JP2013172043A - 変流器、変流器に用いられるコイルユニット、及びコイルユニットの巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変流器の小型化を図ること、また、変流器の低コスト化を図ることを可能とする、変流器などに使用されるコイルユニットを提供する。
【解決手段】コイルボビン３０の側面にコイルボビン同士を結合、連結させる結合、連結部３１，３２を設け、コイルボビンを縦に連結できる構造とする。これにより、コイルボビンを複数個連結した状態で巻線機に取付けることが可能となり、コイルボビンを巻線機に取付ける工数の削減、および連結したボビンコイルを１本の導線で複数個のコイルを構成することにより、複数コイルで構成された巻線コイル式の変流器等に用いられる直列配線の巻線コイルを構成でき、巻線コイル間の配線作業が不要となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、変流器、コイルユニット、及びコイルユニットの巻線方法に関するものである。

変流器とは、電流の流れる回路などの電流の大きさ、電流値を検出するものとして知られている。

特許文献１には、複数のコイル部材を着脱可能に構成される零相変流器の開示がある。
また、特許文献２には、誘導加熱装置のコイルユニットに関するものであるが、複数のコイルボビンを連結して形成されるものが開示されている。

特開２００８−１２４５１２ 特開２００１−３１２１６５

変流器に用いられるコイル部材の形状も様々なものが可能であり、上述の特許文献１のコイル部材のようなものを用いても構成することが出来るものである。

また、特許文献２は、対象とする装置が異なるものであるが、コイルの形状として、特徴の有るものを紹介するものである。

ここで、変流器において、そのコイル部について、図を用いて、説明する。

図９に変流器の一例として巻線コイル式（図９（Ａ））、トロイダルコイル式（図９（Ｂ））を示す。

先ず、巻線コイル式は、環状の鉄心１２に巻線コイル１１を貫通させ、前記鉄心１２の環状の中に、電流値の検出を行う回路などの電線、導線などを通し、この電線、導線に流れる一次電流を巻線コイル１１で比例する二次電流に変成、変換する。その結果、巻線コイル１１の導線１３には、前記一次電流に比例する二次電流が流れることになる。

前記巻線コイル１１の導線１３の巻数が多くなれば、それに対応して、大きな二次電流が得られることになる。但し、前記導線１３の巻数が多くなるほど巻線コイル１１の奥行き・高さ方向が大きくなるため、変流器は大形となる傾向にあり、遮断器などの電気機器に組み込まれる場合には、改善が望まれる場合がある。

次に、トロイダルコイル式は、トロイダルコア１４の外形に導線１５を巻きつけたものであり、巻線コイル式に比べ小型で、二次電流の出力特性は良いが、トロイダル巻線作業が大きな工数増加となり、コスト高となっている。

よって、本発明では、従来よりも、変流器の小型化を図ること、また、変流器の低コスト化を図ることを可能とする、変流器などに使用されるコイルユニットを提供することを課題とする。

本発明では、前述の課題を解決する為に、以下のような構成とする。

先ず、巻線コイルのコスト高となることについては、前述の巻線コイル式を採用することとする。トロイダルコイル式としないことにする。

巻線コイルはコイルボビンが取付けられるスピンドル部を設けた巻線機によって製造することで出来る。巻線機のスピンドル部を回転させることでコイルボビンへの巻き線が容易であるため、巻線コイルは安価で製作できる。

次に、巻線コイルを図９（Ａ）のような１個としないで、複数で構成することとする。

前述の従来の技術において、変流器を安価で製作するためには、巻線コイル式が望ましいが、巻線コイルの外形寸法が大きくなる傾向にある為、複数の巻線コイルに分割して、小形化を狙うものである。

鉄心に貫通させる巻線コイルを複数個に変更することで、コイル１個あたりの導線の巻き数を少なくして、ボビンコイルを小形とし、変流器自体も小形化を図るものである。

但し、巻線コイルの数量が増加するため、巻線作業に伴う作業コスト増となることがあげられる。

そこで、変流器に使用されるコイルユニットを構成する巻線コイルを複数結合し、結合された状態で、巻線機で巻き線の作業が行われるようにする。

前述のコイルユニットを構成する巻線コイルを複数結合、連結し、結合、連結された状態で、巻線機で巻き線の作業が行えるようにするには、コイルユニットにおける巻き線の巻かれるコイルボビンに結合部を設け、前記結合部で複数のコイルボビンを結合、連結する。

前記結合、連結された状態の複数のコイルボビンを巻線機のスピンドルで支持されるようにし、前記スピンドルの回転で、前記結合、連結された複数のコイルボビンを回転させて、巻線を巻くようにする。

また、連結したコイルボビンに１本の導線で巻き線作業をするようにして、直列につながった複数の巻線コイルを形成する。その結果、複数の巻線コイルを使用する変流器を製作する際、巻線コイル間の配線を不要とする。

本発明によれば、従来よりもコイルボビンへの巻線の作業効率が改善されることとなる。また、複数個が接続された巻線コイルの信頼性を従来よりも改善することが可能となる。
更には、前記巻線コイルを使用した変流器では、従来よりも信頼性を改善することが可能となる。

本発明の実施例 変流器構造 本発明の実施例 変流器の別構造 本発明の実施例 コイルボビン形状 本発明の実施例 コイルボビン連結構造 本発明の実施例 巻線機での作業例 本発明の実施例 コイルボビンの直列配置例 本発明の実施例 コイルボビンの並列配置例 本発明の実施例 変流器の別構造 従来の変流器構造

本発明の実施例として、図を用いて説明する。

図１に本発明の実施例の変流器を示す。図２は、その実施例の変形例を示す。

図３に本発明の実施例のコイルボビン形状、図４に本発明の実施例のコイルボビン連結構造、図５に本発明の実施例のコイルボビンを用いた巻き線作業例を示す。

先ず、図１に示すように、変流器１０は、２つのコイルユニット１１を環状の鉄心１２に通して構成する。前述のように２つのコイルユニット１１とすることで、小型化を図るものである。

本実施例では、２つのコイルユニットを配線接続する電線、導線の配線部は、渡り線２１であり、２つのコイルユニットの巻線コイルを含め１本の導線で繋がっているものである。
言い換えると、一方のコイルユニットの巻線コイルの巻き終わり部端末と他方のコイルユニットの巻線コイルの巻き始め部端末とを接続する為の接続作業を新たに必要とするものではない。この構成とすることについては、後述する。

次に、図２は、図１の実施例に対して、渡り線２１を保護部材２５で覆い、保護するものである。

図２に示すように、渡り線２１が露出する場合には、前記渡り線２１を保護することが好ましいこともある。従って、前記渡り線２１の部分を保護するチューブ、管などの保護部材２５で保護するものである。

前記実施例では、複数の巻線コイルを接続する場合には、一方の巻線コイルを巻き終った位置の電線、導線に、前記保護部材２５が位置するようにして、次の他方の巻線コイルを巻き始めるようにする。その結果、前記渡り線２１の部分が前記保護部材２５で保護されるようになる。

なお、例えば、巻線コイルの電線、導線に所定の数量の前記保護部材２５を巻線作業を始める際に、予め通しておくようにするものであっても良い。

または、前記保護部材２５に電線、導線を通す軸方向に切れ込みが入っており、前記切れ込みに沿って、開き、前記電線、導線を通すようにしても良い。この場合には、前述のように、巻線作業を始める際に、予め通すようにしなくても良い。

なお、前記切れ込みは、軸方向に沿って、開くことが出来るが、弾性力によって、閉じて、前記電線、導線から前記保護部材２５が外れないようにしても良い。その意味では、前記保護部材２５は、弾性力、及び絶縁性能を有する合成樹脂、ゴム材に含まれる素材などで構成しても良い。

また、図１、図２では、図示されていないが、環状の鉄心１２は、コイルユニット１１が通せるような構造となっている。例えば、環状の一部に、開くことが出来る開口部、または切込み部を有するものでも良い。

若しくは、前記鉄心１２を２部材を組合わせて構成するものとして、組合せを解いた状態で、前記コイルユニット１１を通した後、組合せて環状とするものであっても良い。

図１、図２では、例えば、コイルユニット１１で隠れる部分に組合せ部が位置するようなカタカナの「コ」の字型のものを２つ組合せても良い。更には、カタカナの「コ」の字型のものと、前記「コ」の字型の開いた部位を塞ぐような直線部を組合せて環状にするものであっても良い。

ここで、複数の巻線コイルを連続して、巻く方法について説明をする。

図３に本発明の実施例における巻線コイルボビンの形状の一例を示す。

先ず、コイルボビン形状について図３に示すように、コイルボビンの側面にコイルボビン同士を結合、連結させる結合部、連結部３１、３２を設けコイルボビンを結合、連結できる構造とした。

コイルボビン３０の左右側面にはそれぞれ結合部、連結部（オス）３１、結合部、連結部（メス）３２構造を備え、同一コイルボビンが複数個結合、連結される構造とし、その結合、連結された状態を図４に示す。

上記により結合、連結されたコイルボビンに巻き線作業をする場合、一般的なスピンドル部５２を備えた巻線機５１に、図５に示すように、結合、連結された状態のコイルボビンを取付け、巻き線作業し、コイルボビン３０の取替え作業を行わなくても、複数の巻線コイルが製作出来るようにする。

また、結合、連結したコイルボビンに１本の導線５３で巻き線作業をすることで、直列につながった複数の巻線コイルを形成出来るようになる。そのため、複数の巻線コイルを使用する変流器を製作する際、巻線コイル間の配線接続が不要となる。

従来は、複数の巻線コイルの配線が接続されている場合、一方の巻線コイルの巻き終わりと、他方の巻線コイルの巻き始めとを接続する作業が行われていた。この巻き終わりと、巻き始めとを半田付けなどで、接続したり、端子を設けて、接続出来るように圧着処理などが行われていた。

但し、前述のように、そもそもが別部材であったものを接続すると、例えば、経年変化などで、接続部で充分な接続がなされなくなったりすることで、断線等が生ずる可能性がある。

若しくは、経年変化などでも断線などが生じないように、接続処理を充分に行うか、断線が生じないような構造となるような接続処理とする工夫、注意が必要となる。

これに対して、前述の本実施例のように、連続する１本の電線、導線で複数の巻線コイルを連続して巻くようにするので、従来のように、接続部で断線することは無くなると言える。

１本の導線で複数個のコイルを構成することで、直列に繋がっているコイルが構成されるため、コイル間の配線作業が不要となり、変流器などに用いられる直列に接続された巻線コイルを容易に製作することができる。

これにより、巻線コイル式変流器の複数コイル使用によって変流器の小形化を図りつつ出力特性は維持しながらも、巻線コイルの製作及び作業工数を削減することができる。また、コイル間の配線作業の廃止により、コイル間渡り線に結合部がないため断線のリスクが少なくなる。

また、コイルボビンには巻き線作業の効率向上のため、巻き始め、巻き終わり部の電線、導線を格納するガイド部３３を設ける。

前記ガイド部３３が設けられることで、電線、導線を巻き始める際に、長さの余裕を持たせたことで、コイルボビンから余分に出る可能性のある電線、導線が前記ガイド部３３で支持され、固定可能であるので、巻線機などで巻線を巻く際の作業効率を損なうことを低減可能となる。

例えば、巻線機のスピンドルが回転する際に、前記巻き始まり部の余った電線、導線が自由な状態であると、回転と伴に振り回されると危険でもある。従って、前記ガイド部３３で余った電線、配線が支持、固定されることが好ましい。

若しくは、電線、導線が巻き終わった際に、余らせた電線、導線が前記ガイド部３３で支持され、固定可能であるので、巻き終わった複数の結合、連結された巻線コイルを巻線機から取り外したりする際に、作業効率を損なうことが低減可能となる。

なお、前記結合、連結されるコイルボビンは、コイルボビンの結合部で相互にねじることで結合されるようにするものであっても良い。

ここで、図６に別の実施例を説明する。

図６では、２つのコイルボビンを一体構造とするものである。図６でコイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂは、折曲がり部６５で繋がった一体構造である。

図５の巻線機のスピンドルで支持されるように、若しくは固定されるようにする場合は、図６のように、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとを直列に配置するようにする。

次に、図７に示すように、巻線コイルが巻かれた後は、前記折曲がり部６５を折り曲げて、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとを並列に配置するようにする。

また、図６に示すように、渡り線を保護する渡り線保護部６７をコイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂに設けるようにする。

前記渡り線保護部６７は、例えば、溝形状とすることができ、前記溝形状の渡り線保護部６７に渡り線を入れることで、渡り線の断線などが回避可能となり、図７に示すように、渡り線が保護されるようになる。

なお、図７のように、前記折曲がり部６５で折り曲げられて、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとが並列に安定して配置されれば、変流器の鉄心１２のコイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂへの挿入が容易となり、変流器の製造効率を改善可能となる。

図８は、鉄心１２が挿入されて変流器１０とされたものを示すものである。図８にも示されているように、渡り線保護部６７に渡り線が入れられるので、渡り線が露出することなく保護されることとなる。

また、コイルボビン６１ａ、６１ｂは、巻線コイルの端部を支える端部支持部を有しており、図６では、端部支持部６３ｕ、６３ｓとして示す。

図６で示すように、コイルボビン６１ａの端部支持部６３ｕとコイルボビン６１ｂの端部支持部６３ｕとは前記折曲がり部６５で繋がっている。

更に、図６のように、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとが直列に配置される場合には、コイルボビン６１ａの端部支持部６３ｕとコイルボビン６１ｂの端部支持部６３ｕとの相向き合う面が結合、連結出来る構造となっている(図６、図７、図８では、図示せず)。例えば、双方の端部支持部６３ｕの相互に向き合う面に噛合って固定されるよう噛合い部、嵌合部を設けても良い。若しくは、双方の端部支持部６３ｕの相互に向き合う面に凹部、凸部を設け、噛合わせるようにするものでも良い。

なお、図６に示すように、端部支持部６３ｕの長さ、幅を端部支持部６３ｓよりも長くする（図６では、Ｌで示す。）。こうすることで、図７のように、前記折曲がり部６５を折り曲げて、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとが並列に配置された場合に、双方の端部支持部６３ｓとの間に隙間（図７では、２Ｌで示す。）が出来る。

図８で示すように変流器として、環状の鉄心１２を設け、更に環状の鉄心１２の中に電流値の測定対象である電線、導線などを通す場合に、双方の端部支持部６３ｓとの間の隙間から通せる為、組立てなどの作業性が良くなる。

また、前記折曲がり部６５を折り曲げた場合に、コイルボビン６１ａとコイルボビン６１ｂとが並列に配置、固定されるように、双方の端部支持部６３ｕの相互に向き合う面に噛合って固定されるよう噛合い部、嵌合部を設けても良い(図６、図７、図８では、図示せず)。

図６、図７、図８で示したように、コイルボビンに端部支持部６３ｕが前記折曲がり部６５で繋がっていると伴に、図６の直列の配置、図７の並列の配置であっても、双方の端部支持部６３ｕが相互に支持され、若しくは固定される構造とすることで、巻線コイルを用いた変流器を従来よりも組立てなどの作業性を改善して提供可能となる。

また、前記端部支持部６３ｕに渡り線保護部６７を設けることで、渡り線の保護の性能も向上し、変流器の信頼性の向上にも寄与するものである。

以上のように、本発明に基づく、上記実施例のコイルボビン構造により、巻線コイル式変流器において出力特性を維持しつつ、複数巻線コイル式変流器を少ない工数にて製作可能で、小形の変流器を提供することができるようになる。

１０：変流器、１１：コイルユニット、１２：鉄心部、１３：導線、１４：トロイダルコア、１５：導線、２１：コイル間渡り線、２５：保護部材、３０：コイルボビン、３１：ボビン連結部（オス）、３２：ボビン連結部（メス）、３３：導線用ガイド、５１：コイル巻線機、５２：スピンドル部、５３：導線、６１ａ：コイルボビン、６１ｂ：コイルボビン、６３ｕ：端部支持部、６３ｓ：端部支持部、６５：折曲がり部、６７：渡り線保護部

Claims (12)

1. コイルボビンに巻線コイルの巻かれたコイルユニットと鉄心とを有する電流の大きさを検出する変流器において、
   前記コイルボビンに結合部が設けられ、複数のコイルボビンが前記結合部で結合されることを特徴とする変流器。
2. 請求項１記載の変流器において、
   上記コイルユニットは、前記結合されるコイルボビンを相互にねじることで、前記結合されるコイルボビンの結合部で結合されることを特徴とする変流器。
3. 請求項１記載の変流器において、
   前記結合部が相互に嵌合する嵌合部を有する
   ことを特徴とする変流器。
4. 請求項１記載の変流器において、
   前記複数のコイルユニットが前記コイルボビンの結合部で結合されて、巻線を巻く巻線機のスピンドルで支持され、
   前記複数のコイルユニットの前記コイルボビンに巻線コイルが巻かれる
   ことを特徴とする変流器。
5. 請求項１記載の変流器において、
   複数の前記結合されたコイルユニットの複数前記巻線コイルが連続した巻線で巻かれていることを特徴とする変流器。
6. コイルボビンに巻線コイルの巻かれたコイルユニットにおいて、
   前記コイルボビンに結合部が設けられ、複数のコイルボビンが前記結合部で結合されることを特徴とするコイルユニット。
7. 請求項６記載のコイルユニットにおいて、
   上記コイルユニットは、前記結合されるコイルボビンを相互にねじることで、前記結合されるコイルボビンの結合部で結合されることを特徴とするコイルユニット。
8. 請求項６記載のコイルユニットにおいて、
   前記結合部が相互に嵌合する嵌合部を有する
   ことを特徴とするコイルユニット。
9. 請求項６記載のコイルユニットにおいて、
   前記複数のコイルユニットが前記コイルボビンの結合部で結合されて、巻線を巻く巻線機のスピンドルで支持され、
   前記複数のコイルユニットの前記コイルボビンに巻線コイルが巻かれる
   ことを特徴とするコイルユニット。
10. 請求項６記載のコイルユニットにおいて、
    複数の前記結合されたコイルユニットの複数前記巻線コイルが連続した巻線で巻かれていることを特徴とするコイルユニット。
11. コイルボビンに巻線コイルの巻かれたコイルユニットの巻線方法において、
    前記複数のコイルユニットが前記コイルボビンの結合部で結合されて、巻線を巻く巻線機のスピンドルで支持され、
    前記複数のコイルユニットの前記コイルボビンに巻線コイルが巻かれる
    ことを特徴とするコイルユニットの巻線方法。
12. 請求項１１記載のコイルユニットの巻線方法において、
    複数の前記結合されたコイルユニットの複数前記巻線コイルが連続した巻線で巻かれている
    ことを特徴とするコイルユニットの巻線方法。

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