(57)【要約】【課題】一巻きコイルと多層巻きコイル間を十分に絶縁しつつ、小型化が可能で、一巻きコイル側の仕様に依らず、ボビンを汎用的に使用できる構造を有するカレントトランスを提供する。【解決手段】上下方向に延長する巻軸１００に巻回された多層巻きコイル１２の下方に一巻きコイル１１ａが積層されてなるカレントトランス１ａであって、前記多層巻きコイルは、ボビン１０ａに巻回されてなり、前記一巻きコイルは、上下両面に絶縁層を有する基板３０の内層に形成された配線３４からなり、前記ボビンの下端面に前記基板が積層されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延長する巻軸に巻回された多層巻きコイルの下方に一巻きコイルが積層されてなるカレントトランスであって、
前記多層巻きコイルは、ボビンに巻回されてなり、
前記一巻きコイルは、上下両面に絶縁層を有する基板の内層に形成された配線からなり、
前記ボビンの下端面に前記基板が積層されている、
ことを特徴とするカレントトランス。
【請求項２】
請求項１に記載のカレントトランスにおいて、
前記ボビンは、前記多層巻きコイルの巻線の端部に接続される第１のリード端子と、前記一巻きコイルを構成する前記内層配線の端部に接続される第２のリード端子とを備え、
前記第２のリード端子は、ボビンに対して所定の一方に導出されるリード端子部と、下方に導出される接続端子部とを有し、
前記基板は、前記接続端子部が挿通される貫通孔を有し、
前記配線の端部は、前記貫通孔の縁辺に接し、
前記貫通孔に挿通されている接続端子部が、前記内層にて前記配線に接続されている、
ことを特徴とするカレントトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカレントトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
カレントトランスは、巻数比に反比例した電流を発生し、例えば、負荷側に流れる大電流を検出する用途などに利用される。一般的には、変流比がＮ：１となるように、大電流が流れるコイルを一巻きコイルで形成し、検出する電流が流れるコイルをＮ巻きの多層巻きコイルにする。そして、一巻きコイルと多層巻きコイルが、巻軸を共通しつつ、当該巻軸方向に積層されている。
【０００３】
図１に従来のカレントトランスを示した。図１（Ａ）はカレントトランス１の外観を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示したカレントトランス１を部品毎に分解したときの斜視図である。ここでコイル（１１、１２）の巻軸１００方向を上下方向とするとともに、一巻きコイルが多層巻きコイルの下方に積層されていることとして、上下の各方向を規定することとすると、カレントトランス１は、図１（Ａ）に示したように、コア２０の磁路内に樹脂の一体成形品からなるボビン１０が配置され、ボビン１０は、大電流側の一巻きコイル１１の巻線に相当する線材１１１を収納する領域（以下、一巻きコイル収納空間１３とも言う）と、多層巻きコイル１２となる巻線１１２が巻回される領域（以下、コイル巻回空間１４とも言う）とを有している。また、一端が一巻きコイル１１と多層巻きコイル１２の線材１１１や巻線１１２の末端に接続されて、他端が外部回路に接続される実装用のリード端子（１５、１６）がボビン１０から導出されている。
【０００４】
そして、図１（Ｂ）に示したように、ボビン１０に装着されるコア２０はＥ型コア２１を上下方向で対面させてなるＥＥ型であり、ボビン１０には、上下両端を貫通してＥ型コア２１の中脚２２が挿入される孔(図示せず)が形成されている。一巻きコイル１１は柱状の太い線材１１１をＵ字状に屈曲させてなる往復線路であり、その一巻きコイル１１が収納空間１３内に装着され、一巻きコイル１１の線材１１１の末端がボビン１０の外方に導出されてリード端子１５を兼ねている。なお以下の非特許文献１には市販されているカレントトランスのサイズなどが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＦＤＫ株式会社、”カレントトランス”、[online]、[平成２９年３月２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/cyber-j/coil/transformer.html#ct＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２に、図１（Ａ）に示したカレントトランス１を図中の矢印方向から見たときの側面図を示した。この図２を参照しつつ従来のカレントトランス１における問題点について説明する。上述したようにカレントトランス１は、大電流の検出用途に用いられる。そのため、より大きな電流を検出する場合には、一巻きコイル１１側の線材１１１を、太い径φを有するものにして断面積をより大きくする必要がある。また、一巻きコイル１１と多層巻きコイル１２とを確実に絶縁するために、一巻きコイル収納空間１３とコイル巻回空間１４との間隔Ｄ１を広くする必要がある。また、一巻きコイル１１とボビン１０の外方までの間隔Ｄ２にも多くの樹脂を用いて外部機器との絶縁を確保する必要がある。そのため、特に、巻き軸１００方向の小型化が難しくなる。
【０００７】
さらに、検出する電流によって一巻きコイル１１側の線材１１１の太さを変えれば、一巻きコイル収納空間１３の形状や上下高、多層巻きコイル１２との絶縁に要する間隔Ｄ１なども変える必要がある。すなわち、従来のカレントトランス１は、一巻きコイル１１側の仕様に応じて異なるボビン１０が必要であり、ボビン１０を汎用的に使用することができなかった。
【０００８】
そこで本発明は、一巻きコイルと多層巻きコイル間を十分に絶縁しつつ、小型化が可能で、一巻きコイル側の仕様に依らず、ボビンを汎用的に使用できる構造を有するカレントトランスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、上下方向に延長する巻軸に巻回された多層巻きコイルの下方に一巻きコイルが積層されてなるカレントトランスであって、
前記多層巻きコイルは、ボビンに巻回されてなり、
前記一巻きコイルは、上下両面に絶縁層を有する基板の内層に形成された配線からなり、
前記ボビンの下端面に前記基板が積層されている、
ことを特徴とするカレントトランスとしている。
【００１０】
また、前記ボビンは、前記多層巻きコイルの巻線の端部に接続される第１のリード端子と、前記一巻きコイルを構成する前記内層配線の端部に接続される第２のリード端子とを備え、
前記第２のリード端子は、ボビンに対して所定の一方に導出されるリード端子部と、下方に導出される接続端子部とを有し、
前記基板は、前記接続端子部が挿通される貫通孔を有し、
前記配線の端部は、前記貫通孔の縁辺に接し、
前記貫通孔に挿通されている接続端子部が、前記内層にて前記配線に接続されている、
ことを特徴とするカレントトランスとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るカレントトランスは、一巻きコイルと多層巻きコイル間を十分に絶縁しつつ、小型化が可能で、一巻きコイル側の仕様によらず、ボビンを汎用的に使用することができる。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のカレントトランスの構造を示す図である。
【図２】従来のカレントトランスの問題点を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例に係るカレントトランスの構造を示す斜視図である。
【図４】上記実施例に係るカレントトランスにおける一層巻きコイルの構造を示す図である。
【図５】上記実施例に係るカレントトランスの実装状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
【００１４】
＝＝＝実施例＝＝＝
＜カレントトランスの構造＞
図３に本発明の実施例に係るカレントトランス１ａを示した。図３（Ａ）はカレントトランス１ａの外観を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示したカレントトランス１ａを部品毎に分解したときの斜視図である。なお、ここでもコイル（１１ａ、１２）の巻軸１００方向を上下方向とするとともに、多層巻きコイル１２の下方に一巻きコイル１１ａが積層されていることとして、上下の各方向を規定することとする。
【００１５】
図３（Ａ）に示したように、本実施例のカレントトランス１ａは、従来のカレントトランス１と同様に、巻軸１００を共有して上下方向に積層されている一巻きコイル（図示せず）と多層巻きコイル１２の周囲に閉磁路を形成するようにコア２０が配置されている。しかし、本実施例のカレントトランス１ａでは、ボビン１０ａには多層巻きコイル１２の巻線１１２のみが巻回されており、その多層巻きコイル１２が巻回されるボビン１０ａの下方に一巻きコイルが内層配線によって形成された基板３０が積層された構造を有している。また、一端が基板３０に内蔵されている一巻きコイルの端部に接続されるとともに、他端が外部回路に接続されるリード端子１５と、多層巻きコイル１２の巻線１１２の端部に接続されるリード端子１６とがボビン１０ａの外方に向けて導出されている。
【００１６】
図３（Ｂ）に示したように、カレントトランス１ａは、二つのＥ型コア２１を上下方向で対面させてなるＥＥ型のコア２０と、多層巻きコイル１２が巻回されるボビン１０ａと、上記の内層配線によって一巻きコイルが形成された基板（以下、コイル基板３０とも言う）から構成され、コイル基板３０には、コア２０の中脚２２が挿通される孔（以下、中脚挿通孔３１とも言う）が形成されている。なお、この例ではＥＥ型のコア２０を用いているが、ＥＩ型など他の形状のコアであってもよい。そして、ボビン１０ａにも中脚２２が挿通される孔（図示せず）が形成されている。
【００１７】
さらに、コイル基板３０には中脚挿通孔３１以外に、ボビン１０から下方に向けて導出されている金属製の端子部（以下、接続端子部１５ａとも言う）が挿通される孔（以下、接続孔３２とも言う）や樹脂製のボビン１０ａと一体成形された位置決め用のピン１７が挿通される孔（以下、位置決め孔３３とも言う）も形成されている。
【００１８】
図４にボビン１０ａとコイル基板３０との積層構造を示した。図４（Ａ）は、カレントトランス１ａを図３（Ａ）の図中に示した白抜き矢印の方向から見た側面図であり、図４（Ｂ）は、カレントトランス１ａを下方から見たときの平面図である。なお、図４ではコア２０と多層巻きコイル１２を省略している。
【００１９】
図４（Ａ）に示したように、コイル基板３０は一層分の内層配線層を有し、一巻きコイル１１ａは、そのコイル基板３０の内層配線３４によって形成されている。ボビン１０ａから導出されて一巻きコイル１１ａの末端に接続されるリード端子１５は、コの字型で、一部１５ｂがボビン１０ａ内に埋め込まれている。そして、コの字の一方の端部が外部回路に接続される端子部（以下、実装用端子部１５ｃともいう）であり、この例では、側方に導出された後、下方に屈曲している。リード端子１５の他方の端部は、コイル基板３０の形成されている接続孔３２に挿通される接続端子部１５ａである。上述したように、当該接続端子部１５ａは、ボビン１０ａの下端面から下方に向けて突出するように導出されている。そして、コイル基板３０には、接続端子部１５ａが挿通される接続孔３２、および位置決め用のピン１７が挿通される位置決め孔３３が形成されている。
【００２０】
また、ボビン１０ａの下端面には、コイル基板３０の縁辺の一つ３５に当接する凸部１８が形成されており、位置決め用のピン１７と位置決め孔３３とを係合させることによる位置合わせに加え、コイル基板３０の外形を基準にした位置合わせも行うことができるようになっている。このように、ボビン１０ａの下端面に、凸部１８などの適宜な凸形状や位置決め用のピン１７を形成しておけば、カレントトランス１ａを組み立てる際に、ボビン１０ａとコイル基板３０との位置合わせが容易になる。
【００２１】
ところで、ここに示したカレントトランス１ａは、面実装型であり、図５に示したように、リード端子（１５、１６）において、側方に導出されて下方、あるいは上方に向けて屈曲している部分が回路基板４０の面４１に当接した状態でリフロー半田付けなどの方法により実装される。もちろん、回路基板４０に形成されたスルーホールなどにリード端子（１５、１６）を挿入する実装形態も考えられる。このような場合には、リード端子（１５、１６）の先端側を屈曲させず、スルーホールにリード端子（１５、１６）の先端を挿入し、そのリード端子（１５、１６）をスルーホールに半田付けすればよい。
【００２２】
このように、本実施例のカレントトランス１ａによれば、一巻きコイル１１ａがコイル基板３０の内層配線３４で形成されている。そのため、配線３４の幅を広くすることで大きな断面積を得ることができる。またコイル基板３０は、１層の内層配線層を有するプリント配線基板である。そして、内層配線３４の上下両面側に配置される絶縁層は、周知のごとく、十分な絶縁性を有している。したがって、図４（Ａ）に示したように、多層巻きコイル１２と一巻きコイル１１ａとの間隔Ｄ１や一巻きコイル１１ａとカレントトランス１ａの外方との間隔Ｄ２を広くする必要がない。したがって、断面が丸い線材を一巻きコイルに用いた従来のカレントトランスに対し、上下方向のサイズを小さくすることができる。また、内層配線の厚さや幅に応じて一巻きコイルに流す電流値を自由に設定できる。すなわち、コイル基板を交換するだけで様々な仕様のカレントトランスを構成することができ、ボビンを汎用的に利用することができる。
【００２３】
さらに、大電流を扱うカレントトランスでは、複数本のリード端子を介して一巻きコイルに電流を流す場合もある。従来のカレントトランスでは、リード端子を追加する場合、ボビンに追加のリード端子を埋め込み、その追加のリード端子を一巻きコイルの末端に接続する必要があった。しかし、本実施例のカレントトランス１ａでは、一巻きコイル１１ａがコイル基板３０の内層配線３４によって形成されているため、一巻きコイル１１ａの端部に接続するスルーホールを追加し、そのスルーホールに、追加のリード端子を接続したり、回路側の配線を接続したりすればよい。
【００２４】
＜コイル基板の構造とカレントトランスの組立手順＞
上述したように、本実施例に係るカレントトランス１ａでは、一巻きコイル１１ａが、コイル基板３０の内層配線３４で形成されている。以下に、このカレントトランス１ａのより具体的な構造や組立手順を、図４（Ｂ）を参照しながら説明する。本実施例に係るカレントトランス１ａにおいて、一巻きコイル１１ａは、打ち抜きプレス加工やエッチング加工などによってＵ字状に形成された厚銅からなる。そしてコイル基板３０は、厚銅基板と呼ばれるプリント配線基板であり、コイル基板３０の上下両面には回路配線が形成されておらず、一巻きコイル１１ａとなる内層配線３４のみが形成されたものである。そして、接続孔３２が、一巻きコイル１１ａの端部に接続するスルーホールとして形成されている。なお、コイル基板３０は、厚銅基板を用いた一般的なプリント配線基板と同様に、基板メーカーに仕様を指定すれば入手することができる。
【００２５】
カレントトランス１ａを組み立てる際には、多層巻きコイル（図３、符号１２）が巻回されているボビン１０ａの下端面にコイル基板３０を積層する。このとき、ボビン１０ａの下端面に形成されている凸部１８にコイル基板３０における一縁辺３５を沿わせながら、当該ボビン１０ａの下端面に突出する接続端子部１５ａおよび位置決め用のピン１７を、コイル基板３０において対応する接続孔３２および位置決め孔３３に挿通する。そして接続孔３２であるスルーホールと接続端子部１５ａとを半田付けすれば、リード端子１５と一巻きコイル１１ａとが接続される。
【００２６】
もちろん、一巻きコイル１１ａ側に流す電流値が小さければ、一巻きコイル１１ａを厚銅ではなく、一般のプリント配線基板と同様に銅箔などの金属箔で形成してもよい。いずれにしても、本発明の実施例に係るカレントトランスでは、仕様に応じて専用のボビンを用意したり、一巻きコイル用の線材の太さを変えたりする必要が無い。内層配線の断面積、特に厚さが異なるコイル基板を用意しておけば、様々な仕様に対応するカレントトランスをより安価に製造することが可能となる。多層巻きコイルについては、汎用的に使用できるボビンに仕様に応じて線材の太さや巻き数を変更すればよい。
【符号の説明】
【００２７】
１，１ａ  カレントトランス、１０，１０ａ  ボビン、１１，１１ａ  一巻きコイル、
１２  多層巻きコイル、１５，１６  リード端子、１５ａ  接続端子部、
１５ｃ  実装端子部、１７  位置決め用のピン、１８  凸部、２０  コア、
３０  コイル基板、３１  中脚挿通孔、３２  接続孔、３３  位置決め用孔、
３４  内層配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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