200925616 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種電能量計，其測量被測量系統的電能 量消耗。 【先前技術】 測量用戶電能量消耗的電能量計被採用以供電荷交易 之用。電能量S十具有由制裁體系（sanction system)根據 〇 規則或法律而設定的有效期。能量計必須在當有效期已過 時更換。更換時，被固定的電能量計必須要從供電線移除 。當電能量計被移除時，供電線懸蕩，使得更換作業困難 。由於更換作業有時候是在受激的狀態中進行，進行更換 作業困難。用以增強在更換時的可工作性的電能量計已揭 露於日本專利申請公開第S62-1 2869號。該電能量計包括 主要單元及與該主要單元分開設置的端子單元。 ❹ 【發明內容】 在傳統電能量計中，端子單元的許多螺釘必須在更換 _ 時刻拆卸與附接。於是，操作太麻煩而無法常常更換電能 •量計。因此，本發明的目的在於提供一種可促進更換的電 能量計。 本發明的第一態樣提供一種包含端子單元及測量單元 的電能量計。該端子單元包括多數輸電線，承載自外部電 源供應至負載的電流；以及線圈，設給該多數輸電線的至 -4- 200925616 少其中之一輸電線且將流至該負載的該電流轉換成與該電 流成正比的磁場。該測量單元包括霍爾元件（hal1 element )，其產生與由該線圈轉換的該電場成正比的電壓；電壓 偵測器，偵測該多數輸電線的電壓；以及處理單元，基於 由該霍爾元件產生的電壓及由該電壓偵測器偵測到的電壓 計算電能量消耗。 本發的第二態樣提供一種包含端子單元及測量單元的 電能量計。該端子單元包括多數輸電線，承載自外部電源 供應至負載的電流；線圈，設給該多數輸電線的至少其中 之一輸電線且將流至該負載的該電流轉換成與該電流成正 比的磁場；以及第一磁性材料，由該線圈轉換的該磁場係 由該第一磁性材料所傳導。該測量單元包括霍爾元件，其 產生與由該線圈轉換的該電場成正比的電壓；第二磁性村 料，其與該第一磁性材料結合並將由該線圈所轉換的該磁 場傳導至該霍爾元件；電壓偵測器，偵測該多數輸電線的 A 電壓；以及處理單元，基於由該霍爾元件產生的電壓及由 〇 該電壓偵測器偵測到的電壓計算電能量消耗。 【實施方式】 以下說明根據本發明之電能量計。 根據本發明第一實施例之電能量計係參照圖1至3B 說明。根據本發明第一實施例之電能量計係單相雙線型（ single-phase two-wire type ) ° 該電能量計的建構係藉結合端子單元100與測量單元 200925616 1 5 0如圖1所示。測量單元1 5 0包含測量及顯示電能量消 耗的測量電路。測量單元1 5 0的固定片1 5 1 a、1 5 1 b分別 以螺釘152a、152b固定於端子單元1〇〇的固定片l〇la、 101b。測量單元150可自端子單元1〇〇拆下。 參照圖2A及2B說明端子單元1〇〇的結構。圖2A繪 示端子單元1〇〇，外板部分自端子單元移除以更適當 地顯示該單元的內部。 如圖2A顯示，端子單元外殼20 1係以樹脂或其類似 物組成，且容納組件。第一供應端子202係以導電金屬組 成，且連接到外部電源的第一供應線連接到第一供應端子 202。第一負載端子203係以導電金屬組成，且連接到用 戶端負載的第一負載線係連接到該第一負載端子203。第 二供應端子204係以導電金屬組成，且連接到外部電源的 第二供應線連接到第二供應端子204。第二負載端子205 係以導電金屬組成，且連接到用戶端負載的第二負載線係 連接到該第二負載端子205。 第一輸電線2 0 6係以銅單線或其類似者所組成。第一 輸電線206的其中一端係連接到第一供應端子202，而其 另一端係連接到第一負載端子203。第一輸電線206承載 自該電源端到該負載端的電流。第一輸電線206在中間具 有線圈207。線圈207可具有一匝或多數匝。第一輸電線 206係被端子單元外殼201覆蓋，且無法直接從外部被看 到。端子單元外殼201具有線圈凹部208，在端子單元外 殼201的樹脂壁處的線圏凹部208比較薄。如圖2B所示 200925616 ，線圈207向前偏移以適合於線圈凹部208內。 第二輸電線209係以銅單線或其類似者所組成。第一 輸電線209的其中一端係連接到第二供應端子204，而其 另一端係連接到第二負載端子205。第一輸電線209承載 自該電源端至該負載的電流。 參照圖3A及3B說明測量單元150的結構。圖3A繪 示測量單元150，外板部分自測量單元150移除以更適當 地示該單元的內部。 ❹ 如圖3 A所示，測量單元外殼25 1係以諸如聚碳酸脂 的防風雨樹脂諸所組成，且覆蓋內部電子組件及類似者。 該等電子組件及類似者係安裝於印刷電路板（PCB ) 252 上。 霍爾元件253a、253b、253c及253d係以半導體所組 成。霍爾元件253a、253b、253c及253d係封裝於元件封 裝253e內。元件封裝253e係安裝於PCB 252上。當測量 單元150係附接到端子單元1〇〇時，霍爾元件253a、253b 、253c及253d係緊靠近端子單元100內的線圈207定位 。從第一供應端子202流到第一負載端子203的電流被霍 爾元件253 a、253b、253c及253d轉換成成正比的電壓。 第一電壓端子254係以導電金屬組成。第一電壓端子 254電氣連接到端子單元1〇〇中的第一輸電線206。第— 電壓端子2 54偵測到從外部供應到第一供應端子202的電 壓。第一電壓端子254經由端子單元1〇〇的通孔255接觸 第一輸電線206。第一電壓端子254由於金屬材料的彈性 200925616 保持接觸狀態。 端子 第二 的電 接觸 彈性 導體 2 53 b —負 202 及第 量消 。來 供應 一負 到另 上， 單元 到端 第二電壓端子256係以導電金屬組成。第二電壓 256電氣連接到端子單元100中的第二輸電線209。 電壓端子256偵測到從外部供應到第二供應端子204 壓。第二電壓端子256經由端子單元100的通孔257 第二輸電線209。第二電壓端子256由於金屬材料的 保持接觸狀態。 處理單元258係以諸如A/D轉換器及微電腦的半 組件所組成。處理單元25 8將輸出自霍爾元件25 3a、 、25 3 c及25 3 d的電壓（與第一供應端子202流到第 載端子203的電流成正比的電壓）乘在第一供應端子 與第二供應端子204間的電壓（被第一電壓端子254 二電壓端子256偵測到）’以得到被測量系統的電能 耗。處理單元258顯示該得到的電能量消耗。 下文說明根據第一實施例的操作。 端子單元100附接到用戶房屋的牆或其類似者上 自供電公司的供應線連接到第一供應端子202及第二 端子204。用以供電力到室內負載的供應線連接到第 載端子203及第二負載端子205。有效期過期或切換 —供電公司之時，端子單元100被留在用戶房屋的牆 且只更換測量單元15〇。該更換係藉著將舊的測量 150自端子單元1〇〇拆下，並附接新的測量單元150 子單元100而達成。 接下來，說明測量單元1 5 〇。剛開始’測量單元1 5 0 200925616 與固定於用戶房屋的牆上的端子單元100重 150的固定片151a、151b接著以螺釘152a 端子單元100的固定片101a、l〇lb。螺釘 各具有線的抗破壞螺釘。各線（未顯示）固 1 02b以建立抗破壞密封，並保證開封。測量 述的程序中固定到端子單元1〇〇。 當測量單元150固定到端子單元100 150的第一及第二電壓端子254、256分別經 單元100的通孔255、257電氣連接到第一 206、209。處理單元258經由第一電壓端子 壓端子256偵測到在第一供應端子202與 2 0 4間的電壓。 測量單元150的霍爾元件253a、253b、 與端子單元100的線圈207磁性耦合，並根 電線206的電流偵測磁通量以產生與該電流 。該電壓被處理單元258偵測到。 霍爾元件253a > 253b、253c及253d係 置於基板上，且個別的輸出信號並聯。一種 板上之該等霍爾元件的方法係所諝的 orthogonal connection )，且減少由該等霍 電壓的影響。形成於該基板上的霍爾元件 253c及253d係封裝於元件封裝253e內》: 、253b、253c及253d係由DC電壓源（未 :疊。測量單元 、152b固定於 15 2a、15 2 b 係 定到片102a、 單元1 5 0在上 時，測量單元 由設置給端子 及第二輸電線 254及第二電 第二供應端子 253c 及 253d 據流過第一輸 成正比的電壓 彼此對稱地設 連接設置於基 正交連接（ 爾元件的偏移 253a 、 253b 、 霍爾元件253 a 顯示）所驅動 200925616 霍爾元件253a、253b、253c及253d係位於端子單元 1〇〇中的線圈207的內緣的外面以及其外緣的內部。霍爾 元件2 5 3 a、2 5 3 b、2 5 3 c及2 5 3 d偵測到與晶片面平行的磁 場。由於霍爾元件253a、253b、253c及253d係以上述的 位置配置，霍爾元件253a、253b、253c及253d能定位於 由線圈207所產生的磁力線之內且能得到強的磁耦合（ magnetic coupling ) 〇 再者，由於在端子單元外殼201的線圈凹部208處的 〇 樹脂薄，能在霍爾元件253a、253b、253c及253d與線圈 207間得到強烈的磁耦合。 接下來說明測量單元1 5 0的拆卸。如上述，由於採用 該電能量計作爲電荷交易之用，有效期係依規則或其類似 者的設定。在該有效期過期之時，必須要更換該電能量計 。倘若該能量計故障時亦需該更換。在測量單元1 50的拆 卸之時，抗破壞螺釘的線（未顯示）自片l〇2a、102b移 除，且將測量單元15〇固定到端子單元100的螺釘152a、 15 2b被移除。測量單元150接著自端子單元100拆下。第 —及第二電壓端子254、256分別只接觸第一及第二輸電 線206、209，且霍爾元件253a、253b、253c及253d只與 •線圈207磁耦合。因此’在已經移除二鏍釘152a、152b 之後能無困難地自端子單元100拆下測量單元150。 參照圖4A到5B說明本發明的第二實施例。根據本發 明第二實施例的電能量計係單相雙線型。圖4A及5A繪 示諸單元，外板部分自各個單元移除以更適當地示該等單 -10- 200925616 元的內部。 根據第一實施例’由端子單元100的線圈207產生的 磁場直接施加到測量單元150的霍爾元件253a、25 3b、 253c及253d。根據第二實施例，由端子單元的線圈產生 的磁場透過鐵或其類似物製成的磁芯對測量單元的霍爾元 件作用。 根據第二實施例的電能量計係藉著結合端子單元3 00 (圖4A及4B)與測量單元350(圖5A及5B)而建構。 測量單元3 5 0合有測量及顯示電能量消耗的測量電路。測 量單元350可自端子單元3 00拆下。 如圖4A及4B所示，端子單元外殼301係以樹脂或其 類似物組成，且容納組件。第一輸電線3 02係以銅單線或 其類似物組成。第一輸電線302的其中一端係連接到第一 供應端子202，而另一端係連接到第一負載端子203。第 —輸電線302承載自該電源端到該負載端的電流。第一輸 _ 電線302在中間具有線圈303。線圈303可具有一匝或多 ❿ 數匝。 第一芯3 04係以諸如金屬或其類似物的磁性材料組成 。第一芯304具有藉著結合圓板及圓柱體而得到的形狀。 • 第一芯3 04係固定於端子單元外殼301使得其可通過端子 單元3 00中的線圈3 03的中心且自端子單元300突出。第 —芯3 04係與第二芯3 5 3 (稍後說明）結合於測量單元 350中以建構一芯單元。該芯單元將由端子單元300中之 線圈303所產生的磁場傳送到霍爾元件3 5 5 (稍後說明） -11 - 200925616 如圖5 A及5 B所示’測量單元外殻3 5 1係以諸如聚碳 酸脂的防風雨樹脂所組成’且覆蓋內部電子組件及其類似 物。該等電子組件及其類似物係安裝於PCB 352上。PCB 352具有通過第二芯353 (稍後說明）的c型縫（未顯示 )° 第二芯3 5 3係以諸如金屬或其類似物的材料組成。第 二芯3 5 3具有藉自圓柱杯部分移除側壁所得到的形狀。形 ❹ 成該側壁被移除的部分，使得端子單元300的輸電線302 從該處通過。第二芯353固定於測量單元外殻351，使得 抵靠其底部的相對端可自測量單元3 50突出。當測量單元 350附接到端子單元300時，第二芯353圍繞線圏303。 在測量單元外殻351的背部處，形成圓形開口 354 ( 圖5B)以通過突伸的第一芯3 04。端子單元外殻301設有 C型縫305 (圖4B)以通過突伸的第二芯353。 A 霍爾元件3 55係以半導體所組成。霍爾元件355經由 〇 第一芯304與第二芯3 53建構的芯單元接收由端子單元 3 00的線圈303所產生的磁場。從第一供應端子202流到 第一負載端子203的電流被霍爾元件355轉換成成正比的 電壓。霍爾元件3 55係安裝於PCB 352上以接觸第二芯 353。霍爾元件355偵測到與晶片平面垂直的磁場。 第一電壓端子254係以導電金屬組成。第一電壓端子 254電氣連接到端子單元300中的第一輸電線302。第一 電壓端子2 5 4偵測到從外部供應到第一供應端子2 0 2的電 -12- 200925616 壓。第一電壓端子254經由端子單元300 第一輸電線3 02。第一電壓端子254由於 保持接觸狀態。 第二電壓端子2 56係以導電金屬組成 256電氣連接到端子單元300中的第二輸 電壓端子2 5 6偵測到從外部供應到第二供 壓。第二電壓端子256經由端子單元300 第二輸電線209。第二電壓端子256由於 ^ 保持接觸狀態。 處理單元25 8係以諸如A/D轉換器及 組件所組成。處理單元258將輸出自霍爾 (與自第一供應端子202流到第一負載端 正比的電壓）乘在第一供應端子202與第 間的電壓（被第一電壓端子254及第二電 到），以得到被測量系統的電能量消耗。！ _ 示該得到的電能量消耗。 ❿ 當測量單元3 5 0附接到端子單元3 0 0 接觸通過線圏303之中心的第一芯304以 (pod-core)。由第一輸電線302的線圈 透過莢芯對霍爾元件355作用。該莢芯在 線圈3 03之間建立更強的磁耦合。 附接到/拆卸自端子單元3 00的測量 係與第一實施例者相同。第一及第二電壓 分別只接觸第一及第二輸電線3 02、209， 的通孔25 5接觸 金屬材料的彈性 。第二電壓端子 電線209。第二 應端子204的電 的通孔257接觸 金屬材料的彈性 微電腦的半導體 元件3 5 5的電壓 子203的電流成 二供應端子204 壓端子2 5 6偵測 蠢理單元25 8顯 時，第二芯353 形成所謂的莢芯 3 03產生的磁場 霍爾元件355與 單元350的方法 :端子 254、256 且第一與第二芯 -13- 200925616 304、353只是組合。因此，在已經移除一鏍釘！52a、 152b之後能無困難地自端子單元300拆下測量單元350。 在由制裁體系設定的有效期過期之時需要更換電能量 計，且以前更換的頻率諸如十年這麼長。用戶以前只能自 一電力公司購買電力，且在有效期當中幾乎沒有轉換到其 它電力公司的幾會。因此，在有效期當中幾乎不需要更換 。然而，已經提倡電業自由化，所以新的供電公司亦能銷 售電力。用戶能自由選擇供電公司。在許多情形中，供電 公司擁有電能量計的所有權。因此，可在轉換供電公司之 時更換電能量計。有可能用戶常常改變供電公司來進一步 利用電費或服務。再者，電能量計所需的功能可根據供電 公司而不同，因爲供電公司會供應用戶不同的計費單或服 務。因此，欲標準化電能量計可能是困難的。在傳統的電 能量計中，端子單元的許多螺釘必須在替換之時被拆下及 附接。因此，常常更換電能量計的作業曾經是麻煩的。 φ 根據以上實施例’測量單元1 5 〇、3 5 0可藉著拆卸及 附接較少鏍釘而被更換。根據以上實施例，只有測量單元 150、3 5〇可被更換。因此，不像傳統的更換作業，供電線 ' 並不懸蕩，且作業容易實施。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明第一實施例的電能量計的分離立體 圖； 圖2A係根據本發明第—實施例的端子單元的前視圖 -14- 200925616 圖2B係沿圖2A的線IIB-IIB剖開的截面圖； 圖3 A係根據本發明第一實施例的測量單元的後視圖 圖3B係沿圖3A的線ΙΙΙΒ-ΠΙΒ剖開的截面圖； 圖4A係根據本發明第二實施例的端子單元的前視圖 圖4B係沿圖4A的線IVB-IVB剖開的截面圖； 圖5A係根據本發明第二實施例的測量單元的後視圖 圖5B係沿圖5A的線VB-VIB剖開的截面圖。
【主要元件符號說明】 100 :端子單元 1 0 1 a :固定片 l〇lb :固定片 10 2a ：片 102b ：片 1 5 0 :測量單元 15 la :固定片 1 5 1 b :固定片 152a :螺釘 1 52b :螺釘 201 :端子單元外殻 -15- 200925616 202 ： 2 03 : 204 ： 205 ： 206 ： 207 ： 208 ： 209 ：
252 ： 253a 253 b 25 3 c 25 3 d 25 3 e 254 ： ❹ 25 5 ： 25 6 ： 25 7 ： 25 8 ： 3 00 ： 301 ： 3 02 ： 第一供應端子 第一負載端子 第二供應端子 第二負載端子 第一輸電線 線圈 線圈凹部 第一輸電線 測量單元外殼 印刷電路板/PCB 霍爾元件 :霍爾元件 :霍爾元件 :霍爾元件 :元件封裝 第一電壓端子 通孔 第二電壓端子 通孔 處理單元 端子單元 端子單元外殼 第一輸電線 3 0 3 :線圈 200925616 3 04 :第一芯 305 : C型縫 3 5 0 :測量單元 3 5 1 :測量單元外殼 352 : PCB 3 53 :第二芯 3 54 :圓形開口 3 5 5 :霍爾元件