JP3812701B2 - 零相変流器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
送・配電線路において地絡事故が生じたり人体に感電があった場合のみに流れる零相電流を検出する零相変流器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は例えば特開昭５１−１０３２２６号公報に開示されている従来の零相変流器を示す構成図である。図２８において、１１は環状鉄心、２１は出力巻線（二次導体）、３ａ、３ｂは環状鉄心１１の中空部を貫通する一次導体である。環状鉄心１１の材料は、高透磁率のパーマロイが広く使用されており、この他、珪素鋼、フェライト、アモルファス合金等も用いられている。環状鉄心１１の成型法は材料により異なり、フェライトは焼結によるが、パーマロイ、珪素鋼等の金属磁性体は打ち抜き板を積層するか、トロイダル状に巻き込む方法が用いられる。
【０００３】
また、図２８では２個の一次導体３ａ、３ｂが示されているが、三相の場合は、３個の一次導体を鉄心の中空部を貫通するように配置して使用される。また、図示されていないが、通常、環状鉄心１１の表面は、電磁軟鉄、方向性珪素鋼などの巻鉄心からなる磁気遮蔽体で磁気的にシールドされている。
【０００４】
なお、図２９は従来の零相変流器の他の例を示す構成図である。図２９において、環状鉄心１２は２個に分割されている。その他の構成は、図２８の従来例と概略同様である。
【０００５】
次に動作について説明する。導体３ａと３ｂに互いに逆向きで大きさが等しい平衡した負荷電流のみが流れている場合、これらの電流によって環状鉄心１１内に発生する磁束は打ち消しあい出力巻線２１には電圧は誘起されない。例えば、地絡事故が発生して、一次導体３ａと３ｂの電流に差が生じるすなわち零相電流が流れると、出力巻線２１に電圧が誘起される。零相変流器を搭載した漏電遮断器はこの原理を活用し、地絡事故が生じたり人体に感電があった場合、即座に給電を止め、回路や人命を保護する機能を有するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、出力巻線の不均一や、環状鉄心に対する一次導***置の非対称性等が原因で、平衡した負荷電流のみが流れているときでも、出力巻線に電圧が誘起される。これを残留電圧と呼ぶ。この残留電圧が、零相電流に対する出力より大きいと漏電遮断器の誤動作につながる。従って、零相変流器の特性としては、平衡した負荷電流のみが流れているときに発生する残留電圧が小さいこと、零相電流に対する出力感度が高いこと、また言い換えれば、零相電流に対する出力が残留電圧より大きいことが重要である。
【０００７】
図２８に示す環状鉄心１１は、コアの透磁率が高く、零相電流に対する出力感度が高いという長所を有するものの、残留電圧を小さくするために環状鉄心の全周に亘って出力巻線を均一に施すことが非常に難しい。また、コアが環状であるため、トロイダル巻線機を使用する必要があり、巻線のための貯線作業が巻線作業に付随し巻線作業に時間が長くかかり、製作価格が高くなるという欠点があった。
【０００８】
次いで、図２９に示す分割型の環状鉄心１２は、分割されているのでスピンドル型の巻線機が使用でき、巻線時間が短縮できるという長所を有するものの、コアの二カ所に比透磁率が１の若干の空隙ができるので残留電圧が大きくなり、コアの実効透磁率が低下し、零相電流に対する出力感度が低下するという問題点を有していた。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、巻線コストが安価で、負荷電流通電時の残留電圧が小さく、零相電流に対する出力感度が高い零相変流器を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の零相変流器においては、少なくとも２本の導体と、導体を囲繞する矩形のコアと、コアに挿通されたボビンコイルとを備えている。そのため、コイルの巻線コストが安く且つ巻線ピッチを均一にすることができ、負荷電流通電時の残留電圧を著しく小さくする効果が得られる。さらに、コアは４枚の短冊形状磁性板が端部を連結されて矩形とされ、矩形が積層されて作製され、その接合方法はダブルラップジョイントまたはバットラップジョイントである。そのため、材料が安価でありコストの削減をすることができる。
【００１１】
請求項２の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺に挿通された１個のボビンコイルである。そのため、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００１２】
請求項３の零相変流器においては、ボビンコイルは、コアの対向する２辺に挿通された一対のボビンコイルである。そのため、出力電圧が安定し信頼性が向上する。
【００１３】
請求項４の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺と１辺に隣り合う２辺に挿通された３個のボビンコイルである。そのため、出力電圧を高くすることができる。
【００１４】
請求項５の零相変流器においては、ボビンコイルは、４辺に挿通された４個のボビンコイルである。そのため、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００１９】
請求項６の零相変流器においては、コアおよびボビンコイルを覆うように設けられたシールドケースを有し、コアは各接合部が接着剤で接合され、４個の角部のうち１箇所のみを接着剤でシールドケースに固定されている。そのため、コアとシールドケースの熱膨張率が異なってもコアは、変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００２０】
請求項７の零相変流器においては、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドを有する。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００２１】
請求項８の零相変流器においては、シールドケースの厚さは、第２のシールドの厚さより厚い。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００２２】
請求項９の零相変流器においては、ボビンコイルのうち対向するボビンコイルは、等ピッチで同一巻数、同一巻線長である。そのため、残留電圧を小さくすることができる。
【００２３】
請求項１０の零相変流器においては、接着剤は常温硬化型であり、熱収縮のないものである。そのため、コアはさらに変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の零相変流器を示す断面図である。また図２は図１のII-II線に沿う矢視断面図である。さらに図３は零相変流器の斜視図である。図１乃至図３において、１０１は正方形で矩形枠状のコアである。コア１０１は、パーマロイ、珪素鋼、鉄系及びコバルト系アモルファス合金などを材料とするの同一寸法の薄板の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、端部を順次接合されて矩形の枠状とされている。２はコア１０１の対向する一対の辺にそれぞれ挿通された一対のボビンコイルである。ボビンコイル２は、樹脂製のボビンに二次導体がコイル状に巻回されたものである。ボビンコイル２は、それぞれ磁性板１ｄおよび磁性板１ｂの概略中央に配置されている。
【００２５】
３ａ，３ｂ，３ｃは三相のＵ、Ｖ、Ｗ相に対応する導体である一次導体である。一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、磁性板１ｄおよび磁性板１ｂの中央を垂直に横切る同一平面上に延設されている。４は一次導体３ａ，３ｂ，３ｃを囲繞するように設けられた矩形筒状の内周シールドである。５はコア１０１およびボビンコイル２を囲繞するように設けられた同じく矩形筒状の外周シールドである。６ａ，６ｂは内周シールド４および外周シールド５の端部を密閉するように覆う側面シールドである。各シールド４，５，６は電磁軟鉄、珪素鋼などの薄板が積層されて作製され、コア１０１およびボビンコイル２を覆うシールドケースを構成している。一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、側面シールド６ａ，６ｂを貫通するように延設されている。
【００２６】
図４はコア１０１の斜視図である。図４に示されるように、コア１０１は、複数枚の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが概略井げた状に積み上げられて接合されたダブルラップジョイントと呼ばれる接合の方法により接合されている。すなわち、まず２枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが平行に並べて置かれ、次にこの２枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄの各々の端部に掛け渡されるように２枚の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、これが順次繰り返されて合計８枚の短冊形状磁性板が４層に積み上げられている。そして、各短冊形状磁性板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各々端面は、隣り合う短冊形状磁性板の側面から突出しないように側面に面一とされている。零相変流器は一般に商用周波数で使用されるので、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの厚みは、渦電流損失による磁気特性の劣化が問題にならない程度の十分の数ミリ以下のものが使用されている。このダブルラップジョイントと呼ばれる接合は、各々の短冊形状磁性板の厚さが多少異なっても接合面を面接触とすることができる効果を有している。
【００２７】
図５はボビンコイル２のボビン２ａの側面図である。ボビン２ａは、樹脂製で直線的な概略四角筒状をなし両端部にフランジ部が形成されている。ボビンコイル２は、このボビン２ａに二次導体がコイル状に巻回されて作製されている。ボビンコイル２は、残留電圧を小さくする観点から二次導体の長さは長く、また等ピッチで巻回されたものが望ましい。そして、一対のボビンコイル２の二次導体の長さおよび巻数は同一にされることが望ましい。二次導体は、スピンドル型巻線機を用いて巻回される。そして、スピンドル型巻線機での巻線作業性を勘案すると共に、零相電流に対する所要の出力を確保するために、二次導体は、巻線径０．１ｍｍ程度の絶縁被覆線が用いられ、１ボビンコイル当たり５００ターン程度巻かれることが望ましい。ボビン２ａの材料には、ＡＢＳ樹脂などの各種樹脂が用いられる。
【００２８】
一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、残留電圧を小さくする観点から、コア１０１の中央に対称に配置されると共に、各導体の導体間距離はできるだけ小さくされることが望ましい。また、各一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの電流容量を同一にするため、通常各導体の断面積はほぼ同じものが用いられる。一次導体３ａ、３ｂ、３ｃの断面形状は円形、矩形のどちらでも良い。
【００２９】
内周シールド４、外周シールド５、側面シールド６は、一次導体３ａ，３ｂ，３ｃに巨大な負荷電流が流れたとき、コア１０１の磁気飽和による残留特性の低下を防止するのに有用である。また、負荷電流によって発生する磁束のコアへの侵入を低減し、残留電圧の減少に寄与する効果もある。
【００３０】
図６は図１のVI-VI線に沿う矢視断面図および図３のVI面による切断面を矢印Ａ方向から見た図である。また図７は図１のVII-VII線に沿う矢視断面図および図３のVII面による切断面を矢印Ｂ方向から見た図である。図６において、ボビンコイル２は、図示しない接着剤により図６の下方の側面シールド６ａに固定されている。そして、積み上げられた各々の短冊形状磁性板は、角稜部に塗布された接着剤７にて接合されている。図７において、ボビンコイル２は、同じように図示しない接着剤により図６の下方の側面シールド６ａに固定されている。そして、積み上げられた各々の短冊形状磁性板は、角稜部に塗布された接着剤７にて接合されており、さらに一側の端部の角稜部を接合する接着剤７は、図７の下方まで延び側面シールド６に固着している。接着剤７は、硬化時に熱収縮のない常温硬化の接着剤、例えば、市販品で容易に入手できるアラルダイト・スタンダード＃４００、セメダイン・ハイスーパー３０等が推奨できる。共に２液性のエポキシ系接着剤である。
【００３１】
このような構成の零相変流器の組立方法を説明する。まず、側面シールド６ａ上の所定の位置に一対のボビンコイル２が所定の距離だけ離して平行に置かれ、図示しない接着剤により側面シールド６ａに固着される。次に、一対のボビンコイル２に、各々１枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入される。そして、短冊形状磁性板１ｂ，１ｄの端部に掛け渡されて２枚の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、さらに一対のボビンコイル２に、次の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入されて積み上げられ、そして、次の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、図４に示されるように垂直方向に積み上げられる。そして、重ねられた角部が各々密着するように角部上面に重りが載せられて所定の圧力が加えられた状態で、４個の角稜部に接着剤７が塗布される。接着剤７は、図６および図７の上方から滴下され積み上げられた短冊形状磁性板の側面を伝わって流れる。このとき、４個の角稜部のうち１箇所の角稜部に塗布された接着剤７は、他の３箇所より塗布量を多くされている。そして、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、鉛直方向に垂下し側面シールド６に達する。その後、接着剤７が硬化し、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが角部にて接合されてコア１０１が形成され、さらにコア１０１の１箇所の角部においては、側面シールド６ａに固定される。尚、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、短冊形状磁性板間に浸透して実効透磁率を低下させることはない。
【００３２】
一般に、透磁率が大きい材料ほど靱性が低いが、靱性が低いと変形応力が加わったときに内部にクリープが発生しもとの状態に戻りにくい。そしてこのクリープが原因で透磁率が低下する。コアの４個の角部が側面シールド６ａに対して固定されていると、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なる為に周囲温度の変化によって変形応力を受ける。本実施の形態のコア１０１は、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なっても周囲温度の変化による変形応力を受けることが少ない。一方、コア１０１の４個の角部がすべて、側面シールド６ａに固定されていない場合、透磁率が低下することないが、コア１０１がシールドケースの内部で移動してしまうので好ましくない。
【００３３】
このような構成の零相変流器においては、ボビンコイル２を用い、またボビンコイル２のボビンは直線的であるので、ボビンにコイルを等ピッチに均一に巻くことが容易であり、平衡した負荷電流のみ通電時の残留電圧を小さくすることができる。また、ボビンに二次導体を巻回するのでスピンドル型巻線機を用いることができ、巻線時間の短縮、巻線費用の低減ができる。さらに、本発明の零相変流器のコア１０１は磁気抵抗が大きい矩形（正方形）であるため、本発明のパーミアンス（コア空間の磁気抵抗の逆数）は、従来例のリング型のコアのパーミアンスより小さく、従ってパーミアンスに比例する還流磁束も小さくすることができ、残留電圧をも小さくすることができる。
【００３４】
このような構成の零相変流器においては、また、４枚の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが端部を順次連結されて矩形とされ、この矩形が積層されて作製されているので、材料が安価でありコストの削減をすることができる。また、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの角部の接合は、ダブルラップジョイントであるので、各々の短冊形状磁性板の厚さが多少異なっても接合面を面接触とすることができ、透磁率が低下することないので出力電圧を大きくすることができる。
【００３５】
このような構成の零相変流器においては、さらに、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なってもコア１０１は、変形応力を受けることがなく、コア１０１の透磁率の低下を防止できる。
【００３６】
尚、本実施の形態の零相変流器は、定格電流の小さい漏電遮断器に搭載されるのであれば、内周シールド４及び外周シールド５、さらに側面シールド６は省略することも可能である。
【００３７】
実施の形態２．
図８は本発明の零相変流器の他の例を示す一対のボビンコイルのうち一側のボビンコイルのボビンの側面図である。また図９は接着剤による接合方法を示す断面図である。本実施の形態においては、一対のボビンコイルのうち一方のボビンコイル２のボビン２ｂは、図８に示されるように、一端に設けられた矩形の開口部の一辺から軸線方向に延設された延長部２ｃを有している。そして、本実施の形態のコア１０１は、この延長部２ｃが設けられている１個の角稜部を、接着剤７で延長部２ｃに固定されている。その他の３個の角稜部においては、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、接着剤７にて互いに接合されているが、側面シールド６には固定されていない。ボビンコイル２は、実施の形態１と同様に図示しない接着剤によって、側面シールド６ａに固定されている。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３８】
このような構成の零相変流器においては、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なってもコア１０１は、変形応力を受けることがなく、積層コアの透磁率の低下を防止できるとともに、１箇所の角部の固定においては、固定を確実とすることができ信頼性が向上する。
【００３９】
実施の形態３．
図１０は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。また図１１は零相変流器の断面図である。本実施の形態のコア１０２は、図１０に示されるようなバットラップジョイントと呼ばれる方法にて接合されている。すなわち、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、最下層において、一側の端面を隣接する短冊形状磁性板の側面端部に突き合わせて、一方、他側の側面端部に、他側に隣接する短冊形状磁性板の端面を突き合わせられて全体で正方形矩形の枠型にされ、そして次の層においては、この突き合わせを向きを反対にして行われて積層されている。そして、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの厚みは、実施の形態１と同じように渦電流損失による磁気特性の劣化が問題にならない程度の十分の数ミリ以下のものが使用されている。
【００４０】
本実施の形態の一対のボビンコイル２のボビンは、図１１に示されるように、両端部に延長部２ｃが形成されている。延長部２ｃは、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの幅より狭くされ、かつ鈎状に曲げて形成されている。積み上げられた複数の短冊形状磁性板のうち最下層の短冊形状磁性板１ａ，１ｃは、両端をこの延長部２ｃに掛け渡されて載置されている。
【００４１】
このような構成の零相変流器の組立方法を説明する。まず、側面シールド６ａ上の所定の位置に一対のボビンコイル２が所定の距離離して平行に置かれ、図示しない接着剤により固定される。次に、各々ボビンコイル２に、短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入され、また短冊形状磁性板１ａ，１ｃは、延長部２ｃに掛け渡されて配置される。これが繰り返されて図１０に示されるように垂直方向に積み上げられる。次に、実施の形態１と同じように接着剤７が４個の角稜部に塗布される。このとき、４個の角稜部のうち１箇所の角稜部に塗布された接着剤７は、他の３箇所より塗布量を多くされている。そして、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、鉛直方向に垂れ側面シールド６ａに達する。その後、接着剤７が硬化し、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが角部にて接合され、さらに１箇所の角部においては、側面シールド６ａに固定される。
【００４２】
このような構成の零相変流器においては、コア１０２は、バットラップジョイントにより接合されている。バットラップジョイントは、ダブルラップジョイントに比べてコアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００４３】
実施の形態４．
図１２は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０３は、薄板のＬ形状磁性板１ｅ，１ｆが端部を互いに接合され矩形枠状に形成されて作製されている。そして、接合の方法は、端部を交互に重ねる交互積層接合である。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４４】
このような構成の零相変流器においては、Ｌ形状磁性板が用いられているので、上述実施の形態１における短冊形状磁性板よりもコストが若干高くなるという短所があるが、接合箇所を２カ所とすることができ、短冊形状磁性板で構成したものよりも接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ、従って、零相電流に対する出力電圧を高くできる長所を有する。
【００４５】
実施の形態５．
図１３は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０４は、薄板のＬ形状磁性板１ｅ，１ｆが端部を互いに突き合わせて矩形枠状にされ積み上げられて作製されている。接合の方法は、突き合わせ接合である。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４６】
このような構成の零相変流器においては、接合箇所を２カ所とすることができ、接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ出力電圧を高くできるとともに、コアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００４７】
実施の形態６．
図１４は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。また図１５はコアの斜視図である。図１４および図１５において、１ｇは、薄板のコ字状磁性板である。本実施の形態のコア１０５は、コ字状磁性板１ｇとコ字状磁性板１ｇの開口側両端部に連結された短冊形状磁性板１ａとで矩形とされ、この矩形が積層されて作製されている。そして、その接合方法は交互積層接合である。本実施の形態においては、一対のボビンコイル２は左辺及び右辺に設置される。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４８】
このような構成の零相変流器においては、コ字状磁性板１ｇを用いるので、上述実施の形態１における短冊形状磁性板よりもコストが若干高くなるという短所があるが、接合箇所は２カ所となり、全て短冊形状磁性板で構成するよりも接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ、従って、零相電流に対する出力電圧を高くできる長所を有する。
【００４９】
実施の形態７．
図１６は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０６は、コ字状磁性板１ｇとコ字状磁性板１ｇの開口側両端部に連結された短冊形状磁性板１ａとで矩形とされ、これが積層されて作製されている。そして、その接合方法は突き合わせ接合である。その他の構成は実施の形態６と同様である。
【００５０】
このような構成の零相変流器においては、実施の形態６の効果に加えて、コアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００５１】
実施の形態８．
図１７は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、ボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な１辺に１個のみが挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５２】
このような構成の零相変流器においては、出力電圧が低くなるという短所があるが、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００５３】
実施の形態９．
図１８は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、一対のボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な２辺に挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においても、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００５４】
実施の形態１０．
図１９は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、３個のボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な１辺とこの辺に隣り合う２辺に設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においては、出力電圧を高くすることができる。
【００５５】
実施の形態１１．
図２０は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、４個のボビンコイル２は、コア１０１の４辺に各々挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においては、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００５６】
実施の形態１２．
図２１は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。上述実施の形態１では、内周シールドに磁性板が積層された矩形筒状の内周シールド４が用いられたが、本実施の形態においては、円形筒状の巻鉄心型の内周シールド１４が用いられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５７】
このような構成の零相変流器においては、一時導体が貫通する空間が狭くなるという欠点があるが、内周シールド１４とコア１０１との空間を大きくとることができるため残留電圧を小さくできる長所を有する。
【００５８】
実施の形態１３．
図２２は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。本実施の形態においては、内周に円形筒状の巻鉄心型の内周シールド１４が用いられ、また外周に同じく円形筒状の巻鉄心型の外周シールド１５が用いられている。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５９】
このような構成の零相変流器においては、零相変流器全体の形状が大きくなるという欠点があるが、内周シールド１４および外周シールド１５とコア１０１との空間を大きくとることができるため、残留電圧をさらに小さくできる長所を有する。
【００６０】
実施の形態１４．
図２３は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。図２３において、９は、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドである。そして、一次導体３ａ及び３ｃは、側面シールド６ａ，６ｂを貫通した後、側面シールド６ａ，６ｂに沿って外周方向に延びている。このような構成の零相変流器においては、一次導体３ａ及び３ｃがコア１０１に近接した構成になっているので、一次導体３ａ及び３ｃに流れる大電流によりコア１０１に強い磁場が印加される。そして、シールドが薄いと磁気飽和し遮蔽効果が無くなる。そのため、第２のシールド９を設けてこれを防ぐものである。なお、コア及びボビンコイル側のシールド厚よりも導体側のシールド厚を大きくすると良い効果が得られる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明による零相変流器を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明は係る実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
実施例１．
本実施例では、温度変化による磁気コアの透磁率の経時劣化を調査するために、材質においては、零相変流器用に広く用いられているＪＩＳ規格ＰＣ相当のパーマロイ（某メーカー規格初透磁率４００００〜１０００００（磁界の強さＯ．４Ａ／ｍにおける値））であり、形状が短冊状の磁性板を用い、接合部が図４に示すダブルラップジョイントの磁気回路を製作した。短冊形状磁性板の寸法は厚みＯ．３５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４４ｍｍ、積層数４枚である。
【００６３】
接着剤に上述の常温硬化のアラルダイトを用い、接合部の固定法として下記３種類のコアを製作した。
（１）積層コアの４角稜部のみを接着剤で接合したもの。
（２）積層コアの４角稜部を接着剤で接合し、そして積層コアの４角稜部をシールドコア（無方向性珪素鋼）に接着剤で固定したもの。
（３）積層コアの４角稜部を接着剤で接合し、そして積層コアの１角稜部のみをシールドコア（無方向性珪素鋼）に接着剤で固定したもの。
【００６４】
そして、先ず接着剤塗布した後、硬化時（塗布後２４時間経過後）の周波数６０Ｈｚでの初透磁率を測定し、次いで、これらの積層コアを気中炉に入れ、温度を１００℃に上げ１時間保持した後、急冷し、室温（２０°Ｃ）になった状態で初透磁率を測定し劣化率を求めた。この結果を図２４に示す。
【００６５】
図２４において、積層コアの４角稜部をシールドコアに固定したもの（２）は、他の２個に比べて遙かに劣化率が大きかった。これは、パーマロイコアと珪素鋼の熱膨張の違いによる応力が靱性に非常に劣るパーマロイコアに残留することが原因だと考えられる。そして、１角稜部のみをシールドコアに固定したもの（３）と、まったく固定しないもの（１）とでは、殆ど同じ劣化率であった。
【００６６】
積層コアと樹脂製のボビンの接合の組み合わせの場合の結果は省略するが、この場合も接合部の２個所以上が接着剤で拘束固定されると上述と同様の応力劣化を起こした。また、積層コア、シールドコア、ボビンの３者を２個所以上の接合部で一体に固定した場合も同様の応力劣化を起こした。
【００６７】
実施例２．
本実施例では、従来から用いられているリングコア型の零相変流器と、本発明によるボビンコイル型の零相変流器のそれぞれについて定格電流１００Ａ、２２５Ａのものを作製し、零相電流（６０Ｈｚ、２２ｍＡ）に対する出力電圧（２次巻線に連結された負荷抵抗６８０Ωの両端の出力）、及び残留電圧が上記零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流を測定した。この各零相変流器の諸元を図２５および図２６に示し、また測定結果を図２７に示す。
【００６８】
図２５乃至図２７から分かるように、零相電流に対する出力電圧が従来例より本発明のほうが低く、悪い結果となっているが、これは、本発明のほうが磁路長が長いということと、磁路のコーナー部に接合部を有することが大きい理由であると考えられる。しかし、残留電圧が零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流値は、従来例よりも本発明のほうがかなり大きい。零相電流に対する出力電圧が負荷電流通電時の残留電圧より大きいことが優れた零相変流器の特性であるので、残留電圧が零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流値が大きいほど零相変流器の性能が優れていると言える。以上から、総合的な結果として本発明の零相変流器が従来例よりも優れていることが言える。
【００６９】
なお、上記実施例では、本発明による零相変流器のコアを、短冊形状磁性板のバットラップジョイント接合にて構成したが、上記各実施の形態で説明したダブルラップジョイント、交互積層接合及び突き合わせ接合で構成すれば、残留電圧はバットラップジョイントとほぼ同じで、零相電流に対する出力電圧を５〜１５％大きくすることができた。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の零相変流器においては、少なくとも２本の導体と、導体を囲繞する矩形のコアと、コアに挿通されたボビンコイルとを備えている。そのため、コイルの巻線コストが安く且つ巻線ピッチを均一にすることができ、負荷電流通電時の残留電圧を著しく小さくする効果が得られる。さらに、コアは４枚の短冊形状磁性板が端部を連結されて矩形とされ、矩形が積層されて作製され、その接合方法はダブルラップジョイントまたはバットラップジョイントである。そのため、材料が安価でありコストの削減をすることができる。
【００７１】
請求項２の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺に挿通された１個のボビンコイルである。そのため、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００７２】
請求項３の零相変流器においては、ボビンコイルは、コアの対向する２辺に挿通された一対のボビンコイルである。そのため、出力電圧が安定し信頼性が向上する。
【００７３】
請求項４の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺と１辺に隣り合う２辺に挿通された３個のボビンコイルである。そのため、出力電圧を高くすることができる。
【００７４】
請求項５の零相変流器においては、ボビンコイルは、４辺に挿通された４個のボビンコイルである。そのため、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００７９】
請求項６の零相変流器においては、コアおよびボビンコイルを覆うように設けられたシールドケースを有し、コアは各接合部が接着剤で接合され、４個の角部のうち１箇所のみを接着剤でシールドケースに固定されている。そのため、コアとシールドケースの熱膨張率が異なってもコアは、変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００８０】
請求項７の零相変流器においては、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドを有する。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００８１】
請求項８の零相変流器においては、シールドケースの厚さは、第２のシールドの厚さより厚い。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００８２】
請求項９の零相変流器においては、ボビンコイルのうち対向するボビンコイルは、等ピッチで同一巻数、同一巻線長である。そのため、残留電圧を小さくすることができる。
【００８３】
請求項１０の零相変流器においては、接着剤は常温硬化型であり、熱収縮のないものである。そのため、コアはさらに変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の零相変流器を示す断面図である。
【図２】 図１のII-II線に沿う矢視断面図である。
【図３】 本発明の零相変流器の斜視図である。
【図４】 本発明の零相変流器のコアの斜視図である。
【図５】 ボビンコイルのボビンの側面図である。
【図６】 図１のVI-VI線に沿う矢視断面図および図３のVI面による切断面を矢印Ａ方向から見た図である。
【図７】 図１のVII-VII線に沿う矢視断面図および図３のVII面による断面面を矢印Ｂ方向から見た図である。
【図８】 本発明の零相変流器の他の例を示す一対のボビンコイルのうち一側のボビンコイルのボビンの側面図である。
【図９】 接着剤による接合方法を示す断面図である。
【図１０】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１１】 零相変流器の断面図である。
【図１２】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１３】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１４】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１５】 零相変流器のコアの斜視図である。
【図１６】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１７】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１８】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１９】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図２０】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図２１】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２２】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２３】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２４】 コアの固定方法ごとの劣化率の差を示す表である。
【図２５】 各零相変流器の諸元を示す表である。
【図２６】 各零相変流器の諸元を示す表である。
【図２７】 各零相変流器の零相電流に対する出力電圧及び残留電圧が上記零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流の測定結果を示す表である。
【図２８】 従来の零相変流器を示す構成図である。
【図２９】 従来の零相変流器の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 短冊形状磁性板、１ｅ，１ｆ Ｌ形状磁性板、１ｇコ字状磁性板、２ ボビンコイル、３ａ，３ｂ，３ｃ 一次導体（導体）、４内周シールド（シールドケース）、５ 外周シールド（シールドケース）、６ａ，６ｂ 側面シールド（シールドケース）、７ 接着剤、９ 第２のシールド、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ コア。
【発明の属する技術分野】
送・配電線路において地絡事故が生じたり人体に感電があった場合のみに流れる零相電流を検出する零相変流器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は例えば特開昭５１−１０３２２６号公報に開示されている従来の零相変流器を示す構成図である。図２８において、１１は環状鉄心、２１は出力巻線（二次導体）、３ａ、３ｂは環状鉄心１１の中空部を貫通する一次導体である。環状鉄心１１の材料は、高透磁率のパーマロイが広く使用されており、この他、珪素鋼、フェライト、アモルファス合金等も用いられている。環状鉄心１１の成型法は材料により異なり、フェライトは焼結によるが、パーマロイ、珪素鋼等の金属磁性体は打ち抜き板を積層するか、トロイダル状に巻き込む方法が用いられる。
【０００３】
また、図２８では２個の一次導体３ａ、３ｂが示されているが、三相の場合は、３個の一次導体を鉄心の中空部を貫通するように配置して使用される。また、図示されていないが、通常、環状鉄心１１の表面は、電磁軟鉄、方向性珪素鋼などの巻鉄心からなる磁気遮蔽体で磁気的にシールドされている。
【０００４】
なお、図２９は従来の零相変流器の他の例を示す構成図である。図２９において、環状鉄心１２は２個に分割されている。その他の構成は、図２８の従来例と概略同様である。
【０００５】
次に動作について説明する。導体３ａと３ｂに互いに逆向きで大きさが等しい平衡した負荷電流のみが流れている場合、これらの電流によって環状鉄心１１内に発生する磁束は打ち消しあい出力巻線２１には電圧は誘起されない。例えば、地絡事故が発生して、一次導体３ａと３ｂの電流に差が生じるすなわち零相電流が流れると、出力巻線２１に電圧が誘起される。零相変流器を搭載した漏電遮断器はこの原理を活用し、地絡事故が生じたり人体に感電があった場合、即座に給電を止め、回路や人命を保護する機能を有するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、出力巻線の不均一や、環状鉄心に対する一次導***置の非対称性等が原因で、平衡した負荷電流のみが流れているときでも、出力巻線に電圧が誘起される。これを残留電圧と呼ぶ。この残留電圧が、零相電流に対する出力より大きいと漏電遮断器の誤動作につながる。従って、零相変流器の特性としては、平衡した負荷電流のみが流れているときに発生する残留電圧が小さいこと、零相電流に対する出力感度が高いこと、また言い換えれば、零相電流に対する出力が残留電圧より大きいことが重要である。
【０００７】
図２８に示す環状鉄心１１は、コアの透磁率が高く、零相電流に対する出力感度が高いという長所を有するものの、残留電圧を小さくするために環状鉄心の全周に亘って出力巻線を均一に施すことが非常に難しい。また、コアが環状であるため、トロイダル巻線機を使用する必要があり、巻線のための貯線作業が巻線作業に付随し巻線作業に時間が長くかかり、製作価格が高くなるという欠点があった。
【０００８】
次いで、図２９に示す分割型の環状鉄心１２は、分割されているのでスピンドル型の巻線機が使用でき、巻線時間が短縮できるという長所を有するものの、コアの二カ所に比透磁率が１の若干の空隙ができるので残留電圧が大きくなり、コアの実効透磁率が低下し、零相電流に対する出力感度が低下するという問題点を有していた。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、巻線コストが安価で、負荷電流通電時の残留電圧が小さく、零相電流に対する出力感度が高い零相変流器を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の零相変流器においては、少なくとも２本の導体と、導体を囲繞する矩形のコアと、コアに挿通されたボビンコイルとを備えている。そのため、コイルの巻線コストが安く且つ巻線ピッチを均一にすることができ、負荷電流通電時の残留電圧を著しく小さくする効果が得られる。さらに、コアは４枚の短冊形状磁性板が端部を連結されて矩形とされ、矩形が積層されて作製され、その接合方法はダブルラップジョイントまたはバットラップジョイントである。そのため、材料が安価でありコストの削減をすることができる。
【００１１】
請求項２の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺に挿通された１個のボビンコイルである。そのため、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００１２】
請求項３の零相変流器においては、ボビンコイルは、コアの対向する２辺に挿通された一対のボビンコイルである。そのため、出力電圧が安定し信頼性が向上する。
【００１３】
請求項４の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺と１辺に隣り合う２辺に挿通された３個のボビンコイルである。そのため、出力電圧を高くすることができる。
【００１４】
請求項５の零相変流器においては、ボビンコイルは、４辺に挿通された４個のボビンコイルである。そのため、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００１９】
請求項６の零相変流器においては、コアおよびボビンコイルを覆うように設けられたシールドケースを有し、コアは各接合部が接着剤で接合され、４個の角部のうち１箇所のみを接着剤でシールドケースに固定されている。そのため、コアとシールドケースの熱膨張率が異なってもコアは、変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００２０】
請求項７の零相変流器においては、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドを有する。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００２１】
請求項８の零相変流器においては、シールドケースの厚さは、第２のシールドの厚さより厚い。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００２２】
請求項９の零相変流器においては、ボビンコイルのうち対向するボビンコイルは、等ピッチで同一巻数、同一巻線長である。そのため、残留電圧を小さくすることができる。
【００２３】
請求項１０の零相変流器においては、接着剤は常温硬化型であり、熱収縮のないものである。そのため、コアはさらに変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の零相変流器を示す断面図である。また図２は図１のII-II線に沿う矢視断面図である。さらに図３は零相変流器の斜視図である。図１乃至図３において、１０１は正方形で矩形枠状のコアである。コア１０１は、パーマロイ、珪素鋼、鉄系及びコバルト系アモルファス合金などを材料とするの同一寸法の薄板の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、端部を順次接合されて矩形の枠状とされている。２はコア１０１の対向する一対の辺にそれぞれ挿通された一対のボビンコイルである。ボビンコイル２は、樹脂製のボビンに二次導体がコイル状に巻回されたものである。ボビンコイル２は、それぞれ磁性板１ｄおよび磁性板１ｂの概略中央に配置されている。
【００２５】
３ａ，３ｂ，３ｃは三相のＵ、Ｖ、Ｗ相に対応する導体である一次導体である。一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、磁性板１ｄおよび磁性板１ｂの中央を垂直に横切る同一平面上に延設されている。４は一次導体３ａ，３ｂ，３ｃを囲繞するように設けられた矩形筒状の内周シールドである。５はコア１０１およびボビンコイル２を囲繞するように設けられた同じく矩形筒状の外周シールドである。６ａ，６ｂは内周シールド４および外周シールド５の端部を密閉するように覆う側面シールドである。各シールド４，５，６は電磁軟鉄、珪素鋼などの薄板が積層されて作製され、コア１０１およびボビンコイル２を覆うシールドケースを構成している。一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、側面シールド６ａ，６ｂを貫通するように延設されている。
【００２６】
図４はコア１０１の斜視図である。図４に示されるように、コア１０１は、複数枚の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが概略井げた状に積み上げられて接合されたダブルラップジョイントと呼ばれる接合の方法により接合されている。すなわち、まず２枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが平行に並べて置かれ、次にこの２枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄの各々の端部に掛け渡されるように２枚の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、これが順次繰り返されて合計８枚の短冊形状磁性板が４層に積み上げられている。そして、各短冊形状磁性板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各々端面は、隣り合う短冊形状磁性板の側面から突出しないように側面に面一とされている。零相変流器は一般に商用周波数で使用されるので、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの厚みは、渦電流損失による磁気特性の劣化が問題にならない程度の十分の数ミリ以下のものが使用されている。このダブルラップジョイントと呼ばれる接合は、各々の短冊形状磁性板の厚さが多少異なっても接合面を面接触とすることができる効果を有している。
【００２７】
図５はボビンコイル２のボビン２ａの側面図である。ボビン２ａは、樹脂製で直線的な概略四角筒状をなし両端部にフランジ部が形成されている。ボビンコイル２は、このボビン２ａに二次導体がコイル状に巻回されて作製されている。ボビンコイル２は、残留電圧を小さくする観点から二次導体の長さは長く、また等ピッチで巻回されたものが望ましい。そして、一対のボビンコイル２の二次導体の長さおよび巻数は同一にされることが望ましい。二次導体は、スピンドル型巻線機を用いて巻回される。そして、スピンドル型巻線機での巻線作業性を勘案すると共に、零相電流に対する所要の出力を確保するために、二次導体は、巻線径０．１ｍｍ程度の絶縁被覆線が用いられ、１ボビンコイル当たり５００ターン程度巻かれることが望ましい。ボビン２ａの材料には、ＡＢＳ樹脂などの各種樹脂が用いられる。
【００２８】
一次導体３ａ，３ｂ，３ｃは、残留電圧を小さくする観点から、コア１０１の中央に対称に配置されると共に、各導体の導体間距離はできるだけ小さくされることが望ましい。また、各一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの電流容量を同一にするため、通常各導体の断面積はほぼ同じものが用いられる。一次導体３ａ、３ｂ、３ｃの断面形状は円形、矩形のどちらでも良い。
【００２９】
内周シールド４、外周シールド５、側面シールド６は、一次導体３ａ，３ｂ，３ｃに巨大な負荷電流が流れたとき、コア１０１の磁気飽和による残留特性の低下を防止するのに有用である。また、負荷電流によって発生する磁束のコアへの侵入を低減し、残留電圧の減少に寄与する効果もある。
【００３０】
図６は図１のVI-VI線に沿う矢視断面図および図３のVI面による切断面を矢印Ａ方向から見た図である。また図７は図１のVII-VII線に沿う矢視断面図および図３のVII面による切断面を矢印Ｂ方向から見た図である。図６において、ボビンコイル２は、図示しない接着剤により図６の下方の側面シールド６ａに固定されている。そして、積み上げられた各々の短冊形状磁性板は、角稜部に塗布された接着剤７にて接合されている。図７において、ボビンコイル２は、同じように図示しない接着剤により図６の下方の側面シールド６ａに固定されている。そして、積み上げられた各々の短冊形状磁性板は、角稜部に塗布された接着剤７にて接合されており、さらに一側の端部の角稜部を接合する接着剤７は、図７の下方まで延び側面シールド６に固着している。接着剤７は、硬化時に熱収縮のない常温硬化の接着剤、例えば、市販品で容易に入手できるアラルダイト・スタンダード＃４００、セメダイン・ハイスーパー３０等が推奨できる。共に２液性のエポキシ系接着剤である。
【００３１】
このような構成の零相変流器の組立方法を説明する。まず、側面シールド６ａ上の所定の位置に一対のボビンコイル２が所定の距離だけ離して平行に置かれ、図示しない接着剤により側面シールド６ａに固着される。次に、一対のボビンコイル２に、各々１枚の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入される。そして、短冊形状磁性板１ｂ，１ｄの端部に掛け渡されて２枚の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、さらに一対のボビンコイル２に、次の短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入されて積み上げられ、そして、次の短冊形状磁性板１ａ、１ｃが平行に並べて置かれ、図４に示されるように垂直方向に積み上げられる。そして、重ねられた角部が各々密着するように角部上面に重りが載せられて所定の圧力が加えられた状態で、４個の角稜部に接着剤７が塗布される。接着剤７は、図６および図７の上方から滴下され積み上げられた短冊形状磁性板の側面を伝わって流れる。このとき、４個の角稜部のうち１箇所の角稜部に塗布された接着剤７は、他の３箇所より塗布量を多くされている。そして、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、鉛直方向に垂下し側面シールド６に達する。その後、接着剤７が硬化し、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが角部にて接合されてコア１０１が形成され、さらにコア１０１の１箇所の角部においては、側面シールド６ａに固定される。尚、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、短冊形状磁性板間に浸透して実効透磁率を低下させることはない。
【００３２】
一般に、透磁率が大きい材料ほど靱性が低いが、靱性が低いと変形応力が加わったときに内部にクリープが発生しもとの状態に戻りにくい。そしてこのクリープが原因で透磁率が低下する。コアの４個の角部が側面シールド６ａに対して固定されていると、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なる為に周囲温度の変化によって変形応力を受ける。本実施の形態のコア１０１は、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なっても周囲温度の変化による変形応力を受けることが少ない。一方、コア１０１の４個の角部がすべて、側面シールド６ａに固定されていない場合、透磁率が低下することないが、コア１０１がシールドケースの内部で移動してしまうので好ましくない。
【００３３】
このような構成の零相変流器においては、ボビンコイル２を用い、またボビンコイル２のボビンは直線的であるので、ボビンにコイルを等ピッチに均一に巻くことが容易であり、平衡した負荷電流のみ通電時の残留電圧を小さくすることができる。また、ボビンに二次導体を巻回するのでスピンドル型巻線機を用いることができ、巻線時間の短縮、巻線費用の低減ができる。さらに、本発明の零相変流器のコア１０１は磁気抵抗が大きい矩形（正方形）であるため、本発明のパーミアンス（コア空間の磁気抵抗の逆数）は、従来例のリング型のコアのパーミアンスより小さく、従ってパーミアンスに比例する還流磁束も小さくすることができ、残留電圧をも小さくすることができる。
【００３４】
このような構成の零相変流器においては、また、４枚の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが端部を順次連結されて矩形とされ、この矩形が積層されて作製されているので、材料が安価でありコストの削減をすることができる。また、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの角部の接合は、ダブルラップジョイントであるので、各々の短冊形状磁性板の厚さが多少異なっても接合面を面接触とすることができ、透磁率が低下することないので出力電圧を大きくすることができる。
【００３５】
このような構成の零相変流器においては、さらに、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１０１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なってもコア１０１は、変形応力を受けることがなく、コア１０１の透磁率の低下を防止できる。
【００３６】
尚、本実施の形態の零相変流器は、定格電流の小さい漏電遮断器に搭載されるのであれば、内周シールド４及び外周シールド５、さらに側面シールド６は省略することも可能である。
【００３７】
実施の形態２．
図８は本発明の零相変流器の他の例を示す一対のボビンコイルのうち一側のボビンコイルのボビンの側面図である。また図９は接着剤による接合方法を示す断面図である。本実施の形態においては、一対のボビンコイルのうち一方のボビンコイル２のボビン２ｂは、図８に示されるように、一端に設けられた矩形の開口部の一辺から軸線方向に延設された延長部２ｃを有している。そして、本実施の形態のコア１０１は、この延長部２ｃが設けられている１個の角稜部を、接着剤７で延長部２ｃに固定されている。その他の３個の角稜部においては、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、接着剤７にて互いに接合されているが、側面シールド６には固定されていない。ボビンコイル２は、実施の形態１と同様に図示しない接着剤によって、側面シールド６ａに固定されている。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３８】
このような構成の零相変流器においては、４個の角部のうち１箇所の角部のみを側面シールド６ａに固定されているので、コア１と側面シールド６ａの熱膨張率が異なってもコア１０１は、変形応力を受けることがなく、積層コアの透磁率の低下を防止できるとともに、１箇所の角部の固定においては、固定を確実とすることができ信頼性が向上する。
【００３９】
実施の形態３．
図１０は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。また図１１は零相変流器の断面図である。本実施の形態のコア１０２は、図１０に示されるようなバットラップジョイントと呼ばれる方法にて接合されている。すなわち、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、最下層において、一側の端面を隣接する短冊形状磁性板の側面端部に突き合わせて、一方、他側の側面端部に、他側に隣接する短冊形状磁性板の端面を突き合わせられて全体で正方形矩形の枠型にされ、そして次の層においては、この突き合わせを向きを反対にして行われて積層されている。そして、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの厚みは、実施の形態１と同じように渦電流損失による磁気特性の劣化が問題にならない程度の十分の数ミリ以下のものが使用されている。
【００４０】
本実施の形態の一対のボビンコイル２のボビンは、図１１に示されるように、両端部に延長部２ｃが形成されている。延長部２ｃは、短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの幅より狭くされ、かつ鈎状に曲げて形成されている。積み上げられた複数の短冊形状磁性板のうち最下層の短冊形状磁性板１ａ，１ｃは、両端をこの延長部２ｃに掛け渡されて載置されている。
【００４１】
このような構成の零相変流器の組立方法を説明する。まず、側面シールド６ａ上の所定の位置に一対のボビンコイル２が所定の距離離して平行に置かれ、図示しない接着剤により固定される。次に、各々ボビンコイル２に、短冊形状磁性板１ｂ，１ｄが挿入され、また短冊形状磁性板１ａ，１ｃは、延長部２ｃに掛け渡されて配置される。これが繰り返されて図１０に示されるように垂直方向に積み上げられる。次に、実施の形態１と同じように接着剤７が４個の角稜部に塗布される。このとき、４個の角稜部のうち１箇所の角稜部に塗布された接着剤７は、他の３箇所より塗布量を多くされている。そして、接着剤７は、硬化前において所定の粘度を有しているので、鉛直方向に垂れ側面シールド６ａに達する。その後、接着剤７が硬化し、各々の短冊形状磁性板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが角部にて接合され、さらに１箇所の角部においては、側面シールド６ａに固定される。
【００４２】
このような構成の零相変流器においては、コア１０２は、バットラップジョイントにより接合されている。バットラップジョイントは、ダブルラップジョイントに比べてコアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００４３】
実施の形態４．
図１２は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０３は、薄板のＬ形状磁性板１ｅ，１ｆが端部を互いに接合され矩形枠状に形成されて作製されている。そして、接合の方法は、端部を交互に重ねる交互積層接合である。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４４】
このような構成の零相変流器においては、Ｌ形状磁性板が用いられているので、上述実施の形態１における短冊形状磁性板よりもコストが若干高くなるという短所があるが、接合箇所を２カ所とすることができ、短冊形状磁性板で構成したものよりも接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ、従って、零相電流に対する出力電圧を高くできる長所を有する。
【００４５】
実施の形態５．
図１３は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０４は、薄板のＬ形状磁性板１ｅ，１ｆが端部を互いに突き合わせて矩形枠状にされ積み上げられて作製されている。接合の方法は、突き合わせ接合である。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４６】
このような構成の零相変流器においては、接合箇所を２カ所とすることができ、接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ出力電圧を高くできるとともに、コアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００４７】
実施の形態６．
図１４は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。また図１５はコアの斜視図である。図１４および図１５において、１ｇは、薄板のコ字状磁性板である。本実施の形態のコア１０５は、コ字状磁性板１ｇとコ字状磁性板１ｇの開口側両端部に連結された短冊形状磁性板１ａとで矩形とされ、この矩形が積層されて作製されている。そして、その接合方法は交互積層接合である。本実施の形態においては、一対のボビンコイル２は左辺及び右辺に設置される。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４８】
このような構成の零相変流器においては、コ字状磁性板１ｇを用いるので、上述実施の形態１における短冊形状磁性板よりもコストが若干高くなるという短所があるが、接合箇所は２カ所となり、全て短冊形状磁性板で構成するよりも接合箇所を減らすことができるので、コアの実効透磁率を高くすることができ、従って、零相電流に対する出力電圧を高くできる長所を有する。
【００４９】
実施の形態７．
図１６は本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。本実施の形態のコア１０６は、コ字状磁性板１ｇとコ字状磁性板１ｇの開口側両端部に連結された短冊形状磁性板１ａとで矩形とされ、これが積層されて作製されている。そして、その接合方法は突き合わせ接合である。その他の構成は実施の形態６と同様である。
【００５０】
このような構成の零相変流器においては、実施の形態６の効果に加えて、コアの高さを半分とすることができ、零相変流器をコンパクトにすることができる。
【００５１】
実施の形態８．
図１７は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、ボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な１辺に１個のみが挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５２】
このような構成の零相変流器においては、出力電圧が低くなるという短所があるが、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００５３】
実施の形態９．
図１８は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、一対のボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な２辺に挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においても、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００５４】
実施の形態１０．
図１９は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、３個のボビンコイル２は、コア１０１の一次導体３ａ，３ｂ，３ｃの延設されている平面と平行な１辺とこの辺に隣り合う２辺に設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においては、出力電圧を高くすることができる。
【００５５】
実施の形態１１．
図２０は本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。本実施の形態においては、４個のボビンコイル２は、コア１０１の４辺に各々挿通されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の零相変流器においては、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００５６】
実施の形態１２．
図２１は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。上述実施の形態１では、内周シールドに磁性板が積層された矩形筒状の内周シールド４が用いられたが、本実施の形態においては、円形筒状の巻鉄心型の内周シールド１４が用いられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５７】
このような構成の零相変流器においては、一時導体が貫通する空間が狭くなるという欠点があるが、内周シールド１４とコア１０１との空間を大きくとることができるため残留電圧を小さくできる長所を有する。
【００５８】
実施の形態１３．
図２２は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。本実施の形態においては、内周に円形筒状の巻鉄心型の内周シールド１４が用いられ、また外周に同じく円形筒状の巻鉄心型の外周シールド１５が用いられている。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５９】
このような構成の零相変流器においては、零相変流器全体の形状が大きくなるという欠点があるが、内周シールド１４および外周シールド１５とコア１０１との空間を大きくとることができるため、残留電圧をさらに小さくできる長所を有する。
【００６０】
実施の形態１４．
図２３は本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。図２３において、９は、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドである。そして、一次導体３ａ及び３ｃは、側面シールド６ａ，６ｂを貫通した後、側面シールド６ａ，６ｂに沿って外周方向に延びている。このような構成の零相変流器においては、一次導体３ａ及び３ｃがコア１０１に近接した構成になっているので、一次導体３ａ及び３ｃに流れる大電流によりコア１０１に強い磁場が印加される。そして、シールドが薄いと磁気飽和し遮蔽効果が無くなる。そのため、第２のシールド９を設けてこれを防ぐものである。なお、コア及びボビンコイル側のシールド厚よりも導体側のシールド厚を大きくすると良い効果が得られる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明による零相変流器を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明は係る実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
実施例１．
本実施例では、温度変化による磁気コアの透磁率の経時劣化を調査するために、材質においては、零相変流器用に広く用いられているＪＩＳ規格ＰＣ相当のパーマロイ（某メーカー規格初透磁率４００００〜１０００００（磁界の強さＯ．４Ａ／ｍにおける値））であり、形状が短冊状の磁性板を用い、接合部が図４に示すダブルラップジョイントの磁気回路を製作した。短冊形状磁性板の寸法は厚みＯ．３５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４４ｍｍ、積層数４枚である。
【００６３】
接着剤に上述の常温硬化のアラルダイトを用い、接合部の固定法として下記３種類のコアを製作した。
（１）積層コアの４角稜部のみを接着剤で接合したもの。
（２）積層コアの４角稜部を接着剤で接合し、そして積層コアの４角稜部をシールドコア（無方向性珪素鋼）に接着剤で固定したもの。
（３）積層コアの４角稜部を接着剤で接合し、そして積層コアの１角稜部のみをシールドコア（無方向性珪素鋼）に接着剤で固定したもの。
【００６４】
そして、先ず接着剤塗布した後、硬化時（塗布後２４時間経過後）の周波数６０Ｈｚでの初透磁率を測定し、次いで、これらの積層コアを気中炉に入れ、温度を１００℃に上げ１時間保持した後、急冷し、室温（２０°Ｃ）になった状態で初透磁率を測定し劣化率を求めた。この結果を図２４に示す。
【００６５】
図２４において、積層コアの４角稜部をシールドコアに固定したもの（２）は、他の２個に比べて遙かに劣化率が大きかった。これは、パーマロイコアと珪素鋼の熱膨張の違いによる応力が靱性に非常に劣るパーマロイコアに残留することが原因だと考えられる。そして、１角稜部のみをシールドコアに固定したもの（３）と、まったく固定しないもの（１）とでは、殆ど同じ劣化率であった。
【００６６】
積層コアと樹脂製のボビンの接合の組み合わせの場合の結果は省略するが、この場合も接合部の２個所以上が接着剤で拘束固定されると上述と同様の応力劣化を起こした。また、積層コア、シールドコア、ボビンの３者を２個所以上の接合部で一体に固定した場合も同様の応力劣化を起こした。
【００６７】
実施例２．
本実施例では、従来から用いられているリングコア型の零相変流器と、本発明によるボビンコイル型の零相変流器のそれぞれについて定格電流１００Ａ、２２５Ａのものを作製し、零相電流（６０Ｈｚ、２２ｍＡ）に対する出力電圧（２次巻線に連結された負荷抵抗６８０Ωの両端の出力）、及び残留電圧が上記零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流を測定した。この各零相変流器の諸元を図２５および図２６に示し、また測定結果を図２７に示す。
【００６８】
図２５乃至図２７から分かるように、零相電流に対する出力電圧が従来例より本発明のほうが低く、悪い結果となっているが、これは、本発明のほうが磁路長が長いということと、磁路のコーナー部に接合部を有することが大きい理由であると考えられる。しかし、残留電圧が零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流値は、従来例よりも本発明のほうがかなり大きい。零相電流に対する出力電圧が負荷電流通電時の残留電圧より大きいことが優れた零相変流器の特性であるので、残留電圧が零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流値が大きいほど零相変流器の性能が優れていると言える。以上から、総合的な結果として本発明の零相変流器が従来例よりも優れていることが言える。
【００６９】
なお、上記実施例では、本発明による零相変流器のコアを、短冊形状磁性板のバットラップジョイント接合にて構成したが、上記各実施の形態で説明したダブルラップジョイント、交互積層接合及び突き合わせ接合で構成すれば、残留電圧はバットラップジョイントとほぼ同じで、零相電流に対する出力電圧を５〜１５％大きくすることができた。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の零相変流器においては、少なくとも２本の導体と、導体を囲繞する矩形のコアと、コアに挿通されたボビンコイルとを備えている。そのため、コイルの巻線コストが安く且つ巻線ピッチを均一にすることができ、負荷電流通電時の残留電圧を著しく小さくする効果が得られる。さらに、コアは４枚の短冊形状磁性板が端部を連結されて矩形とされ、矩形が積層されて作製され、その接合方法はダブルラップジョイントまたはバットラップジョイントである。そのため、材料が安価でありコストの削減をすることができる。
【００７１】
請求項２の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺に挿通された１個のボビンコイルである。そのため、ボビンコイルの数を減らすことができ安価とすることができる。
【００７２】
請求項３の零相変流器においては、ボビンコイルは、コアの対向する２辺に挿通された一対のボビンコイルである。そのため、出力電圧が安定し信頼性が向上する。
【００７３】
請求項４の零相変流器においては、導体は、同一平面上に延設され、ボビンコイルは、コアの平面と平行な１辺と１辺に隣り合う２辺に挿通された３個のボビンコイルである。そのため、出力電圧を高くすることができる。
【００７４】
請求項５の零相変流器においては、ボビンコイルは、４辺に挿通された４個のボビンコイルである。そのため、出力電圧をさらに高くすることができる。
【００７９】
請求項６の零相変流器においては、コアおよびボビンコイルを覆うように設けられたシールドケースを有し、コアは各接合部が接着剤で接合され、４個の角部のうち１箇所のみを接着剤でシールドケースに固定されている。そのため、コアとシールドケースの熱膨張率が異なってもコアは、変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【００８０】
請求項７の零相変流器においては、シールドケースの内部にコアおよびボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドを有する。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００８１】
請求項８の零相変流器においては、シールドケースの厚さは、第２のシールドの厚さより厚い。そのため、導体に巨大な負荷電流が流れたとき、コアの磁気飽和による残留電圧特性の低下を防止する効果が得られる。
【００８２】
請求項９の零相変流器においては、ボビンコイルのうち対向するボビンコイルは、等ピッチで同一巻数、同一巻線長である。そのため、残留電圧を小さくすることができる。
【００８３】
請求項１０の零相変流器においては、接着剤は常温硬化型であり、熱収縮のないものである。そのため、コアはさらに変形応力を受けることがなく、コアの透磁率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の零相変流器を示す断面図である。
【図２】 図１のII-II線に沿う矢視断面図である。
【図３】 本発明の零相変流器の斜視図である。
【図４】 本発明の零相変流器のコアの斜視図である。
【図５】 ボビンコイルのボビンの側面図である。
【図６】 図１のVI-VI線に沿う矢視断面図および図３のVI面による切断面を矢印Ａ方向から見た図である。
【図７】 図１のVII-VII線に沿う矢視断面図および図３のVII面による断面面を矢印Ｂ方向から見た図である。
【図８】 本発明の零相変流器の他の例を示す一対のボビンコイルのうち一側のボビンコイルのボビンの側面図である。
【図９】 接着剤による接合方法を示す断面図である。
【図１０】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１１】 零相変流器の断面図である。
【図１２】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１３】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１４】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１５】 零相変流器のコアの斜視図である。
【図１６】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアの斜視図である。
【図１７】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１８】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図１９】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図２０】 本発明の零相変流器の他の例を示すコアおよびボビンコイルの上面図である。
【図２１】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２２】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２３】 本発明の零相変流器の他の例を示す断面図である。
【図２４】 コアの固定方法ごとの劣化率の差を示す表である。
【図２５】 各零相変流器の諸元を示す表である。
【図２６】 各零相変流器の諸元を示す表である。
【図２７】 各零相変流器の零相電流に対する出力電圧及び残留電圧が上記零相電流に対する出力電圧を超える負荷電流の測定結果を示す表である。
【図２８】 従来の零相変流器を示す構成図である。
【図２９】 従来の零相変流器の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 短冊形状磁性板、１ｅ，１ｆ Ｌ形状磁性板、１ｇコ字状磁性板、２ ボビンコイル、３ａ，３ｂ，３ｃ 一次導体（導体）、４内周シールド（シールドケース）、５ 外周シールド（シールドケース）、６ａ，６ｂ 側面シールド（シールドケース）、７ 接着剤、９ 第２のシールド、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ コア。
Claims (10)
- 少なくとも２本の導体と、上記導体を囲繞する矩形のコアと、上記コアに挿通されたボビンコイルとを備えた零相変流器において、
上記コアは４枚の短冊形状磁性板が端部を連結されて矩形とされ、該矩形が積層されて作製され、その接合方法はダブルラップジョイントまたはバットラップジョイントであることを特徴とする零相変流器。 - 上記導体は、同一平面上に延設され、
上記ボビンコイルは、上記コアの上記平面と平行な１辺に挿通された１個のボビンコイルであることを特徴とする請求項１記載の零相変流器。 - 上記ボビンコイルは、上記コアの対向する２辺に挿通された一対のボビンコイルであることを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
- 上記導体は、同一平面上に延設され、
上記ボビンコイルは、上記コアの上記平面と平行な１辺と該１辺に隣り合う２辺に挿通された３個のボビンコイルであることを特徴とする請求項１記載の零相変流器。 - 上記ボビンコイルは、４辺に挿通された４個のボビンコイルであることを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
- 上記コアおよび上記ボビンコイルを覆うように設けられたシールドケースを有し、
上記コアは各接合部が接着剤で接合され、４個の角部のうち１箇所のみを該接着剤で上記シールドケースに固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の零相変流器。 - 上記シールドケースの内部に上記コアおよび上記ボビンコイルを覆うようにさらに設けられた第２のシールドを有することを特徴とする請求項６記載の零相変流器。
- 上記シールドケースの厚さは、上記第２のシールドの厚さより厚いことを特徴とする請求項７記載の零相変流器。
- 上記ボビンコイルのうち対向するボビンコイルは、等ピッチで同一巻数、同一巻線長であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の零相変流器。
- 上記接着剤は常温硬化型であり、熱収縮のないものであることを特徴とする請求項６記載の零相変流器。
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