JP3635276B2 - 誘導型電力量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を利用して電力量を計測する誘導型電力量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力取引の根拠とする電力量を測定するために電力量計が用いられる。電力量計には、主として誘導型電力量計および電子式電力量計があり、近年は、複素子式誘導型電力量計が多用されている（例えば、特許文献１、２および３参照。）。
【０００３】
図１０は従来の単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。図１０の誘導型電力量計は、電圧素子１００、電流素子２００および誘導円板３００を備える。電流素子２００の上部に電圧素子１００が配置され、電圧素子１００と電流素子２００との間に誘導円板３００が挿入されている。誘導円板３００は、回転軸を中心に回転可能に設けられている。誘導円板３００は、アルミニウム等の磁性を帯びない金属により形成されている。
【０００４】
電圧素子１００は、Ｅ字形の鉄心（以下、電圧素子鉄心と呼ぶ）１０１および電圧コイル１０２からなる。電圧コイル１０２は、電圧素子鉄心１０１の中央脚に巻き付けられている。また、電流素子２００は、コ字形の鉄心（以下、電流素子鉄心と呼ぶ）２０１および電流コイル２０２ａ，２０２ｂからなる。電流コイル２０２ａ，２０２ｂは、電流素子鉄心２０１の両方の側部脚にそれぞれ巻き付けられている。電流コイル２０２ａ，２０２ｂは、互いに逆向きに巻かれている。電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１および電流素子２００の電流素子鉄心２０１にはケイ素鋼板が使用されている。
【０００５】
電圧素子１００には位相調整コイル１０３が設けられ、電流素子２００には、位相調整板２０３が設けられている。
【０００６】
さらに、電圧素子１００と誘導円板３００との間に軽負荷調整装置１０４が設けられ、電流素子２００と誘導円板３００との間に過負荷補償片２０５が設けられている。
【０００７】
電圧素子１００は、電圧コイル１０２に電流が流れることにより磁束を発生する。電流素子２００は、電流コイル２０２ａ，２０２ｂに電流が流れることにより磁束を発生する。これらの電圧素子１００および電流素子２００により発生する磁束により回転磁界が発生し、誘導円板３００が回転する。この誘導円板３００の回転数により電力量を測定することができる。
【０００８】
図１０には、１組の電圧素子１００および電流素子２００が示されるが、実際には、２組の電圧素子１００および電流素子２００が誘導円板３００の回転軸を中心として対称な位置に配置される構造が採用される。
【０００９】
一方の組の電圧素子１００および電流素子２００を第１の素子と呼び、他方の組の電圧素子１００および電流素子２００を第２の素子と呼ぶ。
【００１０】
図１１は図１０の誘導型電力量計における電圧素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００１１】
図１１に示すように、電圧素子１００により発生した磁束（以下、電圧磁束と呼ぶ）の大部分は、電圧素子鉄心１０１の中央脚、主空隙Ｇｍおよび両方の側路脚を経由して還流する。電圧磁束の一部は、誘導円板３００を横切って電流素子２００の電流素子鉄心２０１を経由し、再び誘導円板３００を横切って電圧素子鉄心１０１の側路脚に戻るように還流する。
【００１２】
ここで、電圧素子鉄心１０１の中央脚から電流素子鉄心２０１に向かって誘導円板３００を横切る磁束を駆動磁束φVR，φVLと呼ぶ。
【００１３】
図１２は図１０の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００１４】
図１２に示すように、電流素子２００により発生した磁束（以下、電流磁束と呼ぶ）の一部は、電流素子鉄心２０１から誘導円板３００を横切って電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１の両方の側路脚を経由し、再び誘導円板３００を横切って電流素子鉄心２０１に戻るように還流する。電流磁束の残りは、電流素子鉄心２０１から誘導円板３００を横切って電圧素子鉄心１０１の中央脚を経由し、再び誘導円板３００を横切って電流素子鉄心２０１に戻るように還流する。
【００１５】
ここで、電流素子鉄心２０１から電圧素子鉄心１０１の中央脚に向かって誘導円板３００を横切る磁束を駆動磁束φDR，φDLと呼ぶ。また、電流素子鉄心２０１から電圧素子鉄心１０１の側路脚を経由して還流する磁束を側路磁束φBR，φBLと呼ぶ。
【００１６】
電圧素子１００および電流素子２００は、漏れインダクタンスを有するため、実際の位相差は規定値よりずれてしまう。そこで、図１０の位相調整コイル１０３は、誘導円板３００を横切る電圧磁束と電流磁束との間に力率に適合した位相差が与えられるように、位相調整板２０３の移相効果と相俟って誘導円板３００を横切る磁束に移相効果を与える。通常、誘導型電力量計における磁束の位相の調整には、誘導円板３００を横切る磁路に設けた抵抗を調整することにより移相量を変化させる方法が採られる。位相調整板２０３は、同様の原理により電流磁束の位相を調整するとともに、温度変化に起因する電圧磁束の位相の変化に追随して電流磁束の位相も変化させることにより、力率に対する動作を安定化させる。
【００１７】
図１３は図１０の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【００１８】
図１３に示すように、２組の電圧素子１００および電流素子２００（図１３には図示せず）が誘導円板３００の回転軸Ｃを挟んで対向するように配置されている。２組の電圧素子１００および電流素子２００による電圧磁束および電流磁束は、誘導円板３００の回転軸Ｃを挟んで対向する２箇所の磁束通過部３０１，３０２を通過する。ここでは、説明の便宜上、磁束通過部３０１を４つの領域１ｂｒ，１ｄｒ，１ｄｆ，１ｂｆに区分し、磁束通過部３０２を４つの領域２ｂｒ，２ｄｒ，２ｄｆ，２ｂｆに区分している。
【００１９】
磁束通過部３０１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１００による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２００による駆動磁束φDR，φDLが通過する。磁束通過部３０１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１００による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２００による側路磁束φBR，φBLが通過する。
【００２０】
以下、電圧磁束および電流磁束により誘導円板３００が回転する原理を説明する。
【００２１】
図１４は図１０の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。図１４には誘導円板３００の磁束通過部３０１の近傍が示されている。図１４の左側の各図は、誘導円板３００を通過する電圧磁束または電流磁束を図１１または図１２に基づいて示す断面図であり、図１４の右側の各図は、図１４の左側の各図に対応する斜視図である。
【００２２】
なお、図１４の左側の各図においては、誘導円板３００の近傍における電圧磁束または電流磁束のみ示し、電圧素子１００および電流素子２００は省略している。ここでは、誘導円板３００を下向きに横切る磁束のみに着目して説明を行う。
【００２３】
負荷の力率が１に設定されているものとする。この場合、電圧磁束と電流磁束とは９０度（すなわち、１／４周期）の位相差を有する。まず、図１４（ａ）に示すように、電圧素子１００による下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２００による電流磁束が０となる。したがって、磁束通過部３０１の領域１ｄｒ，１ｄｆの境界部に下向きの駆動磁束が形成される。
【００２４】
次に、１／４周期経過すると、図１４（ｂ）に示すように、電圧素子１００による電圧磁束は０となり、電流素子２００による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｄｒに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｂ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２５】
ここで、電流磁束の一部は側路磁束として電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１を還流し、磁束通過部３０１の領域１ｂｒを下向きに通過するが、領域１ｄｒに形成される磁束に比べて十分に弱い。
【００２６】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ｃ）に示すように、図１４（ａ）とは逆向きに電圧素子１００による電圧磁束が還流し、下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２００による電流磁束が０となる。それにより、磁束通過部３０１の領域１ｂｒ，１ｂｆに下向きの駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｃ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２７】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ｄ）に示すように、電圧素子１００による電圧磁束は０となり、電流素子２００による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｄｆに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｄ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２８】
ここで、電流磁束の一部は側路磁束として電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１を還流し、磁束通過部３０１の領域１ｂｆを下向きに通過するが、領域１ｄｆに形成される駆動磁束に比べて十分に弱い。
【００２９】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ａ）に戻り、以下同様にして、図１３に示した誘導円板３００上の矢印の方向にトルクが継続して発生する。このトルクにより誘導円板３００は一定方向に回転する。さらに、永久磁石等（図示せず）の磁束により制動トルクを与えつつ誘導円板３００を回転させることにより、誘導円板３００を電力量に対応する回転量だけ回転させることができる。
【００３０】
なお、磁束通過部３０２においても、磁束通過部３０１と同じ方向に誘導円板３００を回転させるトルクが得られる。また、ここでは下向きの駆動磁束のみに着目して説明を行ったが、上向きの駆動磁束に着目しても、同じ方向に誘導円板３００を回転させるトルクが得られる。
【００３１】
【特許文献１】
特開平０８−１２２３６５号公報
【特許文献２】
特開平０９−０６８５４９号公報
【特許文献３】
特開２００１−０８３１８２号公報
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は電圧素子の電圧素子鉄心および電流素子の電流素子鉄心に使用されるケイ素鋼板の透磁率曲線を示す図である。
【００３３】
図１５に示すように、ケイ素鋼板の透磁率は、起磁力に対して線形ではなく、ある起磁力を超えると急激に減少する。このため、起磁力が所定値より大きい場合、透磁率の減少を補償するために、図１０に示すように、電流素子２００と誘導円板３００の磁束通過部３０１，３０２との間に過負荷補償片２０５が挿入されている。過負荷補償片２０５は、鉄等の金属片からなる。過負荷補償片２０５を電流素子２００の駆動動作点と並列に挿入することにより、過負荷補償片２０５の磁気飽和による通過磁束比率の減少を利用して、逆に駆動磁束を増加させる。このようにして、図１５の破線で示すように、見かけ上の透磁率を補償する。
【００３４】
また、微小電流領域においては透磁率が小さく発生トルクが不足するとともに、誘導円板３００を含む機械系の摩擦トルクが重畳されるため、誘導円板３００を回転させるための始動トルクが得られない。そこで、所定の電流で始動動作を行う必要から、図１０に示すように、電圧素子１００と誘導円板３００の磁束通過部３０１，３０２との間に軽負荷調整装置１０４が挿入される。軽負荷調整装置１０４はくまとりコイルからなる。
【００３５】
この軽負荷調整装置１０４は、図１１の電圧素子１００により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。それにより、位相差を有する駆動磁束φVRと駆動磁束φVLとの間の相互作用により始動特性を補正するための補助トルクが作り出される。
【００３６】
このような軽負荷調整装置１０４は、電流素子２００による電流磁束とは無関係に始動特性を改善するための補助トルクを作り出すことを意図したものである。しかしながら、実際には、軽負荷調整装置１０４を作動させたときに、電流素子２００による電流磁束に影響を与え、以下に示す不公正な誤差特性が生じることとなる。
【００３７】
上記のように、軽負荷調整装置１０４により図１１の電圧素子１００により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。このとき、図１２の電流素子２００により発生する駆動磁束φDR，φDLのうち一方の駆動磁束φDRに遅れの移相効果が与えられ、他方の駆動磁束φDLに進みの移相効果が与えられる。また、図１２の電流素子２００により発生する側路磁束φBR，φBLのうち一方の側路磁束φBRに遅れの移相効果が与えられ、他方の側路磁束φBLに進みの移相効果が与えられる。さらに、側路磁束φBRから駆動磁束φDLへ進相成分φF が供給され、駆動磁束φDRから側路磁束φBLへ遅相成分φR が供給される。
【００３８】
すなわち、図１３において、磁束通過部３０１の領域１ｂｒを通過する側路磁束の位相が遅れ、磁束通過部３０１の領域１ｂｆを通過する側路磁束の位相が進む。また、磁束通過部３０２の領域２ｂｒを通過する側路磁束の位相が遅れ、磁束通過部３０２の領域２ｂｆを通過する側路磁束の位相が進む。そのため、領域１ｂｒを通過する側路磁束と領域１ｂｆを通過する側路磁束との間に位相差が生じ、領域２ｂｒを通過する側路磁束と領域２ｂｆを通過する側路磁束との間に位相差が生じる。
【００３９】
磁束通過部３０１，３０２において始動トルクを均等に発生させるために軽負荷調整装置１０４により同じ量の補正を与えた場合に、磁束通過部３０１，３０２に同じ方向の同じ量の位相差が発生する。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｂｆと磁束通過部３０２の領域２ｂｒとの間に負のトルクが生じ、磁束通過部３０２の領域２ｂｆと磁束通過部３０１の領域１ｂｒとの間に負のトルクが生じる。このように、軽負荷調整装置１０４による始動特性の補正は、２つの電流素子２００により発生する電流磁束の相互干渉を誘発する。
【００４０】
図１６は図１０の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【００４１】
図１６において、Ｓ１は第１の素子（一方の組の電圧素子１００および電流素子２００）の単独運転時の誤差特性曲線であり、Ｓ２は第２の素子（他方の組の電圧素子１００および電流素子２００）の単独運転時の誤差特性曲線である。Ｔｏｔａｌは第１および第２の素子の並行運転時の誤差特性曲線である。Ｉｎｔは第１および第２の素子間の電流干渉誤差特性曲線である。Ｓｔ＋は正側誤差規制値曲線であり、Ｓｔ−は負側誤差規制値曲線である。
【００４２】
図１６に示すように、一方の素子を力率１で単独運転した場合には、珪素鋼板が有する透磁率に反比例する磁路抵抗の影響を受け、誤差特性曲線Ｓ１，Ｓ２のように、電流の増加に伴って電力量の正の誤差が増大する。一方、両方の素子を力率１で並行運転した場合には、Ｉｎｔで示す第１および第２の素子間の電流干渉誤差の効果が合成されることにより、誤差特性曲線Ｔｏｔａｌのように、電流が増加しても電力量の正の誤差が正側誤差規制値曲線Ｓ＋を超えない。
【００４３】
このように、両方の素子を同程度の負荷で運転した場合には、電力量の正の誤差が規制値を満足することができるが、何らかの理由で負荷が一方の素子に偏った場合には、規制値を逸脱する誤差が発生する。
【００４４】
通常、誘導型電力量計は、第１および第２の素子を並行運転したときに電力量の誤差が規制値を満足するように設計される。したがって、一方の素子に偏った負荷配分で需要家が電力を使用した場合には、電力量の正の誤差が大きくなり、余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じる。換言すると、需要家が負荷の配分を考慮しつつ電力を使用しないと、不公正な電力料金が生じる場合がある。
【００４５】
また、第１および第２の素子の並行運転時に第１および第２の素子がそれぞれ有する右上がりの誤差特性を相互干渉による右下がりの干渉誤差により補正することは、計量器の設計思想からも好ましくない。
【００４６】
また、配電領域の電力損失の低減のため、および配電システムの簡略化によるコストパフォーマンスの向上のために、配電領域における配電電圧を昇圧することが考えられる。そのため、２００Ｖの単相二線式配電が検討されている。この場合には、単相二線式誘導型電力量計が用いられる。
【００４７】
単相二線式誘導型電力量計においては、１組の電圧素子および電流素子が用いられる。したがって、単相二線式誘導型電力量計の運転時には、上記のような複素子式誘導型電力量計において一方の素子に偏った負荷配分のときと同様に、余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じる。
【００４８】
本発明の目的は、負荷形態にかかわらず、電力量の誤差が規制値を満足することができる誘導型電力量計を提供することである。
【００４９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る誘導型電力量計は、誘導円板を挟んで配置された複数組の電圧素子および電流素子を備え、各組の電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、各組の電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、第２の鉄心の第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように第１および第２の電流コイルが設けられたものである。
【００５０】
本発明に係る誘導型電力量計においては、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、かつ第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなることにより、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生した磁束が第２の鉄心の第１の中央脚から誘導円板を横切って電圧素子の第１の鉄心の中央脚を経由し、再び誘導円板を横切って第２の鉄心の第２の中央脚に戻るように還流し、またはその逆の方向に還流する。このとき、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生する磁束は互いに逆向きとなるので、第１および第２の電流コイルの外側に発生する磁束は互いに相殺される。そのため、電流素子から誘導円板を横切って電圧素子の側路脚に至る磁束が発生しない。
【００５１】
それにより、電圧素子により発生する磁束に移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子により発生する磁束には影響を与えず、複数組の電流素子の磁路相互間の結合が生じない。したがって、複数組の電圧素子および電流素子に接続される負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化も低減することができる。その結果、負荷形態にかかわらず、電力量の誤差が規制値を満足することが可能となる。
【００５２】
第２の発明に係る誘導型電力量計は、誘導円板を挟んで配置された１組の電圧素子および電流素子を備え、電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、第２の鉄心の第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように第１および第２の電流コイルが設けられたものである。
【００５３】
本発明に係る誘導型電力量計においては、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、かつ第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなることにより、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生した磁束が第２の鉄心の第１の中央脚から誘導円板を横切って電圧素子の第１の鉄心の中央脚を経由し、再び誘導円板を横切って第２の鉄心の第２の中央脚に戻るように還流し、またはその逆の方向に還流する。このとき、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生する磁束は互いに逆向きとなるので、第１および第２の電流コイルの外側に発生する磁束は互いに相殺される。そのため、電流素子から誘導円板を横切って電圧素子の側路脚に至る磁束が発生しない。
【００５４】
それにより、電圧素子により発生する磁束に移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子により発生する磁束には影響を与えない。したがって、電圧素子および電流素子に接続される負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができる。その結果、電力量の誤差が規制値を満足することが可能となる。
【００５５】
各組の電流素子の第１および第２の電流コイルは、第１の中央脚と第２の中央脚との間で互いに重なり合うように巻回されてもよい。
【００５６】
この場合、電流素子の第１および第２の中央脚における磁路長を短縮することが可能となる。それにより、電流素子による磁束が第２の鉄心の磁路抵抗の影響をほとんど受けない。したがって、電力量の誤差をさらに低減するとこができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化もさらに低減することができる。
【００５７】
各組の電流素子の第２の鉄心は、第１および第２の中央脚の両側に複数の側路脚をさらに有し、第１および第２の電流コイルと複数の側路脚との間に電磁遮蔽板がそれぞれ設けられてもよい。
【００５８】
この場合、電圧素子の電圧コイルにより発生する磁束の一部が第１の鉄心の中央脚から誘導円板を横切って電流素子の第２の鉄心の第１および第２の中央脚および側路脚を経由し、再び誘導円板を横切って電圧素子の第１の側路脚および中央脚を経由するように還流し、またはその逆方向に還流する。このとき、第１および第２の電流コイルと複数の側路脚との間に電磁遮蔽板が設けられているので、第１および第２の電流コイルによる磁束が第２の鉄心の側路脚に漏れ出ることが確実に防止される。
【００５９】
各組の電流素子の第２の鉄心の複数の側路脚のいずれかに、軽負荷時に電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚に発生する磁束間に位相差を与える軽負荷調整手段が設けられてもよい。
【００６０】
この場合、軽負荷時に電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚に発生する磁束間に位相差が与えられることにより、軽負荷時の始動特性が補正される。このとき、電流素子の第２の鉄心の側路脚には第１および第２の電流コイルにより発生する磁束が形成されないので、負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止される。
【００６１】
各組の電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚と電流素子の第２の鉄心の複数の側路脚とがほぼ同一の直線上に配置されてもよい。
【００６２】
この場合には、電圧素子の電圧コイルにより発生する磁束が効率的に電圧素子の第１の鉄心の側路脚および電流素子の第２の鉄心の側路脚に還流する。したがって、誘導円板の十分な駆動力が得られる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。図１の誘導型電力量計は、電圧素子１０、電流素子２０および誘導円板３０を備える。電流素子２０の上部に電圧素子１０が配置され、電圧素子１０と電流素子２０との間に誘導円板３０が挿入されている。誘導円板３０は、回転軸を中心に回転可能に設けられている。誘導円板３０は、アルミニウム等の磁性を帯びない金属により形成されている。
【００６４】
電圧素子１０は、Ｅ字形の鉄心（以下、電圧素子鉄心と呼ぶ）１１および電圧コイル１２からなる。電圧素子鉄心１１は、中央脚１４、２本の側路脚１５ａ，１５ｂおよび連結部１８により構成される。電圧コイル１２は、電圧素子鉄心１１の中央脚１４に巻き付けられている。
【００６５】
また、電流素子２０は、鉄心（以下、電流素子鉄心と呼ぶ）２１および電流コイル２２ａ，２２ｂからなる。電流素子鉄心２１は、２本の中央脚２４ａ，２４ｂ、２本の側路脚２５ａ，２５ｂおよび連結部２８により構成される。２本の中央脚２４ａ，２４ｂは、電圧素子鉄心１１の中央脚１４の幅内で誘導円板３０を挟んで電圧素子鉄心１１の中央脚１４に対向するように配置される。また、２本の側路脚２５ａ，２５ｂは、誘導円板３０を挟んで電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂと同一直線上に配置される。
【００６６】
電流コイル２２ａ，２２ｂは、電流素子鉄心２１の２本の中央脚２４ａ，２４ｂにそれぞれ巻き付けられており、互いに逆向きの磁束が発生するように直列に接続されている。ここで、電流コイル２２ａ，２２ｂは、中央脚２４ａ，２４ｂ間において互いに重なるように巻かれている。それにより、中央脚２４ａ，２４ｂにおける磁路長が短縮されている。
【００６７】
電圧素子１０の電圧素子鉄心１１および電流素子２０の電流素子鉄心２１にはケイ素鋼板が使用されている。
【００６８】
電流素子２０には、電流素子移相板２７が設けられている。また、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂと側路脚２５ａ，２５ｂとの間には、電磁遮蔽板２６がそれぞれ配置されている。
【００６９】
電流素子鉄心２１の２本の中央脚２４ａ，２４ｂには位相調整コイル２３が設けられ、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａには、軽負荷調整コイル２９が設けられている。
【００７０】
電圧素子１０は、電圧コイル１２に電流が流れることにより磁束を発生する。電流素子２０は、電流コイル２２ａ，２２ｂに電流が流れることにより磁束を発生する。これらの電圧素子１０および電流素子２０により発生する磁束により回転磁界が発生し、誘導円板３０が回転する。この誘導円板３０の回転数により電力量を測定することができる。
【００７１】
図１には、１組の電圧素子１０および電流素子２０が示されるが、実際には、２組の電圧素子１０および電流素子２０が誘導円板３０の回転軸を中心として対称な位置に配置される構造が採用される。
【００７２】
一方の組の電圧素子１０および電流素子２０を第１の素子と呼び、他方の組の電圧素子１０および電流素子２０を第２の素子と呼ぶ。
【００７３】
図２は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の接続を示す概略回路図である。
【００７４】
図２に示すように、単相三線式誘導型電力量計は２組の電圧素子１０および電流素子２０で構成される。電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に１００Ｖの交流電源４０ａが接続され、電源線Ｌ２と電源線Ｌ０との間に１００Ｖの交流電源４０ｂが接続されている。一方の組の電圧素子１０が電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に接続され、一方の組の電流素子２０が電源線Ｌ１と負荷５０ａの一方の端子との間に接続されている。また、他方の組の電圧素子１０が電源線Ｌ２と電源線Ｌ０との間に接続され、他方の組の電流素子２０が電源線Ｌ２と負荷５０ｂの一方の端子との間に接続されている。負荷５０ａの他方の端子および負荷５０ｂの他方の端子は電源線Ｌ０に接続されている。
【００７５】
図３は図１の誘導型電力量計における電圧素子１０および電流素子２０が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００７６】
図３に示すように、電圧素子１０により発生した磁束（以下、電圧磁束と呼ぶ）の一部は、電圧素子鉄心１１の中央脚１４、主空隙Ｇｍおよび両方の側路脚１５ａ，１５ｂを経由して還流する。電圧磁束の残りは、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂおよび側路脚２５ａ，２５ｂを経由し、再び誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂに戻るように還流する。
【００７７】
ここで、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から電流素子鉄心２１に向かって誘導円板３０を横切る磁束を駆動磁束φVR，φVLと呼ぶ。また、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂを経由して還流する磁束を側路磁束φSR，φSLと呼ぶ。また、電圧素子鉄心１１の中央脚１４には、全磁束φVMが経由する。
【００７８】
電流素子２０により発生した磁束（以下、電流磁束と呼ぶ）は、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａから誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の中央脚１４を経由し、再び誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ｂに戻るように還流する。
【００７９】
ここで、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａから誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の中央脚１４を経由し、再び誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ｂに戻るように還流する磁束を駆動磁束φCと呼ぶ。
【００８０】
電流コイル２２ａ，２２ｂには互いに逆向きに電流が流れるため、上記のように、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂを経由する駆動磁束φC は還流する。
【００８１】
図４は電流素子鉄心２１の電流コイル２２ａ、２２ｂにより発生する電流磁束の側路脚２５ａ、２５ｂにおける相互の打ち消し合いを示した概略平面図である。
【００８２】
図４に示すように、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ａにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。また、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ｂにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。その結果、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａ，２５ｂには、電流コイル２２ａ，２２ｂによる電流磁束は形成されない。
【００８３】
また、電磁遮蔽板２６は、電流コイル２２ａ，２２ｂから側路脚２５ａ，２５ｂの磁路への直接結合を阻止することにより、後述する上記の第１の素子と第２の素子との間の結合を防止する。
【００８４】
図１の位相調整コイル２３は、誘導円板３０を横切る電圧磁束と電流磁束との間に力率に適合した位相差が与えられるように、電流素子移相板２７の移相効果と相俟って誘導円板３０を横切る磁束に移相効果を与える。電流素子移相板２７は、電流磁束の位相を調整するとともに、温度変化に起因する電圧磁束の位相の変化に追随して電流磁束の位相も変化させることにより、力率に対する動作を安定化させる。
【００８５】
図５は図１の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略断面図である。
【００８６】
図５に示すように、２組の電圧素子１０および電流素子２０（図５には図示せず）が誘導円板３０の回転軸Ｃを挟んで対向するように配置されている。２組の電圧素子１０および電流素子２０による電圧磁束および電流磁束は、誘導円板３０の回転軸Ｃを挟んで対向する２箇所の磁束通過部３１，３２を通過する。ここでは、説明の便宜上、磁束通過部３１を４つの領域１ｂｒ，１ｄｒ，１ｄｆ，１ｂｆに区分し、磁束通過部３２を４つの領域２ｂｒ，２ｄｒ，２ｄｆ，２ｂｆに区分している。
【００８７】
磁束通過部３１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２０による駆動磁束φC が通過する。磁束通過部３１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLが通過し、電流素子２０による磁束は通過しない。
【００８８】
以下、電圧磁束および電流磁束により誘導円板３０が回転する原理を説明する。
【００８９】
図６は図１の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。図６には誘導円板３０の磁束通過部３１の近傍が示されている。図６の左側の各図は、誘導円板３０を通過する電圧磁束または電流磁束を図３に基づいて示す断面図であり、図６の右側の各図は、図６の左側の各図に対応する斜視図である。
【００９０】
なお、図６の左側の各図においては、誘導円板３０の近傍における電圧磁束または電流磁束のみ示し、電圧素子１０および電流素子２０は省略している。ここでは、誘導円板３０を下向きに横切る磁束のみに着目して説明を行う。
【００９１】
負荷の力率が１に設定されているものとする。この場合、電圧磁束と電流磁束とは９０度（すなわち、１／４周期）の位相差を有する。まず、図６（ａ）に示すように、電圧素子１０による下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２０による電流磁束が０となる。したがって、磁束通過部３１の領域１ｄｒ，１ｄｆの境界部に下向きの駆動磁束が形成される。
【００９２】
次に、１／４周期経過すると、図６（ｂ）に示すように、電圧素子１０による電圧磁束は０となり、電流素子２０による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３１の領域１ｄｒに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｂ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９３】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）とは逆向きに電圧素子１０による電圧磁束が還流し、下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２０による電流磁束が０となる。それにより、磁束通過部３１の領域１ｂｒ，１ｂｆに下向きの駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｃ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９４】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ｄ）に示すように、電圧素子１０による電圧磁束は０となり、電流素子２０による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３１の領域１ｄｆに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｄ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９５】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ａ）に戻り、以下同様にして、図５に示した誘導円板３０上の矢印の方向にトルクが継続して発生する。このトルクにより誘導円板３０は一定方向に回転する。さらに、永久磁石等（図示せず）の磁束により制動トルクを与えつつ誘導円板３０を回転させることにより、誘導円板３０を電力量に対応する回転量だけ回転させることができる。
【００９６】
なお、磁束通過部３２においても、磁束通過部３１と同じ方向に誘導円板３０を回転させるトルクが得られる。また、ここでは下向きの駆動磁束のみに着目して説明を行ったが、上向きの駆動磁束に着目しても、同じ方向に誘導円板３０を回転させるトルクが得られる。
【００９７】
図１の軽負荷調整コイル２９は、図３の電圧素子１０により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。それにより、位相差を有する駆動磁束φVRと駆動磁束φVLとの間の相互作用により始動特性を補正するための補助トルクが作り出される。
【００９８】
本発明の第１の実施の形態では、磁束通過部３１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２０による駆動磁束φC が通過する。また、磁束通過部３１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLが通過し、電流素子２０による電流磁束は通過しない。
【００９９】
したがって、上記のように、軽負荷調整コイル２９が図３の電圧素子１０により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子２０により発生する電流磁束には影響を与えない。
【０１００】
すなわち、図５の磁束通過部３１の領域１ｂｒ，１ｂｆおよび磁束通過部３２の領域２ｂｒ，２ｂｆには電流素子２０による電流磁束が存在しない。そのため、軽負荷調整コイル２９により電圧素子１０による電圧磁束に移相効果を与えた場合でも、磁束通過部３１の領域１ｂｆと磁束通過部３２の領域２ｂｒとの間および磁束通過部３２の領域２ｂｆと磁束通過部３１の領域１ｂｒとの間に電流磁束の位相差による負のトルク（磁路相互間の結合）が生じない。
【０１０１】
また、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂにおける磁路長が短縮されているので、電流素子２０による電流磁束が電流素子鉄心２１の磁路抵抗の影響をほとんど受けない。
【０１０２】
これらの結果、第１および第２の素子の負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化も低減することができる。
【０１０３】
図７は図１の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【０１０４】
図７において、Ｓ１は第１の素子（一方の組の電圧素子１０および電流素子２０）の単独運転時の誤差特性曲線であり、Ｓ２は第２の素子（他方の組の電圧素子１０および電流素子２０）の単独運転時の誤差特性曲線である。Ｔｏｔａｌは第１および第２の素子の並行運転時の誤差特性曲線である。
【０１０５】
図７に示すように、一方の素子を力率１で単独運転した場合、誤差特性曲線Ｓ１，Ｓ２のように、電流の増加に伴って電力量の誤差が徐々に低下している。一方、両方の素子を力率１で並行運転した場合にも、誤差特性曲線Ｔｏｔａｌのように、電流の増加に伴って電力量の誤差が徐々に低下している。また、一方の素子を単独運転した場合および両方の素子を並行運転した場合に、全測定領域を通して電力量の平均誤差が図１２に示した従来の誘導型電力量計における電力量の平均誤差に比べて低減されている。
【０１０６】
このように、本発明の第１の実施の形態における誘導型電力量計では、両方の素子を同程度の負荷で運転した場合にも、何らかの理由で負荷が一方の素子に偏った場合にも、規制値を逸脱する誤差が発生しない。したがって、一方の素子に偏った負荷配分で需要家が電力を使用した場合にも、電力量の誤差が大きくなることにより余分の電力料金が発生し得るという不合理が解消され、需要家が負荷の配分を考慮することなく電力を使用しても公正な電力料金となる。
【０１０７】
次に、本発明の第２の実施の形態における単相二線式誘導型電力量計について説明する。
【０１０８】
図８は単相二線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略断面図である。単相二線式誘導型電力量計は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の第１の素子のみを有する。
【０１０９】
図８に示すように、本実施の形態における単相二線式誘導型電力量計においては、１組の電圧素子１０および電流素子２０（図８には図示せず）が誘導円板３０の回転軸Ｃに対して偏心した位置に配置されている。
【０１１０】
図９は本発明の第２の実施の形態における単相二線式誘導型電力量計の接続を示す概略回路図である。
【０１１１】
図９に示すように、単相二線式誘導型電力量計は１組の電圧素子１０および電流素子２０で構成される。電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に２００Ｖの交流電源４０ｃが接続されている。電圧素子１０が電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に接続され、電流素子２０が電源線Ｌ１と負荷５０ａの一方の端子との間に接続されている。負荷５０ａの他方の端子は電源線Ｌ０に接続されている。
【０１１２】
本実施の形態に係る単相二線式誘導型電力量計においても、図４に示すように、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ａにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。また、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ｂにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。その結果、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａ，２５ｂには、電流コイル２２ａ，２２ｂによる電流磁束は形成されない。
【０１１３】
したがって、単相二線式誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線は、図７に示した単相三線式誘導型電力量計の力率１における一方の素子の運転時の誤差特性曲線と同様になり、誤差規制値を逸脱する誤差は発生しない。その結果、電力量の誤差が大きくなることにより余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じることはなく、公正な電力料金となる。
【０１１４】
なお、上記第１および第２の実施の形態では、本発明をそれぞれ単相三線式誘導型電力量計および単相二線式誘導型電力量計に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、三相三線式誘導型電力量計等の他の方式の誘導型電力量計にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計および単相二線式誘導型電力量計の概略断面図である。
【図２】図１の単相三線式誘導型電力量計の概略回路図である。
【図３】図１の誘導型電力量計における電圧素子および電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図４】図１の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束の相互の打ち消し合いを示した概略断面図である。
【図５】図１の単相三線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図６】図１の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。
【図７】図１の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【図８】図１の単相二線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図９】図１の単相二線式誘導型電力量計の概略回路図である。
【図１０】従来の単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。
【図１１】図１０の誘導型電力量計における電圧素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図１２】図１０の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図１３】図１０の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図１４】図１０の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。
【図１５】電圧素子の電圧素子鉄心および電流素子の電流素子鉄心に使用されるケイ素鋼板の透磁率曲線を示す図である。
【図１６】図１０の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電圧素子
１１ 電圧素子鉄心
１２ 電圧コイル
１４ 中央脚
１５ａ，１５ｂ 側路脚
２０ 電流素子
２１ 電流素子鉄心
２２ａ，２２ｂ 電流コイル
２３ 位相調整コイル
２４ａ，２４ｂ 中央脚
２５ａ，２５ｂ 側路脚
２６ 電磁遮蔽板
２７ 電流素子移相板
２９ 軽負荷調整コイル
３０ 誘導円板
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を利用して電力量を計測する誘導型電力量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力取引の根拠とする電力量を測定するために電力量計が用いられる。電力量計には、主として誘導型電力量計および電子式電力量計があり、近年は、複素子式誘導型電力量計が多用されている（例えば、特許文献１、２および３参照。）。
【０００３】
図１０は従来の単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。図１０の誘導型電力量計は、電圧素子１００、電流素子２００および誘導円板３００を備える。電流素子２００の上部に電圧素子１００が配置され、電圧素子１００と電流素子２００との間に誘導円板３００が挿入されている。誘導円板３００は、回転軸を中心に回転可能に設けられている。誘導円板３００は、アルミニウム等の磁性を帯びない金属により形成されている。
【０００４】
電圧素子１００は、Ｅ字形の鉄心（以下、電圧素子鉄心と呼ぶ）１０１および電圧コイル１０２からなる。電圧コイル１０２は、電圧素子鉄心１０１の中央脚に巻き付けられている。また、電流素子２００は、コ字形の鉄心（以下、電流素子鉄心と呼ぶ）２０１および電流コイル２０２ａ，２０２ｂからなる。電流コイル２０２ａ，２０２ｂは、電流素子鉄心２０１の両方の側部脚にそれぞれ巻き付けられている。電流コイル２０２ａ，２０２ｂは、互いに逆向きに巻かれている。電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１および電流素子２００の電流素子鉄心２０１にはケイ素鋼板が使用されている。
【０００５】
電圧素子１００には位相調整コイル１０３が設けられ、電流素子２００には、位相調整板２０３が設けられている。
【０００６】
さらに、電圧素子１００と誘導円板３００との間に軽負荷調整装置１０４が設けられ、電流素子２００と誘導円板３００との間に過負荷補償片２０５が設けられている。
【０００７】
電圧素子１００は、電圧コイル１０２に電流が流れることにより磁束を発生する。電流素子２００は、電流コイル２０２ａ，２０２ｂに電流が流れることにより磁束を発生する。これらの電圧素子１００および電流素子２００により発生する磁束により回転磁界が発生し、誘導円板３００が回転する。この誘導円板３００の回転数により電力量を測定することができる。
【０００８】
図１０には、１組の電圧素子１００および電流素子２００が示されるが、実際には、２組の電圧素子１００および電流素子２００が誘導円板３００の回転軸を中心として対称な位置に配置される構造が採用される。
【０００９】
一方の組の電圧素子１００および電流素子２００を第１の素子と呼び、他方の組の電圧素子１００および電流素子２００を第２の素子と呼ぶ。
【００１０】
図１１は図１０の誘導型電力量計における電圧素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００１１】
図１１に示すように、電圧素子１００により発生した磁束（以下、電圧磁束と呼ぶ）の大部分は、電圧素子鉄心１０１の中央脚、主空隙Ｇｍおよび両方の側路脚を経由して還流する。電圧磁束の一部は、誘導円板３００を横切って電流素子２００の電流素子鉄心２０１を経由し、再び誘導円板３００を横切って電圧素子鉄心１０１の側路脚に戻るように還流する。
【００１２】
ここで、電圧素子鉄心１０１の中央脚から電流素子鉄心２０１に向かって誘導円板３００を横切る磁束を駆動磁束φVR，φVLと呼ぶ。
【００１３】
図１２は図１０の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００１４】
図１２に示すように、電流素子２００により発生した磁束（以下、電流磁束と呼ぶ）の一部は、電流素子鉄心２０１から誘導円板３００を横切って電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１の両方の側路脚を経由し、再び誘導円板３００を横切って電流素子鉄心２０１に戻るように還流する。電流磁束の残りは、電流素子鉄心２０１から誘導円板３００を横切って電圧素子鉄心１０１の中央脚を経由し、再び誘導円板３００を横切って電流素子鉄心２０１に戻るように還流する。
【００１５】
ここで、電流素子鉄心２０１から電圧素子鉄心１０１の中央脚に向かって誘導円板３００を横切る磁束を駆動磁束φDR，φDLと呼ぶ。また、電流素子鉄心２０１から電圧素子鉄心１０１の側路脚を経由して還流する磁束を側路磁束φBR，φBLと呼ぶ。
【００１６】
電圧素子１００および電流素子２００は、漏れインダクタンスを有するため、実際の位相差は規定値よりずれてしまう。そこで、図１０の位相調整コイル１０３は、誘導円板３００を横切る電圧磁束と電流磁束との間に力率に適合した位相差が与えられるように、位相調整板２０３の移相効果と相俟って誘導円板３００を横切る磁束に移相効果を与える。通常、誘導型電力量計における磁束の位相の調整には、誘導円板３００を横切る磁路に設けた抵抗を調整することにより移相量を変化させる方法が採られる。位相調整板２０３は、同様の原理により電流磁束の位相を調整するとともに、温度変化に起因する電圧磁束の位相の変化に追随して電流磁束の位相も変化させることにより、力率に対する動作を安定化させる。
【００１７】
図１３は図１０の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【００１８】
図１３に示すように、２組の電圧素子１００および電流素子２００（図１３には図示せず）が誘導円板３００の回転軸Ｃを挟んで対向するように配置されている。２組の電圧素子１００および電流素子２００による電圧磁束および電流磁束は、誘導円板３００の回転軸Ｃを挟んで対向する２箇所の磁束通過部３０１，３０２を通過する。ここでは、説明の便宜上、磁束通過部３０１を４つの領域１ｂｒ，１ｄｒ，１ｄｆ，１ｂｆに区分し、磁束通過部３０２を４つの領域２ｂｒ，２ｄｒ，２ｄｆ，２ｂｆに区分している。
【００１９】
磁束通過部３０１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１００による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２００による駆動磁束φDR，φDLが通過する。磁束通過部３０１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１００による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２００による側路磁束φBR，φBLが通過する。
【００２０】
以下、電圧磁束および電流磁束により誘導円板３００が回転する原理を説明する。
【００２１】
図１４は図１０の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。図１４には誘導円板３００の磁束通過部３０１の近傍が示されている。図１４の左側の各図は、誘導円板３００を通過する電圧磁束または電流磁束を図１１または図１２に基づいて示す断面図であり、図１４の右側の各図は、図１４の左側の各図に対応する斜視図である。
【００２２】
なお、図１４の左側の各図においては、誘導円板３００の近傍における電圧磁束または電流磁束のみ示し、電圧素子１００および電流素子２００は省略している。ここでは、誘導円板３００を下向きに横切る磁束のみに着目して説明を行う。
【００２３】
負荷の力率が１に設定されているものとする。この場合、電圧磁束と電流磁束とは９０度（すなわち、１／４周期）の位相差を有する。まず、図１４（ａ）に示すように、電圧素子１００による下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２００による電流磁束が０となる。したがって、磁束通過部３０１の領域１ｄｒ，１ｄｆの境界部に下向きの駆動磁束が形成される。
【００２４】
次に、１／４周期経過すると、図１４（ｂ）に示すように、電圧素子１００による電圧磁束は０となり、電流素子２００による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｄｒに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｂ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２５】
ここで、電流磁束の一部は側路磁束として電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１を還流し、磁束通過部３０１の領域１ｂｒを下向きに通過するが、領域１ｄｒに形成される磁束に比べて十分に弱い。
【００２６】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ｃ）に示すように、図１４（ａ）とは逆向きに電圧素子１００による電圧磁束が還流し、下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２００による電流磁束が０となる。それにより、磁束通過部３０１の領域１ｂｒ，１ｂｆに下向きの駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｃ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２７】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ｄ）に示すように、電圧素子１００による電圧磁束は０となり、電流素子２００による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｄｆに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図１４（ｄ）の誘導円板３００上の矢印の方向に移動する。
【００２８】
ここで、電流磁束の一部は側路磁束として電圧素子１００の電圧素子鉄心１０１を還流し、磁束通過部３０１の領域１ｂｆを下向きに通過するが、領域１ｄｆに形成される駆動磁束に比べて十分に弱い。
【００２９】
さらに、１／４周期経過すると、図１４（ａ）に戻り、以下同様にして、図１３に示した誘導円板３００上の矢印の方向にトルクが継続して発生する。このトルクにより誘導円板３００は一定方向に回転する。さらに、永久磁石等（図示せず）の磁束により制動トルクを与えつつ誘導円板３００を回転させることにより、誘導円板３００を電力量に対応する回転量だけ回転させることができる。
【００３０】
なお、磁束通過部３０２においても、磁束通過部３０１と同じ方向に誘導円板３００を回転させるトルクが得られる。また、ここでは下向きの駆動磁束のみに着目して説明を行ったが、上向きの駆動磁束に着目しても、同じ方向に誘導円板３００を回転させるトルクが得られる。
【００３１】
【特許文献１】
特開平０８−１２２３６５号公報
【特許文献２】
特開平０９−０６８５４９号公報
【特許文献３】
特開２００１−０８３１８２号公報
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は電圧素子の電圧素子鉄心および電流素子の電流素子鉄心に使用されるケイ素鋼板の透磁率曲線を示す図である。
【００３３】
図１５に示すように、ケイ素鋼板の透磁率は、起磁力に対して線形ではなく、ある起磁力を超えると急激に減少する。このため、起磁力が所定値より大きい場合、透磁率の減少を補償するために、図１０に示すように、電流素子２００と誘導円板３００の磁束通過部３０１，３０２との間に過負荷補償片２０５が挿入されている。過負荷補償片２０５は、鉄等の金属片からなる。過負荷補償片２０５を電流素子２００の駆動動作点と並列に挿入することにより、過負荷補償片２０５の磁気飽和による通過磁束比率の減少を利用して、逆に駆動磁束を増加させる。このようにして、図１５の破線で示すように、見かけ上の透磁率を補償する。
【００３４】
また、微小電流領域においては透磁率が小さく発生トルクが不足するとともに、誘導円板３００を含む機械系の摩擦トルクが重畳されるため、誘導円板３００を回転させるための始動トルクが得られない。そこで、所定の電流で始動動作を行う必要から、図１０に示すように、電圧素子１００と誘導円板３００の磁束通過部３０１，３０２との間に軽負荷調整装置１０４が挿入される。軽負荷調整装置１０４はくまとりコイルからなる。
【００３５】
この軽負荷調整装置１０４は、図１１の電圧素子１００により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。それにより、位相差を有する駆動磁束φVRと駆動磁束φVLとの間の相互作用により始動特性を補正するための補助トルクが作り出される。
【００３６】
このような軽負荷調整装置１０４は、電流素子２００による電流磁束とは無関係に始動特性を改善するための補助トルクを作り出すことを意図したものである。しかしながら、実際には、軽負荷調整装置１０４を作動させたときに、電流素子２００による電流磁束に影響を与え、以下に示す不公正な誤差特性が生じることとなる。
【００３７】
上記のように、軽負荷調整装置１０４により図１１の電圧素子１００により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。このとき、図１２の電流素子２００により発生する駆動磁束φDR，φDLのうち一方の駆動磁束φDRに遅れの移相効果が与えられ、他方の駆動磁束φDLに進みの移相効果が与えられる。また、図１２の電流素子２００により発生する側路磁束φBR，φBLのうち一方の側路磁束φBRに遅れの移相効果が与えられ、他方の側路磁束φBLに進みの移相効果が与えられる。さらに、側路磁束φBRから駆動磁束φDLへ進相成分φF が供給され、駆動磁束φDRから側路磁束φBLへ遅相成分φR が供給される。
【００３８】
すなわち、図１３において、磁束通過部３０１の領域１ｂｒを通過する側路磁束の位相が遅れ、磁束通過部３０１の領域１ｂｆを通過する側路磁束の位相が進む。また、磁束通過部３０２の領域２ｂｒを通過する側路磁束の位相が遅れ、磁束通過部３０２の領域２ｂｆを通過する側路磁束の位相が進む。そのため、領域１ｂｒを通過する側路磁束と領域１ｂｆを通過する側路磁束との間に位相差が生じ、領域２ｂｒを通過する側路磁束と領域２ｂｆを通過する側路磁束との間に位相差が生じる。
【００３９】
磁束通過部３０１，３０２において始動トルクを均等に発生させるために軽負荷調整装置１０４により同じ量の補正を与えた場合に、磁束通過部３０１，３０２に同じ方向の同じ量の位相差が発生する。この場合、磁束通過部３０１の領域１ｂｆと磁束通過部３０２の領域２ｂｒとの間に負のトルクが生じ、磁束通過部３０２の領域２ｂｆと磁束通過部３０１の領域１ｂｒとの間に負のトルクが生じる。このように、軽負荷調整装置１０４による始動特性の補正は、２つの電流素子２００により発生する電流磁束の相互干渉を誘発する。
【００４０】
図１６は図１０の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【００４１】
図１６において、Ｓ１は第１の素子（一方の組の電圧素子１００および電流素子２００）の単独運転時の誤差特性曲線であり、Ｓ２は第２の素子（他方の組の電圧素子１００および電流素子２００）の単独運転時の誤差特性曲線である。Ｔｏｔａｌは第１および第２の素子の並行運転時の誤差特性曲線である。Ｉｎｔは第１および第２の素子間の電流干渉誤差特性曲線である。Ｓｔ＋は正側誤差規制値曲線であり、Ｓｔ−は負側誤差規制値曲線である。
【００４２】
図１６に示すように、一方の素子を力率１で単独運転した場合には、珪素鋼板が有する透磁率に反比例する磁路抵抗の影響を受け、誤差特性曲線Ｓ１，Ｓ２のように、電流の増加に伴って電力量の正の誤差が増大する。一方、両方の素子を力率１で並行運転した場合には、Ｉｎｔで示す第１および第２の素子間の電流干渉誤差の効果が合成されることにより、誤差特性曲線Ｔｏｔａｌのように、電流が増加しても電力量の正の誤差が正側誤差規制値曲線Ｓ＋を超えない。
【００４３】
このように、両方の素子を同程度の負荷で運転した場合には、電力量の正の誤差が規制値を満足することができるが、何らかの理由で負荷が一方の素子に偏った場合には、規制値を逸脱する誤差が発生する。
【００４４】
通常、誘導型電力量計は、第１および第２の素子を並行運転したときに電力量の誤差が規制値を満足するように設計される。したがって、一方の素子に偏った負荷配分で需要家が電力を使用した場合には、電力量の正の誤差が大きくなり、余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じる。換言すると、需要家が負荷の配分を考慮しつつ電力を使用しないと、不公正な電力料金が生じる場合がある。
【００４５】
また、第１および第２の素子の並行運転時に第１および第２の素子がそれぞれ有する右上がりの誤差特性を相互干渉による右下がりの干渉誤差により補正することは、計量器の設計思想からも好ましくない。
【００４６】
また、配電領域の電力損失の低減のため、および配電システムの簡略化によるコストパフォーマンスの向上のために、配電領域における配電電圧を昇圧することが考えられる。そのため、２００Ｖの単相二線式配電が検討されている。この場合には、単相二線式誘導型電力量計が用いられる。
【００４７】
単相二線式誘導型電力量計においては、１組の電圧素子および電流素子が用いられる。したがって、単相二線式誘導型電力量計の運転時には、上記のような複素子式誘導型電力量計において一方の素子に偏った負荷配分のときと同様に、余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じる。
【００４８】
本発明の目的は、負荷形態にかかわらず、電力量の誤差が規制値を満足することができる誘導型電力量計を提供することである。
【００４９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る誘導型電力量計は、誘導円板を挟んで配置された複数組の電圧素子および電流素子を備え、各組の電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、各組の電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、第２の鉄心の第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように第１および第２の電流コイルが設けられたものである。
【００５０】
本発明に係る誘導型電力量計においては、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、かつ第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなることにより、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生した磁束が第２の鉄心の第１の中央脚から誘導円板を横切って電圧素子の第１の鉄心の中央脚を経由し、再び誘導円板を横切って第２の鉄心の第２の中央脚に戻るように還流し、またはその逆の方向に還流する。このとき、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生する磁束は互いに逆向きとなるので、第１および第２の電流コイルの外側に発生する磁束は互いに相殺される。そのため、電流素子から誘導円板を横切って電圧素子の側路脚に至る磁束が発生しない。
【００５１】
それにより、電圧素子により発生する磁束に移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子により発生する磁束には影響を与えず、複数組の電流素子の磁路相互間の結合が生じない。したがって、複数組の電圧素子および電流素子に接続される負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化も低減することができる。その結果、負荷形態にかかわらず、電力量の誤差が規制値を満足することが可能となる。
【００５２】
第２の発明に係る誘導型電力量計は、誘導円板を挟んで配置された１組の電圧素子および電流素子を備え、電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、第２の鉄心の第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように第１および第２の電流コイルが設けられたものである。
【００５３】
本発明に係る誘導型電力量計においては、第２の鉄心の第１および第２の中央脚が第１の鉄心の中央脚の幅内に配置され、かつ第１の電流コイルにより第１の中央脚に発生する磁束と第２の電流コイルにより第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなることにより、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生した磁束が第２の鉄心の第１の中央脚から誘導円板を横切って電圧素子の第１の鉄心の中央脚を経由し、再び誘導円板を横切って第２の鉄心の第２の中央脚に戻るように還流し、またはその逆の方向に還流する。このとき、電流素子の第１および第２の電流コイルにより発生する磁束は互いに逆向きとなるので、第１および第２の電流コイルの外側に発生する磁束は互いに相殺される。そのため、電流素子から誘導円板を横切って電圧素子の側路脚に至る磁束が発生しない。
【００５４】
それにより、電圧素子により発生する磁束に移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子により発生する磁束には影響を与えない。したがって、電圧素子および電流素子に接続される負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができる。その結果、電力量の誤差が規制値を満足することが可能となる。
【００５５】
各組の電流素子の第１および第２の電流コイルは、第１の中央脚と第２の中央脚との間で互いに重なり合うように巻回されてもよい。
【００５６】
この場合、電流素子の第１および第２の中央脚における磁路長を短縮することが可能となる。それにより、電流素子による磁束が第２の鉄心の磁路抵抗の影響をほとんど受けない。したがって、電力量の誤差をさらに低減するとこができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化もさらに低減することができる。
【００５７】
各組の電流素子の第２の鉄心は、第１および第２の中央脚の両側に複数の側路脚をさらに有し、第１および第２の電流コイルと複数の側路脚との間に電磁遮蔽板がそれぞれ設けられてもよい。
【００５８】
この場合、電圧素子の電圧コイルにより発生する磁束の一部が第１の鉄心の中央脚から誘導円板を横切って電流素子の第２の鉄心の第１および第２の中央脚および側路脚を経由し、再び誘導円板を横切って電圧素子の第１の側路脚および中央脚を経由するように還流し、またはその逆方向に還流する。このとき、第１および第２の電流コイルと複数の側路脚との間に電磁遮蔽板が設けられているので、第１および第２の電流コイルによる磁束が第２の鉄心の側路脚に漏れ出ることが確実に防止される。
【００５９】
各組の電流素子の第２の鉄心の複数の側路脚のいずれかに、軽負荷時に電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚に発生する磁束間に位相差を与える軽負荷調整手段が設けられてもよい。
【００６０】
この場合、軽負荷時に電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚に発生する磁束間に位相差が与えられることにより、軽負荷時の始動特性が補正される。このとき、電流素子の第２の鉄心の側路脚には第１および第２の電流コイルにより発生する磁束が形成されないので、負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止される。
【００６１】
各組の電圧素子の第１の鉄心の複数の側路脚と電流素子の第２の鉄心の複数の側路脚とがほぼ同一の直線上に配置されてもよい。
【００６２】
この場合には、電圧素子の電圧コイルにより発生する磁束が効率的に電圧素子の第１の鉄心の側路脚および電流素子の第２の鉄心の側路脚に還流する。したがって、誘導円板の十分な駆動力が得られる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。図１の誘導型電力量計は、電圧素子１０、電流素子２０および誘導円板３０を備える。電流素子２０の上部に電圧素子１０が配置され、電圧素子１０と電流素子２０との間に誘導円板３０が挿入されている。誘導円板３０は、回転軸を中心に回転可能に設けられている。誘導円板３０は、アルミニウム等の磁性を帯びない金属により形成されている。
【００６４】
電圧素子１０は、Ｅ字形の鉄心（以下、電圧素子鉄心と呼ぶ）１１および電圧コイル１２からなる。電圧素子鉄心１１は、中央脚１４、２本の側路脚１５ａ，１５ｂおよび連結部１８により構成される。電圧コイル１２は、電圧素子鉄心１１の中央脚１４に巻き付けられている。
【００６５】
また、電流素子２０は、鉄心（以下、電流素子鉄心と呼ぶ）２１および電流コイル２２ａ，２２ｂからなる。電流素子鉄心２１は、２本の中央脚２４ａ，２４ｂ、２本の側路脚２５ａ，２５ｂおよび連結部２８により構成される。２本の中央脚２４ａ，２４ｂは、電圧素子鉄心１１の中央脚１４の幅内で誘導円板３０を挟んで電圧素子鉄心１１の中央脚１４に対向するように配置される。また、２本の側路脚２５ａ，２５ｂは、誘導円板３０を挟んで電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂと同一直線上に配置される。
【００６６】
電流コイル２２ａ，２２ｂは、電流素子鉄心２１の２本の中央脚２４ａ，２４ｂにそれぞれ巻き付けられており、互いに逆向きの磁束が発生するように直列に接続されている。ここで、電流コイル２２ａ，２２ｂは、中央脚２４ａ，２４ｂ間において互いに重なるように巻かれている。それにより、中央脚２４ａ，２４ｂにおける磁路長が短縮されている。
【００６７】
電圧素子１０の電圧素子鉄心１１および電流素子２０の電流素子鉄心２１にはケイ素鋼板が使用されている。
【００６８】
電流素子２０には、電流素子移相板２７が設けられている。また、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂと側路脚２５ａ，２５ｂとの間には、電磁遮蔽板２６がそれぞれ配置されている。
【００６９】
電流素子鉄心２１の２本の中央脚２４ａ，２４ｂには位相調整コイル２３が設けられ、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａには、軽負荷調整コイル２９が設けられている。
【００７０】
電圧素子１０は、電圧コイル１２に電流が流れることにより磁束を発生する。電流素子２０は、電流コイル２２ａ，２２ｂに電流が流れることにより磁束を発生する。これらの電圧素子１０および電流素子２０により発生する磁束により回転磁界が発生し、誘導円板３０が回転する。この誘導円板３０の回転数により電力量を測定することができる。
【００７１】
図１には、１組の電圧素子１０および電流素子２０が示されるが、実際には、２組の電圧素子１０および電流素子２０が誘導円板３０の回転軸を中心として対称な位置に配置される構造が採用される。
【００７２】
一方の組の電圧素子１０および電流素子２０を第１の素子と呼び、他方の組の電圧素子１０および電流素子２０を第２の素子と呼ぶ。
【００７３】
図２は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の接続を示す概略回路図である。
【００７４】
図２に示すように、単相三線式誘導型電力量計は２組の電圧素子１０および電流素子２０で構成される。電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に１００Ｖの交流電源４０ａが接続され、電源線Ｌ２と電源線Ｌ０との間に１００Ｖの交流電源４０ｂが接続されている。一方の組の電圧素子１０が電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に接続され、一方の組の電流素子２０が電源線Ｌ１と負荷５０ａの一方の端子との間に接続されている。また、他方の組の電圧素子１０が電源線Ｌ２と電源線Ｌ０との間に接続され、他方の組の電流素子２０が電源線Ｌ２と負荷５０ｂの一方の端子との間に接続されている。負荷５０ａの他方の端子および負荷５０ｂの他方の端子は電源線Ｌ０に接続されている。
【００７５】
図３は図１の誘導型電力量計における電圧素子１０および電流素子２０が形成する磁束を示した概略断面図である。
【００７６】
図３に示すように、電圧素子１０により発生した磁束（以下、電圧磁束と呼ぶ）の一部は、電圧素子鉄心１１の中央脚１４、主空隙Ｇｍおよび両方の側路脚１５ａ，１５ｂを経由して還流する。電圧磁束の残りは、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂおよび側路脚２５ａ，２５ｂを経由し、再び誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂに戻るように還流する。
【００７７】
ここで、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から電流素子鉄心２１に向かって誘導円板３０を横切る磁束を駆動磁束φVR，φVLと呼ぶ。また、電圧素子鉄心１１の中央脚１４から電圧素子鉄心１１の側路脚１５ａ，１５ｂを経由して還流する磁束を側路磁束φSR，φSLと呼ぶ。また、電圧素子鉄心１１の中央脚１４には、全磁束φVMが経由する。
【００７８】
電流素子２０により発生した磁束（以下、電流磁束と呼ぶ）は、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａから誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の中央脚１４を経由し、再び誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ｂに戻るように還流する。
【００７９】
ここで、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａから誘導円板３０を横切って電圧素子鉄心１１の中央脚１４を経由し、再び誘導円板３０を横切って電流素子鉄心２１の中央脚２４ｂに戻るように還流する磁束を駆動磁束φCと呼ぶ。
【００８０】
電流コイル２２ａ，２２ｂには互いに逆向きに電流が流れるため、上記のように、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂを経由する駆動磁束φC は還流する。
【００８１】
図４は電流素子鉄心２１の電流コイル２２ａ、２２ｂにより発生する電流磁束の側路脚２５ａ、２５ｂにおける相互の打ち消し合いを示した概略平面図である。
【００８２】
図４に示すように、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ａにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。また、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ｂにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。その結果、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａ，２５ｂには、電流コイル２２ａ，２２ｂによる電流磁束は形成されない。
【００８３】
また、電磁遮蔽板２６は、電流コイル２２ａ，２２ｂから側路脚２５ａ，２５ｂの磁路への直接結合を阻止することにより、後述する上記の第１の素子と第２の素子との間の結合を防止する。
【００８４】
図１の位相調整コイル２３は、誘導円板３０を横切る電圧磁束と電流磁束との間に力率に適合した位相差が与えられるように、電流素子移相板２７の移相効果と相俟って誘導円板３０を横切る磁束に移相効果を与える。電流素子移相板２７は、電流磁束の位相を調整するとともに、温度変化に起因する電圧磁束の位相の変化に追随して電流磁束の位相も変化させることにより、力率に対する動作を安定化させる。
【００８５】
図５は図１の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略断面図である。
【００８６】
図５に示すように、２組の電圧素子１０および電流素子２０（図５には図示せず）が誘導円板３０の回転軸Ｃを挟んで対向するように配置されている。２組の電圧素子１０および電流素子２０による電圧磁束および電流磁束は、誘導円板３０の回転軸Ｃを挟んで対向する２箇所の磁束通過部３１，３２を通過する。ここでは、説明の便宜上、磁束通過部３１を４つの領域１ｂｒ，１ｄｒ，１ｄｆ，１ｂｆに区分し、磁束通過部３２を４つの領域２ｂｒ，２ｄｒ，２ｄｆ，２ｂｆに区分している。
【００８７】
磁束通過部３１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２０による駆動磁束φC が通過する。磁束通過部３１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLが通過し、電流素子２０による磁束は通過しない。
【００８８】
以下、電圧磁束および電流磁束により誘導円板３０が回転する原理を説明する。
【００８９】
図６は図１の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。図６には誘導円板３０の磁束通過部３１の近傍が示されている。図６の左側の各図は、誘導円板３０を通過する電圧磁束または電流磁束を図３に基づいて示す断面図であり、図６の右側の各図は、図６の左側の各図に対応する斜視図である。
【００９０】
なお、図６の左側の各図においては、誘導円板３０の近傍における電圧磁束または電流磁束のみ示し、電圧素子１０および電流素子２０は省略している。ここでは、誘導円板３０を下向きに横切る磁束のみに着目して説明を行う。
【００９１】
負荷の力率が１に設定されているものとする。この場合、電圧磁束と電流磁束とは９０度（すなわち、１／４周期）の位相差を有する。まず、図６（ａ）に示すように、電圧素子１０による下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２０による電流磁束が０となる。したがって、磁束通過部３１の領域１ｄｒ，１ｄｆの境界部に下向きの駆動磁束が形成される。
【００９２】
次に、１／４周期経過すると、図６（ｂ）に示すように、電圧素子１０による電圧磁束は０となり、電流素子２０による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３１の領域１ｄｒに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｂ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９３】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）とは逆向きに電圧素子１０による電圧磁束が還流し、下向きの電圧磁束が最大となり、電流素子２０による電流磁束が０となる。それにより、磁束通過部３１の領域１ｂｒ，１ｂｆに下向きの駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｃ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９４】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ｄ）に示すように、電圧素子１０による電圧磁束は０となり、電流素子２０による電流磁束が最大となる。この場合、磁束通過部３１の領域１ｄｆに下向きに最大の駆動磁束が形成される。すなわち、下向きの駆動磁束が、見かけ上、図６（ｄ）の誘導円板３０上の矢印の方向に移動する。
【００９５】
さらに、１／４周期経過すると、図６（ａ）に戻り、以下同様にして、図５に示した誘導円板３０上の矢印の方向にトルクが継続して発生する。このトルクにより誘導円板３０は一定方向に回転する。さらに、永久磁石等（図示せず）の磁束により制動トルクを与えつつ誘導円板３０を回転させることにより、誘導円板３０を電力量に対応する回転量だけ回転させることができる。
【００９６】
なお、磁束通過部３２においても、磁束通過部３１と同じ方向に誘導円板３０を回転させるトルクが得られる。また、ここでは下向きの駆動磁束のみに着目して説明を行ったが、上向きの駆動磁束に着目しても、同じ方向に誘導円板３０を回転させるトルクが得られる。
【００９７】
図１の軽負荷調整コイル２９は、図３の電圧素子１０により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与える。それにより、位相差を有する駆動磁束φVRと駆動磁束φVLとの間の相互作用により始動特性を補正するための補助トルクが作り出される。
【００９８】
本発明の第１の実施の形態では、磁束通過部３１の内側の領域１ｄｒ，１ｄｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLおよび電流素子２０による駆動磁束φC が通過する。また、磁束通過部３１の外側の領域１ｂｒ，１ｂｆには電圧素子１０による駆動磁束φVR，φVLが通過し、電流素子２０による電流磁束は通過しない。
【００９９】
したがって、上記のように、軽負荷調整コイル２９が図３の電圧素子１０により発生する駆動磁束φVR，φVLのうち一方の駆動磁束φVRに遅れの移相効果を与え、他方の駆動磁束φVLに進みの移相効果を与えた場合に、その移相効果は電流素子２０により発生する電流磁束には影響を与えない。
【０１００】
すなわち、図５の磁束通過部３１の領域１ｂｒ，１ｂｆおよび磁束通過部３２の領域２ｂｒ，２ｂｆには電流素子２０による電流磁束が存在しない。そのため、軽負荷調整コイル２９により電圧素子１０による電圧磁束に移相効果を与えた場合でも、磁束通過部３１の領域１ｂｆと磁束通過部３２の領域２ｂｒとの間および磁束通過部３２の領域２ｂｆと磁束通過部３１の領域１ｂｒとの間に電流磁束の位相差による負のトルク（磁路相互間の結合）が生じない。
【０１０１】
また、電流素子鉄心２１の中央脚２４ａ，２４ｂにおける磁路長が短縮されているので、電流素子２０による電流磁束が電流素子鉄心２１の磁路抵抗の影響をほとんど受けない。
【０１０２】
これらの結果、第１および第２の素子の負荷の配分に由来する干渉誤差の誘発が防止され、電力量の誤差を低減することができるとともに、負荷の配分の変化による誤差の変化も低減することができる。
【０１０３】
図７は図１の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【０１０４】
図７において、Ｓ１は第１の素子（一方の組の電圧素子１０および電流素子２０）の単独運転時の誤差特性曲線であり、Ｓ２は第２の素子（他方の組の電圧素子１０および電流素子２０）の単独運転時の誤差特性曲線である。Ｔｏｔａｌは第１および第２の素子の並行運転時の誤差特性曲線である。
【０１０５】
図７に示すように、一方の素子を力率１で単独運転した場合、誤差特性曲線Ｓ１，Ｓ２のように、電流の増加に伴って電力量の誤差が徐々に低下している。一方、両方の素子を力率１で並行運転した場合にも、誤差特性曲線Ｔｏｔａｌのように、電流の増加に伴って電力量の誤差が徐々に低下している。また、一方の素子を単独運転した場合および両方の素子を並行運転した場合に、全測定領域を通して電力量の平均誤差が図１２に示した従来の誘導型電力量計における電力量の平均誤差に比べて低減されている。
【０１０６】
このように、本発明の第１の実施の形態における誘導型電力量計では、両方の素子を同程度の負荷で運転した場合にも、何らかの理由で負荷が一方の素子に偏った場合にも、規制値を逸脱する誤差が発生しない。したがって、一方の素子に偏った負荷配分で需要家が電力を使用した場合にも、電力量の誤差が大きくなることにより余分の電力料金が発生し得るという不合理が解消され、需要家が負荷の配分を考慮することなく電力を使用しても公正な電力料金となる。
【０１０７】
次に、本発明の第２の実施の形態における単相二線式誘導型電力量計について説明する。
【０１０８】
図８は単相二線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略断面図である。単相二線式誘導型電力量計は本発明の第１の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計の第１の素子のみを有する。
【０１０９】
図８に示すように、本実施の形態における単相二線式誘導型電力量計においては、１組の電圧素子１０および電流素子２０（図８には図示せず）が誘導円板３０の回転軸Ｃに対して偏心した位置に配置されている。
【０１１０】
図９は本発明の第２の実施の形態における単相二線式誘導型電力量計の接続を示す概略回路図である。
【０１１１】
図９に示すように、単相二線式誘導型電力量計は１組の電圧素子１０および電流素子２０で構成される。電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に２００Ｖの交流電源４０ｃが接続されている。電圧素子１０が電源線Ｌ１と電源線Ｌ０との間に接続され、電流素子２０が電源線Ｌ１と負荷５０ａの一方の端子との間に接続されている。負荷５０ａの他方の端子は電源線Ｌ０に接続されている。
【０１１２】
本実施の形態に係る単相二線式誘導型電力量計においても、図４に示すように、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ａに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ａにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。また、電流コイル２２ａにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束と電流コイル２２ｂにより電流素子鉄心２１の側路脚２５ｂに発生する磁束とは互いに逆向きとなるため、誘導円板３０を挟む位置１３ｂにおいて、これらの磁束は互いに相殺される。その結果、電流素子鉄心２１の側路脚２５ａ，２５ｂには、電流コイル２２ａ，２２ｂによる電流磁束は形成されない。
【０１１３】
したがって、単相二線式誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線は、図７に示した単相三線式誘導型電力量計の力率１における一方の素子の運転時の誤差特性曲線と同様になり、誤差規制値を逸脱する誤差は発生しない。その結果、電力量の誤差が大きくなることにより余分の電力料金が発生し得るという不合理が生じることはなく、公正な電力料金となる。
【０１１４】
なお、上記第１および第２の実施の形態では、本発明をそれぞれ単相三線式誘導型電力量計および単相二線式誘導型電力量計に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、三相三線式誘導型電力量計等の他の方式の誘導型電力量計にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態における単相三線式誘導型電力量計および単相二線式誘導型電力量計の概略断面図である。
【図２】図１の単相三線式誘導型電力量計の概略回路図である。
【図３】図１の誘導型電力量計における電圧素子および電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図４】図１の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束の相互の打ち消し合いを示した概略断面図である。
【図５】図１の単相三線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図６】図１の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。
【図７】図１の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【図８】図１の単相二線式誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図９】図１の単相二線式誘導型電力量計の概略回路図である。
【図１０】従来の単相三線式誘導型電力量計の概略断面図である。
【図１１】図１０の誘導型電力量計における電圧素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図１２】図１０の誘導型電力量計における電流素子が形成する磁束を示した概略断面図である。
【図１３】図１０の誘導型電力量計における誘導円板を通過する磁束の位置を示す概略平面図である。
【図１４】図１０の誘導型電力量計における誘導円板が回転する原理を説明するための模式図である。
【図１５】電圧素子の電圧素子鉄心および電流素子の電流素子鉄心に使用されるケイ素鋼板の透磁率曲線を示す図である。
【図１６】図１０の誘導型電力量計の力率１における誤差特性曲線の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電圧素子
１１ 電圧素子鉄心
１２ 電圧コイル
１４ 中央脚
１５ａ，１５ｂ 側路脚
２０ 電流素子
２１ 電流素子鉄心
２２ａ，２２ｂ 電流コイル
２３ 位相調整コイル
２４ａ，２４ｂ 中央脚
２５ａ，２５ｂ 側路脚
２６ 電磁遮蔽板
２７ 電流素子移相板
２９ 軽負荷調整コイル
３０ 誘導円板
Claims (6)
- 誘導円板を挟んで配置された複数組の電圧素子および電流素子を備え、
各組の電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、前記第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、
各組の電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、前記第２の鉄心の前記第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、
前記第２の鉄心の前記第１および第２の中央脚が前記第１の鉄心の前記中央脚の幅内に配置され、
前記第１の電流コイルにより前記第１の中央脚に発生する磁束と前記第２の電流コイルにより前記第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように前記第１および第２の電流コイルが設けられたことを特徴とする誘導型電力量計。 - 誘導円板を挟んで配置された１組の電圧素子および電流素子を備え、
前記電圧素子は、中央脚および複数の側路脚を有する第１の鉄心と、前記第１の鉄心の中央脚に巻回された電圧コイルとを含み、
前記電流素子は、第１および第２の中央脚を有する第２の鉄心と、前記第２の鉄心の前記第１および第２の中央脚にそれぞれ巻回された第１および第２の電流コイルとを含み、
前記第２の鉄心の前記第１および第２の中央脚が前記第１の鉄心の前記中央脚の幅内に配置され、
前記第１の電流コイルにより前記第１の中央脚に発生する磁束と前記第２の電流コイルにより前記第２の中央脚に発生する磁束とが互いに逆向きとなるように前記第１および第２の電流コイルが設けられたことを特徴とする誘導型電力量計。 - 各組の前記電流素子の前記第１および第２の電流コイルは、前記第１の中央脚と前記第２の中央脚との間で互いに重なり合うように巻回されたことを特徴とする請求項１または２記載の誘導型電力量計。
- 各組の前記電流素子の前記第２の鉄心は、前記第１および第２の中央脚の両側に複数の側路脚をさらに有し、
前記第１および第２の電流コイルと前記複数の側路脚との間に電磁遮蔽板がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の誘導型電力量計。 - 各組の前記電流素子の前記第２の鉄心の前記複数の側路脚のいずれかに、軽負荷時に前記電圧素子の前記第１の鉄心の前記複数の側路脚に発生する磁束間に位相差を与える軽負荷調整手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の誘導型電力量計。
- 各組の前記電圧素子の前記第１の鉄心の前記複数の側路脚と前記電流素子の前記第２の鉄心の前記複数の側路脚とがほぼ同一の直線上に配置されたことを特徴とする請求項５記載の誘導型電力量計。
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