(57)【要約】【課題】電力会社が顧客への電力配分を終了又は開始する機構を含めた電気事業メーターを提供すること。【解決手段】電流制御装置は、第１の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つのラインソケットと、第２の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷ソケットと、少なくとも１つのラインソケットと少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、第１の発電システムを第２の発電システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置とを含む。【選択図】      図３
2011120461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つのラインソケットと、
第２の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷ソケットと、
前記少なくとも１つのラインソケットと前記少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、前記第１の発電システムを前記第２の発電システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置（２１４）と、
を備える電流制御装置。
【請求項２】
前記電流制御装置が、前記第１の発電システムから３相電力を受け取り、該３相電力を前記第２の発電システムに伝送するよう構成されている、
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項３】
前記電流制御装置が、少なくとも３つのＭＥＭＳ切り替え装置（２１４）を備え、少なくとも１つのＭＥＭＳ切り替え装置が前記３相電力の各相に結合される、
請求項２に記載の電流制御装置。
【請求項４】
前記電流制御装置が、障害が検出された後に約１ミリ秒未満内に漏電を遮断するよう構成されている、
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項５】
前記電流制御装置が更に、直並列構成で連結された複数のＭＥＭＳ切り替え装置（２１４）を備える、
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項６】
前記電流制御装置が更にハウジング（２０５）を備え、前記少なくとも１つのＭＥＭＳ切り替え装置（２１４）が前記ハウジング内に内封される、
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項７】
前記電流制御装置が更に、少なくとも１つの電流測定装置を備え、該少なくとも１つの電流測定装置が前記ハウジング内に内封される、
請求項６に記載の電流制御装置。
【請求項８】
前記電流制御装置が更に、少なくとも１つの過渡電圧サプレッサ（２１３）を備え、該過渡電圧サプレッサが前記ハウジング内に内封される、
請求項６に記載の電流制御装置。
【請求項９】
電力メーター（２００）であって、
第１の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つのライン電気バス（２１６）と、
第２の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷電気バス（２２０）と、
電流制御装置と、
を備え、
前記電流制御装置が、
前記ライン電気バスに結合するよう構成された少なくとも１つのラインソケット（２２６）と、
前記負荷電気バスに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷ソケット（２２８）と、
前記少なくとも１つのラインソケットと前記少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、前記第１の発電システムを前記第２の発電システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置（２１４）と、
を含む、
電力メーター（２００）。
【請求項１０】
前記電流制御装置が、前記第１の発電システムから３相電力を受け取り、該３相電力を前記第２の発電システムに伝送するよう構成されている、
請求項９に記載の電力メーター（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に電気事業メーターに関し、より詳細には、電力を切り替える際に使用するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力会社は、住宅用顧客と商業用顧客の両方に電力を提供している。電力会社は、顧客の電力使用量を監視するために、顧客の敷地に１つ又はそれ以上の電力メーターを設置することが多い。このような電力メーターは、多くの場合、顧客に提供される電流及び／又は電力の量を測定し、最近になって、顧客への電力配分を必要に応じて終了又は開始できるスイッチ機構を含めることを始めた。電力メーターは、多くの場合、米国規格協会（ＡＮＳＩ）により示されるような１つ又はそれ以上の業界標準に準拠しなければならない。このような標準は、電力メーターハウジングの所要寸法、及び／又は電力メーターが測定し且つ耐えることができなければならない電流及び／又は電圧量など、電力メーター設計を規制する場合がある。
【０００３】
ほとんどの電力メーター実施形態は、電力会社が顧客への電力配分を終了又は開始する機構を含めていない。このようなメーターは、技術者が顧客の施設を訪れて、メーターを物理的に取り外し又は接続して、必要に応じて電力配分を終了又は開始する必要がある。このような現地訪問は、費用がかかり、及び／又はかなりの時間量及び／又は金額を必要とする可能性がある。他の公知のメーターは、電力会社が顧客への電力配分を遠隔で終了又は開始することができる機構を含む。このようなメーターは一般に、双方向通信装置と、導通状態から非導通状態に切り替えるための複雑なトリガー機構を必要とする機械式スイッチとを含む。
【０００４】
少なくとも一部の公知の住宅用、商業用、及び／又は産業用電力メーターは、電力会社により生成される多相電力で作動する。このような施設の業界標準及び発電要件に起因して、電力メーターは、電力会社が導通状態から非導通状態に切り替えることを可能にする機械式スイッチを筐体内に含めることが可能ではない場合がある。他の公知の電力メーターは、顧客の施設を電力会社の電力配分システム又は配分網に遠隔で接続又は切断するために固体電子スイッチを用いる。しかしながら、「オフ」状態にある間は、従来の固体スイッチは漏れ電流を生じ、その結果生じる電力損失を有する場合がある。「オン」状態にある間、同じスイッチは、固体スイッチ前後のオン状態電圧降下に起因した追加の電力損失を生じる可能性がある。これらの電力損失に起因して、従来の固体スイッチは、公知の電力メーター内で望ましくない熱蓄積を引き起こす可能性がある。更に、少なくとも一部の公知の電力メーターは、メーターを流れる可能性がある漏電を低減又は排除することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，５４２，２５０号公報
【発明の概要】
【０００６】
１つの実施形態において、電流制御装置が提供される。電流制御装置は、第１の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つのラインソケットと、第２の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷ソケットとを含む。電流制御装置はまた、少なくとも１つのラインソケットと少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、第１の発電システムを第２の発電システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置を含む。
【０００７】
別の実施形態において、電力メーターが提供される。電力メーターは、第１の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つのライン電気バスと、第２の発電システムに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷電気バスとを含む。電力メーターはまた、ライン電気バスに結合するよう構成された少なくとも１つのラインソケットと、負荷電気バスに結合するよう構成された少なくとも１つの負荷ソケットとを有する電流制御装置とを含む。電流制御装置はまた、少なくとも１つのラインソケットと少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、第１の発電システムを第２の発電システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置を含む。
【０００８】
別の実施形態において、電流制御装置が提供される。電流制御装置は、電気事業電力配分システムに結合されるよう構成された少なくとも１つのラインソケットと、顧客電力配分システムに結合されるよう構成された少なくとも１つの負荷ソケットとを含む。電流制御装置はまた、少なくとも１つのラインソケットと少なくとも１つの負荷ソケットとの間に結合され、電気事業電力配分システムを顧客電力配分システムに選択可能に結合するよう構成された少なくとも１つのマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）切り替え装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な電力メーターのブロック図。
【図２】図１に示すメーターの一部のブロック図。
【図３】例示的な単相電力メーターの一部のブロック図。
【図４】代替の３相電力メーターのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、例示的な電力メーター１００のブロック図を示す。電力メーター１００は、米国規格協会（ＡＮＳＩ）形式２Ｓ要件に準拠した単相２極電力メーターである。電力メーター１００は、メーターソケット（図示せず）内に取り外し可能に挿入され、電力会社から単相交流（ＡＣ）電力を受け取る。電力メーター１００は、上側筐体１０２と下側筐体１０４とを含み、共に連結される。連結されると、上側及び下側筐体１０２、１０４は、コントローラ回路基板１０６を内封する。例えば、ディスプレイ１０８、マイクロプロセッサ１１０、及びメモリ１１２がコントローラ回路基板１０６に結合される。マイクロプロセッサ１１０は、ディスプレイ１０８及びメモリ１１２に通信可能に結合される。コントローラ回路基板１０６は、回路基板カバー１１４、電源供給通信回路基板１１５、及び回路基板装着組立体１１６間に結合される。回路基板装着組立体１１６は、コントローラ回路基板１０６及び電源供給通信回路基板１１５を下側筐体１０４に、並びに下側筐体１０４に結合された複数のメーター構成部品に結合する。
【００１１】
図２は、電力メーター１００の内部図面を示す。より具体的には、複数のメーター構成部品が下側筐体１０４内に収容されている。例えば、下側筐体１０４は、メーターソケットからライン電力接続部（図示せず）を受けるための第１の相ラインソケット接続部１２０及び第２の相ラインソケット接続部１２１と、メーターソケットから負荷電力接続部（図示せず）を受けるための第１の相負荷ソケット接続部１２２及び第２の相負荷ソケット接続部１２３とを含む。第１の相ラインソケット接続部１２０及び第２の相ラインソケット接続部１２１を通じて受け取られる電力は、第１の相ライン変流器１２４及び第２の相ライン変流器１２５に伝送される。第１及び第２の相ライン変流器１２４、１２５は、負荷電力接続部から受け取った電流量を測定し、１つ又はそれ以上の測定値をマイクロプロセッサ１１０（図１に示す）に伝送する。２極単相機械式スイッチ１２６は、ライン電気バス（図２には図示していない）を負荷電気バス（図２には図示していない）に結合する。更に、例示的な実施形態において、スイッチドライバ回路１２７は、マイクロプロセッサ１１０、キャパシタ１２８、及びスイッチ１２６に結合される。マイクロプロセッサ１１０は、スイッチドライバ回路１２７及びキャパシタ１２８を介してスイッチ１２６の開閉を制御する。より具体的には、マイクロプロセッサ１１０は、スイッチドライバ回路１２７にスイッチ１２６を開放及び／又は閉鎖するよう指令する。これに応じて、スイッチドライバ回路１２７は、キャパシタ１２８内に蓄えたエネルギーを用いてスイッチ１２６を開放及び／又は閉鎖する。１つ又はそれ以上の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）（図示せず）は、過渡電圧サージから電力メーター１００を保護することができる。ＭＯＶは、スイッチ１２６及び変流器１２４、１２５の下方に位置付けられる。
【００１２】
図３は、少なくとも１つの極を含む例示的な電力メーター２００の側面ブロック図である。１つの実施形態において、メーター２００は、ＡＮＳＩ形式１Ｓ要件に準拠した単極単相メーターである。例示的な実施形態において、メーター２００は、ＡＮＳＩ形式２Ｓ要件に準拠した２極単相メーターである。図３は、明確にするために、メーター２００内に単極２０１だけを示している。例示的な実施形態において、メーター２００は、実質的に同じ極のペアを備えた２つの極２０１を含む。メーター２００は、下側筐体２０４に結合される上側筐体２０２を含む。連結されると、上側筐体２０２及び下側筐体２０４は、実質的にシールされたハウジング２０５を形成し、ここに複数のメーター構成部品２０３を収容する。例示的な実施形態において、ハウジング２０５は、コントローラ２０６、ディスプレイ２０８、メモリ２１０、電力供給モジュール２１１、通信モジュール２１２、過渡電圧サプレッサ２１３、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ組立体２１４、ラインバス２１６、及び負荷バス２２０などのメーター構成部品を収容する。下側筐体２０４は、メーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２を含み、これらは、メーターソケット２２４のソケットライン接続部２２６及びソケット負荷接続部２２８にそれぞれ結合される。メーター２００がメーターソケット２２４に動作可能に結合されると、メーター２００は、電気事業配分網（図示せず）などの電力供給源から電流を受け取る。電流は、メーターソケット２２４からソケットライン接続部２２６を通ってメーターライン接続部２１８及びラインバス２１６に流れる。電流は、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を通じて負荷バス２２０に、並びにメーター負荷接続部２２２を通じてソケット負荷接続部２２８に配向される。メーターソケット２２４は、顧客施設などの負荷に電流を伝送する。
【００１３】
例示的な実施形態において、コントローラ２０６は、ディスプレイ２０８、メモリ２１０、電力供給モジュール２１１、通信モジュール２１２、及びＭＥＭＳスイッチ組立体２１４に結合される。コントローラ２０６は、コンピュータシステムなどのあらゆるプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含むことができ、該システムは、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジック回路、及び本明細書で記載される機能を実行可能な他のあらゆる回路又はプロセッサを含む。本明細書で使用される用語「プロセッサ」は、当該技術分野においてプロセッサと呼ばれる集積回路に限定されず、コンピュータ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能ロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、及び他の何れかのプログラム可能回路を幅広く指すものとする。更に、コントローラ２０６は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又はランダムアクセスメモリを含むマイクロプロセッサとすることができる。
【００１４】
ディスプレイ２０８は、限定ではないが、電気使用量、需要データ、及び／又はステータス警報を含む、メーター２００に関連する情報を表示する。ディスプレイ２０８は、限定ではないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ、冷陰極管（ＣＲＴ）、又はアナログタイプのディスプレイ技術を含む、種々のディスプレイ技術を利用することができる。例示的な実施形態において、ディスプレイ２０８はＬＣＤを含む。
【００１５】
メモリ２１０は、限定ではないが、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラム可能メモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、リムーバブルメディア、及び／又は他の揮発性及び不揮発性記憶装置を含む、様々な公知の記憶手段の何れかを含むことができる。例示的な実施形態において、メーター２００の作動を制御する際に使用するために１つ又はそれ以上の実行可能命令がメモリ２１０内に記憶される。代替として、実行可能命令は、電力会社及び／又はメーター２００から遠隔に位置付けられる分配システムコントローラ（図示せず）内など、メモリ２００から遠隔的に記憶することができる。
【００１６】
電力供給モジュール２１１は、例えば、コントローラ２０６、ディスプレイ２０８、メモリ２１０、及び／又は通信モジュール２１２などの１つ又はそれ以上のメーター構成部品２０３に電力を提供する。電力供給モジュール２１１は、ラインバス２１６から電力を受け取り、電圧及び／又は電流を調整及び／又は調節し、電力をメーター構成部品２０３に好適なレベルで提供する。代替として、又はこれに加えて、電力供給モジュール２１１は、バッテリ（図示せず）などのバックアップ電力供給源からの電力を受けることができる。
【００１７】
通信モジュール２１２は、電力会社への信号の送信、及び／又は電力会社からの信号（例えば、データ要求）の受信を行う。或いは、通信モジュール２１２は、例えば、自動メーター読取りシステムが選択的に作動されるときなど、自動メーター読取りシステムと通信することができる。１つの実施形態において、通信モジュール２１２は、外部リーダと通信する際に用いる１つ又はそれ以上の光学ポート、電話モデム、ＲＳ−２３２ライン、単純入出力（Ｉ／Ｏ）ボード、複合Ｉ／Ｏボードを含むことができ、及び／又は複数の無線、セルラー及び／又は電力ライン通信キャリア技術の何れかを用いて通信することができる。
【００１８】
例示的な実施形態において、過渡電圧サプレッサ２１３は、メーター２００の２つの極２０１間に結合される。より具体的には、過渡電圧サプレッサ２１３は、各極２０１のラインバス２１６間に結合される。過渡電圧サプレッサ２１３は、極２０１内の予め定められた電圧レベルよりも高くなる過渡電圧を抑制することによってメーター構成部品２０３を保護することができる。
【００１９】
コントローラ２０６は、ディスプレイ２０８、メモリ２１０、通信モジュール２１２、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４、及び／又はメーター２００から遠隔に位置付けられる種々の他の装置と通信する（例えば、信号を受け取り、及び／又は信号を送信する）１つの実施形態において、コントローラ２０６は、個別部品時間管理装置及び／又はメモリ（例えばメモリ２１０など）内に格納される時間管理ソフトウェアなど、実時間と同期的又は非同期的に時間を管理するリアルタイムクロックを含むことができ、及び／又はこれと通信することができる。
【００２０】
例示的な実施形態では、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、複数のＭＥＭＳ構成部品２１５を内封するハウジング２４４を含む。より具体的には、例示的な実施形態において、ＭＥＭＳ構成部品２１５は、例えば、ライン過渡電圧サプレッサ２３０、スイッチ電圧調整モジュール２３１、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４、電流センサ２３２、及びスイッチ制御回路２４０を含む。或いは、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、ライン過渡電圧サプレッサ２３０を含まない。
【００２１】
例示的な実施形態において、ライン過渡電圧サプレッサ２３０は、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４全体に、より具体的にはラインバス２１６及び負荷バス２２０全体に結合され、切り替え作動中に過渡電圧がＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を損傷するのを防止する。例示的な実施形態において、ライン過渡電圧サプレッサ２３０は、少なくとも１つの金属酸化物バリスタを含む。代替の実施形態において、ライン過渡電圧サプレッサ２３０は、少なくとも１つのアバランシェダイオード、及び／又は本明細書で記載されるようにメーター２００を作動させることが可能な他の何れかの過渡電圧サプレッサ装置を含む。
【００２２】
例示的な実施形態において、スイッチ電圧調整モジュール２３１は、ラインバス２１６、及びスイッチ制御回路２４０などの１つ又はそれ以上のＭＥＭＳ構成部品２１５に結合される。スイッチ電圧調整モジュール２３１は、ラインバス２１６から電力を受け取り、電圧及び／又は電流を調整及び／又は調節し、電力をスイッチ制御回路２４０及び／又は他のＭＥＭＳ構成部品２１５に好適なレベルで提供する。更に、例示的な実施形態において、スイッチ電圧調整モジュール２３１は、ラインバス２１６から受け取ったエネルギーを蓄える少なくとも１つのキャパシタ（図示せず）を含む。
【００２３】
例示的な実施形態において、電流センサ２３２は、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４、負荷バス２２０、及びコントローラ２０６に結合される。電流センサ２３２は、負荷バス２２０から受け取った電流量を測定し、１つ又はそれ以上の測定値をコントローラ２０６に伝送する。例示的な実施形態において、電流センサ２３２は、少なくとも１つのＭＥＭＳベース電流センサを含む。代替の実施形態において、電流センサ２３２は、少なくとも１つのホール効果磁場センサ、変流器、ロゴスキーコイル、及び／又は本明細書で記載されるようにメーター２００を作動させることが可能な電流シャントを含む。例示的な実施形態において、電流センサ２３２からの信号は、コントローラ２０６に到達する前にアナログデジタルコンバータ（図示せず）を通じて送られる。
【００２４】
スイッチ制御回路２４０は、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４、スイッチ電圧調整モジュール２３１、及びコントローラ２０６に結合される。スイッチ制御回路２４０がＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を開放及び／又は閉鎖するようコントローラ２０６から１つ又はそれ以上の信号を受け取ってＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を開放及び／又は閉鎖する場合、スイッチ制御回路２４０は、スイッチ電圧調整モジュール２３１のキャパシタ内に蓄えられたエネルギーを用いて、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を開放及び／又は閉鎖する。ＭＥＭＳスイッチは、従来の機械式スイッチに比べて作動させるのに必要な電力をより少なくすることができる。従って、スイッチ制御回路２４０及び／又はスイッチ電圧調整モジュール２３１の電力要件を低減することが可能となり、更にこのため、スイッチ制御回路２４０及び／又はスイッチ電圧調整モジュール２３１のサイズ及び／又はコストも低減される。
【００２５】
例示的な実施形態において、ラインバス２１６は、負荷バス２２０に対して、エアギャップ２４２がラインバス２１６と負荷バス２２０との間に定められるように位置付けられる。エアギャップ２４２は、ラインバス２１６を負荷バス２２０から電気的に絶縁することができる。
【００２６】
メーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２は、ソケットライン接続部２２６及びソケット負荷接続部２２８からの交流（ＡＣ）電力の受け取り及び／又は伝送を行う。例示的な実施形態において、形式２ＳメーターのＡＮＳＩ要件に従って、メーター２００のライン側に２つのスタブと、メーター２００の負荷側に２つのスタブとを備えて、合計で４つのスタブがメーター２００内に含められる。図３では、明確にするために、２つだけのスタブ、メーターライン接続部２１８、及びメーター負荷接続部２２２が示されている。各ＡＮＳＩ形式は、固有構成のスタブ及びソケット配置を有し、メーター２００は、どのような特定の構成にも限定されるものではない。むしろ、メーター２００は、あらゆるＡＮＳＩ形式及び／又は構成と共に用いることができる。
【００２７】
例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は、スイッチ制御回路２４０、ラインバス２１６、及び電流センサ２３２に結合される。ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は、ラインバス２１６と負荷バス２２０間の電流の伝導を制御する。具体的には、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が開放又は「オフ」状態にされたときには、電流がラインバス２１６から負荷バス２２０に流れるのが実質的に阻止される。逆に、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が閉鎖又は「オン」状態にされると、電流は、ラインバス２１６と負荷バス２２０との間で流れることができる。
【００２８】
例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は、複数の個々のＭＥＭＳスイッチ２３５を含む。より具体的には、例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２３５は直並列構成で位置付けられ、複数のＭＥＭＳスイッチ２３５が並列で配列され、少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチ２３５は、各並列のＭＥＭＳスイッチ２３５と直列に配列されるようになる。従って、ＭＥＭＳスイッチ２３５は、例えば、Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ他に付与された米国特許出願公開第２００７／０１３９１４５号に記載されるように構成することができる。別の実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２３５は、別の直並列構成で、又は並列構成のみで、或いは直列構成のみで配列してもよい。例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が開放されたときには、全ての直列及び並列ＭＥＭＳスイッチ２３５は開放される。ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が閉鎖されると、全ての直列及び並列ＭＥＭＳスイッチ２３５は閉鎖される。従って、例示的な実施形態において、１つのＭＥＭＳスイッチ２３５の故障は、残りのＭＥＭＳスイッチ２３５の作動又はＭＥＭＳスイッチアレイ２３４の作動に実質的に影響しない可能性がある。代替の実施形態において、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が開放されたときには、少なくとも１つの直列及び／又は並列ＭＥＭＳスイッチ２３５が開放され、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が閉鎖されたときには、少なくとも１つの直列及び／又は並列ＭＥＭＳスイッチ２３５が閉鎖される。
【００２９】
１つの実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、全て非変圧器定格単相ＡＮＳＩ形式及び国際電気標準会議（ＩＥＣ）形式要件に準拠しながら、３２０アンペア（Ａ）の２８８ボルト交流電流（ＶＡＣ）の単相電力を負荷バス２２０により負荷（図示せず）に切り替え可能に導通するよう構成される。代替の実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、全て非変圧器定格多相ＡＮＳＩ及びＩＥＣ形式要件に準拠しながら、３２０Ａの６６０ＶＡＣの３相電力を負荷バス２２０により負荷（図示せず）に切り替え可能に導通するよう構成される。或いは、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４及びメーター２００は、必要に応じて何れか好適な電圧及び／又は電流を切り替え可能に導通するよう構成することができる。
【００３０】
作動中、メーター２００は、例えば、摩擦嵌め、固定カラー、ケーブル組立体、ボルト組立体、及び／又はあらゆる好適な結合機構を用いてメーター２００をメーターソケット２２４に結合することなどにより、メーターソケット２２４に取り外し可能に結合される。メーター２００がメーターソケット２２４に結合されると、メーターソケット２２４のソケットライン接続部２２６及びソケット負荷接続部２２８は、下側筐体２０４のメーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２にそれぞれ挿入され、該接続部２２６及び２２８は、ラインバス２１６及び負荷バス２２０にそれぞれ電気的に結合される。例示的な実施形態において、単相ＡＣ電力は、電力会社からメーターソケット２２４に、並びにソケットライン接続部２２６及びメーターライン接続部２１８を介してラインバス２１６に伝送される。ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４が「オフ」状態の場合、実質的にＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を通って電流は流れず、負荷バス２２０は、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４によって実質的に非駆動状態にされる。コントローラ２０６は、負荷に対して電力使用をターンオンするリクエストを受け取ることができる。このようなリクエストは、例えば、通信モジュール２１２を介して、又はユーザが操作するユーザ入力機構（図示せず）を介してコントローラ２０６に送ることができる。ターンオンリクエストを受け取ると、コントローラ２０６は、スイッチ制御回路２４０に１つ又はそれ以上の信号を伝送し、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を作動させる。スイッチ制御回路２４０は、１つ又はそれ以上の信号をＭＥＭＳスイッチアレイ２３４に伝送し、ＭＥＭＳスイッチ２３５を閉鎖させる。ＭＥＭＳスイッチ２３５が閉鎖されると、電流がＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を流れることが可能になり、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は「オン」状態になる。従って、電流は、電力会社からラインバス２１６を介してＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を通って流れ、負荷バス２２０に出力される。
【００３１】
ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４が作動すると、ライン過渡電圧サプレッサ２３０は、切り替え作動中に発生する可能性がある過渡電圧及び／又は過渡電流を抑制することができる。電流は、ラインバス２１６からＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を通り、更に複数のＭＥＭＳスイッチ２３５を通って負荷バス２２０に流れる。電流センサ２３２は、電力会社から負荷バス２２０に伝送される電流量を測定し、１つ又はそれ以上の電流測定値をコントローラ２０６に伝送する。
【００３２】
コントローラ２０６は、電流測定値に１つ又はそれ以上の算術演算を実施することができ、次いで、該測定値をディスプレイ２０８及び／又はメモリ２１０に伝送する。ディスプレイ２０８は、測定値のグラフィカル及び／又はテキスト表現を提示し、メモリ２１０は、コントローラ２０６が後で検索するために該測定値を記憶する。或いは、コントローラ２０６は、測定値を遠隔の場所に伝送するために該測定値を通信モジュール２１２に伝送する。電流は、負荷バス２２０及びメーターソケット２２４のソケット負荷接続部２２８を通って流れ、負荷に供給される。
【００３３】
電力会社又はユーザがＭＥＭＳスイッチ組立体２１４をターンオフすることを望む場合、ターンオフリクエストがコントローラ２０６に送られる。ターンオフリクエストに応答して、コントローラ２０６は、１つ又はそれ以上の信号をスイッチ制御回路２４０に伝送し、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を作動させる。スイッチ制御回路２４０は、１つ又はそれ以上の信号をＭＥＭＳスイッチアレイ２３４に伝送し、ＭＥＭＳスイッチ２３５を開放させる。ＭＥＭＳスイッチ２３５が開放されると、電流がＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を通って流れるのが実質的に阻止され、ＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は「オフ」状態にされる。従って、実質的にＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を通って負荷バス２２０及び負荷に電流が流れない。例示的な実施形態において、メーター２００は、２つの極２０１を含み、各極２０１に別個のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を備える。スイッチ制御回路２４０は、両方のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を実質的に同時に作動させ、２つの極２０１のＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が実質的に同時に開放及び／又は閉鎖されるようにする。
【００３４】
図４は、３相メーターソケット３０２を介して供給される３相ＡＣ電力を切り替え可能に導通するのに用いることができる代替の３相メーター３００を示す。３相メーター３００は、メーター２００（図３に示す）と類似しており、図３で使用した同じ参照符号を用いた図４において同一の構成要素が識別される。別途記載のない限り、３相メーター３００は、メーター２００と実質的に同様に作動する。代替の実施形態において、３相メーター３００は、３つのＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を含み、１つのＭＥＭＳスイッチ組立体２１４が３相ＡＣ電力の各相に切り替え可能に結合されている。従って、第１のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４のメーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２は、第１の相ソケットライン接続部３０４及び第１の相ソケット負荷接続部３０６にそれぞれ結合される。第２のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４のメーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２は、第２の相ソケットライン接続部３０８及び第２の相ソケット負荷接続部３１０にそれぞれ結合される。第３のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４のメーターライン接続部２１８及びメーター負荷接続部２２２は、第３の相ソケットライン接続部３１２及び第３の相ソケット負荷接続部３１４にそれぞれ結合される。或いは、３相メーター３００は、３つのＭＥＭＳスイッチアレイ２３４（図３に示す）を含む１つのＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を含み、１つのＭＥＭＳスイッチアレイ２３４が３相ＡＣ電力の各相に切り替え可能に結合されている。１つの実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、ＡＮＳＩ形式１６Ｓ要件に準拠しながら、３２０Ａの６００ＶＡＣを切り替え可能に導通するよう構成される。或いは、ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、何れか好適なＡＮＳＩ形式又は他の要件に準拠しながら、何れか好適な３相電圧、電流、及び電力を切り替え可能に導通するよう構成される。
【００３５】
作動中、３相メーター３００は、３相メーターソケット３０２から３相電力を受け取る。コントローラ２０６は、３つのＭＥＭＳスイッチ組立体２１４の切り替え動作を制御するよう構成される。より具体的には、コントローラ２０６は、電力を負荷（図示せず）に伝送するために第１、第２、及び／又は第３のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４を作動させることができる。従って、コントローラ２０６は、第１、第２、及び／又は第３のＭＥＭＳスイッチ組立体２１４に対して、電力を負荷に実質的に均一に伝送し且つ配電システムでの不平衡負荷を回避するために、３相全てをほぼ同時に閉鎖するよう命令する。或いは、コントローラ２０６は、負荷への電力伝送を実質的に停止するために、３つのＭＥＭＳスイッチ組立体２１４全てを非作動にすることができる。対照的に、従来の機械式スイッチを利用して３相電力を切り替える従来のメーターは通常、３相全てをほぼ同時に開放及び閉鎖するのを確保する機械式インターロックシステムを必要とする。ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４の作動時間は、マイクロ秒以内のような１ミリ秒未満であるので、３相全ての作動を実質的に同時に行うことを確保するために機械式インターロックは必要ではない。
【００３６】
ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４内に電流センサ２３２が一体化されているので、ＭＥＭＳスイッチ２３５の開放は、ＡＣ電流の固有ゼロ交差法と協働することができ、従って、ＭＥＭＳスイッチ２３５の接点の電気アーク放電の可能性を低減又は排除することができる。更に、電流センサ２３２は、プログラム可能限度を超えた電流の上昇率を検出することにより、負荷バス２２０に障害があることを判定することができる。ＭＥＭＳスイッチ組立体２１４は、Ｗｒｉｇｈｔ他に付与された米国特許出願公開第２００８／０１３２３８号に記載されるように構成することができ、例えば、非対称漏電は、ＭＥＭＳスイッチ２３５の接点でのアーク放電が皆無かそれに近いことによって遮断することが可能となる。ＭＥＭＳスイッチ２３５の迅速な切り替え速度により、ＭＥＭＳスイッチ２３５及びＭＥＭＳスイッチアレイ２３４は、電流がメーター２００及び／又は下流側負荷に損傷を与える前に漏電を遮断できるようになる。本明細書で記載されるように、ＭＥＭＳスイッチ２３５は、漏電検出後１ミリ秒又はそれ未満内で電流フローを遮断することができる。対照的に、機械式サーキットブレーカ技術を用いた従来のメーターは、漏電を遮断することができない場合がある。従って、メーター外部の構成部品により電流が遮断される前に、損傷を及ぼす漏電が最大で１１７ミリ秒又はそれ以上の間メーター構成部品を流れる可能性がある。従来のメーターは、このような時間期間の間、損傷を及ぼす漏電に耐えることができなければならないので、従来のメーター内の構成部品のコストが高くなる可能性がある。従って、ＭＥＭＳスイッチ２３５及びＭＥＭＳスイッチアレイ２３４を使用すると、メーター２００内の構成部品のコストを低減することができる。
【００３７】
上述の実施形態は、電気使用量を測定し、負荷への電力使用を遠隔で接続又は切断するために、効率的でコスト効果のよい計測システムを提供することができる。ＭＥＭＳスイッチ組立体は、電力メーター内で使用される従来の計測及び切り替え構成部品よりも物理的に小さくすることができる。ＭＥＭＳスイッチ組立体は、従来のスイッチよりも使用する電力を少なくすることができ、半導体スイッチ程度の熱量が生成されない場合がある。ＭＥＭＳスイッチ組立体は、従来のスイッチよりも使用する電力が少ないので、従来のスイッチよりもより効率的で好都合に遠隔作動させることができる。更に、ＭＥＭＳスイッチ組立体を使用することで、ＡＮＳＩ及びＩＥＣ非変成器定格形式などの業界標準の物理的制約に準拠しながら、３相電力を負荷に切り替え可能に伝送できるようにすることができる。従って、本明細書で記載されるＭＥＭＳスイッチ組立体を含む電力メーターは、固体半導体スイッチを利用した公知の電力メーターと比べて、電力損失及び温度上昇を低減することができる。加えて、業界標準要件は、切断手段として機械式スイッチの使用を想定している。機械式スイッチは作動が緩慢であり、半導体切断スイッチは、サーキットブレーカとして同様の方式で漏電を遮断する際に使用するには好適ではない可能性がある。対照的に、ＭＥＭＳスイッチは、機械式スイッチが数十秒であるのと比べ、数マイクロ秒でオン状態からオフ状態及びオフ状態からオン状態に切り替えることができ、実質的にアーク放電なしで漏電を遮断することができる。ＭＥＭＳスイッチ組立体は、組み込み式電流センサを有するので、ＭＥＭＳスイッチの作動は、ＡＣ電流の固有ゼロ交差法と協働することができ、従って、アーク放電の可能性を低減又は排除することができる。その結果、ＭＥＭＳスイッチ接点の作動寿命を延ばすことが可能になる。
【００３８】
電力を切り替える方法及び装置の例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。本方法及び装置は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ、本装置の構成要素及び／又は本方法の段階は、本明細書で記載される他の構成要素及び／又は段階とは独立して別個に利用することができる。例えば、ＭＥＭＳスイッチ組立体はまた、他の電力測定及び切り替えシステム及び方法と組み合わせて用いることもでき、本明細書で記載される電力メーターを実施することのみに限定されるものではない。むしろ、例示的な実施形態は、他の多くの発電システム用途と組み合わせて実施し利用することができる。
【００３９】
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本発明の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１００  電力メーター
１０２  上側筐体
１０４  下側筐体
１０６  コントローラ回路基板
１０８  ディスプレイ
１１０  マイクロプロセッサ
１１２  メモリ
１１４  回路基板カバー
１１５  電源供給通信回路基板
１１６  回路基板装着組立体
１２０  相ラインソケット接続部
１２１  相ラインソケット接続部
１２２  相負荷ソケット接続部
１２３  相負荷ソケット接続部
１２４  相ライン変流器
１２５  相ライン変流器
１２６  スイッチ
１２７  スイッチドライバ回路
１２８  キャパシタ
２００  メーター
２０１  極
２０２  上側筐体
２０３  メーター構成部品
２０４  下側筐体
２０５  ハウジング
２０６  コントローラ
２０８  ディスプレイ
２１０  メモリ
２１１  電力供給モジュール
２１２  通信モジュール
２１３  過渡電圧サプレッサ
２１４  ＭＥＭＳスイッチ組立体
２１５  複数のＭＥＭＳ構成部品
２１６  ラインバス
２１８  メーターライン接続部
２２０  負荷バス
２２２  メーター負荷接続部
２２４  メーターソケット
２２６  ソケットライン接続部
２２８  ソケット負荷接続部
２３０  ライン過渡電圧サプレッサ
２３１  スイッチ電圧調整モジュール
２３２  電流センサ
２３４  ＭＥＭＳスイッチアレイ
２３５  複数のＭＥＭＳスイッチ
２４０  スイッチ制御回路
２４２  エアギャップ
２４４  ハウジング
２８８  切り替え可能導通
３００  ３相メーター
３０２  ３相メーターソケット
３０４  ３相ソケットライン接続部
３０６  相ソケット負荷接続部
３０８  相ソケットライン接続部
３１０  相ソケット負荷接続部
３１２  相ソケットライン接続部
３１４  相ソケット負荷接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2011120461000001.pdf