JP6403044B2 - 電力計測器、分電盤用電力計測器及びそれを用いた分電盤 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電力計測器、分電盤用電力計測器及びそれを用いた分電盤、より詳細には負荷で消費される電力を計測する電力計測器、分電盤用電力計測器及びそれを用いた分電盤に関する。

従来、電路にブレーカを介して接続される複数の負荷回路（負荷）の消費電力、電力量を計測する多回路電力計測装置が知られており、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の従来例は、主装置と、複数の電流トランスと、複数の個別計測装置とを有している。主装置は、電路から電源電圧が入力されて電源電圧に相当するアナログ電圧信号を個別計測装置に供給する。電流トランスは、負荷に流れる電流を検出して、当該電流に相当するアナログ電流信号を個別計測装置に供給する。個別計測装置は、複数の負荷のそれぞれに設けられて、主装置からアナログ電圧信号が供給され、且つ電流トランスからアナログ電流信号が供給される。

個別計測装置は、負荷の電力を演算する電力演算回路を備えている。電力演算回路は、アナログ電流信号をディジタル電流信号に変換するアナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）と、アナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備えている。そして、電力演算回路は、乗算器によりディジタル電流信号とディジタル電圧信号とを乗算することで、負荷電力を演算する。

特開２００３−２２２６４５号公報

しかしながら、上記従来例では、各Ａ／Ｄ変換器がアナログ信号をディジタル信号に変換するタイミングが互いにずれる虞がある。そして、変換するタイミングが互いにずれた場合、負荷電力を精度良く演算することができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、負荷電力の演算精度を向上させることのできる電力計測器、分電盤用電力計測器及びそれを用いた分電盤を提供することを目的とする。

本発明の電力計測器は、基板と、前記基板に実装され、前記基板の厚み方向に沿って流れる負荷電流に応じたアナログ電流信号を出力する検出素子と、前記検出素子の出力する前記アナログ電流信号に基づいて前記負荷電流を計測する計測部と、前記負荷電流と、前記複数の分岐ブレーカの何れかに印加される負荷電圧とに基づいて負荷電力を演算する演算部とを備え、前記計測部は、前記アナログ電流信号をディジタル電流信号に変換して出力する第１Ａ／Ｄ変換回路と、前記ディジタル電流信号をフィルタリングするディジタルフィルタと、前記ディジタルフィルタで処理された前記ディジタル電流信号を前記演算部に出力する第１通信回路とを備え、前記演算部は、外部から与えられる前記負荷電圧を示すアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換して出力する第２Ａ／Ｄ変換回路と、前記ディジタル電流信号が入力される第２通信回路と、前記ディジタル電流信号と前記ディジタル電圧信号とに基づいて前記負荷電力を演算する演算回路とを備え、前記演算部は、前記第１Ａ／Ｄ変換回路と前記第２Ａ／Ｄ変換回路とを同期させるための同期信号を生成し、且つ前記同期信号を前記計測部に出力する機能を有し、前記ディジタルフィルタの動作クロックの周波数は、前記同期信号の周波数の整数倍であることを特徴とする。

本発明の分電盤用電力計測器は、上記の電力計測器であって、前記基板は、主幹ブレーカと複数の分岐ブレーカとの間を電気的に接続する導電バーに取り付けられ、前記検出素子は、前記導電バーに設けられて前記複数の分岐ブレーカの何れかに電気的に接続される接続端子を流れる前記負荷電流に応じた出力を生じるように構成されることを特徴とする。

本発明の分電盤は、上記何れかの分電盤用電力計測器と、前記演算部に前記アナログ電圧信号を出力する計測ユニットと、前記主幹ブレーカと、前記複数の分岐ブレーカと、前記導電バーと、前記分電盤用電力計測器、前記計測ユニット、前記主幹ブレーカ、前記複数の分岐ブレーカ、前記導電バーがそれぞれ配置される分電盤用キャビネットとを備えることを特徴とする。

本発明は、演算部が出力する同期信号に基づいて各Ａ／Ｄ変換回路がアナログ信号をディジタル信号に変換するように構成されている。したがって、本発明は、従来例に比べて、各Ａ／Ｄ変換回路がアナログ信号をディジタル信号に変換するタイミングが互いにずれる可能性が低く、負荷電力の演算精度を向上させることができる。

図１Ａは、実施形態の電力計測器の概略構成図で、図１Ｂは、実施形態の電力計測器における計測部の概略ブロック図である。 実施形態の分電盤を示す概略図である。 実施形態の分電盤の要部を示す分解斜視図である。 実施形態の電力計測器における、シリアル通信のリード期間のタイミングチャート図である。 実施形態の電力計測器における、シリアル通信のライト期間のタイミングチャート図である。

本発明の実施形態に係る電力計測器５は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、基板５１（図３参照）と、コイル５２（検出素子）と、計測部５５と、演算部５６とを備える。コイル５２は、基板５１の厚み方向に沿って流れる負荷電流に応じたアナログ電流信号を出力するように構成されている。計測部５５は、コイル５２の出力するアナログ電流信号に基づいて負荷電流を計測するように構成されている。演算部５６は、負荷電流と、複数の分岐ブレーカ３の何れかに印加される負荷電圧とに基づいて負荷電力を演算するように構成されている。

計測部５５は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２と、ディジタルフィルタ５５３と、第１通信回路５５４とを備える。第１Ａ／Ｄ変換回路５５２は、アナログ電流信号をディジタル電流信号に変換して出力するように構成されている。ディジタルフィルタ５５３は、ディジタル電流信号をフィルタリングするように構成されている。第１通信回路５５４は、ディジタルフィルタ５５３で処理されたディジタル電流信号を演算部５６に出力するように構成されている。

演算部５６は、第２Ａ／Ｄ変換回路５６１と、第２通信回路５６２と、演算回路５６３とを備える。第２Ａ／Ｄ変換回路５６１は、外部から与えられる負荷電圧を示すアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換して出力するように構成されている。第２通信回路５６２は、ディジタル電流信号が入力されるように構成されている。演算回路５６３は、ディジタル電流信号とディジタル電圧信号とに基づいて負荷電力を演算するように構成されている。

演算部５６は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２と第２Ａ／Ｄ変換回路５６１とを同期させるための同期信号を生成し、且つ同期信号を計測部５５に出力する機能を有している。そして、ディジタルフィルタ５５３の動作クロックの周波数は、同期信号の周波数の整数倍である。

また、本実施形態の電力計測器５では、第２通信回路５６２は、動作クロックの周波数と比例し且つ動作クロックの周波数よりも低い周波数のクロック信号を計測部５５に出力する機能を有していてもよい。そして、計測部５５は、クロック信号の周波数を逓倍して動作クロックを生成する位相同期回路５５５（逓倍回路）を備えていてもよい。

また、本実施形態の電力計測器５では、第１通信回路５５４及び第２通信回路５６２は、それぞれ伝送路（第３信号線Ｌ３）を介してシリアル通信により双方向のデータの入出力を行うように構成されていてもよい。そして、第２通信回路５６２は、伝送路（第３信号線Ｌ３）におけるデータの入力期間（ライト期間）と出力期間（リード期間）とを制御する制御信号を生成し、且つ制御信号を計測部５５に出力する機能を有していてもよい。更に、第１通信回路５５４は、制御信号に応じて入力期間と出力期間とを切り替えるように構成されていてもよい。

また、本実施形態の電力計測器５では、第２通信回路５６２は、同期信号を制御信号に兼用するように構成されていてもよい。

また、本実施形態の電力計測器５は、計測部５５を複数備えていてもよい。そして、複数の計測部５５は、それぞれ動作クロックのパルス数を計数する機能を備え、且つそれぞれ動作クロックのパルス数で規定される期間でデータの入出力を行うように構成されていてもよい。

また、本発明の実施形態に係る分電盤用電力計測器（電力計測器）５では、図２，３に示すように、基板５１は、主幹ブレーカ２と複数の分岐ブレーカ３との間を電気的に接続する導電バー４１，４２，４３に取り付けられる。また、コイル５２は、導電バー４１，４２に設けられて複数の分岐ブレーカ３の何れかに電気的に接続される接続端子４１１，４２１を流れる負荷電流に応じたアナログ電流信号を出力するように構成されている。

本発明の実施形態に係る分電盤１は、図２，図３に示すように、分電盤用電力計測器５と、計測ユニット６と、主幹ブレーカ２と、複数の分岐ブレーカ３と、導電バー４１，４２，４３と、分電盤用キャビネット１０とを備える。計測ユニット６は、演算部５６にアナログ電圧信号を出力するように構成されている。分電盤用キャビネット１０は、分電盤用電力計測器５、計測ユニット６、主幹ブレーカ２、複数の分岐ブレーカ３、導電バー４１，４２，４３がそれぞれ配置されるように構成されている。

以下、本実施形態の電力計測器（分電盤用電力計測器）５及び分電盤１について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

なお、以下では、本実施形態の分電盤１を戸建住宅で用いる場合について例示するが、この例に限らない。すなわち、本実施形態の分電盤１は、集合住宅の各住戸や、事務所、店舗などに用いてもよい。また、以下では、分電盤１が壁に取り付けられた状態での上下左右（図２における上下左右）を上下左右とし、壁に直交する方向を前後方向として説明するが、分電盤１を取り付ける向きを限定する趣旨ではない。

本実施形態の分電盤１は、図２，図３に示すように、分電盤用キャビネット１０と、主幹ブレーカ２と、複数の分岐ブレーカ３と、導電バー４１，４２，４３と、電力計測器５と、計測ユニット６とを備えている。また、本実施形態の分電盤１は、第１通信アダプタ７と、第２通信アダプタ８と、第３通信アダプタ９とを備えている。なお、本実施形態の分電盤１は、その最小限の構成として分電盤用キャビネット１０と、主幹ブレーカ２と、複数の分岐ブレーカ３と、導電バー４１，４２，４３と、電力計測器５と、計測ユニット６とを備えていればよい。したがって、本実施形態の分電盤１が、第１通信アダプタ７、第２通信アダプタ８、第３通信アダプタ９を備えるか否かは任意である。

分電盤用キャビネット１０は、キャビネット本体１１を備えている。キャビネット本体１１は、例えば合成樹脂製であって、図２に示すように前面が開口した箱状に形成されている。キャビネット本体１１は、住宅の壁等に取り付けて使用される。キャビネット本体１１は、その内部に少なくとも主幹ブレーカ２、複数の分岐ブレーカ３、導電バー４１，４２，４３、電力計測器５を収納する空間を有している。また、本実施形態の分電盤１では、キャビネット本体１１は、計測ユニット６や、第１通信アダプタ７、第２通信アダプタ８、第３通信アダプタ９を収納する空間も有している。

また、キャビネット本体１１は、前後方向に貫通する窓孔１２を有しており、この窓孔１２を通して壁裏からキャビネット本体１１の内部に配線を引き込むことが可能である。なお、キャビネット本体１１の前面には、開閉可能な蓋（図示せず）が取り付けられる。この蓋は、分電盤用キャビネット１０に含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。

主幹ブレーカ２は、一次側端子２１と、二次側端子（図示せず）とを備えている。一次側端子２１には、系統電源（商用電源）の単相三線式の引き込み線（図示せず）が電気的に接続される。二次側端子には、導電バー４１，４２，４３が電気的に接続される。導電バー４１，４２，４３は、それぞれ導電部材により形成されている。本実施形態の分電盤１では、配電方式として単相三線式を想定しているので、導電バー４１は第１電圧極（Ｌ１相）の導電バー、導電バー４２は第２電圧極（Ｌ２相）の導電バー、導電バー４３は中性極（Ｎ相）の導電バーとして用いられる。これら３本の導電バー４１，４２，４３は、主幹ブレーカ２の右側に配置され、キャビネット本体１１に固定されている。

各分岐ブレーカ３は、中性極の導電バー４３の上側と下側とに分かれて、それぞれ複数個ずつ（図２の例では、１１個ずつ）左右方向に並ぶように配置されている。各分岐ブレーカ３は、それぞれ一次側端子（図示せず）と、二次側端子（図示せず）とを備えている。一次側端子には、導電バー４１，４２，４３が電気的に接続される。また、二次側端子には、複数の電路（図示せず）の各々が接続される。各分岐ブレーカ３の二次側端子に接続された電路には、例えば照明器具や給湯設備等の機器、コンセント（アウトレット）や壁スイッチ等の配線器具が負荷として１つ以上接続される。

第１電圧極の導電バー４１は、図３に示すように、各分岐ブレーカ３の各々に対応する位置において、上方及び下方に突出する複数の接続端子４１１を有している。また、第２電圧極の導電バー４２は、各分岐ブレーカ３の各々に対応する位置において、上方及び下方に突出する複数の接続端子４２１を有している。そして、各分岐ブレーカ３は、導電バー４３及び接続端子４１１，４２１が差し込まれる差込口３１を有している。差込口３１は、導電バー４３及び接続端子４１１，４２１の各々に対応するように、各分岐ブレーカ３に３個ずつ設けられている。一次側端子は、これら３個の差込口３１のうち２個の差込口３１内に露出するように設けられている。各分岐ブレーカ３は、キャビネット本体１１に取り付けられた状態において、差込口３１に導電バー４３及び接続端子４１１，４２１が差し込まれることで、一次側端子が導電バー４１，４２，４３と電気的に接続される。つまり、接続端子４１１，４２１は、導電バー４１，４２に設けられて複数の分岐ブレーカ３の何れかに電気的に接続される。

本実施形態の分電盤１では、図３に示すように、中性極の導電バー４３の下側において、前後方向の前側（壁とは反対側）から中性極、第１電圧極、第２電圧極の順に並ぶように導電バー４３及び接続端子４１１，４２１が配置される。また、中性極の導電バー４３の上側において、前後方向の前側（壁とは反対側）から中性極、第２電圧極、第１電圧極の順に並ぶように導電バー４３及び接続端子４１１，４２１が配置される。

したがって、前後方向の両端の各差込口３１内に一次側端子を有する分岐ブレーカ３は、導電バー４３の上側に取り付けられたときに中性極及び第１電圧極に電気的に接続され、下側に取り付けられたときに中性極及び第２電圧極に電気的に接続される。また、前後方向の下側の２つの各差込口３１内に一次側端子を有する分岐ブレーカ３は、導電バー４３の上側及び下側の何れに取り付けられても、第１電圧極及び第２電圧極に電気的に接続される。

電力計測器５は、図１Ａ，図３に示すように、基板５１と、複数のコイル５２（検出素子）と、複数の計測部５５と、演算部５６とを備えている。そして、複数のコイル５２、複数の計測部５５、演算部５６は、基板５１に実装されている。

基板５１は、左右方向に長尺な多層構造のプリント基板である。基板５１には、厚み方向に貫通する複数の第１孔５３が左右方向に並ぶようにして設けられている。また、基板５１には、厚み方向に貫通する複数の第２孔５４が左右方向に並ぶようにして設けられている。各第２孔５４は、各第１孔５３と前後方向に沿って並ぶようにして、各第１孔５３の後側にそれぞれ設けられている。各第１孔５３及び各第２孔５４は、それぞれ接続端子４１１，４２１が貫通可能な形状である。そして、基板５１は、複数の接続端子４１１，４２１がそれぞれ各第１孔５３及び各第２孔５４を貫通するようにして、導電バー４１，４２に取り付けられる。

各コイル５２は、基板５１における各第２孔５４の周囲にそれぞれ形成されている。各コイル５２は、コアを用いない（コアレス）の空芯コイルから成り、第２孔５４内を通過する負荷電流（接続端子４１１，４２１を流れる負荷電流）に応じた出力を生じるロゴスキコイルである。言い換えれば、コイル５２は、導電バー４１，４２，４３に設けられている接続端子４１１，４２１が貫通するように設けられ、接続端子４１１，４２１を流れる負荷電流に応じた出力（アナログ電流信号）を生じる。更に言い換えれば、コイル５２は、基板５１の厚み方向（上下方向）に沿って流れる負荷電流に応じたアナログ電流信号を出力するように構成されている。なお、本実施形態の電力計測器５では、各第２孔５４の周囲にそれぞれコイル５２を形成する構成となっているが、各第１孔５３の周囲にそれぞれコイル５２を形成する構成であってもよい。また、各第１孔５３及び各第２孔５４は、基板５１の短手方向（前後方向）に開放されていてもよい。

各計測部５５及び演算部５６は、図１Ａに示すように、第１信号線Ｌ１、第２信号線Ｌ２、第３信号線Ｌ３の３本の信号線により、互いに電気的に接続されている。第１信号線Ｌ１は、演算部５６から各計測部５５に同期信号を出力するために用いる信号線である。第２信号線Ｌ２は、演算部５６から各計測部５５にクロック信号を出力するために用いる信号線である。第３信号線Ｌ３（伝送路）は、各計測部５５と演算部５６との間で、シリアル通信により双方向のデータの入出力を行うために用いる信号線である。演算部５６は、第１信号線Ｌ１及び第２信号線Ｌ２を用いたバス配線により各計測部５５と電気的に接続されている。また、演算部５６は、第３信号線Ｌ３を用いた渡り配線（すなわち、デイジーチェーン（daisy chain））により各計測部５５と電気的に接続されている。

各計測部５５は、隣接する２つのコイル５２を一組として、各組に対して１つずつ設けられている。各計測部５５の入力端と、対応する組の２つのコイル５２の各出力端とは、それぞれ伝送線路５７により電気的に接続されている。伝送線路５７は、図示しないが、基板５１の層間を接続するビアの導体と、基板５１の厚み方向の両面にそれぞれ形成された導体とでツイストペア線（撚り対線）となるように構成されている。

以下、各計測部５５及び演算部５６についてより詳細に説明する。各計測部５５は、コイル５２（検出素子）の出力するアナログ電流信号に基づいて負荷電流を計測するようにそれぞれ構成されている。また、演算部５６は、負荷電流と、複数の分岐ブレーカ３の何れかに印加される負荷電圧とに基づいて負荷電力を演算するように構成されている。なお、負荷電圧は、複数の電路の各々の線間電圧である。また、負荷電力は、複数の分岐ブレーカ３の何れかに接続される負荷（電路）で消費される瞬時電力である。

各計測部５５は、図１Ｂに示すように、それぞれ増幅回路５５１と、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２と、ディジタルフィルタ５５３と、第１通信回路５５４と、位相同期回路（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）５５５とを備えている。また、各計測部５５は、対応する組の２つのコイル５２から出力されるアナログ信号を時分割で交互に取得する。

増幅回路５５１は、コイル５２から出力されるアナログ電流信号を増幅するアンプで構成されている。本実施形態の電力計測器５では、増幅回路５５１は、ＶＧＡ（Variable Gain Amplifier：可変利得アンプ）で構成されている。第１Ａ／Ｄ変換回路５５２は、増幅回路５５１から出力されるアナログ電流信号を所定のサンプリング周期でディジタル電流信号に変換するように構成されている。

ディジタルフィルタ５５３は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限長インパルス応答）型であって、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）でプログラムを実行することで実現する。なお、ディジタルフィルタ５５３は、ハードウェアで実現してもよい。ディジタルフィルタ５５３は、動作クロックに基づく所定の動作周期で、入力されるディジタル電流信号を処理する。具体的には、ディジタルフィルタ５５３は、入力されるディジタル電流信号のうち、電源周波数の周波数成分を通過させ、電源周波数よりも高い周波数成分を除去する。つまり、ディジタルフィルタ５５３は、ディジタル電流信号をフィルタリングするローパスフィルタとして機能する。

ここで、ディジタルフィルタ５５３は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２から出力されるディジタル電流信号を積分する機能も有している。すなわち、コイル５２から出力されるアナログ電流信号は、接続端子４１１，４２１を流れる負荷電流を微分した値を示す。このため、ディジタルフィルタ５５３は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２から出力されるディジタル電流信号を積分することで、接続端子４１１，４２１を流れる負荷電流を示すディジタル電流信号を生成する。

第１通信回路５５４は、ディジタルフィルタ５５３で処理されたディジタル電流信号（つまり、負荷電流のデータ）を演算部５６に出力するように構成されている。本実施形態の電力計測器５では、第１通信回路５５４は、第３信号線Ｌ３（伝送路）を介したシリアル通信により、ディジタル電流信号を演算部５６に出力するように構成されている。

位相同期回路５５５は、演算部５６から第２信号線Ｌ２を介して出力されるクロック信号の周波数を逓倍して動作クロックを生成する逓倍回路である。位相同期回路５５５は、生成した動作クロックをディジタルフィルタ５５３に与える。

演算部５６は、図１Ａに示すように、第２Ａ／Ｄ変換回路５６１と、第２通信回路５６２と、演算回路５６３とを備えている。第２Ａ／Ｄ変換回路５６１は、外部（ここでは、計測ユニット６）から与えられるアナログ電圧信号を所定のサンプリング周期でディジタル電圧信号に変換するように構成されている。

第２通信回路５６２は、各計測部５５から出力されるディジタル電流信号が入力されるように構成されている。本実施形態の電力計測器５では、第２通信回路５６２は、第３信号線Ｌ３（伝送路）を介したシリアル通信により、ディジタル電流信号が各計測部５５から入力されるように構成されている。

また、第２通信回路５６２は、第１信号線Ｌ１を介して同期信号を各計測部５５に出力する機能を有している。同期信号は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２及び第２Ａ／Ｄ変換回路５６１のサンプリング周期を規定するパルスである。つまり、同期信号は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２と第２Ａ／Ｄ変換回路５６１とで互いに同期をとるための信号である。さらに、第２通信回路５６２は、第２信号線Ｌ２を介してクロック信号を各計測部５５に出力する機能を有している。クロック信号は、動作クロックの周波数（例えば、６ＭＨｚ）と比例し且つ動作クロックの周波数よりも低い周波数（例えば、１００ｋＨｚ）のパルスである。

同期信号及びクロック信号は、例えば演算部５６の内蔵の発振器（図示せず）が出力する発振信号（例えば、周波数が３６ＭＨｚ）を分周することで生成される。したがって、同期信号とクロック信号とは互いに同期がとれている。また、クロック信号を逓倍して生成される動作クロックも、同期信号と互いに同期がとれている。

演算回路５６３は、第２Ａ／Ｄ変換回路５６１から出力されるディジタル電圧信号と、各計測部５５から出力されるディジタル電流信号とに基づいて、負荷電力を演算するように構成されている。そして、第２通信回路５６２は、演算回路５６３で演算された瞬時電力のデータを電力信号として、計測ユニット６を経由して第１通信アダプタ７に出力するように構成されている。

計測ユニット６は、電力計測器５と電気的に接続されている。計測ユニット６は、複数の電路の各々の線間電圧を計測し、線間電圧のデータをアナログ電圧信号として電力計測器５へ出力する機能を有している。また、計測ユニット６は、カレントトランス（図示せず）により例えば主幹ブレーカ２や一次連系ブレーカ（後述する）を流れる電流を計測し、主幹ブレーカ２や一次連系ブレーカを通過する瞬時電力を演算する機能を有している。なお、計測ユニット６が当該機能を有するか否かは任意である。

計測ユニット６は、いずれかの分岐ブレーカ３の二次側端子に電気的に接続されている。そして、計測ユニット６には、この分岐ブレーカ３を介して電源用の電力が供給されている。また、計測ユニット６は、この電源用の電力に基づいて第１通信アダプタ７の電源用の電力を生成し、生成した電源用の電力を第１通信アダプタ７に供給するように構成されている。なお、計測ユニット６は、導電バー４１，４２，４３から直接、電源用の電力が供給されるように構成されていてもよい。

第１通信アダプタ７は、コントローラ（図示せず）との間で通信する機能を有している。コントローラは、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）用のコントローラであり、ＨＥＭＳに対応する機器（図示せず）の制御を行うように構成されている。機器は、消費電力の管理対象であれば足り、例えば、スマートメータ、太陽光発電装置、蓄電装置、燃料電池、電気自動車、エアコン、照明器具、給湯装置、冷蔵庫、テレビ受像機などを含む。勿論、機器をこれらの機器に限定する趣旨ではない。

第１通信アダプタ７とコントローラとの間の通信方式は、例えば９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線局（免許を要しない無線局）や、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波を媒体とした無線通信であってもよい。その他、第１通信アダプタ７とコントローラとの間の通信方式は、有線ＬＡＮ（Local Area Network）などの有線通信であってもよい。また、第１通信アダプタ７とコントローラとの間の通信における通信プロトコルは、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＥＣＨＯＮＥＴ（登録商標） Ｌｉｔｅなどを用いてよい。

本実施形態の分電盤１では、電力計測器５は、計測ユニット６を経由して瞬時電力のデータを第１通信アダプタ７に送信するように構成されている。また、計測ユニット６も、瞬時電力のデータを第１通信アダプタ７に送信するように構成されている。すなわち、第１通信アダプタ７は、電力計測器５や計測ユニット６から瞬時電力のデータを収集するように構成されている。そして、第１通信アダプタ７は、収集した瞬時電力のデータを所定時間に亘って積算した電力量のデータを演算する機能を有している。したがって、第１通信アダプタ７と通信するコントローラは、複数の電路の各々での瞬時電力や電力量に基づいて機器を制御することができる。

第２通信アダプタ８は、電力メータ（図示せず）との間で通信する機能を有している。電力メータは、所謂スマートメータであって、需要家（facility）での使用電力量を計測し、配電線に接続されているコンセントレータ（図示せず）との間で通信を行うことにより、遠隔検針を可能にするように構成されている。また、電力メータは、第２通信アダプタ８との間で通信することにより、計量値（使用電力量）や要請情報などを第２通信アダプタ８に送信することができる。なお、要請情報とは、電力供給事業者などが運営するサーバから需要家に向けて送信される電力の消費を抑制するための要請である。

ここで、第２通信アダプタ８は、電力メータから受信した計量値を第１通信アダプタ７へ送信するように構成されていることが望ましい。この場合、第１通信アダプタ７との間で通信するコントローラは、計量値を用いて機器を制御するように構成されていてもよい。この構成では、コントローラは、電力メータから送信される計量値に基づいて機器を制御することができる。

第２通信アダプタ８は、第１通信アダプタ７と機械的に結合され、且つ電気的に接続される。本実施形態の分電盤１では、第１通信アダプタ７と第２通信アダプタ８とは、各々の一部が前後方向に重なった状態で、基板対基板（board to board）接続によって接続される。第２通信アダプタ８と電力メータとの間の通信方式は、例えば９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線局（免許を要しない無線局）等の無線通信であってもよい。その他、第２通信アダプタ８と電力メータとの間の通信方式は、有線ＬＡＮや電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communications）等の有線通信であってもよい。

第３通信アダプタ９は、太陽光発電装置（図示せず）、蓄電装置（図示せず）、電気自動車に電気的に接続される電力変換装置（図示せず）の少なくとも１つとの間で通信する機能を有している。なお、電力変換装置は、分電盤１側から電気自動車への単方向充電を行うための電力変換の他、双方向に電力変換を行うことで電気自動車の蓄電池の充電と放電との両方に用いられる構成であってもよい。また、第３通信アダプタ９は、ガスメータ（図示せず）と水道メータ（図示せず）との少なくとも一方との通信機能を有している。ガスメータや水道メータは流量に応じたパルス信号を出力する。第３通信アダプタ９は、ガスメータや水道メータからパルス信号を受信し、予め決められている１パルス当たりの流量の換算値（換算レート）を用いて、流量に換算する。

第３通信アダプタ９は、第１通信アダプタ７と機械的に結合され、且つ電気的に接続される。本実施形態の分電盤１では、第１通信アダプタ７と第３通信アダプタ９とは、各々の一部が前後方向に重なった状態で、基板対基板（board to board）接続によって接続される。

第３通信アダプタ９と太陽光発電装置、蓄電装置、電力変換装置との間の通信方式は、例えばＲＳ−４８５などの有線通信とする。なお、第３通信アダプタ９は、例えば貯湯型の給湯装置（エコキュート（登録商標））などと通信可能であってもよい。また、第３通信アダプタ９とガスメータ、水道メータとの間の通信方式は、有線通信とする。但し、第３通信アダプタ９とガスメータ、水道メータとの間の通信方式は、有線通信に限らず、無線通信であってもよい。

なお、本実施形態の分電盤１では、第３通信アダプタ９は、上記の２つの通信機能を有しているが、各々の通信機能を個別に有する２つのアダプタで構成されていてもよい。

ところで、本実施形態の分電盤１では、図２に示すように、複数の分岐ブレーカ３の他に、二次連系ブレーカ１００を導電バー４１，４２，４３に電気的に接続している。二次連系ブレーカ１００は、３Ｐ３Ｅ（極数３、素子数３）で、左右方向の寸法が分岐ブレーカ３の複数個分（３個分）の大きさのブレーカである。二次連系ブレーカ１００は、電力系統への逆潮流が許容されていない第１分散電源（図示せず）に電気的に接続される。第１分散電源としては、例えば燃料電池（図示せず）やガス発電装置（図示せず）、蓄電装置などがある。

二次連系ブレーカ１００は、分岐ブレーカ３と同様に、一次側端子（図示せず）と、二次側端子１０１とを備えている。一次側端子には、導電バー４１，４２，４３が電気的に接続され、二次側端子１０１には、第１分散電源が電気的に接続される。つまり、二次連系ブレーカ１００は、主幹ブレーカ２の二次側と、第１分散電源との間に電気的に接続される。このため、二次連系ブレーカ１００は、例えば系統電源からの電力供給が停止したときや、系統電源または第１分散電源に異常が生じたときなどに、第１分散電源を電力系統から切り離す（解列する）ように動作する。なお、本実施形態の分電盤１が、二次連系ブレーカ１００を備えるか否かは任意である。

また、本実施形態の分電盤１は、キャビネット本体１１における主幹ブレーカ２の左側に、一次連系ブレーカ（図示せず）が取り付けられるスペースを有している。本実施形態の分電盤１では、図２に示すように、当該スペースにおいて、支持台１３をキャビネット本体１１に取り付けている。そして、一次連系ブレーカは、この支持台１３に取り付けられる。

一次連系ブレーカは、３Ｐ３Ｅ（極数３、素子数３）で、左右方向の寸法が分岐ブレーカ３の複数個分（３個分）の大きさのブレーカである。一次連系ブレーカは、電力系統への逆潮流が許容されている第２分散電源（図示せず）に電気的に接続される。第２分散電源としては、例えば太陽光発電装置などがある。

一次連系ブレーカは、一次側端子（図示せず）と、二次側端子（図示せず）とを備えている。一次側端子には、主幹ブレーカ２の一次側端子２１が電気的に接続される。二次側端子には、第２分散電源が電気的に接続される。つまり、一次連系ブレーカは、主幹ブレーカ２の一次側と、第２分散電源との間に電気的に接続される。このため、一次連系ブレーカは、例えば系統電源からの電力供給が停止したときや、系統電源または第２分散電源に異常が生じたときなどに、第２分散電源を電力系統から切り離す（解列する）ように動作する。なお、本実施形態の分電盤１が、一次連系ブレーカを備えるか否かは任意である。

ここで、既に述べたように、本実施形態の電力計測器５では、演算部５６は、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２と第２Ａ／Ｄ変換回路５６１とで互いに同期をとるための同期信号を生成する機能を有している。そして、演算部５６は、図１Ａに示すように、第１信号線Ｌ１を介して同期信号を各計測部５５に出力するように構成されている。

第１Ａ／Ｄ変換回路５５２は、同期信号に基づく所定のサンプリング周期で、アナログ電流信号をディジタル電流信号に変換する。また、第２Ａ／Ｄ変換回路５６１は、同期信号に基づく所定のサンプリング周期で、アナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換する。このため、本実施形態の電力計測器５では、ディジタル電流信号とディジタル電圧信号とで位相が揃う。

つまり、本実施形態の電力計測器５は、演算部５６が出力する同期信号に基づいて各Ａ／Ｄ変換回路５５２，５６１がアナログ信号をディジタル信号に変換するように構成されている。したがって、本実施形態の電力計測器５は、従来例に比べて、各Ａ／Ｄ変換回路５５２，５６１がアナログ信号をディジタル信号に変換するタイミングが互いにずれる可能性が低く、負荷電力（瞬時電力）の演算精度を向上させることができる。

また、本実施形態の電力計測器５では、ディジタルフィルタ５５３の動作クロックの周波数（例えば、６ＭＨｚ）が、同期信号の周波数（例えば、２ｋＨｚ）の整数倍となっている。仮に、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２及び第２Ａ／Ｄ変換回路５６１のサンプリング周期と、ディジタルフィルタ５５３の動作周期とで互いに位相がずれている場合、ディジタルフィルタ５５３の減衰特性が劣化する可能性がある。ディジタルフィルタ５５３の減衰特性の劣化の一例としては、例えばディジタルフィルタ５５３による減衰量の増大が挙げられる。そして、ディジタルフィルタ５５３の減衰特性が劣化すると、電力計測器５による負荷電力の演算精度が低下する可能性がある。

一方、本実施形態の電力計測器５では、上述のように、ディジタルフィルタ５５３の動作クロックの周波数が、同期信号の周波数の整数倍となっている。このため、本実施形態の電力計測器５では、第１Ａ／Ｄ変換回路５５２及び第２Ａ／Ｄ変換回路５６１のサンプリング周期と、ディジタルフィルタ５５３の動作周期とで互いに位相が揃う。したがって、本実施形態の電力計測器５は、ディジタルフィルタ５５３の減衰特性が劣化し難く、負荷電力の演算精度が低下し難いという利点がある。

ここで、ディジタルフィルタ５５３に与える動作クロックは、演算部５６で生成されてもよい。この場合、動作クロックは、演算部５６から第２信号線Ｌ２を介して各計測部５５に出力されることになる。しかしながら、動作クロックは高周波信号である。このため、高周波信号が基板５１上の配線（第２信号線Ｌ２）を通ることで、高周波に起因するノイズが発生したり、信号がなまったりするという問題が生じ得る。

一方、本実施形態の電力計測器５では、演算部５６は、動作クロックの周波数よりも低い周波数のクロック信号を生成し、各計測部５５に出力するように構成されている。そして、本実施形態の電力計測器５では、各計測部５５は、位相同期回路（逓倍回路）５５５でクロック信号を逓倍し、動作クロックを生成するように構成されている。このため、本実施形態の電力計測器５は、動作クロックよりも周波数の低いクロック信号が基板５１上の配線（第２信号線Ｌ２）を通るため、高周波に起因するノイズが発生し難く、信号もなまり難いという利点がある。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

ところで、演算部５６は、負荷電力を演算するために、各計測部５５で計測された負荷電流の計測データ（ディジタル電流信号）を収集する必要がある。また、演算部５６は、各計測部５５に対して、例えば検出素子（コイル５２）の感度の補正値といった設定データを与え、各計測部５５の設定を更新するのが望ましい場合がある。

本実施形態の電力計測器５では、検出素子（コイル５２）の感度がバラつきを持つことがあるため、製造工程にて検出素子の感度のバラつきが確認される。そして、検出素子の感度を一律にするために、検出素子毎に感度の補正値（ここでは、各計測部５５の増幅回路５５１のゲイン）が求められ、演算部５６に記憶される。そして、演算部５６がこの補正値のデータ（設定データ）を各計測部５５に入力し、各計測部５５が当該補正値をレジスタに設定すれば、増幅回路５５１のゲインが補正され、各検出素子の感度が一律に制御される。

そこで、本実施形態の電力計測器５では、演算部５６の第２通信回路５６２、及び各計測部５５の各第１通信回路５５４は、それぞれ伝送路（第３信号線Ｌ３）を介してシリアル通信により双方向のデータの入出力を行うように構成されている。以下、本実施形態の電力計測器５におけるシリアル通信について説明する。

第１通信回路５５４及び第２通信回路５６２は、図４，図５に示すように、通信クロック（ここでは、動作クロック）に同期して、伝送路（第３信号線Ｌ３）に１ビットずつデータを入力（または出力）するようにそれぞれ構成されている。また、第２通信回路５６２は、制御信号を生成し、且つ制御信号を各計測部５５に出力する機能を有している。本実施形態の電力計測器５では、同期信号を制御信号に兼用している。

制御信号は、伝送路（第３信号線Ｌ３）におけるデータの入力期間（ライト期間）と出力期間（リード期間）とを制御するためのパルスである。本実施形態の電力計測器５では、制御信号がハイレベルの期間をリード期間（図４参照）、ローレベルの期間をライト期間（図５参照）に割り当てている。

リード期間では、各計測部５５がデータ（計測データ）を出力する。また、リード期間では、各計測部５５から出力されるデータが演算部５６に入力される。つまり、リード期間では、各計測部５５から演算部５６に向けてデータを出力する向きの通信が行われる。ライト期間では、演算部５６がデータ（設定データ）を出力する。また、ライト期間では、演算部５６から出力されるデータが各計測部５５に入力される。つまり、ライト期間では、演算部５６から各計測部５５に向けてデータを出力する向きの通信が行われる。

つまり、第１通信回路５５４は、制御信号に応じて伝送路（第３信号線Ｌ３）におけるデータの入力期間と出力期間とを切り替えるように構成されている。また、本実施形態の電力計測器５では、各計測部５５は、それぞれ通信クロック（動作クロック）のパルス数を計数する機能を備えている。そして、各計測部５５（各第１通信回路５５４）は、それぞれ通信クロック（動作クロック）のパルス数で規定される順番でデータの入出力を行うように構成されている。

以下、図４，図５に示すタイミングチャート図を用いて説明する。なお、以下の説明では、演算部５６にｎ個の計測部５５が繋がっていると仮定する。そして、演算部５６に直接繋がっている計測部５５から順に、１番目の計測部５５、２番目の計測部５５、…、ｎ番目の計測部５５と称する。制御信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、図４に示すように、リード期間が開始される。リード期間において、１番目の計測部５５は、リード期間の開始時から数えて１７パルス目〜４８パルス目の通信クロックに同期して、計３２ビットのデータ（‘Ｄ１６’〜‘Ｄ４７’）を出力する。また、２番目の計測部５５は、リード期間の開始時から数えて４９パルス目〜８０パルス目の通信クロックに同期して、計３２ビットのデータ（‘Ｄ４８’〜‘Ｄ７９’）を出力する。以降、３番目の計測部５５からｎ番目の計測部５５も、通信クロックのパルス数で規定される順番に従ってデータを出力する。なお、リード期間の開始時から数えて１パルス目〜１６パルス目の通信クロックに同期したデータは、ダミーデータ（固定値：‘０ｘ００’）である。

次に、制御信号がハイレベルからローレベルに切り替わると、図５に示すようにライト期間が開始される。ライト期間において、１番目の計測部５５は、ライト期間の開始時から数えて１７パルス目〜４８パルス目の通信クロックに同期して、計３２ビットのデータ（‘Ｄ１６’〜‘Ｄ４７’）を入力する。また、２番目の計測部５５は、リード期間の開始時から数えて４９パルス目〜８０パルス目の通信クロックに同期して、計３２ビットのデータ（‘Ｄ４８’〜‘Ｄ７９’）を入力する。以降、３番目の計測部５５からｎ番目の計測部５５も、通信クロックのパルス数で規定される順番に従ってデータを入力する。なお、リード期間の開始時から数えて１パルス目〜１６パルス目の通信クロックに同期したデータは、ダミーデータ（固定値：‘０ｘ００’）である。

上述のように、本実施形態の電力計測器５では、第２通信回路５６２は、伝送路（第３信号線Ｌ３）におけるデータの入力期間と出力期間とを制御する制御信号を出力する機能を有している。そして、第１通信回路５５４は、制御信号に応じて伝送路（第３信号線Ｌ３）におけるデータの入力期間と出力期間とを切り替えるように構成されている。このため、本実施形態の電力計測器５は、１本の伝送路（第３信号線Ｌ３）により双方向のデータの入出力を行うことができる。したがって、本実施形態の電力計測器５では、データ入力用の信号線とデータ出力用の信号線とをそれぞれ用意する必要が無いので、シリアル通信に必要な信号線の数を減らすことができる。また、基板５１における信号線の配線スペースが小さくて済むため、基板５１の小型化を図ることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

また、本実施形態の電力計測器５は、同期信号を制御信号に兼用するように構成されている。したがって、本実施形態の電力計測器５では、制御信号用の信号線を別途設ける必要が無いので、シリアル通信に必要な信号線の数を減らすことができる。また、基板５１における信号線の配線スペースが小さくて済むため、基板５１の小型化を図ることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

更に、本実施形態の電力計測器５では、各計測部５５（各第１通信回路５５４）は、それぞれ通信クロック（動作クロック）のパルス数で規定される順番でデータの入出力を行うように構成されている。つまり、本実施形態の電力計測器５では、通信クロック（動作クロック）のパルス数に、各計測部５５がデータを入出力する順番を対応付けることで、演算部５６は各計測部５５のアドレスを指定することなくデータの入出力を行うことができる。この構成では、各計測部５５のアドレスを指定する必要がないことから、アドレスを指定してシリアル通信を行う場合と比較して、通信量を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

なお、本実施形態の電力計測器５では、制御信号のローレベルの期間をライト期間に、ハイレベルの期間をリード期間に割り当てているが、逆であってもよい。すなわち、制御信号のハイレベルの期間をライト期間に、ローレベルの期間をリード期間に割り当ててもよい。

また、本実施形態の電力計測器５では、検出素子としてコイル５２を用いているが、他の構成であってもよい。例えば、検出素子は、ＧＭＲ（Giant Magnetic Resistances）素子であってもよい。

１ 分電盤
１０ 分電盤用キャビネット
２ 主幹ブレーカ
３ 分岐ブレーカ
４１，４２，４３ 導電バー
４１１，４２１ 接続端子
５ 電力計測器（分電盤用電力計測器）
５１ 基板
５２ コイル（検出素子）
５５ 計測部
５５２ 第１Ａ／Ｄ変換回路
５５３ ディジタルフィルタ
５５４ 第１通信回路
５５５ 位相同期回路（逓倍回路）
５６ 演算部
５６１ 第２Ａ／Ｄ変換回路
５６２ 第２通信回路
５６３ 演算回路
６ 計測ユニット
Ｌ３ 第３信号線（伝送路）

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に実装され、前記基板の厚み方向に沿って流れる負荷電流に応じたアナログ電流信号を出力する検出素子と、
   前記検出素子の出力する前記アナログ電流信号に基づいて前記負荷電流を計測する計測部と、
   前記負荷電流と、前記複数の分岐ブレーカの何れかに印加される負荷電圧とに基づいて負荷電力を演算する演算部とを備え、
   前記計測部は、前記アナログ電流信号をディジタル電流信号に変換して出力する第１Ａ／Ｄ変換回路と、前記ディジタル電流信号をフィルタリングするディジタルフィルタと、前記ディジタルフィルタで処理された前記ディジタル電流信号を前記演算部に出力する第１通信回路とを備え、
   前記演算部は、外部から与えられる前記負荷電圧を示すアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換して出力する第２Ａ／Ｄ変換回路と、前記ディジタル電流信号が入力される第２通信回路と、前記ディジタル電流信号と前記ディジタル電圧信号とに基づいて前記負荷電力を演算する演算回路とを備え、
   前記演算部は、前記第１Ａ／Ｄ変換回路と前記第２Ａ／Ｄ変換回路とを同期させるための同期信号を生成し、且つ前記同期信号を前記計測部に出力する機能を有し、
   前記ディジタルフィルタの動作クロックの周波数は、前記同期信号の周波数の整数倍であることを特徴とする電力計測器。
2. 前記第２通信回路は、前記動作クロックの周波数と比例し且つ前記動作クロックの周波数よりも低い周波数のクロック信号を前記計測部に出力する機能を有し、
   前記計測部は、前記クロック信号の周波数を逓倍して前記動作クロックを生成する逓倍回路を備えることを特徴とする請求項１記載の電力計測器。
3. 前記第１通信回路及び前記第２通信回路は、それぞれ伝送路を介してシリアル通信により双方向のデータの入出力を行うように構成され、
   前記第２通信回路は、前記伝送路における前記データの入力期間と出力期間とを制御する制御信号を生成し、且つ前記制御信号を前記計測部に出力する機能を有し、
   前記第１通信回路は、前記制御信号に応じて前記入力期間と前記出力期間とを切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電力計測器。
4. 前記第２通信回路は、前記同期信号を前記制御信号に兼用することを特徴とする請求項３記載の電力計測器。
5. 前記計測部を複数備え、
   前記複数の計測部は、それぞれ前記動作クロックのパルス数を計数する機能を備え、且つそれぞれ前記動作クロックのパルス数で規定される期間で前記データの入出力を行うように構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の電力計測器。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の電力計測器であって、
   前記基板は、主幹ブレーカと複数の分岐ブレーカとの間を電気的に接続する導電バーに取り付けられ、
   前記検出素子は、前記導電バーに設けられて前記複数の分岐ブレーカの何れかに電気的に接続される接続端子を流れる前記負荷電流に応じた前記アナログ電流信号を出力するように構成されることを特徴とする分電盤用電力計測器。
7. 請求項６に記載の前記分電盤用電力計測器と、
   前記演算部に前記アナログ電圧信号を出力する計測ユニットと、
   前記主幹ブレーカと、
   前記複数の分岐ブレーカと、
   前記導電バーと、
   前記分電盤用電力計測器、前記計測ユニット、前記主幹ブレーカ、前記複数の分岐ブレーカ、前記導電バーがそれぞれ配置される分電盤用キャビネットとを備えることを特徴とする分電盤。

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