JP3945087B2

JP3945087B2 - ロゴスキーコイル

Info

Publication number: JP3945087B2
Application number: JP27623099A
Authority: JP
Inventors: 章岡田; 井上　　悟
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001102230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インパルス大電流の測定などに広く用いられるロゴスキーコイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロゴスキーコイルは円環状に均一に巻回した導体の巻き終わりを円環に沿って巻き始め位置まで巻き戻すようにした空心トロイダルコイルである。以下、円環の周回方向を「トロイダル方向」これと直交する方向を「ポロイダル方向」と呼ぶ。
【０００３】
図８はロゴスキーコイルの概念図、図９は特開平６−１７６９４７号公報に記載されたものの平面図である。このロゴスキーコイルは円形開口を有するプリント回路基板の両面に金属デポジットによる配線パターンを貫通孔を通して接続し構成している。ロゴスキーコイルは被測定電流の微分値を出力するものであるため、被測定電流の波形を再現するには積分処理が必要である。なお、磁路に磁性体を用いないので電流の測定範囲（ダイナミックレンジ）が広くかつ軽量であるという特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導電線を用いた空心トロイダルコイルによってロゴスキーコイルを実現しようとすると、巻線機により導電線を巻回する必要があるためコイルの断面形状および大きさが巻線機の性能により制限され、また巻回しによるストレスによってコイルが均一にならないという問題がある。またコイルを軸方向に完全に対称な形状にすることが困難で、量産性・低価格化がともに難しいという問題がある。
【０００５】
図９に示すロゴスキーコイルでは、巻線機を用いないため、上述のような問題点は解消できる。しかしコイルをプリント回路基板の両面に付着させた金属堆積物による導電膜で形成しているため、コイルのポロイダル方向断面が矩形に制限されるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、自由な形状および大きさで軸方向に対称かつ均一な形状を有し、巻線機を用いずに安価で量産性に優れたロゴスキーコイルを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によるロゴスキーコイルは、両端面に放射状に設けられる複数のコイル溝とともにモールド法により絶縁体で形成された円環状の基台、この基台のコイル溝の両端で基台を貫通しコイル溝とともに円環の断面を周回するとともに円環の円周方向に連続し始端と終端とを有する経路を形成するコイル貫通孔、コイル溝およびコイル貫通孔の表面に経路の全長にわたって堆積させた導電膜、この導電膜の経路終端から経路始端に向かって円環の円周方向に周回する巻戻し導体によって構成している。
【０００８】
また、巻戻し導体は基台の円環断面内部に埋め込んだ導体で構成している。
【０００９】
さらにまた、巻戻し導体は基台表面を基台の円環を周回する溝中に形成した導電膜で形成している。
【００１０】
さらにまた、基台はエンジニアリングプラスチックをモールド法により形成している。
【００１１】
さらにまた、基台に信号処理回路収納部を一体的に形成している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態であるロゴスキーコイルの平面図およびポロイダル方向断面図であり、断面図は平面図の矢印Ａ−Ａの方向に見たものである。図中、１は絶縁体であってその中央に被測定電流の流れる導体が貫通する円孔２を備えた基台、３は基台１の両端面に設けた多数の放射状のコイル溝、４はコイル溝３の両端で基台１を貫通するコイル貫通孔、５はコイル溝３およびコイル貫通孔４の壁面に付着させた金属（例えば、銅を用いる）堆積物の導電膜で形成するトロイダルコイル導体でトロイダル方向の全周にわたってポロイダル方向断面を周回している。６ａはトロイダルコイル導体の始端側端子、６ｂは終端側端子でポロイダル方向断面の中心をとおりトロイダル方向に周回する巻戻し導体７がトロイダルコイル導体５の終端との間を接続している。８は複数のトロイダルコイルユニットを直列もしくは並列に接続して運用（以下、多重運用と呼ぶ）するために積み重ねる基台１相互間を固定するための連結孔、９は電流検出のための信号処理回路収納部であり基台１と一体的に形成している。
【００１３】
基台１は、均一な寸法のコイル溝３を軸方向に完全に対称な形状で密に構成するとともに高い生産性を実現するために、熱膨張の小さいエンジニアリングプラスチックを用い、圧縮成形法や注形法などのモールド法により形成するのが望ましい。これらの成形法によればコイルの寸法および形状に制限がなく、寸法および形状を任意に選定することができる。巻戻し導体７は、基台を成形するときその内部に埋め込む。基台１内部に埋め込み可能な形態であれば線材や成形した板材を用いることができる。
【００１４】
コイル溝３およびコイル貫通孔４の壁面へ導電膜を均一な厚さで付着させるには、乾式めっきあるいは湿式めっきによって基台１の全表面に所定の厚さで導電膜を付着させた後、基台１のコイル溝の壁面および底面ならびにコイル貫通孔４の内面を除きポリッシングすることによって導電膜を除去するのが望ましい。これによってコイル溝３とコイル貫通孔４とに形成した導電膜が交互に連結し基台１のポロイダル方向断面を周回しトロイダル方向に連続するロゴスキーコイルとして完成する。なお、コイル溝３の底部を例えば図２に示すような円弧状としてもよい。もちろん、複数の直線を連結した折線で構成しコイル断面が多角形になるようにしてもよい。これによって任意の断面形状でロゴスキーコイルが実現できる。
【００１５】
信号処理回路は、ロゴスキーコイルの出力から被測定電流の波形を復元する積分回路で構成する。ロゴスキーコイルと信号処理回路との接続は、端子６ａおよび６ｂを通して行う。計測感度を向上させるために行う多重運用の場合は各基台ごとに設けた端子をその接続形態に合わせて接続する。なお接続を簡単にするため、図に示すように端子６ａおよび６ｂを基台の両面に分離して設けるのが望ましい。多重運用の場合は端子６ａおよび６ｂの位置を互いに一致させるとともに連結孔８にパイプ等を通して複数のトロイダルコイルユニットの中心軸を互いに一致させて固定する。
【００１６】
以上の説明では、巻戻し導体７をポロイダル方向断面の中心を通りトロイダル方向に周回するものとしたが、図３〜図６の断面図で示すように基台１の表面に設けてもよい。このように構成することによって基台１の成形時に巻戻し導体を基台１の内部に埋め込む必要がなく製造が容易になる。
図３は基台１の片側の端面外周側にトロイダル方向に周回する巻戻し導体溝７１ａを設け、トロイダルコイル導体と同時にその壁面に金属堆積物の導電膜を付着させ巻戻し導体７１を形成している。また、図４は基台１の片側の端面内周側に導体溝７２ａおよび巻戻し導体７２を形成したものである。
図５は基台１の円孔２外周面に導体溝７３ａおよび巻戻し導体７３を形成したもの、図６は基台１の内周面に導体溝７４ａおよび巻戻し導体７４を形成したものである。
【００１７】
実施の形態２．
図７は本発明の第２の実施の形態であるロゴスキーコイルの平面図およびポロイダル方向断面図であり、断面図は図１のものと同様の位置に対応している。図中、１００は外側トロイダルコイル、１０１は内側トロイダルコイルで、いずれも図１によって説明したトロイダルコイルと同様、コイル溝、コイル貫通孔およびトロイダルコイル導体からなっている。ただし、巻線方向が一方を右ねじ方向とした場合他方は左ねじ方向になっており、両者の始端を一対の端子６１ａ、６１ｂにそれぞれ接続し、終端は互いを接続している（ここでは、各トロイダルコイルを時計方向に見て始端、終端としている）。２つのトロイダルコイル１００、１０１を直列に接続しているため巻戻し導体は必要としない。
以上の説明では２つのトロイダルコイルによってロゴスキーコイルを構成するものとしたが、２ｎ（ｎは自然数）個のトロイダルコイルによって構成できることはいうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、巻線機が不用なため、巻線機の性能に制限されることなく、コイルの大きさや形状が自由なロゴスキーコイルが実現できる。またコイルを形成する導電部の幅、厚みおよび間隔が均一に製造でき、かつ軸方向に対称な形状となるため、電流検出精度が向上する。
さらに、安価に量産可能なロゴスキーコイルが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態であるロゴスキーコイルの平面図および断面図である。
【図２】コイル溝の変形例を示す断面図である。
【図３】巻戻し導体の構成が異なる第１の変形例を示す平面図および断面図である。
【図４】巻戻し導体の構成が異なる第２の変形例を示す平面図および断面図である。
【図５】巻戻し導体の構成が異なる第３の変形例を示す平面図および断面図である。
【図６】巻戻し導体の構成が異なる第４の変形例を示す平面図および断面図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態であるロゴスキーコイルの平面図および断面図である。
【図８】ロゴスキーコイルの概念図である。
【図９】従来のロゴスキーコイルの平面図である。
【符号の説明】
１‥基台２‥円孔３‥コイル溝４‥コイル貫通孔５‥導電膜
６ａ、６ｂ‥端子７‥巻戻し導体８‥連結孔９‥信号処理回路収納部

Claims

両端面に放射状に設けられる複数のコイル溝とともにモールド法により絶縁体で形成された円環状の基台、該コイル溝の両端で前記基台を貫通し前記コイル溝とともに前記円環の断面を周回するとともに前記円環の円周方向に連続し始端と終端とを有する経路を形成するコイル貫通孔、前記コイル溝および前記コイル貫通孔の表面に前記経路の全長にわたって堆積させた導電膜、該導電膜の前記経路終端から前記経路始端に向かって前記円環の円周方向に周回する巻戻し導体を備えてなるロゴスキーコイル。
前記巻戻し導体は前記基台の円環断面内部に埋め込んだ導体であることを特徴とする請求項１記載のロゴスキーコイル。
前記巻戻し導体は前記基台表面を前記基台の円環を周回する溝中に形成した導電膜で形成したことを特徴とする請求項１記載のロゴスキーコイル。
前記基台はエンジニアリングプラスチックを用い、モールド法により形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のロゴスキーコイル。
前記基台に信号処理回路収納部を一体的に形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロゴスキーコイル。