JP5495374B2 - 漏電検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、漏電検出装置に係り、特に漏電誤検出防止機能を備えた漏電検出装置に関する。

漏電検出装置は、複数の一次導体を貫通させた軟磁性材料等の磁性体からなる環状のコアと、このコアに巻回したトロイダル状のコイルとを有して構成される零相変流器（ＺＣＴ）を備え、この零相変流器のコイル両端の電圧を漏電検出出力として出力するものである。漏電が生じた場合は、一次導体のいずれかに漏電電流が流れ、複数の一次導体における電流が不平衡となるので、漏電電流により発生する磁束によって零相変流器のコアにおける磁束の状態が変化する。これにより、零相変流器のコイルに漏電電流に相当する誘起電圧が発生し、漏電電流に相当する電圧がコイル両端で生じる。また、漏電が発生していない場合、複数の一次導体に流れる電流のベクトル和が零であるいわゆる平衡状態である時、零相変流器のコア中に磁束はあるが、これらの磁束は打ち消し合い、コイルに誘起電圧は発生せず、漏電は検出されない。したがって、零相変流器のコイル両端の電圧を漏電検出出力として出力することで、漏電電流の検出が可能となっている。

しかし、実際には、一次導体の位置の影響や、コイルの巻きばらつきなどにより、コア内部の磁束の均一性がくずれ、平衡状態においてもコイルに誘起電圧が発生してしまうことがある。また、一次導体の負荷側にモータのような突入電流の流れる負荷機器が接続された場合には、コイルに発生する誘起電圧は、漏電電流を検出する電圧と同等以上の電圧となり、誤検出を引き起こすことがある。

このような誤検出を防ぐため、従来の漏電検出装置は、環状のコアを用いており、かつ貫通させる一次導体もコアの中央に密集させて配置し、さらにそれらの一次導体を対称に配置することで、平衡状態でのコイルの誘起電圧を抑えて零相電流以外による出力を抑制する構成としている。さらに平衡電流により生じる磁束がコアへ侵入しないように、コアおよびそれに巻き回されたコイルの周囲を軟磁性材料で覆ったりすることで、このような平衡状態での出力を抑制する構成としている。

しかしながら、例えば漏電遮断器のような機器に漏電検出装置を組み込む場合、上記のような構成では、貫通させる一次導体の形状が相毎に異なるとともに、組立性も悪くなり、また各相の導体が近接することになる。このため、一次導体間に絶緑物を要する、外部の磁気的影響を受けやすい、温度上昇が大きくなるなど、コスト面、性能面での課題があった。これに対し、環状のコアを大きくすることで一次導体を離して、前記課題を回避することが可能である。しかし、機器への組み込みにおいて構造的な制約が大きくなり、機器自体が大型化してしまうという課題がある。

一方、環状のコアの大型化を回避するために、略長円形状（トラック型）のコアを用いて一次導体を離して配置した構成もある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この構成では、前述したような大型化に関する課題は解決できるものの、平衡状態でのコイルの誘起電圧は、コアが環状で一次導体が密集した構成のものより大きくなってしまい、誤検出が発生しやすくなるという課題がある。

そこで、一次導体の貫通方向に沿う回転軸を中心としてコイルを回転可能に収容し、平衡状態でのコイルの誘起電圧を抑制するようにした零相変流器も提案されている（特許文献２）。

特開平７−０８３９６０号公報 特開２００７−１４２０６５号公報

上述したように、従来の漏電検出装置では、コア内部の磁束が不均一となるのを抑制するため、一次導体をコア中央部に密集させて配置し、一次導体により生じる磁束を互いに打ち消しやすくしていたが、コアを円形状とした場合、小型化が困難になる。一方、特許文献１では、機器の小型化及び組立性を考慮して、コアを長円形状としているが、この場合、特にコア内部の磁束の均一性がくずれ易くなり、誤検出が生じやすいという課題がある。
また、特許文献２では、設定の度毎に、コイルを回転し、調整しなければならず、調整に時間がかかることがある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、誤検出を抑制して検出精度を向上することが可能な漏電検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の一次導体と、前記複数の一次導体を内側に貫通させる環状の磁性材料からなるコアと、前記コアの輪に沿って巻線が巻回されたトロイダル状の漏電検出コイルと、前記漏電検出コイルに発生する誘起電圧による出力電圧を検出する検出部と、漏電検出コイルの巻回されたコアに、前記コアの周回に沿って対称に配置された一対のコイルで構成され、平衡電流により発生したコア内の磁束をうち消す出力が発生するように、前記漏電検出コイルとともにトロイダル状に巻回された平衡時出力抑制コイルとを備え、前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方において、基板に内蔵されて構成されたコアと、前記基板において、回路パターン及びスルーホールによって前記コアの外側にコアの輪に沿って巻線が巻回された構造となるトロイダル状のコイルとを具備し、前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制コイルは、少なくとも３層の絶縁層を備えた積層基板で構成され、前記積層基板の中間層に、コアが挟み込まれて、前記漏電検出コイルおよび前記平衡時出力抑制コイルは、回路パターンおよびスルーホールによって、前記コアの周回に引き回され、前記スルーホールは、前記コアの内径側と外径側とに沿ってそれぞれ所定の間隔で配列された内側スルーホール群と、外側スルーホール群とで構成され、前記漏電検出コイルと前記平衡時出力抑制コイルを構成するスルーホールはそれぞれ、ひとつおきに回路パターンで接続され、前記回路パターンは、前記コアの上層側と下層側とで、ねじれの方向に交差するように配置された漏電検出装置を提供する。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルは、平衡電流が電路に流れたときにのみ、平衡電流により発生したコア内の磁束を打ち消し、平衡電流による漏電検出コイル出力が抑制され、平衡電流による漏電誤検出を防ぐことができる。また、漏電検出コイルに出力が発生しやすい環境である、非円形形状のコアを用いた場合にも誤検出を低減することができるため、構造上の制約を受けることなく配置することができる。さらにまた、一次導体を環状のコアの中央に対称配置することも不要で一次導体間の距離をとることができる。また機器組み込み型の漏電検出装置においては組み立て性が向上し、別部品による一次導体間の絶縁が不要となり、低コスト化をはかることができる。さらにまた、平衡電流により生じる磁束がコアへ侵入しないように、コイル周囲に配置していた軟磁性材料も不要となる。
また、基板上でコイルを形成するため、製造が容易となる。また両コイルの巻きむらがなくなり、電気的な出力特性が安定し量産性が向上する。
また、立体形成によって、小型化が可能となる。
また、効率的に両コイルを配置することができ、コイルの巻き数を増大することができるため、出力が大きくなり、漏電検出コイルの高感度化をはかることができ、小さな平衡電流に対しても検出が可能となる。これにより、占有面積を最大限に利用し、小型で高感度の漏電検知装置を提供することが可能となる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記平衡時出力抑制コイルは、ともに同一方向に巻回され、各平衡時出力抑制コイルの両端は、同一方向の磁束が発生すると、出力が打ち消される方向に接続された１対のコイルで構成されたものを含む。
この構成によれば、同一方向に巻回すればよいため、コイルの巻回が簡単である。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記平衡時出力抑制コイルは、互いに逆方向に巻回され、各平衡時出力抑制コイルの両端は、同一方向の磁束が発生すると、出力が打ち消される方向に接続された１対のコイルで構成されたものを含む。
この構成によれば、コイル同士の接続線の引き回しが容易である。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記平衡時出力抑制コイルは、前記コアを貫通している一次導体の近傍において高密度に巻回されたものを含む。
この構成によれば、一次導体の近傍において巻線密度を高くすることで、小さな平衡電流に対しての、平衡時出力抑制コイルの出力を大きく取ることができるため、平衡電流によるコア磁束を打ち消す効果が高まり、より高精度に、誤検出を防ぐことができる。また、平衡出力対策部品を削減することができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記平衡時出力抑制コイルは、前記コアを貫通している一次導体の近傍においてのみ巻回されたものを含む。
この構成によれば、一次導体の近傍においてのみ平衡時出力抑制コイルを巻回することで、平衡時出力抑制コイルの抑制効果を低減することなく、巻回が容易となる。

また、前記平衡電流検出コアを、ほぼトラック形状のコアで構成し、前記複数の一次導体は、前記コアの長手方向にほぼ対称に並置され、前記コイルは、前記トラック形状の曲線部分の周回に沿ってトロイダル状に巻回されたものとしてもよい。
この構成によれば、巻線部における平衡時出力抑制コイルのコアの磁束が最も近傍にある一次導体の電流方向に大きく寄与するため、ひとつのコイルを鎖交する磁束は常に同一方向であるため、平衡時出力抑制コイルの出力を大きくすることができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記平衡時出力抑制コイルは、前記漏電検出コイルの外側に絶縁体を介して重ねて巻回されたものを含む。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルの巻回が容易となり、長時間にわたり電気的な出力特性を安定にすることができ、量産性の向上を図ることができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記漏電検出コイルは、前記コアの外周に絶縁材を介して巻回され、前記平衡時出力抑制コイルは、前記漏電検出コイルの外側に絶縁材を介して巻回されたものを含む。
この構成によれば、漏電検出コイル、平衡時出力抑制コイルのいずれも絶縁材上に巻回することで、共に巻きむらの発生を低減することができ、電気的な出力特性をより安定にすることができ、量産性のさらなる向上を図ることができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記１対の平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方の間には、位相変換回路が接続されたものを含む。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルの出力を移相することで、一次導体から発生する平衡時の磁束を効率的に打ち消すことができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記１対の平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方の間には、コンデンサが接続されたものを含む。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルの出力をコンデンサにより移相することで、一次導体から発生する平衡時の磁束を効率的に打ち消すことができる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、前記内側スルーホール群は千鳥状に配列されたものを含む。
この構成によれば、より、効率的に両コイルを配置することができ、コイルの巻き数をさらに増大することができるため、出力が大きくなり、漏電検出コイルの高感度化をはかることができ、平衡電流により発生する平衡時出力抑制コイルによるコア磁束の打消し効果が大きくなり、誤検出のさらなる低減が可能となる。

また、本発明は、上記漏電検出装置であって、少なくとも４層の絶縁層を備えた積層基板で構成され、前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制部は、それぞれ異なる層に形成され、一方が前記コアを中心として内側の２層に、他方が外側の２層に形成されたものを含む。
この構成によれば、より多くのコイル巻き数を実現することができ、出力が大きくなり、漏電検出コイルの高感度化を図ることができるとともに、平衡電流により発生する平衡時出力抑制コイルによるコア磁束の打消し効果が大きくなり、誤検出のさらなる低減が可能となる。

本発明の漏電検出装置によれば、一次導体の機器の小型化が容易で組立性が良好な構成としながら、平衡時電流抑制コイルを用いて、平衡時の漏電検出部の出力を抑制することで、誤検出を抑制し、検出精度の向上を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る漏電検出装置の構成を示す図、（ｂ）は原理説明図 本発明の第２の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 本発明の第３の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 本発明の第４の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 本発明の第５の実施の形態に係る漏電検出装置の断面構成を示す図 本発明の第６の実施の形態に係る漏電検出装置の断面構成を示す図 本発明の第７の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 本発明の第８の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図 本発明の第９の実施の形態に係る漏電検出装置のコア、コイル及び一次導体の斜視図 本発明の第９の実施の形態に係る漏電検出装置の各基板を分解した状態の分解斜視図 本発明の第９の実施の形態に係る漏電検出装置のコアを構成する基板の分解斜視図 本発明の第１０の実施の形態に係る漏電検出装置のコアを構成する基板の要部拡大図 本発明の第１１の実施の形態に係る漏電検出装置のコア、コイル及び一次導体の斜視図 本発明の第１１の実施の形態に係る漏電検出装置の各基板を分解した状態の分解斜視図 本発明の第１１の実施の形態に係る漏電検出装置の斜視図

本実施の形態では、本発明に係る漏電検出装置の一例として、環状のコアにコイルが巻回されて構成された零相変流器を備える漏電検出装置の構成を示す。この漏電検出装置は、電子式ブレーカ等の開閉器等に搭載されて用いられる。

本発明の実施の形態に係る漏電検出装置は、漏電検出三相３線式電路での例であり、図１にその構成の概要を示すように、軟磁性体からなる環状のコアの周回に沿ってトロイダル状に巻回された漏電検出コイル１３で、三相３線式電路を構成する３本の一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを囲むように構成されている。そして、漏電検出コイル１３（図１では省略）の巻回されたコア１２に、このコア１２の周回に沿って対称に配置された一対のコイルで構成され、平衡電流により発生したコア内の磁束をうち消す出力が発生するように、漏電検出コイル１３とともにトロイダル状に巻回された平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂとを備え、平衡電流が電路を構成する一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃに流れたときにのみ、平衡電流により発生したコア内の磁束を打ち消し、平衡電流に起因する漏電検出コイル出力を抑制し、誤検出を防止するようにしたことを特徴とする。
そしてこの漏電検出コイル１３は漏電電流検出部１５に接続され、漏電検出部１０を構成する。漏電検出信号を出力するように構成されている。
すなわち、漏電検出部１０は、漏電検出コイル１３に接続された漏電電流検出部１５とこの漏電電流検出部１５の出力から漏電であると判断する漏電電流判別部１６とを具備し、平衡時出力抑制コイルにより、平衡時出力を抑制し、漏電でないにもかかわらず、平衡電流を検出して漏電電流であると誤検出をするのを防止する。

すなわち、漏電検出部１０は、複数の一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを貫通させたコア１２と、このコア１２に巻回された漏電検出コイル１３とを具備し、この漏電検出コイル１３に発生する誘起電圧による出力電流のベクトル和を検出する漏電電流検出部１５と、検出された電流があらかじめ決定された閾値以上であることを判別する漏電電流判別部１６とを具備し、漏電出力として漏電検出信号を出力する。一方、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂは、たがいに同一方向となるように巻回され、その２つのコイルの両端は、コアに異なる方向の磁束が発生すると、コイルの出力が打ち消される方向に接続されている。すなわち、この平衡時出力抑制コイルは、平衡電流が電路に流れたときにのみ、平衡電流により発生したコア内の磁束を打ち消し、平衡電流による漏電検出コイルの出力が抑制され、平衡電流による漏電誤検出を防ぐことができる。
ここで漏電検出コイル１３の出力は、漏電検出部１０で検出された漏電電流は、あらかじめ決定された閾値よりも大であるか否かの判断がなされ、漏電電流であると判断される。この漏電検出装置については詳細には示さないが、たとえば特許第３２６６６６７号明細書に記載した装置を用いる。

ここで、図２（ａ）は、この漏電検出装置を示す概要図、図２（ｂ）は、原理説明図であり、いずれにおいてもコアに巻回されたコイルについては簡略化して図示している。

図２（ａ）および（ｂ）に示す構成では、パーマロイ等の軟磁性材料により構成されるコア１２の貫通口に、３本の一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが貫通して配置されている。本実施の形態の漏電検出装置は、小型化と組立性向上との両立を図るために、コア１２を長辺と短辺を有するトラック状に形成している。ここで、形状としては、トラック状としたが、長円形状、楕円形状など、長辺と短辺とを持つ環状のもので、直交する２方向で寸法が異なるような形状を含むものとする。そして、この非円形のコア１２のトラック状の貫通口に一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを貫通させる構造とし、複数の一次導体を密に近接させず互いに少し離して配置する。

例えば図２（ｂ）において、一次導体１１ａ、１１ｃに、紙面の表側から裏側に向かう電流が流れ、一次導体１１ｂに、紙面の裏側から表側に向かう電流が流れた場合、矢印Ｍ_A，Ｍ_B，Ｍ_Cの方向にそれぞれ磁束が発生する。

上記のような構成の場合、真円のコアの中心に一次導体を密接して配置した場合と比較して、一次導体に対するコイル及びコアの磁気特性が位置によって異なり、均一とはならないことがある。よって、一次導体の配置位置などにより磁気特性のバランスが崩れることがあるため、誤検出が生じやすくなる。例えば一次導体１１ａ、１１ｃとに電流が流れたときは、コアとの距離が異なり、磁気特性にアンバランスが生じていることがある。このため、平衡であるにもかかわらず、ベクトル和が０にならず、漏電電流出力が送出されることがある。そこで、本実施の形態では、漏電電流の誤検出を低減するために平衡時出力抑制コイルを配置し、平衡電流が流れた時には、漏電電流出力が検出されないように構成し、電子式開閉装置の遮断器（ブレーカ）をオンにしないようにしている。

すなわち、図２（ｂ）の構成では、一次導体１１ａに紙面の裏から表に向かう電流が流れ、一次導体１１ｂに紙面の表から裏に向かう電流が流れた場合、矢印ａ、ｂの方向にそれぞれ磁束が発生する。
この構成において、一次導体１１ａ、１１ｃには紙面の表から裏に向かう電流が流れ、一次導体１１ｂに紙面の裏から表に向かう電流が流れているとする。それぞれの一次導体に流れる電流によって磁束が発生し、コア１２を通過する。漏電が生じていなくて一次導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃに流れる電流が平衡状態にあるときは、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂを流れる電流により発生する磁束が打ち消し合い、漏電検出コイル１３には誘起電圧が発生しない状態となる。

すなわち、本実施の形態の漏電検出装置は、一次導体が２本の場合、３本の場合など、コア内に貫通させる一次導体の数に関わらず、いずれにも適用可能である。

上記のように、平衡時出力抑制コイルを巻回することにより、コアの位置によって磁束の不平衡が生じた場合の、コイルにおいて生じる誘起電圧の不平衡を検出できるため、漏電検出装置を構成する機器の小型化が容易で組立性が良好な構成としながら、誤検出を抑制して検出精度を向上することが可能となる。
この平衡時出力抑制コイルは、複数の一次導体を内側に貫通させる環状の磁性材料からなる１２の周回に沿って巻線が巻回されたトロイダル状の平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂとを具備し、前記平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂに発生する誘起電圧による出力により、平衡時出力を抑制するものである。この平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂは、平衡電流検出コアの周回に沿ってトロイダル状に巻回された１対のコイルで構成されている。
平衡電流が流れると、この平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂには、コア１２の漏電検出コイル出力が抑制され、漏電誤検出を防ぐ。

一次導体に漏電電流が流れているときは、コア１２には単一方向の磁束が発生する。その際、一対のコイルの各々によっては漏電検出コイル出力は抑制されず、漏電検出部１０で漏電電流であると判断される。
このようにして、誤検知の低減をはかり、信頼性の高い漏電検出装置を実現することができる。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係る漏電検出装置の平衡時出力抑制部を構成する平衡時出力抑制コイルの要部構成を示す図である。本実施の形態では、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂは、たがいに逆方向に巻回され、各平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂの両端は、同一方向の磁束が発生すると、出力が打ち消される方向に接続された１対のコイルで構成されている。
この構成では、コア１２に同一方向の磁束が発生すれば、これらの出力が打ち消される方向に接続されている。従って、一次導体に平衡電流が流れ、コア１２には方向の異なる対称の磁束が発生した場合には、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｂでコア内の磁束を低減する方向に力が働き、平衡電流が流れているときは、漏電出力は誤検出されない。
。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルを有する平衡時出力抑制部により、漏電検出部の電流検出部がコイルだけで構成できるため、低コストである。
また、この構成によれば、１対のコイルを連続して巻回することができ、コイル同士の接続線の引き回しが容易で、配線長を低減することができる。

（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係る漏電検出装置の平衡時出力抑制部の要部構成を示す図である。本実施の形態では、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃは、コア１２を貫通している一次導体１１ａ、１１ｃの近傍において高密度に巻回されたことを特徴とする。他部については前記第２の実施の形態と同様に形成されている。
この構成によれば、一次導体の近傍において巻線密度を高くすることで、一次導体に近接したコアの磁束は他の導体からの打ち消し磁束の影響が少なくなるため、平衡電流が流れているとき、平衡時出力抑制コイルの出力電圧を大きくすることができる。

（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態に係る漏電検出装置の平衡時出力抑制部の要部構成を示す図である。本実施の形態では、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃは、コア１２を貫通している一次導体１１ａ、１１ｃの近傍においてのみ巻回されている。他部については前記実施の形態と同様である。

この構成によれば、一次導体に近接したコアの磁束は他の導体からの打ち消し磁束の影響が少なくなるため、平衡電流が流れているとき、この部分のコアの磁束変化が最も大きく、コイルの出力電圧が生じるが、全周回において巻回したものと出力電圧はほとんど変わらない。従って一次導体１１ａ、１１ｃの近傍においてのみ平衡時出力抑制コイルを巻回することで、平衡時出力抑制コイルの巻回が容易となる。

（第５の実施の形態）
図６は本発明の第５の実施の形態に係る漏電検出装置のコアの断面を示す図である。
本実施の形態では、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃが、漏電検出コイル１３上に絶縁性の樹脂層３０を介して巻回され、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃと、漏電検出コイル１３との間に電気的分離を実現するようにしたものである。なおここでは、コア１２は、７枚のフェライト板の積層体で構成されている。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルの巻回が容易となり、下層のコイルの巻き方に影響を受けることなく巻回することができ、量産性の向上を図ることができる。なお、平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃと漏電検出コイル１３とは、いずれを下層にしてもよい。

（第６の実施の形態）
図７は本発明の第６の実施の形態に係る漏電検出装置のコアの断面を示す図である。
前記第５の実施の形態では、漏電検出コイル１３は、コアに直接巻回したのに対し、本実施の形態では、コア１２に絶縁性の樹脂層３０を介して巻回されている点で異なるが、他は前記実施の形態と同様である。
すなわち、コア１２に絶縁性の樹脂層３０を介して漏電検出コイル１３が巻回され、さらにこの漏電検出コイル１３上に絶縁性の樹脂層３０を介して平衡時出力抑制コイル２３（２３ａ、２３ｃ）が巻回されており、巻きむらの低減を図るようにしている。そしてさらに、コア１２と、漏電検出コイル１３と、平衡時出力抑制コイル２３（２３ａ、２３ｃ）との間の電気的分離を実現する。なおここでは、コア１２は、５枚のフェライト板の積層体で構成されている。

この構成によれば、漏電検出コイル１３の巻きむらがなくなり、安定した密度で巻回され、漏電検出コイルの出力特性の安定化をはかることができる。さらに平衡時出力抑制コイルを絶縁性の樹脂層３０に沿って巻回することで平衡時出力抑制コイルの巻きむらがなくなり、出力の安定化を図ることができる。また、漏電検出コイル１３および平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃの巻回が容易となり、さらなる量産性の向上を図ることができる。なお、ここでも平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃと漏電検出コイル１３とは、いずれを下層にしてもよい。

（第７の実施の形態）
図８は本発明の第７の実施の形態に係る漏電検出装置の断面を示す図である。
この例では、平衡時出力抑制コイルは、図４に示した前記第３の実施の形態と同様に形成したが、本実施の形態では、一対の平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃ間に位相変換回路１８を追加したことを特徴とするものである。
この位相変換回路１８はＬＣＲ共振回路などを用いて、位相補正をする。これにより、平衡時出力抑制コイルの出力を移相することで、一次導体から発生する平衡時の磁束を効率的に打ち消すことができる。

（第８の実施の形態）
図９は本発明の第８の実施の形態に係る漏電検出装置の断面を示す図である。
図８に示した前記第７の実施の形態において、一対の平衡時出力抑制コイル２３ａ、２３ｃ間に接続した位相変換回路１８に代えて、本実施の形態では、コンデンサ１９を追加したことを特徴とするものである。
この構成によれば、平衡時出力抑制コイルの出力位相をコンデンサにより遅らせることで、一次導体から発生する平衡時の磁束を効率的に打ち消すことができる。

（第９の実施の形態）
図１０乃至図１２は本発明の第９の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図である。図１０は漏電検出装置のコア、コイル及び一次導体の斜視図、図１１はコア及びコイルを構成する各基板を分解した状態の分解斜視図、図１２はコアを構成する基板の分解斜視図である。

この実施の形態は、図１０に示すように、プリント配線基板１００には、長円形のトラック状で断面積をほぼ均一に形成したコア１１２に内蔵され、このコア１１２の輪に沿ってコア１１２の外側に巻線が巻回されるようにトロイダル状のコイル１１３と平衡電流抑制コイルを構成する一対のコイル１２３とが形成されている。この一対のコイル１２３は互いに反対方向に巻回されており、コア１１２の貫通口には三相の一次電流が流れる３本の一次導体１１１Ｒ、１１１Ｓ、１１１Ｔが貫通して配置されている。一次導体１１１Ｒ、１１１Ｓ、１１１Ｔは、長円形状のコア１１２の貫通口の長手方向に一直線上にならぶように、一次導体１１１Ｓを中心に一次導体１１１Ｒ、１１１Ｔが対称に配置されている。また、プリント配線基板１００には、コイル１１３両端に接続された漏電検出部を構成する漏電検出用電子部品１１０と、一対のコイル１２３両端に接続されたコンデンサなどの位相調整部１２０と、が実装されている。

図１１に示すように、コア１１２及びコイル１１３が形成されたプリント配線基板１００は、３つの基板１００ａ、１００ｂ、１００ｃが積層されてなる積層基板によって構成されている。これらの基板１００ａ、１００ｂ、１００ｃには、コア１１２の外側を囲むようにコイル１１３の配置に対応して、回路パターン１１３ｐとスルーホール１１３ｔとが設けられ、これらの回路パターン１１３ｐ及びスルーホール１１３ｔによってコイル１１３を形成する構造となっている。この際、外側の層の基板１００ａ、１００ｃには、外側になる一方の面に回路パターン１１３ｐ及びスルーホール１１３ｔが形成され、スルーホール１１３ｔが他方の面まで貫通して形成されている。また、内側の層の基板１００ｂには、両面に貫通してスルーホール１１３ｔが形成されている。ここで図１１に示すように、基板１００ａ、１００ｃの間に挟まれる内側の層の基板１００ｂは、基板１００ａと基板１００ｃとの間に軟磁性材料のコア１１２を介在させた構造となっている。この基板１００ｂは、例えば、図１２に示すように、アルミナセラミック基板の中央部に形成した開口部にフェライトなどのコア１１２を埋め込み、さらにその内側にスルーホールの形成された内側部を係合させて形成する。このようにして形成された基板１００ａ、１００ｂ、１００ｃを順に配置して１枚の板状に形成し、中央部に一次導体貫通用の貫通口１４０を形成することで作製できる。

上記構成において、プリント配線基板１００に形成したコイル１１３，１２３ａ、１２３ｃとは、ひとつおきに交互に配置されている。
このように、回路パターン１１３ｐとスルーホール１１３ｔとより漏電検出コイル１１３と、回路パターン１２３ｐとスルーホール１２３ｔとより平衡時出力抑制コイルとを形成した積層基板とし、プリント配線基板に、コア１１２を内蔵することにより、非円形形状のコアに巻線密度を不均一にしたコイルも形成しやすくなる。この場合、略長円形状のコアの輪に沿って全周にわたり適宜巻線密度を設定したコイルを容易に巻回することができる。また、プリント配線基板１００によってコア１１２、コイル１１３、一対のコイル１２３を形成することで、コイルの巻きバラツキを無くすことができ、漏電検出装置における零相変流器の検出精度及び組立精度を向上できる。

（第１０の実施の形態）
図１３は本発明の第１０の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図である。図１３は漏電検出装置のコアおよびコイルを示す上面図である。
本実施の形態では、前記スルーホールは、前記コアの内径側と外径側とに沿ってそれぞれ所定の間隔で配列された内側スルーホール群と、外側スルーホール群とで構成され、前記漏電検出コイルと前記平衡時出力抑制コイルを構成するスルーホールはそれぞれ、ひとつおきに回路パターンで接続され、前記回路パターンは、前記コアの上層側と下層側とで、ねじれの方向に交差するように配置している。なお、内側スルーホール群は千鳥状に配列される。
この構成によれば、効率的に両コイルを配置することができ、コイルの巻き数を増大することができるため、出力が大きくなり、漏電検出コイルの高感度化をはかることができ、小さな平衡電流に対しても検出が可能となる。これにより、占有面積を最大限に利用し、小型で高感度の漏電検知装置を提供することが可能となる。

（第１１の実施の形態）
図１４乃至図１６は本発明の第１１の実施の形態に係る漏電検出装置の要部構成を示す図である。図１４は漏電検出装置のコア、コイル及び一次導体の斜視図、図１５はコア及びコイルを構成する各基板を分解した状態の分解斜視図、（図１２はコアを構成する基板の分解斜視図）、図１６はこの漏電検出装置の斜視図である。

この実施の形態では、５層の絶縁層を備えた積層基板で構成され、前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制部は、それぞれ異なる層に形成され、一方がコアを中心として内側の２層に、他方が外側の２層に形成されたものである。
この構成によれば、より多くのコイル巻き数を実現することができ、出力が大きくなり、漏電検出コイルの高感度化を図ることができるとともに、小さな平衡電流に関しても検出が可能となる。

すなわち、図１４に示すように、プリント配線基板１００には、長円形のトラック状で断面積をほぼ均一に形成したコア１１２に内蔵され、このコア１１２の輪に沿ってコア１１２の外側に巻線が巻回されるようにトロイダル状のコイル１１３と平衡電流抑制コイルを構成する一対のコイル１２３が形成されている。この一対のコイル１２３は互いに反対方向に巻回されており、コア１１２の貫通口には三相の一次電流が流れる３本の一次導体１１１Ｒ、１０１Ｓ、１０１Ｔが貫通して配置されている。一次導体１１１Ｒ、１１１Ｓ、１１１Ｔは、長円形状のコア１１２の貫通口の長手方向に一直線上にならぶように、一次導体１１１Ｓを中心に一次導体１１１Ｒ、１１１Ｔが対称に配置されている。また、プリント配線基板１００には、コイル１１３両端に接続された漏電検出部を構成する電子部品１１０と、一対のコイル１２３両端に接続されたコンデンサなどの位相調整部１２０が実装されている。

図１５に示すように、コア１１２及びコイル１１３が形成されたプリント配線基板１００は、５つの基板１００ａ１、１００ｂ１、１００ｃ１、１００ｄ１、１００ｅ１が積層されてなる積層基板によって構成されている。これらの基板１００ａ１、１００ｂ１、１００ｃ１、１００ｄ１、１００ｅ１には、コア１１２の外側を囲むようにコイル１１３の配置に対応して、回路パターン１１３ｐとスルーホール１１３ｔとが設けられ、これらの回路パターン１１３ｐ及びスルーホール１１３ｔによってコイル１１３を形成する構造となっている。この際、外側の層の基板１００ａ１、１００ｅ１には、外側になる一方の面に回路パターン１１３ｐ及びスルーホール１１３ｔが形成され、スルーホール１１３ｔが他方の面まで貫通して形成されている。また、内側の層の基板１００ｂ１、１００ｄ１には、両面に貫通してスルーホール１１３ｔが形成されている。ここで図１６に示すように、基板１００ａ１、１００ｅ１の間に挟まれる内側の層の基板１００ｂ１、１００ｄ１は、外側基板１００ａ１と内側基板１００ｅ１との間に軟磁性材料のコア１１２を介在させた構造となっている。この基板１００ｃ１は、例えば、内側基板１００ｃ１の中央部に形成した開口部にコア１１２を埋め込み、内側基板１００ｃ１を順に配置して１枚の板状に形成し、内側基板１００ｃ１の中央部に一次導体貫通用の貫通口を形成することで作製できる。

上記構成において、プリント配線基板１００に形成したコイル１１３は内側、一対のコイル１２３ａ、１２３ｃとは、外側に配置されている。
このように、回路パターン１１３ｐとスルーホール１１３ｔとよりコイル１１３，１２３を形成した積層基板とし、プリント配線基板に、コア１１２を内蔵することにより、非円形形状のコアに巻線密度を不均一にしたコイルも形成しやすくなる。この場合、略長円形状のコアの輪に沿って全周にわたり適宜巻線密度を設定したコイルを容易に巻回することができる。また、プリント配線基板１００によってコア１１２及びコイル１１３，１２３を形成することで、漏電検出部と、平衡電流抑制コイルとを形成することができる。この構成によれば、５層構造とすることによりコイルの巻き数を増大させることができ、より高感度化を図ることが可能となる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

１０ 漏電検出部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 一次導体
１２ コア
１３ 漏電検出コイル
１５ 漏電電流検出部
１６ 漏電電流判別部
１８ 位相変換回路
１９ コンデンサ
１１１Ｒ、１１１Ｓ、１１１Ｔ 一次導体
１００ プリント配線基板
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 基板
１００ａ１、１００ｂ１、１００ｃ１、１００ｄ１、１００ｅ１ 基板
１１０ 漏電検出用電子部品
１１１Ｒ、１１１Ｓ、１１１Ｔ 一次導体
１１２ コア
１１３ コイル
１１３ｐ 回路パターン
１１３ｔ スルーホール
１２０ 位相調整部
１２３ 一対のコイル(平衡時出力抑制コイル)
１２３ｐ 回路パターン
１２３ｔ スルーホール

Claims (11)

1. 複数の一次導体と、
   前記複数の一次導体を内側に貫通させる環状の磁性材料からなるコアと、
   前記コアの輪に沿って巻線が巻回されたトロイダル状の漏電検出コイルと、
   前記漏電検出コイルに発生する誘起電圧による出力電圧を検出する検出部と、
   漏電検出コイルの巻回されたコアに、前記コアの周回に沿って対称に配置された一対のコイルで構成され、平衡電流により発生したコア内の磁束をうち消す出力が発生するように、前記漏電検出コイルとともにトロイダル状に巻回された平衡時出力抑制コイルとを備え、
   前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方において、
   基板に内蔵されて構成されたコアと、前記基板において、回路パターン及びスルーホールによって前記コアの外側にコアの輪に沿って巻線が巻回された構造となるトロイダル状のコイルとを具備し、
   前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制コイルは、
   少なくとも３層の絶縁層を備えた積層基板で構成され、
   前記積層基板の中間層に、コアが挟み込まれて、
   前記漏電検出コイルおよび前記平衡時出力抑制コイルは、回路パターンおよびスルーホールによって、前記コアの周回に引き回され、
   前記スルーホールは、前記コアの内径側と外径側とに沿ってそれぞれ所定の間隔で配列された内側スルーホール群と、外側スルーホール群とで構成され、
   前記漏電検出コイルと前記平衡時出力抑制コイルを構成するスルーホールはそれぞれ、ひとつおきに回路パターンで接続され、
   前記回路パターンは、前記コアの上層側と下層側とで、ねじれの方向に交差するように配置された漏電検出装置。
2. 請求項１に記載の漏電検出装置であって、
   前記平衡時出力抑制コイルは、ともに同一方向に巻回され、各平衡時出力抑制コイルの両端は、同一方向の磁束が発生すると、出力が打ち消される方向に接続された１対のコイルで構成された漏電検出装置。
3. 請求項１または２に記載の漏電検出装置であって、
   前記平衡時出力抑制コイルは、互いに逆方向に巻回され、各平衡時出力抑制コイルの両端は、同一方向の磁束が発生すると、出力が打ち消される方向に接続された１対のコイルで構成されている漏電検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の漏電検出装置であって、
   前記平衡時出力抑制コイルは、前記コアを貫通している一次導体の近傍において高密度に巻回された漏電検出装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の漏電検出装置であって、
   前記平衡時出力抑制コイルは、前記コアを貫通している一次導体の近傍においてのみ巻回された漏電検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の漏電検出装置であって、
   前記平衡時出力抑制コイルは、前記漏電検出コイルの外側に絶縁体を介して巻回された漏電検出装置。
7. 請求項６に記載の漏電検出装置であって、
   前記漏電検出コイルは、前記コアの外周に絶縁材を介して巻回され、
   前記平衡時出力抑制コイルは、前記漏電検出コイルの外側に絶縁材を介して巻回された漏電検出装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の漏電検出装置であって、
   前記１対の平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方の間には、位相変換回路が接続された漏電検出装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の漏電検出装置であって、
   前記１対の平衡時出力抑制コイルの少なくとも一方の間には、コンデンサが接続された漏電検出装置。
10. 請求項１に記載の漏電検出装置であって、
    前記内側スルーホール群は千鳥状に配列された漏電検出装置。
11. 請求項１に記載の漏電検出装置であって、
    少なくとも４層の絶縁層を備えた積層基板で構成され、
    前記漏電検出部および前記平衡時出力抑制部は、それぞれ異なる層に形成され、一方が前記コアを中心として内側の２層に、他方が外側の２層に形成された漏電検出装置。

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