分電盤
【課題】小型化を可能とする分電盤を提供する。
【解決手段】分電盤１００は、主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続可能に構成された複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと、複数の分岐ブレーカ１３ａ〜１３ｎのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎと、各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎで検出された値に基づいて、各分岐ブレーカ１３ａ〜１３ｎの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを含む。
【解決手段】分電盤１００は、主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続可能に構成された複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと、複数の分岐ブレーカ１３ａ〜１３ｎのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎと、各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎで検出された値に基づいて、各分岐ブレーカ１３ａ〜１３ｎの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、分電盤に関し、特に分岐ブレーカの二次側の電流値を検出する電流センサを備えた分電盤に関する。
【０００２】
従来、電流センサを分電盤に取り付けることによって分岐系統の電流値を計測し、分岐系統の電流値を監視する分電盤が知られている。例えば、特許文献１では、複数の分岐ブレーカと、各分岐ブレーカに設けられた電流センサと、各電流センサの出力値から電力使用量を演算するサーバとを備えた分電盤が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、複数の分岐ブレーカと、各分岐ブレーカに導電バーを介して接続された複数の電流センサとを備えた分電盤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２０４２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−３６０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に開示された分電盤のように、電流センサを利用することによって分岐系統の電流値を監視する分電盤は従来から存在したものの、通常使用されるコイル式の電流センサはサイズが大きく、また分岐ブレーカ毎に電力演算をする周辺回路を設けているので、分電盤の小型化を実現できていない。
【０００６】
そこで本発明は、小型化が可能な分電盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための分電盤は、主幹ブレーカの二次側で分岐し、上記主幹ブレーカと接続可能に構成された複数の分岐ブレーカと、上記複数の分岐ブレーカのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサと、上記各電流センサで検出された値に基づいて、上記各分岐ブレーカの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置と、を含む。
【０００８】
上記電流センサとしては、例えばシャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなどがある。上記電流センサにおいて、直流電流および交流電流の計測が可能であるようにしてもよい。この場合、直流成分のオフセット電圧の検出が可能になる等、より好適な分電盤を構成することとなる。あるいは、上記電流センサを、磁気センサを用いた構成としてもよい。この場合、シャント抵抗で発生する電力ロスもなく、発熱も起きないこととなるのでより好ましい。あるいは、上記電流センサは、上記分岐ブレーカに組み込むようにしてもよい。この場合、分電盤を小型化することが可能になる。
【０００９】
上記分岐ブレーカは、スイッチを有しており、上記電流センサは、上記スイッチの作動方向とは直交するように取り付けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、分電盤の小型化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における分電盤の構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態における電流センサの構成例を示す図である。
【図３】図２の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態における分電盤の概略構成例を示す図である。
【図５】第２実施形態における分岐ブレーカの構成例を示す図である。
【図６】第２実施形態において、複数の分岐ブレーカ内の各電流センサの位置関係の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態において、分岐ブレーカに磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図である。
【図８】磁気シールドが施された分岐ブレーカの例を示す斜視図である。
【図９】電流センサの変形例１を示す図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った電流センサの断面図である。
【図１１】電流センサの変形例２を示す図である。
【図１２】図１１の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。
【図１３】電流センサの変形例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の分電盤の一実施形態を、図面を参照して説明する。実施形態に係る分電盤１００は、例えば家庭等に設けられ、分岐系統の電流値から分岐系統の電力使用量等を演算するための分電盤である。
【００１３】
[分電盤の構成]
図１は、第１実施形態における分電盤１００の構成例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、この分電盤１００は、主幹ブレーカ１１と、この主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続された複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと、各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの負荷側（二次側）に接続された複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎと、複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのうちのいずれかの電流センサの出力値を入力する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを備える。
【００１５】
なお、図１では、電流センサ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎは、それぞれ、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに対応して設けられている場合について示しているが、所定数（例えば、分岐ブレーカの総数の一部）の分岐ブレーカに対応して電流センサを設けるようにしてもよい。
【００１６】
図１において、主幹ブレーカ１１の一次側はケーブル１０を介して電源供給を受け、二次側はケーブル１２を介して複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと接続される。
【００１７】
各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎは、電路のオンまたはオフを切り替えるスイッチを備える。分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各スイッチは、通常はオン状態となっており、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側に接続される機器（不図示）に電源を供給するようになっている。これにより、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側に接続された機器に流れる電流の総和の電流として、負荷電流が流れる。なお、機器としては、例えば、照明器具、冷蔵庫、エアコン、洗濯機などがある。
【００１８】
各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷電流値が検出可能となっている。各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎとしては、例えば、シャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなど、さまざま種類の電流センサを適用することが可能であるが、例えば、直流と交流のいずれも検知可能で、かつ、発熱や電力の損失の少ない磁気センサを用いた電流センサを適用するのが好ましい。その中でも、磁性体コアを有さない磁気センサを用いた電流センサを用いると、分電盤の小型化を実現し易くなるので好ましい。各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの構成については、後に詳細に説明する。
【００１９】
また、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、演算装置１５ａ，・・・，１５ｇのいずれかと接続され、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、接続される電流センサから、負荷電流に応じた値を入力するようになっている。これにより、演算装置と電流センサの数は同じではなく、演算装置の数（図１では、例えば、演算装置１５ａ，・・・，１５ｇの７台）は、電流センサの数（図１では、例えば、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの１４台）より少なくすることができる。演算装置の数と電流センサの数の比は、１：２とした上記の例に限定されない。演算装置の数と電流センサの数の比において、演算装置の数の比を１としたときに、電流センサの数の比を３以上としてもよい。この場合において、例えば電流センサの数の比を４以上とすれば、周辺回路の規模やプリント基板の面積を大幅に削減できるという効果がある。
【００２０】
なお、図１では電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのうちの一部の電流センサの接続先のみを表示してある。すなわち、演算装置１５ａは、例えば電流センサ１４ａ，１４ｂと接続され、演算装置１５ｇは、例えば電流センサ１４ｎと接続されている
【００２１】
[演算装置の構成]
各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎで検出された値に基づいて、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側の電力の使用状態を演算する。電力の使用状態としては、瞬時電力や積算の電力使用量、電気料金、負荷電流値などがある。
【００２２】
各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成されており、ＡＣ／ＤＣ回路、メモリおよびプロセッサなどを備える。
【００２３】
メモリは、例えば電流センサの温度特性データを保持しており、プロセッサは、その温度特性データに基づいて、電流センサの出力値を補正するようにしてもよい。この場合、電流センサの出力値が補正されることになるので、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇでは、より正確な電力の使用状態が得られ、好ましい結果を得る。
【００２４】
なお、図１では、複数の演算装置の各々が複数の電流センサからの信号をモニタ（監視）する場合について説明したが、例えば１つの演算装置が、複数の電流センサからの信号をモニタするように構成してもよい。この構成を採用し、さらに演算装置に高精度の補正回路を設けるようにしてもよい。この場合、各電流センサに高精度の補正回路を各々設ける必要がなくなるので、分電盤システムトータルの最適化や、分電盤システムの小型化を実現できる。
【００２５】
１つの演算装置が複数の電流センサからの信号を読みとるには、例えばマルチプレクサなどを利用し、シリアル通信で当該信号のやり取りを行うようにしてもよいし、アナログ信号を複数並列処理してもよい。
【００２６】
電流センサからの信号については、演算装置に内蔵したＡＤコンバータでデジタル化し、温度補正などを行うようにすれば、高精度に電力演算を行うことも可能である。
【００２７】
本実施形態では、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、例えば、接続先の電流センサに電源を供給するようになっている。このような構成をとることで、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの電源変動に連動して、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇが電力演算を行うようにし、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎへの電源変動が生じた場合でも、より高精度な電力演算が可能となる。なお、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎへの電源供給は、図１に示した構成に限られず、周辺ノイズの影響をうけない電源回路（レギュレータなど）を設けておき、その電源回路から行う構成を適用することもできる。
【００２８】
[電流センサの構成]
次に、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの構成について図２および図３を参照して説明する。本実施形態では、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、磁気センサを用いており、磁性体コアを有さない構成を例にとって説明するが、それ以外の電流センサを適用することも可能である。ただし、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎが、電力損失や発熱を生じない電流センサであり、分電盤のサイズを最小とすることができるので好適である。
【００２９】
分電盤の小型化は年々進められており、１つの分岐ブレーカの幅は、１６ｍｍ程度まで小さくなっている。従来のコイル式電流センサの場合、一辺の長さが２０ｍｍを超えるため、分岐ブレーカ内にコイル式電流センサを設置することができなかった。一方、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの場合は、厚さを例えば０．５〜３ｍｍ程度とすることができるので、各分岐ブレーカ内に電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎを設置することが可能となる。したがって、分電盤１００全体の小型化に大きく貢献することができる。
【００３０】
なお、以下の説明において、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの各々に共通の説明では、各電流センサが電流センサ２００として参照される。
【００３１】
図２は、電流センサ２００の構成例を示す図である。図３の電流センサ２００における側面および断面の一例を示す図であって、（Ａ）は電流センサ２００の側面図、（Ｂ）は図２のIIIB-IIIB線に沿った断面図を示す。
【００３２】
図２に示すように、電流センサ２００は、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを有する一次導体２１０と、ホール素子等の磁電変換素子２３０Ａを支持するための支持部２２０Ａおよびリード端子２２０Ｂを有する信号端子側部材２２０と、支持部２２０Ａに配置され、電流経路２１０Ａを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子２３０Ａを有するＩＣチップ２３０とを備える。一次導体２１０、信号端子側部材２２０、およびＩＣチップ２３０を樹脂２４０でモールドして、電流センサ２００が形成される。ＩＣチップ２３０および樹脂２４０を除いた部分が電流センサ用基板である。
【００３３】
電流経路２１０Ａは、平面視において支持部２２０Ａと重複しないように、支持部２２０Ａに近接して配置されている。また、電流経路２１０Ａは、図３（Ａ）の側面図及び図３（Ｂ）の断面図から分かるように、側面視において支持部２２０Ａと高さが異なる。
【００３４】
電流経路２１０Ａに被測定電流が流れると、Ｕ字形の電流経路２１０Ａ内側の中心付近は磁束密度が高くなり電流検出感度が向上するため、磁電変換素子２３０Ａは、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。また、ＩＣチップ２３０は、側面視において支持部２２０Ａから突出しており、平面視において電流経路２１０Ａと重複する。
【００３５】
電流センサ２００においては、信号端子側部材２２０が、支持部２２０Ａとリード端子２２０Ｂとの間に段差部２２０Ｃを有する。例えば信号端子側部材２２０のフォーミングにより、２０〜１００μｍ程度の段差部２２０Ｃを設けることができる。これにより、電流経路２１０ＡとＩＣチップ２３０との間にクリアランスが得られる。このクリアランスは、一次導体２１０とＩＣチップ２３０との間の絶縁を保証し、パッケージ内部における高い耐圧の維持を可能にする。段差部２２０Ｃが存在しない場合、一次導体２１０の導電経路２１０ＡとＩＣチップ２３０が接触することになり、ＩＣチップ２３０の裏面に予め絶縁シートを貼ったとしても絶縁耐圧が低く、絶縁破壊し易くなってしまう。改善策として、予め一次導体２１０に絶縁シートを貼ることも考えられる。
【００３６】
また、電流センサ２００は、一次導体２１０と信号処理回路で使用している電源の０Ｖに接続されたＩＣチップ２１０の裏面とが向き合っているため、ＩＣチップ２１０の表面に形成したＩＣ回路は一次導体２１０からシールドされる構造となり、一次導体２１０に流れる被測定電流源に含まれる電圧ノイズを新たな部品を用いることなく効率的に遮断することが可能となるため、分電盤を小型化する上でより適した電流センサである。
【００３７】
また、電流センサ２００は、電流経路に流れる被測定電流に比例した出力のみならず、電流センサ２００の周辺温度信号も出力することで、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、電流センサ２００の温度特性を考慮することができ、高精度な電力演算が可能となる。各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに流れる電流値が異なっている場合は、各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに設けられた電流センサ２００の内部温度は、発熱量が違い結果として異なる。各電流センサ２００に一律の温度補正を考慮する場合と比較し、各電流センサ２００の周辺温度信号が得られることで、高精度な電力演算が実現できる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の分電盤１００によれば、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのいずれかの電流センサと接続され、接続先の電流センサの出力値に基づいて各分岐系統の電力の使用状態を演算する。すなわち、演算装置は、電流センサの数よりも少なくなるように設けられる。したがって、演算装置の数を少なくすることができるため、分電盤１００の小型化を実現できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。本実施形態における分電盤１００Ａは、分岐ブレーカ内に電流センサを組み込んだ構成が第１実施形態のものと異なる。
【００４０】
以下では、本実施形態における分電盤の構成について、第１実施形態のものとの差異を中心に説明する。まず、本実施形態における分岐ブレーカの構成について、図４を参照して説明する。
【００４１】
図４は、第２実施形態における分電盤１００Ａの構成例を示す図である。
分電盤１００Ａは、図１に示したものと同様に、主幹ブレーカ１１と、この主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続された複数の分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎと、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの負荷側に接続された複数の電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎと、電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎのうちのいずれかの電流センサの出力値を入力する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを備える。
【００４２】
一方、図１に示したものと異なり、本実施形態の分電盤１００Ａでは、電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎは、それぞれ、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎに組み込まれる。
【００４３】
[分岐ブレーカの構成]
次に、本実施形態における分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの構成について、図５を参照して説明する。
【００４４】
図５は、分岐ブレーカ１６ａを正面からみたときの分岐ブレーカ１６ａの構成例を示す図である。なお、各分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの構成は同一である。
【００４５】
図５に示すように、分岐ブレーカ１６ａは、プリント基板２０１と、ケーブル１２で接続されるスイッチ２１１と、電流センサ１７ａとを有する。プリント基板２０１には、プリント配線２０２が施され、電流センサ１７ａは、プリント配線２０２を介してスイッチ２１１に接続される。
【００４６】
この分岐ブレーカ１６ａでは、スイッチ２１１は、スイッチの作動方向が正面となるように配置されるとともに、プリント基板２０１および電流センサ１７ａは、そのスイッチ２１１の作動方向とは直交するように配置される。すなわち、プリント基板２０１および電流センサ１７ａは、分岐ブレーカ１７ａの側面に設けられる。これにより、分岐ブレーカ１６ａの幅Ｗを小さくすることが可能となる。本実施形態では、一例として、概ねＷ＝１６ｍｍとする。
【００４７】
図５において、Ｈは、プリント基板２０１の底面からプリント配線２０２の露出面までの距離を表している。本実施形態では、一例として、概ねＨ＝５ｍｍとする。なお、上述したＷ、Ｈの値は、変更することもできる。
【００４８】
[分岐ブレーカ内の各電流センサの位置関係]
次に、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎの位置関係について、図６を参照して説明する。
【００４９】
図６は、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎの位置関係の一例を示す図である。
【００５０】
図６の例では、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎは連結され、隣接する分岐ブレーカ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，・・・，１７ｎは、取り付け位置が互いに異なるように配置されている。例えば、電流センサ１７ｂ，１７ｃの中心のずれは、距離ｄとなっている。これにより、隣接する分岐ブレーカから生じる漏れ磁束の影響を低減させることが可能となる。この実施形態では、距離ｄを、例えば５ｍｍ以上とした場合に、シミュレーションの結果から、漏れ磁束の影響をほぼ無視することができるようになる。
【００５１】
さらに分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎは、磁気シールドを施してもよい。
【００５２】
図７は、分岐ブレーカ１６ａに磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図であって、（ａ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合と、（ｃ）は電流センサ１７ａを覆うように磁気シールド２０５を施した場合と、（ｄ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の内面全部に磁気シールド２０６を施した場合とを示す。なお、分岐ブレーカ１６ｂ，・・・，１６ｎについても、分岐ブレーカ１６ａと同様の方法で磁気シールドを施すことができる。
【００５３】
図７に示すように、分岐ブレーカ１６ａでは、フレーム枠の一部または全部に、例えば磁気シールドシートが取り付けられることによって、上述した磁気シールド２０３，２０４，２０５，２０６が施される。磁気シールドシート以外に、鉄やケイ素鋼板など磁性体の薄板で構成することも可能である。なお、磁気シールドシートの位置は、電流センサに外乱の磁気ノイズが発生しないようにすることができれば、上述した例に限られない。
【００５４】
図８は、磁気シールドが施された分岐ブレーカ１６ａの例を示す斜視図であって、（ａ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合とを示す。なお、図８の（ａ）は図７（ａ）に表示された例を示し、（ｂ）は図７（ｂ）に表示された例に対応して示している。
【００５５】
図８に示すように、分岐ブレーカ１６ａでは、フレーム枠の一側面または両側面に、磁気シールド２０３，２０４が施されることによって、シールド効果が得られる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の分電盤１００Ａによれば、電流センサと磁気シールドを分岐ブレーカ内に設けることができる。
【００５７】
次に、電流センサ２００の変形例１，２，３について説明する。
（変形例１）
図９（Ａ）は、図３の電流センサ２００の変形例１を示す図である。図９（Ａ）に示す電流センサ６００は、ＩＣチップ６３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ６３０は、支持部２２０Ａに配置した際に、第１の磁電変換素子６３０Ａが、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子６３０Ｂが、電流経路２１０ＡのＵ字形の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。図１０に、図９（Ａ）のＸ-Ｘ線に沿った断面図を示す。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第１の磁電変換素子６３０Ａの位置の磁束密度をＢ１ｓ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの位置の磁束密度をＢ２ｓとする。外来磁気ノイズにより発生する磁束密度をそれぞれＢ１ｎ、Ｂ２ｎとすると、第１の磁電変換素子６３０Ａ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの出力Ｖｏ１、Ｖｏ２は、
Ｖｏ１＝ｋ１×（Ｂ１ｓ＋Ｂ１ｎ）＋Ｖｕ１
Ｖｏ２＝ｋ２×（-Ｂ２ｓ＋Ｂ２ｎ）＋Ｖｕ２
となる。但し、ｋ１、ｋ２は各々の磁電変換素子の感度係数、Ｖｕ１、Ｖｕ２は各々の磁電変換素子のオフセット値である。
【００５８】
ここで、双方の磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２が成り立つとし、
双方の磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎと近似したときのＶｏ１−Ｖｏ２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-Ｖｏ２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋Ｂ２ｓ）
となり、外来磁場によるノイズが消えるとともに、Ｕ字形内側の第１の磁電変換素子６３０Ａのみの場合よりも大きな信号が得られるので、電流センサの感度向上につながる。
【００５９】
また、図９（Ｂ）に第１の実施形態に係る電流センサ２００のもう一つの変形例として磁電変換素子を３つ用いた例を示す。電流センサ７００は、ＩＣチップ７３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ７３０は、支持部２２０Ａに配置された際に、第１の磁電変換素子７３０Ａが平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子７３０Ｂ及び第３の磁電変換素子７３０Ｃが、電流経路２１０ＡのＵ字形の両端の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置の磁束密度をＢ３ｓとし、外来磁気ノイズにより第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置で発生する磁束密度をＢ３ｎとする。
ここで、３つの磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２＝Ｖｕ３が成り立つとし、３つの磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎ＝Ｂ３ｎと近似して、Ｖｏ１−（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋（Ｂ２ｓ＋Ｂ３ｓ）／２）
となり、２つの場合と同様に外来磁場によるノイズが消え電流センサの感度も向上するとともに、１次導体２１０とＩＣチップ７３０の位置関係が３つの磁電変換素子の配置方向にズレが生じた場合でも、出力Ｖｏの変動レベルを極力抑えることができるようになる。
【００６０】
また、電流経路の構成は、磁電変換素子を囲むように構成することができれば、電流経路２１０ＡにはＵ字形電流経路の一形態であるコの字形の電流経路を使用しても良い。
【００６１】
（変形例２）
図１１は、電流センサ２００の変形例２を示す図である。図１１に示す電流センサ８００が、図３の電流センサ２００と異なるのは、ＩＣチップ２３０が側面視において支持部２２０Ａから突出する代わりに、信号端子側部材２２０の支持部８２０Ａが、切欠部８２０Ａ’を有し、電流経路２１０Ａが、平面視において切欠部８２０Ａ’部分に突出している点である。したがって、ＩＣチップ２３０は突出しないものの、平面視において、ＩＣチップ２３０と電流経路２１０Ａは重複する。図１２（Ａ）に側面図、図１２（Ｂ）に断面図を示す。第１の実施形態と比較して側面視において高さの異なる電流経路２１０Ａが、平面視において切欠部８２０Ａ’に突出しているため、ＩＣチップ内の磁電変換素子の配置に自由度が生まれ、ＩＣチップのより内側に磁電変換素子を配置できるようになるため、応力起因によるオフセットへの影響を低減することができる。また支持部とＩＣチップとの接着面積が増えるためＩＣチップをより安定に支持することが可能となり、製造工程上余裕のある構成といえる。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様に、ＩＣチップ２３０を、磁電変換素子を２つ有するＩＣチップ６３０や磁電変換素子を３つ有するＩＣチップ７３０とすることもできる。
【００６３】
（変形例３）
図１３は、電流センサ２００の変形例３を示す図である。図１３に示す電流センサ３００では、図３の電流センサ２００と異なり、ホール素子等の磁電変換素子３３０ＡがＩＣチップ３３０に含まれておらず、別個に設けられている。この実施形態の電流センサ３００は、ＩＣとのハイブリッド構造で構成されている。
【００６４】
支持部２２０Ａは、Ｕ字形の開口部２１０Ｃに挿入された第１の支持部２２０Ａ’と、第１の支持部２２０Ａ’に隣接し、開口部２１０Ｃに挿入されていない第２の支持部２２０Ａ”とを有する。第１の支持部２２０Ａ’には、電流経路２１０Ａを流れる電流から誘導される磁束を検出する磁電変換素子３３０Ａが配置され、第２の支持部２２０Ａ”には、磁電変換素子３３０Ａからの出力信号を処理するためのＩＣチップ３３０が配置される。磁電変換素子３３０Ａは、平面視において電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。
【００６５】
変形例３の電流センサ３００は、磁電変換素子３３０Ａのみが配置され、電流経路２１０Ａの開口部２１０Ｃに挿入される第１の支持部２２０Ａ’と、信号処理用のＩＣチップ３３０が配置され、開口部２１０Ｃに挿入されない第２の支持部２２０Ａ”とに分け、磁電変換素子３３０Ａとして、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の感度の高い化合物半導体の磁気センサを用いる。これにより、電流経路２１０Ａを流れる電流の測定精度を向上させることができる。
【００６６】
加えて、開口部２１０Ｃに挿入する必要があるのはＩＣチップ３３０ではなく磁場変換素子３３０Ａのみであるため、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを小さく、且つ全長を短くすることができる。電流経路２１０Ａが小型化すると、Ｕ字形の内側における磁場集中が高まり、電流の検出感度向上が得られるうえ、発熱の影響も軽減することが可能である。
【００６７】
変形例３の電流センサ３００では、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａが電流センサ３００の上面から見て二次元的に重なる配置になっておらず、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａの間隔が広がるため、一次導体２１０に対してより高い耐圧を確保することができる。また微細プロセスからなるＩＣチップ３３０が一次導体２１０から更に遠くに離れているため、一次導体２１０から発生するノイズの影響を低減することができ、しかも一次導体２１０に電流が流れることによる発熱の影響も小さくなることから信頼性が更に高まる。そのため、電流センサ３００は、小型分電盤を実現するのにより適した電流センサである。
【００６８】
以上、実施形態１，２および変形例１〜３を詳述してきたが、具体的な構成は上述の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他の用途への適用なども含まれる。
【００６９】
例えば、電流センサ２００は、直流電流および交流電流の計測が可能な構成を例にとって説明したが、例えば、直流電流のみ、または、交流電流のみの計測が可能な構成としてもよい。あるいは、電流センサ２００は、ホールセンサ以外の磁気センサを用いて構成するようにしてもよい。
【００７０】
分電盤１００，１００Ａは、主幹ブレーカ１１を含んでいる場合を例にとって説明したが、主幹ブレーカ１１を有しないで構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１１ 主幹ブレーカ
１３ａ〜１３ｎ，１６ａ〜１６ｎ 分岐ブレーカ
１４ａ〜１４ｎ，１７ａ〜１７ｎ，２００，３００，６００ 電流センサ
１５ａ〜１５ｇ 演算装置
１００，１００Ａ 分電盤
２１０ 一次導体
２１０Ａ 電流経路
２２０ 信号端子側部材
２２０Ａ 支持部
２２０Ｂ リード端子
２２０Ｃ 段差部
２３０ ＩＣチップ
２３０Ａ 磁電変換素子
６３０ ＩＣチップ
【背景技術】
【０００１】
本発明は、分電盤に関し、特に分岐ブレーカの二次側の電流値を検出する電流センサを備えた分電盤に関する。
【０００２】
従来、電流センサを分電盤に取り付けることによって分岐系統の電流値を計測し、分岐系統の電流値を監視する分電盤が知られている。例えば、特許文献１では、複数の分岐ブレーカと、各分岐ブレーカに設けられた電流センサと、各電流センサの出力値から電力使用量を演算するサーバとを備えた分電盤が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、複数の分岐ブレーカと、各分岐ブレーカに導電バーを介して接続された複数の電流センサとを備えた分電盤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２０４２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−３６０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に開示された分電盤のように、電流センサを利用することによって分岐系統の電流値を監視する分電盤は従来から存在したものの、通常使用されるコイル式の電流センサはサイズが大きく、また分岐ブレーカ毎に電力演算をする周辺回路を設けているので、分電盤の小型化を実現できていない。
【０００６】
そこで本発明は、小型化が可能な分電盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための分電盤は、主幹ブレーカの二次側で分岐し、上記主幹ブレーカと接続可能に構成された複数の分岐ブレーカと、上記複数の分岐ブレーカのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサと、上記各電流センサで検出された値に基づいて、上記各分岐ブレーカの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置と、を含む。
【０００８】
上記電流センサとしては、例えばシャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなどがある。上記電流センサにおいて、直流電流および交流電流の計測が可能であるようにしてもよい。この場合、直流成分のオフセット電圧の検出が可能になる等、より好適な分電盤を構成することとなる。あるいは、上記電流センサを、磁気センサを用いた構成としてもよい。この場合、シャント抵抗で発生する電力ロスもなく、発熱も起きないこととなるのでより好ましい。あるいは、上記電流センサは、上記分岐ブレーカに組み込むようにしてもよい。この場合、分電盤を小型化することが可能になる。
【０００９】
上記分岐ブレーカは、スイッチを有しており、上記電流センサは、上記スイッチの作動方向とは直交するように取り付けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、分電盤の小型化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における分電盤の構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態における電流センサの構成例を示す図である。
【図３】図２の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態における分電盤の概略構成例を示す図である。
【図５】第２実施形態における分岐ブレーカの構成例を示す図である。
【図６】第２実施形態において、複数の分岐ブレーカ内の各電流センサの位置関係の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態において、分岐ブレーカに磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図である。
【図８】磁気シールドが施された分岐ブレーカの例を示す斜視図である。
【図９】電流センサの変形例１を示す図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った電流センサの断面図である。
【図１１】電流センサの変形例２を示す図である。
【図１２】図１１の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。
【図１３】電流センサの変形例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の分電盤の一実施形態を、図面を参照して説明する。実施形態に係る分電盤１００は、例えば家庭等に設けられ、分岐系統の電流値から分岐系統の電力使用量等を演算するための分電盤である。
【００１３】
[分電盤の構成]
図１は、第１実施形態における分電盤１００の構成例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、この分電盤１００は、主幹ブレーカ１１と、この主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続された複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと、各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの負荷側（二次側）に接続された複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎと、複数の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのうちのいずれかの電流センサの出力値を入力する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを備える。
【００１５】
なお、図１では、電流センサ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎは、それぞれ、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに対応して設けられている場合について示しているが、所定数（例えば、分岐ブレーカの総数の一部）の分岐ブレーカに対応して電流センサを設けるようにしてもよい。
【００１６】
図１において、主幹ブレーカ１１の一次側はケーブル１０を介して電源供給を受け、二次側はケーブル１２を介して複数の分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎと接続される。
【００１７】
各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎは、電路のオンまたはオフを切り替えるスイッチを備える。分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各スイッチは、通常はオン状態となっており、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側に接続される機器（不図示）に電源を供給するようになっている。これにより、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側に接続された機器に流れる電流の総和の電流として、負荷電流が流れる。なお、機器としては、例えば、照明器具、冷蔵庫、エアコン、洗濯機などがある。
【００１８】
各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷電流値が検出可能となっている。各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎとしては、例えば、シャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなど、さまざま種類の電流センサを適用することが可能であるが、例えば、直流と交流のいずれも検知可能で、かつ、発熱や電力の損失の少ない磁気センサを用いた電流センサを適用するのが好ましい。その中でも、磁性体コアを有さない磁気センサを用いた電流センサを用いると、分電盤の小型化を実現し易くなるので好ましい。各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの構成については、後に詳細に説明する。
【００１９】
また、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、演算装置１５ａ，・・・，１５ｇのいずれかと接続され、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、接続される電流センサから、負荷電流に応じた値を入力するようになっている。これにより、演算装置と電流センサの数は同じではなく、演算装置の数（図１では、例えば、演算装置１５ａ，・・・，１５ｇの７台）は、電流センサの数（図１では、例えば、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの１４台）より少なくすることができる。演算装置の数と電流センサの数の比は、１：２とした上記の例に限定されない。演算装置の数と電流センサの数の比において、演算装置の数の比を１としたときに、電流センサの数の比を３以上としてもよい。この場合において、例えば電流センサの数の比を４以上とすれば、周辺回路の規模やプリント基板の面積を大幅に削減できるという効果がある。
【００２０】
なお、図１では電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのうちの一部の電流センサの接続先のみを表示してある。すなわち、演算装置１５ａは、例えば電流センサ１４ａ，１４ｂと接続され、演算装置１５ｇは、例えば電流センサ１４ｎと接続されている
【００２１】
[演算装置の構成]
各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、各電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎで検出された値に基づいて、分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎの各負荷側の電力の使用状態を演算する。電力の使用状態としては、瞬時電力や積算の電力使用量、電気料金、負荷電流値などがある。
【００２２】
各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成されており、ＡＣ／ＤＣ回路、メモリおよびプロセッサなどを備える。
【００２３】
メモリは、例えば電流センサの温度特性データを保持しており、プロセッサは、その温度特性データに基づいて、電流センサの出力値を補正するようにしてもよい。この場合、電流センサの出力値が補正されることになるので、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇでは、より正確な電力の使用状態が得られ、好ましい結果を得る。
【００２４】
なお、図１では、複数の演算装置の各々が複数の電流センサからの信号をモニタ（監視）する場合について説明したが、例えば１つの演算装置が、複数の電流センサからの信号をモニタするように構成してもよい。この構成を採用し、さらに演算装置に高精度の補正回路を設けるようにしてもよい。この場合、各電流センサに高精度の補正回路を各々設ける必要がなくなるので、分電盤システムトータルの最適化や、分電盤システムの小型化を実現できる。
【００２５】
１つの演算装置が複数の電流センサからの信号を読みとるには、例えばマルチプレクサなどを利用し、シリアル通信で当該信号のやり取りを行うようにしてもよいし、アナログ信号を複数並列処理してもよい。
【００２６】
電流センサからの信号については、演算装置に内蔵したＡＤコンバータでデジタル化し、温度補正などを行うようにすれば、高精度に電力演算を行うことも可能である。
【００２７】
本実施形態では、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、例えば、接続先の電流センサに電源を供給するようになっている。このような構成をとることで、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの電源変動に連動して、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇが電力演算を行うようにし、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎへの電源変動が生じた場合でも、より高精度な電力演算が可能となる。なお、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎへの電源供給は、図１に示した構成に限られず、周辺ノイズの影響をうけない電源回路（レギュレータなど）を設けておき、その電源回路から行う構成を適用することもできる。
【００２８】
[電流センサの構成]
次に、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの構成について図２および図３を参照して説明する。本実施形態では、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎは、磁気センサを用いており、磁性体コアを有さない構成を例にとって説明するが、それ以外の電流センサを適用することも可能である。ただし、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎが、電力損失や発熱を生じない電流センサであり、分電盤のサイズを最小とすることができるので好適である。
【００２９】
分電盤の小型化は年々進められており、１つの分岐ブレーカの幅は、１６ｍｍ程度まで小さくなっている。従来のコイル式電流センサの場合、一辺の長さが２０ｍｍを超えるため、分岐ブレーカ内にコイル式電流センサを設置することができなかった。一方、本実施形態の電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの場合は、厚さを例えば０．５〜３ｍｍ程度とすることができるので、各分岐ブレーカ内に電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎを設置することが可能となる。したがって、分電盤１００全体の小型化に大きく貢献することができる。
【００３０】
なお、以下の説明において、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎの各々に共通の説明では、各電流センサが電流センサ２００として参照される。
【００３１】
図２は、電流センサ２００の構成例を示す図である。図３の電流センサ２００における側面および断面の一例を示す図であって、（Ａ）は電流センサ２００の側面図、（Ｂ）は図２のIIIB-IIIB線に沿った断面図を示す。
【００３２】
図２に示すように、電流センサ２００は、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを有する一次導体２１０と、ホール素子等の磁電変換素子２３０Ａを支持するための支持部２２０Ａおよびリード端子２２０Ｂを有する信号端子側部材２２０と、支持部２２０Ａに配置され、電流経路２１０Ａを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子２３０Ａを有するＩＣチップ２３０とを備える。一次導体２１０、信号端子側部材２２０、およびＩＣチップ２３０を樹脂２４０でモールドして、電流センサ２００が形成される。ＩＣチップ２３０および樹脂２４０を除いた部分が電流センサ用基板である。
【００３３】
電流経路２１０Ａは、平面視において支持部２２０Ａと重複しないように、支持部２２０Ａに近接して配置されている。また、電流経路２１０Ａは、図３（Ａ）の側面図及び図３（Ｂ）の断面図から分かるように、側面視において支持部２２０Ａと高さが異なる。
【００３４】
電流経路２１０Ａに被測定電流が流れると、Ｕ字形の電流経路２１０Ａ内側の中心付近は磁束密度が高くなり電流検出感度が向上するため、磁電変換素子２３０Ａは、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。また、ＩＣチップ２３０は、側面視において支持部２２０Ａから突出しており、平面視において電流経路２１０Ａと重複する。
【００３５】
電流センサ２００においては、信号端子側部材２２０が、支持部２２０Ａとリード端子２２０Ｂとの間に段差部２２０Ｃを有する。例えば信号端子側部材２２０のフォーミングにより、２０〜１００μｍ程度の段差部２２０Ｃを設けることができる。これにより、電流経路２１０ＡとＩＣチップ２３０との間にクリアランスが得られる。このクリアランスは、一次導体２１０とＩＣチップ２３０との間の絶縁を保証し、パッケージ内部における高い耐圧の維持を可能にする。段差部２２０Ｃが存在しない場合、一次導体２１０の導電経路２１０ＡとＩＣチップ２３０が接触することになり、ＩＣチップ２３０の裏面に予め絶縁シートを貼ったとしても絶縁耐圧が低く、絶縁破壊し易くなってしまう。改善策として、予め一次導体２１０に絶縁シートを貼ることも考えられる。
【００３６】
また、電流センサ２００は、一次導体２１０と信号処理回路で使用している電源の０Ｖに接続されたＩＣチップ２１０の裏面とが向き合っているため、ＩＣチップ２１０の表面に形成したＩＣ回路は一次導体２１０からシールドされる構造となり、一次導体２１０に流れる被測定電流源に含まれる電圧ノイズを新たな部品を用いることなく効率的に遮断することが可能となるため、分電盤を小型化する上でより適した電流センサである。
【００３７】
また、電流センサ２００は、電流経路に流れる被測定電流に比例した出力のみならず、電流センサ２００の周辺温度信号も出力することで、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、電流センサ２００の温度特性を考慮することができ、高精度な電力演算が可能となる。各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに流れる電流値が異なっている場合は、各分岐ブレーカ１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｎに設けられた電流センサ２００の内部温度は、発熱量が違い結果として異なる。各電流センサ２００に一律の温度補正を考慮する場合と比較し、各電流センサ２００の周辺温度信号が得られることで、高精度な電力演算が実現できる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の分電盤１００によれば、各演算装置１５ａ，・・・，１５ｇは、電流センサ１４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｎのいずれかの電流センサと接続され、接続先の電流センサの出力値に基づいて各分岐系統の電力の使用状態を演算する。すなわち、演算装置は、電流センサの数よりも少なくなるように設けられる。したがって、演算装置の数を少なくすることができるため、分電盤１００の小型化を実現できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。本実施形態における分電盤１００Ａは、分岐ブレーカ内に電流センサを組み込んだ構成が第１実施形態のものと異なる。
【００４０】
以下では、本実施形態における分電盤の構成について、第１実施形態のものとの差異を中心に説明する。まず、本実施形態における分岐ブレーカの構成について、図４を参照して説明する。
【００４１】
図４は、第２実施形態における分電盤１００Ａの構成例を示す図である。
分電盤１００Ａは、図１に示したものと同様に、主幹ブレーカ１１と、この主幹ブレーカ１１の二次側で分岐し、主幹ブレーカ１１と接続された複数の分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎと、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの負荷側に接続された複数の電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎと、電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎのうちのいずれかの電流センサの出力値を入力する演算装置１５ａ，・・・，１５ｇとを備える。
【００４２】
一方、図１に示したものと異なり、本実施形態の分電盤１００Ａでは、電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎは、それぞれ、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎに組み込まれる。
【００４３】
[分岐ブレーカの構成]
次に、本実施形態における分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの構成について、図５を参照して説明する。
【００４４】
図５は、分岐ブレーカ１６ａを正面からみたときの分岐ブレーカ１６ａの構成例を示す図である。なお、各分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎの構成は同一である。
【００４５】
図５に示すように、分岐ブレーカ１６ａは、プリント基板２０１と、ケーブル１２で接続されるスイッチ２１１と、電流センサ１７ａとを有する。プリント基板２０１には、プリント配線２０２が施され、電流センサ１７ａは、プリント配線２０２を介してスイッチ２１１に接続される。
【００４６】
この分岐ブレーカ１６ａでは、スイッチ２１１は、スイッチの作動方向が正面となるように配置されるとともに、プリント基板２０１および電流センサ１７ａは、そのスイッチ２１１の作動方向とは直交するように配置される。すなわち、プリント基板２０１および電流センサ１７ａは、分岐ブレーカ１７ａの側面に設けられる。これにより、分岐ブレーカ１６ａの幅Ｗを小さくすることが可能となる。本実施形態では、一例として、概ねＷ＝１６ｍｍとする。
【００４７】
図５において、Ｈは、プリント基板２０１の底面からプリント配線２０２の露出面までの距離を表している。本実施形態では、一例として、概ねＨ＝５ｍｍとする。なお、上述したＷ、Ｈの値は、変更することもできる。
【００４８】
[分岐ブレーカ内の各電流センサの位置関係]
次に、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎの位置関係について、図６を参照して説明する。
【００４９】
図６は、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，・・・，１７ｎの位置関係の一例を示す図である。
【００５０】
図６の例では、分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎは連結され、隣接する分岐ブレーカ内の各電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，・・・，１７ｎは、取り付け位置が互いに異なるように配置されている。例えば、電流センサ１７ｂ，１７ｃの中心のずれは、距離ｄとなっている。これにより、隣接する分岐ブレーカから生じる漏れ磁束の影響を低減させることが可能となる。この実施形態では、距離ｄを、例えば５ｍｍ以上とした場合に、シミュレーションの結果から、漏れ磁束の影響をほぼ無視することができるようになる。
【００５１】
さらに分岐ブレーカ１６ａ，１６ｂ，・・・，１６ｎは、磁気シールドを施してもよい。
【００５２】
図７は、分岐ブレーカ１６ａに磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図であって、（ａ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合と、（ｃ）は電流センサ１７ａを覆うように磁気シールド２０５を施した場合と、（ｄ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の内面全部に磁気シールド２０６を施した場合とを示す。なお、分岐ブレーカ１６ｂ，・・・，１６ｎについても、分岐ブレーカ１６ａと同様の方法で磁気シールドを施すことができる。
【００５３】
図７に示すように、分岐ブレーカ１６ａでは、フレーム枠の一部または全部に、例えば磁気シールドシートが取り付けられることによって、上述した磁気シールド２０３，２０４，２０５，２０６が施される。磁気シールドシート以外に、鉄やケイ素鋼板など磁性体の薄板で構成することも可能である。なお、磁気シールドシートの位置は、電流センサに外乱の磁気ノイズが発生しないようにすることができれば、上述した例に限られない。
【００５４】
図８は、磁気シールドが施された分岐ブレーカ１６ａの例を示す斜視図であって、（ａ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）は分岐ブレーカ１６ａのフレーム枠の両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合とを示す。なお、図８の（ａ）は図７（ａ）に表示された例を示し、（ｂ）は図７（ｂ）に表示された例に対応して示している。
【００５５】
図８に示すように、分岐ブレーカ１６ａでは、フレーム枠の一側面または両側面に、磁気シールド２０３，２０４が施されることによって、シールド効果が得られる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の分電盤１００Ａによれば、電流センサと磁気シールドを分岐ブレーカ内に設けることができる。
【００５７】
次に、電流センサ２００の変形例１，２，３について説明する。
（変形例１）
図９（Ａ）は、図３の電流センサ２００の変形例１を示す図である。図９（Ａ）に示す電流センサ６００は、ＩＣチップ６３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ６３０は、支持部２２０Ａに配置した際に、第１の磁電変換素子６３０Ａが、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子６３０Ｂが、電流経路２１０ＡのＵ字形の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。図１０に、図９（Ａ）のＸ-Ｘ線に沿った断面図を示す。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第１の磁電変換素子６３０Ａの位置の磁束密度をＢ１ｓ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの位置の磁束密度をＢ２ｓとする。外来磁気ノイズにより発生する磁束密度をそれぞれＢ１ｎ、Ｂ２ｎとすると、第１の磁電変換素子６３０Ａ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの出力Ｖｏ１、Ｖｏ２は、
Ｖｏ１＝ｋ１×（Ｂ１ｓ＋Ｂ１ｎ）＋Ｖｕ１
Ｖｏ２＝ｋ２×（-Ｂ２ｓ＋Ｂ２ｎ）＋Ｖｕ２
となる。但し、ｋ１、ｋ２は各々の磁電変換素子の感度係数、Ｖｕ１、Ｖｕ２は各々の磁電変換素子のオフセット値である。
【００５８】
ここで、双方の磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２が成り立つとし、
双方の磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎと近似したときのＶｏ１−Ｖｏ２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-Ｖｏ２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋Ｂ２ｓ）
となり、外来磁場によるノイズが消えるとともに、Ｕ字形内側の第１の磁電変換素子６３０Ａのみの場合よりも大きな信号が得られるので、電流センサの感度向上につながる。
【００５９】
また、図９（Ｂ）に第１の実施形態に係る電流センサ２００のもう一つの変形例として磁電変換素子を３つ用いた例を示す。電流センサ７００は、ＩＣチップ７３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ７３０は、支持部２２０Ａに配置された際に、第１の磁電変換素子７３０Ａが平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子７３０Ｂ及び第３の磁電変換素子７３０Ｃが、電流経路２１０ＡのＵ字形の両端の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置の磁束密度をＢ３ｓとし、外来磁気ノイズにより第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置で発生する磁束密度をＢ３ｎとする。
ここで、３つの磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２＝Ｖｕ３が成り立つとし、３つの磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎ＝Ｂ３ｎと近似して、Ｖｏ１−（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋（Ｂ２ｓ＋Ｂ３ｓ）／２）
となり、２つの場合と同様に外来磁場によるノイズが消え電流センサの感度も向上するとともに、１次導体２１０とＩＣチップ７３０の位置関係が３つの磁電変換素子の配置方向にズレが生じた場合でも、出力Ｖｏの変動レベルを極力抑えることができるようになる。
【００６０】
また、電流経路の構成は、磁電変換素子を囲むように構成することができれば、電流経路２１０ＡにはＵ字形電流経路の一形態であるコの字形の電流経路を使用しても良い。
【００６１】
（変形例２）
図１１は、電流センサ２００の変形例２を示す図である。図１１に示す電流センサ８００が、図３の電流センサ２００と異なるのは、ＩＣチップ２３０が側面視において支持部２２０Ａから突出する代わりに、信号端子側部材２２０の支持部８２０Ａが、切欠部８２０Ａ’を有し、電流経路２１０Ａが、平面視において切欠部８２０Ａ’部分に突出している点である。したがって、ＩＣチップ２３０は突出しないものの、平面視において、ＩＣチップ２３０と電流経路２１０Ａは重複する。図１２（Ａ）に側面図、図１２（Ｂ）に断面図を示す。第１の実施形態と比較して側面視において高さの異なる電流経路２１０Ａが、平面視において切欠部８２０Ａ’に突出しているため、ＩＣチップ内の磁電変換素子の配置に自由度が生まれ、ＩＣチップのより内側に磁電変換素子を配置できるようになるため、応力起因によるオフセットへの影響を低減することができる。また支持部とＩＣチップとの接着面積が増えるためＩＣチップをより安定に支持することが可能となり、製造工程上余裕のある構成といえる。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様に、ＩＣチップ２３０を、磁電変換素子を２つ有するＩＣチップ６３０や磁電変換素子を３つ有するＩＣチップ７３０とすることもできる。
【００６３】
（変形例３）
図１３は、電流センサ２００の変形例３を示す図である。図１３に示す電流センサ３００では、図３の電流センサ２００と異なり、ホール素子等の磁電変換素子３３０ＡがＩＣチップ３３０に含まれておらず、別個に設けられている。この実施形態の電流センサ３００は、ＩＣとのハイブリッド構造で構成されている。
【００６４】
支持部２２０Ａは、Ｕ字形の開口部２１０Ｃに挿入された第１の支持部２２０Ａ’と、第１の支持部２２０Ａ’に隣接し、開口部２１０Ｃに挿入されていない第２の支持部２２０Ａ”とを有する。第１の支持部２２０Ａ’には、電流経路２１０Ａを流れる電流から誘導される磁束を検出する磁電変換素子３３０Ａが配置され、第２の支持部２２０Ａ”には、磁電変換素子３３０Ａからの出力信号を処理するためのＩＣチップ３３０が配置される。磁電変換素子３３０Ａは、平面視において電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。
【００６５】
変形例３の電流センサ３００は、磁電変換素子３３０Ａのみが配置され、電流経路２１０Ａの開口部２１０Ｃに挿入される第１の支持部２２０Ａ’と、信号処理用のＩＣチップ３３０が配置され、開口部２１０Ｃに挿入されない第２の支持部２２０Ａ”とに分け、磁電変換素子３３０Ａとして、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の感度の高い化合物半導体の磁気センサを用いる。これにより、電流経路２１０Ａを流れる電流の測定精度を向上させることができる。
【００６６】
加えて、開口部２１０Ｃに挿入する必要があるのはＩＣチップ３３０ではなく磁場変換素子３３０Ａのみであるため、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを小さく、且つ全長を短くすることができる。電流経路２１０Ａが小型化すると、Ｕ字形の内側における磁場集中が高まり、電流の検出感度向上が得られるうえ、発熱の影響も軽減することが可能である。
【００６７】
変形例３の電流センサ３００では、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａが電流センサ３００の上面から見て二次元的に重なる配置になっておらず、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａの間隔が広がるため、一次導体２１０に対してより高い耐圧を確保することができる。また微細プロセスからなるＩＣチップ３３０が一次導体２１０から更に遠くに離れているため、一次導体２１０から発生するノイズの影響を低減することができ、しかも一次導体２１０に電流が流れることによる発熱の影響も小さくなることから信頼性が更に高まる。そのため、電流センサ３００は、小型分電盤を実現するのにより適した電流センサである。
【００６８】
以上、実施形態１，２および変形例１〜３を詳述してきたが、具体的な構成は上述の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他の用途への適用なども含まれる。
【００６９】
例えば、電流センサ２００は、直流電流および交流電流の計測が可能な構成を例にとって説明したが、例えば、直流電流のみ、または、交流電流のみの計測が可能な構成としてもよい。あるいは、電流センサ２００は、ホールセンサ以外の磁気センサを用いて構成するようにしてもよい。
【００７０】
分電盤１００，１００Ａは、主幹ブレーカ１１を含んでいる場合を例にとって説明したが、主幹ブレーカ１１を有しないで構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１１ 主幹ブレーカ
１３ａ〜１３ｎ，１６ａ〜１６ｎ 分岐ブレーカ
１４ａ〜１４ｎ，１７ａ〜１７ｎ，２００，３００，６００ 電流センサ
１５ａ〜１５ｇ 演算装置
１００，１００Ａ 分電盤
２１０ 一次導体
２１０Ａ 電流経路
２２０ 信号端子側部材
２２０Ａ 支持部
２２０Ｂ リード端子
２２０Ｃ 段差部
２３０ ＩＣチップ
２３０Ａ 磁電変換素子
６３０ ＩＣチップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主幹ブレーカの二次側で分岐し、前記主幹ブレーカと接続可能に構成された複数の分岐ブレーカと、
前記複数の分岐ブレーカのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサと、
前記各電流センサで検出された値に基づいて、前記各分岐ブレーカの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置と、
を含むことを特徴とする分電盤。
【請求項２】
前記電流センサは、直流電流および交流電流の計測が可能であることを特徴とする請求項１に記載の分電盤。
【請求項３】
前記電流センサが、周囲温度信号も出力することを特徴とする請求項１または２に記載の分電盤。
【請求項４】
前記電流センサは、磁気センサを用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分電盤。
【請求項５】
前記電流センサは、前記分岐ブレーカに組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の分電盤。
【請求項６】
前記分岐ブレーカは、スイッチを有しており、前記電流センサは、前記スイッチの作動方向とは直交するように取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の分電盤。
【請求項７】
前記電流センサの厚さが０．５ｍｍ以上〜３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の分電盤。
【請求項８】
前記電流センサは、磁性体コアを有さないことを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の分電盤。
【請求項９】
前記電流センサは、電流センサ用基板、および、ＩＣチップを備え、
前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子が内蔵された信号処理ICを支持するための支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記支持部と重複しないように前記支持部に近接して配置され、側面視において前記支持部と高さが異なる電流センサ用基板とを有し、
前記ＩＣチップは、前記支持部に配置され、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有することを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１０】
前記電流センサは、化合物半導体を磁電変換素子に用い、信号処理用のＩＣとのハイブリッド構造で構成し、前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための第１の支持部と信号処理ICを支持するための第２の支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記第１の支持部と重複しないように前記第１の支持部に近接して配置された電流センサ用基板とを有し、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有することを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１１】
前記複数の分岐ブレーカが連結して取り付けられる場合、隣接する分岐ブレーカ内の各電流センサは、取り付け位置が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１２】
前記分岐ブレーカは、フレーム枠で構成されており、前記フレーム枠に磁気シールド処理が施されていることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１３】
前記演算装置は、ＡＤコンバータ回路を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１４】
前記演算装置は、前記電流センサの温度特性データを保持するメモリを備え、前記温度特性データに基づいて、前記電流センサの出力を補正するように構成されている請求項１ないし１３のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１５】
前記演算装置は、前記電流センサに電源を供給することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１】
主幹ブレーカの二次側で分岐し、前記主幹ブレーカと接続可能に構成された複数の分岐ブレーカと、
前記複数の分岐ブレーカのうち、所定数の分岐ブレーカの各々に取り付けられた複数の電流センサと、
前記各電流センサで検出された値に基づいて、前記各分岐ブレーカの負荷側の電力の使用状態を演算する演算装置と、
を含むことを特徴とする分電盤。
【請求項２】
前記電流センサは、直流電流および交流電流の計測が可能であることを特徴とする請求項１に記載の分電盤。
【請求項３】
前記電流センサが、周囲温度信号も出力することを特徴とする請求項１または２に記載の分電盤。
【請求項４】
前記電流センサは、磁気センサを用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分電盤。
【請求項５】
前記電流センサは、前記分岐ブレーカに組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の分電盤。
【請求項６】
前記分岐ブレーカは、スイッチを有しており、前記電流センサは、前記スイッチの作動方向とは直交するように取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の分電盤。
【請求項７】
前記電流センサの厚さが０．５ｍｍ以上〜３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の分電盤。
【請求項８】
前記電流センサは、磁性体コアを有さないことを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の分電盤。
【請求項９】
前記電流センサは、電流センサ用基板、および、ＩＣチップを備え、
前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子が内蔵された信号処理ICを支持するための支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記支持部と重複しないように前記支持部に近接して配置され、側面視において前記支持部と高さが異なる電流センサ用基板とを有し、
前記ＩＣチップは、前記支持部に配置され、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有することを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１０】
前記電流センサは、化合物半導体を磁電変換素子に用い、信号処理用のＩＣとのハイブリッド構造で構成し、前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための第１の支持部と信号処理ICを支持するための第２の支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記第１の支持部と重複しないように前記第１の支持部に近接して配置された電流センサ用基板とを有し、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有することを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１１】
前記複数の分岐ブレーカが連結して取り付けられる場合、隣接する分岐ブレーカ内の各電流センサは、取り付け位置が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１２】
前記分岐ブレーカは、フレーム枠で構成されており、前記フレーム枠に磁気シールド処理が施されていることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１３】
前記演算装置は、ＡＤコンバータ回路を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１４】
前記演算装置は、前記電流センサの温度特性データを保持するメモリを備え、前記温度特性データに基づいて、前記電流センサの出力を補正するように構成されている請求項１ないし１３のいずれかに記載の分電盤。
【請求項１５】
前記演算装置は、前記電流センサに電源を供給することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の分電盤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９９０２０（Ｐ２０１３−９９０２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７１０７（Ｐ２０１１−２３７１０７）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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