A - 電流検出用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】ロゴスキーコイル型の電流測定用コイルにおいて、外部磁界からの影響を受けにくくし、従来と同じサイズの回路基板を用いてトロイダルコイルの巻き数の増加を可能とし、スルーホールの数を減少させて歩留まりの向上を可能にする。
【解決手段】開口を有し、複数の導電層と複数の絶縁層を積層して形成された回路基板に、開口を取り囲むようにトロイダルコイルを形成し、回路基板の積層方向に平行な磁界に対して巻き方向が互いに逆になる巻き進みコイルと巻き戻しコイルを有し、外部磁界に対する前記巻き進みコイルで囲まれた面積と前記巻き戻しコイルで囲まれた面積がほぼ等しく、複数の導電層に形成された巻き進みコイルと巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンの部分１１ａと３１ａ、１１ｂと２１ｂ、２１ａと４１ａ、３１ｂと４１ｂが、回路基板の積層方向から透視して、重なり合っている。
【選択図】図６

Description

本発明は、分電盤などにおいて電流検出センサとして用いられる電流検出コイル、特にロゴスキーコイルに関する。

ロゴスキーコイルは、分電盤などにおいて電流検出センサとして用いられているが、ＬＥＤ電球をはじめとして電気機器の省エネ化が進んでおり、より少ない電流を検出できるように、高感度化が求められている。ところで、ロゴスキーコイルはコアレスであるため、磁気飽和せず、磁気損失による発熱やヒステリシス誤差がないといったメリットを有する反面、出力電圧が低く、外部磁界の影響によりＳ／Ｎが低下するというデメリットを有している。

外部磁界による影響について、図１１を参照しつつ説明する。図１１において、（ａ）は参考として磁性体によるトロイダルコアの周囲にトロイダルコイルを巻回した一般的なＣＴ（変流器）の構成を示し、（ｂ）はコアレスのロゴスキーコイルの構成を示す。また、（ｃ）は紙面に垂直な方向の外部磁界に対して一般的なＣＴが囲む面積を示し、（ｄ）は紙面に垂直な方向の外部磁界に対してロゴスキーコイルが囲む面積を示す。

図１１（ａ）に示すように、一般的なＣＴは、トロイダルコアの周囲に導体を螺旋状に巻き進め、トロイダル方向に一周して巻き終わるため、そのトロイダル方向に垂直な方向（すなわち、紙面に垂直な方向）の磁界に対しては、１ターンのコイルと等価である。そのため、図１１（ｃ）に示すように、トロイダル方向に垂直な方向の外部磁界に対しては、トロイダルコイルのトロイダル方向に垂直な断面がそのまま外部磁界の影響を受ける領域（左斜めハッチング）となる。ところが、一般的なＣＴは磁性体のコアを有しているので、トロイダルコアの内部を通る被測定磁界による出力Ｓが外部磁界によるノイズＮよりも遙かに大きいため、外部磁界による影響はあまり問題にはならない。ところが、ロゴスキーコイルはコアレスであるので、被測定磁界による出力Ｓが小さく、外部磁界による影響を受けやすく、Ｓ／Ｎの低下が問題となる。そこで、図１１（ｂ）に示すように、導体を螺旋状に巻き進め、トロイダル方向に一周したあと、トロイダルコイルの中心部を逆方向に１ターン分巻き戻している。そのため、図１１（ｄ）に示すように、トロイダル方向に垂直な方向の外部磁界に対しては、巻き進み方向におけるトロイダルコイルのトロイダル方向に垂直な断面が巻き戻し方向における１ターン分の巻き戻しコイルの断面によって相殺され、外部磁界の影響を受ける領域（右斜めハッチング）の面積が小さくなっている。

ロゴスキーコイルのＳ／Ｎを高くする手法として、トロイダルコイルの巻数を多くすることが考えられる。ところが、例えば特許文献１に記載されたような回路基板の両面の導電パターンとスルーホール（ビアホール）でコイルを構成するタイプのロゴスキーコイルでは、加工可能なスルーホールの直径やランドの外径などの制約により、コイルの巻数が制限される。そこで、特許文献１に記載されたロゴスキーコイルでは、外部磁界の影響をキャンセルするように、回路基板表面に形成される導電パターンにさらに工夫が施されている。

図１２は特許文献１に記載された従来のロゴスキーコイル２０１を示し、図１３は回路基板の積層方向に透視した導電パターン及びスルーホールを示す。なお、図１２においては、引き出し線の交差を避けるために、巻き進みコイルと巻き戻しコイルの符号を離れた位置に記載している。

このロゴスキーコイル２０１では、トロイダルコイルを巻き進み方向と巻き戻し方向に連続して二重形成し、回路基板２０２に垂直な方向（被測定電流の流れる方向）から見て、巻き進みコイルの１ターン分の領域Ｓ１の面積と巻き戻しコイルの１ターン分の領域Ｓ２の面積がほぼ等しくなるように導電パターンを形成している。その結果、巻き進みコイルが外部磁界から受ける影響を巻き戻しコイルが外部磁界から受ける影響で相殺し、ノイズ成分をより少なくしてＳ／Ｎをさらに高くしている。

より具体的には、環状の回路基板２０２には、被測定電流が流れる導体を貫通させる円形の開口２０３に沿って、同一円周上に一定間隔で内周側のスルーホール２１１・・・及び２３１・・・が形成されている。また、回路基板２０２の外周部には、２つの同心円周上に所定のパターンで外周側のスルーホール２２１・・・及び２４１・・・が形成されている。回路基板２０２の表面において、巻き進みコイルを構成するスルーホール２１１からは、外周部に向かって放射状に延び、外周部近傍で右ドッグレッグした導電パターン２５１が形成されている。導電パターン２５１の右ドッグレッグした先にはスルーホール２２１が形成されている。回路基板２０２の裏面において、スルーホール２１１の２つ右隣のスルーホール２１２からは、外周部に向かって放射状に延び、外周部近傍で左ドッグレッグ（裏側から見れば右ドッグレッグ）した導電パターン２５２が形成され、さらに上記スルーホール２２１に接続されている。このように、表面の導電パターン２５１、スルーホール２２１、裏面の導電パターン２５２及びスルーホール２１２で巻き進みコイルの１ターンが形成される。このような導電パターン及びスルーホールが環状の回路基板２０２上にトロイダル方向に一周するように形成されており、巻き進みコイルを形成している。

回路基板２０２の表面において、巻き戻しコイルを構成するスルーホール２３１からは、外周部に向かって単純に放射状に延びた導電パターン２６１が形成され、導電パターン２６１の先にはスルーホール２４１が形成されている。このスルーホール２４１は、回路基２０２の外周部の２つの同心円のうち内側の同心円周上に形成されている。回路基板２０２の裏面において、スルーホール２４１からは、回路基板２０２の外周部の２つの同心円のうち外側の同心円に向かって左ドッグレッグ（裏側から見れば右ドッグレッグ）した短い導電パターン２６２が形成され、外側の同心円周上に形成されたスルーホール２４２に接続されている。回路基板２０２の表面において、スルーホール２４２からは、回路基板２０２の外周部の２つの同心円のうち内側の同心円に向かって左ドッグレッグした短い導電パターン２６３が形成され、外側の同心円周上に形成されたスルーホール２４３に接続されている。回路基板２０２の裏面において、スルーホール２４３からは、内周部に向かって単純に放射状に延びた導電パターン２６４が形成され、スルーホール２３２に接続されている。このように、表面の導電パターン２６１、スルーホール２４１、裏面の導電パターン２６２、スルーホール２４２、表面の導電パターン２６３、スルーホール２４３、裏面の導電パターン２６４及びスルーホール２３２で巻き戻しコイルの１ターンが形成される。このような導電パターン及びスルーホールが環状の回路基板２０２上にトロイダル方向に一周するように形成されており、巻き戻しコイルを形成している。

図１２及び図１３から明らかなように、この回路基板２０２は導電パターンが形成される導電層が２層しかなく、表面の導電パターンが形成されている部分の裏面には導電パターンが形成されておらず、その逆も同様である。そのため、導電パターンの本数を多くすることはできず、結果的にトロイダルコイルの巻数を多くするには限界がある。また、巻き戻しコイルの導電パターンが巻き進みコイルの導電パターンを乗り越えるために、３つのスルーホールを必要とするため、環状の回路基板２０２の外周部のスルーホール数が多くなり、歩留まりを低下させる原因となっている。

さらに、図１３に示すように、巻き戻しコイルに関して、巻き進みコイルの導電パターンを乗り越える部分のコイルの巻き方向が本来の被測定磁界に対して逆巻きになっている。具体的には、矢印Ｘで示す被測定磁界に対して、導電パターン２６４、スルーホール２３１、導電パターン２６１及びスルーホール２４１で形成されるコイルの１ターンと、スルーホール２４１、導電パターン２６２、スルーホール２４１、導電パターン２６３及びスルーホール２４３で形成されるコイルの１ターンの巻き方向が逆になっている。そのため、この逆巻き部分の断面積は、信号である巻き戻しコイルに流れる電流を打ち消す方向に作用するため、Ｓ／Ｎ低下の原因の１つとなっている。

特開２００７−１５５４２７号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、巻き進みコイルが外部磁界から受ける影響を巻き戻しコイルが外部磁界から受ける影響で相殺しつつ、従来と同じサイズの回路基板を用いてトロイダルコイルの巻き数の増加を可能とし、さらにスルーホールの数を減少させて歩留まりの向上を可能にする電流測定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本発明に係る電流測定用コイルは、中央部に被測定電流が流れる導体を貫通させる開口を有し、複数の導電層と複数の絶縁層を積層して形成された回路基板に、前記開口を取り囲むようにトロイダルコイルが形成された電流測定用コイルであって、
前記回路基板の積層方向に平行な磁界に対して巻き方向が互いに逆になる巻き進みコイルと巻き戻しコイルを有し、前記磁界に対する前記巻き進みコイルで囲まれた面積と前記巻き戻しコイルで囲まれた面積がほぼ等しく、
前記複数の導電層に形成され、前記巻き進みコイルと前記巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、前記回路基板の積層方向から透視して、重なり合っていることを特徴とする。

前記回路基板の積層方向に直交する磁界に対して、前記巻き進みコイルを形成する導電パターン同士、前記巻き戻しコイルを形成する導電パターンの同士又は前記巻き進みコイルを形成する導電パターンと前記巻き戻しコイルを形成する導電パターンが、互いに逆方向に電流が流れるように重なり合っていることが好ましい。

前記巻き進みコイルは、前記回路基板を形成する２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンと該２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであり、
前記巻き戻しコイルは、前記回路基板を形成する他の２つの導電層に形成された巻き戻し導電パターンと該他の２つの導電層に形成された巻き戻し導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであることが好ましい。

または、前記巻き進みコイルは、前記回路基板を形成する２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンと該２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであり、
前記巻き戻しコイルは、前記回路基板を形成する他の１つの導電層に形成され、前記開口の周囲を略一周するように形成された平面コイルであることが好ましい。

前記回路基板の積層方向に形成され、前記複数の導電層に形成された導電パターンを電気的に接続するための複数のスルーホールが、前記開口に近い内周側において、直径の異なる２つの同心円周上に１つおきに所定間隔で形成され、前記開口から遠い外周側において単一の円周上に所定間隔で形成されていることが好ましい。

前記回路基板は、４つの導電層と３つの絶縁層が積層されて形成され、前記スルーホールは全て前記４つの導電層及び前記３つの絶縁層を貫通するように形成されていることが好ましい。

また、前記３つの絶縁層のうち、中央の絶縁層の厚みは他の２つの絶縁層の厚みよりも厚いことが好ましい。

前記巻き進みコイルの始点部に接続された第１引き出し線部と、前記巻き戻しコイルの終点部に接続された第２引き出し線部は、互いに電流が逆向きに流れるようなパターンに形成されていることが好ましい。

前記第１引き出し線部と前記第２引き出し線部が、それぞれ前記回路基板の異なる導電層に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、回路基板の積層方向に平行な磁界に対して巻き進みコイルで囲まれた面積と巻き戻しコイルで囲まれた面積がほぼ等しいので、巻き進みコイルが外部磁界から受ける影響を巻き戻しコイルが外部磁界から受ける影響で相殺され、回路基板の積層方向に平行な磁界によるＳ／Ｎの低下を防止することができる。また、巻き進みコイルと巻き戻しコイルの巻き方向が互いに逆であって、巻き進みコイルと巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、回路基板の積層方向に平行な方向から透視して、重なり合っているので、回路基板の積層方向に垂直な磁界に対しては、互いに重なり合っている部分に逆向きの電流が流れ、それによって外部磁界から受ける影響を相殺できるので、回路基板の積層方向に垂直な磁界によるＳ／Ｎの低下を防止することができる。さらに、巻き進みコイルと巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、回路基板の積層方向に平行な方向から透視して、重なり合っているので、表面の導電パターンが形成されている部分の裏面には導電パターンが形成されていない（その逆も同様）従来例と比較して、同じサイズの回路基板を用いてトロイダルコイルの巻き数の増加させることができる。さらに、巻き進みコイルの導電パターンと巻き戻しコイルの導電パターンが、互いに異なる導電層に形成されているため、巻き進みコイルの導電パターンと巻き戻しコイルの導電パターンを乗り越えるために余分なスルーホールを必要とせず、回路基板の全スルーホール数は増加せず、歩留まりの低下を防止することが可能である。

本発明の第１実施形態に係るロゴスキーコイルが形成された回路基板を示す正面図。 第１実施形態における回路基板の第１導電層に形成された第１導電パターンを示す正面図。 第１実施形態における回路基板の第２導電層に形成された第２導電パターンを示す正面図。 第１実施形態における回路基板の第３導電層に形成された第３導電パターンを示す正面図。 第１実施形態における回路基板の第４導電層に形成された第４導電パターンを示す正面図。 第１実施形態における巻き進みコイル及び巻き戻しコイルを形成する導電パターンが、互いに逆方向に電流が流れるように重なり合っていることを説明するための斜視図。 第２実施形態における回路基板の第１導電層に形成された第１導電パターンを示す正面図。 第２実施形態における回路基板の第２導電層に形成された第２導電パターンを示す正面図。 第２実施形態における回路基板の第３導電層に形成された第３導電パターンを示す正面図。 第２施形態における回路基板の第４導電層に形成された第４導電パターンを示す正面図。 一般的なＣＴとロゴスキーコイルの外部磁界による影響の比較説明図。 従来のロゴスキーコイルを示す平面図。 従来のロゴスキーコイルの導電パターン及びスルーホールの構成を示す斜視図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るロゴスキーコイル型の電流測定用コイルについて説明する。図１に、第１実施形態に係るロゴスキーコイル１が形成された回路基板を示す。なお、図１では、分かりやすくするため、第１導電層（実線）と第２導電層（破線）の導電パターンのみを示す。また、図２〜５はそれぞれ第１〜第４導電層の導電パターンを示す。

第１実施形態に係るロゴスキーコイル１は、４つの導電層と３つの絶縁層を交互に積層して形成された回路基板２に形成されており、図１に示すように、回路基板２の中央部に、被測定電流が流れる導体を貫通させるための円形の開口３が形成されている。また、円形の開口３に沿って、２つの同心円Ｃ１及びＣ２の周上に所定間隔で１つおきに内周側のスルーホール６１・・・及び８１・・・が形成されている。また、回路基板２の外周部には、単一の円周Ｃ３の周上に所定間隔で外周側のスルーホール５１・・・及び７１・・・が形成されている。なお、各スルーホールは、４つの導電層及び３つの絶縁層を貫通するように形成されている。

第１実施形態では、巻き進みコイル及び巻き戻しコイルは、それぞれトロイダルコイルとして形成されている。巻き進みコイルは、主に第２導電層の第２導電パターン２０と、第４導電層の第４導電パターン４０と、外周側スルーホール５１・・・と、内周側スルーホールのうち直径の小さな同心円周上に形成されたスルーホール６１・・・などで構成される。また、巻き戻しコイルは、主に第１導電層の第１導電パターン１０と、第３導電層の第３導電パターン３０と、外周側スルーホール７１・・・と、内周側スルーホールのうち直径の大きな同心円周上に形成されたスルーホール８１・・・などで構成される。

信号を取り出すための第１引き出し線部４は、図２に示す巻き進みコイルの始点部である第１導電層のスルーホール５１に接続されている。スルーホール５１は、図５に示す第４導電パターン４０に接続され、第４導電パターン４０のクランク状に形成された導電パターン４１によってスルーホール６１に接続される。スルーホール６１は、図３に示す第２導電パターン２０に接続され、第２導電パターン２０のクランク状に形成された導電パターン２１によってスルーホール５２に接続される。スルーホール５２は、図５に示す導電パターン４２によってスルーホール６２に接続される。以下、このようなループを開口３の周囲に時計回りに一周して、巻き進みコイルが形成される。巻き進みコイルの最後のスルーホール６ｘは、図２に示す第１導電パターンの直線状の導電パターン１ｘに接続され、導電パターン１ｘはスルーホール７１に接続されている。

スルーホール７１は、図４に示す第３導電パターン３０のクランク状に形成された導電パターン３１によってスルーホール８１に接続される。スルーホール８１は、図１に示す第１導電パターン１０に接続され、第１導電パターン１０のクランク状に形成された導電パターン１１によってスルーホール７２に接続される。スルーホール７２は、図４に示す導電パターン３２によってスルーホール８２に接続される。以下、このようなループを開口３の周囲に反時計回りに一周して、巻き戻しコイルが形成される。巻き戻しコイルの最後のスルーホール８ｘは、図３に示す第２導電パターンの直線状の導電パターン２ｘに接続され、巻き戻しコイルの終点部である導電パターン２ｘは信号を取り出すための第２引き出し線部５に接続されている。

図２と図３を比較して分かるように、第１引き出し線部４と第２引き出し線部５は、それぞれ第１導電層と第２導電層に形成されており、スルーホール６を介して第１導電層の導電パターンと第２導電層の導電パターンが電気的に接続されている。第１引き出し線部４を構成する導電パターンと第２引き出し線部５を構成する導電パターンは、互いに電流が逆向きに流れるように、部分的に重なり合い、回路基板２の積層方向から透視して（以下、正面視と略称する）Ｘ状となるような交差パターンに形成されている。

図２に示す第１導電パターン１０の各クランク状の導電パターン１１・・・の外側の放射状部分１１ａと図４に示す第３導電パターン３０の各クランク状の導電パターン３１・・・の外側の放射状部分３１ａは、正面視で互いに重なっている。また、図３に示す第２導電パターン２０の各クランク状の導電パターン２１・・・の外側の放射状部分２１ａと図５に示す第４導電パターン４０の各クランク状の導電パターン４１・・・の外側の放射状部分４１ａは、正面視で互いに重なっている。一方、第１導電パターン１０及び第３導電パターン３０の放射状部分１１ａ及び３１ａと第２導電パターン２０及び第４導電パターン４０の放射状部分２１ａ及び４１ａは、正面視で互いに重なっておらず、互に隣接している。

また、図２に示す第１導電パターン１０の各クランク状の導電パターン１１・・・の円周方向の部分１１ｂと図３に示す第２導電パターン２０の各クランク状の導電パターン２１・・・の円周方向の部分２１ｂは、正面視で互いに重なっている。同様に、図４に示す第３導電パターン３０の各クランク状の導電パターン３１・・・の円周方向の部分３１ｂと図５に示す第４導電パターン４０の各クランク状の導電パターン４１・・・の円周方向の部分４１ｂは、正面視で互いに重なっている。さらに、図２に示す第１導電パターン１０の各クランク状の導電パターン１１・・・の内側の放射状部分１１ｃと図４に示す第３導電パターン３０の各クランク状の導電パターン３１・・・の１つ隣の内側の放射状部分３１ｃは、正面視で互いに重なっている。同様に、図３に示す第２導電パターン２０の各クランク状の導電パターン２１・・・の内側の放射状部分２１ｃと図５に示す第４導電パターン４０の各クランク状の導電パターン４１・・・の１つ隣の内側の放射状部分４１ｃは、正面視で互いに重なっている。

このように、回路基板２は導電パターンが形成される導電層を４層有しており、巻き進みコイルと巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、回路基板２の積層方向から透視して、重なり合っている、そのため、図１２に示す従来例に比べて、ロゴスキーコイル１の全ターン数を多くすることができ、出力信号の電圧が高くなり、Ｓ／Ｎを高くすることができる。また、巻き進みコイルの導電パターンと巻き戻しコイルの導電パターンが、互いに異なる導電層に形成されているため、巻き進みコイルの導電パターンと巻き戻しコイルの導電パターンを乗り越えるために余分なスルーホールを必要とせず、回路基板２の全スルーホール数は増加せず、歩留まりの低下を防止することが可能である。さらに、回路基板２の積層方向に平行な磁界に対して巻き進みコイルで囲まれた面積と巻き戻しコイルで囲まれた面積がほぼ等しいので、外部磁界から受ける影響で相殺し、ノイズ成分をより少なくしてＳ／Ｎをさらに高くすることができる。

一方、回路基板２の積層方向に直交する外部磁界に対しては、トロイダルコイルのポロイダル方向の１ターンで囲まれた面積が影響を受けることになる。ところが、このロゴスキーコイル１は、導電層と絶縁層が積層された回路基板２に形成されており、前述のように、巻き進みコイルを形成する導電パターン同士、巻き戻しコイルを形成する導電パターンの同士又は巻き進みコイルを形成する導電パターンと巻き戻しコイルを形成する導電パターンが、互いに逆方向に電流が流れるように重なり合っている。より具体的には、図６に示すように、スルーホール７１を介して接続された導電パターン１１の放射状部分１１ａと導電パターン３１の放射状部分３１ａは正面視で互いに重なっており、矢印Ａ方向の外部磁界の影響を受けたとしても、導電パターン１１の放射状部分１１ａに流れる電流と導電パターン３１の放射状部分３１ａに流れる電流の向きが逆向きになり、互いに打ち消し合う。スルーホール５２を介して接続された導電パターン２１の放射状部分２１ａと導電パターン４１の放射状部分４１ａについても同様である。

前述のように、巻き進みコイルと巻き戻しコイル互いにつながっており、且つコイルの巻き方向が逆である。従って、矢印Ｂ方向の外部磁界の影響を受けた場合、導電パターン１１の円周方向の部分１１ｂと導電パターン２１の円周方向の部分２１ｂが正面視で互いに重なっているので、導電パターン１１の円周方向の部分１１ｂと導電パターン２１の円周方向の部分２１ｂに流れる電流の向きが逆向きになり、互いに打ち消し合う。導電パターン３１の円周方向の部分３１ｂと導電パターン４１・・・の円周方向の部分４１ｂに付いても同様である。さらに、導電パターン１１の内側の放射状部分１１ｃと導電パターン３１の１つ隣の内側の放射状部分３１ｃ、導電パターン２１の内側の放射状部分２１ｃと導電パターン４１の１つ隣の内側の放射状部分４１ｃについても同様である。

このように、回路基板２の積層方向に直交する外部磁界に対して、１つの導電層に形成された導電パターンに流れる電流を、それに隣接する導電層に形成された導電パターンに流れる電流で相殺するように形成されているので、ノイズ成分をより少なくしてＳ／Ｎをさらに高くすることができる。特に、被測定電流以外の電流などによって発生される外部磁界は、その電流に近いほど影響が大きいので、より近くの導電層に形成された導電パターンに流れる電流同士で相殺させることが好ましい。

第１引き出し線部４と第２引き出し線部５についても、第１引き出し線部４を構成する導電パターンと第２引き出し線部５を構成する導電パターンは、互いに電流が逆向きに流れるように、部分的に重なり合い、また正面視でＸ状となるような交差パターンに形成されている。そのため、外部磁界の影響に対しても、第１引き出し線部４に流れる電流と第２引き出し線部５に流れる電流が互いに相殺し合うので、第１引き出し線部４と第２引き出し線部５によるＳ／Ｎの低下を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るロゴスキーコイルについて説明する。第２実施形態に係るロゴスキーコイル１も、４つの導電層と３つの絶縁層を交互に積層して形成された回路基板２に形成されており、図１に示す第１実施形態の場合と同様に、回路基板２の中央部に、被測定電流が流れる導体を貫通させるための円形の開口が形成されている（図示せず）。図７〜１０はそれぞれ第２実施形態における回路基板２の第１〜第４導電層の導電パターンを示す。また、円形の開口に沿って、２つの同心円Ｃ１及びＣ２の周上に一定間隔で１つおきに内周側のスルーホール１６１・・・が形成されている。また、回路基板２の外周部には、単一の円周Ｃ３の周上に所定間隔で外周側のスルーホール１５１・・・が形成されているのも同様である。さらに、各スルーホールは、４つの導電層及び３つの絶縁層を貫通するように形成されている。

第２実施形態では、巻き進みコイルは、回路基板２を形成する第１導電層と第４導電層に形成された巻き進み導電パターンとこれら２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであり、巻き戻しコイルは、回路基板２を形成する第２導電層に形成され、開口の周囲を略一周するように形成された平面コイルである。図９に示すように、第３導電層の第３導電パターン１３０には、信号を取り出すための第１引き出し線部４及び第２引き出し線部５を構成する導電パターンのみが形成されている。また、第４導電層の第４導電パターン１４０にも、第１引き出し線部４及び第２引き出し線部５を構成する他の部分の導電パターンが形成されている。

図９と図１０を比較して分かるように、第１引き出し線部４と第２引き出し線部５は、スルーホール６を介して第３導電層の第３導電パターン１３０と第４導電層の第４導電パターン１４０に電気的に接続されている。第１実施形態と同様に、第１引き出し線部４を構成する導電パターンと第２引き出し線部５を構成する導電パターンは、互いに電流が逆向きに流れるように、部分的に重なり合い、また正面視でＸ状となるような交差パターンに形成されている。

図７に示すように、第１導電パターン１１０において、スルーホール１５ｘと１６ｘを除いて、外周部のスルーホール１５１・・・と内周部のスルーホール１６１・・・の間には、内周部の放射状部分の長さを除いてほぼ同じ形状のクランク状の導電パターン１１１・・・が接続されている。図９に示すように、第１引き出し線部４は第３導電層のスルーホール１５１に接続されており、スルーホール１５１は、図７に示す第１導電パターン１１０に接続され、第１導電パターン１１０の導電パターン１１１によってスルーホール１６１に接続される。スルーホール１６１は、図１０に示す第４導電パターン１４０に接続され、第４導電パターン１４０の放射状に形成された導電パターン１４１によってスルーホール１５２に接続される。スルーホール１５２は、図７に示す導電パターン１１２によってスルーホール１６２に接続される。以下、このようなループを開口の周囲に時計回りに一周して、巻き進みコイルが形成される。

巻き進みコイルの最後のスルーホール１５ｘは、図８に示す第２導電パターン１２０の放射方向に直線状の導電パターン１２１に接続されている。導電パターン１２１は内側のスルーホール１６１・・・を取り囲むように、反時計方向に略一周する環状の導電パターン１２２に接続されている。環状の導電パターン１２２の最後は、スルーホール１６ｘに接続され、図１０に示すように、第４導電パターン１４０の直線状の導電パターン１４ｘに接続され、導電パターン１４ｘは信号を取り出すための第２引き出し線部５に接続されている。

なお、第２実施形態では、第１導電パターン１１０では、導電パターン１１１・・・のピッチを小さくするために、クランク状部分の形状を円周方向ではなく、円周方向に対して所定の角度を成すように、斜めに形成している。第２実施形態においても、巻き進みコイルと巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、回路基板の積層方向に平行な方向から透視して、重なり合っているという条件を満たすために、第２導電パターン１２０の環状の導電パターン１２２が、鋸歯状に形成されている。それによって、上記第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

第２実施形態の構成によれば、トロイダルコイルが第１導電層の第１導電パターン１１０と第４導電層の第４導電パターン１４０、及びこれらを電気的に接続するスルーホール１５１・・・及び１６１・・・で形成されている。そのため、本来の被測定電流を検出するためのトロイダルコイルのポロイダル方向の断面積が大きくなり、出力電圧を高くすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の説明に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、３つの絶縁層のうち、中央の絶縁層の厚みを他の２つの絶縁層の厚みよりも厚くしてもよい。それによって、トロイダルコイルのポロイダル方向の断面積を大きくすることができ、出力電圧をさらに高くすることができ、Ｓ／Ｎをさらに改善することが可能となる。また、ビルトアップ基板を用いて、１つの回路基板に複数のロゴスキーコイルを重ねて形成することも可能である。それによって、出力電圧をさらに高くすることができ、Ｓ／Ｎをさらに改善することが可能となる。

１ ロゴスキーコイル
２ 回路基板
３ 開口
４ 第１引き出し線部
５ 第２引き出し線部
６ スルーホール
１０ （第１実施形態の）第１導電パターン
１１、２１、３１、４１、１ｘ、２ｘ、３ｘ 導電パターン
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ （導電パターンの）放射状部分
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ （導電パターンの）円周方向の部分
１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ （導電パターンの）放射状部分
２０ （第１実施形態の）第２導電パターン
３０ （第１実施形態の）第３導電パターン
４０ （第１実施形態の）第４導電パターン
５１、５２、５３、６１、６２、７１、８１、８２、６ｘ、８ｘ スルーホール
１１０ （第２実施形態の）第１導電パターン
１２０ （第２実施形態の）第２導電パターン
１３０ （第２実施形態の）第３導電パターン
１４０ （第２実施形態の）第４導電パターン
１１１、１１２、１２１、１２２ 導電パターン
１５１、１５２、１６１、１６２、１５ｘ、１６ｘ スルーホール

Claims (9)

1. 中央部に被測定電流が流れる導体を貫通させる開口を有し、複数の導電層と複数の絶縁層を積層して形成された回路基板に、前記開口を取り囲むようにトロイダルコイルが形成された電流測定用コイルであって、
   前記回路基板の積層方向に平行な磁界に対して巻き方向が互いに逆になる巻き進みコイルと巻き戻しコイルを有し、前記磁界に対する前記巻き進みコイルで囲まれた面積と前記巻き戻しコイルで囲まれた面積がほぼ等しく、
   前記複数の導電層に形成され、前記巻き進みコイルと前記巻き戻しコイルをそれぞれ形成する導電パターンが、前記回路基板の積層方向から透視して、重なり合っていることを特徴とする電流測定用コイル。
2. 前記回路基板の積層方向に直交する磁界に対して、前記巻き進みコイルを形成する導電パターン同士、前記巻き戻しコイルを形成する導電パターンの同士又は前記巻き進みコイルを形成する導電パターンと前記巻き戻しコイルを形成する導電パターンが、互いに逆方向に電流が流れるように重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定用コイル。
3. 前記巻き進みコイルは、前記回路基板を形成する２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンと該２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであり、
   前記巻き戻しコイルは、前記回路基板を形成する他の２つの導電層に形成された巻き戻し導電パターンと該他の２つの導電層に形成された巻き戻し導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流測定用コイル。
4. 前記巻き進みコイルは、前記回路基板を形成する２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンと該２つの導電層に形成された巻き進み導電パターンを電気的に接続するスルーホールで形成されたトロイダルコイルであり、
   前記巻き戻しコイルは、前記回路基板を形成する他の１つの導電層に形成され、前記開口の周囲を略一周するように形成された平面コイルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流測定用コイル。
5. 前記回路基板の積層方向に形成され、前記複数の導電層に形成された導電パターンを電気的に接続するための複数のスルーホールが、前記開口に近い内周側において、直径の異なる２つの同心円周上に１つおきに所定間隔で形成され、前記開口から遠い外周側において単一の円周上に所定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電流測定用コイル。
6. 前記回路基板は、４つの導電層と３つの絶縁層が積層されて形成され、前記スルーホールは全て前記４つの導電層及び前記３つの絶縁層を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電流測定用コイル。
7. 前記３つの絶縁層のうち、中央の絶縁層の厚みは他の２つの絶縁層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電流測定用コイル。
8. 前記巻き進みコイルの始点部に接続された第１引き出し線部と、前記巻き戻しコイルの終点部に接続された第２引き出し線部は、互いに電流が逆向きに流れるようなパターンに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電流測定用コイル。
9. 前記第１引き出し線部と前記第２引き出し線部が、それぞれ前記回路基板の異なる導電層に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電流測定用コイル。

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