JPWO2012105050A1 - テーブルタップ及び電力測定方法 - Google Patents

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Abstract

プラグ差込部(1a)と、プラグ差込部(1a)から外部の電気機器(71〜74)に供給される電流を測定して、該電流の大きさに対応した測定信号Vsを出力する電流測定部(30)と、測定信号Vsに基づいて複数の時刻tでの電流の瞬時値I(t)を求め、該瞬時値I(t)を利用して、電力値を算出する演算部(33)とを備え、演算部(33)が、第1のゼロ点V01と第2のゼロ点V02のいずれか一方を基準にして電流の瞬時値I(t)を求めることを特徴とするテーブルタップによる。

Description

本発明は、テーブルタップ及び電力測定方法に関する。
近年、電力需要の増加や地球環境の配慮から、家庭やオフィスにおける消費電力を節約しようという機運が高まりつつある。このような省エネルギ志向の高まりにより、電気機器の電源をこまめに切ったり、空調の設定温度を見直す等の努力がなされている。
これらの努力によって実際にどの程度の省エネルギ化が図られたかを把握するために、世帯別に設けられる電力量計を利用する方法がある。
しかし、世帯別の電力量計は、家庭内に電力を分配する前の配電盤に設けられるため、家庭やオフィスの個々の電気機器の消費電力を測定することができない。
更に、家庭やオフィスにおいては、壁面コンセントにテーブルタップを接続して複数の電気機器に電力を分配することがあるが、市販のテーブルタップには各電気機器の個別の消費電力を測定する機能がない。
特開2010−45945号公報
テーブルタップ及び電力測定方法において、プラグ差込部で消費される電力を高精度に算出することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、プラグ差込部と、前記プラグ差込部から外部の電気機器に供給される電流を測定して、該電流の大きさに対応した測定信号を出力する電流測定部と、前記測定信号に基づいて複数の時刻での前記電流の瞬時値を求め、該瞬時値を利用して、電力値を算出する演算部とを備え、前記演算部が、第1のゼロ点と第2のゼロ点のいずれか一方を基準にして前記電流の前記瞬時値を求めるテーブルタップが提供される。
また、その開示の他の観点によれば、複数のプラグ差込部の各々から外部の電気機器に供給される電流の複数の時刻での測定値を得て、該測定値に対応した測定信号を取得するステップと、第1のゼロ点と第2のゼロ点のいずれか一方を基準にしながら、前記測定信号から前記電流の前記複数の時刻での瞬時値を求めるステップと、前記瞬時値を利用して、前記複数のプラグ差込部毎に電力値を個別に算出するステップとを有する電力測定方法が提供される。
図1は、第1実施形態に係るテーブルタップの外観図である。 図2は、筐体を取り外したときの第1実施形態に係るテーブルタップの外観図である。 図3は、第1実施形態に係るテーブルタップが備える電流測定部とその近傍の拡大斜視図である。 図4は、第1実施形態に係るテーブルタップが備えるホール素子の回路図である。 図5は、第1実施形態に係るテーブルタップが備えるホール素子の平面図である。 図6は、第1実施形態において、ホール素子の感磁面と分岐バーとの位置関係について説明するための斜視図である。 図7は、上部筐体を外した状態での第1実施形態に係るテーブルタップの外観図である。 図8は、第1実施形態に係るテーブルタップが備える送信回路部の機能ブロック図である。 図9は、第1実施形態において、第1の出力信号、第2の出力信号、及び電源電圧の瞬時値のタイミングチャートである。 図10は、第1実施形態に係るテーブルタップにおける電流のサンプリング方法について示すタイミングチャートである。 図11は、第1実施形態において、電流の瞬時値の算出に使用されるテーブルの模式図である。 図12は、デフォルト値を電流測定のゼロ点に利用したときに生ずる不都合について説明するためのタイミングチャートである。 図13は、電流測定信号のシフトの原因の一例を示す斜視図である。 図14は、デフォルト値を利用せずに電流の瞬時値を測定する方法について説明するためのタイミングチャートである。 図15は、電流測定信号の中点を電流測定のゼロ点に利用したときに生ずる不都合について説明するためのタイミングチャートである。 図16は、電流測定信号の中点を電流測定のゼロ点に利用したときに生ずる別の不都合について説明するための模式図である。 図17は、第1実施形態に係る電力測定方法について示すフローチャートである。 図18は、第2実施形態に係る電力測定システムについて説明するための模式図である。 図19は、第3実施形態に係るテーブルタップの実使用下における電源電圧の瞬時値Vと合成信号のタイミングチャートである。 図20は、第5実施形態に係るテーブルタップの外観図である。 図21は、下部筐体と上部筐体を外した状態での第5実施形態に係るテーブルタップの斜視図である。 図22は、図21の構造から第1の回路基板、スイッチ、及びカバーを除いた状態での斜視図である。 図23は、第5実施形態に係る第1のバスバーと補助バーの斜視図である。 図24は、第5実施形態に係る第2のバスバーの斜視図である。 図25は、第5実施形態に係る第3のバスバーの斜視図である。 図26は、第5実施形態に係る分岐バーの斜視図である。 図27は、第5実施形態に係るテーブルタップの分解斜視図である。 図28は、第5実施形態に係るテーブルタップの回路図である。
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係るテーブルタップとそれを用いた電力測定方法について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係るテーブルタップ1の外観図である。
このテーブルタップ1は、コンセントプラグ2、電源コード3、下部筐体5、及び上部筐体6を備える。
このうち、上部筐体6には、コンセントプラグ7に対応して複数のプラグ差込部1aが設けられる。コンセントプラグ7は、外部の電気機器が備えるものであって、第1のプラグ刃8、第2のプラグ刃9、及びアース端子10を有する。
そして、上記の各プラグ差込部1aには、第1のプラグ刃8が挿入される第1の挿入口6aと、第2のプラグ刃9が挿入される第2の挿入口6bと、アース端子10が挿入される第3の挿入口6cが設けられる。
このようなテーブルタップ1においては、壁面等にある既設コンセントにコンセントプラグ2を差し込むことで、既設コンセントの電源電圧が各プラグ差込部1aに供給されることになる。
図2は、各筐体5、6を取り外したときのテーブルタップ1の外観図である。
図2に示されるように、テーブルタップ1には第1〜第3のバスバー11〜13が設けられる。これらのバスバー11〜13は、例えば、真鍮板等の金属板を型抜きしてそれを曲げ加工して作製され得る。
各バスバー11〜13のうち、第1のバスバー11と第2のバスバー12は、それぞれ第1の電源線と第2の電源線として供されるものであり、電源コード3(図1参照)を介してそれぞれ交流電源ACの両極A+、A-に電気的に接続される。そして、第3のバスバー13は電源コード3を介して接地電位に維持される。
また、第1のバスバー11は、コンセントプラグ7の第2のプラグ刃9を受容する複数の第1のコンタクト11aを有する。
一方、第2のバスバー12は、その延在方向に沿って一定間隔で挟持片12aを有する。
挟持片12aの各々は分岐バー17を挟持しており、その分岐バー17の端部には一対の第2のコンタクト17aが設けられる。
第2のコンタクト17aは、既述の第1のコンタクト11aと対をなしており、コンセントプラグ7の第1のプラグ刃8を受容する。
そして、第3のバスバー13は、コンセントプラグ7のアース端子10を受容する複数の第3のコンタクト13aを有する。
各分岐バー17の下方には第1の回路基板20が設けられる。
第1の回路基板20には、分岐バー17からコンセントプラグ7に供給される電流を測定する複数の電流測定部30が設けられる。
図3は、電流測定部30とその近傍の拡大斜視図である。
電流測定部30は、分岐バー17の各々に対応して第1の回路基板20に固着された磁性体コア21を有する。磁性体コア21は、分岐バー17を流れる電流の周囲に発生する磁界を収束すべく形成され、その磁界の経路に沿って概略リング状に形成される。磁性体コア21の材料は特に限定されないが、本実施形態では入手が容易なフェライトを使用する。
また、電流測定部30は、磁性体コア21のギャップ21a内に設けられたホール素子22を有する。そのホール素子22は、ギャップ21a内の磁界の強さから分岐バー17を流れる電流の瞬時値I(t)を測定するのに使用され、はんだ付け等によって第1の回路基板20上に実装される。
電流測定部30は、このように第1の回路基板20に磁性体コア21やホール素子22を取り付けるだけで作製することができるので、テーブルタップ1の部品点数や組み立てコストの増大を抑制できる。
図4は、ホール素子22の回路図である。
図4に示されるように、ホール素子22は、ガリウム砒素系の感磁部23と作動増幅器24とを有する。
感磁部23は、電源端子22aと接地端子22bとの間に電圧Vccが与えられた状態で磁界に曝されると、その磁界の強さに応じた電位差ΔVを発生する。その電位差ΔVは、差動増幅器24において増幅された後、出力端子22cから電流測定信号Vsとして外部に出力される。
図5は、ホール素子22の平面図である。
図5に示すように、感磁部23は、感磁面PMの面内に位置するように、樹脂26によって封止される。そして、ホール素子22は、感磁部23を貫く磁界のうち、感磁面PMに垂直な成分を検出し、その成分の大きさに相当する電流測定信号Vsを上記の出力端子22cから出力する。
なお、各端子22a〜22cは、はんだ付け等により、第1の回路基板20(図3参照)内の配線と電気的に接続される。
上記のようなホール素子22は、カレント・トランスのような他の磁界測定素子と比較して素子の大きさが小さいので、テーブルタップの大型化を招くおそれがない。
更に、カレント・トランスは、磁界の時間的変動に伴って発生する誘導電流を利用して磁界の大きさを測定するため測定対象が交流磁界に限定されてしまうが、ホール素子22は静磁界の強さも測定できるという利点がある。
また、ホール素子22は、カレント・トランスと比較して安価であるため、テーブルタ
ップの高コスト化を防止できる。
図6は、ホール素子22の感磁面PMと分岐バー17との位置関係について説明するための斜視図である。
感磁面PMは、分岐バー17の延在方向D1に平行になるように設定される。このようにすると、分岐バー17を流れる電流から発生する磁界H1が感磁面PMを略垂直に貫くようになり、ホール素子22の電流検出感度が向上する。
また、本実施形態では、分岐バー17の延在方向D1を第2のバスバー12の延在方向D2と非平行にしたので、第2のバスバー12で発生した磁界H2が感磁面PMを垂直に貫くことがない。よって、分岐バー17で発生した磁界H1を測定すべく設けられたホール素子22が、第2のバスバー12で発生した磁界H2を誤って検出する危険性を低減できる。これにより、ホール素子22の磁界検出結果にH1以外の磁界の影響が含まれるクロストークを防止でき、ホール素子22による磁界H1の測定精度が向上する。
特に、分岐バー17の延在方向D1を第2のバスバー12の延在方向D2に垂直にすると、感磁面PMも延在方向D2に垂直になる。そのため、第2のバスバー12で発生した磁界H2が感磁面PMに垂直な成分を有さなくなり、ホール素子22がその磁界H2を誤って検出する危険性を更に低減できる。
図7は、上部筐体6を外した状態でのテーブルタップ1の外観図である。
図7に示すように、下部筐体5には、第2の回路基板25を収容する送信回路部27が区画される。
第1の回路基板20と第2の回路基板25の各々にはコネクタ35、36が設けられ、これらのコネクタ35、36には通信ケーブル37が接続される。
通信ケーブル37は、電源コード3から取り込まれた各ホール素子22(図3参照)の駆動に必要な電力を第1の回路基板20に供給したり、各ホール素子22の出力信号を第
2の回路基板25に送信したりする機能を有する。
図8は、送信回路部27の機能ブロック図である。
図8に示すように、送信回路部27は、記憶部31、ADコンバータ32、演算部33、出力ポート34、及び電圧測定部50を有する。
このうち、ADコンバータ32は、各ホール素子22から出力されたアナログ値の電流測定信号Vsをデジタル化してデジタル電流信号VIDを生成し、それを演算部33に出力する。
演算部33は、例えばMPU(Micro Processing Unit)であり、後述のようにプラグ差込部1a(図1参照)の各々における消費電力値を算出する。その算出結果は、出力データSoutとして演算部33から出力された後、演算部33と電気的に接続された出力ポート34を介して外部に出力される。
また、電圧測定部50は、第1のフォトカプラ41、第2のフォトカプラ42、第1のインバータINV1、及び第2のインバータINV2を備える。
このうち、第1のフォトカプラ41は、第1の発光ダイオード41aとその光を受光する第1のフォトトランジスタ41bとを備え、第1の発光ダイオード41aのカソードが第2のバスバー12に電気的に接続される。また、第1の発光ダイオード41aのアノードは、第1の抵抗R1を介して第1のバスバー11と電気的に接続される。
その第1の抵抗R1は、各バスバー11、12から第1の発光ダイオード41aに過大電流が流れるのを防止するように機能する。
第1のフォトトランジスタ41bのエミッタには第3の抵抗R3を介して電圧Vccが印加され、第1のフォトトランジスタ41bのコレクタは接地電圧に維持される。
これらエミッタ−コレクタ間にはエミッタ電流Ieが流れるが、そのエミッタ電流Ieの大小により第3の抵抗R3での電圧降下量が変わり、エミッタ電圧Veも変わる。
例えば、第1のフォトカプラ41がオフ状態の場合には第1のフォトトランジスタ41bがオフ状態となるため、第3の抵抗R3にはエミッタ電流Ieが流れず、エミッタ電圧Veは電圧Vccと同じハイレベルとなる。
一方、第1のフォトカプラ41がオン状態の場合には第1のフォトトランジスタ41bがオン状態になる。そのため、第3の抵抗R3にエミッタ電流Ieが流れるようになり、エミッタ電圧Veは第3の抵抗R3での電圧降下量分だけ電圧Vccよりも低くなり、ローレベルとなる。
そのようなエミッタ電圧Veは、後段の第1のインバータINV1において電圧レベルが反転されて第1の出力信号S1となる。
ここで、第1のフォトカプラ41は、第1の発光ダイオード41aに印加される順電圧が正の第1の閾値V1を超えた場合にオン状態となるように設定される。そのため、第1の出力信号S1の電圧レベルを監視することで、各バスバー11、12間の電源電圧の瞬時値V(t)が第1の閾値V1を超えたか否かを判断できる。
なお、第1のインバータINV1は、電圧Vccと接地電位との間で駆動する。電圧Vccの入力ノードには第1のキャパシタC1の一方の電極が接続され、これにより第1のインバータINV1に入力される電圧Vccが安定化する。
一方、第2のフォトカプラ42は、第2の発光ダイオード42aとその光を受光する第2のフォトトランジスタ42bとを備え、第2の発光ダイオード42aのカソードが第1のバスバー11に電気的に接続される。また、第2の発光ダイオード42aのアノードは、第2の抵抗R2を介して第2のバスバー12と電気的に接続される。
第2のフォトカプラ42とその後段の第2のインバータINV2の各機能は、上記した第1のフォトカプラ41と第1のインバータINV1の各機能に類似している。
例えば、第2のフォトカプラ42がオフ状態のときは、エミッタ電圧Veが電圧Vccと同様にハイレベルとなり、それを反転したローレベルの電圧が第2のインバータINV2から第2の出力信号S2として出力される。
そして、第2のフォトカプラ42がオン状態のときは、第4の抵抗R4における電圧降下が原因でエミッタ電圧Veが電圧Vccよりも低くなり、第2の出力信号S2がハイレベルになる。
なお、第2のインバータINV2においても、電圧Vccの入力ノードに設けられた第2のキャパシタにより、電圧Vccの安定化が図られる。また、第2のフォトカプラ42の前段に第2の抵抗R2を設けることで、各バスバー11、12から第2の発光ダイオード42aに過大電流が流れるのを防止することができる。
上記の第2のフォトカプラ42は、第2の発光ダイオード42aに印加される順電圧が正の第2の閾値V2を超えた場合にオン状態となるように設定される。そのため、第2の出力信号S2の電圧レベルを監視することで、各バスバー11、12間の電源電圧の瞬時値V(t)が第2の閾値V2を超えたか否かを判断できる。
図9は、上記した第1の出力信号S1、第2の出力信号S2、及び電源電圧の瞬時値V(t)のタイミングチャートである。なお、図9では、第1の出力信号S1と第2の出力信号S2とを合成した合成信号S3も併記してある。
また、電源電圧V(t)は、第1のバスバー11と第2のバスバー12の電位が同じときを0とし、第1のバスバー11の電位が第2のバスバー12よりも高いときを正としている。
図9に示されるように、第1の出力信号S1は、電源電圧の瞬時値V(t)が第1の閾値V1を超えたときにハイレベルとなる。
一方、第2の出力信号S2は、瞬時値V(t)が第2の閾値V2よりも低くなったときにハイレベルとなる。
一方、これらの各信号S1、S2を合成してなる合成信号S3は、各信号S1、S2のいずれもがローレベルであるときにローレベルとなる。
演算部33は、第1の出力信号S1の周期T1と第2の出力信号S2の周期T2のいずれか一方を電源電圧の周期Tと認識する。或いは、演算部33に対し、合成信号S3の周期T3の二倍を周期Tと認識させてもよい。
図10は、テーブルタップ1における電流のサンプリング方法について示すタイミングチャートである。
電流のサンプリングは、演算部33が、複数の分岐バー17(図2参照)の各々を流れる電流について個別に行う。
図10における複数の点線はサンプリング点の時刻を示す。そして、各サンプリング点における電流測定信号Vsの値が、演算部33によりサンプリングされる。
サンプリング周波数Fは特に限定されない。本実施形態では、上記の周期Tを均等に64分割することにより、サンプリング周波数Fとして64/Tを採用する。
電流測定信号Vsは、分岐バー17(図3参照)に電流Iが流れていない場合でも2.5V程度のデフォルト値V0を示す。そして、分岐バー17に電流Iが流れている場合は、電流測定信号Vsの値はデフォルト値V0から増減する。電流測定信号Vsがデフォルト値V0と比較して増えるか減るかは、分岐バー17に流れる電流Iの向きによる。
このように、デフォルト値V0は、分岐バー17に電流Iが流れていないときの電流測定信号Vsの値であり、電流測定信号Vsのゼロ点としての意義を有する。
演算部33は、時刻tにおける電流測定信号Vs(t)とデフォルト値V0との差δVに基づいて、時刻tに分岐バー17を流れる電流の瞬時値I(t)を算出する。
図11は、瞬時値I(t)の算出に使用されるテーブル90の模式図である。
このテーブル90は、差δVと瞬時値I(t)とを対応付けてなり、記憶部31に予め格納されている。演算部33は、このテーブル90を参照し、時刻tにおける差δVに対応する瞬時値I(t)を算出する。
但し、このようにデフォルト値V0を電流測定信号Vsのゼロ点と利用すると、次のような不都合がある。
図12は、その不都合について説明するためのタイミングチャートである。
図12の例では、図10の場合と比較して、各時刻における電流測定信号Vs(t)の値が本来の値(点線)よりもYだけシフトした場合を示している。このようなシフトは、ホール素子22が、隣のバスバー17を流れる電流から発生した磁界に曝されるとき等に生じる。
一方、デフォルト値V0は、電流Iが流れていないときの電流測定信号Vsの値であるため、各ホール素子22に固有の固定値である。よって、上記のように電流測定信号Vs(t)がシフトしてもデフォルト値V0は変動しない。
したがって、このように電流測定信号Vs(t)がシフトすると、電流測定信号Vs(t)とデフォルト値V0との差δVが本来の値から変動し、差δVに基づいて算出される電流の瞬時値I(t)の算出結果が不正確となる。
電流測定信号Vsのシフトは様々な原因で生じる。図13は、その原因の一例を示す斜視図である。
図13は、右から二番目の分岐バー17に電流Iが流れ、それ以外の分岐バー17には電流Iが流れていない場合を例示している。
この場合、電流Iにより発生した磁界が、複数の電流測定部30によって測定されてしまう。そのため、電流Iが流れていない分岐バー17の電流測定部30が上記の磁界を拾ってしまい、その電流測定部30の電流測定信号Vsが変動してしまう。
このような現象は、複数のプラグ差込部1a(図1参照)の一つに他のプラグ差込部1aと比較して大きな負荷を接続したときに顕著となる。
このような不都合を解消するために、以下のような方法で瞬時値I(t)を測定する方法もある。
図14は、上記のデフォルト値V0を利用せずに瞬時値I(t)を測定する方法について説明するためのタイミングチャートである。
図14における複数の点線は、図10と同様に、サンプリング点の時刻を示す。そして、各サンプリング点における電流測定信号Vsの値が演算部33によりサンプリングされる。
サンプリング周波数Fは、図10の場合と同様に64/Tである。
サンプリングが終了した後、演算部33は、周期Tにおける電流測定信号Vsの最大値Vmaxと最小値Vminを求める。
そして、演算部33は、最大値Vmaxと最小値Vminの中点Vavgを算出する。なお、中点Vavgは、Vavg=(Vmax+Vmin)/2により算出される。
電流測定信号Vsの波形が正弦波であれば、中点Vavgは、正弦波の変曲点に位置し、電流測定信号Vsのゼロ点としての意義を有する。
そこで、演算部33は、時刻tにおける電流測定信号Vs(t)と中点Vavgとの差δV(=Vs(t)−Vavg)に基づいて、時刻tに分岐バー17を流れる電流の瞬時値I(t)を算出する。その算出は、図11で説明したテーブル90を演算部33が参照することで行われる。
このような瞬時値I(t)の算出方法によれば、デフォルト値V0を利用しないため、磁界が原因で電流測定信号Vsの波形がシフトしても差δVが変動することがなく、瞬時値I(t)の算出結果が不正確になることはない。
但し、この方法にも次のような不都合がある。
図15は、その不都合について説明するためのタイミングチャートである。
図15の例では、電流測定信号Vsの上半分の波形のみが現れている。このような波形は、プラグ差込部1a(図1参照)に接続される電気機器において、電流が半波整流される場合に現れる。
このような波形の場合、電流測定信号Vsの本来のゼロ点は、電流測定信号Vsの最小値Vminであるが、中点Vavg(=(Vmax+Vmin)/2)は最小値Vminからずれた値となる。
そのため、中点Vavgを基準にして差δV(=Vs(t)−Vavg)を算出し、テーブル90(図11参照)を利用して差δVに対応する瞬時値I(t)を算出しても、その算出結果が不正確となってしまう。
なお、半波整流だけでなく、電流が全波整流される場合にも、上記と同じ理由で瞬時値I(t)の算出結果は不正確になる。
図16は、これにより生じる別の不都合について説明するための模式図である。
図16の例では、一つの分岐バー17に流れる電流I1が正弦波であり、他の分岐バー17に流れる電流I2が半波整流された場合を例示している。
この場合、半波整流された電流I2の電流測定信号Vsの中点Vavgを全てのプラグ差込部1aに共通のゼロ点にすると、電流I2の瞬時値の算出が不正確になるだけでなく、全波整流された電流I1の算出も不正確になってしまう。
これらに鑑み、本実施形態では、以下のような方法で電流の瞬時値を測定する。
図17は、本実施形態に係る電力測定方法について示すフローチャートである。
最初のステップP1では、全てのプラグ差込部1aに負荷が接続されていない状態で、演算部33が、ホール素子22から出力される電流測定信号Vsを取得する。電流測定信号Vsの取得は、複数のホール素子22の各々に対して個別に行われる。
次に、ステップP2に移り、ステップP1で測定した電流測定信号Vsの測定値を、演算部33が第1のゼロ点V01として記憶部31に格納する。そのゼロ点V01は、各ホール素子22に対応付けられて記憶部31に格納される。
このように負荷がない状態で測定された第1のゼロ点V01は、プラグ差込部1aの各々に固有の固定値である。
なお、ステップP1とステップP2を行うタイミングは特に限定されないが、テーブルタップ1を出荷する前に工場内でこれらのステップを行うのが好ましい。
続いて、ステップP3に移り、ユーザがテーブルタップ1の使用を開始する。使用に際しては、不図示の壁面コンセントにコンセントプラグ2(図1参照)を差し込み、各プラグ差込部1aに外部の電気機器を接続する。
次に、ステップP4に移る。本ステップでは、演算部33が、図10で説明したように、複数のプラグ差込部1aの各々について電流測定信号Vsをサンプリングする。電流測定信号Vsは、分岐バー17を流れる電流Iの測定値としての意義を有する。そのため、本ステップは、複数のプラグ差込部1aの各々から外部の電気機器に供給される電流の複数の時刻での測定値を求めるのと等価である。
次に、ステップP5に移り、演算部33が、ステップP4でサンプリングした電流測定信号Vsの値のうち、周期Tにおける最大値Vmaxと最小値Vminを求める。更に、演算部33は、最大値Vmaxと最小値Vminの中点Vavgを算出し、その中点Vavgの値を第2のゼロ点V02として記憶部31に格納する。
本ステップは、演算部33が各プラグ差込部1aの各々について行う。そして、第2のゼロ点V02の算出結果は、プラグ差込部1a毎に記憶部31に格納される。
また、固定値である第1のゼロ点V01とは異なり、上記のように実使用下における電流測定信号Vsを用いて算出された第2のゼロ点V02は、各プラグ差込部1aに接続された電気機器に依存した値となる。
特に、図15を参照して説明したように、電気機器内で電流が半波整流される場合には、第2のゼロ点V02は第1のゼロ点V01から大きく異なる値となり、第2のゼロ点V02を利用して瞬時値I(t)を算出してもその算出結果が不正確となってしまう。
このように、各ゼロ点V01、V02の差の大きさは、第2のゼロ点V02を利用して瞬時値I(t)を算出し得るかどうかの目安となる。
そこで、次のステップP6では、演算部33が、第1のゼロ点V01と第2のゼロ点V02との差(V02−V01)が基準値Vx以上であるかどうかを判断する。
基準値Vxの値は特に限定されないが、電流の波形が正弦波の場合(図14)と半波の場合(図15)とを区別できる値に基準値Vxを設定するのが好ましい。
例えば、最小値が−10mAで最大値が10mAの正弦波の電流に対し、電流測定信号Vsの最大値Vmaxと最小値Vminとの差が1mVであったとする。
この場合、最小値が0mAで最大値が10mAの半波の電流に対しては、電流測定信号Vsの最大値Vmaxと最小値Vminとの差は上記の1mVの半分の0.5mVとなる。よって、最大値Vmaxと最小値Vminの中点Vavgは、デフォルト値V0である2.5Vよりも0.25mV(=0.5mV/2)だけ大きな値となる。したがって、基準値Vxを2.5V+0.25mVに設定すれば、差(V02−V01)が基準値Vx以上ならば半波であり、差(V02−V01)が基準値Vx未満なら正弦波であるとの凡その目安がつく。
なお、基準値Vxの設定方法はこれに限定されず、ホール素子22の特性に応じて基準値Vxを適宜設定し得る。
そして、本ステップP6で差(V02−V01)が基準値Vx以上ではない(NO)と判断された場合にはステップP7に移る。
この場合は、第1のゼロ点V01と第2のゼロ点V02とが大きく離れていない。そのため、外部の電気機器において電流が半波整流されておらず、電流の波形は正弦波に近いと考えられるので、第2のゼロ点V02を利用して電流Iの瞬時値I(t)を算出してもその算出結果が不正確になることはない。
したがって、ステップP7では、演算部33が、第2のゼロ点V02を利用して電流Iの瞬時値I(t)をプラグ差込部1a毎に算出する。
例えば、演算部33は、時刻tにおける電流測定信号Vs(t)と第2のゼロ点V02との差δV(=Vs(t)−V02)に基づいて、時刻tに分岐バー17を流れる電流の瞬時値I(t)を算出する。その算出は、図11を参照して説明したように、演算部33が差δVに対応する瞬時値I(t)を読み取ることで行われる。
第2のゼロ点V02は、実使用下における電流測定信号Vsから得られるため、その値には電流測定信号Vsと同様に周囲の磁界の影響が反映されている。よって、上記の差δV(=Vs(t)−V02)においては周囲の磁界の影響が相殺されるため、当該磁界によって瞬時値I(t)の算出精度が低下するのを防止できる。
一方、ステップP6において差(V02−V01)が基準値Vx以上である(YES)と判断された場合にはステップP8に移る。
このように差(V02−V01)が大きいと、図15のように外部の電気機器において電流が半波整流されている可能性がある。よって、この場合に最大値Vmaxと最小値Vminの中点である第2のゼロ点V02を利用して電流の瞬時値I(t)を算出すると、その算出精度が低下してしまう。
そのため、ステップP8では、演算部33が第1のゼロ点V01を利用して電流Iの瞬時値I(t)を算出する。
例えば、演算部33は、時刻tにおける電流測定信号Vs(t)と第1のゼロ点V01との差δV(=Vs(t)−V01)に基づいて、時刻tに分岐バー17を流れる電流の瞬時値I(t)を算出する。
その算出は、図11を参照して説明したように、演算部33が差δVに対応する瞬時値I(t)を読み取ることで行われる。
このように第1のゼロ点V01を基準にすると、半波整流された電流のように上下が非対称の電流でもその瞬時値I(t)を正確に求めることができる。
上記したステップP7、P8を終了すると、ステップP9に移る。
ステップP9では、ステップP7とステップP8のいずれかで算出された瞬時値I(t)を利用し、以下のようにして複数のプラグ差込部1a毎に電力値を個別に算出する。
まず、演算部33は、次の式(1)に基づいて、電流Iの実効値Irmsを算出する。
Figure 2012105050
なお、実効値Irmsの算出方法としては、周期Tにおける電流Iのピーク値Imaxを利用する方法もある。その場合は、Irms=Imax/√2により実効値Irmsを算出する。この算出方法は、電流の波形が正弦波の場合には有効であるが、正弦波から外れた形の波形の場合には実効値Irmsの算出が不正確になるおそれがある。
よって、電流の波形によらずに実効値Irmsを正確に算出するには、上記の式(1)のように、周期Tにわたる瞬時値I(t)の二乗平均の平方根を実効値Irmsとするのが好ましい。
なお、実効値Irmsの算出は、複数のプラグ差込部1a毎に行われる。
更に、その実効値Irmsを利用して、演算部33が各プラグ差込部1aの各々について皮相電力値Sを次の式(2)から算出する。
Figure 2012105050
式(2)において、Vrmsは電源電圧の既知の実効値であり、日本国内ではVrmsは100Vである。
なお、電源電圧の実効値Vrmsは、負荷の状態により100Vから変動することがある。その場合は、後述の第3実施形態のように、各出力信号S1〜S3に基づいて、負荷の状態を反映したVrmsの値を推定するようにしてもよい。
ここまでのステップにより、各プラグ差込部1aに接続された複数の電気機器で消費されている皮相電力値Sが算出されたことになる。
その皮相電力値Sは、出力データSout(図8参照)に含められて、演算部33から出力ポート34に出力される。
以上説明した本実施形態によれば、図17のステップP7、P8のように、電流波形に応じて第1のゼロ点V01と第2のゼロ点V02とを使い分けて電流の瞬時値I(t)を算出するので、電流波形によらずに瞬時値I(t)の算出精度を高めることができる。
これにより、瞬時値I(t)から得られる皮相電圧Sも正確に算出することができ、各プラグ差込部1aにおける消費電力を精度良く求めることができる。
特に、第2のゼロ点V02は、実使用下における電流測定信号Vsから得られるのでその値には周囲の磁界の影響が反映されている。そのため、第2のゼロ点V02を利用して瞬時値I(t)を算出することで、周囲の磁界が原因で瞬時値I(t)の算出精度が低下するのを防止できる。
また、半波整流された電流のように、第2のゼロ点V02を利用したのでは瞬時値I(t)の算出が不正確になる場合には、電流に依存しない固定値である第1のゼロ点V01を利用することで、瞬時値I(t)の算出精度を維持できる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態で説明したテーブルタップを利用した電力測定システムについて説明する。
図18は、本実施形態に係る電力測定システム80について説明するための模式図である。
テーブルタップ1の使用に際しては、図18に示すように、壁面コンセント78にプラグ2を差し込む。
そして、テーブルタップ1の各プラグ差込部1aに、第1〜第4の電気機器71〜74のコンセントプラグ71a〜74aを差し込む。なお、全てのプラグ差込部1aを電気機器に接続する必要はなく、複数のプラグ差込部1aの中に未使用のものがあってもよい。
更に、パーソナルコンピュータ等の電子計算機76とテーブルタップ1の出力ポート34とをUSBケーブル等の信号ケーブル75で接続する。
このようにすると、既述の出力データSoutを介して、電気機器71〜74の各々における皮相電力値Sが電子計算機76に取り込まれる。その皮相電力値Sは、電気機器71〜74毎にモニタ77に表示される。
ユーザは、モニタ77を監視することにより、各電気機器71〜74においてどの程度の電力が消費されているかをリアルタイムに把握することができ、省エネルギ化のために各電気機器71〜74の電力を低減すべきかどうかの判断材料を得ることができる。
なお、ユーザの便宜に資するため、出力データSoutを利用して、モニタ77に各プラグ差込部1aから供給されている電流の瞬時値I(t)や実効電流値Irmsを表示してもよい。
また、電子計算機76内にデータベース76aを設け、そのデータベース76aに各電器機器71〜74の所定期間内における総電力を格納してもよい。これにより、電力を低減すべきかどうかの判断材料を更に増やすことができる。
上記した本実施形態によれば、上記のようにテーブルタップ1に接続された各電気機器71〜74の電力値を個別にモニタすることができ、省エネルギ志向のニーズにこたえることができる。
以上、各実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。例えば、第1実施形態では、図17のフローチャートの各ステップをテーブルタップ1の演算部33(図8参照)に実行させたが、これらのステップを電子計算機76に実行させるようにしてもよい。
(第3実施形態)
第1実施形態では、式(2)により皮相電力値Sを算出するに際し、電源電圧の実効値Vrmsとして既知の値(100V)を使用した。
但し、現実の実効値Vrmsは、プラグ差込部1a(図1参照)に接続される電気機器の状態により既知の値から変動することがある。
そこで、本実施形態では、以下のようにして現実の実効値Vrmsを推定する。
図19は、テーブルタップ1の実使用下における電源電圧の瞬時値V(t)と合成信号S3のタイミングチャートである。
なお、図19において、第1実施形態で説明したのと同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図19に示すように、実使用下では各プラグ差込部1aに接続する外部機器の負荷が原因で瞬時値V(t)のピーク値はVm(A)、Vm(B)、Vm(C)のように変動する。
そして、ピーク値が変動すると、瞬時値V(t)が各閾値V1、V2を越えるタイミングも変わるため、合成信号S3がローレベルとなる期間の長さXもX(A)、X(B)、X(C)のように変動する。
そのため、当該期間の長さXは電源電圧の実効値Vrmsを推定する目安に利用することができる。
本実施形態では、その期間の長さXと電源電圧の実効値Vrmsとが線形関係にあるとし、次の式(3)により実効値Vrmsを推定する。
Figure 2012105050
なお、式(1)におけるa、bは、実験的に予め求めておく定数である。
上記の式(3)では、合成信号S3がローレベルとなる期間の長さXを利用して実効値Vrmsを計算したが、本実施形態はこれに限定されない。
例えば、図19に示されるように、ピーク値Vmが変動すると、第1の出力信号S1がローレベルである期間の長さX0もX0(A)、X0(B)、X0(C)のように変わるので、当該長さX0を利用して実効値Vrmsを推定してもよい。
その場合、期間の長さX0と実効値Vrmsとが線形関係にあると仮定し、次の式(4)により実効電圧値Vrmsを推定し得る。
Figure 2012105050
式(4)において、α、βは、実験的に予め求めておく定数である。
本実施形態では、第1実施形態で説明した図17のフローチャートを実行するに際し、予め演算部32が式(3)又は式(4)に基づいて実効値Vrmsを算出しておく。そして、そのように算出した実効値VrmsをステップP9(図17参照)において利用し、第1実施形態の式(2)に基づいて皮相電力値Sを算出する。
以上説明した本実施形態によれば、式(3)又は式(4)を利用して電源電圧の実効値Vrmsを推定することで、皮相電力値Sの算出結果に電源電圧の実効値Vrmsの変動が反映され、第1実施形態よりも正確に皮相電力値Sを計算することができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、演算部33が電源電圧の瞬時値V(t)を以下のように算出し、それをプラグ差込部1a毎の電力の計算に使用する。
まず、第3実施形態の式(3)に従って電源電圧の実効値Vrmsを算出した後、演算部33は次の式(5)に基づいて電源電圧の瞬時値V(t)を算出する。
Figure 2012105050
なお、式(5)において、ωは電源電圧の角振動数であって、テーブルタップ1の使用地域において定められた値を使用し得る。
また、第3実施形態の式(4)に従って電源電圧の実効値Vrmsを算出する場合は、演算部33は次の式(6)に基づいて電源電圧の瞬時値V(t)を算出すればよい。
Figure 2012105050
そして、これらの式(5)又は式(6)から算出した瞬時値V(t)と、第1実施形態のステップP7又はステップP8(図17参照)において算出した電流の瞬時値I(t)とを利用して、演算部33が次の式(7)に基づいてプラグ差込部1a毎の有効電力値Pを算出する。
Figure 2012105050
このように皮相電力Sだけでなく有効電力値Pをも算出することで、ユーザの便宜に資することができるようになる。
(第5実施形態)
図20は、本実施形態に係るテーブルタップ101の外観図である。なお、図20において、第1実施形態で説明したのと同一の機能を有する要素には第1実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図20に示すように、このテーブルタップ101では、複数のプラグ差込部1aの各々に対応してスイッチ102を設ける。
図21は、下部筐体5と上部筐体6を外した状態でのテーブルタップ101の斜視図である。
各スイッチ102はロッカースイッチであって、ユーザがボタン102xをオン側やオフ側に押すことで、第2のバスバー12に各分岐バー17を電気的に接続させたり、第2のバスバー12から各分岐バー17を電気的に遮断したりすることができる。
また、第1の回路基板20には、磁性体コア21(図3参照)を収容するカバー108がネジ110により固定される。
図22は、図21の構造から第1の回路基板20、スイッチ102、及びカバー108を除いた状態での斜視図である。
なお、図22において、第1実施形態で説明したのと同じ機能を有する要素には第1実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図22に示すように、本実施形態では、第2のバスバー12に第4のコンタクト12eを設けると共に、分岐バー17の先端に第5のコンタクト17eを設ける。
更に、第1〜第3のバスバー11〜13の他に、各スイッチ102が内蔵するLED等の光源に電力を供給するための補助バー104を設ける。
その補助バー104は、真鍮板等の金属板を型抜きしてそれを曲げ加工することで作製され、各スイッチ102に対応した複数の枝104aを有する。そして、その枝104aの先端には、枝104aの延在方向から垂直方向に屈曲した第6のコンタクト104eが形成される。
図23は第1のバスバー11と補助バー104の斜視図である。
図23に示すように、第1のバスバー11と補助バー104は、接続ケーブル110によって互いに電気的に接続され、互いに同電位にされる。
一方、図24は第2のバスバー12の斜視図であり、図25は第3のバスバー13の斜視図である。
これらのバスバー12、13も真鍮板等の金属板を型抜きしてそれを曲げ加工することで作製され得る。
また、図26は、本実施形態に係る分岐バー17の斜視図である。
図26に示すように、分岐バー17の端部には、第2のコンタクト17aの延長部17yが設けられる
図27は、テーブルタップ101の分解斜視図である。
図27に示すように、カバー108は、その内側に磁性体コア21を収容する大きさを有し、分岐バー17が挿通するスリット108aを備える。
更に、そのカバー108の底部には二つの嵌合突起108bが設けられる。その嵌合突起108bは第1の回路基板20に設けられた嵌合孔20eに嵌合し、それによりカバー108と第1の回路基板20とが位置決めされる。
このように磁性体コア21毎にカバー108を設け、ネジにより第1の回路基板20にカバー108を固定することで、第1の回路基板20上での磁性体コア21の安定性が向上する。
一方、スイッチ102には第1〜第3の端子102a〜102cが設けられる。これらの端子102a〜102cは、それぞれ上記の第4のコンタクト12e、第5のコンタクト17e、及び第6のコンタクト104eに嵌合する。
図28は、このスイッチ102を含むテーブルタップ101の回路図である。なお、図30では、アース線となる第3のバスバー13については省いてある。
図28に示すように、各スイッチ102は、光源120と二枚の導電刃118を有する。これらの導電刃118はボタン102x(図21参照)と機械的に接続されており、ボタン102xの操作によりスイッチ102がオン状態になると、分岐バー17と枝104aとが同時に第2のバスバー12に電気的に接続される。
このようにオン状態になると光源120が発光し、その光によって透光性のボタン102x(図21参照)の全体が照らされて、スイッチ102がオン状態であることをユーザが知ることができる。
なお、本実施形態に係るテーブルタップ101も、図8と同じ回路構成の送信回路部27を有し、第1実施形態と同じ電力測定方法を行うことができる。
以上説明した本実施形態によれば、図20に示したように、各プラグ差込部1aの各々にスイッチ102を設ける。これにより、プラグ差込部1aに接続されている電気機器が不使用の場合、そのプラグ差込部1aに対応したスイッチ102をオフにすることで、プラグ差込部1aから電気機器に供給される電力を遮断して、当該電気機器の待機電力をカットすることができる。
更に、図27に示したように、カバー108の内側に磁性体コア21を収容し、第1の回路基板20にカバー108を固定することで、回路基板20上で磁性体コア21が位置ずれし難くなり、回路基板20への磁性体コア21の取り付けの安定性が向上する。
以上、各実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。
例えば、上記では、図1や図20のようにテーブルタップ1、101に複数のプラグ差込部1aが設けられた場合について説明したが、一つのプラグ差込部1aのみをテーブルタップ1、101に設けるようにしてもよい。

Claims (20)

  1. プラグ差込部と、
    前記プラグ差込部から外部の電気機器に供給される電流を測定して、該電流の大きさに対応した測定信号を出力する電流測定部と、
    前記測定信号に基づいて複数の時刻での前記電流の瞬時値を求め、該瞬時値を利用して、電力値を算出する演算部とを備え、
    前記演算部が、第1のゼロ点と第2のゼロ点のいずれか一方を基準にして前記電流の前記瞬時値を求めることを特徴とするテーブルタップ。
  2. 前記第1のゼロ点と前記第2のゼロ点の少なくとも一方を記憶する記憶部を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のテーブルタップ。
  3. 前記第1のゼロ点は固定値であり、
    前記第2のゼロ点は、所定期間内における前記測定信号の最大値と最小値の中点であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のテーブルタップ。
  4. 前記プラグ差込部が複数設けられると共に、該プラグ差込部の各々に対応して前記電流測定部が複数設けられ、
    前記最大値と前記最小値は、前記プラグ差込部毎に前記演算部が求めることを特徴とする請求項3に記載のテーブルタップ。
  5. 前記プラグ差込部が複数設けられると共に、該プラグ差込部の各々に対応して前記電流測定部が複数設けられ、
    前記固定値は、前記プラグ差込部毎に予め定められていることを特徴とする請求項3に記載のテーブルタップ。
  6. 前記固定値は、前記プラグ差込部に負荷が接続されていない状態での前記測定信号の値であることを特徴とする請求項3に記載のテーブルタップ。
  7. 前記電流測定部は、前記電流で発生した磁界に曝されるホール素子を有し、
    前記測定信号は、前記ホール素子の出力電圧であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のテーブルタップ。
  8. 前記電流測定部は、
    前記電流が流れるバーと、
    前記バーを囲うと共に、ギャップが形成された磁性体コアとを備え、
    前記ホール素子が前記ギャップ内に設けられたことを特徴とする請求項7に記載のテーブルタップ。
  9. 前記ホール素子の感磁面は、前記バーの延在方向に平行であることを特徴とする請求項8に記載のテーブルタップ。
  10. 前記プラグ差込部が複数設けられると共に、該プラグ差込部の各々に対応して前記電流測定部が複数設けられ、
    前記演算部は、前記電流の前記瞬時値から該電流の実効値を求め、該実効値を利用して前記電力値を前記プラグ差込部毎に算出することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のテーブルタップ。
  11. 前記演算部は、電源電圧の実効値に前記電流の前記実効値を乗じることにより、前記電力値として皮相電力値を算出することを特徴とする請求項10に記載のテーブルタップ。
  12. 第1の電源線と、
    前記第1の電源線と電気的に接続され、前記電気機器の一方のプラグ刃を受容する第1のコンタクトと、
    前記第1の電源線との間に電源電圧が印加される第2の電源線と、
    前記第2の電源線と電気的に接続され、前記電気機器の他方のプラグ刃を受容する第2のコンタクトとを更に有することを特徴とする請求項11に記載のテーブルタップ。
  13. 前記第1の電源線と前記第2の電源線との間に電気的に接続された発光ダイオードを備え、前記電源電圧が閾値を超えたときにレベルが変わる出力信号を出力するフォトカプラを更に有し、
    前記演算部は、前記出力信号の周期を均等分割することによりサンプリング周波数を決定し、該サンプリング周波数で複数の前記時刻における前記瞬時値を求めることを特徴とする請求項12に記載のテーブルタップ。
  14. 前記演算部と電気的に接続され、前記電力値を含む出力データを外部に出力する出力ポートを更に有することを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載のテーブルタップ。
  15. 複数のプラグ差込部の各々から外部の電気機器に供給される電流の複数の時刻での測定値を得て、該測定値に対応した測定信号を取得するステップと、
    第1のゼロ点と第2のゼロ点のいずれか一方を基準にしながら、前記測定信号から前記電流の前記複数の時刻での瞬時値を求めるステップと、
    前記瞬時値を利用して、前記複数のプラグ差込部毎に電力値を個別に算出するステップと、
    を有することを特徴とする電力測定方法。
  16. 前記第2のゼロ点として、所定期間内における前記測定信号の最大値と最小値の中点を求めるステップと、
    前記第1のゼロ点と前記第2のゼロ点との差が基準値以上であるかどうかを判断するステップとを更に有し、
    前記瞬時値を求めるステップでは、前記差が前記基準値未満の場合に前記第2のゼロ点を基準にして前記瞬時値を求め、前記差が前記基準値以上の場合に前記第1のゼロ点を基準にして前記瞬時値を求めることを特徴とする請求項15に記載の電力測定方法。
  17. 前記第1のゼロ点として、前記プラグ差込部毎に予め定められた固定値を使用することを特徴とする請求項16に記載の電力測定方法。
  18. 前記固定値として、前記プラグ差込部に負荷が接続されていない状態での前記測定信号の値を使用することを特徴とする請求項17に記載の電力測定方法。
  19. 前記測定信号を取得するステップにおいて、前記電流により発生した磁界にホール素子を曝し、該ホール素子から出力される出力電圧を前記測定信号として取得することを特徴とする請求項15乃至請求項18のいずれか1項に記載の電力測定方法。
  20. 前記電力値を算出するステップにおいて、前記電流の前記瞬時値から該電流の実効値を求め、該実効値に電源電圧の実効値を乗ずることにより、前記電力値を算出することを特徴とする請求項15乃至請求項19のいずれか1項に記載の電力測定方法。
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