JP4798041B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、分電盤の分岐回路等に流れる電流を測定する電流センサに関する。

一般に、送変電機器や家庭用分電盤等に通電される交流電流量を被接触で測定するための電流センサとして、貫通型の電流センサが多く用いられている。このような貫通型の電流センサにおいて、大電流の測定には、鉄心を持たず鉄損や磁気飽和のないロゴスキーコイルが用いられている。また、分電盤などで使用する電流センサでは、既に配線されている電線に対して後から配置できることが好ましいが、従来の空芯コイルは、円盤状の絶縁基板の中心の貫通孔に測定対称の電線を通して測定するため、分岐ブレーカから一旦電線を外して、貫通孔に通さなければならず、取り付け作業が困難であるという問題があった。このため、可撓性を有する矩形の絶縁基板にコイルを形成して、基板を曲げてその両端を接続して円筒状のコイルを形成し、分岐ブレーカから測定対象の電線を外すことなく測定できる円筒状の電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の電流センサの構成を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。電流センサ１００は、可撓性の基板１０１に形成された巻き進みコイル１０４と、その巻き終りから基端部１０２に向けて巻き戻す巻き戻しコイル１０５からなり、基端部１０２と先端部１０３を重ねあわせた円筒状コイルにより構成される。しかしながら、この電流センサでは、被測定電線１０６を囲んで円筒状コイルを形成する際に、基板１０１の両端を接続するための具体的構成がなく、接続を繰り返すような電流計測に対しては、接合作業を行い難く、また、着脱を繰り返す場合には、コイル端部同士を再現性良く合わせることが難しかった。このため、外部電線で発生された外部磁界により影響を受け易いという問題があった。

また、空芯コイルを用いた電流センサにおいて、空芯コイルが対向する２つの側面に沿う曲げ方向において可撓性を有する板状の基板と、基板の一端部付近から他端部付近にかけて基板の周りを略同じピッチで周回するように設けられた巻状導体からなり、基板を撓ませてその両端面を接合して円筒状とした状態を保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このセンサは、進みコイルと戻しコイルが交差する部位に両コイル間を絶縁する絶縁性薄膜を形成する必要があるため、コイル形成が複雑となると共に、絶縁性薄膜の厚みにより互いのコイル径に差が生じ、巻き進みコイルと巻き戻しコイルが必ずしも対称とならず、外部磁界の打消し作用が不完全となっていた。
特開２００２‐２２１５３８号公報 特開２００６‐３８７１２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、円筒状のロゴスキーコイル型電流センサにおいて、外部磁界の影響に強く、接続操作における使い勝手が良く、繰り返し着脱してもコイル端の接合精度を維持できる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、可撓性を有する合成樹脂製の基材の表裏面に亘って連続する導体によってコイルを形成してなり、前記導体は、前記基材の基端部の一方の接続端子から該基材の表裏面を交互にコイルを形成するように巻き進む巻き進みコイルと、この巻き進みコイルの終端にて折り返し前記基材の先端部から基端部に向けて前記基材の表裏を交互にコイルを形成するように巻き戻し基端部の他方の接続端子に接続される巻き戻しコイルと、を形成してなる電流センサにおいて、前記基材は、そのいずれか一方又は両方の端部をＵ字状に折り曲げた折り曲げ部を有し、前記基材の両端における前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの各コイル端が、それらのいずれか又は両方が前記折り曲げ部のＵ字状の曲部にくるように配設されて互いに接触し、前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルを円筒状に形成したものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記導体は、導体膜によって形成され、前記基材の表裏面間を繋ぐスルーホールを通して表面側と裏面側とが接続されているものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の電流センサにおいて、前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの任意の場所で、前記巻き進みコイルから巻き戻しコイルへ折り返し接続できるように前記各コイルに接続部を設け、前記各コイルの接続部間を短絡する短絡部を、さらに備え、前記基材をコイルの巻き方向に円筒状に丸めたときに、前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの各接続部間を前記短絡部で短絡させるものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の電流センサにおいて、前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルの各接続部は、それらのコイルパターンに短絡用パターンをそれぞれ備えたものである。

請求項５の発明は、請求項３及び請求項４に記載の電流センサにおいて、前記短絡部は、前記基材の一部に形成された導体の厚さが一様なベタパターンで構成されたものである。

請求項６の発明は、請求項３及び請求項４に記載の電流センサにおいて、前記基材を円筒状に固定する筐体部を、さらに備え、前記短絡部は、前記筐体部に設けられた短絡用の導電部材で形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電流センサ。
ものである。

請求項７の発明は、請求項６に記載の電流センサにおいて、前記筐体部は、前記基材の端部を挿入する挿入穴を有し、前記基材の端部を該挿入孔に挿入して、該基材を固定するものである。

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルにおける接続端子近傍に、前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルで検出された電気信号を処理する信号処理回路を形成し、前記基材上に前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルと前記信号処理回路を一体化したものである。

請求項９の発明は、請求項８に記載の電流センサにおいて、前記信号処理回路は、円筒状に形成された前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルの該円筒状の外側面に実装されているものである。

請求項１の発明によれば、基材の両端部におけるコイル両端を隙間なく密接して接合できるので、外部磁界の影響を受け難くすることができる。また、折り曲げ部により、コイル端部同士の位置合わせを容易に確実にできるので、繰り返し着脱をしても、再現性が良く、接触精度を良好に維持することができる。

請求項２の発明によれば、基材の表裏面で導体膜をスルーホールで接続することによりコイルパターンを高密度に精度良くでき、コイル配置を規則的に形成できるので、不要な外部磁界の影響を抑制し易く、電流センサの測定精度、検出感度が向上する

請求項３の発明によれば、進みコイルと戻しコイルの折り返しを任意の位置でできるので、円筒状コイルの貫通径を被測定電線（貫通電線）に応じて変えることができ、使い勝手が向上する。また、必要以上に円筒状コイルの貫通径を大きくしなくてよいので、余分なコイルによる外部磁界の影響を抑制することができ、かつ全体をコンパクトにできる。

請求項４の発明によれば、巻き進みコイルと巻き戻しコイルの両端を接合したとき、接合部分で自動的に折り返し接続がなされるので、使い勝手が良い。また、短絡用パターンは、導体膜で精度良く形成できるので、接続部分を位置精度良く接続でき、コイルの規則性、連続性を確実に保持できて、外部磁界の影響を受け難くすることができる。

請求項５の発明によれば、短絡部としてベタパターンを基材上に設けたことにより、短絡部を容易に、かつ安価に構成できる。

請求項６の発明によれば、各コイルの接続部間を、筐体部に設けられた導電部材の短絡部に、より強く接触させることができるので、接続部間の接触信頼性が向上する。

請求項７の発明によれば、基材は、筐体部の挿入孔でガイドされる挿入操作により筐体部に取り付けられるので、基材の取り付けの使い勝手が良くなる。また、基材を挿入孔のガイドにより筐体部内で位置決めして固定することにより、短絡させる接続部の接触位置精度を向上させることができる。

請求項８の発明によれば、基材において、コイル端の直近に信号処理回路を配置することができるので、コイル端と信号処理回路との接続線を短くでき、接続線で受信される不要な外部電波が少なくなり、外来ノイズの影響を抑制でき、センサ精度が向上する。

請求項９の発明によれば、信号処理回路が円筒状コイルを貫通する被測定電線から離れることにより、被測定電線の電磁界が回路に及ぼす影響を低減することができる。また、信号処理回路で行う感度調整やスイッチ設定等の調整設定作業がやり易くなり、使い勝手が良くなる。

以下、本発明の一実施形態について図１、図２及び図３（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。本実施形態に係る電流センサ１は、可撓性を有する合成樹脂製の基板（基材）２と、基板２の表裏面に連続する導体膜によって形成される空芯コイル３と、基板２を基板２の基端部２ａから先端部２ｂの方向において撓ませ、両端を接合して円筒状にコイルを形成する接合部２０とを備えている。空芯コイル３は、巻き進みコイル（以下、進みコイルという）４と、巻き戻しコイル（以下、戻しコイルという）５を有し、各コイルは、基板２の表裏面に連続する導体膜より成り、この導体膜は、基板２の表裏面間を繋ぐスルーホール８を通して表面側と裏面側とが接続されてコイルを形成する。なお、図１、図２で示される筐体２１、２２は、説明のために、それらの上蓋（上底）を外した状態を示し、図３においては、進みコイル４と戻しコイル５は、基板２の表面側では、太線と細線の各実線でそれぞれ示され、裏面側では、太線と細線の各点線でそれぞれ示される。

空芯コイル３において、進みコイル４は、基板２の基端部２ａの一方の接続端子９ａから基板２の表裏面を交互にコイルを形成するように巻き進むパターンで形成される。戻しコイル５は、進みコイル４の終端部から折り返して、基板２の先端部２ｂから基端部２ａの他方の接続端子９ｂに向けて表裏を交互にコイルを形成するように巻き戻すパターンで形成される。

上記進みコイル４と戻しコイル５は、それぞれコイル部６、繋ぎ部７、及びスルーホール８から成るコイルであり、それらの進み方向及び戻し方向の各コイルの中央線は、同じ中央線ｐを有する。コイル部６は、コイルを形成する直線ラインのコイルパターンから成り、各直線ラインは、表裏面で互いに略同じ長さＬ１を成し、中央線ｐに対して対称に、平行に等間隔ｄに配設されている。

繋ぎ部７は、表面側と裏面側を接続する部分であって、進みコイル４と戻しコイル５の導体膜が互いに重ならないようにする迂回用のコイルパターンであり、繋ぎ部７の長さは、中央線ｐの両側表裏面で全て略同じ長さＬ２で形成されている。また、この繋ぎ部７は、基板２の表裏面で等分されて、スルーホール８で接続される。

スルーホール８は、中央線ｐから等間隔Ｌ１にある直線ｍ、ｎ上に設けられたスルーホール８ａ、８ｂと、中央線ｐから等間隔Ｈ１にある直線ｑ、ｒ上に設けられたスルーホール８ｄ、８ｃを有する。また、スルーホール８ａ、８ｂは、コイル部６の各直線ラインの両端に形成されている。スルーホール８ｄ、８ｃは、繋ぎ部７のコイルパターンの長さを２等分する位置にあり、２等分された表裏の繋ぎ部７を接続する。このスルーホール８により、コイル部６と繋ぎ部７の表面側と裏面側とが順次接続されてコイルが形成され、これにより進みコイル４と戻しコイル５は、同じ基板２上に二重形成される。

ここで、進みコイル４と戻しコイル５の詳細について説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、進みコイル４は、基板２の基端部２ａにおける接続端子９ａに繋がる接続線１０ａから、スルーホール８ｄを介して裏面側のコイル部６の直線ライン６１に接続される。直線ライン６１以降は、繋ぎ部７１、表面側の直線ライン６２、繋ぎ部７２、裏面側の直線ライン６３から繋ぎ部７３に接続され、コイルの１ターンが形成される。さらに、進みコイル４は、基板２の先端部２ｂに向けて巻き進み、先端部２ｂ付近において、直線ライン６４から最後の繋ぎ部７４に接続され、この繋ぎ部７４途中の略中間点に設けられたスルーホール８ｄを折り返し点Ｒとする。この折り返し点Ｒにおいては、折り返しライン６５が接続され、その折り返しライン６５の他端が繋ぎ部７５に接続され、戻しコイル５の巻き戻しが開始する。この折り返しライン６５により、進みコイル４と戻しコイル５が直列に接続される。

戻しコイル５は、基板２の先端部２ｂ側の折り返しライン６５からスタートし、裏面の繋ぎ部７５を介して、表裏面の各コイル部６、繋ぎ部７等を経由して、基端部２ａ側に巻き戻され、基端部２ａ側の繋ぎ部７６、表面側の直線ライン６６に接続される。この直線ライン６６は、繋ぎ部７７、裏面側の直線ライン６７、スルーホール８ｃ、繋ぎ部７８、直線ライン６８、スルーホール８ａを経て裏面側の繋ぎ部７９を介して接続線１０ｂに接続され、接続端子９ｂに接続される。これにより、接続端子９ａ、９ｂから進みコイル４と戻しコイル５の空芯コイル３で検出された電流が取り出される。

進みコイル４と戻しコイル５のコイルパターン構成を図３（ｂ）を用いて詳細に説明する。進みコイル４は、コイル部６の直線ライン６２の一端点Ｄから他端点Ｅを経て、繋ぎ部７２に接続される。繋ぎ部７２はその中間点Ｋで表裏に長さが２分された長さＬ３の繋ぎ部７２ａ、７２ｂで構成され、これら繋ぎ部７２ａ、７２ｂは、中間点Ｋのスルーホール８ｄにより表裏で互いに接続される。繋ぎ部７２の裏面側の繋ぎ部７２ｂは、裏面の直線ライン６３の一端の点Ｆに繋がり、直線ライン６３は、その他端の点Ｇのスルーホール８ｂから表面の繋ぎ部７３に接続される。繋ぎ部７３も繋ぎ部７２と同様に、表裏で２分割された長さＬ３の繋ぎ部７３ａ、７３ｂで構成される。これら繋ぎ部７３ａ、７３ｂは、繋ぎ部７３の中間点Ｍのスルーホール８ｃにより表裏で接続され、裏面の繋ぎ部７３ｂが、その一端の点Ｊから次のコイル部６に連続して接続されていく。戻しコイル５の繋ぎ部７（７６、７７）も、進みコイル４と同様に表裏面で２分割されて互いに接続される。したがって、各繋ぎ部７のコイルパターンを、表裏両面に均等に配置することができる。

これにより、コイル部６の直線ライン６２、６３は中央線ｐに対して対称になる。また、進みコイル４において、表面側におけるコイルラインは、点Ｄ、点Ｅ、点Ｋを繋ぐライン（直線ライン６２と繋ぎ部７２ａ）と繋ぎ部７３ａの合計のコイルライン長（２Ｌ１＋２Ｌ３）となり、裏面側におけるコイルラインは、点Ｋ、点Ｆ、点Ｇを繋ぐライン（直線ライン６３と繋ぎ部７３ａ）と繋ぎ部７３ａの合計のコイルライン長（２Ｌ１＋２Ｌ３）となり、表裏面でコイルライン長が等しくなる。すなわち、１ターン内で表裏面のライン長が同じになる。

また、戻りコイル５も上記と同様に、コイル部６の直線ライン６６、６７が中央線ｐに対して対称になると共に、繋ぎ部７６、直線ライン６６、繋ぎ部７７、直線ライン６７において、表面側のコイルライン長（２Ｌ１＋２Ｌ３）と、裏面側のコイルライン長（２Ｌ１＋２Ｌ３）は等しくなる。これにより、進みコイル４、戻しコイル５は、両コイルの中央線ｐに関して、表裏で略同形状のコイルを形成することができる。これにより、外部磁界の影響を受け難くできる。なお、進みコイル４、戻しコイル５は、それらを平面的に表裏を透視したとき、表裏で略同形状を成せばよい。また、直線ライン６７、６６の各端を迂回する繋ぎ部７の形状は、三角形状とは限らず、矩形状、多角形状、円弧形状等であってもよい。

基板２は、基端部２ａ側における、進みコイル４及び戻しコイル５に接続線１０ａ、１０ｂを介して接続される接続端子９ａ、９ｂと、これら接続端子９ａ、９ｂから取り出される両コイルで検出された電気信号を処理する信号処理回路１１とを有する。この信号処理回路１１は、基板２上に進みコイル４、戻しコイル５とともに一体化形成され、進みコイル４と戻しコイル５が円筒状に形成される基板２の外側面に実装されている。また、基板２において、基端部２ａにおける進みコイル４の最初の巻き始めるコイル部６の直線ライン６１を線αとし、先端部２ｂにおけるコイル部６の折り返しライン６５からコイル部６のライン間隔ｄだけ離れた、線αに平行なラインを線βとして設定している。さらに、基板２は、その両端部において、基端部２ａと先端部２ｂをＵ字状に折り曲げた折り曲げ部２ｃ、２ｄをそれぞれ有する。これらの折り曲げ部２ｃ、２ｄは、進みコイル４と戻しコイル５の各コイル端における線αと線βが、それぞれ折り曲げ部２ｃ、２ｄのＵ字状の曲部にくるように折り曲げられている。

図３（ｃ）に示すように、電流センサ１は、使用状態において、基板２を環状に曲げ、基板２の両端の基端部２ａと先端部２ｂとを基板２上で接合して円筒状に形成した際に、この線αと線βを重ね合わせることにより、円筒状の円周上で進みコイル４と戻しコイル５のコイルの巻き方の連続性を保つことができるようにパターン形成している。すなわち、進みコイル４が巻き始めるコイル部６の直線ライン６１と、進みコイル４から戻しコイル５に接続する部分の折り返しライン６５とが等ピッチ間隔ｄを保って配設される。これにより、円筒状のコイルを形成したとき、円筒状コイルの全周を進みコイル４と戻しコイル５の各コイル間隔が等ピッチで形成され、全周を通してみるとコイル配置が規則正しく形成される。

接合部２０は、基板２の基端部２ａと先端部２ｂをそれぞれ固定する絶縁樹脂で形成された矩形の箱型の筺体２１と筺体２２を有する。筺体２１と筺体２２は、それぞれの筺体において、対向する平行の側壁２１ａ、２１ｂ、及び側壁２２ａ、２２ｂを持ち、側壁２１ａと側壁２２ａには、ベルト状にした基板２の基端部２ａと先端部２ｂをそれぞれ挿入する挿入孔２１ｃ、２２ｃが設けられている。また、側壁２１ｂと側壁２２ｂは、互いに接合される接触面となり、それらの各長手方向に沿って、各側壁の中間部分に開口部２１ｄ、２２ｄを備えている。これらの開口部２１ｄ、２２ｄは、筺体２１と筺体２２に挿入される基端部２ａと先端部２ｂの各折り曲げ部２ｃ、２ｄのＵ字状の部分をそれぞれの筐体外に突出させるための縦長の開口である。また、筐体２１、２２内には、基板２の基端部２ａと先端部２ｂをそれぞれ巻き付けて固定するための支持円柱２１ｅ、２１ｆ及び支持円柱２２ｅ、２２ｆが各筺体２１と筺体２２の底面（図示なし）に略直角に設けられている。

上記接合部２０において、一方の端部である基端部２ａが、筺体２１内で、信号処理回路１１を装着した状態で支持円柱２１ｅ、２１ｆにベルト状に巻き付けられて固定される。このとき、基端部２ａの折り曲げ部２ｃが、筐体２１の側壁２１ａの開口部２１ｄから僅かに筐体２１の外に突出し、先端部２ｂの折り曲げ部２ｄと接触できるように設定された後、先端部２ｂが側壁２１ａの挿入孔２１ｃを通って送出される。次に、この送出された基板２の先端部２ｂは、筐体２２の側壁２２ａの挿入孔２２ｃから筐体２２内に挿入される。この挿入された先端部２ｂは、基端部２ａと同様に、支持円柱２２ｅ、２２ｆに巻き付けられて固定され、先端部２ｂにおける折り曲げ部２ｄが、筐体２２の側壁２２ａの開口部２２ｄから僅かに筐体２２外に突出される。これにより、筐体２１と筐体２２が、側壁２１ｂと側壁２２ｂで接触する際に、先端部２ｂの折り曲げ部２ｄが基端部２ａの折り曲げ部２ｃと対向できるように設定されている。

上記接合部２０における筐体２１と筐体２２の接合方法について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。接合部２０は、筐体２１と筐体２２において、円筒形の外側における筐体２１、２２の各前面壁に、突起部２１ｇと、この突起部２１ｇに勘合する嵌合口２２ｈを持つ嵌合部２２ｇをそれぞれ備えている。電流センサ１により被測定電線５０（図３参照）の電流を測定する際、筐体２１と筐体２２は、それらの接触面となる側壁２１ｂ、側壁２２ｂ（図１参照）の間の隙間２３から被測定電線５０を円筒状コイル内に通した後、側壁２１ｂと側壁２２ｂを接触させて筐体２１と筐体２２を接合する。このとき、筐体２１と筐体２２は、筐体２１の突起部２１ｇと筐体２２の嵌合部２２ｇが互いに嵌合して固定される。したがって、筐体２１と筐体２２が、それらの側壁２１ｂと側壁２２ｂにおいて強く接合され、折り曲げ部２ｃと折り曲げ部２ｄが密着して接触される。これにより、基端部２ａの線αの位置と先端部２ｂの線βの位置を容易に精度良く一致させて接触させることができ、電流センサ１の円筒状のコイルを、進みコイル４と戻しコイル５のコイルの規則性を保持して形成することができ、外部磁界の影響を受け難くすることができる。

上記構成により、進みコイル４と戻しコイル５は、中央線ｐに関して、それぞれの略対称に形成されるので、図５（ａ）に示すように、円筒状コイルの貫通方向に対して略直角方向の外部電線６０が円筒状の電流センサのどの位置にあっても、外部電線６０に流れる電流Ｉｘで発生する外部磁界による誘起電流が、進みコイル４と戻しコイル５において略同じ大きさで、逆極性となることにより、この外部磁界の影響を低減することができる。これにより、電流センサ１の測定精度を高め、検出感度を高めることができる。

さらに、基板２の両端部を接合部２０により密着して接合することにより、円筒状のコイルがコイルの規則性を保持することができるので、被測定電線５０に平行に存在する外部電線６１による外部磁界Ｈａに対して影響を受け難くすることができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、被測定電線５０に平行に存在する外部電線６１に流れる電流Ｉｙにより発生する外部磁界Ｈａは、電流センサ１の円筒上において、２点で交差する。その交点においては、円筒外から入射する外部磁界Ｈａと、円筒内から入射する外部磁界Ｈａが、進みコイル４と戻しコイル５においてそれぞれ検出される。ここで、例えば、進みコイル４において、交差する２点で検出される外部磁界Ｈａの検出電圧をＶ１、Ｖ２とすると、検出電圧Ｖ１と検出電圧Ｖ２は、逆極性で検出されると共に、コイルの規則性、連続性により、互いに大きさが等しくなる。これにより、進みコイル４内で検出電圧Ｖ１と検出電圧Ｖ２が打消され、外部磁界Ｈａによる影響を精度良く抑制することができる。戻しコイル５においても上記と同様に外部磁界Ｈａの影響を打消すことができる。

このように、第１の実施形態の電流センサ１によれば、進みコイル４と戻しコイル５を中央線ｌａに対して略同形状にすると共に、基板２の端部の基端部２ａと先端部２ｂにそれぞれＵ字状の折り曲げ部２ｃ、２ｄを設けたことにより、これらの折り曲げ部２ｃ、２ｄで円筒状のコイル両端の線αと線βの各位置における接合を密接に精度良く行うことができる。これにより、基板２の円筒状に接合される基端部２ａのコイル端と先端部２ｂのコイル端とのコイル間隔の隙間を削減でき、接合部分におけるコイルの位置合わせの精度が良くなり、コイルの巻き方の連続性が保たれる。したがって、環状のコイルの全周に亘って、進みコイル４と戻しコイル５のコイル配置が、規則正しく、連続的に形成される。この結果、貫通方向に対して、略垂直又は平行のいずれの外部電線による外部磁界に対してもその影響を抑制することができ、不要な外部磁界の影響をより低減することができ、電流センサの測定精度が向上する。

また、この折り曲げ部２ｃ、２ｄを設けたことにより基板２の両端部の接合を容易に行うことができるので、コイル端部同士の位置を確実に合わせて接触でき、繰り返し着脱をしても、再現性が良く、接触精度を良好に維持することができる。また、折り曲げ部２ｃ、２ｄは、Ｕ字状に限らず、Ｖ字状、四角状、山形状のように折り返すような構造であって、コイルの基端部２ａと先端部２ｂの位置を合わせられればよい。

また、コイルの出力部分の直近に信号処理回路１１を配置することができるので、コイル端と信号処理回路１１との接続線１０ａ、１０ｂを短くでき、接続線１０ａ、１０ｂから入り込む不要な外部電波を少なくできるので、外来ノイズの影響を抑制でき、測定精度が向上する。

また、信号処理回路１１を円筒状コイルの外側面に位置させたことにより、信号処理回路１１を内側面に実装した場合に比較して、信号処理回路１１が円筒状コイルを貫通する被測定電線から離れることにより、電気的干渉を低減でき、被測定電線の電磁界が信号処理回路１１に及ぼす影響を低減させることができる。また、被測定電線の電磁界が回路により乱され難くなり、電流測定精度の劣化を抑制することができる。また信号処理回路１１で行う感度調整やスイッチ設定等の調整設定作業がやり易くなり、使い勝手が良くなる。

図６（ａ）乃至（ｄ）及び図７（ａ）乃至（ｃ）を参照して前記第１の実施形態の変形例を説明する。この変形例は、接合部２０において、筺体２１が嵌合用の凹部２１ｈを有し、筺体２２は、その全体がこの凹部２１ｈに嵌合する点で異なり、他は前記第１の実施形態と同じである。なお、図６においては、筐体２１、２２の上面を開放した状態を示し、図７においては、筐体２１、２２の上面を塞いだ状態を示す。

本実施形態の電流センサ１において、筺体２１は、接触面となる側壁２１ｂの一部を凹ませて筺体２１を嵌合させるように凹部２１ｈが形成され、凹部２１ｈは、その内部の円筒状コイル側の側面に小凹部２１ｉを設けている。筺体２２には、その外部の円筒状コイル側の側面に小凸部２２ｉを設けている。筺体２２は、筺体２１に挿入されたとき、筐体２１内部の小凹部２１ｉに筺体２１の小凸部２２ｉが引っ掛かり、これにより筺体２２が筺体２１に固定され、両者が密着して接続されるようになっている。また、筐体２１において、凹部２１ｈ内の小凹部２１ｉ側と反対側の側面には、基端部２ａの線α部分が突出できる開口部２１ｄが設け、筐体２２においては、筐体２２外側の小凸部２２ｉ側と反対側の側面には、先端部２ｂの線β部分が突出できる開口部２２ｄが設けられている。

上記構成において、基端部２ａが支持円柱２１ｅ、２１ｆに巻き付けられて固定される。このとき、基端部２ａの折り曲げ部２ｃが、筐体２１の側壁２１ａの開口部２１ｄから僅かに筐体２１の外に突出し、先端部２ｂの折り曲げ部２ｄと接触できるように設定され、先端部２ｂが側壁２１ａの挿入孔２１ｃを通って送出される。次に、この送出された基板２の先端部２ｂは、筐体２２の側壁２２ａの挿入孔２２ｃから筐体２２内に挿入される。この挿入された先端部２ｂは、基端部２ａと同様に、支持円柱２２ｅ、２２ｆに巻き付けられて固定され、先端部２ｂにおける折り曲げ部２ｄが、筐体２２の側壁２２ｂの開口部２２ｄから僅かに筐体２２外に突出し、基端部２ａの折り曲げ部２ｃと対向して接触できるように設定される。

このように、上記構成の電流センサ１は、筐体２１の中に筐体２２が入り込むことにより、接合部２０における筐体２１と筐体２２の接続をより強固にでき、コイル端の接触性が良くなると共に、コンパクトにできる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電流センサについて、図８（ａ）乃至（ｃ）及び図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の電流センサ１は、進みコイル４と戻しコイル５の任意の場所で、進みコイル４から戻しコイル５へ折り返し接続できるように各コイルに接続部１２を設け、各コイルの接続部間を短絡する短絡部１３を、さらに備え、基板２の両端を接合する接合部（筐体部）２０を１つの筐体２４で形成し、この筐体２４内に基板２をベルト状に丸めて挿入して重ねることにより、自動的に接続部１２と短絡部１３を短絡させる点で異なり、他は前記第１の実施形態と同様である。

本実施形態の電流センサ１は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、進みコイル４と戻しコイル５が形成された基板２の両端を接続する一つの筐体２４よりなる接合部２０を備え、筐体２４は、矩形の箱型を成し絶縁樹脂で形成されている。

接合部２０の筐体２４は、その矩形の短手方向の向い合う両側面にそれぞれ設けられた基板２の端部が挿入される挿入孔２４ａ、挿入孔２４ｂと、円筒状コイルの外面側における筐体２４の長手方向の前面に設けられた基板２の先端部２ｂを引き出す引出孔２４ｃと、基板２の先端部２ｂを筐体２４外に引き出す引出孔２４ｃにガイドするガイド部２４ｄとを備える。また、筐体２４は、その内に挿入される基板２をベルト状に巻き止めて支持する支持円柱２４ｅ、２４ｆ、２４ｇを有する。これら支持円柱２４ｅ、２４ｆ、２４ｇは、平面的に見て、支持円柱２４ｅを頂点とする二等辺三角形の各頂点に位置する。また、支持円柱２４ｅと支持円柱２４ｆ、２４ｇとの間隔は、基板２が２重に重なって通れる程度の距離幅である。また、基板２の基端部２ａにおいては、Ｕ字状の折り曲げ部２ｅとなる部分に進みコイル４と戻しコイル５の接続部１２（後述）を短絡する短絡部１３がベタパターンで形成され、先端部２ｂにおいては、折り曲げ部２ｆとなる部分に、短絡される接続部１２ａ、１２ｂのパターンが形成されている。

上記接合部２０において、ベルト状の基板２の一方の端部である基端部２ａは、筺体２４内で、信号処理回路１１を装着した状態で支持円柱２４ｅに巻き付けられる。さらに、基端部２ａは、その折り曲げ部２ｅのＵ字状の曲部が、支持円柱２４ｅ表面の筐体２４の長手方向に直角となる直径ラインｕ上にくるように配設されて、基板２の他端の先端部２ｂが、短手方向の対向する一方の側面における挿入孔２４ａを通って送出される。この送出された先端部２ｂは、筐体２４における短手方向の対向する他方の側面における挿入孔２４ｂから筐体２４内に挿入される。

この挿入された先端部２ｂは、支持円柱２４ｅと支持円柱２４ｆ、２４ｇの間を通り、ガイド部２４ｄに導かれて引出孔２４ｃから引き出される。このとき、先端部２ｂの折り曲げ部２ｆのＵ字状の曲部は、直径ラインｕ上に位置するように支持円柱２４ｆ、２４ｇにより支持円柱２４ｅに押付けられ、既に支持円柱２４ｅに巻かれている基端部２ａの折り曲げ部２ｅに密着して重なるように接触される。この接触により、折り曲げ部２ｆに形成された進みコイル４と戻しコイル５の接続用の接続部１２ａ、１２ｂのパターンが、折り曲げ部２ｅのベタパターンと密着することにより両コイルが短絡される。

ここで、接合される基板２上の進みコイル４と戻しコイル５のパターン構成について説明する。図９（ａ）に示すように、進みコイル４と戻しコイル５には、それらのコイルパターンの任意の場所におけるスルーホール８ｂ、８ｃの表裏両面又は表裏いずれかの面の周辺に、それらの導体膜ランドを大きくした短絡用パターンからなる接続部１２（１２ａ、１２ｂ）がそれぞれ設けられている。さらに、基板２上の基端部２ａの空きスペースには、厚さが一様な導体のベタパターンで形成された短絡部１３が設けられている。接続部１２（１２ａ、１２ｂ）は、接続する進みコイル４と戻しコイル５において、例えば、進みコイル４のコイル部６の直線ライン上のスルーホール８ｂと、直線ラインの延長線上にある繋ぎ部７のスルーホール８ｃに形成される。ここでは、例えば、１ターンのコイル間隔ｗだけ離れた直線ライン６ａ、６ｅの端部に、接続部１２（１２ａ、１２ｂ）を形成している。

一方、短絡部１３は、長手方向の横幅Ｓ１、短手方向の縦幅Ｓ２とするフレキブルな導体の矩形のベタパターンからなり、横幅Ｓ１は、少なくともコイル間隔ｗ以上の幅を持ち、縦幅Ｓ２は、スルーホール８ｂ、８ｃの接続部１２ａ、１２ｂ間の幅ｄｓ以上の幅を持つ。

上記のパターン構成により、電流センサ１は、図９（ｂ）に示すように、基板２をコイルの巻き方向（中央線に平行な方向）に円筒状に丸めたときに、短絡部１３は、進みコイル４と戻しコイル５の各接続部１２ａ、１２ｂ上に重なった重なり部分（短絡部の重なり予想部分）１３ａで接続部１２ａ、１２ｂ間を電気的に短絡させることができる。このとき、基板２を重ねて圧接させる挟み部１４を設けることにより、短絡部１３を接続部１２ａ、１２ｂの短絡したい場所に自由に固定することができる。この挟み部１４は、図８では、支持円柱２４ｅ、２４ｆ、２４ｇがこの役割を果たす。また、短絡部１３のベタパターンの横幅Ｓ１は、信頼性のために２ｗ以上の幅であることが望ましい。なお、この図９（ａ）、（ｂ）に示した基板２の構成では、短絡部１３のベタパターンと接続部１２ａ、１２ｂの接触の説明上、基板２上の信号処理回路１１を省略している。この信号処理回路１１の装着例は、図８（ｃ）に示すように、ベルト状の基板２の円筒状の内面側の基端部２ａに信号処理回路１１と短絡部１３を設け、先端部２ｂ側に接続部１２を設けて、基端部２ａを円筒状の外側に折り曲げることにより、接続部１２と短絡部１３を重ねて接触させるように形成している。

このように、第２の実施形態の電流センサ１によれば、進みコイル４と戻しコイル５の形成された基板２は、接合部２０の１つの筐体２４内で挿入孔２４ａ、挿入孔２４ｂ、引出孔２４ｃでガイドされる簡単な挿入操作により取り付けられるので、円筒状に形成する基板２の取り付けの使い勝手が良い。また、基板２を円筒状に丸めて両端部を接合部２０に挿入して固定したときに、進みコイル４と戻しコイル５の各接続部１２間が短絡部１３のパターンにより自動的に接触されるので、接続部間の短絡作業を必要とせず、任意の長さに設定できる円筒状コイルを簡単に形成することができる。これにより、被測定電線（貫通電線）の周辺を円筒状に取り巻いて基板２の両端を接合するだけで測定が可能となり、円筒状コイルの貫通径を被測定電線に応じて変えることができ使い勝手が良い。

また、電流センサを被測定電線に設置する際に、必要以上に円筒状コイルの貫通径を大きくすることがなくなり、貫通径を小さくして外部磁界の影響を極力抑制することができると共に、全体をコンパクトにできる。また、この筐体２４内における挿入操作において、折り曲げ部２ｃ、２ｄ間の接触部分の位置決めを容易に行えるので、短絡させる接続部間の接触位置精度が向上する。また、接続部１２の短絡用パターンは、導体膜で精度良く形成できるので、進みコイル４と戻しコイル５の短絡すべき接続部１２の位置精度がさらに良くなり、進みコイル４と戻しコイル５のコイルパターンの規則性、連続性が保持され、外部磁界の影響をより受け難くすることができる。また、ベタパターンをコイルと同じ基板２上に設けたことにより、短絡部１３を容易に安価に構成できる。

さらに、図１０に示すように、基板２の両端部を接合部２０の１つの筐体２４内で接続して、円筒状のコイルを形成するので、先端部２ｂの引出孔２４ｃから引き出された部分は不要となる。したがって、この基板２の不要部分２ｇを切断して、切り離すことができる。これにより、小型、コンパクトになり、電流測定において設置場所が少なくで済み、さらに使い勝手が良くなる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る電流センサについて、図１１（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。本実施形態の電流センサ１は、進みコイル４と戻しコイル５の接続部間を短絡する短絡部が、接合部（筐体部）に設けられた短絡用の導電部材で形成された点で異なり、他は前記第２の実施形態と同様である。なお、図１１（ａ）、（ｂ）は、説明上、筐体２４の一部の側壁部を外した状態で示している。

電流センサ１において、接合部２０は、筐体２４内に短絡部１３を備え、この短絡部１３は、支持円柱２４ｆ、２４ｇ間の支持円柱２４ｅに接近した位置に、これら支持円柱に平行に筐体２４の底面２４ｈに立設する三角柱２５で構成される。三角柱２５は、絶縁樹脂で成形されて形成され、その３つの側面の内、２側面は導体膜２５ａで覆われている。そして、この三角柱２５は、支持円柱２４ｅに巻かれた基端部２ａに重なるように支持円柱２４ｆ、２４ｇで押されて接触している先端部２ｂを、さらに押圧して、進みコイル４と戻しコイル５の接続部１２（図９参照）間を短絡する。これにより、各コイルの接続部１２間を、筐体２４に設けられた導電性の三角柱２５の短絡部１３により、強く接触することができるので、接続部１２間の接触信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、基板の両端にコイル端がくるコイル構成、又はパターン構成であれば、どのような円筒状の電流センサにでも適用でき、コイル形状、コイルパターン形状は問わない。

本発明の第１の実施形態に係る電流センサの斜視図。 同センサの平面図。 （ａ）は上記電流センサのコイルパターンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）の電流センサの使用状態を示す図。 （ａ）は上記電流センサの接合部の開放状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の接合部の接合後の状態を示す斜視図。 （ａ）は上記電流センサの外部磁界の影響を説明する図、（ｂ）は（ａ）の平面図。 （ａ）は本発明の第１の実施形態の変形例に係る電流センサの斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の後方斜視図、（ｄ）は（ｂ）のＢ部の拡大図。 （ａ）は、図６（ａ）において各筐体を密閉した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）の後方斜視図、（ｃ）は（ａ）の接合部を接合した後の状態を示す斜視図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る電流センサの斜視図、（ｂ）は（ａ）の接合部の平面図、（ｃ）は（ａ）において接合部を装着する前の電流センサの斜視図。 （ａ）は上記電流センサのコイルパターンの平面図、（ｂ）は（ａ）の基板を円筒状に丸めた状態を示す図。 上記電流センサの基板の余分な部分を切り取った状態を示す図。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る電流センサの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大図、（ｃ）は同センサの接合部の平面図。 （ａ）は従来の電流センサの平面図、（ｂ）は同センサを円筒状にした使用状態を示す図。

符号の説明

１ 電流センサ
２ 基材
２ａ 基端部
２ｂ 先端部
２ｃ、２ｄ 折り曲げ部
４ 進みコイル
５ 戻しコイル
６ コイル部
７ 繋ぎ部
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ スルーホール
９ａ、９ｂ 接続端子
１１ 信号処理回路
１２、１２ａ、１２ｂ 接続部（短絡用パターン）
１３ 短絡部（ベタパターン）
２０ 接合部（筐体部）
２１ｃ、２２ｃ、２４ａ、２４ｂ 挿入孔
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８ 直線ライン（コイル部）
７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９ 繋ぎ部

Claims (9)

1. 可撓性を有する合成樹脂製の基材の表裏面に亘って連続する導体によってコイルを形成してなり、前記導体は、前記基材の基端部の一方の接続端子から該基材の表裏面を交互にコイルを形成するように巻き進む巻き進みコイルと、この巻き進みコイルの終端にて折り返し前記基材の先端部から基端部に向けて前記基材の表裏を交互にコイルを形成するように巻き戻し基端部の他方の接続端子に接続される巻き戻しコイルと、を形成してなる電流センサにおいて、
   前記基材は、そのいずれか一方又は両方の端部をＵ字状に折り曲げた折り曲げ部を有し、
   前記基材の両端における前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの各コイル端が、それらのいずれか又は両方が前記折り曲げ部のＵ字状の曲部にくるように配設されて互いに接触し、前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルを円筒状に形成したことを特徴とする電流センサ。
2. 前記導体は、導体膜によって形成され、前記基材の表裏面間を繋ぐスルーホールを通して表面側と裏面側とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの任意の場所で、前記巻き進みコイルから巻き戻しコイルへ折り返し接続できるように前記各コイルに接続部を設け、
   前記各コイルの接続部間を短絡する短絡部を、さらに備え、
   前記基材をコイルの巻き方向に円筒状に丸めたときに、前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルの各接続部間を前記短絡部で短絡させることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルの各接続部は、それらのコイルパターンに短絡用パターンをそれぞれ備えたことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記短絡部は、前記基材の一部に形成された導体の厚さが一様なベタパターンで構成されたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記基材を円筒状に固定する筐体部を、さらに備え、
   前記短絡部は、前記筐体部に設けられた短絡用の導電部材で形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電流センサ。
7. 前記筐体部は、前記基材の端部を挿入する挿入穴を有し、前記基材の端部を該挿入孔に挿入して、該基材を固定することを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルにおける接続端子近傍に、前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルで検出された電気信号を処理する信号処理回路を形成し、前記基材上に前記巻き進みコイルと巻き戻しコイルと前記信号処理回路を一体化した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センサ。
9. 前記信号処理回路は、円筒状に形成された前記巻き進みコイル及び巻き戻しコイルの該円筒状の外側面に実装されていることを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。