JP6890267B2 - 電流測定用コイル及び電流測定装置 - Google Patents
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(1)概要
以下、実施形態1の電流測定用コイル100及び電流測定装置200の概要について図1〜図3を用いて説明する。本実施形態の電流測定装置200は、電流測定用コイル100と、測定部6と、を備え、被測定導体A1を流れる被測定電流I1を測定するように構成されている。電流測定用コイル100は、基板5の導電層50に形成されたコアレスの空芯コイルであるコイル部1を有している。コイル部1は、平面視で基板5の開口部53を囲むようにトロイダルコイルを形成している。ここでいう「平面視」は、水平面に置かれた対象となる物体を鉛直方向から見ることをいう。本実施形態では、「平面視」は、基板5の厚さ方向(前後方向)から見ることをいう。コイル部1は、その内側を通る被測定導体A1を流れる被測定電流I1に応じた出力を生じるロゴスキコイルである。測定部6は、電流測定用コイル100の出力、つまり電流測定用コイル100の両端に誘起される電圧を積分することにより、被測定電流I1を測定する。
以下、本実施形態の電流測定用コイル100及び電流測定装置200の構成について図1〜図9Bを用いてより詳細に説明する。以下では、基板5の厚さ方向を前後方向、基板5の短手方向を上下方向、基板5の長手方向を左右方向として説明する。なお、図3には、これらの方向(上、下、左、右、前、後)を表す矢印を示すが、矢印は単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。また、上記の方向の規定は、本実施形態の電流測定用コイル100及び電流測定装置200の使用形態を限定する趣旨ではない。
まず、本実施形態の電流測定装置200について図3を用いて説明する。本実施形態では、電流測定装置200は、分岐ブレーカに接続された負荷を流れる負荷電流を測定する用途で用いられる。電流測定装置200は、図3に示すように、複数(ここでは、2つ)の電流測定用コイル100と、1以上(ここでは、1つ)の測定部6と、を備えている。電流測定用コイル100は、コイル部1を備えている。コイル部1は、基板5の複数(ここでは、2つ)の導電層50に設けられており、平面視で基板5の開口部53を囲むようにトロイダルコイルを形成している。言い換えれば、本実施形態では、コイル部1の設けられる複数の導電層50は、2つの導電層50である。
次に、電流測定用コイル100のコイル部1について図1〜図9Bを用いて詳細に説明する。なお、図1、図2では、コイル部1と、コイル部1が設けられる基板5との両方を図示している。図1、図2において破線で示す配線(後述する第1配線31又は第2配線32)は、基板5の後面に形成されている。一方、図4〜図9Bでは、基板5を図示していない。図10、図11、図13〜図16でも、同様に基板5を図示していない。
本実施形態の電流測定用コイル100では、4つの配置領域B1の各々において、開口部53の周方向に沿って並ぶビア間の距離を比較的短くすることができる。つまり、本実施形態では、コイル部1の第1導体21及び第2導体22の各々を、開口部53の周方向に沿って比較的短いピッチで巻き回すことが可能である。言い換えれば、本実施形態の電流測定用コイル100では、第1コイル11及び第2コイル12の各々の巻き数、つまりコイル部1の巻き数を比較的大きくすることが可能である。ここで、コイル部1の出力端に発生する誘導起電力は、コイル部1の巻き数に比例することから、本実施形態の電流測定用コイル100では、コイル部1に発生する誘導起電力を比較的大きくし易い。したがって、本実施形態の電流測定用コイル100では、SN(Signal-to-Noise)比を比較的高くすることが可能である。このため、本実施形態の電流測定用コイル100では、測定部6により被測定電流I1を測定し易い。つまり、本実施形態の電流測定用コイル100及び電流測定装置200は、電流の測定精度を向上することができる。
以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
第1変形例の電流測定用コイル100では、図10に示すように、第3配置領域B13において、開口部53の周方向に沿って第1ビア41と第2ビア42とが交互に並んで配置されている。同様に、第1変形例の電流測定用コイル100では、第4配置領域B14において、開口部53の周方向に沿って第1ビア41と第2ビア42とが交互に並んで配置されている。
第2変形例の電流測定用コイル100では、図11に示すように、第1配置領域B11及び第2配置領域B12のビアは、各々の中心が開口部53の径方向に並ばないように、開口部53の周方向に互いにずれるように配置されている。同様に、第3配置領域B13及び第4配置領域B14のビアは、各々の中心が開口部53の径方向に並ばないように、開口部53の周方向に互いにずれるように配置されている。なお、図11では、第1コイル11の第2端E12、第2コイル12の第1端E21、及びコイル部1の出力端(つまり、第1コイル11の第1端E11及び第2コイル12の第2端E12)の図示を省略している。本変形例では、第1配線31及び第2配線32のいずれも、平面視で比較的直線に近い形状に形成することが可能である。
本実施形態では、基板5は2つの導電層50を有していたが、更に多数の導電層50を有していてもよい。この場合、コイル部1が設けられる複数の導電層50は、基板5の厚さ方向において最も外側にある2つの導電層50であるのが好ましい。例えば、基板5は、図12に示すように、4つの導電層50と、3つの絶縁層56とを有する多層基板であるとする。この場合、コイル部1は、基板5の最外側である前面に形成される第1導電層51と、基板5の最外面である後面に形成される第2導電層52とに設けられる。つまり、第1配線31及び第2配線32は、いずれも第1導電層51及び第2導電層52には形成されるが、他の導電層50には形成されない。また、第1ビア41及び第2ビア42は、いずれも第1導電層51及び第2導電層52には電気的に接続されるが、他の導電層50には電気的に接続されない。
以下、実施形態2の電流測定用コイル100について詳細に説明する。ただし、本実施形態の基本的な構成は、実施形態1の電流測定用コイル100と共通しているので、共通する点については同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態の電流測定用コイル100は、実施形態1の電流測定装置200において、実施形態1の電流測定用コイル100の代わりに用いることが可能である。
以上述べたように、第1の態様の電流測定用コイル100は、コイル部1を備える。コイル部1は、基板5の複数の導電層50に設けられて、平面視で開口部53を囲むようにトロイダルコイルを形成する。基板5は、被測定電流I1の流れる被測定導体A1が通る開口部53を有する。コイル部1は、第1コイル11と、第2コイル12と、を有する。第1コイル11は、開口部53の周方向における第1向きに沿って第1導体21を巻き回して構成される。第2コイル12は、第1コイル11に直列に電気的に接続され、開口部53の周方向における第1向きとは反対向きである第2向きに沿って第2導体22を巻き回して構成される。第1導体21は、第1配線31と、第1ビア41と、をそれぞれ複数有する。第1配線31は、複数の導電層50の各々に形成される。第1ビア41は、互いに異なる導電層50に形成された第1配線31同士を電気的に接続する。第2導体22は、第2配線32と、第2ビア42と、をそれぞれ複数有する。第2配線32は、複数の導電層50の各々に形成される。第2ビア42は、互いに異なる導電層50に形成された第2配線32同士を電気的に接続する。基板5は、平面視で開口部53を囲む同心環状の4つの配置領域B1を有する。4つの配置領域B1は、開口部53に最も近い配置領域B1から順に第1配置領域B11、第2配置領域B12、第3配置領域B13、及び第4配置領域B14である。第1ビア41は、第2配置領域B12及び第3配置領域B13の各々に少なくとも2つ以上配置されている。第2ビア42は、第1配置領域B11及び第4配置領域B14の各々に少なくとも2つ以上配置されている。
11 第1コイル
12 第2コイル
21 第1導体
22 第2導体
31 第1配線
32 第2配線
41 第1ビア
42 第2ビア
5 基板
50 導電層
53 開口部
6 測定部
71,711,712 第1閉回路
72,721,722 第2閉回路
100 電流測定用コイル
200 電流測定装置
A1 被測定導体
B1 配置領域
B11 第1配置領域
B12 第2配置領域
B13 第3配置領域
B14 第4配置領域
I1 被測定電流
Claims (8)
- 被測定電流の流れる被測定導体が通る開口部を有する基板の複数の導電層に設けられて、平面視で前記開口部を囲むようにトロイダルコイルを形成するコイル部を備え、
前記コイル部は、
前記開口部の周方向における第1向きに沿って第1導体を巻き回して構成される第1コイルと、
前記第1コイルに直列に電気的に接続され、前記開口部の周方向における前記第1向きとは反対向きである第2向きに沿って第2導体を巻き回して構成される第2コイルと、を有し、
前記第1導体は、前記複数の導電層の各々に形成される第1配線と、互いに異なる導電層に形成された前記第1配線同士を電気的に接続する第1ビアと、をそれぞれ複数有し、
前記第2導体は、前記複数の導電層の各々に形成される第2配線と、互いに異なる導電層に形成された前記第2配線同士を電気的に接続する第2ビアと、をそれぞれ複数有し、
前記基板は、平面視で前記開口部を囲む同心環状の4つの配置領域を有し、
前記4つの配置領域は、前記開口部に最も近い配置領域から順に第1配置領域、第2配置領域、第3配置領域、及び第4配置領域であり、
前記第1ビアは、前記第2配置領域及び前記第3配置領域の各々に少なくとも2つ以上配置され、
前記第2ビアは、前記第1配置領域及び前記第4配置領域の各々に少なくとも2つ以上配置され、
前記4つの配置領域のうち前記第2配置領域又は前記第3配置領域に配置される内側ビアは、平面視で周方向の少なくとも一部が、前記第1配置領域又は前記第4配置領域に配置される外側ビア及び前記外側ビアに電気的に接続される外側配線により囲まれており、
前記外側配線は、前記外側ビアの中心よりも前記内側ビアに寄った位置で前記外側ビアに接続されていることを特徴とする電流測定用コイル。 - 前記複数の第1ビア及び前記複数の第2ビアのうち少なくとも一方は、平面視で前記開口部の周方向に沿って、前記開口部の中心を頂点として等角度に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電流測定用コイル。
- 前記複数の導電層は、2つの導電層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電流測定用コイル。
- 前記複数の導電層は、前記基板の厚さ方向において最も外側にある2つの導電層であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電流測定用コイル。
- 前記第1配線の一部と前記第2配線の一部とは、前記基板の厚さ方向において互いに重なっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電流測定用コイル。
- 前記第1配置領域に配置される複数のビア及び前記第2配置領域に配置される複数のビアは、前記開口部の径方向において並ぶように配置されており、
前記第3配置領域に配置される複数のビア及び前記第4配置領域に配置される複数のビアは、前記開口部の径方向において並ぶように配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電流測定用コイル。 - 前記コイル部は、
平面視で前記第2配線を挟んだ一方側の領域の一部を前記第1配線及び前記第2配線で囲む第1閉領域と、
平面視で前記第2配線を挟んだ他方側の領域の一部を前記第1配線及び前記第2配線で囲む第2閉領域と、を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電流測定用コイル。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電流測定用コイルと、
前記被測定電流に応じて発生する前記コイル部の出力に基づいて、前記被測定電流を測定する測定部と、を備えることを特徴とする電流測定装置。
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