(57)【要約】      （修正有）【課題】機械エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置に関し、作動エネルギー及び計数情報又は上記エネルギー変換装置からの計数パルスを含む計数装置に関する。【解決手段】少なくとも１個の第一要素１と少なくとも１個の第二要素２とを備え、第一要素１は、連結要素３により、第二要素２に機械的に連結され、連結要素３は、機械エネルギーの蓄積と蓄積された機械エネルギーの出力との両方を行うように構成され、第一要素１は媒質の運動を受けて前記連結要素３に伝達し、所定の保持力を超えるまでは、該所定の保持力によって前記運動の第二要素への伝達を防止する手段を設け、連結要素は、機械エネルギーを前記第二要素２へ出力し、第二要素２は、導入された運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械式変換装置として構成されたことを特徴とするエネルギー変換装置Ｅ。【選択図】図１
2015180890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の第一要素（１）と少なくとも１個の第二要素（２）とを備え、
前記第一要素（１）は、連結要素（３）により、前記第二要素（２）に機械的に連結され、
前記連結要素（３）は、機械エネルギーの蓄積と蓄積された機械エネルギーの出力との両方を行うように構成され、
前記第一要素（１）は媒質の運動を受けて前記連結要素（３）に伝達し、
所定の保持力を超えるまでは、該所定の保持力によって前記運動の前記第二要素への伝達を防止する手段を設け、
前記連結要素は、機械エネルギーを前記第二要素（２）へ出力し、
前記第二要素（２）は、導入された運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械式変換装置として構成されたことを特徴とするエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項２】
前記第一要素（１）は、前記媒質の運動を回転運動又は直線運動に変換することを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項３】
前記保持力が前記保持要素（９）によって形成されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項４】
前記保持要素（９）が磁気保持力を形成することを特徴とする請求項３記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項５】
前記保持要素（９）が、少なくとも１個の磁気的活性要素（Ｍ２）と相互作用を起こす少なくとも１個の第一磁石（Ｍ１）を含み、
前記第一磁石（Ｍ１）又は前記磁気的活性要素（Ｍ２）が前記フレームに固定され、対応する磁気的活性要素が前記第二要素（２）上に配設されていることを特徴とする請求項４記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項６】
前記連結要素（３）がばね要素で形成されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項７】
前記連結要素（３）が機械的ばね要素で形成されていることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項８】
前記電気機械式変換装置（２）が電磁気変換装置として構成されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項９】
前記保持力が前記電磁気変換装置（２）によって形成されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項１０】
前記電磁気変換装置（２）がステッピングモータの原理で構成されていることを特徴とする請求項８乃至請求項９のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項１１】
前記第一要素（１）が流体の流れによって直接又は間接に駆動されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項１２】
前記第二要素（２）が回転可能に搭載されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置（Ｅ）を備えた計数装置（Ｚ）であって、
前記エネルギー変換装置（Ｅ）が電子処理装置（５）に電気的に接続され、この電子処理装置（５）が前記エネルギー変換装置（４）で発生した電気エネルギーによって作動されることを特徴とする計数装置（Ｚ）。
【請求項１４】
前記電気機械式変換装置（４）が、断面の予め設定された回転角度毎に又は断面の予め設定された経路距離毎に少なくとも１個の電気パルスを発生するように構成されたことを特徴とする請求項１３記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項１５】
無線送信装置（６）又は無線送受信装置（６）が、前記エネルギー変換装置（４）に連結され、前記エネルギー変換装置（４）で発生した電気エネルギーによって作動されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１４のいずれか１項に記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項１６】
前記電子処理装置（５）が、電気パルスの数を検出及び／又は記憶するように設計された電子メモリ（８）及び／又は電子計算ユニット（７）を有することを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項１７】
各パルスが遠隔無線受信装置で受信及び評価可能な無線送信信号を発生させることを特徴とする請求項１４に記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項１８】
電子パルスの数が合計され、所定の合計以上で前記処理装置（５）が前記無線送信装置（６）内の無線送信信号を引き起こし、その無線送信信号によりパルスの数が送信されることを特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項１９】
前記電気機械式変換装置（２）に連結された電圧整流ユニット（１０）と、前記送信装置（６）又は前記無線送受信装置（６）及び／又は前記評価ユニット（５）の上流に連結された電気エネルギー蓄積装置（１２）と、を備え、
上記の装置の一部又は複数のものが、自己の作動に必要なエネルギーを上記電気エネルギー蓄積装置（１２）から得ることを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか１項に記載の計数装置（Ｚ）。
【請求項２０】
請求項１３乃至請求項１９のいずれか１項に記載の少なくとも１個の計数装置（Ｚ）を備えたシステムであって、
前記計数装置（Ｚ）のデータを受信し、該データを評価し、所定のパラメータの機能としての作動を引き起こす中央受信装置（ＺＥ）が設けられたことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
各計数装置（Ｚ）が無線送受信装置（６）をそれぞれ有し、該各計数装置（Ｚ）が、近傍の計数装置（Ｚ）からデータを受信し、該データを保存し、自己のデータと共に前記データを送信するように構成されたことを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
機械エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、
第一要素（１）が機械的な運動を受け、
第二要素（２）が前記第一要素（１）に機械的に連結され、前記運動で受けた機械エネルギーを前記第二要素（２）に伝達する前に機械エネルギー蓄積装置（３）に集め、
上限機械エネルギーレベルまで該第二要素（２）を保持する所定の保持力が前記機械エネルギー蓄積装置内に設けられ、前記第二要素が前記機械エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする変換方法。
【請求項２３】
機械ばね（３）が前記第一要素（１）と第二要素（２）の機械的連結を形成することを特徴とする請求項２２記載の変換方法。
【請求項２４】
前記保持力が磁気保持力で形成されていることを特徴とする請求項２２乃至請求項２３のいずれか１項に記載の変換方法。
【請求項２５】
前記電気機械式変換装置（２）がステッピングモータの原理で構成されていることを特徴とする請求項２２乃至請求項２４のいずれか１項に記載の変換方法。
【請求項２６】
前記第一要素（１）が流体の流れによって直接又は間接に駆動されることを特徴とする請求項２２乃至請求項２５のいずれか１項に記載の変換方法。
【請求項２７】
前記第一要素が回転可能に搭載されたことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれか１項に記載の変換方法。
【請求項２８】
前記第二要素（２）が回転可能に搭載されたことを特徴とする請求項１９乃至請求項２４のいずれか１項に記載の変換方法。
【請求項２９】
前記電気機械式変換装置（２）が電気的に電子処理装置（５）に連結され、該電子処理装置（５）が前記電気機械式変換装置（２）で発生した電気エネルギーで作動することを特徴とする請求項２２乃至請求項２８のいずれか１項に記載の計数方法。
【請求項３０】
前記電気機械式変換装置（２）が少なくとも１個の電気パルスを発生するように構成され、該電気パルスが所定の回転角度又は所定の軌道距離に割り当てられることを特徴とする請求項２２乃至請求項２９のいずれか１項に記載の計数方法。
【請求項３１】
無線送信装置（６）又は無線送受信装置（６）が前記電気機械式変換装置（２）に連結され、前記無線送信装置（６）又は無線送受信装置（６）が前記電気機械式変換装置（２）で発生した電気エネルギーで作動することを特徴とする請求項２２乃至請求項３０のいずれか１項に記載の計数方法。
【請求項３２】
前記電子処理装置（５）が、電気パルス数を検出及び／又は記憶するように構成された電子記憶装置（８）及び／又は電子計算ユニット（７）を有することを特徴とする請求項３０乃至請求項３１のいずれか１項に記載の計数方法。
【請求項３３】
各パルスが、遠隔中央受信装置（ＺＥ）によって受信及び評価可能な無線信号を生成することを特徴とする請求項３２記載の計数方法。
【請求項３４】
電子パルスの数が合計され、所定の合計以上で前記電子処理装置（５）が無線送信装置内の無線送信信号を引き起こし、この無線送信信号によりパルス数が送信されることを特徴とする請求項３０乃至請求項３３のいずれか１項に記載の計数方法。
【請求項３５】
前記電気機械式変換装置（２）で生成された電圧が少なくとも部分的に電圧整流ユニット（１０）に供給され、整流された電圧が電気エネルギー蓄積装置（１２）に供給され、前記無線送信装置（６）又は無線送受信装置（６）及び／又は前記評価ユニット（５）が、自己の作動のために電気エネルギーを前記電気エネルギー蓄積装置（１２）から引き出すことを特徴とする請求項２９乃至請求項３４のいずれか１項に記載の計数方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために提供されるエネルギー変換装置、及びその作動エネルギーと上記エネルギー変換装置からの計数情報又は計数パルスとを含む計数装置に関する。また、本発明は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する方法と、該方法に基づいて得られる電気エネルギーで上記計数装置を作動させる方法に関する。また、本発明は、少なくとも１つ又はそれ以上の上記計数装置で構成されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
消費データを検出するために、流体の体積流量（volume flow）を検出するように構成された計数装置又は機械式計数ユニットが知られている。これらの機械式計数ユニットは、殆どの場合、体積流量によって１つの計数輪（counting wheel）が直接又は間接に駆動され、その各回転が計数ユニットに転送されるように構成されている。体積流量の既知の断面に対しては、回転毎に正確で規定の容積を割り当てることが可能である。このようにして、体積流量を計数装置によって検出することができる。このような機械式容積流量計数装置は、通常、他の装置との接続を提供せず、「手作業」による読み取りが必要となる。電子式遠隔問い合わせ又は類似の機能は実現できない。これらの装置は、負荷状態で高い安定性を示し、寿命が長く、例えば、電気エネルギー等の補助エネルギー源に依存しないため、動作信頼性が高いという利点がある。しかしながら、欠点は、装置で検出したデータが手作業で、しかも現場で装置から直接に読み取ることしかできないということである。
【０００３】
また、体積流量を電磁誘導型流量計測に基づいて検出することも一般に知られている。これによると、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、電圧が誘起される。この電圧は、公知の断面に対する流体の体積流量の計測単位である。この計測原理は、磁界における移動荷電の分離を利用する。計測対象の流体が、絶縁ライニングを施した非磁性材料製のチューブ内を流れる。流体に含まれる電荷担体（電荷キャリア）が、流れ方向に対して直角を成す磁界によって屈折する。チューブ内に取付けられた耐食性材料製の電極にミリボルト単位の電圧を発生する高インピーダンス起電力が、荷電の分離によって生成される。この計測原理の欠点は、導電性流体にしか適用できないということである。ガスについては、この方法は導電性がないことに基づいている。従って、この方法は、全ての流体に適用できる訳ではない。
【０００４】
また、流量測定を行うこと、すなわち、所謂差圧法により体積流量を測定することが知られている。この方法では、流体の運動エネルギーを位置エネルギーに変換し、位置エネルギーが圧力として計測される。流路の断面積を縮小する有孔円盤（perforated disk）として設けられたダイアフラムにより、流体の速度を上げ、運動エネルギーを増大する。このようにして、エネルギー保存の法則により、ダイアフラム下流の流体の圧力は小さくなり、流体の位置エネルギーが減少する。この差圧がセンサで計測され、評価装置によって体積流量に変換される。この方法の欠点は、測定に外部エネルギーを必要とするということである。この外部エネルギーは、例えば蓄電池のような電気化学式エネルギー蓄積装置、あるいは電力供給装置によって形成される。このように外部エネルギーに依存することにより、電源供給装置を関連計数装置にまで設置する必要があるという理由、又は、例えばバッテリーのような電気化学式エネルギー蓄積装置は定期的に交換する必要があるという理由で、保守又は設置費用が高くつく。特に、電気化学式エネルギー蓄積装置に関しては、確実で安定したエネルギー供給も保証されておらず、時として、電気供給によるエネルギーなしでは、計測ができなかったり、あるいは体積流量の検出が行われなかったりする。また、電力供給装置に依存したエネルギーによる検出あるいはエネルギー供給は、原則として、中断がない訳ではないので、エネルギーが中断した場合、体積流量の検出が欠落することがここでも起こり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの事情が、本発明の解決すべき課題の基礎、すなわち、信頼性のある作動及び信頼性のある体積流量の検出を行うことにより、運転経費あるいは設置費用を軽減することの基礎となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１のエネルギー変換装置、請求項１３の計数装置、請求項２０のシステム、請求項２２の変換方法、請求項２９の計数方法により解決される。これら請求項に直接もしくは間接に従属する請求項に記載した方策により、これらの方策が有利な方法で改良される。
【０００７】
以下に、提案する方策を、主要な構成及び主要な方法を参照しながら説明する。
【０００８】
第一要素と第二要素とが設けられたエネルギー変換装置が提供される。このエネルギー変換装置において、第一要素は、例えば運動の形の機械エネルギーを受けて、それを連結要素に移す。この連結要素は、第一要素と第二要素との間の機械的な連結を行い、機械エネルギー蓄積装置として構成されている。第二要素は、電気機械式変換装置として構成され、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。様々な物理的原理に従う種々の変換システムが、この目的に適している。従って、電磁変換装置、圧電変換装置、又はその他の電気機械式変換装置が適している。
【０００９】
ガスや液体を流体と定義するが、流体の体積流量は、要求に従って異なる速度範囲で流れることができる。非常に少ない体積流量も考えられる。そのような理由により、連結要素はエネルギー蓄積装置として提供される。このエネルギー蓄積装置は、第一要素によって連結要素に導入される機械エネルギーを集め、所定の上限エネルギーレベルの変換点に達すると、短時間で第二要素に出力する。ここで、短時間とは、エネルギーが第二要素に出力される時間が、エネルギー収集時間よりも短いことを意味する。連結要素から第二要素へのエネルギー出力の時間区分（time period）及び時間座標図（time profile）は、第一要素から連結要素へのエネルギー消費の時間区分及び時間座標図とは無関係である。このように、上限エネルギーレベルを変更すること、連結要素の形態を変更すること、また、第二要素の形態を変更することにより、第二要素に対するエネルギーの出力を素早く行うことができ、その結果、第二要素が刺激されて動く。このように刺激されて動くと、機械エネルギーの電気エネルギーへの変換が可能になり、また、例えば電子回路のような電気負荷を作動できる電圧及び電流の強さレベルを得ることが可能になる。電気機械式変換装置に対する運動速度は、電気機械式エネルギー変換装置で発生できる電圧に直接作用する。上記の方策において、流体の速度に関係なく、この基本的な原理を考慮することが有利である。
【００１０】
このように、第一要素と第二要素との直接連結により、第二要素に対して運動エネルギーを生じないような非常に小さな流量においても、電気エネルギーを大きなレベルで発生させることができ、この電気エネルギーは、別な目的に利用することもできるし、エネルギー源としても利用することができる。他の利点は、上記した方策は、流体の温度や材料組成や物理特性に関係なく適用可能であるということである。記載した方策は、計測すべき流体が、ガスか液体か、導電性を有するか絶縁性であるか、等に関係なく作用する。また、流体の温度は、上記した方策の実現可能性にとって重要ではない。
【００１１】
電気エネルギーは、追加の又は下流の装置に対して、ある電圧以上で初めて有意義に使用できる。しかしながら、状態変化又は運動がある速度以上で初めて、適切な電圧が発生できる。流量が小さいと、上記方策なしには十分な電圧は形成できない。従って、提案するエネルギー変換装置の利点は、機械エネルギーが第一要素によって連結要素に伝達され、この連結要素に損失無しに機械エネルギーを蓄積できるという事実に基づいている。所定の上限エネルギーレベルの変換点を超えると、エネルギーは電気機械式エネルギー変換装置に対してわずかな摩擦損失以外の損失なしに出力される。このエネルギー変換装置は、次に、その効率を考慮して、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００１２】
従って、機械エネルギーの第二要素への出力、すなわち、電気機械式エネルギー変換装置への出力の時間区分は、エネルギーが連結要素に入力される時間とは無関係なので、入手できる電気パルスは、常に同程度の品質である。これは、生成可能な電圧も同様に同一であることを意味する。
【００１３】
機械エネルギーの上限レベル、すなわち、機械エネルギーが第二要素へ出力される変換点を決定するために、予め設定可能な保持力が設けられる。これは、機械エネルギーが第一要素によって連結要素に導入され、上記保持力により、連結要素がエネルギーを直ちに第二要素に伝達することが防止されることを意味する。十分な機械エネルギーが機械エネルギー蓄積装置に導入された時に初めて、所定のエネルギー上限レベル位置から保持力を超過する。機械エネルギーはその後第二要素へ出力され、連結要素に蓄積されている機械エネルギーが出力される。
【００１４】
上記の方策の基礎を成す原理は、低速で流れる流体からのエネルギーを受けるか又は得る場合に適しているだけではなく、機械エネルギーが小さなあるいはゆっくりした運動によって与えられる時に、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する場合にも適している。そのような一例は、固体の温度変化による寸法の変化である。どのような種類の運動を電気エネルギーに変換するかによって、上記原理の第一要素が機械エネルギー、すなわち、回転運動又は直線運動による機械エネルギーを受ける。
【００１５】
必要な保持力を導入するために、保持要素によって、第二要素を直接保持するか、連結要素と第二要素との間の連結を保持するか、あるいは連結要素を直接保持することができる。保持要素は、この場合、磁性要素（magnetic element）、カップリング（coupling）、又は類似の装置で形成することができる。保持要素の形態は、保持力を超えた後、機械エネルギー蓄積装置、すなわち、連結要素に蓄積されている最大限のエネルギーを第二要素に伝達できるように形成されることが望ましい。保持要素内の摩擦損失は、最小限に抑えるべきである。以上の理由により、例えば、機械摩擦を含む保持要素が適するか否かは、条件次第である。磁石で作動する保持要素が設けられることが望ましい。
【００１６】
磁石で作動する保持要素は、保持要素の保持力が多くのパラメータの影響を受けるという利点を生じる。これにより、機械エネルギー蓄積装置に蓄積される機械エネルギー量を設定することができる。例えば、対応する磁性要素同士を間隔を置いて配設することにより、保持力を設定できる。他の磁性要素は、例えば永久磁石や強磁性部材やコイルにすることができる。コイルは、電束により磁力に影響を与え、保持力にも影響を与える別な可能性を提供する。
【００１７】
好ましい態様では、機械エネルギー蓄積装置は、機械的ばね要素、例えば、渦巻きばねで構成される。機械エネルギー蓄積装置は、例えば電気エネルギー蓄積装置に対して、蓄積したエネルギーが全く損失を被らないという利点がある。従って、例えば、伸張したばねは、機械エネルギーの蓄積位置にあり、このエネルギーの蓄積期間に関係なく、ばねはこのエネルギーを任意の時に再び完全に出力することができる。このため、電気エネルギー蓄積装置は、電流の漏洩により蓄積されたエネルギーを失うが、その点において、機械エネルギー蓄積装置は、電気エネルギー蓄積装置と異なる。従って、電気エネルギー蓄積装置に蓄積された電荷は、減少する。
【００１８】
保持要素の代案として、電気機械式変換装置は、ステッピングモータで構成することができ、このステッピングモータで形成した保持力は、第一ステップから次のステップに変わる時に、エネルギー蓄積装置用の保持力として使用できる。このように、保持力とエネルギー変換装置とが、ステッピングモータの構造ユニットで実現できる点で有利である。
【００１９】
上記課題を解決するために、計数装置がさらに提供される。この計数装置のエネルギー供給と測定値の決定は、上記した原理に基づく電気機械式エネルギー変換装置によって与えられる。そのために、エネルギー変換装置は、電子処理装置に連結されている。計数及び評価可能な結果を生じさせるために、つまり、計算及び計数可能な体積流量を生じさせるために、変換装置の１つの有利な態様では、電気機械式変換装置は、予め設定した経路又は所定の回転角度が体積流体の予め設定された寸法単位に相当するように設計されている。例えば、電気機械式変換装置がステッピングモータとして設計されている場合、各完全な１回転毎に４つの同寸法のステップが必要となり、例えば電気機械式変換装置の各回転毎に４つのパルスが生成される。１つのパルスが９０度の回転角度に相当する。体積流量の断面によって、９０度の回転毎、すなわち各電気パルス毎に正確な体積流量を割り当てる。単位時間当たりの合計流量に到達するには、パルスだけを計数して１つのパルスに割り当てられた流量を掛ければよい。
【００２０】
上記した電気機械式変換装置で発生させた各電気パルスで十分な電圧すなわち、電気エネルギーが発生されるので、下流の電気装置又は電子装置を作動させるために、個別に発生させた電気パルスによって処理装置を作動させることができ、また、例えば無線送信装置や無線送受信装置のような下流の装置をエネルギー変換装置に連結することができ、これにより各電気パルスと共に遠隔受信装置で受信可能な無線信号を送信することができる。このような電気的な無線信号は、例えば、送信装置識別用あるいは計数装置識別用の特徴を含んでおり、遠隔受信装置において体積流量の計算や割り当てを行うことができる。
【００２１】
好ましい態様では、処理装置に加え、電気パルスの数を計算又は総計するように設計された電子メモリも設けられる。この電子メモリは、処理装置内に一体化することが望ましい。これにより、所定の数のパルスが収集及び総計されて、所定の合計パルス数に達したときに初めて、無線信号が送信される。このようにして、エネルギー集約的な無線信号の送信を最小限に抑えることができ、計数装置の全体的なエネルギーバランスも最適化できる。利用可能な電気エネルギー源が、体積流量の検出対象である流体の運動だけであるから、以上の点は特に有利である。
【００２２】
有利な態様において、電圧整流ユニットが電気機械式変換装置の後に接続されているので、直流電圧を電気化学式蓄積装置又はキャパシタのような電気容量性蓄積装置に蓄積することができる。評価装置、電気蓄積装置、及び、無線送信装置又は無線送受信装置等、それらの作動に電気エネルギーを必要とする計数装置用の全ての部品は、この電気エネルギー蓄積装置から電気エネルギーを供給することができる。パルス計数用にパルス信号が入手でき、電気メモリユニット及び電子処理装置もパルス数に関する情報を得られるように、並列に設けられている。この信号は、電子処理装置の整流ユニットにも並列に供給される。
【００２３】
上記の原理に基づく計数装置を使用すると、一の計数装置が他の計数装置に関連して作動し、データが中央ユニットに送信されるシステムが可能である。この中央ユニットは、計数装置からの信号出力とそれらのデータ内容を受信し、それらの内容を評価して更に処理する。
【００２４】
個々の計数装置が無線送信装置を備えていれば、近傍の計数装置からのデータを個々の計数装置によって受信でき、あるいは必要に応じて、処理ユニット内の他の計算に供給、蓄積及び最終的に個々の受信装置のデータと共に中央ユニットに送信することができる。これにより、計数装置を中央受信ユニットから離れた作動範囲外に設けることができる。そして、近傍の計数装置から遠隔の計数装置のデータを中央ユニットへ送ることができる。
【００２５】
また、計数装置に設けられている受信ユニットを介して、中央ユニットによる通知出力、データ変更、ファームウェアの更新等、各無線送信装置用計数装置に向けた作業が可能である。中央ユニットは、計数装置及び結果によって送信されてくるパラメータによる付加的な作業を行ったり、ユーザの要望による機能としての作業を行ったり、必要に応じて、計数装置に対して作業を行うように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下に、合計１２図の図面に記載した、エネルギー変換装置、計数装置、計数装置を備えたシステムについて、実施形態を参照にしながら、本発明を詳細に説明する。
【図１】エネルギー変換装置の概略図である。
【図２】機械エネルギー蓄積装置のエネルギー充電及び放電を示す図である。
【図３】エネルギー変換装置の一実施形態の部分概略図である。
【図４】計数装置の概略図である。
【図５】ステップ変換装置の概略図である。
【図６】計数装置の概略図である。
【図７】計数装置の概略図である。
【図８】計数装置を備えたシステムの概略図である。
【図９】キャパシタを備えた整流装置の回路図である。
【図１０】電気機械式エネルギー変換装置の電圧−時間グラフである。
【図１１】整流装置の電圧−時間グラフである。
【図１２】整流装置の他の電圧−時間グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、上記した原理に基づく電子変換装置（electronic converter）Ｅの概略図である。この電子変換装置において、第一要素１は、連結要素３を介して第二要素２に連結されている。連結要素３は、機械エネルギー蓄積装置（mechanical energy storage device）として構成されている。第一要素１は、媒質（medium）の運動又はその結果生じる運動エネルギーを連結要素３に伝達するように設計されている。連結要素３は、保持要素９によって形成される保持力（抑止力、retaining force）を超えなければ第二要素２が動かないように、第二要素２に連結されている。ここで第二要素２は、電気機械式エネルギー変換装置（electromechanical energy converter）を含み、導入された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００２８】
図１を図２と共に参照すると、エネルギーがどのような形であるいはどのような時間系列で、連結装置３で形成された機械エネルギー蓄積装置３内に蓄積されるかが示されている。この概略図は、第一要素１の均一な運動が基本となっている。立ち上がり稜線Ｅinは、連結要素３内、すなわち、機械エネルギー蓄積装置３内への機械エネルギーの入力を示している。１つの試験的な構成では、第一要素１の均一な運動は、歯車を介して第一要素１を駆動するモータによって生じさせることができる。据え付け位置では、流量の変動により、そのような均一な運動は滅多に与えられない。概略図では、下限エネルギーレベルＥＵと上限エネルギーレベルＥＯが点線で示されており、それぞれ時間軸Ｔに対して平行に延在している。原点から始めて、第一要素の均一且つ一定の運動により、エネルギー入力Ｅｉｎが連結要素に時間ｔの期間導入される。上限レベルＥＯに達したとき、保持要素９の保持力に達し、その結果、機械エネルギー蓄積装置３から第二要素２に機械エネルギーが出力される。機械エネルギー蓄積装置３から第二要素２への機械エネルギーの伝達Ｅｏｕｔは、蓄積プロセスＥｉｎよりも短時間で行われる。この出力プロセスＥｏｕｔは、機械エネルギー蓄積装置へのエネルギーの入力と比較して、炸裂に近い状態（nearly burst-like）で推移する。第二要素２に入力されたエネルギーにより、この要素は、刺激を受けて動き出し、その運動が第二要素２内で電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、下流の電気装置又は電子装置を作動させるのに使用できる。電気機械式エネルギー変換装置２が電磁式エネルギー変換装置（electromagnetic energy converter）であれば、得られた電圧の大きさが磁束の変化率、すなわち、運動速度からも与えられる。
【００２９】
従って、そのようなエネルギー変換の利点がどこにあるのかの詳細が明確になる。第一要素１が動く速度に関係なく、連結要素３は、運動エネルギーを受け取り、静電エネルギー（static energy）の形で蓄積する。上限エネルギーレベルＥＯで保持点を超えた場合、静電気として蓄積されていたエネルギーは、第二要素２において炸裂状に運動エネルギーに変換される。そこで、運動エネルギーは、電気エネルギーに変換される。運動エネルギーの第一要素１での直接の変換は、第一要素１が連結要素３へ導入するが、電気エネルギーは生成せず、あるいは計測可能なエネルギーは少なくとも生成せず、従って、利用可能な電気エネルギーのレベルではない。
【００３０】
図３は、第一要素１が回転要素（rotating element）として構成された概略的な実施形態を示す。機械エネルギー蓄積装置、及び連結要素３は、機械的ばね要素（mechanical spring element）として形成されており、機械的ばね要素は、蓄積されているエネルギーを同じく回転運動の形で第二要素２へ転送する。本実施形態では、磁気式保持要素（magnetic holding element）９である保持要素９は、永久磁石で構成されており、ばね要素３と第二要素２との間の連結点に配設されている。保持要素は、保持要素９の保持力を超えるまでは、第二要素２への機械エネルギーの伝達を防止する。
【００３１】
図４は、計数装置（counter）Ｚを示し、これは、上記した電気機械式エネルギー変換装置Ｅをエネルギー源として、またパルス計数の際の供給源として使用している。電気機械式変換装置２で発生した電気エネルギーは、発生時と同じように炸裂状態で評価装置５に伝達される。評価装置５は、電気的に第二要素２に連結されている。この評価装置５は、第二要素２で発生した電気エネルギーで作動可能である。これにより、計数パルスの数も評価装置によって評価できる。各計数パルスにより評価装置にエネルギー炸裂を供給するのに十分なように、評価装置がエネルギー炸裂の回数を検知し、エネルギー炸裂毎に十分な電気エネルギーを供給して評価を行う。
【００３２】
図５は、例えば計数装置Ｚ内で使用可能なステッピングモータの概略図を示す。ステッピングモータは、９０度回転する度に電気パルスを発生するように構成されている。そのために、合計４個の磁石要素が軸に配設されており、それぞれ互いに同じ９０度の間隔を有する。従って、９０度回転する度に、１個の電気パルスが発生する。ステッピングモータあるいはステップ変換装置を備えてこのように構成された第二要素２は、完全に１回転する度に４個の電気パルスを評価装置に供給する。
【００３３】
例えば、第一要素での体積流量により、１０回転の回転運動が機械エネルギー蓄積装置３又は連結装置３に導入された場合、この１０回転は連結要素に蓄積される。１０回転の後に保持力を超えるように保持要素９によって保持力が設定された場合、１０回転又はこの回転に等しいエネルギーが第二要素に出力される。このように、上限のエネルギーレベルＥＯを超えると、１０回転が第二要素に出力される。図５のステップ変換装置を使用するために、個別に４０個のパルスを評価装置に入力する。これら４０個のパルスで、４０個のパルス分存続する交流信号が与えられ、それにより、評価装置５が作動される。
【００３４】
連結装置３に関連して伝達装置が設けられた実施形態については、ここでは詳細に記載しない。しかしながら、連結要素へのエネルギー入力Ｅｉｎのため及び連結装置からのエネルギー出力Ｅｏｕｔのために伝達装置を使用することは、電気機械式エネルギー変換装置Ｅ及び計数装置Ｚの利用分野によっては可能であり、有利である。
【００３５】
図６は、計数装置の実施形態が、上記のものと比較して、改良されたものを示す。図６の計数装置Ｚは、評価装置５に一体化された電子計算ユニット（electronic computational unit）７と電子メモリ（electronic memory）８を含む。評価装置５及びそれに一体化された電子メモリ８と電子計算ユニット７の電気エネルギー供給は、整流装置（rectifying device）１０によって整流された整流電圧によって動力を供給されている。キャパシタで形成された電気エネルギー蓄積装置（electrical energy storage device）１２は、整流装置に割り当てられている。
【００３６】
同じく図６の実施形態では、無線送信装置（electrical radio transmitter）又は無線送受信装置（radio transmit-receive device）６が設けられており、これが評価ユニット５に連結されている。従って、評価ユニット５の情報は、無線信号を介して、整流ユニット１０からのエネルギーで送信可能である。計数タップ１１は、整流ユニット１０と第二要素２との間、すなわち、整流ユニット１０と電気機械式エネルギー変換装置２との間の個々のパルスを計数するために設けられている。この計数タップにより、計数パルスを有する信号が評価ユニット５に供給される。
【００３７】
図６に示す実施形態では、無線送受信ユニット６が設けられており、これは評価ユニット５で計算したデータを識別コードと共に送信するように、また、他の計数装置からの無線信号又は中央送受信装置（central transmit-receive device）ＺＥの無線信号を受信するように構成されている。評価ユニット５は、無線送受信ユニットに連結されており、このユニットと双方向でデータの交換を行うように構成されている。従って、受信したデータは、評価ユニット５、すなわち、記憶ユニット８及び/又は計算ユニット７へも供給できる。従って、受信ユニットからの情報を呼び出すことによって、複合評価が可能である。また、体積流量を計算するために、計数装置に導入されたソフトウェアを更新（アップデート）可能である。体積流量のその他のパラメータを計数装置に供給し、例えば、検出対象の媒質の変化を計数装置に報告することも可能である。これにより、高価な再校正あるいは、検出対象の媒質が他の媒質に変更になる場合でも計数装置の再組立が不要になる。従って、無線送受信ユニットを備えたものは、他の目的に使用する計数装置外部から制御信号（command）を受信することも可能である。計数装置の実施形態によっては、他の媒質用の再校正も行うことができる。
【００３８】
図７は、特に簡単でコスト効率のよい構造を有する計数装置の実施形態を示す。電気機械式変換装置の各パルスは直接無線送信ユニット６に供給され、パルス状の無線信号の送信を行う。中央送受信ユニットがパルス状の送信信号を受信し、受信パルスの数から計数装置で検出した体積流量を決定する。この実施形態は、干渉する要素が殆ど存在しない場所への設置に適しており、製造と運転に有益である。
【００３９】
図８は、複数の計数装置Ｚで形成されたシステムを示し、これらの計数装置は、それぞれ同様の無線送受信ユニット６を備えている。このシステムの各計数装置Ｚは、近傍の計数装置のデータを受信し、そのデータに独自のデータを加えて送信するように構成されている。概略図は、計数装置が配設されたパイプを示している。これらのパイプは、矢印の方向に流体の流れを搬送することができる。位置的に中央受信ユニットＺＥに最も近い計数装置は、別の遠くの計数装置Ｚから受信したデータ材料を中央受信ユニット６へ送信する。このようにして、個々の計数装置Ｚの範囲を超えた無線距離を担うことができる。中央受信ユニットＺＥは、送信作業にも適していて、１つ又はそれ以上の計数装置との双方向データ交換が無線送信によって可能であることが好ましい。
【００４０】
図９は、１つの回路図において、電気機械式エネルギー変換装置２から得られたパルスを直流信号に変換し、この信号を電気記憶装置（electrical storage device）１２に供給する整流ユニット１０を示す。この実施形態では、電気記憶装置は２２０μＦのキャパシタで形成されている。
【００４１】
図１０、図１１及び図１２は、上記した電気機械式エネルギー変換装置の試験装置構成の測定グラフを示す。この試験装置構成の機械エネルギー蓄積装置は、渦巻きばねで形成されている。エネルギー入力、すなわち、第一要素１の運動は、歯車を介して第一要素に連結されたモータで実現される。第二要素２は、ステッピングモータで形成される。保持装置９として、２個の磁石が設けられ、１つの磁石は、フレームに固定され、２番目の磁石は、渦巻きばねと第二要素２との間に配設された軸に連結されている。機械エネルギーは徐々にシステム内に導入される。グラフは、上限エネルギーレベルＥ０に達した時点から始まっている。この時点からステッピングモータは、電圧を供給する。この試験装置構成では、図示した測定グラフによれば、電圧は、最大振幅（peak-to-peak）で９Ｖに達する。保持要素は、ここでは３Ｎｍｍの保持力に達する構成になっている。
【００４２】
上記した整流装置１０により、ステッピングモータで発生した電圧は、整流され、キャパシタの出力側の２．２Ｖの信号に達する。図１１は、上記した試験装置構成での他の測定グラフを示す。キャパシタの静電容量が小さく、従って電気機械式変換装置の電気負荷が小さい場合には、５．３Ｖの電圧を達成可能である。この場合の保持要素の保持力は、３Ｎｍｍに制限した。この最大トルクを維持しながら、３６０度の回転をそれぞれ半分の１８０度に分割し、ステッピングモータの誘導を増加する。更なるエネルギーの最適化はキャパシタを最適化すれば可能である。試験装置構成では、出力電力約１Ｗ／ｓを供給する。これにより、上記した評価装置５及び無線送受信装置の電子回路を作動させることが可能である。特に、第一要素の機械的運動は全て機械エネルギー蓄積装置に蓄積されるので、回路の連続運転は不要である。このようにして、保守を必要としがちで、且つ外乱の可能性のあるエネルギー源から完全に独立した状態で、切れ目のない体積流量検出を形成し、体積流量の検出結果を無線で遠隔中央ユニットに送信することができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｅ…エネルギー変換装置、１…第一要素、２…第二要素，電気機械式変換装置、３…連結要素，機械エネルギー蓄積装置、Ｅｉｎ…エネルギー入力、Ｅｏｕｔ…エネルギー出力、Ｚ…計数装置、５…処理装置、６…無線送信装置，無線送受信装置、７…計算ユニット、８…電子メモリ、９…保持要素、１０…整流ユニット、１１…計数タップ、１２…電気エネルギー蓄積装置、ＺＥ…中央送受信装置。
【図１】
2015180890.tif 000003
【図２】
2015180890.tif 000004
【図３】
2015180890.tif 000005
【図４】
2015180890.tif 000006
【図５】
2015180890.tif 000007
【図６】
2015180890.tif 000008
【図７】
2015180890.tif 000009
【図８】
2015180890.tif 000010
【図９】
2015180890.tif 000011
【図１０】
2015180890.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月15日(2015.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー変換装置とこのエネルギー変換装置に連結された無線送信装置又は無線送受信装置とを夫々有する複数の計数装置と、遠隔中央受信装置とを備えるシステムであって、
前記エネルギー変換装置は、
１個の第一要素と１個の第二要素とを備え、
前記第一要素は、連結要素により、前記第二要素に機械的に連結され、
前記連結要素は、機械エネルギーの蓄積と蓄積された機械エネルギーの出力との両方を行うように構成され、
前記第一要素は、媒質の運動を回転運動に変換し、変換した回転運動を前記連結要素に伝達し、
所定の保持力を超えるまでは、該所定の保持力によって前記回転運動の前記第二要素への伝達を防止する手段を設け、
前記連結要素は、機械エネルギーを前記第二要素へ出力し、
前記第二要素は、導入された運動エネルギーを電気パルスに変換するように構成され、
前記無線送信装置又は無線送受信装置は、前記エネルギー変換装置で発生した前記電気パルスによって作動し、前記計数装置を識別するための識別信号を含む無線信号を前記遠隔中央受信装置に送信し、
前記遠隔中央受信装置は、受信した無線信号の識別信号に基づいて、前記計数装置の割り当てを行うことを特徴とするシステム。