(57)【要約】      （修正有）【課題】コイルのターン数を増加し、コイル片間の開き角度を大きくでき、電線に対してクランプさせることが容易なトロイダルコイル装置を提供する。【解決手段】トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダル方向ＴＤに直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片Ｔ１，Ｔ２を方向ＴＤに沿って並べて成るトロイダルコイル１を備えている。コイル片Ｔ１，Ｔ２の各々は、ポロイダル方向ＰＤに平行に伸びる形状を有して方向ＴＤに並び設けられる複数の導電体パターン３と、隣り合う導電体パターン３の間に設けられた立体形成用の切り込み２１とを有したフレキシブル基板１０を備えている。基板１０が平板状から方向ＰＤおよび方向ＴＤに屈曲され、この屈曲により形成される複数の１ターンコイルが順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルとされている。コイル片Ｔ１，Ｔ２が個別に構成されているので、コイル片間を大きく開くことができる。【選択図】図１
2016111191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダルコイル装置であって、
トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備え、
前記コイル片の各々は、ポロイダル方向に伸びる形状を有してトロイダル方向に並び設けられる複数の導電体パターンと、隣り合う導電体パターンの間に設けられた立体形成用の切り込みとを有したフレキシブル基板を備え、このフレキシブル基板が平板状からポロイダル方向およびトロイダル方向に屈曲され、この屈曲により形成される複数の１ターンコイルの隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルとされていることを特徴とするトロイダルコイル装置。
【請求項２】
前記コイル片の各々をその内面において支持する支持体を備えることを特徴とする請求項１に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項３】
前記導電体パターンは、前記フレキシブル基板に多層に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項４】
前記トロイダルコイルは、進みコイルと戻りコイルとを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項５】
前記１ターンコイルの各々は、トロイダル方向に互いに一定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項６】
前記１ターンコイルの各々は、前記トロイダルコイルの中心軸を含む平面内に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のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項７】
前記トロイダルコイルを収納するトロイド状のケースを備え、
前記ケースは、前記コイル片の各々を収納する複数の分割ケースを組み合わせて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項８】
前記トロイダルコイルに生成される電圧信号を処理する回路を有する回路基板を備え、
前記ケースは、前記回路基板を収納することを特徴とする請求項７に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項９】
前記回路基板は、前記トロイダルコイルに貫挿された電線を流れる電流に応じた信号を出力する回路を有することを特徴とする請求項８に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１０】
前記分割ケースは、各々を外周側の縁部において連結する連結部を有し、
前記連結部は、前記分割ケース間を開閉自在とするヒンジ構造、または前記分割ケース間を分離自在とする係合構造を有することを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロイダルコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気回路を有していない空芯のトロイダルコイルを備えるトロイダルコイル装置は、その中心穴を通る電線を流れる交流電流を計測する電流センサとして用いられている。トロイダルコイルは、直線状の空芯ソレノイドコイルをその中心軸が円形となるように丸く曲げてコイル外形をトロイド状としたものである。電流センサとしての空芯トロイダルコイルは、ロゴスキーコイルとも呼ばれる。電流センサ用のトロイダルコイルは、例えば、可撓性のシート状基材の両面に形成した導体パターンとこれらを両面間で接続する導通スルーホールとによってシート状の空芯ソレノイドコイルを形成し、これを丸めて簡便に形成される（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１のトロイダルコイルは、導通スルーホールによる接続を確保するためのランドパターンの存在が、導体パターンの密度増加に対する制約条件になってしまい、ある限度以上にコイルのターン数を増やすことができない。また、各１ターンコイルの囲む面積はシート状基材の断面積そのものであり、その面積を増やすには限界がある。
【０００３】
ところで、柔軟性を有する支持体に一体的に複数の導体パターンを形成し、その支持体を折り曲げて形成される各導体パターン毎の１ターンコイルを互いに直列接続してトランス等で用いるインダクタを形成する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１４７９号公報
【特許文献２】特開２００２−０４３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２に示されるような形成方法においては、導通スルーホールを用いずに半田によって接続することができるものの、各半田接続部においてスリットとツメとの嵌合を用いるので、依然としてコイルのターン数増が制限される。また、この特許文献２におけるコイルの形成方法は、１ターンコイルが立体的に形成されるのでコイルが囲む面積を増やせるものの、四角形の一辺にコイルを形成するものであり、ノイズ相殺に有効な回転対称性をトロイダルコイルに持たせることができない。
【０００６】
また、トロイダルコイルを既設の電線に対する電流センサとして用いる場合、トロイダルコイルをトロイダル方向のどこかで分断して開いて、トロイダルコイルの中心部に電線を位置させて閉じるクランプ動作が必要である。トロイダルコイルは、例えば１８０°以上に開く大きなクランプ動作ができることが望ましく、また、クランプ動作の繰り返し耐性を備えることが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、コイルのターン数を従来よりも増加させることができ、また、コイル片間の開き角度が大きくなり電線に対してクランプさせることが容易なトロイダルコイル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明のトロイダルコイル装置は、トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備え、コイル片の各々は、ポロイダル方向に伸びる形状を有してトロイダル方向に並び設けられる複数の導電体パターンと、隣り合う導電体パターンの間に設けられた立体形成用の切り込みとを有したフレキシブル基板を備え、このフレキシブル基板が平板状からポロイダル方向およびトロイダル方向に屈曲され、この屈曲により形成される複数の１ターンコイルの隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルとされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のトロイダルコイル装置によれば、フレキシブル基板を立体化したコイル片を並べてトロイダルコイルとするので、コイルのターン数をより増加でき、また、コイル片間の開き角度をより大きくでき、コイル片を電線にクランプすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るトロイダルコイル装置の一部破断分解斜視図、（ｂ）は同装置の断面模式図。
【図２】（ａ）は同装置の斜視図、（ｂ）は同装置のコイル片の斜視図、（ｃ）は同装置の支持体の斜視図。
【図３】（ａ）は同装置のコイル片を構成するフレキシブル基板を円筒状に屈曲し電気接続して成るソレノイドコイルの平面図、（ｂ）は同ソレノイドコイルを屈曲して成るコイル片の斜視図。
【図４】同フレキシブル基板の展開図。
【図５】（ａ）は同フレキシブル基板の表裏の導電体パターンを電気的に接続した接続部の断面図、（ｂ）は同フレキシブル基板の導電体パターンを電気的に接続した接続部の断面図。
【図６】同コイル片と回路基板とを組み合わせて同装置を電流計測用とする構成例を説明する斜視図。
【図７】（ａ）はトロイダルコイルと回路基板とをケースに収納して電流計測用の構成としたトロイダルコイル装置の透視斜視図、（ｂ）は同装置を電線に取り付けた状態の平面図、（ｃ）は同装置の電線に対する開閉動作を説明する断面図。
【図８】（ａ）は同装置を開いた状態の平面図、（ｂ）（ｃ）は異なる方向から見た（ａ）の斜視図。
【図９】（ａ）は同トロイダルコイル装置の変形例を模式的に示す断面図、（ｂ）は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。
【図１０】（ａ）は同トロイダルコイル装置の他の変形例を模式的に示す断面図、（ｂ）は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。
【図１１】（ａ）は同トロイダルコイル装置のさらに他の変形例を模式的に示す断面図、（ｂ）は同変形例のコイル片間を開いて電線に適用する様子を示す断面図。
【図１２】（ａ）は他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を模式的に示す断面図、（ｂ）は同装置に用いられる支持体の斜視図。
【図１３】同装置を構成するコイル片の斜視図。
【図１４】同装置のコイル片間の電気的接続を示す図。
【図１５】（ａ）は電流計測用の構成とした同装置の開閉動作を説明する斜視図、（ｂ）（ｃ）は異なる方向から見た同装置の斜視図。
【図１６】（ａ）はさらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板の展開図、（ｂ）は同フレキシブル基板装置を屈曲して成るソレノイドコイルの平面図、（ｃ）は同ソレノイドコイルを屈曲して成るコイル片の斜視図。
【図１７】（ａ）はトロイダルコイル装置の各コイル片に生じる電圧の計測を模式的に示す断面図、（ｂ）は（ａ）の透視側面図。
【図１８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１７（ａ）（ｂ）の電圧計測における一方の電圧計の接続方法を替えて行う計測を模式的に示す断面図と透視側面図。
【図１９】（ａ）は図１７（ａ）の電圧計Ｖ１に計測される電圧波形図、（ｂ）は図１８（ａ）の電圧計Ｖ２に計測される電圧波形図、（ｃ）は両電圧計による測定値の和の電圧波形図。
【図２０】（ａ）は図１８（ａ）の電圧計Ｖ１に計測される電圧波形図、（ｂ）は図１８（ａ）の電圧計Ｖ２に計測される電圧波形図、（ｃ）は両電圧計による測定値の差の電圧波形図。
【図２１】トロイダルコイル装置のトロイダルコイルを、その中心軸方向から見た平面図。
【図２２】トロイダルコイル装置のトロイダルコイルの１ターンコイルを透視して表示する斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るトロイダルコイル装置について、図面を参照して説明する。図１乃至図５は一実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。図１、図２、図３に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２から成るトロイダルコイル１と、各コイル片Ｔ１，Ｔ２を内部から支持する半円筒形の支持体であるコア４と、を備えている。トロイダルコイル１は、トロイダル方向ＴＤに直交する面で分割された円弧形状の２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２をトロイダル方向ＴＤに沿って並べて構成されている。各コイル片Ｔ１，Ｔ２は、シート状の可撓性基材２と可撓性基材２に支持された互いに並列する複数の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０を備えており、フレキシブル基板１０をトロイド状に屈曲して形成されている。これらの図や以下に示す図において導電体パターン３の図示が適宜省略されている。
【００１２】
導電体パターン３は、各々がポロイダル方向ＰＤに平行に伸びる形状を有し、全体がトロイダル方向ＴＤに沿って並び設けられている。可撓性基材２は、隣り合う導電体パターン３の間に立体形成用の切り込み２１を有している。導電体パターン３の各々は、フレキシブル基板１０が矢印Ｒで示すように平板状からポロイダル方向ＰＤに屈曲されることにより、１ターンコイルを形成する。互いに並列する複数の１ターンコイルは、隣り合うコイルに属する端部同士が順次に直列接続されて連続する複数ターンのコイルであるソレノイドコイル１０ａとされる（図３（ａ））。
【００１３】
上述の１ターンコイル間の接続は、線状の各導電体パターン３の一端と他端とを、隣接する導電体パターン３間で互いに重ねて電気的に接続した接続部３０を形成することにより行われる。接続部３０は、コア４の外周における凹部４ａに対応する位置に形成される。複数ターンのコイルとされたフレキシブル基板１０は、立体形成用の切り込み２１の存在によってトロイダル方向ＴＤに屈曲される（図３（ｂ））。
【００１４】
各フレキシブル基板１０毎に、コイル片Ｔ１，Ｔ２が形成される。各コイル片Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ端子Ｊ１，Ｊ２および端子Ｊ３，Ｊ４（これらを総称して端子Ｊｎ）を有している。フレキシブル基板１０は、可撓性基材２の表裏にそれぞれ導電体パターン３を有する多層基板であり、表裏の各面において、それぞれ複数ターンのコイルを形成し、全体として進みコイルと戻りコイルの二重コイルとされている。進みコイルと戻りコイルは、互いに直列接続されており、接続されなかった端子が、例えばコイル片Ｔ１の場合、端子Ｊ１，Ｊ２である。
【００１５】
なお、コイル片Ｔ１，Ｔ２の各々は、端末処理を除いて、円筒形のトロイダルコイルを、その中心軸ＡＸを含む平面ＰＬで２分割した各コイルに相当する。また、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が円弧形状であるとは、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が、直線状のソレノイドコイルをトロイダル方向ＴＤに沿って半円形状、一般に任意弧長の円弧形状、に湾曲させた形状となっているという意味である（図１（ｂ）参照）。言い換えると、コイル片Ｔ１，Ｔ２は、中心軸ＡＸの方向から見て、切り分けられたバウムクーヘンの形状を有している。また、トロイダル方向ＴＤは、トロイダルコイル１の中心軸ＡＸまわりの円周方向であり、ポロイダル方向ＰＤは、トロイダル方向ＴＤに直交する平面とトロイドの表面との交線に沿った方向である。
【００１６】
次に、図４を参照してコイル片Ｔ１（Ｔ２）を形成するフレキシブル基板１０を詳細説明する。以下の説明はコイル片Ｔ２を形成するフレキシブル基板１０についても同様である。フレキシブル基板１０は、平面状に展開した状態で略四角形の外形を有する。平面状のフレキシブル基板１０において、図中のポロイダル方向ＰＤに沿って、上下の領域がトロイダルコイル１の外周領域に相等し、中央の領域がトロイダルコイル１の内周領域、すなわち中心軸ＡＸに面する領域に相等する。外周領域と内周領域との間は、トロイダルコイル１における、中心軸ＡＸに沿った両端に位置する遷移領域に相当する。可撓性基材２には伸縮性が望めないので、平面状のフレキシブル基板１０を立体曲面であるトロイド状に屈曲して形成するために、内周領域と遷移領域に切り込み２１が設けられている。切り込み２１は、平面状態のフレキシブル基板１０に可撓性基材２を含む基板材料を除去した開口を形成している。
【００１７】
切り込み２１による開口に挟まれた領域に、導電体パターン３が設けられている。各導電体パターン３は、隣りの導電体パターン３の延長線上に乗り移るように、クランク状に変化した斜行形状のパターンを有している。導電体パターン３の一端は、可撓性基材２が存在しないフライングリード構造の接続端子３ａとなっており、その他端は、可撓性基材２上に支持された接続端子３ｂとなっている。導電体パターン３は、フレキシブル基板１０の表裏において、それぞれ進みコイルと戻りコイルを形成するように、表裏で互いに異なる方向に斜行したクランク状のパターンを有している。進みコイルと戻りコイルの組合せは、例えば、右ねじコイルと左ねじコイルの組合せに対応する。コイルの導線を流れる電流は、ある回転方向の螺旋を描きながらトロイダル方向に沿って進み、その後、同じ回転方向の螺旋を描きながらトロイダル方向に沿って戻ることになる。
【００１８】
次に、コイル片Ｔ１の端子Ｊ１（１ａ）から各導電体パターン３を介して端子Ｊ２（１ｂ）に至るまでの電気配線を説明する。フレキシブル基板１０におけるコイル片Ｔ１の各１ターンコイルは、表面の端子１ａから左下がりの実線矢印で示すように巻き進み、右下がりの点線矢印で示すように裏面を巻き戻って端子１ｂに至る。この場合、表面のコイルは進みコイルであり、裏面のコイルは戻りコイルである。コイルの進みと戻りは、導電体パターン３におけるクランク状の導電体パターン部分によって実現されている。
【００１９】
具体的に説明すると、表面の端子１ａからの配線は、端子１ａにつながる導電体パターン３を通って、その接続端子ｘ２に至り、接続端子ｘ２は隣の導電体パターン３の接続端子ｘ３に電気的に接続される。ここで、フレキシブル基板１０は扁平な円筒状に丸められていることに注意。以下同様にして、接続端子ｘ４から、接続端子ｘ５を経て、接続端子ｘ６に至る。接続端子ｘ６の先端部分は、接続端子ｘ７に接続され、接続端子ｘ６の途中部分の導体１ｃは、切り欠き２２の存在により、裏面の導電体パターン３から延伸された接続端子ｙ２に対面して重ねられ、接続端子ｙ２の導体１ｄに直接接続される。この導体１ｃ，１ｄ間の接続により、表裏接続が成される。接続端子ｘ７は、固定補強や形状整列のために用いられるダミーの端子である。
【００２０】
続いて、裏面において、接続端子ｙ２の導電体パターン３を通って、その接続端子ｙ３に至り、接続端子ｙ３から、隣の導電体パターン３を経由して、接続端子ｙ４に至り、以下同様にして、接続端子ｙ４から、接続端子ｙ５を経て、接続端子ｙ６に至る。接続端子ｙ６は、接続端子ｙ６につながる導電体パターン３を通って、その終端である端子１ｂに至る。なお、図中の接続端子ｘｅ，ｘｏはそれぞれ表面の導電体パターン３のフライングリードである接続端子３ａ、および可撓性基材２上に支持された接続端子３ｂであり、接続端子ｙｅ，ｙｏはそれぞれ裏面のそれらである。
【００２１】
次に、図５を参照して、電気接続の接続部３０について説明する。表裏間の電気接続の場合、図５（ａ）に示すように、フレキシブル基板１０の端部を突き合わせて接続端子ｘ６，ｙ２を重ねると、切り欠き２２の存在により、接続端子ｘ６，ｙ２の導体１ｃ，１ｄが互いに直に対面する状態となる。従って、表面側から裏面側に電気接続を行う接続部３０が、付加的配線を用いることなく、フレキシブル基板１０だけを用いて容易に形成される。電気接続は、例えば、半田３１によって行うことができる。接続部３０は、保護樹脂３２によって保護される。
【００２２】
また、表表間、裏裏間の電気接続の場合、図５（ｂ）に示すように、両方の接続を一括して行うことができる。さらに、これらの表裏間、表表間、裏裏間の電気接続は、全体を一括して行うことができる。これらの電気接続は、各接続端子３ａ，３ｂ（総称）に半田ペーストを塗布した状態で、各接続端子３ａ，３ｂが互いに重なるようにフレキシブル基板１０を円筒形状に丸めて、一括半田付けによって行うことができる。また、半田ペーストによらずに、互いに重なった各接続端子３ａ，３ｂ部分を、半田液に接触させながら半田液槽を通過させて半田付けを行ってもよい。また、各接続端子３ａ，３ｂ間を、導電性接着剤や、異方性導電樹脂を用いて電気接続してもよい。なお、フレキシブル基板１０は、２層の導電体層を有するものに限らず、１層または３層以上の導電体層を備えたものを用いて各導電体層に複数ターンコイルを形成するようにすることができる。
【００２３】
なお、フレキシブル基板１０は、可撓性基材２に、導電体パターン３の導体層と、保護膜２ａの絶縁樹脂層とを積層して構成されている。フレキシブル基板は、フレキシブル印刷回路基板とも呼ばれる基板である。フレキシブル基板１０は、例えば、樹脂シート上に銅箔層を有する一般的なフレキシブル基板を用いて、一般的な製造工程によって製造される。その製造工程は、例えば、銅箔のパターニングによる導電体パターン３の形成、塗布やラミネートやパターニング等による保護膜２ａの形成、切り込み２１や外形の形成、端子１ａ，１ｂおよび各接続端子３ａ，３ｂのメッキ等を行う工程である。フレキシブル基板１０の製造は、このような、不要の銅箔をパターニングによって除去するサブトラクト工法に限らず、可撓性基材２上に導電材料を付加して導電体パターン３を形成するアディティブ工法や、これらの組み合わせによって行うことができる。可撓性基材２は、例えば、ポリイミド樹脂が用いられる。
【００２４】
また、トロイダルコイル装置１Ａは、コイル片Ｔ１，Ｔ２によるトロイダルコイル１の形状をフレキシブル基板１０自体の強度によって維持できる場合、コア４を備える必要はない。トロイダルコイル１の形状を維持するには、フレキシブル基板１０の中に、単純に詰め物や発泡材を挿入してもよい。コア４は、コイル片Ｔ１，Ｔ２の各々をその内面において支持する内部支持体である。支持体はコア４に限らず、コイル片Ｔ１，Ｔ２の各々をその外面において支持する外部支持体、例えば、コイル片を収容するケースなど用いてもよい。また、コイル片の外形形状の壁面を有する凹部や空洞にコイル片を収納し、その壁面にコイル片の外面を貼り付けてコイル片を支持するようにしてもよい。また、コイル片の内面や外面に樹脂等を塗布し、その樹脂等を支持体として、コイル片の形状を維持するようにしてもよい。
【００２５】
本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａによれば、フレキシブル基板１０を立体的に屈曲して形成したコイル片Ｔ１，Ｔ２を用いてトロイダルコイル１とするので、印刷基板の高密度パターン形成特性に基づいて、コイルのターン数を増加できる。また、トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１の立体的な構造によって各１ターンコイルが囲繞する面積を大きくすることができる。従って、より多くの磁束を積分して磁気誘導の効果を高めることができ、コイルのターン数増加と同様に磁気的性能を向上できる。トロイダルコイル装置１Ａによれば、コイル片Ｔ１，Ｔ２を並べてトロイダルコイル１とし、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が個別かつ独立に構成されているので、コイル片Ｔ１，Ｔ２間の開き角度を大きくできる。従って、トロイダルコイル装置１Ａによれば、電線に対してクランプさせることが容易となる。
【００２６】
また、トロイダルコイル装置１Ａによれば、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が個別化されていることにより、クランプ動作のためにトロイダルコイル１を開閉する際の開閉軸を、各コイル片Ｔ１，Ｔ２における端子Ｊｎが位置する部分に設定することができる。これは、端子Ｊｎが、個々のコイル片における導電体パターン３から離れた領域までフレキシブル基板１０を延伸させて形成できることによる。つまり、開閉軸は、１ターンコイルを形成する導電体パターン３が配置されているフレキシブル基板１０の領域から離れた領域に設定できる。このような構成により、クランプ動作を繰り返す際に発生するストレスが、トロイダルコイル１を形成しているフレキシブル基板１０にかかるのを防止でき、開閉の繰り返しによる導電体パターン３の断線などの不具合を防止できる。
【００２７】
（電流計測用としたトロイダルコイル装置）
図６、図７、図８は、他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａは、図６に示すように、上述の実施形態におけるコイル片Ｔ１，Ｔ２から成るトロイダルコイル１に生成される電圧信号を処理する回路を有する回路基板６を備えたものであり、これを電流計測装置１Ｂと称することにする。電流計測装置１Ｂは、図７、図８に示すように、トロイダルコイル１を収納するトロイド状のケース５を備えることができる。ケース５は、トロイド状の本体部５０と回路基板６を収納する基板収納部５１とを有している。回路基板６と各コイル片Ｔ１，Ｔ２とは、端子Ｊｎによって互いに電気的に接続されている。回路基板６は、コイル片Ｔ１，Ｔ２が構成するトロイダルコイルからの出力を受けて処理する回路を備えている。このケース５は、トロイダルコイル１を環境雰囲気や外力などから保護し、かつトロイダルコイル１を電線に対してクランプさせる際の操作を容易とする。ケース５は、クランプ式の電流計を構成するためのクランプカバーとなる。
【００２８】
本体部５０は、トロイドの中心軸を含む分割面５０ａに沿って２分割された形状の分割ケース５０ｂを組み合わせて構成されている。より一般的に言えば、ケース５は、コイル片の各々を収納する複数の分割ケースを組み合わせて構成されている。各分割ケース５０ｂは、それぞれコイル片Ｔ１，Ｔ２の各々を収納する。一方の分割ケース５０ｂは、基板収納部５１と一体化されている。分割ケース５０ｂは、各々をトロイドの外周側の縁部において連結する２種類の連結部を有している。一つは分割ケース５０ｂ間を開閉自在とするヒンジ構造とされたヒンジ５ａであり、他の一つは分割ケース５０ｂ間を分離自在とする係合構造を構成する爪５ｂとフック５ｃの対である。これらの分割ケース５０ｂは、互いの分割面のなす角度が１８０°以上となるまで開くことができる。
【００２９】
ケース５の分割面５０ａには、ケース５を開いた際にケース５に収納されたフレキシブル基板１０を露出させないように保護する隔壁５２が設けられている。隔壁５２は、シート材を貼付したり、塗布膜を設けたり、封止材を充填したりして、形成することができる。本体部５０は、トロイダルコイル１の対称性（その回転軸回りの対称性、各１ターンコイル間の対称性、コイル間ピッチの対称性など）を確保するように構成されている。例えば、各分割面５０ａは、１ターンコイル間ピッチ以下の平面度で接合するように構成される。このコイル間ピッチをより一定にするため、隔壁５２は可能な限り薄くする。なお、ケース５は、その開閉面の位置ずれが発生しないように、平面分割面に替えて、位置決め可能な係合凹凸構造を備えたり、嵌合構造としたりしてもよい。
【００３０】
このような電流計測装置１Ｂとされたトロイダルコイル装置１Ａは、電線に着脱して、電線を流れる交流電流を計測するために用いることができる。この場合、基板収納部５１内の回路基板６には、トランジスタや積分器などの、電流検出に必要な電子素子類が実装されている。また、基板収納部５１には、回路基板６への電源入力や信号入出力を行うための端子ピンを有するソケットを設けたり、回路基板６からケース５の外部に引き出された電気接続用の引き出し線を設けたりすることができる。
【００３１】
このような電流計測装置１Ｂ（トロイダルコイル装置１Ａ）によれば、コイル片Ｔ１，Ｔ２を用いる分割構造によって大角度の開閉が可能であり、その開閉機能によって、電流計測装置１Ｂの外周側から中心軸側に電線９を容易に進入させ退出させることができる。これによって、すでに設置されている電線の電流計測や電力計測を行う用途へ用いることができる。また、ヒンジ５ａ、および爪５ｂとフック５ｃとを有しているので、電流計測する対象の電線を変更したりする場合、同じ個体を容易に繰り返し使用できる。電流計測装置１Ｂは、その中央穴に貫挿された電線９を流れる電流変化に基づく磁界の時間変化に応じた信号を電流計測結果として、回路基板６を介して外部に出力する。
【００３２】
（各種の変形例）
図９、図１０、図１１は、トロイダルコイル装置１Ａの変形例を示す。これらの変形例は、トロイダルコイルを２分割した状態のコイル片Ｔ１，Ｔ２のコイル構造とコイル間の結線構造とに注目したものである。図９に示すトロイダルコイル装置１Ａのコイル片Ｔ１，Ｔ２は、進みコイルまたは戻りコイルの一方のみの単方向コイル構造を有するものである。各コイル片Ｔ１，Ｔ２の端子は、各コイルの両端に互いに離れて存在するので、これらのコイル片Ｔ１，Ｔ２は、図示の如く、端子Ｊ２，Ｊ３間を接続する外付け線路を用いて、トロイダルコイル装置１Ａとすることができる。ただし、端子Ｊ２と端子Ｊ３が、互いに異なるコイル片に９属する端子であるので、トロイダルコイル装置１Ａの中心に電線９を進入させるには、その進入経路を遮らないような長い外付け線路が必要である。
【００３３】
図１０に示すトロイダルコイル装置１Ａのコイル片Ｔ１は、互いに独立した進みコイルと戻りコイルの２本のコイルを有するものであり、各コイルにおける端子は互いに離れて存在する。これらの進みコイルと戻りコイルとは、同一のコイル片Ｔ１に属するので、互いに近接した端子Ｊ２，Ｊ３間を接続でき、その結果、互いに近接した端子Ｊ１，Ｊ４を有する１本のコイルとすることができる。コイル片Ｔ２についても同様である。そこで、コイル片Ｔ１，Ｔ２を端子Ｊ４，Ｊ５間で接続したトロイダルコイル装置１Ａとすることができる。外部接続できる構成の端子Ｊ２，Ｊ３は、トロイダルコイル装置１Ａの性能評価や故障診断などに用いることができる。図１１に示すトロイダルコイル装置１Ａは、図１０のトロイダルコイル装置１Ａにおいて、一方のコイル片Ｔ１の進みコイルと戻りコイルとが内部で接続されているものである。
【００３４】
（他の実施形態）
図１２乃至図１５は、他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａおよび、トロイダルコイル装置１Ａを電流計測用とした電流計測装置１Ｂを示す。図１２、図１３、図１４に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイルの４分割片からなるコイル片Ｔ１，Ｔ２と、２分割片からなるコイル片Ｔ３とを備えている。コイル片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、各コイル片のそれぞれの形状に対応した形状を有するコア４を備えている。
【００３５】
コイル片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各々は、進みコイルと戻りコイルの両方を有している。コイル片Ｔ１，Ｔ２の進みコイルと戻りコイルは、内部で直列接続されており、コイル片Ｔ３の進みコイルと戻りコイルは、外部部で他のコイル片Ｔ１，Ｔ２のコイルに直列接続されている。端子Ｊ１，Ｊ８が、トロイダルコイル装置１Ａの出力端子となっており、回路基板６（図１５）に接続される。
【００３６】
図１５に示すように、トロイダルコイル１にケース５と回路基板６とを備えるトロイダルコイル装置１Ａは、電流計測装置１Ｂとして用いられる。ケース５は、トロイド状の本体部と、回路基板６を収納する基板収納部とを有している。回路基板６は、トロイダルコイル１に電気的に接続されており、コイルの出力を処理する回路を備えている。
【００３７】
本体部５０は、各コイル片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を収納する形状に分割され３つの分割ケースを有し、分割ケースはヒンジ５ａによって開閉自在に結合されている。また、分割ケースは、閉状態を維持するために互いを係合する爪とフックとを有し、さらに、フレキシブル基板を露出させないための隔壁を有している。このケース５は、図７に示した２分割のケース５を３分割の構成としたものに相当する。３つの分割ケースは、各コイル片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を収納した状態で、互いの分割面のなす角度が１８０°以上となるまで開くことができる。なお、このようなトロイダルコイル装置１Ａおよび電流計測装置１Ｂは、一般に、２分割や３分割に限らず、任意個数のコイル片を用いた分割形状とすることができる。
【００３８】
（さらに他の実施形態圧）
図１６は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。このトロイダルコイル装置１Ａは、図１に示したトロイダルコイル装置１Ａの２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２を、互いに分離した２枚のフレキシブル基板１０によって構成することに替えて、互いに連結した１毎のフレキシブル基板１０によって構成するものである。すなわち、各コイル片Ｔ１，Ｔ２を形成するフレキシブル基板１０は、コイル片Ｔ１の端子Ｊ２とコイル片Ｔ２の端子Ｊ３間が導電体パターンで繋がっており、かつ、可撓性基材も繋がっている。また、端子Ｊ１，Ｊ４が形成されている領域において、コイル片Ｔ１，Ｔ２から延出された可撓性基材が互いに繋がっている。従って、このトロイダルコイル装置１Ａは、表裏２層の１枚のフレキシブル基板からコイル片Ｔ１，Ｔ２を形成したものであり、端子Ｊ１，Ｊ４間に、互いに直列接続された進みコイルと戻りコイルとを有するものである。
【００３９】
本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａは、上述した各実施形態のトロイダルコイル装置１Ａと同様に、トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２をトロイダル方向に沿って並べて成るトロイダルコイルを備えるものである。個々のコイル片Ｔ１，Ｔ２は、トロイダルコイルから分割された形状を有するが、各コイル片を構成するフレキシブル基板１０が必ずしも互いに分離状態にあるとは限らない。
【００４０】
このようなトロイダルコイル装置１Ａによれば、端子Ｊ１〜Ｊ４が形成されているフレキシブル基板１０の延出部分を折り曲げや折りたたみのための変形領域として備えるので、コイル片Ｔ１，Ｔ２を１８０°以上の開き角度で開閉させることができる。これは、フレキシブル基板１０が互いに分離されていないものの、延出された端子Ｊ１〜Ｊ４部分の存在によってコイル片Ｔ１，Ｔ２間の独立性が十分に確保されていることによる。フレキシブル基板１０が分離していないので、端子Ｊ２，Ｊ３間の電気的接続は、フレキシブル基板１０における導電体パターンの形成のみで行うことができ、外部接続線を半田付けして端子間Ｊ２，Ｊ３を接続する作業が不要となる。このようなトロイダルコイル装置１Ａの構造は、図１２に示した３分割のコイル片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、一般に複数分割のコイル片を有する場合にも適用することができる。端子Ｊ１〜Ｊ４、より一般に端子Ｊｎの形状や配置は、例えば、トロイダルコイル１の用途や回路基板６との接続構造などに応じて、適宜決定することができる。
【００４１】
（コイル片に生じる電圧）
図１７乃至図２０は、トロイダルコイル装置１Ａのトロイダルコイルを２分割した状態のコイル片Ｔ１，Ｔ２に生じる電圧について示す。コイル片Ｔ１，Ｔ２は、互いに対称構造を有し、それぞれ進みコイルと戻りコイルとを直列接続した構成を有しているものとする。電流測定対象の電線９がトロイダルコイル装置１Ａの中心位置に貫通しており、非測定対象の電線９ｘがトロイダルコイル装置１Ａのコイル片Ｔ２の側方外部に位置している。電線９と電線９ｘは、互いに平行であって、同相の交流電流が流れているものとする。
【００４２】
図１７では、電圧計Ｖ１，Ｖ２が、電線９に流れる電流に起因する電圧を互いに同相で検出するように、各コイル片Ｔ１，Ｔ２に接続されている。また、図１８では、図１７における電圧計Ｖ２のコイル片Ｔ２に対する接続の極性を反転させた状態となっている。つまり、電圧計Ｖ１，Ｖ２が、電線９に流れる電流に起因する電圧を互いに逆同相で検出するように、各コイル片Ｔ１，Ｔ２に接続されている。
【００４３】
図１９は、図１７の場合の電圧の測定結果を示す。図１９（ａ）に示すように、電圧Ｖ１には、電線９の電流による電圧ｖ１と、電線９ｘによる電圧ｕ１とが、互いに同相で含まれる。なお、電圧ｖ１，ｕ１は、分離されずに、これらの和の電圧が電圧Ｖ１＝ｖ１＋ｕ１として測定される。また、図１９（ｂ）に示すように、電圧Ｖ２には、電線９の電流による電圧ｖ２と、電線９ｘによる電圧ｕ２とが、互いに逆同相で含まれる。ここで、Ｖ１と同様にＶ２＝ｖ２＋ｕ２である。ここで、（Ｖ１＋Ｖ２）を算出すると、図１９（ｃ）に示すように、電線９の電流による電圧（ｖ１＋ｖ２）が得られ、電線９ｘによる電圧（ｕ１＋ｕ２）は互いに相殺して小さな値となる。
【００４４】
図２０は、図１８の場合の電圧の測定結果を示す。この場合、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、電圧ｖ１，ｕ１，ｕ２が同相となり、電圧ｖ２だけが逆位相となる。そこで、図２０（ｃ）に示すように、（Ｖ１−Ｖ２）を算出することにより、電線９の電流による電圧（ｖ１−ｖ２）が得られ、電線９ｘによる電圧（ｕ１−ｕ２）は互いに相殺して小さな値となる。
【００４５】
電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の和（Ｖ１＋Ｖ２）＝Ｖや、差（Ｖ１−Ｖ２）＝Ｖは、通常、コイル片Ｔ１，Ｔ２の直列接続の方法、および直列接続したコイル片Ｔ１，Ｔ２と単一の電圧計との接続方法とを適宜に選択することによって、測定値として自動的に得られる。言い換えれば、コイル片Ｔ１，Ｔ２が互いに対称構造を有するものでない場合、これらのコイル片Ｔ１，Ｔ２および電圧計、例えば上述の回路基板６、との接続方法を適宜に選択して電流測定対象の電線９の電流を適切に測定できるようにすることができる。このことは、１種類のコイル片Ｔ１を２つ用いて、互いに上下反転させて組み合わせることにより２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２の構成する場合に、容易に適用できる。
【００４６】
（さらに他の実施形態）
図２１は、さらに他の実施形態を示す。本実施形態におけるトロイダルコイル１は、１ターンコイルＣＬの各々が、トロイダル方向ＴＤに沿って互いに一定の間隔で配置されているものである。言い換えると、１ターンコイルＣＬの各々は導電体パターン３によって形成されており、導電体パターン３の各々が円周状のトロイダル方向ＴＤに沿って一定間隔配置とされている。トロイダルコイル１の中心軸ＡＸに直交するいずれの断面においても、導電体パターン３の各々が円周上に一定間隔で存在することになる。
【００４７】
上述の一定間隔は、トロイダルコイル１の内周側の間隔ｐ１と外周側の間隔ｐ２とで異なり（ｐ１≦ｐ２）、また、一般に、断面の位置が異なると異なる。ここで、間隔ｐ１，ｐ２は、例えば、各導電体パターン３の幅の中心位置間の距離で定義される。また、各導電体パターン３の幅の中心は、各１ターンコイルＣＬ間を接続するためのクランク状のパターンや接続端子の存在により、断面の位置が異なると異なる位置に現れることになるが、各断面における円周上の間隔は一定である。
【００４８】
また、図２１に加え、図２２に示すように、本実施形態のフレキシブル基板１０（トロイダルコイル１）において、１ターンコイルＣＬの各々が中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置されている。各１ターンコイルＣＬを構成する導電体パターン３は、各１ターンコイル間を接続するためのクランク状のパターンである渡りパターン３ｃの部分を除いて、平面ＰＬ内に位置している。このようなフレキシブル基板１０における１つの１ターンコイルＣＬを中心軸ＡＸの位置から見ると、１ターンコイルＣＬの内側の導電体パターン３と外側の導電体パターン３とが互いに重なって見える。
【００４９】
また、１ターンコイルＣＬ、従って導電体パターン３の個数は奇数個とすることもできるが、図２２に示すように、偶数個の場合、２つの１ターンコイルＣＬが平面ＰＬ内に存在することになり、奇数個の場合よりも対称性の点でより好ましい。さらに、１ターンコイルＣＬの各々を、トロイダル方向ＴＤに沿って互いに一定の間隔で配置したり、中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置したりする構成は、多層のフレキシブル基板１０を用いたトロイダルコイル１にも適用できる。この場合、両面あるいは複数の導電体層に形成された各導電体パターン３および１ターンコイルＣＬは、フレキシブル基板１０における各導電体層毎に、一定の間隔で配置したり、中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置したりする構成とすればよい。
【００５０】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、１枚のフレキシブル基板１０でコイル片とすることに替えて、例えば、トロイダル方向やポロイダル方向に分割した複数枚のフレキシブル基板１０を用いてコイル片としてもよい。また、フレキシブル基板１０自体を多層とすることに加えて、フレキシブル基板１０を多重に重ねて、すなわち入れ子状態にコイル片を形成してもよい。フレキシブル基板１０を多重にすることにより、コイルのターン数を増加させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    トロイダルコイル
１Ａ    トロイダルコイル装置
１Ｂ    電流計測装置
１０    フレキシブル基板
２１    切り込み
３    導電体パターン
４    コア（支持体）
５    ケース
５ａ    ヒンジ（ヒンジ構造）
５ｂ    爪（係合構造）
５ｃ    フック（係合構造）
５０ｂ    分割ケース
６    回路基板
９    電線
ＡＸ    中心軸
ＣＬ    １ターンコイル
ＰＤ    ポロイダル方向
ＰＬ    中心軸を含む平面
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３    コイル片
ＴＤ    トロイダル方向
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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