JP2016111191A - Toroidal coil device - Google Patents

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末広 善文
Yoshifumi Suehiro
善文 末広
角 貞幸
Sadayuki Sumi
貞幸 角
北田 耕作
Kosaku Kitada
耕作 北田
佐名川 佳治
Yoshiharu Sanagawa
佳治 佐名川
酒井 孝昌
Takamasa Sakai
孝昌 酒井
賢吾 阿部
Kengo Abe
賢吾 阿部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a toroidal coil device that can increase the number of turns of a coil and increase the angle of aperture between coil pieces and can be easily clamped to an electrical wire.SOLUTION: A toroidal coil device 1A has a toroidal coil 1 obtained by arranging, along a toroidal direction TD, plural arcuate coil pieces T1, T2 which are divided on a plane orthogonal to the toroidal direction TD. Each of the coil pieces T1, T2 has a flexible board 10 having plural conductor patterns 3 which are shaped to extend in parallel to a poloidal direction PD and arranged in the direction TD, and an incision 21 for solid formation which is provided between adjacent conductor patterns 3. The board 10 is bent in the direction PD and the direction TD from the flat-plate shape state, and plural one-turn coils formed by the bending are successively connected to one another in series, thereby forming a coil having plural continuous turns. The coil pieces T1, T2 are individually configured, so that the gap between the coils can be greatly opened.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、トロイダルコイル装置に関する。   The present invention relates to a toroidal coil device.

従来から、磁気回路を有していない空芯のトロイダルコイルを備えるトロイダルコイル装置は、その中心穴を通る電線を流れる交流電流を計測する電流センサとして用いられている。トロイダルコイルは、直線状の空芯ソレノイドコイルをその中心軸が円形となるように丸く曲げてコイル外形をトロイド状としたものである。電流センサとしての空芯トロイダルコイルは、ロゴスキーコイルとも呼ばれる。電流センサ用のトロイダルコイルは、例えば、可撓性のシート状基材の両面に形成した導体パターンとこれらを両面間で接続する導通スルーホールとによってシート状の空芯ソレノイドコイルを形成し、これを丸めて簡便に形成される(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この特許文献1のトロイダルコイルは、導通スルーホールによる接続を確保するためのランドパターンの存在が、導体パターンの密度増加に対する制約条件になってしまい、ある限度以上にコイルのターン数を増やすことができない。また、各1ターンコイルの囲む面積はシート状基材の断面積そのものであり、その面積を増やすには限界がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a toroidal coil device including an air-core toroidal coil that does not have a magnetic circuit has been used as a current sensor that measures an alternating current flowing through an electric wire passing through the center hole. The toroidal coil is formed by bending a linear air-core solenoid coil so that its central axis is circular, and to form a toroidal coil. An air-core toroidal coil as a current sensor is also called a Rogowski coil. A toroidal coil for a current sensor forms a sheet-shaped air-core solenoid coil by, for example, a conductive pattern formed on both surfaces of a flexible sheet-shaped substrate and a conductive through hole connecting these two surfaces. Is easily formed (see, for example, Patent Document 1). However, in the toroidal coil of Patent Document 1, the presence of the land pattern for securing the connection by the conductive through hole becomes a constraint condition for the increase in the density of the conductor pattern, and the number of turns of the coil is increased beyond a certain limit. I can't. Further, the area surrounded by each one-turn coil is the sectional area of the sheet-like base material itself, and there is a limit to increasing the area.

ところで、柔軟性を有する支持体に一体的に複数の導体パターンを形成し、その支持体を折り曲げて形成される各導体パターン毎の1ターンコイルを互いに直列接続してトランス等で用いるインダクタを形成する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。   By the way, a plurality of conductor patterns are integrally formed on a flexible support body, and one-turn coils for each conductor pattern formed by bending the support body are connected in series to form an inductor used in a transformer or the like. There is a known method (see, for example, Patent Document 2).

特開2008−241479号公報JP 2008-241479 A 特開2002−043138号公報JP 2002-043138 A

しかしながら、上述した特許文献2に示されるような形成方法においては、導通スルーホールを用いずに半田によって接続することができるものの、各半田接続部においてスリットとツメとの嵌合を用いるので、依然としてコイルのターン数増が制限される。また、この特許文献2におけるコイルの形成方法は、1ターンコイルが立体的に形成されるのでコイルが囲む面積を増やせるものの、四角形の一辺にコイルを形成するものであり、ノイズ相殺に有効な回転対称性をトロイダルコイルに持たせることができない。   However, in the forming method as shown in Patent Document 2 described above, although it is possible to connect by solder without using the conductive through hole, since the fitting of the slit and the claw is used in each solder connection portion, it is still The increase in the number of turns of the coil is limited. In addition, the method of forming a coil in Patent Document 2 is to form a coil on one side of a quadrangle because the one-turn coil is three-dimensionally formed, so that the area surrounded by the coil can be increased. Symmetry cannot be imparted to the toroidal coil.

また、トロイダルコイルを既設の電線に対する電流センサとして用いる場合、トロイダルコイルをトロイダル方向のどこかで分断して開いて、トロイダルコイルの中心部に電線を位置させて閉じるクランプ動作が必要である。トロイダルコイルは、例えば180°以上に開く大きなクランプ動作ができることが望ましく、また、クランプ動作の繰り返し耐性を備えることが望ましい。     Further, when the toroidal coil is used as a current sensor for an existing electric wire, it is necessary to perform a clamping operation in which the toroidal coil is divided and opened somewhere in the toroidal direction, and the electric wire is positioned and closed at the center of the toroidal coil. The toroidal coil is desirably capable of performing a large clamping operation that opens, for example, 180 ° or more, and preferably has a repeated resistance to the clamping operation.

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、コイルのターン数を従来よりも増加させることができ、また、コイル片間の開き角度が大きくなり電線に対してクランプさせることが容易なトロイダルコイル装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problem, and with a simple configuration, the number of turns of the coil can be increased as compared with the prior art, and the opening angle between the coil pieces is increased so that the wire is clamped. An object of the present invention is to provide a toroidal coil device that is easy to handle.

上記課題を達成するために、本発明のトロイダルコイル装置は、トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備え、コイル片の各々は、ポロイダル方向に伸びる形状を有してトロイダル方向に並び設けられる複数の導電体パターンと、隣り合う導電体パターンの間に設けられた立体形成用の切り込みとを有したフレキシブル基板を備え、このフレキシブル基板が平板状からポロイダル方向およびトロイダル方向に屈曲され、この屈曲により形成される複数の1ターンコイルの隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルとされていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a toroidal coil device of the present invention includes a toroidal coil formed by arranging a plurality of arc-shaped coil pieces divided along a surface orthogonal to the toroidal direction along the toroidal direction, and each of the coil pieces. Comprises a flexible substrate having a shape extending in the poloidal direction and provided with a plurality of conductor patterns arranged in the toroidal direction, and a three-dimensional notch provided between adjacent conductor patterns. The flexible substrate is bent in a poloidal direction and a toroidal direction from a flat plate shape, and end portions belonging to adjacent coils of a plurality of one-turn coils formed by this bending are sequentially connected in series to form a continuous multi-turn coil. It is characterized by.

本発明のトロイダルコイル装置によれば、フレキシブル基板を立体化したコイル片を並べてトロイダルコイルとするので、コイルのターン数をより増加でき、また、コイル片間の開き角度をより大きくでき、コイル片を電線にクランプすることが容易となる。   According to the toroidal coil device of the present invention, since the coil pieces obtained by three-dimensionalizing the flexible substrate are arranged to form a toroidal coil, the number of turns of the coil can be increased, and the opening angle between the coil pieces can be further increased. Is easily clamped to the electric wire.

(a)は本発明の一実施形態に係るトロイダルコイル装置の一部破断分解斜視図、(b)は同装置の断面模式図。(A) is a partially broken exploded perspective view of a toroidal coil device according to an embodiment of the present invention, and (b) is a schematic sectional view of the device. (a)は同装置の斜視図、(b)は同装置のコイル片の斜視図、(c)は同装置の支持体の斜視図。(A) is a perspective view of the apparatus, (b) is a perspective view of the coil piece of the apparatus, (c) is a perspective view of the support body of the apparatus. (a)は同装置のコイル片を構成するフレキシブル基板を円筒状に屈曲し電気接続して成るソレノイドコイルの平面図、(b)は同ソレノイドコイルを屈曲して成るコイル片の斜視図。(A) is a top view of the solenoid coil formed by bending and electrically connecting a flexible substrate constituting the coil piece of the apparatus in a cylindrical shape, and (b) is a perspective view of the coil piece formed by bending the solenoid coil. 同フレキシブル基板の展開図。The expanded view of the flexible substrate. (a)は同フレキシブル基板の表裏の導電体パターンを電気的に接続した接続部の断面図、(b)は同フレキシブル基板の導電体パターンを電気的に接続した接続部の断面図。(A) is sectional drawing of the connection part which electrically connected the conductor pattern of the front and back of the flexible substrate, (b) is sectional drawing of the connection part which electrically connected the conductor pattern of the flexible substrate. 同コイル片と回路基板とを組み合わせて同装置を電流計測用とする構成例を説明する斜視図。The perspective view explaining the structural example which combines the coil piece and a circuit board and uses the apparatus for electric current measurement. (a)はトロイダルコイルと回路基板とをケースに収納して電流計測用の構成としたトロイダルコイル装置の透視斜視図、(b)は同装置を電線に取り付けた状態の平面図、(c)は同装置の電線に対する開閉動作を説明する断面図。(A) is a perspective view of a toroidal coil device in which a toroidal coil and a circuit board are housed in a case and configured for current measurement, (b) is a plan view of the device attached to an electric wire, and (c). FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the opening / closing operation of the apparatus with respect to the electric wire. (a)は同装置を開いた状態の平面図、(b)(c)は異なる方向から見た(a)の斜視図。(A) is the top view of the state which opened the apparatus, (b) (c) is the perspective view of (a) seen from a different direction. (a)は同トロイダルコイル装置の変形例を模式的に示す断面図、(b)は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。(A) is sectional drawing which shows typically the modification of the toroidal coil apparatus, (b) is sectional drawing which shows a mode that the coil piece of the modification is opened and it applies to an electric wire. (a)は同トロイダルコイル装置の他の変形例を模式的に示す断面図、(b)は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the other modification of the toroidal coil apparatus typically, (b) is sectional drawing which shows a mode that the coil pieces of the modification are opened and applied to an electric wire. (a)は同トロイダルコイル装置のさらに他の変形例を模式的に示す断面図、(b)は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the further another modification of the toroidal coil apparatus typically, (b) is sectional drawing which shows a mode that the coil pieces of the modification are opened and applied to an electric wire. (a)は他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を模式的に示す断面図、(b)は同装置に用いられる支持体の斜視図。(A) is sectional drawing which shows typically the toroidal coil apparatus which concerns on other embodiment, (b) is a perspective view of the support body used for the apparatus. 同装置を構成するコイル片の斜視図。The perspective view of the coil piece which comprises the apparatus. 同装置のコイル片間の電気的接続を示す図。The figure which shows the electrical connection between the coil pieces of the apparatus. (a)は電流計測用の構成とした同装置の開閉動作を説明する斜視図、(b)(c)は異なる方向から見た同装置の斜視図。(A) is a perspective view explaining the opening / closing operation | movement of the apparatus made into the structure for electric current measurement, (b) (c) is the perspective view of the apparatus seen from the different direction. (a)はさらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板の展開図、(b)は同フレキシブル基板装置を屈曲して成るソレノイドコイルの平面図、(c)は同ソレノイドコイルを屈曲して成るコイル片の斜視図。(A) is a development view of a flexible substrate constituting a toroidal coil device according to another embodiment, (b) is a plan view of a solenoid coil formed by bending the flexible substrate device, and (c) is a diagram of the solenoid coil. The perspective view of the coil piece formed by bending. (a)はトロイダルコイル装置の各コイル片に生じる電圧の計測を模式的に示す断面図、(b)は(a)の透視側面図。(A) is sectional drawing which shows typically the measurement of the voltage which arises in each coil piece of a toroidal coil apparatus, (b) is a see-through | perspective side view of (a). (a)(b)はそれぞれ図17(a)(b)の電圧計測における一方の電圧計の接続方法を替えて行う計測を模式的に示す断面図と透視側面図。FIGS. 17A and 17B are a cross-sectional view and a perspective side view schematically showing measurement performed by changing the connection method of one voltmeter in the voltage measurement of FIGS. (a)は図17(a)の電圧計V1に計測される電圧波形図、(b)は図18(a)の電圧計V2に計測される電圧波形図、(c)は両電圧計による測定値の和の電圧波形図。(A) is a voltage waveform diagram measured by the voltmeter V1 of FIG. 17 (a), (b) is a voltage waveform diagram measured by the voltmeter V2 of FIG. 18 (a), and (c) is by both voltmeters. The voltage waveform figure of the sum of a measured value. (a)は図18(a)の電圧計V1に計測される電圧波形図、(b)は図18(a)の電圧計V2に計測される電圧波形図、(c)は両電圧計による測定値の差の電圧波形図。18A is a voltage waveform diagram measured by the voltmeter V1 in FIG. 18A, FIG. 18B is a voltage waveform diagram measured by the voltmeter V2 in FIG. 18A, and FIG. The voltage waveform figure of the difference of a measured value. トロイダルコイル装置のトロイダルコイルを、その中心軸方向から見た平面図。The top view which looked at the toroidal coil of the toroidal coil device from the central axis direction. トロイダルコイル装置のトロイダルコイルの1ターンコイルを透視して表示する斜視図。The perspective view displayed through seeing through the 1 turn coil of the toroidal coil of a toroidal coil device.

以下、本発明の実施形態に係るトロイダルコイル装置について、図面を参照して説明する。図1乃至図5は一実施形態に係るトロイダルコイル装置1Aを示す。図1、図2、図3に示すように、トロイダルコイル装置1Aは、2つのコイル片T1,T2から成るトロイダルコイル1と、各コイル片T1,T2を内部から支持する半円筒形の支持体であるコア4と、を備えている。トロイダルコイル1は、トロイダル方向TDに直交する面で分割された円弧形状の2つのコイル片T1,T2をトロイダル方向TDに沿って並べて構成されている。各コイル片T1,T2は、シート状の可撓性基材2と可撓性基材2に支持された互いに並列する複数の導電体パターン3を有するフレキシブル基板10を備えており、フレキシブル基板10をトロイド状に屈曲して形成されている。これらの図や以下に示す図において導電体パターン3の図示が適宜省略されている。   Hereinafter, toroidal coil devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show a toroidal coil device 1A according to an embodiment. As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the toroidal coil device 1A includes a toroidal coil 1 including two coil pieces T1 and T2, and a semi-cylindrical support body that supports the coil pieces T1 and T2 from the inside. And the core 4. The toroidal coil 1 is configured by arranging two arc-shaped coil pieces T1 and T2 divided along a plane orthogonal to the toroidal direction TD along the toroidal direction TD. Each of the coil pieces T1 and T2 includes a flexible substrate 10 having a sheet-like flexible base material 2 and a plurality of conductor patterns 3 that are supported by the flexible base material 2 and arranged in parallel with each other. Is bent in a toroidal shape. In these drawings and the drawings shown below, the conductor pattern 3 is appropriately omitted.

導電体パターン3は、各々がポロイダル方向PDに平行に伸びる形状を有し、全体がトロイダル方向TDに沿って並び設けられている。可撓性基材2は、隣り合う導電体パターン3の間に立体形成用の切り込み21を有している。導電体パターン3の各々は、フレキシブル基板10が矢印Rで示すように平板状からポロイダル方向PDに屈曲されることにより、1ターンコイルを形成する。互いに並列する複数の1ターンコイルは、隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルであるソレノイドコイル10aとされる(図3(a))。   Each of the conductor patterns 3 has a shape extending in parallel with the poloidal direction PD, and the entire conductor pattern 3 is arranged along the toroidal direction TD. The flexible substrate 2 has a notch 21 for forming a solid between adjacent conductor patterns 3. Each of the conductor patterns 3 forms a one-turn coil by bending the flexible substrate 10 from a flat plate shape to the poloidal direction PD as indicated by an arrow R. The plurality of one-turn coils arranged in parallel with each other is a solenoid coil 10a, which is a continuous coil in which ends belonging to adjacent coils are sequentially connected in series (FIG. 3A).

上述の1ターンコイル間の接続は、線状の各導電体パターン3の一端と他端とを、隣接する導電体パターン3間で互いに重ねて電気的に接続した接続部30を形成することにより行われる。接続部30は、コア4の外周における凹部4aに対応する位置に形成される。複数ターンのコイルとされたフレキシブル基板10は、立体形成用の切り込み21の存在によってトロイダル方向TDに屈曲される(図3(b))。   The connection between the above-described one-turn coils is performed by forming a connection portion 30 in which one end and the other end of each linear conductor pattern 3 are overlapped and electrically connected between adjacent conductor patterns 3. Done. The connection portion 30 is formed at a position corresponding to the recess 4 a on the outer periphery of the core 4. The flexible substrate 10 formed into a coil having a plurality of turns is bent in the toroidal direction TD due to the presence of the notch 21 for forming a three-dimensional shape (FIG. 3B).

各フレキシブル基板10毎に、コイル片T1,T2が形成される。各コイル片T1,T2は、それぞれ端子J1,J2および端子J3,J4(これらを総称して端子Jn)を有している。フレキシブル基板10は、可撓性基材2の表裏にそれぞれ導電体パターン3を有する多層基板であり、表裏の各面において、それぞれ複数ターンのコイルを形成し、全体として進みコイルと戻りコイルの二重コイルとされている。進みコイルと戻りコイルは、互いに直列接続されており、接続されなかった端子が、例えばコイル片T1の場合、端子J1,J2である。   Coil pieces T1 and T2 are formed for each flexible substrate 10. Each coil piece T1, T2 has terminals J1, J2 and terminals J3, J4 (collectively these are terminals Jn). The flexible substrate 10 is a multilayer substrate having conductor patterns 3 on the front and back surfaces of the flexible base material 2, and a plurality of turns of coils are formed on each surface of the front and back surfaces. It is a heavy coil. The advance coil and the return coil are connected in series with each other, and when the terminals that are not connected are, for example, the coil piece T1, they are the terminals J1 and J2.

なお、コイル片T1,T2の各々は、端末処理を除いて、円筒形のトロイダルコイルを、その中心軸AXを含む平面PLで2分割した各コイルに相当する。また、各コイル片T1,T2が円弧形状であるとは、各コイル片T1,T2が、直線状のソレノイドコイルをトロイダル方向TDに沿って半円形状、一般に任意弧長の円弧形状、に湾曲させた形状となっているという意味である(図1(b)参照)。言い換えると、コイル片T1,T2は、中心軸AXの方向から見て、切り分けられたバウムクーヘンの形状を有している。また、トロイダル方向TDは、トロイダルコイル1の中心軸AXまわりの円周方向であり、ポロイダル方向PDは、トロイダル方向TDに直交する平面とトロイドの表面との交線に沿った方向である。   Each of the coil pieces T1 and T2 corresponds to each coil obtained by dividing a cylindrical toroidal coil into two by a plane PL including the central axis AX, except for terminal processing. The coil pieces T1 and T2 are arc-shaped. The coil pieces T1 and T2 are formed by bending a linear solenoid coil into a semicircular shape, generally an arc shape having an arbitrary arc length along the toroidal direction TD. This means that the shape has been changed (see FIG. 1B). In other words, the coil pieces T1 and T2 have a cut Baumkuchen shape as viewed from the direction of the central axis AX. Further, the toroidal direction TD is a circumferential direction around the central axis AX of the toroidal coil 1, and the poloidal direction PD is a direction along a line of intersection between a plane perpendicular to the toroidal direction TD and the surface of the toroid.

次に、図4を参照してコイル片T1(T2)を形成するフレキシブル基板10を詳細説明する。以下の説明はコイル片T2を形成するフレキシブル基板10についても同様である。フレキシブル基板10は、平面状に展開した状態で略四角形の外形を有する。平面状のフレキシブル基板10において、図中のポロイダル方向PDに沿って、上下の領域がトロイダルコイル1の外周領域に相等し、中央の領域がトロイダルコイル1の内周領域、すなわち中心軸AXに面する領域に相等する。外周領域と内周領域との間は、トロイダルコイル1における、中心軸AXに沿った両端に位置する遷移領域に相当する。可撓性基材2には伸縮性が望めないので、平面状のフレキシブル基板10を立体曲面であるトロイド状に屈曲して形成するために、内周領域と遷移領域に切り込み21が設けられている。切り込み21は、平面状態のフレキシブル基板10に可撓性基材2を含む基板材料を除去した開口を形成している。   Next, the flexible substrate 10 forming the coil piece T1 (T2) will be described in detail with reference to FIG. The following description is the same for the flexible substrate 10 forming the coil piece T2. The flexible substrate 10 has a substantially rectangular outer shape in a state where the flexible substrate 10 is developed in a planar shape. In the planar flexible substrate 10, the upper and lower regions are equivalent to the outer peripheral region of the toroidal coil 1 along the poloidal direction PD in the figure, and the central region is the inner peripheral region of the toroidal coil 1, that is, faces the central axis AX. It is equivalent to the area to do. The space between the outer peripheral region and the inner peripheral region corresponds to a transition region located at both ends along the central axis AX in the toroidal coil 1. Since the flexible base material 2 cannot be stretched, incisions 21 are provided in the inner peripheral region and the transition region in order to bend the flat flexible substrate 10 into a toroidal shape that is a three-dimensional curved surface. Yes. The cuts 21 form openings in which the substrate material including the flexible base material 2 is removed from the planar flexible substrate 10.

切り込み21による開口に挟まれた領域に、導電体パターン3が設けられている。各導電体パターン3は、隣りの導電体パターン3の延長線上に乗り移るように、クランク状に変化した斜行形状のパターンを有している。導電体パターン3の一端は、可撓性基材2が存在しないフライングリード構造の接続端子3aとなっており、その他端は、可撓性基材2上に支持された接続端子3bとなっている。導電体パターン3は、フレキシブル基板10の表裏において、それぞれ進みコイルと戻りコイルを形成するように、表裏で互いに異なる方向に斜行したクランク状のパターンを有している。進みコイルと戻りコイルの組合せは、例えば、右ねじコイルと左ねじコイルの組合せに対応する。コイルの導線を流れる電流は、ある回転方向の螺旋を描きながらトロイダル方向に沿って進み、その後、同じ回転方向の螺旋を描きながらトロイダル方向に沿って戻ることになる。   The conductor pattern 3 is provided in a region sandwiched between the openings formed by the cuts 21. Each conductor pattern 3 has a skew-shaped pattern that changes into a crank shape so as to transfer onto an extension line of the adjacent conductor pattern 3. One end of the conductor pattern 3 is a connection terminal 3a having a flying lead structure in which the flexible substrate 2 does not exist, and the other end is a connection terminal 3b supported on the flexible substrate 2. Yes. The conductor pattern 3 has a crank-like pattern that is skewed in different directions on the front and back sides so as to form an advance coil and a return coil, respectively, on the front and back sides of the flexible substrate 10. The combination of the advance coil and the return coil corresponds to, for example, a combination of a right-handed coil and a left-handed coil. The current flowing through the coil lead wire travels along the toroidal direction while drawing a spiral in a certain rotational direction, and then returns along the toroidal direction while drawing a spiral in the same rotational direction.

次に、コイル片T1の端子J1(1a)から各導電体パターン3を介して端子J2(1b)に至るまでの電気配線を説明する。フレキシブル基板10におけるコイル片T1の各1ターンコイルは、表面の端子1aから左下がりの実線矢印で示すように巻き進み、右下がりの点線矢印で示すように裏面を巻き戻って端子1bに至る。この場合、表面のコイルは進みコイルであり、裏面のコイルは戻りコイルである。コイルの進みと戻りは、導電体パターン3におけるクランク状の導電体パターン部分によって実現されている。   Next, electrical wiring from the terminal J1 (1a) of the coil piece T1 to the terminal J2 (1b) through each conductor pattern 3 will be described. Each one-turn coil of the coil piece T1 on the flexible substrate 10 advances from the front surface terminal 1a as shown by the solid line arrow pointing leftward, and rewinds the back surface as shown by the dotted line arrow falling rightward to reach the terminal 1b. In this case, the front coil is a lead coil and the back coil is a return coil. The advance and return of the coil is realized by a crank-shaped conductor pattern portion in the conductor pattern 3.

具体的に説明すると、表面の端子1aからの配線は、端子1aにつながる導電体パターン3を通って、その接続端子x2に至り、接続端子x2は隣の導電体パターン3の接続端子x3に電気的に接続される。ここで、フレキシブル基板10は扁平な円筒状に丸められていることに注意。以下同様にして、接続端子x4から、接続端子x5を経て、接続端子x6に至る。接続端子x6の先端部分は、接続端子x7に接続され、接続端子x6の途中部分の導体1cは、切り欠き22の存在により、裏面の導電体パターン3から延伸された接続端子y2に対面して重ねられ、接続端子y2の導体1dに直接接続される。この導体1c,1d間の接続により、表裏接続が成される。接続端子x7は、固定補強や形状整列のために用いられるダミーの端子である。   Specifically, the wiring from the terminal 1a on the front surface passes through the conductor pattern 3 connected to the terminal 1a and reaches the connection terminal x2, and the connection terminal x2 is electrically connected to the connection terminal x3 of the adjacent conductor pattern 3. Connected. Note that the flexible substrate 10 is rounded into a flat cylindrical shape. Similarly, from the connection terminal x4 to the connection terminal x6 through the connection terminal x5. The tip of the connection terminal x6 is connected to the connection terminal x7, and the conductor 1c in the middle of the connection terminal x6 faces the connection terminal y2 extended from the conductor pattern 3 on the back surface due to the presence of the notch 22. Overlaid and directly connected to the conductor 1d of the connection terminal y2. The connection between the conductors 1c and 1d forms a front / back connection. The connection terminal x7 is a dummy terminal used for fixing reinforcement and shape alignment.

続いて、裏面において、接続端子y2の導電体パターン3を通って、その接続端子y3に至り、接続端子y3から、隣の導電体パターン3を経由して、接続端子y4に至り、以下同様にして、接続端子y4から、接続端子y5を経て、接続端子y6に至る。接続端子y6は、接続端子y6につながる導電体パターン3を通って、その終端である端子1bに至る。なお、図中の接続端子xe,xoはそれぞれ表面の導電体パターン3のフライングリードである接続端子3a、および可撓性基材2上に支持された接続端子3bであり、接続端子ye,yoはそれぞれ裏面のそれらである。   Subsequently, on the back surface, the conductor pattern 3 of the connection terminal y2 is passed to the connection terminal y3, the connection terminal y3 is connected to the connection terminal y4 via the adjacent conductor pattern 3, and so on. Thus, the connection terminal y4 reaches the connection terminal y6 via the connection terminal y5. The connection terminal y6 passes through the conductor pattern 3 connected to the connection terminal y6, and reaches the terminal 1b that is the end thereof. The connection terminals xe and xo in the figure are the connection terminal 3a that is the flying lead of the conductor pattern 3 on the surface and the connection terminal 3b that is supported on the flexible substrate 2, and the connection terminals ye and yo Are those on the back.

次に、図5を参照して、電気接続の接続部30について説明する。表裏間の電気接続の場合、図5(a)に示すように、フレキシブル基板10の端部を突き合わせて接続端子x6,y2を重ねると、切り欠き22の存在により、接続端子x6,y2の導体1c,1dが互いに直に対面する状態となる。従って、表面側から裏面側に電気接続を行う接続部30が、付加的配線を用いることなく、フレキシブル基板10だけを用いて容易に形成される。電気接続は、例えば、半田31によって行うことができる。接続部30は、保護樹脂32によって保護される。   Next, with reference to FIG. 5, the connection part 30 of an electrical connection is demonstrated. In the case of electrical connection between the front and back sides, as shown in FIG. 5A, when the end portions of the flexible substrate 10 are brought into contact with each other and the connection terminals x6 and y2 are overlapped, the conductors of the connection terminals x6 and y2 due to the presence of the notches 22 1c and 1d are in a state of directly facing each other. Therefore, the connection part 30 which performs electrical connection from the front surface side to the back surface side is easily formed using only the flexible substrate 10 without using additional wiring. The electrical connection can be made by, for example, the solder 31. The connection part 30 is protected by a protective resin 32.

また、表表間、裏裏間の電気接続の場合、図5(b)に示すように、両方の接続を一括して行うことができる。さらに、これらの表裏間、表表間、裏裏間の電気接続は、全体を一括して行うことができる。これらの電気接続は、各接続端子3a,3b(総称)に半田ペーストを塗布した状態で、各接続端子3a,3bが互いに重なるようにフレキシブル基板10を円筒形状に丸めて、一括半田付けによって行うことができる。また、半田ペーストによらずに、互いに重なった各接続端子3a,3b部分を、半田液に接触させながら半田液槽を通過させて半田付けを行ってもよい。また、各接続端子3a,3b間を、導電性接着剤や、異方性導電樹脂を用いて電気接続してもよい。なお、フレキシブル基板10は、2層の導電体層を有するものに限らず、1層または3層以上の導電体層を備えたものを用いて各導電体層に複数ターンコイルを形成するようにすることができる。   Further, in the case of electrical connection between the front and back surfaces and between the back and back surfaces, both connections can be performed collectively as shown in FIG. Furthermore, the electrical connection between these front and back, front and back, and back and back can be performed collectively. These electrical connections are performed by batch soldering by rounding the flexible substrate 10 into a cylindrical shape so that the connection terminals 3a and 3b overlap each other with the solder paste applied to the connection terminals 3a and 3b (generic name). be able to. Further, instead of using the solder paste, the connecting terminals 3a and 3b overlapping each other may be soldered by passing through a solder bath while contacting the solder solution. Further, the connection terminals 3a and 3b may be electrically connected using a conductive adhesive or an anisotropic conductive resin. The flexible substrate 10 is not limited to the one having two conductor layers, and the one having one or three or more conductor layers is used to form a multi-turn coil in each conductor layer. can do.

なお、フレキシブル基板10は、可撓性基材2に、導電体パターン3の導体層と、保護膜2aの絶縁樹脂層とを積層して構成されている。フレキシブル基板は、フレキシブル印刷回路基板とも呼ばれる基板である。フレキシブル基板10は、例えば、樹脂シート上に銅箔層を有する一般的なフレキシブル基板を用いて、一般的な製造工程によって製造される。その製造工程は、例えば、銅箔のパターニングによる導電体パターン3の形成、塗布やラミネートやパターニング等による保護膜2aの形成、切り込み21や外形の形成、端子1a,1bおよび各接続端子3a,3bのメッキ等を行う工程である。フレキシブル基板10の製造は、このような、不要の銅箔をパターニングによって除去するサブトラクト工法に限らず、可撓性基材2上に導電材料を付加して導電体パターン3を形成するアディティブ工法や、これらの組み合わせによって行うことができる。可撓性基材2は、例えば、ポリイミド樹脂が用いられる。   The flexible substrate 10 is configured by laminating a conductive layer of the conductor pattern 3 and an insulating resin layer of the protective film 2a on the flexible base material 2. The flexible substrate is a substrate also called a flexible printed circuit board. The flexible substrate 10 is manufactured by a general manufacturing process using, for example, a general flexible substrate having a copper foil layer on a resin sheet. The manufacturing process includes, for example, the formation of the conductor pattern 3 by patterning of copper foil, the formation of the protective film 2a by coating, laminating, patterning, etc., the formation of the cuts 21 and the outer shape, the terminals 1a, 1b and the connection terminals 3a, 3b This is a step of performing plating or the like. The manufacture of the flexible substrate 10 is not limited to such a subtracting method of removing unnecessary copper foil by patterning, but an additive method of forming a conductive pattern 3 by adding a conductive material on the flexible base 2 or Can be performed by a combination of these. For example, a polyimide resin is used for the flexible substrate 2.

また、トロイダルコイル装置1Aは、コイル片T1,T2によるトロイダルコイル1の形状をフレキシブル基板10自体の強度によって維持できる場合、コア4を備える必要はない。トロイダルコイル1の形状を維持するには、フレキシブル基板10の中に、単純に詰め物や発泡材を挿入してもよい。コア4は、コイル片T1,T2の各々をその内面において支持する内部支持体である。支持体はコア4に限らず、コイル片T1,T2の各々をその外面において支持する外部支持体、例えば、コイル片を収容するケースなど用いてもよい。また、コイル片の外形形状の壁面を有する凹部や空洞にコイル片を収納し、その壁面にコイル片の外面を貼り付けてコイル片を支持するようにしてもよい。また、コイル片の内面や外面に樹脂等を塗布し、その樹脂等を支持体として、コイル片の形状を維持するようにしてもよい。   In addition, the toroidal coil device 1A does not need to include the core 4 when the shape of the toroidal coil 1 by the coil pieces T1 and T2 can be maintained by the strength of the flexible substrate 10 itself. In order to maintain the shape of the toroidal coil 1, a padding or a foam material may be simply inserted into the flexible substrate 10. The core 4 is an internal support that supports each of the coil pieces T1 and T2 on its inner surface. The support is not limited to the core 4, and an external support that supports each of the coil pieces T <b> 1 and T <b> 2 on the outer surface thereof, for example, a case that accommodates the coil piece may be used. Alternatively, the coil piece may be accommodated in a recess or a cavity having a wall surface having an outer shape of the coil piece, and the outer surface of the coil piece may be attached to the wall surface to support the coil piece. Moreover, resin etc. may be apply | coated to the inner surface and outer surface of a coil piece, and the shape of a coil piece may be maintained by using the resin etc. as a support body.

本実施形態のトロイダルコイル装置1Aによれば、フレキシブル基板10を立体的に屈曲して形成したコイル片T1,T2を用いてトロイダルコイル1とするので、印刷基板の高密度パターン形成特性に基づいて、コイルのターン数を増加できる。また、トロイダルコイル装置1Aは、トロイダルコイル1の立体的な構造によって各1ターンコイルが囲繞する面積を大きくすることができる。従って、より多くの磁束を積分して磁気誘導の効果を高めることができ、コイルのターン数増加と同様に磁気的性能を向上できる。トロイダルコイル装置1Aによれば、コイル片T1,T2を並べてトロイダルコイル1とし、各コイル片T1,T2が個別かつ独立に構成されているので、コイル片T1,T2間の開き角度を大きくできる。従って、トロイダルコイル装置1Aによれば、電線に対してクランプさせることが容易となる。   According to the toroidal coil device 1A of the present embodiment, the toroidal coil 1 is formed by using the coil pieces T1 and T2 formed by three-dimensionally bending the flexible substrate 10, and therefore, based on the high-density pattern formation characteristics of the printed substrate. The number of turns of the coil can be increased. Further, the toroidal coil device 1 </ b> A can increase the area that each one-turn coil surrounds due to the three-dimensional structure of the toroidal coil 1. Therefore, the effect of magnetic induction can be enhanced by integrating more magnetic flux, and the magnetic performance can be improved in the same manner as the number of turns of the coil. According to the toroidal coil device 1A, the coil pieces T1 and T2 are arranged to form the toroidal coil 1, and each coil piece T1 and T2 is configured individually and independently, so that the opening angle between the coil pieces T1 and T2 can be increased. Therefore, according to the toroidal coil device 1A, it is easy to clamp the electric wire.

また、トロイダルコイル装置1Aによれば、各コイル片T1,T2が個別化されていることにより、クランプ動作のためにトロイダルコイル1を開閉する際の開閉軸を、各コイル片T1,T2における端子Jnが位置する部分に設定することができる。これは、端子Jnが、個々のコイル片における導電体パターン3から離れた領域までフレキシブル基板10を延伸させて形成できることによる。つまり、開閉軸は、1ターンコイルを形成する導電体パターン3が配置されているフレキシブル基板10の領域から離れた領域に設定できる。このような構成により、クランプ動作を繰り返す際に発生するストレスが、トロイダルコイル1を形成しているフレキシブル基板10にかかるのを防止でき、開閉の繰り返しによる導電体パターン3の断線などの不具合を防止できる。   Further, according to the toroidal coil device 1A, since the coil pieces T1 and T2 are individualized, the opening and closing shafts for opening and closing the toroidal coil 1 for the clamping operation are used as the terminals in the coil pieces T1 and T2. It can be set to the part where Jn is located. This is because the terminal Jn can be formed by extending the flexible substrate 10 to a region away from the conductor pattern 3 in each coil piece. That is, the opening / closing axis can be set in a region away from the region of the flexible substrate 10 on which the conductor pattern 3 forming the one-turn coil is disposed. With such a configuration, it is possible to prevent stress generated when the clamping operation is repeated from being applied to the flexible substrate 10 forming the toroidal coil 1, and to prevent problems such as disconnection of the conductor pattern 3 due to repeated opening and closing. it can.

(電流計測用としたトロイダルコイル装置)
図6、図7、図8は、他の実施形態に係るトロイダルコイル装置1Aを示す。本実施形態のトロイダルコイル装置1Aは、図6に示すように、上述の実施形態におけるコイル片T1,T2から成るトロイダルコイル1に生成される電圧信号を処理する回路を有する回路基板6を備えたものであり、これを電流計測装置1Bと称することにする。電流計測装置1Bは、図7、図8に示すように、トロイダルコイル1を収納するトロイド状のケース5を備えることができる。ケース5は、トロイド状の本体部50と回路基板6を収納する基板収納部51とを有している。回路基板6と各コイル片T1,T2とは、端子Jnによって互いに電気的に接続されている。回路基板6は、コイル片T1,T2が構成するトロイダルコイルからの出力を受けて処理する回路を備えている。このケース5は、トロイダルコイル1を環境雰囲気や外力などから保護し、かつトロイダルコイル1を電線に対してクランプさせる際の操作を容易とする。ケース5は、クランプ式の電流計を構成するためのクランプカバーとなる。
(Toroidal coil device for current measurement)
6, 7 and 8 show a toroidal coil device 1A according to another embodiment. As shown in FIG. 6, the toroidal coil device 1A of the present embodiment includes a circuit board 6 having a circuit for processing a voltage signal generated in the toroidal coil 1 including the coil pieces T1 and T2 in the above-described embodiment. This is referred to as a current measuring device 1B. As shown in FIGS. 7 and 8, the current measuring device 1 </ b> B can include a toroidal case 5 that houses the toroidal coil 1. The case 5 has a toroidal main body 50 and a substrate storage 51 for storing the circuit board 6. The circuit board 6 and the coil pieces T1 and T2 are electrically connected to each other by a terminal Jn. The circuit board 6 includes a circuit that receives and processes the output from the toroidal coil formed by the coil pieces T1 and T2. The case 5 protects the toroidal coil 1 from the environmental atmosphere and external force, and facilitates the operation when the toroidal coil 1 is clamped to the electric wire. The case 5 serves as a clamp cover for constituting a clamp-type ammeter.

本体部50は、トロイドの中心軸を含む分割面50aに沿って2分割された形状の分割ケース50bを組み合わせて構成されている。より一般的に言えば、ケース5は、コイル片の各々を収納する複数の分割ケースを組み合わせて構成されている。各分割ケース50bは、それぞれコイル片T1,T2の各々を収納する。一方の分割ケース50bは、基板収納部51と一体化されている。分割ケース50bは、各々をトロイドの外周側の縁部において連結する2種類の連結部を有している。一つは分割ケース50b間を開閉自在とするヒンジ構造とされたヒンジ5aであり、他の一つは分割ケース50b間を分離自在とする係合構造を構成する爪5bとフック5cの対である。これらの分割ケース50bは、互いの分割面のなす角度が180°以上となるまで開くことができる。   The main body 50 is configured by combining a split case 50b having a shape divided into two along a split surface 50a including the central axis of the toroid. More generally speaking, the case 5 is configured by combining a plurality of divided cases that house each of the coil pieces. Each divided case 50b accommodates each of the coil pieces T1 and T2. One split case 50 b is integrated with the substrate storage portion 51. The split case 50b has two types of connecting portions that connect each of them at the outer peripheral edge of the toroid. One is a hinge 5a having a hinge structure that can be opened and closed between the divided cases 50b, and the other is a pair of a claw 5b and a hook 5c that constitute an engaging structure that can be separated between the divided cases 50b. is there. These split cases 50b can be opened until the angle between the split surfaces is 180 ° or more.

ケース5の分割面50aには、ケース5を開いた際にケース5に収納されたフレキシブル基板10を露出させないように保護する隔壁52が設けられている。隔壁52は、シート材を貼付したり、塗布膜を設けたり、封止材を充填したりして、形成することができる。本体部50は、トロイダルコイル1の対称性(その回転軸回りの対称性、各1ターンコイル間の対称性、コイル間ピッチの対称性など)を確保するように構成されている。例えば、各分割面50aは、1ターンコイル間ピッチ以下の平面度で接合するように構成される。このコイル間ピッチをより一定にするため、隔壁52は可能な限り薄くする。なお、ケース5は、その開閉面の位置ずれが発生しないように、平面分割面に替えて、位置決め可能な係合凹凸構造を備えたり、嵌合構造としたりしてもよい。   The partition surface 50a of the case 5 is provided with a partition wall 52 that protects the flexible substrate 10 accommodated in the case 5 from being exposed when the case 5 is opened. The partition wall 52 can be formed by attaching a sheet material, providing a coating film, or filling a sealing material. The main body 50 is configured to ensure the symmetry of the toroidal coil 1 (symmetry around its rotation axis, symmetry between each one-turn coil, symmetry of the pitch between coils, etc.). For example, each split surface 50a is configured to be joined with a flatness equal to or less than the pitch of one turn coil. In order to make the pitch between the coils more constant, the partition wall 52 is made as thin as possible. In addition, the case 5 may be provided with an engaging concavo-convex structure that can be positioned or a fitting structure in place of the plane division surface so that the positional deviation of the opening / closing surface does not occur.

このような電流計測装置1Bとされたトロイダルコイル装置1Aは、電線に着脱して、電線を流れる交流電流を計測するために用いることができる。この場合、基板収納部51内の回路基板6には、トランジスタや積分器などの、電流検出に必要な電子素子類が実装されている。また、基板収納部51には、回路基板6への電源入力や信号入出力を行うための端子ピンを有するソケットを設けたり、回路基板6からケース5の外部に引き出された電気接続用の引き出し線を設けたりすることができる。   The toroidal coil device 1 </ b> A, which is such a current measuring device 1 </ b> B, can be used to measure an alternating current flowing through the wire by attaching and detaching to the wire. In this case, electronic elements necessary for current detection, such as a transistor and an integrator, are mounted on the circuit board 6 in the board housing portion 51. In addition, the board housing 51 is provided with a socket having terminal pins for inputting power to the circuit board 6 and inputting / outputting signals, or a drawer for electrical connection drawn from the circuit board 6 to the outside of the case 5. Lines can be provided.

このような電流計測装置1B(トロイダルコイル装置1A)によれば、コイル片T1,T2を用いる分割構造によって大角度の開閉が可能であり、その開閉機能によって、電流計測装置1Bの外周側から中心軸側に電線9を容易に進入させ退出させることができる。これによって、すでに設置されている電線の電流計測や電力計測を行う用途へ用いることができる。また、ヒンジ5a、および爪5bとフック5cとを有しているので、電流計測する対象の電線を変更したりする場合、同じ個体を容易に繰り返し使用できる。電流計測装置1Bは、その中央穴に貫挿された電線9を流れる電流変化に基づく磁界の時間変化に応じた信号を電流計測結果として、回路基板6を介して外部に出力する。   According to such a current measuring device 1B (toroidal coil device 1A), it is possible to open and close at a large angle by the divided structure using the coil pieces T1 and T2, and the opening and closing function allows the current measuring device 1B to be centered from the outer peripheral side. The electric wire 9 can easily enter and exit from the shaft side. Thereby, it can use for the use which performs the current measurement and electric power measurement of the electric wire already installed. Moreover, since it has the hinge 5a and the nail | claw 5b and the hook 5c, when changing the electric wire used as the object of electric current measurement, the same individual | organism | solid can be repeatedly used easily. The current measuring device 1B outputs a signal corresponding to a time change of the magnetic field based on a change in the current flowing through the electric wire 9 inserted through the central hole as a current measurement result to the outside through the circuit board 6.

(各種の変形例)
図9、図10、図11は、トロイダルコイル装置1Aの変形例を示す。これらの変形例は、トロイダルコイルを2分割した状態のコイル片T1,T2のコイル構造とコイル間の結線構造とに注目したものである。図9に示すトロイダルコイル装置1Aのコイル片T1,T2は、進みコイルまたは戻りコイルの一方のみの単方向コイル構造を有するものである。各コイル片T1,T2の端子は、各コイルの両端に互いに離れて存在するので、これらのコイル片T1,T2は、図示の如く、端子J2,J3間を接続する外付け線路を用いて、トロイダルコイル装置1Aとすることができる。ただし、端子J2と端子J3が、互いに異なるコイル片に9属する端子であるので、トロイダルコイル装置1Aの中心に電線9を進入させるには、その進入経路を遮らないような長い外付け線路が必要である。
(Various variations)
9, 10 and 11 show a modification of the toroidal coil device 1A. These modifications focus on the coil structure of the coil pieces T1, T2 in a state where the toroidal coil is divided into two and the connection structure between the coils. The coil pieces T1 and T2 of the toroidal coil device 1A shown in FIG. 9 have a unidirectional coil structure of only one of the advance coil and the return coil. Since the terminals of the coil pieces T1 and T2 are separated from each other at both ends of each coil, the coil pieces T1 and T2 are connected to each other using an external line connecting the terminals J2 and J3 as shown in the figure. The toroidal coil device 1A can be obtained. However, since the terminal J2 and the terminal J3 are terminals belonging to 9 different coil pieces, a long external line that does not block the entry path is necessary to allow the electric wire 9 to enter the center of the toroidal coil device 1A. It is.

図10に示すトロイダルコイル装置1Aのコイル片T1は、互いに独立した進みコイルと戻りコイルの2本のコイルを有するものであり、各コイルにおける端子は互いに離れて存在する。これらの進みコイルと戻りコイルとは、同一のコイル片T1に属するので、互いに近接した端子J2,J3間を接続でき、その結果、互いに近接した端子J1,J4を有する1本のコイルとすることができる。コイル片T2についても同様である。そこで、コイル片T1,T2を端子J4,J5間で接続したトロイダルコイル装置1Aとすることができる。外部接続できる構成の端子J2,J3は、トロイダルコイル装置1Aの性能評価や故障診断などに用いることができる。図11に示すトロイダルコイル装置1Aは、図10のトロイダルコイル装置1Aにおいて、一方のコイル片T1の進みコイルと戻りコイルとが内部で接続されているものである。   A coil piece T1 of the toroidal coil device 1A shown in FIG. 10 has two coils, a lead coil and a return coil, which are independent from each other, and terminals in each coil exist apart from each other. Since the advance coil and the return coil belong to the same coil piece T1, the terminals J2 and J3 which are close to each other can be connected, and as a result, one coil having the terminals J1 and J4 which are close to each other is obtained. Can do. The same applies to the coil piece T2. Therefore, the toroidal coil device 1A in which the coil pieces T1 and T2 are connected between the terminals J4 and J5 can be obtained. Terminals J2 and J3 that can be externally connected can be used for performance evaluation and failure diagnosis of the toroidal coil device 1A. A toroidal coil device 1A shown in FIG. 11 is the same as the toroidal coil device 1A shown in FIG. 10 except that a lead coil and a return coil of one coil piece T1 are connected inside.

(他の実施形態)
図12乃至図15は、他の実施形態に係るトロイダルコイル装置1Aおよび、トロイダルコイル装置1Aを電流計測用とした電流計測装置1Bを示す。図12、図13、図14に示すように、トロイダルコイル装置1Aは、トロイダルコイルの4分割片からなるコイル片T1,T2と、2分割片からなるコイル片T3とを備えている。コイル片T1,T2,T3は、各コイル片のそれぞれの形状に対応した形状を有するコア4を備えている。
(Other embodiments)
12 to 15 show a toroidal coil device 1A according to another embodiment and a current measuring device 1B that uses the toroidal coil device 1A for current measurement. As shown in FIGS. 12, 13, and 14, the toroidal coil device 1 </ b> A includes coil pieces T <b> 1 and T <b> 2 made of four divided pieces of toroidal coil and a coil piece T <b> 3 made of two divided pieces. The coil pieces T1, T2, T3 include a core 4 having a shape corresponding to the shape of each coil piece.

コイル片T1,T2,T3の各々は、進みコイルと戻りコイルの両方を有している。コイル片T1,T2の進みコイルと戻りコイルは、内部で直列接続されており、コイル片T3の進みコイルと戻りコイルは、外部部で他のコイル片T1,T2のコイルに直列接続されている。端子J1,J8が、トロイダルコイル装置1Aの出力端子となっており、回路基板6(図15)に接続される。   Each of the coil pieces T1, T2, T3 has both a lead coil and a return coil. The advance coil and the return coil of the coil pieces T1, T2 are connected in series inside, and the advance coil and the return coil of the coil piece T3 are connected in series to the coils of the other coil pieces T1, T2 at the external part. . Terminals J1 and J8 are output terminals of the toroidal coil device 1A, and are connected to the circuit board 6 (FIG. 15).

図15に示すように、トロイダルコイル1にケース5と回路基板6とを備えるトロイダルコイル装置1Aは、電流計測装置1Bとして用いられる。ケース5は、トロイド状の本体部と、回路基板6を収納する基板収納部とを有している。回路基板6は、トロイダルコイル1に電気的に接続されており、コイルの出力を処理する回路を備えている。   As shown in FIG. 15, a toroidal coil device 1A including a case 5 and a circuit board 6 in the toroidal coil 1 is used as a current measuring device 1B. The case 5 has a toroidal main body portion and a substrate storage portion for storing the circuit board 6. The circuit board 6 is electrically connected to the toroidal coil 1 and includes a circuit that processes the output of the coil.

本体部50は、各コイル片T1,T2,T3を収納する形状に分割され3つの分割ケースを有し、分割ケースはヒンジ5aによって開閉自在に結合されている。また、分割ケースは、閉状態を維持するために互いを係合する爪とフックとを有し、さらに、フレキシブル基板を露出させないための隔壁を有している。このケース5は、図7に示した2分割のケース5を3分割の構成としたものに相当する。3つの分割ケースは、各コイル片T1,T2,T3を収納した状態で、互いの分割面のなす角度が180°以上となるまで開くことができる。なお、このようなトロイダルコイル装置1Aおよび電流計測装置1Bは、一般に、2分割や3分割に限らず、任意個数のコイル片を用いた分割形状とすることができる。   The main body 50 is divided into a shape that accommodates the coil pieces T1, T2, and T3, and has three divided cases. The divided cases are connected to each other by a hinge 5a so as to be freely opened and closed. Moreover, the division | segmentation case has a nail | claw and hook which mutually engage in order to maintain a closed state, and also has a partition so that a flexible substrate may not be exposed. This case 5 corresponds to the two-divided case 5 shown in FIG. The three split cases can be opened until the angle between the split surfaces is 180 ° or more in a state where the coil pieces T1, T2, and T3 are housed. Note that such a toroidal coil device 1A and current measuring device 1B are not limited to being divided into two or three, and can be formed into a divided shape using an arbitrary number of coil pieces.

(さらに他の実施形態圧)
図16は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置1Aを示す。このトロイダルコイル装置1Aは、図1に示したトロイダルコイル装置1Aの2つのコイル片T1,T2を、互いに分離した2枚のフレキシブル基板10によって構成することに替えて、互いに連結した1毎のフレキシブル基板10によって構成するものである。すなわち、各コイル片T1,T2を形成するフレキシブル基板10は、コイル片T1の端子J2とコイル片T2の端子J3間が導電体パターンで繋がっており、かつ、可撓性基材も繋がっている。また、端子J1,J4が形成されている領域において、コイル片T1,T2から延出された可撓性基材が互いに繋がっている。従って、このトロイダルコイル装置1Aは、表裏2層の1枚のフレキシブル基板からコイル片T1,T2を形成したものであり、端子J1,J4間に、互いに直列接続された進みコイルと戻りコイルとを有するものである。
(Still another embodiment pressure)
FIG. 16 shows a toroidal coil device 1A according to still another embodiment. In this toroidal coil device 1A, the two coil pieces T1 and T2 of the toroidal coil device 1A shown in FIG. 1 are configured by two flexible substrates 10 separated from each other. A substrate 10 is used. That is, in the flexible substrate 10 forming the coil pieces T1 and T2, the terminals J2 of the coil piece T1 and the terminals J3 of the coil piece T2 are connected by a conductor pattern, and the flexible base material is also connected. . Further, in the region where the terminals J1 and J4 are formed, the flexible base materials extending from the coil pieces T1 and T2 are connected to each other. Accordingly, the toroidal coil device 1A is formed by forming coil pieces T1 and T2 from a single flexible substrate having two layers, front and back, and a lead coil and a return coil connected in series with each other between terminals J1 and J4. It is what you have.

本実施形態のトロイダルコイル装置1Aは、上述した各実施形態のトロイダルコイル装置1Aと同様に、トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の2つのコイル片T1,T2をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備えるものである。個々のコイル片T1,T2は、トロイダルコイルから分割された形状を有するが、各コイル片を構成するフレキシブル基板10が必ずしも互いに分離状態にあるとは限らない。   Similar to the toroidal coil device 1A of each embodiment described above, the toroidal coil device 1A of the present embodiment includes two arc-shaped coil pieces T1 and T2 divided by a plane orthogonal to the toroidal direction along the toroidal direction. A toroidal coil formed side by side is provided. Each of the coil pieces T1 and T2 has a shape divided from a toroidal coil, but the flexible boards 10 constituting each coil piece are not necessarily separated from each other.

このようなトロイダルコイル装置1Aによれば、端子J1〜J4が形成されているフレキシブル基板10の延出部分を折り曲げや折りたたみのための変形領域として備えるので、コイル片T1,T2を180°以上の開き角度で開閉させることができる。これは、フレキシブル基板10が互いに分離されていないものの、延出された端子J1〜J4部分の存在によってコイル片T1,T2間の独立性が十分に確保されていることによる。フレキシブル基板10が分離していないので、端子J2,J3間の電気的接続は、フレキシブル基板10における導電体パターンの形成のみで行うことができ、外部接続線を半田付けして端子間J2,J3を接続する作業が不要となる。このようなトロイダルコイル装置1Aの構造は、図12に示した3分割のコイル片T1,T2,T3、一般に複数分割のコイル片を有する場合にも適用することができる。端子J1〜J4、より一般に端子Jnの形状や配置は、例えば、トロイダルコイル1の用途や回路基板6との接続構造などに応じて、適宜決定することができる。   According to such a toroidal coil device 1A, since the extended portion of the flexible substrate 10 on which the terminals J1 to J4 are formed is provided as a deformation region for folding or folding, the coil pieces T1 and T2 are 180 ° or more. Can be opened and closed at an opening angle. This is because although the flexible substrate 10 is not separated from each other, the independence between the coil pieces T1 and T2 is sufficiently secured by the presence of the extended terminals J1 to J4. Since the flexible substrate 10 is not separated, electrical connection between the terminals J2 and J3 can be performed only by forming a conductor pattern on the flexible substrate 10, and an external connection line is soldered to connect the terminals J2 and J3. No need to connect the. Such a structure of the toroidal coil device 1A can also be applied to the case where the coil pieces T1, T2, T3 divided into three parts shown in FIG. The shape and arrangement of the terminals J1 to J4, more generally the terminal Jn, can be appropriately determined according to, for example, the use of the toroidal coil 1 and the connection structure with the circuit board 6.

(コイル片に生じる電圧)
図17乃至図20は、トロイダルコイル装置1Aのトロイダルコイルを2分割した状態のコイル片T1,T2に生じる電圧について示す。コイル片T1,T2は、互いに対称構造を有し、それぞれ進みコイルと戻りコイルとを直列接続した構成を有しているものとする。電流測定対象の電線9がトロイダルコイル装置1Aの中心位置に貫通しており、非測定対象の電線9xがトロイダルコイル装置1Aのコイル片T2の側方外部に位置している。電線9と電線9xは、互いに平行であって、同相の交流電流が流れているものとする。
(Voltage generated in the coil piece)
FIGS. 17 to 20 show voltages generated in the coil pieces T1 and T2 in a state where the toroidal coil of the toroidal coil device 1A is divided into two. The coil pieces T1 and T2 have a symmetric structure with each other and have a configuration in which an advance coil and a return coil are connected in series. The electric wire 9 to be measured for current passes through the center position of the toroidal coil device 1A, and the electric wire 9x for non-measurement is located outside the side of the coil piece T2 of the toroidal coil device 1A. It is assumed that the electric wire 9 and the electric wire 9x are parallel to each other and an in-phase alternating current flows.

図17では、電圧計V1,V2が、電線9に流れる電流に起因する電圧を互いに同相で検出するように、各コイル片T1,T2に接続されている。また、図18では、図17における電圧計V2のコイル片T2に対する接続の極性を反転させた状態となっている。つまり、電圧計V1,V2が、電線9に流れる電流に起因する電圧を互いに逆同相で検出するように、各コイル片T1,T2に接続されている。   In FIG. 17, the voltmeters V1 and V2 are connected to the coil pieces T1 and T2 so as to detect the voltage caused by the current flowing through the electric wire 9 in the same phase. In FIG. 18, the polarity of the connection of the voltmeter V2 to the coil piece T2 in FIG. 17 is reversed. That is, the voltmeters V1 and V2 are connected to the coil pieces T1 and T2 so as to detect the voltages caused by the currents flowing in the electric wires 9 in the opposite phase.

図19は、図17の場合の電圧の測定結果を示す。図19(a)に示すように、電圧V1には、電線9の電流による電圧v1と、電線9xによる電圧u1とが、互いに同相で含まれる。なお、電圧v1,u1は、分離されずに、これらの和の電圧が電圧V1=v1+u1として測定される。また、図19(b)に示すように、電圧V2には、電線9の電流による電圧v2と、電線9xによる電圧u2とが、互いに逆同相で含まれる。ここで、V1と同様にV2=v2+u2である。ここで、(V1+V2)を算出すると、図19(c)に示すように、電線9の電流による電圧(v1+v2)が得られ、電線9xによる電圧(u1+u2)は互いに相殺して小さな値となる。   FIG. 19 shows the voltage measurement results in the case of FIG. As shown in FIG. 19A, the voltage V1 includes the voltage v1 due to the current of the electric wire 9 and the voltage u1 due to the electric wire 9x in the same phase. The voltages v1 and u1 are not separated and the sum of these voltages is measured as voltage V1 = v1 + u1. Further, as shown in FIG. 19 (b), the voltage V2 includes a voltage v2 due to the current of the electric wire 9 and a voltage u2 due to the electric wire 9x in opposite phases. Here, V2 = v2 + u2 as in the case of V1. Here, when (V1 + V2) is calculated, as shown in FIG. 19C, a voltage (v1 + v2) due to the current of the electric wire 9 is obtained, and the voltage (u1 + u2) due to the electric wire 9x cancels each other and becomes a small value.

図20は、図18の場合の電圧の測定結果を示す。この場合、図20(a)(b)に示すように、電圧v1,u1,u2が同相となり、電圧v2だけが逆位相となる。そこで、図20(c)に示すように、(V1−V2)を算出することにより、電線9の電流による電圧(v1−v2)が得られ、電線9xによる電圧(u1−u2)は互いに相殺して小さな値となる。   FIG. 20 shows the voltage measurement results in the case of FIG. In this case, as shown in FIGS. 20A and 20B, the voltages v1, u1, and u2 are in phase, and only the voltage v2 is in reverse phase. Therefore, as shown in FIG. 20 (c), by calculating (V1-V2), the voltage (v1-v2) due to the current of the wire 9 is obtained, and the voltage (u1-u2) due to the wire 9x cancels each other. And become a small value.

電圧V1と電圧V2の和(V1+V2)=Vや、差(V1−V2)=Vは、通常、コイル片T1,T2の直列接続の方法、および直列接続したコイル片T1,T2と単一の電圧計との接続方法とを適宜に選択することによって、測定値として自動的に得られる。言い換えれば、コイル片T1,T2が互いに対称構造を有するものでない場合、これらのコイル片T1,T2および電圧計、例えば上述の回路基板6、との接続方法を適宜に選択して電流測定対象の電線9の電流を適切に測定できるようにすることができる。このことは、1種類のコイル片T1を2つ用いて、互いに上下反転させて組み合わせることにより2つのコイル片T1,T2の構成する場合に、容易に適用できる。   The sum of the voltage V1 and the voltage V2 (V1 + V2) = V and the difference (V1−V2) = V are usually determined by the series connection method of the coil pieces T1 and T2 and the single connection between the coil pieces T1 and T2 connected in series. By appropriately selecting the connection method with the voltmeter, it is automatically obtained as a measurement value. In other words, when the coil pieces T1 and T2 do not have a symmetric structure, the connection method between the coil pieces T1 and T2 and the voltmeter, for example, the circuit board 6 described above is selected as appropriate. The electric current of the electric wire 9 can be measured appropriately. This can be easily applied to the case where the two coil pieces T1 and T2 are configured by using two types of coil pieces T1 and inverting each other and combining them.

(さらに他の実施形態)
図21は、さらに他の実施形態を示す。本実施形態におけるトロイダルコイル1は、1ターンコイルCLの各々が、トロイダル方向TDに沿って互いに一定の間隔で配置されているものである。言い換えると、1ターンコイルCLの各々は導電体パターン3によって形成されており、導電体パターン3の各々が円周状のトロイダル方向TDに沿って一定間隔配置とされている。トロイダルコイル1の中心軸AXに直交するいずれの断面においても、導電体パターン3の各々が円周上に一定間隔で存在することになる。
(Still another embodiment)
FIG. 21 shows still another embodiment. In the toroidal coil 1 in the present embodiment, each of the one-turn coils CL is disposed at a constant interval along the toroidal direction TD. In other words, each one-turn coil CL is formed by the conductor pattern 3, and each conductor pattern 3 is arranged at regular intervals along the circumferential toroidal direction TD. In any cross section orthogonal to the central axis AX of the toroidal coil 1, each of the conductor patterns 3 exists on the circumference at regular intervals.

上述の一定間隔は、トロイダルコイル1の内周側の間隔p1と外周側の間隔p2とで異なり(p1≦p2)、また、一般に、断面の位置が異なると異なる。ここで、間隔p1,p2は、例えば、各導電体パターン3の幅の中心位置間の距離で定義される。また、各導電体パターン3の幅の中心は、各1ターンコイルCL間を接続するためのクランク状のパターンや接続端子の存在により、断面の位置が異なると異なる位置に現れることになるが、各断面における円周上の間隔は一定である。   The above-described constant interval differs between the inner circumferential side interval p1 and the outer circumferential side interval p2 of the toroidal coil 1 (p1 ≦ p2), and generally differs when the cross-sectional position is different. Here, the intervals p1 and p2 are defined by the distance between the center positions of the widths of the respective conductor patterns 3, for example. In addition, the center of the width of each conductor pattern 3 will appear at a different position if the cross-sectional position is different due to the presence of a crank-like pattern and connection terminals for connecting each one-turn coil CL, The interval on the circumference in each cross section is constant.

また、図21に加え、図22に示すように、本実施形態のフレキシブル基板10(トロイダルコイル1)において、1ターンコイルCLの各々が中心軸AXを含む平面PL内に配置されている。各1ターンコイルCLを構成する導電体パターン3は、各1ターンコイル間を接続するためのクランク状のパターンである渡りパターン3cの部分を除いて、平面PL内に位置している。このようなフレキシブル基板10における1つの1ターンコイルCLを中心軸AXの位置から見ると、1ターンコイルCLの内側の導電体パターン3と外側の導電体パターン3とが互いに重なって見える。   In addition to FIG. 21, as shown in FIG. 22, in the flexible substrate 10 (toroidal coil 1) of the present embodiment, each one-turn coil CL is arranged in a plane PL including the central axis AX. The conductor pattern 3 constituting each one-turn coil CL is located in the plane PL except for a transition pattern 3c which is a crank-shaped pattern for connecting the one-turn coils. When one 1-turn coil CL on the flexible substrate 10 is viewed from the position of the central axis AX, the conductor pattern 3 on the inner side and the conductor pattern 3 on the outer side of the one-turn coil CL appear to overlap each other.

また、1ターンコイルCL、従って導電体パターン3の個数は奇数個とすることもできるが、図22に示すように、偶数個の場合、2つの1ターンコイルCLが平面PL内に存在することになり、奇数個の場合よりも対称性の点でより好ましい。さらに、1ターンコイルCLの各々を、トロイダル方向TDに沿って互いに一定の間隔で配置したり、中心軸AXを含む平面PL内に配置したりする構成は、多層のフレキシブル基板10を用いたトロイダルコイル1にも適用できる。この場合、両面あるいは複数の導電体層に形成された各導電体パターン3および1ターンコイルCLは、フレキシブル基板10における各導電体層毎に、一定の間隔で配置したり、中心軸AXを含む平面PL内に配置したりする構成とすればよい。   Further, the number of one-turn coils CL, and hence the number of conductor patterns 3 may be an odd number, but as shown in FIG. 22, in the case of an even number, two one-turn coils CL exist in the plane PL. It is more preferable in terms of symmetry than in the case of an odd number. Furthermore, the configuration in which each of the one-turn coils CL is arranged at a constant interval along the toroidal direction TD or arranged in the plane PL including the central axis AX is a toroidal using the multilayer flexible substrate 10. It can also be applied to the coil 1. In this case, the conductor patterns 3 and the one-turn coil CL formed on both surfaces or a plurality of conductor layers are arranged at regular intervals for each conductor layer in the flexible substrate 10 or include the central axis AX. What is necessary is just to set it as the structure arrange | positioned in the plane PL.

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、1枚のフレキシブル基板10でコイル片とすることに替えて、例えば、トロイダル方向やポロイダル方向に分割した複数枚のフレキシブル基板10を用いてコイル片としてもよい。また、フレキシブル基板10自体を多層とすることに加えて、フレキシブル基板10を多重に重ねて、すなわち入れ子状態にコイル片を形成してもよい。フレキシブル基板10を多重にすることにより、コイルのターン数を増加させることができる。   The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, the configurations of the above-described embodiments can be combined with each other. Further, instead of using a single flexible substrate 10 as a coil piece, for example, a plurality of flexible substrates 10 divided in a toroidal direction or a poloidal direction may be used as the coil piece. In addition to making the flexible substrate 10 itself a multilayer, the flexible substrate 10 may be stacked in multiple layers, that is, the coil pieces may be formed in a nested state. The number of turns of the coil can be increased by multiplexing the flexible substrate 10.

1 トロイダルコイル
1A トロイダルコイル装置
1B 電流計測装置
10 フレキシブル基板
21 切り込み
3 導電体パターン
4 コア(支持体)
5 ケース
5a ヒンジ(ヒンジ構造)
5b 爪(係合構造)
5c フック(係合構造)
50b 分割ケース
6 回路基板
9 電線
AX 中心軸
CL 1ターンコイル
PD ポロイダル方向
PL 中心軸を含む平面
T1,T2,T3 コイル片
TD トロイダル方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Toroidal coil 1A Toroidal coil apparatus 1B Current measuring apparatus 10 Flexible substrate 21 Cutting 3 Conductor pattern 4 Core (support body)
5 Case 5a Hinge (hinge structure)
5b Claw (engagement structure)
5c Hook (engagement structure)
50b Division case 6 Circuit board 9 Electric wire AX Central axis CL 1 turn coil PD Poloidal direction PL Plane including central axis T1, T2, T3 Coil piece TD Toroidal direction

Claims (10)

トロイダルコイル装置であって、
トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備え、
前記コイル片の各々は、ポロイダル方向に伸びる形状を有してトロイダル方向に並び設けられる複数の導電体パターンと、隣り合う導電体パターンの間に設けられた立体形成用の切り込みとを有したフレキシブル基板を備え、このフレキシブル基板が平板状からポロイダル方向およびトロイダル方向に屈曲され、この屈曲により形成される複数の1ターンコイルの隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルとされていることを特徴とするトロイダルコイル装置。
A toroidal coil device,
A toroidal coil comprising a plurality of arc-shaped coil pieces divided along a plane perpendicular to the toroidal direction along the toroidal direction,
Each of the coil pieces has a shape extending in the poloidal direction, and has a plurality of conductor patterns arranged in the toroidal direction, and a flexible three-dimensional notch provided between adjacent conductor patterns. A plurality of one-turn coils that are bent in the poloidal direction and the toroidal direction from a flat plate shape, and end portions belonging to adjacent coils of the one-turn coil formed by this bending are sequentially connected in series to each other; A toroidal coil device characterized by being a coil of a turn.
前記コイル片の各々をその内面において支持する支持体を備えることを特徴とする請求項1に記載のトロイダルコイル装置。   The toroidal coil device according to claim 1, further comprising a support body that supports each of the coil pieces on an inner surface thereof. 前記導電体パターンは、前記フレキシブル基板に多層に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトロイダルコイル装置。   The toroidal coil device according to claim 1, wherein the conductor pattern is formed in a multilayer on the flexible substrate. 前記トロイダルコイルは、進みコイルと戻りコイルとを備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。   The toroidal coil device according to any one of claims 1 to 3, wherein the toroidal coil includes a lead coil and a return coil. 前記1ターンコイルの各々は、トロイダル方向に互いに一定の間隔で配置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トロイダルコイル装置。   The toroidal coil device according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the one-turn coils is disposed at a constant interval in the toroidal direction. 前記1ターンコイルの各々は、前記トロイダルコイルの中心軸を含む平面内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。   6. The toroidal coil device according to claim 1, wherein each of the one-turn coils is disposed in a plane including a central axis of the toroidal coil. 前記トロイダルコイルを収納するトロイド状のケースを備え、
前記ケースは、前記コイル片の各々を収納する複数の分割ケースを組み合わせて成る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トロイダルコイル装置。
A toroidal case for housing the toroidal coil;
The toroidal coil device according to any one of claims 1 to 6, wherein the case is formed by combining a plurality of divided cases for storing the coil pieces.
前記トロイダルコイルに生成される電圧信号を処理する回路を有する回路基板を備え、
前記ケースは、前記回路基板を収納することを特徴とする請求項7に記載のトロイダルコイル装置。
A circuit board having a circuit for processing a voltage signal generated in the toroidal coil;
The toroidal coil device according to claim 7, wherein the case houses the circuit board.
前記回路基板は、前記トロイダルコイルに貫挿された電線を流れる電流に応じた信号を出力する回路を有することを特徴とする請求項8に記載のトロイダルコイル装置。   9. The toroidal coil device according to claim 8, wherein the circuit board includes a circuit that outputs a signal corresponding to a current flowing through an electric wire inserted through the toroidal coil. 前記分割ケースは、各々を外周側の縁部において連結する連結部を有し、
前記連結部は、前記分割ケース間を開閉自在とするヒンジ構造、または前記分割ケース間を分離自在とする係合構造を有することを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
The split case has a connecting portion that connects each at an outer peripheral edge,
The said connection part has a hinge structure which can open and close between the said division | segmentation cases, or an engagement structure which can isolate | separate between the said division | segmentation cases. The toroidal coil device described.
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