(57)【要約】【課題】通信を行うタイミングであっても消費電力値を算出可能な電力計測器を提供する。【解決手段】電力計測器は、各々が電気機器の消費電力値を予め定められた周期で算出するとともに、消費電力値の算出処理を中断して通信を行う第１、第２電力演算部３、４と、制御装置５とを備える。制御装置５は、第１、第２電力演算部３、４の各々に、順次、消費電力値を送信させるための要求信号を周期で送信する。制御装置５は、第１、第２電力演算部３、４の各々から要求信号に応じて順次送信される消費電力値を受信することで、電気機器の周期毎の消費電力値を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が電気機器の消費電力値を予め定められた周期で算出するとともに、前記消費電力値の算出処理を中断して通信を行う複数の電力算出手段と、
前記複数の電力算出手段の各々に、順次、前記消費電力値を送信させるための要求信号を前記周期で送信し、前記複数の電力算出手段の各々から前記要求信号に応じて順次送信される消費電力値を受信することで、前記電気機器の前記周期毎の消費電力値を取得する消費電力値管理手段と、を備えることを特徴とする、
電力計測器。
【請求項２】
前記複数の電力算出手段の各々は、前記電気機器に電力を供給する電源からの電圧値及び前記電源に流れる電流の電流値を、前記周期の１周期の間、複数回サンプリングし、サンプリングした電圧値及び電流値の平均値から、該周期の消費電力値を算出することを特徴とする、
請求項１記載の電力計測器。
【請求項３】
前記複数の電力算出手段の各々は、１回の前記電圧値及び前記電流値のサンプリング毎に、前記消費電力値管理手段から前記要求信号が送信されたか否かを確認して、送信された場合に、その周期における前記電圧値及び前記電流値のサンプリングを中止して、直前の周期で算出した消費電力値を前記消費電力値管理手段に送信することを特徴とする、
請求項２記載の電力計測器。
【請求項４】
前記複数の電力算出手段の各々は、前記周期の１周期の間に消費電力値を複数回算出し、複数の消費電力値の平均値を前記消費電力値管理手段に前記消費電力値として送信することを特徴とする、
請求項３記載の電力計測器。
【請求項５】
前記周期毎の前記電気機器の消費電力値を、前記電気機器のユーザに報知する報知手段を更に備えることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の電力計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器における消費電力量を算出する電力計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器には、自身の消費電力量を計測するための電力計測器を備えたものがある。このような電気機器は、検出した消費電力量をユーザに報知することで、ユーザに節電を促すことができる。また、複数の電気機器の電力消費状況を統合管理する管理装置に、検知した消費電力量を報告して、統合的な消費電力監視システムを形成することも可能である。
【０００３】
自身で消費電力量を検知する電気機器は、例えば電流センサ、電圧センサ、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を有する電力計測器を備える。電力計測器は、電気機器の商用電源が入力される入力端近傍のＡＣ電流及びＡＣ電圧を、電流センサ及び電圧センサにより検出する。電力計測器は、演算装置により、検出したＡＣ電流及びＡＣ電圧を所定の周期でサンプリングし、そのサンプリングの結果得られる電流値及び電圧値をＡ／Ｄ変換して、Ａ／Ｄ変換後の電流値及び電圧値から消費電力量を算出する。
【０００４】
特許文献１は、電力計測器の従来例である。特許文献１の電気機器は、５０［Ｈｚ］の商用電源から電力供給を受ける場合、交流電力の１周期が２０［ｍｓ］となる。電力計測器は、例えばこの１周期内で２５６回のサンプリングを行う。１回のサンプリング間隔は、７８．１２５［μｓ］となる。電力計測器は、このサンプリングの結果得られる電流値及び電圧値から消費電力量を算出する。電気計測器は、算出した消費電力量を、電気機器の中枢制御を行うホストコンピュータ（制御装置）へ送信する。制御装置は、受信した消費電力量をもとに、当該電気機器の積算電力量やリアルタイムの消費電力量を表示する。また、積算電力量や消費電力量をネットワークを介して管理装置に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１８０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力計測器が制御装置との間で通信を行う場合、電力計測器が内蔵する演算装置により通信の制御を行う。しかし演算装置は、通信制御とサンプリングの結果得られた電流値及び電圧値のＡ／Ｄ変換とを同時に遂行することができない。そのために、電流値及び電圧値のＡ／Ｄ変換が一時的に停止する。交流電力の１周期分のサンプリング結果が揃わなければ電力の算出が不可能であるため、通信制御を行う周期では、消費電力値の算出ができなくなる。演算装置に高性能なＣＰＵを用いれば消費電力値の算出と通信制御とを行うことも可能であるが、コスト的に現実的ではない。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の問題に鑑み、通信を行うタイミングであっても消費電力値の算出が可能な電力計測器を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の電力計測器は、複数の電力算出手段と消費電力値管理手段とを備える。複数の電力算出手段は、各々が電気機器の消費電力値を予め定められた周期で算出するとともに、前記消費電力値の算出処理を中断して通信を行う。消費電力値管理手段は、前記複数の電力算出手段の各々に、順次、前記消費電力値を送信させるための要求信号を前記周期で送信し、前記複数の電力算出手段の各々から前記要求信号に応じて順次送信される消費電力値を受信する。これにより消費電力値管理手段は、前記電気機器の前記周期毎の消費電力値を取得することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、複数の電力算出手段の一つが通信により消費電力値を算出できない場合でも、他の電力算出手段で消費電力値を算出するために、周期毎の消費電力値の算出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の電気機器の構成図。
【図２】分図（ａ）は電流センサの上面図、分図（ｂ）は電流センサの側面図。
【図３】電流センサの検知電流と出力電圧の関係を表す図。
【図４】電圧センサの検知電圧と出力電圧の関係を表す図。
【図５】電圧検知信号及び電流検知信号に対する電力演算時のサンプリング仕様の説明図。
【図６ａ】電力算出処理のフローチャート。
【図６ｂ】電力算出処理のフローチャート。
【図７】第１、第２電力演算部による電力値の算出タイミングと、制御装置への消費電力値の送信タイミングとを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の電力計測器を備えた電気機器の構成図である。
電気機器は、電流センサ１、電圧センサ２、第１、第２電力算出部３、４、制御装置５、ＡＣ／ＤＣコンバータ６、及び負荷９を備える。電力計測器は、電流センサ１、電圧センサ２、第１、第２電力算出部３、４、及び制御装置５により構成される。電気機器には、商用電源１３から、端子ＡＣ＿Ｈ、ＡＣ＿Ｎを介して電力が供給される。
【００１３】
電流センサ１は、例えば、ホールＩＣを主部材としたセンサである。図２を参照して、電流センサ１の構成を説明する。図２（ａ）は電流センサ１の上面図であり、図２（ｂ）は電流センサ１の側面図である。本実施形態の電流センサ１には、一例として旭化成エレクトロニクス株式会社のＣＱシリーズ電流センサを用いている。
電流センサ１は、電流導体１０に電流が流れることで生じる磁界を磁界コア１１で吸収する。磁界コア１１は、中央にギャップが設けられており、これにより電流に比例した平行磁界を発生させている。ギャップ部分には、ホールＩＣ１２が配置される。ホールＩＣ１２は、磁束密度に比例した電流値を検出する。
【００１４】
電流センサ１は、２端子の商用電源１３の片側の電力線に流れる電流を検知するように配置される。電流センサ１は、電流の検知結果を電流検知信号として第１電力演算部３及び第２電力演算部４に送信する。図１では、端子ＡＣ＿Ｎに通じる電力線上に電流センサ１が配置される。電流センサ１は、例えば検知電流が０［Ａ］のときに、電流検知信号として出力電圧Ｖout２．５［Ｖ］を出力する。電流が電流センサ１の端子Ｐから端子Ｎの方向に流れるとき、その電流量に応じて出力電圧Ｖoutが２．５［Ｖ］から増加する。逆の方向に電流が流れるときは、出力電圧Ｖoutが２．５［Ｖ］から減少する。電流センサ１の感度が１００［ｍＶ／Ａ］の場合の検知電流Ｉと出力電圧Ｖoutの関係を図３に示す。端子Ｐから端子Ｎへの電流の増加に伴い、出力電圧Ｖoutが２．５［Ｖ］から上昇して検知電流が２０［Ａ］のときに４．５［Ｖ］に達する。逆方向への電流の増加に伴い、出力電圧が２．５［Ｖ］から下降して検知電流が２０［Ａ］で０．５［Ｖ］となる。
【００１５】
電圧センサ２は、端子ＡＣ＿Ｈと端子ＡＣ＿Ｎとの間の電圧を検知するように配置される。電圧センサ２は、電圧の検知結果を電圧検知信号として第１電力演算部３及び第２電力演算部４に送信する。電圧センサ２は、電気装置内の内部電位２．５［Ｖ］を基準として、端子ＡＣ＿Ｈ及び端子ＡＣ＿Ｎの電位を、コンデンサで容量分圧することで電圧を検知する。コンデンサで容量分圧するために、商用電源１３の両端子をコンデンサで絶縁することができる。電圧センサ２は、分圧したレベルの差分をとり、２．５［Ｖ］を中心値として電圧検知信号を出力する。
【００１６】
電圧センサ２は、検知電圧が０［Ｖ］のときに電圧検知信号として２．５［Ｖ］を出力する。端子ＡＣ＿Ｈの電位が端子ＡＣ＿Ｎの電位より高いとき、電圧センサ２の電圧検知信号は２．５［Ｖ］から増加し、逆の場合は２．５［Ｖ］より減少する。図４に端子ＡＣ＿Ｎと端子ＡＣ＿Ｈと間のＡＣ電圧の電圧センサ２による検知出力の様子を示す。電圧センサ２の感度が５［ｍＶ／Ｖ］に調整されている場合、商用電源１３から供給されるＡＣ電圧が、±３５０［Ｖ］の振幅をもつと、電圧センサ２の検知信号は２．５［Ｖ］を中心に０．７５［Ｖ］〜４．２５［Ｖ］までの値をとる。
【００１７】
第１電力演算部３及び第２電力演算部４は、各々が電力演算用のＣＰＵを備える電力演算マイクロコンピュータである。それぞれの入力端子ＣＨ１には電圧センサ２から電圧検知信号が入力され、入力端子ＣＨ２には電流センサ１から電流検知信号が入力される。第１電力演算部３及び第２電力演算部４は、制御装置５との間でＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）シリアル通信を行う。
第１電力演算部３及び第２電力演算部４は、電圧検知信号及び電流検知信号をＡ／Ｄ変換するために用いられる周期カウンタ及びＡ／Ｄカウンタを備える。また、サンプリング周期で割り込み信号を発生するためのタイマ、及び電力値が所定の周期だけ加算されて格納される乗算値レジスタを備える。第１電力演算部３及び第２電力演算部４のこれらの構成は、ハードウェアとして備えてもよいが、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される構成であってもよい。
【００１８】
制御装置５は、第１電力演算部３及び第２電力演算部４とのＩ２Ｃシリアル通信において、マスタ側装置として動作する。制御装置５のクロック制御ポートＣは、第１電力演算部３のクロック制御ポートＣ及び第２電力演算部４のクロック制御ポートＣに接続される。制御装置５のデータ入出力ポートＤは、第１電力演算部３のデータ入出力ポートＤ及び第２電力演算部４のデータ入出力ポートＤに接続される。
【００１９】
ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、商用電源１３から供給されるＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ６で得られたＤＣ電圧は、負荷９供給される。負荷９は、内部に安定化電源を備えており、電流センサ１、電圧センサ２、及び第１、第２電力演算部３、４に対して５［Ｖ］の電圧を供給する。また、負荷９は、制御装置５に対して３．３［Ｖ］の電圧を供給する。
第１、第２電力演算部３、４と制御装置５とを接続するＩ２Ｃシリアル通信線は、負荷９から制御装置５に３．３［Ｖ］の電圧を供給する電圧供給線に抵抗７、８を介して接続される。これにより、Ｉ２Ｃシリアル通信線は３．３［Ｖ］にプルアップされる。
【００２０】
なお、電流センサ１には、上記のホールＩＣを用いた構成の他に、ＭＲセンサ等の磁気センサやカレントトランス等を用いることができる。電圧センサ２には、電圧トランスを有するものや、抵抗分圧方式のものを用いることができる。
【００２１】
第１、第２電力演算部３、４による電気機器の電力算出は、以下のように行われる。
図５は、電圧検知信号及び電流検知信号に対する電力演算時のサンプリング仕様の説明図である。電圧検知信号及び電流検知信号は、０［Ｖ］の検知電圧及び０［Ａ］の検知電流に相当する２．５［Ｖ］を基準にして、その方向と大きさに応じて増減する。第１、第２電力演算部３、４によるＡ／Ｄ変換を、１０ｂｉｔでリファレンス電圧が５［Ｖ］とすると、５［Ｖ］のＡ／Ｄ変換値は「１０２４」、２．５［Ｖ］のＡ／Ｄ変換値は「５１２」となる。
【００２２】
商用電源１３から供給される電力が５０［Ｈｚ］の場合、第１、第２電力演算部３、４は、１周期にあたる２０［ｍｓ］の窓を想定して、その中で７８．１２５［μｓ］のサンプリング周期で電圧検知信号及び電流検知信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。サンプリング回数は２５６回となる。図５中、Ｖ（ｎ）（ｎ＝０〜２５５）は電圧検知信号のＡ／Ｄ変換値（以下、「電圧Ａ／Ｄ変換値」という。）であり、Ｉ（ｎ）（ｎ＝０〜２５５）は電流検知信号のＡ／Ｄ変換値（以下、「電流Ａ／Ｄ変換値」という。）である。算出される電力Ｐは、以下の式で表される。
Ｐ＝{(V(0)-512)×(I(0)-512)＋…＋(V(255)-512)×(I(255)-512)}／256
【００２３】
図６ａ、図６ｂは、電力算出処理のフローチャートである。このフローチャートは、第１電力演算部３が、２０［ｍｓ］周期で４回分の電力値の平均値を、消費電力値として制御装置５に送信するまでの処理を表す。なお、第２電力演算部４も同様の処理を第１電力演算部３と同じタイミングで行う。
【００２４】
電気機器に電源が投入されて、電力計測器を含めた各構成要素の動作が開始されると、第１電力演算部３のＣＰＵがリセットされてプログラムの実行を開始する。
第１電力演算部３は、電圧検知信号及び電流検知信号のＡ／Ｄ変換時のサンプリングの回数をカウントするＡ／Ｄカウンタと２０［ｍｓ］周期の回数をカウントする周期カウンタとをリセットする（Ｓ１）。また、第１電力演算部３は、周期カウンタのカウント値に相当する周期毎に算出する電力値Ｗ０〜Ｗ３、電力値Ｗ０〜Ｗ３の平均値Ｗout、及び乗算値レジスタＷＲを「０」にリセットする（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）
【００２５】
第１電力演算部３は、タイマから７８．１２５［μｓ］間隔で発生する割り込み信号を監視し（Ｓ５）、割り込み信号の受信に同期して電圧センサ２及び電流センサ１からの電圧検知信号及び電検知信号のサンプリングを行う（Ｓ５：Y、Ｓ６)。第１電力演算部３は、サンプリングした電圧検知信号及び電検知信号の値をＡ／Ｄ変換して、電圧Ａ／Ｄ変換値Ｖ（ｎ）及び電流Ａ／Ｄ変換値Ｉ（ｎ）を算出する（Ｓ７）。
【００２６】
電圧Ａ／Ｄ変換値Ｖ（ｎ）及び電流Ａ／Ｄ変換値Ｉ（ｎ）の算出後に第１電力演算部３は、Ａ／Ｄカウンタの値が「０」か否かを判断する（Ｓ８）。
Ａ／Ｄカウンタが「０」であれば、第１電力演算部３は、乗算値レジスタＷＲに「(V(0)-512)×（I(0)-512)」を格納し（Ｓ９）、Ａ／Ｄカウンタをインクリメントする（Ｓ１０）。第１電力演算部３は、Ａ／Ｄカウンタのインクリメント後に制御装置５からの割込通信要求がなければ、タイマによる割り込み信号発生の待機状態になる（Ｓ２４：N、Ｓ５）。
Ａ／Ｄカウンタが「０」でなければ、第１電力演算部３は、乗算値レジスタＷＲに「（Ｖ（ｎ）−５１２）×（Ｉ（ｎ）−５１２）」を加算して更新する（Ｓ１１）。
第１電力演算部３は、乗算値レジスタＷＲの更新後にＡ／Ｄカウンタが「２５５」であるかを判断する。「２５５」でなければ、Ａ／Ｄカウンタをインクリメントする（Ｓ１２：N、Ｓ１０）。Ａ／Ｄカウンタのインクリメント後に制御装置５からの割込通信要求がなければ、タイマによる割り込み信号発生の待機状態になる（Ｓ２４：N、Ｓ５）。
ステップＳ５からの一連の処理により、乗算値レジスタＷＲに、２０［ｍｓ］周期の消費電力の積算値が格納される。
【００２７】
第１電力演算部３は、ステップＳ１２においてＡ／Ｄカウンタが「２５５」であれば周期カウンタの値を確認する（Ｓ１２：Y）。
第１電力演算部３は、周期カウンタが「０」であれば、電力値Ｗ０に乗算値レジスタＷＲに格納された値の１／２５６の値を格納する（Ｓ１３：Y、Ｓ１４）。
第１電力演算部３は、周期カウンタが「１」であれば、電力値Ｗ１に乗算値レジスタＷＲに格納された値の１／２５６の値を格納する（Ｓ１３：N、Ｓ１５：Y、Ｓ１６）。
第１電力演算部３は、周期カウンタが「２」であれば、電力値Ｗ２に乗算値レジスタＷＲに格納された値の１／２５６の値を格納する（Ｓ１３：N、Ｓ１５：N、Ｓ１７：Y、Ｓ１８）。
第１電力演算部３は、周期カウンタが「３」であれば、電力値Ｗ３に乗算値レジスタＷＲに格納された値の１／２５６の値を格納する（Ｓ１３：N、Ｓ１５：N、Ｓ１７：N、Ｓ１９）。
第１電力演算部３は、周期カウンタが「０」〜「２」の場合、電力値Ｗ０〜Ｗ２への値の格納後に、周期カウンタをインクリメントする（Ｓ２０）。周期カウンタが「３」の場合、電力値Ｗ３への値の格納後に、周期カウンタをリセットする（Ｓ２１）。
その後、第１電力演算部３は、電力値Ｗ０〜Ｗ３の平均値Ｗoutを算出し、Ａ／Ｄカウンタをリセットする（Ｓ２２、Ｓ２３）。
ステップＳ１２からの一連の処理により、２０［ｍｓ」周期で４周期分の消費電力の平均値Ｗoutが算出される。
【００２８】
第１電力演算部３は、制御装置５からの割込通信要求があれば、算出した平均値Ｗoutを制御装置５に送信する（Ｓ２４：Y、Ｓ２５）。その後、第１電力演算部３は、Ａ／Ｄカウンタ、周期カウンタ、電力値Ｗ０〜Ｗ３、平均値Ｗoutを、リセットして次の平均値Ｗoutの算出処理を継続する。割込通信要求がなければ、タイマによる割込の発生の待機状態になる（Ｓ２４：N、Ｓ５）。
以上のように、２０［ｍｓ］周期で４回の電力値Ｗ０〜Ｗ３を算出し、その平均値Ｗoutを消費電力値として８０［ｍｓ］毎に算出する。
【００２９】
図７は、第１、第２電力演算部３、４による電力値の算出タイミングと、制御装置５への消費電力値の送信タイミングとを説明する図である。
この例では、制御装置５によるデータ送信要求が８０［ｍｓ］間隔で出力されており、それに応じて、第１、第２電力演算部３、４に割込通信要求が生じている。
【００３０】
第１、第２電力演算部３、４のマスタとなる制御装置５は、データ送信要求の際に、まず、第１、第２電力演算部３、４のいずれかのアドレスを送信する。アドレスで指定された第１、第２電力演算部３、４のいずれか一方が、制御装置５に平均値Ｗoutを送信する。この実施形態では、第１電力演算部３のアドレスが「１」、第２電力演算部４のアドレスが「２」である。
制御装置５が、アドレス「１」を送信した場合、第１電力演算部３に割込通信要求が生じ、アドレス「２」を送信した場合、第２電力演算部４に割込通信要求が生じる。
【００３１】
図７では、制御装置５が８０［ｍｓ］間隔で、アドレス「１」及びアドレス「２」を交互に出力する。その結果、第１電力演算部３と第２電力演算部４に交互に割込通信要求が生じる。
【００３２】
制御装置５がアドレス「１」を送信してデータ送信要求を出力すると、第１電力演算部３は、インターバル「１」の期間の消費電力の平均値Ｗoutを制御装置５に送信する。この際、第１電力演算部３のＣＰＵは、通信動作を行うために電圧検知信号及び電流検知信号のＡ／Ｄ変換を止める。そのために、周期カウンタ「０」の期間の電力を算出することができなくなり、その期間は無効サンプリング期間となる。
しかしながら、第２電力演算部４には割り込み信号が入らないために、第２電力演算部４は、第１電力演算部３で電力を算出できなかった無効サンプリング期間の電力を算出する。
第１電力演算部３は、通信が完了すると、周期カウンタを「０」にリセットし、新たな周期の窓を基に電力算出を行う。
【００３３】
制御装置５がアドレス「２」を送信してデータ送信要求を出力すると、第２電力演算部４は、インターバル「２」の期間の消費電力の平均値Ｗoutを制御装置５に送信する。
この場合も、当該期間が無効サンプリング期間となるが、第１電力演算部３で当該期間の電力を算出する。
【００３４】
このように、第１電力演算部３及び第２電力演算部４の一方が制御装置５と通信することで消費電力値の算出ができない期間であっても、他方が消費電力値の算出を行う。そのために、常に電気機器の消費電力値が算出できる。
制御装置５に図示しない表示装置等を接続しておき、第１電力演算部３及び第２電力演算部４から取得した消費電力値を表示することで、電気機器のユーザにリアルタイムの消費電力値を報知するようにしてもよい。また、消費電力値をネットワークを介して管理装置に送信するようにしてもよい。
本実施形態における電子機器を電子写真方式の画像形成装置とした場合、画像形成装置の定着装置の温度制御を行うために、定着装置へ供給する電力を制御することが知られている。特に、電磁誘導加熱方式の定着装置が用いられている画像形成装置では、電流センサや電圧センサが設けられている。この電流センサ、電圧センサを用いて上述したように電力を算出すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…電流センサ、２…電圧センサ、３…第１電力演算部、４…第２電力演算部、５…制御装置、６…ＡＣ／ＤＣコンバータ、７，８…抵抗、９…負荷、１０…電流導体、１１…磁界コア、１２…ホールＩＣ、１３…商用電源。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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