JP4935568B2 - 零相変流器 - Google Patents

Description

本発明は、漏電を検知して、その信号を出力する零相変流器に関する。

一般に、零相変流器は、フェライト等の磁性材からなる環状の鉄芯に二次巻線を巻回し、その外側をシールドケース等で覆うことにより構成される。そして、二次巻線が巻回される環状鉄芯を貫通するように一次導体が配置され、当該一次導体の漏電が検知される。このように、零相変流器は漏電検知機能を備えているため、漏電遮断機器等の機器において、漏電を検知するのに用いられる。

特許文献１に開示されている零相変流器５０は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、パーマロイからなる環状コア５１の外側に二次巻線５２が巻回され、さらに、その外側に断面コ字形の環状のシールドケース５３が向かい合わせに配置されている。また、環状コア５１の中央を貫通するように、平衡電流が流れる２本の一次導体５４が配置されている。この零相変流器５０を漏電用遮断器等の機器に搭載した場合、漏電遮断器の接地間に電圧差が発生することによって、当該一次導体５４にコモンモードノイズが発生する場合がある。このコモンモードノイズは機器に誤動作を引き起こす原因となる。このため、コモンモードノイズを抑制させたい場合、別途コモンモードノイズフィルタを配置させる必要がある。

特開２０００−３１１８２５号公報（図１、要約書）

しかし、特許文献１に開示されている零相変流器５０を漏電用遮断器に搭載し、コモンモードノイズフィルタを別途配置した場合、部品点数が増加し、スペースを占有してしまう。また、それに伴い、製造コストも増加するといった問題がある。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数を削減すると共に、省スペース化を図りつつ、コモンモードノイズを抑制することが可能な零相変流器を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の零相変流器は、平衡電流が流れる一次導体と、一次導体が貫通する環状コアと、環状コアに巻回される二次巻線と、環状コアおよび二次巻線の外側を覆うと共に外部磁界からの磁束を遮断するシールドケースと、を備える検知部を有し、一次導体が貫通する環状のチョークコアを検知部と一体化して設けているものである。

このように構成した場合には、一次導体にコモンモード電流が流れると、チョークコアの自己誘導作用によって逆起電力が発生する。このため、当該逆起電力により一次導体におけるコモンモード電流が阻止される。その結果、コモンモードノイズを抑制することが可能となる。したがって、零相変流器を漏電遮断器等の機器において漏電検知機器として用いた場合でも、当該機器がコモンモードノイズにより悪影響を受けることがなくなる。また、チョークコアは漏電を検知する検知部と一体化されているため、漏電の検知とコモンノードノイズの抑制を同時に実現することが可能となる。また、一体化により、部品点数を削減できると共に、省スペース化を図ることが可能となる。その結果、製造コストを削減することが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、チョークコアの断面積を環状コアの断面積より大きくしたものである。このように構成した場合には、チョークコアのインピーダンスが向上する。したがって、チョークコアの自己誘導作用により大きな逆起電力が発生し、コモンモード電流を阻止できる。その結果、コモンモードノイズを確実に抑制することが可能となる。

さらに、他の発明は、上述の発明に加えて更に、チョークコアを、検知部の上側、下側、内周側および外周側のうちのいずれか１つの部分、またはこれらのうちの２つ以上を組み合わせている部分に設けたものである。このように構成した場合には、チョークコアを一次導体の周りを囲む任意の位置に設けることができる。

本発明によると、部品点数を削減すると共に、省スペース化を図りつつ、コモンモードノイズを抑制することが可能な零相変流器を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る零相変流器１０について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る零相変流器１０の構成を示す図であり、（Ａ）は、その斜視図であり、（Ｂ）は、その側断面図である。

図１（Ａ）に示すように、零相変流器１０は、円筒状の外形を有しており、その外周部上方には、後述する、漏電検出回路４６（図２参照）に接続される２つの接続端子１１が設けられている。また、零相変流器１０の中央には、三相の平衡電流が流れる一次導体１２が貫通している。一次導体１２は、金属線をエナメル等の絶縁皮膜で覆った線材である。この金属線の材料としては、銅のような導電性に優れた金属が好ましいが、ステンレス、鉄またはアルミニウム等の金属としても良い。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、零相変流器１０は、検知部２０と、チョークコイル３０とから主に構成されている。検知部２０は、漏電を検出するための機能を備えている。また、チョークコア３０は、一次導体１２から発生したコモンモードノイズを除去するノイズフィルタとしての役割を果たす。検知部２０およびチョークコア３０は、共に外周面が面一の円環状に形成されている。図１では、検知部２０がチョークコア３０の上方に配設され、検知部２０とチョークコア３０は一体化されている。

図１（Ｂ）に示すように、検知部２０は、断面四角形の円環状の環状コア２２とその外側に巻回される二次巻線２４と、それらの外側を覆う円環状のシールドケース２６と、から主に構成されている。二次巻線２４は一本の導線から構成され、環状コア２２に巻回された状態でその両端は各接続端子１１に接続されている。シールドケース２６は、外部磁界からの磁束を遮蔽するためのものである。シールドケース２６の断面は四角枠形状を呈しており、その内部には二次巻線２４が巻回された環状コア２２が収まっている。また、二次巻線２４が巻回された環状コア２２とシールドケース２６との間には、絶縁樹脂２８が充填されている。検知部２０では、一次導体１２が非平衡状態の場合にのみ二次巻線２４に誘起電圧が発生し、当該電圧により漏電の発生が検知される。一次導体１２が非平衡状態となる場合には、一次導体１２における三相交流電流の位相がずれた場合もしくは各一次導体１２にコモンモードノイズ等のノイズが発生した場合等が考えられる。なお、一次導体１２が平衡状態の場合には二次巻線２４に電圧が発生しないため漏電は検知されない。

環状コア２２は、例えば、フェライト等の磁性材から成る。ただし、環状コア２２の材料として、パーマロイ、センダスト、鉄またはカルボニル等の他の磁性材を用いても良い。二次巻線２４の材料としては、一次導体１２と同様、銅、ステンレス、鉄またはアルミニウム等の導電性を有する金属を採用するのが好ましい。シールドケース２６の材料としては、珪素鋼またはパーマロイ等の磁気遮蔽材を用いるのが好ましい。

チョークコア３０は、上述したように円環状の形態を有するコアである。チョークコア３０の断面積は、環状コア２２の断面積より大きく形成されている。そのため、チョークコア３０のインピーダンスは環状コア２２のインピーダンスより大きくなっている。したがって、一次導体１２にコモンモード電流が流れた場合、当該チョークコア３０の自己誘導作用により当該コモンモード電流が抑制される。その結果、上述したように、チョークコア３０は、コモンモードノイズを除去するノイズフィルタとして機能する。チョークコア３０は、例えば、フェライト等の磁性材から成る。ただし、チョークコア３０の材料として、パーマロイ、センダスト、鉄またはカルボニル等の他の磁性材を用いても良い。

図２は、本発明の一実施の形態に係る零相変流器１０を漏電遮断器４０に搭載した概念図である。

図２に示すように、漏電遮断器４０は、零相変流器１０と、三相電源４２と、電磁スイッチ４４と、漏電検出回路４６と、負荷４８と、から主に構成されている。三相電源４２および負荷４８は接地されている。漏電遮断器４０では、一次導体１２に、三相電源４２側から負荷４８側に向かって平衡電流が流れる。一次導体１２は、零相変流器１０の中央を貫通している。零相変流器１０には、一次導体１２で発生した漏電を検出するための漏電検出回路４６が接続されている。漏電検出回路４６は、接続端子１１にそれぞれ接続されている。漏電遮断器４０における一次導体１２に非平衡電流が流れると、零相変流器１０の二次巻線２４に電圧が誘起される。この誘起された電圧に基づいて漏電検出回路４６が漏電を検出する。漏電検出回路４６は、入力電圧があるしきい値を超えると電磁スイッチ４４を遮断し、電流を遮断する。

漏電遮断器４０の接地間にコモンモード電圧が発生すると、一次導体１２にコモンモード電流が流れる。すると、環状コア２２に磁束が発生する。この磁束により環状コア２２は逆起電力を発生させ、一次導体１２におけるコモンモード電流を阻止しようとする。しかしながら、環状コア２２は断面積が小さいため、そのインピーダンスが小さい。したがって、環状コア２２ではコモンモード電流を阻止するのに十分な起電力が発生しない。一方、チョークコア３０にもコモンモード電流により磁束が発生する。チョークコア３０は、環状コア２２よりも断面積が大きいため、そのインピーダンスも大きい。したがって、チョークコア３０では、コモンモード電流を阻止するのに十分な起電力が発生し、コモンモードノイズが抑制される。

以上のよう構成した零相変流器１０では、チョークコア３０が設けられているため、一次導体１２におけるコモンモード電流を十分に阻止することができる。その結果、コモンモードノイズを確実に抑制することが可能となる。したがって、零相変流器１０を漏電遮断器等の機器に搭載した場合でも、当該機器がコモンモードノイズにより悪影響を受けることがなくなる。また、チョークコア３０は検知部２０と一体化されているため、漏電の検知とコモンモードノイズの抑制を同時に実現できる。また、一体化することにより部品点数を削減できると共に、省スペース化を図ることが可能となる。その結果、製造コストを削減することが可能となる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の実施の形態では、チョークコア３０を検知部２０の下側に設けたが、下側に設けることに限定されるものではなく、例えば、上側に設けても良いし、上下両側に設けても良い。また、図３（Ａ）に示すように、検知部２０の外周側に設けるようにしても良い。また、図３（Ｂ）に示すように、検知部２０の外側全体を覆うように設けても良い。

また、上述の実施の形態では、チョークコア３０は円環状の形態を有しているが、この形態に限定されるものではなく、例えば、四角枠状や楕円形状等、他の環状の形態としても良い。

また、上述の実施の形態では、零相変流器１０および環状コア２２の断面形状は、四角形の形状とされているが、この形状に限定されるものではなく、円形もしくは楕円形等、他の形状としても良い。

上述の実施の形態では、一次導体１２は零相変流器１０の周りに巻回されていないが、図４に示すように、一次導体１２を零相変流器１０の周りに巻回するようにしても良い。この場合、各一次導体１２を同方向に巻回すれば、チョークコア３０に発生する磁束は合成されて強め合うため、その合成された磁束に対して逆起電力が発生し、コモンモード電流が阻止される。したがって、コモンモードノイズを抑制することが可能となる。

本発明の零相変流器は、漏電遮断器もしくは電力変換装置等の漏電を検出する機能を備えた各種電気機器において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係る零相変流器の構成を示す図であり、（Ａ）は、その斜視図であり、（Ｂ）は、その側断面図である。 本発明の一実施の形態に係る零相変流器を漏電遮断器に搭載した概念図である。 本発明の変形例を示す図であり、（Ａ）は、チョークコアを検出部の外周側に設けた場合の側断面図であり、（Ｂ）は、チョークコアを検出部の外側全体を覆うように設けた場合の側断面図である。 本発明の変形例を示す図であり、一次導体を零相変流器の回りに巻回した場合の斜視図である。 従来例の零相変流器を示す図であり、（Ａ）はその斜視図であり、（Ｂ）はその側断面図である。

符号の説明

１０…零相変流器
１２…一次導体
２０…検出部
２２…コア
２４…二次巻線
３０…チョークコア

Claims (3)

1. 平衡電流が流れる一次導体と、
   上記一次導体が貫通する環状コアと、
   上記環状コアに巻回される二次巻線と、
   上記環状コアおよび上記二次巻線の外側を覆うと共に外部磁界からの磁束を遮断するシールドケースと、
   を備える検知部を有し、
   上記一次導体が貫通する環状のチョークコアを上記検知部と一体化して設けていることを特徴とする零相変流器。
2. 前記チョークコアの断面積は、前記環状コアの断面積より大きいことを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
3. 前記チョークコアは、前記検知部の上側、下側、内周側および外周側のうちのいずれか１つの部分、またはこれらのうちの２つ以上を組み合わせている部分に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の零相変流器。

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