JP6071503B2 - ラッチングリレー及び電力量計 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

特開２００６−１７９３４９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。 実施例２に係るラッチングリレーの正面図である。 （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。 （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。 （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。 比較例１の従来のラッチングリレーの正面図である。 （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。 （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。 （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。 変形例１に係るラッチングリレーの正面図である。 変形例２に係るラッチングリレーの正面図である。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

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。
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。
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。
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。
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。
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。

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