JP2021125613A - カレントトランスモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、1次側コイルの浮き上がりや脱落、さらには、1次側コイルの挿入によるボビンの割れを防止できるカレントトランスモジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るカレントトランスモジュール10は、貫通開設された1次側コイル孔40にU字状の1次側コイル30が貫通し、2次側コイル27が巻回された樹脂製のボビン20と、前記ボビンに装着されたコア50と、を具える、カレントトランス10と、前記カレントトランスを収容するケーシング80と、を具えるカレントトランスモジュールであって、1次側コイルは、一対の脚部32,32と前記脚部間を連繋するU字屈曲部31を有するU字ピンであって、前記ケーシングは、前記1次側コイルの前記U字屈曲部と対向する位置に、前記1次側コイルの抜けを抑える当たり部82が凹設されている。
【選択図】図8

Description

本発明は、各種交流機器の出力制御や過電流保護動作のために、機器に流れる電流を検出するカレントトランスモジュールに関するものであり、より具体的には、1次側コイルにU字ピンを採用したカレントトランスモジュールに関するものである。
家庭用電源で動作させるエアコンやIH機器の如き大電力電気機器では電流を検出するためにカレントトランスが使用される。カレントトランスは、1次側コイルと2次側コイル、及び、これらコイルに共通する磁路を形成するコアを具える(たとえば、特許文献1参照)。カレントトランスは、2次側コイルに電流検出抵抗が接続されており、機器の電源商用周波数を持った交流電流を1次側コイルに通電し、磁気回路を介して1次側の電流変化に応じて発生する、2次側コイルの電流を流すことによって生じる電圧を検出する。機器は、その電圧をマイコンに取り込みインバータ回路等を制御し、機器の入出力制御を行なっている。
1次側コイルは、特許文献1のように、U字状に導線を屈曲した所謂U字ピンが採用されている。
一般的に、カレントトランスは、樹脂製のボビンに形成された1次側コイル孔に1次側コイルとなるU字ピンを差し込んだ後、2次側コイルを巻回してコア部品を作成する。そして、当該コア部品にコアを装着することでカレントトランスとし、カレントトランスを樹脂製のケーシングに収容することで、カレントトランスモジュールが製造される。
実開昭63−18824号公報
1次側コイルにU字ピンを採用した場合、カレントトランスモジュールをプリント配線板などに実装する際に、U字ピンの先端の端子部がプリント配線板に押されて、1次側コイルが浮き上がってしまうことがある。
また、上記のように、ボビンに1次側コイルであるU字ピンを差し込む際に、U字ピンの曲げ精度によってはU字ピンが挿入し難く、無理に挿入するとボビンが割れてしまうこともある。
さらに、ボビンモジュールは、ボビンに先に1次側コイルであるU字ピンを差し込んだ後、2次側コイルを巻回してコア部品を製造している。また、コア部品には、後工程においてコアを装着し、ケーシングに挿入しカレントトランスモジュールを製造している。しかしながら、U字ピンをボビンに挿入した後、カレントトランスをケーシングに収容するまでの間にU字ピンが脱落してしまうことがあった。
本発明の目的は、1次側コイルの浮き上がりや脱落、さらには、1次側コイルの挿入によるボビンの割れを防止できるカレントトランスモジュールを提供することである。
本発明に係るカレントトランスモジュールは、
貫通開設された1次側コイル孔にU字状の1次側コイルが貫通し、2次側コイルが巻回された樹脂製のボビンと、前記ボビンに装着されたコアと、を具える、カレントトランスと、
前記カレントトランスを収容するケーシングと、
を具えるカレントトランスモジュールであって、
1次側コイルは、一対の脚部と前記脚部間を連繋するU字屈曲部を有するU字ピンであって、
前記ケーシングは、前記1次側コイルの前記U字屈曲部と対向する位置に、前記1次側コイルの抜けを抑える当たり部が凹設されている。
前記ケーシングは、上ケースと下ケースから形成され、
前記当たり部は、前記上ケースの上面内側に形成することができる。
前記1次側コイルの前記脚部は、先端が前記ボビンの前記1次側コイル孔を貫通しており、前記1次側コイル孔を貫通して臨出した前記脚部には、前記1次側コイル孔よりも拡大した抜止め部が形成されていることが望ましい。
前記1次側コイル孔は、前記抜止め部と同等又は前記抜止め部よりも直径の大きい孔本体と、前記孔本体の先端に前記抜止め部よりも直径の小さい絞り部が形成されていることが望ましい。
前記抜止め部は、前記脚部を潰し加工することで形成することができる。
本発明のカレントトランスモジュールは、1次側コイルのU字屈曲部がケーシングの当たり部に抑えられているため、プリント配線板に1次側コイルの脚部を差し込んだ際に、1次側コイルは当たり部に当たってボビンから抜けてしまうことはない。
また、本発明のカレントトランスモジュールは、1次側コイルの脚部の先端に抜止め部を形成したことで、ボビンの1次側コイル孔から1次側コイルが抜け落ちることを防ぐことができる。
さらに、ボビンの1次側コイル孔は、孔本体の直径を大きくし、先端の絞り部の直径を抜止め部よりも小さくすることで、1次側コイルの脚部を1次側コイル孔に差し込む際に、1次側コイル孔に差し込みやすく、かつ抜けにくくなり、ボビンが割れてしまうことも防止できる。
図1は、本発明の一実施形態に係るカレントトランスの斜視図である。 図2は、ボビンと1次側コイルを分解して示す斜視図である。 図3は、1次側コイルに沿ってカレントトランスを断面した図である。 図4は、図3の線A−Aに沿うカレントトランスの断面図である。 図5は、ボビンの1次側コイル孔と1次側コイルの脚部の拡大断面図であり、(a)は1次側コイルを挿入途上、(b)は1次側コイルを1次側コイル孔に挿入した状態を示している。 図6は、カレントトランスモジュールの分解斜視図である。 図7は、カレントトランスモジュールの斜視図である。 図8は、カレントトランスモジュールの断面図である。 図9は、上ケースの底面図である。 図10は、下ケースの平面図である。
以下、本発明の一実施形態に係るカレントトランス10及びカレントトランスモジュール12について図面を参照しながら説明を行なう。
図1は、本発明の一実施形態に係るカレントトランス10の斜視図、図2は、カレントトランス10の分解斜視図、図3はカレントトランス10の1次側コイル30に沿う断面図、図4は図3の線A−Aに沿う矢視断面図である。図に示すように、カレントトランス10は、樹脂製のボビン20に、U字状の1次側コイル30と、細線を巻回してなる2次側コイル27を具え、1次側コイル30及び2次側コイル27の共通の磁路を形成するコア50を装着して構成される。
<ボビン20>
ボビン20は、一方の端部寄りにU字状の1次側コイル30が差し込まれる1次側コイル孔40,40(とくに図3参照)が貫通開設されると共に、ボビン20の中央には、2次側コイル27が巻回される2次側コイル巻付部26(とくに図4参照)が凹設されている。
図示の実施形態では、ボビン20には、1次側コイル孔40と2次側コイル巻付部26の間に、1次側コイル30と2次側コイル27の間を絶縁する上側絶縁壁22と下側絶縁壁24をそれぞれ上下に形成している。これら絶縁壁22,24は、1次側コイル30と2次側コイル27の絶縁の沿面距離(絶縁物の表面に沿って測定した最短距離)を確保するものである。
また、図1乃至図4に示すように、ボビン20は、1次側コイル30と2次側コイル27との間に設けられた上側絶縁壁22と1次側コイル30との間に上側凹み23を形成し、上側凹み23と後述する上ケース81に形成された上側凸部83(図8、図9参照)を嵌合させて、上側絶縁壁22と共に絶縁の沿面距離を確保するようにしている。
さらに、ボビン20は、図4に示すように、下側絶縁壁24と1次側コイル30との間に下側凹み25を形成し、下側凹み25と後述する下ケース85に形成された下側凸部87(図6、図8及び図10参照)を嵌合させて、下側絶縁壁24と共に絶縁の沿面距離を確保するようにしている。
上記したボビン20の1次側コイル孔40についてさらに詳述すると、1次側コイル孔40は、ボビン20に略垂直に貫通開設される。1次側コイル孔40は、後述する1次側コイル30の脚部32の抜止め部33よりも少なくとも一部が小径となるように形成する。1次側コイル孔40,40は、脚部32が差し込まれる基端側から、抜止め部33が貫通して抜け出る先端側まで、孔本体41の直径は同じ寸法とすることができるが、図3や図5に示すように、1次側コイル孔40は、孔本体41の先端に抜止め部33よりも直径が小さくなる絞り部42を形成してもよい。絞り部42を形成することで、孔本体41の直径は抜止め部33と同等又は抜止め部33よりも直径を大きく形成することができるから、脚部32を孔本体41にスムーズに差し込むことができ、ボビン20が割れてしまうことを防止できる。なお、絞り部42はたとえば孔本体41との接続部分をテーパー形状とすることで、1次側コイル30の脚部32や抜止め部33をスムーズに通過させることができる。また、孔本体41の基端(脚部32を差し込む側)にテーパーを形成し、1次側コイル30を挿入し易くすることもできる。
また、ボビン20には、図3に示すように、1次側コイル30、2次側コイル27と直交する向きに中空部21が形成されており、当該中空部21にコア50が装着可能となっている。
<1次側コイル30>
1次側コイル30は、図1乃至図4に示すように、導線を屈曲して構成される所謂U字ピンであり、一対の脚部32,32と、脚部32,32間を連繋するU字屈曲部31を有する。1次側コイル30には、脚部32,32の一方又は両方に線径が太くなった抜止め部33が形成されている。
U字状の1次側コイル30は、図2乃至図5に示すように、脚部32,32に抜止め部33,33を形成している。抜止め部33は、導線をたとえばカシメなどにより潰し加工することで作成できる。抜止め部33は、脚部32をボビン20の1次側コイル孔40に挿入し、1次側コイル30がボビン20に装着された状態で、1次側コイル孔40の先端から臨出した位置に形成することができ、抜止め部33の径は、上述した1次側コイル孔40の孔本体41及び絞り部42よりも外径が大きくなるように形成することが好適である。
1次側コイル30の脚部32,32の先端は、カレントトランスモジュール12を形成した際に、後述する下ケース85の挿通孔86aから延出する端子線30a,30aとなる。
1次側コイル30の具体的な寸法として、1次側コイル30は、直径1.0mm〜2.0mmのものを採用することができる。脚部32の抜止め部33の径は、導線の直径よりも0.05mm以上大きくなるように形成することが好適であり、0.08mm程度大きくなるように形成することがより望ましい。一方で、抜止め部33が導線の直径に比べてあまり太くなると、1次側コイル孔40に抜止め部33が差し込めなくなり、或いは、差し込めた場合であっても抜止め部33以外の部分が抜止め部33に比して相対的に細くなるから、1次側コイル孔40に好適に固定できず、1次側コイル30がぐらつくことがある。従って、抜止め部33は、1次側コイル30の直径よりも最大で0.13mm程度大きく形成することが好適である。
なお、上記1次側コイル30を採用した場合、ボビン20に形成される1次側コイル孔40は、一様な孔本体41の場合、直径は抜止め部33と同等、或いは、1次側コイル30の直径と同等又は1次側コイル30の直径よりも0.02mm程度大きく形成することが好適である。一方、孔本体41に絞り部42を形成する場合には、絞り部42の直径は抜止め部33と同等或いは抜止め部33よりも0.05mm〜0.1mm程度小さい寸法とすることが望ましい。
<2次側コイル27>
2次側コイル27は、図4に示すように、ボビン20の2次側コイル巻付部26に細線を巻回して形成され、図1等に示すように外周をテープ28で保護している。2次側コイル27の電気的な端縁は、端子線27a,27aであり、後述する下ケース85の挿通孔86a,86bから延出される。
<コア50>
コア50は、ボビン20の側方及び中空部21(図3参照)を跨ぐように装着される電磁鋼板である。コア50は、たとえば、ケイ素鋼板等をプレス抜き加工して得られるE型コアを積層したコア部品、或いは、E型コアとI型コアを積層したコア部品を、中空部21の両側から交互に差し込んで一体化することでボビン20に装着することができる。なお、コア50の構成や装着方法等は図示の実施例に限定されるものではない。
<カレントトランス10>
然して、図2乃至図5、より詳細には、図5(a)に矢印Bで示すように、1次側コイル30をボビン20の1次側コイル孔40に差し込む。1次側コイル孔40は、孔本体41の直径を脚部32の外径よりも大きく構成することができるから、孔本体41に脚部32を差し込んだときに、ボビン20が割れてしまうことを防止できる。そして、図5(b)に示すように、脚部32,32が1次側コイル孔40を貫通し、さらに抜止め部33が絞り部42を超えて臨出することで、絞り部42に対して抜止め部33が抜止めとなり、1次側コイル30は、1次側コイル孔40に対して後退不能に固定できる。
なお、抜止め部33は、絞り部42を超えて1次側コイル孔40を貫通するから、抜止め部33が1次側コイル孔40、すなわち、孔本体41や絞り部42、さらにはボビン20への応力を残留させることもなく、1次側コイル30を差し込んだ時やその後にボビン20に割れが生じることも防止できる。
1次側コイル30を差し込んだ後、2次側コイル27をボビン20の2次側コイル巻付部26に巻回し、コア50をボビン20に装着することで、カレントトランス10が製造される。もちろん、1次側コイル30、2次側コイル27、コア50の取付順序はこれに限るものではない。本発明では、1次側コイル30は、抜止め部33によりボビン20に脱落不能に装着できるから、予め1次側コイル30を装着した状態で種々の作業を行なっても、1次側コイル30はボビン20から抜け落ちることはなく、カレントトランス10の製造作業を可及的に効率化できる。
<カレントトランスモジュール12>
上記により得られたカレントトランス10は、ケーシング80に収容してカレントトランスモジュール12として使用することができる。図6は、カレントトランス10と、これを収容するケーシング80の分解斜視図、図7は、カレントトランスモジュール12の斜視図、図8は縦断面図である。また、図9はケーシング80を構成する上ケース81の底面図、図10は下ケース85の平面図である。
図に示すように、ケーシング80は、上ケース81と下ケース85から形成している。上ケース81は、コア50及びボビン20を収容する下面の開口した筺体形状であって、下ケース85は、ボビン20が載置されると共に上ケース81の下面を塞ぐ板状形状とすることができる。
上ケース81は、図8及び図9に示すように、上面内側にカレントトランス10を収容したときに1次側コイル30のU字屈曲部31が当たる当たり部82が形成されている。当たり部82は、1次側コイル30の外形に沿う凹み形状とすることができる。当たり部82はカレントトランスモジュール12をプリント配線板などに実装する際に、1次側コイル30の端子線30a,30aがプリント配線板に押されても、1次側コイル30がボビン20から浮き上がることを防止することができる。これは、1次側コイル30の抜止め部33を形成した効果と相乗して、よりすぐれた効果を発揮できる。
また、上ケース81には、上側絶縁壁22と1次側コイル30との間に形成された上側凹み23と嵌合する上側凸部83が設けられている。
さらに、上ケース81には、図6及び図7に示すように、下縁近傍に下ケース85の係合爪85aが嵌まる係合受部81aを形成することができる。
下ケース85には、図6及び図10に示すように、1次側コイル30の脚部32,32の先端となる端子線30a、30aと、2次側コイル27の端子線27a,27aがそれぞれ延出される挿通孔86a,86bが形成されている。
また、下ケース85には、ボビン20に設けられた下側絶縁壁24と1次側コイル30との間の下側凹み25に嵌合する下側凸部87が形成されている。
さらに、下ケース85には、上ケース81の係合受部81aに嵌まる係合爪85aを形成することができる。
然して、カレントトランス10は、挿通孔86a,86bに各端子線30a,27aを挿入して下ケース85に装着される。このとき、図8に示すように、ボビン20の下側凹み25に下ケース85の下側凸部87が嵌合する。
続いて、下ケース85にカレントトランス10を配置した状態で、上ケース81を被せる。上ケース81は、係合受部81aが下ケース85の係合爪85aに嵌まることで下ケース85に係合してケーシング80を構成する。このとき、上ケース81は、カレントトランスモジュール12に被さって、ボビン20の上側凹み23に上ケース81の上側凸部83が嵌合する。
上記によりカレントトランス10をケーシング80に収容したカレントトランスモジュール12を得ることができる。得られたカレントトランスモジュール12を図7に示す。
カレントトランスモジュール12は、上ケース81に形成された当たり部82が、1次側コイル30のU字屈曲部31に当たることで、カレントトランスモジュール12をプリント配線板などに実装する際に、1次側コイル30の端子線30a,30aがプリント配線板に押されても、1次側コイル30の浮き上がりを防止できる。
本発明のカレントトランスモジュール12は、カレントトランス10の上面側は、図8に示すように、ボビン20に上側絶縁壁22を設けており、さらに、ボビン20の上側凹み23と上ケース81の上側凸部83が嵌合することで絶縁の沿面距離を確保している。また、カレントトランス10は、ボビン20の下面側にも下側絶縁壁24を設け、さらに、ボビン20の下側凹み25と下ケース85の下側凸部87が嵌合することで絶縁の沿面距離を確保している。これにより、1次側コイル30と2次側コイル27の絶縁を確保できる。
なお、カレントトランスモジュール12には、小型化の要請がある。カレントトランスモジュール12の小型化を図るには、カレントトランス10の小型化が求められる。一方で、カレントトランス10には上記のとおり1次側コイル30と2次側コイル27の絶縁性が要求されるが、本発明では、上記のとおり、上側絶縁壁22と上側凹み23及び上側凸部83、下側絶縁壁24と下側凹み25及び下側凸部87により絶縁の沿面距離を稼ぐようにしている。このため、上側絶縁壁22と下側絶縁壁24の突出高さを高くすることなく好適に絶縁を図ることができ、カレントトランス10の小型化、さらには、カレントトランスモジュール12の小型化も達成できる。
上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
たとえば、下ケース85には、ボビン20の下面を支える段部88を設け、下ケース85にボビン20が当接さたときにボビン20の下面を段部88に当てて、ボビン20がケーシング80内で傾くことなく保持されるようにすることが望ましい。
また、カレントトランスモジュール12を作成した後、個々に出力電圧特性を測定し、得られた特性データを図7に示すように上ケース81にデータマトリックス89として印刷或いはシール付けすることができる。これにより、カレントトランスモジュール12を交流機器に採用する際に、データマトリックス89を読み取って対応する特性データに基づき制御上で特性調整を行なうことができる。これにより、より高精度の出力電圧特性を達成できる。
導線を屈曲させて1次側コイル30となるU字ピンを作成し、抜止め部33の外径を種々変化させて、ボビン20の1次側コイル孔40に挿入したときに、1次側コイル30の固定具合を引き抜き強度により測定、比較した。
1次側コイル30は、直径1.6mmのはんだめっき銅線をU字状に屈曲させて形成し、図5(b)に示すように、両脚部32,32に表1に示すように抜止め部33の外径が1.63mmから1.75mm、長さ2.0mm(実施例1〜実施例7)となるように潰し加工を施した。1次側コイル孔40は、フェノール樹脂製のボビン20に、孔本体41の直径が1.8mm、絞り部42の直径が1.63mm、孔深さ5mmとなるように貫通開設した。1次側コイル孔40は、孔本体41から絞り部42に向けてテーパーを設けて孔径を絞るようにしている。なお、図5では脚部32及び1次側コイル孔40は1つしか示していないが、1次側コイル30の両方の脚部32,32に抜止め部33を形成し、1次側コイル孔40も一対とした。
然して、1次側コイル30の脚部32,32を1次側コイル孔40,40に差し込んだ際の1次側コイル30の押込み貫通強度と、1次側コイル30を1次側コイル孔40から引き抜いた際の引抜強度を測定し、固定具合を判定した。結果を表1に示す。なお、固定具合判定は、1次側コイル30が装着されたボビン20を手で回転させても、また、2次側コイル27を巻線するためにボビン20を12000回転/分、20秒間回転させても1次側コイル30がボビン20から抜けない状態を「OK」とし、抜けた場合を「NG」とした。
Figure 2021125613
表1を参照すると、実施例1、実施例2は、押込み貫通強度は0Nであり、引抜強度も0Nであった。すなわち、脚部32は、1次側コイル孔40に嵌まるが、抜止め部33は絞り部42を何ら抵抗なく通過した。そして、固定具合判定もNGであった。
実施例3乃至実施例6は、押込み貫通強度が13N〜50N(1本当たり)であり、引抜強度も11N〜42N(1本当たり)であった。押込み強度については、実施例7に示すように60N程度でボビン20に割れが生じているが、50N以下であれば脚部32,32は屈曲せず、また、ボビン20に割れも生じることはない。従って、実施例3乃至実施例6は、ボビン20に1次側コイル30を装着する際にとくに問題はない。
引抜強度については、一般的に、1次側コイル30が装着されたボビン20を手で回転させても、また、2次側コイル27を巻線するためにボビン20を12000回転/分、20秒間回転させても1次側コイル30がボビン20から抜けない力、また、カレントトランスモジュール12をプリント配線板に実装する際にカレントトランスモジュール12に加えられる力は、最大で10N程度(1本当たり)あれば足りる。すなわち、引抜強度は10N以上を確保することが要求される。実施例3乃至実施例6は、何れも引抜強度が10Nを超えているため、2次側コイル27の巻線等を行なっても1次側コイル30はボビン20から脱落せず、また、カレントトランスモジュール12をプリント配線板に装着しても1次側コイル30が抜けることもなかった。故に、固定具合判定もOKという結果になった。これは、脚部32,32に抜止め部33を形成した効果である。
一方で、抜止め部33の外径が1.75mmの実施例7は、脚部32,32を1次側コイル孔40,40に差し込む際に、60N(1本当たり)の力が必要であり、押し込んだときにボビン20が割れてしまった。従って、引抜強度は測定しておらず、また、固定具合が判定できなかったため判定不能とした。
上記のように、絞り部42の直径が1.63mmの場合、抜止め部33の外径を1.68mm〜1.73mmに調整することで、好適に1次側コイル30をボビン20に固定でき、また、ボビン20の破損も防ぐことができたことがわかる。
10 カレントトランス
12 カレントトランスモジュール
20 ボビン
30 1次側コイル
32 脚部
33 抜止め部
40 一次側コイル孔
41 孔本体
42 絞り部
50 コア
80 ケーシング
82 当たり部

Claims (5)

  1. 貫通開設された1次側コイル孔にU字状の1次側コイルが貫通し、2次側コイルが巻回された樹脂製のボビンと、前記ボビンに装着されたコアと、を具える、カレントトランスと、
    前記カレントトランスを収容するケーシングと、
    を具えるカレントトランスモジュールであって、
    1次側コイルは、一対の脚部と前記脚部間を連繋するU字屈曲部を有するU字ピンであって、
    前記ケーシングは、前記1次側コイルの前記U字屈曲部と対向する位置に、前記1次側コイルの抜けを抑える当たり部が凹設されている、
    カレントトランスモジュール。
  2. 前記ケーシングは、上ケースと下ケースから形成され、
    前記当たり部は、前記上ケースの上面内側に形成される、
    請求項1に記載のカレントトランスモジュール。
  3. 前記1次側コイルの前記脚部は、先端が前記ボビンの前記1次側コイル孔を貫通しており、前記1次側コイル孔を貫通して臨出した前記脚部には、前記1次側コイル孔よりも拡大した抜止め部が形成されている、
    請求項1又は請求項2に記載のカレントトランスモジュール。
  4. 前記1次側コイル孔は、前記抜止め部と同等又は前記抜止め部よりも直径の大きい孔本体と、前記孔本体の先端に前記抜止め部よりも直径の小さい絞り部が形成されている、
    請求項3に記載のカレントトランスモジュール。
  5. 前記抜止め部は、前記脚部を潰し加工することで形成される、
    請求項3又は請求項4に記載のカレントトランスモジュール。
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