JP7384328B2

JP7384328B2 - 変流器及び零相変流器

Info

Publication number: JP7384328B2
Application number: JP2019197942A
Authority: JP
Inventors: 恭典石田; 徹吉川
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2039-10-10
Also published as: JP2021064772A

Description

本発明は、交流電流または、直流が重畳した交流電流、例えば半波正弦波交流電流もしくはその漏洩電流を計測するための変流器及び零相変流器に関する。

図６は、従来の一般的な変流器を示す概略図である。従来の変流器は、環状の磁心からなる閉磁路に２次巻線Ｗ２が巻回されており、計測対象の電流の流れる１次巻線Ｗ１が閉磁路の中央開口を貫通している。その動作は、１次巻線Ｗ１に電流Ｉ１が流れると、電磁誘導によって電流Ｉ１の大きさに対応した、好ましくは比例した電流Ｉ２が２次巻線Ｗ２に発生する。このとき２次巻線Ｗ２に負担抵抗を接続することによって、電圧信号が２次巻線Ｗ２に出力され、その結果、１次巻線Ｗ１に流れる電流Ｉ１を電圧信号として計測することが可能になる。

また従来の変流器の製造方法としては、金属の型を用意し、少なくとも一つの巻線を備えた磁心すなわちコイルを外ケースに組み込んだ状態で型内に挿入し、型を閉鎖して、加熱流動化した成形樹脂を加圧下で型に充填することにより、加圧成形し一体に封止成形する方法がある。（例えば特許文献１参照）

特開平７－１８３１４５号図３

図７は従来の変流器の加圧成形方法の説明図である。図７のアイソメ図（ａ）、上面図（ｂ）に示すように、外ケース１にコイル１２及びリード線１１を組み込んだものを、金型（下型）１８にセットし、金型（上型）１７を閉じて、加熱流動化した成形樹脂を金型（上型）１７のゲート９から注ぎ込み加圧成形してコイル１２を封止している。ゲート９から離れた箇所ほど成形樹脂の温度低下に伴う流動性の低下により充填性が低下するため、外ケース１の中心軸から見てゲート９の反対側を中心に広範囲に外ケース１の内側円筒２および外側円筒３とコイル１２側面間の空隙にて成形樹脂が外ケース１底面まで充填されず空気溜まりが生じる。加圧成形後に変流器が高温雰囲気下にさらされた場合、密閉された内部の空気溜まりの膨脹に伴い外ケース１および成形樹脂の変形が生じ、規定された外形形状を維持できない。さらに、内部圧力の上昇に伴い、コイル１２にも圧力が加わり、電気的特性の低下が生じる。

また、空気溜まり対策として、成形樹脂充填前に型内を真空引きする方法が考えられるが、真空ポンプ、真空タンク等の設備が必要となり、コストが大幅に増加するため、容易には採用できない。

また、図８に示すように高温雰囲気下における前記空気溜まりの膨脹防止対策として簡易的な通気孔を設ける方法が考えられるが、外ケース１の底面図８（ａ）、側面図８（ｂ）にて示すような通気孔２１ａ、２１ｂを設けた場合、コイル１２を構成する巻線１３が露出するため、変流器の耐電圧特性が著しく低下し採用できない。

この発明における変流器もしくは零相変流器は、高い比透磁率特性を有する環状磁心に巻線を施したコイルを、底面及び二重円筒状壁を有するケースに収納し、加熱流動化した成形樹脂を成形金型注入口からケースに注ぎ込みコイルと一体に加圧成形する構造であって、ケースは、注入口から所定以上離れた成形樹脂充填領域にある二重円筒状壁の少なくとも一方の壁に、壁の充填領域側面に切り欠き形状を有する溝、又は壁の充填領域側に開放したスリットを有する円筒状の通気孔を備えるものである。

この発明は上記の通り、変流器の内部に生じる空気溜まりを切り欠き形状の溝や円筒状の通気孔と円筒状の通気孔が有する充填領域側に開放した天面から底面方向のスリットにより外気と通じさせることにより、高温雰囲気下における内部の空気溜まりの膨脹に伴う成形樹脂およびケースの変形を防止する効果を持つ。

本発明の実施の形態１～４における変流器もしくは零相変流器を示す図である。本発明の実施の形態１における変流器もしくは零相変流器に用いる外ケース構造を示す図である。本発明の実施の形態２における変流器もしくは零相変流器に用いる外ケース構造を示す図である。本発明の実施の形態３における変流器もしくは零相変流器に用いる外ケース構造を示す図である。本発明の実施の形態４における変流器もしくは零相変流器に用いる外ケース構造を示す図である。一般的な変流器を示す概略図である。一般的な変流器の加圧成形方法の説明図である。耐電圧特性の低い外ケース構造例を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における変流器もしくは零相変流器１００で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ－Ａ線断面図、図１（ｃ）は正面図、図１（ｄ）はコイル１２のアイソメ図、図１（ｅ）は図１（ｂ）における空気溜まり１６の拡大図を示す。
図１（ｄ）にて示した１２は集磁のためのトロイダル形状の磁心１５（図１（ｂ）に示す）と磁心１５を収めるためのトロイダル形状のケース１４（図１（ｂ）に示す）および磁心１５を収めたケース１４に巻き付けられた磁心１５内における磁束の変化を電流に変換するための巻線１３（図１（ｂ）に示す）により構成されるコイルであり、１１はコイル１２と電気的に接続された被覆を有した引き出し線用リード線である。
図１（ａ）において、１はコイル１２及びリード線１１の一部を収納する外ケースで、１０はゲート９（図７に示す）から加圧充填されコイル１２を封止する成形樹脂である。２０はゲート９の位置を示す。
図１（ｅ）はゲート位置２０から最も離れた成形樹脂充填領域での充填状態を示しており、成形樹脂１０は寸法Ｔの深さまでしか充填されておらず、広い範囲に空気溜まり１６が存在する。
図２はこの発明の実施の形態１における変流器もしくは零相変流器１００に用いる外ケース１で、図２（ａ）は外ケース１の平面図、図２（ｂ）はＡ－Ａ線断面図、図２（ｃ）はアイソメ図、図２（ｄ）は図２（ａ）に示した切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂの拡大図である。
図２（ａ）において４はコイル１２を外ケース１に収める際に巻線１３と電気的に接続されるリード線１１の一部を収めるためのリード線挿入部、５はリード線挿入部４に収められたリード線１１を通し、外ケース外部に引き出すための貫通穴であるリード線引き出し部、６はリード線挿入部４に収められたリード線１１の先端と外ケース１内に収められた巻線１３を電気的に接続するための巻線１３の余長線を通すため設けた巻線引出し部である。
図２（ａ）（ｃ）において、外ケース１は外側円筒３の成形樹脂充填領域側の壁面に沿って切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂを有し、これは外ケース１の中心軸に対して成形樹脂充填に用いるゲート９の位置２０の反対側を中心に空気溜まり１６が広がる範囲（成形樹脂充填領域において、外ケース１の中心軸を中心にゲート位置２０の両側に例えば角度１３５度以上離れた範囲）内に設けている。ここでは切り欠き形状の溝を２個設けたが任意の数を設けてもよい。切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂは、その断面に先端部を持ち先端部に至る角度を鋭角（例えば６０度）とすることで、成形樹脂充填の際、切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂ先端部における成形樹脂の充填性を低下させ、さらに、図２（ｄ）に示すように切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂの先端部を樹脂の流動方向（図２（ｄ）に矢印で示す。ここではゲート位置２０から注入された成形樹脂１０が、時計回り方向と反時計回り方向の２方向に流れ、両矢印の指す所で衝突した状態を示している。）に対して対向する向きに傾けることでより充填性の低い構造とし、先端部が空隙となるようする。ここで樹脂の流動方向が時計回り方向の位置に設けた切欠き形状の溝７ａは、その断面が例えば先端部角度６０度の三角形状であるが、この三角形状は二等辺三角形状ではなく、樹脂の流動方向に対向する向きである反時計回り方向に例えば６０度傾いた形状としている。また、樹脂の流動方向が反時計回り方向の位置に設けた切欠き形状の溝７ｂは、その断面が例えば先端部角度６０度の三角形状であるが、この三角形状は二等辺三角形状ではなく、樹脂の流動方向に対向する向きである時計回り方向に例えば６０度傾いた形状としている。また、ここで切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂの断面は先端部が１個の三角形状としたが、先端部の数は任意でもよく、例えば先端部が２個の反台形形状でもよい。
上記のように構成された外ケース１を用いた変流器もしくは零相変流器１００においては、切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂの先端部において成形樹脂充填の際生じる空隙を通して、外ケース１の外側円筒３とコイル１２の間に生じた空気溜まり１６が外気と通じる形となり、高温雰囲気下においても空気溜まり１６内の空気が切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂ先端部の空隙を通して外部に放出されることで減圧されるため、空気溜まり１６内の空気の熱膨張に伴う外ケース１および成形樹脂１０の変形を防ぐことができる。
また、変流器１００の外部から巻線１３までの沿面距離を図１（ｅ）に示すように成形樹脂１０の厚みＴを確保（例えば２．０ｍｍ以上）できるため、図８の外ケース１底面図（ａ）、側面図（ｂ）に示すコイル１２の巻線１３が露出するような通気孔２１ａもしくは２１ｂを外ケース１に設ける場合と比較して、切り欠き形状の溝７ａ及び７ｂを設けた場合では高い耐電圧特性を得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。図３はこの発明の実施の形態２における変流器もしくは零相変流器１００の外ケース１で、図３（ａ）は外ケース１の平面図、図３（ｂ）はＡ－Ａ線断面図、図３（ｃ）はアイソメ図、図３（ｄ）は図３（ａ）に示した切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄの拡大図である。
図３（ａ）（ｃ）において、外ケース１は内側円筒２の成形樹脂充填領域側の壁面に沿って切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄを有し、これは外ケース１の中心軸に対して成形樹脂充填に用いるゲート９の位置２０の反対側を中心に空気溜まり１６が広がる範囲内に設けている。ここでは切り欠き形状の溝を２個設けたが任意の数を設けてもよい。切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄは、その断面に先端部を持ち先端部に至る角度を鋭角（例えば６０度）とすることで、成形樹脂充填の際、切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄ先端部における成形樹脂の充填性を低下させ、さらに、図３（ｄ）に示すように切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄの先端部を樹脂の流動方向（図３（ｄ）に矢印で示す）に対して対向する向きに傾けることでより充填性の低い構造とし、先端部が空隙となるようする。
上記のように構成された外ケース１を用いた変流器もしくは零相変流器１００においては、成形樹脂充填の際、切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄの先端部において生じる空隙を通して、外ケース１の内側円筒２とコイル１２の間に生じた空気溜まり１６が外気と通じる形となり、高温雰囲気下においても空気溜まり１６内の空気が切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄ先端部の空隙を通して外部に放出されることで減圧されるため、空気溜まり１６内の空気の熱膨張に伴う外ケース１および成形樹脂１０の変形を防ぐことができる。
また、変流器１００の外部から巻線１３までの沿面距離を図１（ｅ）に示すように成形樹脂１０の厚みＴを確保できるため、図８の外ケース１底面図（ａ）、側面図（ｂ）に示すコイル１２の巻線１３が露出するような通気孔２１ａもしくは２１ｂを外ケース１に設ける場合と比較して、切り欠き形状の溝７ｃ及び７ｄを設けた場合では高い耐電圧特性を得ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。図４はこの発明の実施の形態３における変流器もしくは零相変流器１００の外ケース１で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡ－Ａ線断面図、図４（ｃ）はアイソメ図、図４（ｄ）はＢ－Ｂ線断面図を示す図である。
図４（ａ）（ｃ）（ｄ）において、外ケース１は外側円筒３に外ケース１の金型を作成する上で支障のない大きさである任意形状の通気孔８ａを外ケース中心軸に対して成形樹脂充填に用いるゲート位置２０の反対側を中心に空気溜まり１６が広がる範囲で任意の数（例えば１個）を有する。通気孔８ａは天面から底面の方向に外ケース１の内部（成形樹脂充填領域側）へと通じるスリット１９ａを有し、スリット１９ａは成形樹脂充填の際に通気孔８ａおよびスリット１９ａの上部は成形樹脂１０でふさがりつつスリット１９ａの底部の位置までは成形樹脂１０でふさがることがないような幅（例えば０．５ｍｍ）と深さ（例えば図１（ｅ）のＴ＋２．０ｍｍ以上）を有するものとする。
このように構成された変流器もしくは零相変流器１００においては、空気溜まり１６が通気孔８ａおよびスリット１９ａを通して外気と通じる形となるため、高温雰囲気下においても空気溜まり１６内の空気が通気孔８ａを通して外部に放出されることで減圧されるため、空気溜まり１６内の空気の熱膨張に伴う外ケース１および成形樹脂１０の変形を防ぐことができる。
また、図４（ｄ）に示すようにスリット１９ａ底部から外ケース底面までの長さＬを確保（例えば２ｍｍ以上）することで、変流器１００の表面から巻線１３までの沿面距離を確保できるため、図８の外ケース１底面図（ａ）、側面図（ｂ）に示すコイル１２の巻線１３が露出するような通気孔２１ａもしくは２１ｂを外ケース１に設ける場合と比較して、高い耐電圧特性を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明する。図５はこの発明の実施の形態４における変流器もしくは零相変流器１００の外ケース１で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＡ－Ａ線断面図、図５（ｃ）はアイソメ図、図５（ｄ）はＢ－Ｂ線断面図を示す図である。
図５（ａ）（ｃ）（ｄ）において、外ケース１は内側円筒２に外ケース１の金型を作成する上で支障のない大きさである任意形状の通気孔８ｂを外ケース中心軸に対して成形樹脂充填に用いるゲート位置２０の反対側を中心に空気溜まり１６が広がる範囲で任意の数（例えば１個）を有する。通気孔８ｂは天面から底面の方向に外ケース１の内部（成形樹脂充填領域側）へと通じるスリット１９ｂを有し、スリット１９ｂは成形樹脂充填の際に通気孔８ｂおよびスリット１９ｂの上部は成形樹脂１０でふさがりつつスリット１９ｂの底部の位置まで成形樹脂１０でふさがることがないような幅（例えば０．５ｍｍ）と深さ（例えば図１（ｅ）のＴ＋２．０ｍｍ以上）を有するものとする。
このように構成された変流器もしくは零相変流器１００においては、空気溜まり１６が通気孔８ｂおよびスリット１９ｂを通して外気と通じる形となるため、高温雰囲気下においても空気溜まり１６内の空気が通気孔８ｂを通して外部に放出されることで減圧されるため、空気溜まり１６内の空気の熱膨張に伴う外ケース１および成形樹脂１０の変形を防ぐことができる。
また、図５（ｄ）に示すようにスリット１９ｂ底部から外ケース底面までの長さＬを確保（例えば２ｍｍ以上）することで、変流器１００の製品表面から巻線１３までの沿面距離を確保できるため、図８の外ケース１底面図（ａ）、側面図（ｂ）に示すコイル１２の巻線１３が露出するような通気孔２１ａもしくは２１ｂを外ケース１に設ける場合と比較して、高い耐電圧特性を得ることができる。

１外ケース
２外ケース内側円筒
３外ケース外側円筒
４リード線挿入部
５リード線引き出し部
６巻線引き出し部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ切り欠き形状
８ａ、８ｂ通気孔
９ゲート（成形樹脂充填用）
１０成形樹脂
１１リード線
１２コイル
１３巻線
１４磁心を収めるケース
１５磁心
１６空気溜まり
１７金型（上型）
１８金型（下方）
１９ａ、１９ｂスリット部
２０ゲート位置
２１ａ、２１ｂ簡易的な通気孔例（耐電圧特性が得られない場合）
１００変流器及び零相変流器

Claims

高い比透磁率特性を有する環状磁心に巻線を施したコイルを、底面及び二重円筒状壁を有するケースに収納し、加熱流動化した成形樹脂を成形金型注入口から前記ケースに注ぎ込み前記コイルと一体に加圧成形した変流器もしくは零相変流器であって、
前記ケースは、前記注入口から所定以上離れた成形樹脂充填領域にある前記二重円筒状壁の少なくとも一方の壁に、前記壁の前記充填領域側面に切り欠き形状を有する溝、又は前記壁の前記充填領域側に開放したスリットを有する円筒状の通気孔を備えることを特徴とする変流器もしくは零相変流器。
前記切り欠き形状を有する溝は、その断面に少なくとも一つの先端部を有し、前記先端部へ至る角度が鋭角であることを特徴とする請求項１記載の変流器もしくは零相変流器。
前記切り欠き形状を有する溝の断面は、前記成形樹脂の注入時の流動方向に対して対向する向きに傾斜している前記先端部を備えることを特徴とする請求項２記載の変流器もしくは零相変流器。
前記円筒状の通気孔に備えられたスリットは前記ケースの天面から底面方向に有り、その深さは前記通気孔の位置での前記成形樹脂が充填される深さより深く、かつ前記ケースの底面より所定以上の長さを有するだけ浅いことを特徴とする請求項１記載の変流器もしくは零相変流器。