JP3928963B2

JP3928963B2 - 耐雷トランスとその耐雷トランス用の導電コーティングシングルモールドコイル

Info

Publication number: JP3928963B2
Application number: JP2003383245A
Authority: JP
Inventors: 太一松沢
Original assignee: 株式会社アイキューフォー
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: JP2005150264A

Description

本発明は、乾式の耐雷トランスと、その耐雷トランスの一次側に使用する導電コーティングシングルモールドコイルに関するものである。

昔からある通常の耐雷トランスの構造は、図７の電気回路図に示すような湿式又は乾式の絶縁シールドトランス２とサージアブソーバ、アレスタのような高電圧バイパス素子４とを組み合わせたものである。この場合の絶縁シールドトランス２は、鉄心２０に巻回した一次コイル２１と二次コイル２２との間に静電シールド板２３を介入させて、この静電シールド板２３により一次コイル２１から二次コイル２２へと伝播しようとする雷サージを遮蔽するようにしており、また、高電圧バイパス素子４は、一次コイル２１の各引出線とアースとの間にそれぞれ接続させて、これにより外部から絶縁シールドトランス２に侵入しようとする高電圧の雷サージを除去してトランスの損傷を免れるようにしている。

しかし、絶縁シールドトランス２において、そのような静電シールド板２３を用いただけではコイル外面から発散するサージノイズの輻射に問題が残り、一次コイル２１と二次コイル２２との間のサージノイズの伝播までは阻止できない。場合によっては外部にそのサージノイズの影響が及ぶこともある。また、高電圧バイパス素子４を備えているので、コストが嵩み、全体としての大きさもかなり大きくなる。

現在実用化されている耐雷トランスとしては、図６の電気回路図に示す乾式絶縁シールドトランス３のみから成るものもある。この乾式絶縁シールドトランス３は、一次コイル３１の内外周面及び両側面の全てをエポキシ樹脂等の絶縁材３３でシングルモールドし、二次コイル３２の内外周面及び両側面の全般を導電シールド材３４で被覆して、それぞれ鉄心３０に嵌め、そのモールド絶縁材３３により雷サージに対する一次コイル３１と鉄心３０（グランド）との間の耐電圧を確保するとともに、その導電シールド材３４により一次コイル３１から二次コイル３２に伝播しようとする雷サージを静電遮蔽して、雷サージによるトランスの損傷を防止し、上述の高電圧バイパス素子を不要にしている。

しかし、この耐雷トランスの場合には、一次コイル３１と鉄心３０などの低電位導体との間に微小な空間が残るため、ここに雷サージによるコロナ放電を起こしている。また、この一次コイル３１には導電シールド材による静電シールドが施されていないため、コイル表面からのサージノイズの輻射は防止できず、したがって、一次コイルの内外周面及び両側面の全般にも静電シールドを施したノイズレストランス（例えば特開平６−４５１６２号公報、特開平６−１２００５１号公報等）と比較してもサージ移行特性の低下は否めない。

その他、出願公開された特開２００１−２０３１１６号公報には、耐雷機能を持つコイルボビン式巻鉄心変圧器が示されている。この変圧器は、一次又は二次のいずれか一方のコイルを巻回した内側のコイルボビンと他方のコイルを巻回した外側のコイルボビンとを内外二層に重ねて巻鉄心に装着した変圧器において、いずれか一方乃至双方のコイルボビンの内側にて巻回コイルを囲むようにして静電シールド板を添設することで、コイルとアース間及びコイル相互間に侵入しようとする雷サージを大幅に低減させる耐雷機能が得られるというものである。

しかし、実際上、サージアブソーバ、アレスタ等の高電圧バイパス素子を備えない限り雷サージを大幅に低減させることは困難である。また、通常、そのような高電圧バイパス素子を備えていないトランスで耐雷機能を有するというときは、雷サージの高電圧が加わってもコイルが損傷しないことを指している。したがって、このコイルボビン式巻鉄心変圧器で耐雷機能と称されているものは、実際にはコイルに施した上述の静電シールドによる一次コイルと二次コイルとの間のノイズ減衰のことをいうに過ぎない。因に、一次コイルに上述のような静電シールドを単純に施したのでは、この静電シールドの存在によって一次コイル及びその引出線の雷サージによる損傷は免れ得ず、たとえその静電シールドの内側に絶縁薄膜、絶縁塗料若しくは絶縁紙を介在させたにせよ、雷サージに対応させるほどの絶縁の強化までには程遠く、到底耐雷機能を果たし得ない。仮に、一次コイルと鉄心（グランド）との間に雷サージの高電圧が加わってもこの一次コイルが損傷しないまでに当該コイルボビンに高い絶縁性能を持たせ、かつ、一次コイルに上述のような静電シールドを施さないことにすれば、なんとか耐雷機能を有するものにすることができるとは考えられるが、このような構造では、前述の図６に示す従来の耐雷トランスの域を出ない。
特開平６−４５１６２号公報特開平６−１２００５１号公報特開２００１−２０３１１６号公報

つまり、本発明が解決しようとする問題点は、サージアブソーバ、アレスタ等の高電圧バイパス素子を備えていない乾式の耐雷トランスにあって、雷サージの高電圧が加わったコイルと低電位導体の鉄心等との間に生じるコロナ放電をなくすとともに、そのコイル表面より発散するサージノイズの輻射をなくして、コイル間での雷サージの伝播を防止することである。

上記問題点を解決するため、本発明の耐雷トランスは、単独の一次コイルにおいて内外周面及び両側面の全てに亘り絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施し、更にそのモールド絶縁材の内周をも含めた表面に導電塗料による導電コーティングから成る静電シールドを施し、かつ、単独の二次コイルにおいて内外周面及び両側面の全般に導電材の被覆から成る静電シールドを施して、両コイルを鉄心に装着し、また、上記一次コイルの引出線は該一次コイルにおける前記鉄心と直面しない箇所から引き出すとともに、該引出線の周囲では上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの距離で上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分を設けて上記引出線を遊挿させたことを特徴とする。

そして、本発明の耐雷トランス用の導電コーティングシングルモールドコイルは、鉄心に装着する単独のコイルの内外周面及び両側面の全てに亘り絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施し、そのモールド絶縁材の内周をも含めた表面には更に導電塗料による導電コーティングを施し、また、そのコイルの引出線を前記鉄心と直面しない箇所から引き出すとともに、該引出線の周囲では上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの距離で上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分を設けて上記引出線を遊挿させたことを特徴とする。

本発明によれば、単独の一次コイルの内外周面及び両側面の全てに亘り絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施していることでこの一次コイルのモールド絶縁材によりサージアブソーバ、アレスタ等の高電圧バイパス素子を備えていなくても当該トランスには耐雷機能を十分に発揮させることができるだけでなく、その一次コイルのモールド絶縁材の内周をも含めた表面に導電塗料の導電コーティングから成る静電シールドを施しているので、雷サージの高電圧が加わった一次コイルと低電位の鉄心との間の微小空間における雷サージによるコロナ放電を適正になくすことができ、そして、雷サージに対しては一次コイルの内外周面及び両側面の全てを電荷集中のない等電位面にできて、雷サージに伴い低電位の鉄心のエッジ部等に生じることのある電荷集中を等電位に分散させることができるから、一次コイルに不慮の絶縁破壊を来すことはなく、しかも、その静電遮蔽により一次コイルの外面から発散しようとするサージノイズの輻射を殆ど零に近いまでに低減させることができ、これに単独の二次コイルの内外周面及び両側面の全般に施した導電材の被覆から成る静電シールドが相乗的に作用して、この一次コイルから二次コイルへの雷サージの伝播も両コイルのから外部への雷サージの悪影響も適切に防止でき、また、一次コイルとともに雷サージの高電圧が加わる該一次コイルの引出線を低電位の鉄心と直面しない箇所から引き出して、その周囲では上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの距離で上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分（即ち引出線を中心に配する抜き孔部分）を設けて上記引出線を遊挿させているので、一次コイルの引出線の絶縁被覆等にも雷サージによる絶縁破壊を生じることはなく、結果として、一次コイルには従来よりも短い距離でのモールド絶縁材による耐電圧の確保が可能となり、一次コイルとしても耐雷トランスとしても更なる小型軽量化及び低コスト化の実現が可能になり、言うまでもないことながらその優れた耐雷性能から超高圧の耐圧トランスの実現も当然に可能となる。

二次コイルの静電シールドに係る上記導電材には金属箔テープを用いて、二次コイルに対し鎖交方向に巻き付けるとよい。また、一次コイルの引出線の周囲に設ける上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分は、上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの必要最小限の距離で設けるとよい。

図１乃至図５は、本発明に係る実施例を示しており、耐圧トランス１は、カットコアの鉄心１０にそれぞれ単独の一次コイル１１と二次コイル１２を装着し、その一次コイル１１には、内外周面及び両側面の全てに亘りエポキシ樹脂等の絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施し、該モールド絶縁材１３の内周をも含めた表面には、塗料に銅、アルミニウム等の金属粉末を混合した導電塗料による導電コーティングを施して、該導電コーティング被膜１４を鉄心１０とともに接地することで導電コーティング被膜１４による静電シールドＡを構成させ、そして、二次コイル１２には、内外周面及び両側面の全般に導電材による導電被覆を施して、該被覆導電材１５をグランド又は二次側回路に適宜に接続することで該被覆導電材１５による静電シールドＢを構成させており、特に、図示のものでは、その被覆導電材１５として銅、アルミニウム等の金属箔テープを用いて、二次コイルに対し鎖交方向に巻き付けている。この金属箔テープの巻き始め端部と巻き終わり端部は電気的短絡を避けるために絶縁テープを介して重ねるようにしてもよい。二次コイル１２の引出線１６，１６には、図示のようなシールド線Ｃを用いて、その遮蔽導体１７を上記被覆導電材１５に接続することにより静電シールドＢの系統中に組み込むとよい。なお、図示の実施例では、鉄心１０をカットコアとしているが、これに限るものではなく、シートコアでもよい。この鉄心１０に対する一次コイル１１と二次コイル１２の位置関係につき、一次コイル１１を下に、二次コイル１２を上にしているが、これに限るものではなく、上下逆の関係でもよい。

導電コーティング被膜１４を鉄心１０若しくは取付金具などに電気的に接続する手段としては、導電コーティング被膜１４の形成後に該導電コーティング被膜上に銅箔の舌片を導電性接着剤によって貼り付けるか或いは予め導電性接着剤を塗布した銅箔の舌片を貼り付け、その銅箔の舌片にリード線を半田付けして引き出し、これを鉄心１０若しくは取付金具などに接続すればよい。

また、一次コイル１１の引出線１８，１８をコイル外周面における鉄心１０と直面しない箇所（図示の場合前面中央部）から引き出し、その周囲では上記モールド絶縁材１３の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの必要最小限の距離で上記導電コーティングを施さない部分１９即ち導電コーティング被膜１４にその引出線１８，１８を中心に配する丸窓状抜き孔部分１９を設けて引出線１８，１８を遊挿させている。

如上の構成であるから、一次コイルのモールド絶縁材１３がトランスの耐雷機能を確保し、そのモールド絶縁材１３の表面に構成された導電コーティング被膜１４から成る静電シールドＡが、雷サージの高電圧が加わった一次コイル１１と低電位に維持された鉄心１０との間の微小空間における雷サージによるコロナ放電を皆無にし、かつ、雷サージに対しては一次コイルの全面を電荷集中のない等電位面にして、雷サージに伴い低電位の鉄心１０のエッジ部等に生じる電荷集中を等電位に分散させ、以て、一次コイルの絶縁破壊を防止する。そして、一次コイル１１の外面から発散しようとするサージノイズの輻射を殆ど零に近いまでに低減させ、これに二次コイル１２の被覆導電材１５による静電シールドＢが相乗的に作用して、雷サージが一次コイル１１から二次コイル１２へと伝播すること及び両コイルから外部へと悪影響することを防止する。また、鉄心１０と直面しない箇所から引き出された一次コイル１１の引出線１８，１８と該引出線１８，１８を中心に配して導電コーティング被膜１４に設けた丸窓状抜き孔部分１９とが、モールド絶縁材１３の表面にその引出線１８，１８から導電コーティング被膜１４に至る雷サージによる沿面放電を生じさせず、当該引出線１８，１８の絶縁破壊を防止する。ところで、導電コーティング被膜１４の形成後に該導電コーティング被膜上に貼り付けた上述の銅箔の舌片はリード線の半田付けを可能にし、このリード線を鉄心１０若しくは取付金具などに接続することで、銅箔の舌片に貼り付けの際に皺がよったりして舌片とコイル表面との間に空隙が発生しても、導電コーティング被膜１４の存在により同電位の空隙ということでコイルに対しては全く問題がなく、導電コーティング被膜１４を容易にグランド電位に落とすことができて、導電コーティング被膜１４が浮遊金属になってしまうことはない。よって、遺憾なく前述の発明の効果を奏することとなる。

［特性試験］
一次コイル１１の上記導電コーティング被膜１４の有無を除き全く同じ鉄心１０及びコイル１１，１２の２台の耐圧トランスを用意し、以下の試験を行った。
《１》コモンモードノイズ減衰特性試験

全ての周波数帯において最大で−２０ｄＢもの特性向上が見られた。
《２》３０ｋＶ、１．２／５０μｓの雷サージ標準波形入力で、出力側にて計測されたピーク電圧値
入力一次コイル１１とグランド（鉄心１０を含む）の間に入力し
出力二次コイルとグランドの間の電圧を測定した。
導電コーティング被膜１４あり：４Ｖ
導電コーティング被膜１４なし：２．５Ｖ
約４０％弱程度の向上が見られた。
《３》耐圧試験
一次コイル１１と二次コイル１２及び鉄心１０の間に５０Ｈｚ、１２ｋＶの電圧を掛けた。
導電コーティング被膜１４なしの一次コイルではコイル表面と鉄心との間でチリチリというコロナ放電音がしていたが、導電コーティング被膜１４ありの一次コイル１１では全く無音であった。
以上のように、本発明に係る耐圧トランスでは、著しい性能向上が見られた。

本発明の実施例に係る耐雷トランス及びそのコイルを示す正面図である。同平面図である。同縦断正面図である。同分解斜視図である。同電気回路図である。従来例に係る耐雷トランスの電気回路図である。他の従来例に係る耐雷トランスの電気回路図である。

符号の説明

１耐圧トランス
１０鉄心
１１一次コイル
１２二次コイル
１３モールド絶縁材
１４導電コーティング被膜
１５被覆導電材
１６二次コイルの引出線
１７遮蔽導体
１８一次コイルの引出線
１９丸窓状抜き孔部分
Ａ一次コイルの静電シールド
Ｂ二次コイルの静電シールド
Ｃシールド線

Claims

単独の一次コイルにおいて内外周面及び両側面の全てに亘り絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施し、更にそのモールド絶縁材の内周をも含めた表面に導電塗料による導電コーティングから成る静電シールドを施し、かつ、単独の二次コイルにおいて内外周面及び両側面の全般に導電材の被覆から成る静電シールドを施して、両コイルを鉄心に装着し、また、上記一次コイルの引出線は該一次コイルにおける前記鉄心と直面しない箇所から引き出すとともに、該引出線の周囲では上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの距離で上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分を設けて上記引出線を遊挿させたことを特徴とする耐雷トランス。
鉄心に装着する単独のコイルの内外周面及び両側面の全てに亘り絶縁材による耐雷絶縁のシングルモールドを施し、そのモールド絶縁材の内周をも含めた表面には更に導電塗料による導電コーティングを施し、また、そのコイルの引出線を前記鉄心と直面しない箇所から引き出すとともに、該引出線の周囲では上記モールド絶縁材の表面に雷サージによる沿面放電が生じないだけの距離で上記導電塗料の導電コーティングを施さない部分を設けて上記引出線を遊挿させたことを特徴とする耐雷トランス用の導電コーティングシングルモールドコイル。