JPS6029159B2 - 遠隔読取用メ−タ記録器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電力又はその他の計器の自動メー夕論取装置
に対する駆動装置に関する。

更に具体的に云えば、この発明は、符号化器の走査円板
をモータの回転子の一部分として利用する、低廉な中空
鉄心のヒステリシス・モータを用いた光学式符号化器装
置を持つ遠隔読取用メータ記録器に関する。消費者に供
給した電力、ガス又は水の量を測定する為に公共会社が
使う自動謙取メータは、低廉に読取が出来ると云う利点
があると共に、人間が読取る普通のメータに較べて一層
便利である。

普通のメータは、毎月又は２月毎に検針員が巡回するこ
とを必要とする他に、多くのダイヤルを持つ記録器の読
取に人間誤差が起りがちであり、消費者が不在である為
に立入りが出釆ないと云う問題がある。多数の自動〆−
タ読取装置が提案されている。メータ記録器の遠隔読取
の為に開発された或る装置は、光学装置及び光感知装置
と共に光学式符号化円板装置を用いて、記録器の表示に
対応する電気パルス列を発生する。遠隔読取用記録器は
、、読取信号を伝達する為に電話線又は配電線を利用し
て、中央局から指令によって作動することが出来る。光
学式符号化器は、５ディジットの読出し‘こ対して５つ
の円板を持ち、各円板を順次走査する為にモータによっ
て回転させられる走査円板を含む。この結果得られるパ
ルス列が記録の為に中央の計算機に伝送される。この遠
隔謙取が出来る記録器には、普通のメータの場合のよう
に、人間が議取れるようにするダイヤルを設けることが
出釆る。前述の故障のない自動的に読取が出来るメータ
が出願人の昭和４平王特許豚第斑０５０号（特開昭５０
−３１８４８号）「メータ記録器」及び昭和４平年特許
魔第３８０５１号（特開昭５０−３１８３７号）「遠隔
メータ読取装置用光学装置」に詳しく記載されている。

遠隔論取用記録器が、現在人間が読取るようになってい
る記録器と略同じ寸法であることが望ましいので、種々
の部品がまとまりよく配置されている。これらの出願に
記載される構成では、回転し得る走査円板の周緑に歯車
の歯があり、これが外部に設けられた同期モータによっ
て駆動される４・さなピニオン歯車と噛合う。この発明
の目的は、低廉であって、記録器の混み合った光源及び
符号化器部分に残っている利用し得る空間の内部にはま
り、且つ同期速度までの起動時間が短いと云うような性
能上の基準を充たす改良された駆動装置を有する遠隔論
取用〆−タ記録器を提供することである。この発明では
、低廉で且つ限られた利用し得る空間にはまるような、
遠隔謙取用メータ記録器に対する改良された走査円板駆
動装置が、回転子の一部分として椀形走査円板を利用す
る中空鉄心のヒステリシス・モー夕で本質的に構成され
る。

走査円板が円筒形の緑を持ち、これがバナジウム・コバ
ルト鉄合金のようなヒステリシス損失の大きい強磁性材
料の連続的な帯を有する。固定子が光源及び反射器光学
系、好ましくは放物面形反射器部材を取巻き、直交方向
に曲げられた指片を持つ１対の固定子積層体及び〈ま取
りリング集成体の間の単一の集中励磁巻線で構成される
。指片が互い違いに配置されて、反対の極性を持つ交互
の、〈ま取りなし及びくま取り固定子凸極を形成し、こ
れらが走査円板の縁の周りにリング状に配置され、略一
定の回転磁界を発生する。好ましい構成では、固定子が
型打ちで作った４つの固定子積層体と２つのくま取りリ
ングとを、１つの積層体上の一体の中空鉄′０によって
支持される励磁巻線の両側に適正な順序で積重ねて構成
される。謙取の際、符号化装置の他の部分と共に、走査
円板が反射器から投射される平行にした光によって照明
され、付勢された駆動装置は同期速度までの起動が早い
。

回転する走査円板によって発生された誘取光パルス列を
使って、符号化装置の遠隔読取が出来る電気出力信号を
取出す。この信号が歯車結合された表示軸の回転位置を
表わす。この発明に従って構成された自動〆−タ読取装
置用の改良された駆動装置は、種々の形式の電力計、ガ
ス量計、水量計等を含めた種々のメー外こ使うことが出
釆るが、住宅用に適したワット時メータについて好まし
い実施例を説明する。ワット時メー夕の記録器部分が、
遠隔読取が出来るようにした光学式〆−タ読取符号化器
を持っているが、人間が目で読取れるように、各々のデ
ィジットに対して１つずつ設けた一連のダイヤルを回転
させる普通の歯車装置をも含んでいる。動作に故障が起
らないようにすると云う点で、こうするのが好ましいが
、この発明から見れば、これを入れるかどうかは随意選
択である。メータの内部にあって、関○が持たれる電気
量、ワット時メータの場合は、回路の電力の時間積分を
実際に測定し、記録器部分を作動する機構は、従釆公知
の種々の形をとることが出来る。第１図には、キロヮッ
トメータの遠隔謙取用記録器１０が実際の寸法の大体４
倍の寸法で示されている。

記録器１０は表板１１及び平行な裏板１２を持ち、表板
の近くに複数個の表示歯車１３ａ乃至１３ｅがある。こ
の図には若干の表示歯車しか示していないが、これらの
表示歯車が、表板と裏板との間を伸びる一組の表示鞠１
４ａ乃至１４ｅの１つずっと一緒に回転するように夫々
固着されている。前掲昭和４乎王特許願第３８０５１号
（特開昭５０−３１８３７号）に詳しく記載されるよう
に、表示歯車１３ａ乃至１３ｅが１Ｇ隻歯車列を形成し
、最下位の歯車及び表示軸が図に示してない入力歯車駆
動集成体に回転結合される。この入力歯車駆動集成体が
メータの計量用駆動軸によって駆動される。表板１１の
外面には、夫々の表示軸１４ａ乃至１４ｅの前端に、人
間が議取り得る一組のダイヤルも設けられているが、図
には示してない。歯車比により、表示軸及び目で議取れ
るダイヤルの回転位置は、５ディジットから成るキロワ
ット時の値の夫々のディジツト位置に対応する。表板１
１及び裏板１２の間の間隔は、典型的には１吋未満であ
るが、この空間の残りの部分に遠隔読取用の光学式符号
化手段が収められる。第２図も参照すると、５つの表示
軸１４ａ乃至１４ｅが、共通の中心点Ｃから同じ半径距
離の所で、半円上に配置され、互いに４５ｏだけ角度が
ずれている。薄い金属で形成された円形の一組の光学式
符号化円板１５ａ乃至１５ｅが表示軸１４ａ乃至１４ｅ
と共に回転するように夫々固着されている。各々の符号
化円板には、複数個の同０リングの形で弓形の溝孔及び
開ロー６の模様が設けられており、これらは、夫々の表
示軸の回転位置を２進符号で謙出すことが出来るように
配置されている。毎月又はその他の集計期間毎に数秒し
かかからない程度の早い読取を容易にする為、中心点Ｃ
に装着された支持軸の周りを回転し得る中心走査円板１
７が設けられる。支持軸１８（第１図）が裏板１２から
内向きに突出し、回転し得る支持部材１９を支持してお
り、走査円板１７がこの支持部材１９に堅固に取付けら
れている。走査円板１７は椀形であって、後で詳しく説
明するように、作動モータの回転子を形成するその緑の
内側に、ヒステリシス損失が大きい強磁性材料２０の薄
い連続的な帯が固定されている。走査円板１７の面には
、中心Ｃから相異なる半径方向の距離の所に、回転方向
にずれた比較的小さい一連の閉口２１（第２図）がある
。

これらの走査閉口２１は渦巻き模様になっていると云う
ことが出来、符号化円板１５ａ乃至１５ｅの回転位置に
対応する２進情報の読出しをし易くする。更に裏板１２
は、互いに４５ｏ角度がずれた５個一組のスポーク状ス
リット２２を持ち、この為、１度に１つの符号化円板だ
けが読取られる。光が光感知装置へ通過し、２進１又は
２進０のいづれかを表示することが出釆るようにするに
は、符号化円板の関口１６、走査円板の走査関口２１及
び袋板１２の対応する読取スリット２２が一致すること
が必要である。走査円板１７の１回転の間、５つの符号
化円板１５ａ乃至１５ｅが逐次的に走査される。遠隔謙
取用光学式符号化手段に関連した光学装置が、光源と、
平行光線化光学系とを含み、走査円板１７の略全区域を
照明する平行光線化された光を発生する。

この目的の為、白熱灯２３が放物面形反射部材２４の中
心に取付けられ、平行光線を投射する。これらの都材を
支持する為、中心台２５が支持藤１８と整合して表板１
１に結合され、白熱灯２３を受入れる中心孔を有する。
放物面形反射器２４が結合部材２６によって中心台２５
のフランジに固定される。反射器は銀又はアルミニウム
で適当に被覆した反射面を持つ澄明プラスチック部村で
あることが好ましい。この発明の主な対象である中空鉄
心のヒステリシス・モー夕の固定子２７が、放物面形反
射器２４を取囲むように該反射器に取付けられている。
光学装置の集光光学系が、走査円板１７に対する支持軸
１８を中心として、裏板１２の反対側の面に装着された
集光部材２８を含む。これは透過したあらゆる光パルス
を、集光器の外面の中心に設けられた単一の光感知集成
体２９に集束する為、外側１次反射面及び内側２次反射
面を持つ澄明プラスチックのカセグレン式反射器である
ことが好ましい。光電池又はその他の固体光感知装置の
ような単一の光感知装置が、５つの符号化円板から透過
して来た全ての光パルスを受取り、電気パルス列の形で
直列的な電気出力信号を発生する。遠隔位置にある中央
局で解読した後、伝送された情報からキロワット時メー
タの謙取がなされる。遠隔読取用光学式符号化手段並び
にそれに関連した光学装置について、更に詳しいことは
前掲昭和４ｇ王特許感第３８０５ぴ号（特開昭５０−３
１８３８号）及び昭和４９年特許豚第３８０５１号（特
関昭５０−３１８３７号）を参照され度い。

こ）に引用した最初の特許顔の第５図には、遠隔位置に
ある中央局から発信され且つ電話線、電力線又は同軸線
路を介して読取ろうとする特定のメータに伝送された電
気信号に応答して、リレーを閉じることにより、モ−夕
の固定子２７内の固定子巻線及び白熱灯２３が同時に付
勢されることが示されている。走査円板駆動装置にとっ
て望ましい電気的な性能特性の１つは、光源の熱的時定
数に対応する時間（約１００乃至２００マイクロ秒）内
に、それが同期速度になることである。即ち、駆動され
る走査円板１７が、投射される光が確実な謙取にとって
十分な明るさを持つ時には、謙取速度になっていること
である。走査円板１７に対する駆動装置が中空鉄心を持
つ〈ま取り磁極型の非対称の同期ヒステリシス・モータ
によって構成される。

この発明の重要な特徴は、走査円板１７がモータの回転
子の一部分であって、トルクを発生することが出釆るよ
うに、ヒステリシス損失が大きい強磁性材料２０を支持
するか、又はこの材料であることである。この発明の別
の重要な特徴は、遠隔読取用の光学式メータ記録器内に
残っている利用し得る空間の中にはまること、並びに放
物面形反射器２４を取巻く、即ちその教頭円錐形の外側
に装着されている為、非対称であることである。くま取
り磁極型固定子を使って略一定の回転磁界を発生し、モ
ータを効率よく起動させ且つ運転することが出来るよう
にする。この用途にとっては、大量生産に通した低廉な
構成であることが重要である。好ましい形式では、駆動
装置の固定子２７が、第１図の断面図に明らかなように
、互いに上下に積重ね又は巣ごもり形に収めた７個の別
々の部品で構成される。

順に云うと、これらは、第１のくま取り磁極固定子積層
体及び中空鉄心部材３０、第１のくま取りリング３１、
第１のくま取りなしの磁極固定子積層体３２、固定子巻
線３３、第２のくま取りなしの磁極固定子積層体３４、
第２のくま取りリング３５及び第２のくま取り磁極固定
子積層体３６である。いづれの固定子積層体及びくま取
りリング集成体が固定子のＮ極となり、他方がＳ極とな
ってもよいが、便宜上、素子３０乃至３２を固定子のＮ
極素子と呼び、素子３４乃至３６を固定子のＳ極素子と
呼ぶ。〈ま取り磁極固定子積層体３０は、それを装着す
る放物面形反射器２４の形と同形の教頭円錐形中空鉄心
３０ａが一体に形成され、フランジ３０ｂによってこの
部材が中心台２５のフランジに結合される。次に第３図
に示した中空鉄心ヒステリシス・モータの分解斜視図に
ついて説明すると、固定子積層体及び鉄心部材３０が、
それ自体でくま取りＮ極構造となる５個一組の等間隔の
比較的幅の狭い、直交方向に曲げられた指片３０′を有
する。

この部分並びに固定子の他の積層体が、普通の中級欧鋼
で作られ、型打ち製品として作るのに適している。くま
取りリング３１及び３５は密実な銅で作られ、略同じ質
量を持ち、この為内径が大きい方のりング３１は内径が
小さい方のりング３５の約２倍の厚さである。固定子積
層体３２は本質的には簡単なりングであり、５個一組の
直交方向に曲げられた周緑の指片３２′が固定子のくま
取りなしのＮ極礎造となる。これは指片を曲げる余分の
工程を伴うが、ワッシャ形型打ち製品として作ることが
出来る。残りの固定子積層体３４及び３６は素子３２と
同様であるが、リングの内径が除々に４・さくなり、夫
々の曲げられた固定子指片３４′及び３６′が段々長く
なる点が異なる。組立てた時（第４図参照）、固定子の
全ての磁極指片の先端は略同じ平面内にある。リング状
固定子励磁巻線集成体３３はプラスチックの巻枠３３ａ
を持ち、これに銅線の単一集中固定子巻線３３０が巻か
れている。このモータは単相、６０日２、２４ボルトで
付勢されるように設計することが好ましいが、希望する
用途並びに性能に応じて、その他の供給電圧を使うこと
が出来る。椀形走査円板１７は起動時間を早くする為に
、薄いアルミニウム金属で作るのが適当である。

この起動時間は回転子の慣性に大体比例する。こ）で説
明している好ましい用途では、縁の内側に取付けられる
ヒステリシス損失が大きい帯２０がバナジウム・パーメ
ンジュールで作られる。パーメンジュール（Ｐｅｒｍｅ
ｎｄｕｒ）は、磁束密度の高い用途に対するコバルト鉄
合金に対し、アルゲニ・ラドラム・スチール・コーポレ
ーションが用いる商標である。バナジウム・パーメンジ
ュールは本質的に２％のバナジウム、４８％のコバルト
及び５０％の鉄で構成される合金である。別の製造業者
が作る場合、合金の割合は２％のバナジウム、４９％の
コバルト及び４９％の鉄になる。条件が違う場合、ヒス
テリシス・モータの回転子に使われていて、普通は高い
百分率でコバルトを含む他の合金を選ぶことが出来る。
ヒステリシス・ループの保磁力が中位になり且つ尖頭磁
束密度が大きくなるように、回転子を焼鈍することが必
要になることがある。これは、固定子の磁極と等しい数
の回転子の磁極を持つ永久磁石回転子として、回転子の
磁束が回転子を磁化する傾向を最小限に抑える為である
。この現象は、同期速度に於てヒステリシス・トルクに
加わるトルクが得られるので、有利であるが、回転子の
磁極が固定子の鉄に引っか）る傾向があるので、モ−夕
の起動性能を損なう。空気間隙を適正に選択すると、こ
の引つか）り作用が最小限に抑えられる。固定子の別々
の部品を第４図に示すように積重わて組立てた時、指片
状の固定子凸極は互い違いになる。

〈ま取りなし並びにくま取りされた５対の固定子Ｎ極、
及び〈ま取りなし並びにくま取りされた５対の固定子Ｓ
極を含む２の固の固定子凸極が、互いに３６０の角度で
、リングに沿って等間隔にある。固定子凸極の幅は、隣
合った指片の間の空気関隙が小さくなるようにすること
が好ましい。固定子凸極を逐次的に配置したことにより
、走査円板１７が時計廻りに回転するか反時計廻りに回
転するかゞ決定される。第４図に示す場合、時計廻りに
見て、くま取りなしのＮ極３２′、〈ま取りＮ極３０′
、くま取りなしのＳ極３４′及びくま取りＳ極３６′と
云う順序になり、これによって走査円板１７が時計廻り
に回転する。この種の１の壷型モータを６０ＨＺで付勢
した場合、モータの速度は７２仇ｐｍである。勿論、固
定子磁極の数をこれより少なくしても多くしてもよいが
、この用途でＩＱ譲型モータを選んだのは、パルス間隔
の所望の分解能が得られるからである。次に中空鉄心の
ヒステリシス・モータの動作をごく簡単に説明する。

印加電圧の任意の所定の半サイクルで、くま取りリング
３１及び３５を通過し変化する磁束が、くま取りリング
に電圧を誘起し、これによって電流が流れる。この電流
は常にそれを生ずる原因になった磁束に逆らう磁束を積
成する。この結果、磁束は移相が生じ、固定子のくま取
り磁極の磁束は一瞬遅れて積成する。この作用は各々の
１対のくま取りしてし、ない磁極及び〈ま取り磁極で起
り、１サイクルを経過する時、磁束が増加並びに減少す
る。回転子は〈ま取りされていない固定子磁極からくま
取りされた固定子磁極に向う向きに回転する。くま取り
された磁極は全体として略一定の回転磁界を発生する。
この起磁力により、誘起させる起磁力よりヒステリシス
損失に比例した角度だけ遅れた電流が回転子の連続的な
円筒形の帯２０に誘起される。この角度がトルク角であ
る。この為、Ｓ極であるくま取りされていない固定子磁
極からの磁束がバナジウム・パーメンジュールの帯２０
を円周方向に通過してＮ極であるくま取りされていない
固定子磁極へ通る。磁束の鎖交かないと仮定すると、く
ま取りされた磁極の磁束にも同じことが云える。理想的
な場合、モータのトルクは固定子の起磁力の基本成分と
、回転子の磁束の基本成分と、トルク角の正弦とに比例
する。前に述べたように、読取期間中、遠隔位置にある
中央局からの指令によってリレーが閉じた時、モータに
電圧が印加される。この読取期間は、毎月２秒位の短い
時間しか必要としない。モータは起動が早く、光源の熱
的時定数に大体近い時間（約１００乃至２００マイクロ
秒）内に７２仇ｐｍの同期速度に達する。符号化円板１
５ａ乃至１５ｅは走査円板１７の１回転中に読取ること
が出来るが、誤差検出用に、読取信号を冗長伝達する為
、何回転かを必要とすることがある。好ましい構成の種
々の変形が可能である。前に述べたように、くま取りさ
れているのもいないのも、凸極全部が等間隔であるが、
〈ま取りされていない磁極とそれに対応する〈ま取りさ
れた磁極との間の機械的な角度を等価電気角の実際の位
相角に等しくし、回転する起磁力を比較的滑らかにする
ことが実際には好ましいであろう。こ）で用いたような
形式のくま取りリングでは、３５乃至４５ｏの移相が、
大体、妥当な量の銅を用いて発生することが出来る最大
である。更に、固定子巻線集成体３３の両側にある固定
子積層体及びくま取りリング集成体は、直交方向に曲げ
られたくま取りされていない及び〈ま取りされた固定子
磁極指片の５対を持つ１つの固定子積層体だけを持って
いてもよい。この場合、くま取りリングは、固定子磁極
指片を挿入する関口並びに曲げた周緑の舌片を持つ更に
複雑な形になる。要約すれば、自動〆−タ読取符号化装
置に対する改良された走査円板駆動装置が、光学式符号
化装置内の反射器を取囲むように、メータ記録器内の利
用し得る空間に組込まれ、読取用走査円板を回転子の一
部分として利用する。

中空ヒステリシス・モー外ま、固定子積層体、くま取り
リング及び励磁巻線の各部品を積重ねて作られた非対称
的な固定子を持つ低廉なものであって、同期速度までの
起動が早いことを含めて所望の性能特性を有する。この
発明は特許請求の範囲の記載に関して次の実施態様を取
り得る。【ィ｝ 各々の固定子積層体及び〈ま取りリン
グ集成体が、くま取りしない磁極積層体と、〈ま取りリ
ングと、くま取り磁極積層体とを含み、各々の該積層体
が、互い違いになって固定子凸極を構成する長さの違う
直交方向に伸びた複数個の指片を持つこと。

｛ロー くま取り磁極積層板の１つが、固定子積層体、
くま取りリング及び励磁巻線を積み重ねた関係に受け入
れて、反射器部村のまわりに固定子を取付ける一体の湾
曲した中空鉄心部村を持つこと。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式符号化論取装置を持つ遠隔論取用メータ
記録器の主要部品、並びに符号化器の走査円板をモータ
の回転子の一部分として利用し、平行化光学系の放物面
形反射器を取巻くこの発明に従って構成された中空鉄心
ヒステリシス・モータの一部分を断面で示す底面図、第
２図は符号化円板、中心走査円板及び半径方向の読取溝
孔を持つ裏板の空間的な配置を示す側面図、第３図はく
ま取り磁極を持つ中空鉄心ヒステリシス・モータの分解
斜視図、第４図は組立てられた中空鉄心ヒステリシス・
モータの斜視図である。 主な符号の説明、１３ａ〜１３ｅ：表示歯車、１４ａ〜
１４ｅ：表示軸、１５ａ〜１５ｅ：光学式符号化円板、
１６：関口、１７：走査円板、２０：強磁性材料の帯、
２３：白熱灯、２４：放物面形反射器、２７：ヒステリ
シス・モータの固定子。 々／夕．／ 々々夕 々夕．３ 々タク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に連結された複数個のメータ記録器表示軸の回
   転位置を表わし遠隔読取が出来る電気出力信号を発生す
   る光学式符号化手段であつて、光源と、該光源に付設さ
   れて平行にした光を投射する円錐形反射器部材と、該反
   射器部材と同軸に取付けられた回転し得る椀形走査円板
   と、前記表示軸に１つづつ固定されていて該表示軸と共
   に夫々回転する複数個の符号化円板とで構成され、前記
   走査円板は少なくとも前記走査円板中の開口及び前記符
   号化円板中の開口を介して前記平行な光を読取パルス列
   光の形で透過させるように選択的に整合する開口を有し
   、且つ前記読取パルス列光が入射する集光光学系及び該
   集光光学系よりの該読取パルス列光を電気出力信号に変
   換する光感知集成体を具備する前記光学式符号化手段を
   有し、更に、 前記反射器部材及び椀形走査円板に隣接
   して両者を取巻く環状の固定子と、前記走査円板の円筒
   形の縁に設けられて前記固定子によて駆動される回転子
   を構成するコバルト合金強磁性材料の帯とを含む中空鉄
   心くま取り磁極型の非対称の同期ヒステリシス・モータ
   で構成されている走査円板駆動装置を有する、遠隔読取
   用メータ記録器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の遠隔読取用メータ記録
   器に於て、前記固定子が、固定子積層体及びくま取りリ
   ングからなる集成体の１対及びこの１対の集成体の間に
   配置された単一集中巻励磁巻線を有し、これらが前記反
   射器部材のまわりに配置され、前記固定子積層体及びく
   ま取りリングからなる集成体の各々が、前記走査円板の
   円筒形の縁のまわりにリング状に配置され且つ協働して
   略一定の回転磁界を発生する少なくとも１つのくま取り
   しない固定子凸極及びくま取りした固定子凸極を持つて
   いる遠隔読取用メータ記録器。