JP6282412B2

JP6282412B2 - 零相変流器

Info

Publication number: JP6282412B2
Application number: JP2013135072A
Authority: JP
Inventors: 延恭酒井
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015012070A

Description

本発明は、漏電遮断器等に用いられる零相変流器に関する。

主に漏電遮断器に用いられる零相変流器は、円環状の軟磁性体からなるコアに、トロイダル状に検出コイルを巻き回し、円環状のコアに検出対象の導線を挿通させたものである。

導線は通電方向が互いに逆になるよう、２本以上コアに挿通され、正常な状態では導線間で磁束が打ち消しあい、コア内の磁束はほとんど生じない。

しかし、漏電が発生すると、導線の電流は非平衡となり、コア内に磁束が生じ、検出コイルによって漏電が検出される。

特許文献１は、このような零相変流器の一例であり、積層シールド板と巻回シールドによりコア及び検出コイルを包囲することで、外部磁場からの磁気シールドを構成する工夫がなされている。

特開平０６−２９０９７８号公報

特許文献１記載の巻回シールドは磁性帯を巻き回すことで内部応力が残留するため、歪み取りの熱処理が必要となるが、このような熱処理によって巻回シールドの変形が再び生じ、巻回シールドの形状を矯正することで再び内部応力が生じ、結局はシールドとしての磁気特性と形状が安定せず、巻回シールドの磁気特性変動が検出コイルにノイズとして検出される場合があるという課題がある。

従って本発明は、特性の安定した磁気シールドを有する零相変流器を提供することを目的とする。

上記課題を本発明は、軟磁性を有する円環状のコアと、軟磁性を有する円環状の平板シールドと、軟磁性を有する円筒状シールドと、検出コイルを備え、前記検出コイルは前記コアへトロイダル状に巻き回され、前記コアは、前記平板シールド及び前記円筒状シールドよりも透磁率が高く、前記コア及び前記検出コイルは、少なくとも一部が前記平板シールド及び前記円筒状シールドにより覆われ、前記円筒状シールドは、周方向に連続した材質で構成される零相変流器によって解決する。

また、前記円筒状シールドの径方向の厚さは、０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることが望ましい。

また、前記円筒状シールドは、円筒軸方向における両端部もしくはその近傍であって、その少なくともいずれか一方が、内周側、もしくは外周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有することが望ましい。

本発明によって、特性の安定した磁気シールドを有する零相変流器を提供することができる。

本発明における実施形態１に係る零相変流器を示す斜視図である。本発明における実施形態１に係る零相変流器を示す平面図であり、図１における導線方向から見た場合を示している。本発明における実施形態１に係る零相変流器の断面図であり、図２におけるＡＡ面の断面を示している。本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの作成工程例を示す説明図である。本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの他の作成工程例の概略を示す説明図である。本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、最初の型抜き工程を示す説明図である。図６（ａ）は工程実施中の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ’面の断面図を示している。本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、絞り加工工程を示す説明図である。図７（ａ）は工程実施中の斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ’’面の断面図を示している。本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、絞り加工工程後の型抜きを示す説明図である。図８（ａ）は工程実施中の斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ’’’面の断面図を示している。本発明における実施形態２に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。本発明における実施形態３に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。本発明における実施形態４に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。本発明における実施形態５に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。

（実施形態１）
図１は、本発明における実施形態１に係る零相変流器を示す斜視図である。

零相変流器１は、外装ケース１１に後述する磁気シールド、円環状のコア及びコアへトロイダル状に巻き回された検出コイルを収容し、検出コイル両端からリード線１２を引き出し、樹脂１３を注入して封止されている。

零相変流器１は、円環状であり、導線２１、２２、２３、２４を挿通している。

導線２１乃至２４には電源電流等が通電され、正常時は通電電流の和が零となるよう、導線２１乃至２４には交流電流が通電されるため、導線２１乃至２４による磁束は打ち消され、検出コイルには信号が検出されない。

しかし、漏電が発生すると、導線２１乃至２４への通電電流のバランスが崩れ、コア内部に磁束が生じ、検出コイルより漏電信号が検出され、リード線１２より検出される。

図２は、本発明における実施形態１に係る零相変流器を示す平面図であり、図１における導線方向から見た場合を示している。

外装ケース１１に収容された磁気シールド、コア、及び検出コイルは樹脂１３により被覆されている。

図３は、本発明における実施形態１に係る零相変流器の断面図であり、図２におけるＡＡ面の断面を示している。

パーマロイ等の高透磁率軟磁性金属板を積層したコア１００を、絶縁性の樹脂等からなるコアケース１０１に収容し、検出コイル１０２を巻き回し、軟磁性、あるいは非磁性の金属製のシールドケース１０３に収容する。

ここで、前述の通電電流のバランスが崩れた場合の発生磁場に対して、シールドケース１０３がショートリングとなることを、隙間１０３１を設けることで防いでいる。

シールドケース１０３は、円筒状シールド１０４と共に円環状の平板シールド１０５、１０６に挟み込み、外装ケース１１に収容し、樹脂１３を注ぎ込み、封止される。

ここで、円筒状シールド１０４、平板シールド１０５、１０６は、コア１００よりも飽和磁化が高く、透磁率が低い材料を用いる。具体的には、珪素鋼、炭素鋼、電磁鋼等が例示される。

平板シールド１０５、１０６は、積層鋼板により構成しても良い。

なお、外装ケース１１の収容部内壁が導電性を有する場合には、前述の通電電流のバランスが崩れた場合の発生磁場に対して、円筒状シールド１０４、平板シールド１０５、１０６を介した導電経路によりショートリングとならないよう、適宜電気絶縁を行う。

これにより、前述の導線に近接する部分では、導線による局所磁束が円筒状シールド１０４内に留まるため、正常状態でコア１００が磁気飽和することを防ぐことができる。

また、導線の通電電流のバランスが崩れることによる漏電信号以外はノイズとして遮断する構成となっている。

図４は、本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの作成工程例を示す説明図である。

零相変流器のコアよりも飽和磁化が高く、透磁率が低い炭層鋼等からなるパイプ１０４０を切断することにより、円筒状シールド１０４を得ることができる。

図５は、本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの他の作成工程例の概略を示す説明図である。１枚の鋼板を、型抜きすることで抜き部１０４１を形成し、さらに絞り加工を施すことで絞り部１０４２へ加工し、さらに型抜きすることで抜き部１０４３から円筒状シールド１０４を切り出すことができる。

図６は、本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、最初の型抜き工程を示す説明図である。図６（ａ）は工程実施中の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ’面の断面図を示している。

図６（ａ）は、１枚の鋼板から、抜き金型１０４１１により抜き部１０４１を形成する様子を示している。ここで、抜き金型１０４１１以外の金型は記載を省略している。

図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ’面の断面図であり、図６（ａ）で省略した他の金型も記載している。

図中矢印は、金型の移動する向きを示している。鋼板は、支持金型１０４１２、１０４１３と、押え金型１０４１４、１０４１５により挟まれ、中央の抜き加工を行う部分より抜き金型１０４１１により抜き加工を行い、抜き部１０４１を形成している。

ここで、支持金型１０４１２、１０４１３と抜き金型１０４１１により抜き加工が行われる際、支持金型の抜き穴周縁部が、図示するような座ぐりや、面取り等の断面形状を有する場合には、抜き部１０４１の縁部は、内周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有することになる。

ここで、金型による抜き加工ではなく、レーザー等で切り出すことでも抜き部１０４１を形成でき、この場合に抜き部１０４１の縁部は、ほぼ垂直に切り立った端面を有することになる。

図７は、本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、絞り加工工程を示す説明図である。図７（ａ）は工程実施中の斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ’’面の断面図を示している。

図７（ａ）は、さらに絞り金型１０４２１により絞り加工を行い、絞り部１０４２を形成する様子を示している。ここで、絞り金型１０４２１以外の金型は記載を省略している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ’’面の断面図であり、図７（ａ）で省略した他の金型も記載している。

図中矢印は、金型の移動する向きを示している。鋼板は、支持金型１０４２２、１０４２３と、押え金型１０４２４、１０４２５により挟まれ、中央より絞り金型１０４２１により絞り加工を行い、絞り部１０４２を形成している。

絞り加工により、絞り部１０４２は、内周部にて円筒形状となっている。

円滑な絞り加工を行うため、鋼板に対面する絞り金型の先端面周囲の縁部は、丸みを帯びている。

図８は、本発明における実施形態１に係る円筒状シールドの、絞り加工工程後の型抜きを示す説明図である。図８（ａ）は工程実施中の斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ’’’面の断面図を示している。

図８（ａ）は、絞り加工後の絞り金型１０４２１による抜き加工により、円筒状シールド１０４を抜き部１０４３から切り出す様子を示している。ここで、絞り金型１０４２１以外の金型は記載を省略している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ’’’面の断面図であり、図８（ａ）で省略した他の金型も記載している。

図中矢印は、金型の移動する向きを示している。鋼板は、図７（ｂ）と同様に、支持金型１０４２２、１０４２３と、押え金型１０４２４、１０４２５により挟まれているが、絞り金型１０４２１の抜き金型部１０４３１により、円筒状シールド１０４を抜き部１０４３から切り出している。

ここで、前述の絞り加工を行うために、支持金型１０４２２、１０４２３の支持金型の抜き穴周縁部に座ぐり加工や面取り加工等を施しているため、円筒状シールド１０４の抜き部１０４３から切り離された縁部は、外周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有することになる。

すなわち本発明は、軟磁性を有する円環状のコア１００と、軟磁性を有する円環状の平板シールド１０５、１０６と、軟磁性を有する円筒状シールド１０４と、検出コイル１０２を備え、検出コイル１０２はコア１００へトロイダル状に巻き回され、コア１００は、平板シールド１０５、１０６及び円筒状シールド１０４よりも透磁率が高く、コア１００及び検出コイル１０２は、少なくとも一部が平板シールド１０５、１０６及び円筒状シールド１０４により覆われ、円筒状シールド１０４は、周方向に連続した材質で構成される零相変流器１の実施形態を取り得る。

これにより、コア１００及び検出コイル１０２の内周側、あるいは外周側の磁気シールドを、特許文献１のような始端部と終端部を有しない、周方向に連続した材質よりなる円筒状シールド１０４とすることで、形状及び磁気特性を安定化させることができる。

また、円筒状シールド１０４の径方向の厚さは、形状が安定化する上では０．２ｍｍ以上であることが望ましく、絞り加工等を行う上では３．０ｍｍ以下であることが望ましい。

また、円筒状シールド１０４は、円筒軸方向における両端部もしくはその近傍であって、その少なくともいずれか一方が、内周側、もしくは外周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有することが望ましい。

絞り加工を行うことでこのような形状となる。絞り加工により、様々な大きさ、高さの円筒状シールド１０４を作成することができ、様々な形状変更に対しても、迅速に対応することができる。

（実施形態２）
図９は、本発明における実施形態２に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。

円筒状シールド１０４がシールドケース１０３の外周側に配置されている点が実施形態１における図３と相違する。

この構成は、導線の通電電流が実施形態１よりも少なく、外乱磁界が強い場合に適している。

（実施形態３）
図１０は、本発明における実施形態３に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。

円筒状シールド１０４が２層構造となっている点が実施形態１における図３と相違する。

この構成は、導線の通電電流が実施形態１よりも多く、円筒状シールドの厚みを増す必要がある場合に適している。

（実施形態４）
図１１は、本発明における実施形態４に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。

円筒状シールド１０４が平板シールド１０５、１０６に挟まれておらず、平板シールド１０５、１０６の内周側に配されている点が実施形態１における図３と相違する。

この構成は、零相変流器を小型化、もしくは薄型化した場合に、円筒状シールド１０４の円周軸方向における端部の曲がりが磁気シールドを構成する上で無視できない場合に適している。

（実施形態５）
図１２は、本発明における実施形態５に係る零相変流器の断面図であり、図３の変形例に対応している。

シールドケース１０３を有せず、円筒状シールド１０４がシールドケース１０３の内周側と外周側に配置されている点が実施形態１における図３と相違する。

この構成は、導線の通電電流と強い外乱磁界のどちらにも磁気シールドが必要な場合に適している。

１零相変流器
１１外装ケース
１２リード線
１３樹脂
２１、２２、２３、２４導線
１００コア
１０１コアケース
１０２検出コイル
１０３シールドケース
１０４円筒状シールド
１０５、１０６平板シールド
１０３１隙間
１０４０パイプ
１０４１、１０４３抜き部
１０４２絞り部
１０４１１抜き金型
１０４１２、１０４１３、１０４２２、１０４２３支持金型
１０４１４、１０４１５、１０４２４、１０４２５押え金型
１０４２１絞り金型
１０４３１抜き金型部

Claims

軟磁性を有する円環状のコアと、
軟磁性を有する円環状の平板シールドと、
軟磁性を有する円筒状シールドと、
検出コイルを備え、
前記検出コイルは前記コアへトロイダル状に巻き回され、
前記コアは、前記平板シールド及び前記円筒状シールドよりも透磁率が高く、
前記コア及び前記検出コイルは、少なくとも一部が前記平板シールド及び前記円筒状シールドにより覆われ、
前記円筒状シールドは、周方向に連続した材質で構成された零相変流器の製造方法であって、鋼板に型抜き加工を施して抜き部を形成し、前記抜き部の縁部を内周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有するよう絞り加工を施し、さらに型抜き加工することで前記抜き部から切り出すことにより、円筒軸方向における両端部もしくはその近傍であって、その一方が内周側、他方が外周側に向かって一様に屈曲した断面形状を有する前記円筒状シールドを得ることを特徴とする零相変流器の製造方法。
前記円筒状シールドの径方向の厚さは、０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の零相変流器の製造方法。