特許第6071503号(P6071503)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6071503
(24)【登録日】2017年1月13日
(45)【発行日】2017年2月1日
(54)【発明の名称】ラッチングリレー及び電力量計
(51)【国際特許分類】
   H01H 50/04 20060101AFI20170123BHJP
   H01H 47/00 20060101ALI20170123BHJP
【FI】
   H01H50/04 T
   H01H50/04 X
   H01H47/00 C
【請求項の数】6
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2012-269171(P2012-269171)
(22)【出願日】2012年12月10日
(65)【公開番号】特開2014-116184(P2014-116184A)
(43)【公開日】2014年6月26日
【審査請求日】2015年9月30日
(73)【特許権者】
【識別番号】309042071
【氏名又は名称】東光東芝メーターシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100100712
【弁理士】
【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】山本 敦史
(72)【発明者】
【氏名】坂口 亙
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 芳充
(72)【発明者】
【氏名】迫山 光弘
(72)【発明者】
【氏名】金山 高志
【審査官】 岡崎 克彦
(56)【参考文献】
【文献】 特開平05−081986(JP,A)
【文献】 特開2003−178662(JP,A)
【文献】 特開2012−199114(JP,A)
【文献】 特開2003−043076(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01H 45/00−45/14
H01H 47/00
H01H 50/00−59/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルとヨークとを有する電磁石と、
板ばねと、
前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、
前記可動接点と接離する固定接点と、
前記板ばねに接続された可動側端子と、
前記固定接点に接続された固定側端子と、
前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、
前記電磁石の前記ヨークと接離する接極子と、
前記接極子間に配置された永久磁石と、
前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子と、
前記永久磁石の近傍に配置された磁気センサと、
前記磁気センサからの出力に基づき前記板ばねの開閉状態を判定する状態判定部と、
を有し、
前記磁気センサは、前記板ばねの開位置と閉位置との間で且つ前記磁気センサの出力の正負が逆転する位置に取り付けられること特徴とするラッチングリレー。
【請求項2】
前記磁気センサは、前記永久磁石と1対1対応で配置されること特徴とする請求項1記載のラッチングリレー。
【請求項3】
前記永久磁石の一部は、前記接極子から前記磁気センサ側に突出されてなること特徴とする請求項1又は請求項2記載のラッチングリレー。
【請求項4】
コイルとヨークとを有する電磁石と、
板ばねと、
前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、
前記可動接点と接離する固定接点と、
前記板ばねに接続された可動側端子と、
前記固定接点に接続された固定側端子と、
前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、
前記電磁石の前記ヨークと接離する接極子と、
前記接極子間に配置された永久磁石と、
前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子と、
前記板ばねの表面又は裏面に配置され、前記板ばねからの応力により抵抗値が変化する歪みゲージと、
前記歪みゲージからの抵抗値に基づき前記板ばねの開閉状態を判定する状態判定部と、
を有し、
前記板ばねの無応力状態における位置を、前記板ばねの開位置と閉位置との間に設定したことを特徴とするラッチングリレー。
【請求項5】
前記歪みゲージは、前記板ばねの両面に対向して配置されていることを特徴とする請求項4記載のラッチングリレー。
【請求項6】
電力供給設備に接続される入力端子と、
負荷に接続される出力端子と、
リレー駆動信号により前記入力端子と前記出力端子とを接続する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載されたラッチングリレーと、
前記負荷で使用される電流を検出する電流検出部と、
前記負荷で使用される電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部で検出された電流と前記電圧検出部で検出された電圧とに基づき電力を演算する電力演算部と、
を備えることを特徴とする電力量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力量計に用いられる開閉器に好適なラッチングリレー及び電力量計に関する。
【背景技術】
【0002】
ラッチングリレーは、開閉動作時のみ電力を必要とし、開状態および閉状態を保持するのに、電力を必要としない省電力型のリレーである。ラッチングリレーは、制御系の指示に基づいて駆動コイルに一定の電力を供給することにより開閉状態を反転させるが、設置回路の保全上、確実に駆動したか否かを識別することが必要な場合も多い。リレーの開閉状態を識別するためには、極間電圧を測定する方法が最も簡便な方法である。
【0003】
また、上記方法とは別の方法でリレーの開閉状態を識別する方法として、例えば、特許文献1に開示されているラッチングリレーのように、リレーが開閉責務を負う主回路とは別の回路を備え、この別の回路を主回路接点と連動させて開閉する、いわゆる補助接点を併設する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−179349号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した極間電圧を測定する方法は、主回路と並列な測定回路に少なくとも測定時には電流が流れるという問題がある。適用用途によっては、経済性及び安全性の理由から、このような分流を許容しない場合がある。
【0006】
一方、特許文献1の補助接点方式では、主回路とは独立した回路を設けているため、少なくとも安全性の問題は回避することができる。しかし、補助接点にも接触圧力を与える必要があるため、駆動機構の負担が増大してリレーが大型化する。また、補助接点及びその駆動機構の設置スペースの分だけさらにリレーが大型化してしまい、リレーを小型化することが困難である。
【0007】
本発明の課題は、開閉状態を識別することができ、しかも小型化を図れるラッチングリレー及び電力量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、第1の発明に係るラッチングリレーは、コイルとヨークとを有する電磁石と、板ばねと、前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、前記可動接点と接離する固定接点と、前記板ばねに接続された可動側端子と、前記固定接点に接続された固定側端子と、前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、前記電磁石の前記ヨークと接離する接極子と、前記接極子間に配置された永久磁石と、前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子と、前記永久磁石の近傍に配置された磁気センサと、前記磁気センサからの出力に基づき前記板ばねの開閉状態を判定する状態判定部とを有し、前記磁気センサは、前記板ばねの開位置と閉位置との間で且つ前記磁気センサの出力の正負が逆転する位置に取り付けられることを特徴とする。
【0009】
また、第2の発明に係るラッチングリレーは、コイルとヨークとを有する電磁石と、板ばねと、前記板ばねの先端付近に取り付けられた可動接点と、前記可動接点と接離する固定接点と、前記板ばねに接続された可動側端子と、前記固定接点に接続された固定側端子と、前記可動側端子と前記可動接点との間に配置され、前記板ばねを挟んで係合する係合部材と、前記電磁石の前記ヨークと接離する接極子と、前記接極子間に配置された永久磁石と、前記係合部材、前記接極子、前記永久磁石を一体化して回動軸を中心に前記電磁石の作用により回動させ、前記永久磁石の磁力により前記接極子を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子と、前記板ばねの表面又は裏面に配置され、前記板ばねからの応力により抵抗値が変化する歪みゲージと、前記歪みゲージからの抵抗値に基づき前記板ばねの開閉状態を判定する状態判定部とを有し、前記板ばねの無応力状態における位置を、前記板ばねの開位置と閉位置との間に設定したことを特徴とする。
【0010】
また、第3の発明の電力量計は、電力供給設備に接続される入力端子と、負荷に接続される出力端子と、リレー駆動信号により前記入力端子と前記出力端子とを接続する請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載されたラッチングリレーと、前記負荷で使用される電流を検出する電流検出部と、前記負荷で使用される電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出された電流と前記電圧検出部で検出された電圧とに基づき電力を演算する電力演算部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のラッチングリレーによれば、ラッチングリレーの板ばねに歪みゲージを配置又は永久磁石近傍に磁気センサを配置することにより、開閉状態を識別することができ、しかも小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】(a)は実施例1に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例1に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、(c)は実施例1に係るラッチングリレーの溶着開状態を示す図である。
図2】実施例2に係るラッチングリレーの正面図である。
図3】(a)は実施例3に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例3に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、(c)は実施例3に係るラッチングリレーの溶着開状態を示す図、(d)は実施例3に係るラッチングリレーの開極状態と閉極状態との間の状態を示す図である。
図4】(a)は実施例4に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例4に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
図5】(a)は実施例5に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例5に係るラッチングリレーが閉極状態におけるホール素子の出力電圧が正となる領域と負となる領域との境界を示す図、(c)は実施例5に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、(d)は実施例5に係るラッチングリレーが開極状態におけるホール素子の出力電圧が正となる領域と負となる領域との境界を示す図である。
図6】比較例1の従来のラッチングリレーの正面図である。
図7】(a)は実施例6に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例6に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
図8】(a)は実施例7に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例7に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
図9】(a)は実施例8に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、(b)は実施例8に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
図10】変形例1に係るラッチングリレーの正面図である。
図11】変形例2に係るラッチングリレーの正面図である。
図12】実施例9に係るラッチングリレーを備えた電力量計を示す構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態に係るラッチングリレー及び電力量計について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1(a)は実施例1に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図1(b)は実施例1に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、図1(c)は実施例1に係るラッチングリレーの溶着開状態を示す図である。
【0015】
図1に示すラッチングリレーは、コイル1aと磁性体からなるヨーク1bとを有する電磁石1と、板ばね2と、板ばね2の先端付近に取り付けられた可動接点3と、可動接点3と接離する固定接点4と、可動接点3と板ばね2とに接続された可動側端子5と、固定接点4に接続された固定側端子6と、可動側端子5と可動接点3との間の位置で板ばね2を引っ掛けてまたは挟んで係合する係合部材7a,7bと、電磁石1のヨーク1bと接離する接極子8と、接極子8間に配置された永久磁石9と、係合部材7a,7b、接極子8、永久磁石9を一体化して回動軸10aを中心に電磁石1の作用により回動させ、永久磁石9の磁力により接極子8を開状態位置および閉状態位置に保持する駆動子10と、板ばね2の表面又は裏面に配置され、板ばね2との接触圧力により抵抗値が変化する歪みゲージ11と、歪みゲージ11からの抵抗値に応じた電圧を検出する電圧検出部12と、電圧検出部12で検出された電圧に基づき板ばね2の開閉状態を判定する状態判定部13とを有している。
【0016】
板ばね2には可動接点3が取り付けられ、板ばね2は、係合部材7aと係合部材7b間のスリットに差し込まれている。図1(a)に示すように、駆動子10が閉極位置にある状態では、板ばね2の上面に配置された歪みゲージ11は、縮み方向に変形する。図1(b)に示すように、駆動子10が開極位置にある状態では、歪みゲージ11は、ほぼ歪みなしの状態となる。
【0017】
一方、駆動子10が開極位置にある状態にあっても、可動接点3が溶着した状態では、図1(c)に示すように、歪みゲージ11は、伸び方向に変形する。
【0018】
閉極/開極/溶着(駆動子開極位置)によって、歪みゲージ11の変形状態が異なるので、歪みゲート11の抵抗値が変化する。電圧検出部12は、歪みゲージ11からの抵抗値に応じた電圧を検出し、状態判定部13は、電圧検出部12で検出された電圧に基づき板ばね2の開閉状態を判定する。即ち、閉極/開極/溶着の3つの状態を識別することができる。
【0019】
また、歪みゲージ11及びその配線材は、リレーの部材間隙に全て収容することができるので、リレーを小型化することができる。
【0020】
このように、実施例1のラッチングリレーによれば、ラッチングリレーの板ばね2に歪みゲージ11を1個配置することにより、開閉状態を識別することができ、しかも小型化を図れる。
【実施例2】
【0021】
図2は、実施例2に係るラッチングリレーの正面図である。実施例2に係るラッチングリレーは、図2に示すように、歪みゲージ11a,11bを、板ばね2の両面に対向して配置したことを特徴とする。
【0022】
このように歪みゲージ11a,11bを、板ばね2の両面に対向して配置したので、歪みゲージ11a,11bの出力は、倍増することから、閉極/開極/溶着の3つの状態の識別精度が向上する。
【実施例3】
【0023】
図3(a)は実施例3に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図3(b)は実施例3に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、図3(c)は実施例3に係るラッチングリレーの溶着開状態を示す図、図3(d)は実施例3に係るラッチングリレーの開極状態と閉極状態との間の状態を示す図である。
【0024】
実施例3に係るラッチングリレーでは、図1に示す構成に対して、図3(d)に示すように、板ばね2の無応力状態における位置を、板ばね2の開位置(図3(b))と閉位置(図3(a))との間に設定したことを特徴とする。
【0025】
このため、接点の裏面側に歪みゲージ11を取り付けた場合、歪みゲージ11は閉極状態では縮み方向に変形し、開極状態では伸び方向に変形する。従って、板ばね2の開閉状態が変化すると、歪みゲージ11の出力電圧の正負が逆転するので、板ばね2の開極又は閉極の状態を容易に識別できる。
【0026】
また、溶着時には、歪みゲージ11は、伸び方向に大きく変形し、出力電圧が大きくなるため、通常の開極状態とは異なり、溶着状態を識別することができる。
【実施例4】
【0027】
図4は(a)は実施例4に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図4(b)は実施例4に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。図4に示す実施例4に係るラッチングリレーは、永久磁石9の近傍に配置されたホール素子14と、ホール素子14からの出力に基づき板ばね2の開閉状態を判定する状態判定部13とを有することを特徴とする。
【0028】
ホール素子14は、本発明の磁気センサに対応し、永久磁石9からの磁界を電圧に変換し、変換された電圧を状態判定部13に出力する。なお、ホール素子14に代えて、磁気センサの一例として磁界の大きさに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いても良い。また、磁気センサとして、ホール素子、磁気抵抗素子以外のセンサを用いても良い。
【0029】
ホール素子14と永久磁石9との相対位置は、図4(a)、図4(b)に示すように、駆動子10の動作に伴って変化する。このため、ホール素子14を貫く磁束も変化するので、ホール素子14から出力される電圧も変化する。このため、予め駆動子10の開位置と閉位置とにおけるホール素子14の電圧値の大小により、板ばね2の開閉状態を識別することができる。
【0030】
また、ホール素子14のサイズは、ラッチングリレーのサイズに比較して極めて小さく、リレーを小型化することができる。
【実施例5】
【0031】
図5(a)は実施例5に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図5(b)は実施例5に係るラッチングリレーが閉極状態におけるホール素子の出力電圧が正となる領域と負となる領域との境界を示す図、図5(c)は実施例5に係るラッチングリレーの開極状態を示す図、図5(d)は実施例5に係るラッチングリレーが開極状態におけるホール素子の出力電圧が正となる領域と負となる領域との境界を示す図である。
【0032】
実施例5に係るラッチングリレーは、ホール素子14が、板ばね2の開位置と閉位置との間で且つホール素子14の出力の正負が逆転する位置に取り付けられていることを特徴とする。
【0033】
図5(b)、図5(d)に示すように、ホール素子14の出力電圧が正となる領域と負となる領域との境界15を点線で示した。図5(a)に示すように板ばね2が閉位置の場合、図5(b)に示すように、ホール素子14は境界14の外であるので、負電圧となる。また、図5(c)に示すように板ばね2が開位置の場合、図5(d)に示すように、ホール素子14は境界14内にあるので、正電圧となる。即ち、板ばね2が開位置と閉位置とでホール素子14の電圧の出力値の正の位置と負の位置とが異なっている。
【0034】
このため、ホール素子14の出力の正負が逆転する位置にホール素子14を配置することにより、予めホール素子の電圧値を調べておかなくても状態判定部13によって、出力電圧の正負を判定する。この判定結果により、板ばね2の開状態又は閉状態の位置にあるのかを識別することができる。
【0035】
(比較例1)
図6は補助接点を用いて状態識別する従来のラッチングリレーの正面図である。図6に示す従来のラッチングリレーでは、補助接点16と補助接点端子17とその駆動部分のスペースだけリレーの外形は大きくなる。また、補助接点16の接触圧力及び駆動力を余分に発生する必要があるため、コイル1a、永久磁石9も大きくなり、リレーはさらに大型化してしまう。
【実施例6】
【0036】
図7は(a)は実施例6に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図7(b)は実施例6に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
【0037】
図4及び図5に示す実施例4,5では、永久磁石9の両磁極が接極子8で覆われているため、磁束の大部分は接極子8及びヨーク1bを流れており、ホール素子14は、一部の漏れ磁束を測定しているに過ぎない。
【0038】
実施例6に係るラッチングリレーは、図7(a)に示すように、永久磁石9の一部を、接極子8からホール素子14側に突出させたこと特徴とする。
【0039】
実施例6に係るラッチングリレーは、永久磁石9の一部を、接極子8からホール素子14側に突出させたので、ホール素子14側に漏れ出す磁束を積極的に増大させることができ、ホール素子14の出力が大きくなるため、検出感度が大幅に向上する。
【実施例7】
【0040】
図8は(a)は実施例7に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図8(b)は実施例7に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
【0041】
実施例4乃至実施例6では、開閉状態保持用の永久磁石9を用いてホール素子14の出力の変化から開閉状態を識別する例を示したが、図8に示す実施例7では、開閉状態保持用の永久磁石9とは別に開閉状態識別用の永久磁石18を駆動子10上に設け、この永久磁石18近傍にホール素子14を配置したことを特徴とする。
【0042】
図8(a)に示す板ばね2の開位置と図8(b)に示す板ばね2の閉位置とで、永久磁石18からホール素子14を貫く磁束量が異なるので、ホール素子14の出力が異なる。従って、実施例4の効果と同様な効果が得られる。
【実施例8】
【0043】
図9(a)は実施例8に係るラッチングリレーの閉極状態を示す図、図9(b)は実施例8に係るラッチングリレーの開極状態を示す図である。
【0044】
図9に示す実施例8では、図8に示す実施例7に対して、ホール素子14を容器外側で且つ永久磁石18の略真上に配置したことを特徴とする。実施例8では、永久磁石18とホール素子14との距離が板ばね2の開閉動作により変化するので、ホール素子14の出力値を予め調べておくことにより、板ばね2の開閉状態を識別できる。
【0045】
上記実施例では、1個のラッチングリレーの板ばね2の開閉状態を識別したが、例えば、図10に示すような変形例1に係るラッチングリレーでも良い。図10に示す変形例は、面対称となるように作成され且つ連動して開閉する2個のラッチングリレーを対称面で重ね合わせ、2個のラッチングリレーの側面に1個のホール素子14を配置している。このように、1個のホール素子14により板ばね2の開閉状態を識別することもできる。
【0046】
また、図11に示す変形例2のように、1個の駆動子10を用いて2個のラッチングリレーを一体化し、1個のホール素子14により板ばね2の開閉状態を識別することもできる。
【実施例9】
【0047】
図12は実施例9に係るラッチングリレーを備えた電力量計を示す構成ブロック図である。図12に示す電力量計23は、電力供給設備21に電力線22を介して接続される入力端子30、負荷24に接続される出力端子31、電流検出部32、電圧検出部33、入力端子30と出力端子31とに接続されるラッチングリレー340、開閉状態判定部341、リレー制御回路35、中央演算部36、表示部37、不揮発性メモリ38、通信コネクタ39を備える。ラッチングリレー340は、実施例1乃至実施例8に係るラッチングリレーのいずれかのラッチングリレーからなる。
【0048】
電流検出部32は、需要家の負荷24にて使用される使用電流(A1)を検出し、使用電流に応じた電気信号に変換し出力する。電圧検出部33は被測定系の電圧を検出する部分であり、電圧トランスやアテネッタ等の分圧抵抗器等により構成されており、需要家の負荷24にて使用される使用電圧(V1)を検出し、使用電圧に正比例した低レベルの電圧信号に変換し出力する。
【0049】
中央演算部36は、デジタル乗算回路やDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等により構成され、電流検出部32により検出された電流と電圧検出部33により検出された電圧とに基づいて、電力量を演算する。表示部37は、液晶表示器等により構成され、使用量データを表示する。
【0050】
リレー制御回路35は、ラッチングリレー34を駆動させることにより入力端子30と出力端子31とを接続して電力供給設備21からの電力を負荷24に供給する。不揮発性メモリ38は、中央演算部36で演算された使用量データを記憶する。通信コネクタ39は、電力量計23と外部との通信を行なうためのコネクタである。
【0051】
このように、ラッチングリレー340を用いた電力量計によれば、実施例1乃至実施例8に係るラッチングリレーを用いたので、実施例1乃至実施例8に係るラッチングリレーの効果が得られるとともに、電力量計を小型化できる。
【符号の説明】
【0052】
1 電磁石
1a コイル
1b ヨーク
2 板ばね
2a 板ばね固定端
3 可動接点
4 固定接点
5 可動側端子
6 固定側端子
7 係合部材
7a 上部係合部材
7b 下部係合部材
8 接極子
9 永久磁石
10 駆動子
10a 駆動子回動軸
11 歪みゲージ
12 電圧検出部
13 状態判定部
14 ホール素子
15 境界
16 補助接点
17 補助接点端子
18 永久磁石
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12