(57)【要約】【課題】できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが可能な電力量計測システムを構成するための電力量センサおよびその増設ユニットを提供する。【解決手段】電力量計測システム１００は、交流回路５の第１の計測対象箇所を流れる電流と交流回路５の電圧とを計測して、第１の計測対象箇所における電力量を演算する電力量センサ１と、電力量センサ１と通信可能に構成され、交流回路の第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する増設ユニット（電力量センサ２〜４の各々）とを備える。電力量センサ１は、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して増設ユニットに送信する。増設ユニットは、同期パルスの受信をトリガとして、第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する。【選択図】図１
2013181813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力量センサであって、
交流回路の第１の計測対象箇所を流れる電流を計測する第１の電流計測部と、
前記第１の計測対象箇所における電圧を計測する電圧計測部と、
前記第１の電流計測部によって計測された電流と前記電圧計測部によって計測された電圧とに基づいて、前記第１の計測対象箇所における電力量を演算する第１の演算部とを備え、
前記第１の演算部は、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して出力し、
前記電力量センサは、
前記同期パルスの受信をトリガとして前記交流回路の第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する増設ユニットと、前記電力量センサとを電気的に接続するための第１の接続部と、
前記第１の接続部を介して、前記同期パルスを前記電力量センサから前記増設ユニットへと送信する第１の通信制御部とをさらに備える、電力量センサ。
【請求項２】
前記増設ユニットは、前記増設ユニットにより計測された電流と、前記増設ユニットに入力された電圧データとに基づいて、前記第２の計測対象箇所における電力量を演算するように構成され、
前記第１の演算部は、前記計測期間に計測された電圧のデータを表すデジタル信号を生成して前記デジタル信号を出力し、
前記第１の通信制御部は、前記第１の演算部からの前記デジタル信号を、前記第１の接続部を介して、前記増設ユニットへと送信する、請求項１に記載の電力量センサ。
【請求項３】
前記デジタル信号は、前記計測期間としての第１の周期に計測された電圧を表し、
前記第１の演算部は、第２の周期において、前記デジタル信号を出力するとともに、前記第１の周期に計測された電圧および電流に基づいて、前記第１の周期における電力量を演算し、
前記第２の周期は、前記第１の周期に続く前記計測期間に対応する、請求項２に記載の電力量センサ。
【請求項４】
前記計測期間は、交流波形の複数の周期を含む期間であり、
前記第１の演算部は、前記複数の周期のうちの最初の周期に計測された電圧値を示す基準データと、前記複数の周期のうちの残りの周期に計測された電圧値と前記基準データのうちの対応する電圧値との間の差分を示す差分データとを生成して、前記基準データおよび前記差分データを前記デジタル信号として出力する、請求項２に記載の電力量センサ。
【請求項５】
前記第１の通信制御部は、前記第１の接続部を介して、前記増設ユニットによって演算された電力量に関するデータを前記増設ユニットから受信する、請求項２に記載の電力量センサ。
【請求項６】
前記第１の通信制御部は、前記第１の接続部を介して、前記増設ユニットによって計測された電流に関するデータを前記増設ユニットから受信する、請求項１に記載の電力量センサ。
【請求項７】
前記電力量センサは、
前記第１の演算部と前記第１の通信制御部との間に形成された信号経路と、
前記信号経路に設けられた信号絶縁部とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力量センサ。
【請求項８】
前記信号絶縁部は、アイソレータを含む、請求項７に記載の電力量センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の電力量センサと通信可能に構成された増設ユニットであって、
前記増設ユニットと前記電力量センサとを電気的に接続するための第２の接続部と、
前記第２の接続部を介して、前記電力量センサから前記同期パルスを受信する第２の通信制御部と、
前記第２の通信制御部からの前記同期パルスをトリガとして、前記第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する第２の電流計測部とを備える、電力量センサの増設ユニット。
【請求項１０】
前記第２の通信制御部は、前記第２の接続部を介して、前記電力量センサによって計測された電圧を示すデジタル信号を前記電力量センサから受け、
前記増設ユニットは、
前記第２の計測対象箇所における電力量を演算する第２の演算部をさらに備え、
前記第２の演算部は、前記第２の電流計測部により計測された電流と、前記デジタル信号によって表される電圧とに基づいて電力量を演算する、請求項９に記載の電力量センサの増設ユニット。
【請求項１１】
前記デジタル信号は、前記計測期間としての第１の周期に計測された電圧を表し、
前記第２の演算部は、前記第２の電流計測部によって前記第１の周期に計測された電流と、前記デジタル信号とに基づいて、前記第１の周期における電力量を第２の周期に演算し、
前記第２の周期は、前記第１の周期に続く前記計測期間である、請求項１０に記載の電力量センサの増設ユニット。
【請求項１２】
前記第２の通信制御部は、前記第２の接続部を介して、前記第２の演算部によって演算された電力量に関するデータを前記電力量センサに送信する、請求項１０に記載の電力量センサの増設ユニット。
【請求項１３】
前記第２の通信制御部は、前記第２の接続部を介して、前記第２の電流計測部によって計測された電流に関するデータを前記電力量センサに送信する、請求項９に記載の電力量センサの増設ユニット。
【請求項１４】
交流回路の第１の計測対象箇所を流れる電流と前記交流回路の電圧とを計測して、前記第１の計測対象箇所における電力量を演算する電力量センサと、
前記電力量センサと通信可能に構成され、前記交流回路の第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する増設ユニットとを備え、
前記電力量センサは、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して前記増設ユニットに送信し、
前記増設ユニットは、前記同期パルスの受信をトリガとして、前記第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する、電力量計測システム。
【請求項１５】
前記電力量センサは、前記計測期間に計測された電圧のデータを表すデジタル信号を生成して、前記増設ユニットにデジタル信号を送信し、
前記増設ユニットは、前記増設ユニットにより計測された電流と、前記デジタル信号により表される電圧とに基づいて、前記第２の計測対象箇所における電力量を演算する、請求項１４に記載の電力量計測システム。
【請求項１６】
前記増設ユニットは、前記増設ユニットによって計測された電流に関するデータを前記電力量センサに送信し、
前記電力量センサは、前記増設ユニットによって計測された電流と、前記電力量センサによって計測された電圧とに基づいて、前記第２の計測対象箇所の電力量を演算する、請求項１４に記載の電力量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力量センサ、その電力量センサの増設ユニットおよび、電力量センサおよび増設ユニットにより構成された電力量計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー等の目的のために、電力量の詳細な管理が提案されている。たとえば工場の場合、複数の装置の各々の消費電力量を監視することが求められている。
【０００３】
このような要求に対応するための電力量測定装置が提案されている。たとえば特開２００４−８５４１３号公報（特許文献１）は、複数の負荷機器の電力使用量を測定可能な多回路電力測定装置を開示する。この測定装置は、負荷機器ごとに設けられたＣＴ（変流器）と、各ＣＴに対応して設けられた計測ユニットと、１つの本体ユニットとを備える。複数の計測ユニットの各々は、電力演算部と、不揮発性メモリとを備える。電力演算部は、ＣＴで検出された電流に相当する電流信号と、配電フィーダから供給される電圧信号とに基づいて、負荷機器の電力使用量を演算する。不揮発性メモリはＣＴの定格情報を記憶する。本体ユニットは、各計測ユニットの不揮発性メモリに記憶された定格情報に基づいて、当該計測ユニットの定格を設定する。
【０００４】
特開２００５−５５４０４号公報（特許文献２）は、多回路電力計およびその増設ユニットを開示する。多回路電力計の本体部は、交流回路の電圧と、計測点における電流とを測定して、その測定された電圧をコネクタから出力する。増設ユニットは多回路電力計のコネクタに接続されて、多回路電力計によって測定された電圧を受ける。増設ユニットは、交流回路の別の計測点における電流を測定し、その測定された電流と、本体部によって測定された電圧とに基づいて、電力量を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８５４１３号公報
【特許文献２】特開２００５−５５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された多回路電力測定装置では、計測対象の回路ごとに計測ユニットおよびＣＴを設置する必要がある。さらに、計測ユニットの各々が本体ユニットと通信する。このため、計測ユニットの数と同数の通信線が必要である。したがって特許文献１に記載された構成によれば、電力量計測システムを構成するための要素の数が多くなるという課題がある。
【０００７】
また、複数の計測箇所の電力量を監視しやすくするために、各計測箇所の電力量を計測する電力量計が１箇所に集中して設置されることがある。複数の電力量計は、たとえば１つの配電盤あるいは１つの分電盤の内部に設置される。しかし特許文献１に記載された構成によれば、計測ユニットの台数と同じ数の通信線が必要である。したがって、特許文献１に記載された複数の計測ユニットを分電盤の内部に設置した場合には、分電盤の内部が煩雑になる可能性がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された構成によれば、計測対象点の数に応じて増設ユニットの台数を決定することができる。増設ユニットは、コネクタにより本体部に接続されて、電圧データを示すアナログ信号を本体部から受ける。増設ユニットは、電流を計測して、その計測された電流と、本体部からの電圧データとに基づいて電力量を演算する。増設ユニットによって算出された電力量の値は、上記のコネクタを介して本体部へと送られる。したがって特許文献２に記載された構成によれば、特許文献１に記載された構成に比べて通信線の数を減らすことができる。この結果、電力量計測システムの構成を簡素にすることができるので、電力量計測システムのコスト低減を図ることができる。
【０００９】
特許文献２は、電圧データをアナログ信号によって伝送する理由を以下のように説明している。本体部において電圧値をアナログ／デジタル変換してデジタル信号を出力し、増設ユニットにおいてデジタル信号から電圧値を取り出す場合、本体部および増設ユニットの各々の信号処理に時間を要する。このために、本体部で電圧を計測する時刻と、増設ユニットにおいて電流を計測する時刻との間にずれが生じる。この結果、演算した電力量の値に誤差が含まれる。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載された構成の場合、増設ユニットの台数が増えるに従って、アナログ信号が元の信号から大きく劣化する可能性がある。つまり、本体部からのアナログ信号の伝送距離が最も長い増設ユニットでは、正確な電圧値を取得できない可能性がある。したがって、この増設ユニットにおいて演算された電力量の値に誤差が含まれる可能性がある。
【００１１】
以上述べたように、電力量センサおよびその増設ユニットで構成される電力量計測システムにおいては、できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが求められる。
【００１２】
本発明の目的は、できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが可能な電力量計測システムを構成するための電力量センサおよびその増設ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの局面によれば、電力量センサは、交流回路の第１の計測対象箇所を流れる電流を計測する第１の電流計測部と、第１の計測対象箇所における電圧を計測する電圧計測部と、第１の電流計測部によって計測された電流と電圧計測部によって計測された電圧とに基づいて、第１の計測対象箇所における電力量を演算する第１の演算部とを備える。第１の演算部は、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して出力する。電力量センサは、同期パルスの受信をトリガとして交流回路の第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する増設ユニットと、電力量センサとを電気的に接続するための第１の接続部と、第１の通信制御部とをさらに備える。第１の通信制御部は、第１の接続部を介して、同期パルスを電力量センサから増設ユニットへと送信する。
【００１４】
この構成によれば、増設ユニットは、電力量センサの発する同期パルスの受信をトリガとして電流を計測する。同期パルスは、電力量センサの計測の期間の端点を示す。したがって電力量センサと増設ユニットとが同一の計測期間に計測を実行することができる。これにより、電力量センサおよび増設ユニットの計測によって演算される電力量の精度を高めることができる。
【００１５】
「計測期間の予め定められた時間幅」は、当該計測期間の前に設定された時間幅を意味する。したがって、１つの実施形態では、計測期間の時間幅が一定に保たれつつ、電圧および電流が計測される。他の実施形態では、計測期間の時間幅が変化しながら、電圧および電流が計測されてもよい。
【００１６】
「計測期間の端点」は、計測期間の始点および終了点のいずれでもよい。一定の時間幅を有する計測期間が連続的に生じる場合、計測期間の端点は、ある計測期間の終了点であるとともに、その次の計測期間の始点である。間欠的に計測が実行される場合、電力量センサは、計測期間の始点を示す第１の同期パルスと、その計測期間の終了点を示す第２の同期パルスとを増設ユニットに送信してもよい。
【００１７】
「繰り返して出力する」とは、たとえば周期的な出力といった、複数回の出力を意味する。
【００１８】
第２の計測対象箇所における電力量は、増設ユニットにより演算されてもよく、電力量センサによって演算されてもよい。
【００１９】
好ましくは、増設ユニットは、増設ユニットにより計測された電流と、増設ユニットに入力された電圧データとに基づいて、第２の計測対象箇所における電力量を演算するように構成される。第１の演算部は、計測期間に計測された電圧のデータを表すデジタル信号を生成してデジタル信号を出力する。第１の通信制御部は、第１の演算部からのデジタル信号を、第１の接続部を介して、増設ユニットへと送信する。
【００２０】
この構成によれば、電力量センサにより計測された電圧を示すデジタル信号が、電力量センサから増設ユニットへと送られる。増設ユニットは、計測対象箇所の電圧を計測しなくとも、その計測対象箇所における電力量を演算することができる。したがって、増設ユニットでは、交流回路の電圧を計測するための配線を省略することができる。
【００２１】
さらに、計測された電圧を示すデータがデジタル信号の形式で伝送されるので、電力量センサと増設ユニットとの間の信号線の本数を減らすことができる。したがって、電力量計測システムの低コスト化を図ることができる。
【００２２】
さらに、電圧データがデジタル信号により増設ユニットに送られる。デジタル信号は、アナログ信号に比べて劣化しにくいという特性を有する。したがって、増設ユニットに正確な電圧値が送られるので、増設ユニットでの電力量の演算精度を高めることができる。
【００２３】
好ましくは、デジタル信号は、計測期間としての第１の周期に計測された電圧を表す。第１の演算部は、第２の周期において、デジタル信号を出力するとともに、第１の周期に計測された電圧および電流に基づいて、第１の周期における電力量を演算する。第２の周期は、第１の周期に続く計測期間に対応する。
【００２４】
この構成によれば、第１の演算部の処理負荷の増大を抑えることができる。たとえば増設ユニットが、第１の周期において電流を計測するとともに第１の周期の電力量を演算する場合、電力量センサは、電圧を計測するたびに、その計測された電圧を示すデジタル信号を生成して増設ユニットに送信することが要求される。このため、第１の演算部の処理負荷が増大する可能性がある。この構成によれば、電力量センサは、第１の周期に計測された電圧を表すデジタル信号を、第１の周期に続く第２の周期に出力する。増設ユニットは、第１の周期に計測された電流のデータと、デジタル信号により表される電圧のデータとを用いて、第１の周期の電力量を演算することができる。したがって、第１の演算部の処理負荷の増大を抑えることができる。
【００２５】
好ましくは、計測期間は、交流波形の複数の周期を含む期間である。第１の演算部は、複数の周期のうちの最初の周期に計測された電圧値を示す基準データと、複数の周期のうちの残りの周期に計測された電圧値と基準データのうちの対応する電圧値との間の差分を示す差分データとを生成して、基準データおよび差分データをデジタル信号として出力する。
【００２６】
この構成によれば、電力量センサから増設ユニットに送られる電圧データの精度を確保しつつ、そのデータのサイズを小さくすることができる。電力量センサによって計測される電圧は交流電圧であるので、その周期は一定である。したがって、電圧値のみが時間的に変化する可能性があると考えられる。上記の構成によれば、電圧値の変化分が差分データとして生成されることで、電圧データの精度を確保しつつ、そのデータのサイズを小さくすることができる。
【００２７】
好ましくは、第１の通信制御部は、第１の接続部を介して、増設ユニットによって演算された電力量に関するデータを増設ユニットから受信する。
【００２８】
この構成によれば、電力量センサは、当該電力量センサによって演算された電力量（すなわち第１の計測対象箇所の電力量）のデータだけでなく、増設ユニットによって演算された電力量（すなわち第２の計測対象箇所の電力量）のデータを有することができる。
【００２９】
好ましくは、第１の通信制御部は、第１の接続部を介して、増設ユニットによって計測された電流に関するデータを増設ユニットから受信する。
【００３０】
この構成によれば、電力量センサは、第１の計測対象箇所の電力量だけでなく、第２の計測対象箇所の電力量を演算することができる。したがって電力量センサは、第１の計測対象箇所および第２の計測対象箇所の各々の電力量のデータを有することができる。
【００３１】
好ましくは、電力量センサは、第１の演算部と第１の通信制御部との間に形成された信号経路と、信号経路に設けられた信号絶縁部とをさらに備える。
【００３２】
好ましくは、信号絶縁部は、アイソレータを含む。
この構成によれば、高電圧回路（たとえば電圧計測部あるいは電流計測部）からの電気的絶縁を確保しつつ、電力量センサと増設ユニットとの間での通信を可能にすることができる。
【００３３】
本発明の他の局面によれば、電力量センサの増設ユニットは、上記の電力量センサと通信可能に構成された増設ユニットである。増設ユニットは、増設ユニットと電力量センサとを電気的に接続するための第２の接続部と、第２の接続部を介して、電力量センサから同期パルスを受信する第２の通信制御部と、第２の通信制御部からの同期パルスをトリガとして、第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する第２の電流計測部とを備える。
【００３４】
この構成によれば、増設ユニットは、電力量センサの発する同期パルスの受信をトリガとして電流を計測する。同期パルスは、電力量センサの計測の期間の端点を示す。したがって電力量センサと増設ユニットとが同一の計測期間に計測を実行することができる。これにより、電力量センサおよび増設ユニットの計測によって演算される電力量の精度を高めることができる。
【００３５】
好ましくは、第２の通信制御部は、第２の接続部を介して、電力量センサによって計測された電圧を示すデジタル信号を電力量センサから受ける。増設ユニットは、第２の計測対象箇所における電力量を演算する第２の演算部をさらに備える。第２の演算部は、第２の電流計測部により計測された電流と、前記デジタル信号によって表される電圧とに基づいて電力量を演算する。
【００３６】
この構成によれば、増設ユニットが、計測対象箇所の電圧を計測しなくても、その計測対象箇所における電力量を演算することができる。したがって、交流回路の電圧を増設ユニットに伝達するための配線が不要となる。さらに、電圧のデータがデジタル信号として伝送されるので、電圧データの劣化を抑制できる。したがって増設ユニットにより演算された電力量の精度を高めることができる。さらに、電圧データがデジタル信号の形式で伝送されるので、電力量センサと増設ユニットとの間の信号線の本数を減らすことができる。したがって、低コストで電力量の計測精度を高めることが可能な電力量計測システムを構成することができる。
【００３７】
好ましくは、デジタル信号は、計測期間としての第１の周期に計測された電圧を表す。第２の演算部は、第２の電流計測部によって第１の周期に計測された電流と、デジタル信号とに基づいて、第１の周期における電力量を第２の周期に演算する。第２の周期は、第１の周期に続く計測期間である。
【００３８】
この構成によれば、増設ユニットは、増設ユニットの電流の計測のタイミングと同じタイミングで電力量センサが計測した電圧のデータを受信することができる。したがって、増設ユニットによる電力量の演算の精度を確保することができる。
【００３９】
好ましくは、第２の通信制御部は、第２の接続部を介して、第２の演算部によって演算された電力量に関するデータを電力量センサに送信する。
【００４０】
この構成によれば、増設ユニットの演算により生成された電力量データが、電力量センサに送られる。これにより、電力量センサにおいて、電力量センサによって演算された電力量（すなわち第１の計測対象箇所の電力量）のデータだけでなく、増設ユニットによって演算された電力量（すなわち第２の計測対象箇所の電力量）のデータを有することができる。
【００４１】
好ましくは、第２の通信制御部は、第２の接続部を介して、第２の電流計測部によって計測された電流に関するデータを電力量センサに送信する。
【００４２】
この構成によれば、電力量センサにおいて、第２の計測対象箇所の電力量のデータを演算することができる。したがって電力量センサにおいて、電力量センサによって演算された第１の計測対象箇所の電力量のデータだけでなく、第２の計測対象箇所の電力量のデータを有することができる。
【００４３】
本発明のさらに他の局面によれば、電力量計測システムは、交流回路の第１の計測対象箇所を流れる電流と交流回路の電圧とを計測して、第１の計測対象箇所における電力量を演算する電力量センサと、電力量センサと通信可能に構成され、交流回路の第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する増設ユニットとを備える。電力量センサは、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して増設ユニットに送信する。増設ユニットは、同期パルスの受信をトリガとして、第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する。
【００４４】
この構成によれば、増設ユニットは、電力量センサの発する同期パルスの受信をトリガとして電流を計測する。同期パルスは、電力量センサの計測の期間の端点を示す。したがって電力量センサと増設ユニットとが同一の計測期間に計測を実行することができる。これにより、電力量センサおよび増設ユニットの計測によって演算される電力量の精度を高めることができる。
【００４５】
好ましくは、電力量センサは、計測期間に計測された電圧のデータを表すデジタル信号を生成して、増設ユニットにデジタル信号を送信する。増設ユニットは、増設ユニットにより計測された電流と、デジタル信号により表される電圧とに基づいて、第２の計測対象箇所における電力量を演算する。
【００４６】
この構成によれば、増設ユニットが、第２の計測対象箇所の電圧を計測しなくても、その計測対象箇所における電力量を演算することができる。さらに、電圧のデータがデジタル信号として増設ユニットに送られるので、精度を確保したまま、増設ユニットに電圧データを送ることができる。これにより、増設ユニットでの電力量の計測精度を高めることができる。さらに、電圧データがデジタル信号の形式で伝送されるので、電力量センサと増設ユニットとの間の信号線の本数を減らすことができる。したがって、低コストで電力量の計測精度を高めることが可能な電力量計測システムを構成することができる。
【００４７】
好ましくは、増設ユニットは、増設ユニットによって計測された電流に関するデータを電力量センサに送信する。電力量センサは、増設ユニットによって計測された電流と、電力量センサによって計測された電圧とに基づいて、第２の計測対象箇所の電力量を演算する。
【００４８】
この構成によれば、電力量センサにおいて、第２の計測対象箇所の電力量のデータを演算することができる。したがって電力量センサにおいて、電力量センサによって演算された第１の計測対象箇所の電力量のデータだけでなく、第２の計測対象箇所の電力量のデータを有することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが可能な電力量計測システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力量計測システムの全体的な構成を示す概略図である。
【図２】図１に示された電力量計測システムの設置例を示した模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力量センサ（マスタユニット）の主要部の構成を示した機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る増設ユニット（スレーブユニット）の主要部の構成を示した機能ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る計測処理および演算処理を説明するためのシーケンス図である。
【図６】スレーブユニットによる電流の計測の開始および終了を説明するための波形図である。
【図７】マスタユニットによるデータ圧縮を説明するための波形図である。
【図８】マスタユニットからスレーブユニットに送られる電圧データの構成を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電力量センサおよび増設ユニットが有する接続部の構成例を示した図である。
【図１０】第１の実施の形態の比較例に係るバスの構成例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る計測処理および演算処理を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００５２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力量計測システムの全体的な構成を示す概略図である。図１を参照して、電力量計測システム１００は、電力量センサ１〜４を備える。電力量センサ１は、本発明の「電力量センサ」に対応する。電力量センサ２〜４の各々は、本発明の「電力量センサの増設ユニット」に対応する。
【００５３】
交流回路５は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃを含む。交流回路５は、負荷装置６ａ〜６ｄの各々に交流電力を供給する。負荷装置６ａ〜６ｄの各々は、たとえば、工場内の装置あるいは設備である。
【００５４】
図１は、交流回路５の配電方式の一例として三相３線式を示す。交流回路５の配電方式は三相３線式に限定されず、たとえば単相２線式、単相３線式、あるいは三相４線式であってもよい。
【００５５】
電力量センサ１は、交流回路５の電圧および第１の計測対象箇所の電流を計測する。第１の計測対象箇所は、交流回路５と負荷装置６ａとの間で交流電力が伝達される部分に対応する。したがって、第１の計測対象箇所は１点に限定されない。具体的には、電力量センサ１は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃに接続されて、交流回路５の電圧を計測する。さらに変流器１ａ，１ｂが電力量センサ１に接続される。変流器１ａ，１ｂは、電力線５ａ，５ｂに流れる電流をそれぞれ検出する。電力量センサ１は変流器１ａ，１ｂから出力される信号により、第１の計測対象箇所の電流を計測する。
【００５６】
電力量センサ２〜４の各々は、第２の計測対象箇所の電流を計測する。第２の計測対象箇所は、交流回路５と、負荷装置６ｂ，６ｃ，６ｄの各々との間で交流電力が伝達される部分に対応する。電力量センサ１と同じく、電力量センサ２〜４の各々には２つの変流器（２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ）が接続される。電力量センサ２〜４の各々は、当該電力量センサに接続された２つの変流器から出力される信号により、第２の計測対象箇所の電流を計測する。
【００５７】
電力量センサ１は、電力量センサ２〜４の各々との間で通信可能である。電力量センサ１は、予め定められた時間幅を有する計測期間の端点に同期した同期パルスを繰り返して出力する。たとえば同期パルスは一定の時間間隔で繰り返し電力量センサ１から出力される。ただし同期パルスの出力の時間間隔は固定されるものと限定されず、たとえば系統の周波数に同調して変動してもよい。あるいは、同期パルスの出力の時間間隔は、たとえば商用電源によって変動してもよい。電力量センサ２〜４の各々は、その同期パルスの受信をトリガとして、第２の計測対象箇所を流れる電流を計測する。
【００５８】
この実施の形態では、電力量センサ１は、さらに、電力量センサ１によって計測された電圧を示すデジタル信号を、電力量センサ２〜４の各々へと送信する。電力量センサ１は、計測された電圧および計測された電流に基づいて、第１の計測対象箇所における電力量を演算する。電力量センサ２〜４の各々は、計測された電流のデータと、電力量センサ１からのデジタル信号によって表された電圧データとに基づいて、電力量を演算する。
【００５９】
演算によって求められる電力量は負荷装置の消費電力量に限定されない。たとえば負荷装置がモータを備え、そのモータが回生動作を行なう場合には、モータの発電電力量が求められてもよい。
【００６０】
この実施の形態では、電力量センサ２〜４の各々は、演算によって求められた電力量のデータをデジタル信号として電力量センサ１へと送る。したがって、電力量センサ１は、電力量センサ１〜４の各々によって求められた電力量のデータを保持する。電力量センサ１は、電力量センサ１〜４の各々によって求められた電力量のデータをデータ処理装置７へと送る。データ処理装置７は、たとえば所定のプログラムを実行するパーソナルコンピュータによって実現される。
【００６１】
電力量センサ１は、たとえば図示しない通信装置および通信線を介してデータ処理装置７へとデータを転送する。ただし電力量センサ１は、たとえばメモリカードのような記録媒体にデータを記録してもよい。その記録媒体は電力量センサ１から取り出されて、データ処理装置７に挿入される。データ処理装置７は記録媒体に記憶された電力量データを読み出す。このような方法によっても、電力量センサ１からデータ処理装置７へとデータを転送することができる。
【００６２】
電力量センサ１〜４の電源電圧は、個別に与えられてもよい。したがって電力量センサ１〜４の各々が電源に接続されていてもよい。あるいは電力量センサ１から電力量センサ２〜４の各々に電源電圧が供給されるという構成が採用されてもよい。
【００６３】
図２は、図１に示された電力量計測システムの設置例を示した模式図である。図２を参照して、電力量センサ１〜４は、たとえば分電盤８の内部に設置される。たとえば図２に示されるように、分電盤８の内部には、レール９（たとえばＤＩＮレール）が設置される。電力量センサ１〜４の各々はレール９に取り付けられる。電力量センサ１と電力量センサ２〜４の各々とは、通信ケーブル１０を介して通信する。１つの実施の形態において、電力量センサ間の通信方式は、シリアル通信である。
【００６４】
上記のように、電力量センサ１は、電力量センサ２〜４の各々による電力量の演算を制御する。すなわち、電力量計測システム１００において、電力量センサ１は、マスタユニットとして機能し、電力量センサ２〜４の各々はスレーブユニットとして機能する。図１および図２に示された構成によれば、スレーブユニットの数は３であるが、これに限定されるものではない。計測対象箇所の数に応じてスレーブユニットの数を増減させることができる。
【００６５】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力量センサ（マスタユニット）の主要部の構成を示した機能ブロック図である。図３を参照して、電力量センサ１は、電圧計測部１１と、電流計測部１２と、演算回路１８と、通信制御部１３と、接続部１４と、アイソレータ１５ａを含む信号経路１５と、記憶部１９とを含む。
【００６６】
電圧計測部１１は、分圧回路１１ａと、Ａ／Ｄ変換回路１１ｂとを含む。電流計測部１２は、変流器１ａ，１ｂと、電流／電圧変換回路１２ａと、Ａ／Ｄ変換回路１２ｂとを含む。Ａ／Ｄ変換回路１１ｂ，１２ｂが１つの回路に統合されていてもよい。あるいはＡ／Ｄ変換回路１１ｂ，１２ｂおよび演算回路１８が、１つの処理装置（たとえばＣＰＵ）に統合されていてもよい。また、通信制御部１３も、たとえばＣＰＵにより実現される。
【００６７】
電圧計測部１１は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを計測する。分圧回路１１ａは、入力電圧（電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を分圧して、計測に適した強度の電圧を生成する。Ａ／Ｄ変換回路１１ｂは、分圧回路１１ａから出力された電圧に対してサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を実行する。これにより電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの各々の値を示すデジタルデータが生成される。電圧計測部１１は、本発明の「電力量センサ」が備える「電圧計測部」を実現する。
【００６８】
電流計測部１２は、電力線５ａ，５ｂのそれぞれの電流Ｉ１，Ｉ３を計測する。変流器１ａは、電流Ｉ１に比例する電流Ｉ１ａを出力する。変流器１ｂは、電流Ｉ３に比例する電流Ｉ３ａを出力する。電流／電圧変換回路１２ａは、電流Ｉ１ａ，Ｉ３ａを電圧に変換し、さらにその電圧を増幅する。これにより電流／電圧変換回路１２ａは、計測に適した強度の電圧を生成する。Ａ／Ｄ変換回路１２ｂは、電流／電圧変換回路１２ａから出力された電圧に対してサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を実行する。これにより電流Ｉ１，Ｉ３の各々の値を示すデジタルデータが生成される。電流計測部１２は、本発明の「電力量センサ」が備える「第１の電流計測部」を実現する。
【００６９】
演算回路１８は、電流計測部１２からの電流Ｉ１，Ｉ３の各々の値を示すデジタルデータに基づいて、電力線５ｃを流れる電流Ｉ２の値を示すデジタルデータを生成する。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の合計が０であるので、電流Ｉ１，Ｉ３の値に基づいて電流Ｉ２の値を算出することができる。演算回路１８は、電圧計測部１１から出力された電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのデジタルデータ、および電流Ｉ１〜Ｉ３のデジタルデータを用いて第１の計測対象箇所における電力量を演算する。演算回路１８は、演算結果としての電力量データを記憶部１９に記憶させる。演算回路１８は、本発明の「電力量センサ」が備える「第１の演算部」を実現する。
【００７０】
演算回路１８は、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃおよび電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の計測の開始のタイミングを示す同期パルスを生成する。演算回路１８は、その同期パルスを出力する。
【００７１】
演算回路１８は、さらに、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのデジタルデータを用いてデジタル信号を生成し、そのデジタル信号を出力する。
【００７２】
信号経路１５は、演算回路１８と通信制御部１３との間に設けられる。信号経路１５の途中にはアイソレータ１５ａが設けられる。アイソレータ１５ａは、演算回路１８と通信制御部１３とを絶縁する。交流回路５の電圧値および電流値が高い場合には、電圧計測部１１および電流計測部１２が高電圧回路となり得る。高電圧部に対する電気的絶縁を確保しつつ、電力量センサ１と電力量センサ２との間でのデジタル信号の通信を可能にするために、信号絶縁部としてのアイソレータ１５ａが設けられている。アイソレータ１５ａは、たとえばコンデンサタイプのデジタルアイソレータである。ただし信号絶縁部は、たとえばフォトカプラによって実現されてもよい。
【００７３】
演算回路１８は、同期パルスおよびデジタル信号（電圧データ）を、信号経路１５を介して通信制御部１３へと送る。通信制御部１３は、演算回路１８からのデジタル信号と同期パルスとを接続部１４へと出力する。通信制御部１３がスレーブユニットからのデジタル信号（電力量データ）を受信した場合、通信制御部１３は、そのデジタル信号を、信号経路１５を介して演算回路１８へと送る。この場合、演算回路１８は、スレーブユニットから送られた電力量データを記憶部１９に記憶させる。たとえば通信制御部１３によるデータの送信および受信は、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）通信に準拠している。通信制御部１３は、本発明の「電力量センサ」が備える「第１の通信制御部」を実現する。
【００７４】
接続部１４は、通信ケーブル１０を介して電力量センサ２と電気的に接続される。同期パルスおよびデジタル信号（電圧データ）は接続部１４から通信ケーブル１０へと出力され、通信ケーブル１０を介して電力量センサ２の接続部２４に入力される。一方、電力量センサ２の接続部２４から送られたデジタル信号（電力量データ）は、通信ケーブル１０を介して電力量センサ１の接続部１４へと入力される。接続部１４は、たとえばバスおよびコネクタ端子によって構成される。接続部１４は、本発明の「電力量センサ」が備える「第１の接続部」を実現する。
【００７５】
記憶部１９は、データの書き込みが可能であるとともに、書き込まれたデータを不揮発的に記憶する。周知の不揮発性半導体メモリを記憶部１９に用いることができる。
【００７６】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る増設ユニット（スレーブユニット）の主要部の構成を示した機能ブロック図である。電力量センサ２〜４の構成は互いに同一である。したがって図４では、代表的に電力量センサ２の構成が示される。
【００７７】
図４を参照して、電力量センサ２の構成は、電圧計測部を含まない点において電力量センサ１の構成と異なるが、他の部分の構成は、電力量センサ１の構成と基本的に同様である。具体的には、電力量センサ２は、電流計測部２２と、演算回路２８と、通信制御部２３と、接続部２４と、アイソレータ２５ａを含む信号経路２５と、記憶部２９とを含む。
【００７８】
電流計測部２２は、変流器２ａ，２ｂと、電流／電圧変換回路２２ａと、Ａ／Ｄ変換回路２２ｂとを含む。Ａ／Ｄ変換回路２２ｂおよび演算回路２８は、１つの処理装置（たとえばＣＰＵ）に統合されていてもよい。また、通信制御部２３も、たとえばＣＰＵにより実現される。
【００７９】
電流計測部２２は、電力線５ａ，５ｂのそれぞれの電流Ｉ４，Ｉ６を計測する。変流器２ａは、電流Ｉ４に比例する電流Ｉ４ａを出力する。変流器２ｂは、電流Ｉ６に比例する電流Ｉ６ａを出力する。電流／電圧変換回路２２ａは、電流Ｉ４ａ，Ｉ６ａを電圧に変換し、さらにその電圧を増幅する。これにより電流／電圧変換回路２２ａは、計測に適した強度の電圧を生成する。Ａ／Ｄ変換回路２２ｂは、電流／電圧変換回路２２ａから出力された電圧に対してサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を実行する。これにより電流Ｉ４，Ｉ６の各々の値を示すデジタルデータが生成される。電流計測部２２は、本発明の「電力量センサの増設ユニット」が備える「第２の電流計測部」を実現する。
【００８０】
演算回路２８は、電流Ｉ４，Ｉ６の各々の値を示すデジタルデータに基づいて、電力線５ｃを流れる電流Ｉ５の値を示すデジタルデータを生成する。電流Ｉ５の値を示すデジタルデータの生成方法は、電流Ｉ２の値を示すデジタルデータの生成方法と同じである。
【００８１】
演算回路２８は、同期パルスと、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの値を示すデジタル信号を受ける。Ａ／Ｄ変換回路２２ｂは、その同期パルスの受信をトリガとしてサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を開始する。演算回路２８は、電流Ｉ１〜Ｉ３の値と、受信したデジタル信号により得られる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの値とを用いて、第２の計測対象箇所における電力量を演算する。演算回路２８は、演算結果としての電力量データを記憶部２９に記憶させる。演算回路２８は、本発明の「電力量センサの増設ユニット」が備える「第２の演算部」を実現する。
【００８２】
信号経路２５は、演算回路２８と通信制御部２３との間に設けられる。信号経路２５の途中にはアイソレータ２５ａが設けられる。アイソレータ１５ａと同じく、アイソレータ２５ａは、演算回路２８と通信制御部２３とを絶縁する信号絶縁部である。アイソレータ２５ａは、たとえばコンデンサタイプのデジタルアイソレータである。ただしアイソレータ２５ａに代えて、たとえばフォトカプラによって実現されてもよい。
【００８３】
通信制御部２３は、電力量センサ１（マスタユニット）からの同期パルスおよびデジタル信号（電圧データ）を接続部２４を介して受信する。この場合、通信制御部２３はその同期パルスおよびデジタル信号を、信号経路２５を介して演算回路２８へと送る。一方、演算回路２８は、第２の計測対象箇所の電力量を示すデジタル信号を、信号経路２５を介して通信制御部２３へと出力する。この場合、通信制御部２３は、そのデジタル信号を接続部２４へと出力する。通信制御部２３によるデータの送信および受信は、ＵＡＲＴ通信に準拠している。通信制御部２３は、本発明の「電力量センサの増設ユニット」が備える「第２の通信制御部」を実現する。
【００８４】
接続部２４は、通信ケーブル１０を介して電力量センサ１に電気的に接続される。同期パルスおよびデジタル信号（電圧データ）は通信ケーブル１０から接続部２４へと入力されて、通信制御部２３へと送られる。一方、通信制御部２３から送られたデジタル信号（電力量データ）は接続部２４から通信ケーブル１０を介して電力量センサ１の接続部１４へと入力される。接続部２４は、たとえばバスおよびコネクタ端子によって構成される。接続部２４は、本発明の「電力量センサの増設ユニット」が備える「第２の接続部」を実現する。
【００８５】
記憶部２９は、データの書き込みが可能であるとともに、書き込まれたデータを不揮発的に記憶する。周知の不揮発性半導体メモリを記憶部２９に用いることができる。
【００８６】
図４に示されるように、電力量センサ２では電圧は計測されないため、電力量センサ２（スレーブユニット）を電力線５ａ，５ｂ，５ｃの各々に接続するための配線が省略される。したがって、この実施の形態によれば、電力量計測システムに用いられる配線の数を減らすことができる。特に、スレーブユニットの数が多い場合には、配線の本数を節約できる効果が顕著となる。
【００８７】
上記のように、この実施の形態では、三相交流の各相について電流および電圧が計測される。ただし以下においては、三相のうちの１相の電流および電圧の計測を代表的に説明する。残りの２相の電流および電圧の計測も、以下に説明される計測と同じ方法によって行なわれる。
【００８８】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る計測処理および演算処理を説明するためのシーケンス図である。図５を参照して、計測期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、予め定められた時間幅を有する。この実施の形態では、計測期間Ｔ０〜Ｔ３の時間幅は一定である。
【００８９】
時刻ｔ１において、マスタユニット（電力量センサ１）は同期パルスをスレーブユニット（代表的には電力量センサ２）に送信する。これにより計測期間Ｔ０が終了するとともに計測期間Ｔ１が開始する。マスタユニットは、さらに、計測期間Ｔ０で取得された電圧データをデジタル信号としてスレーブユニットへと送信する。
【００９０】
時刻ｔ１において、マスタユニットは、電圧および電流の計測を開始する。これにより計測期間Ｔ１の電圧データおよび電流データが取得される。マスタユニットは、さらに、計測期間Ｔ０の間に取得された電圧データおよび電流データに基づいて、計測期間Ｔ０の電力量を演算する。
【００９１】
スレーブユニットは、時刻ｔ１において同期パルスを受信することにより、計測期間Ｔ０の終了および計測期間Ｔ１の開始を把握する。スレーブユニットは、時刻ｔ１において電流の計測を開始する。これにより、スレーブユニットは、計測期間Ｔ１の電流データを取得する。
【００９２】
スレーブユニットは、計測期間Ｔ０の直前の計測期間（図５には示さず）の電力量のデータを、デジタル信号としてマスタユニットに送信する。さらにスレーブユニットは、計測期間Ｔ０に取得された電流データ、およびマスタユニットから送られた、計測期間Ｔ０の電圧データに基づいて、計測期間Ｔ０の電力量を演算する。
【００９３】
計測期間Ｔ０，Ｔ１における処理と同様の処理が計測期間Ｔ２，Ｔ３において実行される。時刻ｔ２において、マスタユニットは同期パルスをスレーブユニットに送信する。これにより計測期間Ｔ１が終了するとともに計測期間Ｔ２が開始する。マスタユニットは、さらに、計測期間Ｔ１に取得された電圧データをデジタル信号としてスレーブユニットへと送信する。計測期間Ｔ２において、マスタユニットは電圧および電流を計測する。さらに、マスタユニットは、計測期間Ｔ１で取得された電圧データおよび電流データに基づいて、計測期間Ｔ１の電力量を算出する。
【００９４】
計測期間Ｔ２において、スレーブユニットは、計測期間Ｔ１の電力量のデータを、デジタル信号としてマスタユニットに送信する。さらに、スレーブユニットは、電流を計測する。さらに、計測期間Ｔ２において、スレーブユニットは、計測期間Ｔ１に取得された電流データおよびマスタユニットから送られた、計測期間Ｔ１の電圧データに基づいて、計測期間Ｔ１の電力量を演算する。
【００９５】
時刻ｔ３において、マスタユニットは同期パルスをスレーブユニットに送信する。これにより計測期間Ｔ２が終了するとともに計測期間Ｔ３が開始する。マスタユニットは、さらに、計測期間Ｔ２に取得された電圧データをデジタル信号としてスレーブユニットへと送信する。計測期間Ｔ３において、マスタユニットは電圧および電流を計測する。さらに、マスタユニットは、計測期間Ｔ２で取得された電圧データおよび電流データに基づいて、計測期間Ｔ２の電力量を算出する。
【００９６】
計測期間Ｔ３において、スレーブユニットは、計測期間Ｔ１の電力量のデータを、デジタル信号としてマスタユニットに送信する。さらに、スレーブユニットは、電流を計測する。さらに、計測期間Ｔ３において、スレーブユニットは、計測期間Ｔ２に取得された電流データおよびマスタユニットから送られた、計測期間Ｔ２の電圧データに基づいて、計測期間Ｔ２の電力量を演算する。
【００９７】
図５に示された処理は以下のように説明される。電力量センサ１の演算回路１８は、第２の周期において、デジタル信号を出力するとともに、第１の周期に計測された電圧および電流に基づいて、第１の周期における電力量を演算する。同じく、電力量センサ２の演算回路２８は、電流計測部２２によって第１の周期に計測された電流と、電力量センサ１からのデジタル信号とに基づいて、第１の周期における電力量を第２の周期に演算する。「第２の周期」は、「第１の周期」に続く計測期間に対応する。すなわち、第１の周期が計測期間Ｔ０であれば、第２の周期は計測期間Ｔ１に対応する。第１の周期が計測期間Ｔ１であれば、第２の周期は計測期間Ｔ２に対応する。
【００９８】
電力量の正確な演算のためには、電圧値と電流値とが同じタイミングで取得されることが望ましい。本発明の実施の形態との比較のために、ある計測期間の電力量が、その計測期間に算出されると仮定する。この場合、スレーブユニットが電圧データと電流データとを同じタイミングで取得するためには、スレーブユニットとマスタユニットでサンプリングのタイミングが同期している必要がある。さらに、マスタユニットが電圧データを取得するタイミングと、その電圧データをスレーブユニットが受信するタイミングとが一致しなければならない。しかしながら、電圧データはマスタユニットからスレーブユニットへと送られるため、電圧データをスレーブユニットが受信するタイミングは、マスタユニットが電圧データを取得するタイミングよりも遅れる。
【００９９】
この実施の形態によれば、第１の周期の電力量は第２の周期に演算される。したがって、スレーブユニットは、第１の周期中の同じタイミングに取得された電圧データおよび電流データに基づいて、第１の周期の電力量を演算することができる。これにより電力量の演算の精度を確保できる。
【０１００】
さらに、マスタユニットおよびスレーブユニットは、複数の計測対象箇所における同一期間（たとえば計測期間Ｔ１）の電力量を、同じタイミング（たとえば計測期間Ｔ２）で演算する。したがって、マスタユニットがスレーブユニットから電力量データを取得した際に、マスタユニットにより演算された電力量データとスレーブユニットにより演算された電力量データとの関連付けが容易となる。たとえば電力量センサ１による電力量データの管理が容易になる。これにより、たとえば記憶部１９へのデータの書込み処理および記憶部１９からのデータの読出し処理の高速化が期待できる。
【０１０１】
さらに、マスタユニットは、第１の周期に取得された電圧データを、第２の周期にまとめてスレーブユニットに送信することができる。したがってマスタユニットは、電圧データが取得されるたびに、そのデータをスレーブユニットに送信する必要はない。これによりマスタユニット（演算回路１８）の処理負荷の増大を抑制することができる。
【０１０２】
図６は、スレーブユニットによる電流の計測の開始および終了を説明するための波形図である。図６を参照して、マスタユニットにより設定された計測期間は、交流波形の５周期に対応する期間に加えて補正期間を含む。補正期間は、マスタユニットとスレーブユニットとの間で計測の開始タイミングを同期させるために設定される。補正期間の長さは、たとえばマスタユニットとスレーブユニットとの間での処理速度（たとえばクロック周波数）の差、スレーブユニットの台数などを考慮して適切に設定することができる。
【０１０３】
スレーブユニットが同期パルスを受信すると、スレーブユニットは、そのパルスの受信時点から電流の計測を開始する。スレーブユニットは、交流波形３０の５周期分の電流を計測して、次の同期パルスを受信するまで計測を一時的に停止する。スレーブユニットが次に同期パルスを受信すると、スレーブユニットは電流の計測を再開する。
【０１０４】
マスタユニットは、サンプリングおよびＡ／Ｄ変換によって、交流波形の５周期分の電圧データを生成する。上記のように、マスタユニットは、その電圧データをデジタル信号によってスレーブユニットへと送信する。Ａ／Ｄ変換のビット数を高くするほど、データの精度を高くすることができる。しかしながらスレーブユニットに送られるデータのサイズが大きくなる。
【０１０５】
データのサイズが大きくなると、通信時間が長くなる。通信時間が長くなると、たとえばマスタユニットおよびスレーブユニットの少なくとも一方の処理に影響が生じる可能性がある。一方、サンプリング周波数を下げる、あるいは、Ａ／Ｄ変換のビット数を下げることによりデータのサイズを小さくすることができる。しかしながら、この場合にはデータの精度が低下する。
【０１０６】
これらの課題を解決するために、この実施の形態では、マスタユニットは、電圧データを圧縮して、その圧縮データをスレーブユニットへと送信する。さらにマスタユニットは、電圧値の精度をできるだけ確保するための圧縮方法を実行する。
【０１０７】
図７は、マスタユニットによるデータ圧縮を説明するための波形図である。図８は、マスタユニットからスレーブユニットに送られる電圧データの構成を説明するための図である。なお、図７では、１相分の電圧波形が示される。図７および図８を参照して、交流の１周期中のサンプリング数をｎとする。電圧値Ｖ11，Ｖ12，・・・Ｖ1ｎは、１周期目に計測された電圧値をデジタル値（Ａ／Ｄ値）で示したものである。たとえば電圧値Ｖ11は、１周期目の第１番目のサンプリングタイミングにおいて取得された電圧値を示す。ｎはたとえば６４である。
【０１０８】
マスタユニット（演算回路１８）は、１周期目の計測により取得された電圧値をそのまま保存する。電圧値Ｖ11，Ｖ12，・・・Ｖ1ｎは、後述する処理において基準データとされる。
【０１０９】
マスタユニット（演算回路１８）は、２周期目〜５周期目の各々において計測された電圧値と、基準データの対応する電圧値との間の差分値を示す差分データを生成する。なお、図７に示されるように、１周期目〜５周期目のいずれにおいても、サンプリングタイミングは同じである。たとえば差分値ΔＶ21は、２周期目の第１番目のサンプリングタイミングにおいて取得された電圧値と、電圧値Ｖ11との間の差分値である。２周期目の計測における計測値は、差分データΔＶ21，ΔＶ22，・・・ΔＶ2nとして表される。以下、同様に３周期目〜５周期目の各々において差分データが生成される。
【０１１０】
マスタユニットによって計測される電圧は交流電圧であるので、その周期は一定である。したがって、電圧値のみが時間的に変化する可能性があると考えられる。この実施の形態では、２周期目〜５周期目の各々の電圧値を、１周期目の対応する電圧値との差分として生成する。これにより、２周期目〜５周期目の各々の電圧値の精度を確保しつつ、データサイズを基準データのサイズより小さくすることができる。たとえば基準データは、１２ビットのデータであり、差分データは、８ビットのデータである。
【０１１１】
この実施の形態によれば、マスタユニットとスレーブユニットとの間で伝送されるデータはデジタルデータである。これによりマスタユニットおよびスレーブユニットの各々の信号経路の数を減らすことができる。この点について説明する。
【０１１２】
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る電力量センサおよび増設ユニットが有する接続部の構成例を示した図である。図９を参照して、接続部１４，２４の構成は互いに同じである。接続部１４，２４の各々は、パルス信号端子Ｐｘと、送信端子Ｔｘと、受信端子Ｒｘとを含む。受信端子Ｒｘはデジタル信号を外部から受信するための信号端子である。送信端子Ｔｘはデジタル信号を外部へと送信するための端子である。これらの端子は、図示しないバスに接続される。
【０１１３】
通信ケーブル１０は、通信線１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含む。通信線１０ａは、接続部１４，２４のパルス信号端子Ｐｘ同士を接続する。通信線１０ｂは、接続部１４の送信端子Ｔｘと、接続部２４の受信端子Ｒｘとを接続する。通信線１０ｃは、接続部１４の受信端子Ｒｘと、接続部２４の送信端子Ｔｘとを接続する。接続部１４のパルス信号端子Ｐｘから出力される同期パルスは、通信線１０ａを介して接続部２４のパルス信号端子Ｐｘに入力される。接続部１４の送信端子Ｔｘから出力される電圧データ（デジタル信号）は、通信線１０ｂを介して接続部２４の受信端子Ｒｘに入力される。接続部２４の送信端子Ｔｘから出力されるデジタル信号、すなわち電力量データは、通信線１０ｃを介して接続部１４の受信端子Ｒｘに入力される。
【０１１４】
図１０は、第１の実施の形態の比較例に係るバスの構成例を示した図である。図１０を参照して、電力量センサ４１，４２は、接続部１４ａ，２４ａをそれぞれ備える。接続部１４ａは、パルス信号端子Ｐｘと、送信端子Ｔｘ１，Ｔｘ２と、受信端子Ｒｘとを含む。接続部２４ａは、パルス信号端子Ｐｘと、送信端子Ｔｘと、受信端子Ｒｘ１，Ｒｘ２とを含む。
【０１１５】
送信端子Ｔｘ１，Ｔｘ２および受信端子Ｒｘ１，Ｒｘ２はアナログ信号の伝送のための端子である。パルス信号端子Ｐｘ、送信端子Ｔｘおよび受信端子Ｒｘの機能は上記の機能と同じである。
【０１１６】
通信ケーブル４０は、通信線４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを含む。通信線４０ａは、接続部１４ａ，２４ａのパルス信号端子Ｐｘ同士を接続する。通信線４０ｂは、接続部１４ａの送信端子Ｔｘ１と接続部２４の受信端子Ｒｘ１とを接続する。通信線４０ｃは、接続部１４ａの送信端子Ｔｘ２と接続部２４の受信端子Ｒｘ２とを接続する。通信線４０ｄは、接続部１４ａの受信端子Ｒｘと接続部２４の送信端子Ｔｘとを接続する。
【０１１７】
電力量センサ４１は、電圧の絶対値に関するデータを表すアナログ信号と、その電圧の符号を示すアナログ信号とを、送信端子Ｔｘ１，Ｔｘ２からそれぞれ出力する。これらの信号は、通信線４０ｂ，４０ｃを介して接続部２４ａの受信端子Ｒｘ１，Ｒｘ２にそれぞれ入力される。一方、電力量センサ４２は電力量データを示すデジタル信号を送信端子Ｔｘから出力する。このデジタル信号は、通信線４０ｄを介して接続部１４ａの受信端子Ｒｘに入力される。
【０１１８】
図１０に示された構成によれば、図９に示された構成に比べて、必要な信号線の本数が多くなる。これは、アナログ信号とデジタル信号との両方が伝送されるためである。図９および図１０の対比によって示されるように、この実施の形態によれば、信号線の本数を減らすことができる。これにより、電力量計測システムのコストを抑えることができる。
【０１１９】
以上のように、第１の実施の形態によれば、電圧計測のための配線および通信線の本数を減らしながら、電力量の演算精度を確保できる。したがって第１の実施の形態によれば、できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが可能な電力量計測システムを構成することができる。
【０１２０】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る電力量計測システムの全体的な構成は、図１に示された構成と同様である。さらに、マスタユニットおよびスレーブユニットの構成は、図３および図４に示された構成とそれぞれ同様である。
【０１２１】
実施の形態２では、マスタユニット（電力量センサ１）は、各スレーブユニット（電力量センサ２〜４の各々）によって計測された電流に関するデータを、そのスレーブユニットから受信する。そして、マスタユニットは、スレーブユニットによって計測された電流と、マスタユニットによって計測された電圧とに基づいて、第２の計測対象箇所の電力量を演算する。
【０１２２】
図３および図４を参照して、実施の形態２に係るマスタユニットおよびスレーブユニットの動作について説明する。電力量センサ２（スレーブユニット）において、演算回路２８は、電流計測部２２によって計測された電流を示すデジタル信号を通信制御部２３に出力する。通信制御部２３は、接続部２４および通信ケーブル１０を介して、そのデジタル信号を電力量センサ１（マスタユニット）に送信する。
【０１２３】
電力量センサ１において、通信制御部１３は、接続部１４を介して、電力量センサ２によって計測された電流に関するデータを示すデジタル信号を受信する。演算回路１８は、電圧計測部１１によって計測された電圧および、電力量センサ２からのデジタル信号によって表される電流に基づいて、第２の計測対象箇所における電力量を演算する。
【０１２４】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る計測処理および演算処理を説明するためのシーケンス図である。図１１を参照して、計測期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、図５に示された計測期間と同様であり、一定の時間幅を有する。
【０１２５】
実施の形態２では、マスタユニット（電力量センサ１）は同期パルスのみをスレーブユニット（代表的には電力量センサ２）に送信する。スレーブユニットは、電流のデータをマスタユニットに送信する。マスタユニットは、マスタユニットにより計測された電圧および電流に基づいて第１の計測対象箇所（マスタユニット側）の電力量を演算する。さらに、マスタユニットは、マスタユニットにより計測された電圧と、スレーブユニットから送られた電流データとに基づいて、第２の計測対象箇所（スレーブユニット側）の電力量を演算する。この点で、実施の形態２に係る計測処理および演算処理は、実施の形態１に係る計測処理および演算処理と異なる。
【０１２６】
電力量センサ２は、第１の周期に計測された電流を示すデジタル信号を、第２の周期において電力量センサ１に送信する。電力量センサ１の演算回路１８は、第２の周期において、第１の周期に計測された電圧および電流に基づいて、第１の周期における電力量を演算する。したがって、電力量センサ１は、第１の周期中の同じタイミングに取得された電圧データおよび電流データに基づいて、電力量センサ２の第１の周期の電力量を演算することができる。「第２の周期」は、「第１の周期」に続く計測期間に対応する。この点は実施の形態１と同様である。
【０１２７】
以上のように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、電圧計測のための配線および通信線の本数を減らしながら、電力量の演算精度を確保できる。したがって第２の実施の形態によれば、できるだけ簡素な構成によって電力量の計測精度を高くすることが可能な電力量計測システムを構成することができる。
【０１２８】
なお、上記の各実施の形態では、同期パルスの時間間隔により計測期間が決定される。したがって計測期間の長さは一定（たとえば交流波形の５周期分）と限定される必要はなく、計測期間の長さが適宜変化してもよい。マスタユニットによる計測の開始と同期してマスタユニットは同期パルスをスレーブユニットに送信する。これにより計測期間の長さが変化しても、マスタユニットとスレーブユニットとの間で計測の開始を同期させることができる。
【０１２９】
また、上記の各実施の形態では、連続的に計測が実行される。このため、同期パルスは、ある計測期間の終了点および次の計測期間の始点を示す。しかしながら、間欠的に計測が実行されてもよい。この場合、たとえばマスタユニットは計測期間の始点を示す第１の同期パルスと、その計測期間の終了点を示す第２の同期パルスとをスレーブユニットに送信してもよい。スレーブユニットが第２の同期パルスを受信してから、次の第１の同期パルスを受信するまでの間の期間は、計測が行なわれない期間に対応する。
【０１３０】
また、上記の各実施の形態では、シリアル通信の１つの例としてＵＡＲＴ通信を示した。しかしながら、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信といった、他の方式のシリアル通信をマスタユニットとスレーブユニットとの間の通信に適用してもよい。
【０１３１】
また、上記の各実施の形態において、マスタユニットは、交流波形の所定の周期（たとえば５周期）ごとに同期パルスを送信する。ただしマスタユニットは、１周期ごとに同期パルスを送信してもよい。マスタユニットからスレーブユニットに送信される電圧データは、上記の方法により圧縮することができる。たとえばマスタユニットは、第１の周期において基準データを生成してスレーブユニットに送信する。第２の周期において、マスタユニットは、差分データを生成してスレーブユニットに送信する。基準データは、所定の複数周期ごとに生成されればよい。
【０１３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３３】
１〜４，４１，４２  電力量センサ、１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ  変流器、５  交流回路、５ａ〜５ｃ  電力線、６ａ〜６ｄ  負荷装置、７  データ処理装置、８  分電盤、９  レール、１０，４０  通信ケーブル、１０ａ〜１０ｃ，４０ａ〜４０ｄ  通信線、１１  電圧計測部、１１ａ  分圧回路、１１ｂ，１２ｂ，２２ｂ  Ａ／Ｄ変換回路、１２，２２  電流計測部、１２ａ，２２ａ  電流/電圧変換回路、１３，２３  通信制御部、１４，２４，１４ａ，２４ａ  接続部、１５，２５  信号経路、１５ａ，２５ａ  アイソレータ、１８，２８  演算回路、１９，２９  記憶部、３０  交流波形、１００  電力量計測システム。
【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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