(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを機械的に固定させるためのワイヤ・マネージャであって、
前記ワイヤ・マネージャを構造体に固定させ、前記ワイヤが貫通する機械的拘束体を含む本体であって、前記機械的拘束体は、バンド状のワイヤ結束具または伸張部材を含み、当該ワイヤ結束具または伸張部材は、開いた状態で前記ワイヤを貫通させ、閉じた状態で前記ワイヤに接触して締めることにより前記ワイヤを所定位置に固定させる、前記本体と、
前記本体の機械的拘束体の位置に設けられ、前記ワイヤ結束具または伸張部材が閉じた状態で前記ワイヤに接触して前記ワイヤを流れる電流を感知するための電流感知素子を含み、前記電流の量を表わす第１の出力を発生するセンサと、
を含む、ワイヤ・マネージャ。
【請求項２】
前記センサは、前記本体の機械的拘束体の位置に設けられ、前記ワイヤにおける電位を感知して前記電位を表わす第２の出力を発生するための電圧感知素子を含む、請求項１に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項３】
複数のワイヤの各々をガイドするための複数の機械的拘束体と、
前記複数の機械的拘束体の各々の対応位置において、前記複数のワイヤの各々を流れる電流を感知して、前記複数のワイヤを流れる電流を表わす複数の出力を発生するための複数のセンサと、
を含む、請求項１に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項４】
前記複数のセンサは、前記複数の機械的拘束体の各々の対応位置において、前記複数のワイヤの各々における電位を感知するための電圧感知素子を更に含む、請求項３に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項５】
前記本体は、建造物の配電盤又は配線管内に包含されるように適応し、
前記複数のワイヤは、前記建造物における複数の分岐回路である、請求項３に記載ワイヤ・マネージャ。
【請求項６】
前記複数のワイヤを流れる電流を表わす複数の出力から前記複数の分岐回路の電力消費量を計算するための前記本体内に一体化された処理回路を更に含み、前記計算の結果を外部システムに伝達するためのインターフェースを有する、請求項５に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項７】
前記インターフェースは、前記ワイヤ・マネージャの本体内に含まれた無線インターフェースである、請求項６に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項８】
少なくとも１つのワイヤを貫通させるための唯一の機械的拘束体と、少なくとも１つのワイヤを流れるネット電流を感知するための単一のセンサとを含む、請求項１に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項９】
前記本体は、前記構造体に取り付けるためのプラスチックの本体であり、前記少なくとも１つのワイヤを取り囲むための１つ又は複数の可動のワイヤ固定伸張部を更に含む、請求項８に記載のワイヤ・マネージャ。
【請求項１０】
建造物の配電システムの配電盤又は配線管において、前記配電システムの複数の分岐回路に対応する複数のワイヤの位置を制御するためのチャネルを含む本体であって 、前記チャネルの各々は対応する前記複数のワイヤの各々を固定する機械的拘束体を含み、前記機械的拘束体は、バンド状のワイヤ結束具または伸張部材を含み、当該ワイヤ結束具または伸張部材は、開いた状態で前記ワイヤを貫通させ、閉じた状態で前記ワイヤに接触して締めることにより前記ワイヤを所定位置に固定させる、本体と、
対応する前記機械的拘束体の１つに一体的に設けられ、対応する前記ワイヤ結束具または伸張部材が閉じた状態で対応する前記ワイヤに接触して、前記複数のワイヤのうちの対応するワイヤにおける電流を測定するための電流センサと、
前記電流センサに電気的に接続されたインターフェースであって、前記建造物の配電システム内のエネルギ使用量を表わす情報を前記インターフェースから受け取る外部システムに前記電流センサを結合するためのインターフェースと、
を含む、ワイヤ・マネージャ。
【請求項１１】
前記複数のワイヤの電位を感知するための、対応する前記機械的拘束体の１つに一体化された電圧センサを更に含み、エネルギ使用量を表わす情報を提供するために前記インターフェースが前記電圧センサに結合される、請求項１０に記載のワイヤ・マネージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ又は複数のワイヤの位置を管理するためのワイヤ・マネージャに関し、特に、ワイヤ・マネージャにより管理されたワイヤを通って流れる電流を感知するために使用することができる電流センサを含むワイヤ・マネージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
商業地域及び居住地域の両方のためのエネルギ効率に焦点を合わせるために、交流回線の電力供給されるシステムにおいて電力消費量を測定する必要性が増している。或る回路の電力消費量を測定するためには、負荷によって引き出される電流が一般的に測定されなければならず、正確な結果を得るためには、負荷の特性を知ることも必要となり得る。
【０００３】
配電システムに電流センサを付加することは、スペースを占有すること及び複雑性を増すことになり、しかも、複数の回路を測定しなければならない場合、設置難度を増大させ、配電システムにおいて混乱を招くこともある。
【０００４】
従って、配電システムに対してわずかな追加スペースを必要とするだけで組織的且つ効率的な設置を行うと共に、個別化された電流引き出しの情報を提供すること、及び負荷特性を考慮に入れることを任意選択的に可能にし得る電流感知方式を提供すること、が望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ワイヤを通って流れる電流を感知するためのセンサを含むワイヤ・マネージャ及びそれの操作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ワイヤ・マネージャは、１つまたは複数のワイヤの位置を単一箇所で管理し、又は、それらのワイヤを通って流れるネット電流（正味の電流）を測定する単一のワイヤ・マネージャであってもよく、或いは、ワイヤ・マネージャは、各ワイヤに設置された対応する電流センサと共に複数のワイヤを保持するための複数の保持機構を持ってもよい。前記センサ内に、ワイヤの電位を感知するための電圧センサを組込むことも可能である。
【０００７】
ワイヤ・マネージャは、配電盤又は配線管内の設置に適した筐体を有してもよいし、保持機構は、フェライト・シリンダから形成された電流センサの部分を含むクラムシェル型筐体であってもよい。その場合、フェライト・シリンダは、それがワイヤを取り囲んだとき、完全なフェライト・シリンダを形成するか、或いは半導体磁界センサを挿入し得るギャップを外周に沿って備えたものを形成する。電圧センサは、円筒状のプレート、ワイヤ、フィルム、又は、ワイヤの電位を感知するために、ワイヤに容量的に結合するに適した他の導電性素子であってもよい。電圧センサは、電流感知素子に沿って又は電流感知素子内に設置することも可能である。
【０００８】
本発明の上記及び他の目的、特徴、並びに利点は、添付の図面に示されるように、下記の、特に、本発明の好適な実施例の説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例によるワイヤ・マネージャ１０を含んだ配電システムを示す概略的正面図である。
【図２】ワイヤ・マネージャ１０の更なる詳細示す概略的側面図である。
【図３】ワイヤ・マネージャ１０の更なる詳細を示す別の概略的投影図である。
【図４】本発明の実施例に従ってセンサ２０の詳細を示す概略的展開図である。
【図５】本発明の実施例に従ってセンサ２０の詳細を示す概略的投影図である。
【図６】本発明の実施例に従ってワイヤ・マネージャ１０内の回路を示す電気的ブロック図である。
【図７】本発明の他の実施例に従ってワイヤ・マネージャを示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施例に従ってワイヤ・マネージャを示す概略図である。
【図９】本発明の他の実施例に従ってワイヤ・マネージャを示す概略図である。
【図１０】本発明の他の実施例に従ってワイヤ・マネージャを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、電力測定システムに入力を供給するための電流感知機構及び任意選択的な電圧感知機構を有するワイヤ・マネージャに関する。例えば、本発明は、コンピュータ・サーバ・ルームにおける電力モニタリング機器に入力を供給し得る。そのサーバ・ルームでは、複数の分岐回路が種々の電子的シャーシ電源に電力を配布するし、しかも、コンピュータ動作環境内の電力モニタリング機器及び／又はシステム制御機器に種々の分岐回路に対する電力使用量情報を提供することも有益である。他の応用例は、商業用及び／又は住宅用のエネルギ管理のための電力モニタリングを含む。
【００１１】
次に図１を参照すると、本発明の実施例に従って電力配布システム（即ち、配電システム）が示される。配電盤８は、引き込みワイヤ５を収容し、回路遮断器９を介して分岐回路ワイヤ３に電力を配布する。分岐回路ワイヤ３は、コンジット又は他の配線管７を介して負荷に電力を供給するように経路設定される。配電盤８内には、本発明の実施例に従って、ワイヤ・マネージャ１０が設置される。ワイヤ・マネージャ１０は、分岐回路ワイヤ３の位置を制御し、更に、分岐回路ワイヤ３を介して流れる電流を決定して、及び、任意選択的には、分岐回路ワイヤ３における電圧の大きさ及び／又は位相を決定して、分岐回路負荷に配布された実電力(複合電力)の計算を行うために使用される感知素子を含む。ワイヤ・マネージャ１０は、外部処理システムに対する有線又は無線インターフェースを提供し且つ一般的には外部処理システムへの伝送前に電力消費量関連の情報の計算を行うというインターフェース／処理ユニット１２も含むが、外部処理システムにおいて遂行される電力使用量関連情報の計算を、代替的にはロウ電流（任意選択的には、電圧）センサ出力情報を、伝送し得る。インターフェース／処理装置１２は、適当な位置に代替的に設置されてもよいし、図示のものとは異なるように寸法を制御されてもよい。例えば、インターフェース／処理装置１２は、ワイヤ・マネージャ１０から物理的に分離可能であるし、有線、無線、光学的、又は適当なインターフェースによってワイヤ・マネージャ１０に連結されてもよい。
【００１２】
次に図２を参照すると、図１のワイヤ・マネージャ１０の詳細が示される。分岐回路ワイヤ３は、その分岐回路ワイヤ３の対応する１つを通って流れる電流の少なくとも１つの表示と、任意選択的に、その分岐回路ワイヤ３の対応する１つにおける電圧及びその電圧の位相の表示とを提供する、複数のセンサ２０の対応するものを介して経路指定される。センサ２０の詳細は、本発明の実施例に従って後述される。
【００１３】
次に図３を参照すると、図１のワイヤ・マネージャ１０の更なる詳細が示される。センサ２０が、プリントワイヤ基板（ＰＷＢ）３０に固定される。そのＰＷＢは、電流感知素子３２の各々からインターフェース／処理装置１２への接続及び電圧感知素子が設けられる場合には、センサ２０の電圧感知素子への接続も提供する。インターフェース／処理装置１２は、雑音を除去するための信号処理の他に、電力使用量の計算及び情報の伝送を行い、並びにセンサ２０の出力を適切に計測する集積回路３４を含む。図示のように、センサ２０がＰＷＢ３０に搭載されているとき、電流感知素子３２はセンサ２０における開口を通して延び、センサ２０における窪み３６とポスト３８を一致させることによってセンサ２０がＰＷＢ３０に搭載されるとき、ポスト３８が、そのセンサ２０を揃え且つ安定化させるために提供される。センサ２０の取り付け具は任意の適切な手段によっても作ることが可能であるが、分岐ワイヤ３が動かれるとき、センサ２０とＰＷＢ３０との間の機械的接続部に過度の力が加えられないように或る程度の柔軟性が与えられなければならず、従って、機械的な接続部は破損を受けない。加熱溶着性又は化学的接着性の、或いはスナップ結合性の軟接着可撓ポスト３６を使用することも可能である。それとは別に、又は上記のものに加えて、電流感知素子３２の外側本体は、センサ２０に対する機械的な取り付けを行うように作ることも可能である。ワイヤ・マネージャ１０内の回路を、ワイヤ・マネージャ１０が設置される配電盤又は配線管内の電気的回路から絶縁するためにカバー３１が設けられる。
【００１４】
次に図４及び図５を参照すると、図３のセンサ２０の詳細が示される。センサの電流感知部分が３つのフェライト部分２４Ａ、２４Ｂによって形成され、それらのフェライト部分は、センサ本体２２が閉じているとき、分岐回路ワイヤ３のうちの１つのまわりにフェライト・シリンダを形成する。上部のフェライト部分２４Ａは、シリンダの半分を形成し、一方、フェライト部分２４Ｂは、それらのフェライト部分２４Ｂ相互間に且つフェライト・シリンダの周面にギャップを形成し、そこには、一般的にはホール効果センサのような半導体磁界センサである図３の電流感知センサ３２が配置される。図３に示されるように電流感知素子３２を収納するための開口３４がセンサ本体２２に形成される。金属板２８Ａ、２８Ｂによって形成された電圧センサが分岐回路ワイヤ３に対して容量結合を行い、少なくとも分岐回路ワイヤ３における電圧の位相を示し且つ必要に応じて電圧の大きさの表示を提供するように調整され得るＡＣ波形を提供する。金属板２８Ａは接点２７を含み、金属板２８Ｂは、金属板２８Ａと２８Ｂとの間の電気的接触を改善するために結合凹状部２９を含む。従って、その測定システムに対する金属板２８Ａ及び２８Ｂの一方の接続が、電圧感知を行うためには必要である。金属板２８ＢからＰＷＢへの電気的接続を行うために、端子３８がセンサ本体２２の底面上に設けられる。センサ本体２２を分岐回路ワイヤ３のまわりクランプした後、センサ本体２２が閉成位置で保たれるように、ラッチ機構２３が設けられる。センサ本体２２をＰＷＢ又は他の搭載面に対して安定化させ、任意選択的にスナップ式に取り付けるために、搭載面から伸びるポストに一対の凹状部３６を設けることも可能である。
【００１５】
次に図６を参照すると、図２のインターフェース／処理装置１２の詳細が示される。マルチプレクサ１０１Ａは、センサ２０内の個々の電流感知素子から信号を受け取り、測定のためのセンサを選択して電流測定回路１０８Ａに入力を供給する。その電流測定回路は、センサ２０の電流チャンネル出力を適切にスケーリングし、フィルタリングするアナログ回路である。電流測定回路１０８Ａの出力は、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０６に入力として供給され、ＡＤＣ１０６は電流測定回路１０８Ａによって生成された電流出力波形をサンプル値に変換し、それが中央処理装置（ＣＰＵ）１００に供給される。ＣＰＵ１００は、それに接続されたメモリ１０４に格納されているプログラム命令に従って電力計算を行なう。代替方法として、個別の電流測定回路１０８Ａ及びマルチプレクサ１０１Ａは必要ではなく、センサ２０がＡＤＣ１０６に直接接続されてもよい。特定のセンサに関連した分岐回路による電力消費量は、分岐回路電圧が一定で（例えば、１１５Vrms）あること及び電圧と電流との間の位相関係が揃っている（即ち、同相である）ことを仮定することにより決定することができる。しかし、一定電圧というその仮定は一般的には十分であるが、適切に設計された配電システムは少量（例えば、３%未満）以上の線間電圧の低下を許容しないので、電圧と電流との間の位相関係は負荷の力率に依存するし、負荷によって及び経時的に広範に且つ動的に変わり得る。従って、分岐回路による電力消費量を正確に決定するためには、一般的には、少なくとも分岐回路の電圧及び電流の間の位相関係を知ることが望ましい。
【００１６】
電圧測定が実施されるとき、電圧感知が行われる場合に、センサ２０における個々の電圧感知素子から信号を受け取るためのもう１つのマルチプレクサ１０１Ｂが設けられる。マルチプレクサ１０１Ｂは、センサ２０内の個々の電圧感知素子から信号を受け取り、電圧測定回路１０８Ｂに入力を供給する測定用のセンサを選択する。その電圧測定回路１０８Ｂは、センサ２０の電圧チャネル出力を適切にスケーリング及びフィルタリングするアナログ回路である。代替的に或いは電圧測定回路の出力をＡＤＣ１０６の入力に供給することに組み合わせて、電力計算を行なう中央処理装置１００に位相のみの情報を提供するために、ゼロ交差検知器１０９を使用することも可能である。或いは、マルチプレクサ１０１Ｂは必要ではないかもしれず、センサ２０の１つ又は複数の電圧センサ出力がＡＤＣ１０６に直接接続されてもよい。特に、各センサで電圧測定を行なうことは必要ないことがあり、例えば、電圧の位相を感知するとき、複数の分岐回路に対して電圧対電流位相差を決定するためにその時使用される位相基準を提供するためには単一の測定が十分であることがある。更に、複数の電圧測定が行われる場合、それらの電圧測定は絶対的な電圧測定として使用されることがあり、振幅は既知のピーク、ｒ.ｍ.ｓ.、又は平均値にスケーリングされることがある。入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１０２は、無線通信あるいは無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）接続１２２Ａ又は有線イーサネット接続１２２Ｂのような外部モニタリング・システムに無線接続又は有線接続のいずれかを提供する。力率を考慮しない場合、各分岐回路によって使用される瞬間電力は、次のように概算することができる。
PBRANCH = Vrms * Imeas
上式において、Vrmsは一定値、例えば、１１５Ｖであり、Imeasは測定されたrms電流値である。電力値PBRANCHはエネルギ使用量を得るために経時的に積分される。電圧の位相がわかっているとき、電力値は次式により更に正確に計算することが可能である。
PBRANCH = Vrms* Imeas * cos(Φ)
上式において、Φは電圧波形及び電流波形の間の位相角の差である。ゼロ交差検知器１０９の出力は、電流測定回路１０８Ａによって生成された電流波形におけるゼロ交差点の位置、及び、回線の周波数（その回線の周波数を６０Hzであると仮定する）から位相差Φを生成するために使用された電流及び電圧におけるゼロ交点間の時間ΔT、と比較されてもよい。
Φ = ２Π* ６０* ΔT
【００１７】
一般に、電流波形は正確には正弦波でなく、上記の概算値は十分に正確な結果を生じないかもしれない。更に正確な方法は、回線の周波数よりもはるかに高いサンプリング率で測定された電流及び電圧のサンプルを乗じることである。従って、サンプルされた値は、電流及び電圧の波形の瞬間値に近似し、エネルギは次のように計算することが可能である。
Σ(Ｖn * Ｉn) 
【００１８】
サンプルされた電流及び電圧測定から電力、エネルギ、及び位相の関係を決定するために、種々の演算方法を使用することが可能である。
【００１９】
次に図７〜図１０を参照すると、本発明の他の実施例によるワイヤ・マネージャが示される。図７のワイヤ・マネージャは、シートメタル・スクリュー又は電気的ワイヤ・ソケットのような掛け留め部材を用いてシャーシに取り付けることができる本体部分４０Ａを含むか、或いは、本体部分４０Ａは、本体部分４０Ａの下側から及びシャーシ又は他の場所に圧着されたワイヤ・マネージャから取り外すことが可能な剥離型裏面部を持つ接着部材を含むことも可能である。センサ４２は、本体部分４０Ａに一体化されており、本体部分４０Ａを貫通したワイヤ結束具４４Ａによって締め付けられる１つ又は複数のワイヤを通るネット電流を測定するための単一のホール効果装置であってもよいが、上述のようなセンサ２０における電圧感知素子を含み含むことも可能である。インターフェースワイヤ４６は、処理装置へのセンサ４２の接続を行う。それは、図１を参照して説明した配電システムにおいて使用される方法と同様の方法で複数の配電分岐線により電力使用量に関する情報を提供するために、図７〜図１０に示されるような複数のワイヤ・マネージャから入力を受け取ることもできる。
【００２０】
図８〜図１０のワイヤ・マネージャは図７のワイヤ・マネージャと同様のものであり、従って、以下でそれらの間の相違点だけを詳しく説明することにする。図８のワイヤ・マネージャは本体部分４０Ｂを含み、その本体部分は、シートメタル・スクリューのような掛け留め部材を用いてシャーシに取り付けられ、ワイヤを締め付けるためのワイヤ結束具４４Ｂも収容している。センサ４２は、搭載領域へのアクセスを行うために、本体部分４０Ｂの端部近くに位置付けられている。図９のワイヤ・マネージャは、１つ又は複数のワイヤに巻き付ける一体型のねじれ式締め付け伸張部材４４Cを有し、センサ４２は本体部分４０Cと締め付け伸張部材４４Cとの結合体に隣接して一体化される。図１０のワイヤ・マネージャは、本体部分４０Dの一部として形成された一体的なワイヤ保持ストラップを有する。上記の各ワイヤ・マネージャにおいて、センサ４２は、ワイヤ・マネージャがワイヤを保持することによって維持される近似ワイヤであるように、ワイヤ・マネージャが位置決めされる。上述のセンサ２０におけるフェライト片２４Ａ、２４Ｂの一体化と同様の方法でワイヤ・マネージャ本体において磁性材料を一体化することによりワイヤの周りにループを形成するためにフェライト又は他の磁性材料を使用することが可能である。更に、センサ４２内で電圧感知が使用されるとき、ワイヤ間距離を更に一様にするために、上述したようなインサート・ブッシングをワイヤのまわりに使用することも可能である。上記実施例において使用されたホール効果センサを、センサの機械的な特徴に適した変更によって他の電流感知素子と置換することも可能である。代替の電流感知素子の例は、ロゴウスキー（Rogowski）コイル、異方性の磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、フラックスゲート、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、光ファイバ電流センサ、又は他の非接触型電流センサを含む。
【００２１】
本発明の好適な実施例に関連して本発明を詳しく図解及び説明したが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、上記及び他の形式及び細部の変更を行い得るということは当業者には明らかであろう。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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