JP4965402B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、家庭用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。 The present invention relates to a current sensor for measuring a current flowing through a branch circuit or the like of a domestic distribution board.
一般に、送変電機器や家庭用分電盤等の電線に通電される交流電流量を非接触で測定するための電流センサとして、被測定電線をセンサ内に貫通させて測定する貫通型の電流センサが多く用いられている。 Generally, as a current sensor for non-contact measurement of the amount of alternating current that is passed through wires such as power transmission / transformation equipment and household distribution boards, there is a through-type current sensor that measures the measured wire by passing it through the sensor. Many are used.
このような電流センサは、被測定電線からの誘導電流を検出する検出コイルを含めた導体長が外部電波の波長の略1/10以上である場合には、その波長の外部電波を受信し易くなる。例えば、電流センサの導体長が数10cmであれば、電流センサは、100MHz前後の高周波の不要外部磁界を受信することが可能である。この場合、通常、電流センサは、このような高周波電波の不要外部磁界を検出コイルで検出しても、後段の検出電流信号を処理する電流検出回路で高周波成分が取り除かれるので、その影響は殆どない。しかし、例えば、高周波電波がバースト周期等で発生し、このバースト周期に50/60Hz又はそれに近い成分があると、このバースト周期の電波は、電流検出回路の非線形部分で略包絡線検波され、この検波された包絡線は、50/60Hzの成分を持つ場合がある。この場合、電流センサの電流検出値は、被測定電線を流れる測定対象の交流電源の100Vライン(50/60Hz)からの電流検出値に、高周波の不要外部磁界による50/60Hzの電流検出値が加わることになる。このため、電流センサの電流検出値の誤差が増加し、電流測定精度が劣化することがあった。 Such a current sensor is easy to receive an external radio wave of that wavelength when the conductor length including the detection coil for detecting the induced current from the electric wire to be measured is approximately 1/10 or more of the wavelength of the external radio wave. Become. For example, if the conductor length of the current sensor is several tens of centimeters, the current sensor can receive a high-frequency unnecessary external magnetic field of around 100 MHz. In this case, even if the current sensor normally detects such an unnecessary external magnetic field of the high-frequency radio wave with the detection coil, the high-frequency component is removed by the current detection circuit that processes the detection current signal at the subsequent stage, so that the influence is almost not. Absent. However, for example, when a high frequency radio wave is generated in a burst cycle, and there is a component of 50/60 Hz or close to this burst cycle, the radio wave of this burst cycle is substantially envelope-detected by a non-linear part of the current detection circuit. The detected envelope may have a 50/60 Hz component. In this case, the current detection value of the current sensor is equal to the current detection value from the 100 V line (50/60 Hz) of the AC power supply to be measured flowing through the wire to be measured, and the current detection value of 50/60 Hz due to a high frequency unnecessary external magnetic field. Will join. For this reason, the error of the current detection value of the current sensor increases, and the current measurement accuracy may deteriorate.
ところで、このような不要外部磁界による影響を抑制するために、交流電流検出用コイルにロゴスキーコイルを用いた電流センサが知られている。例えば、絶縁性基板の表裏両面に形成された複数の放射状ラインをスルーホールにより連続接続してトロイダルコイルを形成し、このトロイダルコイルを巻き進みコイルと巻き戻しコイルとに二重形成した交流電流検出用コイルが知られている(例えば、特許文献1参照)。この交流電流検出用コイルは、交流電流の微小電流を検出することができると共に、表裏のコイル形状を対称にして、検出される不要外部磁界の相殺をして電流測定精度を高めている。また、絶縁性基板のコイルパターンの施していない空きスペースに、電気的に同電位となるパターンを施し、静電ノイズによる影響を軽減して、ノイズ特性を改善している。しかし、このコイルは、放射状ライン部分がシールドされていないため、高周波の不要外部磁界の影響を受け易くなる場合があった。
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、電流が流れる導体を貫通させるための開口を形成した交流電流検出用コイルを有する電流センサにおいて、不要外部磁界による影響を軽減し、電流測定精度をより高めることができる小型の電流センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the influence of an unnecessary external magnetic field in a current sensor having an alternating current detection coil in which an opening for passing a conductor through which a current flows is formed. An object of the present invention is to provide a small current sensor that can further improve the accuracy of current measurement.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、電流が流れる導体を貫通させるための開口を絶縁性基板に形成するとともに、該開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された導体箔よりなる複数の放射状ラインを有し、この放射状ラインの両端部でそれぞれ前記表裏の放射状ラインを電気的に連続して接続するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを巻き進み方向と巻き戻し方向とに二重形成して連続接続してなる交流電流検出用コイルを備えた電流センサであって、前記交流電流検出用コイルの表面を、絶縁しつつ覆う非磁性導体を有したシールド部と、前記シールド部に接続されるとともに接地されているグランドと、前記検出用コイルの導体箔に接続されている信号入力端と、を有している信号処理回路と、をさらに備え、前記絶縁性基板と前記シールド部とが、多層構造のプリント基板を形成しており、検出用コイルの導体箔と信号処理回路の信号入力端子とが、前記多層構造のプリント基板内部のみを通って接続されている、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記プリント基板の絶縁された導体箔間は、該プリント基板を厚さ方向に貫く貫通スルーホールにより接続するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the alternating current detecting coil according to the first aspect, the insulated conductor foils of the printed board are connected by a through-through hole penetrating the printed board in the thickness direction. .
請求項3の発明は、請求項1に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記放射状ラインを前記プリント基板の内層の導体箔の任意の2層に形成すると共に、この2層の放射状ラインの端部を該2層間の絶縁性基板を厚さ方向に貫通し、前記プリント基板の表裏両面を厚さ方向に貫通しない非貫通スルーホールにより接続し、前記シールド部を、前記プリント基板の放射状ラインが形成された前記2層の外側の任意の層に設けたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the coil for detecting an alternating current according to the first aspect, the radial lines are formed on any two layers of the conductive foil on the inner layer of the printed circuit board, and the ends of the radial lines of the two layers are formed. The insulating layer between the two layers is penetrated in the thickness direction, the front and back surfaces of the printed board are connected by non-through holes that do not penetrate in the thickness direction, and the shield part is connected to a radial line of the printed board. It is provided in an arbitrary layer outside the formed two layers.
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記シールド部は、前記プリント基板の絶縁性基板に形成される開口の内周面を覆うように形成されたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the AC current detection coil according to any one of the first to third aspects, the shield portion covers an inner peripheral surface of an opening formed in the insulating substrate of the printed circuit board. It is formed as follows.
請求項1の発明によれば、プリント基板のシールド部により、交流電流検出用コイルの表面の略全面を覆ってシールドすることができるので、高周波ノイズを含む不要外部磁界に対する遮蔽効果が向上し、不要外部磁界の影響をより低減でき、安定した高精度の電流検出を行うことができる。また、絶縁性基板とシールド部がプリント基板に一体に形成されることにより、薄型化できると共に、製造工程を簡素化でき、製造コストを削減することができる。また、交流電流検出用コイルで検出された誘導磁界がシールド部に集中することを無くすことができるので、電流検出感度の低下を抑制することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、スルーホールの加工工程に、通常使用されるプリント基板の製造工程を使用できるので、製造コストを低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, a manufacturing process of a printed circuit board that is normally used can be used for the through hole processing process, so that the manufacturing cost can be reduced.
請求項3の発明によれば、2層間の放射状ラインを接続するスルーホールの端部が、プリント基板の表裏面のシールド部を貫通して外部に現れないので、プリント基板内に形成されれた交流電流検出用コイルのシールド効果が高まり、不要外部磁界の影響をより低減することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、プリント基板の開口の内周面から入ってくる不要外部磁界の低減を図ることができるので、不要外部磁界の影響をさらに低減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to reduce the unnecessary external magnetic field that enters from the inner peripheral surface of the opening of the printed circuit board, so that the influence of the unnecessary external magnetic field can be further reduced.
以下、本発明の第1の実施形態に係る電流センサ1について、図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3において、本実施形態の電流センサ1は、多層構造のプリント基板2と、プリント基板2に形成された開口3の回りに形成された交流電流検出用コイル4(以下、検出用コイルという)と、検出用コイル4をシールドするシールド部5と、検出用コイル4の検出電流の信号処理を行う信号処理回路6とを備える。
Hereinafter, a
プリント基板2は、4層の導体箔がそれぞれ絶縁性基板21、22、23で絶縁されて積層された4層構造からなる。プリント基板2の表裏両面の第1層目、4層目の各導体箔は、非磁性導体の金属箔(例えば、銅箔)からなり、これら導体箔は、それぞれプリント基板2を表裏両面から覆うシールド部5のシールド層5a、5bとなっている。また、プリント基板2の内層の第2層目、3層目の導体箔24、25は、これらを絶縁する絶縁性基板22の表裏に配設され、検出用コイル4を構成する。また、プリント基板2の表面側には、信号処理回路6が形成され、信号処理回路6には、接続ライン46を介して検出用コイル4の検出電流出力が入力される。また、プリント基板2の各導体箔間の接地は、プリント基板2の表裏両面をその厚さ方向に貫通する貫通スルーホール8により行われる。
The printed
開口3は、電流が流れる被測定電線(導体)を貫通させるためのプリント基板2に形成された略円形の貫通孔である。この開口3の周囲には、開口3を貫通する被測定電線に流れる交流電流を検出するための検出用コイル4が形成される。
The
検出用コイル4は、絶縁性基板22の開口3の周囲の表裏両面の導体箔24、25に放射状に形成された複数の放射状ライン41と、これら放射状ライン41の両端部に形成され絶縁性基板22をその厚さ方向に貫通するスルーホール7とを備える。このスルーホール7は、絶縁性基板22を貫通すると共に、プリント基板2の表裏両面をその厚さ方向に貫通する貫通スルーホール7a、7b、7cよりなる。この貫通スルーホール7a、7b、7cにより、絶縁性基板22の表裏両面の放射状ライン41がその端部で互いに電気的に連続して接続され、トロイダルコイル42が形成される。このトロイダルコイル42は、絶縁性基板22で巻き進み方向の巻き進みコイル43と巻き戻し方向の巻き戻しコイル44とに二重形成され、これら巻き進みコイル43と巻き進みコイル43を連続接続することにより、検出用コイル4が構成される。この検出用コイル4により、開口3を貫通する被測定導体を流れる電流の検出電流は、両コイル43、44に発生する各誘導電流の和となり、全コイルの巻き数に比例した誘導電流が得られ、不要外部磁界に対しては、両コイル43、44で検出される誘導電流の差が検出される。
The
また、この巻き進みコイル43と巻き戻しコイル44のそれぞれの隣接する放射状ライン41は、図4に示すように、絶縁性基板22の表裏で互いの接触を避けるように引き回し形成された接続部45より接続される。この接続により、絶縁性基板22の表裏上に平面的にトロイダルコイル42を二重形成することができ、巻き進みコイル43と巻き戻しコイル44とを形成することができる。また、接続部45は、複数の放射状ライン41の開口3と反対側の端部側にあって、開口3の略同心円上に等ピッチ間隔で絶縁性基板22の表裏面に設けられ、放射状ライン41が絶縁性基板22の表裏で同一形状であると共に、表裏における接続部45も同一形状にされている。これにより、巻き進みコイル43と巻き戻しコイル44間における外部磁界の相殺精度を向上し、外部磁界の影響を少なくして、電流測定精度を高めている。
Further, as shown in FIG. 4, the adjacent
また、検出用コイル4で検出された検出電流信号は、接続ライン46を介して信号処理回路6に伝送され、信号処理回路6により増幅及び信号処理されて、測定電流値となって出力される。この信号処理回路6は、検出用コイル4と同一プリント基板2上に一体化されているので、小型でコンパクトにできる。また、検出用コイル4と信号処理回路6とが接近して配置されるので、接続ライン46を短くなり、接続ライン46で不要外部磁界を受け難くなる。
The detection current signal detected by the
また、図5に示すように、プリント基板2の導体箔24、25に形成された検出用コイル4の放射状ライン41と接続部45は、プリント基板2の表裏面のシールド層5a、5bを貫通する貫通スルーホール7a、7b、7で接続され、検出用コイル4を形成する。また、シールド部5のシールド層5a、5b間は、プリント基板2の表裏両面を貫通するスルーホール8により互いに接地接続されている。また、検出用コイル4で検出した検出電流は、プリント基板2内で検出用コイル4の出力端に接続される接続ライン46と、接続ライン46に接続される貫通スルーホール11を介してプリント基板2上の信号処理回路6に入力される。従って、検出用コイル4により、プリント基板2の開口3を貫通する導体20を流れる電流を検出して、信号処理回路6より電流測定値を取り出すことができる。また、信号処理回路6のグランドとシールド部5とは、互いに接続され接地される。
Further, as shown in FIG. 5, the
ここで、プリント基板2内に形成された検出用コイル4は、プリント基板2の表裏両面の第1及び第4層の導体箔からなるシールド部5(5a、5b)で覆われている。このシールド部5は、検出用コイル4と同一のプリント基板2に形成され、検出用コイル4の表裏面を絶縁性基板21、23で絶縁し、これら絶縁性基板21、23の外部側をそれらに平面的に密着して覆うことができる。これにより、検出用コイル4の放射ライン41の表面を一様にシールドすることができるので、放射ライン41に対する遮蔽効果が大きくなり、放射ライン41で受かる高周波ノイズを含む不要外部磁界を抑制することができる。また、このシールド部5は、信号処理回路6のグランドと接地されるので、信号処理回路6の接地面が広くなり回路動作が安定する。
Here, the
このように、本実施形態の電流センサ1によれば、プリント基板2に形成されたシールド部5により、検出用コイル4の表面の略全面を覆ってシールドすることができるので、放射状ライン41等で受信される高周波ノイズを含む不要外部磁界に対する遮蔽効果が向上し、不要外部磁界の影響をより低減でき、安定した高精度の電流検出を行うことができる。また、絶縁性基板21乃至23とシールド部5が多層構造のプリント基板2に一体に形成されることにより、薄型化できると共に、製造工程を簡素化でき、製造コストを削減することができる。また、非磁性導体を有するシールド部5によるシールドにより、検出用コイルで検出した導体20に流れる電流からの誘導磁界がシールド部5に集中することを無くすことができ、電流検出感度の低下を抑制することができる。
As described above, according to the
また、プリント基板2を貫通するスルーホールを、貫通スルーホール7a、7b、7c、8、11のように、プリント基板2の表裏両面を貫通する貫通スルーホールとしたことにより、全てのスルーホールの加工工程に、通常使用されるプリント基板2の製造工程を使用できるので、製造コストをさらに低減することができる。
Further, the through holes penetrating the printed
次に、本発明の第2の実施形態に係る電流センサ1について、図6乃至図9を参照して説明する。本実施形態の電流センサ1は、絶縁性基板22の表裏両面の放射状ライン41の接続を絶縁性基板22を厚さ方向に貫通し、プリント基板2の表裏両面を厚さ方向に貫通しない非貫通スルーホール7d、7e、7fにより接続した点で異なり、その他の構成は、前記実施形態と同様である。
Next, a
本実施形態の電流センサ1において、絶縁性基板22の表裏両面の放射状ライン41が接続されるスルーホール7は、絶縁性基板22の厚さ方向にのみ貫通して、プリント基板2の表裏両面の厚さ方向に貫通しない非貫通スルーホール7d、7e、7fにより形成される。このため、シールド部5(5a、5b)には、非貫通スルーホール7d、7e、7fに対応する貫通孔が塞がれて無くなり、シールド部5の電磁的遮蔽性が良くなる。
In the
このように、本実施形態の電流センサ1によれば、検出用コイル1が導体箔24、25の2層間の放射状ライン41をプリント基板2の表裏両面を貫通しない非貫通スルーホール7d、7e、7fにより接続されるので、非貫通スルーホール7d、7e、7fの両端部がプリント基板2の表面に現れなくなり、検出用コイル4は、その表裏面で外部空間とより強く遮蔽される。これにより、シールド部5による不要外部磁界に対する遮蔽効果がさらに向上し、電流測定精度をさらに高めることができる。
Thus, according to the
次に、本発明の第3の実施形態に係る電流センサ1について、図10及び図11を参照して説明する。本実施形態の電流センサ1は、シールド部5がプリント基板2の開口3の内周面12を覆うように形成されたものであり、その他の構成は、前記第1の実施形態と同様である。
Next, a
本実施形態の電流センサ1によれば、プリント基板2の開口3の内周面12がシールド部5(5c)によりシールドされることにより、プリント基板2の内周面12から検出用コイル4内に入ってくる不要外部磁界を低減することができる。これにより、不要外部磁界の影響をさらに抑制でき、電流測定精度をより高めることができる。
According to the
次に、本発明の第4の実施形態に係る電流センサ1について、図12を参照して説明する。本実施形態の電流センサ1は、電流センサ1を覆うシールドケース30を備えたものであり、その他の構成は、前記第1の実施形態と同様である。
Next, a
シールドケース30は、プリント基板2を収納する絶縁体樹脂などの成型により形成された凹形の筺体31と、筺体31の蓋となる蓋部32と、プリント基板2の開口3と略同心円の貫通開口3aとを備える。また、筺体31及び蓋部32の各内面は、それぞれ非磁性導体部材を塗装又はメッキしたシールド面31a、32aで覆われている。貫通開口3aは、筺体31と蓋部32を貫通してシールドケース30を貫通する開口である。電流センサ1は、この貫通開口3aに被測定導体20を貫通させることにより、シールドケース30で覆われた状態で、被測定導体20に流れる電流を検出することができる。このように、電流センサ1は、シールドケース30で覆われたことにより、電磁的遮蔽の密閉度が向上し、不要外部磁界に対する遮蔽効果が上がり、電流測定精度をより高めることができる。
The
なお、本発明は上記各種の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。上述した各種実施形態では、電流センサを4層の多層構造のプリント基板を用いて形成した場合について説明したが、4層以上の多層構造のプリント基板を用いて形成することもできる。 In addition, this invention is not limited to the structure of said various embodiment, A various deformation | transformation is possible suitably in the range which does not change the meaning of invention. In the various embodiments described above, the case where the current sensor is formed using a printed circuit board having a multilayer structure of four layers has been described. However, the current sensor may be formed using a printed circuit board having a multilayer structure of four layers or more.
1 交流電流検出用コイル
2 プリント基板(絶縁性基板)
3 開口
4 交流電流検出用コイル
5、5a、5b シールド部(導体箔)
7 スルーホール
7a、7b、7c、8 貫通スルーホール
7d、7e、7f 非貫通スルーホール
12 内周面
20 電線(導体)
21、22、23 絶縁性基板
24、25 導体箔
41 放射状ライン
42 トロイダルコイル
43 巻き進みコイル
44 巻き戻しコイル
1 Coil for detecting AC current 2 Printed circuit board (insulating board)
3
7 through-
21, 22, 23 Insulating
Claims (4)
前記交流電流検出用コイルの表面を、絶縁しつつ覆う非磁性導体を有したシールド部と、
前記シールド部に接続されるとともに接地されているグランドと、前記検出用コイルの導体箔に接続されている信号入力端と、を有している信号処理回路と、をさらに備え、
前記絶縁性基板と前記シールド部とが、多層構造のプリント基板を形成しており、検出用コイルの導体箔と信号処理回路の信号入力端子とが、前記多層構造のプリント基板内部のみを通って接続されている、ことを特徴とする電流センサ。 An opening for penetrating a conductor through which a current flows is formed in an insulating substrate, and has a plurality of radial lines made of conductive foil formed radially on both front and back sides of the opening, and both ends of the radial line And a toroidal coil for continuously connecting the radial lines on the front and back sides, and an alternating current detecting coil formed by continuously connecting the toroidal coil in a winding direction and a rewinding direction. A current sensor comprising:
A shield part having a nonmagnetic conductor covering the surface of the alternating current detection coil while insulating;
A signal processing circuit having a ground connected to the shield part and grounded, and a signal input terminal connected to a conductor foil of the detection coil;
The insulating substrate and the shield portion form a multilayer printed circuit board, and the conductive foil of the detection coil and the signal input terminal of the signal processing circuit pass only inside the multilayer printed circuit board. A current sensor which is connected .
前記シールド部を、前記プリント基板の放射状ラインが形成された前記2層の外側の任意の層に設けたことを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。 The radial lines are formed in any two layers of the conductive foil on the inner layer of the printed board, and the ends of the two layers of radial lines penetrate the insulating board between the two layers in the thickness direction, and the printed board Connect both front and back sides of the through-holes that do not penetrate in the thickness direction.
The current sensor according to claim 1, wherein the shield portion is provided in an arbitrary layer outside the two layers where the radial lines of the printed circuit board are formed.
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