JP3818995B2

JP3818995B2 - トロイダル型コイル及び電流センサ

Info

Publication number: JP3818995B2
Application number: JP2003337582A
Authority: JP
Inventors: 勉小谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP2005108976A

Description

本発明は、コアへの外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減したトロイダル状に巻線されたトロイダル型コイル及び、このトロイダル型コイルを用いた電流センサに係る。

従来より、トロイダル状に捲線が巻き付けられたトロイダル型コイルが電流センサなどに使われている。また、ケース内にゲル状の樹脂を入れることで、パーマロイ製のシート材が積層されて形成されたコアに加わる外部応力を緩和して、磁気特性の安定化を図った構造のトロイダル型コイルが、特開平７−２３９３４７号公報に開示されている。

他方、例えば特開平８−２２４９３８号公報には円柱状のボスを形成して位置決めの為に用いる構造が示されているが、単に円柱状のボスにより位置決めすることは、あらゆる分野で実施されているごく一般的な技術内容である。
特開平７−２３９３４７号公報特開平８−２２４９３８号公報

しかし、特開平７−２３９３４７号公報に開示された構造のトロイダル型コイルでは、磁気特性の安定化を図る為にゲル状の樹脂をケース内に入れる必要があるので、材料費が増加するだけでなく、組み立て工数が増加して組み立ての作業性が低下していた。
一方、巻線時においては、コアを挟んだ状態で一対のケースを保持する必要がある為、一対のケースをテープ等で固定してから捲線を巻き付けなければならならず、上記と同様に組み立て工数が増加する要因となっていた。

本発明は上記事実を考慮し、コアへの外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減したトロイダル型コイル及び電流センサを提供することを目的とする。

請求項１によるトロイダル型コイルは、高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられたトロイダル型コイルであって、
コアに複数の孔部を設けると共に、一対のケースのこれら複数の孔部に対向する部分にそれぞれ多角錐状に形成された突部を設け、
これら突部をコアの孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納したことを特徴とする。

請求項１に係るトロイダル型コイルによれば、高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられた構造になっている。また、一対のケースにそれぞれ複数ずつ形成された多角錐状の突部をコアに設けた複数の孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納した構造ともなっている。

つまり、本請求項では、それぞれ多角錐状の複数の突部を複数の孔部にそれぞれ係合させつつ挿入することで、コアと一対のケースの内面との間に隙間を設けた状態としつつ、一対のケース間でコアがこれら突部により支持された形になる。

従って、一対のケースの内面とコアとの間の隙間寸法が安定化するだけでなく、コアに外部応力が加わらないようになる為、コアの磁気特性が安定化して、トロイダル型コイルの歩留まりの向上及び磁気特性の向上が見込めるようになる。さらに、本請求項では、複数の孔部がコアに設けられると共に、多角錐状に形成された突部が複数の孔部に対応して一対のケースに複数ずつ設けられたことで、一対のケース間でコアがこれら複数ずつの突部により確実に支持された形になる。この為、一対のケースの内面とコアとの間の隙間寸法がより安定化するだけでなく、コアに外部応力が確実に加わらないようになる。

これに伴って、本請求項では、従来例のようにコアに加わる応力を緩和する為にゲル状の樹脂をケース内に注入する必要がなくなる。そしてこの結果として、材料費及び組み立て工数が低減されて作業性が高まり、トロイダル型コイルのトータルな製造コストの削減が見込めるようになる。

一方、巻線時においては、複数の突部を複数の孔部にそれぞれ係合させることにより、コアを介して一対のケースが保持される為、コアを挟んで一対のケースを保持する必要がなくなるので、一対のケースをテープ等で固定しなくとも良くなり、これによっても組み立て工数が低減されるようになる。

以上より本請求項によれば、コアへの外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減したトロイダル型コイルが得られるようになる。

請求項２に係るトロイダル型コイルによれば、請求項１のトロイダル型コイルと同様の構成の他に、高透磁率材料の各板材の相互に対向する部分に凹凸部を設け、これら凹凸部を相互に嵌め合わせて、これら各板材を相互に係合しつつ積層するという構成を有している。

従って、本請求項によれば、高透磁率材料による各板材に例えば半抜き状となる凹凸部を設け、これら凹凸部を相互に嵌め合わせて、各板材を相互に係合しつつ必要枚数積層した後、プレス及び熱処理等して一体型のコアとした。この結果として、各板材を積層してコアを形成した際に、これら各板材が相互に確実に密着するので、テープ等によりこのコアの数箇所を固定する必要が無くなり、組み立て工数がより一層低減されるようになる。

請求項３に係るトロイダル型コイルによれば、請求項１のトロイダル型コイルと同様の構成の他に、コアと一対のケースとの間の係合部分を除いたコアと各ケースとの間に、所定の大きさの隙間が存在するという構成を有している。従って、本請求項によれば、コアと一対のケースの内面との間に隙間が確実に設けられることになる結果として、一対のケースの内面とコアとの間の隙間寸法がより一層安定化するだけでなく、コアに外部応力がより一層確実に加わらないようになる。

請求項４による電流センサは、高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアに電流を検出し得るセンサ本体を取り付け、このセンサ本体と共にコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられたトロイダル型コイルを用いた電流センサであって、
コアに複数の孔部を設けると共に、一対のケースのこれら複数の孔部に対向する部分にそれぞれ多角錐状に形成された突部を設け、
これら突部をコアの孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納したことを特徴とする。

請求項４に係る電流センサによれば、高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアに電流を検出し得るセンサ本体を取り付け、このセンサ本体と共にコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられた構造のトロイダル型コイルを用いた構造になっている。また、請求項１と同様に、一対のケースにそれぞれ形成された多角錐状の突部をコアに設けた複数の孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納した構造ともなっている。

以上より本請求項によれば、請求項１と同様に、ゲル状の樹脂をケース内に注入する必要がなくなる等して、コアへの外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減した電流センサが得られるようになる。

本発明によれば、コアへの外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減したトロイダル型コイル及び電流センサを得ることが可能となる。

以下、本発明に係るトロイダル型コイル及び電流センサの一実施例を図１から図６に示し、これらの図面に基づきこの一実施例を説明する。
図１に示すように、本実施例に係るトロイダル型コイル１０の本体部分をリング状のコア１４が構成している。このコア１４は、一端が切り欠かれたリング状にそれぞれ形成された高透磁率材料製の板材である高透磁率板１２が７枚積層されて、形成されている。尚、この高透磁率板１２は、０．５ｍｍの厚みを有したニッケルと鉄の合金であるパーマロイ材により、例えば構成されている。さらに、この高透磁率板１２の切り欠かれた部分を一体として形成されたコア１４の切欠部１４Ａには、電流を検出し得るホール素子からなるセンサ本体３２が配置されている。

図１及び図２に示すように、これら各高透磁率板１２の相互に対向する部分には、複数（本実施例では３ヵ所）の凹凸部１６が、それぞれ配置されている。これら凹凸部１６は、それぞれ各高透磁率板１２を半抜き状にして形成されているが、最下層の高透磁率板１２の凹凸部１６は、貫通孔となっている。また、図１及び図３に示すように、これら各高透磁率板１２の相互に対向する部分には、複数（本実施例では２ヵ所）の貫通孔である孔部１８が、それぞれ配置されている。

そして、各高透磁率板１２の凹凸部１６同士を相互に嵌め合わせて、これら各高透磁率板１２を相互に係合しつつ積層してプレス及び熱処理等することで、これらが一体となってコア１４が形成されている。尚この際、孔部１８は図３に示すように相互に同一位置に配置されているので、コア１４を貫通した形となる。

図１に示すように、このコア１４の上下部分には、それぞれ樹脂製で断面がＵ字形とされる上ケース２２及び下ケース２４が配置されていて、これら一対のケース２２、２４の孔部１８に対向する部分には、それぞれ多角錐状に形成された突部２２Ａ、２４Ａが設けられており、コア１４の孔部１８とこの突部２２Ａ、２４Ａが嵌合する形になっている。

つまり、図５に示すこの突部２２Ａ、２４Ａは、略三角形の断面になっており、突部２２Ａ、２４Ａの先端における外接円の直径Ｄ１は、図２に示すコア１４の孔部１８の直径Ｄ０とほぼ同一とされているが、突部２２Ａ、２４Ａの根元における外接円の直径Ｄ２はさらに大きな形になっていて、この突部２２Ａ、２４Ａは先端が平らな三角錐状とされている。また、図３に示すように、突部２２Ａ、２４Ａの根元部分の下部には、この突部２２Ａ、２４Ａの根元部分より大径とされたコア受け部２２Ｂ、２４Ｂがそれぞれ設けられている。

そして、これら突部２２Ａ、２４Ａをコア１４の孔部１８に係合させつつ挿入して、これら突部２２Ａ、２４Ａをコア１４の孔部１８にそれぞれ圧入することで、突部２２Ａ、２４Ａに孔部１８の周囲の部分が食い込む形となる。これに伴い本実施例では、コア１４と一対のケース２２、２４の内面との間に隙間を設けた状態でコア１４が固定されつつ、一対のケース２２、２４間にコア１４が収納されている。

つまり、図４に示すように、一対のケース２２、２４間にコア１４を収めた形で一対のケース２２、２４をコア１４にセットした状態において、突部２２Ａ、２４Ａ及び孔部１８から成る係合部分を除いた一対のケース２２、２４の内面とコア１４との間に所定の大きさの隙間Ｇ１が存在するだけでなく、一対のケース２２、２４の側壁内面とコア１４の側面との間にも隙間Ｇ２が存在している。また、コア１４の孔部１８との嵌合後における相互に対向する上下の突部２２Ａ、２４Ａの間にも、隙間Ｇ３が存在している。

さらに、コア１４を収めた形の一対のケース２２、２４の周囲に、図６に示すように捲線２６が巻き付けられてトロイダル型コイル１０が完成する。そして、完成したこのトロイダル型コイル１０が収納箱３４内に収納され、センサ本体３２と接続される回路基板３６が収納箱３４にねじ止められると共に、コネクタ３８がこの回路基板３６に接続されて、本実施例に係る電流センサ３０が完成されることになる。

次に、本実施例に係るトロイダル型コイル１０及び電流センサ３０の作用を説明する。
本実施例に係るトロイダル型コイル１０によれば、各高透磁率板１２の相互に対向する部分に凹凸部１６を設け、これら凹凸部１６を相互に嵌め合わせて、これら各高透磁率板１２を相互に係合しつつ積層することで、コア１４が形成されている。さらに、このコア１４を樹脂製の一対のケース２２、２４間に収め、これら一対のケース２２、２４の周囲に捲線２６が巻き付けられた構造になっている。

また、一対のケース２２、２４にそれぞれ複数ずつ形成された多角錐状の突部２２Ａ、２４Ａをコア１４に複数設けた孔部１８にそれぞれ係合させて、突部２２Ａ、２４Ａに孔部１８を構成する部分を食い込ませつつ、突部２２Ａ、２４Ａをコア１４の孔部１８に挿入して、一対のケース２２、２４間にコア１４を収納した構造ともなっている。

そして、このトロイダル型コイル１０が本実施例に係る電流センサ３０の収納箱３４内に収納され、コア１４の切り欠かれた部分に配置されたセンサ本体３２が電流を検出することで、回路基板３６及びコネクタ３８を介して、この電流センサ３０の外部に電流値の検出データを出力可能となっている。

つまり、本実施例では、複数の多角錐状の突部２２Ａ、２４Ａを複数の孔部１８にそれぞれ係合させつつ挿入することで、コア１４と一対のケース２２、２４の内面との間に隙間Ｇ１、Ｇ２を設けた状態としつつ、一対のケース２２、２４間でコア１４がこれら突部２２Ａ、２４Ａにより確実に支持された形になる。

従って、一対のケース２２、２４の内面とコア１４との間の隙間Ｇ１、Ｇ２の寸法が安定化するだけでなく、外部応力がコア１４に加わらないようになる為、コア１４の磁気特性が安定化して、トロイダル型コイル１０の歩留まりの向上及び磁気特性の向上が見込めるようになる。これに伴って、従来例のようにコアに加わる応力を緩和する為にゲル状の樹脂をケース内に注入する必要もなくなる。この結果として、材料費及び組み立て工数が低減されて作業性が高まり、トロイダル型コイル１０のトータルな製造コストの削減が見込めるようになる。

この一方、巻線時においては、突部２２Ａ、２４Ａを孔部１８に係合させることにより、コア１４を介して一対のケース２２、２４が保持される為、コア１４を挟んで一対のケース２２、２４を保持する必要がなくなるので、一対のケース２２、２４をテープ等で固定しなくとも良くなり、これによってもトロイダル型コイル１０の組み立て工数が低減されるようになる。

以上より本実施例によれば、コア１４への外部応力の影響を受け難くして磁気特性の安定化を図りつつ、材料費及び組み立て工数を低減して製造コストを削減したトロイダル型コイル１０及び、このトロイダル型コイル１０を利用した電流センサ３０が得られるようになる。

他方、本実施例によれば、各高透磁率板１２の相互に対向する部分に凹凸部１６を設け、これら凹凸部１６を相互に嵌め合わせて、これら各高透磁率板１２を相互に係合しつつ必要枚数積層した後、プレスして一体型のコア１４とした結果として、これら各高透磁率板１２が相互に確実に密着する。この為、テープ等によりこのコア１４の数箇所を固定する必要が無くなり、組み立て工数がより一層低減されるようになる。

尚、上記実施例では、突部２２Ａ、２４Ａを三角錐状に形成したが、四角錐状等の他の多角錐状に形成しても良い。さらに、上記実施例では、図４に示すように一対のケース２２、２４内にコア１４を収納する際に、コア受け部２２Ｂ、２４Ｂにコア１４が接触しない構造になっているが、これらコア受け部２２Ｂ、２４Ｂにコア１４を接触させて、より確実にコア１４を支持するようにしても良い。

また、上記実施例において、高透磁率材料をμｍ≧１５０，０００とし且つ、０．５ｍｍの厚みを有したパーマロイ材により構成したが、板材の透磁率の範囲はμｍ≧３０，０００程度のものであれば良く、また、板材の厚みを変更しても良い。

本発明の一実施例に係るトロイダル型コイルを構成する部品を示す分解斜視図である。本発明の一実施例に係るトロイダル型コイルに適用されるコアの要部を拡大した断面図であって、図１の２−２矢視線図である。本発明の一実施例に係るトロイダル型コイルの要部の分解状態を拡大して示す断面図である。本発明の一実施例に係るトロイダル型コイルの要部を拡大して示す断面図である。本発明の一実施例に係るトロイダル型コイルに適用されるケースの突部を拡大して示す図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面図である。本発明の一実施例に係る電流センサを示す分解斜視図である。

符号の説明

１０トロイダル型コイル
１２高透磁率板
１４コア
１６凹凸部
１８孔部
２２上ケース
２２Ａ突部
２４下ケース
２４Ａ突部
２６捲線
３０電流センサ
３２センサ本体

Claims

高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられたトロイダル型コイルであって、
コアに複数の孔部を設けると共に、一対のケースのこれら複数の孔部に対向する部分にそれぞれ多角錐状に形成された突部を設け、
これら突部をコアの孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納したことを特徴とするトロイダル型コイル。
高透磁率材料の各板材の相互に対向する部分に凹凸部を設け、
これら凹凸部を相互に嵌め合わせて、これら各板材を相互に係合しつつ積層することを特徴とする請求項１記載のトロイダル型コイル。
コアと一対のケースとの間の係合部分を除いたコアと各ケースとの間に、所定の大きさの隙間が存在することを特徴とする請求項１記載のトロイダル型コイル。
高透磁率材料製の板材が積層されて形成されたコアに電流を検出し得るセンサ本体を取り付け、このセンサ本体と共にコアを樹脂製の一対のケース間に収め、これら一対のケースの周囲に捲線が巻き付けられたトロイダル型コイルを用いた電流センサであって、
コアに複数の孔部を設けると共に、一対のケースのこれら複数の孔部に対向する部分にそれぞれ多角錐状に形成された突部を設け、
これら突部をコアの孔部にそれぞれ係合させつつ挿入して、一対のケース間にコアを収納したことを特徴とする電流センサ。