特許 6043669 分電盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6043669

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】分電盤

(51)【国際特許分類】

   H02B 1/42 20060101AFI20161206BHJP

   H02B 1/40 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H02B9/00 D

   H02B9/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-69750(P2013-69750)

(22)【出願日】2013年3月28日

(65)【公開番号】特開2014-193103(P2014-193103A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000124591

【氏名又は名称】河村電器産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(72)【発明者】

【氏名】須佐 太

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 秀浩

(72)【発明者】

【氏名】浅井 成実

【審査官】 出野 智之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０６５９０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１３６２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２０９３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１３１００９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｂ １／４２

Ｈ０２Ｂ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主幹ブレーカと、当該主幹ブレーカの２次側に配設された主幹バーに対して、その両側のうち少なくとも一方の側に列設した複数の分岐ブレーカとを有し、前記分岐ブレーカの一次側端子を前記主幹バーに接続して前記主幹バーから電路を分岐する分電盤であって、
個々の前記分岐ブレーカに流れる分岐電流を検出する複数の電流センサを共通する基板に搭載した電流センサユニットと、
前記電流センサユニットとコネクタを介して連結され、前記電流センサが検出した電流情報を基に消費電力を演算して出力する通信計測ユニットとを具備し、
前記主幹バーには前記分岐ブレーカへ流れる電流を計測するための分岐バーが形成されて、前記電流センサが前記分岐バーに近接して配置されたＧＭＲ素子であって、
前記ＧＭＲ素子から前記コネクタに至る基板上の信号線パターンが、前記通信計測ユニットから一定の直流電圧が印加された電圧線パターンにより挟持されて配設されて成ることを特徴とする分電盤。

【請求項2】

前記信号線パターン及び前記電圧線パターンは、基板内層部に形成され、前記信号線パターンを配設した基板の両面のうち少なくとも一方の面は、アースパターンで覆われて成ることを特徴とする請求項１記載の分電盤。

【請求項3】

前記電圧線パターンに印加される直流電圧は、前記ＧＭＲ素子から出力される基準電圧であることを特徴とする請求項１又は２記載の分電盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分岐ブレーカに流れる分岐電流を計測して個々の分岐電路の消費電力を計測する機能を備えた分電盤に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、個々の分岐電路に流れる電流を計測して分岐電路毎の消費電力を計測する機器を備えた分電盤がある。例えば、特許文献１では、分電盤内に個々の分岐電路の電流を計測するためのセンサを備えた分岐電流センサ基板、計測した電流値を判断したり電力を演算する計測制御ユニット、電流異常の発生を報知する報知ユニットを配置して、閾値を設定して分岐電流が閾値を超えるとＬＥＤの発光で表示通知したり警報を発するよう構成し、きめ細かい電力の管理を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１３６２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら上記特許文献１の構成は、分岐電流センサ基板は電流センサが検出した電流情報を個々にデジタル変換して計測制御ユニットに送信する構成であるため、分岐電流センサ基板の構成が複雑であり、コスト高なものになっていた。
また、空芯コイルを使用して分岐電流を検出するため、分岐バーを空芯コイルに挿通する作業が必要であり、組み付けや交換が面倒な作業となっていた。

【0005】

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電流センサが検出した分岐電流情報をアナログ信号で伝送でき、且つ電流センサに分岐バーを挿通する作業を必要としない分電盤を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、主幹ブレーカと、当該主幹ブレーカの２次側に配設された主幹バーに対して、その両側のうち少なくとも一方の側に列設した複数の分岐ブレーカとを有し、分岐ブレーカの一次側端子を主幹バーに接続して主幹バーから電路を分岐する分電盤であって、個々の分岐ブレーカに流れる分岐電流を検出する複数の電流センサを共通する基板に搭載した電流センサユニットと、電流センサユニットとコネクタを介して連結され、電流センサが検出した電流情報を基に消費電力を演算して出力する通信計測ユニットとを具備し、主幹バーには分岐ブレーカへ流れる電流を計測するための分岐バーが形成されて、電流センサが分岐バーに近接して配置されたＧＭＲ素子であって、ＧＭＲ素子からコネクタに至る基板上の信号線パターンが、通信計測ユニットから一定の直流電圧が印加された電圧線パターンにより挟持されて配設されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、電流センサからコネクタに至る信号線パターンは、一定の直流電圧が印加された電圧線パターンで挟まれているため、電流センサから伝送される検知電流情報が簡易な回路で済むアナログ信号であっても、ノイズが乗り難く検出した電流情報を良好に伝送することが可能となる。そして、電流センサとして分岐電路周囲の磁力を検知して分岐電流情報を入手するＧＭＲ素子を使用するため、分岐バーを電流センサに挿入する面倒な作業が必要無く、簡易な操作で電流センサを設置できる。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、信号線パターン及び電圧線パターンは、基板内層部に形成され、信号線パターンを配設した基板の両面のうち少なくとも一方の面は、アースパターンで覆われて成ることを特徴とする。
この構成によれば、信号線パターンは電圧線により左右から囲まれ、更に上下方向の少なくとも一方の面はアースパターンに覆われるため、更にノイズが侵入し難くできる。

【0008】

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の構成において、電圧線パターンに印加される直流電圧は、前記ＧＭＲ素子から出力される基準電圧であることを特徴とする。
この構成によれば、電圧線パターンによりＧＭＲ素子の基準電圧が供給されるため、別途基準電圧のための電圧線を設ける必要がない。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電流センサからコネクタに至る信号線パターンは、一定の直流電圧が印加された電圧線パターンで挟まれているため、電流センサから伝送される検知電流情報が簡易な回路で済むアナログ信号であっても、ノイズが乗り難く検出した電流情報を良好に伝送することが可能となる。そして、電流センサとして分岐電路周囲の磁力を検知して分岐電流情報を入手するＧＭＲ素子を使用するため、分岐バーを電流センサに挿入する面倒な作業が必要無く、簡易な操作で電流センサを設置できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る分電盤の一例を示す構成図である。

【図2】通信制御ユニットの回路ブロック図である。

【図3】電流センサユニットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図4】電流センサ基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図5】主幹バーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図6】電流センサの信号線と電源線との関係を模式的に示した説明図である。

【図7】電流センサユニットを構成する回路基板の信号線パターン形成部の断面説明図である。

【図8】分電盤に主幹ブレーカと主幹バーと電流センサユニットを組み付けた分電盤の斜視図である。

【図9】Ａ部拡大図である。

【図10】図７の電流センサユニットを抜き出した拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る分電盤の一例を示す構成図であり、１は主幹ブレーカ、２は分岐ブレーカ、３は主幹ブレーカ１の２次側に接続導体を介して接続された主幹バー、４は個々の分岐ブレーカ２に流れる分岐電流を計測する電流センサユニット、５は計測したデータを外部に出力する通信計測ユニットである。主幹バー３が分電盤中央において左右に亘って配設され、この主幹バー３に対して、分岐ブレーカ２が隣接して上下にそれぞれ列設されている。
電流センサユニット４は、分岐電流を計測するための電流センサ基板４１と、計測した分岐電流情報を通信計測ユニット５に送信するためのセンサ接続基板４２とで構成され、主幹バー３に重ねるように設置されている。

【0012】

図２は通信計測ユニット５の回路ブロック図を示している。図２に示すように、通信計測ユニット５は、主幹バー３に接続されて自身の駆動電源及び電流センサユニット４の駆動電源を生成する電源部５１、この電源部５１から主幹バ３の電圧情報を入手して電力演算のための電圧データを生成する計測電圧変換部５２、電流センサユニット４から送信された分岐電流情報を基に電力を計測する電力計測部５３、通信計測ユニット５を制御する制御ＣＰＵ５４、外部のＬＡＮに接続して計測した電力情報等を外部に出力する外部通信ＩＦ５５等を備えている。尚、６は主幹ブレーカ１に流れる電流を計測するための変流器である。

【0013】

図３は電流センサユニット４を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。電流センサユニット４は、上述したように電流センサ基板４１とセンサ接続基板４２とで構成されている。そして、電流センサ基板４１は、一定間隔で複数の切り欠き４１ａが形成された櫛状部４１ｂを有し、それぞれの切り欠き４１ａの側部に電流センサ４３が組み付けられている。この電流センサ４３は、ＩＣ化されたＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）が使用され、検出した電流情報はアナログ信号で出力される。
そして、センサ接続基板４２の端部には、通信計測ユニット５と接続するためのコネクタ４５が設けられている。

【0014】

図４は電流センサ基板４１単体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示している。１枚の基板に６個のＧＭＲ素子４３が組み付けられ、背面にコネクタ４４を備えている。このコネクタ４４を、図示しないセンサ接続基板４２側のコネクタに接続して両者は連結される。このとき、上向きの櫛状部４１ｂを備えた電流センサ基板４１と、下向きの櫛状部４１ｂを備えた電流センサ基板４１がセンサ接続基板４２に取り付けられ、上向きの電流センサ基板４１により、単相３線式電路の２本の電圧相を構成する２本の主幹バー３のうちの一方の分岐電流が計測され、下向きの電流センサ基板４１により他方の電圧相を構成する主幹バー３の分岐電流が計測される。

【0015】

尚、図３の電流センサユニット４は、上向き２枚、下向き２枚の計４枚の電流センサ基板４１が連結され、個々の電流センサ４３が検出した電流情報が収集される。また、図３（ａ）の平面図に示す面が、電流センサユニット４を分電盤に組み付けた状態では前方を向き、図２（ｂ）に示す正面が上方を向いて設置される。

【0016】

図５は主幹バー３を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。単相３線式電路の場合、主幹バー３は２本の電圧相と１本の中性相とから成る３本で構成され、図５は電圧相に使用される主幹バー３を示している。主幹バー３は、長辺側の両側部に分岐ブレーカ２を接続する接続部３１を形成し、電圧相に使用される主幹バー３は一方の側部のみ複数の切り欠き３ａを設けて、接続する分岐ブレーカ２への分岐電流のみ流れる分岐バー３２を形成している。
そして、切り欠き３ａの奥部には、電流センサ基板４１の櫛状部４１ｂを構成する個々の突起を挿入するための挿入部３ｂが拡幅して形成されている。一方、他方の側部は凹凸のない一様な端面の接続部３１が形成されている。

【0017】

分岐バー３２は、分岐ブレーカ２の幅（設置間隔）に合わせたピッチで形成され、上述した電流センサ基板４１の切り欠き４１ａの間隔は、このピッチと一致するよう形成されている。こうして、挿入部３ｂに櫛状部４１ｂの個々の突起を挿入して噛み合わせることで、主幹バー３に流れる電流のうち分岐バー３２に流れる電流、即ち分岐ブレーカ２に流れる電流のみ電流センサ４３により計測することを可能としている。

【0018】

尚、主幹バー３のうち、電圧相に使用される主幹バー３に関しては、電流を計測するために分岐バー３２が一方の側部に形成されているが、中性相に使用される主幹バー３は電流の計測が必要ないため、分岐バー３２は無く、両側とも凹凸のない一様な端面で形成されている（図示せず）。

【0019】

図６は、電流センサ４３から通信計測ユニット５までの電流センサユニット４に形成された信号線の構成を模式的に示し、Ｌ１は電流センサ４３から延設された信号線、Ｌ２は電圧線を示している。尚、図６では信号線Ｌ１を２本としているが、実際には電流センサ４３毎に信号線Ｌ１が配設され、信号線Ｌ１は基板上に電流センサ４３と同数形成されている。
こうして、信号線Ｌ１が各電流センサ４３からコネクタ４５に亘りパターン形成される一方、電圧線Ｌ２は直流３．３Ｖが印加され、信号線Ｌ１を両側から挟むように並行に配設されている。この電圧線Ｌ２に印加された電圧は、各電流センサ４３に対して基準電圧を供給するためのものであり、通信計測ユニット５の電源部５１が３．３Ｖ電圧を生成して、コネクタ４５を介して電圧線Ｌ２に供給され、各電圧線Ｌ２は電流センサ４３に接続されている。

【0020】

また、図７は電流センサ基板４１及びセンサ接続基板４２の信号線形成部の断面説明図であり、図７に示すように電流センサ基板４１及びセンサ接続基板４２は多層基板で構成され、信号線Ｌ１及び電圧線Ｌ２は基板Ｐの内層にパターン形成されている。信号線Ｌ１のパターンと電圧線Ｌ２のパターンとは、例えば１００マイクロメートルの隙間ｔを設けて同一面上に形成されている。
そして、信号線Ｌ１及び電圧線Ｌ２をパターン形成した基板Ｐの両面はアースパターンＧで覆われている。即ち、信号線Ｌ１の左右方向は電圧線Ｌ２で挟持され、上下方向はアースパターンで覆われている。

【0021】

図８は、主幹ブレーカ１と分電盤の最深部に配置した１本の主幹バー３と電流センサユニット４を分電盤ケースに組み付けた分電盤の斜視図を示し、図９はＡ部の拡大図を示している。図８、図９に示すように、電流センサユニット４の電流センサ基板４１は、主幹バー３に形成された分岐バー３２に対して直交方向から挿入部３ｂに挿入して交差するよう配置される。尚、図８は分電盤を右斜め下方から見た図を示している。

【0022】

ここで、図１０は図８に示す電流センサユニット４を抜き出した拡大図を示し、分電盤の上方から見た斜視図を示している。図１０に示すように、電流センサユニット４は主幹バー３と電気的な接触が発生しないように絶縁カバー４６で保護されて装着される。

【0023】

上記の如く構成された分電盤において、分岐電流及び電力の計測は次の様に実施される。通信計測ユニット５の電力計測部５３は、個々の電流センサ４３に対応する計測回路を有して、個々の電流センサ４３から分岐電流情報を入手し、分岐電路毎に消費電力を計測する。計測した消費電力情報は制御ＣＰＵ５４に出力され、制御ＣＰＵ５４が外部通信ＩＦ５５を介してパーソナルコンピュータ等の外部機器にデータを出力する。

【0024】

このように、電流センサ４３からコネクタ４５に至る信号線Ｌ１のパターンは、一定の直流電圧が印加された電圧線Ｌ２のパターンで挟まれて、電圧線Ｌ２によりガードパターンが形成されているため、電流センサ４３から伝送される検知電流情報が簡易な回路で済むアナログ信号であっても、ノイズが乗り難く検出した電流情報を良好に伝送することが可能となる。そして、電流センサとして分岐電路周囲の磁力を検知して分岐電流情報を入手するＧＭＲ素子を使用するため、分岐バー３２を電流センサ４３に挿入する面倒な作業が必要無く、簡易な操作で電流センサ４３を設置できる。
また、信号線Ｌ１のパターンは、更に上下方向がアースパターンＧに覆われるため、更にノイズが侵入し難い。
更に、電圧線パターンにより電流センサ４３であるＧＭＲ素子の基準電圧が供給されるため、別途基準電圧供給のための配線が必要ない。

【0025】

尚、上記実施形態は、単相３線式電路の構成を説明したが、本発明の構成は、単相２線式電路を対象とする分電盤、或いは三相電路を対象とする分電盤においても適用できるものである。また、信号線Ｌ１及び電圧線Ｌ２を配設した部位の基板Ｐの方面に形成したアースのベタパターンは一方の面だけであっても良い。

【符号の説明】

【0026】

１・・主幹ブレーカ、２・・分岐ブレーカ、３・・主幹バー、４・・電流センサユニット、５・・通信計測ユニット、３２・・分岐バー、４３・・電流センサ（ＧＭＲ素子）、４４・・コネクタ、５１・・電源部、５３・・電力計測部、５４・・制御ＣＰＵ、Ｌ１・・信号線、Ｌ２・・電圧線、Ｐ・・基板、Ｇ・・アースパターン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】