(57)【要約】【課題】  雷サージを抑制するインダクタンス機能を備えた絶縁変圧器のコストダウン、小形軽量化。【解決手段】  二次巻線部２２の外周に巻回する一次巻線２１を、両端の一対の端部巻線２１ａ、２１ｂとその中間の中間巻線２１ｃに区画し、中間巻線２１ｃの両端と各端部巻線２１ａ、２１ｂをそれぞれ中間タップ３１、３２で接続して、各端部巻線２１ａ、２１ｂで雷サージ、外来ノイズの異常電圧を抑制するインダクタンス、ノイズフィルタを構成する。各巻線２１ａ〜２１ｃを鉄心４０に対して加極性で巻回して、一次巻線２１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端側の一対の端部巻線と当該各端部巻線の間の中間巻線とに区画した一次巻線の、前記中間巻線の両端と前記各端部巻線をそれぞれ中間タップで接続すると共に、前記各端部巻線を異常電圧抑制用インダクタとしたことを特徴とする絶縁変圧器。
【請求項２】
前記一対の端部巻線と、当該各端部巻線と積層する他の巻線との間に静電シールドを配備すると共に、前記静電シールドを接地したことを特徴とする請求項１に記載の絶縁変圧器。
【請求項３】
前記中間タップとアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の絶縁変圧器。
【請求項４】
前記一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、前記二次側巻線部と前記一次側のアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けたことを特徴とする請求項３に記載の絶縁変圧器。
【請求項５】
前記一対の端部巻線が、前記中間巻線の絶縁強度より高い高圧絶縁強度巻線であることを特徴とする請求項３に記載の絶縁変圧器。
【請求項６】
前記端部巻線が絶縁電線であることを特徴とする請求項５に記載の絶縁変圧器。
【請求項７】
前記一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、前記端部巻線を一次巻線の最外周とし、且つ前記端部巻線の巻き始めと巻き終わりの引き出し端子側を最外周中央部で隣接させ、他方の中間巻線側を最外周の両側端に設けたことを特徴とする請求項１に記載の絶縁変圧器。
【請求項８】
前記一次巻線における中間巻線の内周側に一方の端部巻線を、同中間巻線の外周側に他方の端部巻線を配備したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁変圧器。
【請求項９】
前記一次巻線における一対の端部巻線と前記中間巻線を共に鉄心に対して加極性の方向で巻回したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電気設備や電気機器の電源系に使用される絶縁変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁変圧器を用いた電源系の耐雷保護方式に、絶縁変圧器の前に耐雷変圧器を設けた耐雷変圧器方式と、絶縁変圧器の一次側にアレスタを対地間に設けたアレスタ方式（例えば、特許文献１参照）がある。前者耐雷変圧器方式は、耐雷保護効果に優れるが、種別の異なる変圧器を二重に設置する必要があるために、設備投資費が高くなると共に、広い設置場所が必要であり、用途が狭く制限される。後者アレスタ方式は、絶縁変圧器の一次巻線とアース端子間に数個のアレスタを接続したもので、アレスタが安価で小形の市販品が使用できることから、電源系が経済的に構成でき、狭い場所にも設置できて実用性に優れる。
【０００３】
また、アレスタ方式の電源系においては、アレスタに大きな雷サージが流れるとアレスタの接地部の電位が２０〜３０ｋＶと上昇して、アレスタの接地と絶縁変圧器の二次側の負荷の接地が完全に分離接地できなく、かつ、二次側の複数の負荷が連接接地し難いような場合は、大きな雷サージに対して負荷を安定して保護することが難しくなる。そこで、大きな雷サージに対し安定した耐雷保護機能を持たせるため、絶縁変圧器の一次側に雷サージのような異常電圧を抑制するインダクタンス（市販品のチョークコイルなど）を介挿することが行われている。このようなインダクタンスを用いたアレスタ方式の電源系の回路例を、図７に示し説明する。
【０００４】
図７は、低圧耐雷絶縁変圧器１を示す。この絶縁変圧器１は、Ｂ種接地された受電変圧器２からの電源線３に接続された一次巻線１１と、負荷１４に接続された二次巻線１３を有する。二次巻線１３が鉄心１２に巻回され、二次巻線１３の外周に一次巻線１１が巻回される。この絶縁変圧器１における耐雷対策は、一次巻線１１の両端と対地間に設けた耐雷保護装置４と、一次巻線１１の両端と電源線３の間に介挿したインダクタンス７で行われる。図７に示す耐雷保護装置４は、各電源線３とアース端子６の間に設けたアレスタ５を備えるが、コンデンサやギャップなどの他の耐雷保護素子を加えた方法でもよい。なお、図７の符号８は接地抵抗である。
【０００５】
図７の電源系において、仮に受電変圧器２の側から大きな雷サージが電源線３に流れると、この雷サージに対してインダクタンス７は以下の働きをする。つまり、雷サ−ジは立ち上がりの速い１０〜１００ｋＨｚ程度の高周波成分の波であるのでインダクタンス７は高いインピ−ダンスとして作用する。従って、この雷サージによる電流は限流される。一方、その印加電圧はインダクタンス７と耐雷保護装置４と接地抵抗８とで分圧されるが雷サ−ジ印加時、耐雷保護装置は低インピ−ダンス化されことから雷サ−ジ電圧は図８の等価回路のように、その電圧の殆どがインダクタンス７に分担される。このことはアレスタ５の絶縁変圧器１側及び接地側の電位上昇が抑制されることにより、負荷１４を大きな雷サージから保護することが容易になり、安定した耐雷保護ができる。また、インダクタンス７は、電源線３に入る外来ノイズのような異常電圧を抑制するノイズフィルタ機能も併せ持つため、負荷１４が特に低電圧機器の場合は、この負荷１４のノイズによる誤動作が抑制される。
【特許文献１】特開平１０−１７０５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示すようなアレスタとインダクタンスを組み込んだ低圧耐雷絶縁変圧器は、低電圧機器を雷サージから保護する機能に優れる。しかし、高い耐雷保護機能を維持するために絶縁変圧器の一次側に少なくとも２個接続するインダクタンスに別品を使用する必要がある。この耐雷保護に使用されるインダクタンスは、アレスタに比べて大形で高価であり、重量も大きいために、インダクタンス機能付き絶縁変圧器が高価となると共に、大形重量化する。なお、このような絶縁変圧器は、アレスタ機能とインダクタンス機能を兼備した多機能、高品質な変圧器として実用価値を有するが、一方、安価で小形軽量化も望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み、品質を落とすことなく安価で小形軽量化が容易な絶縁変圧器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶縁変圧器は、両端側の一対の端部巻線と当該各端部巻線の間の中間巻線とに区画した一次巻線の、中間巻線の両端と各端部巻線をそれぞれ中間タップで接続すると共に、各端部巻線で異常電圧抑制用インダクタを構成したことを特徴とする。
【０００９】
ここで、一次巻線の一対の端部巻線は、一次巻線の巻き始めと巻き終りから同程度の巻数の巻き始め側巻線と巻き終り側巻線で、回路上はこの両端部巻線の間に多い主巻数となる中間巻線が配置される。絶縁変圧器の具体的な構成は、鉄心に二次側の巻線（二次巻線、三次巻線など）を巻回して、この二次側の巻線部の外周上に一次巻線を巻回したもので、この一次巻線を一対の端部巻線と１つの中間巻線の三巻線に区画し、三巻線を２つの中間タップを介して直列に接続する。この一次巻線両端の各端部巻線の巻数を、雷サージや外来ノイズのような異常電圧を抑制するインダクタとしての機能を有する所望の巻数に設定する。このようにすることで、絶縁変圧器の一次巻線の各端部巻線は、雷サージや外来ノイズの無い平常時には中間巻線と共に通常の巻線の機能を発揮して二次側巻線に電圧を誘起させるが、万一雷サージや外来ノイズが入った異常時には外付けの耐雷保護装置と併せて異常電圧を抑制するインダクタンス、ノイズフィルタとして機能する。したがって、本発明変圧器は、一次巻線側にインダクタンスを一体に組み込んだインダクタンス機能・ノイズフィルタ機能付き絶縁変圧器で、従来の別品のインダクタンスを付設した絶縁変圧器から別品のインダクタンスを省略した構造と同等となり、インダクタンス機能・ノイズフィルタ機能付き絶縁変圧器を安価なものにし、かつ、小形軽量なものにする。
【００１０】
本発明においては、一次巻線において、一対の端部巻線と、この各端部巻線と積層する他の巻線との間に静電シールドを配備して、静電シールドを接地する構成とする。この場合、インダクタンスとして作用する端部巻線と他の巻線との間で形成される浮遊容量によりサージ移行電圧からインダクタンスの端部巻線をシールドすることができ、インダクタンス機能、ノイズフィルタ機能の性能向上と安定化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明においては、一次巻線において、中間タップとアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けることができる。ここでの耐雷保護素子はアレスタやギャップ又はコンデンサなどで、少なくとも複数のアレスタを共通のアース端子に一点接地する。このようにすることで、アレスタの雷サージによる接地側の電位上昇が一次巻線の端部巻線のインダクタンス作用によって抑制されて、端部巻線のインダクタンスとしての機能の効率化が図れ、インダクタンスとアレスタの相乗効果による耐雷保護性能が向上する。
【００１２】
本発明においては、一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、二次側巻線部と一次側のアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けることができる。このようにすることで、一次巻線側のアレスタの接地点と二次側巻線部のアレスタの接地点が一点に集約され、絶縁変圧器の一次側の中間巻線と二次側巻線を同電位化することができて、耐雷保護効果がより安定したものとなる。
【００１３】
本発明においては、一次巻線における一対の端部巻線が、中間巻線の絶縁強度より高い高圧絶縁強度巻線にすることができる。この高圧絶縁強度の端部巻線は、絶縁電線や樹脂モールド電線などで構成することができる。雷サージ電圧が一次巻線に加わると、サージ電圧のほとんどがインダクタンスとして作用する巻初めと巻き終りの端部巻線に加わることから、端部巻線を中間巻線より高い高圧絶縁強度巻線にすることで、大きな雷サージに対しても絶縁が安定し、端部巻線のインダクタンス作用が安定する。
【００１４】
本発明においては、一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、前記端部巻線を一次巻線の最外周とし、且つ前記端部巻線の巻き始めと巻き終わりの引き出し端子側を最外周中央部で隣接させ、他方の中間巻線側を最外周の両側端に設けることができる。このようにすることで雷サ−シに対して巻き始めと巻き終わりの引き出し端子側の高電位印加部と鉄心や中間巻線側の低電位部を集約させることができ全体の絶縁設計が容易になり、小形化を可能とする効果を有する。
【００１５】
また、本発明においては、一次巻線における中間巻線の内周側に一方の端部巻線を、同中間巻線の外周側に他方の端部巻線を配備することができる。このように中間巻線の内周側と外周側に一対の端部巻線を配備することで、雷サージが集約して加わることから高圧絶縁強度が必要とする一対の端部巻線が中間巻線を挟んで分離するために、一対の端部巻線の絶縁設計が容易になり、端部巻線のインダクタンス機能が安定する。
【００１６】
また、本発明においては、一次巻線における一対の端部巻線と中間巻線を共に鉄心に対して加極性の方向で巻回することが望ましい。すなわち、一対の各端部巻線と中間巻線が鉄心に誘起させる電圧方向が同一になる加極性でもって各巻線を鉄心に対して巻回して、一次巻線の変圧器として機能させる巻数を各端部巻線と中間巻線の合計数にすることで、変圧器の巻線設計が容易になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、絶縁変圧器における一次巻線の各端部巻線を、雷サージや外来ノイズの異常電圧を抑制するインダクタンス、ノイズフィルタとして機能させることができ、このように機能させることでインダクタンス機能、或いは、ノイズフィルタ機能付きの絶縁変圧器においては、インダクタンスやノイズフィルタを一体に内蔵させた構造とすることができて、インダクタンス機能やノイズフィルタ機能付きの絶縁変圧器の小形軽量化と低コスト化が図れ、狭い場所にも適用できる実用価値に優れた絶縁変圧器が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の各種の実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。
【００１９】
図１（Ａ）は絶縁変圧器２０の概要であり、図１（Ｂ）は絶縁変圧器２０の等価回路である。絶縁変圧器２０は、ＥＩ形の鉄心４０に一次巻線２１と二次巻線２２を巻回したもので、一次巻線２１を巻き始め側の端部巻線２１ａと巻き終わり側の端部巻線２１ｂと、各端部巻線２１ａ、２１ｂの間の中間巻線２２ｃに区画し、一方の端部巻線２１ａと中間巻線２１ｃを中間タップ３１で接続し、他方の端部巻線２１ｂと中間巻線２１ｃを中間タップ３２で接続する。一次巻線２１は、鉄心４０に巻回された二次側の巻線部２２の外周に巻回される。一次巻線２１は巻線両端に引き出し端子３３、３４を有し、二次巻線２２は巻線両端に引き出し端子３５、３６を有する。なお、図１に示す二次側の巻線部２２は二次巻線のみであるが、三次以上の巻線を有する構造も可能であることから、二次側巻線を巻線部２２と称する。
【００２０】
図２は、図１の絶縁変圧器２０を低圧耐雷絶縁変圧器として使用した回路例を示し、絶縁変圧器２０の一次巻線２１から引き出された一対の中間タップ３１、３２と一点のアース端子５３の間にアレスタ５１を設けて耐雷保護装置５０を構成している。図２の符号１４は図７と同様な負荷であり、５４は接地抵抗である。また、図２の受電変圧器２は、図７と同様のもので、電源線３が絶縁変圧器２０の一次巻線２１の巻き始め側の端子３３と巻き終り側の端子３４に接続される。なお、ここでの「巻き始め」と「巻き終り」の用語は、鉄心に巻回された巻線を区分するもので、鉄心に電線を巻き付ける作業の始めと終りを意味しない。二次巻線２２は、両端に引き出し端子３５、３６を有する。
【００２１】
上記絶縁変圧器２０は、一次巻線２１の両端側一対の端部巻線２１ａ、２１ｂの巻数を、雷サージの異常電圧を抑制するインダクタンス作用を有する巻数（５〜１０ターン）程度に設定して、各端部巻線２１ａ、２１ｂをインダクタ、インダクタンスＬとしても使用できるようにしている。このようなインダクタンス機能を有する巻数の端部巻線２１ａ、２１ｂは、外来ノイズの異常電圧を抑制するノイズフィルタの機能も兼備する。雷サージのない平常時の各端部巻線２１ａ、２１ｂは変圧器における一次巻線として機能し、電源線３に雷サージや外来ノイズが入った異常時のみ異常電圧を抑制するインダクタンスやノイズフィルタとして機能する。したがって、絶縁変圧器２０は、一次巻線２１に耐雷保護素子としてのインダクタンスやノイズフィルタを一体に有する構造で、従来の別品のインダクタンスやノイズフィルタのコイル部品を省略した構造となり、別品のコイル部品を省略した分に相応して小形軽量となり、製作コストが低減される。
【００２２】
また、図１（Ａ）に示す絶縁変圧器２０は、鉄心４０に巻回された二次側巻線部２２の外周に一次巻線２１の中間巻線２１ｃを巻回し、この中間巻線２１ｃの外周の両端部に一対の端部巻線２１ａ、２１ｂを隣接させて巻回して、各中間タップ３１、３２を中間巻線２１ｃの両端から取り出した構造を特徴としている。この場合、鉄心４０と端部巻線２１ａ、２１ｂとの間に二次側巻線部２２と一次巻線２１の中間巻線２１ｃが介在して、鉄心４０および中間巻線２１ｃの両端の中間タップ３１，３２と端部巻線２１ａ、２１ｂとの離隔距離が大きく確保できて、大きな雷サージに対する一次巻線２１側の安定した絶縁設計が容易になり、端部巻線２１ａ、２１ｂの雷サージに対するインダクタンス機能が安定する。
【００２３】
図３（Ａ）（Ｂ）は、一次巻線２１の一対の端部巻線２１ａ、２１ｂを中間巻線２１ｃの絶縁強度より高い高圧絶縁強度巻線構造にした実施の形態を示す概念図である。図３（Ａ）は、各端部巻線２１ａ、２１ｂを絶縁電線２４で構成したものを示す。絶縁電線２４は電線を絶縁被膜で被覆したもので、端部巻線２１ａ、２１ｂの全体を安定した高圧絶縁強度にする。また、図３（Ｂ）は、電線の端部巻線２１ａ、２１ｂを樹脂モールド２５で被覆した構成したものを示す。この図３（Ｂ）の場合、端部巻線２１ａ、２１ｂを中間巻線２１ｃと同じ電線が適用できる。図３（Ａ）（Ｂ）のいずれの場合も、耐雷保護対策が有効に行える。すなわち、雷サージ電圧が一次巻線２１に加わると、サージ電圧のほとんどがインダクタンスとして作用する巻初めと巻き終りの端部巻線２１ａ、２１ｂに加わるが、この各端部巻線２１ａ、２１ｂが高圧絶縁強度巻線とすることで、大きな雷サージに対しても絶縁が安定する。そのため、大きな雷サージに対しても各端部巻線２１ａ、２１ｂは常に安定したインダクタンス機能を発揮して、耐雷保護対策が安定して実行される。
【００２４】
図４の実施の形態に示す絶縁変圧器２０は、一次巻線２１の巻線形態を変更したものである。鉄心４０に巻回された二次側巻線部２２の外周に一次巻線２１を、その中間巻線２１ｃの内周側に一方の端部巻線２１ａを配備し、中間巻線２１ｃの外周側に他方の端部巻線２１ｂを配備した形態で巻回する。このような巻回は、図４の巻回方向をもって二次側巻線部２２の外周に端部巻線２１ａ→中間巻線２１ｃ→端部巻線２１ｂの順番で巻回すればよい。
【００２５】
図５に示す実施の形態の絶縁変圧器２０は、一次巻線２１の一対の端部巻線２１ａ、２１ｂと二次側巻線部２２との間に配備した静電シールド２６をアース端子５３に接地している。静電シールド２６は、通常の変圧器の巻線間に使用される銅板などであり、これをアレスタ５１と同じアース端子５３に一点接地することで、雷サージに対してインダクタンスとして作用する端部巻線２１ａ、２１ｂと他の巻線との間で形成される浮遊容量によりサージ移行電圧からインダクタンスＬがシールドされて、端部巻線２１ａ、２１ｂのインダクタンス機能、ノイズフィルタ機能の性能が向上し、安定したものとなる。
【００２６】
図６に示す実施の形態の絶縁変圧器２０は、二次側巻線部２２と一次側の耐雷保護回路５０のアース端子５３との間に耐雷保護素子のアレスタ５１’を配備している。なお、図６に示す二次側巻線部２２は、二次巻線と三次巻線であり、これら二次巻線の両端間と三次巻線の両端間にアレスタを設けるようにしてもよい。このように絶縁変圧器２０のおいて、一次側と二次側をアレスタを介して一点接地することで、一次側と二次側を同電位化することができて、一次巻線２１の各端部巻線２１ａ、２１ｂのインダクタンス機能とアレスタによる耐雷保護効果がより安定したものとなる。
【００２７】
なお、本発明は、低圧耐雷絶縁変圧器に限らず、高圧耐雷絶縁変圧器を含む他の絶縁変圧器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態を示す絶縁変圧器の正面図、（Ｂ）は絶縁変圧器の等価回路図である。
【図２】図１の絶縁変圧器を使用した電源系の等価回路図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の絶縁変圧器における一次巻線の異なる形態を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す絶縁変圧器の正面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示す構成回路図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を示す構成回路図である。
【図７】従来の絶縁変圧器を使用した電源系の構成回路図である。
【図８】図７の等価回路で雷サ−ジが印加された説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
２０    絶縁変圧器
２１    一次巻線
２１ａ、２１ｂ    端部巻線、インダクタ
Ｌ    インダクタンス
２１ｃ    中間巻線
２２    二次側巻線部
２４    絶縁電線
２５    樹脂モールド
２６    静電シールド
３１、３２    中間タップ
３３、３４    引き出し端子
３５    アース端子
４０    鉄心
５０    耐雷保護回路
５１、５１’    アレスタ
【図１】
2005311064.tif 000003
【図２】
2005311064.tif 000004
【図３】
2005311064.tif 000005
【図４】
2005311064.tif 000006
【図５】
2005311064.tif 000007
【図６】
2005311064.tif 000008
【図７】
2005311064.tif 000009
【図８】
2005311064.tif 000010