(57)【要約】【課題】センサユニットにおいて、電力の計測回路数が非常に多い場合においても、配線の耐ノイズ性や施工性を向上させる。【解決手段】センサユニット１は、計測対象となる回路に取り付けられる変流器１０と、変流器１０が取り付けられた回路の電力を計測するための電力計測ユニット２から送信され、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号を受信する信号送受信部１７と、変流器１０において計測されたアナログ電流値を、同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電流値に変換するＡＤ変換部１２と、デジタル電流値を電力計測ユニット２に出力するように制御する制御部１４とを備える。この構成により、センサユニット１は、電力の計測回路数が非常に多い場合においても、配線の耐ノイズ性や施工性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路の電流を計測する機能を有するセンサユニットであって、
計測対象となる回路に取り付けられる電流検出部と、
前記電流検出部が取り付けられた回路の電力を計測する電力計測ユニットから送信され、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号を受信する信号受信部と、
前記電流検出部において計測されたアナログ電流値を、前記同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電流値に変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル電流値、及び前記デジタル電流値を用いて算出された所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を前記電力計測ユニットに出力するように制御する制御部と、を備えることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記センサユニットは、前記電力計測ユニットからデジタル電圧値を取得し、当該デジタル電圧値と同期したデジタル電流値との乗算を行い、前記所定の電気量のデジタル値としてのデジタル電力値を演算する電力演算部をさらに備え、
前記制御部は、当該デジタル電力値を、前記電力計測ユニットに出力するように制御する、ことを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
【請求項３】
隣接する前記センサユニット間は渡り配線で接続される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記センサユニットは、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に一時的にバッファリングされた前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を、所定タイミングにおいて、前記電力計測ユニットに一括して出力するように制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記所定のタイミングは、前記信号受信部において前記電力計測ユニットから前記デジタル電流値又は前記所定の電気量のデジタル値の送信を要求する要求信号を受信したタイミング、又は前記同期信号の受信後における定期的なタイミングである、ことを特徴とする請求項４記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記センサユニットは、計測対象となる回路に取り付けられる毎に、通信用アドレスの割り振りを要求するアドレス設定要求を前記電力計測ユニットに対して送信すると共に、アドレス設定用信号であるパルス信号を受信した場合には、当該パルス信号のパルス幅に所定幅のパルスを追加し、接続された他のセンサユニットにアドレス設定用信号として送信するアドレス設定部をさらに備え、
前記アドレス設定用の信号線は、渡り配線で接続される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項７】
前記センサユニットは、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を圧縮するデータ圧縮部をさらに備え、
前記制御部は、前記データ圧縮部で圧縮されたデータを、前記電力計測ユニットに出力するように制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項８】
前記データ圧縮部は、電流波形の特徴量及び同一波形の継続時間に基づいてデジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を圧縮する、ことを特徴とする請求項７記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記センサユニットは、発報部を備え、
前記制御部は、電流値に異常が検出された場合、前記発報部における発報動作を作動させるように制御する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
前記制御部は、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値以外のデジタル物理量を、前記電力計測ユニットに出力するように制御する、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
前記制御部は、電線にデジタル情報を重畳させる電力線通信方式を用いる、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
前記センサユニットは、その筐体において、他のセンサユニットと相互に嵌合するための嵌合部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
多回路の電力を計測するための電力計測ユニットであって、
計測対象となる回路から電圧信号を検出する電圧検出部と、
前記請求項１〜１２の何れか一項に記載のセンサユニットに、定期的に、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号を送信する信号送信部と、
前記電圧検出部が受信したアナログ電圧値を、前記同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電圧値に変換するＡＤ変換部と、
前記センサユニットから、前記同期信号に基づいて前記デジタル電圧値と時間的に同期されたデジタル電流値、及び前記デジタル電流値を用いて算出された所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を受信する信号受信部と、
前記デジタル電流値、及び前記デジタル電圧値の各信号を用いて電力値を算出する電力演算部と、を備えることを特徴とする電力計測ユニット。
【請求項１４】
前記信号送信部は、少なくとも前記同期信号、当該同期信号と時間的に同期されたデジタル電圧値を含むシリアルデータを前記センサユニットに送信し、
前記信号受信部は、前記所定の電気量のデジタル値として、前記センサユニットで演算されたデジタル電力値を受信する、ことを特徴とする請求項１３記載の電力計測ユニット。
【請求項１５】
前記電力計測ユニットと複数の前記センサユニットとはカスケード接続される、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電力計測ユニット。
【請求項１６】
前記電力計測ユニットは、前記センサユニットに送信するデータを圧縮するデータ圧縮部をさらに備え、
前記信号送信部は、前記データ圧縮部で圧縮されたデータを、前記センサユニットに送信する、ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の電力計測ユニット。
【請求項１７】
前記データ圧縮部は、電圧波形の特徴量に基づいてデジタル電圧値を圧縮する、ことを特徴とする請求項１６に記載の電力計測ユニット。
【請求項１８】
前記信号送信部及び前記信号受信部は、電線にデジタル情報を重畳させる電力線通信方式を用いる、ことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の電力計測ユニット。
【請求項１９】
前記請求項１〜１２の何れか一項に記載のセンサユニットと、前記請求項１３〜１８の何れか一項に記載の電力計測ユニットとを備える、ことを特徴とする電力計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分電盤内などにおける回路に取り付けられて電流を計測するセンサユニット、当該センサユニットと接続されて回路の電力を計測する電力計測ユニット、及びこれらセンサユニット及び電力計測ユニットを用いる電力計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、住宅内やビルディングなどの施設に設けられた分電盤内における回路の電力を計測する際、変流器（ＣＴ：Current Transformer)が用いられる。一般的に、この変流器の受け側回路には電力計測ユニットが接続され、この電力計測ユニットは、変流器と接続される回路に負担抵抗を挿入して、この負担抵抗の両端の電圧を検出することで電流値を計測して電力演算を行う。
【０００３】
分電盤内における回路の電力計測には、従来、大きな電流が流れる主幹回路のみを計測する場合が殆どであったが、近年の消費電力の「見える化」の実現などのため、主幹回路から分岐された複数の分岐回路の電力も計測する必要がある。
【０００４】
このような電力計測システムの一例について図６を参照して説明する。電力計測システム１００では、負荷１０１が接続された分岐回路の電流計測において出力電流が数十ｍＡ程度である小型の変流器１０２（小型ＣＴ）が用いられる。変流器１０２の受け側回路には電力計測ユニット１０３が接続されている。電力計測ユニット１０３は、分電盤内の所定箇所に設置されて変流器１０２が設置された各回路の電力を計測する。また、電力計測ユニット１０３は、通信線を介してモニタを有するパソコンなどの外部の監視装置１０４に対して電力演算値を出力する。
【０００５】
また、図７（ａ）に示すような、多回路の電力計測を行う多回路電力装置１１０も開示されている（例えば、特許文献１参照）。この多回路電力装置１１０は、電力値の演算を行う電力演算回路１１１や、電路の電圧検出を行う電圧変換回路１１２を備え、分岐回路に取り付けられた複数の小型の変流器１１３と接続されている。
【０００６】
そして、図７（ｂ）に示すような、個別計測装置１２０のそれぞれに電源回路を設ける必要がなく、データを一括して収集できる多回路電力計測装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この多回路電力計測装置は、ＣＴ１２１と接続され、電力演算回路１２２を有する複数の個別計測装置１２０を備える。個別計測装置１２０は、電圧信号を、主装置１２３からアナログ信号線である電圧線１２４を介して受信して電力演算する機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８９０１２号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の電力計測システム１００や特許文献１に示すように、分電盤内の複数の分岐回路それぞれに複数（数十個など）の変流器が取り付けられる場合、計測回路数が非常に多くなり、変流器の取り付けや配線の取り回しなど施工が非常に複雑になる。
【０００９】
また、変流器との接続にアナログ信号線が用いられる場合、電流信号に外来ノイズなどが重畳しやすく、耐ノイズ性を十分配慮した回路設計が必要となってくる。具体的には、シールド線を用いるなどの対策が必要であり、部品コストが高くなるほか、使用される信号線が太くなるため、取り扱いにくくなるという問題がある。
【００１０】
さらに、複数の変流器が取り付けられた多回路の電力演算を、スター型配線などを用いて一の電力計測ユニットで集中して行う場合、当該電力計測ユニットにおいて多数の変流器からの信号線を受けるための多数の接続端子が必要となり、大型化の要因となっている。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力の計測回路数が非常に多い場合においても、配線の施工性や耐ノイズ性を向上させ、且つ高精度な電力値演算を可能にした小型のセンサユニット及び電力計測ユニットを提供することを目的とする。また、これらセンサユニット及び電力計測ユニットを用いる電力計測システムを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、回路の電流を計測する機能を有するセンサユニットであって、計測対象となる回路に取り付けられる電流検出部と、前記電流検出部が取り付けられた回路の電力を計測する電力計測ユニットから送信され、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号を受信する信号受信部と、前記電流検出部において計測されたアナログ電流値を、前記同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電流値に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル電流値、及び前記デジタル電流値を用いて算出された所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を前記電力計測ユニットに出力するように制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
このセンサユニットにおいて、前記電力計測ユニットからデジタル電圧値を取得し、当該デジタル電圧値と同期したデジタル電流値との乗算を行い、前記所定の電気量のデジタル値としてのデジタル電力値を演算する電力演算部をさらに備え、前記制御部は、当該デジタル電力値を、前記電力計測ユニットに出力するように制御することが好ましい。
【００１４】
このセンサユニットにおいて、隣接する前記センサユニット間は渡り配線で接続されることが好ましい。
【００１５】
このセンサユニットにおいて、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に一時的にバッファリングされた前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を、所定タイミングにおいて、前記電力計測ユニットに一括して出力するように制御することが好ましい。
【００１６】
このセンサユニットにおいて、前記所定のタイミングは、前記信号受信部において前記電力計測ユニットから前記デジタル電流値又は前記所定の電気量のデジタル値の送信を要求する要求信号を受信したタイミング、又は前記同期信号の受信後における定期的なタイミングであることが好ましい。
【００１７】
このセンサユニットにおいて、計測対象となる回路に取り付けられる毎に、通信用アドレスの割り振りを要求するアドレス設定要求を前記電力計測ユニットに対して送信すると共に、アドレス設定用信号であるパルス信号を受信した場合には、当該パルス信号のパルス幅に所定幅のパルスを追加し、接続された他のセンサユニットにアドレス設定用信号として送信するアドレス設定部をさらに備え、前記アドレス設定用の信号線は、渡り配線で接続されることが好ましい。
【００１８】
このセンサユニットにおいて、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を圧縮するデータ圧縮部をさらに備え、前記制御部は、前記データ圧縮部で圧縮されたデータを、前記電力計測ユニットに出力するように制御することが好ましい。
【００１９】
このセンサユニットにおいて、前記データ圧縮部は、電流波形の特徴量及び同一波形の継続時間に基づいてデジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値を圧縮することが好ましい。
【００２０】
このセンサユニットにおいて、発報部を備え、前記制御部は、電流値に異常が検出された場合、前記発報部における発報動作を作動させるように制御することが好ましい。
【００２１】
このセンサユニットにおいて、前記制御部は、前記デジタル電流値及び前記所定の電気量のデジタル値以外のデジタル物理量を、前記電力計測ユニットに出力するように制御することが好ましい。
【００２２】
このセンサユニットにおいて、前記制御部は、電線にデジタル情報を重畳させる電力線通信方式を用いることが好ましい。
【００２３】
このセンサユニットにおいて、その筐体において、他のセンサユニットと相互に嵌合するための嵌合部を有することが好ましい。
【００２４】
また、上記目的を達成するために本発明は、多回路の電力を計測するための電力計測ユニットであって、計測対象となる回路から電圧信号を検出する電圧検出部と、前記何れか一項に記載のセンサユニットに、定期的に、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号を送信する信号送信部と、前記電圧検出部が受信したアナログ電圧値を、前記同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電圧値に変換するＡＤ変換部と、前記センサユニットから、前記同期信号に基づいて前記デジタル電圧値と時間的に同期されたデジタル電流値、及び前記デジタル電流値を用いて算出された所定の電気量のデジタル値の少なくとも一方を受信する信号受信部と、前記デジタル電流値、及び前記デジタル電圧値の各信号を用いて電力値を算出する電力演算部と、を備えることを特徴とするものである。
【００２５】
この電力計測ユニットにおいて、前記信号送信部は、少なくとも前記同期信号、当該同期信号と時間的に同期されたデジタル電圧値を含むシリアルデータを前記センサユニットに送信し、前記信号受信部は、前記所定の電気量のデジタル値として、前記センサユニットで演算されたデジタル電力値を受信することが好ましい。
【００２６】
この電力計測ユニットにおいて、前記電力計測ユニットと複数の前記センサユニットとはカスケード接続されることが好ましい。
【００２７】
この電力計測ユニットにおいて、前記センサユニットに送信するデータを圧縮するデータ圧縮部をさらに備え、前記信号送信部は、前記データ圧縮部で圧縮されたデータを、前記センサユニットに送信することが好ましい。
【００２８】
この電力計測ユニットにおいて、前記データ圧縮部は、電圧波形の特徴量に基づいてデジタル電圧値を圧縮することが好ましい。
【００２９】
この電力計測ユニットにおいて、前記信号送信部及び前記信号受信部は、電線にデジタル情報を重畳させる電力線通信方式を用いることが好ましい。
【００３０】
また、上記目的を達成するために本発明は、前記何れかに記載のセンサユニットと、前記何れかに記載の電力計測ユニットとを備える電力計測システムであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るセンサユニットは、電力計測ユニットから電圧信号と時間的な同期をとるための同期信号を受信し、当該同期信号の同期タイミングに基づいて電流検出部において計測されたアナログ電流値をデジタル電流値に変換する。そして、このデジタル電流値を、信号線を介して定期的に電力計測ユニットに送信する。この構成により、本発明では、電流計測用のセンサユニットを電力計測ユニットと別体とし、且つ多回路にセンサユニットを取り付ける場合においても、高精度で電力値演算を実行でき、また、配線の耐ノイズ性や施工性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力計測システムの全体構成図である。
【図２】同上電力計測システムに備わる電力計測ユニット及びセンサユニット間におけるデジタルデータの送受信手順を示すシーケンス図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電力計測システムの全体構成図である。
【図４】同上電力計測システムに備わる電力計測ユニット及びセンサユニット間におけるデジタルデータの送受信手順を示すシーケンス図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）本発明の実施の形態３に係るセンサユニットの外観図である。
【図６】従来の電力計測システムの一例を示す構成図である。
【図７】（ａ）従来の電力計測装置の一例を示す構成図、（ｂ）従来の多回路電力計測装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るセンサユニット、電力計測ユニット、及び電力計測システムについて図面を参照して説明する。図１に示すように、電力計測システムＳは、複数のセンサユニット１Ａ〜１Ｃ（総称してセンサユニット１）、電力計測ユニット２を備え、例えば分電盤内などに配置される。この電力計測システムＳは、例えば一般住宅内やオフィスビル内において、分電盤から電力供給を受ける照明器具やパソコンなどの様々な負荷３の消費電力を監視して、電力の「見える化」を実現している。
【００３４】
センサユニット１は、回路の電流値を検出する電流検出部としての機能を有する。センサユニット１は、主幹回路から分岐した複数の分岐回路のそれぞれに配置されており、内部に備わる変流器（電流検出部）１０で計測されたアナログ電流値を、デジタル電流値として電力計測ユニット２に送信する。
【００３５】
電力計測ユニット２は、分電盤内の所定箇所に設置されてセンサユニット１が設置された各回路の電力を計測する機能を有する。電力計測ユニット２は、センサユニット１と信号線４ａ，４ｂ、電線４ｃ，４ｄ（総称して配線４）を用いて接続され、また、通信線を介してパソコンなどの外部の監視装置（図示せず）に電力計測値を出力する。なお、監視装置は、各分岐回路の電力情報を管理し表示する監視ユニットであり、各負荷３の電力使用に関するデータ収集を行い、データ解析のためグラフなどの表示を行うことで電力使用量の「見える化」を実現する。
【００３６】
負荷３は、分岐回路に接続された駆動電圧１００Ｖや２００Ｖの照明器具やパソコンのほか、空調機器やＩＨ機器などの様々な電気機器である。
【００３７】
信号線４ａは、データを送信するための信号線ＴｘＤとデータを受信するための信号線ＲｘＤとで構成され、センサユニット１と電力計測ユニット２との間でやり取りされるデジタル信号が流れる。信号線４ｂは、電線Ｌを流れる電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号が流れる同期信号線であり、この同期信号は、デジタル信号を用い、例えば同期タイミングに合わせたパルスを有している。信号線４ａ，４ｂにはデジタル信号が流されるため、外来ノイズに対する耐ノイズ性を向上させることができる。電線４ｃは、電源電圧線（Ｖｃｃ）であり、電線４ｄは、０Ｖ電圧線であるグランド（ＧＮＤ）線となる。
【００３８】
また、センサユニット１Ａは、他のセンサユニット１Ｂ，１Ｃと渡り配線で接続され、電力計測ユニット２とカスケード接続（多段接続）される。このため、本実施の形態では、従来のように一の電力計測ユニット２と全てのセンサユニット１Ａ〜１Ｃとの間の配線４をスター型配線（たこ足配線）にする必要がなくなり、配線４の施工性を向上させて、誤結線を未然に防止できる。また、電線にデジタル情報を重畳させる方式である電力線通信（ＰＬＣ（Power Line Communication））方式を用いることで、センサユニット１及び電力計測ユニット２間の配線４の数を更に減らすこともできる。
【００３９】
次に、本実施の形態１に係るセンサユニット１の機能構成に関して説明する。センサユニット１は、変流器１０、信号処理部１１、ＡＤ変換部１２、アドレスＳＷ１３、及び制御部１４を備える。
【００４０】
変流器１０は、電流を検出するために各回路の電流を一定の割合で小さくして信号線を介して信号処理部１１に供給する。変流器１０は、比較的小さな電流の流れる各分岐回路を流れる分岐電流を分岐回路毎に定期的に計測するために設置され、分岐回路の電線の所定位置に取り付けられる。なお、電流検出手段としては、変流器２に限定されるものではなく、例えば、ホール素子やシャントなどを備える他の電流センサを用いても構わない。
【００４１】
信号処理部１１は、変流器１０と接続される回路に挿入する負担抵抗を備え、変流器１０が設置された回路のアナログ電流値を計測する。ＡＤ変換部１２は、信号処理部１１において計測されたアナログ電流値を所定のサンプリング周期（例えば１ｍｓ）で、同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電流値に変換する。なお、このデジタル電流値は、一時的に制御部１４に備わるＲＡＭなどのメモリ部１５に蓄積（バッファリング）される。
【００４２】
アドレスＳＷ１３は、例えばＤＩＰスイッチであり、各センサユニット１Ａ〜１Ｃのアドレス設定を実現し、アドレス設定は、例えばセンサユニット１の施工時に行う。
【００４３】
制御部１４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）であり、信号送受信部１７において受信された同期信号の同期タイミングに基づいて変換されたデジタル電流値を、電力計測ユニット２に送信するように制御する。制御部１４は、メモリ部１５、データ圧縮部１６、及び信号送受信部１７を備える。
【００４４】
メモリ部１５は、ＡＤ変換部１２においてＡＤ変換されたデジタル電流値を一時的に記憶し、一時的に蓄積（バッファリング）されたデジタル電流値は、所定のタイミング（図２参照）で、電力計測ユニット２に一括してデジタル値として伝送される。これは、通信電文のヘッダや誤り訂正符号などが付加されるデジタル電流値を、ＡＤ変換部１２におけるＡＤ変換毎に電力計測ユニット２に伝送するとデータ送信効率が非常に悪くなるためである。従って、あるデータ量をメモリ部１５に一時的に蓄積し、所定のタイミングで電力計測ユニット２に一括して送信することにより、伝送効率を向上できる。
【００４５】
データ圧縮部１６は、電力計測ユニット２へ送信するデジタル電流値を圧縮する。データ圧縮部１６は、例えば、電流波形のピーク値、位相差、実効値などの特徴量や同じ波形の継続時間や波形数などを抽出してデータ圧縮する。特に、計測対象の電流波形が交流波形の場合は、一定波形が繰り返されるため、必要な特徴量を抽出して圧縮データとして送信することで、伝送データ量を軽減して伝送効率を向上させる。その結果、より多くのセンサユニット１を複数回路に取り付ける場合においても効率的で高精度な電力値計測が可能となる。
【００４６】
信号送受信部１７は、電力計測ユニット２から定期的に送信され、電流信号と電圧信号の時間的な同期を取るための同期信号や、その他の制御信号を受信する。また、デジタル電流値やその他のデジタル値を電力計測ユニット２に送信する。
【００４７】
次に、本実施の形態１に係る電力計測ユニット２の機能構成に関して説明する。電力計測ユニット２は、回路の電圧を検出する機能を有する電圧検出部２１、ＡＤ変換部２２、電力演算部２３、伝送回路部２４、及び信号送受信部２５を備える。
【００４８】
電圧検出部２１は、電線Ｌと端子で接続され、その内部において、電圧降圧回路や所定周波数帯の電圧信号を通過させるフィルタを通過した信号に対して電圧波形が例えば０〜５Ｖの範囲となるように適切なバイアスをかける加算回路などを備えている。ＡＤ変換部２２は、電圧検出部２１から受信するアナログ電圧値を、同期信号の同期タイミングに基づいてデジタル電圧値に変換する。
【００４９】
電力演算部２３は、センサユニット１から受信したデジタル電流値、及び電圧検出部２１で検出されるデジタル電圧値に基づいて、センサユニット１が取付けられた回路に接続される負荷３に供給される電力を演算するマイコンである。具体的には、電力演算部２３は、信号送受信部２５において受信したデジタル電流値と、ＡＤ変換部２２から出力されるデジタル電圧値を乗算する回路であり、電力（Ｗ）や所定時間において積算した電力量（Ｗ・ｓ）などの電力値を演算する。
【００５０】
伝送回路部２４は、例えば、ＲＳ４８５などに準拠した２線式シリアル通信回路を有し、通信線を介して相互に通信可能な外部の監視装置（パソコンなど）に電力演算値を送信する。信号送受信部２５は、電線Ｌを流れる電流信号と電圧信号との時間的な同期を取るための同期信号を、センサユニット１に対して定期的に送信する機能を有する。また、センサユニット１との間でやり取りされるその他の制御信号を送受信する。
【００５１】
次に、本実施の形態１に係るセンサユニット１と電力計測ユニット２との間のデジタル電流値の送受信手順に関し、図２を参照して説明する。
【００５２】
最初に、センサユニット１Ａの信号送受信部１７は、電力計測ユニット２から定期的（例えば１ｓ毎）に送信される同期信号を受信する（Ｓ３１）。この同期信号を受信すると、制御部１４は、当該同期信号の同期タイミングにＡＤ変換部１２のＡＤ変換タイミングを合わせ、また、他のセンサユニット１Ｂ，１ＣとＡＤ変換タイミングを一致させることができる。具体的には、制御部１４は、電力計測ユニット２から受信する同期信号の同期パルスのエッジを検出し、ＡＤ変換部１２におけるサンプリング（ＡＤ変換の開始）のタイミングを当該エッジ検出のタイミングに合わせる。この方法により、電力計測ユニット２のＡＤ変換部２２における電圧信号のＡＤ変換のタイミングと、センサユニット１のＡＤ変換部１２における電流信号のＡＤ変換のタイミングを正確に一致させることができる。
【００５３】
次に、制御部１４は、電力計測ユニット２から送信されたデジタル電流値の要求信号を受信すると（Ｓ３２）、自らのアドレスに対する要求信号であるか否かを判断する。そして、制御部１４は、アドレスＳＷ１３において設定された自らのアドレスと一致する場合、メモリ部１５に一時的に蓄積された所定期間のデジタル電流値のデータ群を、一括して電力計測ユニット２に応答データとして送信する（Ｓ３３）。
【００５４】
また、電力計測ユニット２は、接続されている他のセンサユニット１Ｂ，１Ｃに対しても、順次、要求信号（Ｓ３４，Ｓ３６）を送信してデジタル電流値の応答データを受信する（Ｓ３５，Ｓ３７）。なお、電力計測ユニット２は、必ずしも要求信号（Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３６）を送信する必要はなく、センサユニット１が同期信号（Ｓ３１）を受信した後の所定期間経過後において、自動的に電力計測ユニット２に対してデジタル電流値を送信する設定でも良い。
【００５５】
このように、センサユニット１は、ＡＤ変換部１２においてＡＤ変換を実施するタイミングを、同期信号で制御する。また、電力計測ユニット２は、電流信号と電圧信号とのＡＤ変換タイミングを同期させることで、電流計測用のセンサユニット１を電力計測ユニット２と別体とした場合においても、電力演算部２３の電力演算の精度を確保できる。例えば、デジタル電圧値とデジタル電流値のＡＤ変換のタイミングが位相で１°ずれると、力率０．５の場合、電力値に約３％もの誤差が発生する。本実施の形態１においては、センサユニット１と電力計測ユニット２におけるデジタル電圧値とデジタル電流値のＡＤ変換のタイミングを同期信号のタイミングに合わせることができ、力率０．５などといった条件においても高精度な電力値計測が実現できる。
【００５６】
以上の説明のように、本実施の形態１において、電力計測ユニット２は、同期信号をセンサユニット１に送信し、センサユニット１のＡＤ変換部１２は、当該同期信号の同期タイミングに基づいて電流値のデジタル変換を行う。一方、電力計測ユニット２の電力演算部２３は、同期信号の同期タイミングに基づいて同期されたデジタル電流値とデジタル電圧値を用いて電力値演算を行う。この構成により、電流計測用のセンサユニット１と電力計測ユニット２とを別体とし、電流検出機能を複数のセンサユニット１に設けた場合においても、電力計測ユニット２における高精度な電力値の計測を実行できる。
【００５７】
そして、隣り合うセンサユニット１間では渡り配線がなされ、センサユニット１Ａと電力計測ユニット２間はカスケード接続となる。このため、従来のように一の電力計測ユニット２と全てのセンサユニット１Ａ〜１Ｃとの間の配線４をスター型配線にする必要がなくなり、配線４の施工性を向上させて、誤結線を未然に防止できる。また、電力計測ユニット２に設けるセンサユニット１との接続端子数を少なくでき、電力計測ユニット２の小型化を図ることができる。
【００５８】
また、センサユニット１と電力計測ユニット２との間の通信は、信号線４ａ，４ｂを介したデジタル信号の通信となるため、外来ノイズなどに対する耐ノイズ性を向上させて、信号線４ａ，４ｂを引き回し可能な距離を伸ばすことができる。
【００５９】
なお、センサユニット１及び電力計測ユニット２間で送受信されるデジタルデータには、所定のプロトコルに従って、例えば温度計測値や、異常情報などのその他の物理計測データも含む。そして、この場合、電力計測ユニット２は当該物理計測データに基づいて様々な動作（例えば警報動作など）を実行できる。
【００６０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るセンサユニット、電力計測ユニット、及び電力計測システムに関して図３及び図４を参照して説明する。なお、上記実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同じ）。
【００６１】
図３において、実施の形態２に係るセンサユニット１は、上記実施の形態１の構成に加えて、電力演算部１８と、アドレス設定部１９と、発報部２０とを備える。センサユニット１と電力計測ユニット２間においては、データ（同期信号を含む）を送信するための信号線ＴｘＤと受信するための信号線ＲｘＤとから成る信号線４ｆがカスケード接続で配線される。
【００６２】
電力演算部１８は、電力計測ユニット２から送信されるデジタル電圧値と、このデジタル電圧値と時間的に同期されたデジタル電流値を用いて電力値の演算を行う。
【００６３】
アドレス設定部１９は、センサユニット１に固有のアドレスを設定する。上記実施の形態１に示すＤＩＰスイッチなどのアドレスＳＷ１３を用いたアドレス設定は、センサユニット１にスイッチ配置スペースを設ける必要があるためセンサユニット１が大型化し、また、アドレスの誤設定が生じる可能性がある。そこで、本実施の形態２では、センサユニット１間においてアドレス設定用信号のための信号線４ｅが渡り配線される。そして、電力計測ユニット２から信号線４ｅを介して所定幅のパルスを有するアドレス設定用信号がセンサユニット１Ａに送出されると、センサユニット１Ａの制御部１４は、受信したパルス幅に所定幅のパルスを追加する（図中の４ｇ〜４ｊ参照）。次に、センサユニット１Ａは、所定幅のパルスを追加した信号を、隣のセンサユニット１Ｂにアドレス設定用信号として送信する。この時、アドレス設定部１９は、受信したアドレス設定用信号のパルス幅を検出し、このパルス幅に応じて予め定義されたアドレスを、自装置のアドレスとして設定する。
【００６４】
このように、隣り合うセンサユニット１同士でアドレス設定用信号を受け渡すことにより、ＤＩＰスイッチ等の設定を行うことなくセンサユニット１のアドレス設定を実行できる。このため、センサユニット１を小型化して、アドレスの誤設定を防止できる。このように各センサユニット１にはアドレス設定部１９において個々のアドレスが設定される。このため、電力計測ユニット２からの所定のプロトコル（伝送シーケンス）により、各センサユニット１同士のデータ衝突を防ぐことができ、整然とデジタルデータの送受信を実行できる。
【００６５】
発報部２０は、制御部１４から制御指令を受けた場合にＬＥＤを用いた光の点滅や、スピーカからの音の発報をユーザに対して行う。制御部１４は、例えば電流値である過電流検出などの判定を行い、所定の閾値を超える場合、発報部２０に制御指令を送信する。この構成により、電力計測ユニット２のメインＣＰＵの負荷を軽減でき、さらに、施工者は、どの回路で異常が発生しているかを極めて容易に特定できる。なお、センサユニット１の施工時において発報部２０を点灯させることでアドレスチェックにも利用できる。
【００６６】
信号送受信部１７は、少なくとも電力計測ユニット２の信号送受信部２５から送信される同期信号及び当該同期信号に時間的に同期されたデータ要求信号を含むシリアル信号を受信する。すなわち、電力計測ユニット２の信号送受信部２５は、データ要求信号のパルスの送出タイミングと、同期信号のパルスのタイミングを一致させる。より具体的には、信号送受信部２５から送信されるシリアル信号はＨＩＧＨ／ＬＯＷのパルス列で構成されている。この送信電文のパルス列の最初の立下り（エッジ）を同期信号のパルスと同じに見立て、受信側であるセンサユニット１の制御部１４は、シリアル信号の受信とパルスの最初の立下りタイミングを同期タイミングとして検出すれば良い。このようなシリアル信号を用いるため、本実施の形態２においては、同期信号用の信号線を省略でき、配線４の本数を削減することができる。
【００６７】
次に、本実施の形態２に係る電力計測ユニット２の機能構成に関して説明する。電力計測ユニット２は、上記実施の形態１の構成に加えて、データ圧縮部２６を備えている。このデータ圧縮部２６は、電圧波形の特徴量（例えば、ピーク値、ピーク位相情報、ゼロクロス情報、電流幅情報、所定波形の継続時間）などを検出して、これらに基づいてデジタル電圧値を圧縮してセンサユニット１に送信する。これは、一般的に、電圧信号は系統電圧で決まるものであり、波形変動があまりなく、波形の歪量も少なく、同じ形状の波形が繰り返される傾向にある。このため、例えば、電力計測ユニット２は、電圧波形の１周期分のデジタル電圧値を送信し、これを数周期に一度の割合で送信する。センサユニット１側では、当該デジタル電圧値の波形が連続して続いているものとして演算することができる。また、１周期分のデジタル電圧値の波形の特徴量と継続時間とをセットで出力することもできる。このようにすることで、大幅なデータ圧縮ができ、伝送トラフィックを軽減できる。
【００６８】
次に、本実施の形態２に係るセンサユニット１と電力計測ユニット２との間のデジタル電力値の送受信手順に関し、図４を参照して説明する。
【００６９】
最初に、電力計測ユニット２は、定期的に、信号送受信部２５を介して、同期信号、当該同期信号と時間的に同期されたデータ要求信号、及びこのデータ要求信号に載せられたデジタル電圧値をシリアルデータとしてセンサユニット１に送信する（Ｓ４１）。このように、電力計測ユニット２の信号送受信部２５は、同期信号及び制御信号をシリアルデータとして信号線４ｆを介して送信できるため、同期信号線を不要にできる。
【００７０】
次に、この同期信号を受信したセンサユニット１の制御部１４は、当該同期信号の同期タイミングにＡＤ変換部１２のＡＤ変換タイミングを合わせてデジタル電流値に変換する。また、電力演算部１８は、電力計測ユニット２から取得したデジタル電圧値とデジタル電流値を用いて電力値演算を行い、その結果を一括したデジタル電力値の応答データとして電力計測ユニット２に送信する（Ｓ４２〜Ｓ４４）。
【００７１】
従って、本実施の形態２において、電力計測ユニット２からデジタル電圧値をセンサユニット１に送信し、センサユニット１は、取得したデジタル電圧値を用いて電力値演算を行う。センサユニット１は、電力値演算結果をデジタル値として電力計測ユニット２に定期的に送信する。このため、本実施の形態２においては、上記実施の形態１の効果に加えて、配線４の耐ノイズ性が強くなるため、電力計測システム中におけるセンサユニット１及び電力計測ユニット１の配置構成を柔軟に設計することができる。また、電圧波形は、電流波形に比べて、値の変動が低く、また波形の歪量も小さいため、圧縮処理等が容易であり、伝送処理を、より低く抑えることができる。
【００７２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るセンサユニットについて、図５を参照して説明する。本実施の形態３において、センサユニット１は、その筐体において、他のセンサユニット１と相互に嵌合して一連のセンサユニット群であるセンサブロックＤを構成するためのコネクタ（嵌合部）５１を有している。
【００７３】
ここで、図５（ａ）に示すように、隣接するセンサユニット１間はハーネス線５２で渡り接続される。そして、図５（ｂ）に示すように、コネクタ５１を用いて複数のセンサユニット１を一体化したセンサブロックＤを形成し、このセンサブロックＤは、複数回路の電線Ｌに同時に取り付けることができる。このため、分岐回路において所定の間隔で複数の電線Ｌが配置される箇所では、予め勘合した複数のセンサユニット群であるセンサブロックＤを、一括して電線Ｌにセッティング（施工）することが可能となり、施工性を向上できる。また、施工時におけるセンサユニット１の極性間違いも防止できる。
【００７４】
なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、センサユニット１を、分電盤内の分岐ブレーカと一体化し、分電盤内のスペースの有効活用を図ることができる。また、上記目的を達成するために、本発明は、センサユニットや電力計測ユニットに含まれる特徴的な構成手段をステップとする電力計測方法としたり、それらの特徴的なステップを含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムは、ＲＯＭ等に格納しておくだけでなく、ＵＳＢメモリ等の記録媒体や通信ネットワークを介して流通させることもできる。
【符号の説明】
【００７５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  センサユニット
１０  変流器（電流検出部）
１１  信号処理部
１２  ＡＤ変換部
１３  アドレスＳＷ
１４  制御部
１５  メモリ部
１６  データ圧縮部
１７  信号送受信部（信号受信部）
１８  電力演算部
１９  アドレス設定部
２０  発報部
２  電力計測ユニット
２１  電圧検出部
２２  ＡＤ変換部
２３  電力演算部
２４  信号伝送部
２５  信号送受信部（信号送信部及び信号受信部）
２６  データ圧縮部
３  負荷
４  配線
４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ  信号線
４ｃ，４ｄ  電線
５１  コネクタ（嵌合部）
Ｌ  電線
Ｓ  電力計測システム
Ｄ  センサブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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