JPH07183145A - 零相変流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い比透磁率特性の環状磁心に巻線を施した
トロイダルコイルと、トロイダルコイルの上下面に環状
軟磁性鉄板のシールドリングを配置し、外周に隙間を設
けたシールドケースにより包み、前記巻線の端末を半田
メッキ硬銅線にからげ接続し樹脂で被覆した零相変流器
に於て、小形で樹脂で被覆した内部に気泡等のない、寸
法精度もすぐれ絶縁特性のよい零相変流器とする。 【構成】 環状の底板と該底板の内径側に直角に立上げ
た位置ずれ防止用内筒と底板に外周端に取りつけてトロ
イダルコイル１の巻線端末を接続する半田メッキ硬銅線
３を植設した端子植設部と位置ずれ防止用リブとを一体
に成型した樹脂製ボビン１０に、トロイダルコイル１
と、シールドリング２とをシールドケース６に収納し固
定して成形金型に設置し、加熱流動化した成型樹脂５で
加圧成形し一体に封止成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小形で安価な市場ニー
ズに対応した漏電ブレーカに用いる、小形で高性能な不
平衡特性を有する零相変流器（以下変流器と称する）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】変流器は中央の貫通穴に往復電線を通
し、異常時の往復電線に生じる電流差を、磁心に均一に
巻回した巻線を介して電圧として検出する機能を持ち、
漏電ブレーカーに組み込まれて漏電を検出するという重
要な機能を持つ。変流器には往復電線に生じる電流の差
を電圧として検出する動作と、往復電線に突入電流等の
大電流が印加した時においても、漏電ブレーカーが誤動
作しない平衡特性が求められ、その方策としては巻線を
巻回した磁心の上下面に軟磁性材からなるシールドリン
グを適当枚数装着し、磁気シールド効果を追加した変流
器が作られている。又、変流器を形成する環状磁心の巻
線には、リード端子に接続するリード線を取付け、磁心
との固着に巻線の上面にテープを巻いた構造（テーピン
グ）と、樹脂製の外装ケースに巻線を施した環状磁心
（トロイダルコア）及びリード線を組み込み、モールド
（注入）樹脂を外装ケース内部に充填した構造（モール
ドタイプ）とがある。

【０００３】モールドタイプの場合、予め外装ケースに
巻線を巻回した磁心と、シールドリングと、リード端子
となる巻線端末を半田接続した半田メッキ硬銅線とを組
み込み、モールド（注入）樹脂で充填する工法であり、
モールド樹脂は外装ケース内の空隙部分に流動し充填し
て、常温又は加熱硬化により夫々の部品を一括固着でき
る。従って巻線を巻回した磁心とシールドリングとを固
定用テープを用いてテーピングを行う作業等は不要であ
り、自動化がはかりやすくテーピングと比較し加工費が
安価となる。又モールドタイプは外装ケースに収納され
モールド樹脂により密閉構造となっているため、高絶縁
耐圧性能を有するので、小形変流器のみならず４００ア
ンペア（Ａ）級の中型変流器までモールドタイプで生産
されはじめている。

【０００４】図３及び図４は従来のモールドタイプの零
相変流器の一例を示す図で、図３（ａ）は断面図で、高
い比透磁率特性を有するパーマロイ巻磁心、又はフェラ
イトコア等の環状磁心に巻線を施したトロイダルコイル
１に、上下より複数枚の軟磁性鉄板を環状に打抜いたシ
ールドリング２を当て、巻線端末に半田メッキ硬銅線３
を接続し、図３（ｂ）に示す樹脂製で環状の有底二重円
筒形の外装ケース４に組み込みモールド樹脂５ａを注入
し固化する。

【０００５】図４は高性能不平衡特性を有するシールド
ケースを具備したモールドタイプの変流器に関する図
で、図４（ａ）は部分断面図で、トロイダルコイル１の
上下面に軟磁性鉄板を環状に打抜いたシールドリング２
の適当枚数を重ね、パーマロイ等の高い比透磁率特性を
有する金属磁性材で作られたシールドケース６で上下よ
り挟み込み、半田メッキ硬銅線３に巻線端末を半田接続
し、図４（ｃ）に示すようにシールドケース６の外周を
非磁性の固定テープ９で固定し、図４（ｂ）に示す有底
二重円筒形の外装ケース４に収納しモールド樹脂５ａで
充填する。図４（ａ）において、外装ケース４はシール
ドケースとの間に樹脂の流動性を良好にするための隙間
７Ａ、７Ｂを持たせた形状にすることが必要であるの
で、小形化に際して支障をきたすものであった。

【０００６】又、シールドケースに注入するモールド樹
脂の注入口は、図４（ａ）に示すようにシールドケース
の外周面の突き合せ面の巻線端末引出し用の隙間８のみ
であり、シールドケース内部に滞留した空気により樹脂
硬化時に気泡を発生させる要因となっていた。

【０００７】又、漏電ブレーカーの小形化に際し、変流
器の内径をいかに小さくするかが課題であるが、貫通電
線の導体断面積を小さくすることは発熱の問題で制約を
受けるため、変流器内径スペースを有効に活用するた
め、零相変流器の内径内を貫通する太線の一次導体形状
を従来の丸形絶縁電線から、断面角形の銅条に絶縁テー
プを巻き付けた構造に改良したものを採用し、絶縁部材
が占める体積の大幅な縮小と、往復導体を組み合わせた
時の空間部を除去することにより、変流器内径を小型化
することが検討されている。

【０００８】一次導体に銅条を採用した構造の場合、銅
条はコの字型に曲げて変流器の内径壁面と上下面に密接
して配置され、更に銅条の外周面に施された絶縁テープ
の厚みを薄くするため、従来の丸形絶縁電線と比較し変
流器との接触面積が広くなり、電気絶縁性能が劣化しや
すい。この為従来の環状有底二重円筒形の外装ケースを
用いた変流器のモールド樹脂注入面に気泡がある場合
や、樹脂面に充填した樹脂の盛り上げ厚さが薄いと、シ
ールドリングやシールドケースが露出してしまい、これ
を介して往復貫通銅条間の絶縁性能が低下し、最悪の場
合、銅条間の短絡という極めて危険な状態に至る場合が
ある。この為、従来は樹脂注入面の充填樹脂盛り上げ厚
みは厚い方が望ましいが、厚すぎると変流器形状は大き
くなり小形化するに際しては支障をきたす等の課題があ
った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】モールドタイプは、各
部品を固着するという点では優れた構造があるが、反面
外装ケースは樹脂の流動性を保持する必要があるため、
磁心に巻線を施したトロイダルコイルにシールドリング
を組み込んだ際、環状の有底二重円筒形の外装ケースの
内周壁面と、外周壁面とにある程度の隙間が生ずるよう
にゆとりを持たせた外装ケースの構造にする必要があ
り、小形化をはかる上で支障をきたしている。又、漏電
ブレーカーの小形化の市場ニーズにともない、従来にも
増して不平衡特性の良好な変流器の開発が要求され、こ
のため、磁心に巻線を巻回したトロイダルコイルと、シ
ールドリングと、高い比透磁率特性を有する金属磁性材
を用い絞り加工により作られたシールドケースでシール
ドリングを上下面に取りつけたトロイダルコイルを上下
より挟み込み、シールド効果を飛躍的に向上させた変流
器とする必要がある。この上下面からつき合せた断面が
Ｃ字形で外観が環状のシールドケースは、上下より突き
合わせた時、内周面は密着し外周面は巻線に流れる電流
が作る磁界に対し閉磁気回路を形成しないように、シー
ルドケースの外周には巻線端末を引出すのに可能な程の
若干の隙間を設けて組合されており、形状的にシールド
ケース内部にはモールド樹脂がほとんど流れ込まない。
従ってシールドケース内部には空気が滞留し外部に逃げ
にくく、この空気が硬化時にモールド樹脂注入面に気泡
を発生する等の不具合を生じている。

【００１０】本発明は、内部に空隙がなく高性能で不平
衡特性を有し、かつ小形で安価な零相変流器を構成する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、高性能で不平
衡特性を有するシールドケース付きの樹脂成型した小形
変流器とするのに、従来発生していた不具合の樹脂注入
時の気泡による樹脂注入後の外観不良と、電気絶縁耐圧
の不具合の発生するのを防止するため、従来の環状の有
底二重円筒形の樹脂ケースを用いて、有底二重円筒内
に、トロイダルコイルと、シールドリングとを内部に収
めたシールドケースに、モールド樹脂を注入し固化して
形成するのではなく、環状の底板と環状の底板の内径側
に底板に直角に取りつけた位置ずれ防止用円筒と底板の
外周端に取りつけた位置ずれ防止用リブと巻線端末を半
田接続し、リード端子となる半田メッキ硬銅線を取りつ
けた端子植設部とを一体に成形した樹脂製ボビンを用
い、樹脂製ボビンの前記位置ずれ防止用円筒の外周に、
トロイダルコイルとシールドリングとを組込んだシール
ドケースの内周側を挿入し固定して、射出成型用金型に
設置し、２００℃近い温度に加熱して流動化した成形樹
脂により加圧成形して、トロイダルコイルと、シールド
リングと、シールドケースと樹脂製ボビンとを隙間なく
一体に樹脂成型して形成した零相変流器である。

【００１２】本発明は、高い比透磁率特性を有する環状
磁心の全周に均一に巻線を施したトロイダルコイルと、
軟磁性鉄板を環状に打ち抜いたシールドリングと、前記
トロイダルコイルの上下面にシールドリングを配置した
組合せ体を、突き合せ面が内周面は密着し外周面に一周
して巻線端末が通る程の隙間を設けた高い比透磁率特性
を有する例えばパーマロイ等の磁性金属の絞り加工によ
り作られたシールドケースに一括収納して組立てた後、
巻線端末を金属製絞りシールドケースの外周面に形成し
てある隙間から引き出してシールドケースの外周を固定
テープで固定し、巻線端末を半田メッキ硬銅線にからげ
半田付けして接続し、射出成型用金型に、内部にトロイ
ダルコイルとシールドリングを組込んだシールドケース
を組つけた樹脂製ボビンを設置して、前記トロイダルコ
イルと、シールドリングと、シールドケースと、半田メ
ッキ硬銅線とを樹脂製ボビンと同一材質の加熱流動化し
た成形樹脂にて加圧しながら一体に成型して形成したこ
とを特徴とする零相変流器である。このとき樹脂製ボビ
ンと、成形樹脂とは同一系の材質を用いる。例えば樹脂
製ボビンの材質がエポキシ系樹脂のときは成形樹脂もエ
ポキシ系樹脂を用い、樹脂製ボビンがポリエステル系樹
脂のときは成形樹脂もポリエステル系樹脂を用いる。

【００１３】１．本発明は、高い比透磁率特性を有する
環状磁心の全周に均一に巻線を施したトロイダルコイル
と、軟磁性鉄板を環状に打ち抜いたシールドリングと、
環状の底板と該底板の内周に底板に直角に取付けた位置
ずれ防止用円筒と前記底板の外周端に取りつけた位置ず
れ防止用リブと端子植設部と該端子植設部にリード端子
となる半田メッキ硬銅線とを一体に成型してなる樹脂製
ボビンと、該樹脂製ボビンの位置ずれ防止用円筒の外周
に前記トロイダルコイルの上下面にシールドリングを必
要枚数積層して装着し、樹脂製ボビンと、トロイダルコ
イルと、シールドリングとを加熱流動化した前記樹脂製
ボビンと同一系の成形樹脂により一体に加圧成型してな
ることを特徴とする零相変流器である。

【００１４】２．本発明は、高い比透磁率特性を有する
環状磁心の全周に均一に巻線を施したトロイダルコイル
と、該トロイダルコイルを収納し突き合せ面が内周面は
密着し外周面に一周して巻線端末を引き出す程の隙間を
設けた高い比透磁率磁性材からなり断面Ｃ字形で外観が
環状の外周を非磁性固定テープで固定するシールドケー
スと、環状の底板と該底板の内周に底板に直角に取付け
た位置ずれ防止用円筒と前記底板の外周端に取りつけた
位置ずれ防止用リブと端子植設部と該端子植設部にリー
ド端子となる半田メッキ硬銅線とを一体に成形してなる
樹脂製ボビンと、該樹脂製ボビンの位置ずれ防止用円筒
の外周に、前記トロイダルコイルを収め外周を非磁性固
定テープで固定したシールドケースを装着し、加熱流動
化した前記樹脂製ボビンと同一系の成形樹脂により一体
に加圧成型してなることを特徴とする零相変流器であ
る。

【００１５】３．本発明は、高い比透磁率特性を有する
環状磁心の全周に均一に巻線を施したトロイダルコイル
と、軟磁性鉄板を環状に打ち抜いたシールドリングと、
前記トロイダルコイル及びシールドリングを収納し突き
合せ面が内周面は密着し外周面に一周して巻線端末を引
き出す程の隙間を設けた高い比透磁率磁性材からなり断
面Ｃ字形で外観が環状の外周を非磁性テープで固定する
シールドケースと、環状の底板と該底板の内周に底板に
直角に取付けた位置ずれ防止用円筒と前記底板の外周端
に取りつけた位置ずれ防止用リブと端子植設部と該端子
植設部にリード端子となる半田メッキ硬銅線とを一体に
成型してなる樹脂製ボビンと、該樹脂製ボビンの位置ず
れ防止用円筒の外周にトロイダルコイルの上下面に複数
枚のシールドリングを積層してシールドケースに収め外
周を非磁性テープで固定したシールドケースを装着し、
トロイダルコイルと、シールドリングと、シールドケー
スと樹脂製ボビンとを加熱流動化した樹脂製ボビンと同
一系の成形樹脂により一体に加圧成形してなることを特
徴とする零相変流器である。

【００１６】４．本発明は、前記１項、又は２項、又は
３項記載の零相変流器の樹脂製ボビンの材質がポリエス
テル系、又はエポキシ系樹脂からなることを特徴とする
零相変流器である。

【００１７】

【作用】本発明による零相変流器は、外装ケースや、モ
ールド樹脂を使わず、リード端子となる半田メッキ硬銅
線を予め一体成型した樹脂製ケースに、トロイダルコイ
ルの上下面にシールドリングを取りつけて収めたシール
ドケースと、シールドケースを前記樹脂製ボビンの位置
ずれ防止用円筒の外周に固定して成型金型内に設置し、
樹脂製ボビンと同一系の加熱して流動化した成形樹脂に
より一体に加圧成型して形成するので、仕上り寸法は磁
心に巻回した巻線端末とシールドケースが露出しない程
の最小寸法でよく余分な隙間が不要となり、仕上り寸法
も常に一定になる。

【００１８】又、加熱し流動化した成型樹脂を用いて一
体成型することにより、モールド樹脂を使用した時の気
泡の発生が防げ、シールドケース内部にも流動化した成
形樹脂が完全に注入されるので、トロイダルコイルと、
シールドリングと、シールドケースと樹脂製ボビンとの
間には気泡の存在することなく成型樹脂により完全に隙
間なく充填されて密閉構造となり、又シールドケースは
露出することがないので電気絶縁特性はばらつきがなく
格段に向上される。一体成型は難熱性、耐熱性、耐候
性、耐薬品性、電気特性の良好な樹脂にて構成され、射
出成型後の寸法のばらつきも小さく、小形で且つ高耐電
圧特性を有する変流器となる。樹脂製ボビンの樹脂の材
質と成形樹脂の材質とを同一系の樹脂を用いることによ
り、熱サイクルが加わっても、剥離や、ひびわれ等の発
生することはない。

【００１９】

【実施例】図１は本発明による樹脂製ボビンの形状を示
す図であり、図１（ａ）は樹脂製ボビン１０の平面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であ
り、図１（ｃ）は正面図である。トロイダルコイルとシ
ールドリングとを組込んだシールドケースの内径を位置
決めする位置ずれ防止用円筒１３と、底板１４の端部に
一体に設けたシールドケースを固定する位置ずれ防止用
リブ１１と、位置ずれ防止用リブ１１の間に巻線引出用
隙間１２と、リード端子用の半田メッキ硬銅線３が一体
にポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂で一体に樹脂
成型されている。図２は本発明による射出成型にて樹脂
により一体成型された零相変流器の代表的な例を示す図
で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、図２（ｃ）は正面図であり、図１の樹脂
製ボビン１０にパーマロイや軟磁性フェライト等の環状
磁心に一つの巻線を巻回したトロイダルコイル１と、軟
磁性鉄板を環状に打抜いて形成したシールドリング２を
トロイダルコイル１の上下面に設置し、外周に外周を周
回する隙間８を設け上下に２分割し組合せた断面がＣ字
型で外観が環状をした、外周を非磁性の固定テープで固
定するパーマロイ等の高い比透磁率材を絞り加工して作
ったシールドケース６に前記トロイダルコイル１とシー
ルドリング２とを収納し組合せて、図１に示す樹脂製ボ
ビン１０の位置ずれ防止用円筒１３の外周にシールドケ
ースの内周を装着し、シールドケース６の外周面の隙間
８から巻線の両端部を引き出し、位置ずれ防止用リブ１
１の間の巻線引出用隙間１２を通して半田メッキ硬銅線
３にからげ半田処理を行い接続する。

【００２０】次に、上記のトロイダルコイル１と、シー
ルドリング２と、シールドケース６を組込んだ樹脂製ボ
ビン１０を射出成型用金型に設置し、樹脂製ボビン１０
と同一材質の２００℃に近い温度に加熱して流動化した
樹脂製ボビン１０と同一系の材質のポリエステル系又は
エポキシ系の成型樹脂にて加圧して一体成型を行い、図
２に示す形状に成型する。以上の手順により作られた構
造とすることにより、図３、図４に示した従来の変流器
と対比して、外装ケースとシールドケース間の図２
（ｂ）に示す隙間７Ｃ、７Ｄは成形可能な最小寸法でよ
く、従来に比べて図４に示す隙間７Ａ、７Ｂと外装ケー
ス４との外周厚さ分だけの寸法の余裕が不要となり小形
化がはかられる。又成型金型内で加熱し流動化した樹脂
がシールドケース外周面の隙間８から内部の構成部品内
に完全に注入されるので、トロイダルコイルと、シール
ドリングと、シールドケース内に隙間なく成型樹脂が充
填されるので、気泡の発生が無くなり、巻線や夫々の部
品間の電気絶縁特性が従来に比べて格段に向上し、又品
質も安定した零相変流器とすることが出来る。

【００２１】なお本発明の実施例は、トロイダルコイル
と、シールドリングと、シールドケースとが組込まれた
例で示したが、トロイダルコイルとシールドリング、及
びトロイダルコイルとシールドケースとの組合せによっ
ても零相変流器を構成し得、之等の場合は、以上の本発
明の手順により構成される。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。モールド樹脂を用いた
変流器で生じていた、トロイダルコイルを内蔵したシー
ルドケース、及び半田メッキ硬銅線の固着面及び樹脂注
入面の樹脂盛り上げ厚不足によるシールドケースの露出
による絶縁不良を防止でき、モールドタイプよりも小形
で、かつ高性能不平衡特性と高い電気絶縁耐圧特性に優
れた変流器の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による零相変流器を形成する射出成型用
の樹脂製ボビンの形状を示す図で、図１（ａ）は平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１
（ｃ）は正面図。

【図２】本発明による射出成型により一体成型された零
相変流器を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）
は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｃ）は正面図。

【図３】従来のモールドタイプ零相変流器を示す図で、
図３（ａ）はシールドリング付変流器の部分断面図、図
３（ｂ）は外装ケースの平面図。

【図４】従来のシールドケース付モールドタイプ零相変
流器を示す図で、図４（ａ）は部分断面図、図４（ｂ）
は外装ケースの平面図、図４（ｃ）はトロイダルコイル
とシールドリングとを収めたシールドケースの外周を固
定テープで固定し、巻線の端末を半田メッキ硬銅線に接
続した斜視図。

【符号の説明】

１ トイダルコイル ２ シールドリング ３ 半田メッキ硬銅線 ４ 外装ケース ５ 成型樹脂 ５ａ モールド樹脂 ６ シールドケース ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 隙間 ８ 隙間 ９ 固定テープ １０ 樹脂製ボビン １１ 位置ずれ防止用リブ １２ 巻線引出用隙間 １３ 位置ずれ防止用円筒 １４ 底板 １５ 端子植設部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高い比透磁率特性を有する環状磁心の全
   周に均一に巻線を施したトロイダルコイルと、軟磁性鉄
   板を環状に打ち抜いたシールドリングと、環状の底板と
   該底板の内周に底板に直角に取付けた位置ずれ防止用円
   筒と前記底板の外周端に取りつけた位置ずれ防止用リブ
   と端子植設部と該端子植設部にリード端子となる半田メ
   ッキ硬銅線とを一体に成型してなる樹脂製ボビンと、該
   樹脂製ボビンの位置ずれ防止用円筒の外周に前記トロイ
   ダルコイルの上下面にシールドリングを必要枚数積層し
   て装着し、樹脂製ボビンと、トロイダルコイルと、シー
   ルドリングとを加熱流動化した前記樹脂製ボビンと同一
   系の成形樹脂により一体に加圧成型してなることを特徴
   とする零相変流器。
2. 【請求項２】 高い比透磁率特性を有する環状磁心の全
   周に均一に巻線を施したトロイダルコイルと、該トロイ
   ダルコイルを収納し突き合せ面が内周面は密着し外周面
   に一周して巻線端末を引き出す程の隙間を設けた高い比
   透磁率磁性材からなり断面Ｃ字形で外観が環状の外周を
   非磁性固定テープで固定するシールドケースと、環状の
   底板と該底板の内周に底板に直角に取付けた位置ずれ防
   止用円筒と前記底板の外周端に取りつけた位置ずれ防止
   用リブと端子植設部と該端子植設部にリード端子となる
   半田メッキ硬銅線とを一体に成形してなる樹脂製ボビン
   と、該樹脂製ボビンの位置ずれ防止用円筒の外周に、前
   記トロイダルコイルを収め外周を非磁性固定テープで固
   定したシールドケースを装着し、加熱流動化した前記樹
   脂製ボビンと同一系の成形樹脂により一体に加圧成型し
   てなることを特徴とする零相変流器。
3. 【請求項３】 高い比透磁率特性を有する環状磁心の全
   周に均一に巻線を施したトロイダルコイルと、軟磁性鉄
   板を環状に打ち抜いたシールドリングと、前記トロイダ
   ルコイル及びシールドリングを収納し突き合せ面が内周
   面は密着し外周面に一周して巻線端末を引き出す程の隙
   間を設けた高い比透磁率磁性材からなり断面Ｃ字形で外
   観が環状の外周を非磁性テープで固定するシールドケー
   スと、環状の底板と該底板の内周に底板に直角に取付け
   た位置ずれ防止用円筒と前記底板の外周端に取りつけた
   位置ずれ防止用リブと端子植設部と該端子植設部にリー
   ド端子となる半田メッキ硬銅線とを一体に成型してなる
   樹脂製ボビンと、該樹脂製ボビンの位置ずれ防止用円筒
   の外周にトロイダルコイルの上下面に複数枚のシールド
   リングを積層してシールドケースに収め外周を非磁性テ
   ープで固定したシールドケースを装着し、トロイダルコ
   イルと、シールドリングと、シールドケースと樹脂製ボ
   ビンとを加熱流動化した樹脂製ボビンと同一系の成形樹
   脂により一体に加圧成形してなることを特徴とする零相
   変流器。
4. 【請求項４】 請求項１、又は請求項２、又は請求項３
   記載の零相変流器の樹脂製ボビンの材質がポリエステル
   系、又はエポキシ系樹脂からなることを特徴とする零相
   変流器。