JP4995683B2 - 電流・電圧検出用プリント基板および電流・電圧検出器 - Google Patents
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Description
この図34に示すように、電流検出器80、電圧検出器90をインピーダンス整合装置内の整合回路67と出力端63bとの間の電力伝送用導電体68の途中に設けて、インピーダンス整合装置の出力端63bにおける電流、電圧を検出することもある。
図35において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1’の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだE部分)を拡大した概略図であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1’の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
図36において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2’の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだF部分)を拡大した概略図であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1’の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
図37において、同図(a)は、電流・電圧検出器3cを立体的に示した概略の外観図であり、同図(b)は、導電体製の筐体の側面から見た概略の外観図であり、同図(c)は、同図(b)の筐体を取り除いた場合の図である。
この図39に示すように、電流検出用プリント基板1’および電圧検出用プリント基板2’を用いた電流・電圧検出器3cでは、構造上、電力伝送用導電体66の軸方向に対して、少しではあるが、電流検出用プリント基板1’と電圧検出用プリント基板2’とが離れてしまう。すなわち、電流検出用プリント基板1’の電流検出点と電圧検出用プリント基板2’の電圧検出点との距離が離れていることを示している。
ところが、当然ながら、検出した電流と電圧とから求められる両者の位相差、電流の振幅検出値、および電圧の振幅検出値の観点から考えると、電流検出点と電圧検出点が近い方が好ましい。
交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出するための電流・電圧検出用プリント基板であって、
基板に設けた切欠部と、
前記切欠部の周囲に配置された電圧検出を行うための第1配線と、
前記第1配線の外側に配置され、スルーホールによって形成された遮蔽部と、
前記遮蔽部の外側に配置された電流検出を行うための第2配線と、
を備えたことを特徴としている。
前記遮蔽部は、複数のスルーホールを略半円形に配置することによって形成されていることを特徴としている。
前記遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に、少なくとも2重に配置することによって形成されていることを特徴としている。
交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出するための電流・電圧検出器において、
基板に設けた切欠部と、前記切欠部の周囲に配置された電圧検出を行うための第1配線と、前記第1配線の外側に配置され、スルーホールによって形成された遮蔽部と、前記遮蔽部の外側に配置された電流検出を行うための第2配線とを含む電流・電圧検出用プリント基板と、
前記電流・電圧検出用プリント基板を内部に固定するとともに、前記電力伝送用導電体を前記基板に設けた切欠部に隣接できるようにした導電体製の筐体と、
を備えたことを特徴としている。
前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に配置することによって形成されていることを特徴としている。
前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に、少なくとも2重に配置することによって形成されていることを特徴としている。
前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部および前記筐体によって、一部遮蔽しない部分を含む遮蔽部を形成していることを特徴としている。
前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部の遮蔽しない部分は、基板の表面と裏面との間に設けられていることを特徴としている。
前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部の遮蔽しない部分は、基板と筐体との間に設けられていることを特徴としている。
前記筐体は、前記電流・電圧検出用プリント基板を固定する筐体本体と、前記筐体本体に対応する蓋部と、からなることを特徴としている。
前記第1配線は、前記切欠部の周囲に、基板の最上層と最下層との間または基板の一部分の層間を貫通するスルーホールを複数設け、かつ貫通した部分の最上層から最下層の内の少なくとも1つの層に前記スルーホール部を繋げるようにパターン配線を設けたものであることを特徴としている。
前記交流電力が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力であることを特徴としている。
図1は、電流検出用プリント基板1の一例を示す図である。
図1において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだA部分)を拡大した概略図(切欠部101の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
したがって、コイル状の配線10の部分は、図33,図34に示した回路図のカレントトランス部81に相当する。
図3において、同図(a)は、電流検出用プリント基板1の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだB部分)を拡大した概略図(切欠部101の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものであり、同図(e)は、電流検出用プリント基板1の配線を、出力配線21等の部分を中心に、側面から図示したものである。なお、図3に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電流検出用プリント基板1、スルーホール11、パターン配線12,13等は、図1と同符号を用いている。
また、図4(b)に示すように、コイル状の配線10が、基板の表面層と裏面層との層間に形成されていてもよい。なお、図4(b)の場合は、図1と同様に、コイル状の配線10が、基板の最上層である表面層と最下層である裏面層とを交互に接続することによって形成されていることになる。
図5に図示したように、第1のコイル状の配線10−1の両端部10−1a,10−1bには、出力配線21−1,22−1を介して、出力端子23−1,24−1が接続されている。また、第2のコイル状の配線10−2の両端部10−2a,10−2bには、出力配線21−2,22−2を介して、出力端子23−2,24−2が接続されている。この場合、図6に示すように結線することによって、1つの電流検出用プリント基板1に、複数種類のカレントトランスを形成することが可能となる。なお、図6において、「×」は、他と接続しないという意味である。
また、図6(b)に示すように結線した場合、電流検出用プリント基板1には、第2のコイル状の配線10−2を用いたカレントトランスが形成される。
また、図6(c)に示すように、出力端子23−2と出力端子24−1とを接続すると、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とが直列接続した場合のカレントトランスが形成される。したがって、この場合は、図6(a)、図6(b)に示した場合よりもインダクタンスの大きいカレントトランスを形成することができる。
また、図6(d)に示すように、出力端子23−1と出力端子23−2とを接続し、出力端子24−1と出力端子24−2とを接続すると、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とを並列接続した場合のカレントトランスを形成することができる。
図8(b)は、図8(a)と同様であるが、第1のコイル状の配線10−1と第2のコイル状の配線10−2とのパターン配線が同一長となっている例である。
図8(c)は、第1のコイル状の配線10−1よりも内側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成し、且つ、第1のコイル状の配線10−1よりも内側の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図8(d)は、第1のコイル状の配線10−1よりも内側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成しているが、第1のコイル状の配線10−1よりも外側の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図8(e)は、第1のコイル状の配線10−1よりも外側に第2のコイル状の配線10−2のスルーホールを形成しているが、第1のコイル状の配線10−1よりも内の導体層に、第2のコイル状の配線10−2のパターン配線を形成した例である。
図9は、電圧検出用プリント基板2の一例を示す図である。
図9において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだC部分)を拡大した概略図(切欠部201の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電流検出用プリント基板1の配線を図示したものである。なお、同図(d)に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。
なお、電流検出用プリント基板1の場合と同様に、略半リング状の配線30と電力伝送用導電体66とは多少離れていてもよい。要は、略半リング状の配線30と対向する箇所と対となるコンデンサの電極として機能すればよい。もちろん、コンデンサの電極として適切に機能させるためには、限度があるので、実験等を行い、適切な設計をすればよい。
図10において、同図(a)は、電圧検出用プリント基板2の平面図であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだD部分)を拡大した概略図(切欠部201の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)を側面から見た場合の電圧検出用プリント基板2の配線を図示したものであり、同図(e)は、電圧検出用プリント基板2の配線を、出力配線40等の部分を中心に、側面から図示したものである。なお、図10に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電圧検出用プリント基板2、スルーホール31、パターン配線32,33等は、図9と同符号を用いている。
図11(a)は、スルーホール31が貫通した部分の最上層から最下層の間に、スルーホール部を繋げるようための別のパターン配線を設けた例である。この例では、基板の上から順に、パターン配線34、パターン配線35、パターン配線36、およびパターン配線37の4つのパターン配線が設けられている。このように、3つ以上のパターン配線を設けてもよい。
また、図11(b)は、スルーホール31が貫通した部分の最上層から最下層の間の1層のみに、パターン配線38を設けた例である。このように、1つのパターン配線だけを設けてもよい。
したがって、スルーホールが貫通した部分の最上層から最下層の内の少なくとも1つの層に前記スルーホール部を繋げるようにパターン配線を設ければよい。また、この図11のような場合も、略半リング状の配線30の部分は、図33,図34に示した回路図のコンデンサ部の電極91bに相当する。
これまで、コイル状の配線10及び略半リング状の配線30は、それぞれ別のプリント基板に形成する例を示したが、図12に示すように、同一のプリント基板に形成することも可能である。以下、図12を参照して説明する。
図12において、同図(a)は、電流・電圧検出用プリント基板4の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだE部分)を拡大した概略図(切欠部401の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)の一部を側面から見た概略図である。また、同図(e)は、同図(a)のF−F断面図である。
遮蔽部500は、図12(b)〜(c)に示すように複数のスルーホール501、502を略半円形に配置することによって形成されている。より具体的には、複数のスルーホールを略半円形に、少なくとも2重に配置することによって形成されている。
図示した例では、遮蔽部500の内側(切欠部401に近い側)に複数のスルーホール501を略半円形に配置し、遮蔽部500の外側に複数のスルーホール502を略半円形に配置している。また、スルーホール501とスルーホール502とをずらして配置している。そのために、遮蔽部500を側面から見た場合には、スルーホール501とスルーホール502とが重なり、隙間が無くなる。そのため、電力伝送用導電体66が、切欠部401に隣接するように配置された場合に生じる電界に対して遮蔽機能を有するようになる。しかも、スルーホールは、プリント基板を制作する上で容易に形成できるので、遮蔽部500を形成することは容易である。
図13において、同図(a)は、電流・電圧検出用プリント基板4の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだG部分)を拡大した概略図(切欠部401の方向から見た図)であり、同図(c)は、同図(b)の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図(d)は、同図(c)の一部を側面から見た概略図である。また、同図(e)は、同図(a)のH−H断面図である。
具体的には、図13のコイル状の配線10は、図3に示したものと同様なものを使用し、略半リング状の配線30は、図10に示したものと同様なものを使用している。また、遮蔽部500は、図12に示したものと同じである。そのため、これらについての詳細説明は省略する。また、説明を容易にするために、前述したものと同様の機能のものには、同符号を用いている。
図14は、略半リング状の配線30に接続される出力配線40の配線の様子を示す図である。図14において、同図(a)は、電流・電圧検出用プリント基板4の平面図(基板の上から見た図)であり、同図(b)は、同図(a)の一部(点線で囲んだJ部分)を側面から見た一部断面図である。なお、図14(b)は、断面の様子を模式的に図示している。また、理解し易いように、出力端子41等も図示しているが、出力配線21は図示を省略している。
また、遮蔽部500は、基本的には、図12で説明したようになっているが、出力配線40が通過する部分だけ、図15(b)に示すようになっている。すなわち、基板の表面付近だけが、遮蔽しない部分となっている。このように、一部が他の箇所と異なるように遮蔽部500を形成してもよい。また、この図15(a)に示すように、一部が途切れているものも含めて略半円形とする。
図18は、電流・電圧検出器3を立体的に示した概略の外観図である。
この図18に示すように、電流・電圧検出器3には、概略的には、略半円柱形の凹部303が設けられていて、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69が、この凹部303に隣接できる構造となっている。なお、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69は、電流・電圧検出器3の構成には含まれないが、説明に必要であるので図示している。また、絶縁体69は、電力伝送用導電体66と電流・電圧検出器3との絶縁を行うためのものである。そのために、絶縁体69の長さは、図示したよりも短くてよいが、図面の簡略化のために図18(a)のようにしている。これに関しては、他の図面も同様である(例えば図25)。なお、筐体は、アルミニウム等の導電体で作られている。
図20は、筐体本体300の図である。図20において、同図(a)は、筐体本体300の側面の断面図であり、同図(b)は、平面図(電流・電圧検出用プリント基板4が固定される側から見た図)である。
なお、第2筐体遮蔽部307を、例えばネジ止めによって、着脱可能にしてもよいが、この場合でも、第2筐体遮蔽部307は、蓋301の一部とする。すなわち、筐体の一部とする。また、第2筐体遮蔽部307は、アルミニウム等の導電体で作られる。遮蔽部500等の機能については、後述する。
電流・電圧検出用プリント基板4のコイル状の配線10は、図12で説明したものと同様であるが、出力配線21,22がパターン配線のまま、電流用変換回路51に接続されている。この電流用変換回路51は、図33,図34に示した電流用変換回路84に相当するものである。
図20〜図23に示すように、筐体本体300の第3筐体遮蔽部308だけでは出力配線の部分に隙間が生じるため、遮蔽が十分できない場合がある。その場合は、この図24(a)に示すように、蓋301に隙間を埋めるような遮蔽部317を設けてもよい。このようにすることによって、出力配線の部分の隙間が殆ど無くなるので、遮蔽効果が高まる。また、図24(b)に示すように、第3筐体遮蔽部308の代わりに、蓋301に遮蔽部318を設けてもよい。
図25は、電流・電圧検出用プリント基板4を筐体に収容したときの断面図の一例である。この図25は、例えば、図22に示すものに蓋301を取り付けた状態におけるN−N断面の様子を模式的に図示したものである。
また、略半リング状の配線30と遮蔽部500は、ともにスルーホールを用いて形成されているが、両者は、構造的にも機能的にも異なる。
図26(a)は、図25と異なり、遮蔽部500を形成するスルーホールが2分割されずに、基板の表面付近を除いて基板に設けられた例である。所謂、ブラインドバイア(Blind Via)となっている。このように、遮蔽部500の構成は図25と異なるが、基板の表面と裏面との間の一部に、遮蔽しない部分を設けている点は共通している。このようにしても、図25と同様に電界の遮蔽を行うとともに、コイル状の配線10に磁束を作用させることができる。
また、図26(b)は、図25と異なり、遮蔽部500を形成するスルーホールが基板を貫通している。その代わりに、第2筐体遮蔽部307が、遮蔽部500と接続されずに隙間が空いている例である。この場合は、基板の表面と裏面との間の一部に、遮蔽しない部分が設けられてはいないが、図25、図26(a)と同様の効果がある。すなわち、図25、図26(a)と同様に電界の遮蔽を行うとともに、コイル状の配線10に磁束を作用させることができる。
図27(a)は、図23に示した筐体本体300と図13に示した電流・電圧検出用プリント基板4を用いた例である。すなわち、コイル状の配線10と略半リング状の配線30とが内部の層間に形成されているので、図23に示した筐体本体300を用いるとともに、第1筐体遮蔽部306を不要にすることができる。この場合は、遮蔽部500を形成するスルーホールが筐体本体300に接続させるので、図25、図26の場合と同様の効果がある。
図27(b)は、さらに第2筐体遮蔽部307を取り除き、スルーホールが蓋301に接続されるような筐体本体300にした例である。この場合も、図25、図26の場合と同様の効果がある。
図28は、電流・電圧検出器3の変形例である電流・電圧検出器3aを示すものである。ただし、蓋301aは図示を省略している。この図28は、電流・電圧検出用プリント基板4が、図12で示したものである場合を示している。この図28に示すように、電流用変換回路51および電圧用変換回路53を、電流・電圧検出器3aの外部に設けることもできる。なお、筐体は、電流・電圧検出用プリント基板4に合わせた形状の筐体本体300aを用いている。また、電流・電圧検出用プリント基板4の出力は、パターン配線ではない出力配線によって筐体外部に出力される。この場合、電流用変換回路51、電圧用変換回路53は、電流・電圧検出器3aの外部に別途設けられる。
図30は、電流・電圧検出器3を取り付ける際の説明図である。この図30において、電力伝送用導電体66およびその周囲にある絶縁体69は、例えば、インピーダンス整合装置63内に取り付けられた状態になっているものとする。また、図面を簡略化するために、電力伝送用導電体66等の周辺にある他の構成部品の図示を省略している。
図31は、2つの電流・電圧検出器3を、それぞれの略半円柱形の凹部303が対向するように配置した例である。
このように配置すると、例えば、電流・電圧検出用プリント基板4に設けたコイル状の配線10を、電流・電圧検出器3毎に別の特性のものにすることができる。そのため、電流・電圧検出用プリント基板4に、図1に示した電流検出用プリント基板1のように、1種類のカレントトランスだけを形成する場合であっても、図5、図7で説明したような複数のカレントトランスを形成するプリント基板のように、複数の周波数に対応できるようになる。もちろん、図5、図7で説明したように、電流・電圧検出用プリント基板4に複数のカレントトランスを形成してもよい。その場合は、さらに、周波数の種類を増やすことができる。
また、コイル状の配線10、略半リング状の配線30の形状も、略半円形に限定されるものではなく、切欠部401の形状等に合わせて、変形することが可能である。例えば、切欠部401が、半円形よりも円形に近い形状であった場合、それに合わせて、コイル状の配線10、略半リング状の配線30の形状を、半円形よりも円形に近い形状にさせることも可能である。
2 電圧検出用プリント基板
3 電流・電圧検出器
3a 電流・電圧検出器
3b 電流・電圧検出器
10 コイル状の配線
10−1 第1のコイル状の配線
10−2 第2のコイル状の配線
11 スルーホール
12 パターン配線
13 パターン配線
21 出力配線
22 出力配線
23 出力端子
24 出力端子
25 出力配線
26 出力配線
30 略半リング状の配線
31 基板を貫通するスルーホール
32 パターン配線
33 パターン配線
34 パターン配線
35 パターン配線
36 パターン配線
37 パターン配線
38 パターン配線
40 出力配線
41 出力端子
42 出力配線
51 電流用変換回路
52 出力配線
53 電圧用変換回路
54 出力配線
66 電力伝送用導電体
69 電力伝送用導電体66を覆う絶縁体
80 電圧検出器
81 カレントトランス部
84 電流用変換回路
90 電圧検出器
91 コンデンサ部
91b コンデンサ部の電極
93 電圧用変換回路
101 切欠部
110 絶縁体部
111 第1絶縁体部
112 第2絶縁体部
113 第3絶縁体部
121 基板の表面
122 基板の裏面
131 第1導体層
132 第2導体層
201 切欠部
211 第1絶縁体部
212 第2絶縁体部
213 第3絶縁体部
221 基板の表面
222 基板の裏面
231 第1導体層
232 第2導体層
300 筐体本体
301 蓋
303 略半円柱形の凹部
304 切欠部
306 第1筐体遮蔽部
307 第2筐体遮蔽部
308 第3筐体遮蔽部
311 凹部
312 凹部
315 基板固定部
316 配線用の開口部
Claims (12)
- 交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出するための電流・電圧検出用プリント基板であって、
基板に設けた切欠部と、
前記切欠部の周囲に配置された電圧検出を行うための第1配線と、
前記第1配線の外側に配置され、スルーホールによって形成された遮蔽部と、
前記遮蔽部の外側に配置された電流検出を行うための第2配線と、
を備えた電流・電圧検出用プリント基板。 - 前記遮蔽部は、複数のスルーホールを略半円形に配置することによって形成されている請求項1に記載の電流・電圧検出用プリント基板。
- 前記遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に、少なくとも2重に配置することによって形成されている請求項1に記載の電流・電圧検出用プリント基板。
- 交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流と前記電力伝送用導電体に生じる交流電圧とを検出するための電流・電圧検出器において、
基板に設けた切欠部と、前記切欠部の周囲に配置された電圧検出を行うための第1配線と、前記第1配線の外側に配置され、スルーホールによって形成された遮蔽部と、前記遮蔽部の外側に配置された電流検出を行うための第2配線とを含む電流・電圧検出用プリント基板と、
前記電流・電圧検出用プリント基板を内部に固定するとともに、前記電力伝送用導電体を前記基板に設けた切欠部に隣接できるようにした導電体製の筐体と、
を備えた電流・電圧検出器。 - 前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に配置することによって形成されている請求項4に記載の電流・電圧検出器。
- 前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部は、複数のスルーホールを略円形に、少なくとも2重に配置することによって形成されている請求項4に記載の電流・電圧検出器。
- 前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部および前記筐体によって、一部遮蔽しない部分を含む遮蔽部を形成している請求項4〜請求項6のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
- 前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部の遮蔽しない部分は、基板の表面と裏面との間に設けられている請求項7に記載の電流・電圧検出器。
- 前記電流・電圧検出用プリント基板の遮蔽部の遮蔽しない部分は、基板と筐体との間に設けられている請求項7に記載の電流・電圧検出器。
- 前記筐体は、前記電流・電圧検出用プリント基板を固定する筐体本体と、前記筐体本体に対応する蓋部と、からなる請求項4〜請求項9のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
- 前記第1配線は、前記切欠部の周囲に、基板の最上層と最下層との間または基板の一部分の層間を貫通するスルーホールを複数設け、かつ貫通した部分の最上層から最下層の内の少なくとも1つの層に前記スルーホール部を繋げるようにパターン配線を設けたものである請求項4〜請求項10のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
- 前記交流電力が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電力である請求項4〜請求項11のいずれかに記載の電流・電圧検出器。
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