特許 6644291 カレントトランス用コア部品、これを用いたカレントトランス及びカレントトランスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6644291

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】カレントトランス用コア部品、これを用いたカレントトランス及びカレントトランスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/245 20060101AFI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/245

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-140979(P2019-140979)

(22)【出願日】2019年7月31日

【審査請求日】2019年7月31日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】597005587

【氏名又は名称】株式会社エス・エッチ・ティ

(74)【代理人】

【識別番号】110001438

【氏名又は名称】特許業務法人 丸山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今里 雄一

(72)【発明者】

【氏名】笠谷 和宏

(72)【発明者】

【氏名】森 一左

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５３−１２１４１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１８−１６３９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−１０７８１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−１８６０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０３４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２１３２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−６４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２５０３２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／２４５

Ｈ０１Ｆ ３８／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通した中空部を有し、１次側コイルと２次側コイルを巻線した樹脂製のボビンと、
前記ボビンの前記中空部に、電磁鋼板から形成され、略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部とを有するＥ型コアの中央の脚部を交互に逆向きに積層し、積層された前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部間に電磁鋼板から形成され、前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアが配置されたコアと、
を具える、カレントトランスであって、
電磁鋼板をプレス抜き加工して形成され、略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部と、を有するＥ型コアと、電磁鋼板をプレス抜き加工して形成され、前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアと、を具え、前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部上に前記Ｉ型コアを重ねて一体化した、カレントトランス用コア部品を、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に差し込んで積層したものであり、
前記カレントトランス用コア部品は、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に且つ表裏を逆向きにして積層したものであり、前記Ｅ型コアと対向する前記Ｉ型コアは、抜き方向が逆になるように配置されている、
カレントトランス。

【請求項2】

前記Ｅ型コアと前記Ｉ型コアの端面は、プレス抜き加工により、角部が丸みを帯びてなめらかなだれ、剪断により板厚方向に筋状痕が形成された剪断面、材料がむしり取られたごとく凹凸の激しい破断面、端面から抜き方向に飛び出したギザギザ状のバリが形成されており、
前記Ｅ型コアと前記Ｉ型コアどうしは、前記剪断面と前記破断面が対向するように配置される、
請求項１に記載のカレントトランス。

【請求項3】

前記ボビンの中空部にて積層された前記カレントトランス用コア部品は、互いに一体化している、
請求項１又は請求項２に記載のカレントトランス。

【請求項4】

前記ボビンの前記中空部に前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品どうしは積層状態にて互いに一体化され、
前記ボビンの前記中空部に前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品どうしは積層状態にて互いに一体化されている、
請求項１乃至請求項３に記載のカレントトランス。

【請求項5】

カレントトランスの製造方法であって、
電磁鋼板をプレス抜き加工して形成され略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部とを有するＥ型コアと、電磁鋼板をプレス抜き加工して形成され前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアについて、前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部上に前記Ｉ型コアを重ねて一体化したカレントトランス用コア部品を準備するカレントトランス用コア部品準備ステップ、
貫通した中空部を有し、１次側コイルと２次側コイルを巻線した樹脂製のボビンを準備するボビン準備ステップと、
前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの中央の前記脚部を、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に且つ表裏を逆向きにして差し込んで、前記Ｅ型コアと対向する前記Ｉ型コアは、抜き方向が逆になるように積層する積層ステップ、
前記積層されたカレントトランス用コア部品を、前記第１方向及び／又は前記第２方向から押圧して、前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの前記脚部の先端と、前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｉ型コアの端縁との間に形成されるギャップ、及び、前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの脚部の先端と、前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｉ型コアの端縁との間に形成されるギャップを、出力電圧特性を参照しながら調整するギャップ調整ステップ、
前記積層されたカレントトランス用コア部品を一体化する一体化ステップ、
とを含んでいる、
カレントトランスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種交流機器の出力制御や過電流保護動作のために、機器に流れる電流を検出するカレントトランスに関するものであり、より具体的にはカレントトランスに用いられるコア部品、カレントトランス及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

家庭用電源で動作させるエアコンやＩＨ機器の如き大電力電気機器では電流を検出するためにカレントトランスが使用される。カレントトランスは、１次側コイルと２次側コイル、及び、これらコイルに共通する磁路を形成するコアを具える（たとえば、特許文献１参照）。カレントトランスは、２次側コイルには電流検出抵抗が接続されており、機器の電源商用周波数を１次側コイルに通電し、磁気回路を介して１次側の電流変化に応じて発生する２次側コイルの電流検出用終端抵抗として両端の電位差を電圧として検出する。機器は、その電圧をマイコンに取り込みインバータ回路等を制御し、機器の入出力制御を行なっている。

【0003】

カレントトランスのコアは、電磁鋼板からなる鉄芯を積層して構成される。たとえば、特許文献１では、図６においてＥ字状の鉄芯（Ｅ型コア）とＩ字状の鉄芯（Ｉ型コア）を交互に組み合わせて積層し、磁路を構成している。Ｅ型コアとＩ型コアを交互に積層、すなわち、向きを変えて積層することで、漏れ磁束が小さくなり、磁気効率が上がって１次電流の増加による２次出力電圧の低下は抑えられる。しかしながら、Ｅ型コアとＩ型コアとの接合面間に形成されるギャップにばらつきが生じるため、２次出力電圧がばらついてしまう問題があった。一方で、Ｅ型コアとＩ型コアを相互に固定するために、樹脂やワニスなどを使用する必要があるが、樹脂やワニスの熱膨張、熱収縮によりさらに温度変化による２次出力電圧のばらつきが大きくなってしまう。すなわち、当該カレントトランスは温度特性が十分ではない。

【0004】

そこで、特許文献１の図１や図２では、交互挿入されていたＩ型コアを省略し、Ｅ型コアだけを脚部先端が重なるように交互に積層したコアを提案している。当該カレントトランスは、Ｉ型コアを省略したためにギャップがないから熱膨張、熱収縮の影響は受け難く、温度特性にすぐれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６３−１８８２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

たとえば、家庭用電源では使用することのできる電流量はブレーカーにより規定されるため、これら電気機器を最大出力で動作させるには、電流値を検出し、これら電気機器の電流値の和がブレーカーの最大電流値を超えることのないように制御する必要がある。このとき、カレントトランスにより検出される電流値に誤差があると、安全を見込んで低めの合計電流値で電気機器を作動させざるを得ない。このため、カレントトランスにより正確な電流値検出を行ない、ブレーカーの最大電流値を超えることなくぎりぎりの範囲で電気機器の出力を最大まで高めることが求められている。

【0007】

しかしながら、特許文献１の図１や図２に示すカレントトランスでは、Ｉ型コアがなくＥ型コアの脚部先端は開放しているから、脚部間の漏れ磁束が大きくなり、磁気飽和が早くなる。その結果、１次電流を大きくしていくと、２次出力電圧のドロップが大きくなるため、コアのサイズを大きくする必要があった。

【0008】

また、Ｅ型コアとＩ型コア間に形成されるギャップの間隔を調整することで、出力電圧も調整することができるが、当該カレントトランスでは、ギャップがないから出力電圧の調整を行なうことができない。さらには、コアの材料磁気特性ばらつきやコアを熱処理する焼鈍工程における温度ばらつきを考慮すると、２次出力電圧の公差を大きく設定する必要があった（たとえば実力値±３％〜５％）。

【0009】

本発明の目的は、温度特性にすぐれ、ギャップ調整により出力電圧を高精度に調整し、公差を小さくできるカレントトランス及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係るカレントトランス用コア部品は、
電磁鋼板から形成され、略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部と、を有するＥ型コアと、
電磁鋼板から形成され、前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアと、
を具え、
前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部上に前記Ｉ型コアを重ねて一体化している。

【0011】

また、本発明に係るカレントトランスは、
貫通した中空部を有し、１次側コイルと２次側コイルを巻線した樹脂製のボビンと、
前記ボビンの前記中空部に、電磁鋼板から形成され、略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部とを有するＥ型コアの中央の脚部を交互に逆向きに積層し、積層された前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部間に電磁鋼板から形成され、前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアが配置されたコアと、
を具える、カレントトランスであって、
前記コアは、請求項１に記載のカレントトランス用コア部品を、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に差し込んで積層したものである。

【0012】

前記カレントトランス用コア部品は、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に且つ表裏を逆向きにして積層して形成することができる。

【0013】

前記ボビンの中空部にて積層された前記カレントトランス用コア部品は、互いに一体化した構成とすることができる。

【0014】

前記ボビンの前記中空部に前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品どうしは積層状態にて互いに一体化され、
前記ボビンの前記中空部に前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品どうしは積層状態にて互いに一体化されている構成とすることができる。

【0015】

また、本発明に係るカレントトランスの製造方法は、
電磁鋼板から形成され略平行に延びる３本の脚部と、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部とを有するＥ型コアと、電磁鋼板から形成され前記繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コアについて、前記Ｅ型コアの前記繋ぎ部上に前記Ｉ型コアを重ねて一体化したカレントトランス用コア部品を準備するカレントトランス用コア部品準備ステップ、
貫通した中空部を有し、１次側コイルと２次側コイルを巻線した樹脂製のボビンを準備するボビン準備ステップと、
前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの中央の前記脚部を、前記ボビンの前記中空部に第１方向と前記第１方向に対向する第２方向から交互に差し込んで積層する積層ステップ、
前記積層されたカレントトランス用コア部品を一体化する一体化ステップ、
とを含んでいる。

【0016】

前記積層ステップの後、前記一体化ステップの前に、
前記積層されたカレントトランス用コア部品を、前記第１方向及び／又は前記第２方向から押圧して、前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの前記脚部の先端と、前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｉ型コアの端縁との間に形成されるギャップ、及び、前記第２方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｅ型コアの脚部の先端と、前記第１方向から差し込まれた前記カレントトランス用コア部品の前記Ｉ型コアの端縁との間に形成されるギャップを調整するギャップ調整ステップ、
を含んでいることが望ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明のカレントトランス用コア部品は、予めＥ型コアとＩ型コアを重ねて一体化しているから取り扱いが容易であり、カレントトランスのボビンに容易に差し込むことができる。

【0018】

また、本発明のカレントトランスは、ボビンに第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＥ型コアと第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＩ型コアの端縁との間に形成されるギャップ、及び、第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＥ型コアと第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＩ型コアの端縁との間に形成されるギャップの間隔を調整することができる。ギャップ調整が可能なことで、カレントトランスの出力電圧を高精度に調整することができ、また、公差を可及的に小さくすることができる。

【0019】

本発明のカレントトランスの製造方法によれば、カレントトランス用コア部品は、Ｅ型コアとＩ型コアを一体化している。従って、当該カレントトランス用コア部品をボビンの中空部に第１方向及び第２方向から差し込み、カレントトランス用コア部品どうしを一体化することでカレントトランスを製造することができ、製造効率を高めることができる。

【0020】

さらに、本発明のカレントトランスの製造方法によれば、ボビンに第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＥ型コアと第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＩ型コアの端縁との間に形成されるギャップ、及び、第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＥ型コアと第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品のＩ型コアの端縁との間に形成されるギャップの間隔を調整することができる。ギャップ調整が可能なことで、カレントトランスの出力電圧を高精度に調整することができ、また、公差を可及的に小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るカレントトランスの斜視図である。

【図2】図２は、本発明のカレントトランス用コア部品の分解斜視図である。

【図3】図３は、Ｅ型コアとＩ型コアをカシメにより一体化したカレントトランス用コア部品の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。

【図4】図４は、Ｅ型コアとＩ型コアをカシメにより一体化したカレントトランス用コア部品であって、パイロット孔なしの実施形態の斜視図である。

【図5】図５は、Ｅ型コアとＩ型コアを溶接により一体化したカレントトランス用コア部品の斜視図であって、（ａ）は端縁、（ｂ）は側面に溶接を施した実施形態である。

【図6】図６は、カレントトランス用コア部品をカレントトランスに組み込んだ際に、磁束密度の低い領域を示す平面図である。

【図7】図７は、１次側コイル及び２次側コイルを巻線したボビンに、カレントトランス用コア部品を差し込む工程を示す側面図である。

【図8】図８は、同ボビンに、カレントトランス用コア部品を差し込む工程を示す縦断面図である。

【図9】図９は、すべてのカレントトランス用コア部品をボビンに差し込み、第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品どうし、第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品どうしをそれぞれ溶接により一体化した状態を示す側面図である。

【図10】図１０は、第１方向から差し込まれて一体化したカレントトランス用コア部品と、第２方向から差し込まれて一体化したカレントトランス用コア部品との間に形成されるギャップを調整する工程を示す側面図である。

【図11】図１１は、ギャップ調整の後、第１方向から差し込まれて一体化したカレントトランス用コア部品と、第２方向から差し込まれて一体化したカレントトランス用コア部品をスポット溶接により一体化した状態を示す側面図である。

【図12】図１２は、第１方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品と、第２方向から差し込まれたカレントトランス用コア部品をギャップ調整の後、まとめて一体化した実施形態を示す側面図である。

【図13】図１３は、カレントトランス用コア部品を積層する際の表裏重ね順を変えた実施形態を示す側面図である。

【図14】図１４は、ギャップを挟んで対向するＥ型コアとＩ型コア（何れもプレス抜き加工により製造）の突合せ部分の拡大図であって、（ａ）は剪断面どうし、破断面どうしを突き合わせた実施形態、（ｂ）は剪断面と破断面を突き合わせた実施形態を示している。

【図15】図１５は、第１方向から挿入されるカレントトランス用コア部品、第２方向から挿入されるカレントトランス用コア部品を夫々予めブロック化してボビンに差し込むカレントトランスの製造形態を示す斜視図である。

【図16】図１６は、本発明の一実施形態に係るカレントトランスモジュールの分解図である。

【図17】図１７は、カレントトランスモジュールの斜視図である。

【図18】図１８は、カレントトランスモジュールの断面図である。

【図19】図１９は、上ケースの底面図である。

【図20】図２０は、下ケースの平面図である。

【図21】図２１は、実施例におけるカレントトランス出力電圧測定回路の回路図である。

【図22】図２２は、比較例１のカレントトランスの斜視図である。

【図23】図２３は、比較例２のカレントトランスの斜視図である。

【図24】図２４は、比較例３のカレントトランスの斜視図である。

【図25】図２５は、発明例の−２５℃、２５℃及び８０℃の出力電圧特性を示すグラフ（実施例１）である。

【図26】図２６は、発明例、比較例１及び比較例２の出力電圧特性を比較するグラフ（実施例２）である。

【図27】図２７は、比較例３の−２５℃、２５℃及び８０℃の出力電圧特性を示すグラフ（実施例３）である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態に係るカレントトランス用コア部品３１（以下「コア部品」と称する）、カレントトランス１０及びカレントトランスモジュール１２について図面を参照しながら説明を行なう。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態に係るカレントトランス１０の斜視図である。図に示すように、カレントトランス１０は、１次側コイル２６と２次側コイル２７が巻回された樹脂製のボビン２０に、１次側コイル２６及び２次側コイル２７の共通の磁路を形成するコア３０を装着して構成される。図示の実施形態では、１次側コイル２６は、Ｕ字状の巻線部材であり、２次側コイル２７はボビン２０に巻回された細巻線部材であって外周をテープで保護している。

【0024】

コア３０は、複数のコア部品３１を積層して構成される。図２は、コア３０を構成する１つのコア部品３１の分解斜視図である。コア部品３１は、図に示すように、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０から構成することができる。Ｅ型コア４０及びＩ型コア５０は、ケイ素鋼板等の電磁鋼板をプレス抜き加工することで得ることができる。たとえば電磁鋼板は薄板帯状のものを採用できる。

【0025】

Ｅ型コア４０は、略平行に延びる３本の略矩形形状の脚部４１，４２，４１とこれら脚部４１，４２，４１の一端を繋ぐ略矩形形状の繋ぎ部４３を具える。繋ぎ部４３の幅寸法４３ａは漏れ磁束を抑制するため脚部４１の幅寸法４１ａよりも長い寸法にすることが望ましい。また、Ｉ型コア５０は、繋ぎ部４３と略同じ大きさの略矩形形状とすることができる。Ｅ型コア４０及びＩ型コア５０には、位置決め用のパイロット孔４４，５１を形成しておくことが望ましい。さらに、Ｉ型コア５０をＥ型コア４０へ位置合わせして重ね易くするために、Ｉ型コア５０は、長手方向の寸法をＥ型コア４０の繋ぎ部４３の長手方向の寸法よりも０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ小さくすることが望ましい。

【0026】

Ｅ型コア４０とＩ型コア５０は、Ｅ型コア４０の繋ぎ部４３にＩ型コア５０を重ねて一体化することでコア部品３１を形成する。一体化は、たとえば図３及び図４に示すカシメ３４や、図５に示す溶接３５、図示しない接着を例示できる。

【0027】

カシメ３４によりＥ型コア４０とＩ型コア５０を一体化する場合、図２に示すようにＥ型コア４０又はＩ型コア５０の一方に予めカシメ孔４５、他方にダボ５２を形成しておき、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すようにＥ型コア４０とＩ型コア５０を重ねてカシメ孔４５とダボ５２を位置合わせしてカシメ３４を行なえばよい。カシメ孔４５はＥ型コア４０やＩ型コア５０をプレス抜き加工する際に同時に形成できる。カシメ孔４５を形成した際に、コア３０の強度低下や変形を抑えるために、カシメ孔４５は面積の大きいＥ型コア４０に形成することが望ましい。

【0028】

また、溶接３５によりＥ型コア４０とＩ型コア５０を一体化する場合、図５（ａ）に示すようにＥ型コア４０の繋ぎ部４３の外側端縁とＩ型コア５０の外側端縁に跨がるように溶接を施せばよい。また、図５（ｂ）に示すようにＥ型コア４０の繋ぎ部４３の両端とＩ型コア５０の両端に跨がるように溶接３５を施してもよい。溶接３５は、レーザー溶接、レーザー溶接、抵抗溶接（以下の説明による溶接も同じ）を例示できるがこれに限定されるものではない。

【0029】

Ｅ型コア４０とＩ型コア５０を上記した溶接３５により一体化する場合、溶接部分及びその近傍は磁気特性が低下する虞がある。このため、溶接３５は、図６に示すように、コア部品３１中でも磁束密度の低い領域４６、すなわち、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０の外側端縁近傍の角部及び中央部に実施することが望ましい。当該領域４６は、磁路中でも磁束密度が低い領域であるから磁気特性が多少低下しても性能への影響は抑えられる。

【0030】

図３乃至図５に示すようにＥ型コア４０とＩ型コア５０を一体化してなるコア部品３１を複数準備し（カレントトランス用コア部品準備ステップ）、コア部品３１はボビン２０に装着される。ボビン２０はたとえば図７に示すようにＵ字状の１次側コイル２６と外周をテープ２７ｂで保護した２次側コイル２７が巻回されており、ボビン２０にはこれらコイル２６，２７と直行する向きの中空部２１が貫通形成されたものを準備する（ボビン準備ステップ）。

【0031】

然して、図７及び図８に示すように、コア部品３１は、ボビン２０の中空部２１に順次中央の脚部４２を差し込んで積層していく。具体的には、図に示すように、コア部品３１，３１は、中空部２１に交互に逆向きに差し込んでいく。たとえば、図７及び図８において紙面左から右に向かう方向を第１方向、第１方向と対向する右から左に向かう方向を第２方向としたときに、まず、１枚目のコア部品３１は、Ｉ型コア５０を上向きとし、第１方向からＥ型コア４０の脚部４１，４２，４１をボビン２０側に向けて、中央の脚部４２が中空部２１に挿入されるようにボビン２０に接近させ、中央の脚部４２を中空部２１に差し込む。続いて、２枚目のコア部品３１は、Ｉ型コア５０を下向きとし、第２方向からＥ型コア４０の脚部４１，４２，４１をボビン２０側に向けて、中央の脚部４２が中空部２１に挿入されるようにボビン２０に接近させ、中央の脚部４２を中空部２１に差し込み、１枚目のコア部品３１の脚部４１，４２，４１と２枚目のコア部品３１の脚部４１，４２，４１を重ねる。なお、以下では、第１方向から差し込まれるコア部品を第１コア部品３１ａ、第２方向から差し込まれるコア部品を第２コア部品３１ｂと称する。そして、再度第１方向から第１コア部品３１ａ、第２方向から第２コア部品３１ｂを差し込んでいくことで、図９に示すように第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂが脚部４１，４２（４２は図示せず）を重ねた状態で積層される（積層ステップ）。

【0032】

これによりカレントトランス１０を得ることができるが、この状態ではまだ第１コア部品３１ａ、第２コア部品３１ｂは固定等されておらず、中空部２１に差し込まれたままである。従って、積層された第１コア部品３１ａ、第２コア部品３１ｂがばらけないように図９に示す如く、端縁を揃えて第１コア部品３１ａどうし、第２コア部品３１ｂどうしをそれぞれ一体化することが望ましい（一体化ステップ）。一体化は、たとえば図９に符号３６で示すように溶接とすることができる。溶接３６は、レーザー溶接、抵抗溶接を例示できる。なお、カシメや接着等により一体化しても構わない。溶接３６を行なう場合、図６にて説明した磁束密度の低い領域４６に実施することが望ましい。

【0033】

上記により第１コア部品３１ａどうし、第２コア部品３１ｂどうしを一体化したカレントトランス１０について、第１コア部品３１ａの脚部４１，４２，４１の先端と、第２コア部品３１ｂのＩ型コア５０の内側端縁との間にギャップ６０が形成されている。また、第２コア部品３１ｂの脚部４１，４２，４１の先端と、第１コア部品３１ａのＩ型コア５０の内側端縁との間にギャップ６０が形成されている。このギャップ６０は、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂを第１方向、第２方向から押し込むことで間隔を調整することができる（ギャップ調整ステップ）。

【0034】

ギャップ６０の調整は、図９及び図１０に矢印で示すように、カレントトランス１０の出力電圧特性を参照しながら、第１コア部品３１ａ、第２コア部品３１ｂを夫々第１方向、第２方向から押し込むとで行なうことができる。これにより、コアの材料磁気特性ばらつきや、コアを熱処理する焼鈍工程における温度ばらつきが発生しても、ギャップ６０の調整を行なうことで、カレントトランス１０の出力電圧を高精度に調整することができ、また、公差を可及的に小さくすることができる。本発明によれば、公差は実力値で±１％以下、好適には±０．５％以下とすることができる。たとえば、ギャップ６０は０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ、好適には０．２ｍｍ程度とすることができる。

【0035】

そして、ギャップ６０の調整が完了した後、図１及び図１１に示すように、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂは、外側に位置する脚部４１，４１の重なった位置で溶接３７等により一体化する（一体化ステップ）。これにより、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂは一体化され、一旦調整されたギャップ６０が広狭変化することも防止できる。なお、第１コア部品３１ａどうし、第２コア部品３１ｂどうしは先に一体化されているから、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂの一体化のための溶接３７は、１又は複数箇所のスポット溶接で済む。従って、溶接３７によりコア部品３１ａ，３１ｂの磁気特性に影響が及ぶことはほとんどない。

【0036】

本発明のカレントトランス１０は、第１コア部品３１ａ、第２コア部品３１ｂはワニスや接着剤、樹脂を用いることなく一体化できるから、これらによる熱膨張・熱収縮の影響を受けない。従って、温度特性にすぐれたカレントトランス１０を提供できる。

【0037】

なお、上記では、第１コア部品３１ａどうし、第２コア部品３１ｂどうしをそれぞれ一体化した後、ギャップ６０の調整を行ない、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂの一体化を行なっている。しかしながら、たとえば、図９の溶接３６を省略し、第１コア部品３１ａどうし、第２コア部品３１ｂどうしを一体化せずに、ギャップ６０の調整を行なってもよい。この場合、ギャップ６０の調整の後、図１２に示すように第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂの外側に位置する脚部４１，４１の重なった位置を線溶接３８すればよい。これにより、カレントトランス１０の製造工程の簡略化を図ることができる。

【0038】

本発明では、図１１および図１２に示すように、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂは、Ｅ型コア４０の脚部４１の略中央部分で溶接３７，３８している。このため、線膨張の長さが半分に抑制され、かつ溶接部３７，３８を起点に第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂが同じ方向に線膨張するので、ギャップ６０はほぼ変化しない。また、図１１の溶接部３６と３７、図１２の溶接部３８は、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂの積層方向と略平行に形成されているため、これら溶接部の熱による線膨張はギャップ６０の寸法には影響しない。

【0039】

また、上記では、第１コア部品３１ａはすべてＩ型コア５０を上向き、第２コア部品３１ｂはすべて下向きとして積層しているが、たとえば、図１３に示すように、第１コア部品３１ａと第２コア部品３１ｂが対になっていれば、表裏は交互に、或いは、複数対毎に、さらにはランダムに変えても構わない。これにより、プレス抜き加工によりＥ型コア４０、Ｉ型コア５０を製造した場合のバリ７３やだれ７０（図１４参照）などによる厚さのばらつきを均等化することができる。

【0040】

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１コア部品３１ａのＥ型コア４０の脚部４１，４２，４１の先端と、第２コア部品３１ｂのＩ型コア５０の内側端面との突合せ部分の拡大図である。プレス抜き加工によりＥ型コア４０、Ｉ型コア５０を製造した場合、図１４に示すように、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０の端面は、角部が丸みを帯びてなめらかなだれ７０、剪断により板厚方向に筋状痕が形成された剪断面７１、材料がむしり取られたごとく凹凸の激しい破断面７２、端面から抜き方向に飛び出したギザギザ状のバリ７３が形成されている。そして、図１４（ａ）に示すようにＥ型コア４０とＩ型コア５０を、剪断面７１，７１どうし、破断面７２，７２どうしが対向するよう配置し、破断面７２，７２どうしを突き合わせると、破断面７２，７２は接触するが、剪断面７１，７１間にはギャップが残る。このため、ギャップの調整幅が小さくなり、出力電圧の調整幅も狭くなる。そこで、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０どうしを突き合わせる場合には、図１４(ｂ)に示すように、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０は、剪断面７１と破断面７２が対向するように配置することが望ましい。これにより、ギャップ６０を小さくすることができるため、ギャップ６０の調整幅を広げて出力電圧の調整幅を広げ、容易に調整することが可能である。

【0041】

＜異なる実施形態＞
上記実施形態では、第１コア部品３１ａ、第２コア部品３１ｂを１枚ずつ中空部２１に挿入している。しかしながら、たとえば、図１５に示すように、第１コア部品３１ａを予め積層して溶接やカシメにより一体化した第１コア部品ブロック３２ａ、第２コア部品３１ｂを予め積層して溶接やカシメにより一体化した第２コア部品ブロック３２ｂを夫々作成し、ボビン２０に装着する際に、第１コア部品３１ａ，３１ａの脚部４１，４１間に第２コア部品３１ｂの脚部４１、第２コア部品３１ｂ、３１ｂの脚部４１，４１間に第１コア部品３１ａの脚部４１が侵入するよう噛み合わせてもよい。これにより、コア部品３１ａ，３１ｂはボビン２０で１枚ずつ積層する必要はないから製造工程を可及的に簡便化することができる。

【0042】

上記により得られたカレントトランス１０は、たとえばケーシング８０に収容してカレントトランスモジュール１２として使用することができる。図１６は、カレントトランス１０と、これを収容するケーシング８０の分解斜視図、図１７は、カレントトランス１０の斜視図、図１８はカレントトランス１０の縦断面図である。図に示すように、ケーシング８０は、上ケース８１と下ケース８５から形成している。上ケース８１は、コア３０及びボビン２０を収容する下面の開口した筺体形状であって、下ケース８５は、ボビン２０が載置されると共に上ケース８１の下面を塞ぐ板状形状とすることができる。図１９に上ケース８１の底面図、図２０に下ケース８５の平面図を示す。

【0043】

下ケース８５には、１次側コイル２６の端子線２６ａ、２６ａと２次側コイル２７の端子線２７ａ，２７ａがそれぞれ延出される挿通孔８６ａ，８６ｂが形成されており、図１６及び図１８に示すように、挿通孔８６ａ，８６ｂに各端子線２６ａ，２６ｂを挿入し、ボビン２０を下ケース８５に位置決めした状態で上ケース８１を嵌めることでカレントトランスモジュール１２を得ることができる。得られたカレントトランスモジュール１２を図１７に示す。

【0044】

なお、カレントトランスモジュール１２を作成した後、個々に出力電圧特性を測定し、得られた特性データを図１７に示すように上ケース８１にデータマトリックス８９として印刷或いはシール付けすることができる。これにより、カレントトランスモジュール１２を交流機器に採用する際に、データマトリックス８９を読み取って対応する特性データに基づき制御上で特性調整を行なうことができる。これにより、より高精度の出力電圧特性を達成できる。

【0045】

上記カレントトランス１０とケーシング８０との組み合わせにおいて、カレントトランスモジュール１２には、小型化の要請がある。カレントトランスモジュール１２の小型化を図るには、カレントトランス１０の小型化が求められる。カレントトランス１０の小型化するには、図１６、図１８に示すように、ボビン２０に設けられる１次側コイル２６と２次側コイル２７との間を絶縁する上側絶縁壁２２と下側絶縁壁２４の突出高さを低くすることが望まれる。しかしながら、１次側コイル２６と２次側コイル２７との絶縁を図るために、絶縁の沿面距離（絶縁物の表面に沿って測定した最短距離）を確保する必要がある。

【0046】

そこで、本発明では、図１６及び図１８に示すように、ボビン２０は、１次側コイル２６と２次側コイル２７との間に設けられた上側絶縁壁２２と１次側コイル２６との間に上側凹み２３を形成し、他方、上ケース８１には、図１８及び図１９に示すように上側凹み２３に嵌合する上側凸部８３を形成している。

【0047】

そして、カレントトランス１０を上ケース８１に収容したときに、上側凹み２３に上側凸部８３が嵌合し、絶縁壁となって１次側コイル２６と２次側コイル２７の絶縁の沿面距離を長く稼げるようにしている。また、上側凹み２３に上側凸部８３が嵌合することで、ボビン２０を上ケース８１に位置決めできる。

【0048】

さらに、上ケース８１の上面内側には、１次側コイル２６の抜けを抑える当たり部８２として、１次側コイル２６の外形に沿う凹みを形成している。この当たり部８２はカレントトランスモジュール１２をプリント配線板などに実装する際に、１次側コイル２６が浮き上がることを防止する。

【0049】

また、ボビン２０は、図１８に示すように、１次側コイル２６と２次側コイル２７との間に設けられた下側絶縁壁２４と１次側コイル２６との間に下側凹み２５を形成し、他方、図１６、図１８及び図１９に示すように、下ケース８５には下側凹み２５に嵌合する下側凸部８７を形成している。

【0050】

そして、カレントトランス１０を下ケース８５に載置したときに、下側凹み２５に下側凸部８７が嵌合し、絶縁壁となって１次側コイル２６と２次側コイル２７の絶縁の沿面距離を長く稼げるようにしている。

【0051】

これにより、１次側コイル２６と２次側コイル２７の沿面距離を確保しながら、ボビン２０の絶縁壁２２，２４を低くしてカレントトランス１０及びカレントトランスモジュール１２の小型化を達成できる。また、下側凹み２５に下側凸部８７が嵌合することで、ボビン２０を下ケース８５に位置決めできる。

【0052】

また、下ケース８５には、ボビン２０の下面を支える段部８８を設け、下ケース８５にボビン２０が当接さたときにボビン２０の下面を段部８８に当てて、ボビン２０がケーシング８０内で傾くことなく保持されるようにすることが望ましい。

【0053】

さらに、本発明のカレントトランス１０では、出力電圧特性を参照しながらギャップ６０の調整を行なっているから、ギャップ６０の広狭により、コア３０はボビン２０に対して脚部４１の長手方向に遊びを有することになり、中空部２１の貫通方向にスライドしてガタが発生することがある。このため、カレントトランスモジュール１２では、コア３０をボビン２０に対して位置決めすることが望まれる。

【0054】

ボビン２０は、上述のとおり、上側凹み２３と上側凸部８３との嵌合、下側凹み２５と下側凸部８７の嵌合によりケーシング８０に位置決めされている。従って、ケーシング８０に対してコア３０も位置決めできれば、コア３０とボビン２０も相対的に位置決めできる。そこで、本実施形態では、図１８に示すように、ケーシング８０に対してコア３０を位置決めできる構造を採用した。具体的には、上ケース８１は、ボビン２０を位置決めした状態で、一方の内面８４がコア３０に当接し、ボビン２０と上ケース８１の内面８４によってＥ型コア４０の繋ぎ部４３及びＩ型コア５０を挟むようにしている。これにより、本発明のカレントトランスモジュール１２は、コア３０がボビン２０に押し付けられるから、コア３０とボビン２０を位置決めでき、ガタの発生を抑えることができる。

【0055】

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

【実施例】

【0056】

図２１に示す出力電圧測定回路９０にカレントトランス１０を組み込んで出力電圧特性を測定した。出力電圧測定回路９０は、カレントトランス１０の１次側コイル２６を電流計９１と直列接続された交流電源９２に接続し、他方、２次側コイル２７は、抵抗９３と並列に電圧計９４に接続した。発明例として、図１に示すカレントトランス１０を採用した。

【0057】

なお、比較のために、特許文献１の図１に示すＩ型コアを省略したＥ型コア４０のみのカレントトランス１００を比較例１（図２２）、特許文献１の図６に示すＥ型コア４０とＩ型コア５０をワニス等で一体化したカレントトランス１０１を比較例２（図２３）、さらに、Ｅ型コア４０を縦に重ねてブロック状とし、Ｉ型コア５０も縦に重ねてブロック状とし、Ｅ型コア４０のブロック１０３とＩ型コア５０のブロック１０４を突き合わせてワニスで固着したカレントトランス１０２を比較例３（図２４）として作成した。

【実施例1】

【0058】

発明例のカレントトランス１０について、−２５℃、２５℃、８０℃の温度雰囲気において、入力電流（Ａ）を変化させ、出力電圧（Ｖ）を測定した。結果を図２５に示す。図２５を参照すると、本発明のカレントトランス１０は、入力電流に対して各温度雰囲気において出力電圧は比例関係にあり、温度特性にすぐれることがわかる。これは、予めカシメや溶接により一体化されたＥ型コア４０とＩ型コア５０を、第１方向と第２方向から差し込み溶接により一体化してカレントトランス１０を形成したことで、コア３０の一体化のために熱膨張・熱収縮を受け易いワニス、接着剤、樹脂などを使用していないからであり、これにより、熱膨張・熱収縮の影響を可及的に低減できたものである。

【実施例2】

【0059】

発明例のカレントトランス１０（図１）、比較例１のカレントトランス１００（図２２）、比較例２のカレントトランス１０１（図２３）について、２５℃の温度雰囲気において、出力電圧特性を測定した。結果を図２６に示す。図２６を参照すると、発明例は、入力電流に対する出力電圧はほぼ直線状の比例関係にある。しかしながら、比較例１は大電流側で出力電圧が低下している。また、比較例１は、Ｅ型コア４０の脚部先端が開放しているため、脚部間の漏れ磁束が大きくなり、磁気飽和が早くなる問題もある。これを解消するには比較例１はコアのサイズを大きくする必要もある。比較例２は、Ｅ型コア４０とＩ型コア５０をワニスで固定する必要があり、これらの位置ずれによりとくに大電流側で出力電圧が低下していることがわかる。

【実施例3】

【0060】

比較例３のカレントトランス１０２（図２４）について、実施例１と同様に、−２５℃、２５℃、８０℃の温度雰囲気において、出力電圧特性を測定した。結果を図２７に示す。図２７を参照すると、比較例３のカレントトランス１０２は、温度変化により出力電圧特性にばらつきがあることがわかる。これは、温度変化により、コア３０を固定するワニスが熱膨張・熱収縮し、コア３０が線膨張してＥ型コア４０のブロック１０３とＩ型コア５０のブロック１０４との間のギャップが変化したためである。

【0061】

上記実施例１乃至実施例３より、発明例のカレントトランス１０は、比較例に比して、極めて温度特性にすぐれることがわかる。

【符号の説明】

【0062】

１０ カレントトランス
１１ カレントトランスモジュール
２０ ボビン
２１ 中空部
３０ コア
３１ コア部品
３１ａ 第１コア部品
３１ｂ 第２コア部品
４０ Ｅ型コア
５０ Ｉ型コア
６０ ギャップ
８０ ケーシング

【要約】      （修正有）

【課題】温度特性にすぐれ、ギャップ調整により出力電圧を高精度に調整し、公差を小さくできるカレントトランス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】カレントトランス用コア部品３１は、電磁鋼板から形成され、略平行に延びる３本の脚部４１、４２、４１と、脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部と、を有するＥ型コア４０と、電磁鋼板から形成され、繋ぎ部と略同じ長さのＩ型コア５０と、を具え、Ｅ型コア４０の繋ぎ部上にＩ型コア５０を重ねて一体化している。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】