(57)【要約】【課題】増幅器を用いずに電気機器等の消費電力を感度良く測定することのできる電力測定器を提供する。【解決手段】電力測定装置は、導電線を囲む環状の磁性体コアと、前記磁性体コアに巻きつけられた第１のコイルと、前記第１のコイルに接続されるＬＣ回路と、を有し、前記ＬＣ回路の出力を前記導電線に流れる電流値に対応する電圧値として取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電線を囲む環状の磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻きつけられた第１のコイルと、
前記第１のコイルに接続されるＬＣ回路と、
を有し、前記ＬＣ回路の出力を前記導電線に流れる電流値に対応する電圧値として取得することを特徴とする電力測定装置。
【請求項２】
前記ＬＣ回路は、
一端が前記第１のコイルの一端側に接続される第２のコイルと、
前記第１のコイルの他端と前記第２のコイルの他端との間に挿入されるキャパシタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【請求項３】
前記ＬＣ回路は、
前記第１のコイルに直列接続される第２のコイルと、
互いに並列接続される第１キャパシタ及び第２キャパシタと、
前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間を切り替えるスイッチと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【請求項４】
前記導電線に供給される交流電流の周波数を検出する周波数検出器、
をさらに有し、
前記スイッチは、前記周波数検出器の出力により切り替えられることを特徴とする請求項３に記載の電力測定装置。
【請求項５】
前記導電線を流れる電流から直流電流を生成する給電器、
をさらに有し、前記直流電流を用いて前記ＬＣ回路から出力される前記電圧値を計測することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【請求項６】
前記給電器は、
前記導電線を流れる電流から非接触で給電用の電流を生成する電磁誘導手段と、
前記給電用の電流を直流電流に変換する整流器と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の電力測定装置。
【請求項７】
前記ＬＣ回路の出力から取得された前記電圧値から消費電力を算出する演算部と、
算出された前記消費電力を有線または無線で表示装置に伝送する伝送部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力測定装置。
【請求項８】
導電線に流れる電流を電磁誘導により電圧に変換し、
前記電磁誘導により生じる電圧をＬＣ共振器により正弦波電圧として出力し、
前記正弦波電圧のピーク電圧値を計測する、
ことを特徴とする電力測定方法。
【請求項９】
交流の電力の供給に使用される複数本の導電線を囲む環状の磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻きつけられたコイルと、
前記コイルに発生した起電力に基づく交流の電力を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電力を電源として駆動し、所定の信号を無線で送信する送信部と
を備えることを特徴とする漏電検出装置。
【請求項１０】
前記整流回路は、少なくとも２つのダイオードと第３のキャパシタとが組み合わされたチャージポンプ回路により構成される
ことを特徴とする請求項９に記載の漏電検出装置。
【請求項１１】
前記整流回路は、整流された電荷を蓄積する第４のキャパシタ、および、前記第４のキャパシタに蓄積された電荷を消費して定格電圧の電力を前記送信部に供給する電源回路をさらに有して構成される
ことを特徴とする請求項１０に記載の漏電検出装置。
【請求項１２】
前記第４のキャパシタに蓄積される電荷が所定の範囲であることを前記第４のキャパシタの電圧を検出して、前記電源回路に対して電力の出力を指示する指示部をさらに有して構成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の漏電検出装置。
【請求項１３】
交流の電力の供給に使用される複数本の導電線を囲む環状の磁性体コアに巻きつけられたコイルに発生した起電力に基づく交流の電力を整流し、
整流された電力を電源として駆動し、所定の信号を無線で送信する
ことを特徴とする漏電検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力測定装置及び電力測定方法、並びに、漏電検出装置及び漏電検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器や電力設備の消費電力を測定するため、コイルを巻きつけた磁気コアで電力供給線の周りを挟んで簡単に測定できるクランプ式電流計が広く用いられている。電力供給線に交流電流が流れると、電磁誘導によりコイルの両端に電流に比例する電圧が生じる。その電圧を測定することで電力供給線に流れる電流値が得られる。測定された電流値と電圧値を乗算することで、電力供給線に接続されている電気機器等の電力消費量を得ることができる。
【０００３】
正弦波形を考えた場合一般的に、クランプ式電流系に生じる電圧の実効値ＥRMSは、式（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
2016090581.tif 000003
ここで、ＩRMSは電力供給線に流れる電流の実効値、Ｋはクランプをトランス（変流器）と考えた場合の結合係数、ＲLは外付けの負荷抵抗、ｎはコイルの巻き数である。
【０００５】
式（１）からわかるように、出力電圧の実効値ＥRMSは、結合係数Ｋが一定である限り電力供給線に流れる電流の実効値ＩRMSに比例する。しかしながら、クランプに用いる磁気コアは磁性体であるため磁気飽和現象があり、電力供給線に流れる電流の実効値ＩRMSが大きい場合には出力波形が歪んで式（１）が成立しなくなるという問題がある。
【０００６】
磁気飽和を緩和するために負荷抵抗ＲLを小さくすることが考えられるが、ＲLを小さくすると出力電圧が小さくなる。そのため、一般的には出力電圧を増幅するための増幅器を必要とし、増幅のためのエネルギー供給が別途必要となる。
【０００７】
なお、分岐ブレーカ毎の使用電力を測定する際に、リング状のコイルを用いて電力線を流れる電流を測定し、測定結果を無線通信部により表示装置に送信する構成が知られている。このとき、電力線を流れる電流から電力を生成して測定部と無線通信部に供給し、測定部と無線通信部を動作させる電力源としている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、ロの字型の磁性体にコイルを巻きつけてカードサイズの基板に搭載し、ロの字型の中央部に形成されたスロットに電気機器のプラグを貫通させるカード型電力センサが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１５１９７９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】角田祐樹、堀川哲也、城野遼太、綿引亮、石橋孝一郎、「既存電気機器電力測定のためのカード型電力センサ」、２０１３年、電子情報通信学会総合大会、２０１３年３月、岐阜大学
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のクランプ型の電力測定装置の課題を克服し、増幅器を用いずに電気機器等の消費電力を感度良く測定することのできる電力測定器を提供することを課題とする。さらに、漏電により発生する起電力を利用して漏電の検出を通知することのできる漏電検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
電力供給線に流れる電流を電磁誘導により電圧に変換する際にＬＣ共振器を付加することで、歪のない正弦波電圧を取得して精度良くピーク電圧値を測定する。
【００１３】
本発明の第１の態様では、電力測定装置は、
導電線を囲む環状の磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻きつけられた第１のコイルと、
前記第１のコイルに接続されるＬＣ回路と、
を有し、前記ＬＣ回路の出力を前記導電線に流れる電流値に対応する電圧値として取得する。
【００１４】
本発明の第２の態様では、電力測定方法は、
導電線に流れる電流を電磁誘導により電圧に変換し、
前記電磁誘導により生じる電圧をＬＣ共振器により正弦波電圧として出力し、
前記正弦波電圧のピーク電圧値を計測する、
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の態様では、漏電検出装置は、
交流の電力の供給に使用される複数本の導電線を囲む環状の磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻きつけられたコイルと、
前記コイルに発生した起電力に基づく交流の電力を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電力を電源として駆動し、所定の信号を無線で送信する送信部と
を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の態様では、漏電検出方法は、
交流の電力の供給に使用される複数本の導電線を囲む環状の磁性体コアに巻きつけられたコイルに発生した起電力に基づく交流の電力を整流し、
整流された電力を電源として駆動し、所定の信号を無線で送信する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
増幅器を用いなくても、電気機器等の消費電力を感度良く測定することができる。また、漏電により発生する起電力を利用して漏電の検出を通知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の電力測定装置の概略構成図である。
【図２】図１の電力測定装置で用いるＬＣ共振器の構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態の電力測定装置により得られる出力電力波形を、従来の電力測定装置の出力電力波形と比較して示す図である。
【図４】図３の出力電力波形の取得に用いたシミュレーション用センサの回路図である。
【図５】シミュレーション結果と実測値の比較、及びシミュレーションに用いた磁性体の磁気飽和特性を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の電力測定装置の概略構成図である。
【図７】本発明の電力測定装置の変形例１を示す図である。
【図８】本発明の電力測定装置の変形例２を示す図である。
【図９】本発明の電力測定装置の変形例３を示す図である。
【図１０】本発明の電力測定装置の変形例４を示す図である。
【図１１】本発明の電力測定装置の変形例５を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の漏電検出装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の漏電検出装置の第１の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の漏電検出装置の第２の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の漏電検出装置の第３の構成例を示す図である。
【図１６】本発明の漏電検出装置の第４の構成例を示す図である。
【図１７】チャージ電圧と出力電圧の関係を説明する図である。
【図１８】漏電検出装置の他の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下で、図面を参照して実施形態の電力測定装置を説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の電力測定装置１００の概略構成図である。電力測定装置１００は、環状の磁性体コア１１と、共振器１０を含む。共振器１０は、磁性体コア１１に巻きつけられた第１のコイル１２と、ＬＣ回路１３を有する。この点で、共振器１０を「ＬＣ共振器１０」と称してもよい。ＬＣ回路１３は、図２を参照して後述するように、第２のコイル１４とキャパシタ１５を有する。
【００２０】
電力測定装置１００の使用形態として、電源コード５を構成する一対の導電線３及び４のいずれか一方を、磁性体コア１１の開口１１ａに通す。導電線３，４は、電源プラグ２が図示しない電源差し込み口に挿入されたときに、電気機器１に対する電源供給線及び電流出力線として機能する。測定対象とする導電線３または４（図１の例では導電線４）は磁性体コア１１の開口１１ａの中心またはその近傍に位置するのが望ましい。
【００２１】
磁性体コア１１に巻きつけられたコイル１２の出力にＬＣ回路１３が接続され、ＬＣ回路１３から出力電圧Ｅｒを得ることができる。第１実施形態の特徴として、ＬＣ回路１３を挿入することにより、振幅が増大された正弦波の出力波形を得ることができる。この原理の詳細については、後述する。
【００２２】
電気機器１が電力を消費すると、導電線４に交流電流が流れ、電磁誘導の法則により、磁性体コア１１に磁束が形成される。磁束の変化により、コイル１２の両端に上記の式（１）で与えられる電圧Ｅｏが形成される。
【００２３】
磁性体コア１１の飽和磁束密度や断面積が小さい場合、導電線４を流れる電流Ｉｏが小さくても磁性体コア１１が飽和することがある。その場合、電流Ｉｏの波形が正弦波であっても、出力電圧Ｅｏの波形に歪が生じ、正弦波を得られなくなる。実施形態では、ＬＣ回路１３を有する共振器１０を用いることにより、磁性体コア１１のサイズが小さい場合や、飽和磁束密度が小さい場合でも、正弦波または正弦波に近い波形を得とともに、出力電圧Ｅｒの振幅も増大させる。
【００２４】
図２は、図１の共振器１０の構成例として、ＬＣ共振器１０Ａを用いた電力測定装置１００Ａを示す。磁性体コア１１に巻きつけられた第１のコイル１２は、インダクタンスＬ２を有する。ＬＣ回路１３Ａを構成する第２のコイル１４はインダクタンスＬ３を有し、キャパシタ１５はキャパシタンスＣ３を有する。
【００２５】
ＬＣ共振器１０Ａの共振周波数ｆは式（２）で表される。
【００２６】
【数２】
2016090581.tif 000004
導電線４を流れる電流の周波数は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなので、式（２）で与えられる共振周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚにすることで、共振を発生させることができる。
【００２７】
一般に共振器は１つのインダクタンスと１つのコイルで構成されるが、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのような低い周波数の共振器を構成しようとすると、インダクタンスの値を大きくし、かつ磁性体の飽和を防ぐために磁性体コア１１の断面積を大きくする必要がある。そのため、従来から大きな断面積の磁性体クランプを有する電流測定器が市販されている。
【００２８】
これに対し、本発明の実施形態では、磁性体コア１１とコイル１２の他に、第２のインダクタンスＬ３を持つコイル１４を用いる。低い共振周波数を得るためには、Ｌ３を大きくすればよい。インダクタンスＬ２の他に大きな値のインダクタンスＬ３を付加することで、磁性体コア１１とコイル１２の構造を小さく維持したまま、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの共振周波数に対応する共振器１０を得ることができる。
【００２９】
図３は、図１の電力測定装置１００の出力電圧波形（図３（Ｂ））を、従来の電力測定装置の出力波形（図３（Ａ））と比較して示す図である。図３（Ａ）の電力測定装置は、磁性体コア１１にコイル１２を巻きつけただけの従来の構成を有する。図３（Ｂ）の電力測定装置１００は、図２と同様に、コイル１２の他に、ＬＣ回路１３Ａを用いている。図３（Ａ）と図３（Ｂ）の双方で、電気機器１が１２５０Ｗの電力を消費した場合の出力電圧波形を実測している。
【００３０】
図３（Ａ）のように共振器がない場合、出力電圧波形が磁気飽和により歪んでしまう上に、出力電圧の最大値と最小値の差（Peak-to-peak値）は９００ｍＶである。図３（Ｂ）のように共振器１０Ａを付加した場合、出力電圧が正弦波であり、かつPeak-to-Peak値が２．３５Ｖとなり、約２．５倍の値が得られる。これは共振器１０Ａを付加することによって共振エネルギーが共振器１０Ａに蓄えられ、電圧値が増加したことによる。正弦波のPeak-to-Peak値を大きくできるということは、わずかの消費電力も精度良く測定できることを意味する。
【００３１】
この電圧増大効果を、図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、従来の電流測定装置の出力電圧をシミュレーションする際の等化回路図、図４（Ｂ）は、図２の電流測定装置１００Ａの出力電圧をシミュレーションする際の等化回路である。図４（Ａ）と図４（Ｂ）で、コイル１２が巻きつけられた磁性体コア１１は、互いに磁気結合されたコイルＰ１（一次コイル）とコイルＳ２（二次コイル）を有するトランス（ＴＸ１）として表現され、電気機器の負荷抵抗Ｒ１は１０Ωである。
【００３２】
図４（Ｂ）の等化回路は、図４（Ａ）の構成に加えて、インダクタンスＬ３が５５０ｍＨの第２コイルＬRと、キャパシタンスＣ３が１８μＦのキャパシタと、６．５３Ωの寄生抵抗Ｒ２を有している。
【００３３】
図４（Ａ）の場合、出力電圧Ｖｏｕｔ（絶対値）は式（３）で表される。
【００３４】
【数３】
2016090581.tif 000005
ここで、ＭはコイルＰ１とＳ１の相互インダクタンス、ｆは交流電流の周波数、Ｉmは最大電流値であり、出力電圧Ｖｏｕｔ（絶対値）は２πｆＭＩmとなる。
【００３５】
図４（Ｂ）の場合、出力電圧Ｖｏｕｔ（絶対値）は式（４）で表される。
【００３６】
【数４】
2016090581.tif 000006
ここで、ＭはコイルＰ１とＳ１の相互インダクタンス、ＩRMSは電流の実効値、Ｒ２はＬＣ回路の寄生抵抗、Ｃ３はＬＣ回路のキャパシタンスであり、出力電圧Ｖｏｕｔ（絶対値）はＭＩm／（√２×Ｒ２×Ｃ３）となる。
【００３７】
式（３）と式（４）でＭＩmは共通なので、２πｆと１／（√２×Ｒ２×Ｃ３）を比較する。周波数ｆを商用電源周波数の５０Ｈｚとすると、式（３）は、２×３．１４×５０から約３１４×ＭＩmである。式（４）は、１／（√２×６．５３×１８×１０-6）から約６１００×ＭＩmとなる。式（４）で表される実施形態の構成は、式（３）で表される従来構成と比較して、約２０倍の出力電圧を得ることができる。したがって、寄生抵抗Ｒ２またはキャパシタンスＣ３を小さくするほど、出力電圧Ｖｏｕｔを大きくすることができる。
【００３８】
他方、式（２）から、５０Ｈｚや６０Ｈｚなどの低い共振周波数を得るために、（Ｌ２＋Ｌ３）またはＣ３を大きくすることが望まれる。出力電圧Ｖｏｕｔを高めるためにキャパシタンスＣ３を小さくし、磁性体コア１１とコイル１２をコンパクトにするためにＬ２を小さくしたとしても、第２のコイル１４を用いてインダクタンスＬ３を大きくすることで低い共振周波数を実現することができる。
【００３９】
図５（Ａ）は、シミュレーションに用いた磁性体の飽和特性モデルを示す。図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）の回路構成でＳＰＩＣＥ（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）の回路シミュレーション結果と、図３（Ｂ）の実測値との比較図である。図５（Ｂ）に示すとおり、シミュレーションと実測時は一致しており、実施形態の構成を採用することで、電気機器１の消費電力を高精度に測定できることがわかる。また、図５（Ｂ）では、６Ｗという小さい電力まで実測されており、わずかな消費電力でも測定可能であることがわかる。
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態の電力測定装置１００Ｂの概略構成図である。電力測定装置１００Ｂは、複数種類の電源周波数に対応できる共振器１０Ｂを有し、地域によって電源周波数が異なっても（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）電気機器１の消費電力を正しく測定することができる。
【００４０】
共振器１０Ｂは、磁性体コア１１に巻きつけられた第１のコイル１２と、ＬＣ回路を構成する第２のコイル１４と、並列接続されたキャパシタ１５及びキャパシタ１６と、キャパシタ１５とキャパシタ１６の間を切り替えて電源周波数に応じた共振周波数を得るためのキャパシタ切り替えスイッチ１７とを有する。スイッチ１７の切り替えは手動で行ってもよいし、周波数検出器３５で電源周波数を検出して周波数検出器３５の出力により自動で切り替える構成としてもよい。周波数検出器３５は、電力測定装置１００Ｂの外部機器であってもよいし、電力測定装置１００Ｂの一部として導電線４を流れる交流電流の周波数を検出する構成としてもよい。
【００４１】
電源周波数が５０Ｈｚの場合の共振周波数ｆ３は、式（５）で表される。
【００４２】
【数５】
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電源周波数が６０Ｈｚの場合の共振周波数ｆ４は、式（６）で表される。
【００４３】
【数６】
2016090581.tif 000008
キャパシタ１６のキャパシタンスＣ４を、キャパシタ１５のキャパシタンスＣ３よりも２０％小さく設定することで、電源周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚの間で切り替えることができる。あるいは、キャパシタンスＣ４による６０Ｈｚ用の共振器において、電源周波数が５０Ｈｚの環境下で使用する場合には、５０Ｈｚに共振させるために不足する容量分については、追加キャパシタとして、スイッチを介してＣ４に並列接続し、Ｃ４との合成容量が５０Ｈｚに共振するキャパシタンスＣ３の容量と等しくなるような構成としても良い。
【００４４】
いずれの電源周波数を選んだ場合も、図６の共振器１０Ｂを付加することで、磁性体コア１１や第１のコイル１２のサイズを小さくしても、正弦波で大きな出力電圧を得ることができる。
＜変形例＞
図７〜図１１は、第１実施形態の共振器１０Ａまたは第２実施形態の共振器１０Ｂを用いた電力測定装置の変形例を示す。
【００４５】
図７は、変形例１としての電力測定装置１００Ｃの概略構成図である。電力測定装置１００Ｃは、磁性体コア１１と共振器１０Ａまたは１０Ｂ（以下、「共振器１０」と称する）に加えて、マイクロコンコントローラ（ＭＣＵ：Micro Controller Unit）２４と、電力表示装置２５を有する。ＭＣＵ２４に内蔵されたアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ：Analogue-to-Digital Converter）は、共振器１０の出力電圧Ｅｒをディジタル電圧値に変換する。ＭＣＵ２４は、電圧値から電流値を求め、電流値に電源電圧を乗算して電力消費量を算出する。算出された電力消費量は電力表示装置２５に表示される。電気機器１のユーザは、電力表示装置２５に表示された数値から電気機器１の電力消費量を認識することができる。
【００４６】
図８は、変形例２としての電力測定装置１００Ｄの概略構成図である。電力測定装置１００Ｄは、磁性体コア１１と共振器１０に加えて、マイクロコンコントローラ（ＭＣＵ：Micro Controller Unit）２４と、無線伝送装置２８を有する。ＭＣＵ２４に内蔵されたアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ：Analogue-to-Digital Converter）は、共振器１０の出力電圧Ｅｒをディジタル電圧値に変換する。ディジタル電圧値に変換された電力消費量は、無線伝送装置２８によって遠隔の表示装置に送信される。たとえば、ユーザの携帯端末や、ビル等の消費電力管理室に設置された表示装置に消費電力量を送信することで、電気機器１等の消費電力を遠隔で管理、認識することができる。
【００４７】
図９は、変形例３としての電力測定装置１００Ｅの概略構成図である。電力測定装置１００Ｅは、磁性体コア１１を薄型に形成し、開口１１ａで電気機器１等に接続された電源プラグ２のプラグ６ａまたは６ｂのいずれかを受け取る。共振器１０を用いることで、磁性体コア１１を貫通する磁束密度が小さくても、低い共振周波数を得ると同時に正弦波の出力電圧を得ることができるので、磁性体コア１１を薄く、小さく形成することが可能である。図９では、このような特性を利用して、磁性体コア１１を電源プラグ２の本体とコンセント７の間に挟み込むことができる薄さに形成する。この構成によると、磁性体コア１１の開口１１ａに電源コードを構成する一対の導電線のいずれか一方を通す構成よりも、簡便かつ容易に消費電力を測定することができる。電力測定装置１００Ｅの全体を基板上に形成して、カード型の電力測定装置１００Ｅとすることも可能である。
【００４８】
図１０は、変形例４としての電力測定装置１００Ｆの概略構成図である。電力測定装置１００Ｆでは、ＭＣＴ２４や無線伝送装置２８を動作させるための電力の供給源として、測定対象の電気機器１に供給される電力を利用する。
【００４９】
電力測定装置１００Ｆは、図８の構成に加えて、環状の磁性体コア３１と、コイル３２と、整流器３３を有する。磁性体コア３１と、コイル３２と、整流器３３で、給電器３４を構成する。磁性体コア３１の開口に導電線４を通すことで、電磁誘導によりコイル３２の出力に電圧が生じる。この電圧を整流器３３で整流することにより、ＭＣＵ２４と無線伝送装置２８を動作させるための電源を得ることができる。給電器３４からの電圧を用いて、共振器１０の交流電圧出力のピーク電圧値（図３（Ｂ）参照）を計測する構成としてもよい。
【００５０】
電気機器１が電力を消費すると導電線４に電流が流れ、電磁誘導で生成される電流によりＭＣＵ２４と無線伝送装置２８が動作して、消費電力の測定値を遠隔に送信する。電気機器１が電力を消費していないときは電力測定装置１００Ｆは動作せず、電力測定装置１００Ｆ自体による電力の無駄遣いを防止することができる。
【００５１】
図１１は、変形例５としてプラグ一体型の電力測定装置１００Ｇを示す。図１１（Ａ）は電力測定装置１００Ｇを電源コード５の側から見た図、図１１（Ｂ）は、電力測定装置１００Ｇを一対のプラグ６ａ、６ｂの側から見た図である。
【００５２】
電力測定装置１００Ｇでは、電源プラグ２のプラグ６ａと６ｂのいずれか一方を環状の磁性体コア１１で取り囲み、磁性体コア１１を屈曲させて電源プラグ２の本体の外壁に配置する。電源プラグ２の本体に、ＬＣ回路１３を収容するケース４０が配置され、磁性体コア１１に巻きつけられたコイル１２の両端は、ＬＣ回路１３に接続されている。ＬＣ回路は図２のようなＬＣ回路１３Ａであってもよいし、図６のように、複数のキャパシタ１５、１６を切り替え可能に配置した構成であってもよい。また、ケース４０の内部に、ＭＣＵ２４や無線伝送装置２８を配置してもよいし、ケース４０の外側から表示値が認識できるように電力表示装置２５を配置してもよい。
【００５３】
上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが可能である。たとえば、図１０のように磁性体コア３１、コイル３２、及び整流器３３で生成した電力を、図７の電力表示装置２５に供給する構成としてもよい。あるいは、図６の共振器１０Ｂのスイッチ１７を自動で切り替える場合は、生成した電力を図示しない周波数検出器に供給して周波数検出器を動作させてもよい。
【００５４】
上述した実施形態及び変形例では、電気機器１の電力を測定する実施の形態を示したが、ブレーカー毎の電力を測定する場合にも本発明を適用することができる。また、図７〜図９のＭＣＵ１４、電力表示装置２５、無線伝送装置２８の電源として、一次電池、二次電池及び太陽電池等のエネルギーハーベスティングによる手段を用いることも可能である。
【００５５】
本発明の構成により、従来の電力測定装置よりも小型の磁気コアを用いて電気機器の電力消費を正確に測定することができる。また、図１０の構成では、電気機器１を使用している場合にだけ電力測定装置を動作させることで、電力計測システム全体の電力消費を低減することができる。
【００５６】
＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態の漏電検出装置の概略構成図である。
【００５７】
図１２に示すように、漏電検出装置２００は、磁性体コア１１、コイル１２、整流回路５１、および無線伝送装置５２を備えて構成される。
【００５８】
磁性体コア１１およびコイル１２は、図１の電力測定装置１００と同様に、環状の磁性体コア１１にコイル１２が巻きつけられた構成となっている。そして、漏電検出装置２００では、電源コード５を構成する一対の導電線３および４の両方を磁性体コア１１に通した状態とされる。即ち、図１の電力測定装置１００は、導電線３および４のいずれか一方だけを磁性体コア１１に通して使用されるのに対し、漏電検出装置２００は、導電線３および４の２本とも磁性体コア１１に通して使用される。
【００５９】
整流回路５１は、コイル１２の一端に接続されており、コイル１２により発生する交流の電力を整流して無線伝送装置５２に供給する。例えば、電源プラグ２がコンセント７に挿入され、電源コード５を介して電気機器１に電力が供給されているとき、導電線３および４には、通常、互いに逆の位相で同じ大きさの交流電流が流れるため、それらの電流による磁束は打ち消し合うことになる。そのため、通常、コイル１２に起電力は発生しない。一方、電気機器１で漏電が発生した場合、導電線３および４に流れる交流電流に差が発生するため、それらの交流電流の差に応じた磁束が発生して、コイル１２に交流の起電力が発生する。
【００６０】
無線伝送装置５２は、正電源端子VCCに整流回路５１が接続されおり、グランド端子GNDにコイル１２の他端が接続されているとともに、無線信号を送信するためのアンテナがアンテナ端子ANTに接続されて構成される。そして、無線伝送装置５２は、整流回路５１により整流された電力が正電源端子VCCに供給されると起動して、整流回路５１から供給される電力を電源として駆動し、無線伝送装置５２を識別するための信号として固有の装置ＩＤ（Identification）を、アンテナを介して無線信号で送信する。無線伝送装置５２は、任意の変調方式により、例えば、振幅偏移変調の最も単純な形式であるオンオフ変調（OOK：on-off-keying）により、装置ＩＤを送信することができる。
【００６１】
このように、漏電検出装置２００は、電気機器１が漏電することによってコイル１２に発生する起電力に基づく電力で無線伝送装置５２を駆動することができるので、例えば、バッテリーなどの電力を内蔵する必要のない構成となっている。これにより、漏電検出装置２００は、バッテリーなどを交換するメンテナンスを不要とするメリットがある。
【００６２】
そして、漏電検出装置２００は、電気機器１に漏電が発生したときに、無線伝送装置５２が装置ＩＤを外部の通信機器に対して送信するように構成されている。これにより、漏電検出装置２００は、漏電の発生を検出したことを、漏電検出装置２００の固有の装置ＩＤにより、外部の通信機器に通知することができる。例えば、無線伝送装置５２は、ユーザの携帯端末や、ビル等の消費電力管理室に設置された無線機器に装置ＩＤを送信することで、電気機器１に発生した漏電を、遠隔で管理または認識することができる。従って、漏電検出装置２００が、例えば、インターネットなどのネットワークに接続されている無線LAN（Local Area Network）装置に装置ＩＤを送信することで、ネットワーク上で複数の電気機器１の漏電状況を監視するシステムを構築することができる。
【００６３】
さらに、漏電検出装置２００は、少ない部品数で構成することができ、かつ、簡易な構造であることより、低コストで製造することができる。
【００６４】
＜構成例＞
図１３は、漏電検出装置２００の第１の構成例を示す概略構成図である。なお、図１３に示す漏電検出装置２００Ａにおいて、図１２の漏電検出装置２００と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１３に示すように、漏電検出装置２００Ａは、整流回路５１Ａとしてダイオード６１を使用して構成される。即ち、漏電検出装置２００Ａでは、ダイオード６１のアノード側がコイル１２の一端に接続され、ダイオード６１のカソード側が無線伝送装置５２の正電源端子ＶＣＣに接続される。
【００６６】
このように、整流回路５１Ａとしてダイオード６１を使用した簡易的な構成により、漏電によりコイル１２に発生する起電力に基づく交流の電力のうち、プラスの成分だけが無線伝送装置５２の正電源端子VCCに印加され、無線伝送装置５２を駆動することができる。このように、漏電検出装置２００Ａは、整流回路５１Ａとしてダイオード６１を使用することで、より小型化を図ることができる。
【００６７】
次に、図１４は、漏電検出装置２００の第２の構成例を示す概略構成図である。なお、図１４に示す漏電検出装置２００Ｂにおいて、図１２の漏電検出装置２００と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
図１４に示す漏電検出装置２００Ｂは、ダイオード６１、ダイオード６２、およびキャパシタ６３を有して整流回路５１Ｂが構成される。図示するように、ダイオード６１のアノード側は、キャパシタ６３を介してコイル１２の一端に接続され、ダイオード６１のカソード側が無線伝送装置５２の正電源端子ＶＣＣに接続される。また、ダイオード６２のカソード側は、ダイオード６１とキャパシタ６３とを繋ぐ配線に接続され、ダイオード６２のアノード側は、コイル１２の他端と無線伝送装置５２のグランド端子GNDとを繋ぐグランド線に接続されている。
【００６９】
このように、整流回路５１Ｂは、ダイオード６１、ダイオード６２、およびキャパシタ６３が組み合わされて、いわゆるチャージポンプ回路を形成しており、コイル１２に発生する起電力の２倍の電源電圧を、無線伝送装置５２に供給することができる。
【００７０】
これにより、漏電検出装置２００Ｂは、例えば、図１３の整流回路５１Ａを用いた漏電検出装置２００Ａと比較して、漏電検出感度を高めることができる。即ち、漏電検出装置２００Ｂは、コイル１２に発生する起電力が小さくても、その起電力の２倍の電源電圧を無線伝送装置５２に供給することで、無線伝送装置５２を起動させ、装置ＩＤの送信を行うことができる。
【００７１】
次に、図１５は、漏電検出装置２００の第３の構成例を示す概略構成図である。なお、図１５に示す漏電検出装置２００Ｃにおいて、図１２の漏電検出装置２００と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
図１５に示す漏電検出装置２００Ｃは、ダイオード６１、ダイオード６２、キャパシタ６３、キャパシタ６４、バッファアンプ６５、および電源回路６６を有して整流回路５１Ｃが構成される。
【００７３】
図示するように、ダイオード６１のアノード側は、キャパシタ６３を介してコイル１２の一端に接続され、ダイオード６１のカソード側が正電源回路６６の電源端子に接続される。また、ダイオード６２のカソード側は、ダイオード６１とキャパシタ６３とを繋ぐ配線に接続され、ダイオード６２のアノード側は、コイル１２の他端と無線伝送装置５２のグランド端子GNDとを繋ぐグランド線に接続されている。また、キャパシタ６４の一端が、ダイオード６１と電源回路６６とを繋ぐ配線に接続され、キャパシタ６４の他端は、グランド線に接続されている。また、バッファアンプ６５の入力端子は、ダイオード６１と電源回路６６とを繋ぐ配線に接続され、バッファアンプ６５の出力端子は、電源回路６６のイネーブル端子ＥＮに接続されている。
【００７４】
従って、整流回路５１Ｃでは、キャパシタ６４に電荷が蓄積され、所定の電圧となるまでキャパシタ６４がチャージされると、バッファアンプ６５は、イネーブル端子ＥＮに出力する出力信号をローレベルからハイレベルに切り替えることができる。これにより、電源回路６６が定格電圧の電力を無線伝送装置５２に供給することができる。
【００７５】
このように構成される整流回路５１Ｃは、無線伝送装置５２を安定的に駆動させることができ、漏電の検出に伴った装置ＩＤの送信を確実に行うことができる。
【００７６】
次に、図１６は、漏電検出装置２００の第４の構成例を示す概略構成図である。なお、図１６に示す漏電検出装置２００Ｄにおいて、図１５の漏電検出装置２００Ｃと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
即ち、漏電検出装置２００Ｄの整流回路５１Ｄは、図１５の漏電検出装置２００Ｃの整流回路５１Ｃのバッファアンプ６５に替えて、シュミットトリガ６７を配置した構成となっている。
【００７８】
シュミットトリガ６７は、入力電圧の変化に対してヒステリシスを持って変化する出力信号を出力し、例えば、キャパシタ６４のチャージ電圧が所定範囲内であるときに、電源回路６６のイネーブル端子ＥＮに電力の出力を指示する出力信号を供給する。図１６の例では、シュミットトリガ６７は、入力電圧が上昇して５Ｖとなったタイミングで、出力信号をローレベルからハイレベルに切り替えて出力し、入力電圧が降下して４Ｖとなったタイミングで、出力信号をハイレベルからローレベルに切り替えて出力する。即ち、シュミットトリガ６７は、キャパシタ６４の電圧を検出して、キャパシタ６４に蓄積される電荷が所定の範囲である場合に、電源回路６６に対して電力の出力を指示する指示部として機能する。
【００７９】
従って、電源回路６６は、キャパシタ６４のチャージ電圧が５Ｖまで上昇すると定格電圧の電力を無線伝送装置５２に供給する。その後、電源回路６６による電力消費によってキャパシタ６４に蓄積される電荷が減少し、キャパシタ６４のチャージ電圧が４Ｖまで降下すると、電源回路６６は、無線伝送装置５２への電力の供給を停止する。
【００８０】
これにより、漏電検出装置２００Ｄは、より安定的に無線伝送装置５２を駆動させることができる。さらに、無線伝送装置５２から装置ＩＤが送信される間隔Ｔは、キャパシタ６４に電荷が蓄積する速度に応じたもの、つまり、漏電によりコイル１２に発生する起電力に応じたものとなる。これにより、漏電検出装置２００Ｄは、無線伝送装置５２から装置ＩＤが送信される間隔Ｔによって、漏電により漏れ出る電流の大きさを特定させることができる。
【００８１】
図１７を参照して、無線伝送装置５２から装置ＩＤが送信される間隔Ｔについて説明する。
【００８２】
図１７では、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示しており、キャパシタ６４に蓄積される電荷によるチャージ電圧、および、電源回路６６から出力される出力電圧の時間的な変化が示されている。
【００８３】
例えば、漏電が発生してコイル１２に起電力が発生し、ダイオード６１により整流された電荷が蓄積されるのに応じて、キャパシタ６４のチャージ電圧が増加する。そして、チャージ電圧が５Ｖに到達すると、シュミットトリガ６７がハイレベルの出力信号を出力するのに従って、電源回路６６は、定格（3.3V）の出力電圧を出力する。これにより、無線伝送装置５２は、装置ＩＤを送信することができる。
【００８４】
そして、キャパシタ６４に蓄積されていた電荷が電源回路６６により消費されるのに応じて、チャージ電圧が４Ｖまで降下すると、シュミットトリガ６７がローレベルの出力信号を出力するのに従って、電源回路６６は電力の出力を停止する。その後、キャパシタ６４に電荷が蓄積され、再度、チャージ電圧が５Ｖに到達すると、同様に、電源回路６６が定格（3.3V）の出力電圧を出力し、無線伝送装置５２は、装置ＩＤを送信することができる。
【００８５】
このように、無線伝送装置５２が装置ＩＤを送信する間隔Ｔは、キャパシタ６４に電荷が蓄積される時間に応じたものとなる。従って、コイル１２に発生する起電力による電流が大きいと間隔Ｔは短くなり、コイル１２に発生する起電力による電流が小さいと間隔Ｔは長くなる。つまり、無線伝送装置５２が装置ＩＤを送信する間隔Ｔは、コイル１２に発生する起電力の大きさに比例するものとなり、装置ＩＤを受信する無線装置（例えば、ユーザの携帯端末）は、この間隔Ｔに基づいて、漏電により漏れ出る電流の大きさを特定することができる。
【００８６】
次に、図１８は、図１２を参照して説明した漏電検出装置２００の他の使用例を示す図である。
【００８７】
上述の図１２では、漏電検出装置２００は、コンセント７および電気機器１の間の電源コード５に取り付けられ、電気機器１の漏電を検出する使用例について説明した。これに対し、図１８に示すように、漏電検出装置２００は、変圧器８１および分電盤８２の間に配線される単相３線式の配電線８６に取り付けることができ、分電盤８２から電力が供給される全ての電気機器の漏電を検出することができる。即ち、図示するように、漏電検出装置２００は、配電線８６を構成する３本の導電線８３、導電線８４、および導電線８５の全てを磁性体コア１１に通した状態で使用される。
【００８８】
以上のように、漏電検出装置２００は、バッテリーなどの電源を内蔵する必要のない構成で、漏電により発生する起電力を利用して、無線信号により装置ＩＤを送信することによって、漏電の発生を通知することができる。
【００８９】
なお、例えば、漏電検出装置２００において、コイル１２および整流回路５１の間に、図１のＬＣ回路１３を挿入する構成を採用してもよい。これにより、上述した原理と同様に、漏電により発生する電圧を増幅することができる。また、漏電検出装置２００は、開閉して電源コード５を挟み込むようなクランプ型の構成としたり、電気機器１や電源プラグ２などに組み込まれる構成としたりすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  電気機器
２  電源プラグ
３、４  導電線
５  電源コード
１０、１０Ａ，１０Ｂ  共振器
１１  磁性体コア
１１ａ  開口
１２  コイル（第１のコイル）
１３、１３Ｂ  ＬＣ回路
１４  コイル（第２のコイル）
１５、１６  キャパシタ
１７  スイッチ
２５  電力表示装置
２８  無線伝送装置
３１  第２磁性体コア
３２  コイル
３３  整流器
３４  給電器
３５  周波数検出器
５１  整流回路
５２  無線伝送装置
１００，１００Ａ〜１００Ｇ  電力測定装置
２００，２００Ａ〜２００Ｄ  漏電検出装置
【図１】
2016090581.tif 000009
【図２】
2016090581.tif 000010
【図３】
2016090581.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016090581.tif 000014
【図７】
2016090581.tif 000015
【図８】
2016090581.tif 000016
【図９】
2016090581.tif 000017
【図１０】
2016090581.tif 000018
【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】
2016090581.tif 000024
【図１７】
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【図１８】
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