(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣアウトレット、ＡＣプラグ、ＡＣ電流センサユニットおよびＡＣ電流センサアダプタを含むグループから選択された電子装置に接続される負荷により、低オーム合金からなる、線巻きされて構成された電流センサの一つを介してＡＣ電流流出を感知するための方法であり、ＡＣアウトレット、ＡＣプラグ、ＡＣ電流センサユニットおよびＡＣ電流センサアダプタの各々は、前記電流センサを介して前記負荷により流れる電流に接続して導電するための、電力ピン、電力ソケット、ＡＣ端子およびそれらの組み合わせを含むグループから選択された端子の少なくとも１つの部分に構成された、線巻きされて構成された電流センサの前記一つを含み、前記電子装置はさらに、ＣＰＵと、前記電流センサにより生じる電圧降下を増幅する増幅器とを含む回路を含み、前記方法は、
ａ．負荷を前記ＡＣ装置に取り付けるステップと、
ｂ．前記負荷を動作させるステップと、
ｃ．低オーム合金からなる前記電流センサにより生じる前記電圧降下を、前記増幅器に与えるステップと、
ｄ．前記電圧降下の信号を増幅するステップと、
ｅ．前記増幅された信号を処理のために前記ＣＰＵに供給するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記端子の部分に構成された、線巻きされて構成された電流センサの前記一つは、サイズと、形状と、所与の電流流出値内および範囲内のうちの１つに相応する電圧降下を生じる所与の低オーム値とに適応するように作製され、前記ＣＰＵは、前記負荷によって消費される電力を引き出すための基準と一致する、増幅された電流流出信号を処理するためのＡＣ電力の電圧基準が与えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回路はさらに、流出電流と消費電力との少なくとも一つに関連する処理データを、それぞれ、無線でおよび光ケーブルを介してのうちの少なくとも一つで伝搬させるためのＲＦトランシーバおよび光トランシーバのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電力ソケットは、多数のＡＣ電力アウトレットで使用するための複数のソケットで構成され、各ソケットは、個々の電流信号増幅器と、処理のため前記ＣＰＵに含まれる複数の部分のうちの１つの部分に個々に増幅された信号を供給する前記個々の電流信号増幅器にそれぞれ個々の電圧降下を与えるための、前記線巻きされて構成された電流センサの一つと、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記電流センサは、前記ＡＣ電流センサアダプタ、および前記ＡＣ電流センサユニットに含まれる、前記線巻きされた電流センサで使用される前記電力ソケットを有する前記電力ピンを含む、組み合わせられた端子の部分に構成された電流センサの１つであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記線巻きされた電流センサは、電流変流器の一次コイルであり、変流器の二次コイルは、前記回路に電力供給するための単一のステップアップ電圧と、前記増幅器のための増幅要因を設定すること、およびトランシーバに過負荷警告信号を供給することの少なくとも１つのためのマルチステップアップ電圧と、の１つを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＡＣプラグは、電力消費範囲または電流流出範囲を色で識別するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ＡＣアウトレット、ＡＣプラグ、ＡＣ電流センサユニットおよびＡＣ電流センサアダプタを含むグループから選択された電子装置に接続される負荷により、低オーム合金からなる、線巻きされて構成された電流センサの一つを介してＡＣ電流流出を感知するための装置であり、ＡＣアウトレット、ＡＣプラグ、ＡＣ電流センサユニットおよびＡＣ電流センサアダプタの各々は、電力ピン、電力ソケット、ＡＣ端子およびそれらの組み合わせを含むグループから選択された端子の少なくとも１つの部分に構成された、線巻きされて構成された電流センサの前記一つを含み、
前記電子装置はさらに、ＣＰＵと、増幅された信号を処理のために前記ＣＰＵに供給するための接続された負荷により流れる電流によって前記電流センサにより生じる電圧降下を増幅する増幅器とを含む回路を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記端子の部分に構成された、線巻きされて構成された電流センサの前記一つは、サイズと、形状と、所与の電流流出値内および範囲内のうちの１つに相応する電圧降下を生じる所与の低オーム値とに適応するように作製され、前記ＣＰＵは、前記負荷によって消費される電力を引き出すための基準と一致する、増幅された電流流出信号を処理するためのＡＣ電力の電圧基準が与えられることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記回路はさらに、流出電流と消費電力との少なくとも一つに関連する処理されたデータを、それぞれ、無線でおよび光ケーブルを介してのうちの少なくとも一方で伝搬させるためのＲＦトランシーバおよび光トランシーバのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記電力ソケットは、多数のＡＣ電力アウトレットで使用するための複数のソケットで構成され、各ソケットは、個々の電流信号増幅器と、処理のため前記ＣＰＵに含まれる複数の部分のうちの１つの部分に個々に増幅された信号を供給する前記個々の電流信号増幅器にそれぞれ個々の電圧降下を与えるための、前記線巻きされて構成された電流センサの一つと、を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記電流センサは、前記ＡＣ電流センサアダプタ、および前記ＡＣ電流センサユニットに含まれる、前記線巻きされた電流センサに使用される前記電力ソケットを有する前記電力ピンを含む、組み合わせられた端子の部分に構成された電流センサの１つであることを特徴とする請求項８から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記線巻きされた電流センサは、電流変流器の一次コイルであり、変流器の二次コイルは、前記回路に電力供給するための単一のステップアップ電圧と、前記増幅器のための増幅要因を設定すること、およびトランシーバに過負荷警告信号を供給することの少なくとも１つのためのマルチステップアップ電圧と、の１つを出力するように構成されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ＡＣプラグは、電力消費範囲または電流流出範囲を色で識別するように構成されていることを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＡＣアウトレットおよび他の電気配線デバイスに使用するための、使用者および電力格子のスマートグリッドに消費データを提供するためのＡＣ電流検出素子。
【背景技術】
【０００２】
住宅、事務所、事業所、工場、公共建造物および他の建造物を含む、建物内の電気回路に設置される多くの異なる電気配線デバイスには、電力消費を測定しかつ通信するために使用される回路を含む電気配線デバイスのための制御回路が使用される場合、必ずＤＣ電力が必要となる。
【０００３】
電源ボックス内に設置される、ＬＥＤ光、ホームオートメーションスイッチおよび継電器を制御するための電気配線デバイス、制御電力アウトレット、ならびに暖房、冷房、自動ブラインドおよびカーテンのためのコントロールなどの環境制御デバイスには、個別の低電圧ＤＣ電力線によっても、または低電圧通信回線を介しても電力を供給することはできない。電気規約および建造物規約は、低電圧母線および／または混成低電圧線を壁取付けＡＣ電力デバイスに接続することおよび／または同じ電線管内におけるＡＣ電力線に接続することを厳格に禁止している。本発明のＡＣアウトレットと共に使用するために低電圧通信線をプラグインアダプタなどの電流感知アダプタに接続することも同様に電気安全規則に違反することになるで。機器によって消費される電力をコントローラに報告するために低電圧母線をＡＣ配線デバイスに直接接続することはできない。
【０００４】
これにより、電気アウトレットに内蔵されたＡＣ電源、スイッチ、継電器および調光機等の使用が義務付けられている。このような電源は、嵩張りコストのかかるＡＣ変圧器または大型ＡＣコンデンサを使用する場合がある。あるいはこのような小型電源は、電力スイッチング回路を使用する場合があり、この電力スイッチング回路は、コストがかかり、かつ嵩張るフィルタによって抑制しなければならない雑音を発生させる。
【０００５】
ＡＣ電力を低電圧および小電流ＤＣ電力に変換するためのアナログ方式およびデバイスは単純で、ほとんど雑音を発生させないが、アナログレギュレータは、かなりの電力を浪費し、結果的に生じる熱を散逸させなければならない。アナログレギュレータによって浪費されるエネルギーは、とりわけ制御回路が消費する電力が数ｍＷで極めて小さいか、または数ｍＡのＤＣ電流および５Ｖ、３．３Ｖもしくは１．８Ｖなどの低ＤＣボルトで動作する場合、所与のデバイスの制御回路に電力を供給して動作させるために必要な実際のエネルギーよりはるかに多い。
【０００６】
米国特許第７６３９９０７号、第７６４９７２７号、第７８６４５００号、第８０４１２２１号、米国特許出願公開第２０１０／０２７８５３７号、第２０１１／０２２７５１０号、第２０１１／０３１１２１９号、米国出願第１２／９６３８７６号および第１３／０８６６１０号において、調光機、電流センサ、継電器、電力アウトレット、および低電力消費ＣＰＵを使用している同様のデバイスのためのコントロールを含むこのような低電力消費制御回路が開示されており、これらは、参照により本明細書に組み込まれており、また、参照特許、公開および出願として以下で参照されている。
【０００７】
ＡＣ電力アウトレットの電源、または電力消費検出および通信回路を組み込んだプラグイン電力感知アダプタの電源によって浪費される電力は、住宅における電力アウトレット、商用的および工業的使用を介して消費される電力の監視による、広域地域社会による電力消費低減の試行のために相当なものになっている。
【０００８】
電流および電力流出測定および報告回路は、数ｍＷ（ミリワット）を流出させる場合があるが、電源が有効であっても、１２０Ｖまたは２３０ＶのＡＣを１．８Ｖ／１ｍＡのＤＣ電力に変換するには、ＡＣ電力線から１Ｗ以上を消費することになる。例えば小さい住宅の３０個の電力アウトレットおよび１０個のスイッチによる電力のこのような連続流出は、４０Ｗ／時、すなわち約１ＫＷ／日のエネルギーを浪費することになる。これは、単一の機器またはライトが動作していないときでも、またはＡＣアウトレットに接続されていないときでも生じる。したがって寝室が２部屋の狭いアパートなどの小さい通常の住宅によって蓄積される浪費エネルギーは、３６５ＫＷ／年を超えることになる。これは、解決しなければならない相当な消費である。エネルギーを浪費しない新しい小型低コストＡＣ／ＤＣ電源が必要である。
【０００９】
共通ＡＣ電流センサおよび電流測定素子は、誘導によって電流を検出するためのＡＣ電流変換およびコイル、抵抗器端子の両端間に生じる電圧のレベルによってそれらを通って流れる電流を検出するための、２ｍオームまたは１０ｍオームなどの極めて小さいオーム抵抗器、および導体中の電流流出によって磁束を検出するための磁気ホールセンサを含む。
【００１０】
誘導感知素子、低オーム抵抗器素子およびホールセンサには、解決が単純ではない構造的な困難性および組立て方法上の困難性がある。これは、機器および他の負荷による電流消費を報告するために必要な単純化された低コスト電流感知解決法、および極めて広範囲にわたる予測不能で、かつ無作為に消費される電力の精度に直接影響を及ぼす。
【００１１】
ＡＣ電流測定のために使用される低オーム抵抗器は、よく知られている軸方向抵抗器に類似した、通常の構造化された抵抗器であるか、またはプリント回路基板パターン上に取り付けるための表面実装抵抗器である。軸方向抵抗器は、例えば２ｍオーム〜２０ｍオームの範囲のこのような小さい値の抵抗の値に影響を及ぼす可能性のある手順によって端子および他の金属構造の上にはんだ付けすることができる。
【００１２】
さらに、より大きい電流範囲、例えば５Ａから２０Ａ以上を測定するためには低オーム抵抗器を導入する必要があり、端部の厚さが分厚いＰＣＢパターン、または熱を発生させることなくこのような大電流を運ぶだけの十分な大きさの端子が義務付けられる。
【００１３】
一方、誘導によってＡＣ電流を検出するための変流器は、数ｍＡの電流流出を測定するために透磁率および磁束を大きくし、それにより数ｍＡなどの小さい電流を測定するために、より大きいコイルおよび／または鉄芯でできている。これは、変流器が、測定可能な信号ならびに／または電力線および電気システムのＡＣ配線デバイスに存続している雑音レベルとは区別され得る信号を出力することができるようにするためである。
【００１４】
したがって従来の方法、素子および構成要素の使用は、大きくて嵩張るユニットをもたらし、小さい電流センサアダプタへの導入、または電源ボックスの中に取り付けられるＡＣアウトレットおよびスイッチへの導入が困難である。プラグイン電流センサについても同様であり、それらは、見た目が美しく、かつ好感を与えるサイズでなければならず、ＡＣ壁ソケットに差し込まれる、このようなＡＣアウトレットの装飾的なカバーの上に置かれる、大きくて嵩張る邪魔なデバイスであってはならない。
【００１５】
感知するＡＣ電流のために使用されるホールセンサは、小さくて正確であるが、動作させるためには４０〜１００ｍＷ（５〜１０Ｖおよび８〜１０ｍＡ）程度が必要となり、これは、電流感知回路自体、電源によって浪費される電力、およびＡＣ電流検出デバイスによって浪費される電力を最小化する必要性に相反している。ここにも別の解決法が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
電流感知抵抗器および電流感知コイルまたは変圧器の構造のための本発明の解決法は、黄銅などの抵抗が小さい導電性金属、および／もしくは知られている銀／ニッケル、ニッケル／銅、リン／青銅などの抵抗がより大きい金属合金、または抵抗が小さい同様の合金でできた電流運搬線および端子を導入することである。
【００１７】
ＡＣアウトレットのソケット端子またはプラグイン電流感知アダプタのソケットおよびプラグの組合せの機械的な組立てを可能にするためには、変流器の一次コイル巻線として、または金属合金シートから処理されかつ製造された、構造化された端子として、線の形態の金属合金を使用しなければならない。それは、後に説明する構造の一部にわたって生じる電圧を測定することによって電流値を検出するための低オーム抵抗を提供するために、ソケットもしくはピンまたは両方として構造化された金属合金の固有抵抗を使用することによって電流感知回路にも同様に適用することができる。
【００１８】
環状鉄芯、Ｃ形鉄芯、Ｅ形鉄芯、またはサイズを小さくすることができ、かつ計算された一次コイルおよび二次コイルの適切な巻線を提供することができる任意の他の鉄芯などの鉄芯上の変流器の一次巻線。変圧器コイルの大きい内部抵抗は、コイルのＱを小さくし、また、変圧器の効率を低下させることはよく知られている。さらに、１２０Ｖまたは２３０ＶのＡＣ線路のための小さいＡＣ変圧器の一次コイルは、１００オーム以上の範囲に存在している。ＡＣ変圧器は、ＡＣ線路電圧を低い電圧にするために広く使用されており、したがって広く使用されているＡＣ変圧器の一次コイル巻線の巻数は、二次巻線の巻数よりはるかに多い。
【００１９】
式および計算を詳細に説明するまでもなく、基本変圧器計算、すなわち二次巻線に対する一次巻線の巻数の比率は、入力／出力電圧比と全く同じである。例えば１２０Ｖ−１２Ｖなどの典型的なＡＣ変圧器は、１０：１の巻線比を有している。このような例では、一次コイルの巻線の数が１０００である場合、二次（１２Ｖ）巻線はたったの１００にすぎない。電流感知変圧器に対する考察は異なる。
【００２０】
電力線のための変流器は、極めて少ない巻線または１本だけの巻線の一次コイルを使用している。変流器は、二次コイルの巻線の多数の巻数にわたって生じる、より小さい電流を出力するために、一次コイルを介した電流流出によって生成される磁束、または環状鉄芯の中心を通って延在している線によって生成される磁束を使用している。２ＫＶＡまでの範囲の電気配線デバイスを介して電力消費を測定するために、１０００〜２０００以上の巻数からなる二次コイルは当たり前であり、それがマイクロ／ミリボルト範囲の極めて小さい信号レベルを出力するためであっても、変圧器鉄芯を通って延在している線による電流流出に対応している。
【００２１】
電流感知変圧器に使用される一次コイル線の内部抵抗は小さすぎる。特定の値の電流流出を提供するように選択された太さを有する非抵抗性銅線のみが使用される。このような一次コイルの内部抵抗にわたって生じる電圧、または電圧降下は、測定される電圧降下が些細なもの、すなわち測定不可能な電圧であり、ＡＣ線路環境における雑音と区別することができないため、通常は無視される。
【００２２】
さらに、二次コイルに接続されたわずかの負荷が存在し、一次コイルの増大する電流を導いており、したがって電力変圧器に適用する基本原理は、後に説明する本発明の電流感知変圧器に対して部分的にのみ適用することができる。
【００２３】
本発明は、より大きい抵抗を一次コイルに提供し、したがってミリボルトの単位、例えば１Ａの電流流出に対して１００ｍＶ（０．１Ｖ）で測定することができる測定可能な電圧降下を提供する金属合金でできた低抵抗線の複数の巻線を使用し、したがって内部抵抗が、一次コイル端子を介した使用可能／測定可能信号を使用して一次コイル自体を有効な電流センサに変換する。それと同時に、一次コイルにわたって生じる電圧は、電流感知回路、電力消費処理および通信回路に電力を供給するための逓昇変圧器を提供している。
【００２４】
したがって本発明は、先ず、電力損失が取るに足りないセンサ回路に必要な電力に等しい低ＡＣ電圧を生成することによって、次に、一次コイルに電流が流れていない場合のゼロ電圧およびゼロ電力浪費を生成することにより、電力浪費に対する総合的解決法を提供する。言い換えると、ＡＣ機器がスイッチオフされるか、または機器がＡＣ電力アウトレットまたは電流感知アダプタに接続されていない場合、電力は消費されない。
【００２５】
一次コイルの２つの端子は、金属合金でできた一次コイルの内部抵抗によって生じる一次コイルの両端間の電圧降下の形態のセンサ信号を提供する。二次コイル出力電圧は、一次コイルの少数の巻数と二次コイルの数百または千を超える巻線数の比率と、一次コイルの両端間に生じる電圧の積である。Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×ＳＴ／ＰＴ。ここでＳＴは二次巻数であり、ＰＴは一次巻数である。
【００２６】
本発明により、合金材料、電流流出、線の抵抗および太さ、鉄芯サイズ、最大磁束および一次／二次コイルの効率損失などの異なる考察が紹介される。
【００２７】
さらに、計算は、少数の巻線数によって出力される逓昇電圧を生成するために必要な磁束、一次コイルの内部抵抗および回路に必要な最小電力である。
【００２８】
電流センサ回路は６〜１０ｍＷしか消費しないため、変流器は、極めて小さいサイズにすることができ、また、回路が動作するのは、上述したように負荷によって電流が流出する場合のみであるため、回路のために必要なｍＷ電力単位を提供し、測定可能なセンサ信号出力を提供し、かつ浪費のない完全な電力節約解決法を提供することができる。その場合でも、必要な電力は、数分の１Ｗを維持する。
【００２９】
以下の説明および特許請求の範囲では、変流器の一次コイル巻線のために使用される線、または電流感知コイルと呼ばれている合金線または低オーム合金に対する参照には、コイルを合金線のみ、または低オーム線に限定することは意図されておらず、また、限定しない。一次コイルまたはコイルに対する参照は、場合によっては、合金線および／または低オーム合金線および／または合金線と銅線の組合せ、ならびに銅線を含む、または銅線を含まない異なる合金線の組合せ、または銅線のみを含む。
【００３０】
低オーム合金コイルという用語および所与の電圧降下および／または磁束密度を提供するためのコイルの巻数に対する参照は、合金線および／または銅線を含む線の任意の組合せを含むことができる。以下の説明には、合金、合金線、低オーム合金または低オーム線という用語を使用することはできるが、低オーム合金線でできた、または合金線でできたコイルなどの用語は、合金および／または銅からなる線でできたコイルまたは一次コイルを含むことができる。コイルまたは一次コイルの巻数に対するすべての参照は、合金線巻線の巻数および銅線巻線の巻数または所与の低オーム値を有する銅のみの巻数の組合せを含むことができる。
【００３１】
本発明の別の目的は、より広範囲にわたる電流感知を提供し、それにより１Ｗ程度および例えば最大２ＫＷのワット単位における電力消費の測定および報告を可能にすることである。１２０ＶＡＣを考慮すると、１Ｗは、約８ｍＡの電流を測定することになり、一方、２ＫＷの電流流出は１６Ａを超えることになる。これは、単一の電流感知抵抗器値ではカバーすることができない極めて広い範囲である。例えば８ｍＡ（１Ｗ／１２０Ｖ）の電流は、１０ｍオーム抵抗の両端間に８０マイクロボルトの電圧を生じさせ、また、１６Ａ（２ＫＷ／１２０Ｖ）の電流は、０．１６Ｖの電圧を生じさせることになる。１６Ａ電流での電力散逸は高い熱（０．１６Ｖ×１６Ａ＝２．５６Ｗ）をもたらし、また、許容可能な最大熱発生をはるかに超え、このような用途のためには考慮することはできない。
【００３２】
したがって１Ｗから５０Ｗ、４０Ｗから３００Ｗ、２００Ｗから８００Ｗ、６００Ｗから１．２ＫＷ、１．０ＫＷから１．５ＫＷおよび１．３ＫＷから２．５ＫＷ、ならびに特定の狭い帯域または２．４ＫＷ〜３．０ＫＷ等のいくつかの狭い範囲が必要となる。一次コイル金属合金線の抵抗は、測定範囲、電流流出および印加可能なＡＣ電力電圧に従って選択される。１２０Ｖ電力線では、１Ｗから５０Ｗ範囲の場合、抵抗は０．２オームにすることができ、また、抵抗器の両端間に生じる電圧は、１Ｗ消費（８ｍＡ）で１．６ｍＶ、また、５０Ｗ（４１６ｍＡ）で８３ｍＶになり、浪費される３５ｍＷ電力の熱を散逸し、十分に許容可能なレベルである。
【００３３】
同様に、１２０Ｖ電力線では、６．５Ａ（８００Ｗ）の電流流出は、２ｍオーム抵抗にわたる０．０１３Ｖの電圧降下を生じさせ、１０Ａ（１．２ＫＷ）の電流流出は０．０２０Ｖの電圧降下を生じさせ、また、０．２Ｗまたは１２．５Ａ（１．５ＫＷ）の電力熱は、１ｍオームの両端間に０．０１２Ｖを生じさせ（０．１５Ｗ電力散逸）、また、２０．８３Ａ（２．５ＫＷ）は０．０２１Ｖを生じさせることになる。その電力散逸は、０．４１６Ｗになり、これは、最大３ＫＷ電力消費向けに製作されたより大きいアウトレット（２０Ａを超える）に許容可能である。上で示した値および範囲は、単なる説明用の丸められた近似値であり、正確な消費電力または電流流出ではない。
【００３４】
ＡＣ電流測定値は、それらのキャパシタンスおよび／もしくは電動機インダクタンス負荷値、ならびに／または電気機器に広く使用されているスイッチング電源によってもたらされるＡＣひずみを含む、機器によってもたらされる位相シフトを解決するために、電流曲線および電圧曲線の両方の測定値に基づかなければならない電力消費の測定値とは異なっている。
【００３５】
さらに、本発明の他の目的は、電流信号増幅を調整することによって測定精度および信号対雑音比を改善するために、一次コイルを介して流出する電流に基づく範囲セレクタを含むことである。これは、二次コイルタップとしても知られている、直列に接続される多重巻線を二次コイルに提供することによって達成される。その場合、最後の巻線またはタップは、最低の特定の電流流出値で回路に電力を供給することができる電圧レベルを出力するように設計され、また、最初の巻線タップは、過剰電流流出が検出されると、所定の電圧レベルを出力するように設計される。これは、消費電力がプラグイン電流感知アダプタの測定限度またはＡＣアウトレットからの許容可能電力負荷を超えたことを使用者に警告するためである。
【００３６】
また、電流流出測定範囲を分割する本発明の目的は、規定された最低設計電流流出レベルのために設計され、また、ＡＣ電圧出力レベルを検出することによって測定値を分割し、かつ測定回路を動作させるように設計される単一の二次コイル巻線によって達成することも可能であり、測定回路の動作には、後に説明するセンサ信号増幅の調整を含む。また、二次出力電圧の測定を使用して、過剰電流流出が電流センサを通って流れていることを使用者に警告し、または警報を発することも可能である。
【００３７】
使用される方法に無関係に、多重二次タップを介した逓昇方法および単一の二次コイルの出力電圧の測定のいずれの方法も、一次コイルの両端間に生じるマイクロボルト信号およびミリボルト信号を含む広範囲にわたるセンサ信号レベルに基づいて増幅制御を適用する試行に対して、使用および適用が実質的により単純である。
【００３８】
測定および通信回路のコントローラまたはＣＰＵは、オン−オフなどの電流状態の変化または電流流出値の変化を生成し、かつ通信するようにプログラムされることが好ましい。使用者の無作為の機器のスイッチオフによって電流が遮断され、そのためにセンサ回路の電源が即座に遮断される状況を回避するために、大きい低電圧蓄積コンデンサが提供される。蓄積コンデンサは、連続的に充電され、充電されたエネルギーを維持して、電流センサが負荷のスイッチオフを含む電流流出の変化を通信するために、長時間の継続期間にわたってエネルギーを提供する。
【００３９】
センサのＣＰＵおよび他の回路は、例えば１ｍＡ未満などの小さい電流で動作することが好ましく、また、３．３Ｖなどの低い電圧を蓄積する大きい蓄積コンデンサが、電流流出、電流流出の変化、電流遮断および／またはシステムコントローラによる問合せに対する応答を通信し、かつ報告する回路に電力を供給することが好ましい。蓄積コンデンサは、電流が電流センサを介して流出すると全容量まで充電され、また、その設計容量は、ＰＯＦとして知られている、また、参照されている米国特許、公開および出願に開示されているプラスチック光ファイバを始めとする光導波路または光ファイバケーブルを介した伝搬データのためのＲＦ、ＩＲおよび光信号を始めとする、使用される通信信号のタイプにも依存している。
【００４０】
本発明の他の好ましい実施形態は、電力プラグピンまたはソケットと上で称されている、設計された端子を形成するために選択され、またはプラグイン電流感知アダプタの組合せピンおよびソケットの一部を形成して、電流センサをこのようなピン、ソケットまたは両方の一部にすることができるように選択された金属合金の使用である。このような構造の重要な利点には、機器のＡＣケーブルの電力プラグピンによるセンサの冷却があり、例えば大きい電流をオーブンに運んでいるオーブンの電力ケーブル組立体は、感知抵抗器になるように形成され、または構造化されるソケットと物理的／熱的に接触している。このような接触は、感知抵抗器にわたって生じる熱を、接続されている、ケーブル組立体の線の銅鉄芯を含む重いピンプラグに分散または散逸させることができ、それによりソケット端子の抵抗構造にわたって生じる熱を散逸させ、かつ低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】電流運搬線のためのアクセスを備えた従来技術の環状鉄芯コイルの実例イメージを示す図である。
【図１Ｂ】電流運搬線のためのアクセスを備えた従来技術のＣ形鉄芯コイルの実例イメージを示す図である。
【図１Ｃ】従来技術の電流感知の回路図である。
【図２Ａ】本発明の好ましい実施形態の一次コイルを含むように修正された図１Ａのコイルを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の好ましい実施形態の一次コイルを含むように修正された図１Ｂのコイルを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の好ましい実施形態の一次コイルを含むように修正された図１Ｃの回路図である。
【図２Ｄ】多重二次巻線または多重出力タップの導入によって修正された図２Ａの変流器を示す図である。
【図２Ｅ】多重二次巻線または多重出力タップの導入によって修正された図２Ｂの変流器を示す図である。
【図２Ｆ】多重二次巻線または多重出力タップの導入によって修正された図２Ｃの変流器を示す図である。
【図３Ａ】ピン／ソケット構造の分解図であって、ライブＡＣのピン／ソケットは、本発明の好ましい実施形態の電流感知抵抗器を形成するように構造化された合金導体でできているものである。
【図３Ｂ】図３Ａの電流センサの組立体を示す図である。
【図４Ａ】ＡＣアウトレットソケットの分解図であって、ライブＡＣソケットは合金導体でできており、また本発明の好ましい実施形態の電流感知抵抗器を形成するように構造化されているものである。
【図４Ｂ】図４ＡのＡＣアウトレットの組立体を示す図である。
【図５Ａ】本発明の好ましい実施形態の金属合金構造化抵抗器を含んだＡＣプラグのピンおよびＰＣＢの前方分解図である。
【図５Ｂ】組み立てられたピンおよびＰＣＢを示す図である。
【図５Ｃ】本発明の好ましい実施形態の金属合金構造化抵抗器を含んだＡＣプラグのピンおよびＰＣＢの後方分解図である。
【図５Ｄ】組み立てられたピンおよびＰＣＢを示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｃ〜５ＤのピンおよびＰＣＢを備えた好ましい実施形態プラグの全体的な組立体を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ａ〜５ＢのピンおよびＰＣＢを備えた好ましい実施形態プラグの全体的な組立体を示す図である。
【図６Ａ】本発明の好ましい実施形態の電流感知変圧器による回路の電力供給を含んだ電流感知および電力消費報告回路のブロック図である。
【図６Ｂ】示されている回路への電力供給がＡＣ配線デバイスのために使用され知られている電源である点を除き、図６Ａに示されている回路と本質的に同様のブロック図である。
【図６Ｃ】本質的に図６Ａおよび６Ｂの回路を組み合わせた、金属合金でできた電流センサを含み、かつＡＣプラグもしくはソケットまたは両方の中に形成された、本発明の他の好ましい実施形態のブロック図である。
【図７Ａ】本発明のさらに他の好ましい実施形態の多重二次コイルタップを介して範囲セレクタを含むように拡張された、図６Ａと同様のブロック図である。
【図７Ｂ】複数のＡＣアウトレットおよび他のＡＣ配線デバイスの電流感知のための組合せ回路を提供するように拡張された、図６Ｃと同様のブロック図である。
【図８】実際の電力消費を計算するためのＡＣ電流および電圧位相シフト波形、および時間で区切られた測定位置を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１Ａは、示されている線１０によって流出するＡＣ電流を感知するための鉄芯５Ａおよび巻線６Ａを備えたよく知られている通常の環状コイル組立体１Ａを示したもので、線１０は、鉄芯５Ａの中心を通って延在している。センサコイルは、その電流信号をプロセッサ（図示せず）に出力する。
【００４３】
図１Ｂは、示されている線１０によって流出するＡＣ電流を感知するための、アクセスすなわち窓を有するＣ形鉄芯５Ｂおよび巻線６Ｂを備えた他のよく知られているＣ形鉄芯コイル組立体１Ｂを示したもので、線１０は、センサ信号をプロセッサ（図示せず）に出力するために窓を通って延在している。
【００４４】
図１Ｃは、線１０を介して流出するＡＣ電流を感知し、かつコイル６Ｃから電流感知信号を出力するための、それぞれコイル５Ａまたは５Ｂおよび鉄芯６Ａまたは６Ｂを表している鉄芯５Ｃおよびコイル６Ｃの主要な回路図１Ｃを示したものである。回路は図６Ｂに示されており、追って説明される。
【００４５】
図２Ａは、修正された電流センサ１Ａである電流センサ２Ａを示したもので、電流運搬線１０は、一次コイル１１Ａに置き換えられている。一次コイルは、一次コイルの両端間に、コイル１１Ａを介して流出する電流に対応する電圧降下を生じさせるために、数ミリオームの低オーム抵抗を有する合金線でできている。電圧降下は、ライトもしくは冷蔵庫または空気調和装置および／または任意の他の電気機器などの負荷または機器による電力消費を計算するために処理回路によって使用される。鉄芯５Ａは、電流センサ１Ａの鉄芯５Ａと全く同じ環状鉄芯であるが、二次コイル１２Ａは、追って説明される、図６Ａに示されている処理および通信回路に電力を供給するために、ＡＣ電圧および十分な電流を出力するように修正されている。
【００４６】
図２Ｂは、図１Ｂに示されている電流センサ１Ｂと同様の、修正された電流センサ２Ｂを示したもので、それは、センサ１Ｂの鉄芯５Ａと同様の鉄芯５Ｂおよび構造を使用しており、センサ２Ｂの線１０は、上で参照した一次コイル１１Ａと同様、一次コイル１１Ｂを介した電流流出に比例する電圧降下を生じさせるために低オーム合金線から構築される一次コイル１１Ｂに置き換わっている。二次コイル１２Ｂは、二次コイル１２Ａと同様、図６Ａに示されている処理および通信回路に電力を供給するために、十分な電流のＡＣ電圧を出力するように設計されている。
【００４７】
図２Ｃは、電流センサ２Ａおよび２Ｂの両方を表している鉄芯５Ｃ、一次コイル１１Ｃおよび二次コイル１２Ｃを示す、電流センサ２Ａおよび２Ｂの回路図２Ｃを示したもので、回路２Ｃも、追って説明される図６Ａに示されている。
【００４８】
図２Ｄ、図２Ｅおよび図２Ｆは、ここでは多重巻線、または多重タップを有する二次コイルとして示されている、図７Ａに示されている、追って説明される範囲選択および制御を提供するための二次コイルを除き、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示されている電流センサと同様の電流センサを示したものである。それ以外の鉄芯および一次コイルの構造は、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示されている鉄芯および一次と全く同じである。
【００４９】
図３Ａは、ニュートラル電力端子のためのソケット２２Ｓとプラグピン２２Ｐの組合せ２２、接地ソケット２３Ｓとプラグ２３Ｐの組合せ２３、およびソケット２１Ｓ、プラグ２１Ｐおよび構造化された抵抗器２１Ｒの組合せ２１を備えた、電流消費を通信するためのプラグイン電流感知アダプタ２０の要素の分解図を示したものである。組合せ２１は、黄銅、銅／ニッケルもしくは銀／ニッケル、またはリン／青銅材料などの低オーム合金、あるいは任意の他の低オーム金属合金でできている。
【００５０】
抵抗器部分２１Ｒは、プリント回路基板２４を支持するためのはんだ端子である２つの形成された統合端子２１Ｒ−１および２１Ｒ−２を含んだ低オーム抵抗器構造になるように計算されている。ＰＣＢは、光ファイバケーブルの光導波路を介して光信号を通信するための光トランシーバ２５、および図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａに示されている、ＰＣＢ基板２４上への印刷パターンの形態で構造化されているＲＦアンテナ５４を含んだ、電流および電力消費処理および通信回路を備えている。光導波路および光ファイバケーブルならびに光トランシーバは、参考米国特許、公開および出願に開示されている。
【００５１】
図３Ｂは、ピン／ソケット組合せ２１の上に取り付けられたＰＣＢ２４、ニュートラルＡＣピン／ソケット組合せ２２、およびプラグイン電流センサアダプタ２０の接地ピン／ソケット２３を含んだ機械的組立体を示したものである。接地端子は、電流流出検出および／または電流信号処理における機能は有していない。図３Ｂは、電流感知アダプタ２０が接地接続を統制している電気規則、規約および規制を完全に遵守していることを示すために接地端子を紹介したものである。
【００５２】
電流感知アダプタ２０のプラグピンおよびソケットは、米国規格になるように示されているが、構造化されたピンおよびソケットまたは端子のための英国規格、異なる欧州規格のいずれか、豪州規格または任意の他の国の規格を含む任意の他の規格を遵守し、電気配線デバイスを統制している寸法、構造、規約および規制に従った電流感知アダプタを提供することができる。同様に、プラグイン電流感知アダプタ２０は、接地ピンプラグおよびソケット２３を使用することなく構造化することができ、また、そのケースすなわち外部パッケージ２９は、接地端子のない２ピン壁取付けＡＣアウトレットに適合するように修正することができる。
【００５３】
図４Ａは、低オーム抵抗合金でできたライブＡＣ端子３１を含む壁取付けＡＣアウトレットソケット端子の分解図であり、ソケット３１Ｓ、線接続のための端子３１Ｔ、構造化された電流感知抵抗器３１ＲおよびＰＣＢ取付け端子３１Ｒ−１および３１Ｒ−２を備えている。示されているＰＣＢ３４は、図３Ａ〜図３Ｂに示されているＰＣＢ２１と同様であり、したがってそのはんだ端子３１Ｒ−１および３１Ｒ−２を備えた構造化された抵抗器３１Ｒである。示されているそれらは、構造化された抵抗器２１Ｒと同様である。
【００５４】
構造化された抵抗器２１Ｒおよび３１Ｒは、継目のない形状、厚さ、幅、長さで構造化することができ、その変形形態を使用して抵抗値を変えることができる。端子、ピンおよびソケットの構造は、コスト目標に合致するように設計することができ、端子は、単一の厚さのカットシートもしくは多層に曲げられた薄シート、または押し抜かれ、圧縮された銅および低オーム金属合金の組合せ、あるいは銅および低オーム金属合金の組合せのリベット片の使用から形成することができる。
【００５５】
電流センサを組み込んだＡＣアウトレット間の変化のみが、ＡＣアウトレットマーキングおよび／またはＡＣアウトレットに対する色規約の導入の変化と共に、電流流出または電力消費の所与の範囲に対して構造化されたライブＡＣ端子の変化である場合、異なる電流流出範囲を提供することは費用有効性の高い解決法である。これは、使用すべきＡＣプラグ、または全く同じマーキングまたは色規約を有するＡＣプラグと整合すべきＡＣアウトレットを識別することができる。
【００５６】
上記理由のため、構造化された抵抗器２１Ｒおよび３１Ｒが示されているのは、同様の構造の共通の形状の構造を紹介するためであるが、上で参照したように、選択された電流感知抵抗を提供するために構造化し、製造し、かつ組み立てるべき端子、ソケットおよびプラグの設計には無限の可能性が存在している。このような設計の一例は、図５Ａ〜図５Ｆに示されている。
【００５７】
ニュートラル端子ソケット３２および接地端子ソケット３３を含む壁取付け電力アウトレットの他の端子は、標準米国電力アウトレットとして示されている電力アウトレットに使用される典型的な端子であるが、任意の国または地域の電力アウトレットに適用することができる。
【００５８】
通信回路および光トランシーバ２５を含んだＰＣＢ３４に対するすべての他の考察は、図３Ａおよび図３Ｂで参照したＰＣＢ２４と同様である。プラグピン２１Ｐ、２２Ｐおよび２３Ｐの除去、および示されているねじ端子３１Ｔ、３２Ｔおよび３３Ｔへのそれらの置換によって明白な変化が示されている。接地端子３３Ｔおよび接地ソケット３３Ｓには、本発明に関連する回路および構造上の規則はなく、それらは、接地規約および規則を遵守するように示されている。個々のアウトレット毎の２つのソケット、ニュートラルおよびライブＡＣを使用して、単一または多重ＡＣ電力アウトレットを構造化することにより、接地端子を有する電力アウトレット、または接地端子を有していない電力アウトレットを使用することができる。
【００５９】
図４Ｂには、図４Ａに示されている分解図のセットアップ全体を組み合わせた単一のＡＣアウトレット組立体３０が示されているが、このような電力アウトレット、ケーブルおよびプラグ組立体と結合されたアウトレットアダプタまたはアウトレットなどの壁取付けまたは他のタイプは、実際に複数の電力アウトレットであり、それぞれ抵抗器３１Ｒ、または低オーム感知抵抗器をライブＡＣ端子に提供するための他の構造を含んだ好ましい実施形態と同様に構造化することができる複数のＡＣソケットまたは多重ＡＣソケットを有している。多くのこのような多重ＡＣアウトレットでは、ニュートラル端子ソケットおよびライブＡＣ端子ソケットは、単一の構造化されたバーに結合され、個々のバーは、すべての複数のＡＣアウトレットにＡＣ電力を提供するために、それぞれ単一のニュートラルＡＣ線および単一のライブＡＣ線に接続される。
【００６０】
このようなセットアップでは、ライブＡＣ端子ソケットの各々は、示されている３１Ｒ、またはライブＡＣ端子ソケットの各々のための任意の他の構造などの低オーム抵抗器を含むように構造化しなければならない。多重電力ソケットを備えた電力ケーブル組立体についても同様であり、また、プラグイン多重アウトレットアダプタとして知られているＡＣアダプタについても同様である。多重ＡＣアウトレットのためのＰＣＢ組立体は、個々のライブＡＣソケット端子の各々による電力消費の報告を含む、すべての複数のソケットのための単一のＣＰＵまたは単一の信号プロセッサを使用した組合せ組立体であってもよい。図７Ｂに示されている組合せ回路については、追って説明される。
【００６１】
上記の説明および特許請求の範囲では、ＣＰＵ（中央処理装置）という用語は、ＣＰＵまたはＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、またはアナログ／デジタルであれ、デジタル／アナログであれ、任意の他の信号プロセッサを意味しており、また、信号処理デバイス、ＩＣおよび回路パッケージの任意の組合せを意味している。
【００６２】
図５Ａおよび図５Ｃは、それぞれライブＡＣピン、ニュートラルＡＣピンおよび接地ピンである電力ピン端子４１Ｐ、４２Ｐおよび４３Ｐの構造を示す前側および後側の分解図である。ピンは、図３Ａに示されているピン２１Ｐ、２２Ｐおよび２３Ｐと同様であるが、ピン４１Ｐおよび４２Ｐは、後部ＰＣＢ４４上に取り付けるために別様に構造化されており、また、接地ピン４３Ｐは、接地線に直接接続するように構造化されている。
【００６３】
抵抗器４１Ｒは、ピン４１Ｐの一部として構造化されているが、プラグ４０の空間制限および総合サイズのため、抵抗器４１Ｒは、垂直方向に長くなった方形波カットの形で形成されており、それによりＡＣプラグ４０を介した定義済み電流流出のために設計された低オーム抵抗を達成するために必要な長さを提供している。
【００６４】
示されている方形波形抵抗は、構造化された端子、ピンまたはソケットおよびそれらの組合せを介して流出する電流を測定するために設計された定義済み抵抗を導入するために設計される形状、厚さ、幅、長さおよび金属合金選択の無限の可能性の一例である。構造化されたピンは、抵抗部分をＰＣＢおよびプラグ全体に正確に、かつ安全に設置し、かつ接続するために、はんだピン、はんだ端子孔、ねじが切られた孔、および他の構造化された形状を使用して設計することができる。
【００６５】
図５Ｂおよび図５Ｄは、ＰＣＢ４４上に光トランシーバ４５を含む、ピン４１Ｐおよび４２Ｐの組立体を示している。組み立てられ、またはＰＣＢに接続された接地ピン４３Ｐは示されておらず、それは、回路を雑音から遮蔽するために使用することはできるが、提供するための特定の機能を有していない。図５Ｅおよび図５Ｆに示されている接地線４６Ｇは、接地ピン４３Ｐに接続されている。２方向ＲＦ信号を通信するための図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７ＢのＲＦアンテナ５４は、このようなアンテナは、ＰＣＢ自体の上に小さいパターンの形態で提供され、したがってＰＣＢ４４がアンテナ５４を含んでいるため、示されていない。
【００６６】
図５Ｅおよび図５Ｆは、組み立てられ、かつ電力ケーブル４６に接続された、モールドされたプラグ４０を示したもので、電力ケーブル４６のライブＡＣ線は負荷端子４１Ｌに接続されており、負荷端子４１Ｌは、電力ケーブル４６の他の端部に機器（図示せず）を接続するための抵抗器４１Ｒのはんだ端子として示されている。これは、ピン４１Ｐを介したライブＡＣ線路と、ケーブル４６を介した機器との間の直列の負荷抵抗器４１Ｒの導入を完成する。ケーブル４６のニュートラル線４６Ｎは、端子４２Ｐに直接接続されており、また、上で参照したように接地線４６Ｇは、ＰＣＢではなく、接地ピン４３Ｐに直接接続されている。
【００６７】
示されている光トランシーバは、電流流出、電力消費および負荷または機器詳細に関連するデータを伝搬させるために、光アクセスまたはＡＣアウトレットの光ポートを介してアクセスされると、参照されている米国特許、公開および出願に開示されている光導波路または光ファイバケーブルに光信号を通信する。２方向通信の他の方法は、機器を動作させるためのシステムコントローラによる問合せおよび指令を含む。
【００６８】
図６Ａは、図２Ａ〜図２Ｃに示されている、電流センサ回路に電力を供給するための変流器を使用した、本発明の好ましい実施形態の電力消費報告回路および通信回路を含んだ電流センサ回路のブロック図を示したものである。ＣＰＵまたはアナログ／デジタルプロセッサ５０、電流信号増幅器５１および電源調整器５７を含む回路は、負荷５８によって消費される電力の測定を始めとする電流感知および処理のための基本回路である。負荷は、オームＲＬ負荷、インダクタンスＬＬ負荷および／またはキャパシタンスＣＬ負荷ならびにそれらの組合せとして示されている。
【００６９】
感知素子は変流器Ｔ１であり、その一次コイルＰは低抵抗合金線でできたいくつかの巻線からなり、巻線の太さは、負荷５８による電流流出の所与の範囲に対して選択される。負荷は、ニュートラルＡＣ端子５９と負荷端子６０の間に、Ｔ１の一次コイルＰを介してライブＡＣ端子６１に接続されている。通信回路は、２方向バッファ５２、光トランシーバ５６およびＲＦトランシーバ５３を含む。
【００７０】
変流器Ｔ１は一般に、図１Ａに示されているような環状鉄芯の上に巻かれた、鉄芯の中心を通る電流運搬線１０のための通路すなわち窓を提供するための二次コイルを含んだよく知られている変流器とは別様に構造化されている。電流は、示されている、単一の一巻と見なされるまっすぐな通過線１０を通って流れ、二次コイルＳに電流をもたらす磁束を生成する。電流は巻線の巻数比に比例し、二次コイル端子に接続されている負荷の両端間に信号電圧出力を生じさせる。
【００７１】
電力運搬線は、電力が伝搬する距離にわたって最小の抵抗損を提供するように選択されるため、図１Ａ〜図１Ｃに示されている線１０の両端間の電圧降下は測定不可能である。鉄芯を通過する線の長さは数ミリメートルにすぎない。短い銅線のマイクロオーム抵抗の両端間の電圧降下は小さすぎ、また、銅線が図２Ａ〜図２Ｃに示されているように鉄芯上に巻かれたとしても、何らかの有意な方法で変化しない。一次コイル１１Ａ〜１１Ｃの両端間の電圧降下はわずかであり、測定するには極めて小さすぎる。電力線環境に存続する電気雑音およびハムは、マイクロボルトレベルの測定を妨害し、および／または小さいミリボルト信号の信頼性の高い使用を妨害する。
【００７２】
二次電流は、一次コイルの巻線によって大きくなる。通過するまっすぐな「単一の巻」線は限られた磁束を提供し、いくつかの巻線は、鉄芯透磁率およびサイズなどの鉄芯限界内で磁束を実質的に大きくする。
【００７３】
さらに、広く使用されている変流器は、ＡＣ線と交差することなく電力線上に導入するために特に構築されている。これは、電力消費を計量するために極めて高い電圧電力線における電流を測定するために開発された概念であり、計器は電力線から離れており、また、高電圧から計器を完全に絶縁しなければならない。
【００７４】
電気配線デバイスに対する制限は、工場、倉庫、学校、公共の場所、店、住宅、事業所等を含む建造物内の場合、厳格な電気および建造物の規約および規則が、低電圧信号発信および／または低電圧電力と電気配線デバイスおよび／または電気配線の接続および／または混成を禁止していることである。
【００７５】
これは、空中の可視光であれ、またはＩＲであれ、もしくは光導波路（光導波路は、ＰＯＦとして知られているそのプラスチック光ファイバについての日本のＴｏｒａｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙの商標である）または光ファイバケーブルなどの光ケーブルを介した可視光であれ、またはＩＲであれ、ＲＦまたは光通信の使用を要求している。さらに、電流信号処理回路を含むＲＦおよび光通信は、低電圧および小電流の電源によって電力を供給しなければならず、これは、克服しなければならない障害である。
【００７６】
電気配線デバイスの実用性は、電源ボックス内におけるそれらのサイズである。電気アウトレット内への電流センサおよび光スイッチの導入は、サイズの問題を提起している。微小電力変圧器であっても、電力アウトレットを含む個々の電気配線デバイスに導入することは困難である。
【００７７】
さらに、スイッチング電源であれ、または変圧器または高電圧ＡＣグレードコンデンサを使用したアナログ電源であれ、ＤＣ電源に低減されたＡＣ電圧を供給するために個々の電源を導入することは、費用がかかり、また、不経済である。消費報告および制御の目的が電力消費の低減である場合、とりわけ無意味である。
【００７８】
サイズが小さい電源のための現在利用可能な技法を使用すると、最後には、多くのスイッチング電源および／またはアナログ電力調整によって生じる比較的大きい電力浪費によって加熱された配線デバイスに起因する、より雑音が多い電気環境になる。電気配線デバイスの大半が一日中ほとんど使用されず、または全く使用されない場合であっても、電気配線デバイスによる電力消費は継続される。
【００７９】
多くのアウトレットは、建造物、家庭、事業所および他の建物内で使用されないままである。建物内の電気配線デバイスの平均数は、建造物単位毎に優に６０個を超えることを考慮すると、３６５日／年の間、個々の電源がわずかに１Ｗ／時、すなわち２４Ｗ／日しか消費しない微小電源を数百万の建物の６０個のデバイスに導入すると、１住宅当たり毎年５００ＫＷ／時を超えることになり、都市または州でギガワット電力が浪費されることになる。変流器が設計され、かつ使用される方法を変更する本発明は、使用されていない電気配線デバイスによって浪費される電力を完全に除去する。
【００８０】
Ｔ１の一次コイルＰは、銅／ニッケル合金、銀／ニッケル合金、リン／青銅または黄銅合金などの低オーム合金線でできており、すべて、サイズが小さいフェライトまたは金属をベースとする変圧器鉄芯の上に巻かれた、電気配線デバイスの電源ボックスの中に設置するのに相応する、最大３０Ａ以上の電流に対して異なる線太さにすることができる抵抗が小さい導体である。
【００８１】
０．１オーム〜０．２ｍオームの範囲に及ぶ選択された低オーム抵抗線の使用は、８ｍＡ（米国で約１Ｗまたは欧州で約２Ｗ）から最大３０Ａ（米国で約３．６ＫＷまたは欧州で約６．９ＫＷ）の範囲に及ぶ電流を感知するためである。３ＫＷ以上の負荷のための電流センサは通常、住宅には使用されず、より大きい物理サイズの電流センサにすることができる。示されている値は、本発明の微小変流器が使用することができるレベルおよび範囲を強調するためのものである。
【００８２】
３巻線一次コイルを介して約８ｍＡの電流を流出させる１Ｗ消費機器による１オーム抵抗の両端間の電圧降下は８ｍＶである。
【００８３】
図６Ａに示されているＶＣＣは、例えば図６Ａに示されている処理回路を動作させるためには３．３Ｖ／２ｍＡを提供しなければならない。３．３Ｖ／２ｍＡのために、二次コイルは、例えば５〜６ＶＡＣを出力して、電圧調整器５７によって調整された３．３ＶＤＣを提供するために、直径０．０７ｍｍの線（最大６ｍＡまで適切である）および所与の巻数の巻線でできている。
【００８４】
二次巻線数に対する一次の比率を例えば１：７５０にする必要がある場合、若干の巻数を追加して１：８５０などの比率にし、それにより鉄損、２５００巻線数（２ｍＡで０．１Ｖ損失）による二次巻線損（５０Ω程度）、および他の知られている変圧器損失を提供することが好ましい。１Ｗの小さい電力を消費する負荷は、図６Ａに示されている電流センサを動作させるために必要なＤＣ電力のための１２ｍＷＡＣを生成することができることは明らかである。
【００８５】
一方、１オーム抵抗および２５００二次巻数は、電流流出が８０ｍＡで、電圧降下を８０ｍＶに大きくするため、１０Ｗ負荷に対しても大きすぎる。一次コイル全体の熱散逸（０．０８Ａ×０．０８Ｖ）が６．４ｍＷの許容可能な電力浪費であっても、二次コイルの両端間に生じる電圧（０．０８Ｖ×８５０巻数比）は３０ＶＡＣの範囲にあり（負荷がかかっている）、それは３．３Ｖアナログ調整器５７に対しては高すぎ、より低い二次出力電圧が必要である。図７Ａに示されている解決法は、二次コイルＳに縦続二次コイルまたはタップを提供し、また、制御された出力セレクタを提供している。
【００８６】
図７Ａは、追って説明されるが、一次コイルへの１オームの大きさの抵抗の導入は大きすぎ、より小さい抵抗が必要であることは明らかである。より小さい抵抗の場合、図６Ａに示されている回路への電力の供給は、とりわけ電力消費が極めて小さく、１Ｗ以下で、また、最大２０Ｗまたは６０Ｗ、さらには最大１００Ｗまでの範囲にある場合、より大きい電流範囲に限定されることになる。電力消費が小さいセンサの場合、本発明の他の好ましい実施形態を示す図６Ｂおよび図６ＣのＤＣ電力回路を適用することが好ましい。
【００８７】
図６Ｂは、ＶＣＣ電力供給源、およびＶＣＣのためのＡＣ電源の代わりに電流感知信号を出力するための二次コイルの使用を除き、図６Ａのブロック図と本質的に同様の回路を有するブロック図である。図６ＢのＶＣＣ電源は、保護抵抗器Ｒ２、コンデンサＣ３およびダイオードＤ２を介してＤＣ調整器５７の入力または端子に供給される。
【００８８】
示されている調整器５７は、多くのＩＣ製造者による、極めて安価なコストでの利用が可能なよく知られているアナログ電圧調整器ＩＣである。示されている調整器入力回路は、調整器に低リプルＤＣ入力を提供するためのフィルタコンデンサＣ１、および一般に電気システムに影響を及ぼす電圧サージから調整器を保護するためのツェナーダイオードＺＤ１を含む。調整器の出力は、電力が無作為に遮断された場合に、このような無作為の遮断をシステムコントローラに報告するために、電流センサ回路に電力を供給するための十分な電荷を維持するための蓄積コンデンサＣ２を含む。
【００８９】
ライブＡＣ線路は、同じくＶＣＣの負の線路である接地に接続されるように示されている。ＶＣＣは、例えば正の３．３Ｖとして示されているが、５Ｖもしくは１．８Ｖ、またはＣＰＵおよび図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｂに示されているような通信ＩＣを始めとする他のＩＣに一般に印加される任意の電圧であってもよい。
【００９０】
ライブＡＣは、ＤＣ電源の負の極に接続されているため、電圧調整器５７の入力端子に供給される電力は、ニュートラルＡＣ線路に接続され、かつニュートラルＡＣ線路から直列コンデンサＣ３、ＡＣグレードコンデンサを介して整流ダイオードＤ２に供給され、また、電力線電圧に応じて、同じくそれぞれ電力周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを考慮して、２３０／２４０ＶＡＣ（ＥＵ、ＵＫ）の場合の０．１マイクロファラドから、１００／１２０ＶＡ（日本／米国）の場合の最大０．１８〜０．２２マイクロファラドの範囲にすることができる。
【００９１】
定格２７５ＶＡＣのコンデンサＣ３はよく知られており、また、電力回路に使用するためのＵＬ、ＶＤＥ、ＪＩＳおよびＢＳなどの実体を承認しているすべての知られている規格によって承認されている。コンデンサＣ３とニュートラルＡＣ線路の間の抵抗器Ｒ２は、サージを防止するための保護抵抗器であり、および／または短絡または重大な漏れが生じることになる遠隔事象における火災を防止するための自己破壊抵抗器であってもよい。
【００９２】
変流器ＴＢは、図１Ａ〜図１Ｃに示されている変圧器と同様であるが、一次すなわちまっすぐな線、すなわちバー１０は、一次端子の両端間の電圧降下を大きくするために低オーム合金でできている。さらに、それは、図２Ａ〜図２Ｃに示されている一次１１Ａ〜１１Ｃと同様、存続している電気雑音を克服するために必要な二次ＳＢコイルの磁束および信号レベルを大きくするために、鉄芯の周りにコイルに巻くことも可能である。これは、一次線すなわちコイル１０を介して、１ｍＡ〜５００ｍＡの範囲の小さい電流が負荷によって流出する場合に、微小変流器によって生成される極めて小さい出力信号レベルを大きくすることである。
【００９３】
信号増幅器５１は、二次出力信号を増幅するためのよく知られている線形増幅器または直列に接続された二重増幅器ＩＣである。したがって演算アンプまたはｏｐアンプとしても知られている２つの増幅器であって、個々のアンプが例えば最大１００倍増幅するように設定され、かつ２つが直列である２つの増幅器を結合した増幅器５１は、最大１０，０００倍の増幅率を提供することができる。１〜５００ｍＡ流出によって生成される信号の線形増幅は、優に増幅器５１の直線範囲内である。
【００９４】
以下、ＣＰＵと呼ばれる、ＣＰＵ（中央処理装置）またはアナログ／デジタルプロセッサ５０は、アナログ／デジタルおよびデジタル／アナログ変換器ポート、デジタルポートおよびアナログポートを含む。ＣＰＵ５１は、普通に入手することができる、メモリを含んだ８ビットまたは１６ビットの低コスト、低電力消費プロセッサなどのＣＰＵである。ＣＰＵは、１．８Ｖまたは３．３Ｖで動作し、動作電流は１ｍＡ未満であり、また、休止電流は数マイクロアンペアである。
【００９５】
増幅された電流信号は、増幅器５１からポートＩ／Ｏ  Ｃに供給され、ＣＰＵは、受け取った信号に相応する、センサに特化された範囲の中間または最も線形の範囲になるようにプログラムされた最適増幅を得るために、増幅制御状態およびデジタルに変換されたアナログ電流信号に関するデータに基づいて、Ｉ／Ｏ  Ａポートを介して増幅器５１の増幅率を調整するようにプログラムされる。
【００９６】
図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｂに示されているように、また、上で参照したように、負荷５８は、純粋なオーム負荷または抵抗負荷ではなく、それは、ＰＣを含んだ電気機器と共に一般に使用される電動機および／またはコンデンサおよび／またはスイッチング電源であってもよい。非オーム負荷は、電圧曲線と電流曲線の間の位相がシフトする原因になり、および／または大電力デジタルスイッチング電力負荷による曲線のひずみの原因になる。図８は、電圧曲線８０〜８６および電流曲線９０〜９６の２つの正弦波曲線を示したものであり、それらは、未知のＲＬ負荷、ＬＬ負荷およびＣＬ負荷のために無作為の角度だけシフトしている。
【００９７】
電圧曲線９０〜９６は、ニュートラルＡＣ端子６２から大きいオーム分圧器Ｒ１およびＲ３を介してＣＰＵのＩ／Ｏ  Ｖに供給される基準電圧の曲線であり、Ｒ１の値は、０．５〜１．０Ｍオームなどの範囲内であり、また、Ｒ３の値は、米国の電力線電圧１２０Ｖ／６０Ｈｚまたは欧州電力線の２３０Ｖ／５０Ｈｚを表す最適基準信号レベルを提供するために数Ｋオームである。電流曲線９０〜９６は増幅された電流信号であり、また、電流流出値の正確な基準である。
【００９８】
基準電圧曲線のゼロ交差８０は、電力消費読値を処理するための開始位置または時間点である。電流位相シフトは、電流曲線のゼロ交差のずれから明らかである。
【００９９】
示されているゼロ交差８０は、負から正への交差であり、電流曲線は、その同じ時間、つまり開始位置時間９０に、負の曲線のピークに近づくか、または９０°を超える位相シフトにあることが示されている。
【０１００】
図８に示されている処理は、５つの基準サイクル８１〜８５、および位相がシフトした５つの電流サイクル９１〜９５の測定である。測定位置または時間点は、図８には、電圧時間点のための８１−１、８２−１、８３−２、８４−３および８５−４として、電圧曲線上の無作為に間隔を隔てた１０個の点として示されており、電流曲線上の正確な時間点は、９２−４、９３−５、９４−６および９５−８として示されている。処理位置または時間点の終わりは、８６および９６として示されている。示されている時間間隔は、５０Ｈｚに対しては２ｍＳｅｃであり、また、６０Ｈｚ対しては１６．６ｍＳｅｃである。垂直線は、１サイクルを１０個の時間点に分割しており、したがって個々の時間点の間の間隔は、１サイクルを１０で割った時間継続期間である。
【０１０１】
時間間隔、すなわち１サイクル（Ｈｚ）の間の測定点の数は、測定の精度に直接関係し、１測定ラウンドで測定されるＡＣサイクルの数についても同様である。両方を決定しなければならず、より高い精度には、１測定ラウンドで測定されるＡＣサイクル（Ｈｚ）の数をより多くし、かつ時間間隔を短くするか、または測定点の数を多くしなければならない。
【０１０２】
電力消費は、個々の時間点で同時に測定された値に基づいて作成された、計算された正弦波Ｖ×Ａグラフと、電圧基準計時に基づくサイクル毎の合計の積である。図８に示されている５つのサイクル８１〜８５は、例えば２秒毎に繰り返される測定の１ラウンドの一例である。計算ラウンドが２秒毎に実行されるようにプログラムされると、５つの測定されたサイクルの合計は、５０Ｈｚの場合は２０倍したものになり（５０：５／ｓｅｃ×２ｓｅｃ）、または６０Ｈｚの場合は１２０倍したものになる（６０：５／ｓｅｃ×２ｓｅｃ）。これは、２秒間に消費された電力を表すことになる。
【０１０３】
以上により、本発明の電流センサによる電力消費計算は、多くのＩＣ製造者から共に入手することができる低コスト中央処理装置（ＣＰＵ）またはアナログ／デジタルプロセッサによって簡略化し、かつ実行することができることは明らかである。また、本発明の電流センサは、サイズを小さくして、ＡＣプラグ、プラグイン電流センサ、ＡＣアウトレットおよび他の電気配線デバイスに適合させることができ、正確で、実際的で、かつ低コスト解決法を電力消費報告に提供することができることも同じく明らかである。
【０１０４】
計算された電力消費値は、プログラムに従ってコントローラに報告するために、ＣＰＵに含まれているメモリに記憶され、かつ更新される。計算された電力消費値は、負荷または機器の詳細および負荷の位置および／またはＡＣアウトレットの位置を含む、プログラムされた定義済みプロトコルに変換される。メモリに記憶され、かつ更新されるデータは、符号化されたプロトコルである。
【０１０５】
上記参照特許、公開および出願、とりわけ米国出願第１３／０８６６１０号は、電力消費プロトコルの符号化およびプロトコル報告の信号構造を開示している。コマンド構造は、電力消費、負荷詳細およびその位置を報告するためのすべての必要なデータを含む５バイトのみを含むショートコマンドになるように設計される。
【０１０６】
ショートコマンドは、負荷がスイッチオフされ、それによりセンサ回路への電力が停止し、したがって電流センサが負荷の新しい状態、つまり「負荷スイッチオフ」プロトコルを報告する際に、充電された蓄積コンデンサＣ２の流出を最小化する場合に特に必要である。光ＬＥＤトランスミッタは、５〜６ｍＡなどの数ｍＡを流出し、また、電力が遮断された（負荷電流が流れていない）場合のコントローラからの問合せに対する応答などのいくつかの通信に対する応答をカバーする蓄積コンデンサには、極めて大きいキャパシタンスおよび大きいサイズが必要であるため、これは重要である。
【０１０７】
一般にマイクロワット単位で測定されるＲＦトランスミッタ出力は、たいして電力を消費しないが、報告プロトコルの長さを最短化することが好ましい。示されている２つのトランシーバＲＦ５３および光トランシーバ５６は、対である必要はない。ＲＦ上で動作するシステムは、光トランシーバ５６を含んでいなくてもよく、また、光ネットワークを介して動作するシステムは、ＲＦトランシーバ５３を含んでいなくてもよい。いずれにせよ両方を回路に含んで、ワイヤレスおよび光ネットワークで並列に動作させることができる。
【０１０８】
２方向バッファ５２は、多くの半導体製造者から小さい表面実装ＩＣパッケージで入手することができる、よく知られている増幅器バッファである。その目的は、信号およびそれらのレベルとインタフェースし、かつＣＰＵ５０のＩ／Ｏ  ＴポートおよびＩ／Ｏ  Ｒポートに対して、トランシーバ５３と５６の間に２方向信号を供給することである。それらは、ＣＰＵとトランシーバの間で交換される信号に相応する可変信号を出力し、かつ受け取るようにプログラムすることができるため、選択されるＣＰＵおよびアナログ／デジタルプロセッサ５０に応じて、追加バッファを必要としないＩ／Ｏポートを含んだ多くのこのようなデバイスが存在する可能性がある。このようなデバイスの場合、２方向バッファ５２は不要であり、使用されない。
【０１０９】
図６Ｂのブロック図は、電源および感知変圧器ＴＢを除き、図６Ａのブロック図および回路と同様である。変圧器ＴＢは、上で説明したように低オーム線をその一次コイル、すなわちまっすぐな貫通線１０のために使用しており、一次コイルすなわち線１０を介した電流流出に応答してＴＢによって生成されるその二次ＳＢ出力信号を印加する。
【０１１０】
図６Ｂのブロック図は、図３Ｂに示されているプラグイン電流センサアダプタと同様の小さいプラグイン電流センサアダプタに使用するための、最大１００Ｗなどの小電流消費負荷のための好ましい実施形態である。
【０１１１】
図６Ｃは、変流器６Ｂが、図３Ａ、図４Ａおよび図５Ａの２１、３１または４１などの端子を介して電流流出を測定するために使用される電圧降下を提供するための低オーム合金でできた構造化された端子ＲＳに置換されている点を除き、図６Ｂのブロック図と文字通りに全く同じである。すべての他の回路は、図６Ａおよび６Ｂの回路と全く同じである。電源回路は、上で説明した図６Ｂの電源と全く同じである。
【０１１２】
図６Ｃは、構造化された端子および合金材料の選択ならびに厚さが、３０Ａ以上の端子電流を介した流出を可能にしているため、より大きい電流およびより多くの電力消費報告のために提供されたものである。熱は、低オーム抵抗器上での電力浪費による１Ｗよりはるかに小さい範囲を十分に維持し、プラグコンタクトを介して散逸される。電流感知デバイスおよび構成要素における低オーム合金の使用は、コストが安価で、信頼性が高く、かつ取扱いが容易な電力消費報告デバイスの導入に全く新しい可能性を提供することは明らかである。
【０１１３】
図７Ａは、上述したように電流感知範囲を数ｍＡの小電流流出から最大数アンペアまで拡張することができるようにするために、多重ｎ巻線またはｎ個のタップを備えた変流器Ｔ１１を含むように修正された図６Ａのブロック図を示したものである。タップＡ、Ｂ、Ｃおよびｎは、ダイオードＤ１、２、３およびｎによって整流され、かつコンデンサＣ１１〜ｎによってフィルタリングされたそれらの整流された出力を、拡張されたＩ／Ｏポートを使用してＣＰＵ５０ＡのＩ／ＯポートＩ／Ｏ  １〜Ｉ／Ｏ  ｎに供給し、かつセレクタ６３に供給するように示されている。出力セレクタ６３は、Ｍａｘｉｍ、ＪＲＣ、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、等々などの多くのＩＣ製造者から入手することができる、アナログスイッチとして知られている低コスト多重入力アナログマルチプレクサであってもよい。
【０１１４】
信号選択のためにこのようなマルチプレクサが設計されているが、信号は、１８Ｖ以上で、かつ電流が２５ｍＡ以上になるように規定されており、二次コイルＳの個々のタップから供給される数ｍＡＤＣを優に超えており、また、電圧は、このようなアナログスイッチすなわちマルチプレクサ６３に対して一般的である１８Ｖまたは２５Ｖよりはるかに低い。ＣＰＵのＩ／Ｏ  Ｓは、ＣＰＵが測定した最も低い電圧を選択し、識別された出力Ａ、Ｂ、Ｃまたはｎをマルチプレクサ出力端子を介して調整器入力に接続することにより、プログラムされている所与のレベルより高くなるよう、その制御端子を介してマルチプレクサを制御している。
【０１１５】
マルチプレクサを制御するためのデフォルト設定は、最も高い電圧を出力するタップＡであり、それは、最も小さい電流流出のための十分な電力を一次Ｐを介して提供するように設計された出力すなわちタップである。中間範囲の電流は、タップＢに対して設計されているか、またはタップＢに割り当てられ、また、示されている例の最も大きい範囲の電流はタップＣである。タップｎは過剰電流流出出力である。
【０１１６】
電流センサ範囲の最も小さい電流流出のために設計されたＡＣレベル出力に到達することができるのは出力Ａのみであることは明らかである。一次を介した電流流出が規定された電流感知の中間範囲にある場合、両方のタップＡおよびＢは、プログラムされているレベルを超える電圧レベルを出力し、タップＡの電圧は、プログラムされているレベルよりはるかに高くなる。そのため、レベル選択は、電力を供給するための出力を有するマルチプレクサ入力Ｂを調整器５７に接続する。規定された最大電流流出についても同様であり、入力Ｃは、マルチプレクサを介してその電力を調整器５７に供給することができる。
【０１１７】
一次コイルＰを介した過剰電流流出の場合、タップｎは、入力ｎを介してその電力を調整器５７に供給し、また、それと同時にＣＰＵは、過剰電流検出のシステムのコントローラに警告を発し、かつ／またはＬＥＤ（図示せず）の閃光と共にブザーを鳴らして、修正測定を実施するか、または負荷をスイッチオフするよう、システムの使用者に警告することができる。
【０１１８】
多重タップ解決法による電流感知範囲の範囲外では、図６Ａおよび図７Ａの回路およびそれらのブロック図は全く同じであり、また、それらは、増幅制御、電力消費処理および報告を通して同じ方法で動作する。図７Ａには３つの二次出力タップが示されており、規定された電流感知範囲に応じて、動作環境および負荷選択、任意の数のタップを導入することができる。
【０１１９】
より大きい電流センサの場合、プラグインタイプであれ、ＡＣアウトレットタイプであれ、または５０Ａなどのより大きい負荷のために使用されるプラグタイプであれ、低オーム合金の使用が好ましい。このような大電流の場合、図３Ｂ、４Ｂおよび５Ｂに示されている低オーム合金でできた抵抗素子を備えた、構造化された端子の代わりに、電流センサを備えた工業タイプのＡＣアウトレット、もしくは電流センサを備えた大電力プラグ、または図３Ｂに示されている電流センサと同様であるが、本発明を具体化しているより大きい端子またはより大きい変流器ボディに適応するためにサイズがより大きいプラグイン電流センサを使用することができる。
【０１２０】
図７Ｂは、多重ＡＣ電力アウトレットのため、および／またはＡＣアウトレットアダプタおよび複数のＡＣアウトレットを備えたケーブル組立体エクステンダのための多重電流感知回路を除き、図６Ｃのブロック図と同様のブロック図を示したものである。図７Ｂの基本回路は、図６Ｃに示されている回路と全く同じであり、低オーム合金ＲＳでできたライブＡＣ端子の構造化された抵抗器を使用している。
【０１２１】
相違は、ｎ個の負荷のためのｎ個のアウトレットの追加であり、端子ソケットの各々が、ＲＳ−１、ＲＳ−２およびＲＳ−ｎとして示されているその構造化された抵抗器を含んでいることである。拡張されたＣＰＵ５０Ａは、その増幅がそれぞれＩ／Ｏ  Ａ−１、Ｉ／Ｏ  Ａ−２およびＩ／Ｏ  Ａ−ｎによって制御される増幅器５１−１、５１−２および５１−ｎにその出力を供給するために、個々の構造化された抵抗器ＲＳ−１、ＲＳ−２およびＲＳ−ｎを提供している。
【０１２２】
この回路構造により、単一の結合拡張回路を単一の電気配線デバイスの多重ＡＣアウトレットのために、もしくは多重アウトレット（図示せず）を備えたアダプタのために、または複数のＡＣアウトレット（図示せず）を備えたケーブル組立体エクステンダのために使用することができ、個々のアウトレットは、その電流流出の感知およびその電力消費の個々の報告を提供することができることが明らかになる。
【０１２３】
コントローラへの電力消費の直接的な報告、またはＲＦ信号または光ケーブルを介して光信号を受け取る電流データレシーバなどのネットワークデバイスを介した報告は、識別データを含んでいなければならない。データは、負荷５８もしくは機器、または機器のタイプあるいは機器のファミリーのタイプの識別を含んでいなければならない。
【０１２４】
データは、さらに、アパートであれ、または店であれ、または学校であれ、または工場であれ、建物内の機器の位置を含んでいなければならない。データは、ＡＣアウトレットの特定の識別、またはアウトレットが接続される電流レシーバ、または報告する電流レシーバの特定の識別を含んでいることが好ましい。
【０１２５】
上で参照したように、回路に電力を供給するための変流器の使用は、トランシーバ、とりわけ５ｍＡ〜６ｍＡなどの範囲の電流を消費する光トランスミッタまたはＬＥＤに電力を供給するための十分な容量を提供するための蓄積コンデンサ、つまり上で参照したコンデンサＣ２の使用を要求している。さらに、コンデンサは、電力が遮断された場合にデータを送信するための十分な電荷を蓄積しなければならず、または電力が遮断された後に、または負荷がスイッチオフされた後に、コントローラによる少なくとも１つの問合せに応答するための十分な電荷を蓄積することが好ましい。
【０１２６】
Ｃ２に蓄積されている電荷の流出を最小化するための他の重要な要因は、報告時間の長さおよびデータ内容ならびに構造である。データローディング方法は、回転スイッチを介した方法であれ、もしくはＲＦ、ＩＲを介した方法であれ、または光ダウンロード信号であれ、上で参照した参照特許、公開および出願にすべて開示されている。参照されている特許文献９に極めて短いデータ内容および構造が開示されており、すべての特許、公開および出願は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０１２７】
参照されている特許文献９に開示されているこのような短いデータは、位置、機器識別、消費された電力、アドレス指定、および開始ビット、終了ビット、チェックサムおよびコマンドの性質などの、報告の処理および／または問合せの受取りのために必要な他のデータを含んだ５バイトのみに構造化されている。
【０１２８】
住宅のすべての部屋および共通ゾーンからの全範囲の機器をカバーする定義済みプロトコルのすべてのこれらの詳細は、住宅で使用される電気製品および機器の管理のための単純性および規格化を提供する。好ましい報告のための時間継続期間は２０ｍＳｅｃであり、１つのコマンドを処理し、かつ伝搬させるために流出するＤＣ電流（電力が遮断されている場合の）は５〜６ｍＡである。
【０１２９】
本発明の電流センサによる電流流出または電力消費を報告するための２０ｍＳｅｃの時間継続期間は、通信が遅い場合、９００〜１２００ボーのレートである。光伝送中のＤＣ電流流出は５〜６ｍＡであり、また、ＲＦ伝送中は２〜３ｍＡである。電力消費のための問合せプロトコルまたは負荷の状態の受取りは、それがＲＦ問合せプロトコルであれ、光問合せプロトコルであれ、それには無関係に約１ｍＡを流出させることになる。これは、６０ｍＳｅｃすなわち０．０６ｓｅｃの継続期間にわたって最大６ｍＡと等価の電荷を蓄積することができるコンデンサを要求しており、定格が６．３Ｖの小さい表面実装２００〜４７０マイクロファラド電解またはタンタルコンデンサで十分である。
【０１３０】
変流器への合金線の使用、および構造化された電力ピン、ソケットおよびそれらの組合せのための合金材料の使用は、本発明の電流センサを動作させ、かつ本発明の電力消費報告のための電力供給解決法と相俟って、電力を浪費しない、または電力をほとんど浪費しない、製造、設置および使用が単純な低コスト電流センサの新しい世代を提供することが明らかになる。
【０１３１】
当然、以上の開示は、本発明の好ましい実施形態にのみ関していること、および開示の目的のために本明細書において選択されている本発明の例のあらゆる変更形態および修正形態を包含することが意図されており、その修正形態は、本発明の精神および範囲からの逸脱を構成しないことを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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