JP2022045210A - 遮断器の通信ユニットおよび遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】電路に流れる電流から電源電圧を生成する電源回路の電力または１次電池の電力を用いることなく、遮断器の開閉状態を示す情報を無線通信により出力することができる遮断器の通信ユニットを得ること。
【解決手段】遮断器１００の通信ユニット１は、アクチュエータ２１と、環境発電素子１０と、無線通信部と、を備える。アクチュエータ２１は、開閉接点２の開閉を行う開閉機構部３による開閉接点２の開閉動作に伴って動作する。環境発電素子１０は、アクチュエータ２１が動作した場合にアクチュエータ２１によって駆動されて発電する。無線通信部は、環境発電素子１０の発電電力が供給され、遮断器１００の状態を示す状態情報を送信する。
【選択図】図４

Description

本開示は、遮断器の通信ユニットおよび遮断器に関する。

近年、工場またはビルなどにおける電力インフラでは、予防保全などを目的として設備監視を行うＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）システムの構築の需要が高まっている。かかる背景から、センサまたはＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）などの機能を有する無線通信機器が注目されている。

例えば、特許文献１には、上述した無線通信機器の機能を備える遮断器が開示されている。かかる特許文献１には、電流を検出する電流検出回路と、電圧を検出する電圧検出回路と、電流検出回路および電圧検出回路の検出結果から電圧情報、電流情報、および電力情報を通電情報として演算する制御部と、通電情報を送信する通信部とを備える遮断器が開示されている。

特開２００９－００５５６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、遮断器に設けられた開閉接点の状態を示す情報を無線通信により出力する技術ではない。さらに、特許文献１に記載の通信部は、電路に流れる電流から電源電圧を生成する電源回路からの電力供給によって動作するため、電源回路と通信部との間に電源線が必要となる。

電源回路と通信部との間の電源線を不要とするために、１次電池から通信部へ電力供給を行う構成とした場合、電池寿命による交換が必要となってしまう。配電盤または受電盤のように必ずしも作業性が良好とは言えない環境において、遮断器に取り付けられた１次電池の定期的な交換を行うのは好ましくない。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電路に流れる電流から電源電圧を生成する電源回路の電力または１次電池の電力を用いることなく、遮断器の開閉状態を示す情報を無線通信により出力することができる遮断器の通信ユニットを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の遮断器の通信ユニットは、アクチュエータと、環境発電素子と、無線通信部と、を備える。アクチュエータは、開閉接点の開閉を行う開閉機構部による開閉接点の開閉動作に伴って動作する。環境発電素子は、アクチュエータが動作した場合にアクチュエータによって駆動されて発電する。無線通信部は、環境発電素子の発電電力が供給され、遮断器の状態を示す状態情報を送信する。

本開示によれば、電路に流れる電流から電源電圧を生成する電源回路の電力または１次電池の電力を用いることなく、遮断器の開閉状態を示す情報を無線通信により出力することができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる遮断器と通信ユニットとの関係の一例を示す図 実施の形態１にかかる通信ユニットのブロック図 実施の形態１にかかるトリップ検出スイッチの状態と開閉検出スイッチの状態と遮断器の状態との関係を示す図 実施の形態１にかかる遮断器がオン状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態１にかかる遮断器がトリップ状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態１にかかる遮断器がオフ状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態１にかかるアクチュエータと開閉検出スイッチと環境発電素子との関係の一例を示す図 実施の形態１にかかる通信ユニットの無線通信モジュールによる処理の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる通信ユニットのブロック図 実施の形態２にかかる遮断器がオン状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態２にかかる遮断器がトリップ状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態２にかかる遮断器がオフ状態である場合の内部構成を示す図 実施の形態２にかかる通信ユニットにおける電気回路の一例を示す図 実施の形態２にかかる通信ユニットの無線通信モジュールによる処理の一例を示すフローチャート

以下に、遮断器の通信ユニットおよび遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる遮断器と通信ユニットとの関係の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる遮断器１００は、開閉接点２と、開閉接点２の開閉動作を行う開閉機構部３と、開閉機構部３にトリップ動作を実行させる引き外し装置４とを備える。

開閉接点２は、可動接点および固定接点を含み、開閉機構部３によって可動接点と固定接点との接触および開離が行われる。可動接点と固定接点とが接触することによって、開閉接点２が閉状態になり、電路５が閉状態になる。また、可動接点と固定接点とが開離することによって、開閉接点２が開状態になり、電路５が開状態になる。図１に示す電路５は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の電路５_１，５_２，５_３を有する３相電路であるが、単相電路またはその他の電路であってもよい。

遮断器１００には、収納領域６が形成されており、収納領域６に通信ユニット１が着脱可能に配置される。通信ユニット１は、遮断器１００の状態が変化した場合に、遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。遮断器１００の状態は、オフ状態、オン状態、およびトリップ状態のいずれかである。

通信ユニット１は、遮断器１００の収納領域６に着脱可能に取り付け可能な複数種類のカセット付属装置の１つである。カセット付属装置には、通信ユニット１の他、補助スイッチ、警報スイッチ、または電圧引き外し装置などがある。

これにより、通信ユニット１は、カセット付属装置を着脱自在に配置可能な収納領域６を有している遮断器１００であれば、既設の遮断器１００であるか新設の遮断器１００であるかにかかわらず、遮断器１００に対して無線通信機能を付与することができる。

補助スイッチは、開閉接点２の開閉状態を示す情報を電気的に出力するためのスイッチを含むカセット付属装置である。警報スイッチは、遮断器１００のトリップ状態の有無を示す情報を電気的に出力するためのスイッチを含むカセット付属装置である。電圧引き外し装置は、遮断器１００を遠方から電気的にトリップさせるためのカセット付属装置である。

なお、通信ユニット１は、カセット付属装置に限定されず、着脱できないように遮断器１００に組み込まれる構成であってもよく、また、補助スイッチ、警報スイッチ、および電圧引き外し装置などが着脱自在に配置される収納領域６とは別の専用の領域に着脱自在に配置される構成であってもよい。

遮断器１００は、電源装置と負荷装置との間に設けられる。遮断器１００の引き外し装置４は、電源装置と負荷装置との間の電路５に流れる電流が予め設定された条件を満たす場合に、開閉接点２の状態を閉状態から開状態にするトリップ動作を開閉機構部３に実行させる。これにより、遮断器１００の状態がトリップ状態になる。

例えば、引き外し装置４は、遮断器１００が配線用遮断器である場合、電路５に過電流または短絡電流が流れたときに開閉接点２の状態を閉状態から開状態にするトリップ動作を開閉機構部３に実行させる。また、引き外し装置４は、遮断器１００が漏電遮断器である場合、電路５に過電流、短絡電流、または漏洩電流が流れたときに開閉接点２の状態を閉状態から開状態にするトリップ動作を開閉機構部３に実行させる。

遮断器１００の状態は、開閉機構部３によって開閉接点２の状態が閉状態から開状態になった場合に、オン状態からオフ状態になり、開閉機構部３によって開閉接点２の状態が開状態から閉状態になった場合に、オフ状態からオン状態になる。遮断器１００がオン状態である場合、開閉機構部３によって開閉接点２の状態が閉状態になっており、遮断器１００がオフ状態である場合、開閉機構部３によって開閉接点２の状態が開状態になっている。

図２は、実施の形態１にかかる通信ユニットのブロック図である。図２に示す通信ユニット１は、環境発電素子１０と、整流回路１１と、直流直流コンバータ１２と、無線通信部１３と、トリップ検出スイッチ１４と、開閉検出スイッチ１５と、基板１８，１９と、アクチュエータ２０，２１とを備える。環境発電素子１０、整流回路１１、直流直流コンバータ１２、および無線通信部１３は、基板１８に実装され、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５は、基板１９に実装される。

環境発電素子１０は、エネルギーハーベスティングと呼ばれる環境発電を行う素子であり、周囲の環境から比較的小さな機械エネルギーを収穫し、かかる機械エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。具体的には、環境発電素子１０は、開閉機構部３において生じる機械エネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、遮断器１００の状態の変化時に生じる機械的な変位または振動を電気エネルギーに変換する。例えば、環境発電素子１０は、機械的な変位を電磁誘導で電気エネルギーを得る方式の素子であってもよく、圧電素子により振動から電気エネルギーを得る方式の素子であってもよい。

整流回路１１は、環境発電素子１０から出力される電圧を整流する。これにより、環境発電素子１０は、遮断器１００の状態の変化の方向に応じて電圧の正負が異なる場合であっても、整流回路１１から直流直流コンバータ１２へ正の電圧を出力することができる。遮断器１００の状態の変化の方向には、例えば、オフ状態またはトリップ状態からオン状態へ変化する方向と、オン状態からオフ状態またはトリップ状態へ変化する方向とがある。

直流直流コンバータ１２は、整流回路１１によって整流された電圧を予め設定された電圧に変換し、変換した電圧を無線通信部１３の電源電圧として出力する。

無線通信部１３は、整流回路１１および直流直流コンバータ１２を介して環境発電素子１０の発電電力が供給されて動作する。無線通信部１３は、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態に基づいて、遮断器１００の状態を判定し、判定した遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。無線通信部１３は、例えば、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）などの近距離無線通信方式またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信方式に対応しているが、これらの無線通信方式以外の無線通信方式で状態情報を送信する構成であってもよい。

トリップ検出スイッチ１４の状態は、遮断器１００の状態がトリップ状態ではない場合、オン状態であり、遮断器１００の状態がトリップ状態である場合、オフ状態である。開閉検出スイッチ１５の状態は、遮断器１００がオン状態である場合、オフ状態であり、遮断器１００がオフ状態またはトリップ状態である場合、オン状態である。

図３は、実施の形態１にかかるトリップ検出スイッチの状態と開閉検出スイッチの状態と遮断器の状態との関係を示す図である。図３に示すように、トリップ検出スイッチ１４がオン状態であり且つ開閉検出スイッチ１５がオフ状態である場合、遮断器１００の状態は、オン状態である。また、トリップ検出スイッチ１４がオフ状態であり且つ開閉検出スイッチ１５がオン状態である場合、遮断器１００の状態は、トリップ状態である。

また、トリップ検出スイッチ１４がオン状態であり且つ開閉検出スイッチ１５がオン状態である場合、遮断器１００の状態は、オフ状態である。なお、遮断器１００において、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５が共にオフ状態にはならない。

図４は、実施の形態１にかかる遮断器がオン状態である場合の内部構成を示す図であり、図５は、実施の形態１にかかる遮断器がトリップ状態である場合の内部構成を示す図であり、図６は、実施の形態１にかかる遮断器がオフ状態である場合の内部構成を示す図である。

図４～図６に示すように、遮断器１００は、通信ユニット１と、開閉接点２と、開閉機構部３と、引き外し装置４とを備える。開閉接点２は、可動接点２ａと固定接点２ｂとを備える。開閉機構部３は、可動接触子３０と、トリップバー３１と、クロスバー３２とを備える。可動接触子３０の先端部には、可動接点２ａが取り付けられている。また、可動接触子３０は、クロスバー３２の軸心を中心に回転可能に基端部がクロスバー３２に取り付けられる。

トリップバー３１は、電源装置と負荷装置との間の電路５に流れる電流が予め設定された条件を満たす場合に引き外し装置４によって駆動される。トリップバー３１が駆動されると、トリップバー３１の作用によって開閉機構部３がトリップ動作を実行し、開閉接点２の状態が閉状態から開状態になって遮断器１００がオン状態からトリップ状態になる。

遮断器１００には、可動接触子３０が図１に示す電路５_１，５_２，５_３毎に設けられており、クロスバー３２は、電路５_１，５_２，５_３毎に設けられた可動接触子３０に取り付けられる。かかるクロスバー３２がその軸心を中心に回転することで、可動接触子３０が回転し、可動接点２ａと固定接点２ｂとの間の接触と開離とが行われる。遮断器１００に設けられたハンドル７は、例えば、不図示のハンドルアームを介してクロスバー３２に連結されており、ハンドル７の回転に応じてクロスバー３２が回転する。ハンドル７は、不図示のメインばねによって付勢されており、かかるメインばねの付勢方向は、ハンドル７の回転方向によって変わる。

図４～図６に示すように、通信ユニット１は、環境発電素子１０と、トリップ検出スイッチ１４と、開閉検出スイッチ１５と、基板１８，１９と、アクチュエータ２０，２１と、筐体２２とを備える。基板１８，１９およびアクチュエータ２０，２１は、筐体２２に回転可能に支持される。筐体２２は、通信ユニット１がカセット付属装置である場合、カセット付属装置のケースである。なお、図４～図６では、整流回路１１、直流直流コンバータ１２、および無線通信部１３は図示していない。アクチュエータ２１は、第１のアクチュエータの一例であり、アクチュエータ２０は、第２のアクチュエータの一例である。

アクチュエータ２０は、中途部が通信ユニット１の筐体２２に回転可能に支持されており、一端がトリップバー３１に対向する位置に配置され、他端がトリップ検出スイッチ１４に対向する位置に配置される。かかるアクチュエータ２０は、遮断器１００の状態がオン状態にある場合、トリップ検出スイッチ１４を押圧している。そのため、遮断器１００の状態がオン状態にある場合、トリップ検出スイッチ１４はオン状態である。

アクチュエータ２０は、遮断器１００がトリップ動作を行う際に、トリップバー３１によって一端が押圧され、中途部を中心に図４における反時計回りに回転し、他端がトリップ検出スイッチ１４から離れる。これにより、トリップ検出スイッチ１４の状態がオン状態からオフ状態になる。

アクチュエータ２１は、開閉機構部３による開閉接点２の開閉動作に伴って動作する。アクチュエータ２１は、中途部が通信ユニット１の筐体２２に回転可能に支持されており、一端がクロスバー３２に対向する位置に配置され、他端が開閉検出スイッチ１５に対向する位置に配置される。アクチュエータ２１の他端は、遮断器１００の状態がオン状態にある場合、開閉検出スイッチ１５を押圧しない位置にある。そのため、遮断器１００がオン状態にある場合、開閉検出スイッチ１５はオフ状態である。

利用者のハンドル７の操作によって開閉機構部３が操作されて遮断器１００の状態が図４に示すオン状態から図６に示すオフ状態になる場合、遮断器１００の状態がオン状態からオフ状態に移行する際に、開閉機構部３のクロスバー３２が図４における時計回りに回転する。これにより、図６に示すように、クロスバー３２が開閉検出スイッチ１５を押圧し、開閉検出スイッチ１５の状態がオフ状態からオン状態になる。また、遮断器１００がトリップ動作を行う場合も同様に、開閉機構部３のクロスバー３２が図４における時計回りに回転し、クロスバー３２が開閉検出スイッチ１５を押圧し、開閉検出スイッチ１５の状態がオフ状態からオン状態になる。

また、遮断器１００の状態が図６に示すオフ状態である場合において、利用者のハンドル７の操作によって開閉機構部３が操作されて遮断器１００の状態がオフ状態からオン状態になる場合、開閉機構部３のクロスバー３２が図６における反時計回りに回転する。これにより、図４に示すように、クロスバー３２が開閉検出スイッチ１５から離れ、開閉検出スイッチ１５の状態がオン状態からオフ状態になる。

環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって駆動される。具体的には、環境発電素子１０は、遮断器１００の状態が変化する際に回転するアクチュエータ２１によって駆動され、発電する。開閉機構部３には上述したメインばねが設けられており、かかるメインばねの付勢力によるアクチュエータ２１の駆動によって環境発電素子１０の発電量を高めることができる。通信ユニット１の無線通信部１３は、環境発電素子１０によって発電された電力で動作し、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態に基づいて、遮断器１００の状態を判定し、判定した遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。

例えば、環境発電素子１０は、遮断器１００の状態がオフ状態からオン状態になる際にメインばねの付勢力によって回転するアクチュエータ２１により駆動されて発電する。この場合、通信ユニット１の無線通信部１３は、環境発電素子１０によって発電された電力で動作し、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態に基づいて、遮断器１００の状態がオン状態になったと判定する。そして、無線通信部１３は、遮断器１００の状態がオン状態になったことを示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。

また、環境発電素子１０は、遮断器１００の状態がオン状態からオフ状態になる際にメインばねの付勢力によって回転するアクチュエータ２１により駆動されて発電する。この場合、通信ユニット１の無線通信部１３は、環境発電素子１０によって発電された電力で動作し、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態に基づいて、遮断器１００の状態がオフ状態になったと判定する。そして、無線通信部１３は、遮断器１００の状態がオフ状態になったことを示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。

また、環境発電素子１０は、遮断器１００の状態がオン状態からトリップ状態になる際にメインばねの付勢力によって回転するアクチュエータ２１により駆動されて発電する。この場合、通信ユニット１の無線通信部１３は、環境発電素子１０によって発電された電力で動作し、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態に基づいて、遮断器１００の状態がトリップ状態になったと判定する。そして、無線通信部１３は、遮断器１００の状態がトリップ状態になったことを示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。

アクチュエータ２１による環境発電素子１０による発電は、環境発電素子１０がアクチュエータ２１によって押圧される際に実行され、環境発電素子１０に対するアクチュエータ２１による押圧が解除される際に実行される。

図７は、実施の形態１にかかるアクチュエータと開閉検出スイッチと環境発電素子との関係の一例を示す図である。図７に示すように、遮断器１００の状態がオン状態である場合、環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧されていない状態である。遮断器１００の状態がオン状態からオフ状態またはトリップ状態になった場合、アクチュエータ２１によって環境発電素子１０が押圧されて、環境発電素子１０によって発電が実行される。

また、遮断器１００の状態がオフ状態またはトリップ状態からオン状態になった場合、環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された状態から押圧されていない状態になって環境発電素子１０によって発電が実行される。

このように、環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とに各々発電する。環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とで出力する電圧の正負が異なるが、いずれの場合においても出力する電圧の正負が同じであってもよい。

遮断器１００の状態が変化する際に環境発電素子１０で発電される電力によって無線通信部１３が動作する期間は、予め設定された期間よりも長い期間である。予め設定された期間は、環境発電素子１０により無線通信部１３への電力供給が開始されてから無線通信部１３によって状態情報が無線通信により出力されるまでの期間である。

このように、遮断器１００の通信ユニット１は、遮断器１００の状態が変化する際に環境発電素子１０で発電される電力を用いて、遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ送信する。したがって、通信ユニット１は、電路５に流れる電流から電源電圧を生成する電源回路の電力または１次電池の電力を用いることなく、遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信により出力することができる。

つづいて、フローチャートを用いて通信ユニット１の無線通信部１３による処理を説明する。図８は、実施の形態１にかかる通信ユニットの無線通信モジュールによる処理の一例を示すフローチャートである。図８に示す処理は、環境発電素子１０による発電電力で無線通信部１３が起動された後に行われる。

図８に示すように、無線通信部１３は、トリップ検出スイッチ１４の状態を検出する（ステップＳ１０）。また、無線通信部１３は、開閉検出スイッチ１５の状態を検出する（ステップＳ１１）。無線通信部１３は、ステップＳ１０で検出したトリップ検出スイッチ１４の状態と、ステップＳ１１で検出した開閉検出スイッチ１５の状態とに基づいて、遮断器１００の状態を判定する（ステップＳ１２）。

そして、無線通信部１３は、ステップＳ１２で判定した遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ出力し（ステップＳ１３）、図８に示す処理を終了する。

上述した例では、遮断器１００において環境発電素子１０は１つである例を説明したが、遮断器１００は、環境発電素子１０を複数有する構成であってもよい。例えば、遮断器１００は、アクチュエータ２１によって駆動される環境発電素子１０に加え、アクチュエータ２０によって駆動される環境発電素子１０を第２の環境発電素子として備える構成であってもよい。この場合、遮断器１００には、アクチュエータ２１によって駆動される環境発電素子１０の電圧を整流する整流回路１１に加え、アクチュエータ２０によって駆動される第２の環境発電素子の電圧を整流する整流回路１１が設けられる。また、アクチュエータ２０は、例えば、不図示のばねで付勢されており、第２の環境発電素子は、ばねの付勢力によって回転するアクチュエータ２０により駆動されて発電することができる。

なお、上述した例では、通信ユニット１は、遮断器１００の状態を示す状態情報を無線通信により出力するが、トリップ検出スイッチ１４および開閉検出スイッチ１５の状態を示す状態を状態情報として無線通信により出力する構成であってもよい。すなわち、通信ユニット１は、遮断器１００の状態を直接または間接的に示す情報を状態情報として送信できる構成であればよい。なお、通信ユニット１は、遮断器１００のオフ状態、オン状態、およびトリップ状態のうちの１つまたは２つを示す情報を状態情報として送信する構成であってもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる遮断器１００の通信ユニット１は、アクチュエータ２１と、環境発電素子１０と、無線通信部１３とを備える。アクチュエータ２１は、開閉接点２の開閉を行う開閉機構部３による開閉接点２の開閉動作に伴って動作する。環境発電素子１０は、アクチュエータ２１が動作した場合にアクチュエータ２１によって駆動されて発電する。無線通信部１３は、環境発電素子１０の発電電力が供給され、遮断器１００の状態を示す情報を含む状態情報を送信する。これにより、通信ユニット１は、電路５に流れる電源回路からの電力または１次電池からの電力を用いることなく、遮断器１００の状態を示す情報を無線通信により出力することができる。

また、通信ユニット１は、アクチュエータ２１が動作した場合にアクチュエータ２１によって駆動され、開閉接点２の開閉状態を検出する開閉検出スイッチ１５を備える。無線通信部１３は、開閉検出スイッチ１５の検出結果に基づいて、開閉接点２の状態を遮断器１００の状態として示す情報を含む状態情報を送信する。これにより、通信ユニット１は、環境発電素子１０の発電に用いるアクチュエータ２１の動作によって開閉接点２の開閉状態を遮断器１００の状態として検出することができ、アクチュエータ２１を環境発電素子１０の発電と開閉接点２の開閉状態の検出とで共用することができる。

また、環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とに各々発電する。これにより、通信ユニット１は、開閉接点２が閉状態から開状態へ変化した場合と開閉接点２が開状態から閉状態へ変化した場合とで各々環境発電素子１０で発電することができることから、開閉接点２の閉状態から開状態の変化と、開閉接点２の開状態から閉状態の変化とを検出することができる。

また、通信ユニット１は、環境発電素子１０から出力される電力を整流する整流回路１１と、整流回路１１から出力される電圧を予め設定された電圧に変換する直流直流コンバータ１２とを備える。環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とで出力する電圧の正負が異なる。無線通信部１３は、環境発電素子１０から整流回路１１および直流直流コンバータ１２を介して供給される電力によって動作する。これにより、通信ユニット１は、環境発電素子１０から出力される電圧の正負がアクチュエータ２１によって押圧された場合とアクチュエータ２１による押圧が解除された場合とで異なる場合であっても、無線通信部１３を動作させることができる。

また、通信ユニット１は、アクチュエータ２１を第１のアクチュエータとした場合に、遮断器１００のトリップ動作に伴って動作するアクチュエータ２０を第２のアクチュエータとして備える。また、通信ユニット１は、アクチュエータ２０が動作した場合にアクチュエータ２０によって駆動され、トリップ動作を検出するトリップ検出スイッチ１４を備える。無線通信部１３は、トリップ検出スイッチ１４の検出結果に基づいて、遮断器１００の状態としてトリップ動作の有無を判定する。状態情報は、無線通信部１３によって判定されたトリップ動作の有無を示す情報を含む。これにより、通信ユニット１は、トリップ動作の有無を示す情報を含む状態情報を出力することができる。なお、通信ユニット１は、アクチュエータ２０を設けない構成であってもよい。この場合、状態情報にはトリップ動作の有無を示す情報が含まれない。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる遮断器の通信ユニットは、開閉検出スイッチに代えて環境発電素子が出力する電圧の正負に基づいて開閉接点の状態の判定を行う点で、実施の形態１にかかる遮断器１００の通信ユニット１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の通信ユニット１と異なる点を中心に説明する。

図９は、実施の形態２にかかる通信ユニットのブロック図である。図９に示す通信ユニット１Ａは、開閉検出スイッチ１５を有しない点、電圧判定回路２３を備える点、および無線通信部１３に代えて、無線通信部１３Ａを備える点で、通信ユニット１と異なる。

電圧判定回路２３は、環境発電素子１０から出力される電圧が正の場合に、環境発電素子１０から出力される電力の一部を蓄積して正の電圧を一時的に保持し、環境発電素子１０から出力される電圧が負である場合、環境発電素子１０から出力される電力を蓄積しない。無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３で一時的に保持される電圧に基づいて、開閉接点２の状態を判定する。

環境発電素子１０が開閉接点２の状態が閉状態から開状態になる際に正の電圧を出力する。無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３で保持されている電圧が予め定められた値以上である場合、開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３で保持されている電圧が予め定められた値未満である場合、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になったと判定する。

環境発電素子１０は、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になる際に正の電圧を出力する構成であってもよい。この場合、無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３で保持されている電圧が予め定められた値以上である場合、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３で保持されている電圧が予め定められた値未満である場合、開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定する。

無線通信部１３Ａは、トリップ検出スイッチ１４の状態がオン状態からオフ状態になった場合において、電圧判定回路２３の電圧に基づいて開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定すると、遮断器１００の状態がトリップ状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、トリップ検出スイッチ１４の状態がオン状態のままである場合において、電圧判定回路２３の電圧に基づいて開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定すると、遮断器１００の状態がオフ状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３の電圧に基づいて開閉接点２の状態が開状態から閉状態になったと判定した場合、遮断器１００の状態がオン状態になったと判定する。

図１０は、実施の形態２にかかる遮断器がオン状態である場合の内部構成を示す図であり、図１１は、実施の形態２にかかる遮断器がトリップ状態である場合の内部構成を示す図であり、図１２は、実施の形態２にかかる遮断器がオフ状態である場合の内部構成を示す図である。図１０～図１２に示すように、遮断器１００Ａの通信ユニット１Ａには、開閉検出スイッチ１５が設けられていない。

図１３は、実施の形態２にかかる通信ユニットにおける電気回路の一例を示す図である。図１３に示す通信ユニット１Ａは、電圧判定回路２３を備える点で、通信ユニット１と異なる。

通信ユニット１Ａにおいては、環境発電素子１０の正側端子に整流回路１１の正側入力端子が接続され、環境発電素子１０の負側端子に整流回路１１の負側入力端子が接続される。整流回路１１の正側出力端子は、直流直流コンバータ１２の入力端子に接続され、整流回路１１の負側出力端子はグランドに接続される。

直流直流コンバータ１２は、変換部１２ａと、コンデンサＣ２，Ｃ３とを備える。コンデンサＣ２は、変換部１２ａの入力端子とグランドとの間に接続され、整流回路１１から出力される電荷を蓄積する。変換部１２ａは、コンデンサＣ２の電圧を予め設定された電圧に変換して出力する。コンデンサＣ３は、変換部１２ａの出力端子とグランドとの間に接続される。

電圧判定回路２３は、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路とが並列に接続された並列回路である。電圧判定回路２３は、環境発電素子１０の正側端子と整流回路１１の負側出力端子との間に接続される。そのため、環境発電素子１０の発電によって環境発電素子１０から出力される電圧が正の場合に、コンデンサＣ１に環境発電素子１０の電圧がダイオードを介して印加され、コンデンサＣ１に電荷が蓄積される。また、環境発電素子１０の発電によって環境発電素子１０から出力される電圧が負の場合、環境発電素子１０の電圧は、コンデンサＣ１に印加されない。

環境発電素子１０の発電が終了した後、抵抗Ｒ１，Ｒ２によってコンデンサＣ１の電荷が放電される。電圧判定回路２３の時定数は、時間Ｔａに基づいて設定される。時間Ｔａは、環境発電素子１０の発電が開始されてから、環境発電素子１０の発電電力を用いて無線通信部１３Ａが無線通信により状態情報を外部装置へ送信するために必要な時間である。

例えば、環境発電素子１０の発電が開始されてから抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧が閾値電圧Ｖ１以下になるまでの時間が時間Ｔａ以上になるように、電圧判定回路２３の時定数が設定される。

開閉接点２の状態が閉状態から開状態になる際に環境発電素子１０が正の電圧を出力するため、無線通信部１３Ａは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧が閾値電圧Ｖ１以上であれば、開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧が閾値電圧Ｖ１未満であれば、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になったと判定する。

また、環境発電素子１０は、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になる際に正の電圧を出力する構成であってもよい。この場合、無線通信部１３Ａは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧が閾値電圧Ｖ１以上であれば、開閉接点２の状態が開状態から閉状態になったと判定する。また、無線通信部１３Ａは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧が閾値電圧Ｖ１未満であれば、開閉接点２の状態が閉状態から開状態になったと判定する。

つづいて、フローチャートを用いて通信ユニット１Ａの無線通信部１３Ａによる処理を説明する。図１４は、実施の形態２にかかる通信ユニットの無線通信モジュールによる処理の一例を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、環境発電素子１０による発電電力で無線通信部１３Ａが起動された後に行われる。

図１４に示すように、無線通信部１３Ａは、トリップ検出スイッチ１４の状態を検出する（ステップＳ２０）。また、無線通信部１３Ａは、電圧判定回路２３の電圧を検出する（ステップＳ２１）。無線通信部１３Ａは、ステップＳ２０で検出したトリップ検出スイッチ１４の状態と、ステップＳ２１で検出した電圧判定回路２３の電圧とに基づいて、遮断器１００Ａの状態を判定する（ステップＳ２２）。

そして、無線通信部１３Ａは、ステップＳ２２で判定した遮断器１００Ａの状態を示す状態情報を無線通信によって外部装置へ出力し（ステップＳ２３）、図１４に示す処理を終了する。

以上のように、実施の形態２にかかる遮断器１００Ａの通信ユニット１Ａにおいて、環境発電素子１０は、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とに各々発電し、且つ、アクチュエータ２１によって押圧された場合と、アクチュエータ２１による押圧が解除された場合とで出力する電圧の正負が異なる。無線通信部１３Ａは、環境発電素子１０が出力する電圧の正負に基づいて、開閉接点２の状態を判定する。これにより、通信ユニット１Ａは、開閉検出スイッチ１５を設けることなく、開閉接点２の状態を判定することができる。

上述した遮断器１００，１００Ａの開閉接点２は、可動接点２ａと固定接点２ｂとが各々１つずつで構成されるいわゆる１点切りの構成であるが、開閉接点２は、可動接点２ａと固定接点２ｂとを各々２つずつで構成されるいわゆる２点切りの構成であってもよい。この場合、例えば、開閉機構部３の可動接触子３０の中途部に回転軸を有し、可動接触子３０の一端部と他端部とに各々可動接点２ａが固定され、２つの固定接点２ｂの各々は、２つの可動接点２ａのうち対応する可動接点２ａに接触および開離できるように配置される。

また、上述した遮断器１００，１００Ａは、環境発電素子１０がメインばねの付勢力によって回転するアクチュエータ２１により駆動されて発電するが、かかる例に限定されない。例えば、遮断器１００，１００Ａは、状態が変化する際に、メインばね以外の付勢力または付勢力以外の力によってアクチュエータ２１が回転し、かかるアクチュエータ２１により環境発電素子１０が駆動されて発電する構成であってもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ 通信ユニット、２ 開閉接点、２ａ 可動接点、２ｂ 固定接点、３ 開閉機構部、４ 引き外し装置、５，５_１，５_２，５_３ 電路、６ 収納領域、７ ハンドル、１０ 環境発電素子、１１ 整流回路、１２ 直流直流コンバータ、１２ａ 変換部、１３，１３Ａ 無線通信部、１４ トリップ検出スイッチ、１５ 開閉検出スイッチ、１８，１９ 基板、２０，２１ アクチュエータ、２２ 筐体、２３ 電圧判定回路、３０ 可動接触子、３１ トリップバー、３２ クロスバー、１００，１００Ａ 遮断器。

Claims (7)

1. 遮断器の通信ユニットであって、
   開閉接点の開閉を行う開閉機構部による前記開閉接点の開閉動作に伴って動作するアクチュエータと、
   前記アクチュエータが動作した場合に前記アクチュエータによって駆動されて発電する環境発電素子と、
   前記環境発電素子の発電電力が供給され、前記遮断器の状態を示す状態情報を送信する無線通信部と、を備える
   ことを特徴とする遮断器の通信ユニット。
2. 前記アクチュエータが動作した場合に前記アクチュエータによって駆動され、前記開閉接点の開閉状態を検出する開閉検出スイッチを備え、
   前記無線通信部は、
   前記開閉検出スイッチの検出結果に基づいて、前記開閉接点の状態を前記遮断器の状態として示す情報を含む前記状態情報を送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断器の通信ユニット。
3. 前記環境発電素子は、
   前記アクチュエータによって押圧された場合と、前記アクチュエータによる押圧が解除された場合とに各々発電する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の遮断器の通信ユニット。
4. 前記環境発電素子から出力される電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路から出力される電圧を予め設定された電圧に変換する直流直流コンバータと、を備え、
   前記環境発電素子は、
   前記アクチュエータによって押圧された場合と、前記アクチュエータによる押圧が解除された場合とで出力する電圧の正負が異なり、
   前記無線通信部は、
   前記環境発電素子から前記整流回路および前記直流直流コンバータを介して供給される電力によって動作する
   ことを特徴とする請求項３に記載の遮断器の通信ユニット。
5. 前記環境発電素子は、
   前記アクチュエータによって押圧された場合と、前記アクチュエータによる押圧が解除された場合とに各々発電し、且つ、前記アクチュエータによって押圧された場合と、前記アクチュエータによる押圧が解除された場合とで出力する電圧の正負が異なり、
   前記無線通信部は、
   前記環境発電素子が出力する前記電圧の正負に基づいて、前記開閉接点の状態を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断器の通信ユニット。
6. 前記アクチュエータを第１のアクチュエータとした場合に、前記遮断器のトリップ動作に伴って動作する第２のアクチュエータと、
   前記第２のアクチュエータが動作した場合に前記第２のアクチュエータによって駆動され、前記トリップ動作を検出するトリップ検出スイッチと、を備え、
   前記無線通信部は、
   前記トリップ検出スイッチの検出結果に基づいて、前記遮断器の状態として前記トリップ動作の有無を判定し、
   前記状態情報は、
   前記無線通信部によって判定された前記トリップ動作の有無を示す情報を含む
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の遮断器の通信ユニット。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の遮断器の通信ユニットを備える
   ことを特徴とする遮断器。

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