(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の電力インフラストラクチャにおける電力使用量を感知するためのシステムであって、前記構造体は、前記構造体の前記電力インフラストラクチャの回路遮断器ボックスおよび１つまたは複数の主電源線を含み、前記システムは、
前記１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置する回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられるように構成された感知装置であって、１つまたは複数の磁場センサを含む感知装置と、
前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合されるように構成された較正装置であって、負荷ユニットを含む較正装置と、
前記感知装置から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成された１つまたは複数の処理モジュールと
を含み、
前記感知装置は、前記感知装置が前記パネルへ取り付けられているときに、前記１つもしくは複数の主電源線または前記電力インフラストラクチャへ電気的または物理的に結合されず、
前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記感知装置が前記パネル上の任意の位置に結合されているとき、前記感知装置から受信される前記１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づいて、前記電力使用量を求めるように構成されており、
前記較正装置の前記負荷ユニットは、ある範囲の負荷を生じるように構成され、
前記１つまたは複数の処理モジュールは、ある範囲の前記電力使用量を求めるために前記感知装置を使用するように構成され、
前記負荷ユニットが生じる前記負荷の範囲は、前記一つまたは複数の処理モジュールが求める前記電力使用量の前記範囲より小さい、システム。
【請求項２】
前記１つまたは複数の処理モジュールは、前記感知装置が前記１つまたは複数の主電源線の上に配置されておらず、前記１つまたは複数の主電源線に電気的に結合された１つまたは複数の分岐電力線の上に配置されておらず、かつ前記１つまたは複数の分岐電力線に電気的に結合される１つまたは複数の分岐回路遮断器の上に配置されていなくても、前記感知装置が前記１つまたは複数の主電源線、前記１つまたは複数の分岐電力線、および前記１つまたは複数の分岐回路遮断器のうちの少なくとも１つに流れる電流により生成される磁場を検出する位置で前記パネルに取り付けられているときに、前記電力使用量を求めるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記較正装置の前記負荷ユニットは、１０００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記較正装置の前記負荷ユニットは、３００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と前記１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求めるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記位相差に少なくとも部分的に基づいて、実電力使用量を求めるように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記感知装置は、前記１つまたは複数の磁場センサを囲む１つまたは複数の磁石をさらに含み、前記１つまたは複数の磁石は、前記パネルにより誘起された磁場を飽和させるように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記較正装置の前記負荷ユニットは、４つ以下の離散的負荷を生じるように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記負荷ユニットが生じる前記負荷の範囲は、前記一つまたは複数の処理モジュールが求める前記電力使用量の前記範囲の２０％未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法であって、前記感知装置は、回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられ、前記回路遮断器ボックスの前記パネルは、構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し、前記較正装置は、負荷ユニットを含み、前記方法は、
前記感知装置の１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づき、前記１つまたは複数の主電源線内を流れる電流を求める工程と、
前記較正装置により測定された前記１つまたは複数の主電源線内を流れる前記電流と前記１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求める工程と
を含み、
前記較正装置は、前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合され、
前記感知装置は、前記１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部により生成された磁束を測定し、かつ前記感知装置により測定された前記磁束に基づき、前記感知装置の前記１つまたは複数の出力信号を生成するように構成された１つまたは複数の磁場センサを含み、
前記感知装置は、前記１つまたは複数の主電源線へ電気的または物理的に結合されておらず、
前記較正装置の前記負荷ユニットは、ある範囲の負荷を生じるように構成され、
前記１つまたは複数の処理モジュールは、ある範囲の電力使用量を求めるために前記感知装置を使用するように構成され、
前記負荷ユニットが生じる前記負荷の範囲は、前記一つまたは複数の処理モジュールが求める前記電力使用量の前記範囲より小さい、方法。
【請求項１１】
前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合された前記較正装置により測定された前記１つまたは複数の主電源線を流れる前記電流と前記電圧との間の前記位相差を求める工程は、前記感知装置により測定された前記磁束の位相に基づき、前記電流の位相を求める工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記位相差に少なくとも部分的に基づき、実電力使用量を求める工程をさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年９月１２日出願の米国特許出願第１４／４８５，４２４号明細書に対する優先権を主張するものであり、これは、（１）２００９年９月２５日出願の米国特許出願第１２／５６７，５６１号明細書の一部継続出願および（２）２０１４年８月１１日出願の米国特許出願第１４／４５７，０３２号明細書の一部継続出願であり、かつ２００９年９月２５日出願の米国特許出願第１２／５６７，５６１号明細書の一部継続出願である２０１１年７月１日出願の米国特許出願第１３／１７５，７７０号明細書の分割出願である。本出願は、２０１０年９月３日出願の米国仮特許出願第６１／３８０，１７４号明細書および２０１０年７月２日出願の米国仮特許出願第６１／３６１，２９６号明細書の利益を主張する。米国特許出願第１２／５６７，５６１号明細書、同第１３／１７５，７７０号明細書、同第１４／４５７，０３２号明細書および同第１４／４８５，４２４号明細書ならびに米国仮特許出願第６１／３８０，１７４号明細書および同第６１／３６１，２９６号明細書は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、電力消費量を感知することに関し、具体的には自己較正式無接触電力消費量感知に関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギー保存およびエコフィードバック研究は、ユビキタスコンピューティング（Ｕｂｉｃｏｍｐ）およびヒューマンコンピュータインタラクション（ＨＣＩ）コミュニティにおける焦点であり続けている。米国のエネルギー消費量の２８％が家庭活動により直接寄与されること考えれば、家庭は研究すべき当然の場所である。それにもかかわらず、全家庭の電力消費量情報を住宅所有者または研究者がリアルタイムで取得することは困難な課題であり得る。例えば、いくつかのスマートメータは１５分間隔でデータを提供するが、それにもかかわらず、その情報へアクセスすることは、閉じられたソースと、多くの場合に私的なプロトコルおよびアプリケーションインタフェースとのために困難であり得る。１つの一般的手法は、遮断器パネルの内部に市販変流器（ＣＴ）を設置することである。しかし、ＣＴを安全に設置することは、遮断器パネル内の主電気フィードの周囲にセンサを配置することに関わるため、訓練された電気工を雇用する必要がある。ほとんどの研究者および住宅所有者は、このような設置を行うための訓練を受けていないか、またはこのような設置を行う自信がない。実際に、米国電気工事基準（ＮＥＣ）は、ＣＴの専門的設置の要件に関して厳しい規則を有する。加えて、米国内のいくつかの州は共に、ＣＴが遮断器パネル内に設置されることを禁じている。この場合、代替案は、高価なパススルーメータ（ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｍｅｔｅｒ）を使用することである。パススルーメータは、エンドユーザが電気メータの設置を改竄または変更することができないため、公益事業会社の関与を必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
実施形態の説明をさらに容易にするために以下の図面が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１の実施形態による構造体の回路遮断器および電力インフラストラクチャに取り付けられた例示的システムの図を示す。
【図２】図１のシステムのブロック図を示す。
【図３】第２の実施形態による例示的システムのブロック図を示す。
【図４】一実施形態による予測関数を関数の領域内に配置することにより導出され得る関数の例示的グラフを示す。
【図５】一実施形態による関数の例示的グラフを示す。
【図６】一実施形態による関数の例示的グラフを示す。
【図７】一実施形態による関数の例示的グラフを示す。
【図８】磁場センサにより生成される出力信号の磁束の例示的グラフ（上部）と、１つのレグを通る対応する予測電流波形の例示的グラフ（下部）とを示す。
【図９】予測電流波形および測定電圧波形の例示的グラフ（上部）と、電流波形を予測するために使用された磁場センサにより生成される出力信号の磁束の例示的グラフ（下部）とを示す。
【図１０】予測電流波形および測定電圧波形の例示的グラフ（上部）と、電流波形を予測するために使用された磁場センサにより生成される出力信号の磁束の例示的グラフ（下部）とを示す。
【図１１】伝達関数とその分解された要素とを示す例示的グラフを示す。
【図１２】回路遮断器および電力インフラストラクチャに取り付けられた図１のシステムの図を示し、様々なセンサ配置位置を示す。
【図１３】別の実施形態による、構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法のフローチャートを示す。
【図１４】図１３の実施形態による、トリガ事象を感知するとニューラルネットワークモデルをトレーニングする方法のフローチャートを示す。
【図１５】別の実施形態による、構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知するフローチャートを示す。
【図１６】図１〜図３のシステムの実施形態を実施するのに好適なコンピュータシステムの正面立面図を示す。
【図１７】図１６のコンピュータシステムのシャーシ内の回路基板に含まれる要素の例の代表的ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
説明の簡単化および明確化のために、図面は構造体の一般的方式を示し、周知の特徴および技術の説明と詳細とは、本開示を不必要に曖昧にしないように省略されることがある。加えて、図面内の要素は必ずしも原寸に比例して描かれない。例えば、図面内の要素のいくつかの寸法は、本開示の実施形態の理解を向上させるのを促進するために他の要素に対して誇張されることがある。様々な図面内の同じ参照符号は同じ要素を表す。
【０００７】
本明細書および特許請求の範囲内の用語「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などは、もしあれば、同様の要素同士を区別するために使用され、必ずしも特定の順序または時間的順番を説明するためには使用されない。そのように使用される用語は、本明細書に記載の実施形態が例えば本明細書において示されるか、または他に説明されるもの以外の順序で動作可能であるように、適切な状況下で交換可能であることを理解すべきである。さらに、用語は「含む」および「有する」ならびにそれらの任意の変形は、例えば、要素の一覧を含む処理、方法、システム、物品、デバイス、または装置が必ずしもそれらの要素に限定されないが、明示的に列挙されないまたはこのような処理、方法、システム、物品、デバイスまたは装置に固有の他の要素を含むように非独占的包含を含むように意図されている。
【０００８】
本明細書内および特許請求の範囲内の用語「左」、「右」、「前」、「後」、「上部」、「下部」、「の上」、「の下」などは、もしあれば、説明目的のために使用され、必ずしも恒久的相対位置を説明するために使用されない。そのように使用される用語は、本明細書に記載の製造の装置、方法、および／または物品の実施形態が例えば本明細書において示されるか、または他に説明されるもの以外の配向で動作可能であるように、適切な状況下で交換可能であることを理解すべきである。
【０００９】
用語「結合する」、「結合された」、「結合している」などは広義に理解されるべきであり、２つ以上の要素を機械的におよび／または他の方法で接続することを指すべきである。２つ以上の電気要素は電気的にまとめて結合され得るが、機械的にまたは他の方法でまとめて結合されなくてもよい。結合は、任意の時間長（例えば、恒久的、または半恒久的、または一瞬のみ）にわたるものであり得る。「電気的結合」などは広義に理解され、すべてのタイプの電気的結合を含むべきである。用語「結合された」に近い用語「着脱可能に」、「着脱可能な」などの欠落は、その結合などが着脱可能であるまたは着脱可能でないことを意味しない。「機械的結合」などは広義に理解され、すべてのタイプの機械的結合を含むべきである。
【００１０】
用語「結合された」に近い用語「着脱可能に」、「着脱可能な」などの欠落は、その結合などが着脱可能であるまたは着脱可能でないことを意味しない。
【００１１】
本明細書で定義されるように、２つ以上の要素は、同じ材料片からなる場合には「一体化」状態である。本明細書で定義されるように、２つ以上の要素は、それぞれが異なる材料片からなる場合には「非一体化」状態である。
【００１２】
本明細書で定義されるように、「約」は、いくつかの実施形態では表示値の＋または−１０％以内を意味し得る。他の実施形態では、「約」は表示値の＋または−５％以内を意味し得る。別の実施形態では、「約」は表示値の＋または−３％以内を意味し得る。さらに別の実施形態では、「約」は表示値の＋または−１％以内を意味し得る。
【００１３】
様々な実施形態は、構造体の電力インフラストラクチャにおける電力使用量を感知するためのシステムを含む。構造体は、構造体の電力インフラストラクチャの回路遮断器ボックスおよび１つまたは複数の主電源線を含み得る。本システムは、１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置する（重なる）回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられるように構成された感知装置を含み得る。感知装置は、１つまたは複数の磁場センサを含み得る。本システムはまた、構造体の電力インフラストラクチャへ電気的に結合されるように構成された較正装置を含み得る。較正装置は、負荷ユニットを含み得る。本システムは、感知装置から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成された１つまたは複数の処理モジュールをさらに含み得る。感知装置は、感知装置がパネルへ取り付けられる場合に、１つもしくは複数の主電源線または電力インフラストラクチャへ電気的または物理的に結合されることを欠いてもよい。１つまたは複数の処理モジュールは、感知装置がパネル上の任意の位置に結合されると、感知装置から受信された１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づき、電力使用量を求めるようにさらに構成され得る。
【００１４】
いくつかの実施形態は、構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法を含む。感知装置は、１つまたは複数の磁場センサを含み得る。感知装置は、回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられ得る。回路遮断器ボックスのパネルは、構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し得る。較正装置は、負荷ユニットを含み得る。較正装置は、構造体の電力インフラストラクチャへ電気的に結合され得る。本方法は、第１の期間にわたる構造体内の複数の通常の電力消費量変化に基づく区分的方式で第１の伝達関数を求めることにより、感知装置を自動的に較正する工程を含み得る。本方法はまた、感知装置の１つまたは複数の出力信号と第１の伝達関数とに基づき、１つまたは複数の処理モジュールを使用して電力消費測定結果を求める工程を含み得る。
【００１５】
いくつかの実施形態は、構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法を含み得る。感知装置は、回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられ得る。回路遮断器ボックスのパネルは、構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し得る。較正装置は、負荷ユニットを含み得る。本方法は、感知装置の１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づき、１つまたは複数の主電源線内を流れる電流を求める工程を含み得る。本方法はまた、較正装置により測定された１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と電圧との間の位相差を求める工程を含み得る。較正装置は、構造体の電力インフラストラクチャへ電気的に結合され得る。感知装置は、１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部により生成された磁束を測定し、かつ感知装置により測定された磁束に基づき、感知装置の１つまたは複数の出力信号を生成するように構成された１つまたは複数の磁場センサを含み得る。感知装置は、１つまたは複数の主電源線へ電気的または物理的に結合されることを欠いてもよい。
【００１６】
非接触電力消費量センサは、遮断器パネルの外側に置かれる「貼り付け式（ｓｔｉｃｋ  ｏｎ）」センサを提供することにより、このような配備負荷を低減するために使用されてきた。この技術は、遮断器パネル内の主線内を流れる６０ヘルツ（Ｈｚ）電流により誘起される磁場を感知するために磁気センサを利用してきた。既存手法は、無侵襲型（ｎｏｎ−ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ）電力監視の配備の単純化および容易化への１ステップであったが、考慮すべきいくつかの制限が存在し得る。第１に、既存手法は、ユーザがセンサをパネル上に精密に配置することを必要とする可能性があり、これはエンドユーザが行うには困難な作業である。第２に、既存手法は、磁気センサと電流との間の線形伝達関数を前提とし得るが、これはその精度を小電流範囲に制限する。第３に、既存手法は、磁気センサの直接背後の領域内に存在し得る様々な分岐回路により生成される小さい磁場を必ずしも考慮しない。第４に、既存手法は、電圧波形と電流波形との間の位相情報を考慮しないため、見掛け電力（ただし、必ずしも真（本当）でない電力）を推測する可能性がある。真の電力を求めることができないことにより、既存手法は、現在、現代家庭における電力消費量の多くを構成する傾向がある電球型蛍光ランプ（ＣＦＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、加熱、換気および空調（ＨＶＡＣ）システム、コンピュータ、テレビ（ＴＶ）などの高誘導性負荷の電力使用を正確に推測できない可能性がある。加えて、エネルギーディスアグリゲーション（ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）コミュニティの研究者らは、見掛け電力データのみにより有用性を制限してきた。
【００１７】
従来技術は、プラグイン型較正器が伝達関数に合うように既知電力負荷を引き出すであろうという仮定の下にプラグイン型較正器を利用してきた。しかし、このような手法のあり得る１つの欠点は、較正器が家庭の大きさと存在する機器のタイプとに依存して、０〜２０キロワット（ｋＷ）などの大きい範囲の負荷を引き出すことができると仮定する可能性があることである。プラグイン型較正器がこのような大きい負荷を引き出すことは、安全な熱放散制限のためだけでなく、このような装置を小形状因子（ｓｍａｌｌ  ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）で構成する難しさのために非実用的であり得る。
【００１８】
各コンセントにおける機器レベルエネルギー消費を測定し示すための多くの市販センサ、例えばＣｏｎｓｅｒｖｅ  Ｉｎｓｉｇｈｔ（商標）、ＧｒｅｅｎＳｗｉｔｃｈおよびＫｉｌｌ−Ａ−Ｗａｔｔ（商標）製品が存在する。全家庭電力消費量測定の場合、人気のある市販解決策のうちのいくつかは、Ｔｈｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｖｅ（ＴＥＤ（登録商標））およびＰｏｗｅｒＣｏｓｔ  Ｍｏｎｉｔｏｒ製品である。ＴＥＤ製品を設置することは遮断器パネル内の主電気フィード（主線）の周囲にＣＴを配置することに関わり、これは高電圧感電の危険性のために専門的設置を必要とする。一方、ＰｏｗｅｒＣｏｓｔ製品は、電気工を雇用することなく住宅所有者により容易に設置され得るが、露出された互換性のある光ポートを有する電気機械メータまたは電子的メータのいずれかを必要とする可能性がある。したがって、ＰｏｗｅｒＣｏｓｔ製品は、メータとその露出データポートとに依存するその更新率および性能を有する特定タイプのメータに制約され得る。
【００１９】
このような制限のために、主線へ直接アクセスすることなく電力を推測しようとする非接触解決策が出現している。１つのこのような手法は、遮断器スイッチ自体の面に配置された磁気センサを使用することにより、個別の回路遮断器における電流を測定する。しかし、ほとんどの電気工事規定は、その救命遮断動作との干渉可能性のため、いかなるものも拡張使用のために回路遮断器上に配置されることを許さない。加えて、このような手法は、家庭全体電力使用量を収集するために、センサが各回路遮断器上にまたは存在すれば主回路遮断器上に配置されることを必要とするであろう。同様の磁場ベース手法では、磁気センサはパネル上のすべての遮断器スイッチ上に配置される必要がある。いくつかのセンサを必要とすることに加えて、このような手法はまた、住宅所有者により手動で較正される必要があり、これは住宅所有者が行うには極めて困難および／または非実用的であり得る。
【００２０】
別の手法は、主バスバー中を流れる電流を感知するために遮断器パネル（遮断器ではなく）の面上に配置される磁気センサの対を使用する。この手法は、センサの配置の際にユーザを誘導するのを補助するためにＬＥＤの組を利用した。この手法はまた、伝達関数を生成するために負荷較正器を使用したが、較正器が家庭の全電力範囲をエミュレートできることと、線形伝達関数とを仮定した。配置を補助するためにＬＥＤを使用するにもかかわらず、他の分岐回路および浮遊配線がセンサ下の磁場に影響を与え得る。さらに、磁束の状態は様々な機器が使用されるため、一日中変化する。これは、ＬＥＤが、遮断器パネル状態が初期設置後に同じままである場合に最も役立ち、遮断器パネル状態が初期設置後に著しく変化する場合はまったく役立たないことを意味する。さらに、この手法は見掛け電力を推測したが、電流と基準電圧との間の位相角を考慮しなかった。
【００２１】
添付図面に移ると、図１は、第１の実施形態による、構造体の回路遮断器１９０および電力インフラストラクチャ１６０に取り付けられた例示的システム１００の図を示す。図２は、第１の実施形態によるシステム１００のブロック図を示す。システム１００は単に例示的であり、本明細書で提示される実施形態に限定されない。システム１００は、本明細書において特に描写または説明されない様々な実施形態または例において採用され得る。システム１００は、構造体の電力インフラストラクチャ１６０内の電力使用量を感知するためのシステムと考えられ得る。例えば、構造体は、特徴的電気サービスおよび／またはサービス群を提供され、指定の目的を果たす任意の建造物であり得る。構造体の例は、一例としていくつかのみを列挙すると、単一家族住宅、アパート、コンドミニアム、タウンハウス、２世帯用アパート、３世帯用アパート、４世帯用アパート、ビジネスなどの商業構造、倉庫および工場を含むが、限定することを意図または意味しない。
【００２２】
いくつかの実施形態では、システム１００は、感知装置１１０、表示装置１２０および／または較正装置１８０を含み得る。多くの例では、システム１００は、回路遮断器パネル１９０などの従来の遮断器ボックスまたは回路遮断器パネル上で使用され得る。米国における回路遮断器パネルは、通常、電機製造者協会（ＮＥＭＡ）からのガイドラインに基づくＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ「スタイル」に準拠する。具体的には、回路遮断器パネルは、通常、アクセスドアを備えた前面を有する。前面は、通常、主電気フィードまたは線がバスバーに接続される内部を覆う。図１に示すように、回路遮断器パネル１９０は、個別の回路遮断器１６５および個別の回路遮断器１６１などの個別の回路遮断器を含み得る。様々な実施形態では、回路遮断器パネル１９０は、外面を有するパネル１９６を含み得る。いくつかの実施形態では、回路遮断器パネル１９０は、個別の回路遮断器（例えば１６１、１６５）および／またはパネル１９６へのアクセスを提供するドア１９７を含み得る。多くの実施形態では、回路遮断器パネル１９０は、１つまたは複数の主回路遮断器（図示せず）を含み得る。多くの実施形態では、回路遮断器パネル１９０は、主電力導体１９３、１９４、１９５の少なくとも一部を含み得る。
【００２３】
様々な実施形態では、個別の回路遮断器（例えば１６１、１６５）は、回路遮断器レバー（例えば、回路遮断器レバー１６２、１６６それぞれ）を含み得、分岐回路１６３、１６７などの分岐回路を介して電力をそれぞれ供給し得る。例えば、分岐回路１６３は、構造体のレセプタクル１６４へ電力を供給し得、および／または分岐回路１６７は、構造体のレセプタクル１６８へ電力を供給し得る。いくつかの実施形態では、構造体の電力インフラストラクチャ１６０は、少なくとも回路遮断器パネル１９０、主電力導体１９３、１９４、１９５（「フィード」／「レグ」）および分岐回路１６３、１６７など、構造体内の分岐回路を含み得る。多くの例では、主電力導体１９３、１９４、１９５は、電気的に取り付けバー１９８へ結合され、および／またはバスバー１９９などの１つまたは複数のバスバーへ接続され得る。これらのバーは、電力を電力インフラストラクチャ１６０内の個別の回路遮断器（例えば１６１、１６５）および分岐回路（例えば１６３、１６７）へ供給し得る。多くの実施形態では、パネル１９６は、人々がこれらの通電された電力導体に不注意に接触することから保護するために主電力導体１９３、１９４、１９５および関連回路の少なくとも一部の上に位置し得る。パネル１９６は、鋼鉄または別の金属からなり得る。多くの例では、ドア１９７は、個別の回路遮断器（例えば１６１、１６５）を覆い、通常、美学的理由のために閉じられているが、回路遮断器パネル１９０内の個別回路遮断器（例えば１６１、１６５）のレバー（例えば１６２、１６６）へのアクセスを可能にするために開かれ得る。
【００２４】
多くの実施形態では、システム１００は、主電力導体１９３、１９４、１９５を通って引き出される電流を推測することにより構造体内の電流消費量を計算するために使用され得る。一般的に、住居および小規模商業的電気サービスは、通常、２４０ボルト（Ｖ）分相サービスである。これは、電力導体１９３または１９４のいずれかから電流を戻すために使用され得る中性導体（例えば電力導体１９４）と共に、１８０度逆相の２つの１２０Ｖ交流（ＡＣ）電源導体（例えば電力導体１９３、１９５）を提供する公益事業会社を指す。電力導体１９３、１９４、１９５は、構造体内の異なる負荷に役立つ分岐回路（例えば１６３、１６７）に分割される前に公益事業会社からの入力電力を運ぶ「フィーダ」または「主」電力導体であり得る。１２０Ｖ負荷は、主として、低ワット負荷（すなわち標準３ピン１２０Ｖ／１５アンペア（Ａ）または１２０Ｖ／２０Ａコンセントに差し込まれる負荷、および約２キロワット（ｋＷ）未満の電力を引き出す小型機器）を含み得る。これらの負荷は、個別回路内で配線されレセプタクル１６４、１６８などのレセプタクルへ取り付けられ得、負荷電流は主電力導体１９３、１９４対（「第１の位相分岐」または「第１のレグ」）間または主電力導体１９５、１９４対（「第２の位相分岐」または「第２のレグ」）間を流れる。２４０Ｖ負荷は、通常、２ｋＷ（キロワット）を超える電力を消費する大型機器（例えば電気ドライヤ、ストーブ、エアコンコンプレッサ、電気ベースボードヒータ）である。この場合、負荷電流は電力導体１９３、１９５間に流れ、いかなる負荷電流も電力導体１９４内に流れない。電力導体１９３、１９５上の電圧間の１８０度の位相関係のために、電圧の合計は２４０Ｖである。
【００２５】
工業用建物は、通常、三相が１２０度互いにオフセットされた三相サービスを受ける。単相電力サービスは上に説明されたが、システム１００はまた三相電力サービスにより同様に使用され得る。いずれにしてもシステム１００は、すべてのレグ（例えば主電力導体１９３、１９４、１９５）中を流れる電流を予測し得る。主電力導体１９３、１９４、１９５により生成される磁場を感知することにより、システム１００は、構造体内のすべての負荷が電力導体１９３、１９４および／または１９５と並列に結合されるため、公益事業会社からすべての負荷により引き出される全電流を感知し得る。主レグ（例えば１９３、１９４、１９５）から生成される磁場は、各レグ（例えば１９３、１９４、１９５）中を流れる電流を別個に推定するために使用され得る。磁場は配線（例えば１９３、１９４、１９５）から数センチメートルの距離で、かつパネル１９６の板金の層を通してさえ放射する。理想的状態では、磁場は電流に線型に対応するであろう。しかし、磁場と電流との関係は、すべての隣接配線の磁場、反射磁場、板金の磁気的非線形性のために実際には単純ではない。
【００２６】
依然として図１〜図２を参照すると、多くの実施形態では、感知装置１１０は、磁場センサ１１１、１１２、１１３、１１４などの１つまたは複数の磁場センサを含み得る。磁場センサ１１１〜１１４は、誘導性ピックアップ、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ、または回路遮断器パネル１９０内の導体により生成される時変磁場に応答するように構成された任意の他のタイプのセンサを含み得る。例えば、磁場センサ１１１〜１１４はＲａｄｉｏＳｈａｃｋ着脱可能電話ピックアップセンサ、型番０７Ｃ１２であり得る。磁場センサ１１１〜１１４は、パネル１９６の背後の主電力導体１９３、１９４、１９５中だけでなく、分岐回路（例えば１６３、１６７）のうちのいくつかの中を流れる６０Ｈｚ電流から放射される磁場を検知するためにパネル１９６の外面上に配置され得る。図１は、パネル１９６上の感知装置１１０の見本配置を示す。いくつかの実施形態では、磁場センサ（例えば１１１〜１１４）は、一般的な回路印刷技術を使用することによりインダクタのアレイとして印刷され得、これにより、感知装置１１０がステッカーとして回路遮断器パネル１９０へ取り付けられ得るようにする。
【００２７】
いくつかの実施形態では、感知装置１１０は１つまたは複数の磁石１１７を含み得る。多くの実施形態では、磁石１１７は、磁石１１７が持続的磁場を生成し得るように永久磁石であり得る。様々な実施形態では、１つまたは複数の磁場センサ（例えば１１１〜１１４）は磁石１１７により囲まれ得る。様々な実施形態では、磁石１１７は、主電力導体１９３、１９４、１９５と磁場センサ１１１〜１１４との間に位置するパネル１９６の板金の磁気的非線形性の影響を低減するように配置され得る。主電力導体１９３、１９４および／または１９５内を流れる実電流波形と磁場センサ１１１〜１１４により感知される磁気波形との間の時間差は、パネル１９６の材料の磁気飽和および透磁率に依存し得る。磁場を磁石１１７により飽和させることで、パネル１９６内の板金により誘起される非線形性を低減し得る。換言すれば、実波形と感知波形との間の位相差の非線形性は、磁場センサ１１１〜１１４を磁石１１７で囲むことにより低減され得、これにより、以下にさらに詳細に論述されるように、位相角計算のより正確な予測を有益にもたらす。
【００２８】
多くの実施形態では、感知装置１１０は取り付け機構２１９を含み得る。取り付け機構２１９は、感知装置１１０を回路遮断器パネル１９０の面（パネル１９６など）に取り付けるように構成され得る。いくつかの例では、取り付け機構２１９は接着剤、面ファスナ（ｈｏｏｋ−ａｎｄ−ｌｏｏｐ）材料、磁石または別の取り付け機構を含み得る。
【００２９】
様々な実施形態では、感知装置１１０は、磁場センサ１１１〜１１４により感知される磁場の１つまたは複数の信号を送信するために使用され得る送信器２１５および／または電力源２１６を含み得る。例えば、送信器２１５は有線または無線チャネルであり得る。例えば、送信器２１５は、Ｗｉ−Ｆｉ（ワイヤレスフィデリティ（ＩＥＥＥ（電気電子学会）８０２．１１標準））、Ｚｉｇｂｅｅ（ＩＥＥＥ８０２．１５．４）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１５．１）またはプロプライアタリデータ通信プロトコルなど、別の好適なプロトコルなどの通信プロトコルを使用して通信し得る。いくつかの実施形態では、電力源２１６は電池または他の好適な電力源であり得、送信器２１５を介して送信用電力を供給し得る。
【００３０】
依然として図１〜図２を参照すると、多くの実施形態では、較正装置１８０は電気プラグ２８２を含み得る。電気プラグ２８２は、レセプタクル１６４または１６８などの構造体内のレセプタクル内に差し込まれ得、較正装置が分岐回路１６１および／または分岐回路１６７などの分岐回路へ電気的に結合され得るようにする。いくつかの実施形態では、システム１００は単一較正装置１８０を含み得る。他の実施形態では、システム１００は２つ以上の較正装置（較正装置１８０など）を含み得る。例えば、第１の較正装置（例えば１８０）は電力インフラストラクチャ１６０の第１の位相分岐（第１のレグ）上に電気的に結合され得、第２の較正装置（例えば１８０）は電力インフラストラクチャ１６０の第２の位相分岐（第２のレグ）上に電気的に結合され得る。多くの実施形態では、較正装置２８４は、較正装置１８０を制御するための通信を受信するために使用され得る送受信器２８４を含み得る。例えば、送受信器２８４は、有線または無線チャネルであり得、および／またはＷｉ−Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または別の好適なプロトコルなどの通信プロトコルを使用することにより通信し得る。
【００３１】
多くの実施形態では、較正装置１８０は負荷制御ユニット２８３と負荷ユニット２８１とを含み得る。負荷ユニット２８１は、１つまたは複数の較正用負荷および／または１つまたは複数のスイッチを含み得る。スイッチは、機械的リレースイッチ、固体スイッチ、トライアック、トランジスタ（例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、サイリスタ（ＳＣＲ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）など）または別の好適な制御可能スイッチング装置であり得る。スイッチの使用により、１つまたは複数の較正用負荷は、センサ１１０および／またはシステム１００の較正を容易にするために構造体の電力インフラストラクチャ１６０の分岐回路（例えば１６３または１６７）へ一時的に電気的に結合され得る。
【００３２】
負荷ユニット２８１内の較正用負荷は、１つまたは複数の抵抗器および／または抵抗成分を有するまたは有しないインダクタまたはキャパシタなどの１つまたは複数のリアクティブ負荷であり得る。加えて、較正用負荷は可変抵抗を有する負荷であり得る。一例として、較正用負荷は、スイッチを介して直列および／または並列組合せで接続され得るＯｈｍｉｔｅシャーシ搭載型抵抗器（部品番号ＴＧＨＬＶＲ１００ＪＥ）などの４つの高ワット抵抗器であり得る。
【００３３】
多くの実施形態では、負荷制御ユニット２８３は、送受信器２８４からの通信を受信するためにマイクロコントローラを含み得、および／またはリレーを駆動するために負荷ユニット２８１のスイッチへ信号を送信し得る。切替信号は、分岐回路（例えば１６３、１６７）を一時的に完成し、１つまたは複数の較正用負荷をスイッチオンして回路を完成し、主電力導体１９３、１９４および／または１９５を介して電力を引き込むために使用され得る。例えば、負荷制御ユニットは、２５ワット（Ｗ）、１００Ｗ、２００Ｗおよび／または３００Ｗ負荷を提供するためにスイッチを駆動し得る。１つまたは複数の較正装置（例えば１８０）は、感知装置１１０および／またはシステム１００を自動的に較正するために１つまたは一系列の既知負荷を引き出し得る。多くの実施形態では、較正装置１８０により引き出され得る最大負荷は１０００Ｗである。別の実施形態では、較正装置１８０により引き出され得る最大負荷は３００Ｗである。さらに他の実施形態では、較正装置１８０により引き出され得る最大負荷は５０Ｗである。較正装置１８０により引き出される比較的小さい最大負荷は、較正装置が安全に熱を放散し、較正装置が電力消費量を低減し、較正装置が小形状因子で設けられ得るようにするために有益である。多くの実施形態では、システム１００は、較正装置１８０を介して最大３００Ｗまでのみを引き出すために構造体内で発生する実際の通常電気活動を有利に活用し得るが、それにもかかわらず、構造体内のあり得る電力使用量の全範囲（０〜２０ｋＷなど）にわたっておよび／または１０Ｗ増分などの小増分でセンサ１１０および／またはシステム１００を較正し得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、較正装置１８０は電圧センサ２８５を含み得る。電圧センサ２８５は、電力インフラストラクチャ１６０の電圧を感知し、および／または電力インフラストラクチャ１６０の電圧の位相を感知するように構成され得る。これらは、電力インフラストラクチャ１６０へのレセプタクル１６４などの電気プラグ１８４の接続を介して測定され得る。様々な実施形態では、電圧センサ２８５により感知される電圧および／または電圧の位相は送受信器２８４を介して送信され得る。多くの実施形態では、システム１００は有効電力の計算を容易にするために電圧の位相を利用し得る。
【００３５】
依然として図１〜図２を参照すると、多くの実施形態では、表示装置１２０は電力源２２３を含み得る。いくつかの実施形態では、電力源２２３は、電力を表示装置１２０へ供給し得る電池または電気プラグ１２８などの電気プラグであり得る。レセプタクル１６８などの電気プラグは電力インフラストラクチャ１６０内に差し込まれ得る。多くの実施形態では、表示装置１２０は送受信器２２４を介して感知装置１１０から出力信号および／または較正装置１８０から電圧情報を受信するように構成され得る。様々な実施形態では、表示装置１２０は、負荷ユニット２８１を活性化する信号などの制御信号を、送受信器２２４を介して較正装置１８０へ送信し得る。様々な実施形態では、送受信器２２４は有線または無線チャネルであり得、および／またはＷｉ−Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または別の好適なプロトコルなどの通信プロトコルを使用して通信し得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、表示ユニット１２０は処理モジュール２２５、メモリ２２６および／またはディスプレイ１２１を含み得る。いくつかの実施形態では、計算ユニット１２０は小形状因子表示装置であり得る。他の実施形態では、計算ユニット１２０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり得る。様々な実施形態では、ディスプレイ１２１は電力使用量などの情報を表示するように構成され得、モニタ、タッチスクリーン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または別の好適なディスプレイであり得、様々な実施形態では、ディスプレイ１２１は本明細書に記載の技術の結果を家庭などの構造体内のエンドユーザへ示すことができる。
【００３７】
多くの実施形態では、処理モジュール２２５は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．により製造されるＭＳＰ４３０マイクロコントローラなどの１つまたは複数の処理ユニットであり得る。別の実施形態では、処理モジュール２２５は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．により製造されるＴＭＳ３２０ＶＣ５５０５デジタル信号プロセッサなどのデジタル信号プロセッサまたはＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．により製造されるＢｌａｃｋｆｉｎデジタル信号プロセッサであり得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、処理モジュール２２５は、感知装置１１０の較正を判断し、かつ主電力導体１９３、１９４、１９５の電流および／または電力などの構造体の電力インフラストラクチャ１６０内の電力使用量を求めるために感知装置１１０からの電流測定結果を使用するように構成され得る。いくつかの例では、処理モジュール２２５は、以下にさらに詳細に説明されるニューラルネットワークモジュール２２２、伝達関数モジュール２２９、位相角モジュール２２８および／または電力消費量モジュール２２７など、メモリ２２６内に格納されるコンピュータ命令の１つまたは複数のモジュールを実行し得る。メモリ２２６は１つまたは複数の非一時的データ記憶素子であり得る。
【００３９】
図を先に進めると、図３は、第２の実施形態による例示的システム３００のブロック図を示す。システム３００は単に例示的であり、本明細書で提示される実施形態に限定されない。システム３００は、本明細書において特に描写または説明されない様々な実施形態または例において採用され得る。システム３００はシステム１００（図１〜図２）と類似または同一であり得、システム３００の様々な部品はシステム１００（図１〜図２）の様々な部品と類似または同一であり得る。様々な実施形態では、システム３００は感知装置１１０と較正装置３８０とを含み得る。多くの実施形態では、較正装置３８０は様々な要素を含み得、および／または較正装置１８０（図１〜図２）および表示装置１２０（図１−２）の様々な機能を行い得る。例えば、較正装置３８０は、較正装置１８０（図１〜２）からの負荷ユニット２８１、負荷制御ユニット２８３、電圧センサ２８５および電気プラグ２８２を含み得、表示装置１２０（図１〜２）の処理モジュール２２５、メモリ２２６、ディスプレイ１２１、ニューラルネットワークモジュール２２２、伝達関数モジュール２２９、位相角モジュール２２８および電力消費量モジュール２２７を含み得る。様々な実施形態では、較正装置１８０（図１〜２）および表示装置１２０（図１〜２）の２つ以上の要素は較正装置３８０内に単一要素として一体化され得る。例えば、送受信器２８４（図２）は較正装置３８０内の送受信器２２４に一体化され得る。別の例として、表示装置１２０（図２）内の電力源２２３は較正装置３８０の電気プラグ２８２に一体化され得る。
【００４０】
図１〜３を参照すると、磁場センサ１１１〜１１４はそれぞれ、回路遮断器パネル１９０の下にある主電力導体１９３、１９４および／または１９５から生成される磁場を感知し、磁場を表す出力信号を生成し得る。磁場センサ１１１により生成される出力信号は本明細書ではＳ１と表される。磁場センサ１１２により生成される出力信号は本明細書ではＳ２と表される。磁場センサ１１３により生成される出力信号は本明細書ではＳ３と表される。磁場センサ１１４により生成される出力信号は本明細書ではＳ４と表される。感知磁場を電流に変換するために、システム１００および／またはシステム３００は、感知磁束が与えられると、磁束を誘起する主レグ内を流れる電流がどの程度かを求めることができる伝達関数を使用し得る。システム１００および／またはシステム３００は、負荷ユニット２８１内の抵抗性負荷を所定時間に給電することにより既知量の電流を引き出す一方で、磁場センサ（例えば１１１〜１１４）がその電流引き込みのために磁場に発生する変化を感知する較正装置１８０（図１〜２）および／または較正装置３８０（図３）を使用することにより伝達関数を推測し得る。
【００４１】
多くの実施形態では、システム１００および／またはシステム３００は、これらの磁場信号を主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれの中を流れる電流波形に変換するために使用され得る伝達関数を生成し得る。実電力を予測するために、システム１００および／またはシステム３００は、電流波形の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値と、電流波形と電圧波形との間の位相角との両方を求めることができる（電流の単なるＲＭＳ値ではなく）。
【００４２】
磁束を与えられて電流波形を計算する伝達関数を生成することは、回路遮断器パネル１９０と感知磁場の基本的特性とによりもたらされる様々な困難な課題のために些細なことではないことがあり得る。第１の困難な課題は浮遊磁束であり得る。主電力導体１９３、１９４および／または１９５に加え、回路遮断器パネル１９０はまた、個々の回路遮断器（例えば１６１、１６５）を通る他の電気的配線で構成される。主線を周回する配線がまた複数存在し、それぞれは主線内を流れる電流に依存してかなりの量の磁場を放射し得る。磁場センサ１１１〜１１４は、これらすべての源から発せられる磁場を感知し得る。主線により放射される磁場のみを求めるために、取り囲む配線により放射される磁場は、主電力導体１９３、１９４および／または１９５から放射される磁束のみを識別することにより、伝達関数による予測中に削除されるべきである。
【００４３】
第２の困難な課題は感知装置１１０の位置であり得る。磁場センサ１１１〜１１４により感知される磁場の量は、磁場センサ１１１〜１１４と主電力導体１９３、１９４および／または１９５との間の距離に依存し得る。システム１００および／またはシステム３００が、感知装置１１０が遮断器パネルの任意の位置に配置されることを許容する配置不変系（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｉｎｖａｒｉａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）となるには、伝達関数は、磁場センサ１１１〜１１４と主電力導体１９３、１９４および／または１９５との間のいかなる距離にも対処できるべきである。
【００４４】
第３の困難な課題は、主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれの磁束を絶縁することであり得る。主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれの中を流れる電流は磁場センサ１１１〜１１４のそれぞれの感知磁場に寄与し得る。しかし、センサ１１０は、主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれにより生成される磁場のうちのどの程度が磁場センサ１１１〜１１４のそれぞれにより感知される磁場に寄与するかを先験的に知らない。図１に示すように、磁場センサ１１１（左端のセンサ）および磁場センサ１１４（右端のセンサ）は、左端のレグ（主電力導体１９３）および右端のレグ（主電力導体１９５）のそれぞれにより主に影響を受ける可能性が高い。しかし、影響の割合は先験的に未知である。磁場センサ１１２〜１１３（２つの中央のセンサ）に関して、シナリオはさらに予測不能であり得る。伝達関数は、主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれが磁場センサ１１１〜１１４のそれぞれに影響を及ぼす割合を算出できるべきである。
【００４５】
第４の困難な課題は回路遮断器パネル（例えば回路遮断器パネル１９０）の配線内の不確定性であり得る。ＮＥＭＡ、ＮＥＣにより発布されたガイドラインにもかかわらず、遮断器パネルの内部配線はそれを設置した電気工のスキルおよび／または経験などの様々な要因に依存して著しく変化する。伝達関数はいかなるタイプの配線を有するいかなる遮断器パネルにも対処できるべきである。
【００４６】
これらの困難な課題は様々な遮断器パネルにわたって変化し得るため、同じ量の電気的負荷が様々なパネル内において様々な量の磁場を誘起し得る。さらに、感知装置１１０の同じ位置決めと同じパネル内でさえ、電気的負荷の量と磁場との関係は総じて回路遮断器パネル１９０内の既存磁場に依存し得る。例えば、主電力導体１９３、１９４または１９５のうちの１つを通るベースライン電流はＩ１であり得、Ｉｃｈ量の正の変化はＳ１のＳｃｈ１の正の変化を生じ得る。ベースライン電流がＩ２へ変化すれば、同じ正のＩｃｈ変化が異なる量の変化Ｓｃｈ２を生じ得る。どのように磁場が様々な配線およびそれらの建設的または破壊的干渉から放射されたかに依存して、Ｓｃｈ２の値は正のＩｃｈ値にもかかわらず、なお負ですらあり得る。
【００４７】
したがって、主電力導体１９３、１９４および／または１９５内の電流と磁場センサ１１１〜１１４により感知される磁場との間の関係は非線形であり得、および／または既存ベースライン磁場および／または他の磁場の存在に依存し得る。この変動性と非線形性とに対処するために、システム１００および／またはシステム３００は、遮断器パネルの「状態」毎に複数の多項式を生成し得る。磁束という意味で状態を定義することにより、システム１００および／またはシステム３００は各状態の関数を構築し得る。このような問題は、入力として所定状態を有する関数を学習する機械学習技術に適し得る。例えば、システム１００および／またはシステム３００は、出力を入力から予測する多項式関数を本質的に学習し得るニューラルネットワークモデルを使用し得る。
【００４８】
多くの実施形態では、ニューラルネットワークモジュール２２２は負荷ユニット２８１を使用してニューラルネットワークモデルを構成し得る。上に説明したように、較正装置は２５Ｗ、１００Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ負荷の系列を周期的に繰り返すなど、様々な負荷を適用し得る。較正器が負荷をオンする直前、ニューラルネットワークモジュール２２２は感知装置１１０により測定される値を追跡することを開始し得る。負荷をオンすることで、全電流、したがって磁束の変化を生じる。磁束のこの変化はシステム１００および／またはシステム３００により記録され得る。較正器行為（例えば、負荷ユニット２８１を介して負荷をオンまたはオフする）毎に、ニューラルネットワークモジュール２２２はニューラルネットワークのトレーニングインスタンスを構築し得る。このようなインスタンスの構造を表１に示す。すべての列の最初の８列は学習アルゴリズムの入力特徴であり得る。第９列はアルゴリズムが学習しようとする出力値であり得る。ニューラルネットワークは、１つの入力層と、１つの出力層と、これらの層のそれぞれの中に５つのニューロンを有する２つの隠れ層とで構成され得る。多くの実施形態では、ニューラルネットワークモジュール２２２は、関数を学習するために本明細書に記載の入力と出力とを有する従来のニューラルネットワーク機械学習アルゴリズムを使用し得る。
【００４９】
【表１】
0006738325.tif 000002
【００５０】
表１において、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐ、Ｓ３ｐ、Ｓ４ｐは、較正器が負荷をオンする前に磁場センサ１１１〜１１４それぞれにより生成される４つの出力信号のＲＭＳ値であり得る。Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｃ、Ｓ４ｃは、較正器が負荷をオンした後に磁場センサ１１１〜１１４それぞれにより生成される４つの出力信号のＲＭＳ値であり得る。Ｉｃｈは、差し込まれる際にレグ（主電力導体１９３、１９４または１９５のうちの１つ）へ加えられる較正器の電流量であり得る。磁束変化と電流変化との関係は回路遮断器パネル１９０内に存在する既存磁束に依存し得るため、多くの実施形態では、ニューラルネットワークモジュール２２２は、入力特徴として磁束の変化を単に使用する代わりに、以前と現在との両方の磁束を使用し得る。
【００５１】
多くの実施形態では、較正装置１８０は負荷ユニット２８１の各負荷を５秒間オンし得る。５秒後、較正装置１８０は負荷ユニット２８１の負荷をオフし得、ニューラルネットワークモジュール２２２は同様の事象を捕捉し、オフ事象の同様のトレーニングインスタンスを計算し得る。多くの実施形態では、システム１００および／またはシステム３００は主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれを通る電流の絶対値へアクセスしない。いくつかの実施形態では、唯一の先験的情報は、較正ユニット１８０が主電力導体１９３、１９４および／または１９５中に引き起こす電流変化量であり得る。結果的に、多くの実施形態では、ニューラルネットワークモデルは、絶対電流値ではなく電流値の変化のみを予測するようにトレーニングされ得る。
【００５２】
主電力導体１９３、１９４および／または１９５のそれぞれにおける絶対電流波形を予測するために、伝達関数モジュール２２９は、センサ値を電流波形に変換する伝達関数を生成するために家庭内の予測モデルと自然な電気活動とを活用し得る幾何学的変換技術（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用し得る。単純化のために、以下の技術の説明は、４つの磁場センサ（例えば１１１〜１１４）の代わりに１つの磁場センサのみと単一レグのみ（主電力導体１９３、１９４および／または１９５のうちの１つ）とを使用する。
【００５３】
はじめに、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）はニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）により生成された収集較正データを使用して初期伝達関数を生成し得る。伝達関数は、較正装置（例えば１８０（図１〜２）、３８０（図３））が提供し得る負荷の範囲に制限され得る小範囲の磁場値に対してのみ作用し得る。この範囲は、現在の磁気センサ値の経過を追う一方で、較正済み領域として格納され得る。磁気センサ値は、機器が構造体内で使用される時間の経過に伴って変化し、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）は、小負荷を引く較正装置により未較正領域を較正するために較正装置（例えば１８０（図１〜２）、３８０（図３））を使用し得る。そのレベルにおける観測磁場信号の差が伝達関数を更新するために使用され得る。
【００５４】
多くの実施形態では、システム１００および／またはシステム３００がセンサ１１０を較正し始めるとき、唯一の既知情報は各磁場センサにより測定された現在のＲＭＳ磁場（Ｓｋ）である。較正装置１８０は最初に、この現在の磁場に加えて１００Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ負荷の系列（それぞれ３回）を引き出し得る。したがって、磁場値は変化し得、本システムはセンサの最大値（Ｓｋ＋１）を追跡し得る。これらの３つの負荷が３回繰り返されることに基づき、ニューラルネットワークモジュール２２２はＳｋ〜Ｓｋ＋１の９つの較正事象を保存し得る。事象毎に、上述のように２つのトレーニングインスタンス（例えば負荷をオンする（「オン事象」）、負荷をオフする（「オフ事象」））が存在し得る。したがって、ニューラルネットワークモジュール２２２は、１８のトレーニングインスタンス（Ｓｋ〜Ｓｋ＋１のセンサ値）を収集し、先に説明したニューラルネットワークモデルをトレーニングするためにこれらのインスタンスを使用し得る。
【００５５】
図を先に進めると、図４は、予測関数（Ｆｋ）４０１を関数（Ｆ）４００の領域４０３内に配置することにより導出され得る関数（Ｆ）４００の例示的グラフを示す。多くの実施形態では、予測関数（Ｆｋ）４０１は磁場変化値Ｓｋ〜Ｓｋ＋１から電流値Ｉｃｈへ変換し得る。ニューラルネットワークモデルをトレーニングすることにより、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）は、磁場変化値Ｓｋ〜Ｓｋ＋１から電流変化値Ｉｃｈへ変換し得る予測関数４０１（Ｆｋ）を求めることができる。任意の磁場値Ｓを絶対電流値Ｉに変換し得る関数（Ｆ）４００を発見するために、予測関数４０１（Ｆｋ）はＦの適正位置に置かれ得る。システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）はＩの絶対値を知らないため、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、無作為Ｙ軸値Ｒを仮定し、関数（Ｆ）４００の予測関数４０１を（Ｓｋ，Ｒ）の領域４０３に配置し得る。多くの実施形態では、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）は、どのように関数（Ｆ）４００が０〜Ｓｋの領域４０２において見えるかを知らない。したがって、関数（Ｆ）４００は（０，０）〜（Ｓｋ，Ｒ）の領域４０２において外挿され得る。関数（Ｆ）４００の領域４０２は外挿されるため、関数（Ｆ）４００はＳからＩへ変換する際に十分に機能しないことがあり得る。
【００５６】
図を先に進めると、図５は関数（Ｆ）５００の例示的グラフを示す。図６は関数（Ｆ）６００の例示的グラフを示す。図７は関数（Ｆ）７００の例示的グラフを示す。多くの実施形態では、関数（Ｆ）５００、関数（Ｆ）６００および／または関数（Ｆ）７００は、追加の較正シーケンスに基づく関数（Ｆ）４００（図４）のさらなる改良であり得る。多くの実施形態では、さらに外挿領域４０２（図４）を求めるために、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、磁場センサ（例えば１１１〜１１４（図１〜３））により測定されるＳの値がＳｋを下回り、位置４０２（図４）（位置４０２は較正工程が再度開始され得る点）に入るまで待ち得る。上に説明したように、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）は、磁場値をＳｊからＳｊ＋１へ変換し得る較正シーケンスにおける測定値に基づき新しい関数（Ｆｊ）を求めることができる。ここで、Ｓｊ＜Ｓｋ。Ｓｋ＜Ｓｊ＋１の場合、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、図５に示すように、ＦｊとＦｋとを組み合わせ、Ｓｊ〜Ｓｋ＋１をカバーする関数（Ｆ）５００の新しい領域５０２を生成し得る。そうでなければ、Ｓｋ＞Ｓｊ＋１の場合、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は領域６０４（範囲Ｓｋ〜Ｓｋ＋１をカバーする）内のＦｋから離れ得る領域６０２（Ｓｊ〜Ｓｊ＋１の範囲をカバーする）内にＦｊを配置し得る。
【００５７】
図５に示すように、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は０〜Ｓｊの外挿領域５０１を生成し得る。測定された磁場が、機器のほとんどがオフである夜間などにＳｊを下回れば、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）は新しい領域の新しい較正サイクルを開始し得、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）はさらに、関数（Ｆ）５００を精緻化し得、および／または新しい位置からＳｋ＋１へ再生成し得る。
【００５８】
図６に示すように、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は０〜Ｓｊの外挿領域５０１とＳｊ＋１〜Ｓｋの外挿領域６０３とを生成し得る。測定値がＳｍである場合（Ｓｊ＋１＜Ｓｍ＜Ｓｋ）、システム１００は、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）と伝達関数モジュール２２９（図２〜３）がＳｍ〜Ｓｋ＋１の関数（Ｆ）６００を更新し得るように、較正装置１８０（図１〜２）をトリガし得、および／またはシステム３００は較正装置３８０（図３）を再びトリガし得る。関数（Ｆ）６００を更新した後、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）が領域６０２に示すようにＳｊ〜Ｓｊ＋１の関数を既に有するため、Ｓｊ＋１〜Ｓｍへ外挿し得る。
【００５９】
図７に示すように、構造体内のさらに多くの機器がオンされ、センサ値（Ｓｎ）がＳｋ＋１を超えれば、システム１００は、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）および伝達関数モジュール２２９（図２〜３）がＳｎ〜Ｓｎ＋１の領域７０４において更新されるように関数（Ｆ）５００（図６）を更新して関数（Ｆ）７００を生成し得るように、較正装置１８０（図１〜２）をトリガし得、および／またはシステム３００は較正装置３８０（図３）を再びトリガし得る。関数（Ｆ）７００を更新した後、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）がＳｊ〜Ｓｋ＋１の領域５０２内の予測関数を既に有するため、Ｓｋ＋１〜Ｓｎの領域７０３内に外挿し得る。時間が経過するにつれて、かつ構造体内のより多くの機器がオンおよび／またはオフされる（これは追加の較正シーケンスを生じ得る）につれて、外挿領域（例えば５０１、７０３）はますます縮小し得、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）はＳからＩへのより良好な変換関数（例えば関数４００、５００、６００、または７００）を精緻化し得る。システム１００（図１）および／またはシステム３００（図３）は家庭内で実行されるため、システムは家庭内の通常の電気活動を有利に捕捉し得、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）を使用することから学習するための広範囲のセンサ値をますます提供し得る。より多くの機器がオンおよびオフされると、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）はますます多くの範囲を較正し得、予測伝達関数（例えば関数４００（図４）、予測伝達関数５００（図５）、予測伝達関数６００（図６）または予測伝達関数７００（図７））はますます正確になり得る。
【００６０】
図を先に進めると、図８（上部）は磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）により生成される出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の磁束の例示的グラフを示し、図８（下部）は１つのレグ（例えば主電力導体１９３、１９４および／または１９５のうちの１つ）を通る予測電流波形Ｉの例示的グラフを示す。システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）が開始されると、システムは関数Ｆ（例えば関数４００（図４）、関数５００（図５）、関数６００（図６）または関数７００（図７））を生成し得る。この関数は磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）により測定される４つの磁場値（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を採取し得、それらを電流波形Ｉに変換し得る。図８（上部）はサンプル入力を示し、図８（下部）は予測関数Ｆの対応サンプル出力を示す。
【００６１】
図８に示すように、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）は各レグ（例えば主電力導体１９３、１９４および／または１９５のうちの１つ）中を流れる生の電流波形を予測し得る。換言すれば、システムは、電流（Ｉ）のＲＭＳ電流（Ｉ）と位相との両方を予測し得、これはライン電圧と電流（Ｉ）との間の位相角（θ）を計算するために使用され得る。このθを予測することは、世帯により消費される（見掛け電力とは対照的に）実電力をシステム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）が求められるようにするため、エネルギー監視の観点から重要であり得る。
【００６２】
図を先に進めると、図９（上部）は予測電流波形Ｉおよび測定電圧波形の例示的グラフを示し、図９（下部）は電流波形Ｉを予測するために使用された磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）により生成された出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の磁束の例示的グラフを示す。多くの実施形態では、電圧波形は電圧センサ２８５（図２〜３）により測定され得る。位相角θを予測するために、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）は、電流波形の位相へのいかなる変化もセンサ波形に反映されるという仮説に依存し得る。図９は仮説の有効性の例を示す。図９（上部）に示すように、測定電圧と予測電流波形とは互いに密に同相である（θは小さい）。図９（下部）の慎重な観察は、磁気波形のうちの２つ（Ｓ１とＳ４）が電流波形と同じ位相特性を有する（ほぼ同じタイムスタンプで零点交叉し立ち上がりおよび立下がる）ことを示す。換言すれば、伝達関数（例えば関数４００（図４）、伝達関数５００（図５）、伝達関数６００（図６）または伝達関数７００（図７））は電流波形を予測する際に磁場センサ１１１および１１４（図１〜３）により、より大きい影響を受け得る。
【００６３】
図を先に進めると、図１０（上部）は予測電流波形Ｉおよび測定電圧波形の例示的グラフを示し、図１０（下部）は電流波形Ｉを予測するために使用された磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）により生成された出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の磁束の例示的グラフを示す。図１０（上部）は電流波形が角度θだけ電圧波形に遅れる異なるシナリオを示す。図１０（下部）に示すように、下部のグラフから、磁気波形のうちの２つ（Ｓ１およびＳ４）も電流波形に追随する。換言すれば、電流波形が角度θだけ位相シフトされると、４つのセンサ波形もある角度θ１、θ２、θ３、θ４だけ位相シフトされることになる。これらの角度は元の位相シフトθと異なり得る。しかし、主として電流波形により影響を受けるセンサは角度θにより近い位相シフトを有し得る。したがって、元の位相シフトと感知された位相シフトとの間の差は小さくなり得る。
【００６４】
多くの実施形態では、主電力導体１９３、１９４および／または１９５と磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）との間のパネル１９６（図１）の板金の存在は、主電力導体１９３、１９４および／または１９５を通る実電流波形と、材料の磁気飽和および透磁率に基づき非線形関数になる磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）により感知される磁気波形との間の位相差（θｄｉｆｆ）を生じ得る。多くの実施形態では、磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）を囲む磁石１１７（図１〜３）は有利には、磁場を飽和させ非線形影響を低減し得る。その結果、θｄｉｆｆはほぼ一定となり、伝達関数（例えば関数４００（図４）、伝達関数５００（図５）、伝達関数６００（図６）または伝達関数７００（図７））は良好な精度で位相角を予測し得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、位相角モジュール２２８（図２〜３）は、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）により生成される伝達関数（例えば関数４００（図４）、伝達関数５００（図５）、伝達関数６００（図６））または伝達関数７００（図７）を使用することにより予測される電流と電圧センサ２８５（図２〜３）により測定される電圧との間の位相差および／または位相角を求めることができる。位相角は、予測電流の位相角から、電圧センサ２８５（図２〜３）を使用することにより測定される電圧の位相角を差し引いた値に等しくなり得、これは電力インフラストラクチャ１６０（図１）の両端電圧の位相角を求めるために使用され得る。いくつかの実施形態では、予測電流の位相角は測定電圧の零点交差を基準に計算され得る。多くの実施形態では、電力計算モジュール２２７（図２〜３）は位相差および／または位相角に基づき実電力を求めることができる。例えば、実電力は、電流のＲＭＳ値と電圧のＲＭＳ値と位相角の余弦との積に等しい可能性がある。
【００６６】
図を先に進めると、図１１は伝達関数とその分解要素とを示す例示的グラフを示す。数学的に、伝達関数（例えば関数４００（図４）、伝達関数５００（図５）、伝達関数６００（図６）または伝達関数７００（図７））はＩ＝Ｆ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）のように表され得る。関数は５次元（４入力と１出力）であるため、磁場センサ（例えば１１１〜１１４（図１〜３））のそれぞれの予測電流出力への影響を視覚化することは困難な課題であり得る。図１１の上側の４プロットは単一センサ値（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３またはＳ４）のそれぞれに基づく予測電流（Ｉ）を示す。最初の４つのプロットのそれぞれに関して、１つのセンサ値（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３またはＳ４）は、他のすべてのセンサ値を０μΤに維持しながら０マイクロテスラ（μΤ）から１００μΤまで線型に変化する。図１１の一番下のプロットは４つのセンサ値すべてに基づく予測電流（Ｉ）を示す。一番下のプロットは４つのセンサ値すべてが０μΤから０．０５μΤまで増加すると仮定する。電流はアンペア（ａｍｐ）で測定される。
【００６７】
図１１のプロットは、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）の実際の動作がそうであるように、あまり理想的とは言えず、電流はすべてのセンサ値の様々な組合せに基づき予測され得る。しかし、図１１は興味深い洞察を提供し得る。一例として、ある磁場値後、予測電流値はＳ１以外のすべてのセンサ値では低下する。この現象はパネル１９６（図１）内の複数の磁気波形の存在のために観測される。これらの波形の位相は異なり、常に負荷条件に基づき変化するため、パネル１９６（図１）内の異なる位置には建設的および破壊的干渉が存在し得る。感知装置１１０（図１〜３）が回路遮断器パネル１９０（図１）上に配置される位置に依存して、磁場センサ（例えば１１１〜１１４（図１〜３））は、電流波形に正の変化がある場合、破壊的干渉を感知し得、電流と磁場との間の逆比例関係を呈示し得る。
【００６８】
すべてのセンサ値が増加している図１１の一番下のプロットでは、Ｓ１のみが増加している図１１の一番上のプロットとの類似性がある。３つの他のセンサ値（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の予測電流（Ｉ）はしばらくすると低下しているが、予測電流（Ｉ）は図１１の一番下のプロットでは常に増加している。本質的に、この挙動は、伝達関数（図４）、伝達関数５００（図５）、伝達関数６００（図６）または伝達関数７００（図７）が主としてＳ１により影響を受けることを意味する。換言すれば、センサ値Ｓ１に対応する磁場センサ１１１（図１〜３）はセンサ値Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれに対応する他の磁場センサ１１２〜１１４（図１〜３）より正確に電流波形を反映し得る。例えば、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）により学習されるニューラルネットワークモデルは、Ｓ１の係数をＳ２、Ｓ３、Ｓ４より大きくし得る。このような場合、予測電流の振幅および位相は主としてＳ１により求めることができる。これは、単一多項式をこれらの観察結果にフィッティングするのが困難であり得るため、機械学習ベースの手法がこの種類の問題により適切であり得る理由を示す。
【００６９】
本明細書に記載される技術を検証するために、評価は６つの異なる家庭および１つの工業用建物において行われた。家庭は二相配線系統を有し、工業用建物は三相系統を有した。データは、７日間の長期間にわたり１つの家庭から収集され、２日間の短期間にわたり他の場所から収集された。評価は、システム１００（図１〜２）および／またはシステム３００（図３）および本明細書に記載される技術の遮断器パネル（例えば回路遮断器パネル１９０（図１））の多様な集合への一般的適用可能性およびこれらの技術の長期時間安定性を示す。表２はパネルタイプ、スタイルおよび大きさに基づく評価に使用された家庭の要約を示す。Ｈ１〜Ｈ６は６つの家庭である。Ｈ１は本システムを７日間配備した。Ｉ１は工業用建物である。
【００７０】
【表２】
0006738325.tif 000003
【００７１】
データ収集セッションのすべては、誘導性、抵抗性、他の複素性高調波機器を含む通常の家電製品を有する自然のままの環境下で行われた。構造体の居住者および／または占有者は、電気器具の使用に関するいかなる指示も与えられず、その毎日のルーチンまたは家事のいかなる変化をなすことも要求されなかった。設置されると（例えば、感知装置１１０（図１〜３）が回路遮断器パネル１９０（図１）へ取り付けられると）、較正装置１８０（図１〜２）がレセプタクル１６４（図１）に差し込まれ、表示装置１２０（図１〜２）がレセプタクル１６８（図１）に差し込まれ、本システムは全くヒューマンインタラクションなしに全データ収集セッションのためにバックグラウンドで自動的に実行された。
【００７２】
本システムは家庭内で速やかに設定され得るようにパッケージ化された。感知装置（例えば感知装置１１０（図１〜３））は両面テープを使用して遮断器パネル（例えば回路遮断器パネル１９０（図１））上に配置された。実情報（ｇｒｏｕｎｄ  ｔｒｕｔｈ）を収集するために、本発明者らは、本発明者らのセンサユニットを遮断器パネルの外側に設置する前に、市販ハイエンド変圧器ベース分割コアＣＴ（９９％精度）を遮断器パネル内に設置した。感知装置の出力とＣＴの出力との両方は同じデータ取得装置（ＤＡＱ）（具体的にはラップトップコンピュータ（例えば表示装置１２０（図１））へ取り付けられたＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＵＳＢ−６２５９）を使用して収集された。
【００７３】
様々な位相のレセプタクルをラップトップに近い分岐に持って来るために長延長ケーブルが使用された。２つの較正装置（例えば１８０（図１〜２））がレセプタクル（例えば１６４、１６８）に差し込まれた。較正装置とデータ取得装置とはラップトップへ接続された。ラップトップは較正装置を制御し、データ取得装置からのデータをすべて記録し、すべてのアルゴリズム的処理をリアルタイムで行った。元波形および予測波形も後実験解析のために記録された。ラップトップ内のソフトウェア部分はＭａｔｌａｂで記述された。
【００７４】
配備毎に、毎秒、ＲＭＳ電流値（ＩＲＭＳ）はアンペアで計算され、ＲＭＳライン電圧（ＶＲＭＳ）はボルトで計算され、電圧に対する電流波形の位相角（θ）は度で計算された。これらの量は、実情報電流波形（ＣＴから測定された）と予測電流波形（ソフトウェアモジュールにより予測された）との両方に対して記録された。最終的に、実電力消費量（Ｐ）は２つの主レグのそれぞれに対して次のように毎秒計算された：Ｐ＝ＶＲＭＳ×ＩＲＭＳ×ｃｏｓθ。精度計算中は、較正領域の精度のみが考慮された。しかし、一定時間後、ほとんどの領域は較正され、データのすべてが考慮された。
【００７５】
家庭の２つの異なるフェーズのそれぞれにおいて２つの較正装置を使用するシステムが設置された。較正データに基づき、２つの分岐フェーズＰ１、Ｐ２の２つの異なる関数Ｆ１、Ｆ２がそれぞれ生成された。評価中、フェーズの一方において１つの較正器のみを使用するケースも考慮された。したがって、家庭毎に、精度は以下の３つの可能なケースすべてに対して計算された：Ｐ１において１つの較正器のみを使用するケース、Ｐ２において１つの較正器のみを使用するケース、両方のフェーズにおいて両方の較正器を使用するケース。配備中、両方の較正器はフェーズの両方において常に設置され、Ｐ１、Ｐ２の関数Ｆ１、Ｆ２の両方ともそれぞれ記録されたが、しかし、ラップトップは、Ｐ１とＰ２との両方の電流を予測するためにＦ１のみを使用し、Ｐ１とＰ２との両方の電流を予測するためにＦ２のみを使用した。表３は、すべての配備結果の要約を示す。
【００７６】
【表３】
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【００７７】
表３は、６つの家庭および１つの工業用建物内の配備により、予測ＲＭＳ電流および位相角が９６．０％と９４．３％との精度をそれぞれ有することを示す。全体として、２つの較正器を使用するすべての配備にわたる平均精度は、現実世界の自然のままのエネルギー利用では９５．０％である。これは、自然な電気活動による実環境における様々な遮断器パネルおよび配置にわたる実電力を予測する際の本発明者らのシステムの頑強性を示す。本評価はまた、本システムが感知装置の配置の精度に依存しないことを確認した。本評価における配備のすべてにおいて、遮断器の構造体に依存して、精度は感知装置の配置により影響されないままであった。
【００７８】
図を先に進めると、図１２は、回路遮断器１９０および電力インフラストラクチャ１６０に取り付けられたシステム１００の図を示し、様々なセンサ配置位置を示す。実験は、精度への位置決め影響をさらに解析するために制御環境内で行われた。精度が様々な電気的条件により影響されるのを防止するために、制御環境が利用された。実験に関して、感知装置（例えば感知装置１１０）は位置１２７１、位置１２７２、位置１２７３、位置１２７４、位置１２７５および位置１２７６を含む遮断器パネル（例えば回路遮断器パネル１９０）上の６つの異なる位置に配置された。位置（例えば１２７１〜１２７６）のそれぞれに対して、制御環境は以下に述べるように維持された。
【００７９】
第１に、環境は、いかなる機器もオンまたはオフされることなく電気的に静的にされ、その後、環境のベースライン電力消費量（Ｃ）が測定された。次に、ＣＷからＣ＋３００Ｗまで作用する予測関数を生成するために、較正装置（例えば１８０）からの３００Ｗ負荷がベースラインに加えて３回オンされた。次に、１００ＷのファンがオンされベースラインをＣ＋１００Ｗにした。ＣからＣ＋３００Ｗまで作用した予測関数に基づき、予測関数は１００Ｗのファン負荷条件に対して良好に動作すると予想された。
【００８０】
１０秒後、１００Ｗのファン負荷はオフされた。次に、１３００Ｗのヒータがオンされ、較正装置からの３００Ｗ負荷を使用する上と同じ手順が、本システムをＣ＋１３００ＷからＣ＋１６００Ｗまで較正するために使用された。最後に、１３００Ｗ負荷をオンに維持しながら、５００Ｗの炊飯器がオンされ、同じ較正手順がＣ＋１８００ＷからＣ＋２１００Ｗｍまで較正するために使用された。
【００８１】
【表４】
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【００８２】
表４は６つの位置のそれぞれにおける精度を示す。遮断器パネル上のすべての位置に関して、感知装置の非理想的位置にもかかわらず、最小精度は９６．３％、平均精度は９７．４％であった。この実験は、本明細書に記載される手法が遮断器パネル上のセンサ位置に無関係に高精度で機能することを確認した。
【００８３】
システム（例えば、システム１００（図１〜２、図１２）および／またはシステム３００（図３））が構造体内で長く実行されるほど、較正領域はより広くかつより正確になる。伝達関数は構造体の電力消費範囲のほとんどをカバーするため、較正頻度もさらに低下した。したがって、構造体内の電力消費量が較正領域内に入る限り、較正装置（例えば１８０）は精度への影響がほとんどなくオフされ得る。この仮説を検証するために追加実験が行われた。
【００８４】
第１に、本システムはすべての既存機器を備えた家庭において２４時間実行された。本システムは２４７Ｗ〜５３４４Ｗの領域に対して較正され、９５．７％の全体精度をもたらした。次に、較正装置はオフされ、４つの新しい機器がオンされた。４つの新しい機器は、それぞれ較正中に使用されたのとは異なる負荷プロファイルを有する１２５Ｗおよび２５０Ｗの２つの電球、１００Ｗのファンおよび７００Ｗのヒータであった。これらの機器は、較正範囲内の全電力消費量を維持する一方で個々におよび組合せの両方でオンされた。この実験は９４．２％への精度の小さい低下を生じた。この実験は、較正装置がオフされ新しい機器が導入されても、全精度は電力消費量が以前に較正された領域内にある限り著しく劣化しないことを確認した。さらに、この実験はまた、生成される関数が既存機器に基づきオーバーフィッティングをしないことを示す。むしろ、この実験は、総電力消費量が較正領域を超えない限り、いかなる新しい機器にも対処するのに十分に柔軟であり得る。
【００８５】
スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）機器などの低電力因子負荷（ｌｏｗ  ｐｏｗｅｒ  ｆａｃｔｏｒ  ｌｏａｄ）は６０Ｈｚ電力の高次高調波において電力を消費し得る。実験において使用されたサンプリング速度は９．６ｋＨｚであった。ここでは、感知装置は最大４．８ｋＨｚ（７９次高調波）までの高調波成分を捕捉し得る。したがって、感知装置は、両方共６０Ｈｚの高調波を捕捉するのに十分高いサンプリング速度でサンプリングされる必要があり得るという点でＣＴに類似している可能性がある。この差異は、本明細書に記載される感知装置（例えば感知装置１１０（図１〜３、図１２））は活配線（ｌｉｖｅ  ｗｉｒｅ）の周囲に存在する必要がなく、したがって設置するのがはるかに容易であり得るという点にある。感知装置は、活配線へ取り付けられないため、感知磁場を実電流流れへ変換するために伝達関数を学習する必要があり得る。
【００８６】
実験は、サンプリング速度およびデータ帯域幅要件を低減することによりエンジニアリングコストを著しく低減する可能性がある感知装置を設計するために、家庭内のどの程度の電力が高調波に起因し得るかを理解するために行われた。一か月の期間にわたる代表的家庭に関して、６０Ｈｚの高調波は全電力の０．１５％のみに寄与することが確認された。これは、精度の約０．１５％損失にもかかわらず、全電力測定のみがエンドユーザにとっての関心である場合により簡単な感知システムが設計される可能性があることを暗示している。
【００８７】
低電力因子機器を備えた本明細書に記載されたシステムの精度をさらに調査するために、７日間の配備が、ＳＭＰＳ機器への偏り（２つのテレビ、２つのラップトップ、ＣＦＬバルブのアレイ、能動状態の空気調節器、およびマイクロ波の頻繁な使用）のある家庭のうちの１つにおいて行われた。これは、ＩＲＭＳおよびｃｏｓθ精度の小さい低下を生じ、９５．９％および９０．０％をそれぞれもたらした。全電力精度は９２．２％であった。この実験はさらに、本システムがまた低電力因子負荷に良好に対処することを確認する。
【００８８】
次の図に進むと、図１３は、感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して構造体へ供給されている電力を感知する方法１３００の実施形態のフローチャートを示す。方法１３００は単に例示的であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法１３００は、本明細書において特に描写または説明されない様々な実施形態または例において採用され得る。いくつかの実施形態では、方法１３００の手順、工程、および／または活動は提示された順番で行われ得る。他の実施形態では、方法１３００の手順、工程、および／または活動は任意の他の好適な順番で行われ得る。さらに他の実施形態では、方法１３００の手順、工程、および／または活動の１つまたは複数は合成または省略され得る。
【００８９】
いくつかの実施形態では、感知装置は感知装置１１０（図１〜３、図１２）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、較正装置は、較正装置１８０（図１〜２、図１２）または較正装置３８０（図３）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、１つまたは複数の処理モジュールは処理モジュール２２５（図２〜３）と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、感知装置は１つまたは複数の磁場センサを含み得る。磁場センサは磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、感知装置は遮断器のパネルへ取り付けられ得る。例えば、パネルはパネル１９６（図１、図１２）と同様または同一であり得、遮断器は回路遮断器パネル１９０（図１、図１２）と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、遮断器のパネルは構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し得る。例えば、１つまたは複数の主電源線は主電力導体１９３、１９４および／または１９５（図１）と同様または同一であり得る。電力インフラストラクチャは電力インフラストラクチャ１６０（図１、図１２）と同様または同一であり得る。いくつかの実施形態では、較正装置は負荷ユニットを含み得る。負荷ユニットは負荷ユニット２８１（図２〜３）と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、較正装置は構造体の電力インフラストラクチャへ電気的に結合され得る。例えば、較正装置は電気プラグ２８２（図２〜３）などを介して電気的に結合され得る。
【００９０】
図１３を参照すると、方法１３００は、第１の期間にわたる構造体内の複数の通常の電力消費量変化に基づく区分的方式で第１の伝達関数を求めることにより、感知装置を自動的に較正するブロック１３０１を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の伝達関数は関数４００（図４）、関数５００（図５）、関数６００（図６）および／または関数７００（図７）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、通常の電力消費量変化は、感知装置の較正に依存しないまたはそれにより影響されない家庭内の機器をオンまたはオフすることであり得る。様々な実施形態では、ブロック１３０１は、（ａ）較正装置の負荷ユニットが負荷を適用する前後に感知装置により測定される磁束の測定領域と、（ｂ）測定領域外の外挿領域とに少なくとも部分的に基づき、第１の伝達関数を１つまたは複数の処理モジュールにより繰り返し予測する工程を含み得る。測定領域は領域４０３（図４）、領域５０２（図５、図７）、領域６０２（図６）、領域６０４（図６）および／または領域７０４（図７）と同様または同一であり得る。外挿領域は領域４０３（図４）、領域５０１（図５〜７）、領域６０３（図６）および／または領域７０３（図７）と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、ブロック１３０１は、ニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）および／または伝達関数モジュール２２９（図２〜３）により少なくとも部分的に行われ得る。いくつかの実施形態では、第１の期間は少なくとも４８時間である。他の実施形態では、第１の期間は４８時間を超えてもよく、または４８時間未満でもよい。例えば、第１の期間は、構造体内の可能な使用範囲にわたる第１の伝達関数の少なくとも所定割合を較正するために要求される時間量であり得る。
【００９１】
いくつかの実施形態では、較正装置の負荷ユニットは１０００Ｗ以下の最大負荷を提供するように構成され得る。他の実施形態では、較正装置の負荷ユニットは３００Ｗ以下の最大負荷を提供するように構成され得る。さらに他の実施形態では、較正装置の負荷ユニットは別の好適なワット以下の最大負荷を提供するように構成され得る。様々な実施形態では、較正ユニットの負荷ユニットは４つ以下の離散的負荷を引き出すように構成され得る。例えば、負荷ユニットは２５Ｗ、１００Ｗ、２００Ｗおよび３００Ｗ負荷を引き出すように構成され得る。他の実施形態では、較正ユニットの負荷ユニットは１、２、３、５、６、７、８または別の好適な数以下の離散的負荷を引き出すように構成され得る。
【００９２】
様々な実施形態では、較正装置の負荷ユニットは、ある範囲の負荷を引き出すように構成され得る。例えば、負荷ユニットは、いくつかのケースでは３００Ｗの範囲（０Ｗ〜３００Ｗなど）の負荷を引き出すように構成され得る。いくつかの実施形態では、感知装置が較正された後、１つまたは複数の処理モジュールは、ある範囲の電力消費測定結果を求めるために感知装置を使用するように構成され得る。例えば、感知装置はいくつかのケースでは、１０ｋＷの範囲（０Ｗ〜１０ｋＷなど）の電力消費量測定を感知するように較正され得る。多くの実施形態では、負荷の範囲は電力消費量測定の範囲未満であり得る。いくつかの実施形態では、負荷の範囲は電力消費量測定の範囲の２０％未満であり得る。他の実施形態では、負荷の範囲が電力消費量測定の範囲の１０％未満であり得る。さらに他の実施形態では、負荷の範囲は電力消費量測定の範囲の５％または別の好適な割合未満であり得る。
【００９３】
いくつかの実施形態では、第１の期間にわたる構造体内の複数の通常の電力消費量変化に基づく区分的方式で第１の伝達関数を求めることにより、感知装置を自動的に較正するブロック１３０１は、磁場変化測定結果を電流変化値に変換する第２の伝達関数を求めるように、複数の通常の電力消費量変化に対応するトリガ事象を感知するとニューラルネットワークモデルをトレーニングするブロック１３０２を含み得る。多くの実施形態では、ニューラルネットワークモデルは上に説明したようにニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）によりトレーニングされ得る。いくつかの実施形態では、トリガ事象は、１つの領域または外挿領域内の感知磁場を生じる通常の電力消費量変化に基づき得る。様々な実施形態では、第２の伝達関数は予測関数４０１（図４）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、第２の伝達関数はニューラルネットワークモジュール２２２（図２〜３）により学習され得る。多くの実施形態では、ブロック１３０２は図１４に示され以下に説明されるように実施され得る。
【００９４】
いくつかの実施形態では、第１の期間にわたる構造体内の複数の通常の電力消費量変化に基づく区分的方式で第１の伝達関数を求めることにより、感知装置を自動的に較正するブロック１３０１は、第２の関数に少なくとも部分的に基づき、１つまたは複数の処理モジュールにより第１の伝達関数を更新するブロック１３０３を含み得る。多くの実施形態では、第１の伝達関数は磁場測定結果を絶対電流値へ変換するように構成され得る。いくつかの実施形態では、伝達関数モジュール２２９（図２〜３）は、図４〜７に示され上に説明したように第２の関数に少なくとも部分的に基づき、第１の伝達関数を更新し得る。
【００９５】
いくつかの実施形態では、方法１３００は、感知装置の１つまたは複数の出力信号と第１の伝達関数とに基づき、１つまたは複数の処理モジュールを使用して電力消費測定結果を求めるブロック１３０４をさらに含み得る。感知装置の１つまたは複数の出力信号は、磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）によりそれぞれ測定される出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および／またはＳ４と同様または同一であり得る。いくつかの実施形態では、ブロック１３０４は１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求める工程を含み得る。いくつかの実施形態では、位相差は上に説明したように位相角モジュール２２８（図２〜３）により計算され得る。いくつかの実施形態では、ブロック１３０４は、位相差に少なくとも部分的に基づき、実電力使用量を求める工程を含み得る。多くの実施形態において、電力消費測定結果および／または実電力使用量は上に説明したように電力計算モジュール２２７（図２〜３）により計算され得る。
【００９６】
次の図に移ると、図１４は、トリガ事象を感知するとニューラルネットワークモデルをトレーニングするブロック１３０２の実施形態のフローチャートを示す。ブロック１３０２は単に例示的であり、本明細書において提示される実施形態に限定されない。ブロック１３０２は、本明細書において特に描写または説明されない様々な実施形態または例において採用され得る。いくつかの実施形態では、ブロック１３０２の手順、工程および／または活動は提示された順番で行われ得る。他の実施形態では、ブロック１３０２の手順、工程および／または活動は任意の他の好適な順序で行われ得る。さらに他の実施形態では、ブロック１３０２内の手順、工程および／または活動の１つまたは複数は合成または省略され得る。
【００９７】
図１４を参照すると、ブロック１３０２は、トリガ事象に対応する磁束の第１の変化を感知すると感知装置から１つまたは複数の第１の磁場値を測定するブロック１４０１を含み得る。多くの実施形態では、トリガ事象に対応する磁束の第１の変化は磁場センサにより感知され得る。多くの実施形態では、磁場センサは上に説明したＳ１ｐ、Ｓ２ｐ、Ｓ３ｐおよび／またはＳ４ｐと同様または同一であり得る第１の磁場値を測定し得る。様々な実施形態では、トリガ事象は通常の電力消費量変化を含み得る。ここでは、感知装置により測定された１つまたは複数の第１の磁場値が第１の伝達関数の外挿領域に対応する。例えば、外挿領域は、領域４０３（図４）、領域５０１（図５〜７）、領域６０３（図６）および／または領域７０３（図７）と同様または同一であり得る。
【００９８】
いくつかの実施形態では、ブロック１３０２は追加的に、較正装置の負荷ユニットの所定負荷（第１の電流量を引き出す）を電力インフラストラクチャへ適用するブロック１４０２を含み得る。第１の電流量は上に説明したようにＩｃｈと同様または同一であり得る。
【００９９】
様々な実施形態では、ブロック１３０２は、所定負荷が電力インフラストラクチャへ適用されている間に感知装置の１つまたは複数の第２の磁場値を感知するブロック１４０３をさらに含み得る。多くの実施形態では、磁場センサは、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｃおよび／またはＳ４ｃと同様または同一であり得る第２の磁場値を測定し得る。
【０１００】
いくつかの実施形態では、ブロック１３０２は追加的に、ニューラルネットワークモデルの入力層として１つまたは複数の第１の磁場値および１つまたは複数の第２の磁場値と、ニューラルネットワークモデルの出力層として第１の電流量とを使用して、ニューラルネットワークモデルをトレーニングするために、１つまたは複数の処理モジュールを使用するブロック１４０４を含み得る。例えば、ニューラルネットワークモデルは上に説明したようにニューラルネットワークモジュール２２２を使用してトレーニングされ得る。
【０１０１】
次の図へ移ると、図１５は、感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して構造体へ供給されている電力を感知する方法１５００の実施形態のフローチャートを示す。方法１５００は単に例示的であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法１５００は、本明細書において特に描写または説明されない様々な実施形態または例において採用され得る。いくつかの実施形態では、方法１５００の手順、工程、および／または活動は提示された順番で行われ得る。他の実施形態では、方法１５００の手順、工程、および／または活動は任意の他の好適な順番で行われ得る。さらに他の実施形態では、方法１５００の手順、工程、および／または活動の１つまたは複数は合成または省略され得る。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、感知装置は感知装置１１０（図１〜３、図１２）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、較正装置は較正装置１８０（図１〜２、１２）または較正装置３８０（図３）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、１つまたは複数の処理モジュールは処理モジュール２２５（図２〜３）と同様または同一であり得る。多くの実施形態では、感知装置は遮断器のパネルへ取り付けられ得る。例えば、パネルはパネル１９６（図１、図１２）と同様または同一であり得、遮断器は回路遮断器パネル１９０（面１、図１２）と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、遮断器のパネルは構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し得る。例えば、１つまたは複数の主電源線は主電力導体１９３、１９４および／または１９５（図１）と同様または同一であり得る。電力インフラストラクチャは電力インフラストラクチャ１６０（図１、図１２）と同様または同一であり得る。いくつかの実施形態では、較正装置は負荷ユニットを含み得る。負荷ユニットは負荷ユニット２８１（図２〜３）と同様または同一であり得る。
【０１０３】
図１５を参照すると、方法１５００は、感知装置の１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づき、１つまたは複数の主電源線内を流れる電流を求めるブロック１５０１を含み得る、様々な実施形態では、出力信号は、磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）によりそれぞれ測定される出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および／またはＳ４と同様または同一であり得る。様々な実施形態では、感知装置は１つまたは複数の磁場センサを含み得る。磁場センサは磁場センサ１１１〜１１４（図１〜３）と同様または同一であり得る。いくつかの実施形態では、磁場センサは、１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部により生成される磁束を測定し、かつ感知装置により測定される磁束に基づき、感知装置の１つまたは複数の出力信号を生成するように構成され得る。多くの実施形態では、感知装置は、１つまたは複数の主電源線へ電気的または物理的に結合されることを欠いてもよい。例えば、感知装置は、直接または間接的にかかわらず、主電源線のうちの任意のものから切り離され得る。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、方法１５００は追加的に、１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と較正ユニットにより測定される１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求めるブロック１５０２を含み得る。様々な実施形態では、較正装置は構造体の電力インフラストラクチャへ電気的に結合され得る。例えば、較正装置は電気プラグ２８２（図２〜３）などを介して電気的に結合され得る。いくつかの実施形態では、ブロック１５０２は、感知装置により測定された磁束の位相に基づき、電流の位相を求める工程を含み得る。例えば、位相は上に説明したように位相角モジュール２２８（図２〜３）により計算され得る。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、方法１５００は、任意選択的に、位相差に少なくとも部分的に基づき、実電力使用量を求めるブロック１５０３を含み得る。多くの実施形態では、実電力使用量は上に説明したように電力計算モジュール２２７（図２〜３）により計算され得る。
【０１０６】
図を先に進めると、図１６は、そのすべてまたはその一部が上記技術を実施するのに好適であり得るコンピュータシステム１６００の例示的実施形態を示す。一例として、シャーシ１６０２（およびその内部部品）の異なるまたは別個のものが上記技術を実施するのに好適であり得る。さらに、コンピュータシステム１６００の１つまたは複数の要素（例えばリフレッシュモニタ１６０６、キーボード１６０４、および／またはマウス１６１０など）も上記技術を実施するのに適切であり得る。コンピュータシステム１６００は、１つまたは複数の回路基板（図示せず）を含むシャーシ１６０２、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート１６１２、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）および／またはディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ１６１６、およびハードドライブ１６１４を含む。シャーシ１６０２内の回路基板上に含まれる要素の代表的ブロック図を図１７に示す。図１７内の中央処理ユニット（ＣＰＵ）１７１０は図１７内のシステムバス１７１４と結合される。様々な実施形態では、ＣＰＵ１７１０のアーキテクチャは様々な商業的流通アーキテクチャファミリーのうちの任意のものに準拠し得る。
【０１０７】
図１７について続けると、システムバス１７１４はまたメモリ格納ユニット１７０８と結合され、メモリ格納ユニット１７０８は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）との両方を含む。メモリ格納ユニット１７０８の不揮発性部分またはＲＯＭは、システムリセット後にコンピュータシステム１６００（図１６）を機能的状態へ回復させるのに好適なブートコードシーケンスにより符号化され得る。加えて、メモリ格納ユニット１７０８は基本入出力システム（ＢＩＯＳ）などのマイクロコードを含み得る。いくつかの実施例では、本明細書において開示される様々な実施形態の１つまたは複数のメモリ格納ユニットは、メモリ格納ユニット１７０８、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート１６１２（図１６〜１７）へ結合された外部記憶格納ユニット（図示せず）などのＵＳＢ装備電子装置、ハードドライブ１６１４（図１６〜１７）、および／またはＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤドライブ１６１６（図１６〜１７）を含み得る。同じまたは異なる例において、本明細書において開示される様々な実施形態の１つまたは複数のメモリ格納ユニットは、コンピュータおよび／またはコンピュータネットワークのハードウェアおよびソフトウェア資源を管理するソフトウェアプログラムであり得るオペレーティングシステムを含み得る。オペレーティングシステムは、例えばメモリを制御し割り振る、命令の処理に優先順位を付ける、入出力装置を制御する、ネットワーキングを容易にする、およびファイルを管理するなどの基本的作業を行い得る。一般的オペレーティングシステムのいくつかの例は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステム（ＯＳ）、Ｍａｃ（登録商標）ＯＳ、ＵＮＩＸ（登録商標）ＯＳおよびＬｉｎｕｘ（登録商標）ＯＳを含み得る。
【０１０８】
本明細書で使用されるように、「プロセッサ」および／または「処理モジュール」は、限定しないがマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、コントローラ、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、グラフィックスプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、または所望の機能を行うことができる任意の他のタイプのプロセッサまたは処理回路などの任意のタイプの計算回路を意味する。いくつかの例では、本明細書において開示される様々な実施形態の１つまたは複数のプロセッサはＣＰＵ１７１０を含み得る。
【０１０９】
図１７の描写された実施形態では、ディスクコントローラ１７０４、グラフィックアダプタ１７２４、ビデオコントローラ１７０２、キーボードアダプタ１７２６、マウスアダプタ１７０６、ネットワークアダプタ１７２０および他の入出力デバイス１７２２などの様々な入出力デバイスがシステムバス１７１４へ結合され得る。キーボードアダプタ１７２６およびマウスアダプタ１７０６は、コンピュータシステム１６００（図１６）のキーボード１６０４（図１６〜１７）およびマウス１６１０（図１６〜１７）へそれぞれ結合される。グラフィックアダプタ１７２４およびビデオコントローラ１７０２は、図１７において特徴的ユニットとして示され、一方、ビデオコントローラ１７０２は他の実施形態ではグラフィックアダプタ１７２４に組み込まれ得、またはその逆も同様である。ビデオコントローラ１７０２は、コンピュータシステム１６００（図１６）の画面１６０８（図１６）上に画像を表示するためにモニタ１６０６（図１６〜１７）をリフレッシュするのに好適である。ディスクコントローラ１７０４は、ハードドライブ１６１４（図１６〜１７）、ＵＳＢポート１６１２（図１６〜１７）およびＣＤ−ＲＯＭドライブ１６１６（図１６〜１７）を制御し得る。他の実施形態では、特徴的ユニットはこれらの装置のそれぞれを別個に制御するために使用され得る。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、ネットワークアダプタ１７２０は、コンピュータシステム１６００（図１６）内の拡張ポート（図示せず）へ差し込まれるまたは結合されるＷＮＩＣ（無線ネットワークインタフェースコントローラ）カード（図示せず）を含み得、および／またはＷＮＩＣカードとして実装され得る。他の実施形態では、ＷＮＩＣカードはコンピュータシステム１６００（図１６）に内蔵された無線ネットワークカードであり得る。無線ネットワークアダプタは、無線通信能力をマザーボードチップセット（図示せず）に組み込むことによりコンピュータシステム１６００に内蔵されてもよく、１つまたは複数の専用無線通信チップ（図示せず）を介して実装されてもよく、またはコンピュータシステム１６００（図１６）のＰＣＩ（周辺部品相互接続器）もしくはＰＣＩエクスプレスバスもしくはＵＳＢポート１６１２（図１６）を介して接続されてもよい。他の実施形態では、ネットワークアダプタ１７２０は有線ネットワークインタフェースコントローラカード（図示せず）を含み得、および／または有線ネットワークインタフェースコントローラカード（図示せず）として実装され得る。
【０１１１】
コンピュータシステム１６００（図１６）の他の多くの部品は示されないが、このような部品およびそれらの相互接続は当業者に周知である。したがって、コンピュータシステム１６００の構築および構成と、シャーシ１６０２（図１６）内の回路基板とに関するさらなる詳細は本明細書では論述されない。
【０１１２】
図１６におけるコンピュータシステム１６００が実行されている場合、ＵＳＢポート１６１２へ接続されたＵＳＢ装備電子装置上に、ＣＤ−ＲＯＭまたはＣＤ−ＲＯＭ内ＤＶＤおよび／またはＤＶＤドライブ１６１６上に、ハードドライブ１６１４上に、またはメモリ格納ユニット１７０８（図１７）内に格納されたプログラム命令がＣＰＵ１７１０（図１７）により実行される。これらの装置上に格納されたプログラム命令の一部は上記技術の少なくとも一部を行うのに好適であり得る。
【０１１３】
コンピュータシステム１６００は図１６ではデスクトップコンピュータとして示されるが、コンピュータシステム１６００がコンピュータシステム１６００に関して説明したものと同様の機能要素を依然として有する一方で、異なる形状因子を採り得る例が存在し得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１６００は単一コンピュータ、単一サーバまたはコンピュータまたはサーバのクラスタまたは集合、またはコンピュータまたはサーバのクラウドを含み得る。通常、サーバのクラスタまたは集合は、コンピュータシステム１６００への要求が単一サーバまたはコンピュータの合理的能力を超える場合に使用され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１６００はラップトップコンピュータなどの携帯型コンピュータを含み得る。いくつかの他の実施形態では、コンピュータシステム１６００はスマートフォンなどのモバイル装置を含み得る。いくつかの追加の実施形態では、コンピュータシステム１６００は埋め込みシステムを含み得る。
【０１１４】
多くの実施形態では、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、リアルタイム全家庭電力消費量用の非接触式エンドユーザ配備可能センサに関する過去の研究を上回る著しい改善を提示する。説明された技術は、変流器の専門的設置の必要性なしに全家庭電力消費量を推測するために磁気ピックアップからなる単一装置をユーザが電力または遮断器パネルの外側に配置できるようにする。この手法は、以前の手法における重要要件であった遮断器パネル上の精密配置を必要としないために有利である。センサ配置と無関係であることにより、ここで説明された技術は、エンドユーザにより必要とされる設置負担を著しく低減し得る。
【０１１５】
この手法は、センサの配置および遮断器パネル自体の構造にもかかわらず、伝達関数を動的に学習するニューラルネットワークを使用することにより、自己較正技術を介して可能にされ得るために有益である。この手法は、有利には、見掛け電力のみを捕捉できた過去の解決策と異なり、絶対電流波形を予測する能力に基づき構造体におけるリアルタイム絶対実電力消費量を推測する能力を有し得る。
【０１１６】
多くの実施形態では、本明細書に記載される自己較正式技術は、家庭における電力使用の全範囲にわたって磁気センサと実電流との間の多次伝達関数を動的に生成し得る。先験的に伝達関数を数学的にモデル化する代わりに、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、家庭毎にこの伝達関数を生成するために遮断器パネル設計および構築の差異に左右され得ない学習手法を使用し得る。さらに、この手法は、いかなる分岐回路からの「干渉」も考慮し得るため、センサの精密配置の必要性を除去し得る。現場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）動的モデルのために、本明細書に記載されるシステムはセンサの完全な配置に限定され得ない。
【０１１７】
多くの実施形態では、ここで説明された技術は、自己較正シーケンスの一部として一日にわたる家庭の自然な電気活動の使用を活用することにより、過去の手法よりはるかに狭い範囲（０〜３００Ｗ）で較正装置を有益に使用し得る。自然な家庭電気活動は、有利には、家庭内の電力使用の全範囲の伝達関数を生成するために一日を通じて活用され得る。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、この手法は、有利には、実電力を推測するために電流と電圧との間の位相角を予測する能力を有し得、これは単なる大きさではなく波形自体を予測することと均等である。多くの実施形態では、位相角は有利には単磁気センサの組を使用することにより計算され得る。多くの実施形態では、自己較正式手法は、有益には、遮断器パネル上のセンサの精密配置を必要とせず、較正のために一日を通して実電力使用を使用する。いくつかの実施形態では、ニューラルネットワークベース学習手法は、多次磁気センサ伝達関数を動的に生成し得るために有益である。
【０１１９】
多くの実施形態では、本明細書に記載されるシステム、方法、技術および手法の高精度は、設置工程を著しく簡単にすることにより参入障壁を低減する一方で、エネルギーディスアグリゲーション、活動推論およびエコフィードバックなどの多くの用途に理想的であり得る。さらに、これらの手法における約５％最大誤差は、一般的に使用されるＩＥＥＥ  Ｃ５７．１３  Ｃ級ＣＴ（定格＜＝１０％誤差）よりはるかに良い。さらに、このようなＣＴの定格誤差は、通常、低電流レベルにおけるものである。高電流（例えば、＞２Ａ、これは全家庭シナリオにおいて通常予想される）では誤差がはるかに高い。１〜２％誤差を有する極めて高価なＣＴは精度電流測定などの特殊用途において使用される。しかし、上に説明したように、ＣＴは、通電用導体へのアクセスを有する設置を必要とする。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、有利には、エネルギーディスアグリゲーションコミュニティの研究者が専門的設置の必要性なしに家庭内の電力データに容易にアクセスできるようにし得る。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される手法は、有益には、手動較正なしに住宅所有者により設置され得る貼り付け式実電力メータを自動的に較正するために使用され得る。自己較正手法を使用するエネルギー存続可能性（ｅｎｅｒｇｙ  ｖｉａｂｉｌｉｔｙ）を評価するために、本発明者らの配備のすべてにわたって較正器により消費されるエネルギーは、較正が全伝達関数（ｆｕｌｌ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に収束するために１家庭当たり平均で０．１８１ｋＷｈになると計算された。いくつかの実施形態では、本システムは消費が未較正領域に入る毎に較正され得る。他の実施形態では、本システムは消費が閾値領域外に出る場合にのみ較正され得る。
【０１２１】
本発明が特定の実施形態を参照して説明されたが、様々な変更形態が本発明の趣旨または範囲から逸脱することなくなされ得ることを当業者は理解する。したがって、本発明の実施形態の開示は、本発明の範囲の例示となるように意図されており、限定するように意図されていない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により必要とされる程度までにのみ限定されるように意図されている。例えば、当業者にとって、図１〜図１７の様々な要素は修正、合成および／または交換され得ることと、これらの実施形態のいくつかのこれまでの論述は、すべての可能な実施形態の完全な説明を必ずしも表さないこととは容易に理解される。別の例として、図１３〜図１５の手順、工程または活動の１つまたは複数は、異なる手順、工程、および／または活動を含む多くの異なる順番で行われ得る。
【０１２２】
任意の特定の請求項において主張されるすべての要素は、その特定の請求項において特許請求される実施形態にとって必須である。結果的に、１つまたは複数の主張される要素の置換は、修復ではなく再構築を構成する。加えて、恩恵、他の利点および問題の解決策は特定の実施形態に関して説明された。しかし、任意の恩恵、利点または解決策を生じさせ得るまたはより顕著にさせ得る恩恵、利点、問題の解決策、または任意の１つもしくは複数の要素は、このような恩恵、利点、解決策または要素がこのような請求項において明示的に述べられない限り、請求項のうちの任意のものまたはすべての極めて重要な、必要な、または必須の特徴または要素とみなされてはならない。
【０１２３】
さらに、本明細書において開示される実施形態および限定は、（１）実施形態および／
または限定が特許請求の範囲において明示的に主張されない限り、（２）実施形態および／または限定が均等物の原則の下で特許請求の範囲において表現された要素および／または限定の均等物である限り、公有の原則の下で公共に供されるものではない。
この明細書および添付図面から抽出され得る特徴の例を以下に列記する。
１．構造体の電力インフラストラクチャにおける電力使用量を感知するためのシステムであって、前記構造体は、前記構造体の前記電力インフラストラクチャの回路遮断器ボックスおよび１つまたは複数の主電源線を含み、前記システムは、
前記１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置する回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられるように構成された感知装置であって、１つまたは複数の磁場センサを含む感知装置と、
前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合されるように構成された較正装置であって、負荷ユニットを含む較正装置と、
前記感知装置から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成された１つまたは複数の処理モジュールと
を含み、
前記感知装置は、前記感知装置が前記パネルへ取り付けられているときに、前記１つもしくは複数の主電源線または前記電力インフラストラクチャへ電気的または物理的に結合されず、
前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記感知装置が前記パネル上の任意の位置に結合されているとき、前記感知装置から受信される前記１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づいて、前記電力使用量を求めるように構成されている、システム。
２．前記１つまたは複数の処理モジュールは、前記感知装置が前記１つまたは複数の主電源線の上に配置されておらず、前記１つまたは複数の主電源線に電気的に結合された１つまたは複数の分岐電力線の上に配置されておらず、かつ前記１つまたは複数の分岐電力線に電気的に結合される１つまたは複数の分岐回路遮断器の上に配置されていないときに、前記電力使用量を求めるように構成されている、項１に記載のシステム。
３．前記１つまたは複数の処理モジュールは、前記感知装置が前記パネル上の所定位置に配置されていないときに、前記電力使用量を求めるように構成されている、項１に記載のシステム。
４．前記較正装置の前記負荷ユニットは、１０００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
５．前記較正装置の前記負荷ユニットは、３００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
６．前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と前記１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求めるように構成されている、項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
７．前記１つまたは複数の処理モジュールは、さらに、前記位相差に少なくとも部分的に基づいて、実電力使用量を求めるように構成されている、項６に記載のシステム。
８．前記感知装置は、前記１つまたは複数の磁場センサを囲む１つまたは複数の磁石をさらに含み、前記１つまたは複数の磁石は、前記パネルにより誘起された磁場を飽和させるように構成されている、項７に記載のシステム。
９．前記較正装置の前記負荷ユニットは、４つ以下の離散的負荷を生じるように構成されている、項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
１０．前記較正装置の前記負荷ユニットは、ある範囲の負荷を生じるように構成され、
前記１つまたは複数の処理モジュールは、前記電力使用量の範囲を求めるために前記感知装置を使用するように構成され、
前記負荷の範囲は、前記電力使用量の前記範囲より小さい、項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
１１．前記負荷の範囲は、前記電力使用量の前記範囲の２０％未満である、項１０に記載のシステム。
１２．構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法であって、前記感知装置は、１つまたは複数の磁場センサを含み、前記感知装置は、回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられ、前記回路遮断器ボックスの前記パネルは、構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し、前記較正装置は、負荷ユニットを含み、前記較正装置は、前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合され、前記方法は、
前記構造体内の複数の通常の電力消費量変化に基づく区分的方式で第１の伝達関数を求めることにより、前記感知装置を自動的に較正する工程と、
前記感知装置の１つまたは複数の出力信号と前記第１の伝達関数とに基づき、前記１つまたは複数の処理モジュールを使用して電力消費測定結果を求める工程と
を含む、方法。
１３．前記構造体内の前記複数の通常の電力消費量変化に基づく前記区分的方式で前記第１の伝達関数を求めることにより、前記感知装置を自動的に較正する工程は、（ａ）前記較正装置の前記負荷ユニットが負荷を適用する前後に前記感知装置により測定された磁束の測定領域と、（ｂ）前記測定領域外の外挿領域とに少なくとも部分的に基づき、前記第１の伝達関数を前記１つまたは複数の処理モジュールにより繰り返し予測する工程を含む、項１２に記載の方法。
１４．前記構造体内の前記複数の通常の電力消費量変化に基づく前記区分的方式で前記第１の伝達関数を繰り返し求めることにより、前記感知装置を自動的に較正する工程は、
磁場変化測定結果を電流変化値に変換する第２の伝達関数を求めるように、前記複数の通常の電力消費量変化に対応するトリガ事象を感知するとニューラルネットワークモデルをトレーニングする工程と、
前記第２の関数に少なくとも部分的に基づき、前記１つまたは複数の処理モジュールにより前記第１の伝達関数を更新する工程であって、前記第１の伝達関数は、磁場測定結果を絶対電流値に変換するように構成される、工程と
を含む、項１２に記載の方法。
１５．前記トリガ事象を感知すると前記ニューラルネットワークモデルをトレーニングする工程は、
前記トリガ事象に対応する磁束の第１の変化を感知すると、前記感知装置からの１つまたは複数の第１の磁場値を測定する工程と、
前記較正装置の前記負荷ユニットの所定負荷を前記電力インフラストラクチャへ適用する工程であって、前記所定負荷は、第１の電流量を引き出す、工程と、
前記所定負荷が前記電力インフラストラクチャへ適用されている間に前記感知装置の１つまたは複数の第２の磁場値を感知する工程と、
前記ニューラルネットワークモデルの入力層として前記１つまたは複数の第１の磁場値および前記１つまたは複数の第２の磁場値と、前記ニューラルネットワークモデルの出力層として前記第１の電流量とを使用して、前記ニューラルネットワークモデルをトレーニ
ングするために、前記１つまたは複数の処理モジュールを使用する工程と
を含む、項１４に記載の方法。
１６．前記トリガ事象は、前記感知装置から測定された前記１つまたは複数の第１の磁場値が前記第１の伝達関数の外挿領域に対応する、前記複数の通常の電力消費量変化を含む、項１５に記載の方法。
１７．前記構造体内の前記複数の通常の電力消費量変化に基づく前記区分的方式で前記第１の伝達関数を求めることにより、前記感知装置を自動的に較正する工程は、第１の期間にわたって行われ、
前記第１の期間は、少なくとも４８時間である、項１２〜１６のいずれか一項に記載の方法。
１８．前記較正装置の前記負荷ユニットは、１０００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法。
１９．前記較正装置の前記負荷ユニットは、３００ワット以下の最大負荷を提供するように構成されている、項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法。
２０．前記較正装置の前記負荷ユニットは、４つ以下の離散的負荷を生じるように構成されている、項１２〜１９のいずれか一項に記載の方法。
２１．前記較正装置の前記負荷ユニットは、ある範囲の負荷を生じるように構成され、
前記感知装置が較正された後、前記１つまたは複数の処理モジュールは、ある範囲の電力消費測定結果を求めるために前記感知装置を使用するように構成され、
前記負荷の範囲は、前記電力消費量測定結果の範囲より小さい、項１２〜２０のいずれか一項に記載の方法。
２２．前記負荷の範囲は、前記電力消費量測定結果の範囲の２０％未満である、項２１に記載の方法。
２３．前記感知装置の前記１つまたは複数の出力信号と前記第１の伝達関数とに基づき、前記１つまたは複数の処理モジュールを使用して前記電力消費測定結果を求める工程は、前記１つまたは複数の主電源線内を流れる電流と前記１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求める工程を含む、項１２〜２２のいずれか一項に記載の方法。
２４．前記感知装置の前記１つまたは複数の出力信号と前記第１の伝達関数とに基づき、前記１つまたは複数の処理モジュールを使用して前記電力消費測定結果を求める工程は、前記位相差に少なくとも部分的に基づき、実電力使用量を求める工程をさらに含む、項２３に記載の方法。
２５．構造体へ供給されている電力を感知装置、較正装置および１つまたは複数の処理モジュールを使用して感知する方法であって、前記感知装置は、回路遮断器ボックスのパネルへ取り付けられ、前記回路遮断器ボックスの前記パネルは、構造体の電力インフラストラクチャの１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部の上に位置し、前記較正装置は、負荷ユニットを含み、前記方法は、
前記感知装置の１つまたは複数の出力信号に少なくとも部分的に基づき、前記１つまたは複数の主電源線内を流れる電流を求める工程と、
前記較正装置により測定された前記１つまたは複数の主電源線内を流れる前記電流と前記１つまたは複数の主電源線の電圧との間の位相差を求める工程と
を含み、
前記較正装置は、前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合され、
前記感知装置は、前記１つまたは複数の主電源線の少なくとも一部により生成された磁束を測定し、かつ前記感知装置により測定された前記磁束に基づき、前記感知装置の前記１つまたは複数の出力信号を生成するように構成された１つまたは複数の磁場センサを含み、
前記感知装置は、前記１つまたは複数の主電源線へ電気的または物理的に結合されていない、方法。
２６．前記構造体の前記電力インフラストラクチャへ電気的に結合された前記較正装置により測定された前記１つまたは複数の主電源線を流れる前記電流と前記電圧との間の前記位相差を求める工程は、前記感知装置により測定された前記磁束の位相に基づき、前記電流の位相を求める工程を含む、項２５に記載の方法。
２７．前記位相差に少なくとも部分的に基づき、実電力使用量を求める工程をさらに含む、項２５または２６に記載の方法。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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