专利名称：电能表的制作方法
技术领域：
本发明涉及对被测量系统(measured system )的使用电量(electric energy consumption )进行领'J量的电肯fe表(electric energy meter )。
背景技术：
在电费的付款时使用对用户的电力使用量进行测量的电能表。电 能表根据基于法规的审核制度而确定有效期间(validity period )。如 果过了有效期间则需要更换电能表。在更换时，需要从供电用导线 (electric supply line)卸下所安装的电能表，但如果卸下电能表，则 供电用导线变得游离，难以进行更换操作。另外，更换操作也有在通 电状态下进行的情况，难以进行更换操作。考虑到提高更换操作的操 作性，还提出了主体单元(main unit)和端子单元(terminal unit) 分离的电能表(日本特开昭62 - 12869号公报)。
发明内容
在现有的电能表中，在更换时需要进行端子单元的许多螺钉的装 卸操作，在频繁进行更换时，操作变得繁瑣。因此，本发明的目的就 在于提供一种能够容易地进行更换操作的电能表。
本发明的第一方面提供一种具备下述端子单元和下述测量单元的 电能表。上述端子单元具有将从外部电源(external power source )供 给的电流导入到负载(load)的多个电流线、设置在上述多个电流线 中的至少一个上而将流过负载的电流变换为与该电流成正比的磁场的 线圏。上述测量单元具有产生与由上述线團变换出的磁场成正比的电 压的霍尔元件(hall element)、检测上述多个电流线的电压的电压检 测单元、以及根据由上述霍尔元件产生的电压和由上述电压检测单元检测出的电压计算出消耗电量的计算单元。
本发明的第二方面提供一种具备下述端子单元和下述测量单元的
电能表。上述端子单元具有将从外部电源(external power source )供 给的电流导入到负载(load)的多个电流线、设置在上述多个电流线 中的至少一个上而将流过负载的电流变换为与该电流成正比的磁场的 线團、以及对由上述线圏产生出的磁场进行传导的第一磁性体。上述 测量单元具有产生与由上述线團变换出的磁场成正比的电压的霍尔元 件、将与上述第一磁性体组合而由上述线围产生出的磁场传导到上述 霍尔元件的第二磁性体、检测出上述多个电流线的电压的电压检测单 元、以及根据由上述霍尔元件产生出的电压和由上述电压检测单元检 测出的电压计算出消耗电量的电能表算单元。
图l是本发明的电能表的实施例1的分离斜视图。
图2A是实施例1的端子单元的正面图。
图2B是图2A中的IIB — IIB线截面图。
图3A是实施例1的测量单元的背面图。
图3B是图3A中的IIIB - IIIB线截面图。
图4A是实施例2的端子单元的正面图。
图4B是图4A中的IVB — IVB线截面图。
图5A是实施例2的测量单元的背面图。
图5B是图5A中的VB - VB线截面图。
具体实施例方式
以下，说明本发明的电能表的实施例。
参考图1~3B说明本发明的电能表的实施例1。本实施例的电能 表是单相二线式的。
如图1所示，组合端子单元(terminal unit) 100和测量单元 (measurement unit) 150而构成电肯巨表。
5测量单元150内置有测量并显示使用电量(electric energy consumption)的测量电路等。另外，通过螺钉152a、 152b将测量单 元150的固定部件151a、 151b分别固定在端子单元100的固定部件 101a、 101b上。测量单元150能够从端子单元IOO装卸。
接着，基于图2A、 2B说明端子单元100的构造。另外，为了能 够很好地看到单元内部，图2A图示了除去了单元的外板的一部分的 状态。
如图2A所示那样，端子单元壳体(terminal unit casing) 201由 树脂等构成，保持各部件。第一侧电源侧用端子(first supply terminal) 202由导电性金属构成，连接有与外部电源连接的第一侧电源侧导线 (first supply line )。第 一侧负栽侧用端子(first load terminal) 203 由导电性金属构成，连接有与用户侧负栽连接的第 一侧负栽侧导线。 第二侧电源侧用端子204由导电性金属构成，连接有与外部电源连接 的第二侧电源侧导线。第二侧负载侧用端子205由导电性金属构成， 连接有与用户侧负载连接的第二侧负载侧导线。
第一侧电流线206由1根铜线等构成。第一侧电流线206的一端 与第一侧电源侧用端子202连接，另一端与第一侧负载侧用端子203 连接。第一侧电流线206将电流从电源侧连通到负载侧。在第一侧电 流线206的中间具有线圏207。线圏207可以巻为1圏也可以巻成多 團。第一侧电流线206被端子单元壳体201覆盖，无法从外部直接目 视到。端子单元壳体201具有树脂厚度薄的线圏容纳部件(coil recess) 208,如图2B所示那样，线圏207向前偏移使得容纳在线圏容纳部件 208中。
第二侧电流线209由1根铜线等构成。笫二侧电流线209的一端 与第二侧电源侧用端子204连接，另一端与第二侧负载侧用端子205 连接。第二侧电流线209将电流从电源侧连通到负载侧。
接着，根据图3A、 3B说明测量单元150的构造。另外，图3A图 示了除去了单元的外板的一部分的状态，使得能够很好地看到单元内 部。如图3A所示那样，测量单元壳体251由聚碳酸脂等经得住风雨的 树脂构成，覆盖内部电子部件等。在印刷基板(printed circuit board: PCB) 252上安装(mount)电子部件等。
霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d由半导体构成。霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d被封装在元件封装253e内。元件封装253e被安装 在PCB252上。霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d接近端子单元100 内的线團207。从第一侧电源侧用端子202流向第一侧负载侧用端子 203的电流通过霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d被变换为成正比的 电压。
第一侧电压端子254由导电性金属构成。第一侧电压端子254与 端子单元100内的第一侧电流线206电连接。经由第一侧电压端子254 检测出从外部向第一侧电源侧用端子202供给的电压。第一侧电压端 子254通过端子单元100的导通孔255与第一侧电流线206接触。第 一侧电压端子254通过金属材料所具有的弹性而维持接触状态。
第二侧电压端子256由导电性金属构成。第二侧电压端子256与 端子单元100内的第二侧电流线209电连接。经由第二侧电压端子256 检测出从外部向第二侧电源侧用端子204供给的电压。第二侧电压端 子256通过端子单元100的导通孔257与第二侧电流线209接触。第 二侧电压端子256通过金属材料所具有的弹性而维持接触状态。 电能表算部件(processing unit) 258由A - D变换器、微计算机 等半导体部件等构成。电能表算部件258将由霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d输出的电压(与从第一侧电源侧用端子202流向第一侧负 载用端子203的电流成正比的电压)、第一侧电源侧用端子202和第 二侧电源侧用端子204之间的电压(由第一侧电压端子254和第二侧 电压端子256检测出)相乘而计算出被测量系统的使用电量。电能表 算部件258显示计算出的使用电量。
接着，说明本实施例的动作。
端子单元100 ^L安装在用户家的屋子墙面等上。第一侧电源侧用 端子202和第二侧电源侧用端子204分别与来自供电>^司的供电线连接。第一侧负载侧用端子205和第二侧负栽侧用端子205与向屋内的 负载供给电力的供电线连接。在电能表的有效期结束时和变更供电公 司时等，端子单元100被保留在屋子墙面上，而只更换测量单元150。 通过将旧的测量单元150从端子单元100卸下，将新的测量单元150 安装到端子单元100上，来进行更换。
说明测量单元150的安装。首先，将测量单元150与安装在屋子 墙面上的端子单元100重合。接着，用螺钉152a、 152b将测量单元 150的固定部件151a、151b固定在端子单元100的固定部件101a、101b 上。螺钉152a、 152b是带金属丝的密封螺钉(tamper 一 evident screw )。 金属丝(未图示)被固定在小片(tab )102a、 102b上而进行密封(tamper -evident seal)，保证不会未密封(unseal)。通过上述那样的步骤 而将测量单元150固定在端子单元100上。
如果将测量单元150固定在端子单元100上，则测量单元150的 第一侧电压端子254和第二侧电压端子256通过设置在端子单元100 上的导通孔255和导通孔257，分别与第一侧电流线206和第二侧电 流线209电连接。经由第一侧电压端子254和第二侧电压端子256， 由电能表算部件258检测出第一侧电源侧用端子202和第二侧电源侧 用端子204之间的电压。
另外，测量单元150的霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d与端子 单元100的线圏207磁结合(magnetically coupled),检测出与流过 第一侧电流线206的电流对应的磁通，产生与电流成正比的电压。由 电能表算部件258检测出该电压。
霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d在一个基板上被配置在相互对 称的位置上，它们的输出信号被并联连接。这样的被配置在一个基板 上的霍尔元件的连接方式被称为直角连接(orthogonal connection )， 能够减轻霍尔元件的偏移电压产生的影响。进而，形成在一个基板上 的霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d被容纳在元件封装253e中。另 外，用直流电压源(未图示)驱动霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d。
霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d被配置在端子单元100的线圉的207的内缘的外侧，并且在外缘的内侧。霍尔元件253a、 253b 、 253c、 253d检测与芯片面(chip plane )平行的磁场。通过将霍尔元件253a、 2S3b、 253c、 253d配置在上述的位置上，能够将霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d配置在线围207产生的磁力线内，能够得到强的磁结合。
端子单元壳体201的线围容纳部件208的树脂厚度薄，因此能够 得到霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d和线圏207之间的强的磁结合。
接着，说明卸下测量单元150的情况。如上述那样，电能表由于 用于电费的付款，所以根据法规等设置有有效期。在有效期结束时必 须进行更换。另外，在电能表故障时也需要进行更换。在卸下测量单 元150时，首先将密封螺钉的金属丝(未图示)从小片102a、 102b 卸下，卸下对端子单元100和测量单元150进行固定的螺钉152a、 152b。接着，将测量单元150从端子单元IOO分离。第一侧电压端子 254和第二侧电压端子256分别只与第一侧电流线206和第二侧电流 线209接触，霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d与线圏207磁结合。 因此，如果卸下2个螺钉152a、 152b，则能够将测量单元150从端子 单元100卸下。
参考图4A 5B说明实施例。另外，本实施例的电能表是单相二线 式的。另外，图4A、 5A图示了除去了单元的外板的一部分的状态， 使得能够很好地看到单元内部。
在实施例1中，由端子单元100的线圏207产生的磁场直接施加 在测量单元150的霍尔元件253a、 253b、 253c、 253d上。与此相对， 在本实施例中，由端子单元100的线團产生的磁场经由铁等磁性体铁 芯(magnetic core )作用于测量单元的霍尔元件。
组合端子单元300 (图4A、 4B)和测量单元350 (图5A、 5B ) 而构成本实施例的电能表。
测量单元350内置有测量使用电量并显示的测量电路等。测量单 元350能够从端子单元300装卸。
如图4A、 4B所示那样，端子单元壳体301由树脂等构成，保持 各部件。第一侧电流线302由l根铜线等构成。第一侧电流线302的
9一端与第 一侧电源侧用端子202连接，另 一端与第 一侧负载用端子203 连接。第一侧电流线302将电流从电源侧连通到负栽侧。第一侧电流 线302的中间具有线團303。线團303可以巻为1團，也可以巻为多 围。
第一铁心(first core ) 304由作为磁性体的金属等构成。第一铁心 304具有将圆柱与圃板结合的形状。第一铁心304贯通端子单元300 内的线圏303的中央，从端子单元300突出而被固定在端子单元壳体 301上。第一铁心304与测量单元350内的后述的第二铁心353组合 而构成铁心单元。铁心单元将在端子单元300内的线围304产生的磁 场传导到所述的霍尔元件355。
如图5A、 5B所示那样，测量单元壳体351由聚碳酸脂等经得住 风雨的树脂构成，覆盖内部电子部件等。在PCB352上安装有电子部 件等。PCB352具有用于使后述的第二铁心353贯通的C型的切口( slit) (未图示)。
第二铁心353由作为磁性体的金属等构成。第二铁心353具有除 去了圆筒杯的侧壁的一部分的形状。为了使端子单元300的电流线302 通过而形成侧壁的缺口部分。第二铁心353的与底面相反的端从测量 单元350突出而被固定在测量单元壳体351上。在将端子单元300和 测量单元350组合时，第二铁心353围住线圏303的周围。
在测量单元壳体351的背面上形成有用于使第一铁心304的突出 部分贯通的圆形的孔354 (图5B)。另外，在端子单元壳体301上形 成有用于使第二铁心353的突出部分贯通的C型的切口 305(图4B)。
霍尔元件355由半导体构成。霍尔元件355经由由笫一铁心304 和第二铁心353构成的1*:心单元接受由端子单元300内的第一侧电流 线302的线團304产生的磁场。从第一侧电源侧用端子202流向第一 侧负栽侧用端子203的电流通过霍尔元件355被变换为成正比的电压。 将霍尔元件355安装在印刷基板352上使得与笫二铁心353相接。霍 尔元件355检测出与芯片面垂直的方向的磁场。
第一侧电压端子254由导电性金属构成。第一侧电压端子254与
10端子单元300内的第一侧电流线302电连接。经由第一侧电压端子254 检测出从外部供给第一侧电源侧用端子202的电压。第一侧电压端子 254通过端子单元300的导通孔255与第一侧电流线302接触。笫一 侧电压端子254通过金属材料所具有的弹性而维持接触状态。
第二侧电压端子256由导电性金属构成。第二侧电压端子256与 端子单元300内的第二侧电流线209电连接。经由第二侧电压端子256 检测出从外部供给第二侧电源侧用端子204的电压。第二侧电压端子 256通过端子单元300的导通孔257与第二侧电流线209接触。笫二 侧电压端子256通过金属材料所具有的弹性而维持接触状态。
电能表算部件258由A-D变换器、微计算机等半导体部件等构 成。电能表算部件258将由霍尔元件355输出的电压(与从第一侧电 源侧用端子202流向第一侧负载用端子203的电流成正比的电压)、 第一侧电源侧用端子202和第二侧电源侧用端子204之间的电压(由 第一侧电压端子254和第二侧电压端子256检测出)相乘而计算出被 测量系统的使用电量。电能表算部件258显示计算出的使用电量。
如果将测量单元350安装在端子单元300上，则第二铁心353与 贯通线圏303的中空部分的第一铁心304相接，形成所谓的豆荚型铁 心(pod-core)。由第一侧电流线302的线圏303产生的磁场经由豆 荚型铁心作用于霍尔元件355。通过豆荚型铁心，能够在霍尔元件355 和线圏303之间进行更强的磁结合。
将测量单元350与端子单元300装卸的方法与实施例1 一样。第 一侧电压端子254和第二侧电压端子256分别只与第一侧电流线302 和第二侧电流线209接触，只组合第一铁心304和第二铁心353。因 此，如果卸下2个螺钉152a、 152b,则能够将测量单元350从端子单 元300卸下。
在由审核制度确定的有效期结束时进行电能表的更换操作，更换 频度为IO年等长期间。现在，用户只能从一个电力公司购买电力，在 有效期中无法考虑变更电力公司。因此，原则上在有效期中不产生更 换的必要性。但是，有可能促进电力自由化，而变得已经存在的电力公司以外的新的供电公司也可以销售电力。用户变得能够自由选择供 电公司。在供电公司拥有电能表的所有权的情况下，在变更供电公司 时有可能需要更换电能表。由于用户对有利的电费和服务的需求，所 以也要考虑到频繁变更供电公司的情况。另外，根据各供电公司的不 同，各供电公司为了向用户供给独自的费用标准和服务，对电能表的 要求功能也可能不同。其结果是难以进行电能表的通用化。在现有的 电能表中，在更换时需要进行端子单元的许多螺钉的装卸操作。因此， 在频繁更换电能表时操作变得繁瑣。
根据上述实施例，通过很少个数的螺钉的装卸就能够更换测量单
元150。另外，根据上述实施例，可以只更换测量单元150，因此不用 如现有的更换操作那样使导线游离，能够容易地进行操作。
权利要求
1. 一种电能表，其特征在于具备端子单元和测量单元，其中上述端子单元具有将从外部电源供给的电流导入到负载的多个电流线；设置在上述多个电流线中的至少一个上而将流向负载的电流变换为与该电流成正比的磁场的线圈，上述测量单元具有产生与由上述线圈变换出的磁场成正比的电压的霍尔元件；检测上述多个电流线的电压的电压检测单元；根据由上述霍尔元件产生的电压和由上述电压检测单元检测出的电压计算出消耗电量的计算单元。
2. 根据权利要求l所述的电能表，其特征在于上述霍尔元件被配置在上述线圏的内缘的外侧、并且在外缘的内侧。
3. 根据权利要求2所述的电能表，其特征在于 将多个上述霍尔元件配置在一个基板上，对称地配置多个上述霍尔元件。
4. 一种电能表，其特征在于 具备端子单元和测量单元， 上述端子单元具有将从外部电源供给的电流导入到负载的多个电流线； 设置在上述多个电流线中的至少一个上而将流过负载的电流变换 为与该电流成正比的磁场的线團；对由上述线圏产生出的磁场进行传导的第一磁性体， 上述测量单元具有产生与由上述线圏变换出的磁场成正比的电压的霍尔元件； 将与上述第一磁性体组合而由上述线圏产生出的磁场传导到上述霍尔元件的第二磁性体；检测出上述多个电流线的电压的电压检测单元；根据由上述霍尔元件产生出的电压和由上述电压检测单元检测出 的电压计算出消耗电量的电能表算单元。
全文摘要
本发明的电能表具备下述端子单元和下述测量单元。上述端子单元具有将从外部电源供给的电流导入到负载的多个电流线、设置在上述多个电流线中的至少一个上而将流过负载的电流变换为与该电流成正比的磁场的线圈。上述测量单元具有产生与由上述线圈变换出的磁场成正比的电压的霍尔元件、检测上述多个电流线的电压的电压检测单元、以及根据由上述霍尔元件产生的电压和由上述电压检测单元检测出的电压计算出消耗电量的计算单元。根据上述电能表，能够容易地进行更换操作。
文档编号G01R21/08GK101464479SQ20071015991
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者黑川冬树 申请人:株式会社东芝