(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電磁遮蔽板で包まれた一次コイルと、第２電磁遮蔽板で包まれた二次コイルと、前記一次コイルと前記二次コイルとの中間に配置される第３電磁遮蔽板と、前記一次コイルと前記二次コイルとを同軸同芯でないように配置する形状の鉄心と、これらを収納する導電性材料のケースとから構成された雷サージ遮断トランスにおいて、前記ケースには相互に物理的且つ電気的に離して設けられた一次側接地端子、二次側接地端子及び中間接地端子が設けられ、前記一次側接地端子と前記二次側接地端子は夫々対応するリード板を介して前記第１電磁遮蔽板と前記第２電磁遮蔽板に夫々接続され、前記中間接地端子は導電性材料のフレームを介して前記第３電磁遮蔽板に接続されており、更に、前記一次側接地端子、二次側接地端子及び中間接地端子は、帯状の接地用接続導体が接続できるような押さえ板構造の端子であることを特徴とする雷サージ遮断トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線路に侵入して伝導し、精密電子機器、情報機器、自動制御装置等に被害を及ぼす雷サージを遮断し、これらの電気・電子機器等を保護する雷サージ遮断トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、商用電源５からトランスを介して電気機器６に電力を供給する回路に、雷サージ電流がどのように流れるかを説明するための回路図である。そして前記トランスは、一次コイル１、二次コイル２、鉄心３及び静電遮蔽板４とで構成された絶縁トランスである。また、ＬｕとＣｕはＵ相の線路の対地インピーダンスのインダクタンス成分とキャパシタンス成分であり、ＬｖとＣｖはＶ相の線路の対地インピーダンスのインダクタンス成分とキャパシタンス成分である。更に、Ｃｓは一次コイル１と静電遮蔽板４との間、並びに二次コイル２と静電遮蔽板４との間に分布しているキャパシタンスである。
【０００３】
地上に設置されている電気機器等から見れば、雷サージは天空から大地を廻る巨大なループを描くコモンモードノイズである。この雷サージは電線路に侵入した後は、１００％のコモンモードノイズでなく、コモンモードノイズ成分とノーマルモードノイズ成分が複合されたノイズとなる。図６から理解されるように、電線路の対地インピーダンスには往復２線間で必ず著しい差異があり、且つトランスの内部にもインピーダンスとその分布状態に少なからず差異があるために、進行波である雷サージ電流は２線間でそのレベルと位相に著しいズレが生じる。
【０００４】
その結果、トランスの一次コイル１のＵ端子からＶ端子に向かって進行する雷サージ電流Ｉｕとこれとは逆方向に進行する雷サージ電流Ｉｖは、一次コイル１内で大部分が打ち消し合うことができなくなり、これら雷サージ電流の差の成分が一次コイル１内を多量のノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流となって流れることになる。そして、このノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流は、トランス本来の電磁誘導作用によって一次側から二次側に移行する。この電磁誘導によるノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流の二次側への移行は、一次コイル１と二次コイル２の間に配置された静電遮蔽板４では防止できない。静電遮蔽板は電磁誘導には原理的に関与しないからである。
【０００５】
ところで、特開平６−７７０６３号公報には、巻線を施すべき鉄心の入力側から出力側に向けて、鉄心に直接接する第１の絶縁層、入力側巻線、第２の絶縁層、第１の遮蔽板、第３の絶縁層、第２の遮蔽板、第４の絶縁層、第３の遮蔽板、第５の絶縁層、出力側巻線、第６の絶縁層、第４の遮蔽板、第７の絶縁層を配してなる耐雷対策用変圧器が開示されている。要するに、同軸同芯の絶縁変圧器において、内側に入力側コイルを、外側に出力側コイルを配置し、これら入力側コイルと出力側コイルの間に３枚の遮蔽板を絶縁層を挟んで鉄心と同軸に配置し、且つ出力側コイルの外周側にも１枚の遮蔽板を鉄心と同軸に配置して構成された耐雷対策用変圧器である。
この耐雷対策用変圧器は、出力側コイルに接続された電気機器等に対してコモンモードノイズ成分の雷サージの影響を与えないように構成されているものである。従って、ノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流が入力側コイルを流れると、トランス本来の電磁誘導作用によってノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流の二次側への移行が生じる。同軸同芯に配置された入力側コイルと出力側コイルとを有する変圧器において、入力側コイルと出力側コイルの間に配置された３枚の遮蔽板と、且つ出力側コイルの外周側にも配置された１枚の遮蔽板では、多量の高周波成分が含まれているノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流の二次側への移行を阻止できないのである。このように、従来の雷サージ遮断トランスでは、ノーマルモードノイズ成分の雷サージの二次側への移行を阻止することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、雷サージ電流のコモンモードノイズ成分は勿論のこと、高周波成分を多量に含むノーマルモードノイズ成分も確実に遮断できる信頼性の高い雷サージ遮断トランスを提供することである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記課題を解決する雷サージ遮断トランスを、第１電磁遮蔽板で包まれた一次コイルと、第２電磁遮蔽板で包まれた二次コイルと、前記一次コイルと前記二次コイルとの中間に配置される第３電磁遮蔽板と、前記一次コイルと前記二次コイルとを同軸同芯でないように配置する形状の鉄心と、これらを収納する導電性材料のケースとから構成した。そして、前記ケースには相互に物理的且つ電気的に離して設けられた一次側接地端子、二次側接地端子及び中間接地端子を設け、前記一次側接地端子と前記二次側接地端子を夫々対応するリード板を介して前記第１電磁遮蔽板と前記第２電磁遮蔽板に夫々接続し、前記中間接地端子を導電性材料のフレームを介して前記第３電磁遮蔽板に接続した。更に、前記一次側接地端子、二次側接地端子及び中間接地端子は、帯状の接地用接続導体が接続できるような押さえ板構造の端子とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例のケースと端子の部分を簡略化して示した平面図、図４はフレームに組付けた状態の斜視図、図５はフレームに組付けた状態の側面図である。これらの図面に示す如く、本発明の一実施例の雷サージ遮断トランスは、第１電磁遮蔽板で包まれた一次コイル１０と、第２電磁遮蔽板で包まれた二次コイル２０と、これらコイルの磁路となる鉄心３０と、一次コイル１０と二次コイル２０との間に配置された中間電磁遮蔽板４０とから構成された同軸異芯の絶縁トランスを、導電性材料のケース５０に収納して構成されたものである。中間電磁遮蔽板４０はフレーム５１に固着されている。
【００１０】
一次コイル１０は、図２に拡大断面図で示す如く、銅線１１を多層且つ多巻回数に巻回して形成されたコイルの外周面を内側絶縁層１２で被覆し、その上をアルミニウム箔１３で全周にわたって包み、更にその上を外側絶縁層１４で被覆して構成されたコイルである。アルミニウム箔１３は本発明における第１電磁遮蔽板である。また、二次コイル２０も、銅線を多層且つ多巻回数に巻回して形成されたコイルの外周面を内側絶縁層で被覆し、その上をアルミニウム箔で全周にわたって包み、更にその上を外側絶縁層で被覆して構成されたコイルであり、前記アルミニウム箔は本発明における第２電磁遮蔽板として機能するものである。
【００１１】
一次コイル１０と二次コイル２０は、図３に斜視図で示す如く、略ドーナツ形状のコイルである。帯板の接地用リード線１５は、その一端を一次コイル１０を包んでいる第１電磁遮蔽板１３に接続されている。同様に、帯板の接地用リード線２５は、その一端を二次コイル２０の第２電磁遮蔽板に接続されている。一対の一次側リード線１８の夫々の一端は一次コイル１０の銅線１１の巻き始めと巻き終りに夫々接続され、且つその夫々の他端は一対の一次側端子１９に接続されている。同様に、一対の二次側リード線２８の夫々の一端はニ次コイル２０の銅線の巻き始めと巻き終りに夫々接続され、且つその夫々の他端は一対の二次側端子２９に接続されている。
【００１２】
一次コイル１０と二次コイル２０との間の磁路を形成する鉄心３０は、例えば厚さ０．５ｍｍの無方向性珪素鋼板を打ち抜いて製作した所定寸法のＥ型鉄心片とＩ型鉄心片を所定の厚さに積層して形成された一般的なものである。なお、図３には、積層して鉄心を組み立てる前の状態であって、左右に分けて積み重ねた状態のＥ型鉄心片３０ａ、３０ｂが斜視図で示されている。
【００１３】
一対の一次側端子１９と一対の二次側端子２９は、ケース５０の左右の側板に夫々取り付けられている。
【００１４】
一次側接地端子１７と二次側接地端子２７は、ケース５０の左右の側板に夫々絶縁物を介して取り付けられており、更に、フレーム接地端子４１はフレーム５１に取り付けられている。このように、一次側接地端子１７、二次側接地端子２７及びフレーム接地端子４１は、物理的にも電気的にも離してケース５０に取り付けられている。これら３つの接地端子は各々が独立に相手グランド(接地極やシャーシ)に接続されるもので、例えば、一次側接地端子１７は電源の接地極に、二次側接地端子２７は電気機器のシャーシやグランドの導体に、更にフレーム接地端子４１は電気設備の他の接地極に夫々接続される。
【００１５】
一次側接地端子１７は、第１の一次コイルシールド用リード板１５と第２の一次コイルシールド用リード板１６を介して、一次コイル１０を包んでいる第１電磁遮蔽板１３に接続されている。また、二次側接地端子２７は、第１のニ次コイルシールド用リード板２５と第２のニ次コイルシールド用リード板２６を介して、二次コイル２０を包んでいる第２電磁遮蔽板に接続されている。フレーム接地端子４１は、導電性材料のフレーム５１を介して、中間電磁遮蔽板４０に接続されている。
【００１６】
一次側接地端子１７は、図５に具体的に示す如く、着脱可能な幅広の押さえ板１７ａと着脱具１７ｂとから構成されたものである。着脱具１７ｂを構成するボルトは、側板５２に固着されている第２の一次コイルシールド用リード板１６の端部に接触する位置において、側板５２に立設されている。図示しない帯状の接地線、即ち導帯を一次側接地端子１７に接続する場合には、着脱可能な幅広の押さえ板１７ａは着脱具１７ｂのボルトから取り外される。前記導帯の端部が一次側接地端子１７の所定位置に配置された後、前記導帯は着脱可能な幅広の押さえ板１７ａで押さえられ、更に着脱具１７ｂのボルトとナットを締め付けることによって固定される。また、側板５２とは反対側の側板に取付けられた二次側接地端子２７の構造は、上記した一次側接地端子１７の構造と同じく、着脱可能な幅広の押さえ板と着脱具とから構成されたものである。更に、フレーム５１に取付けられているフレーム接地端子４１の構造も、着脱可能な幅広の押さえ板と着脱具とから構成されたものである。
【００１７】
以上、詳細に説明した本発明の一実施例の雷サージ遮断トランスにおいては、コモンモードノイズ成分の雷サージ電流は、夫々が接地端子を介して独立に接地されている第１電磁遮蔽板、第２電磁遮蔽板、及び中間電磁遮蔽板によって遮蔽され、二次側への移行は生じない。
【００１８】
他方、高周波成分を多量に含むノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流は一次コイル１０内を流れるが、この電流による磁束の高周波成分の殆どは、電力用の低周波用材料である鉄心３０の中ではなく、一次コイル１０中の空隙や絶縁物で構成される空心とその周辺の空間を通る。ところが、一次コイル１０中の空隙や絶縁物で構成される空心とその周辺の空間を通る磁束は、一次コイル１０と二次コイル２０が同軸異芯に配置されているので、二次コイル２０とは鎖交し難く、一次側から二次側への電磁誘導は殆ど生じない。従って、高周波成分を多量に含むノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流は、電磁誘導作用によって一次コイル１０から二次コイル２０に殆ど移行することはない。このように、本発明に係る雷サージ遮断トランスにおいては、コモンモードノイズ成分の雷サージ電流も、ノーマルモード成分の雷サージも、一次側から二次側に移行することが確実に阻止される。
【００１９】
上述した如く、本発明に係る雷サージ遮断トランスにおいては、接地導体に導帯を用いるような接地端子構造を採用している。通常のアース線でなく、導帯の接地導体を用いて接地することによって、高周波インピーダンスを小さくできる。高周波インピーダンスの減少によって、コモンモードノイズ成分の雷サージ電流を大地に流し易くすると同時に、導体抵抗による高電圧の発生と、それによる雷サージの放射を低減することができる。
【００２０】
ところで、一次側から二次側への移行が確実に阻止することを説明したが、本発明に係る雷サージ遮断トランスにおいては、二次側から一次側への雷サージ電流の移行も確実に阻止されることは勿論である。
【００２１】
また実施例では、一次コイル１０と二次コイル２０を夫々包んでいる第１電磁遮蔽板と第２電磁遮蔽板にはアルミニウム箔が用いられているが、真空蒸着によって電磁遮蔽板を形成してもよい。また、電磁遮蔽板の材料には、アルミニウム以外の導電材料も勿論利用できる。
【００２２】
更に、鉄心３０に、同軸異芯のトランスを構成する形状の鉄心を用いた実施例を説明したが、異軸異芯のトランスを構成する形状の鉄心、或いは異軸異芯ツイストのトランスを構成する形状の鉄心も用いることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明においては、一次コイルを包んだ第１電磁遮蔽板、二次コイルを包んだ第２電磁遮蔽板、及び前記一次コイルと前記二次コイルとの中間に配置される第３電磁遮蔽板でコモンモードノイズ成分の雷サージ電流の二次側への移行を阻止し、同時に、前記一次コイル並びに二次コイル及び鉄心で同軸異芯、異軸異芯、又は異軸異芯ツイストのトランスを構成してノーマルモードノイズ成分の雷サージ電流の二次側への移行を阻止することができた。従って、従来に比較して構成を複雑化することなく、且つコストアップも殆ど考慮することなく、雷サージ電流のコモンモードノイズ成分は勿論のこと、高周波成分を多量に含むノーマルモードノイズ成分も確実に遮断する信頼性の高い雷サージ遮断トランスが提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケースと端子の部分を簡略化して示した本発明の一実施例の雷サージ遮断トランスの平面図である。
【図２】一次コイルの拡大断面図である。
【図３】一次コイル並びに二次コイル、及び鉄心の斜視図である。
【図４】フレームに組付けた状態の本発明の一実施例の斜視図である。
【図５】フレームに組付けた状態の本発明の一実施例の側面図である。
【図６】雷サージ電流がトランス内を流れる状況を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１    一次コイル
２    二次コイル
３    鉄心
４    静電遮蔽板
５    商用電源
６    電気機器
１０    一次コイル
１１    銅線
１２    絶縁物
１３    一次コイルシールド用アルミニウム箔
１４    絶縁物
１５    一次コイルシールド用リード板
１５、１６    一次コイルシールド用リード板
１７    一次側接地端子
１８    一次コイルのリード線
１９    一次側端子
２０    二次コイル
２５、２６    二次コイルシールド用リード板
２７    二次側接地端子
２８    二次コイルのリード線
２９    二次側端子
３０    鉄心
３０ａ、３０ｂ    鉄心片
４０、４０ａ、４０ｂ    中間電磁遮蔽板
４１    中間接地端子であるフレーム接地端子
５０    ケース
５１    フレーム
【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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