WO2021019963A1 - カレントトランス及びカレントトランスの製造方法 - Google Patents

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和宏 笠谷
一左 森
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Definitions

  • the present invention relates to a current transformer that detects a current flowing through a device and a manufacturing method thereof for output control and overcurrent protection operation of various AC devices.
  • a current transformer is used to detect the current in high-power electric devices such as air conditioners and IH devices that are operated by a household power supply.
  • the current transformer includes a primary coil, a secondary coil, and a core forming a magnetic path common to these coils (see, for example, Patent Document 1).
  • a current detection resistor is connected to the secondary coil, the commercial frequency of the power supply of the device is energized in the primary coil, and it is generated according to the current change on the primary side via the magnetic circuit.
  • the potential difference between both ends is detected as a voltage as the end resistance for current detection of the next coil.
  • the device takes the voltage into a microcomputer and controls an inverter circuit or the like to control the input / output of the device.
  • the core of the current transformer is composed of laminated iron cores made of electrical steel sheets.
  • an E-shaped iron core (E-shaped core) and an I-shaped iron core (I-shaped core) are alternately combined and laminated to form a magnetic path.
  • the leakage flux is reduced, the magnetic efficiency is increased, and the decrease in the secondary output voltage due to the increase in the primary current is suppressed.
  • the secondary output voltage varies because the gap formed between the junction surfaces of the E-type core and the I-type core varies.
  • FIGS. 1 and 2 of Patent Document 1 the I-type cores that have been alternately inserted are omitted, and a core in which only the E-type cores are alternately laminated so that the tips of the legs overlap is proposed. Since the current transformer has no gap because the I-type core is omitted, it is not easily affected by thermal expansion and contraction, and has excellent temperature characteristics.
  • the amount of current that can be used in a household power supply is determined by the breaker, so in order to operate these electrical devices at maximum output, the current value is detected and the sum of the current values of these electrical devices is the sum of the breakers. It is necessary to control so that the maximum current value is not exceeded. At this time, if there is an error in the current value detected by the current transformer, the electrical equipment must be operated with a low total current value in anticipation of safety. For this reason, it is required to accurately detect the current value by the current transformer and to increase the output of the electric device to the maximum within the limit range without exceeding the maximum current value of the breaker.
  • the output voltage can also be adjusted by adjusting the gap between the E-type core and the I-type core. However, since there is no gap in the current transformer, the output voltage can be adjusted. Can not. Furthermore, considering the variation in the material magnetic properties of the core and the temperature variation in the annealing process for heat-treating the core, it was necessary to set a large tolerance for the secondary output voltage (for example, the actual value ⁇ 3% to 5%).
  • An object of the present invention is to provide a current transformer having excellent temperature characteristics, adjusting an output voltage with high accuracy by adjusting a gap, and reducing a tolerance, and a method for manufacturing the current transformer.
  • the core component for a current transformer is An E-shaped core having three legs formed from an electromagnetic steel plate and extending substantially in parallel, and a connecting portion connecting the ends of the legs.
  • An I-shaped core made of electrical steel sheet and having approximately the same length as the joint, With The I-type core is superposed and integrated on the connecting portion of the E-type core.
  • the current transformer according to the present invention is A resin bobbin that has a hollow portion that penetrates and is wound with a primary coil and a secondary coil.
  • the central leg portion of the E-shaped core having three legs formed of electrical steel sheets and extending substantially in parallel and a connecting portion connecting the ends of the leg portions is alternately reversed.
  • It is a current transformer that has The core is formed by inserting the core component for a current transformer according to claim 1 into the hollow portion of the bobbin alternately from the first direction and the second direction facing the first direction and laminating them.
  • an E-shaped core Formed by press punching an electromagnetic steel sheet, an E-shaped core having three legs extending substantially in parallel and a connecting portion connecting the ends of the legs, and an electromagnetic steel sheet by press punching.
  • a core component for a current transformer which is provided with an I-type core having substantially the same length as the connecting portion, and which is integrated by superimposing the I-type core on the connecting portion of the E-type core, is attached to the bobbin. It is laminated by alternately inserting it into the hollow portion from the first direction and the second direction facing the first direction.
  • the core component for a current transformer is laminated on the hollow portion of the bobbin alternately from the first direction and the second direction facing the first direction and with the front and back sides reversed, and is laminated with the E-type core. It is desirable that the I-type cores facing each other are arranged so that the drawing directions are opposite to each other.
  • the end faces of the E-type core and the I-type core have rounded corners and a smooth avalanche by press punching, a sheared cross section in which streaky marks are formed in the plate thickness direction by shearing, and the material is peeled off. A fracture surface with severe irregularities and jagged burrs protruding from the end face in the extraction direction are formed.
  • the E-type core and the I-type core can be arranged so that the shear section and the fracture surface face each other.
  • the core components for the current transformer laminated in the hollow portion of the bobbin can be integrated with each other.
  • the core components for the current transformer inserted into the hollow portion of the bobbin from the first direction are integrated with each other in a laminated state.
  • the core components for a current transformer inserted into the hollow portion of the bobbin from the second direction can be integrated with each other in a laminated state.
  • the method for manufacturing a current transformer according to the present invention is as follows.
  • An E-shaped core formed of electrical steel sheets and having three legs extending substantially in parallel, and a connecting portion connecting the ends of the legs, and an I-shaped core formed of electrical steel sheets and having substantially the same length as the connecting portions.
  • the core component preparation step for the current transformer which prepares the core component for the current transformer in which the I-type core is superposed on the connecting portion of the E-type core and integrated.
  • a laminating step in which the leg portion in the center of the E-shaped core of the core component for a current transformer is alternately inserted into the hollow portion of the bobbin from the second direction facing the first direction and laminated.
  • An integration step that integrates the stacked core components for the current transformer, And is included.
  • the method for manufacturing a current transformer is to use an E-shaped core having three legs formed by press punching an electromagnetic steel sheet and extending substantially in parallel, a connecting portion connecting the ends of the legs, and an electromagnetic steel sheet.
  • a current transformer core component is prepared by superimposing the I-type core on the connecting portion of the E-type core and integrating the I-type core.
  • Core component preparation step for transformer A bobbin preparation step for preparing a resin bobbin having a hollow portion that penetrates and winding a primary coil and a secondary coil.
  • the legs at the center of the E-shaped core of the core component for the current transformer are alternately turned from the first direction to the hollow portion of the bobbin from the second direction facing the first direction, and the front and back sides are reversed.
  • the legs of the E-shaped core of the current transformer core component inserted from the first direction by pressing the laminated current transformer core component from the first direction and / or the second direction.
  • a gap adjusting step for adjusting a gap formed between the tip of the leg of the E-shaped core of the component and the edge of the I-shaped core of the current transformer core component inserted from the first direction It is desirable to include.
  • the core component for the current transformer of the present invention is easy to handle because the E-type core and the I-type core are stacked and integrated in advance, and can be easily inserted into the bobbin of the current transformer.
  • the current transformer of the present invention is between the E-type core of the current transformer core component inserted into the bobbin from the first direction and the edge of the I-type core of the current transformer core component inserted from the second direction. It is formed between the E-type core of the current transformer core component inserted from the second direction and the edge of the I-type core of the current transformer core component inserted from the first direction.
  • the gap spacing can be adjusted. Since the gap can be adjusted, the output voltage of the current transformer can be adjusted with high accuracy, and the tolerance can be made as small as possible.
  • the core component for a current transformer integrates an E-type core and an I-type core. Therefore, the current transformer can be manufactured by inserting the current transformer core component into the hollow portion of the bobbin from the first direction and the second direction and integrating the current transformer core components with each other to improve the manufacturing efficiency. Can be done.
  • the spacing between the gaps formed between them can be adjusted. Since the gap can be adjusted, the output voltage of the current transformer can be adjusted with high accuracy, and the tolerance can be made as small as possible.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a core component for a current transformer of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view (a) and a cross-sectional view (b) of a core component for a current transformer in which an E-type core and an I-type core are integrated by caulking.
  • FIG. 4 is a perspective view of an embodiment without a pilot hole, which is a core component for a current transformer in which an E-type core and an I-type core are integrated by caulking.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a core component for a current transformer of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view (a) and a cross-sectional view (b) of a core component for a current transformer in which an E-type core and an I-type core are integrated by caul
  • FIG. 5 is a perspective view of a core component for a current transformer in which an E-type core and an I-type core are integrated by welding, in which (a) is an edge and (b) is a side surface welded. ..
  • FIG. 6 is a plan view showing a region where the magnetic flux density is low when the core component for the current transformer is incorporated in the current transformer.
  • FIG. 7 is a side view showing a process of inserting a core component for a current transformer into a bobbin around which a primary coil and a secondary coil are wound.
  • FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a process of inserting a core component for a current transformer into the bobbin.
  • FIG. 10 shows a step of adjusting a gap formed between a core component for a current transformer inserted and integrated from the first direction and a core component for a current transformer inserted and integrated from the second direction. It is a side view.
  • FIG. 11 shows a state in which the core component for the current transformer inserted and integrated from the first direction and the core component for the current transformer inserted and integrated from the second direction are integrated by spot welding after adjusting the gap. It is a side view which shows.
  • FIG. 12 is a side view showing an embodiment in which the core component for a current transformer inserted from the first direction and the core component for a current transformer inserted from the second direction are integrated after adjusting the gap.
  • FIG. 13 is a side view showing an embodiment in which the front and back stacking order is changed when stacking the core components for the current transformer.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a butt portion of an E-type core and an I-type core (both manufactured by press punching) facing each other with a gap in between, and FIG. 14A is an enlarged view of shear sections and fracture surfaces abutted against each other.
  • An embodiment, (b) shows an embodiment in which a shear section and a fracture surface are butted against each other.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a manufacturing mode of a current transformer in which a core component for a current transformer inserted from the first direction and a core component for a current transformer inserted from the second direction are each previously blocked and inserted into a bobbin.
  • FIG. 16 is an exploded view of the current transformer module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view of the current transformer module.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the current transformer module.
  • FIG. 19 is a bottom view of the upper case.
  • FIG. 20 is a plan view of the lower case.
  • FIG. 21 is a circuit diagram of the current transformer output voltage measuring circuit in the embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view of the current transformer of Comparative Example 1.
  • FIG. 23 is a perspective view of the current transformer of Comparative Example 2.
  • FIG. 24 is a perspective view of the current transformer of Comparative Example 3.
  • FIG. 25 is a graph (Example 1) showing the output voltage characteristics of ⁇ 25 ° C., 25 ° C., and 80 ° C. of the invention example.
  • FIG. 26 is a graph (Example 2) for comparing the output voltage characteristics of Invention Example, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • FIG. 27 is a graph (Example 3) showing the output voltage characteristics of Comparative Example 3 at ⁇ 25 ° C., 25 ° C., and 80 ° C.
  • core component the current transformer core component 31 (hereinafter referred to as “core component”), the current transformer 10, and the current transformer module 12 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current transformer 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the current transformer 10 has a common magnetic path of the primary coil 26 and the secondary coil 27 on the resin bobbin 20 around which the primary coil 26 and the secondary coil 27 are wound. It is configured by mounting the core 30 forming the above.
  • the primary side coil 26 is a U-shaped winding member
  • the secondary side coil 27 is a thin winding member wound around the bobbin 20, and the outer circumference is protected by tape. There is.
  • the core 30 is configured by laminating a plurality of core parts 31.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of one core component 31 constituting the core 30.
  • the core component 31 can be composed of an E-type core 40 and an I-type core 50.
  • the E-type core 40 and the I-type core 50 can be obtained by press-punching an electromagnetic steel sheet such as a silicon steel sheet. For example, a thin strip-shaped electromagnetic steel plate can be adopted.
  • the E-shaped core 40 includes three substantially rectangular legs 41, 42, 41 extending substantially in parallel and a substantially rectangular connecting portion 43 connecting one ends of these legs 41, 42, 41. It is desirable that the width dimension 43a of the connecting portion 43 is longer than the width dimension 41a of the leg portion 41 in order to suppress the leakage flux. Further, the I-type core 50 can have a substantially rectangular shape having substantially the same size as the connecting portion 43. It is desirable that the E-type core 40 and the I-type core 50 have pilot holes 44 and 51 for positioning. Further, in order to align the I-type core 50 with the E-type core 40 and facilitate stacking, the length-wise dimension of the I-type core 50 is smaller than the longitudinal dimension of the connecting portion 43 of the E-type core 40. It is desirable to reduce the size by 1 mm to 0.3 mm.
  • the E-type core 40 and the I-type core 50 form a core component 31 by superimposing the I-type core 50 on the connecting portion 43 of the E-type core 40 and integrating them.
  • Examples of the integration include caulking 34 shown in FIGS. 3 and 4, welding 35 shown in FIG. 5, and adhesion (not shown).
  • a caulking hole 45 is formed in advance in one of the E-type core 40 or the I-type core 50 and a dowel 52 is formed in the other as shown in FIG. , As shown in FIGS. 3A and 3B, the E-type core 40 and the I-type core 50 may be overlapped and the caulking holes 45 and the dowels 52 may be aligned to perform the caulking 34.
  • the caulking hole 45 can be formed at the same time when the E-type core 40 and the I-type core 50 are pressed and punched. When the caulking hole 45 is formed, it is desirable that the caulking hole 45 is formed in the E-shaped core 40 having a large area in order to suppress a decrease in strength or deformation of the core 30.
  • FIG. 5 the outer edge of the connecting portion 43 of the E-type core 40 and the outer edge of the I-type core 50 are shown in FIG. 5 (a). Welding may be performed so as to straddle. Further, as shown in FIG. 5B, welding 35 may be performed so as to straddle both ends of the connecting portion 43 of the E-type core 40 and both ends of the I-type core 50. Welding 35 can exemplify laser welding, laser welding, and resistance welding (the same applies to welding according to the following description), but is not limited thereto.
  • welding 35 is performed in the region 46 having a low magnetic flux density among the core parts 31, that is, in the corners and the center near the outer edge of the E-type core 40 and the I-type core 50. Is desirable. Since the region 46 is a region where the magnetic flux density is low even in the magnetic path, the influence on the performance can be suppressed even if the magnetic characteristics are slightly deteriorated.
  • a plurality of core components 31 formed by integrating the E-type core 40 and the I-type core 50 are prepared (current transformer core component preparation step), and the core component 31 is mounted on the bobbin 20. ..
  • the bobbin 20 is wound with a U-shaped primary coil 26 and a secondary coil 27 whose outer circumference is protected by tape 27b, and the bobbin 20 is orthogonal to these coils 26 and 27.
  • a hollow portion 21 having a penetrating direction is prepared (bobbin preparation step).
  • the core component 31 is laminated by sequentially inserting the central leg portion 42 into the hollow portion 21 of the bobbin 20. Specifically, as shown in the figure, the core parts 31 and 31 are alternately inserted into the hollow portion 21 in the opposite directions.
  • the first core component 31 With the I-type core 50 facing upward, the legs 41, 42, 41 of the E-type core 40 facing the bobbin 20 side from the first direction, and the bobbin so that the central leg 42 is inserted into the hollow portion 21.
  • the central leg portion 42 is inserted into the hollow portion 21 by approaching 20.
  • the I-type core 50 faces downward
  • the legs 41, 42, 41 of the E-type core 40 face the bobbin 20 side from the second direction
  • the central leg 42 The bobbin 20 is approached so as to be inserted into the hollow portion 21, the central leg portion 42 is inserted into the hollow portion 21, and the legs 41, 42, 41 of the first core component 31 and the second core component 31 are inserted.
  • the legs 41, 42, 41 of the above are overlapped.
  • the core component inserted from the first direction will be referred to as a first core component 31a
  • the core component inserted from the second direction will be referred to as a second core component 31b.
  • the first core component 31a and the second core component 31b become the leg portion 41 as shown in FIG. , 42 (42 is not shown) are laminated in a stacked state (lamination step).
  • the current transformer 10 can be obtained by this, but in this state, the first core component 31a and the second core component 31b are not fixed or the like, and are still inserted into the hollow portion 21. Therefore, as shown in FIG. 9, the first core parts 31a and the second core parts 31b are integrated with each other by aligning the edges so that the laminated first core parts 31a and the second core parts 31b do not come apart. It is desirable to do (integration step).
  • the integration can be, for example, welding as shown by reference numeral 36 in FIG. Welding 36 can be exemplified by laser welding and resistance welding. In addition, it may be integrated by caulking or adhesive. When welding 36 is performed, it is desirable to perform welding in the region 46 having a low magnetic flux density described with reference to FIG.
  • the tips of the legs 41, 42, 41 of the first core component 31a and the I-type core of the second core component 31b A gap 60 is formed between the 50 and the inner edge of the 50. Further, a gap 60 is formed between the tips of the legs 41, 42, 41 of the second core component 31b and the inner edge of the I-shaped core 50 of the first core component 31a.
  • the gap 60 can be adjusted by pushing the first core component 31a and the second core component 31b from the first direction and the second direction (gap adjustment step).
  • the tolerance can be made as small as possible. According to the present invention, the tolerance can be ⁇ 1% or less, preferably ⁇ 0.5% or less in terms of actual value.
  • the gap 60 can be 0.1 mm to 0.4 mm, preferably about 0.2 mm.
  • the first core component 31a and the second core component 31b are welded 37 at the overlapping positions of the legs 41 and 41 located on the outer side. Integrate by means of etc. (integration step). As a result, the first core component 31a and the second core component 31b are integrated, and it is possible to prevent the gap 60 once adjusted from changing in width. Since the first core component 31a and the second core component 31b are integrated first, the welding 37 for integrating the first core component 31a and the second core component 31b is performed at one or a plurality of locations. Only spot welding is required. Therefore, the welding 37 has almost no effect on the magnetic characteristics of the core parts 31a and 31b.
  • the first core component 31a and the second core component 31b can be integrated without using a varnish, an adhesive, or a resin, so that they are not affected by thermal expansion and contraction. Therefore, it is possible to provide a current transformer 10 having excellent temperature characteristics.
  • the first core component 31a and the second core component 31b are integrated with each other, and then the gap 60 is adjusted to integrate the first core component 31a and the second core component 31b. ..
  • the welding 36 of FIG. 9 may be omitted, and the gap 60 may be adjusted without integrating the first core parts 31a and the second core parts 31b.
  • the overlapping positions of the legs 41 and 41 located outside the first core component 31a and the second core component 31b may be line-welded 38 as shown in FIG.
  • the manufacturing process of the current transformer 10 can be simplified.
  • the first core component 31a and the second core component 31b are welded 37, 38 at the substantially central portion of the leg portion 41 of the E-shaped core 40. Therefore, the length of the linear expansion is suppressed to half, and the first core component 31a and the second core component 31b linearly expand in the same direction starting from the welded portions 37 and 38, so that the gap 60 does not change substantially. Further, since the welded portions 36 and 37 in FIG. 11 and the welded portions 38 in FIG. 12 are formed substantially parallel to the stacking direction of the first core component 31a and the second core component 31b, the lines due to the heat of these welded portions are formed. Expansion does not affect the size of the gap 60.
  • all the first core parts 31a are stacked with the I-type core 50 facing upward, and all the second core parts 31b are stacked facing downward.
  • the first core part 31a and the first core component 31a As long as the two core parts 31b are paired, the front and back sides may be changed alternately, for each of a plurality of pairs, or even randomly. As a result, it is possible to equalize the variation in thickness due to the burrs 73 and the drool 70 (see FIG. 14) when the E-type core 40 and the I-type core 50 are manufactured by press punching.
  • the E-type core 40 and the I-type core 50 are arranged so that the shear sections 71 and 71 and the fracture surfaces 72 and 72 face each other, and the fracture surfaces 72 and 72 are butted against each other. Then, the fracture surfaces 72 and 72 come into contact with each other, but a gap remains between the shear sections 71 and 71. Therefore, the adjustment range of the gap becomes small, and the adjustment range of the output voltage also becomes narrow. Therefore, when the E-type core 40 and the I-type core 50 are butted against each other, as shown in FIG. 14B, the E-type core 40 and the I-type core 50 have a shear section 71 and a fracture surface 72 facing each other. It is desirable to arrange them in such a manner. As a result, the gap 60 can be reduced, so that the adjustment range of the gap 60 can be widened to widen the adjustment range of the output voltage, and the adjustment can be easily performed.
  • the first core component 31a and the second core component 31b are inserted into the hollow portion 21 one by one.
  • the first core component block 32a and the second core component 31b in which the first core component 31a is laminated in advance and integrated by welding or caulking, are laminated in advance and integrated by welding or caulking.
  • the second core component block 32b is created and mounted on the bobbin 20
  • the legs 41 and the second core component of the second core component 31b are sandwiched between the legs 41 and 41 of the first core components 31a and 31a.
  • the legs 41 of the first core component 31a may be engaged so as to penetrate between the legs 41 and 41 of the 31b and 31b.
  • the core parts 31a and 31b do not need to be laminated one by one on the bobbin 20, so that the manufacturing process can be simplified as much as possible.
  • the current transformer 10 obtained as described above can be housed in the casing 80 and used as the current transformer module 12.
  • 16 is an exploded perspective view of the current transformer 10 and the casing 80 accommodating the current transformer 10
  • FIG. 17 is a perspective view of the current transformer 10
  • FIG. 18 is a vertical sectional view of the current transformer 10.
  • the casing 80 is formed from an upper case 81 and a lower case 85.
  • the upper case 81 has an open housing shape on the lower surface for accommodating the core 30 and the bobbin 20
  • the lower case 85 has a plate shape on which the bobbin 20 is placed and closes the lower surface of the upper case 81. it can.
  • FIG. 19 shows a bottom view of the upper case 81
  • FIG. 20 shows a plan view of the lower case 85.
  • the lower case 85 is formed with insertion holes 86a and 86b into which the terminal wires 26a and 26a of the primary coil 26 and the terminal wires 27a and 27a of the secondary coil 27 are extended, respectively.
  • the current transformer module 12 can be obtained by inserting the terminal wires 26a and 26b into the insertion holes 86a and 86b and fitting the upper case 81 with the bobbin 20 positioned in the lower case 85. The obtained current transformer module 12 is shown in FIG.
  • the output voltage characteristics can be measured individually, and the obtained characteristic data can be printed or sealed on the upper case 81 as a data matrix 89 as shown in FIG.
  • the data matrix 89 can be read and the characteristic adjustment can be performed on the control based on the corresponding characteristic data. As a result, more accurate output voltage characteristics can be achieved.
  • the bobbin 20 has an upper insulating wall 22 and a primary coil 26 provided between the primary coil 26 and the secondary coil 27.
  • An upper concave portion 23 is formed between them, while an upper convex portion 83 that fits into the upper concave portion 23 is formed in the upper case 81 as shown in FIGS. 18 and 19.
  • the upper convex portion 83 fits into the upper recess 23 to form an insulating wall, and the creepage distance between the insulation of the primary coil 26 and the secondary coil 27 is increased. I try to earn a long time. Further, the bobbin 20 can be positioned on the upper case 81 by fitting the upper convex portion 83 into the upper concave portion 23.
  • a recess is formed along the outer shape of the primary coil 26 as a contact portion 82 for suppressing the primary coil 26 from coming off.
  • the contact portion 82 prevents the primary coil 26 from floating when the current transformer module 12 is mounted on a printed wiring board or the like.
  • the bobbin 20 has a lower recess 25 between the lower insulating wall 24 provided between the primary coil 26 and the secondary coil 27 and the primary coil 26.
  • the lower case 85 is formed with a lower convex portion 87 that fits into the lower recess 25.
  • the lower convex portion 87 fits into the lower recess 25 and becomes an insulating wall to insulate the primary coil 26 and the secondary coil 27. I am trying to earn a long creepage distance.
  • the current transformer 10 and the current transformer module 12 can be downsized by lowering the insulating walls 22 and 24 of the bobbin 20 while ensuring the creepage distance between the primary coil 26 and the secondary coil 27. Further, the bobbin 20 can be positioned on the lower case 85 by fitting the lower convex portion 87 into the lower recess 25.
  • the lower case 85 is provided with a step portion 88 that supports the lower surface of the bobbin 20, and when the bobbin 20 comes into contact with the lower case 85, the lower surface of the bobbin 20 is brought into contact with the step portion 88, and the bobbin 20 is the casing 80. It is desirable to hold it without tilting inside.
  • the core 30 since the gap 60 is adjusted with reference to the output voltage characteristic, the core 30 has a play in the longitudinal direction of the leg 41 with respect to the bobbin 20 due to the width of the gap 60. It will be held, and may slide in the penetrating direction of the hollow portion 21 to cause play. Therefore, in the current transformer module 12, it is desirable to position the core 30 with respect to the bobbin 20.
  • the bobbin 20 is positioned on the casing 80 by fitting the upper concave portion 23 and the upper convex portion 83, and fitting the lower concave portion 25 and the lower convex portion 87. Therefore, if the core 30 can also be positioned with respect to the casing 80, the core 30 and the bobbin 20 can also be positioned relative to each other. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 18, a structure capable of positioning the core 30 with respect to the casing 80 is adopted.
  • the current transformer 10 was incorporated into the output voltage measuring circuit 90 shown in FIG. 21 to measure the output voltage characteristics.
  • the output voltage measuring circuit 90 connects the primary side coil 26 of the current transformer 10 to the AC power supply 92 connected in series with the ammeter 91, while the secondary side coil 27 connects to the voltmeter 94 in parallel with the resistor 93. Connected.
  • the current transformer 10 shown in FIG. 1 was adopted.
  • the current transformer 100 having only the E-type core 40 omitting the I-type core shown in FIG. 1 of Patent Document 1 is shown in Comparative Example 1 (FIG. 22) and the E-type core shown in FIG. 6 of Patent Document 1.
  • a current transformer 101 in which the 40 and the I-type core 50 are integrated with a varnish or the like is shown in Comparative Example 2 (FIG. 23).
  • the E-type core 40 is vertically stacked to form a block
  • the I-type core 50 is also vertically stacked to block.
  • a current transformer 102 in which the block 103 of the E-type core 40 and the block 104 of the I-type core 50 were butted against each other and fixed with a varnish was prepared as Comparative Example 3 (FIG. 24).
  • the input current (A) was changed and the output voltage (V) was measured in a temperature atmosphere of ⁇ 25 ° C., 25 ° C., and 80 ° C.
  • the results are shown in FIG.
  • the current transformer 10 of the present invention has an excellent temperature characteristic because the output voltage is proportional to the input current in each temperature atmosphere.
  • the E-type core 40 and the I-type core 50 which have been integrated in advance by caulking or welding, are integrated by insertion welding from the first direction and the second direction to form the current transformer 10, so that the core 30 is integrated.
  • varnish, adhesive, resin, etc. which are susceptible to thermal expansion and contraction, are not used for the purpose of conversion, and the influence of thermal expansion and contraction can be reduced as much as possible.
  • the output voltage characteristics of the current transformer 10 (FIG. 1) of the invention example, the current transformer 100 (FIG. 22) of the comparative example 1, and the current transformer 101 (FIG. 23) of the comparative example 2 were measured in a temperature atmosphere of 25 ° C. The results are shown in FIG. With reference to FIG. 26, in the invention example, the output voltage with respect to the input current has a substantially linear proportional relationship. However, in Comparative Example 1, the output voltage is lowered on the large current side. Further, in Comparative Example 1, since the tip of the leg of the E-shaped core 40 is open, there is a problem that the leakage flux between the legs becomes large and the magnetic saturation becomes fast. In order to solve this, Comparative Example 1 also needs to increase the size of the core. In Comparative Example 2, it is necessary to fix the E-type core 40 and the I-type core 50 with a varnish, and it can be seen that the output voltage is lowered particularly on the large current side due to their misalignment.
  • the output voltage characteristics of the current transformer 102 (FIG. 24) of Comparative Example 3 were measured in the temperature atmospheres of ⁇ 25 ° C., 25 ° C., and 80 ° C. in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. With reference to FIG. 27, it can be seen that the current transformer 102 of Comparative Example 3 has variations in output voltage characteristics due to temperature changes. This is because the varnish that fixes the core 30 thermally expands and contracts due to the temperature change, the core 30 linearly expands, and the gap between the block 103 of the E-type core 40 and the block 104 of the I-type core 50 changes. Because it was done.

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Abstract

本発明は、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。　本発明に係る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、前記脚部の端部を繋ぐ繋ぎ部４３と、を有するＥ型コア４０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５０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。

Description

カレントトランス及びカレントトランスの製造方法
　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及びその製造方法に関するものである。
　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。
　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。
　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。
実開昭６３－１８８２４号公報
　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。
　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。
　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％）。
　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。
　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。
　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。
　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ことが望ましい。
　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することができる。
　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。
　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。
　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。
　上記カレントトランスの製造方法は、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、
　を含むことが望ましい。
　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。
　前記ギャップ調整ステップは、出力電圧特性を参照しながらギャップ調整することが望ましい。
　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。
　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。
　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。
　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は、カレントトランスモジュールの斜視図である。 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は、上ケースの底面図である。 図２０は、下ケースの平面図である。 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は、比較例１のカレントトランスの斜視図である。 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は、比較例３のカレントトランスの斜視図である。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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）。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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

Claims (5)

  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。
  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。
  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。
  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の何れかに記載のカレントトランス。
  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。
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