JPWO2009099082A1 - 電力計測システムおよび計測装置および負荷端末および機器制御システム - Google Patents

電力計測システムおよび計測装置および負荷端末および機器制御システム Download PDF

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Abstract

設置工事の際に電気工事士など専門のスキルを有するものによる工事が不要な電力計測システムおよび計測装置および負荷端末および機器制御システムを供給する。電圧センサ２は非接触で電灯線１の電圧波形を検出し、電流センサ３は非接触で前記電灯線の電流波形を取得する。負荷端末８の計測部１０は、接点手段１１を動作させて電灯線１と電圧計測端子１２を接続し、電灯線１から負荷１３に流れる電流を計測し、得られた電流値と負荷１３から電圧値を算出する。負荷端末８の計測部１０は計測装置４からの要求に応じて計測した電流値と算出した電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信すると、計測装置４の制御部５は、通信手段６経由で負荷端末８から電流値と電圧値を受信し、この電流値と電圧値と、電圧センサ２から取得した電圧波形と電流センサ３から取得した電流波形とに基づいて電力値を算出する。

Description

本発明は、一般家庭ならびに店舗、中小ビル等の電気機器が消費する電力を非接触で計測する電力計測システムおよび電力計測システムを構成する計測装置および負荷端末および一般家庭ならびに店舗、中小ビル等の電気機器が消費する電力を計測し、計測結果に基づいて機器の状態を制御する機器制御システムに関する。
従来、一般家庭ならびに店舗、中小ビル等の電気機器が消費する電力を計測するには専門業者により分電盤等に電圧トランスや変流器を取り付け電力計を設置する必要があった。また、デマンドシステムなど機器の消費電力を所定の範囲に納める制御を行うにも、電力計測には前記と同様に専門業者による電力または電力量計測装置の取り付け工事が必要とされていた。この様にこれらのシステムの導入には電気工事が伴うため、導入には専門業者による施工が必要でありコストが掛かるという問題があった。また、既設住宅にオール電化機器を導入する際、屋内電灯線配線の電流制約により導入断念せざるをえないというケースが多かった。
これらの問題を改善した従来例として非接触式の電圧計を用いた測定方法があり、この非接触式電圧計は計測対象である電線の被覆を導体で包むことでコンデンサを構成し、前記導体（コンデンサ）と接地を非接触電圧計の２本のプローブでそれぞれ接続してこの間を流れる電流と電圧を非接触で計測する。また電圧の補正係数算出用の手段を設け、電線の導電線露出部と接地との間にワニ口クリップなどで前記手段に接続された電圧計測用電線を直接接続し、対地電圧計測を行う。そして、この接触計測によって得られた電線の電圧と前記非接触電圧計で取得した電線の電圧とを比較し、ＰＬＬ回路を用いて自動的にあるいは可変容量や可変抵抗を用いて手動で電線電圧の位相係数とゲイン係数を求め、これらの係数で前記非接触で計測した電圧を補正して電圧を算出していた（例えば特許文献１参照）。
また、工事を簡易化するため、閉磁路を構成する電流センサ部に先端が鋭利な形状の導電性電圧検出部を一体化させ、センサ部分の取り付けを容易にした計測器が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−５５１２６号公報（第４頁、図１〜図２） 特開２００５−１３４２３３号公報（第６頁〜第７頁、図１〜図７）
特許文献１で示される従来の非接触電圧計は前記のように接触計測により演算した補正係数を設定し、非接触で計測電圧を補正して電圧を算出していた。しかしながら、設置時に接触方式による電圧計測を行い、電圧計にその値を入力する操作が必要であり、設置の際にこれら機器を扱うことができる専門業者が必要になるといった問題点があった。
また、特許文献２で示される従来の計測器では電圧ならびに電流検出部の取り付けに関して、容易化する技術について記載されているが、実際には計測部以外に電力を計測する部分が消費する電力を取得するための電気配線や、計測値を取り出すための手段であるインタフェース（以下、Ｉ／Ｆと称することもある）手段などを含めて容易化を行わないと誤配線の防止や、計測器設置の容易化が実現できない課題があった。
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、一般家庭ならびに店舗、中小ビル等の電気機器が消費する電力を計測する際に、電圧ならびに電流値を非接触で計測することにより、設置工事に電気工事士など専門のスキルを有するものによる工事が不要な電力計測システムおよび計測装置および負荷端末および機器制御システムを供給することを第１の目的としている。
また、小型且つ安価な電力計測装置並びに電力計測システムを得ることを第２の目的としている。
本発明に係る電力計測システムは、静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、電磁誘導結合により非接触で電灯線の電流波形を検出する電流センサと、第1の通信手段と、電圧センサおよび電流センサと接続された制御部と、を有する計測装置と、電灯線と接続され、所定の値の負荷と、負荷に流れる電流の実効値を計測し得られた電流の実効値を元に電圧の実効値を計算する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、負荷端末の計測部は電流の実効値と電圧の実効値を第２通信手段経由で計測装置へ送信し、計測装置の制御部は、第1の通信手段経由で負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、電圧センサから取得した電圧波形と電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出するものである。
また、本発明に係る電力計測装置は、電機機器が接続される電路の電流を検出する電流検出器と、電路の電圧を測定する電路接触部と、電流検出器の出力と、電路接触部の出力に基づいて電気機器の消費電力を計算する演算部と、電路接触部を介して電路から受電し、演算部に電力を供給する電源部と、を備え、電源部を、電路と非絶縁の回路で構成したものである。
本発明では、静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、電磁誘導結合により非接触で電灯線の電流波形を検出する電流センサと、第1の通信手段と、電圧センサおよび電流センサと接続された制御部と、を有する計測装置と、電灯線と接続され、所定の値の負荷と、負荷に流れる電流の実効値を計測し得られた電流の実効値を元に電圧の実効値を計算する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、負荷端末の計測部は電流の実効値と電圧の実効値を第２通信手段経由で計測装置へ送信し、計測装置の制御部は、第1の通信手段経由で負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、電圧センサから取得した電圧波形と電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出する電力計測システムを構成し、非接触で基幹電灯線系統の電力を計測する様に構成したので、電力計測機器の基幹電灯線への設置に工事が不要となり、電力消費量のモニタ装置の導入による人手による省エネルギーやデマンド制御やピークカットシステムなど低コストで導入可能となるため、これらシステムの普及促進が期待される。
また、電力計測装置内部に非絶縁構造の電源回路を設けたので、電力計測装置を安価且つ容易に設置でき、小型化を図ることができる。
本発明の実施の形態１における電力計測システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における電力計測システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における電力計測システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４における電力計測システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態５における機器制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態６における機器制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態７における機器制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態８における機器制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態９、１１、１２における電力計測装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態９〜１２における電力計測装置の電源回路図である。 本発明の実施の形態９〜１２における電流検出部の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態９〜１２における電流検出部の特性例を示す図である。 本発明の実施の形態９、１１、１２における電流検出部のコア構造を示す図である。 本発明の実施の形態９、１１、１２における電力計測装置を含む計測システムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１０、１１、１２における電力計測装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１０、１１、１２における電力計測装置の電流検出部のコアの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１０、１１、１２における電力計測装置を含む計測システムの構成例を示す図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１における電力計測システムの構成図を図１に示す。図１において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４とから構成される。
次に、本実施の形態１の動作を図１を用いて説明する。
計測装置４の制御部５は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値（電流の実効値）を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は計測した電流値を負荷１３のインピーダンスと乗算し、電圧値（電圧の実効値）を計算して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測ならびに計算した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力計測を行うことが可能となり、電力計測を専門業者による工事無しで実施可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施の形態では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力計測可能である。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２における電力計測システムの構成図を図２に示す。図２において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と電圧計測端子１２と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４から構成される。
次に、本実施の形態２の動作を図２を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は電圧計測端子１２両端の電圧値を計測して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力計測を行うことが可能となり、電力計測を専門業者による工事無しで実施可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力計測可能である。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３における電力計測システムの構成図を図３に示す。図３において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。７は積算部であり所定の時間の電力計測値を積算し電力量を計量する。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４から構成される。
次に、本実施の形態３の動作を図３を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は計測した電流値を負荷１３のインピーダンスと乗算し、電圧値を計算して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測ならびに計算した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
次に制御部５は計算した電灯線１で消費される電力値を積算部７へ入力し、積算部７はこの電力値を所定の時間蓄積し、電力量を得る。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力量計測を行うことが可能となり、電力量計測を専門業者による工事無しで実施可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲
であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力量計測可能である。
実施の形態４．
本発明の実施の形態２における電力計測システムの構成図を図４に示す。図４において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。７は積算部であり所定の時間の電力計測値を積算し電力量を計量する。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と電圧計測端子１２と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４から構成される。
次に、本実施の形態４の動作を図４を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は電圧計測端子１２両端の電圧値を計測して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。次に制御部５は計算した電灯線１で消費される電力値を積算部７へ入力し、積算部７はこの電力値を所定の時間蓄積し、電力量を得る。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力量計測を行うことが可能となり、電力量計測を専門業者による工事無しで実施可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力量計測可能である。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５における機器制御システムの構成図を図５に示す。図５において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８や他の端末と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４や他の端末との通信を行うための通信手段１４から構成される。
１５はコントローラであり、制御部１６、表示操作部１７、通信手段１８から構成され、計測装置４から得られる電力計測値等を元に電気機器１９の状態を制御する。電気機器１９は機器本体２０とコントローラと通信するための通信手段２１から構成されている。なお、電気機器１９の様態は機器本体２０と通信手段２１が一体となったものでも通信手段２１がアダプタ等形態により接続されるような形態であっても良い。
次に、本実施の形態５の動作を図５を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は計測した電流値を負荷１３のインピーダンスと乗算し、電圧値を計算して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測ならびに計算した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
コントローラ１５は計測装置４から電力計測値を通信手段１８経由で所定の時間間隔で受信する。また、コントローラ１５は電気機器１９の運転状況を通信手段１８経由で電気機器１９から所定の時間間隔で受信する。また、電気機器１９の動作状態が機器本体２０の操作等により変更された場合には、電気機器１９は通信手段２１を経由して機器本体２０が状態変化の通報をコントローラ１５に送信する。このようにしてコントローラ１５は消費されている電力量と、電気機器１９の動作状況を保有している。またコントローラ１５には表示操作部１７の操作により、電力上限値の設定ならびに、電気機器１９毎の優先度が設定される。たとえば、計測装置４から取得した電力値が設定されている電力量上限値を越えた場合には、コントローラ１５の制御部１６は前記電気機器１９毎に設定された優先度に基づいて優先度の低い電気機器１９の機器本体の動作電力または電流値に制限をかけ、電力上限値以内になるように通信手段１８経由で電気機器１９に制御信号を送信する。
また、電気機器１９が運転状態であり、他の電気機器１９が動作開始しようとする場合に、当該電気機器１９はコントローラ１５へ運転開始の旨の情報を送信する。このときコントローラ１５は電力計測値と運転開始する電気機器１９のあらかじめ登録または、運転情報に基づいて計測した消費電力から、当該電気機器が運転された場合の電力値を予測し、たとえば契約電力を超える場合には当該電気機器19の運転を認めない、あるいは動作電力値に制限を加える、あるいは、すでに運転中の電気機器１９の運転を停止または電力制限をかけるなど通信手段１８経由で該当する電気機器１９に指令を送信することで、全体の電力値が所定の値以下となるように制御を行う。
以上の様に本機器制御システムは一定量の電力値を超えないように電気機器の制御を実施する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力計測を行うことが可能となり、計測した電力値に基づいた所定の電力値の範囲で電気機器を運転制御するシステムが専門業者による工事無しで構築可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力計測可能でありこれを用いて同様に電気機器の運転制御システムを構成することができる。
実施の形態６．
本発明の実施の形態６における機器制御システムの構成図を図６に示す。図６において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８や他の端末と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と電圧計測端子１２と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４や他の端末との通信を行うための通信手段１４から構成される。
１５はコントローラであり、制御部１６、表示操作部１７、通信手段１８から構成され、計測装置４から得られる電力計測値等を元に電気機器１９の状態を制御する。電気機器１９は機器本体２０とコントローラと通信するための通信手段２１から構成されている。なお、電気機器１９の様態は機器本体２０と通信手段２１が一体となったものでも通信手段２１がアダプタ等形態により接続されるような形態であっても良い。
次に、本実施の形態６の動作を図６を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は電圧計測端子１２両端の電圧値を計測して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
コントローラ１５は計測装置４から電力計測値を通信手段１８経由で所定の時間間隔で受信する。また、コントローラ１５は電気機器１９の運転状況を通信手段１８経由で電気機器１９から所定の時間間隔で受信する。また、電気機器１９の動作状態が機器本体２０の操作等により変更された場合には、電気機器１９は通信手段２１を経由して機器本体２０が状態変化の通報をコントローラ１５に送信する。このようにしてコントローラ１５は消費されている電力量と、電気機器１９の動作状況を保有している。またコントローラ１５には表示操作部１７の操作により、電力上限値の設定ならびに、電気機器１９毎の優先度が設定される。たとえば、計測装置４から取得した電力値が設定されている電力量上限値を越えた場合には、コントローラ１５の制御部１６は前記電気機器１９毎に設定された優先度に基づいて優先度の低い電気機器１９の機器本体の動作電力または電流値に制限をかけ、電力上限値以内になるように通信手段１８経由で電気機器１９に制御信号を送信する。
また、電気機器１９が運転状態であり、他の電気機器１９が動作開始しようとする場合に、当該電気機器１９はコントローラ１５へ運転開始の旨の情報を送信する。このときコントローラ１５は電力計測値と運転開始する電気機器１９のあらかじめ登録または、運転情報に基づいて計測した消費電力から、当該電気機器が運転された場合の電力値を予測し、たとえば契約電力を超える場合には当該電気機器19の運転を認めない、あるいは動作電力値に制限を加える、あるいは、すでに運転中の電気機器１９の運転を停止または電力制限をかけるなど通信手段１８経由で該当する電気機器１９に指令を送信することで、全体の電力値が所定の値以下となるように制御を行う。
以上の様に本機器制御システムは一定量の電力値を超えないように電気機器の制御を実施する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力計測を行うことが可能となり、計測した電力値に基づいた所定の電力値の範囲で電気機器を運転制御するシステムが専門業者による工事無しで構築可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料を含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子を含む磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式を利用することができ、可視範囲
であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力計測可能でありこれを用いて同様に電気機器の運転制御システムを構成することができる。
実施の形態７．
本発明の実施の形態７における機器制御システムの構成図を図７に示す。図７において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８や他の端末と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。７は積算部であり所定の時間の電力計測値を積算し電力量を計量する。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４から構成される。
１５はコントローラであり、制御部１６、表示操作部１７、通信手段１８から構成され、計測装置４から得られる電力計測値等を元に電気機器１９の状態を制御する。電気機器１９は機器本体２０とコントローラと通信するための通信手段２１から構成されている。なお、電気機器１９の様態は機器本体２０と通信手段２１が一体となったものでも通信手段２１がアダプタ等形態により接続されるような形態であっても良い。
次に、本実施の形態７の動作を図７を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は計測した電流値を負荷１３のインピーダンスと乗算し、電圧値を計算して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測ならびに計算した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
次に制御部５は計算した電灯線１で消費される電力値を積算部７へ入力し、積算部７はこの電力値を所定の時間蓄積し、電力量を得る。
コントローラ１５は計測装置４から電力量計測値を通信手段１８経由で所定の時間間隔で受信する。また、コントローラ１５は電気機器１９の運転状況を通信手段１８経由で電気機器１９から所定の時間間隔で受信する。また、電気機器１９の動作状態が機器本体２０の操作等により変更された場合には、電気機器１９は通信手段２１を経由して機器本体２０が状態変化の通報をコントローラ１５に送信する。このようにしてコントローラ１５は消費されている電力量と、電気機器１９の動作状況を保有している。またコントローラ１５には表示操作部１７の操作により、電力量上限値の設定ならびに、電気機器１９毎の優先度が設定される。たとえば、計測装置４から取得した電力量が設定されている電力量上限値を越えた場合には、コントローラ１５の制御部１６は前記電気機器１９毎に設定された優先度に基づいて優先度の低い電気機器１９の機器本体の動作電力または電流値に制限をかけ、電力量上限値以内になるように通信手段１８経由で電気機器１９に制御信号を送信する。
また、電気機器１９が運転状態であり、他の電気機器１９が動作開始しようとする場合に、当該電気機器１９はコントローラ１５へ運転開始の旨の情報を送信する。このときコントローラ１５は電力量計測値と運転開始する電気機器１９のあらかじめ登録または、運転情報に基づいて計測した消費電力量から、当該電気機器が運転された場合の電力量を予測し、たとえば契約電力量を超える場合には当該電気機器１９の運転を認めない、あるいは動作電力値に制限を加える、あるいは、すでに運転中の電気機器１９の運転を停止または電力制限をかけるなど通信手段１８経由で該当する電気機器１９に指令を送信することで、全体の電力値が所定の値以下となるように制御を行う。
以上の様に本機器制御システムは一定量の電力量を超えないように電気機器の制御を実施する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力量計測を行うことが可能となり、計測した電力量に基づいた所定の電力量の範囲で電気機器を運転制御するシステムが専門業者による工事無しで構築可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料が含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子など磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力量計測可能でありこれを用いて同様に電気機器の運転制御システムを構成することができる。
実施の形態８．
本発明の実施の形態８における機器制御システムの構成図を図８に示す。図８において、１は電気機器へ電力を供給するための電灯線、２は静電結合により2本の電灯線１間の電圧波形を観測する電圧センサ、３は電灯線１に電気機器等の負荷により流れる電流により生じる磁束を電磁結合により観測し、電流波形を観測する電流センサである。この電圧センサ２、電流センサ３は一般家庭であればたとえば分電盤のメインブレーカの屋内側配線接続部近傍等に設置する。４は計測装置であり、制御部５ならびに負荷端末８や他の端末と通信するための通信手段６により構成され、制御部５には前記電圧センサ２と電流センサ３が接続され、制御部５により電力の演算が行われる。７は積算部であり所定の時間の電力計測値を積算し電力量を計量する。８は負荷端末であり、電灯線１とはコンセントならびにコンセントプラグ９により接続され、計測部１０と電圧計測端子１２と所定の値を有する抵抗などの負荷１３と、負荷１３への電灯線１の接続を開閉する接点手段１１と、計測装置４との通信を行うための通信手段１４から構成される。
１５はコントローラであり、制御部１６、表示操作部１７、通信手段１８から構成され、計測装置４から得られる電力計測値等を元に電気機器１９の状態を制御する。電気機器１９は機器本体２０とコントローラと通信するための通信手段２１から構成されている。なお、電気機器１９の様態は機器本体２０と通信手段２１が一体となったものでも通信手段２１がアダプタ等形態により接続されるような形態であっても良い。
次に、本実施の形態８の動作を図８を用いて説明する。
計測装置４は設置初期に負荷端末８の接点手段１１を閉じる旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末の計測部１０は、接点手段１１を「閉」にする旨の指令を通信手段１４経由で受信すると、接点手段１１を閉じて負荷１３を電灯線１に接続し、負荷１３に流れる電流値を計測して内蔵メモリに保存する。また、計測部１０は電圧計測端子１２両端の電圧値を計測して内蔵メモリに保存する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１を「開」にする旨の指令を通信手段６経由で負荷端末８へ送信する。負荷端末８の計測部１０は、通信手段１４経由で接点手段１１を「開」にする旨の指令を受信すると、接点手段１１を開放する。一方、計測装置４の制御部５はそのときの電圧波形を電圧センサ２を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。また、制御部５は同時に電流波形を電流センサ３を用いてたとえば商用周波数の数サイクル分など所定の期間取得する。
次に、計測装置４の制御部５は通信手段６経由で負荷端末８へ前記方法で計測した電流値ならびに電圧値のモニタ要求を送信する。負荷端末８の計測部１０は、モニタ要求を通信手段１４経由で受信すると、内蔵メモリに保有する電流値ならびに電圧値を通信手段１４経由で計測装置４へ送信する。計測装置４の制御部５は負荷端末８から電流値ならびに電圧値を通信手段６経由で受信すると、接点手段１１が「閉」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「閉」時の電力値Psを算出する。
次に、計測装置４の制御部５は接点手段１１が「開」のときに取得した電圧波形ならびに電流波形を演算して「開」時の電力値Poを算出し、次にPsからPoを減算することで負荷端末８の消費電力にほぼ比例する電力値Pdを算出する。計測装置４の制御部５は負荷端末８の接点手段１１の開閉と電圧波形の取得、電流波形の取得を数回繰り返し電力値Pdの平均値を計算する。この場合、数回繰り返し計測した電力値の中から平均値と大きく異なる値のものを除外し、残りのデータの平均をとるなどして負荷端末８以外の電気機器の消費電力変動分を低減した負荷端末８が消費した電力を計測装置４が電圧センサ２ならびに電流センサ３を用いて計測した電力値Pdmとして求める。
次に、制御部５は負荷端末８から得た電流値ならびに電圧値から負荷端末８で消費した電力値Prを計算する。制御部５は式(1)により補正係数αを求め、計測装置４が電力演算するときの補正係数をαに決定する。
Pr=α×Pdm
∴ α＝Pr/Pdm ・・・・（１）
以上が設置初期における動作である。次に、電力計測時における動作について説明する。
計測装置４は補正係数αの決定により電力計測を開始する。電力の計測では電圧センサ２により観測した電圧波形と電流センサ３により観測した電流波形の乗算結果に補正係数αを乗算することで電灯線１で消費される電力を算出する。
次に制御部５は計算した電灯線１で消費される電力値を積算部７へ入力し、積算部７はこの電力値を所定の時間蓄積し、電力量を得る。
コントローラ１５は計測装置４から電力量計測値を通信手段１８経由で所定の時間間隔で受信する。また、コントローラ１５は電気機器１９の運転状況を通信手段１８経由で電気機器１９から所定の時間間隔で受信する。また、電気機器１９の動作状態が機器本体２０の操作等により変更された場合には、電気機器１９は通信手段２１を経由して機器本体２０が状態変化の通報をコントローラ１５に送信する。このようにしてコントローラ１５は消費されている電力量と、電気機器１９の動作状況を保有している。またコントローラ１５には表示操作部１７の操作により、電力量上限値の設定ならびに、電気機器１９毎の優先度が設定される。たとえば、計測装置４から取得した電力量が設定されている電力量上限値を越えた場合には、コントローラ１５の制御部１６は前記電気機器１９毎に設定された優先度に基づいて優先度の低い電気機器１９の機器本体の動作電力または電流値に制限をかけ、電力量上限値以内になるように通信手段１８経由で電気機器１９に制御信号を送信する。
また、電気機器１９が運転状態であり、他の電気機器１９が動作開始しようとする場合に、当該電気機器１９はコントローラ１５へ運転開始の旨の情報を送信する。このときコントローラ１５は電力量計測値と運転開始する電気機器１９のあらかじめ登録または、運転情報に基づいて計測した消費電力量から、当該電気機器が運転された場合の電力量を予測し、たとえば契約電力量を超える場合には当該電気機器１９の運転を認めない、あるいは動作電力値に制限を加える、あるいは、すでに運転中の電気機器１９の運転を停止または電力制限をかけるなど通信手段１８経由で該当する電気機器１９に指令を送信することで、全体の電力値が所定の値以下となるように制御を行う。
以上の様に本機器制御システムは一定量の電力量を超えないように電気機器の制御を実施する。
以上述べたように、負荷端末８をコンセント等に接続し、また計測装置４を基幹配線の近傍に配置し、非接触の電圧センサ２と電流センサ３を電灯線１近傍に配置するだけで電力量計測を行うことが可能となり、計測した電力量に基づいた所定の電力量の範囲で電気機器を運転制御するシステムが専門業者による工事無しで構築可能となる。
なお、電圧センサ２の材質について言及していないが、シート状の金属性材料が含有するフィルム、分割金属環状のもの、金属製クリップ、導電性シートなどを用いることが可能である。また、電流センサ３についても一般的な空芯コイル、分割コアに巻かれたコイル、フィルム基板等で製造されるフィルム状コイル、ホール素子など磁電変換素子など磁束を電気信号に変換するものが利用できる。
また、前記通信部の方式は特に指定していないが通信方式は電力線搬送通信方式、無線通信方式、ペア線などの有線通信方式、可視範囲であれば赤外線通信方式などを用いても同様な機能、効果を得ることができる。
また、本実施例では電灯線１は2線式で記載しているが単相3線式などの場合には電圧センサを各相と中性線間に、電流センサを各相に配置し、また、負荷端末を各相のコンセントに各々1台接続し、各相毎に補正係数を求めることで同様な方式で電力量計測可能でありこれを用いて同様に電気機器の運転制御システムを構成することができる。
次に、負荷端末８の詳細について説明する。
実施の形態９．
本発明の実施の形態実施の形態９における電力計測装置１０１の構成図を図９に示す。この電力計測装置１０１は図１〜８の負荷端末８に相当するものである。また、この図９では、図１〜８におけるコンセント９及び接点手段１１を省略している。図９において、電力計測装置１０１は、導電性の電路接触部１０３を介して単相３線式の電路１０２に加えられる電圧に応じた信号を生成する電圧検出部１０４、同様に導電性の電路接触部１０３を介して電路に接続され、電力計測装置１０１が動作するために必要な電源を作成する電源回路１０５、開磁路の磁性体コアと該磁性体コアに巻かれたコイルで構成され、３線式単相の電路１０２の中性線Nを除くL1、L2の各線に配置される電流トランス１０６と、電流トランス１０６により得られる電流信号を計測するための電流検出部１０７と、電圧検出部１０４から得られる電路の電圧に比例した電圧波形信号と電流検出部１０７から得られる各々の電路１０２に流れる電流値に比例した電流信号とから電力値を演算により算出するマイコン等で構成した計測制御部１０８と計測制御部１０８で計測された電力値などを外部に送信するための無線通信手段１０９から構成されている。
なお、図９の例では、無線通信手段１０９はZigBee Moduleで構成されているが、これに限らない。例えば、赤外線通信でもよいし、無線LANでもよい。また、計測制御部１０８と無線通信手段１０９との間はシーリアル入出力（SIO）ラインで接続されているが、これに限らず複数ラインによる並列送信でも良い。
なお、計測制御部１０８と電圧検出部１０４と電流検出部１０７を合わせたものは図１〜８における負荷端末８の制御部１０と抵抗１３を合わせたものに相当し、無線通信手段１０９は図１〜８における負荷端末８の通信手段１４に相当する。
図１０は、電源回路１０５の詳細な回路構成を示した図である。図において、１０４１は抵抗、１０４２は整流用ダイオード、１０４３は平滑用コンデンサ、１０４４は平滑された脈流電圧を所定の直流電圧に安定化させる電源レギュレータ、１０４５は負荷電流の変動を吸収するためのコンデンサである。電源回路１０５は電路１０２に接触した電路接触部１０３を経由し交流トランス等絶縁手段を介さずに電路１０２に接続される非絶縁性の構成をとっている。
なお、電源回路１０５は電源部を構成し、計測制御部１０８は演算部を構成し、通信手段１０９は通信部を構成し、電流制限部１０１０は電気遮断器を構成する。
図１１は電流トランス１０６の原理を示す図である。図は説明のためリング状の閉磁路コアの絵となっているが、本実施例で用いるものは図１３に示す開磁路の構成となっている。電流トランス１０６は電路１０２の電線に流れる電流ILに比例した電圧値を得るための検出コイルと所定のバイアス電流ibを流すバイアスコイルが巻かれたコアで構成されており、コアに所定の磁束を印加し、図１２に示す様に電流により発生する磁界とコア内の磁束密度が電流ILの変化に対してリニアになる領域に動作点を維持できるように構成されている。
図１３は開磁路に構成された電流トランス１０６の構造と電力計測装置１０１の概観を示す図である。電力計測装置１０１は電流制限器１０１０の端子部に嵌合して設置される構造となっている。電流トランス１０６は中性線N接続端子を除いたL1とL2の配線をコアが挟み込む構造になっている。電路接触部１０３は伸縮性がありL1、N、L2各々の端子に接触する構造となっている。
以上の様に構成した電力計測装置１０１は図１４に示すように電流制限器１０１０の端子部に配置され、電路１０２の各々Ｌ１−Ｎ相，Ｌ２−Ｎ相に接続された電気機器１０１３が消費する電力を計測し、その計測値は無線通信手段１０９を介して、同じく無線通信手段を有する計測コントローラ１０１２（Ｉ／Ｆ手段を構成する）へ送信され電力の計測がなされる。電力計測装置１０１が電流制限器１０１０に設置されると、電路接触部１０３により電路１０２のL１−N相、L２−N相に接続されて電源回路１０５に商用周波数の交流電圧が入力される。電源回路１０５ではこの交流電圧を図１０の抵抗１０４１で所定の電圧まで降下させ、ダイオード１０４２で半波整流し平滑コンデンサ１０４３で平滑して所定のリップルを含む直流電圧に変換後、電圧レギュレータ１０４４に入力し、この電圧レギュレータ１０４４から電圧検出部１０４、電流検出部１０７、計測制御部１０８ならびに無線通信手段１０９へ動作するための電源が供給される。計測制御部１０８は電源投入による自動リセット後に電力計測を開始する。この電力計測の開始は無線通信手段１０９を経由して受信される計測コントローラ１０１２からのコマンドにより開始しても良い。
次に、電力計測の動作について説明する。電圧検出部１０４によりデバイスとして許容される入力電圧範囲、たとえば電源電圧を５Vとした場合に５V以下の振幅となる範囲に振幅値を変換して計測制御部１０８に電路１０２のL１−N相、L２−N相各々の電圧V1(t),V2(t)を入力する。同時に、開磁路に構成した電流トランス１０６がL１ならびにL２に流れる電流を各々計測し、電流検出部１０７は電流トランス１０６の出力レベルが図１２に示すＢ−Ｈ曲線がリニアな範囲となるように、バイアス電流ｉｂを調整し、L1、L2相の各々について線路電流ILにより得られる電圧レベルVi1(t)、Vi2(t)と、バイアス電流値ib1(t)、ib2(t)を計測制御部１０８に入力する。計測制御部１０８は入力されたV1(t),V2(t)、ならびに電流に比例するVi1(t)、Vi2(t)ならびにib1(t)、ib2(t)を各々ADコンバータ等で所定の時間間隔で読み取る。
L1相の電流値I1(t)についてはVi1(t)からバイアス分のib1(t)を差し引いた
I1(t)＝ＡVi1(t)−ib1(t)
但し、Aは線路電流ＩＬにより得られた電圧値を電流に変換する定数
同様にL2相の電流値I2(t)は
I2(t)＝ＡVi2(t)−ib2(t)
但し、Aは線路電流ＩＬにより得られた電圧値を電流に変換する定数
L1相、L２相各々の電圧値V1(t),V2(t)とで次の式に従い演算して電力を計算する。
Figure 2009099082
この様に計算された電力値P1、P2は無線通信手段１０９を経由して計測コントローラ１０１２に伝送され、計測コントローラ１０１２は電力値の計測を行うことができる。
以上の様に、電力計測装置１０１は、無線通信手段１０９により計測データを計測コントローラに送信するため、誤配線無く容易に設置可能であり、また、計測コントローラ（Ｉ／Ｆ手段）も非接触による絶縁構造に構成したので感電等のない安全な施工を行うことが可能となり、さらに電源回路１０５と電路との接続において絶縁素子を使用しない非絶縁型に構成したので低コスト且つ容易に設置可能であり、回路規模も小さく小型化を図ることができる。
なお、本実施の形態では電力値の計算を計測制御部で行うこととしたが、P1、P2の積算値をそれぞれ計算するように構成してもよく、電力量計として機能させることも可能である。さらに、演算アルゴリズムを計測コントローラ１０１２から変更可能に構成し、無線通信手段１０９を経由して計測制御部１０８に入力するように構成することで、電圧値、電流値個別の計測や有効電力、無効電力の計測など様々な計測値を出力可能に同一の構成で構成可能である。
なお、電流トランス１０６に開磁路の構成であるものを用いているが、後述の図１６に示す、閉磁路の構成のものを用いても、同一の動作、同様な効果を得ることができる。
なお、電力計測装置１０１は、電力ならびにデータ信号を電磁誘導無線にて伝送する第１のコイルと、この第１のコイルを介して供給する電力を変換する電源変換部ならびに前記第１のコイルを介して計測コントローラ１０１２との間で交わされるデータの通信を制御する通信制御部とを備えており、計測コントローラ１０１２の通信手段は電力ならびにデータ信号を電磁誘導無線にて伝送する第２のコイルと、この第２のコイルを介して電力計測装置１０１から供給される電力を受信する電源受信部ならびに前記第２のコイルを介して前記電力計測装置との間で交わされるデータの通信を制御する通信制御部ならびに通信Ｉ／Ｆ部１０１５を備えている。
実施の形態１０．
本発明の実施の形態１０における電力計測装置の構成図を図１５に示す。また、図１０と図１２は本実施の形態１０でも用いられる。図１５において、電力計測装置１０１は、導電性の電路接触部１０３を介して加えられる単相３線式の電路１０２の電圧に応じた信号を生成する電圧検出部１０４、同様に導電性の電路接触部１０３を介して電路に接続され電力計測装置１０１が動作するために必要な電源を作成する電源回路１０５、閉磁路の磁性体コアと該コアに巻かれたコイルで構成され３線式単相の電路１０２の中性線Nを除くL1、L2の各線に配置される電流トランス１０６と電流トランス１０６により得られる電流信号を計測するための電流検出部１０７と電圧検出部１０４から得られる電路の電圧に比例した電圧波形信号と電流検出部１０７から得られる各々の電路１０２に流れる電流値に比例した電流信号とから電力値を演算により算出するマイコン等で構成した計測制御部１０８と計測制御部１０８で計測された電力値などを外部に送信するための通信制御部１０１４から構成されている。通信制御部１０１４はLANやRS232C,USB、アナログ信号出力など何れかあるいは複数のＩ／Ｆ手段を有する通信Ｉ／Ｆ部１０１５への双方向データ信号と動作電力の供給を電磁誘導無線や光など非接触の媒体を用いて伝送する機能を有している。
電源回路１０５の詳細については実施の形態９に示した図１０と同様であるため説明を省略する。また、電流トランス１０６についてもコアの形状が閉磁路で構成されていること以外は同様な構成、動作であるため説明を省略する。
図１６は閉磁路に構成された電流トランス１０６の構造と電力計測装置１０１の概観を示す図である。電力計測装置１０１は電流制限器１０１０の端子部に嵌合して設置される構造となっている。電流トランス１０６は中性線N接続端子を除いたL1とL2の配線をコアが挟み込む構造になっている。嵌合するためのクランプ１０１６の下部にはコアと同様な磁性材１０１７が配置されており、嵌合時に、電流トランス１０６のコア材とクランプ１０１６の磁性材１０１７により閉磁路を構成する。電路接触部１０３は伸縮性がありL1、N、L2の各々の端子に接触する構造となっている。
以上の様に構成した電力計測装置１０１は図１７に示すように電流制限器１０１０の端子部に配置され、電路１０２の各々Ｌ１−Ｎ相，Ｌ２−Ｎ相に接続された電気機器１０１３が消費する電力を計測し、その計測値は通信制御部１０１４と通信Ｉ／Ｆ部１０１５を介して、通信Ｉ／Ｆ部と同様のＩ／Ｆ手段を有して接続される図１７に示す計測コントローラ１０１２へ送信され電力の計測がなされる。電力計測装置１０１が電流制限器１０１０に設置されると、電路接触部１０３により電路１０２のL１−N相、L２−N相に接続されて電源回路１０５に商用周波数の交流電圧が入力される。電源回路１０５ではこの交流電圧を図１０の抵抗１０４１で所定の電圧まで降下させ、ダイオード１０４２で半波整流し平滑コンデンサ１０４３で平滑して所定のリップルを含む直流電圧に変換後、電圧レギュレータ１０４４に入力し、この電圧レギュレータ１０４４から電圧検出部１０４、電流検出部１０７、計測制御部１０８ならびに無線通信手段１０９へ動作するための電源が供給される。計測制御部１０８は電源投入による自動リセット後に電力計測を開始する。この電力計測の開始は通信Ｉ／Ｆ部１０１５ならびに通信制御部１０１４を経由して受信される計測コントローラ１０１２からのコマンドにより開始しても良い。
次に、電力計測の動作について説明する。電圧検出部１０４によりデバイスとして許容される入力電圧範囲、たとえば電源電圧を５Vとした場合に５V以下の振幅となる範囲に振幅値を変換して計測制御部１０８に電路１０２のL１−N相、L２−N相各々の電圧V1(t),V2(t)を入力する。同時に、開磁路に構成した電流トランス１０６がL１ならびにL２に流れる電流を各々計測し、電流検出部１０７は電流トランス１０６の出力レベルが図１２に示すＢ−Ｈ曲線がリニアな範囲となるように、バイアス電流ｉｂを調整し、L1、L2相の各々について線路電流ILにより得られる電圧レベルVi1(t)、Vi2(t)と、バイアス電流値ib1(t)、ib2(t)を計測制御部１０８に入力する。計測制御部１０８は入力されたV1(t),V2(t)、ならびに電流に比例するVi1(t)、Vi2(t)ならびにib1(t)、ib2(t)を各々ADコンバータ等で所定の時間間隔で読み取る。
L1相の電流値I1(t)についてはVi1(t)からバイアス分のib1(t)を差し引いた
I1(t)＝ＡVi1(t)−ib1(t)
但し、Aは線路電流ＩＬにより得られた電圧値を電流に変換する定数
同様にL2相の電流値I2(t)は
I2(t)＝ＡVi2(t)−ib2(t)
但し、Aは線路電流ＩＬにより得られた電圧値を電流に変換する定数
L1相、L２相各々の電圧値V1(t),V2(t)とで次の式に従い演算して電力を計算する。
Figure 2009099082
この様に計算された電力値P1、P2は通信制御部１０１４ならびに通信Ｉ／Ｆ部１０１５を経由して計測コントローラ１０１２に伝送され、計測コントローラ１０１２は電力値の計測を行うことができる。
以上の様に、電力計測装置１０１は、非接触で絶縁された通信Ｉ／Ｆ部１０１５により計測データを計測コントローラに送信するため、誤配線無く容易に設置可能であり、また、通信Ｉ／Ｆ部１０１５も非接触による絶縁構造に構成したので感電等のない安全な施工を行うことが可能となり、さらに電源回路１０５と電路との接続において絶縁素子を使用しない非絶縁型に構成したので低コスト且つ容易に設置可能であり、回路規模も小さく小型化を図ることができる。
なお、本実施の形態では電力値の計算を計測制御部で行うこととしたが、P1、P2の積算値をそれぞれ計算するように構成してもよく、電力量計として機能させることも可能である。さらに、演算アルゴリズムを計測コントローラ１０１２から変更可能に構成し、通信制御部１０１４ならびに通信Ｉ／Ｆ部１０１５を経由して計測制御部１０８に入力するように構成することで、電圧値、電流値個別の計測や有効電力、無効電力の計測など様々な計測値を出力可能に同一の構成で構成可能である。
なお、電流トランス１０６に閉磁路の構成であるものを用いているが、開磁路の構成のものを用いても、同一の動作、同様な効果を得ることができる。
実施の形態１１．
本発明の実施の形態１１における電力計測装置の動作について説明する。なお構成については実施の形態９ならびに実施の形態１０と同様であるため説明を省略する。本実施例に係る電圧検出部１０４は商用周波数以外にも機器から発生する高調波成分も検知できるよう構成されている。また、電流トランス１０６ならびに電流検出部１０７も同様に商用周波数以外にも機器から発生する高調波成分も検知できるよう構成されている。
上記の様に構成された電力計測装置１０１において、ユーザまたは設置者は電気機器の動作ならびに電路１０２の異常がないことを確認後、計測コントローラ１０１２等から電力計測装置１０１に正常である旨の情報を送信する。電力計測装置１０１は所定の期間たとえば２ないし３日程度、電路１０２のL1−N、L2−N各相の高調波信号を観測し、高調波パターンの特徴量を正常時の高調波情報として計測制御部１０８内に記録する。電力計測装置１０１は通常の電力計測動作に加え、L1−N、L2−N各相の高調波信号の観測を行い、記憶されている特徴量と観測された高調波信号とを比較して異なる高調波信号が検出された場合に、無線通信手段１０９ないしは通信制御部１０１４ならびに通信Ｉ／Ｆ部１０１５を介して計測コントローラ１０１２にその情報を通報する。計測コントローラ１０１２は必要に応じ、ユーザに対して機器劣化の警報を出力する。この様にして機器の経年劣化を通報することにより、電気機器を安全に使用することが可能となる。
実施の形態１２．
本発明の実施の形態１２における電力計測装置の動作について説明する。なお構成については実施の形態９ならびに実施の形態１０と同様であるため説明を省略する。本実施の形態に係る電圧検出部１０４は商用周波数以外にも機器から発生する高調波成分も検知できるよう構成されている。また、電流トランス１０６ならびに電流検出部１０７も同様に商用周波数以外にも機器から発生する高調波成分も検知できるよう構成されている。
上記の様に構成された電力計測装置１０１において、通常の電力計測動作に加え、L1−N、L2−N各相の高調波信号の観測を行い、計測制御手段１０８に記憶されている電路のコロナ放電などコンセントなどの放電や、機器の接続部の劣化により起こる放電等の特徴量と合致する高調波信号が検出された場合に、無線通信手段１０９ないしは通信制御部１０１４ならびに通信Ｉ／Ｆ部１０１５を介して計測コントローラ１０１２にその情報を通報する。計測コントローラ１０１２は必要に応じ、ユーザに対して電路劣化の警報を出力する。この様にして電路や機器接続部の経年劣化を通報することにより、ユーザは修理などこの経年劣化に対応した処置を施すことができ、電気機器を安全に使用することが可能となる。なお、上記の例では、特徴量を計測制御手段１０８内に置き、異常の判断を行っているが、計測コントローラ１０１２に高調波の計測信号を送信し、計測コントローラ１０１２内部に特徴量を有し、比較判断するように構成しても同様な動作ならびに機能が実現でき、同様な効果が得られる。また、計測コントローラ１０１２内部に特徴量を有し、電力計測装置１０１はこの特徴量を通信部１０９を介して計測コントローラ１０１２から計測制御部１０８に読み込んだ後計測制御部１０８で処理してもよく、同様な効果が得られる。
本発明による非接触電力計測システムおよび機器制御システムの適用例として、家庭用電化機器におけるデマンド制御装置やピークカット制御装置や中小ビルや店舗用の設備管理システムが上げられる。
また、本発明による電力計測装置の適用例として、家庭用電化機器におけるデマンド制御システム、エネルギー管理システムやビル・工場などの設備システムのエネルギー管理や省エネ制御システムなどが挙げられる。
なお、以上の説明において、「手段」は「部」または「装置」または「回路」と置き換えることができる。
 符号の説明
１ 電灯線、２ 電圧センサ、３ 電流センサ、４ 計測装置、５ 制御部、６ 通信手段、７ 蓄積部、８ 負荷端末、９ コネクタ、１０ 計測部、１１ 接点手段、１２ 電圧計測端子、１３ 負荷、１４ 通信手段、１５ コントローラ、１６ 制御部、１７ 表示操作部、１８ 通信手段、１９ 電気機器、２０ 機器本体、２１ 通信手段、１０１ 電力計測装置、１０２ 電路、１０３ 電路接触部、１０４ 電圧検出部、１０５ 電源回路、１０６ 電流トランス、１０７ 電流検出部、１０８ 計測制御部、１０９ 無線通信手段、１０１０ 電流制限器、１０１２ 計測コントローラ、１０１３ 電気機器、１０１４ 通信制御部、１０１５ 通信インタフェース部、１０１６ クランプ、１０１７ 磁性材、１０４１ 抵抗、１０４２ ダイオード、１０４３ コンデンサ、１０４４ 電圧レギュレータ、１０４５ コンデンサ。

Claims (30)

  1. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、
    電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと、
    第1の通信手段と、前記電圧センサおよび前記電流センサと接続された制御部と、を有する計測装置と、
    前記電灯線と接続され、所定の値の負荷と、前記第１の通信手段と通信を行う第２通信手段と、前記負荷に流れる電流の実効値を計測し得られた電流の実効値を元に電圧の実効値を計算する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、
    前記負荷端末の計測部は前記電流の実効値と電圧の実効値を前記第２通信手段経由で前記計測装置へ送信し、
    前記計測装置の制御部は、前記第１の通信手段経由で前記負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサから取得した電圧波形と前記電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出することを特徴とする電力計測システム。
  2. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、
    電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと、
    第１の通信手段と、前記電圧センサおよび前記電流センサと接続された制御部と、を有する計測装置と、
    前記電灯線と接続され、所定の値の負荷と、前記第１の通信手段と通信を行う第２通信手段と、前記負荷に流れる電流の実効値と前記電灯線の電圧の実効値を計測する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、
    前記負荷端末の計測部は前記電流の実効値と電圧の実効値を前記第２通信手段経由で前記計測装置へ送信し、
    前記計測装置の制御部は、前記第１の通信手段経由で前記負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサから取得した電圧波形と前記電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出することを特徴とする電力計測システム。
  3. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、
    電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと、
    第１の通信手段と、前記電圧センサおよび前記電流センサと接続された制御部と、電力を積算する積算部と、を有する計測装置と、
    前記電灯線と接続され、所定の値の負荷と、前記第１の通信手段と通信を行う第２通信手段と、前記負荷に流れる電流の実効値を計測し、得られた電流の実効値を元に電圧の実効値を計算する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、
    前記負荷端末の計測部は前記電流の実効値と電圧の実効値を前記第２通信手段経由で前記計測装置へ送信し、
    前記計測装置の制御部は、前記第１の通信手段経由で前記負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサから取得した電圧波形と前記電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出し、前記積算部に前記電力値を所定の期間積算させることを特徴とする電力計測システム。
  4. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサと、
    電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと、
    第１の通信手段と、前記電圧センサおよび前記電流センサと接続された制御部と、電力を積算する積算部と、を有する計測装置と、
    前記電灯線と接続され、所定の値の負荷と、前記第１の通信手段と通信を行う第２通信手段と、前記負荷に流れる電流の実効値と前記電灯線の電圧の実効値を計測する計測部と、を有する負荷端末と、を備え、
    前記負荷端末の計測部は前記電流の実効値と電圧の実効値を前記第２通信手段経由で前記計測装置へ送信し、
    前記計測装置の制御部は、前記第1の通信手段経由で前記負荷端末から受信した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサから取得した電圧波形と前記電流センサから取得した電流波形とに基づいて電力値を算出し、前記積算部に前記電力値を所定の期間積算させることを特徴とする電力計測システム。
  5. 前記端末装置は、電機機器が接続される電路の電流を検出する電流検出器と、
    前記電路の電圧を検出する電路接触部と、
    前記電流検出器の出力と、前記電路接触部の出力に基づいて前記電気機器の消費電力を計算する演算部と、
    前記電路接触部を介して前記電路から受電し、前記演算部に電力を供給する電源部と、を備え、
    前記電源部は、前記電路と非絶縁の回路で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力計測システム。
  6. 前記端末装置は、外部の計測コントローラと無線通信などの非接触通信を行う通信部を備えたことを特徴とする請求項５記載の電力計測システム。
  7. 前記電流検出器は開磁路で構成された電流トランスまたは閉磁路で構成された電流トランスの少なくとも一方で構成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電力計測システム。
  8. 前記端末装置は、前記電流トランスは負荷電流検出コイルと、バイアス印加用コイルを備えたことを特徴とする請求項７記載の電力計測システム。
  9. 前記端末装置は、前記電流検出器の出力を前記演算部に入力するための信号に変換する電流計測部と、前記電路接触部の出力を前記演算部に入力するための信号に変換する電圧計測部と、を備え、
    前記電圧計測部は商用周波数以上の高調波成分を検知する第１の高調波検知手段を有し、
    前記電流計測部は、前記高調波成分を検知する第２の高調波検知手段を有し、
    前記演算部は、前記電路が直接放電することにより発生する高周波信号の特徴量を有し、前記第１の高調波検知手段と第２の高調波検知手段の少なくとも一方と前記特徴量とを比較し、所定の要件に合致した場合に前記通信部を介して電路劣化のアラーム信号を外部の計測コントローラへ送信して警報出力を促すことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の電力計測システム。
  10. 前記演算部に代えて、
    機器が正常時に発生する高周波信号の特徴量を有し、前記第１の高調波検知手段と第２の高調波検知手段の少なくとも一方と前記特徴量とを比較し、所定の要件に合致した場合に前記通信部を介して電路劣化のアラーム信号を前記計測コントローラへ送信する演算部を備えたことを特徴とする請求項９記載の電力計測システム。
  11. 前記高周波信号の特徴量は予め演算部に組み込まれていることを特徴とする請求項５または請求項１０に記載の電力計測装置。
  12. 前記高周波信号の特徴量は前記通信部を介して前記計測コントローラから前記演算部に読み込まれることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電力計測システム。
  13. 前記電路の端子台と、前記電路の接続と遮断を切替制御するスイッチを有する電気遮断器の、前記端子台に前記電路接触部を嵌合させることで前記電気遮断器に取り付けられることを特徴とする請求項５〜１２のいずれかに記載の電力計測システム。
  14. 前記計測装置は前記端末装置と通信する通信手段を有する計測コントローラであり、
    前記端末装置の通信部は、電力ならびにデータ信号を電磁誘導無線にて伝送する第１のコイルと、この第１のコイルを介して供給する電力を変換する電源変換部ならびに前記第１のコイルを介して前記計測コントローラとの間で交わされるデータの通信を制御する通信制御部とを備え、
    前記計測コントローラの通信手段は電力ならびにデータ信号を電磁誘導無線にて伝送する第２のコイルと、この第２のコイルを介して前記電力計測装置から供給される電力を受信する電源受信部ならびに前記第２のコイルを介して前記電力計測装置との間で交わされるデータの通信を制御する通信制御部ならびに通信Ｉ／Ｆ部を備えたことを特徴とする請求項５〜１３のいずれかに記載の電力計測システム。
  15. 前記通信Ｉ／Ｆ部はLAN回路で構成されることを特徴とする請求項１４記載の電力計測システム。
  16. 前記通信Ｉ／Ｆ部はUSB回路で構成されることを特徴とする請求項１４記載の電力計測システム。
  17. 前記通信Ｉ／Ｆ部はRS232C回路で構成されることを特徴とする請求項１４記載の電力計測システム。
  18. 前記通信Ｉ／Ｆ部はアナログ出力回路で構成されることを特徴とする請求項１４記載の電力計測システム。
  19. 前記計測装置は前記端末装置と通信する通信手段と、警報出力手段とを有する計測コントローラであり、
    前記計測コントローラは、前記電力計測装置から通信手段を介して前記電路劣化のアラーム信号を受信すると、前記警報出力手段に警報を出力することを特徴とする９〜１３のいずれかに記載の電力計測システム。
  20. 前記計測装置は記憶手段を有し、
    前記計測装置の制御部は、設置初期時に、前記負荷端末から前記電流の実効値と電圧の実効値を受信すると、前記電流の実効値と電圧の実効値に基づいて第１の電力値を算出し、前記電流センサから取得した電流波形と前記電圧センサから取得した電圧波形から第２の電力値を算出し、前記第１の電力値と前記第２の電力値に基づいて補正係数を算出して前記記憶手段に格納し、
    電力計測の時には、前記電流センサから取得した電流波形と前記電圧センサから取得した電圧波形と前記記憶手段に記憶された補正係数とから前記負荷端末の電力値を算出することを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の電力計測システム。
  21. 前記負荷端末は、前記電灯線と接続され、所定の値の負荷と、前記電灯線と前記負荷との間の配線を開放したり閉じたりする接点手段を備え、
    前記計測装置の制御部は、設置初期時に、前記第１の通信手段経由で第１の命令を前記負荷端末へ送信し、前記負荷端末の計測部は、前記計測装置から前記第２の通信手段経由で前記第１の命令を受信すると、前記接点手段を閉じて前記負荷を流れる電流の実効値と前記電灯線の電圧の実効値を取得し、
    前記計測装置の制御部は、このとき前記電流センサから第１の電流波形を取得し、前記電圧センサから第１の電圧波形を取得し、
    次に、前記計測装置の制御部は前記第１の通信手段経由で第２の命令を前記負荷端末へ送信し、前記負荷端末の計測部は、前記計測装置から前記第２の通信手段経由で前記第２の命令を受信すると、前記接点手段を開放し、
    前記計測装置の制御部は、このとき前記電流センサから第２の電流波形を取得し、前記電圧センサから第２の電圧波形を取得し、
    次に、前記計測装置の制御部は前記第１の通信手段経由で第３の命令を前記負荷端末へ送信し、前記負荷端末の計測部は、前記計測装置から前記第２の通信手段経由で前記第３の命令を受信すると、前記電流の実効値と電圧の実効値を前記第２の通信手段経由で前記計測装置へ送信し、
    前記計測装置の制御部は、前記第１の電流波形と前記第１の電圧波形から第１の電力値を算出し、前記第２の電流波形と前記第２の電圧波形から第２の電力値を算出し、前記第１の電力値と前記第２の電力値との差分より第３の電力値を算出し、前記負荷端末から前記第１の通信手段経由で受信した前記電流の実効値と電圧の実効値とから第４の電力値を算出し、前記第３の電力値と前記第４の電力値を元に補正係数を算出することを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の電力計測システム。
  22. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサおよび電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと接続された制御部と、
    所定の値である補正係数を記憶する記憶手段と、を備え、
    前記制御部は、前記電圧センサが検出した電圧波形と前記電流センサが検出した電流波形と前記記憶手段に記憶された補正係数に基づいて電灯線の電力値を算出することを特徴とする計測装置。
  23. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサおよび電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと接続された制御部と、
    記憶手段と、を備え、
    前記制御部は、設置初期時に、外部の負荷端末から取得した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサが検出した電圧波形と前記電流センサが検出した電流波形とに基づいて補正係数を算出して前記記憶手段に格納し、
    電力計測の時には、前記電圧センサが検出した電圧波形と前記電流センサが検出した電流波形と前記記憶手段に記憶された補正係数とに基づいて前記電灯線の電力値を算出することを特徴とする計測装置。
  24. 静電結合により非接触で電灯線の電圧波形を検出する電圧センサおよび電磁誘導結合により非接触で前記電灯線の電流波形を検出する電流センサと接続された制御部と、
    記憶手段と、
    通信手段と、を備え、
    前記制御部は、設置初期時に、外部の負荷端末へ前記通信手段経由でデータ要求を送信し、前記通信手段経由で前記外部の負荷端末から電流の実効値と電圧の実効値を受信すると、受信した電流の実効値と電圧の実効値と、前記電圧センサが検出した電圧波形と前記電流センサが検出した電流波形とに基づいて補正係数を算出して前記記憶手段に格納し、
    電力計測の時には、前記制御部は、前記電圧センサが検出した電圧波形と前記電流センサが検出した電流波形と前記記憶手段に記憶された補正係数に基づいて前記電灯線の電力値を算出することを特徴とする計測装置。
  25. 電灯線と接続され、
    所定の値の負荷と、前記電灯線と前記負荷との間の配線を開放したり閉じたりする接点手段と、計測部と、通信手段と、記憶手段と、を備え、
    前記計測部は、外部の計測装置から前記通信手段経由で第１の命令を受信すると、前記接点手段を閉じて前記負荷を流れる電流の実効値と前記電灯線の電圧の実効値を取得して前記記憶手段に格納し、
    前記外部の計測装置から前記通信手段経由で第２の命令を受信すると、前記接点手段を開放し
    前記外部の計測装置から第３の命令を前記通信手段経由で受信すると、前記記憶手段に格納されている電流の実効値と電圧の実効値を前記通信手段経由で前記外部の計測装置へ送信することを特徴とする負荷端末。
  26. 請求項１〜２１のいずれかに記載の電力計測システムと、
    本体と、第３の通信手段と、を有する少なくとも１つの機器と、
    前記第１の通信手段および前記第３の通信手段と通信する第４の通信手段と、前記機器を制御する機器制御部と、表示操作部とを有するコントローラと、を備え、
    前記コントローラは前記計測装置からの電力計測値または積算された電力量計測値に基づいて前記機器を制御することを特徴とする機器制御システム。
  27. 前記第１〜第４の通信手段の少なくとも１つの通信方式が電力線搬送通信方式であることを特徴とする請求項２６記載の機器制御システム。
  28. 前記第１〜第４の通信手段の少なくとも１つの通信方式が無線通信方式であることを特徴とする請求項２６記載の機器制御システム。
  29. 前記第１〜第４の通信手段の少なくとも１つの通信方式が有線通信方式であることを特徴とする請求項２６記載の機器制御システム。
  30. 前記第１〜第４の通信手段の少なくとも１つの通信方式が赤外線通信方式であることを特徴とする請求項２６記載の機器制御システム。
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