(57)【要約】【目的】  生産性に優れ、漏電検出感度の高い零相変流器の提供を目的とする。【構成】  磁心１２とそれに巻回するコイル巻回数が２ターン以上の一次側コイル１３ａ、１３ｂと二次側コイル１４から構成され、電源１５から機器１６への配線は、零相変流器１１の一次側コイル１３ａ、１３ｂを配線経路として使用する。機器１６で漏電が発生し、零相変流器１１の一次側コイル１３ａ、１３ｂを流れる電流に不平衡が発生し、該不平衡による電流差により二次側コイル１４に前記漏電による電流差に対応した出力電圧Ｖｇが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の漏電を検出する一次側コイルと二次側コイルおよびそれらが設けられた磁心とからなる零相変流器において、一次側コイルは磁心に対し磁束を互いに打ち消すよう巻回する２ターン以上の構成あって、該一次側コイルは電源と負荷である機器をつなぐ電源ラインの径路となり、機器の漏電によって発生する電源ラインの往復電流の電流差が、一次側コイルが巻回する同一の磁心に多数巻回する二次側コイルより出力電圧と検出できることを特徴とする零相変流器。
【請求項２】
磁心は、複数のソフトフェライトコアを組み合わせてなる分割型磁心であることを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路に用いられる漏電検地用の零相変流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の零相変流器は例えば図６に示すように、パーマロイ等の高透磁率の軟磁性材料からなるトロイダル磁心６１に二次側コイル６２を多数巻回し、前記トロイダル磁心６１の内径に、電源６３から機器６５への行きと帰りの電源ラインを貫通させる構成である（１ターンずつのコイルを構成）。零相変流器は、機器６５で漏電ｉｇが発生すると、電源ラインに電流差が発生する現象を利用して、漏電を検知するものである。
【０００３】
通常の場合、機器６５に漏電ｉｇが発生することはなく、そのため電源ラインにおいて行き電流ｉ＝帰り電流ｉ’であり、電源ラインが貫通するトロイダル磁心コア６１に磁束は発生しない。しかし、機器６５に異常が起き漏電ｉｇが発生すると、行き電流ｉ−漏電ｉｇ＝帰り電流ｉ’となり、電源ラインに電流差（不平衡）が発生し、電源ラインが貫通するトロイダル磁心６１に磁束６４が発生し、トロイダル磁心６１に多数巻回した二次側コイル６２に電圧Ｖgが発生し、該電圧Ｖgは電源ラインの電流差に比例して発生しており、二次側コイル６２の電圧を監視することにより漏電を検知している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２１２５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６および特許文献１に示す従来技術の零相変流器は、商用電源の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで動作するものであって、そのために二次側コイル６２のインダクタンスを極めて大きくしなければならず、検知する漏洩電流を数ｍＡとした場合は、数Ｈのインダクタンスを必要とした。なお、この大きなインダクタンスを得るには、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚでの透磁率が数万〜数十万の軟磁性材料を用い、さらに、二次側コイルは数百〜千ターンの多数巻回の必要があり、トロイダル磁心に多数巻回することは、多大な工数を必要とし生産の向上を阻害するものであった。
【０００６】
本発明は、以上の問題を鑑み、生産性に優れ量産性に適し、低価格化が可能な零相変流器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、機器の漏電を検出する一次側コイルと二次側コイルおよびそれらが設けられた磁心とからなる零相変流器において、一次側コイルは磁心に対し磁束を互いに打ち消すよう巻回する２ターン以上の構成あって、該一次側コイルは電源と負荷である機器をつなぐ電源ラインの径路となり、機器の漏電によって発生する電源ラインの往復電流の電流差が、一次側コイルが巻回する同一の磁心に多数巻回する二次側コイルより出力電圧と検出できる零相変流器である。
【０００８】
また本発明に使用する磁心は、複数のソフトフェライトコアを組み合わせてなるＥＥ、ＥＩ，ＵＵ形状等の分割型磁心からなる零相変流器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、トロイダルコアと使用したコイル巻回の生産性阻害が解決され、量産性に適し、低価格の零相変流器が提供可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の零相変流器の構成を示す略回路図である。図２は本発明の零相変流器の作用説明の略等価回路である。
【００１１】
本発明の零相変流器は図１に示す通り、磁心１２とそれに巻回する一次側コイル１３ａ、１３ｂと二次側コイル１４から構成され、電源１５から機器１６への配線は、零相変流器１１の一次側コイル１３ａ、１３ｂを配線経路として使用する。本発明の零相変流器１１は、一次側コイル１３ａ、１３ｂが従来の貫通（１ターン）コイルではなく、２ターン以上の巻回コイルと構成し、一次側コイル１３ａ、１３ｂとして設けている。これにより、機器１６で漏電が発生し、一次側コイル１３ａ、１３ｂを流れる電流に不平衡が発生し、その不平衡による電流差（以下、差分電流と云う）により二次側コイル１４に発生する電圧Ｖｇに大きな値を得ることができ、感度に優れた零相変流器にすることができる。
【００１２】
図２に示す略等価回路を用いて本発明の零相変流器の作用を詳しく説明する。機器の漏電によって発生した差分電流ｉ１は、零相変流器２１によって出力電圧Ｖ２が得られる。この時、差分電流ｉ１に対する出力電圧Ｖ２の比α＝Ｖ２／ｉ１が、この変流器２１の感度となり、等価回路から感度αをｉ１とＶ２以外の他のパラメーターで表現すると、以下の数式で表わすことができる。なお、図２におけるに符号は、Ｎ１:一次側コイル、Ｎ２：二次側コイルの巻数、ｆ：電流および電圧の周波数、Ｌ１：一次側コイルのインダクタンス、Ｌ２：二次側コイルのインダクタンス、Ｒ２：二次側コイルの巻線抵抗、ＺＬ：二次側の検出用負荷抵抗、Ｍ：相互インダクタンスである。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
【数２】
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【００１５】
【数３】
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【００１６】
数式１は一次側からみた等価回路、数式２は二次側からみた等価回路である。数式１と数式２より、数式３の零相変流器２１の感度αを導き出した。数式３より、Ｎ１／Ｎ２の比を大きくすることにより感度も大きくなることがわかる。すなわち、従来技術の零相変流器は一次側コイル２２の巻数Ｎ１＝１ターンに固定されているため感度αが小さかったが、一次側コイル２２の巻数Ｎ１を２ターン以上とする本発明の零相変流器は、感度αを大きくすることができ、漏電によって発生する差分電流から、より大きな出力電圧を得ることができる。
【００１７】
また、二次側コイル２２のインダクタンスを比較的小さくしても従来技術と同等の感度を得ることができる。また、使用する磁心に透磁率の低い軟磁性材料が使用でき、従来のパーマロイ等に比べ透磁率が数千〜一万程度と低いソフトフェライト材を使っても、零相変流器を構成することが可能となる。
【００１８】
さらに、突合せ面にギャップを発生して透磁率が下がるために、従来は敬遠されていたＵＵ，ＥＥ形状などの分割型磁心を採用することもでき、これにより従来技術のトロイダル磁心比べコイル巻回作業が大変容易となり、生産性を飛躍的に改善することができる。
【実施例１】
【００１９】
本発明の零相変流器の効果を確認した。図３は本発明の零相変流器の第一実施例の構造斜視図である。図４は零相変流器の特性評価をおこなう測定回路図である。
【００２０】
図３に示す本発明の第１の実施例である零相変流器は、ボビン３４に一次側コイル３１、３２と二次側コイル３３ａ、３３ｂが巻回し、ＵＵ型ソフトフェライトコア３５より構成する。一次側コイル３１、３２が漏電検出用のコイルであり、該一次側コイル３１、３２
の電流差に対して、直列接続する二次側コイル３３ａ、３３ｂより漏電による電圧が得られる。
【００２１】
図４の測定回路は、電圧発振器４１と抵抗Ｒを組み合わせて調整した電流ｉ１１を差分電流として零相変流器の一次側コイルに流す。この時の電流ｉ１１は図３を例にとると、一次側コイル３１、３２の両方に流すのではなく、一次側コイル３１あるいは３２のどちらか一方に流すことで、漏電発生時の現象を再現する。この測定回路を使用する場合の一次側コイルはすべて前記条件である。また、二次側回路中の検出用負荷抵抗ＺＬと並列接続してするコンデンサＣは、商用周波数５０Ｈｚよりも高い周波数成分を除去するためのものである。
【００２２】
特性評価に用いた本発明の零相変流器は、図３に示す第１実施例の零相変流器を使用した。ＵＵ型ソフトフェライトコア３５の寸法は、外形１０ｍｍ×１６ｍｍ−厚さ５ｍｍを使用し、巻数を固定とする二次側コイルはφ０．１ｍｍの５００ターンをボビン３３ａ及び３３ｂにそれぞれ巻回し、二次側コイル１０００ターンとした。また、一次側コイルはφ１．０ｍｍを用い、２ターンから５ターンに可変させて、測定回路によるそれぞれの二次側コイルに発生する電圧を測定した。
【００２３】
なお、図４の測定回路における条件としては、電圧発振器４１より５０Ｈｚの正弦波電圧を発生させて、測定すべき各零相変流器の一次側コイルに５ｍＡｒｍｓの差分電流ｉ１１が流れるように抵抗Ｒで調整し、二次側コイルの出力電圧をオシロスコープＯＳＣで測定した。各零相変流器の測定結果は表１の通りとなった。
【００２４】
また、本発明の零相変流器の効果を明確にするために、上述の第１実施例の零相変流器において、一次側コイルを１ターンで構成したものを比較例とし、さらに、従来技術のトロイダル磁心を使用した零相変流器として、パーマロイ積層鉄心よりなるトロイダル磁心外形φ１３ｍｍ−厚さ３ｍｍに、二次側コイルと貫通（１ターン）の一次側コイルを設けたものを従来技術とし、図４の測定回路での結果を合わせて表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より、本発明例の分割型フェライト磁心を使用して、検出側である一次側コイルの巻数を２ターンとしたもので、従来技術と同等の出力電圧が得られた。さらに、一次側コイルの巻数を３ターン以上とすることで、従来技術より大きな出力電圧が二次側コイルに発生しており、本発明の零相変流器の感度が向上していることがわかる。また、この結果より、実施例１に用いたソフトフェライトよりも透磁率の低い軟磁性材料の使用、二次側コイルの巻数減、零相変流器の小型化等が可能となることがわかる。
【００２７】
図５は本発明の別の実施例として、Ｅ型のフェライト磁心を使用した零相変流器を示す。１つのボビン５４と使用して、中央に二次側コイル５３、その両端に一次側コイル５１、５２を巻回するものである。コイルを設けたボビン５４は、ＥＥ型フェライト磁心５５の中脚に組み込まれる。一次側コイル５１及び５２が電源ラインの経路となり、一次側コイル５１と５２の間の差分電流により、二次側コイル５３より前記差分電流に対する電圧が得られる。
【００２８】
なお、本発明の零相変流器の一次側コイルは、２ターン以上のコイルであれば良く、Ｕ状の導体を使用し回路パターンによって前記Ｕ状導体を接続して２ターン以上のコイルを形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
電気給湯器、自動販売機等の電気機器の安全装置として使用される漏電ブレーカの漏電検出部品として使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の零相変流器の構成を示す略回路図である。
【図２】本発明の零相変流器の作用説明の略等価回路である。
【図３】本発明の零相変流器の第１実施例を示す構造斜視図である。
【図４】零相変流器の特性評価の測定回路である。
【図５】本発明の零相変流器の別の実施例を示す構造斜視図である。
【図６】従来技術の零相変流器とその作用説明の略回路である。
【符号の説明】
【００３１】
１１：零相変流器
１２：磁心
１３ａ、１３ｂ：一次側コイル
１４：二次側コイル
１５：電源
１６：機器
Ｖｇ：出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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