JP2010145095A - 電力量センサ及び電力量検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 非破壊でかつ無電源で各電力製品の電力量を個別に検出可能である電力量センサ及び電力量検出システムを提供すること。
【解決手段】 電力線に接続される電気製品のＡＣケーブルＣに取り付けられ該ＡＣケーブルＣに流れる電流による電磁誘導で起電力を発生させるカレントトランス部１と、該カレントトランス部１で発生した起電力によって蓄電する蓄電回路部２と、該蓄電回路部の蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信する信号送信部３と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オフィス等で稼働する電気製品の電力量を検出する電力量センサ及び電力量検出システムに関する。

例えば、オフィス等において、複数台のサーバ等の電気製品が設置され稼働されている場合、各電気製品の消費電力を管理したい場合がある。しかしながら、分電盤などでは、総電力を管理することはできるが、個別の電気製品を電力管理することは難しかった。このため、従来、このような電気製品の電力検出方法としては、例えば電気製品のＡＣケーブルに直接検針を刺して電力を検出するバンパイア方式やクランプ式のＣＴ（カレントトランス）センサをＡＣケーブルに取り付けて貫通電流に応じて発生した起電力から電力を検出する方法等が用いられている。

例えば、特許文献１には、各設備機械に端末子局を設け、ここで変流機（ＣＴ）を介する電流より設備機械毎の電力量を計測し、その結果をサテライト子局を介して無線で親局に送る物理量の計測・監視システムが提案されている。

特開２００４−１５２０８４号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記バンパイア方式の技術では、ＡＣケーブルに検針を刺す必要があり、ＡＣケーブルに傷をつけてしまう問題があった。特に、オフィスに設置されたサーバ等においては、その稼働を停止せずに電力管理を行うことが要望されているが、ＡＣケーブルを傷つけるバンパイア方式は不適である。また、クランプ式のＣＴセンサを用いる場合、センシングのための装置（電圧−電流変換のためのマルチメータ等）が必要になり、さらに装置のための電源が必要になり、システムが複雑化すると共にコストも増大してしまう不都合があった。例えば、特許文献１に記載の技術では、端末子局に電源が必要であり、また、ポーリングを行うために親局と子局との通信プロトコルが複雑で、遅延や装置規模が大きくなるなどの不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、非破壊でかつ無電源で各電力製品の電力量を個別に検出可能である電力量センサ及び電力量検出システムを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の電力量センサは、電力線に接続される電気製品のＡＣケーブルに取り付けられ該ＡＣケーブルに流れる電流による電磁誘導で起電力を発生させるカレントトランス部と、該カレントトランス部で発生した起電力によって蓄電する蓄電回路部と、該蓄電回路部の蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信する信号送信部と、を備えていることを特徴とする。

この電力量センサでは、蓄電回路部が、カレントトランス部で発生した起電力によって蓄電し、信号送信部が、この蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信するので、ＡＣケーブルの電流に応じた動作電圧到達時間で信号の送信周期も変わることで、受信した信号の周期と電流との関係から電力量を換算することができる。したがって、カレントトランス部により非破壊で電力量を検出可能であると共に、ＡＣケーブルの電流で発生した起電力を利用することで無電源で信号を送信することができ、低コストなセンサを得ることができる。

また、本発明の電力量センサは、前記カレントトランス部が、開閉可能な一対の分割コア体で構成された環状コアを備え、該環状コアに前記ＡＣケーブルが貫通可能なクランプ型とされていること特徴とする。すなわち、この電力量センサは、カレントトランス部が、ＡＣケーブルが貫通可能なクランプ型とされているので、電気製品を停止させることなく容易にＡＣケーブルに取り付けることができる。

本発明の電力量検出システムは、複数の上記本発明の電力量センサと、前記信号を無線で受信すると共に前記信号の周期に基づいて前記電気製品の電力量を算出する受信装置と、を備えていること特徴とする。すなわち、この電力量検出システムでは、複数の上記本発明の電力量センサと、前記信号を無線で受信すると共に前記信号の周期に基づいて電気製品の電力量を算出する受信装置と、を備えているので、無電源で動作する複数の電力量センサからの信号を受信装置が無線で収集し、信号の受信周期から各電気製品の電力量を得ることができる。したがって、複数の電気製品にそれぞれ電力量センサを設置しても、電力量センサ毎に電源やマルチメータ等の装置を用意する必要が無く、シンプルな構成で電力量の検出及び管理が可能になる。

また、本発明の電力量検出システムは、前記電力量センサの信号送信部が、他の電力量センサと相互に無相関な信号を送信可能とされていることを特徴とする。すなわち、この電力量検出システムでは、電力量センサの信号送信部が、他の電力量センサと相互に無相関な信号を送信可能とされているので、互いに同期していない各電力量センサからの信号が互いに干渉せず、固有の信号として受信可能になる。

さらに、本発明の電力量検出システムは、前記信号送信部が、疑似雑音符号を乗じて変調した信号を送信可能であり、前記受信装置が、受信した前記信号を疑似雑音符号との相関をとって復調する相関検波部を備えていることを特徴とする。すなわち、この電力量検出システムでは、信号送信部が、例えばＳＳ方式（スペクトラム拡散方式）で疑似雑音符号を乗じたノイズ的な信号を送信し、これを受信した受信装置の相関検波部が、疑似雑音符号との相関をとって信号を取り出すので、各電力量センサからのノイズ的な信号を復調して個別に認識することができる。

また、本発明の電力量検出システムは、前記受信装置が、電力線に接続可能で前記電気製品の電力量に関する情報を電力線を介して送信可能な電力線通信部を備えていることを特徴とする。すなわち、この電力量検出システムでは、受信装置が、電力線に接続可能で電気製品の電力量に関する情報を電力線を介して送信可能な電力線通信部を備えているので、電力線のコンセントに接続するだけで受信装置を容易に設置可能であると共に、無線で各電力量センサから収集した各電気製品の電力量に関する情報を無線が届かない場所の管理装置等に電力線を介して伝達することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る電力量センサによれば、蓄電回路部が、カレントトランス部で発生した起電力によって蓄電し、信号送信部が、この蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信するので、カレントトランス部により非破壊で電力量を検出可能であると共に、ＡＣケーブルの電流で発生した起電力を利用することで無電源で信号を送信することができ、低コストなセンサを得ることができる。したがって、この電力量センサを用いた本発明の電力量検出システムによれば、無電源で動作する複数の電力量センサからの信号を受信装置が無線で収集し、信号の受信周期から各電気製品の電力量を得ることで、低コストかつシンプルな構成で電力量の検出及び管理が可能になる。

以下、本発明に係る電力量センサ及び電力量検出システムの第１実施形態を、図１から図７を参照しながら説明する。

本実施形態の電力量センサＳは、図１及び図２に示すように、電力線Ｌに接続されるサーバ等の電気製品ＥのＡＣケーブルＣに取り付けられ該ＡＣケーブルＣに流れる電流による電磁誘導で起電力を発生させるカレントトランス（ＣＴ）部１と、該カレントトランス部１で発生した起電力によって蓄電する蓄電回路部２と、該蓄電回路部２の蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信する信号送信部３と、を備えている。

また、本実施形態の電力量検出システムは、図２から図４に示すように、複数の電気製品ＥのＡＣケーブルＣに取り付けられた複数の上記電力量センサＳと、信号を無線で受信すると共に信号の周期に基づいて対応する電気製品Ｅの電力量を算出する受信装置４と、を備えている。
上記カレントトランス部１は、開閉可能な一対の円弧状の分割コア体５ａで構成された環状コア５を備え、該円環状コア５にＡＣケーブルＣを構成する一対の配線のうち一方が貫通可能なクランプ型とされている。

なお、円環状コア５に配線の一方を挿通させるため、ＡＣケーブルＣは、一対の配線が一体化されて一本に被覆されているものよりも、少なくとも一部で一対の配線が別々に被覆されて２本に分かれているものが好ましい。このＡＣケーブルＣの場合、電力量センサＳの装着の際に、一対の配線を２本に分ける必要が無く、完全に非破壊でカレントトランス部１を取り付け可能になる。

上記環状コア５は、上記一対の分割コア体５ａが閉じた状態で環状となるフェライトコアであって、コイル６が巻回されている。
上記蓄電回路部２は、カレントトランス部１のコイル６に接続され、カレントトランス部１で発生した起電力による電流を整流するダイオード７と、蓄電を行うコンデンサ８と、を備えている。

上記信号送信部３は、図１に示すように、無線で信号を送信可能で送信アンテナ部９を有する信号発生器１０と、蓄電回路部２の蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電回路部２と信号発生器１０との接続をＯＮにしてコンデンサ８で蓄電された電力を信号発生器１０に供給して信号を送信させるスイッチ回路部１１と、を備えている。

また、信号送信部３は、他の電力量センサＳと相互に無相関な信号を送信可能とされている。すなわち、信号送信部３の信号発生器１０は、ＳＳ方式（スペクトラム拡散方式）で疑似雑音符号を乗じてノイズ的に変調した信号を送信可能である。例えば、ＳＳコードを各電力量センサＳのシリアルナンバーに対応させて信号を生成する。
なお、電力量センサＳは、無線で信号を送信するために上記起電力による電力が必要になるが、この電力が電気製品Ｅに影響がほとんどない程度に設計されている。

上記受信装置４は、図４に示すように、各電力量センサＳから送信された信号を受信する受信アンテナ部１２と、受信した各電力量センサＳからの信号について疑似雑音符号との相関をとってそれぞれ復調する複数の相関検波部１３と、これら相関検波部１３で電力量センサＳ毎に復調した信号から各電力量センサＳの信号発生周期を検出する複数の周期検出部１４と、これら周期検出部１４で検出した信号発生周期から各電気製品Ｅの電力又は電力量を算出する複数の電力換算部１５と、各電力換算部１５で算出された各電気製品Ｅの電力量情報（電力又は電力量の情報）を一つの信号に合成するマルチプレクサ１６と、を備えている。

さらに、受信装置４は、パーソナルコンピュータ等の管理装置１７に接続可能で上記マルチプレクサ１６からの電力量情報の信号を管理装置１７に伝送するＵＳＢ機能を有したＵＳＢ部１８を備えている。なお、受信装置４の上記各部は、ＵＳＢ部１８に接続された管理装置１７からの電力供給により駆動されるように設定されている。この場合、ＵＳＢ部１８を介して外部の管理装置１７から電力供給されるため、電源を別途用意する必要が無い。

次に、本実施形態の電力量センサ及び電力量検出システムにおいて、電気製品Ｅの電力量を検出する方法について、図５から図７を参照して説明する。

まず、各電力量センサＳの環状コア５内に挿通された電気製品ＥのＡＣケーブルＣに貫通電流Ｉが流れると、電磁誘導によって環状コア５に起電力が生じ、この起電力によって蓄電回路部２のコンデンサ８が蓄電される。さらに、コンデンサ８の電圧が予め設定した動作電圧に達したとき、スイッチ回路部１１が蓄電回路部２と信号発生器１０とを接続し、コンデンサ８に蓄電された電力を信号発生器１０に供給する。そして、電力供給によって作動した信号発生器１０は、ＳＳ方式で疑似雑音符号を乗じてノイズ的に変調した信号を無線送信する。

この際、図５に示すように、貫通電流Ｉが多ければ、電力量センサＳに生じる起電力も大きく、コンデンサ８に蓄電される時間も早くなる。このため、貫通電流Ｉが多いと、スイッチ回路部１１で設定した動作電圧までに達する時間（動作電圧到達時間）が早くなって、スイッチ周期及び信号発生周期が早くなる。

次に、受信装置４では、各電力量センサＳからの信号を受信し、各相関検波部１３で疑似雑音符号との相関をとって信号をそれぞれ復調する。そして、各周期検出部１４が、電力量センサＳ毎に受信した信号の周期から各電力量センサＳの信号発生周期を検出する。さらに、電力換算部１５が、検出した信号発生周期と予め記憶されている信号発生周期と貫通電流との関係から各ＡＣケーブルＣに流れる貫通電流Ｉを求め、この貫通電流Ｉによって各電気製品Ｅの電力又は電力量を算出する。

例えば、図３に示すように、複数のＡＣケーブルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎにそれぞれ電力量センサＳ１，Ｓ２，…，Ｓｎを取り付け、ＡＣケーブルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎにそれぞれ貫通電流Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎが流れた場合について説明する。

このとき、電力量センサＳ１が、図６の（ａ）に示すように、貫通電流Ｉ１によって生じた起電力により信号発生周期ｔ１で信号を送信した場合、信号を受信した受信装置４では、周期検出部１４が、信号発生周期ｔ１を求めると共に、電力換算部１５が、図６の（ｂ）に示すように、記憶されている信号発生周期と貫通電流との関係から貫通電流Ｉ１を求める。さらに、この貫通電流Ｉ１から電力量センサＳ１が取り付けられた電気製品Ｅの電力又は電力量を算出する。

また、電力量センサＳ２が、図７の（ａ）に示すように、貫通電流Ｉ２（Ｉ２＞Ｉ１）によって生じた起電力により信号発生周期ｔ２（ｔ２＜ｔ１）で信号を送信した場合、信号を受信した受信装置４では、周期検出部１４が、信号発生周期ｔ２を求めると共に、電力換算部１５が、図７の（ｂ）に示すように、記憶されている信号発生周期と貫通電流との関係から貫通電流Ｉ２を求める。さらに、この貫通電流Ｉ２から電力量センサＳ２が取り付けられた電気製品Ｅの電力を算出する。このように、貫通電流Ｉの大きさに応じて信号発生周期が異なり、この信号発生周期を検出することにより、信号発生周期と貫通電流との相関関係から貫通電流Ｉ２の電流量及び電気製品Ｅの電力又は電力量を算出することができる。

次に、マルチプレクサ１６が、各電力換算部１５で算出された各電気製品Ｅの電力又は電力量を電力量情報として一つの信号に合成し、ＵＳＢ部１８が、この信号を接続された管理装置１７へ伝送する。管理装置１７では、伝送された各電気製品Ｅの電力量情報をディスプレイ等に表示すると共に記憶装置等に記憶して管理を行う。

このように本実施形態の電力量センサＳでは、蓄電回路部２が、カレントトランス部１で発生した起電力によって蓄電し、信号送信部３が、この蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信するので、ＡＣケーブルＣの貫通電流Ｉに応じた動作電圧到達時間で信号の送信周期も変わることで、受信した信号の周期と電流との関係から電力又は電力量を換算することができる。したがって、カレントトランス部１により非破壊で電力又は電力量を検出可能であると共に、ＡＣケーブルＣの貫通電流Ｉで発生した起電力を利用することで無電源で信号を送信することができ、低コストなセンサを得ることができる。

また、カレントトランス部１が、ＡＣケーブルＣが貫通可能なクランプ型とされているので、電気製品Ｅを停止させることなく容易に電力量センサＳをＡＣケーブルＣに取り付けることができる。

本実施形態の電力量検出システムでは、複数の上記電力量センサＳと、信号を無線で受信すると共に信号の周期に基づいて電力量を算出する受信装置４と、を備えているので、無電源で動作する複数の電力量センサＳからの信号を受信装置４が無線で収集し、信号の受信周期から各電気製品Ｅの電力又は電力量を得ることができる。したがって、複数の電気製品Ｅにそれぞれ電力量センサＳを設置しても、電力量センサＳ毎に電源やマルチメータ等の装置を用意する必要が無く、シンプルな構成で電力量の検出及び管理が可能になる。

また、電力量センサＳの信号送信部３が、他の電力量センサＳと相互に無相関な信号を送信可能とされているので、互いに同期していない各電力量センサＳからの信号が互いに干渉せず、固有の信号として受信可能になる。特に、電力量センサＳが、ＳＳ方式で疑似雑音符号を乗じたノイズ的な信号を送信し、これを受信した受信装置４の相関検波部１３が、疑似雑音符号との相関をとって信号を取り出すので、各電力量センサＳからのノイズ的な信号を復調して個別に認識することができる。

次に、本発明に係る電力量センサ及び電力量検出システムの第２実施形態について、図８を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、得られた電力情報をＵＳＢ部１８により接続した管理装置１７に伝送しているのに対し、第２実施形態では、図８に示すように、受信装置２４が、電力線Ｌに接続可能で各電気製品Ｅの電力量に関する情報を電力線Ｌを介して送信可能な電力線通信部２８を備え、電力線Ｌを介して管理装置１７に伝送する点である。

すなわち、第２実施形態の受信装置２４では、マルチプレクサ１６に接続された電力線通信部２８と、該電力線通信部２８に接続され電力線Ｌのコンセント部２９に接続可能なコンセントプラグ部Ｐと、を備えている。すなわち、マルチプレクサ１６で合成された信号を電力線通信部２８が電力線Ｌを介して送信するようになっている。また、管理装置１７は、電力線通信機能を備え、別の場所で電力線Ｌに接続されて受信装置４から各電気製品Ｅの電力量に関する情報を電力線Ｌを介して受信可能になっている。

このように第２実施形態では、受信装置２４が、電力線Ｌに接続可能で電気製品Ｅの電力量に関する情報を電力線Ｌを介して送信可能な電力線通信部２８を備えているので、電力線Ｌのコンセントに接続するだけで受信装置４を容易に設置可能であると共に、無線で各電力量センサＳから収集した各電気製品Ｅの電力量に関する情報を無線が届かない場所の管理装置１７に電力線Ｌを介して伝達することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、複数の電力量センサを設置して、各電力量センサからの信号を１つの受信装置で受信するマルチタイプであるが、電力量センサ毎に１つの受信装置を設置して１対１で信号を送受信するシングルタイプとしても構わない。上記マルチタイプでは、複数の電力量センサでノイズ的に変調された複数の信号を１つの受信装置で受信する多対１であるため、同期処理が複雑であるが、１対１のシングルタイプの場合は、同期が容易となり、簡易な処理回路で済み、小型化も可能になるメリットがある。また、受信装置において各電気製品の電力量情報を一つの信号に合成するマルチプレクサが不要になる。

また、別の場所に管理装置が設置されている場合、第２実施形態で記載したように、電力線通信によって電気製品の電力量情報を伝送することが好ましいが、受信装置及び管理装置をイーサネット（登録商標）等のネットワークに接続して互いに情報伝送しても構わない。

本発明に係る電力量センサ及び電力量検出システムの第１実施形態において、電力量センサを示す回路構成を含めた構成図である。 第１実施形態において、複数の電気製品に電力量センサを取り付けた状態を示す構成図である。 第１実施形態において、電力量検出システムを示す構成図である。 第１実施形態において、受信装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態において、蓄電回路部における貫通電流と動作電圧到達時間との関係を説明する図である。 第１実施形態において、電力量センサＳ１における信号発生周期を説明するグラフ及びその際の貫通電流と動作電圧到達時間との関係を説明するグラフである。 第１実施形態において、電力量センサＳ２における信号発生周期を説明するグラフ及びその際の貫通電流と動作電圧到達時間との関係を説明するグラフである。 本発明に係る電力量センサ及び電力量検出システムの第２実施形態において、電力量検出システムを示す構成図である。

符号の説明

１…カレントトランス部、２…蓄電回路部、３…信号送信部、４，２４…受信装置、５…環状コア、５ａ…分割コア体、１３…相関検波部、２８…電力線通信部、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ…ＡＣケーブル、Ｅ…電気製品、Ｌ…電力線、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎ…電力量センサ

Claims (6)

1. 電力線に接続される電気製品のＡＣケーブルに取り付けられ該ＡＣケーブルに流れる電流による電磁誘導で起電力を発生させるカレントトランス部と、
   該カレントトランス部で発生した起電力によって蓄電する蓄電回路部と、
   該蓄電回路部の蓄電量が一定の動作電圧まで達した際に蓄電された電力で信号を無線送信する信号送信部と、を備えていることを特徴とする電力量センサ。
2. 請求項１に記載の電力量センサにおいて、
   前記カレントトランス部が、開閉可能な一対の分割コア体で構成された環状コアを備え、該環状コアに前記ＡＣケーブルが貫通可能なクランプ型とされていること特徴とする電力量センサ。
3. 複数の請求項１又は２に記載の電力量センサと、
   前記信号を無線で受信すると共に前記信号の周期に基づいて前記電気製品の電力量を算出する受信装置と、を備えていること特徴とする電力量検出システム。
4. 請求項３に記載の電力量検出システムにおいて、
   前記電力量センサの信号送信部が、他の電力量センサと相互に無相関な信号を送信可能とされていることを特徴とする電力量検出システム。
5. 請求項４に記載の電力量検出システムにおいて、
   前記信号送信部が、疑似雑音符号を乗じて変調した信号を送信可能であり、
   前記受信装置が、受信した前記信号を疑似雑音符号との相関をとって復調する相関検波部を備えていることを特徴とする電力量検出システム。
6. 請求項３から５のいずれか一項に記載の電力量検出システムにおいて、
   前記受信装置が、電力線に接続可能で前記電気製品の電力量に関する情報を電力線を介して送信可能な電力線通信部を備えていることを特徴とする電力量検出システム。

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