(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷の消費電力量を計測する電力計測装置において、電力の計測処理自体で発生してしまう電力損失を削減することを提供する。【解決手段】消費電力計測装置は、負荷に直列に接続され、負荷に流れる電流を計測するためのシャント抵抗５と、前記シャント抵抗５に並列に接続されたスイッチ６と、負荷にかかる電圧と負荷に流れる電流を計測し、負荷の消費電力を算出する消費電力算出部７を備える。【選択図】図１
2014035314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に直列に接続され、前記負荷に流れる電流を計測するためのシャント抵抗と、
前記シャント抵抗に並列に接続されたスイッチと、
前記負荷にかかる電圧と前記シャント抵抗に流れる電流を計測し、前記負荷の消費電力を算出する消費電力算出部を備えた
消費電力計測装置。
【請求項２】
前記消費電力算出部は、前記シャント抵抗に流れる電流を計測する時は前記スイッチを開放し、前記シャント抵抗に流れる電流を計測しない時は該スイッチを短絡する請求項１に記載の消費電力計測装置。
【請求項３】
前記消費電力算出部は、電源から前記負荷までの配線の抵抗による電圧降下の変動を検出し、該変動の検出結果に応じて前記シャント抵抗に流れる電流を計測する請求項２に記載の消費電力計測装置。
【請求項４】
前記消費電力算出部は、前記電圧降下の変動を検出した時は前記シャント抵抗に流れる電流を計測する請求項３に記載の消費電力計測装置。
【請求項５】
負荷に直列に接続され、前記負荷に流れる電流を計測するためのシャント抵抗と、前記シャント抵抗に並列に接続されたスイッチを備え、
前記負荷にかかる電圧と前記シャント抵抗に流れる電流を計測し、前記負荷の消費電力を算出する消費電力計測方法であって、
前記シャント抵抗に流れる電流を計測する時は前記スイッチを開放し、前記シャント抵抗に流れる電流を計測しない時は該スイッチを短絡する
消費電力計測方法。
【請求項６】
電源から前記負荷までの配線の抵抗による電圧降下の変動を検出し、該変動の検出結果に応じて前記シャント抵抗に流れる電流を計測する請求項５に記載の消費電力計測方法。
【請求項７】
前記負荷の消費電力は、
前記電圧降下の変動を検出した時は、前記シャント抵抗に流れる電流を計測し、該計測結果を用いて算出され、
前記電圧降下の変動を検出しなかった時は、それ以前の計測結果から求められる
請求項６に記載の消費電力計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷にかかる電圧と負荷に流れる電流を計測し、負荷の消費電力および消費電力量を計測する、消費電力計測装置および消費電力計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策等の観点から、家電機器の省エネ化の重要性が高まっている。このためには、個々の家電機器の消費電力量を可視化して、どんな機器が、いつ電力を多く消費するのかを知ることや、どの機器の消費電力を削減可能か検討すること等が必要となる。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載の従来の電力量計測ユニット１０１の構成を示した図である。電力量計測ユニット１０１は、交流電源ＡＣ１０１の両端間に接続された負荷Ｚの電力及び電力量を計測するために、負荷Ｚの両端電圧（負荷電圧）を検出する電圧検出部１０３と、負荷Ｚを流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出部１０４と、電圧検出部１０３及び電流検出部１０４の各出力から負荷Ｚの電力及び電力量を算出する計測ユニット１０２とを備える。電圧検出部１０３は、負荷Ｚの両端間に接続されて負荷電圧を分圧する抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３の直列回路から構成され、電流検出部１０４は、負荷Ｚに直列接続されたシャント抵抗Ｒ１０１で構成される。計測ユニット１０２は、抵抗Ｒ１０３の両端に発生する微小電圧を入力として負荷電圧に応じた電圧計測信号を出力する電圧計測部Ｋｖと、シャント抵抗Ｒ１０１の両端に発生する微小電圧を入力として負荷電流に応じた電流計測信号を出力する電流計測部Ｋｉと、電圧計測信号及び電流計測信号を各々増幅する増幅器１０５、１０６と、増幅器１０５、１０６が出力する各計測信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０７と、Ａ／Ｄ変換器１０７を内蔵し、Ａ／Ｄ変換された電圧計測信号及び電流計測信号から電力及び電力量を算出するＣＰＵ１０８とから構成される。
【０００４】
このような電力量計測ユニット１０１を用い、負荷として家電機器をつなげば、家電機器の消費電力を計測することが可能である。また、消費電力量を計測したい場合は、消費電力を計測し続け、その積分値を求めればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、消費電力を計測する時、電力量計測ユニット１０１のシャント抵抗Ｒ１０１でも常に電力が消費されている。つまり、省エネを目的として負荷の消費電力量を計測しているにもかかわらず、かえって消費電力量が増加してしまう、という課題があった。
【０００７】
シャント抵抗Ｒ１０１による電力消費を減らすには、例えば、シャント抵抗Ｒ１０１の抵抗を小さくすることが考えられる。しかし、シャント抵抗Ｒ１０１の抵抗を小さくすると、シャント抵抗Ｒ１０１の両端に発生する電圧がさらに小さくなり、電圧の計測精度が低下する。ひいては、消費電力の計測精度が低下する。従って、シャント抵抗Ｒ１０１の抵抗を下げることにも問題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、負荷の消費電力および消費電力量を計測する電力計測装置において、電力の計測処理自体で発生してしまう電力損失を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、本発明にかかる消費電力計測装置は、負荷に直列に接続され、負荷に流れる電流を計測するためのシャント抵抗と、シャント抵抗に並列に接続されたスイッチと、負荷にかかる電圧とシャント抵抗に流れる電流を計測し、負荷の消費電力を算出する消費電力算出部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の一態様によれば、消費電力算出部は、シャント抵抗に流れる電流を計測する時はスイッチを開放し、シャント抵抗に流れる電流を計測しない時はスイッチを短絡してもよい。
【００１１】
本発明の別の一態様によれば、消費電力算出部は、電源から負荷までの配線の抵抗による電圧降下の変動を検出し、変動の検出結果に応じてシャント抵抗に流れる電流を計測してもよい。
【００１２】
本発明の別の一態様によれば、消費電力算出部は、電圧降下の変動を検出した時はシャント抵抗に流れる電流を計測してもよい。
【００１３】
本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる消費電力計測方法は、負荷に直列に接続され、負荷に流れる電流を計測するためのシャント抵抗と、前記シャント抵抗に並列に接続されたスイッチを備え、負荷にかかる電圧とシャント抵抗に流れる電流を計測し、負荷の消費電力を算出する消費電力計測方法であって、シャント抵抗に流れる電流を計測する時はスイッチを開放し、シャント抵抗に流れる電流を計測しない時はスイッチを短絡することを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる消費電力計測方法は、電源から負荷までの配線の抵抗による電圧降下の変動を検出し、変動の検出結果に応じてシャント抵抗に流れる電流を計測してもよい。
【００１５】
本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる消費電力計測方法は、負荷の消費電力は、電圧降下の変動を検出した時は、シャント抵抗に流れる電流を計測し、その計測結果を用いて算出され、電圧降下の変動を検出しなかった時は、それ以前の計測結果から求められてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、負荷の消費電力量を計測する電力計測装置において、電力の計測処理自体で発生してしまう電力損失を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１にかかる消費電力計測装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例１における消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。
【図３】本発明の実施例２における消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。
【図４】本発明の実施例３における消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。
【図５】従来の電力量計測ユニットの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１９】
本実施例では説明を簡単にするため、交流回路のインピーダンスのうちリアクタンス成分は省略し、抵抗成分のみとする。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１にかかる消費電力計測装置１の構成を示した図である。消費電力計測装置１は、電源２と負荷３の間に挿入し、負荷３で消費した電力を計測する装置である。図１においては、電源２は交流電源として図示してある。電源２は、例えば１００Ｖの商用電源である。また、負荷３は、例えばエアコン、冷蔵庫、テレビなどの家電機器である。
【００２１】
配線抵抗４は、電源２と負荷３をつなぐ配線の抵抗を示すものであり、図示の便宜上、回路上の一か所にあるように示している。配線抵抗４の抵抗は、配線全体の抵抗の和である。
【００２２】
消費電力計測装置１においては、電源２から負荷３への配線の片側に、シャント抵抗５とスイッチ６が並列に挿入されている。シャント抵抗５は、配線を流れる電流を計測するための抵抗である。シャント抵抗５は、負荷３の抵抗に対して十分小さい値の抵抗を用いる。通常、数ｍΩから数十ｍΩ程度の抵抗を用いる。スイッチ６は、シャント抵抗５を短絡するために用いる。スイッチ６は、リレーのような機械的なスイッチでもよいし、半導体によるスイッチでもよい。スイッチ６の短絡時の抵抗は、シャント抵抗５の抵抗より十分小さい。本明細書では、説明を簡単にするため、スイッチの短絡時の抵抗は０とする。
【００２３】
消費電力計測装置１はさらに、消費電力算出部７を有する。消費電力算出部７は、Ｐ１とＰ２の間の電圧と、Ｐ２とＰ３の間の電圧を計測する。これらの値から、負荷３の消費電力を算出する。また、制御信号Ｓにより、スイッチ６の開閉を制御する。負荷３に流れる電流を計測する間だけ、スイッチ６を開放してシャント抵抗５に電流を流し、電流を計測していない時はスイッチ６を短絡してシャント抵抗５をバイパスするように制御することで、シャント抵抗５による電力損失を減少させる。
【００２４】
消費電力計測装置１の動作について、さらに詳細に説明する。
【００２５】
以下では、負荷３の抵抗をＲＬ、配線抵抗４の抵抗をＲＷ、シャント抵抗５の抵抗をＲＳとする。スイッチ６の短絡時の抵抗は、上記の通り０とする。ＲＬは、負荷の電力使用状況により変動する。ＲＷとＲＳは一定である。
【００２６】
また、電源２の電圧をＶＧ、Ｐ１とＰ２間の電圧をＶＳ、Ｐ２とＰ３間の電圧をＶＬ、配線抵抗４にかかる電圧をＶＷとする。本明細書では、ＶＧは一定とする。ＶＳは、シャント抵抗５またはスイッチ６にかかる電圧であり、言い換えれば、シャント抵抗５またはスイッチ６により発生する電圧降下である。なお、スイッチ６を短絡している時は、ＶＳは０になる。また、ＶＬは負荷３にかかる電圧である。また、ＶＷは、言い換えれば、配線抵抗４により発生する電圧降下である。
【００２７】
ここで、スイッチ６の開放時に負荷３に流れる電流をＩＬとする。この時、配線抵抗４やシャント抵抗５にも同じ電流ＩＬが流れる。従って、この時のＶＬ、ＶＷおよびＶＳは以下のように表すことができる。
【００２８】
ＶＬ＝ＩＬ×ＲＬ・・・（式１）
ＶＷ＝ＩＬ×ＲＷ・・・（式２）
ＶＳ＝ＩＬ×ＲＳ・・・（式３）
ＲＬは上記の通り、負荷の電力使用状況により変動する。また、ＲＷは、電源２から消費電力計測装置１までの配線の長さにより異なる。例えば、部屋の中のどのコンセントを用いるかによって異なる。従って、ＶＬやＶＷを計測して式１や式２からＩＬを求めるのは困難である。
【００２９】
一方、ＲＳの値は既知であることから、ＶＳを計測し、式３を変形した以下の式を用いることにより、ＩＬを求めることができる。
【００３０】
ＩＬ＝ＶＳ／ＲＳ・・・（式４）
負荷３の消費電力をＰＬとすると、ＰＬは以下の式により求めることができる。
【００３１】
ＰＬ＝ＶＬ×ＩＬ・・・（式５）
式５に式４を代入すると、以下の式が得られる。
【００３２】
ＰＬ＝ＶＬ×ＶＳ／ＲＳ・・・（式６）
さらに、負荷３の消費電力量をＷＬとすると、ＷＬは、ＰＬを時間積分することで求めることができる。
【００３３】
図２は、本実施例における消費電力および消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。以下では「ステップ」を「Ｓ」で表す。
【００３４】
最初に、消費電力算出部７は、メモリ（図示せず）上の消費電力量ＷＬの値を０に初期化する（Ｓ１）。
【００３５】
次に、消費電力算出部７は、制御信号Ｓによりスイッチ６を短絡の状態にする（Ｓ２）。これは、スイッチ６の初期化処理である。
【００３６】
続くＳ３以降の処理では、タイマー処理により一定時間間隔Ｔで繰り返し消費電力ＰＬの計測と消費電力量ＷＬの更新を行う。
【００３７】
まず、消費電力算出部７は、タイマーをリセットする（Ｓ３）。
【００３８】
次に、消費電力算出部７は、制御信号Ｓによりスイッチ６を開放する（Ｓ４）。これにより、シャント抵抗５を通して負荷３に電流が流れる状態、すなわち負荷３に流れる電流ＩＬによってシャント抵抗５による電圧降下が発生する状態となる。
【００３９】
次に、消費電力算出部７は、ＶＳおよびＶＬを計測する（Ｓ５）。ここで、本実施例では電源２が交流電源であることから、ＶＳおよびＶＬは実行値を計測する必要がある。そのためには、交流の１周期以上の計測時間が必要となる。
【００４０】
次に、消費電力算出部７は、制御信号Ｓによりスイッチ６を短絡の状態にする（Ｓ６）。このようにすることで、シャント抵抗５で電力が消費される時間を短時間に抑えることができる。
【００４１】
次に、消費電力算出部７は、Ｓ４で計測したＶＳから、式４によりＩＬを算出する（Ｓ７）。
【００４２】
次に、消費電力算出部７は、Ｓ４で計測したＶＬとＳ６で算出したＩＬから、式５によりＰＬを求める（Ｓ８）。
【００４３】
次に、消費電力算出部７は、メモリ上の消費電力量ＷＬを更新する（Ｓ９）。具体的には、ＷＬ＋ＰＬ×Ｔを新たなＷＬとして上書きする。つまり、前回計測からの時間間隔Ｔの間の消費電力量ＰＬ×Ｔを、前回計測までの消費電力量に加算する。
【００４４】
次に、消費電力算出部７は、タイマーのリセットから時間Ｔが経過したかどうかを判定する（Ｓ１０）。経過していない場合（Ｎｏ）は、Ｓ１０の判定に戻る。
【００４５】
Ｓ１０の判定で時間Ｔが経過していた場合（Ｙｅｓの場合）は、消費電力算出部７は、Ｓ３の処理に戻る。
【００４６】
なお、図２に示した処理フローにおいて、Ｓ３からＳ１０までの処理に要する時間を、ＴＭ１とする。ＴＭ１は、タイマー処理の時間間隔Ｔ以下でなければならない。すなわち、ＴＭ１≦Ｔを満たす必要がある。
【００４７】
以上、図２を用いて説明した、本発明の実施例１における消費電力および消費電力量の計測・算出処理は、以下の効果を有する。Ｓ４〜Ｓ６における処理のように、スイッチ６の開閉を制御して、負荷３に流れる電流ＩＬを計測する期間しかシャント抵抗５による電力損失を発生しないようにすることにより、消費電力の計測のために発生してしまう電力損失を減少させることが可能となる。
【００４８】
なお、上記の実施例１の処理フローでは、Ｓ７でＩＬを求めた後に、Ｓ８でＰＬを求めたが、これら２つのステップの代わりに、Ｓ５で計測したＶＳとＶＬから式６により直接ＰＬを求めるステップとしても構わない。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の実施例２にかかる消費電力計測装置について説明する。本発明の実施例２にかかる消費電力計測装置の構成は、実施例１にかかる消費電力計測装置１と同じであるため、説明を省略する。
【００５０】
図３は、本実施例における消費電力および消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。図２に示した実施例１における処理フローと比べると、Ｓ１１からＳ１４のステップが各所に挿入されている点と、Ｓ８の処理がＳ８１の処理へと変更になっている点が異なる。以下、変更点を中心に説明する。
【００５１】
Ｓ１１は、Ｓ１とＳ２の間に挿入されている。Ｓ１１では、消費電力算出部７は、メモリ（図示せず）上のＶＬｏｌｄおよびＩＬｏｌｄの値を０に初期化する。ＶＬｏｌｄとＩＬｏｌｄは、ＶＬとＩＬの以前の計測値を保存しておくために用いる。
【００５２】
Ｓ１２およびＳ１３は、Ｓ３とＳ４の間に挿入されている。Ｓ１２では、消費電力算出部７は、ＶＬを計測する。
【００５３】
Ｓ１３では、消費電力算出部７は、ＶＬが以前の計測値ＶＬｏｌｄから変化したかを判定する。例えば、ある閾値Ｖｔを設定し、｜ＶＬ−ＶＬｏｌｄ｜＞Ｖｔであるかを判定する。
【００５４】
Ｓ１３でＶＬが変化していた場合（Ｙｅｓの場合）、Ｓ４以降の処理に進む。一方、Ｓ１３でＶＬが変化していなかった場合（Ｎｏの場合）、Ｓ４〜Ｓ７およびＳ１４の処理を飛ばして、Ｓ８１の処理に進む。
【００５５】
Ｓ１４は、Ｓ７とＳ８１の間に挿入されている。Ｓ１４では、消費電力算出部７は、４３〜Ｓ７の処理で計測・算出したＶＬとＩＬの値を、メモリ上のＶＬｏｌｄおよびＩＬｏｌｄに上書きして更新する。
【００５６】
Ｓ８１は上記の通り、Ｓ８の処理を変更したものである。Ｓ８１では、消費電力算出部７は、メモリ上のＶＬｏｌｄおよびＩＬｏｌｄの値をＶＬおよびＩＬの値として用いて、式５によりＰＬを算出する。ここで、上記のＳ１３でＶＬが変化していた場合（Ｙｅｓの場合）は、Ｓ４〜Ｓ１４の処理により、新たにＶＬの計測とＩＬの算出を行い、その値がＶＬｏｌｄおよびＩＬｏｌｄに上書きされている。よってＳ８１の処理では、その新しい値を用いてＰＬを算出する。一方、Ｓ１３でＶＬが変化していなかった場合（Ｎｏの場合）は、Ｓ４〜Ｓ１４の処理を飛ばしていることから、ＶＬｏｌｄおよびＩＬｏｌｄには以前の値がそのまま残っている。よってＳ８１の処理では、以前の値を用いてＰＬを算出する。
【００５７】
以上のように処理を変更した目的は、ＩＬを算出する回数、つまりはＶＳの計測の回数を減らすことである。前記の通り、ＶＳの計測ではシャント抵抗５で電力が消費されることから、ＶＳの計測回数を減らすことは、消費電力の削減に有効である。そこで、ＶＳを計測すること無く、別の計測値からＩＬの変化を検出し、ＩＬの変化を検出した場合のみ、ＶＳの計測およびＩＬの算出を行うようにする。ＩＬの変化を検出しない場合は、以前に算出したＩＬの値を擬似的なＩＬの値として用いる。
【００５８】
Ｓ１２およびＳ１３の処理と、Ｓ１１およびＳ１４におけるＶＬｏｌｄの値の初期化や更新の処理は、ＶＳを計測すること無く、別の計測値からＩＬの変化を検出するために追加した処理である。その詳細を説明する。
【００５９】
図１において、ＶＧ、ＶＬ、ＶＳおよびＶＷの関係は以下のようになる。
【００６０】
ＶＧ＝ＶＬ＋ＶＳ＋ＶＷ・・・（式７）
ここで、Ｓ１２およびＳ１３の処理時には、スイッチ６は短絡状態である。スイッチ６が短絡している状態では、ＶＳ＝０であることから、式７は以下のようになる。
【００６１】
ＶＧ＝ＶＬ＋ＶＷ・・・（式８）
式８に式２を代入して変形すると、以下の式を得る。
【００６２】
ＶＬ＝ＶＧ−ＩＬ×ＲＷ・・・（式９）
ここで、前記の通り、ＲＷは電源２から消費電力計測装置１までの配線の長さにより異なる。しかし、エアコン等の負荷３を使用中は、コンセントを抜き差ししないため、配線抵抗４は変化しないことから、消費電力の計測中は、配線抵抗４の抵抗ＲＷは一定である。従って、ＩＬが増減すると、ＩＬ×ＲＷも同様に増減する。また、上記の通り、電源２の電圧ＶＧは一定である。以上より、式９によれば、ＩＬが増加するとＶＬは常に小さくなり、ＩＬが減少するとＶＬは常に大きくなる。つまり、ＶＬの変化を検出すれば、ＩＬの変化を検出することができる。これは言い換えれば、配線抵抗４によって発生する電圧降下ＶＷを利用して、ＩＬの変化を検出しようとするものである。ＶＬの計測には、シャント抵抗５に電流を流す必要は無いため、シャント抵抗５による電力損失は発生しない。
【００６３】
以上の理由により、Ｓ１２でまずＶＬのみを計測し、次にＳ１３でその変化を検出して、ＩＬを計測し直す必要があるか否かを判定している。また、ＶＬの変化を検出するには、ＶＬの以前の計測値を保存しておく必要がある。このため、Ｓ１１およびＳ１４において、ＶＬｏｌｄの値の初期化や更新を行っている。
【００６４】
また、Ｓ１１およびＳ１４におけるＩＬｏｌｄの値の初期化や更新の処理は、ＩＬの変化を検出しない場合に、以前に算出したＩＬの値を擬似的なＩＬの値として用いるために追加した処理である。
【００６５】
なお、図３に示した処理フローにおいて、Ｓ３からＳ１０までの処理に要する時間を、ＴＭ２とする。ＴＭ２は、タイマー処理の時間間隔Ｔ以下でなければならない。すなわち、ＴＭ２≦Ｔを満たす必要がある。
【００６６】
以上、図３を用いて説明した、本発明の実施例２における消費電力および消費電力量の計測・算出処理により、負荷３の消費電力および消費電力量の計測のためにシャント抵抗５で発生してしまう電力損失を、実施例１よりもさらに減少させながらも、消費電力や消費電力量を求めることが可能となる。なお、消費電力の時間変動が少ない負荷３であると、消費電力の計測頻度、すなわちＳ４〜Ｓ１４の処理を実行する頻度がより少なくなるため、この効果はより大きくなる。
【００６７】
なお、上記の実施例２の処理フローでは、Ｓ７でＩＬを求めた後に、Ｓ８１でＰＬを求めたが、これら２つのステップの代わりに、Ｓ５で計測したＶＳとＶＬから式６により直接ＰＬを求めるステップを、Ｓ７の位置に挿入しても構わない。その場合は、Ｓ１１およびＳ１４において、ＶＬｏｌｄの値の初期化や更新を行う代わりに、ＰＬｏｌｄという別の変数を用いて、ＰＬｏｌｄの初期化や、ＰＬｏｌｄにＰＬを上書きすることによる更新処理を行えばよい。
【実施例３】
【００６８】
次に、本発明の実施例３にかかる消費電力計測装置について説明する。本発明の実施例３にかかる消費電力計測装置の構成は、実施例１および実施例２にかかる消費電力計測装置１と同じであるため、説明を省略する。
【００６９】
図４は、本実施例における消費電力および消費電力量の計測・算出処理のフローを示した図である。
【００７０】
最初に、消費電力算出部７は、メモリ（図示せず）上の消費電力量ＷＬの値を０に初期化する（Ｓ２１）。
【００７１】
次に、消費電力算出部７は、制御信号Ｓによりスイッチ６を開放の状態にする（Ｓ２２）。これにより、シャント抵抗５を通して負荷３に電流が流れる状態、すなわち負荷３に流れる電流ＩＬによってシャント抵抗５による電圧降下が発生する状態となる。
【００７２】
次に、消費電力算出部７は、ＶＳおよびＶＬを計測する（Ｓ２３）。ここで、本実施例では電源２が交流電源であることから、ＶＳおよびＶＬは実行値を計測する必要がある。そのためには、交流の１周期以上の計測時間が必要となる。このステップで測定したＶＳおよびＶＬの値を、ＶＳ１およびＶＬ１とする。
【００７３】
次に、消費電力算出部７は、制御信号Ｓによりスイッチ６を短絡の状態にする（Ｓ２４）。このようにすることで、シャント抵抗５で電力が消費される時間を短時間に抑えることができる。
【００７４】
次に、消費電力算出部７は、ＶＬを計測する（Ｓ２５）。このステップで測定したＶＬの値を、ＶＬ２とする。なお、Ｓ２３におけるＶＳおよびＶＬの計測からＳ２５におけるＶＬの計測までの時間はできるだけ短くして、この間に負荷の抵抗ＲＬは変化しないものと仮定する。
【００７５】
次に、消費電力算出部７は、Ｓ２３およびＳ２５で測定したＶＳ１、ＶＬ１およびＶＬ２の値から、配線抵抗４の抵抗ＲＷと電源２の電圧ＶＧを算出する（Ｓ２６）。上記の通りＲＷとＶＧは一定の値であるが、消費電力計測装置１にはその値が分からない。そこで、Ｓ２３とＳ２５では回路上にシャント抵抗５が挿入されているか否かの違いによりＶＬの計測値に差が生じることから、その差によりＲＷとＶＧを算出するのが、Ｓ２６の処理である。具体的な算出方法は後述する。
【００７６】
続くＳ２７以降の処理では、タイマー処理により一定時間間隔Ｔで繰り返し消費電力ＰＬの計測と消費電力量ＷＬの更新を行う。
【００７７】
まず、消費電力算出部７は、タイマーをリセットする（Ｓ２７）。
【００７８】
次に、消費電力算出部７は、ＶＬを計測する（Ｓ２８）。
【００７９】
次に、消費電力算出部７は、Ｓ２８で計測したＶＬと、Ｓ２６で算出したＲＷおよびＶＧの値を用いて、ＩＬを算出する（Ｓ２９）。算出方法は後述する。
【００８０】
次に、消費電力算出部７は、Ｓ２８で計測したＶＬとＳ２９で算出したＩＬから、式５によりＰＬを求める（Ｓ３０）。
【００８１】
次に、消費電力算出部７は、メモリ上の消費電力量ＷＬを更新する（Ｓ３１）。具体的には、ＷＬ＋ＰＬ×Ｔを新たなＷＬとして上書きする。つまり、前回計測からの時間間隔Ｔの間の消費電力量ＰＬ×Ｔを、前回計測までの消費電力量に加算する。
【００８２】
次に、消費電力算出部７は、タイマーのリセットから時間Ｔが経過したかどうかを判定する（Ｓ３２）。経過していない場合（Ｎｏ）は、Ｓ３２の判定に戻る。
【００８３】
Ｓ３２の判定で時間Ｔが経過していた場合（Ｙｅｓの場合）は、消費電力算出部７は、Ｓ２７の処理に戻る。
【００８４】
なお、図４に示した処理フローにおいて、Ｓ２７からＳ３２までの処理に要する時間を、ＴＭ３とする。ＴＭ３は、タイマー処理の時間間隔Ｔ以下でなければならない。すなわち、ＴＭ３≦Ｔを満たす必要がある。
【００８５】
次に、Ｓ２６におけるＲＷとＶＧの算出方法について詳細を説明する。まず、Ｓ２３の測定において、測定時に負荷３に流れていた電流をＩＬ１、測定時に配線抵抗４にかかっていた電圧をＶＷ１、測定時の負荷３の抵抗をＲＬ１とする。ＩＬ１は式３を用いて、以下のように求められる。
【００８６】
ＩＬ１＝ＶＳ１／ＲＳ・・・（式１０）
ＶＷ１は式２および式１０により以下のように求められる。
【００８７】
ＶＷ１＝ＩＬ１×ＲＷ＝ＶＳ１×ＲＷ／ＲＳ・・・（式１１）
ＲＬ１は、式１および式１０により以下のように求められる。
【００８８】
ＲＬ１＝ＶＬ１／ＩＬ１＝ＲＳ×ＶＬ１／ＶＳ１・・・（式１２）
また、式７および式１１より、ＶＧは
ＶＧ＝ＶＬ１＋ＶＳ１＋ＶＳ１×ＲＷ／ＲＳ・・・（式１３）
と表される。
【００８９】
次に、Ｓ２５の測定において、測定時に負荷３に流れていた電流をＩＬ２、測定時に配線抵抗４にかかっていた電圧をＶＷ２、測定時の負荷３の抵抗をＲＬ２とする。ここで、上記のようにＳ２３とＳ２５の間では負荷の抵抗ＲＬは変化しないものと仮定しているので、
ＲＬ１＝ＲＬ２・・・（式１４）
である。
【００９０】
ＩＬ２は式１、式１４、式１２より、以下のように求められる。
【００９１】
ＩＬ２＝ＶＬ２／ＲＬ２＝ＶＬ２／ＲＬ１＝ＶＬ２×ＶＳ１／ＶＬ１／ＲＳ・・・（式１５）
また、式７および式２より、ＶＧは
ＶＧ＝ＶＬ２＋ＶＷ＝ＶＬ２＋ＩＬ２×ＲＷ・・・（式１６）
と表される。なお、Ｓ２５の測定においては、スイッチ６を短絡していることから、ＶＳ＝０を代入した。
【００９２】
さらに、式１６に式１５を代入すると、ＶＧは
ＶＧ＝ＶＬ２＋ＶＬ２×ＶＳ１×ＲＷ／ＶＬ１／ＲＳ・・・（式１７）
と表される。
【００９３】
式１３と式１７からＶＧを消去し、ＲＷについて解くと、
ＲＷ＝ＶＬ１×ＲＳ×（ＶＬ１＋ＶＳ１−ＶＬ２）／ＶＳ１／（ＶＬ２−ＶＬ１）・・・（式１８）
と求められる。
【００９４】
また、式１３と式１７からＲＷを消去し、ＶＧを求めると、
ＶＧ＝ＶＬ２×ＶＳ１／（ＶＬ２−ＶＬ1）・・・（式１９）
と求められる。
【００９５】
以上のように、Ｓ２６の処理においては、Ｓ２３およびＳ２５で測定したＶＳ１、ＶＬ１およびＶＬ２の値から、式１８および式１９を用いて、ＲＷおよびＶＧを算出する。
【００９６】
次に、Ｓ２９におけるＩＬの算出方法について詳細を説明する。Ｓ２９の処理時には、スイッチ６は短絡状態であり、ＶＳ＝０であることから、前記の式８が成り立つ。式８を変形して次の式を得る。
【００９７】
ＶＷ＝ＶＧ−ＶＬ・・・（式２０）
式２０と式２より、ＩＬは以下のように求められる。
【００９８】
ＩＬ＝（ＶＧ−ＶＬ）／ＲＷ・・・（式２１）
式２０に、Ｓ２８で測定したＶＬの値と、Ｓ２６で算出したＲＷおよびＶＧの値を代入して、ＩＬを算出することができる。
【００９９】
以上、図４を用いて説明した、本発明の実施例３における消費電力および消費電力量の計測・算出処理においては、シャント抵抗５を用いて計測を行うのは、Ｓ２３の１回のみであり、その後のＳ２７〜Ｓ３２における繰り返しの測定処理においては、スイッチ６を短絡したままであって、シャント抵抗５を用いない。このため、シャント抵抗５で発生してしまう電力損失を、上記の実施例１や実施例２よりさらに小さくすることが可能である。
【０１００】
上記の実施例１および実施例２における消費電力計測処理では、一定時間間隔Ｔで繰り返し消費電力の計測を行った。Ｔが短いと、頻繁にＳ４〜Ｓ６におけるＶＳの計測処理を行うため、計測した消費電力の精度は高くなる。しかしその分、消費電力の計測のために発生する電力損失が大きくなる。従って、必要とされる精度によって、適宜Ｔを設定すれば良い。一方、実施例３では、繰り返しの測定処理においてはＶＳの計測を行わないので、Ｔの設定に上記のような制限は無い。
【０１０１】
また、上記の実施例１および実施例２においては、Ｓ１およびＳ９において消費電力量ＷＬの初期化および更新処理を行い、上記の第３の実施例においては、Ｓ２１およびＳ３１において消費電力量ＷＬの初期化および更新処理を行ったが、消費電力ＰＬのみを知ればよいのであれば、これらの処理は無くても良い。
【０１０２】
また、上記の実施例１〜３においては、電源２として交流電源を用いていたが、本発明は、電源が直流電源であっても同様に効果を発揮する。直流電源の場合は、ＶＳおよびＶＬの計測値は、瞬時値でもよいし、所定時間内の平均値でもよい。
【０１０３】
また、上記の実施例１〜３において、添付図面に図示されている構成等については、あくまで一例であり、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  消費電力計測装置
２  電源
３  負荷
４  配線抵抗
５  シャント抵抗
６  スイッチ
７  消費電力算出部
【図１】
2014035314.tif 000003
【図２】
2014035314.tif 000004
【図３】
2014035314.tif 000005
【図４】
2014035314.tif 000006
【図５】
2014035314.tif 000007