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図面 (20)

課題

建造物による電力使用状況モニタするためのシステムを提供する。

解決手段

建造物は建造物内の第1の負荷電力を供給する電力線を有する。建造物は電力線の一部分を覆うパネルをさらに有し得る。システムはパネルの表面の一部分と結合するよう構成された電流センサユニットであって、第2の軸に実質的に平行な長さを有する少なくとも1つの磁場センサを有し、第2の軸は第1の軸に実質的に垂直であり、少なくとも1つの磁場センサは電力線によって生成された磁場を検出する、電流センサユニットと、プロセッサ上で実行するよう構成された処理ユニットとを含み得る。電流センサユニットは少なくとも1つの磁場センサによって検出された磁場に基づいて出力信号を生成する。処理ユニットは電流センサユニットから出力信号を受信し、出力信号を処理して建造物内の第1の負荷による電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定する。

概要

背景

建造物は、建造物内電気デバイス(すなわち、負荷)に電力を供給する1つまたは複数の主要な電力線を有し得る。主要な電力線は、電気回路遮断器パネルを通じて建造物に入る。電気回路遮断器パネルは、建造物内の電気のための主要な配電ポイントである。また、電気回路遮断器パネルは、建造物内の電気デバイスの火災または損傷を引き起こす可能性のある過電流からの保護も提供する。電気回路遮断器パネルは、3つの主要な電力線を有し、単相3線式電力分配システムを使用することができる。

例えば、Square−D、Eaton、Cutler−Hammer、General Electric、SiemensおよびMurrayを含む電気回路遮断器パネルの製造業者は、電気回路遮断器パネル用に異なる線間距離および構成を選択している。その上、各製造業者は、屋内設備および屋外設備用の定格電流の合計が異なる(新築では、100アンペア(A)および200Aのサービスが最も一般的である)電気回路遮断器パネルの多くの異なる構成を製作する。

概要

建造物による電力使用状況モニタするためのシステムを提供する。建造物は建造物内の第1の負荷に電力を供給する電力線を有する。建造物は電力線の一部分を覆うパネルをさらに有し得る。システムはパネルの表面の一部分と結合するよう構成された電流センサユニットであって、第2の軸に実質的に平行な長さを有する少なくとも1つの磁場センサを有し、第2の軸は第1の軸に実質的に垂直であり、少なくとも1つの磁場センサは電力線によって生成された磁場を検出する、電流センサユニットと、プロセッサ上で実行するよう構成された処理ユニットとを含み得る。電流センサユニットは少なくとも1つの磁場センサによって検出された磁場に基づいて出力信号を生成する。処理ユニットは電流センサユニットから出力信号を受信し、出力信号を処理して建造物内の第1の負荷による電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定する。

目的

また、電気回路遮断器パネルは、建造物内の電気デバイスの火災または損傷を引き起こす可能性のある過電流からの保護も提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

建造物による電力使用状況モニタするためのシステムにおいて、前記建造物は、前記建造物内の第1の負荷電力を供給する2つ以上の主要な電力線を有し、前記2つ以上の主要な電力線の一部分は、第1の軸に実質的に平行に伸び、前記建造物は、前記2つ以上の主要な電力線の少なくとも一部の上方に位置するパネルをさらに有し、前記システムは、前記2つ以上の主要な電力線の少なくとも一部の上方にある前記パネルの表面の一部分と結合するように構成される電流センサユニットを含み、前記電流センサユニットは、少なくとも2つの磁場センサを備え、各磁場センサが第2の軸に実質的に平行な長さを有し、前記第2の軸は前記第1の軸に実質的に垂直であり、前記少なくとも2つの磁場センサは前記2つ以上の主要な電力線によって生成される磁場を検出するために構成される、少なくとも2つの磁場センサ、およびプロセッサ上で実行するために構成される処理ユニット、を備え、前記電流センサユニットは、前記少なくとも2つの磁場センサによって検出される前記磁場に基づいて出力信号を生成するために構成され、前記処理ユニットは、前記電流センサユニットから前記出力信号を受信し、前記出力信号を処理して前記建造物内の前記第1の負荷による前記電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定するためにさらに構成され、前記少なくとも2つの磁場センサは、前記少なくとも2つの磁場センサの長さに沿う第1の中心軸を備え、前記第1の中心軸の周り巻き付けられた第1の導体を含む第1の磁場センサ、および前記少なくとも2つの磁場センサの長さに沿う第2の中心軸を備え、前記第2の中心軸の周りに巻き付けられた第2の導体を含む第2の磁場センサ、からなる、ことを特徴とするシステム。

請求項2

前記第2の軸は、前記パネルの前記表面の前記一部分に実質的に垂直であり、前記パネルの前記表面の前記一部分の少なくとも一部は、前記2つ以上の主要な電力線の前記一部を覆う、ことを特徴とする請求項1記載のシステム。

請求項3

前記第2の軸は、前記パネルの前記表面の前記一部分に実質的に平行であり、前記パネルの前記表面の前記一部分の少なくとも一部は、前記2つ以上の主要な電力線の前記一部を覆う、ことを特徴とする請求項1記載のシステム。

請求項4

前記第1の磁場センサは、第1の方向に第1の磁心の周りに巻き付けられる前記第1の導体を備える前記第1の磁心を含み、前記第2の磁場センサは、第2の方向に第2の磁心の周りに巻き付けられる前記第2の導体を備える前記第2の磁心を含み、前記第2の方向は前記第1の方向とは逆である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のシステム。

請求項5

前記電流センサユニットは、少なくとも1つの磁石をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のシステム。

請求項6

前記少なくとも2つの磁場センサのそれぞれは、第1の端部および前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部を有し、前記少なくとも2つの磁場センサのそれぞれの長さは、前記第1の端部から前記第2の端部まで延在し、前記少なくとも2つの磁場センサのそれぞれの前記第1の端部は、前記少なくとも1つの磁石に隣接し、前記少なくとも1つの磁石は、前記パネルに隣接するように構成され、前記第2の軸は、前記パネルの前記表面の前記一部に実質的に垂直である、ことを特徴とする請求項5記載のシステム。

請求項7

前記電流センサユニットは、前記少なくとも2つの磁場センサの上方に少なくとも1つの強磁性ドームをさらに備えることを特徴とする請求項6記載のシステム。

請求項8

前記第1の磁場センサは、前記少なくとも1つの磁石の周りに巻き付けられる前記第1の導体を含むことを特徴とする請求項5または6記載のシステム。

請求項9

前記建造物内の前記第1の負荷による前記電力使用状況に関連する前記1つまたは複数のパラメータは、前記建造物内の前記第1の負荷によって使用される前記電力を含み、前記第1の負荷は、前記2つ以上の分岐の電力線と結合される2つ以上の電気デバイスを含む、ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載のシステム。

請求項10

建造物の2つ以上の主要な電力線の電流を測定するための装置において、前記建造物は、遮断箱を有し、前記遮断箱は、前記2つ以上の主要な電力線の少なくとも第1の部分、および、前記2つ以上の主要な電力線の前記第1の部分の上方の金属パネルを備え、前記装置は、前記2つ以上の主要な電力線の前記第1の部分の上方にある前記金属パネルの表面の一部分に結合されるように構成される検知デバイスであって、2つ以上の電流測定値を提供するために構成される2つ以上の電流センサ、および前記2つ以上の電流センサの異なる1つとそれぞれが結合される2つ以上の磁石、からなる検知デバイスと、コンピュータユニット上で実行するために構成され、前記2つ以上の電流測定値を使用して前記2つ以上の主要な電力線の前記電流を決定するために構成される処理モジュールと、を備え、前記2つ以上の電流センサのそれぞれは、第1の側面、および前記第1の側面の反対側に位置する第2の側面、を備え、第1の軸は、前記2つ以上の電流センサのそれぞれの前記第1の側面から前記第2の側面まで延在し、前記第1の軸のそれぞれは、前記2つ以上の主要な電力線の前記第1の部分の長さの一部分に垂直である、ことを特徴とする装置。

請求項11

前記2つ以上の電流センサのそれぞれの前記第1の側面は、前記2つ以上の磁石と結合され、前記2つ以上の電流センサのそれぞれの前記第2の側面は、前記2つ以上の磁石から離間される、ことを特徴とする請求項10記載の装置。

請求項12

前記2つ以上の電流センサは、前記2つ以上の磁石の第1の磁石の周りに巻かれる第1の導体と、前記2つ以上の磁石の第2の磁石の周りに巻かれる第2の導体と、を備えることを特徴とする請求項10,11のいずれか一項記載の装置。

請求項13

少なくとも1つの強磁性カップをさらに含み、前記2つ以上の電流センサは、前記少なくとも1つの強磁性カップによって囲まれる、ことを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項記載の装置。

請求項14

第1の強磁性カップ、および第2の強磁性カップをさらに含み、前記2つ以上の電流センサは、前記2つ以上の磁石の第1の磁石の周りに巻かれた第1の導体、および前記2つ以上の磁石の第2の磁石の周りに巻かれた第2の導体、を備え、前記第1の導体および前記2つ以上の磁石の前記第1の磁石は、前記第1の強磁性カップ内にあり、前記第2の導体および前記2つ以上の磁石の前記第2の磁石は、前記第2の強磁性カップ内にある、ことを特徴とする請求項10,11のいずれか一項記載の装置。

請求項15

建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムを提供するための方法であって、前記建造物は、前記建造物内の第1の負荷に電力を供給する2つ以上の主要な電力線を有し、前記2つ以上の主要な電力線は、少なくとも部分的に、第1の軸に実質的に平行に伸び、前記建造物は、前記2つ以上の主要な電力線の少なくとも一部の上部にあるパネルをさらに有し、前記方法は、前記2つ以上の主要な電力線の少なくとも一部の上部にあるパネルの表面の領域に結合されるように構成される電流センサユニットを設ける工程であって、前記電流センサユニットは、前記2つ以上の主要な電力線によって生成される磁場に基づいて出力信号を生成するために構成される、工程と、前記電流センサユニットから前記出力信号を受信するために構成され、前記出力信号を処理して前記建造物の前記電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定するためにさらに構成される処理ユニットを設ける工程と、を含み、前記電流センサユニットを設ける工程は、それらの各中心軸に沿う長さを備える少なくとも2つの磁場センサを設ける工程であって、前記少なくとも2つの磁場センサは、前記2つ以上の主要な電力線によって生成される前記磁場を検出するために構成される、工程、および、前記電流センサユニットを前記パネルの前記表面の領域と結合する際に、前記少なくとも2つの磁場センサの前記中心軸が前記第1の軸に実質的に垂直となるように前記電流センサユニット側に前記少なくとも2つの磁場センサを装着する工程、を含むことを特徴とする方法。

請求項16

前記少なくとも2つの磁場センサを装着する工程は、前記電流センサユニットを前記パネルの前記表面と結合する際に、前記少なくとも2つの磁場センサの前記中心軸が前記第1の軸に実質的に垂直となり、前記パネルの前記表面の前記領域に実質的に垂直となるように、前記電流センサユニット側に前記少なくとも2つの磁場センサを装着する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項15記載の方法。

請求項17

前記少なくとも2つの磁場センサを装着する工程は、前記電流センサユニットを前記パネルの前記表面と結合する際に、前記少なくとも2つの磁場センサの前記中心軸が前記第1の軸に実質的に垂直となり、前記パネルの前記表面の前記領域に実質的に平行となるように、前記電流センサユニット側に前記少なくとも2つの磁場センサを装着する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項15記載の方法。

請求項18

前記少なくとも2つの磁場センサを設ける工程は、第1の端部および前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部を備える前記少なくとも2つの磁場センサのそれぞれを設ける工程をさらに含み、前記磁場センサの前記中心軸は、前記第1の端部から前記第2の端部まで延在し、前記電流センサユニットを設ける工程は、前記少なくとも2つの磁場センサの第1の端部と結合される少なくとも1つの磁石を設ける工程を含む、ことを特徴とする請求項15〜17のいずれか一項記載の方法。

請求項19

1つまたは複数の強磁性カップを設ける工程と、前記少なくとも2つの磁場センサが前記1つまたは複数の強磁性カップ内に位置するために、前記1つまたは複数の強磁性カップを装着する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項15〜18のいずれか一項記載の方法。

請求項20

前記少なくとも2つの磁場センサを設ける工程は、1つまたは複数の導体を備える前記少なくとも2つの磁場センサを設ける工程と、前記1つまたは複数の導体を1つまたは複数の磁石の周りに巻き付ける工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項15〜17のいずれか一項記載の方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本願は、2010年7月2日に出願された米国仮特許出願第61/361,296号明細書および2010年9月3日に出願された米国仮特許出願第61/380,174号明細書の利益を主張する。米国仮特許出願第61/361,296号明細書および同第61/380,174号明細書は、参照により本明細書に組み込まれる。

0002

本発明は、概して、電力モニタするための装置、デバイス、システムおよび方法に関し、より具体的には、建造物電気回路遮断器パネル側で1つまたは複数の主要な電力線の電力をモニタするそのような装置、デバイス、システムおよび方法に関する。

背景技術

0003

建造物は、建造物内電気デバイス(すなわち、負荷)に電力を供給する1つまたは複数の主要な電力線を有し得る。主要な電力線は、電気回路遮断器パネルを通じて建造物に入る。電気回路遮断器パネルは、建造物内の電気のための主要な配電ポイントである。また、電気回路遮断器パネルは、建造物内の電気デバイスの火災または損傷を引き起こす可能性のある過電流からの保護も提供する。電気回路遮断器パネルは、3つの主要な電力線を有し、単相3線式電力分配システムを使用することができる。

0004

例えば、Square−D、Eaton、Cutler−Hammer、General Electric、SiemensおよびMurrayを含む電気回路遮断器パネルの製造業者は、電気回路遮断器パネル用に異なる線間距離および構成を選択している。その上、各製造業者は、屋内設備および屋外設備用の定格電流の合計が異なる(新築では、100アンペア(A)および200Aのサービスが最も一般的である)電気回路遮断器パネルの多くの異なる構成を製作する。

先行技術

0005

特開2001−103622号公報
特開2005−195427号公報
特開2007−107972号公報
特開平04−296663号公報
特開平01−190506号公報
特開2010−112936号公報
特開平06−062512号公報
特開平09−130961号公報

発明が解決しようとする課題

0006

多くの異なるタイプの電気回路遮断器パネルの異なる導体レイアウトは、電気回路遮断器パネルの金属表面に異なる磁場プロフィールをもたらす。その上、内部の導体のレイアウトは、遮断器パネルを開けずに見ることはできず、内部の導体レイアウトが電気回路遮断器パネルの表面で磁場プロフィールを生み出す方法は、適正に解釈してモデル化するための電磁理論の詳細な知識を必要とする。したがって、電気回路遮断器パネルの表面で1つまたは複数の主要な電力線の磁場を正確に測定することは難しい。

0007

それに応じて、電気技術者ではない者が電気回路遮断器パネルの表面で1つまたは複数の主要な電力線の磁場を正確に判断できる装置、システムおよび/または方法に対して、利益の必要性または可能性が存在する。

課題を解決するための手段

0008

いくつかの実施形態は、建造物による電力使用状況をモニタするためのシステムについて教示することができる。建造物は、建造物内の第1の負荷に電力を供給する1つまたは複数の主要な電力線を有し得る。1つまたは複数の主要な電力線の一部分は、第1の軸に実質的に平行に伸ばすことができる。建造物は、1つまたは複数の主要な電力線の一部分を覆うパネルをさらに有し得る。システムは、(a)パネルの表面の一部分と結合するよう構成された電流センサユニットであって、(a)第2の軸に実質的に平行な長さを有する少なくとも1つの磁場センサを有し、第2の軸は第1の軸に実質的に垂直であり、少なくとも1つの磁場センサは1つまたは複数の主要な電力線によって生成された磁場を検出するよう構成された、電流センサユニットと、(b)プロセッサ上で実行するよう構成された処理ユニットとを含み得る。電流センサユニットは、少なくとも1つの磁場センサによって検出された磁場に基づいて出力信号を生成するよう構成することができる。処理ユニットは、電流センサユニットから出力信号を受信し、出力信号を処理して建造物内の第1の負荷による電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定するようさらに構成することができる。

0009

他の実施形態は、建造物の1つまたは複数の主要な電力線の電流を測定するための装置について教示することができる。建造物は、遮断箱を有し得る。遮断箱は、1つまたは複数の主要な電力線の少なくとも第1の部分と、1つまたは複数の主要な電力線の第1の部分の上方の金属パネルとを含み得る。装置は、(a)(1)2つ以上の電流測定値を提供するよう構成された1つまたは複数の電流センサ、および、(2)1つまたは複数の電流センサと結合された1つまたは複数の磁石を有する検知デバイスと、(b)コンピュータユニット上で実行するよう構成され、2つ以上の電流測定値を使用して1つまたは複数の主要な電力線の電流を決定するよう構成された処理モジュールとを含み得る。

0010

さらなる他の実施形態は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムを提供するための方法を開示することができる。建造物は、建造物内の第1の負荷に電力を供給する1つまたは複数の主要な電力線を有し得る。1つまたは複数の主要な電力線は、少なくとも部分的に、第1の軸に実質的に平行に伸ばすことができる。建造物は、1つまたは複数の主要な電力線の少なくとも一部を覆うパネルをさらに有し得る。本方法は、パネルの表面と結合するよう構成された電流センサユニットを設ける工程であって、電流センサユニットは、1つまたは複数の主要な電力線によって生成された磁場に基づいて出力信号を生成するよう構成された、工程と、電流センサユニットから出力信号を受信するよう構成され、出力信号を処理して建造物の電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定するようさらに構成された処理ユニットを設ける工程とを含み得る。電流センサユニットを設ける工程は、長さが第2の軸に沿った少なくとも1つの磁場センサを設ける工程であって、少なくとも1つの磁場センサは1つまたは複数の主要な電力線によって生成された磁場を検出するよう構成された、工程と、電流センサユニットをパネルの表面と結合する際に、少なくとも1つの磁場センサの第2の軸が第1の軸に実質的に垂直となるように電流センサユニット側に少なくとも1つの磁場センサを装着する工程とを含み得る。

0011

さらなる実施形態は、電力モニタリングシステムを使用して、建造物の電力使用状況をモニタするための方法を開示する。建造物は、建造物内の第1の負荷に電力を供給する1つまたは複数の主要な電力線を有し得る。本方法は、電力モニタリングシステムを較正する工程であって、1つまたは複数の主要な電力線の第1の未処理の電流および第1の較正データ電力モニタシステムを較正している間に生成される、工程と、第1の較正データおよび第1の未処理の電流の測定値を格納する工程と、第2の未処理の電流を測定する工程と、第2の未処理の電流が第1の未処理の電流の既定量内にない場合に、電力モニタリングシステムの第1の再較正を実行する工程と、第2の未処理の電流が第1の未処理の電流の既定量内にある場合に、第1の較正データを使用して第1の測定電流を計算する工程と、第1の測定電流を表示する工程とを含み得る。電力モニタリングシステムの第1の再較正を実行する工程は、電力モニタリングシステムを較正する工程であって、1つまたは複数の主要な電力線の第3の未処理の電流および第2の較正データは電力モニタシステムの第1の再較正を実行している間に生成される、工程と、第2の較正データおよび第3の未処理の電流の測定値を格納する工程と、第2の較正データを使用して第1の測定電流を計算する工程とを含み得る。

0012

実施形態の説明をさらに促進するため、以下の図面を提供する。

図面の簡単な説明

0013

第1の実施形態による、電気回路遮断器パネルと結合された例示的な電力モニタリングシステムの図を示す。
第1の実施形態による、図1の電力モニタリングシステムのブロック図を示す。
一実施形態による、主要な電力線を金属パネルで覆った例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧導体電流を示すグラフである。
一実施形態による、主要な電力線を厚紙パネルで覆った例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧対導体電流を示すグラフである。
一実施形態による、電気導体と磁場センサとの間に鋼板を配置した際に磁場センサを電気導体上方で電気導体から異なる高さで水平に動かした場合の測定電圧を示す三次元グラフである。
一実施形態による、磁場センサを電気導体上方で電気導体から異なる高さで水平に動かした場合の測定電圧を示す三次元グラフである。
第1の実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する例示的な磁場センサを示す。
一実施形態による、図7の磁場センサを使用して測定された、電圧に対する受信信号位相角対位置を示すグラフである。
図7とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的な磁場センサを示す。
図7および9とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的な磁場センサを示す。
図7、9および10とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的な磁場センサを示す。
図7、9〜11とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的な磁場センサを示す。
一実施形態による、主要な電力線を金属パネルで覆った例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧対導体電流を示すグラフである。
一実施形態による、図12の電力モニタリングシステムを使用して測定された、電圧に対する受信信号の位相角対位置を示すグラフである。
一実施形態による、磁石なしでコイル状の導体が垂直に装着された電力モニタリングシステムの実際のおよび予測電流測定値を示すグラフを示す。
一実施形態による、図12の電力モニタリングシステムの実際のおよび予測電流測定値を示すグラフを示す。
図7、9〜12とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的なコイル状の導体を示す。
図7、9〜12、17とは異なる実施形態による、図1の電気回路遮断器パネルの表面に位置する電力モニタリングシステムの例示的な磁場センサを示す。
一実施形態による、図18の電力モニタリングシステムを使用して測定された、電圧に対する受信信号の位相角対位置を示すグラフである。
一実施形態による、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムを提供する方法の実施形態のフローチャートを示す。
図20の実施形態による、検知デバイスを設けるアクティビティの実施形態のフローチャートを示す。
一実施形態による、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムを使用する方法の実施形態のフローチャートを示す。

0014

図示を簡単かつ明確にするため、図面は一般様式の構築物を示し、周知の特徴および技法の説明および詳細は、不必要に本発明を不明瞭にすることを避けるために省略される場合がある。それに加えて、図面の要素は、必ずしも原寸に比例するとは限らない。例えば、図面の要素のいくつかの寸法は、他の要素と比べて拡大することで、本発明の実施形態に対する理解を高める際に役立てることができる。異なる図面における同じ参照番号は、同じ要素を示す。

実施例

0015

説明内および特許請求の範囲内に「第1の」、「第2の」、「第3の」、「第4の」および同様の用語が使用される場合、これらの用語は、同様の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも特定の連続的または時間的順序を説明するものではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、その結果、本明細書に記載される実施形態は、例えば、本明細書に図示されるまたは別の方法で記載されるもの以外の順番で動作できることを理解されたい。その上、「含む」および「有する」ならびにその任意の変形用語は、非排他的包括を取り扱うことを意図し、その結果、要素のリストを含むプロセス、方法、システム、物品、デバイスまたは装置は、必ずしもそれらの要素に限定されるものではなく、そのようなプロセス、方法、システム、物品、デバイスまたは装置に明確に表示されていないまたは固有の他の要素を含んでもよい。

0016

説明内および特許請求の範囲内に「左側」、「右側」、「前側」、「後側」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」および同様の用語が使用される場合、これらの用語は、目的を説明するために使用されるものであり、必ずしも永久的な相対位置を説明するものではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、その結果、本明細書に記載される本発明の実施形態は、例えば、本明細書に図示されるまたは別の方法で記載されるもの以外の方向付けで動作できることを理解されたい。

0017

「結合する(couple)」、「結合された(coupled)」、「結合する(couples)」、「結合している(coupling)」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、2つ以上の要素または信号を電気的に、機械的におよび/または別の方法で接続することを指す。2つ以上の電気要素は、電気的に結合されるが、機械的にまたは別の方法で結合されなくともよく、2つ以上の機械要素は、機械的に結合されるが、電気的にまたは別の方法で結合されなくともよく、2つ以上の電気要素は、機械的に結合されるが、電気的にまたは別の方法で結合されなくともよい。結合は、例えば、永久的もしくは半永久的またはほんの一瞬など、どのような時間長でもよい。

0018

電気結合」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、パワー信号データ信号および/または電気信号の他のタイプもしくは組合せに関わらず、任意の電気信号に関与する結合を含む。「機械結合」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、すべてのタイプの機械結合を含む。

0019

「結合された」および同様の用語に「着脱可能に」、「着脱可能な」および同様の用語が付随しなければ、問題の結合などが着脱可能であることも着脱可能でないことも意味しない。

0020

図1は、第1の実施形態による、電気遮断器パネル190と結合された例示的な電力モニタリングシステム100の図を示す。図2は、第1の実施形態による、電力モニタリングシステム100のブロック図を示す。電力モニタリングシステム100は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム100は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム100は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。いくつかの例では、電力モニタリングシステム100は、(a)検知デバイス110と、(b)コンピュータユニット120と、(c)表示デバイス130と、(d)較正デバイス180とを含み得る。

0021

また、図1に示されるように、従来の遮断箱または回路遮断器パネル190は、(a)2つ以上の個別の回路遮断器191と、(b)2つ以上の主要な回路遮断器192と、(c)主要な電力線193、194および195と、(d)外面198を有するパネル196と、(e)回路遮断器191および192へのアクセスを提供するドア197とを含み得る。

0022

主要な電力線193、194および195は、主要な回路遮断器192と電気的に結合され、建造物内の電気デバイス(すなわち、負荷)に電力を供給する。パネル196は、主要な電力線193、194および195ならびに関連回路の少なくとも一部を覆い、これらの電圧が印加された導体との不注意な接触から人々を保護する。通常、パネル196は、鋼鉄または別の金属を含む。

0023

システム100は、パネル196の表面198に検知デバイス110を配置して検知デバイス110の誘導電圧を測定することによって、主要な電力線193、194および195の負荷電流を決定することができる。電力モニタリングシステム100は、測定誘導電圧を使用して、主要な電力線193、194および195の電流および電力を計算することができる。

0024

検知デバイス110をパネル196の表面198上のどの場所に配置しても、個々の分岐無効負荷を含む)のそれぞれの電流を正確に決定することができる。しかし、正確な電流測定値を得るには、主要な電力線193、194および195からの磁場がパネル196と検知デバイス110から同じリアクタンスをとらえることが必要とされる。リアクタンスが同じでなければ、主要な電力線193、194および195の電流および電力を正確に計算することはさらに難しくなる。

0025

パネル196上でセンサユニットを使用して主要な電力線193、194および195が生み出す磁場を測定する際の別の潜在的制限は、パネル196内の金属により、誘導電圧が、主要な電力線193、194および195中を通過する電流の量に非線形に変化し得ることである。その上、パネル196の金属の透過率非線形性は、全パネル196にわたりその位置によって異なり得る。図3は、一実施形態による、主要な電力線を金属パネルで覆った例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧対導体電流を示すグラフ300である。図4は、一実施形態による、金属パネルを厚紙パネルと置き換えた例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧対導体電流を示すグラフ400である。

0026

同様に、図5は、導体と磁場センサとの間に鋼板を配置した際に磁場センサを電気導体上方で導体から異なる高さ(y軸)で水平(x軸)に動かして測定された電圧を示す三次元グラフ500である。図6は、導体と磁場センサとの間に鋼板がない状態で磁場センサを電気導体上方で導体から異なる高さ(y軸)で水平(x軸)に動かして測定された電圧を示す三次元グラフ600である。図2〜6に示されるように、主要な電力線を覆う金属パネル(すなわち、パネル196(図1))の使用は、非磁性材料(すなわち、厚紙)の使用または材料の未使用と比較すると、主要な電力線に対向するパネルの表面上の測定電圧の著しい非線形性をもたらす。その上、図5および6に示されるように、この非線形性は、位置依存性である。すなわち、非線形性の量は、鋼製パネル上でのセンサの位置に基づいて異なる。以下で説明されるように、電力モニタリングシステム100は、パネル196における金属の使用により生じる検知デバイス110の誘導電圧により、非線形性を相殺または解消することができる。さらに、電力モニタリングシステム100は、主要な電力線193、194および195がパネル196と検知デバイス110から同じリアクタンスをとらえることを保証することができる。

0027

図2を再度参照すると、検知デバイス110は、(a)2つ以上の電流センサまたは磁場センサ211および212と、(b)コントローラ213と、(c)ユーザ通信モジュール214と、(d)トランシーバ215と、(e)電源216と、(f)結合メカニズム219とを含み得る。コントローラ213を使用して、磁場センサ211および212、ユーザ通信モジュール214、トランシーバ215ならびに電源216を制御することができる。いくつかの実施形態では、検知デバイス110は、2、4、6または8つの磁場センサを含み得る。さまざまな例では、磁場センサ211および212は、直径が2.5ミリメートル(mm)から12.7mmであり得る。

0028

さまざまな例では、検知デバイス110は、結合メカニズム219を使用して、パネル196(図2)の表面198(図1)と結合するよう構成することができる。いくつかの例では、結合メカニズム219は、接着剤、Velcro(登録商標)材料、磁石または別の取付けメカニズムを含み得る。

0029

多くの実施形態では、磁場センサ211および212は、コイル状の導体(例えば、コイル状のワイヤ)を含み得る。図7は、第1の実施形態による、パネル196下に主要な電力線193、194および195を備えた、パネル196の表面198に位置する例示的な磁場センサ211を示す。多くの実施形態では、磁場センサ211は、第1の端部752および第1の端部752の反対側に位置する第2の端部753を備えたコイル状の導体751を含み得る。いくつかの例では、コイル状の導体751は、第1の方向743(例えば、反時計回り)に巻くことができる。磁場センサ212は、第1の端部755および第1の端部755の反対側に位置する第2の端部756を備えたコイル状の導体754を含み得る。コイル状の導体754は、第2の方向744(例えば、時計回り)に巻くことができる。多くの例では、コイル状の導体751の第1の巻き方向743は、コイル状の導体754の第2の巻き方向744の逆であり得る。磁場センサ211および212内の導体をコイル状にすることで、磁場の非線形性を解消する際に役立てることができる。

0030

さまざまな例では、コイル状の導体751および754は、直径が2ミリメートル(mm)から12mmであり得る。コイル状の導体751は、コイル状の導体754から12mm〜40mmだけ離間することができる。いくつかの例では、2つ以上の磁場センサの全幅は、最大160mmであり得る。いくつかの例では、コイル状の導体は、空心または鋼心を有し得る。

0031

いくつかの例では、表面198の少なくとも一部分は、軸740および742に実質的に平行であり得、少なくとも軸740は軸742に実質的に垂直である。同じまたは異なる例では、主要な電力線193、194および195の少なくとも一部分は、軸740に実質的に平行に伸ばすことができる。図7に示される実施形態では、軸741は、軸740および742に実質的に垂直である。また、軸741は、コイル状の導体751の第1の端部752から第2の端部753までの長さに沿って、および、コイル状の導体754の第1の端部755から第2の端部756までの長さに沿って、伸ばすことができる。すなわち、コイル状の導体751および754は、表面198ならびに主要な電力線193、194および195に実質的に垂直であり得る。

0032

磁場センサを図7に示される構成に配置すると、主要な電力線193、194および195は、パネル196と検知デバイス110から同じリアクタンスをとらえる。その上、電力モニタリングシステムが図7に示される構成を有すると、鋼板ならびにコイル状の導体751および754は一定のリアクタンスを有する。

0033

図7に示されるセンサ構成が実質的に一定のリアクタンスを有することを示すため、主要な電力線193、194および195に固定電流を設定することができ、受信信号の位相角を測定しながらコイル状の導体751を主要な電力線193、194および195に対して移動させることができる。リアクタンスが一定であれば、理想的なコイル導体測定位相角は、180度離角した2つの位相のみを有する双安定挙動を呈する。

0034

図8は、一実施形態による、電力モニタリングシステム100の、電圧に対する受信信号の位相角対位置を示すグラフ800である。グラフ800を作成するため、主要な電力線193、194および195に固定電流を設定し、電圧に対する受信信号の位相角を測定しながらコイル状の導体751を主要な電力線193、194および195に対して約0.6センチメートル(cm)の増分で移動させた。図8に示されるように、位相角は、約180度離角した2つの異なる位相を有する双安定挙動を呈する。位相シフトは、コイル導体が主要な電力線195の中心上を通過する際に起こる。したがって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル状の導体751とパネル196のリアクタンスは、実質的に一定である。

0035

図2に戻ると、トランシーバ215は、磁場センサ211および212ならびにコントローラ213と電気的に結合することができる。いくつかの例では、トランシーバ215は、電圧または磁場センサ211および212を使用して測定された他のパラメータをコンピュータユニット120のトランシーバ221に送信する。多くの例では、トランシーバ215およびトランシーバ221は、無線トランシーバであり得る。いくつかの例では、電気信号は、WI−FI(ワイヤレスフィディティ)、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11無線プロトコルまたはBluetooth(登録商標)3.0+HS(高速)無線プロトコルを使用して送信することができる。さらなる例では、これらの信号は、Zigbee(登録商標)(802.15.4)、Z−Waveまたは独自の無線規格を介して送信することができる。他の例では、トランシーバ215およびトランシーバ221は、携帯との接続または有線接続を使用して電気信号を送信することができる。

0036

コンピュータユニット120は、(a)トランシーバ221と、(b)処理モジュールまたはユニット222と、(c)電源223と、(d)ユーザ通信デバイス124と、(e)プロセッサ225と、(f)メモリ226と、(g)較正モジュール227と、(h)電気コネクタ128とを含み得る。コンピュータユニット120は、トランシーバ221を介して検知デバイス110から出力信号を受信し、出力信号を処理して建造物の電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータ(例えば、建造物で使用される電力ならびに主要な電力線193、194および195の電流)を決定するよう構成することができる。

0037

いくつかの例では、処理ユニット222をメモリ226に格納し、プロセッサ225上で実行するよう構成することができる。処理ユニット222は、検知デバイス110からの電流測定値を使用して、建造物の電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータ(例えば、主要な電力線193、194および195の電流ならびに電力)を決定するようさらに構成することができる。コンピュータユニット120を実行すると、メモリ226に格納されたプログラム命令がプロセッサ225によって実行される。メモリ226に格納されたプログラム命令の一部分は、以下で説明されるように、方法2200(図22)の実行および/または処理ユニット222に適切であり得る。

0038

較正モジュール227は、1つまたは複数の較正負荷を含み得る。いくつかの例では、1つまたは複数の較正負荷は、建造物の電力線インフラストラクチャの第1の位相分枝と電気的に結合して、電気コネクタ128を使用して電力モニタリングシステム100を較正する際に役立てることができる。ユーザ通信デバイス124は、ユーザに情報を表示するよう構成することができる。一例では、ユーザ通信デバイス124は、モニタ、タッチスクリーンおよび/または1つもしくは複数のLED(発光ダイオード)であり得る。

0039

電源223は、トランシーバ221、ユーザ通信デバイス124、プロセッサ225およびメモリ226に電力を供給することができる。いくつかの例では、電源223は、電気壁コンセントと結合することができる電気プラグ129を含み得る。

0040

表示デバイス130は、(a)ディスプレイ134、(b)制御メカニズム132、(c)トランシーバ221と通信するよう構成されたトランシーバ231、(d)電源233、および/または、(e)電気コネクタ235を含み得る。いくつかの実施形態では、電気コネクタ235は、電気コネクタ128と結合して、表示デバイス130をコンピュータユニット120と結合するよう構成することができる。

0041

較正デバイス180は、(a)トランシーバ281と、(b)電気コネクタ182と、(c)較正モジュール283と、(d)ユーザ通信デバイス184とを含み得る。いくつかの例では、トランシーバ281は、トランシーバ215、221および/または231と同様でも同じでもよい。いくつかの例では、電気コネクタ182は、電力プラグであり得る。ユーザ通信デバイス184は、ユーザに情報を表示するよう構成することができる。一例では、ユーザ通信デバイス184は、1つまたは複数のLEDであり得る。

0042

較正モジュール283は、1つまたは複数の較正負荷を含み得る。いくつかの例では、1つまたは複数の較正負荷は、建造物の電力線インフラストラクチャの第2の位相分枝と電気的に結合して、電力モニタリングシステム100を較正する際に役立てることができる。すなわち、いくつかの例では、電気コネクタ128は、電力の第1の位相(例えば、主要な電力線193またはL1)と結合された電気壁コンセントと結合され、電気コネクタ182は、電力の第2の位相(例えば、主要な電力線194またはL2)と結合された電気壁コンセントと結合される。これらの例では、主要な電力線195はアース線である。

0043

図9は、一実施形態による、パネル196下に主要な電力線193、194および195を備えた、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム900の例示的な磁場センサ911および912を示す。電力モニタリングシステム900は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム900は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム900は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0044

図9を参照すると、いくつかの例では、電力モニタリングシステム900は、(a)検知デバイス910と、(b)コンピュータユニット120(図1および2)と、(c)表示デバイス130(図1および2)と、(d)較正デバイス180(図1および2)とを含み得る。検知デバイス910は、(a)2つ以上の電流センサまたは磁場センサ911および912と、(b)磁石または磁心961および964と、(c)コントローラ213(図2)と、(d)ユーザ通信モジュール214(図2)と、(e)トランシーバ215(図2)と、(f)電源216(図2)と、(g)結合メカニズム219(図2)とを含み得る。磁心961および964は、磁場センサ911および912の一部として考えることも、磁場センサ911および912と結合することもできる。いくつかの例では、磁心961および964は、電磁石または永久磁石を含み得る。磁心961および964は、表面198に検知デバイス910を結合する際に役立つよう構成することができる。いくつかの例では、磁心961および964のN極およびS極は、各磁心の端部に位置し得る。

0045

多くの例では、磁場センサ911および912は、コイル状の導体(例えば、コイル状のワイヤ)を含み得る。多くの実施形態では、磁場センサ911は、第1の端部752および第1の端部752の反対側に位置する第2の端部753を備えたコイル状の導体751を含み得る。いくつかの例では、コイル状の導体751は、磁心961の周りを第1の方向743(例えば、反時計回り)に巻くことができる。磁場センサ912は、第1の端部755および第1の端部755の反対側に位置する第2の端部756を備えたコイル状の導体754を含み得る。コイル状の導体754は、磁心964の周りを第2の方向744(例えば、時計回り)に巻くことができる。多くの例では、コイル状の導体751の第1の巻き方向743は、コイル状の導体754の第2の巻き方向744の逆であり得る。

0046

いくつかの例では、表面198の少なくとも一部分は、軸740および742に実質的に平行であり得、少なくとも軸740は軸742に実質的に垂直である。同じまたは異なる例では、主要な電力線193、194および195の少なくとも一部分は、軸740に実質的に平行に伸ばすことができる。図9に示される実施形態では、軸741は、軸740および742に実質的に垂直である。すなわち、コイル状の導体751および754は、表面198ならびに主要な電力線193、194および195に実質的に垂直であり得る。その上、磁心961および964の一端は、パネル196の表面198と結合するよう構成することができる。

0047

いくつかの例では、磁心961および964は、磁心961および964近くのパネル196の領域において磁場を飽和させることによって、パネル196とコイル状の導体951および954のリアクタンスを等しくする際に役立てることができる。したがって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル状の導体951および954とパネル196のリアクタンスは、実質的に一定であり、パネル196によって生じた磁場の非線形性は、実質的に解消される。

0048

図10は、一実施形態による、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム1000の例示的な磁場センサ1011、1012および1019を示す。電力モニタリングシステム1000は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム1000は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム1000は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0049

いくつかの例では、電力モニタリングシステム1000は、(a)検知デバイス1010と、(b)コンピュータユニット120(図1および2)と、(c)表示デバイス130(図1および2)と、(d)較正ユニット180(図1および2)とを含み得る。検知デバイス1010は、(a)2つ以上の電流センサまたは磁場センサ1011、1012および1019と、(b)1つまたは複数の磁石または磁心961、964および1069と、(c)コントローラ213(図2)と、(d)ユーザ通信モジュール214(図2)と、(e)トランシーバ215(図2)と、(f)電源216(図2)と、(g)結合メカニズム219(図2)と、(h)1つまたは複数の強磁性カップまたはドーム1066、1067および1068とを含み得る。多くの実施形態では、磁場センサ1011、1012および1019はそれぞれ、コイル状の導体751、754および1059を含み得る。いくつかの例では、コイル状の導体1059は、コイル状の導体751および/または754と同様でも同じでもよい。コイル状の導体751、754および1059はそれぞれ、磁心961、964および1069の周りに巻き付けることができる。さまざまな実施形態では、磁心961、964および1069は、強磁性カップまたはドーム1066、1067および1068と結合することができる。多くの実施形態では、磁心961、964および1069はそれぞれ、コイル状の導体751、754および1059を超えて延在し、強磁性カップまたはドーム1066、1067および1068と結合することができる。

0050

ドーム1066、1067および1068はそれぞれ、コイル状の導体751、754および1059上に位置し得る。すなわち、コイル状の導体751、754および1059はそれぞれ、ドーム1066、1067および1068の内側にあるか、または、ドーム1066、1067および1068によって囲まれる。いくつかの例では、磁心961、964および1069のN極およびS極は、各磁心の端部に位置し得る。ドーム1066、1067および1068は、鋼鉄または別の強磁性材料で製作することができる。

0051

いくつかの例では、磁心961、964および1069はそれぞれ、コイル状の導体951、954および1079近くのパネル196の領域において磁場を飽和させることによって、パネル196とコイル状の導体951、954および1079のリアクタンスを等しくする際に役立てることができる。ドーム1066、1067および1068はそれぞれ、磁心961、964および1069の周りおよび/または下方の領域において磁束線をさらに集束することができる。したがって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル状の導体951、954および1079とパネル196のリアクタンスは、実質的に一定であり、パネル196によって生じた磁場の非線形性は解消される。

0052

その上、ドーム1066、1067および1068の磁場集束効果は、電力モニタリングシステム1000のコストを削減する際に役立てることができる。ドーム1066、1067および1068を使用すると磁場がさらに集束されるため、磁心961、964および1069は、より弱い磁石でもよい。それに応じて、強磁性ドームを備える電力モニタリングシステムは、より少ない磁性材料またはあまりコストのかからない(すなわち、より弱い)磁性材料を使用することができる。

0053

図11は、一実施形態による、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム1100の例示的な磁場センサ1111、1112および1119を示す。電力モニタリングシステム1100は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム1100は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム1100は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0054

電力モニタリングシステム1100は、強磁性ドーム1066、1067および1068をコイル状の導体751、754、および1059を囲む単一の強磁性ドーム1166と置き換えることを除いて、電力モニタリングシステム1000と同様でも同じでもよい。いくつかの例では、それぞれのコイル状の導体上に個々の強磁性ドームを使用する代わりに1つの強磁性ドームを使用することで、電力モニタリングシステムのコストを削減することができる。

0055

図12は、一実施形態による、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム1200の例示的な磁場センサ1211を示す。電力モニタリングシステム1200は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム1200は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム1200は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0056

いくつかの例では、電力モニタリングシステム1200は、(a)検知デバイス1210と、(b)コンピュータユニット120(図1および2)と、(c)表示デバイス130(図1および2)と、(d)較正ユニット180(図1および2)とを含み得る。検知デバイス1210は、(a)少なくとも1つの電流センサまたは磁場センサ1211と、(b)磁石1261と、(c)コントローラ213(図2)と、(d)ユーザ通信モジュール214(図2)と、(e)トランシーバ215(図2)と、(f)電源216(図2)と、(g)結合メカニズム219(図2)とを含み得る。磁石1261は、磁場センサ1211の一部として考えることも、磁場センサ1211と結合することもできる。いくつかの例では、磁石1261は、検知デバイス1210をパネル196と磁気的に結合するよう構成される。

0057

多くの例では、磁場センサ1211は、コイル状の導体(例えば、コイル状のワイヤ)を含み得る。多くの実施形態では、磁場センサ1211は、コイル状の導体751を含み得る。いくつかの例では、コイル状の導体751は、第1の方向743(例えば、反時計回り)に巻くことができる。図12に示される実施形態では、軸741は、軸740および軸742に実質的に垂直である。すなわち、第1の端部752から第2の端部753まで伸びるコイル状の導体751の長さは、表面198ならびに主要な電力線193、194および195に実質的に垂直であり得る。

0058

磁石1261は、第1の側面1248および第1の側面1248の反対側に位置する第2の側面1249を有し得る。第2の側面1249は、パネル196の表面198に隣接してもよい。いくつかの例では、コイル状の導体751の第1の端部752は、磁石1261の第1の側面1248と結合しても、隣接してもよい。第2の端部753は、磁石1261の第1の側面1248から離間することができる。

0059

いくつかの例では、磁石1261は、コイル状の導体751近くのパネル196の領域において磁場を飽和させることによって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル状の導体751とパネル196のリアクタンスを等しくする際に役立てることができる。したがって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル状の導体751とパネル196のリアクタンスは、実質的に一定であり、パネル196によって生じた磁場の非線形性は解消される。

0060

図13は、一実施形態による、主要な電力線を金属パネルで覆った例示的な電気回路遮断器パネルの誘導電圧対導体電流を示すグラフ1300である。すなわち、グラフ1300は、検知デバイス1210と実質的に同様な検知デバイスおよび検知デバイス1210と実質的に同様だが磁石1261なしの検知デバイスの誘導電圧対導体電流を示す。図13に示されるように、検知デバイス1210に磁石1261を使用すると、誘導電圧の線形性は大幅に増加する。

0061

同様に、図14は、一実施形態による、受信信号(電圧に対する)の位相角対位置を示すグラフ1400である。グラフ1400を作成するため、主要な電力線193、194および195に固定電流を設定し、電圧に対する受信信号の位相角を測定しながら検知デバイスを主要な電力線193、194および195に対して約0.6センチメートルの増分で移動させた。グラフ1400は、検知デバイス1210と実質的に同様な検知デバイスおよび検知デバイス1210と実質的に同様だが磁石1261なしの検知デバイスの誘導電圧対位置を示す。図14に示されるように、磁石1261付きの検知デバイス1210を使用すると、位相角は、はるかに鋭い位相角シフトを呈する。位相角がシフトしている領域では、位相角を測定することは難しく、したがって、これらのエリアの電流測定値は、より高いエラー率を有し得る。位相角シフトの鋭度を増大することで、検知デバイス1210が使用可能な結果を提供するエリアを大幅に増加する。

0062

図15および16は、磁石なしの電力モニタリングシステムと比較して、電力モニタリングシステム1200の向上された精度を示す2つの追加テストシナリオの結果を示す。図15は、一実施形態による、磁石なしでコイル状の導体が垂直に装着された電力モニタリングシステムを使用した結果を示すグラフ1500を示す。図16は、一実施形態による、電力モニタリングシステム1200(すなわち、磁石付きでコイル状の導体が垂直に装着された)を使用した結果を示すグラフ1600を示す。図15および16は、電力モニタリングシステムによって位相電線(L1およびL2)のそれぞれにおいて測定された電流、ならびに、主要な電力線193(すなわち、L1)および主要な電力線195(すなわち、L2)の実際の電流を示す。図15および16に示されるように、電力モニタリングシステムの一部として磁石を使用すると、測定電流の変化量におけるエラーを劇的に減少することができる。図1、9、10、11、17および18の電力モニタリングシステム100、900、1000、1100、1700および1800のテストは、線形性における同様の増加および測定電流のエラーにおける同様の減少を示す。

0063

図17は、一実施形態による、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム1700の例示的なコイル状の導体751を示す。電力モニタリングシステム1700は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム1700は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム1700は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0064

電力モニタリングシステム1700は、電力モニタリングシステム1700がコイル状の導体751上に強磁性ドーム1766を含むことを除いて、電力モニタリングシステム1200と同様でも同じでもよい。いくつかの例では、ドーム1766の端部は磁石1261側に位置する。他の例では、磁石1261もまたドーム1766によって囲まれる。いくつかの例では、電力モニタリングシステム1200にドーム1766を使用すると、コイル状の導体751の周りおよび/または下方の領域において磁束線を集束することができる。

0065

図18は、一実施形態による、パネル196下に主要な電力線193、194および195を備えた、パネル196の表面198に位置する電力モニタリングシステム1800の例示的な磁場センサ1811を示す。電力モニタリングシステム1800は、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムと考えることもできる。電力モニタリングシステム1800は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。電力モニタリングシステム1800は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

0066

いくつかの例では、電力モニタリングシステム1800は、(a)検知デバイス1810と、(b)コンピュータユニット120(図1および2)と、(c)表示デバイス130(図1および2)と、(d)較正ユニット180(図1および2)とを含み得る。検知デバイス1810は、(a)少なくとも1つの電流センサまたは磁場センサ1811と、(b)コントローラ213(図2)と、(c)ユーザ通信モジュール214(図2)と、(d)トランシーバ215(図2)と、(e)電源216(図2)と、(f)結合メカニズム219(図2)とを含み得る。

0067

多くの実施形態では、磁場センサ1811は、第1の端部1852および第1の端部1852の反対側に位置する第2の端部1853を備えたコイル状の導体1851を含み得る。図18に示される実施形態では、端部1852から端部1853までのコイル状の導体1851の長さは、軸742に実質的に垂直であり得る。すなわち、コイル状の導体1851は、主要な電力線193、194および195に実質的に垂直であり得、表面198に実質的に平行であり得る。磁場センサを図18に示される構成に配置すると、主要な電力線193、194および195は、パネル196とコイル状の導体951から実質的に一定のリアクタンスをとらえる。

0068

図19は、一実施形態による、磁場センサ1811の、電圧に対する受信信号の位相角対位置を示すグラフ1900である。グラフ1900を作成するため、主要な電力線193、194および195に固定電流を設定し、電圧に対する受信信号の位相角を測定しながらコイル導体1851を主要な電力線193、194および195に対して約0.6センチメートルの増分で移動させた。図19に示されるように、位相角は、約180度離角した2つの異なる位相を有する双安定挙動を呈する。180度の位相シフトは、コイルが主要な電力線195の中心上を通過する際に起こる。したがって、主要な電力線193、194および195がとらえるコイル導体1851とパネル196のリアクタンスは、実質的に一定であり、パネル196によって生じた磁場の非線形性は解消される。

0069

図20は、一実施形態による、建造物の電力使用状況をモニタするためのシステムを提供する方法2000の実施形態のフローチャートを示す。方法2000は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法2000は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。いくつかの実施形態では、方法2000のアクティビティ、手順および/またはプロセスは、提示される順序で実行することができる。他の実施形態では、方法2000のアクティビティ、手順および/またはプロセスは、他の任意の適切な順序で実行することができる。さらなる他の実施形態では、方法2000のアクティビティ、手順および/またはプロセスの1つまたは複数は、組み合わせることも、省略することもできる。

0070

図20を参照すると、方法2000は、検知デバイスを設けるアクティビティ2061を含む。一例として、検知デバイスはそれぞれ、図1、9、10、12および18の検知デバイス110、910、1010、1210および1810と同様でも同一でもよい。

0071

いくつかの例では、検知デバイスは、電気遮断箱のパネルの表面と結合するよう構成することができる。検知デバイスは、電気遮断箱内の1つまたは複数の主要な電力線によって生成された磁場に基づいて出力信号を生成するよう構成することができる。図21は、第1の実施形態による、検知デバイスを設けるアクティビティ2061の実施形態のフローチャートを示す。

0072

図21を参照すると、アクティビティ2061は、1つまたは複数の磁場センサを設ける手順2171を含む。いくつかの例では、磁場センサは、図2の磁場センサ211および212、図9の磁場センサ911および912、図10の磁場センサ1011、1012および1019、図12の磁場センサ1211、ならびに/または、図18の磁場センサ1811と同様でもよい。いくつかの例では、1つまたは複数の磁場センサは、1つまたは複数のコイル状の導体を含み得る。

0073

次に、図21のアクティビティ2061は、1つまたは複数の磁場センサを検知デバイスに装着する手順2172を含む。いくつかの例では、手順2172は、検知デバイスをパネルの表面と結合する際に、1つまたは複数の磁場センサの軸が1つまたは複数の主要な電力線の少なくとも一部分に実質的に垂直となり、パネルの表面に実質的に平行となるように、検知デバイス側に1つまたは複数の磁場センサを装着する工程を含み得る。

0074

他の例では、手順2172は、検知デバイスをパネルの表面と結合する際に、1つまたは複数の磁場センサの軸が1つまたは複数の主要な電力線の少なくとも一部分に実質的に垂直となり、パネルの表面に実質的に垂直となるように、検知デバイス側に1つまたは複数の磁場センサを装着する工程を含み得る。さまざまな例では、検知デバイス側の1つまたは複数の磁場センサは、検知デバイスをパネルの表面と結合する際に、1つまたは複数の磁場センサの軸が磁場センサの真下の1つまたは複数の主要な電力線の一部分に実質的に垂直となり、パネルの表面に実質的に垂直となるように装着される。

0075

図21のアクティビティ2061は、1つまたは複数の磁石を設ける手順2173を引き続き実行する。一例として、1つまたは複数の磁石は、図9の磁心961および964、図10の磁心1069、ならびに/または、図12の磁石1261と同様でもよい。

0076

その後、図21のアクティビティ2061は、1つまたは複数の磁石を1つまたは複数の磁気センサと結合する手順2174を含む。いくつかの例では、1つまたは複数の磁気センサを1つまたは複数の磁石と結合する工程は、磁場センサの1つまたは複数のコイル状の導体を1つまたは複数の磁石の周りに巻き付ける工程を含み得る。例えば、1つまたは複数の磁石の周りに巻き付けることができる磁場センサのコイル状の導体は、図9、10および/または11に示される1つまたは複数の磁石の周りに巻き付けられたコイル状の導体と同様でもよい。

0077

他の実施形態では、1つまたは複数の磁気センサを1つまたは複数の磁石と結合する工程は、磁場センサの一端を1つまたは複数の磁石と結合する工程を含み得る。例えば、磁場センサの一端を1つまたは複数の磁石と結合する工程は、図12および/または13に示される磁場センサの一端を1つまたは複数の磁石と結合する工程と同様でもよい。代替の例では、アクティビティ2061は、手順2173および2174を含まない。

0078

次に、図21のアクティビティ2061は、1つまたは複数の強磁性ドームを設ける手順2175を含む。一例として、1つまたは複数の強磁性ドームは、図10のドーム1066、1067および1068、図11のドーム1166、ならびに/または、図16のドーム1766と同様でもよい。

0079

図21のアクティビティ2061は、1つまたは複数の磁場センサが1つまたは複数のドーム内に位置するように、1つまたは複数の強磁性ドームを装着する手順2176を引き続き実行する。例えば、1つまたは複数のドーム内に位置する1つまたは複数の磁場センサは、図10、11および/または16に示される1つまたは複数のドーム内に位置する1つまたは複数の磁場センサと同様でもよい。代替の例では、アクティビティ2061は、手順2175および2176を含まない。

0080

その後、図21のアクティビティ2061は、検知デバイスの1つまたは複数の追加のコンポーネントを設ける手順2177を含む。いくつかの例では、1つまたは複数の追加のコンポーネントは、コントローラ、電源、トランシーバ、ユーザ通信モジュールおよび/または結合メカニズムを含み得る。手順2174の後、アクティビティ2061が完了する。

0081

図20を再度参照すると、図20の方法2000は、コンピュータデバイスを設けるアクティビティ2062を引き続き実行する。一例として、コンピュータデバイスは、図1および2のコンピュータユニット120と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、アクティビティ2062は、単に処理ユニットを設ける工程を代わりに含み得る。一例として、処理ユニットは、図2の処理ユニット222と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、処理ユニットは、検知デバイスから出力信号を受信するよう構成することができ、出力信号を処理して建造物の電力使用状況に関連する1つまたは複数のパラメータを決定するようさらに構成することができる。

0082

その後、図20の方法2000は、較正デバイスを設けるアクティビティ2063を含む。一例として、較正デバイスは、図1および2の較正デバイス180と同様でも同一でもよい。

0083

その後、図20の方法2000は、表示デバイスを設けるアクティビティ2064を含む。一例として、較正デバイスは、図1および2の表示デバイス130と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、表示デバイスは、コンピュータユニット120の一部であり得る。

0084

検知デバイスの構成を変更することによって磁場の非線形性を緩和する工程に加えて、磁場の非線形性は、電力モニタリングシステムを較正して使用する方法を修正することによって緩和することができる。図22は、建造物の第1の負荷の電力使用状況をモニタするためのシステムを使用する方法2200の実施形態のフローチャートを示す。方法2200は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法2200は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。いくつかの実施形態では、方法2200のアクティビティ、手順および/またはプロセスは、提示される順序で実行することができる。他の実施形態では、方法2200のアクティビティ、手順および/またはプロセスは、他の任意の適切な順序で実行することができる。さらなる他の実施形態では、方法2200のアクティビティ、手順および/またはプロセスの1つまたは複数は、組み合わせることも、省略することもできる。

0085

図22を参照すると、方法2200は、電力モニタリングシステムを設けるアクティビティ2261を含む。一例として、電力モニタリングシステムはそれぞれ、図1、9、10、11、12、17および18の電力モニタリングシステム100、900、1000、1100、1200、1700および1800と同様でも同一でもよい。

0086

図22の方法2200は、電力モニタリングシステムを較正するアクティビティ2262を引き続き実行する。いくつかの例では、第1の較正は、電力モニタリングシステムを最初に設置または起動する際に実行することができる。いくつかの例では、電力モニタリングシステムのコンピュータデバイスは、建造物の電力システムの第1の位相電線(例えば、L1)に差し込まれ、電力モニタリングシステムの較正デバイスは、建造物の電力システムの第2の位相電線(例えば、L2)に差し込まれる。

0087

いくつかの例では、電力モニタリングシステムを較正する工程は、最初に、検知デバイスのそれぞれの電流センサの第1の電流の第1の振幅および第1の位相を決定する工程を含み得る。その後、コンピュータデバイスの第1の負荷を第1の位相分岐と結合し、検知デバイスのそれぞれの電流センサの第2の電流の第2の振幅および第2の位相を決定する。次に、較正デバイスの第2の既定の負荷を第2の位相分岐と結合し、それぞれの電流センサの第3の電流の第3の振幅および第3の位相を決定する。最後に、第1の振幅、第1の位相、第2の振幅、第2の位相、第3の振幅および第3の位相を少なくとも部分的に使用して、検知デバイスに対する1つまたは複数の較正係数を決定する。

0088

その後、図22の方法2200は、較正データを格納するアクティビティ2263を含む。いくつかの例では、較正データは、較正係数ならびに第1の電流の第1の振幅および第1の位相を含み得る。較正データは、コンピュータデバイスのメモリに格納することができる。

0089

次に、図22の方法2200は、未処理の電流を測定するアクティビティ2264を含む。

0090

図22の方法2200は、未処理の電流が、格納された較正データと既定量だけ異なるかどうか判断するアクティビティ2265を引き続き実行する。電流が、格納された較正データの電流の既定量内であれば、次のアクティビティは、測定電流を計算するアクティビティ2266である。

0091

未処理の電流が第1の電流の既定量(例えば、1パーセント(%)、5%、10%または25%)内でなければ、次のアクティビティは、電力モニタリングシステムを較正するアクティビティ2262である。新しい較正パラメータおよび新しい第1の電流をメモリに格納することができる。したがって、較正データおよび未処理の電流のデータベースを作成することができる。したがって、アクティビティ2265では、未処理の電流を、メモリに格納された較正データのすべてと比較することができる。未処理の電流が格納された較正データの既定量内でなければ、電力モニタリングシステムを再較正することができる。すなわち、電力モニタリングシステムが、以前に測定された電流から電流の大きな変化が生じたことを検出した場合は常に、新しい較正が行われることになる。したがって、磁場の非線形性は、主要な電力線の電流の大きな変化が生じた場合に常に電力モニタリングシステムを再較正することによって緩和することができる。

0092

その後、図22の方法2200は、格納された較正データを使用して測定電流を計算するアクティビティ2266を含む。

0093

その後、方法2200は、測定電流を表示するアクティビティ2267を引き続き実行する。いくつかの例では、測定電流は、表示デバイス130を使用して表示することができる。

0094

本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、本発明の精神または範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができることが理解されよう。それに応じて、本発明の実施形態の開示は、本発明の範囲を例示することを意図し、限定することを意図しない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で必要とされる範囲にのみ限定されるものとすることを意図する。例えば、図20のアクティビティ2061、2062、2063、2064、図20の手順2171、2172、2173、2174、2175、2176、2177、および、図22のアクティビティ2261、2262、2263、2264、2265、2266、2267は、多くの異なるアクティビティ、手順からなり、多くの異なる順序で多くの異なるモジュールによって実行できること、図1、2、7、9、10、11、12、17および18のいかなる要素も変更できること、ならびに、これらの実施形態の前述の議論は必ずしもすべての可能な実施形態の完全な説明を表すわけではないことが当業者には容易に明らかであろう。

0095

任意の特定の請求項において請求されるすべての要素が、その特定の請求項において請求される実施形態に不可欠なものである。結果的に、1つまたは複数の請求される要素の交換は、修理ではなく、再構築に相当する。それに加えて、利益、他の利点および問題の解決法については、特定の実施形態に対して説明してきた。しかし、利益、利点、問題の解決法、および、任意の利益、利点もしくは解決法を生じさせ得るまたはより顕著なものにし得る1つまたは複数のいかなる要素も、そのような利益、利点、解決法または要素がそのような請求項で記載されていない限り、請求項のいずれかまたはすべての重要な、必要なまたは必須の特徴または要素として解釈すべきではない。

0096

その上、本明細書で開示される実施形態および限定事項は、それらの実施形態および/または限定事項が、(1)請求項内で明示的に請求されていない場合、ならびに、(2)均等論の下で請求項内の明確な要素および/もしくは限定事項と均等であるまたは潜在的に均等である場合、奉仕の原則の下で公に捧げられるものではない。

0097

100電力モニタリングシステム
110検知デバイス
120コンピュータユニット
128電気コネクタ
130表示デバイス
180較正デバイス
190電気遮断器パネル
192回路遮断器
193,194,195電力線
196 パネル
211,212 磁場センサ

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