(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れる導体が貫通する基板開口部を有した絶縁性基板と、
前記導体の軸線周りに沿って導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた基本コイル部、及び前記基本コイル部を囲んで導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた重ね巻部が前記基本コイル部から電気的に直列に接続されて構成された重ねコイル部を有したコイル線とを備え、
前記絶縁性基板は、前記基本コイル部が設けられた芯基板部と、前記芯基板部の一面及び他面からそれぞれ同数段重ねられた重ね基板部とを有し、
前記基本コイル部は、前記一面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１基本細線部、前記他面に前記導線の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２基本細線部、前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記第２基本細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続基本細線部、及び前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記一端部同士が接続された第２基本細線部に隣接する前記第２基本細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続基本細線部を有し、
前記重ね巻部は、各段において、前記一面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１重ね細線部、前記他面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２重ね細線部、前記一面及び他面から同数段目の前記第１重ね細線部及び前記第２重ね細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続重ね細線部、及び前記同数段目の前記第１重ね細線部及び前記一端部同士が接続された第２重ね細線部に隣接する前記第２重ね細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続重ね細線部を有しており、
前記導体を流れる電流変化による磁束の変化により、前記基本コイル部及び前記重ねコイル部に発生する誘導起電力が電気的に同じ向きになるようになっていることを特徴とする空芯コイル。
【請求項２】
前記絶縁性基板の形状は、円環形状であり、
前記重ねコイル部は、最も外側に設けられた前記重ね巻部において、その各前記内径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の内側面に設けられ、各前記外径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の外側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空芯コイル。
【請求項３】
前記内径側接続基本細線部、前記外径側接続基本細線部、前記内径側接続重ね細線部、及び前記外径側接続重ね細線部は、前記絶縁性基板の略径方向に沿って切断されて形成される平面上に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空芯コイル。
【請求項４】
前記一面及び前記他面に重ねられた前記重ね基板部は、少なくとも１つが絶縁性フィルムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の空芯コイル。
【請求項５】
前記絶縁性基板には、前記コイル線に電気的に接続され、前記導線に流れる電流によって前記コイル線に発生する誘導電流を検知する信号処理回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の空芯コイル。
【請求項６】
前記コイル線の周囲には、絶縁層を介して導電性シールドが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の空芯コイル。
【請求項７】
前記導電性シールドは、前記絶縁性基板を前記導線の軸線方向に貫通する貫通シールド細線部と、前記芯基板部の前記一面及び他面、及び前記重ね基板部の前記反芯基板部側の面に形成された横断シールド細線部とから構成され、網目状となっていることを特徴とする請求項６に記載の空芯コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電流センサ等に用いられる空芯コイルに関するもので、特に絶縁性の基板を用いて形成された空芯コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空芯コイルは、導体中を流れる電流を測定する電流センサに用いられることが多い。この空芯コイルは、導線が非磁性体の巻芯に巻回されて形成されたものである。この電流センサにおいては、空芯コイルが導体を囲って配置される。導体中を電流が流れると導体周りに磁束を発生するが、この磁束が空芯コイルの導線を錯交することにより、空芯コイルの導線にこの磁束変化に比例した誘導電流が流れる。電流センサは、この誘導電流を測定することにより導体中の電流を導出するのである。空芯コイルは磁性体の鉄芯等を有していないので、鉄心等による磁気飽和が無く、電流センサに用いられると幅広い電流範囲の測定が可能となる。
【０００３】
図１０は、従来の空芯コイルの構成を示す模式的な斜視図である。図１０において、空芯コイル１００は、樹脂等の非磁性体である基板１０１と、この基板１０１に設けられたコイル線１０２とを備えている。基板１０１は、導体が貫通する円形の基板開口部１０３を有している。コイル線１０２は、基板開口部１０３の周囲でこの周方向に沿って金属箔等である導電性細線１０４が巻回されて形成されている。コイル線１０２は、基板１０１の両面に基板開口部１０３から略放射状に複数設けられた細線部１０４ａと、この両面の細線部１０４ａのそれぞれの端部同士を基板１０１を貫通して接続する複数の接続細線部１０４ｂとを有している。接続細線部１０４ｂは、基板１０１を厚さ方向に貫通する貫通孔に金属メッキされることにより形成されている。コイル線１０２は、基板１０１の両面に設けられた複数の細線部１０４ａが基板１０１を貫通する接続細線部１０４ｂにより電気的に直列に接続されて構成されたものである。従って、コイル線１０２は、基板１０１の両面で細線部１０４ａが露出した状態で基板１０１に埋め込まれている。
【０００４】
この空芯コイル１００は、導体を流れる電流による磁界だけでなく、外部からの磁界によっても誘導電流を発生する。この外部磁界による誘導電流は、導体の電流を測定する上で障害となるもので、電流センサの測定誤差の原因となる。この外部磁界による誘導電流の発生を抑制するための方法として、コイル線１０２の巻き進み方向と逆方向に巻き戻したコイル線をコイル線１０２に接続してコイル線１０２に発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を巻き戻したコイル線に発生させて誘導起電力同士を相殺させる方法がある。従って、空芯コイル１００は、外部磁界による誘導電流の発生を抑制するために、コイル線１０２及び基板１０１にそれぞれ鏡面対称である巻き戻しのコイル線及び基板１０１’を備えた空芯コイル１００’がこの空芯コイル１００に貼り付けられて電流センサに用いられている。即ち、コイル線１０２及び巻き戻しのコイル線が電気的に直列に接続されるとともに、図に示されるように、基板１０１’の基板開口部１０３’を基板開口部１０３に揃わせて基板１０１と基板１０１’とが互いに貼り合わされることにより、コイル線１０２の巻き進み方向と逆方向に巻き戻すコイル線が鏡面対称に配置されて外部磁界及び外部電界（以下、外部電磁界という）による誘導起電力を相殺するように電流センサが構成されている。ここで、基板１０１及び基板１０１’には、互いに貼り合わされる面にそれぞれ外部に露出した細線部１０４ａ’及び細線部１０４ａが設けられているので、短絡しないように基板１０１と基板１０１’との間に絶縁層が介在している。
【０００５】
空芯コイル１００は、このような構成となっており、コイル線１０２が基板１０１に設けられているので、コイル線１０２の巻き間隔、即ち互いに隣り合う細線部１０４ａの間隔を容易に一定とすることができる。従って、測定されるべき導体中を流れる電流による磁束がコイル線１０２に均等に誘導起電力を発生させることができ、電流センサの測定精度が高くなっている。
また、空芯コイル１００は、空芯コイル１００’と貼り合わされて用いられているので、外部電磁界による誘導起電力が相殺されて、電流センサの外部電磁界による測定誤差が抑制されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コイル線１０２が巻き戻しのコイル線に対してずれた位置にあると、コイル線１０２に発生する誘導起電力と巻き戻したコイル線に発生する誘導起電力との間に差が生じ、すべてが相殺されず外部電磁界による誘導起電力の一部が残ってしまう。このことから、コイル線１０２及び巻き戻しのコイル線は、互いに正確に鏡面対称に配置されている必要がある。しかもコイル線１０２及び巻き戻しのコイル線の短絡を防止するために空芯コイル１００及び空芯コイル１００’の間には、樹脂等の絶縁層を介在させなければならない。従って、空芯コイル１００及び空芯コイル１００’を互いに貼り合わせるのに大きな労力及び時間が必要とされ、空芯コイル１００及び空芯コイル１００’を貼り合わせて電流センサを大量に生産することができないという問題点があった。
【０００７】
また、たとえ空芯コイル１００及び空芯コイル１００’が鏡面対称に配置されているとしても、外部電磁界は通常一様であることはなく、この空芯コイル１００及び空芯コイル１００’は常にこの外部電磁界にさらされているので、コイル線１０２及び巻き戻しのコイル線が異なる位置に存在する限り、あるいは外部電磁界が取り去られない限り、電流センサは外部電磁界による測定誤差を生じる可能性が大きいという問題点があった。
【０００８】
また、空芯コイル１００におけるコイル線１０２の巻き数が多くなるとそれだけ多くの部分で誘導起電力が発生するので、電流センサの測定感度も増加する。このことから、コイル線１０２は巻き間隔をできるだけ密にして巻き数が多くなるようにしている。しかしながら、コイル線１０２の巻き間隔を密にするにも限界があり、また、空芯コイル１００に空芯コイル１００’を貼り合わせて巻き数を多くすることもできるが、空芯コイル１００及び空芯コイル１００’を貼り合わせることによる上記の問題点が発生するため、空芯コイル１００の巻き数を多くして容易に電流センサの測定感度をさらに増加させることは困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、容易に製作できるとともに巻き数が多く、また外部電磁界による誘導起電力の発生をさらに抑制することができる等の空芯コイルを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空芯コイルは、電流が流れる導体が貫通する基板開口部を有した絶縁性基板と、前記導体の軸線周りに沿って導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた基本コイル部、及び前記基本コイル部を囲んで導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた重ね巻部が前記基本コイル部から電気的に直列に接続されて構成された重ねコイル部を有したコイル線とを備え、前記絶縁性基板は、前記基本コイル部が設けられた芯基板部と、前記芯基板部の一面及び他面からそれぞれ同数段重ねられた重ね基板部とを有し、前記基本コイル部は、前記一面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１基本細線部、前記他面に前記導線の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２基本細線部、前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記第２基本細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続基本細線部、及び前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記一端部同士が接続された第２基本細線部に隣接する前記第２基本細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続基本細線部を有し、前記重ね巻部は、各段において、前記一面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１重ね細線部、前記他面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２重ね細線部、前記一面及び他面から同数段目の前記第１重ね細線部及び前記第２重ね細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続重ね細線部、及び前記同数段目の前記第１重ね細線部及び前記一端部同士が接続された第２重ね細線部に隣接する前記第２重ね細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続重ね細線部を有しており、前記導体を流れる電流変化による磁束の変化により、前記基本コイル部及び前記重ねコイル部に発生する誘導起電力が電気的に同じ向きになるようになっている。
【００１１】
また、前記絶縁性基板の形状は、円環形状であり、前記重ねコイル部は、最も外側に設けられた前記重ね巻部において、その各前記内径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の内側面に設けられ、各前記外径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の外側面に設けられている。
【００１２】
また、前記内径側接続基本細線部、前記外径側接続基本細線部、前記内径側接続重ね細線部、及び前記外径側接続重ね細線部は、前記絶縁性基板の略径方向に沿って切断されて形成される平面上に設けられている。
【００１３】
また、前記一面及び前記他面に重ねられた前記重ね基板部は、少なくとも１つが絶縁性フィルムである。
【００１４】
また、前記絶縁性基板には、前記コイル線に電気的に接続され、前記導線に流れる電流によって前記コイル線に発生する誘導電流を検知する信号処理回路が設けられている。
【００１５】
また、前記コイル線の周囲には、絶縁層を介して導電性シールドが配置されている。
【００１６】
また、前記導電性シールドは、前記絶縁性基板を前記導体の軸線方向に沿って貫通する貫通シールド細線部と、前記芯基板部の前記一面及び他面、及び前記重ね基板部の前記反芯基板部側の面に形成された横断シールド細線部とから構成され、網目状となっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。図１において、空芯コイル１は、樹脂等の非磁性体で作製された絶縁性基板２と、この絶縁性基板２に設けられたコイル線３とを備えている。絶縁性基板２は、導体が貫通する基板開口部４を中央に有した円板である。この基板開口部４は、貫通する導体の軸線周りに沿った円形状となっている。コイル線３は、基板開口部４の円周に沿って導線が巻回されて構成された基本コイル部５と、この基本コイル部５を囲んで導線が巻回されて構成された重ね巻部６である重ねコイル部７とを有している。この基本コイル部５と重ね巻部６とは電気的に直列に接続されている。
【００１８】
図２は、コイル線３の構成を示す部分拡大図であり、図３は、図２の絶縁性基板を径方向に沿って切断した断面図である。図２においては、基本コイル部５と重ね巻部６との接続点付近のコイル線３を示している。また、図４は、絶縁性基板の厚さ方向に視たときの空芯コイルの模式的な正面図である。図１乃至図４において、絶縁性基板２は、基本コイル部５が配置された芯基板部８と、この芯基板部８の一面９及び他面１０にそれぞれ１段ずつ重ねられた重ね基板部１１とを有している。重ね基板部１１は、芯基板部８の一面９に重ねられた第１重ね基板部１２と、他面１０に重ねられた第２重ね基板部１３とから構成されている。
【００１９】
基本コイル部５は、芯基板部８の一面９に基板開口部４の円周に沿って略放射状に配列された例えば金属箔である複数の第１基本細線部１４と、他面１０に基板開口部４の円周に沿って略放射状に配列された例えば金属箔である複数の第２基本細線部１５とを有している。第１基本細線部１４は、図４に示すように絶縁性基板２の厚さ方向に沿って視たときに、基板開口部４側の一端部１４ａが第２基本細線部１５の基板開口部４側の一端部１５ａに重なり、他端部１４ｂがこの重なった第２基本細線部１５に隣接する第２基本細線部１５の他端部１５ｂに重なるように配置されている。ここで、図２及び図４において、点線は第２基本細線部１５を示している。他の各第１基本細線部１４も同様に配置されている。従って、絶縁性基板２の厚さ方向に沿って視たときに、各第１基本細線部１４及び各第２基本細線部１５によって基板開口部４の周りに鋸歯状の模様が形成されている。
【００２０】
また、基本コイル部５は、芯基板部８を厚さ方向に貫通して第１基本細線部１４の一端部１４ａ及び第２基本細線部１５の一端部１５ａを電気的に接続する内径側接続基本細線部１６と、芯基板部８を厚さ方向に貫通して第１基本細線部１４の他端部１４ｂ及び第２基本細線部１５の他端部１５ｂを電気的に接続する外径側接続基本細線部１７とを有している。この内径側接続基本細線部１６は、図４において重なっている第１基本細線部１４の一端部１４ａと第２基本細線部１５の一端部１５ａとを接続している。外径側接続基本細線部１７は、同様に図４において重なっている他端部１４ｂと他端部１５ｂとを接続している。また、内径側接続基本細線部１６及び外径側接続基本細線部１７は、芯基板部８の厚さ方向に貫通した貫通孔に金属メッキをすることにより形成されている。
【００２１】
従って、基本コイル部５は、各第１基本細線部１４及び各第２基本細線部１５が各内径側接続基本細線部１６及び各外径側接続基本細線部１７によって電気的に直列に接続されて形成されているとともに、各第１基本細線部１４が一面９に露出し、各第２基本細線部１５が他面１０に露出した状態で芯基板部８に埋め込まれている。
【００２２】
重ね巻部６は、芯基板部８の一面９に重ねられた第１重ね基板部１２の芯基板部８側と反対側の反芯基板部側の面である第１重ね面１８に基板開口部４の円周に沿って略放射状に配列された例えば金属箔である複数の第１重ね細線部１９と、芯基板部８の他面１０に重ねられた第２重ね基板部１３の芯基板部８側と反対側の反芯基板部側の面である第２重ね面２０に基板開口部４の円周に沿って略放射状に配列された例えば金属箔である複数の第２重ね細線部２１とを有している。この第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１は、第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５よりも長く形成されている。
【００２３】
この第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１の配置関係も、第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５の配置関係と同様になっている。即ち、第１重ね細線部１９は、図４に示すように、絶縁性基板２の厚さ方向に沿って視たときに、基板開口部４側の一端部１９ａが第２重ね細線部２１の基板開口部４側の一端部２１ａに重なり、他端部１９ｂがこの一端部１９ａが重なった第２重ね細線部２１に隣接する第２重ね細線部２１の他端部２１ｂに重なるように配置されている。他の各第１重ね細線部１９も同様に配置されている。ここで、図２及び図４において、点線は第２重ね細線部２１を示している。従って、同様の方向に沿って視たときに、基板開口部４の周りには、第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５によって形成される鋸歯状模様よりも大きな鋸歯状の模様が各第１重ね細線部１９及び各第２重ね細線部２１によって形成されている。ここで、この方向から視たときには、各第２重ね細線部２１は、各第２基本細線部１５に重なって配置されている。また、図４において、互いに重なっている他端部１９ｂ及び他端部２１ｂを有する第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１がその他端部１９ｂ及び他端部２１ｂを始点としたベクトルであると考えると、そのベクトルの合成方向に基板開口部４の中心点が存在するように各第１重ね細線部１９及び各第２重ね細線部２１は設けられている。従って、各第１重ね細線部１９及び各第２重ね細線部２１は、基板開口部４の中心点に向けては配置されていない。また、各第２基本細線部１５も各第２重ね細線部２１に重なっているので中心点に向けずに設けられ、各第１基本細線部１４も当然のことながら中心点には向いていない。なお、互いに重なる他端部１４ｂ及び他端部１５ｂを始点とした第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５のベクトルの合成方向が基板開口部４の中心点に向くように各第１基本細線部１４及び各第２基本細線部１５が配置されてもよく、この場合も、各第１基本細線部１４、各第２基本細線部１５、各第１重ね細線部１９及び各第２重ね細線部２１のそれぞれのベクトルは基板開口部４の中心点には向いてはいない。
【００２４】
また、重ね巻部６は、芯基板部８、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３を厚さ方向に全て貫通して第１重ね細線部１９の一端部１９ａ及び第２重ね細線部２１の一端部２１ａを電気的に接続する内径側接続重ね細線部２２と、同様に芯基板部８、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３を厚さ方向に全て貫通して第１重ね細線部１９の他端部１９ｂ及び第２重ね細線部２１の他端部２１ｂを電気的に接続する外径側接続重ね細線部２３とを有している。この内径側接続重ね細線部２２は、図４において重なっている第１重ね細線部１９の一端部１９ａと第２重ね細線部２１の一端部２１ａとを接続している。外径側接続重ね細線部２３は、同様に図４において重なっている他端部１９ｂと他端部２１ｂとを接続している。また、内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３は、芯基板部８、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３の厚さ方向に全て貫通した貫通孔に金属メッキをすることにより形成されている。
【００２５】
また、各第２基本細線部１５と各第２重ね細線部２１とがそれぞれ絶縁性基板２の厚さ方向に沿って視たときに重なっていることから、この重なっている第２基本細線部１５の一端部１５ａ及び他端部１５ｂ、第２重ね細線部２１の一端部２１ａ及び他端部２１ｂにそれぞれ接続されている内径側接続基本細線部１６、外径側接続基本細線部１７、内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３は、全て絶縁性基板２の径方向に沿って切断されて形成される平面上に設けられている。さらに、この平面上で、内径側接続基本細線部１６及び外径側接続基本細線部１７は、内径側接続重ね細線部２２と外径側接続重ね細線部２３との間に配置されている。
【００２６】
従って、重ね巻部６は、各第１重ね細線部１９及び各第２重ね細線部２１が各内径側接続重ね細線部２２及び各外径側接続重ね細線部２３によって電気的に直列に接続されて、基本コイル部５を包むように形成されているとともに、各第１重ね細線部１９が第１重ね面１８に露出し、各第２重ね細線部２１が第２重ね面２０に露出した状態で絶縁性基板２に埋め込まれている。そして、重ね巻部６は、一端部が接続点２４で基本コイル部５の一端部と接続され、重ね巻部６の他端部と基本コイル部５の他端部とがコイル線３の引出部２５、２６となって絶縁性基板２に取り付けられた信号処理回路２７に電気的に接続されている。さらに、重ね巻部６及び基本コイル部５は、基板開口部４を貫通する導体を流れる電流によって発生する誘導起電力が互いに打ち消し合わないように、即ち誘導起電力の向きが同じ向きになるように巻回されている。
【００２７】
この空芯コイル１は、以下のようにして作製される。まず、基板開口部４を有し、複数の貫通孔が設けられた芯基板部８の一面９及び他面１０に金属箔の第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５を両端部が貫通孔に接触するように略放射状にプリントする。そして、貫通孔に金属メッキをして基本コイル部５を形成する。次に、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３をそれぞれ一面９及び他面１０に貼り付けて基板を貫通する貫通孔を所定の位置に形成する。その後、基本コイル部５と同様にして第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１をそれぞれ第１重ね面１８及び第２重ね面２０にプリントし、貫通孔に金属メッキして重ね巻部６を形成する。なお、接続点２４の部分、引出部２５、２６の部分は、プリントする際、あるいは金属メッキする際に特別に形成する。その後、出来上がった絶縁性基板２に信号処理回路を取り付けて引出部２５、２６と電気的に接続する。
【００２８】
このように構成された空芯コイル１は、電流センサに用いられる場合、基板開口部４に電流が流れる導体を貫通させて用いられる。導体を電流が流れると導体の軸線周りに磁界が発生し、この磁界の変化により重ね巻部６及び基本コイル部５のそれぞれの巻き数に応じた誘導起電力が重ね巻部６及び基本コイル部５のそれぞれに発生する。それぞれの誘導起電力は互いに打ち消し合わない、同じ向きになるように重ね巻部６及び基本コイル部５が巻回されているので、両方の誘導起電力が足し合わされて大きな誘導電流がコイル線３を流れ、この誘導電流が信号処理回路２７で計測されて導体を流れる電流が算出される。
【００２９】
この空芯コイル１は、重ねコイル部７の重ね巻部６が基板開口部４の円周方向に沿った巻き進み方向に巻回され、基本コイル部５が重ね巻部６の巻き進み方向とは逆方向に重ね巻部６の内部を通って巻き戻していることから、この空芯コイル１は、コイル線３に発生する外部電磁界による誘導起電力を相殺する効果がある。
【００３０】
また、この空芯コイル１においては、重ねコイル部７の重ね巻部６及び基本コイル部５の形成は絶縁性基板２の形成とともになされ、この重ね巻部６及び基本コイル部５が絶縁性基板２に埋め込まれた状態で用いられるので、重ね巻部６及び基本コイル部５それぞれの巻き間隔も一定に保つことができるとともに、重ね巻部６と基本コイル部５とを貼り合わせる作業がないので、重ね巻部６と基本コイル部５との相対的なずれも殆ど無く、容易に測定誤差の小さい電流センサを作製することができる。
【００３１】
また、この空芯コイル１は、重ね巻部６及び基本コイル部５の両方の誘導起電力が足し合わされているので、従来例の空芯コイル１００に比べて大きな誘導起電力を発生することができ、電流センサとしての測定感度が従来例に比べて増加する。
【００３２】
さらに、基本コイル部５の内径側接続基本細線部１６及び外径側接続基本細線部１７は、その対応する重ね巻部６の内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３と同一の平面上に存在しているので、巻き線間に介在する導線等がなく、基本コイル部５及び重ね巻部６の両方の巻き間隔を最大限、密にでき、巻き数を多くできる。
【００３３】
なお、この空芯コイル１は、重ねコイル部７が重ね巻部６を１つのみ有しているものであるが、１つに限定する必要はなく、重ねコイル部７は複数の重ね巻部６を有していても構わない。この場合、複数の重ね巻部６は順に基本コイル部５を重なって囲んでおり、全ての重ね巻部６が電気的に直列に接続されている。また、重ね基板部１１は芯基板部８の一面９及び他面１０からそれぞれ順に重ね巻部６の数だけ重ねられており、それぞれの重ね基板部１１ごとに重ね巻部６が形成されている。
【００３４】
また、上記実施の形態においては、基本コイル部５の内径側接続基本細線部１６及び外径側接続基本細線部１７は、対応する重ね巻部６の内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３と同一の平面上に存在しているが、同一平面上に存在していなくても構わない。このようにしても、従来例の空芯コイル１００よりも導体を流れる電流による誘導起電力が大きくなり、しかも基本コイル部５あるいは重ね巻部６の巻き数の調整ができて、外部電磁界によって発生する相殺するための基本コイル部５及び重ね巻部６の誘導起電力の大きさを調整すること等が可能となる。
【００３５】
また、上記実施の形態においては、使い勝手を良くするため信号処理回路２７が絶縁性基板２に設けられているが、当然のことながら、信号処理回路２７が別になっていても構わない。
【００３６】
また、上記実施の形態においては、重ね巻部６の内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３は、芯基板部８、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３を貫通した貫通孔に金属メッキをすることによって形成されているが、図５に示すように、内径側接続重ね細線部２２は基板開口部４の外面、即ち絶縁性基板２の内側面に設けられ、外径側接続重ね細線部２３は絶縁性基板２の外側面に設けられていても構わない。このような構成であれば、内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３を形成する際に絶縁性基板２に貫通孔を形成する必要がなくなり、容易に短時間で空芯コイルを作製することができる。また、図６に示すように、あらかじめ絶縁性基板２の内側面及び外側面に溝２８を設けておき、その溝２８に内径側接続重ね細線部２２及び外径側接続重ね細線部２３を形成してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。図７において、空芯コイル４１は、第１重ね基板部１２が絶縁性フィルムである第１絶縁フィルム４２となっており、第２重ね基板部１３が絶縁性フィルムである第２絶縁フィルム４３となっている。第１絶縁フィルム４２及び第２絶縁フィルムは、ポリイミド等の絶縁性に優れたフィルムであるが、これに限定されることはなく、重ね巻部６あるいは基本コイル部５に発生する誘導起電力によって絶縁破壊を起こさない程度の絶縁性があり、表面に第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１が形成でき、貫通孔を形成できるものであればよい。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３８】
このような構成の空芯コイル４１は、実施の形態１における空芯コイル１の第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３が厚さの小さい第１絶縁フィルム４２及び第２絶縁フィルム４３となっているので、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、基本コイル部５の第１基本細線部１４及び第２基本細線部１５がそれぞれ第１重ね細線部１９及び第２重ね細線部２１に近づき、基本コイル部５の巻回の大きさが重ね巻部６の巻回の大きさに近づくことから、基本コイル部５においても導体を流れる電流によって重ね巻部６に近い誘導起電力が発生し電流センサの感度が増加する。
【００３９】
また、空芯コイル４１は、第１絶縁フィルム４２及び第２絶縁フィルム４３といった安価で扱い易い材料で作製されるので、作製が容易で、コストも低減する。
【００４０】
なお、第１重ね基板部１２及び第２重ね基板部１３のどちらか一方が絶縁フィルムとなっていても、基本コイル部５の巻回の大きさが重ね巻部６の巻回の大きさに近づくので、構わない。
また、複数の重ね基板部１１が重なっている場合も、全てが第１絶縁フィルム４２及び第２絶縁フィルム４３であってもよいし、その一部が第１絶縁フィルム４２あるいは第２絶縁フィルム４３であってもよい。
【００４１】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。図８において、空芯コイル５１は、コイル線３が設けられている円環状の絶縁性基板２の全体をエポキシ樹脂等の絶縁層５２を介して囲った導電性シールド５３を備えている。この導電性シールド５３は、例えば銅、アルミ等の導電性金属であり、絶縁性基板２を囲んで形成された絶縁層５２の表面を銅等によりメッキすることにより形成される。導電性シールド５３は、図示しないが電気的に接地されている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４２】
このような構成の空芯コイル５１は、コイル線３を囲んでいる導電性シールド５３を備えているので、外部電磁界がこの導電性シールド５３によって遮蔽され、この外部電磁界によってコイル線３に誘導起電力が発生することがさらに抑制される。導電性シールド５３は接地されているので、外部電磁界により導電性シールド５３に発生した誘導起電力によって導電性シールド５３が帯電することはない。
【００４３】
従って、空芯コイル５１は、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、さらに外部電磁界による誘導起電力の発生を抑えるので、外部電磁界による影響をさらに小さくすることができる。
【００４４】
なお、実施の形態３においては、導電性シールド５３は、絶縁層５２の表面に形成されたメッキ層であるが、当然のことながらメッキ層に限定されるものではなく、通常の金属板であっても構わない。
【００４５】
また、絶縁層５２は、絶縁性基板２を全て囲う必要はなく、導電性シールド５３が内部のコイル線３に接触しない状態で保たれていれば、例えば格子状、あるいは複数の支持突起であっても構わない。
【００４６】
また、図９に示すように、空芯コイル５１は、絶縁性基板２の基板開口部４側に設けられた内側シールド網５４及び外周側に設けられた外側シールド網５５を有した導電性シールド５６を備えていてもよい。この場合、内側シールド網５４及び外側シールド網５５はそれぞれ、絶縁性基板２を厚さ方向に貫通する貫通孔に金属メッキされて形成された貫通シールド細線部５４ａ、５５ａと、芯基板部８の一面９及び他面１０、重ね基板部１１の第１重ね面１８及び第２重ね面２０にプリントされた横断シールド細線部５４ｂ、５５ｂとから構成されている。内側シールド網５４は、貫通シールド細線部５４ａと横断シールド細線部５４ｂとが電気的に接続され、外側シールド網５５は、貫通シールド細線部５５ａと横断シールド細線部５５ｂとが電気的に接続されている。また、内側シールド網５４及び外側シールド網５５は、それぞれ接地されている。このような構成にすると、導電性シールド５６は基本コイル部５及び重ね巻部６と同様の工程で形成できる貫通シールド細線部５４ａ、５５ａ及び横断シールド細線部５４ｂ、５５ｂから構成されているので、コイル線３の形成と同様の工程でこの導電性シールド５６を形成することができ、絶縁性基板２を絶縁層５２で囲む作業等が無くなり、容易に導電性シールド５６を形成することができる。
さらに、当然のことながら、この導電性シールド５６とメッキ層の導電性シールド５３とを組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
また、この実施の形態３は、実施の形態１の空芯コイル１について導電性シールドが適用された形態を示しているが、実施の形態２の空芯コイル４１について導電性シールドを適用してもよく、このようにするとさらに実施の形態２と同様の効果も奏する。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、当然のことながら、この空芯コイル１を複数枚貼り合わせて巻き数を増加することもでき、さらに感度を高くすることもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係る空芯コイルは、電流が流れる導体が貫通する基板開口部を有した絶縁性基板と、前記導体の軸線周りに沿って導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた基本コイル部、及び前記基本コイル部を囲んで導線が巻回されて構成され前記絶縁性基板に設けられた重ね巻部が前記基本コイル部から電気的に直列に接続されて構成された重ねコイル部を有したコイル線とを備え、前記絶縁性基板は、前記基本コイル部が設けられた芯基板部と、前記芯基板部の一面及び他面からそれぞれ同数段重ねられた重ね基板部とを有し、前記基本コイル部は、前記一面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１基本細線部、前記他面に前記導線の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２基本細線部、前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記第２基本細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続基本細線部、及び前記芯基板部を貫通して前記第１基本細線部及び前記一端部同士が接続された第２基本細線部に隣接する前記第２基本細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続基本細線部を有し、前記重ね巻部は、各段において、前記一面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第１重ね細線部、前記他面側の各前記重ね基板部の反前記芯基板部側の面に前記導体の軸線周りに略放射状に配列された複数の第２重ね細線部、前記一面及び他面から同数段目の前記第１重ね細線部及び前記第２重ね細線部の一端部同士を電気的に接続する内径側接続重ね細線部、及び前記同数段目の前記第１重ね細線部及び前記一端部同士が接続された第２重ね細線部に隣接する前記第２重ね細線部の他端部同士を電気的に接続する外径側接続重ね細線部を有しており、前記導体を流れる電流変化による磁束の変化により、前記基本コイル部及び前記重ねコイル部に発生する誘導起電力が電気的に同じ向きになるようになっているので、前記コイル線が前記導体に関して対称に形成され、しかも容易に巻き間隔もほぼ一定にすることができて前記導体に流れる電流に比例した誘導電流が正確に発生し、さらに、１つの前記絶縁性基板に前記基本コイル部及び前記重ね巻部が形成されていることから、前記基本コイル部及び前記重ね巻部の相対的な配置にずれがほとんどなくなるとともに、多くの巻き数を有した前記コイル線を形成して巻き数に対応した大きな誘導起電力を発生することができる。
【００５０】
また、前記絶縁性基板の形状は、円環形状であり、前記重ねコイル部は、最も外側に設けられた前記重ね巻部において、その各前記内径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の内側面に設けられ、各前記外径側接続重ね細線部が前記絶縁性基板の外側面に設けられているので、前記最も外側に設けられた前記重ね巻部の各前記内径側接続重ね細線部及び各前記外径側接続重ね細線部を前記絶縁性基板を貫通させずに形成でき、前記重ねコイル部の作製が容易になる。
【００５１】
また、前記内径側接続基本細線部、前記外径側接続基本細線部、前記内径側接続重ね細線部、及び前記外径側接続重ね細線部は、前記絶縁性基板の略径方向に沿って切断されて形成される平面上に設けられているので、前記基本コイル部及び前記複数の前記重ね巻部の巻き密度をともに大きくすることができる。
【００５２】
また、前記一面及び前記他面に重ねられた前記重ね基板部は、少なくとも１つが絶縁性フィルムであるので、前記基本コイル部の巻回の大きさが前記重ね巻部の巻回の大きさに近づき、内部を通る磁束も近づいてくることから、基本コイル部に発生する誘導起電力がさらに大きくなり、前記コイル線に発生する誘導起電力が大きくなる。
【００５３】
また、前記絶縁性基板には、前記コイル線に電気的に接続され、前記導線に流れる電流によって前記コイル線に発生する誘導電流を検知する信号処理回路が設けられているので、前記信号処理回路を前記コイル線に接続する作業が無くなり、前記空芯コイルの取り扱いが容易になる。
【００５４】
また、前記コイル線の周囲には、絶縁層を介して導電性シールドが配置されているので、外部電磁界によって前記コイル線に誘導起電力が発生することがさらに抑制され、ほとんど前記導体を流れる電流による誘導電流のみを取り出すことができる。
【００５５】
また、前記導電性シールドは、前記絶縁性基板を前記導体の軸線方向に沿って貫通する貫通シールド細線部と、前記芯基板部の前記一面及び他面、及び前記重ね基板部の前記反芯基板部側の面に形成された横断シールド細線部とから構成され、網目状となっているので、前記絶縁性基板に前記コイル線を形成する工程で、前記導電性シールドも形成され、導電性シールドを形成する特別な工程を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。
【図２】  コイル線の構成を示す部分拡大図である。
【図３】  図２の絶縁性基板を径方向に沿って切断した断面図である。
【図４】  絶縁性基板の厚さ方向に視たときの空芯コイルの模式的な正面図である。
【図５】  絶縁性基板の内側面及び外側面に内径側接続重ね細線部及び外径側接続重ね細線部が形成された状態を模式的に示す部分斜視図である。
【図６】  絶縁性基板の内側面及び外側面に設けられた溝に内径側接続重ね細線部及び外径側接続重ね細線部が形成された状態を模式的に示す部分斜視図である。
【図７】  この発明の実施の形態２に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。
【図８】  この発明の実施の形態３に係る空芯コイルの構成を示す部分斜視図である。
【図９】  絶縁性基板の基板開口部側及び外周側にそれぞれ内側シールド網及び外側シールド網が形成された状態を模式的に示す部分斜視図である。
【図１０】  従来の空芯コイルの構成を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１，４１，５１  空芯コイル、２  絶縁性基板、３  コイル線、４  基板開口部、５  基本コイル部、６  重ね巻部、７  重ねコイル部、８  芯基板部、９  一面、１０  他面、１１  重ね基板部（１２  第１重ね基板部、１３  第２重ね基板部）、１４  第１基本細線部、１５  第２基本細線部、１６  内径側接続基本細線部、１７  外径側接続基本細線部、１９  第１重ね細線部、２１  第２重ね細線部、２２  内径側接続重ね細線部、２３  外径側接続重ね細線部、２７  信号処理回路、４２  第１絶縁フィルム（絶縁性フィルム）、４３  第２絶縁フィルム（絶縁性フィルム）、５３，５６  導電性シールド、５４ａ，５５ａ  貫通シールド細線部、５４ｂ，５５ｂ  横断シールド細線部。
【図１】
0003947028.tif 000002
【図２】
0003947028.tif 000003
【図３】
0003947028.tif 000004
【図４】
0003947028.tif 000005
【図５】
0003947028.tif 000006
【図６】
0003947028.tif 000007
【図７】
0003947028.tif 000008
【図８】
0003947028.tif 000009
【図９】
0003947028.tif 000010
【図１０】
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