电流互感器模块的制作方法

1.本发明涉及为了各种交流设备的输出控制、过电流保护动作而检测流过设备的电流的电流互感器模块。


背景技术：

2.在如通过家用电源来工作的空调、ih设备那样的大功率电气设备中，为了检测电流，使用电流互感器。电流互感器具有初级侧线圈和次级侧线圈、以及形成这些线圈所共同的磁路的铁芯（例如，参照专利文献1）。在电流互感器中，电流检测电阻连接到次级侧线圈，将设备的电源商用频率向初级侧线圈通电，将经由磁回路根据初级侧的电流变化而产生的次级侧线圈的电流检测用终端电阻两端的电位差检测为电压。设备将该电压导入到微机，控制逆变器电路等，进行设备的输入输出控制。
3.现有技术文献专利文献专利文献1：日本实开昭63-18824号公报。


技术实现要素：

4.发明要解决的课题电流互感器收容在树脂制的壳体中，用作电流互感器模块。电流互感器模块一方面要求小型化，另一方面需要确保初级侧线圈与次级侧线圈的绝缘的爬电距离。
5.本发明的目的是提供一种能够同时实现小型化和绝缘的爬电距离的确保的电流互感器模块。
6.用于解决课题的方案本发明的电流互感器模块，具有：电流互感器，其具有树脂制的线轴和铁芯，所述线轴具有贯通的中空部并且在所述中空部的外周绕线有初级侧线圈和次级侧线圈，所述铁芯的脚部至少插入到所述中空部；以及壳体，其收容所述电流互感器，其中，所述线轴在所述初级侧线圈和所述次级侧线圈之间具有绝缘壁，所述绝缘壁具有凹陷，所述壳体形成有与所述凹陷嵌合的凸部。
7.所述初级侧线圈为u字状，所述次级侧线圈通过卷绕细绕组部件而构成，所述壳体能够凹设有抑制所述u字状的初级侧线圈脱落的抵挡部。
8.能够采用如下的结构：所述壳体由上壳体和下壳体构成，作为所述绝缘壁，在所述线轴具有在与所述上壳体相对的位置具有上侧凹陷的上
侧绝缘壁、在与所述下壳体相对的位置具有下侧凹陷的下侧绝缘壁，作为所述凸部，在所述上壳体具有与所述上侧凹陷嵌合的上侧凸部，在所述下壳体具有与所述下侧凹陷嵌合的下侧凸部。
9.所述抵挡部能够形成在所述上壳体的上表面内侧。
10.此外，本发明的电流互感器模块，具有：电流互感器，其具有树脂制的线轴和铁芯，所述线轴具有贯通的中空部并且在所述中空部的外周绕线有初级侧线圈和次级侧线圈，所述铁芯的脚部至少插入到所述中空部；以及壳体，其收容所述电流互感器，其中，所述铁芯在所述中空部的贯通方向上具有游隙地配置，所述壳体以能定位的方式收容所述线轴，并且以能定位的方式收容所述铁芯，所述线轴与所述铁芯相对地定位。
11.能够采用如下的结构：所述壳体的与所述线轴的所述中空部的贯通方向交叉的一个内表面与所述铁芯抵接，与所述铁芯的外周面平行地形成，所述铁芯与所述内表面进行表面相抵，所述铁芯被推碰到所述线轴，由此，在所述线轴定位所述铁芯。
12.能够采用如下的结构：所述线轴在所述初级侧线圈和所述次级侧线圈之间具有绝缘壁，所述绝缘壁具有凹陷，所述壳体形成有与所述凹陷嵌合的凸部，通过使所述凸部嵌合于所述凹陷，所述线轴被定位在所述壳体。
13.能够采用如下的结构：所述铁芯通过与所述壳体的内表面抵接而被定位在所述壳体。
14.发明效果本发明的电流互感器模块通过电流互感器的线轴和壳体来确保初级侧线圈和次级侧线圈的绝缘的爬电距离，并能够实现线轴、以及电流互感器模块的小型化。
15.此外，本发明的电流互感器模块通过将电流互感器的线轴、铁芯分别定位于壳体，从而能够将线轴和铁芯相对定位。
附图说明
16.图1是示出根据本发明的一个实施方式的电流互感器的立体图；图2是本发明的电流互感器用铁芯部件的分解立体图；图3是通过铆接将e型铁芯和i型铁芯一体化的电流互感器用铁芯部件的（a）立体图、（b）剖视图；图4是通过铆接将e型铁芯和i型铁芯一体化的电流互感器用铁芯部件并且无导孔的实施方式的立体图；图5是通过焊接将e型铁芯和i型铁芯一体化的电流互感器用铁芯部件的立体图，（a）是在端缘实施了焊接的实施方式，（b）是在侧面实施了焊接的实施方式；图6是示出在将电流互感器用铁芯部件组装到电流互感器中时的磁通密度低的区域的俯视图；
图7是示出将电流互感器用铁芯部件插入到绕线有初级侧线圈以及次级侧线圈的线轴的工序的侧视图；图8是示出将电流互感器用铁芯部件插入到该线轴的工序的纵剖视图；图9是示出将所有的电流互感器用铁芯部件插入到线轴并且分别将从第一方向插入的电流互感器用铁芯部件彼此、从第二方向插入的电流互感器用铁芯部件彼此通过焊接而一体化的状态的侧视图；图10是示出调整从第一方向插入而一体化的电流互感器用铁芯部件与从第二方向插入而一体化的电流互感器用铁芯部件之间形成的间隙的工序的侧视图；图11是示出在间隙调整之后将从第一方向插入而一体化的电流互感器用铁芯部件与从第二方向插入而一体化的电流互感器用铁芯部件通过点焊一体化的状态的侧视图；图12是示出在执行间隙调整之后将从第一方向插入的电流互感器用铁芯部件和从第二方向插入的电流互感器用铁芯部件汇总地一体化的实施方式的侧视图；图13是示出改变了层叠电流互感器用铁芯部件时的表里重叠顺序的实施方式的侧视图；图14是隔着间隙相对的e型铁芯和i型铁芯（都是通过冲压冲裁加工制造）的对接部分的放大图，（a）示出剪切面彼此、断裂面彼此对接的实施方式，（b）示出剪切面与断裂面对接的实施方式；图15是示出使从第一方向插入的电流互感器用铁芯部件、从第二方向插入的电流互感器用铁芯部件分别预先分块化而插入到线轴的电流互感器的制造方式的立体图；图16是根据本发明的一个实施方式的电流互感器模块的分解图；图17是电流互感器模块的立体图；图18是电流互感器模块的剖视图；图19是上壳体的仰视图；图20是下壳体的俯视图。
具体实施方式
17.以下，参照附图来说明根据本发明的一个实施方式的电流互感器用铁芯部件31（以下，称为“铁芯部件”）、电流互感器10及电流互感器模块12。
18.图1是根据本发明的一个实施方式的电流互感器10的立体图。如图所示，电流互感器10在卷绕有初级侧线圈26和次级侧线圈27的树脂制的线轴20上安装形成初级侧线圈26和次级侧线圈27的共同磁路的铁芯30而构成。在图示的实施方式中，初级侧线圈26是u字状的绕组构件，次级侧线圈27是卷绕在线轴20上的细绕组构件，用胶带保护外周。
19.铁芯30通过层叠多个铁芯部件31而构成。图2是构成铁芯30的一个铁芯部件31的分解立体图。如图所示，铁芯部件31能够由e型铁芯40和i型铁芯50构成。e型铁芯40和i型铁芯50能够通过对硅钢板等电磁钢板进行冲压冲裁加工而得到。例如电磁钢板能够采用薄板带状的电磁钢板。
20.e型铁芯40具有大致平行地延伸的3个大致矩形形状的脚部41、42、41和连接这些脚部41、42、41的一端的大致矩形形状的连接部43。为了抑制漏磁通，连接部43的宽度尺寸43a优选为比脚部41的宽度尺寸41a长的尺寸。此外，i型铁芯50能够为与连接部43大致相同
大小的大致矩形形状。优选地，用于定位的导孔44、51形成在e型铁芯40和i型铁芯50中。此外，为了使i型铁芯50与e型铁芯40位置对准并容易重叠，i型铁芯50的长尺寸方向的尺寸优选比e型铁芯40的连接部43的长尺寸方向的尺寸小0.1mm~0.3mm。
21.e型铁芯40和i型铁芯50通过将i型铁芯50重叠在e型铁芯40的连接部43上而一体化，从而形成铁芯部件31。关于一体化，例如能够例示图3及图4所示的铆接34、图5所示的焊接35、未图示的粘接。
22.在通过铆接34将e型铁芯40和i型铁芯50一体化的情况下，如图2所示，预先在e型铁芯40或i型铁芯50中的一者形成铆接孔45，在另一者形成榫52，如图3（a）和图3（b）所示，将e型铁芯40和i型铁芯50重叠而使铆接孔45与榫52位置对准来进行铆接34即可。铆接孔45能够在对e型铁芯40或i型铁芯50进行冲压冲裁加工时同时形成。在形成铆接孔45时，为了抑制铁芯30的强度降低、变形，铆接孔45优选地形成在面积大的e型铁芯40中。
23.此外，在通过焊接35将e型铁芯40和i型铁芯50一体化的情况下，如图5（a）所示，以跨越e型铁芯40的连接部43的外侧端缘和i型铁芯50的外侧端缘的方式实施焊接即可。此外，也可以如图5（b）所示，以跨越e型铁芯40的连接部43的两端和i型铁芯50的两端的方式实施焊接35。焊接35能够例示激光焊接、激光焊接、电阻焊接（根据以下说明的焊接也相同），但不限于此。
24.在通过上述焊接35将e型铁芯40和i型铁芯50一体化的情况下，焊接部分及其附近的磁特性有可能降低。因此，如图6所示，焊接35优选在铁芯部件31中磁通密度低的区域46、即e型铁芯40和i型铁芯50的外侧端缘附近的角部及中央部中实施。该区域46是在磁路中磁通密度低的区域，因此即使磁特性稍微降低，也抑制对性能的影响。
25.如图3至图5所示，准备将e型铁芯40和i型铁芯50一体化而成的多个铁芯部件31（电流互感器用铁芯部件准备步骤），铁芯部件31被安装在线轴20上。准备如下那样的线轴20：例如如图7所示，卷绕u字状的初级侧线圈26和用胶带27b保护外周的次级侧线圈27，在线轴20中贯通形成有与这些线圈26、27正交的方向的中空部21（线轴准备步骤）。
26.然后，如图7和图8所示，铁芯部件31通过将中央的脚部42依次插入到线轴20的中空部21而层叠。具体而言，如图所示，铁芯部件31、31交替反向地插入到中空部21。例如，在图7及图8中，将从纸面左向右的方向设为第一方向，将与第一方向相对的从右向左的方向设为第二方向时，首先，关于第一个铁芯部件31，使i型铁芯50向上，从第一方向将e型铁芯40的脚部41、42、41朝向线轴20侧，以使中央的脚部42插入到中空部21的方式使其接近线轴20，将中央的脚部42插入到中空部21。接着，关于第二个铁芯部件31，使i型铁芯50向下，从第二方向将e型铁芯40的脚部41、42、41朝向线轴20侧，以使中央的脚部42插入到中空部21的方式使其接近线轴20，将中央的脚部42插入到中空部21，使第一个铁芯部件31的脚部41、42、41与第二个铁芯部件31的脚部41、42、41重叠。此外，以下，将从第一方向插入的铁芯部件称为第一铁芯部件31a，将从第二方向插入的铁芯部件称为第二铁芯部件31b。然后，通过再次从第一方向插入第一铁芯部件31a、从第二方向插入第二铁芯部件31b，从而如图9所示，第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b以脚部41、42（42未图示）重叠的状态进行层叠（层叠步骤）。
27.由此，能够得到电流互感器10，但是在该状态下，第一铁芯部件31a、第二铁芯部件31b还没有被固定等，而是保持插入到中空部21的样子。因此，为了不使层叠的第一铁芯部
件31a、第二铁芯部件31b散乱，如图9所示，优选使端缘对齐而使第一铁芯部件31a彼此、第二铁芯部件31b彼此分别一体化（一体化步骤）。一体化例如能够采用焊接，如图9中附图标记36所示。焊接36能够例示激光焊接、电阻焊接。此外，也可以通过铆接或粘接等进行一体化。在进行焊接36的情况下，优选在图6中说明的磁通密度低的区域46中实施。
28.如上所述，关于将第一铁芯部件31a彼此、第二铁芯部件31b彼此一体化后的电流互感器10，在第一铁芯部件31a的脚部41、42、41的前端与第二铁芯部件31b的i型铁芯50的内侧端缘之间形成有间隙60。此外，在第二铁芯部件31b的脚部41、42、41的前端与第一铁芯部件31a的i型铁芯50的内侧端缘之间形成有间隙60。该间隙60能够通过从第一方向、第二方向压入第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b来调整间隔（间隙调整步骤）。
29.如图9和图10中箭头所示，间隙60的调整能够通过一边参照电流互感器10的输出电压特性，一边分别从第一方向、第二方向压入第一铁芯部件31a、第二铁芯部件31b来进行。由此，即使发生铁芯的材料磁特性偏差、对铁芯进行热处理的退火工序中的温度偏差，通过进行间隙60的调整，也能够高精度地调整电流互感器10的输出电压，此外，能够尽可能地减小公差。根据本发明，公差在有效值的情况下能够为
±
1%以下，优选为
±
0.5%以下。例如，间隙60能够为0.1mm~0.4mm，优选为0.2mm左右。
30.然后，在间隙60的调整完成后，如图1和图11所示，第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b在位于外侧的脚部41、41重叠的位置处通过焊接37等一体化（一体化步骤）。由此，第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b被一体化，也能够防止暂时调整后的间隙60宽窄变化。此外，由于第一铁芯部件31a彼此、第二铁芯部件31b彼此先一体化，所以用于第一铁芯部件31a与第二铁芯部件31b的一体化的焊接37只需一处或多处的点焊即可。因此，铁芯部件31a、31b的磁特性几乎不会因焊接37而受到影响。
31.关于本发明的电流互感器10，由于第一铁芯部件31a、第二铁芯部件31b能够在不使用清漆、粘接剂、树脂的情况下一体化，所以不会受到它们的热膨胀/热收缩的影响。因此，能够提供温度特性优异的电流互感器10。
32.此外，在上述中，在将第一铁芯部件31a彼此、第二铁芯部件31b彼此分别一体化之后，进行间隙60的调整，并进行第一铁芯部件31a与第二铁芯部件31b的一体化。然而，例如，也可以省略图9的焊接36，在不使第一铁芯部件31a彼此、第二铁芯部件31b彼此一体化的情况下，进行间隙60的调整。在这种情况下，在间隙60的调整之后，如图12所示，对第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b的位于外侧的脚部41、41重叠的位置进行线焊接38即可。由此，能够实现电流互感器10的制造工序的简化。
33.在本发明中，如图11和图12所示，第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b在e型铁芯40的脚部41的大致中央部分中进行焊接37、38。因此，线膨胀的长度被抑制为一半，并且第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b以焊接部37、38为起点在相同方向上线膨胀，因此间隙60几乎不变化。此外，图11的焊接部36和37、图12的焊接部38被形成为与第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b的层叠方向大致平行，因此这些焊接部的因热引起的线膨胀不会影响间隙60的尺寸。
34.此外，在上述中，第一铁芯部件31a全部使i型铁芯50向上、第二铁芯部件31b全部向下，以进行层叠，但例如如图13所示，如果第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b成对，则也可以表里交替、或按照多个对中的每对、进而随机地变化。由此，能够使通过冲压冲裁加
工来制造e型铁芯40、i型铁芯50的情况下的毛刺73、崩落70（参照图14）等引起的厚度偏差均等化。
35.图14（a）及图14（b）是第一铁芯部件31a的e型铁芯40的脚部41、42、41的前端与第二铁芯部件31b的i型铁芯50的内侧端面的对接部分的放大图。在通过冲压冲裁加工来制造e型铁芯40、i型铁芯50的情况下，如图14所示，在e型铁芯40和i型铁芯50的端面，形成有角部呈圆角且光滑的崩落70、通过剪切在板厚方向上形成有筋状痕迹的剪切面71、如材料被剥除那样凹凸剧烈的断裂面72、从端面向冲裁方向突出的锯齿状的毛刺73。然后，如图14（a）所示，将e型铁芯40和i型铁芯50配置成剪切面71、71彼此、断裂面72、72彼此相对，当断裂面72、72彼此对接时，断裂面72、72接触，但在剪切面71、71之间残留有间隙。因此，间隙的调整宽度变小，输出电压的调整宽度也变窄。因此，在e型铁芯40和i型铁芯50彼此对接的情况下，如图14（b）所示，e型铁芯40和i型铁芯50优选以剪切面71和断裂面72相对的方式进行配置。由此，能够减小间隙60，因此能够增大间隙60的调整宽度，增大输出电压的调整宽度，容易地调整。
36.《不同的实施方式》在上述实施方式中，将第一铁芯部件31a、第二铁芯部件31b一个一个地插入到中空部21。但是，也可以例如如图15所示，分别制作预先层叠第一铁芯部件31a并通过焊接或铆接一体化的第一铁芯部件块32a、预先层叠第二铁芯部件31b并通过焊接或铆接一体化的第二铁芯部件块32b，在安装到线轴20时，以使第二铁芯部件31b的脚部41侵入到第一铁芯部件31a、31a的脚部41、41之间、使第一铁芯部件31a的脚部41侵入到第二铁芯部件31b、31b的脚部41、41之间的方式进行啮合。由此，铁芯部件31a、31b不需要在线轴20上一个一个地层叠，因此能够尽可能地简化制造工序。
37.如上得到的电流互感器10例如能够收容在壳体80中，用作电流互感器模块12。图16是电流互感器10和收容其的壳体80的分解立体图，图17是电流互感器10的立体图，图18是电流互感器10的纵剖视图。如图所示，壳体80由上壳体81和下壳体85形成。上壳体81是收容铁芯30和线轴20的下表面开口的框体形状，下壳体85能够是载置线轴20并且堵塞上壳体81的下表面的板状形状。图19中示出上壳体81的仰视图，图20中示出下壳体85的俯视图。
38.在下壳体85中，形成有初级侧线圈26的端子线26a、26a和次级侧线圈27的端子线27a、27a分别延伸的插通孔86a、86b，如图16和图18所示，向插通孔86a、86b插入各端子线26a、26b，在将线轴20定位在下壳体85的状态下嵌入上壳体81，由此能够得到电流互感器模块12。在图17中示出所得到的电流互感器模块12。
39.此外，能够在制作了电流互感器模块12之后，分别测定输出电压特性，如图17所示将得到的特性数据作为数据矩阵89印刷或密封在上壳体81中。由此，当在交流设备中采用电流互感器模块12时，能够读取数据矩阵89，基于对应的特性数据，在控制上进行特性调整。由此，能够实现更高精度的输出电压特性。
40.在上述电流互感器10和壳体80的组合中，对电流互感器模块12要求小型化。为了实现电流互感器模块12的小型化，要求电流互感器10的小型化。为了使电流互感器10小型化，期望降低上侧绝缘壁22和下侧绝缘壁24的突出高度，所述上侧绝缘壁22和下侧绝缘壁24使设置在线轴20的初级侧线圈26和次级侧线圈27之间绝缘（如图16、图18所示）。然而，为了实现初级侧线圈26与次级侧线圈27的绝缘，需要确保绝缘的爬电距离（沿着绝缘物的表
面所测定的最短距离）。
41.因此，在本发明中，如图16和图18所示，线轴20在设置于初级侧线圈26和次级侧线圈27之间的上侧绝缘壁22与初级侧线圈26之间形成上侧凹陷23，另一方面，在上壳体81中，如图18和图19所示，形成与上侧凹陷23嵌合的上侧凸部83。
42.然后，在将电流互感器10收容在上壳体81中时，上侧凸部83嵌合于上侧凹陷23，成为绝缘壁，能够延长初级侧线圈26和次级侧线圈27的绝缘的爬电距离。此外，通过将上侧凸部83嵌合于上侧凹陷23，能够将线轴20定位在上壳体81。
43.此外，在上壳体81的上表面内侧，形成沿着初级侧线圈26的外形的凹陷，作为抑制初级侧线圈26脱落的抵挡部82。当将电流互感器模块12安装到印刷布线板等时，该抵挡部82防止初级侧线圈26脱离。
44.此外，如图18所示，线轴20在设置于初级侧线圈26和次级侧线圈27之间的下侧绝缘壁24与初级侧线圈26之间形成下侧凹陷25，另一方面，如图16、图18及图19所示，在下壳体85中形成与下侧凹陷25嵌合的下侧凸部87。
45.然后，在将电流互感器10载置于下壳体85时，下侧凸部87嵌合于下侧凹陷25，成为绝缘壁，能够延长初级侧线圈26和次级侧线圈27的绝缘的爬电距离。
46.由此，能够在确保初级侧线圈26和次级侧线圈27的爬电距离的同时，降低线轴20的绝缘壁22、24，实现电流互感器10和电流互感器模块12的小型化。此外，通过使下侧凸部87嵌合于下侧凹陷25，能够将线轴20定位在下壳体85。
47.此外，优选的是，在下壳体85中设置支持线轴20的下表面的台阶部88，当线轴20与下壳体85抵接时，线轴20的下表面与台阶部88抵接，线轴20在壳体80内不倾斜地保持。
48.进而，在本发明的电流互感器10中，一边参照输出电压特性，一边进行间隙60的调整，因此，由于间隙60的宽窄，铁芯30相对于线轴20在脚部41的长尺寸方向上具有游隙，有时在中空部21的贯通方向上滑动而产生松动。因此，期望，在电流互感器模块12中，将铁芯30相对于线轴20定位。
49.如上所述，线轴20通过上侧凹陷23与上侧凸部83的嵌合、下侧凹陷25与下侧凸部87的嵌合而定位在壳体80。因此，如果铁芯30也能够相对于壳体80定位，则铁芯30和线轴20也能够相对定位。因此，在本实施方式中，如图18所示，采用了能够相对于壳体80来定位铁芯30的结构。具体而言，上壳体81在将线轴20定位的状态下，一个内表面84与铁芯30抵接，由线轴20和上壳体81的内表面84夹持e型铁芯40的连接部43和i型铁芯50。由此，在本发明的电流互感器模块12中，由于铁芯30被按压到线轴20，所以能够对铁芯30和线轴20进行定位，能够抑制松动的发生。
50.上述说明用于说明本发明，不应理解为限定权利要求书中记载的发明或者限制范围。此外，本发明的各部分结构并不局限于上述实施例，当然能够在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变形。
51.例如，在电流互感器10中，铁芯30由分别将e型铁芯40和i型铁芯50一体化的第一铁芯部件31a和第二铁芯部件31b构成，但是，并不限定于此。
52.附图标记的说明10电流互感器11电流互感器模块
20线轴21中空部22上侧绝缘壁23上侧凹陷24下侧绝缘壁25下侧凹陷30铁芯80壳体81上壳体83上侧凸部84内表面85下壳体87下侧凸部。