7664082 電子式電力量計

(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】

(24)【登録日】2025-04-09

(45)【発行日】2025-04-17

(54)【発明の名称】電子式電力量計

(51)【国際特許分類】

   G01R 22/06 20060101AFI20250410BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20250410BHJP

【ＦＩ】

G01R22/06 130B

G01R22/06 130Z

H01H9/54 H

H01H9/54 J

H01H9/54 A

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021084472

(22)【出願日】2021-05-19

(65)【公開番号】P2022177995

(43)【公開日】2022-12-02

【審査請求日】2024-04-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000205661

【氏名又は名称】大崎電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104204

【弁理士】

【氏名又は名称】峯岸 武司

(72)【発明者】

【氏名】倉田 尚明

(72)【発明者】

【氏名】渡部 哲平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 直矢

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２０３７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３７２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１５６８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－９０５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３４１０３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１３５２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５６４４４６３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ２１／０６

Ｇ０１Ｒ ３１／３２７

Ｇ０１Ｒ ３１／３３３

Ｈ０１Ｈ ９／００

Ｈ０１Ｈ ３３／００

Ｈ０１Ｈ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

需要家に供給される電圧を測定する電圧測定部と、
需要家に供給される電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部で測定される電圧および前記電流測定部で測定される電流をそれぞれＡＤ変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部でＡＤ変換された電流および電圧から需要家で消費される電力を演算する演算部と、
前記ＡＤ変換部でＡＤ変換される電圧値から需要家に供給される電圧のゼロクロス時点を検出する電圧ゼロクロス時点検出部と、
前記ＡＤ変換部でＡＤ変換される電流値から、または前記演算部で演算される有効電力および無効電力によって算出される瞬時力率から需要家に供給される電流のゼロクロス時点を検出する電流ゼロクロス時点検出部と、
需要家に供給される電流を断続する開閉器の開閉を前記開閉器に出力する制御信号によって制御する開閉器制御部と、
前記開閉器制御部から前記制御信号が出力されて前記開閉器が機械的に動作するまでの動作時間を前記ＡＤ変換部でＡＤ変換される電流値から計測する動作時間計測部と、
需要家に設置される負荷の種類にかかわらず、前記開閉器の閉時は、前記電圧ゼロクロス時点検出部によって検出される電圧の前記ゼロクロス時点よりも前記動作時間計測部によって計測される前記動作時間の前であって、前記開閉器に越流電流が流れなくなるタイミングに、前記開閉器の開時は、前記電流ゼロクロス時点検出部によって検出される電流の前記ゼロクロス時点よりも前記動作時間計測部によって計測される前記動作時間の前であって、前記開閉器にアークを発生させなくするタイミングに、前記開閉器制御部から前記制御信号を出力させて、前記開閉器の接点自体の劣化を抑制させる制御信号出力タイミング調整部と
を備える電子式電力量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷電流を断続する開閉器の開閉を制御する開閉器制御部を備える電子式電力量計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電子式電力量計としては、例えば、特許文献１に開示された電力量計がある。

【0003】

この電力量計は、電路を開閉する複数の開閉器と、電流検出部と、演算部と、開閉器制御部とを備える。演算部は、各開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部によって検出される電流に基づいて、各開閉器の劣化度を演算する。開閉器制御部は、各開閉器の劣化度に基づいて、複数の開閉器のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器を決定し、決定結果に基づいて複数の開閉器を駆動する。

【0004】

この電力量計によれば、複数の開閉器における接点の劣化のばらつきを抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－２０３７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来の電子式電力量計では、複数の開閉器における接点の劣化のばらつきは抑制できるが、接点自体の劣化を抑制することは困難である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
需要家に供給される電圧を測定する電圧測定部と、
需要家に供給される電流を測定する電流測定部と、
電圧測定部で測定される電圧および電流測定部で測定される電流をそれぞれＡＤ変換するＡＤ変換部と、
ＡＤ変換部でＡＤ変換された電流および電圧から需要家で消費される電力を演算する演算部と、
ＡＤ変換部でＡＤ変換される電圧値から需要家に供給される電圧のゼロクロス時点を検出する電圧ゼロクロス時点検出部と、
ＡＤ変換部でＡＤ変換される電流値から、または演算部で演算される有効電力および無効電力によって算出される瞬時力率から需要家に供給される電流のゼロクロス時点を検出する電流ゼロクロス時点検出部と、
需要家に供給される電流を断続する開閉器の開閉を開閉器に出力する制御信号によって制御する開閉器制御部と、
開閉器制御部から制御信号が出力されて開閉器が機械的に動作するまでの動作時間をＡＤ変換部でＡＤ変換される電流値から計測する動作時間計測部と、
需要家に設置される負荷の種類にかかわらず、開閉器の閉時は、電圧ゼロクロス時点検出部によって検出される電圧のゼロクロス時点よりも動作時間計測部によって計測される動作時間の前であって、開閉器に越流電流が流れなくなるタイミングに、開閉器の開時は、電流ゼロクロス時点検出部によって検出される電流のゼロクロス時点よりも動作時間計測部によって計測される動作時間の前であって、開閉器にアークを発生させなくするタイミングに、開閉器制御部から制御信号を出力させて、開閉器の接点自体の劣化を抑制させる制御信号出力タイミング調整部と
を備えて、電子式電力量計を構成した。

【0008】

本構成によれば、制御信号出力タイミング調整部により、開閉器の閉時に、電圧ゼロクロス時点検出部で検出される電圧のゼロクロス時点よりも動作時間計測部によって計測される動作時間の前に、開閉器制御部から開閉器へ制御信号が出力させられる。したがって、開閉器の接点間が閉じる閉時に、電子式電力量計に接続される負荷に電圧が印加されなくなる。このため、開閉器の閉時にその接点間に越流電流が流れなくなり、越流電流に起因して開閉器の接点が溶着しなくなる。

【0009】

また、制御信号出力タイミング調整部により、開閉器の開時に、電流ゼロクロス時点検出部で検出される電流のゼロクロス時点よりも動作時間計測部によって計測される動作時間の前に、開閉器制御部から開閉器へ制御信号が出力させられる。したがって、開閉器は、その開時に、開閉器の接点間に電流が流れていない状態で、接点間を開く。このため、開閉器は、その開時に接点が電流を遮断しないので、電流遮断時に接点間に生じるアークを発生させることなく、接点間を開く。よって、アークによる接点自体の損傷および接点周囲の機構部品へのアーク熱による損傷を招くことなく、開閉器を動作させることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、接点自体の劣化を抑制することが可能な電子式電力量計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態による電子式電力量計のブロック構成図である。

【図2】図１に示す電子式電力量計を構成するＡＤ変換部でＡＤ変換される電流値から動作時間計測部によって算出される開閉器の動作時間を説明するためのグラフである。

【図3】一実施形態による電子式電力量計の外部に設けられて、開閉器の動作時間を計測する外部計測装置と電子式電力量計とのブロック構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明による電子式電力量計を実施するための形態について説明する。

【0017】

図１は、負荷電流Ｉを断続する開閉器１を内蔵する、本発明の一実施形態による電子式電力量計（以下、スマートメータと記す）２のブロック構成図である。本実施形態では、スマートメータ２を単相２線式として図示しているが、スマートメータ２の相線式は単相２線式に限定されず、単相３線式や三相３線式等であってもよい。

【0018】

開閉器１は、スマートメータ２から需要家の負荷４に供給される負荷電流Ｉを断続する接点１ａ，１ｂを有している。スマートメータ２は、交流電源３が接続される電源端子１Ｓ，２Ｓ、および、電気温水器等の負荷４が接続される負荷端子１Ｌ，２Ｌを備える。開閉器１は、電源端子１Ｓおよび負荷端子１Ｌ間におけるスマートメータ２の内部にあり、開閉器１および負荷４に流れる負荷電流Ｉは電流センサ５によって検出される。電流センサ５によって検出される負荷電流Ｉは、中央制御回路６における電流測定部７に入力されて、電流測定部７で測定される。

【0019】

また、交流電源３から電源端子１Ｓ，２Ｓに印加されて、需要家の負荷４に供給される電圧は、保護回路８および降圧回路９を介して、中央制御回路６における電圧測定部１０に入力される。保護回路８はサージ電圧等から中央制御回路６を保護し、降圧回路９は、交流電源３から出力される交流電圧を電圧測定部１０における電圧測定に適した大きさに降圧する。電圧測定部１０は、降圧されたこの電圧から、需要家の負荷４に供給される電圧を測定する。

【0020】

中央制御回路６では、ＡＤ変換部１１により、電圧測定部１０で測定される電圧および電流測定部７で測定される電流がそれぞれＡＤ変換されて、アナログ信号からデジタル信号に変換される。演算部１２は、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換されたデジタル値の電流および電圧から、需要家の負荷４で消費される電力を演算する。本実施形態では、この演算部１２において有効電力および無効電力等が算出され、図示しない表示部に表示される。

【0021】

開閉器１の開閉は、開閉器制御部を構成する開閉器制御回路１３が開閉器１に出力する制御信号ｓによって制御される。中央制御回路６における動作時間計測部１４は、開閉器制御回路１３から制御信号ｓが出力されて開閉器１が機械的に動作するまでの動作時間を、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換される電流値から計測する。具体的には、動作時間計測部１４は、開閉器制御回路１３から制御信号ｓが出力されてから、開閉器１の接点１ａ，１ｂを開閉する開閉機構がその作動を完了して、接点１ａ，１ｂ間が機械的に閉じるまでの動作時間Ｔ１と、開くまでの動作時間Ｔ２とを、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換される電流値から計測する。

【0022】

図２（ａ）および（ｂ）に示す各グラフは、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換される電流値をプロットして得られる負荷電流Ｉの電流波形を示す。同グラフの横軸は時間ｔの経過を図示しないデジタル値で表し、縦軸は電流値Ｉの大きさを図示しないデジタル値で表している。また、同図（ａ）に示すグラフは、開閉器１の接点１ａ，１ｂ間が開いたオープン状態から接点１ａ，１ｂ間が閉じたクローズ状態に遷移するときにおける負荷電流Ｉの電流波形変化を示す。同図（ｂ）に示すグラフは、開閉器１のクローズ状態からオープン状態への遷移時における負荷電流Ｉの電流波形変化を示している。

【0023】

また、各グラフにおける時間ｔ０は、開閉器制御回路１３から制御信号ｓが出力されるタイミングを示し、同図（ａ）のグラフにおける時間ｔ１は、接点１ａ，１ｂ間が機械的に閉じて開閉器１に電流が流れ始めるタイミングを示している。したがって、同図（ａ）のグラフにおける時間ｔ０～ｔ１の期間Ｔ１は、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓが出力されてから、開閉器１の接点１ａ，１ｂ間が機械的に閉じるまでの動作時間Ｔ１を表す。

【0024】

また、同図（ｂ）のグラフにおける時間ｔ２は、接点１ａ，１ｂ間が機械的に開いて開閉器１に流れる電流が遮断されるタイミングを示している。したがって、同図（ｂ）のグラフにおける時間ｔ０～ｔ２の期間Ｔ２は、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓが出力されてから、開閉器１の接点１ａ，１ｂ間が機械的に開くまでの動作時間Ｔ２を表す。

【0025】

中央制御回路６には情報を記憶する記憶部１６があり、動作時間計測部１４により計測されるこれらの動作時間Ｔ１，Ｔ２は、動作時間計測部１４によって記憶部１６に記憶させられる。スマートメータ２の運用中、動作時間計測部１４は、負荷電流Ｉおよび負荷電圧の位相状態および周波数を監視し、開閉器制御回路１３によって開閉器１の開閉が制御されるたびに動作時間Ｔ１，Ｔ２を自動的に計測し、計測されるたびに得られる新たな動作時間Ｔ１，Ｔ２を、記憶部１６に記憶させる。スマートメータ２の製造時には、スマートメータ２に負荷電流Ｉを流した状態で開閉器１が開閉されて、動作時間計測部１４により動作時間Ｔ１，Ｔ２が自動的に計測されて、記憶部１６に記憶される。

【0026】

本実施形態では、開閉器制御回路１３から制御信号ｓが出力されるタイミングｔ０は、制御信号出力タイミング調整部１５によって調整される。制御信号出力タイミング調整部１５は、開閉器１の閉（クローズ）時は、電圧ゼロクロス時点検出部１７で検出される電圧のゼロクロス時点よりも記憶部１６に記憶される動作時間Ｔ１の前に、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓを出力させる。また、開閉器１の開（オープン）時は、電流ゼロクロス時点検出部１８で検出される電流のゼロクロス時点よりも記憶部１６に記憶される動作時間Ｔ２の前に、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓを出力させる。

【0027】

電圧ゼロクロス時点検出部１７は、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換される電圧値から需要家の負荷４に供給される電圧のゼロクロス時点を検出する。電流ゼロクロス時点検出部１８は、ＡＤ変換部１１でＡＤ変換される電流値から、需要家の負荷４に供給される負荷電流Ｉのゼロクロス時点を検出する。または、演算部１２で演算される有効電力および無効電力によって算出される瞬時力率から、電流位相の電圧位相に対する遅れを算出し、この遅れから、需要家の負荷４に供給される負荷電流Ｉのゼロクロス時点を検出する。スマートメータ２が三相３線式等である場合には、電圧および電流のゼロクロス時点が各相毎に検出され、各相毎に上記の動作時間Ｔ１，Ｔ２が計測されて記憶部１６に記憶される。この際、瞬時力率から電流位相の遅れを見る場合には、演算部１２で演算される相毎の有効電力および無効電力によって算出される瞬時力率から、電流位相の電圧位相に対する遅れが各相毎に算出される。

【0028】

このような本実施形態のスマートメータ２によれば、上記のように、制御信号出力タイミング調整部１５により、開閉器１の閉時に、電圧ゼロクロス時点検出部１７で検出される電圧のゼロクロス時点よりも記憶部１６に記憶される動作時間Ｔ１の前に、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓが出力させられる。スマートメータ２が三相３線式等である場合には、各相毎に設けられた開閉器１へ各相毎にこの制御信号ｓが出力させられる。したがって、開閉器１の接点１ａ，１ｂ間が閉じる閉時に、スマートメータ２に接続される負荷４に電圧が印加されなくなる。このため、開閉器１の閉時にその接点１ａ，１ｂ間に越流電流が流れなくなり、越流電流に起因して開閉器１の接点１ａ，１ｂが溶着しなくなる。

【0029】

また、制御信号出力タイミング調整部１５により、開閉器１の開時に、電流ゼロクロス時点検出部１８で検出される電流のゼロクロス時点よりも記憶部に記憶される動作時間Ｔ２の前に、開閉器制御回路１３から開閉器１へ制御信号ｓが出力させられる。この場合にも、スマートメータ２が三相３線式等である場合には、各相毎に設けられた開閉器１へ各相毎にこの制御信号ｓが出力させられる。したがって、開閉器１は、その開時に、接点１ａ，１ｂ間に電流が流れていない状態で、接点１ａ，１ｂ間を開く。このため、開閉器１は、その開時に接点１ａ，１ｂが電流を遮断しないので、電流遮断時に接点１ａ，１ｂ間に生じるアークを発生させることなく、接点１ａ，１ｂ間を開く。よって、アークによる接点１ａ，１ｂ自体の損傷および接点１ａ，１ｂ周囲の機構部品へのアーク熱による損傷を招くことなく、開閉器１を動作させることができる。

【0030】

この結果、接点１ａ，１ｂ自体の劣化を生じさせることなく、開閉器１の開閉制御を行うことができる、スマートメータ２を提供することができる。

【0031】

また、本実施形態のスマートメータ２では、上記のように、動作時間計測部１４が、開閉器制御回路１３によって開閉器１の開閉が制御されるたびに動作時間Ｔ１，Ｔ２を計測し、計測するたびに得られる新たな動作時間Ｔ１，Ｔ２を記憶部１６に記憶させる。制御信号出力タイミング調整部１５は、記憶部１６に記憶される新たな動作時間Ｔ１，Ｔ２を基に、開閉器制御回路１３から制御信号ｓを出力させる。

【0032】

したがって、記憶部１６に記憶される開閉器１の動作時間Ｔ１，Ｔ２は、スマートメータ２の継続使用による開閉器１の経時変化や、スマートメータ２の周囲温度等の外部環境変化による開閉器１への影響に応じた、最新のものに更新される。このため、制御信号出力タイミング調整部１５によって開閉器制御回路１３に対して行われる制御信号ｓの出力タイミングの調整は、常に、スマートメータ２の運用時点、および、スマートメータ２が置かれる外部環境に応じて、最適に行われる。このため、開閉器１の接点１ａ，１ｂの開閉が常に最適なタイミングで行われて、接点１ａ，１ｂ自体の劣化の抑制が効果的に行われる。

【0033】

なお、上記の実施形態では、スマートメータ２の内部で開閉器１の動作時間を計測する場合について説明したが、スマートメータ２の工場出荷前に、図３のブロック構成図に示す製造設備としての動作時間外部計測装置２０をスマートメータ２に接続して、スマートメータ２の外部でも、開閉器１の動作時間を計測するようにしてもよい。なお、図３において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【0034】

この場合、外部計測装置２０にも、スマートメータ２に内蔵されるものと同様な電流測定部７’、電圧測定部１０’、ＡＤ変換部１１’、演算部１２’、動作時間計測部１４’、電圧ゼロクロス時点検出部１７’、および電流ゼロクロス時点検出部１８’を備える。電圧測定部１０’には降圧回路９’で負荷４に供給される電圧を降圧して与え、電流測定部７’にはスマートメータ２内の電流センサ５で検出される電流を与える。そして、動作時間計測部１４’にスマートメータ２の開閉器制御回路１３が出力する制御信号ｓを与え、スマートメータ２と同様にして動作時間計測部１４’で計測される開閉器の動作時間Ｔ１，Ｔ２をスマートメータ２の記憶部１６に記憶させる。電圧ゼロクロス時点検出部１７’、および電流ゼロクロス時点検出部１８’を備えることで、演算部１２’の演算によって負荷４の電圧波形および電流波形を確認することができる。

【0035】

このような動作時間外部計測装置２０を製造設備として備えることで、動作時間外部計測装置２０を構成する電流測定部７’、電圧測定部１０’、ＡＤ変換部１１’、演算部１２’、動作時間計測部１４’、電圧ゼロクロス時点検出部１７’、および電流ゼロクロス時点検出部１８’を精度の高いものにすることができ、動作時間計測部１４’によって開閉器１の動作時間を詳細に精度高く計測できる。したがって、記憶部１６に記憶される精度の高い動作時間Ｔ１，Ｔ２を基に、制御信号出力タイミング調整部１５によって開閉器制御回路１３から制御信号ｓをより正確なタイミングに出力させることができる。

【0036】

また、上記の実施形態によるスマートメータ２は、開閉器１を内蔵する場合について説明したが、開閉器１はスマートメータ２の外部に設けられてもよい。このように開閉器１がスマートメータ２の外部に設けられる場合においても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏され、開閉器１が設けられる設置箇所にかかわらず、開閉器１の接点１ａ，１ｂ自体の劣化を抑制することができる。

【0037】

また、開閉器１の制御装置を構成する動作時間計測部１４、制御信号出力タイミング調整部１５、電圧ゼロクロス時点検出部１７、および、電流ゼロクロス時点検出部１８等は、コンピュータプログラムによるソフトウエアの制御処理、および、電子回路のハードウエア構成のいずれによっても、構成することができる。

【符号の説明】

【0038】

１…開閉器
１ａ，１ｂ…接点
２…電子式電力量計（スマートメータ）
３…交流電源
４…負荷
５…電流センサ
６…中央制御回路
７…電流測定部
１０…電圧測定部
１１…ＡＤ変換部
１２…演算部
１３…開閉器制御回路（開閉器制御部）
１４…動作時間計測部
１５…制御信号出力タイミング調整部
１６…記憶部
１７…電圧ゼロクロス時点検出部
１８…電流ゼロクロス時点検出部
２０…動作時間外部計測装置

【図1】

【図2】

【図3】