(57)【要約】      （修正有）【課題】計測部が出力するエネルギーにより駆動され無線によって発信を行うシステムにおいて、計測部から得られるエネルギーが小さくても正確な測定を実現可能とする。【解決手段】電気設備内に配置された各種センサー１０〜１２は、計測部が出力するエネルギーにより駆動され無線によって、計測値をパソコン１４等に送信する。データ収集周期Ｔにおいて、各種センサーはスタンバイ状態と計測・送信状態の２つのモードを持つ。スタンバイ状態において計測部出力をキャパシタの充電に利用し、計測・送信状態時はこのキャパシタから給電を受けて、計測を行い計測値を送信する。周期Ｔは、計測部からのエネルギーで自己の電源を保証できる充電時間と、計測・送信に要する時間の和よりも大きなものとする。また、計測部からのエネルギーが小さい場合には、次の計測・送信時間に２回分の計測値を送信したり、充電時間を延長できるようにしてもよい。【選択図】図１
2010055356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気設備の計測対象に設置された測定・電源部と、
上記測定・電源部から得られるエネルギーを電源用のエネルギーに変換する変換部と、  キャパシタに上記エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部と、
エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギーを使って、上記測定・電源部で測定された変量のデータ処理を行う計測・演算部と、
計測・演算部の内部にあって送信不可能な場合に計測値を保存する不揮発メモリと、
計測・演算部の出力を無線で発信する発信部と、
上記各部を制御する制御部と、から構成される自己電源型のセンサーと、  上記自己電源型のセンサーからの無線通信を受信する監視端末とから構成される設備データ収集システムであって、
上記自己電源型のセンサーは、
上記発信部からの発信を実施しない時間帯に、前記測定・電源部から得られるエネルギーを前記変換部により変換し、前記エネルギー蓄積部に蓄積し、
上記発信部からの発信を実施する時間帯に、前記エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギーを利用して発信を実施する
ことを特徴とする設備データ収集システム。
【請求項２】
前記自己電源型のセンサーは、不揮発性メモリを有し、
発信時に、エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギーが十分でない場合、計測を行って、発信を行なわずに、計測により得られたデータを前記不揮発メモリに蓄積し、
エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギーが十分になった次の送信時に、不揮発メモリに値を蓄積されたデータを合わせて発信する
ことを特徴とする請求項１に記載の設備データ収集システム。
【請求項３】
前記自己電源型のセンサーは、データの発信のタイミングを、前記エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギー量により調整する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の設備データ収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気設備について保守支援や消費電力測定等を目的として設置されるセンサーを有する設備データ収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、設備が消費しているエネルギー等について細かく計測することが求められている。電気設備の場合、ビルや工場といった施設全体のエネルギー消費量については電力会社によって設置された電力量計によって電力量として把握することができるが、モータや照明といった個々の負荷については把握が容易ではない。
【０００３】
個々の負荷によって消費されるエネルギーを正確に把握することは、電気設備全体の消費エネルギーを削減するためにも必要である。個別の負荷を重点的に調査する場合は、可搬型の機器を使って一定期間設置することも可能であるが、ビル全体の季節変動を確認するような長期間のデータを多くの負荷について収集するような場合、各負荷に設置した個々のセンサーから自動的に計測値を収集するようなシステムが有効である。
【０００４】
このようなセンサーを建物内の広い範囲に設置する場合、通信方法としては通信ケーブルの代替として無線通信を採用することが望ましい。その場合、計測と発信において必要なエネルギーをどのように供給するかが課題となる。
なお、上記課題に対して、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１に記載のものは、電力線に設置された変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、以下ＣＴという）により、電流計測、電源供給を可能としたものである。
【特許文献１】特開２００２−１３１３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものは、電力線を流れる電流の計測およびその電源供給に特徴を持つ電流計測装置に関する発明である。
特許文献１で述べられている電流計測装置は、電力線に設置された変流器（ＣＴ）から整流回路を通して、計測や通信に必要なエネルギーを得ている。
バックアップ電源回路はキャパシタを内蔵しており、計測・発信時にＣＴからの出力が不足する場合はキャパシタから給電を行う。キャパシタには、スタンバイ時に充電が行われる。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のものでは、スタンバイ時に電力線へ流れる電流がキャパシタ充電に必要な最小の電流値よりも小さい場合、キャパシタへの充電が十分でないため、計測時刻となっても電流計測装置はキャパシタからの給電を行うことができない。
また、電力線へ流れる電流が小さい場合はＣＴからの出力も十分でない。ＣＴからの出力が不足し、かつキャパシタからの給電が行われない場合、計測・発信をおこなうことができず、その時刻の測定値が欠如するという問題が発生する。
また、ＣＴからの出力によって電流の計測とセンサーの駆動を同時に行うためには、ある程度ＣＴからの出力が必要である。小さな電流を計測する場合、ＣＴにおいて計測機能と電源機能の両立を実現することは難しい。
【０００７】
以上のように、従来においては、ＣＴ等の計測部の出力が不足している場合、計測・発信をすることができず、一部の計測データが欠損する場合も生じた。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、計測部が出力するエネルギーによりセンサーが駆動され無線によって通信を行う設備データ収集システムにおいて、計測部から得られるエネルギーが小さな値であっても、正確な測定を実現することができ、データ欠損をすることがない設備データ収集システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記課題を次のように解決する。
（１）電気設備の計測対象に設置された測定・電源部と、この測定・電源部から得られるエネルギーを電源用のエネルギーに変換する変換部と、キャパシタに上記エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部と、エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギーを使って、上記測定・電源部で測定された変量のデータ処理を行う計測・演算部と、計測・演算部にあって送信不可能な場合に計測値を保存する不揮発メモリと、計測・演算部の出力を無線で発信する発信部と、上記各部を制御する制御部と、から構成される自己電源型のセンサーと  上記センサーからの無線通信を受信する監視端末とから構成される設備データ収集システムにおいて、上記自己電源型のセンサーは、計測・発信を実施しないスタンバイ状態においては前記測定・電源部出力を前記エネルギー蓄積部に組み込まれたキャパシタの充電に利用し、計測・発信実施時は前記エネルギー蓄積部に蓄積されたキャパシタから給電を受けることによって、前記測定部の出力を発信する。
（２）上記（１）において、発信時刻の到来時に前記エネルギー蓄積部に組み込まれたキャパシタの電圧が十分でない場合、計測を行って計測・演算部内の不揮発メモリ領域に書き込み、次の発信時刻の到来時にメモリ領域へ書き込まれた前回の計測値も合わせて発信する。
（３）上記（１）（２）において、発信時刻の到来時に前記エネルギー蓄積部に組み込まれたキャパシタの電荷が十分でない場合、計測を行って、データの発信のタイミングを、前記エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギー量により調整する。すなわち、前記計測・演算部にて、エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギー量より、発信に必要なエネルギー量に達するまでの延長時間を計算し、該延長時間経過後に、発信を行なう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）スタンバイ状態においては測定・電源部出力を前記エネルギー蓄積部のキャパシタの充電に利用し、発信実施時は前記エネルギー蓄積部に蓄積されたキャパシタから給電を受けることによって、前記測定部の出力を発信するようにしたので、外部からの電源供給を必要とせず動作する自己電源型のセンサーを実現することが可能となる。
このため、電池切れによる使用時間の制約、および計測データが取得できないときの電池の充電有無の調査等を行う必要がなくなる。また、電源ケーブルも通信ケーブルも不要かつ電池交換も不要となることで、センサーの配置自由度が増大し、適切な場所にセンサーの設置が可能となることから、設備データ収集システムを容易に構築できる。
（２）エネルギー蓄積部に組み込まれたキャパシタの電圧が十分でない場合、計測を行って不揮発メモリ領域に書き込み、次の発信時刻の到来時にメモリ領域へ書き込まれた前回の計測値も合わせて発信することにより、計測・電源部から得られるエネルギーが小さな値であっても、正確な測定を実現することができ、また、データ欠損を防ぐことができる。
（３）エネルギー蓄積部に組み込まれたキャパシタの電荷が十分でない場合、計測を行って、データの発信のタイミングを、前記エネルギー蓄積部に蓄積されたエネルギー量により調整するようにすれば、計測・電源部から得られるエネルギーが小さな値であっても、計測したデータを発信できないといったことが生ずることがなく、データの欠損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の実施形態の設備データ収集システムの全体構成図、図２は本発明の実施形態の電流センサーの基本構成、図３は本実施形態の基本的な動作説明図、図４は実施形態１の動作説明図、図５は実施形態１のフローチャート、図６は実施形態２の動作説明図、図７は実施形態２のフローチャートである。
図８は実施形態２における送信間隔についての説明図である。以下、図にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
本発明の実施形態の設備データ収集システムは、図１で示すように電気設備１００内に配置された電流センサー１０、電力センサー１１、電圧センサー１２等（以下、本明細書では単に各センサーという）と、管理事務所２００または電気設備１００に設置された送送送受信機１３、集計やデータ管理を行うパソコン１４または遠隔監視端末１５、集計データを取り出すためのメモリカード１６または通信回線１７からなる。各センサーは送受信機１３と無線にてデータのやり取りを行うように予め設定されている。
【００１２】
続いて、計測の流れについて説明する。定期的な計測の場合、パソコン１４または遠隔監視端末１５から送受信機１３を経由して、各種センサー１０・１１・１２へ計測の命令を送信し、この命令が各種センサーに到達すると、各センサーは計測を行い、結果を無線にて送送受信機１３へ送信する。
送受信機１３はパソコン１４または遠隔監視端末１５へ受信内容を送信し、パソコン１４または遠隔監視端末１５は各センサーからの受信内容に基づき計測値を計算して画面やメモリカード１６、通信回線１７に出力する。各センサーと送受信機１３間の通信には特定小電力無線を用いる。
【００１３】
各種センサー１０〜１２は、上述したように種々の変量を計測するセンサーから構成されるが、ここでは、電流センサー１０について説明する。その他の電力センサー１１、電圧センサー１２なども、同様な構成を有する。
図２に電流センサーの構成を示す。
被測定ケーブル２１に交流が印加すると電流測定・電源部２２のＣＴ２２ａの二次側に起電力が発生する。スタンバイ時は変換部２５内にある整流回路２３のダイオードブリッジおよび電源安定化回路２４を通してエネルギー蓄積部２６のキャパシタ２６ａに蓄積される。また、整流回路２３に直列接続された抵抗Ｒ１の両端には、測定値に対応した電圧が発生し、この電圧は増幅器Ａ１で増幅されて計測・演算部２７に送られる。
計測時はエネルギー蓄積部２６のキャパシタ２６ａに蓄積されたエネルギーを使って計測・演算部２７を駆動し、上記増幅器Ａ１で増幅された測定値信号について、サンプリングや実効値演算といった計測およびデータ処理を行う。発信部２８は、ＲＦトランシーバ２８ａとアンテナ２８ｂを有し、エネルギー蓄積部２６に蓄積されたエネルギーを使って駆動され、計測・演算部２７の出力を無線によって送信する。これらの各部の制御は、制御部２９が行う。また、計測・演算部２７には不揮発メモリ３０を設けて、送信部２８から送信するデータを不揮発メモリ３０に格納する。
【００１４】
変流器２２ａについては、任意のケーブルを一次巻線として貫通するだけの貫通型変流器であって、しかも鉄心分割のリング状貫通型変流器とすれば、ケーブルの切断や変圧器との接続作業を不要とし、取り付け・取り外しが容易になっている。また、必要な電源容量に応じて１台以上直列接続してエネルギーを取り込んでもよい。
なお、エネルギー蓄積部２６に使用するキャパシタ２６ａの容量については、計測・演算部２７および発信部２８が稼動するのに十分な静電容量を持つ素子を用意する。エネルギー蓄積部２６の要素としては、キャパシタの代わりに２次電池とその充電回路を使用してもよい。
さらに、送信部２８から送信する内容については、予め上記不揮発メモリ３０に上限値・下限値等を記憶させておき、計測値との判定結果を送信するような形態でもよい。また、同じく不揮発メモリ３０に基準値や前回の計測値を記憶させておき、計測値との差分を送信するような形態でもよい。
【００１５】
続いて、本発明に係る実施形態１の動作について説明する。
図３はスタンバイ、計測・発信のタイミングを示す図である。同図に示すように、周期Ｔの中でセンサーはスタンバイ状態と計測・発信状態の２つのモードを持つ。なお、これらの状態の切換等の制御は制御部２９で行なわれる。
スタンバイ状態において、エネルギー蓄積部２６のキャパシタ２６ａはＣＴ２２ａの一次側電流による二次側出力によって充電が行われるため、キャパシタ２６ａの電圧は上昇する。計測・送信状態において、ＣＴ２２ａの二次側出力は計測に使用され、計測・演算部２７および発信部２８にはエネルギー蓄積部２６から給電を行うため、キャパシタ２６ａの電圧は低下する。
周期Ｔは、自己電源を保証する最小電流Ｉmin における充電時間Ｔmin と、計測・送信に要する時間Ｔmtの和よりも大きくなければならない。周期Ｔが十分長い場合、Ｔmin を長くすることができるため、より小さなＩmin に対応することが可能となる。
【００１６】
続いて、本発明に係る実施形態２について説明する。
図４は本実施形態におけるスタンバイ、計測・送信のタイミングを示す図、図５は本実施形態のフローチャートである。
本実施形態においては、計測・演算部２７内のに不揮発メモリ３０に計測結果を格納する。また、図４、図５に示す計測・送信のタイミング等の制御は、制御部２９で行なわれる。
図４に示すように、測定・発信時刻の到来時にエネルギー蓄積部２６のキャパシタ電圧が計測及び発信に必要な電圧よりも小さい場合、計測を行って結果を不揮発メモリ３０に書き込む。
書き込まれた計測値については、次の測定時刻到来時、１電文としてまとめて送信を行う。遠隔監視端末１５は、１つのセンサーから２つの測定値が同時に届いた場合、電文を解析し前回の計測値と今回の計測値をそれぞれ記録する。
実施形態２の周期については、最初の発信時刻到来時に発信を行わない分の時間と２回目の発信時刻到来時に纏めて送信を行うために増える時間とを一致させることで、計測・発信タイミングのずれを防止する。
【００１７】
図５に実施形態２のフローチャートを示す。
図５において、計測時刻到来時にモードをスタンバイから計測・送信に切り換え（Ｆ１）、キャパシタ電圧を検知し（Ｆ２）、エネルギー蓄積部２６のキャパシタ２６ａの電圧が送信可能な電圧でなく、無線による送信が不可能な場合は電流計測を行い（Ｆ３）、および不揮発メモリ３０へ計測値と計測時刻を書き込む（Ｆ４）。
また、エネルギー蓄積部２６のキャパシタ２６ａの電圧が、無線による送信が可能な場合は、電流計測（Ｆ５）を行い、上記不揮発メモリ３０に前回の計測値がないか確認を行う（Ｆ６）。
不揮発メモリ３０に前回の計測値が残っている場合、データの結合を行って２つの計測値によって電文を作成し（Ｆ７）、無線による送信（Ｆ８）を行う。
前回の計測値が残っていない場合は、今回の計測値のみで電文を作成し（Ｆ９）、無線による送信を行う（Ｆ１０）。
完了後はモードを計測・送信からスタンバイへ戻す（Ｆ１１）。
【００１８】
次に、本発明に係る実施形態３について説明する。  
図６は、本実施形態におけるスタンバイ、計測・再計算、送信のタイミングを示す図、図７は、延長周期の範囲を説明する図、図８本実施形態のフローチャートである。
本実施形態においては、前記したように計測・演算部２７内の不揮発メモリ３０に計測結果を格納する。また、本実施形態における計測・再計算、送信のタイミング等の制御は、制御部２９で行なわれる。
図６において、測定・発信時刻の到来時にエネルギー蓄積部２６のキャパシタ電圧が計測及び発信に必要な電圧よりも小さい場合、計測を行ってキャパシタの充電に必要な延長時間Ｔｃを計算し、計測値を不揮発メモリ３０に書き込む。
Ｔｃ経過後、キャパシタの電圧が十分な場合は不揮発メモリ３０から計測値を読み出し、無線による送信を行う。
【００１９】
実施形態３において、延長周期Ｔｅは周期Ｔに計算される延長時間Ｔｃと計測・再計算（計算・再計算期間において、延長時間計算に要する時間）にかかる時間Ｔｍｒの和となる。延長周期Ｔｅの範囲について図７に示す。
実施形態３を使用できるのは周期Ｔが比較的長い場合であり、計測・送信時間をＴｍｔ、自己電源を保証する最小電流における充電時間をＴｍｉｎとすれば、図７に示すように、周期ＴからＴｍｔとＴｍｉｎの和を引いたものが延長周期Ｔｅのとりうる最大値となる。
【００２０】
図８に実施形態３のフローチャートを示す。
計測時刻到来時にモードをスタンバイから計測・送信に切り換え（Ｆ１２）、キャパシタ電圧を検知し（Ｆ１３）、送信可能な電圧か否かを判断し、無線による送信が不可能な場合は電流計測を行い（Ｆ１４）、延長周期Ｔｅの計算を行う（Ｆ１５）。
そして、算出された延長周期Ｔｅが図７に示す延長周期の範囲内か判定を行い（Ｆ１６）、範囲外である場合は無線による送信を行わない（Ｆ１７）。
範囲内である場合は、計測時刻と計測値を不揮発メモリ３０に書き込み（Ｆ１６）、延長周期Ｔｅによる送信時刻とフラグをセットする（Ｆ１８）。
一方、無線による送信が可能な電圧の場合は、延長フラグの設定を確認し（Ｆ１９）、フラグが設定されている場合は、不揮発メモリ３０上の時刻と計測値の送信を行う（Ｆ２０）。また、フラグが設定されてない場合は、通常の電流計測（Ｆ２１）を行い無線送信（Ｆ２３）を行う。
完了後はモードを計測・送信からスタンバイへ戻す（Ｆ２４）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】無線を利用した設備データ収集システムのブロック図である。
【図２】本発明に係る実施形態の自己電源型の電流センサーの基本構成図である。
【図３】実施形態１の動作を説明する図である。
【図４】実施形態２の動作を説明する図である。
【図５】実施形態２のフローチャートである。
【図６】実施形態３の動作を説明する図である。
【図７】実施形態３の延長周期の範囲を説明する図である。
【図８】実施形態３のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１００  巡回点検対象の電気設備
２００  管理事務所
１０    電流センサー
１１    電力センサー
１２    電圧センサー
１３    送受信機
１４    パソコン
１５    遠隔監視端末
１６    メモリカード
１７    通信回線
２１    被測定ケーブル
２２    電流測定・電源部
２２    変流器（ＣＴ）
２３    変換部
２４    整流回路
２５    電源安定化回路
２６    エネルギー蓄積部
２６ａ  キャパシタ
２７    計測・演算部
２８    発信部
２８ａ  ＲＦトランシーバ
２８ｂ  アンテナ
２９    制御部
２０    不揮発メモリ
【図１】
2010055356.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010055356.tif 000005
【図４】
2010055356.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010055356.tif 000008
【図７】
2010055356.tif 000009
【図８】
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