(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024022313
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】電力センサ及び演算装置
(51)【国際特許分類】
G01R 21/00 20060101AFI20240208BHJP
【ＦＩ】
G01R21/00 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022125805
(22)【出願日】2022-08-05
(71)【出願人】
【識別番号】516368173
【氏名又は名称】株式会社ＳＩＲＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井上 伸久
(72)【発明者】
【氏名】藤田 司
(57)【要約】
【課題】簡易な構成で正確に三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することが可能な電力センサを提供すること。
【解決手段】三相交流の負荷の消費電力を測定するための電力センサであって、第１電位を計測する第１電位センサと、第１電流センサと、第２電位センサと、演算装置と、を備え、前記演算装置は、計測される第１電位及び第２電位から、第１電線及び第２電線の間における第１線間電圧を算出し、算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、かつ前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、ように構成される、電力センサ。
【選択図】図１
【解決手段】三相交流の負荷の消費電力を測定するための電力センサであって、第１電位を計測する第１電位センサと、第１電流センサと、第２電位センサと、演算装置と、を備え、前記演算装置は、計測される第１電位及び第２電位から、第１電線及び第２電線の間における第１線間電圧を算出し、算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、かつ前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、ように構成される、電力センサ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための電力センサであって、
三相のうちの第一相の第１電線に接続され、前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサと、
前記第１電線に接続され、前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサと、
三相のうちの第二相の第２電線に接続され、前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサと、
演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、
計測される前記第１電位及び前記第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、
ように構成される、
電力センサ。
三相のうちの第一相の第１電線に接続され、前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサと、
前記第１電線に接続され、前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサと、
三相のうちの第二相の第２電線に接続され、前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサと、
演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、
計測される前記第１電位及び前記第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、
ように構成される、
電力センサ。
【請求項2】
前記演算装置は、
計測される前記第１電流の位相を移すことにより、前記第３電流を算出する、
ように構成される
請求項１に記載の電力センサ。
計測される前記第１電流の位相を移すことにより、前記第３電流を算出する、
ように構成される
請求項１に記載の電力センサ。
【請求項3】
前記第２電線に接続され、前記第２電線における第２電流を計測する第２電流センサをさらに備え、
前記演算装置は、
計測される前記第１電流及び前記第２電流を用いて前記第３電流を算出する、
ように構成される
請求項１に記載の電力センサ。
前記演算装置は、
計測される前記第１電流及び前記第２電流を用いて前記第３電流を算出する、
ように構成される
請求項１に記載の電力センサ。
【請求項4】
前記演算装置は、
前記第２線間電圧を算出するために、前記第１線間電圧の位相を＋６０°移した値である第１候補電圧、又は前記第１線間電圧の位相を－６０°移した値である第２候補電圧のいずれかを前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される、
請求項３に記載の電力センサ。
前記第２線間電圧を算出するために、前記第１線間電圧の位相を＋６０°移した値である第１候補電圧、又は前記第１線間電圧の位相を－６０°移した値である第２候補電圧のいずれかを前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される、
請求項３に記載の電力センサ。
【請求項5】
前記演算装置は、
前記第１候補電圧及び前記第２候補電圧のいずれを前記第２線間電圧とするかを決定するにあたり、前記第３電流及び前記第１候補電圧の積を用いて得る第１仮電力、並びに前記第３電流及び前記第２候補電圧の積を用いて得る第２仮電力を算出し、
前記負荷が平衡負荷である場合においては、前記第１電力及び前記第１仮電力の和が前記第１電力及び前記第２仮電力の和よりも大きければ前記第１候補電圧を前記第２線間
電圧とすることを決定し、前記第１電力並びに前記第２仮電力の和が前記第１電力並びに前記第１仮電力の和よりも大きければ前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される
請求項４に記載の電力センサ。
前記第１候補電圧及び前記第２候補電圧のいずれを前記第２線間電圧とするかを決定するにあたり、前記第３電流及び前記第１候補電圧の積を用いて得る第１仮電力、並びに前記第３電流及び前記第２候補電圧の積を用いて得る第２仮電力を算出し、
前記負荷が平衡負荷である場合においては、前記第１電力及び前記第１仮電力の和が前記第１電力及び前記第２仮電力の和よりも大きければ前記第１候補電圧を前記第２線間
電圧とすることを決定し、前記第１電力並びに前記第２仮電力の和が前記第１電力並びに前記第１仮電力の和よりも大きければ前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される
請求項４に記載の電力センサ。
【請求項6】
前記演算装置は、
前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が異なる場合には、
前記第１仮電力が正の値であり前記第２仮電力が負の値であれば前記１候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定し、前記第１仮電力が負の値であり前記第２仮電力が正の値であれば前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される
請求項５に記載の電力センサ。
前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が異なる場合には、
前記第１仮電力が正の値であり前記第２仮電力が負の値であれば前記１候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定し、前記第１仮電力が負の値であり前記第２仮電力が正の値であれば前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定する、
ように構成される
請求項５に記載の電力センサ。
【請求項7】
前記演算装置は、
前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が同一である場合には、
前記第１電力及び前記第２電力の和を計算せずに、所定の例外処理を実行する、
ように構成される
請求項６に記載の電力センサ。
前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が同一である場合には、
前記第１電力及び前記第２電力の和を計算せずに、所定の例外処理を実行する、
ように構成される
請求項６に記載の電力センサ。
【請求項8】
前記演算装置は、
前記所定の例外処理として、前記負荷の力率を予め定める所定値とみなして、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流、並びに前記第１線間電圧を用いた演算を行うことにより、前記負荷の消費電力を算出する、
ように構成される
請求項７に記載の電力センサ。
前記所定の例外処理として、前記負荷の力率を予め定める所定値とみなして、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流、並びに前記第１線間電圧を用いた演算を行うことにより、前記負荷の消費電力を算出する、
ように構成される
請求項７に記載の電力センサ。
【請求項9】
前記演算装置は、
前記所定の例外処理として、前記負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力する、
ように構成される
請求項７に記載の電力センサ。
前記所定の例外処理として、前記負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力する、
ように構成される
請求項７に記載の電力センサ。
【請求項10】
三相のうちの第一相の第１電線に接続され前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサ、前記第１電線に接続され前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサ、三相のうちの第二相の第２電線に接続され前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサ、を含む計測手段とともに用いられ、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための演算装置であって、
三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を、少なくとも計測される前記第１電流を用いて算出し、
前記第１電位センサによって計測される前記第１電線の第１電位、及び前記第２電位センサによって計測される前記第２電線の第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費
電力を算定する、
ように構成される、
演算装置。
三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を、少なくとも計測される前記第１電流を用いて算出し、
前記第１電位センサによって計測される前記第１電線の第１電位、及び前記第２電位センサによって計測される前記第２電線の第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費
電力を算定する、
ように構成される、
演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力センサ及び演算装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、三相交流電源に接続される負荷の消費電力の測定方法として、２つの単相電力計を用いる二電力計法が知られている。このような二電力計法により電力測定を行う場合、少なくとも２つの相に係る電線の電流値（線電流）と、１つの相を基準として残り二相それぞれとの線間電圧を測定する必要があるため、二本の電線に電流センサを、三本の電線に電圧センサを設置しなければならない。
【0003】
一方、電線の電流値のみを計測し、当該計測値と予め設定しておいた電圧値及び力率を用いて簡易的に負荷の消費電力を算出する技術が提案されている（特許文献１参照）。これによれば、三相交流電源に接続される負荷の消費電力についても、電流値を計測するセンサのみで、簡易的な測定を行うことができる。しかしながら、接続される負荷によって力率は様々であり、予め設定される力率を用いて消費電力（有効電力）を算出するのでは、正確な電力測定は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００１－２８１２７４号公報
【特許文献2】特開２０２０－１２８９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、簡易な構成で正確に三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することが可能な電力センサ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】
【0006】
本開示の一側面に係る電力センサは、
三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための電力センサであって、
三相のうちの第一相の第１電線に接続され、前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサと、
前記第１電線に接続され、前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサと、
三相のうちの第二相の第２電線に接続され、前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサと、
演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、
計測される前記第１電位及び前記第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流
及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、
ように構成される、
電力センサである。
三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための電力センサであって、
三相のうちの第一相の第１電線に接続され、前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサと、
前記第１電線に接続され、前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサと、
三相のうちの第二相の第２電線に接続され、前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサと、
演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
計測される前記第１電流を用いて、三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を算出し、
計測される前記第１電位及び前記第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流
及び前記第２線間電圧の積を用いて得る第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を決定する、
ように構成される、
電力センサである。
【0007】
なお、各電位センサ、電流センサが電線に「接続される」とは電気的に接続されることであり、非接触の方式により電位、電流を検出することも含まれる。さらに、非接触の方式により検出を行う場合には、検出した電圧信号の大きさを所定の値に較正する手段を有していてもよい。ここで、所定の値は機器が有する初期値（メーカー出荷時の値）であってもよいし、ユーザーが設定（変更）する値であってもよい。
【0008】
また、前記演算装置は、計測される前記第１電流の位相を移すことにより、前記第３電流を算出する、ように構成されていてもよい。このような構成によれば、電圧センサを２つ、電流センサ１つ用いるだけで、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定可能な電力センサを提供することができる。
【0009】
また、前記電力センサは、前記第２電線に接続され、前記第２電線における第２電流を計測する第２電流センサをさらに備え、前記演算装置は、計測される前記第１電流及び前記第２電流を用いて前記第３電流を算出する、ように構成されていてもよい。
【0010】
上記のような構成によれば、従来の二電力計法に比べて電位検出のためのプローブを１つ削減することができ、かつ負荷の力率を反映させた正確な消費電力を測定することができる。
【0011】
また、前記演算装置は、前記第２線間電圧を算出するために、前記第１線間電圧の位相を＋６０度移した値である第１候補電圧、又は前記第１線間電圧の位相を－６０度移した値である第２候補電圧のいずれかを前記第２線間電圧とすることを決定する、ように構成されていてもよい。
【0012】
また、前記演算装置は、前記第１候補電圧及び前記第２候補電圧のいずれを前記第２線間電圧とするかを決定するにあたり、前記第３電流及び前記第１候補電圧の積を用いて得る第１仮電力、並びに前記第３電流及び前記第２候補電圧の積を用いて得る第２仮電力を算出し、前記負荷が平衡負荷である場合においては、前記第１電力及び前記第１仮電力の和が前記第１電力及び前記第２仮電力の和よりも大きければ前記第１候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定し、前記第１電力並びに前記第２仮電力の和が前記第１電力並びに前記第１仮電力の和よりも大きければ前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定するように構成されていてもよい。
【0013】
また、前記演算装置は、前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が異なる場合には、前記第１仮電力が正の値であり前記第２仮電力が負の値であれば前記１候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定し、前記第１仮電力が負の値であり前記第２仮電力が正の値であれば前記第２候補電圧を前記第２線間電圧とすることを決定するように構成されていてもよい。
【0014】
また、前記演算装置は、前記負荷が平衡負荷でない場合であって、かつ前記第１仮電力の値及び前記第２仮電力の値の正負の符号が同一である場合には、前記第１電力及び前記第２電力の和を計算せずに、所定の例外処理を実行するように構成されていてもよい。
【0015】
また、前記演算装置は、前記所定の例外処理として、前記負荷の力率を予め定める所定値とみなして、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流、並びに前記第１線間電圧
を用いた演算を行うことにより、前記負荷の消費電力を算出するように構成されていてもよい。或いは、前記演算装置は、前記所定の例外処理として、前記負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力するように構成されていてもよい。
を用いた演算を行うことにより、前記負荷の消費電力を算出するように構成されていてもよい。或いは、前記演算装置は、前記所定の例外処理として、前記負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力するように構成されていてもよい。
【0016】
また、本発明は、
三相のうちの第一相の第１電線に接続され前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサ、前記第１電線に接続され前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサ、三相のうちの第二相の第２電線に接続され前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサ、を含む計測手段とともに用いられ、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための演算装置であって、
前記第１電位センサによって計測される前記第１電線の第１電位、及び前記第２電位センサによって計測される前記第２電線の第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を、少なくとも計測される前記第１電流を用いて算出し、かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得られる第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を算定する、
ように構成される、演算装置としても捉えることができる。
三相のうちの第一相の第１電線に接続され前記第１電線における第１電位を計測する第１電位センサ、前記第１電線に接続され前記第１電線における第１電流を計測する第１電流センサ、三相のうちの第二相の第２電線に接続され前記第２電線における第２電位を計測する第２電位センサ、を含む計測手段とともに用いられ、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定するための演算装置であって、
前記第１電位センサによって計測される前記第１電線の第１電位、及び前記第２電位センサによって計測される前記第２電線の第２電位から、前記第１電線及び前記第２電線の間における第１線間電圧を算出し、
算出された前記第１線間電圧の位相を移すことにより、前記第２電線及び前記第３電線の間における第２線間電圧を算出し、
三相のうちの第三相の第３電線における第３電流を、少なくとも計測される前記第１電流を用いて算出し、かつ
前記第１電流及び前記第１線間電圧の積を用いて得る第１電力、並びに前記第３電流及び前記第２線間電圧の積を用いて得られる第２電力の和を計算することで、前記負荷の消費電力を算定する、
ように構成される、演算装置としても捉えることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、簡易な構成で正確に三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することが可能な電力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図2】図２Ａは、実施形態１に係るセンサヘッドの外観を示す第１の図である。図２Ｂは、実施形態１に係るセンサヘッドの外観を示す第２の図である。図２Ｃは、実施形態１に係るセンサヘッドの外観を示す第３の図である。
【図5】図５Ａは、実施形態１に係るセンサヘッドを構成する各要素の配置関係を説明する第１の図である。図５Ｂは、実施形態１に係るセンサヘッドを構成する各要素の配置関係を説明する第２の図である。図５Ｃは、実施形態１に係るセンサヘッドを構成する各要素の配置関係を説明する第３の図である。図５Ｄは、実施形態１に係るセンサヘッドを構成する各要素の配置関係を説明する第４の図である。
【図13】図１３Ａは、実施形態１に係るセンサヘッドが逆の電線に取り付けられたケースについて説明する第１の図である。図１３Ｂは、実施形態１に係るセンサヘッドが逆の電線に取り付けられたケースについて説明する第２の図である。
【図16】図１６Ａは、実施形態１に係る電力センサにおいて算出される第１電力及び第２電力と、三相交流回路の相電圧及び相電流の位相差の関係について示す第１の図である。図１６Ｂは、実施形態１に係る電力センサにおいて算出される第１電力及び第２電力と、三相交流回路の相電圧及び相電流の位相差の関係について示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明の具体的な実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明はこれらの実施の形態の構成に限定されるものではない。
【0020】
＜実施形態１＞
（概要）
本実施形態に係る電力センサ１は、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定可能な電力センサである。図１Ａは、本実施形態に係る電力センサ１の概略を示す概略図である。また、図１Ｂは、電力センサ１の機能構成を示すブロック図である。図１Ａに示すように、電力センサ１は、立方体形状の本体部１０と、本体部１０から延在する２本のケーブルそれぞれの先端に設けられるセンサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを有している。なお、以下では、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂの共通する事項について
説明する場合など、両者を特に区別する必要が無い場合には、センサヘッド２０などと称する。またセンサヘッドとケーブルとをまとめて「計測プローブ」などとも称する。
（概要）
本実施形態に係る電力センサ１は、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定可能な電力センサである。図１Ａは、本実施形態に係る電力センサ１の概略を示す概略図である。また、図１Ｂは、電力センサ１の機能構成を示すブロック図である。図１Ａに示すように、電力センサ１は、立方体形状の本体部１０と、本体部１０から延在する２本のケーブルそれぞれの先端に設けられるセンサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを有している。なお、以下では、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂの共通する事項について
説明する場合など、両者を特に区別する必要が無い場合には、センサヘッド２０などと称する。またセンサヘッドとケーブルとをまとめて「計測プローブ」などとも称する。
【0021】
後述するように、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂは電流センサ及び電位センサを備えており、それぞれ三相のうちの一相に係る電線に電線の被覆越しに取り付けられることで、当該相の電線の電流及び電位を計測するとともに、当該計測値に係る信号を本体部１０に対して出力する。
【0022】
図１Ｂに示すように本体部１０は、アンプ部１２、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１３、記憶部１４、電源部１５、通信部１６、制御部１００の各機能部を備えている。センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂから出力された信号は、アンプ部１２で増幅されて、Ａ／Ｄ変換部１３によってデジタル変換され、制御部１００に入力される。そして、制御部１００において入力された信号を処理することで、測定対象となる負荷の消費電力を決定する。このようにして、電力センサ１により、三相交流電源に接続された負荷の消費電力を測定することができる。
【0023】
（センサヘッドの構造）
以下では、さらに詳しく電力センサ１の構造及び消費電力測定方法について説明する。まず、図２乃至６に基づいて、センサヘッド２０の構成について説明する。図２Ａ乃至図２Ｃは、センサヘッド２０の外観を示す図である。センサヘッド２０は、概略中空円筒状の外観を有しており、２つの樹脂製のベース部材２１ａ、２１ｂによって構成されるベース部２１に、後述する複数の構成要素が組付けられて形成されている。ベース部２１は円筒における円周上の一箇所において、円筒の軸方向の両端部に設けられた二箇所のヒンジ部２９でベース部材２１ａとベース部材２１ｂが軸支されることで、図２Ａのような中空円筒状の態様（以下、閉状態という）と、図２Ｂ、Ｃに示すようにアーチ状の２つの構成が隣接したような態様（以下、開状態という）とに変形自在に形成されている。
以下では、さらに詳しく電力センサ１の構造及び消費電力測定方法について説明する。まず、図２乃至６に基づいて、センサヘッド２０の構成について説明する。図２Ａ乃至図２Ｃは、センサヘッド２０の外観を示す図である。センサヘッド２０は、概略中空円筒状の外観を有しており、２つの樹脂製のベース部材２１ａ、２１ｂによって構成されるベース部２１に、後述する複数の構成要素が組付けられて形成されている。ベース部２１は円筒における円周上の一箇所において、円筒の軸方向の両端部に設けられた二箇所のヒンジ部２９でベース部材２１ａとベース部材２１ｂが軸支されることで、図２Ａのような中空円筒状の態様（以下、閉状態という）と、図２Ｂ、Ｃに示すようにアーチ状の２つの構成が隣接したような態様（以下、開状態という）とに変形自在に形成されている。
【0024】
センサヘッド２０は、ヒンジ部２９と円周上の反対側の箇所において開閉するようになっており、当該箇所の円筒の軸方向両端部で、ベース部材２１ａ、２１ｂの一方に設けられた凸部２１１が他方の対応する位置に設けられた凹部（図示せず）に嵌合することで、閉状態においてロック可能に構成されている。なお、センサヘッド２０が閉状態にある時に、ベース部材２１ａ、２１ｂのロックされている部分を引き離すように力を加えることで、凸部２１１と凹部の嵌合状態が解除され、センサヘッド２０を開状態にすることができる。そして、センサヘッド２０を電線に取り付ける際には、センサヘッド２０を開状態にして、ベース部材２１ａ、２１ｂのアーチ状に窪んだ箇所に被覆されている電線を挟み込むようにしてセンサヘッド２０を閉状態とすることで、円筒の中空部に被覆電線が挿通した状態でロックされ、センサヘッド２０の取り付けが完了する。
【0025】
続けて、センサヘッド２０の内部構造について説明する。図３は、センサヘッド２０を構成する各要素を説明する分解図である。また、図４Ａはセンサヘッド２０を図２Ａの一点鎖線の方向で切断した場合の断面図であり、図４Ｂはセンサヘッド２０を図２Ｂの一点鎖線の方向で切断した場合の断面図である。また、図５Ａ乃至Ｄは、センサヘッドの各部材の配置関係を補足的に説明するための説明図である。また、図６は、センサヘッド２０において、後述の電流センサ素子２４、磁界シールド２７、隙間部Ｇ、及びヒンジ部２９における回転軸ＡＸの位置関係を説明するための説明図である。
【0026】
図３乃至図６の各図に示すように、センサヘッド２０は、ベース部材２１に、電位検出電極２２、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）２３、電流センサ素子２４、電界シールド２５、絶縁シール２６、磁界シールド２７、カバー部材２８の各部材が、列挙された順に組付けられて構成されている。
【0027】
ベース部２１は、前述のようにベース部材２１ａ、２１ｂがヒンジ部２９で結合されて形成されており、図３に示すように、円筒の外周側では軸方向中央部に向けて段階的に窪んでおり、最も窪んだ軸方向中央部では、四角柱（但し内部は円形の中空）のような形状となっている。
【0028】
電位検出電極２２は、例えば銅箔などで形成されており、接続される電線の電圧に応じた静電誘導によって生じる電位を検出するための部材である。ＦＰＣ２３は薄膜状の絶縁体の上に接着層を介して導体箔が貼りあわされた構造の一般的なフレキシブルプリント基板である。なお、電位検出電極２２は、ＦＰＣ２３の裏側（即ちベース部材２１に近い側）の面に設けられている。電流センサ素子２４は、非接触により電線の電流を計測可能に構成された磁気センサ（例えば、特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子）などを採用することができ、ＦＰＣ２３の回路基板上に４つ配置されている。
【0029】
ＦＰＣ２３は、図５Ａに示すように、ベース部２１の四角柱の各側面に４つの電流センサ素子２４のそれぞれが配置されるようにして、ベース部２１に巻き付けるようにして接着固定される。より具体的には、ＦＰＣ２３の長手方向の両端部が、ベース部２１の開閉位置（四角の内の一つの角に相当する）に位置するように（即ち開閉位置でない角やいずれかの側面に配置されないように）して、電位検出電極２２が設けられる面がベース部２１側に接着される。なお、ベース部２１の開閉位置は図４Ａ中央部のひし形の下側の角の部分にあたる。また、図示しないがＦＰＣ２３にケーブル（内の電線）の一端が接続されており、センサヘッドが取り付けられた電線の電流及び電位の値に係る信号を、ケーブルを介して本体部１０に送信する。
【0030】
電界シールド２５は非磁性体の金属で形成された部材であり、ＦＰＣ２３を覆うように巻き付けることで、外部からの電界の影響を遮断する。絶縁シール２６は、絶縁性の素材で形成されるシール部材である。絶縁シール２６については後に改めて説明する。また、磁界シールド２７は鉄やフェライト等の磁性体からなる部材であり、電流センサ素子２４と隣接する電線の磁界の影響を遮断する。なお、磁界シールド２７を鉄などの良導電体で作成し、ＦＰＣ２３の基準電位と接続することで電界シールド２５を兼ねることができる（即ち、電界シールド２５の構成を省略することができる）。カバー部材２８は、例えばベース部材２１ａ、２１ｂと同一の樹脂製の部材であり、センサヘッド２０の軸方向中央分の外装となる。
【0031】
磁界シールド２７及びカバー部材２８は、いずれもアーチ状に形成された二つの部材を一組とするものであり、これらが例えば両面テープなどの接着剤でベース部２１に接着固定される（図５Ｂ参照）。この際に、図４Ａ、図５Ｃなどに示すように、ヒンジ部２９の設けられる軸ＡＸ線上において、隙間部Ｇが形成されるように磁界シールド２７及びカバー部材２８が配置される。
【0032】
隙間部Ｇが形成されなければ、ベース部２１が開状態となる際にはヒンジ部２９の回転軸ＡＸの外側に位置する箇所において干渉が生じてしまう。このため隙間部Ｇが必要となるが、隙間部Ｇ部分においては、内部部品が露出してしまう。センサヘッド２０が配置される制御盤内では、絶縁被覆のないブスバーを用いている場所も想定されることから、露出部分とブスバーが接触すると感電などの事故になるおそれがある。このため、図４Ａ、図５Ｄ、図６に示すように隙間部Ｇを埋めるように絶縁シール２６を貼り付けることで、このような事故を防止することができる。なお、図５Ｄでは電界シールド２５を省略して記載しているが、磁界シールド２７と電界シールド２５を兼ねる構成とした場合には、図５Ｄに示す通りの状態となる。また、図６に示すように、絶縁シール２６をヒンジ部２９の回転軸ＡＸと同軸に配置することで、センサヘッド２０の開状態となった際にも絶縁シ
ール２６が撓むことを防止することができる。
ール２６が撓むことを防止することができる。
【0033】
なお、磁界をシールドすることにより磁界シールド２７には渦電流が流れ、発熱する。このため、図６に示すように、少なくとも電流センサ素子２４が配置される部分についてはシールドしつつ、ギャップを設けることで磁気抵抗を大きくして磁界を弱くし、磁界シールド２７の発熱を低減させる。このギャップを、ベース部２１の開閉を可能にするための隙間部Ｇと兼用することで、センサヘッドの製造コストを低減させることができる。なお、本実施形態においては、図６に示すように、４つの電流センサ素子２４をギャップ（隙間部Ｇ）から最も遠い位置に配置するために、ヒンジ部２９の回転軸ＡＸから円周上で４５度ずらした位置及びそれと対向する位置に電流センサ素子２４を配置している。
【0034】
以上のようなセンサヘッド２０により、計測対象の相に係る電線の電流及び電位の値を取得することができる。なお、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂは、図１Ｂに示すセンサ部２００の機能構成に該当する。また、センサヘッド２０ａは機能構成として第１電位検出部２０１、第１電流検出部２０２の各機能部を備え、センサヘッド２０ｂは機能構成として第２電位検出部２０３、第２電流検出部２０４の各機能部を備える。第１電位検出部２０１及び第２電位検出部２０３は各センサヘッド２０の電位検出電極２２及びＦＰＣ２３によって実現され、第１電流検出部２０２及び第２電流検出部２０４は各センサヘッド２０の電流センサ素子２４及びＦＰＣ２３によって実現される。
【0035】
（本体部の構成）
次に、本体部１０の構成について説明する。本体部１０は、立方体形状の筐体内に図示しない回路基板が収納される構成となっており、一端がセンサヘッド２０に接続されるケーブルの他端が当該回路基板に接続されている。また、図１Ｂに示すように、本体部１０は、アンプ部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、記憶部１４、電源部１５、通信部１６、制御部１００の各機能部を備えている。
次に、本体部１０の構成について説明する。本体部１０は、立方体形状の筐体内に図示しない回路基板が収納される構成となっており、一端がセンサヘッド２０に接続されるケーブルの他端が当該回路基板に接続されている。また、図１Ｂに示すように、本体部１０は、アンプ部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、記憶部１４、電源部１５、通信部１６、制御部１００の各機能部を備えている。
【0036】
アンプ部１２は、センサヘッド２０から出力され、ケーブルを介して入力された信号の増幅、ノイズの除去、周波数のフィルタリングを行う。図７に、アンプ部１２における回路の一例を示す。図７に示す回路ではセンサヘッド２０ａの第１電位検出部２０１で検出される電位、及びセンサヘッド２０ｂの第２電位検出部２０３で検出される電位をそれぞれバッファアンプ、作動アンプを介して、第１線間電圧Ｖ１として出力する。
【0037】
Ａ／Ｄ変換部１３はアンプ部１２から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御部１００に対して出力する。
【0038】
記憶部１４は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの主記憶装置（図示せず）、取り外し可能なＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカードなどの補助記憶装置（図示せず）を含んで構成される。主記憶装置は制御部１００において実行されるプログラムや、動作の設定情報などを記憶する記憶媒体である。補助記憶装置は、測定した電力、電力量、電圧・電流の実効値、力率といったデータ、これらのデータを得た時刻に係る情報、電力測定のために設定された所定の設定値など、のデータが格納される。
【0039】
電源部１５は、本体部１０及びセンサヘッド２０を含む電力センサ１全体の電源であり、例えば取り外し可能な蓄電池を採用することができる。また、後述するようにＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルを介してＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）ハブと接続される場合には、これを電源部１５０としてもよい。
【0040】
通信部１６は、無線通信用のアンテナ（図示せず）を含み、少なくともＢＬＥ（Ｂｌｕ
ｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信により、情報処理端末などの他の機器と通信する機能を有する。また、有線による通信のための端子を備えていても良い。有線通信を行う際には、例えばＰｏＥハブと接続してＬＡＮケーブルを介して電力の供給を受けるようにしてもよい。
ｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信により、情報処理端末などの他の機器と通信する機能を有する。また、有線による通信のための端子を備えていても良い。有線通信を行う際には、例えばＰｏＥハブと接続してＬＡＮケーブルを介して電力の供給を受けるようにしてもよい。
【0041】
なお、本実施形態においては、通信部１６を介して接続される外部の情報処理端末が入出力Ｉ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の役割を果たす。即ち、電力センサ１によって測定された電力その他の値、電力センサ１の動作に係る現在の設定値、などが通信部１６から送信され、外部の情報処理端末（例えばノートＰＣ、スマートフォンなど）を介して、これらの情報を参照することができる。また、電力センサ１の設定も、情報処理端末で入力された情報を通信部１６で受信することで行われる。さらに、記憶部１４に蓄積されている測定値などのデータを、サーバ装置（図示せず）に送信するようになっていてもよい。この場合の送信のタイミングは、例えば、所定の時刻、所定の時間間隔の到来でデータを自動的に送信する、データが所定量以上蓄積されたら自動的に送信する、サーバからのデータ送信リクエストを受けて送信する、などとすることができる。
【0042】
このように、本実施形態に係る電力センサ１では、直接的に入力を受け付けるための構成、及び情報を知覚可能に出力する構成が省略されている。このため本体部１０を簡素化（低コスト化）、小型化することができるとともに、これらに供給する分の消費電力を節約することができるため、蓄電池の寿命を延ばすことができる。
【0043】
制御部１００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含んで構成される。制御部１００は、所定のプログラムに従ってセンサヘッド２０から入力される信号を用いて三相交流電源に接続される負荷の電力を測定する。また、この他通信部１６を介して外部機器との情報の送受信を実行するなど、電力センサ１全体の制御を司る。なお、所定のプログラムは記憶部１４に保存され、ここから読み出される。
【0044】
また、制御部１００は、機能モジュールとして線間電圧算出部１０１、第３電流算出部１０２、第１電力算出部１０３、第１仮電力算出部１０４、第２仮電力算出部１０５、消費電力決定部１０６を備えている。
【0045】
線間電圧算出部１０１は、第１電位検出部２０１で検出した第１電位と第２電位検出部２０３で検出した第２電位に基づいて、センサヘッド２０ａとセンサヘッド２０ｂが取り付けられた電線の電位差である第１線間電圧、及び第１線間電圧から位相を６０度移した第２線間電圧を算出する。これらについては後に改めて説明する。
【0046】
第３電流算出部１０２は、第１電流検出部２０２で検出した第１電流と第２電流検出部２０４で検出した第２電流に基づいて、キルヒホッフの第３法則により、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂのいずれも取り付けられていない電線の電流値（第３電流）を算出する。
【0047】
第１電力算出部１０３は、第１線間電圧、第１電流の積を用いて得られる第１電力を算出する。第１仮電力算出部１０４、第２仮電力算出部１０５はそれぞれ、後述する仮の第２線間電圧の候補と第３電流を用いて、第１仮電力、第２仮電力を算出する。これらについては後述する。
【0048】
消費電力決定部１０６は、線間電圧算出部１０１、第３電流算出部１０２、第１電力算出部１０３、第１仮電力算出部１０４、第２仮電力算出部１０５がそれぞれ算出した結果を用いて、測定対象である負荷の消費電力を決定する。即ち、これにより電力センサ１による負荷の消費電力測定が行われる。
【0049】
（消費電力測定の処理）
以下では、本実施形態に係る電力センサ１による消費電力測定の具体的な処理について説明を行う。まず、図８Ａ、図８Ｂに基づいて、従来の二電力計法について確認する。図８Ａは、三相交流回路（三相交流電源及び接続される負荷）を示す図である。図８Ａでは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに電圧検出プローブが接続され、Ｔ相を基準として、ＲＴ相間の線間電圧ＶＲＴ、及びＳＴ相間の線間電圧ＶＳＴが測定されること、Ｒ相とＳ相に電流検出プローブが接続され、Ｒ相及びＳ相の電流値（ＩＲ、ＩＳ）が測定されることを示している。
以下では、本実施形態に係る電力センサ１による消費電力測定の具体的な処理について説明を行う。まず、図８Ａ、図８Ｂに基づいて、従来の二電力計法について確認する。図８Ａは、三相交流回路（三相交流電源及び接続される負荷）を示す図である。図８Ａでは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに電圧検出プローブが接続され、Ｔ相を基準として、ＲＴ相間の線間電圧ＶＲＴ、及びＳＴ相間の線間電圧ＶＳＴが測定されること、Ｒ相とＳ相に電流検出プローブが接続され、Ｒ相及びＳ相の電流値（ＩＲ、ＩＳ）が測定されることを示している。
【0050】
図８Ｂは、三相交流回路におけるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の相電圧及び相電流の関係、並びに線間電圧ＶＲＴ及び線間電圧ＶＳＴをベクトルで示す説明図である。なお、図中における実線のＶＲＴ及びＶＳＴは、破線で示した線間電圧ＶＲＴ及び線間電圧ＶＳＴを平行移動させたものである。また、図中のθは、相電圧と相電流の位相差を示している。
【0051】
二電力計法は、ブロンデルの定理により、三相のうち二相の電流値といずれか二組の線間電圧を用いて、三相交流電源に接続された負荷の消費電力を測定するものである。三相交流電源に接続される負荷を平衡負荷として、｜ＶＲ｜＝｜ＶＳ｜＝｜ＶＴ｜＝Ｖかつ｜ＩＲ｜＝｜ＩＳ｜＝｜ＩＴ｜＝Ｉとすると、次式（１）から（３）が成立する。式中の√３Ｖは線間電圧である。
【0052】
【数1】
【数2】
【数3】
【0053】
図８Ａ及び図８Ｂに示す例では、線間電圧ＶＲＴ、線間電圧ＶＳＴ、Ｒ相の相電流ＩＲ、Ｓ相の相電流ＩＳを用いて、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することができる。ただし、このような従来の二電力計法では、３つの相に電圧センサを設置して、二組の線間電圧を測定する必要がある。
【0054】
一方、本実施形態に係る電力センサ１では、二つの電線にセンサヘッド２０を取り付け、一組の線間電圧と二相の線電流を取得し、これを用いて疑似的な二電力計法を行うことで、三相交流電源に接続された負荷の消費電力測定を可能とする。図９Ａは、本実施形態に係る電力センサ１を三相交流回路に接続した状態のモデル図を示す。また、図９Ｂは、本実施形態に係る電力センサ１による電力測定の概念を示すベクトル図である。
【0055】
図９Ａに示すように、本実施形態ではセンサヘッド２０を、Ｒ相に係る電線とＴ相に係る電線に取り付け、線間電圧ＶＲＴ、Ｒ相の相電流ＩＲ、Ｔ相の相電流ＩＴを取得する。なお、線間電圧ＶＲＴは、第１電位検出部２０１、第２電位検出部２０３が検出した値に基づいて、線間電圧算出部１０１が算出する。そして、相電流ＩＲ、相電流ＩＴを用いて、第３電流算出部１０２が、キルヒホッフの第１法則によりＳ相の相電流ＩＳを算出する。
【0056】
三相交流回路における各相の電位は互いに１２０度ずつ位相がずれた値となっている。これを線間電圧のベクトルでみると、図９Ｂに示すように２組の隣接する相間の線間電圧は６０度位相がずれた値となる。即ち、一組の線間電圧を算出したうえで、この値から６０度位相を移すことにより、他の線間電圧を算出することができる。図９Ｂでは、線間電圧ＶＲＴから＋６０度位相を移して線間電圧ＶＳＴを算出する例を示している。
【0057】
そして、このようにして算出した推定の線間電圧ＶＳＴを用いることで、二電力計法と同様の計算により、三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することができる。なお、推定の線間電圧ＶＳＴは線間電圧算出部１０１によって算出される。また、本実施形態における推定の線間電圧ＶＳＴが本発明に係る第２線間電圧に相当する。
【0058】
このような方法によれば、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂがそれぞれ目標とする相に取り付けられている場合には、確実に負荷の消費電力を測定することができる。そのため、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂのそれぞれをいずれの相の電線に取り付けるかを決めておき、取り付け時にユーザーが取り付け目標の相を認識できるようにしておくことが望ましい。例えば、センサヘッド２０（及び／又はケーブル）に、相を特定可能な色、記号、文字、模様などを付しておくとよい。このようにすると、取り付け対象の電線の相が識別できる場合には、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂのそれぞれを目標とする相に取り付けることができる。三相交流の電線は国、地域、所管の電力会社などに応じて相を識別するために色分けされていることも多く、そのような場合にはセンサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを取り付けるべき目標の相の電線が容易に把握できる。
【0059】
（第２線間電圧決定の処理）
ただし、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが、実際にはどの相に係る電線に取り付けられたのかを電力センサ１は認識できない。このため、本実施形態に係る電力センサ１の制御部１００は、次のようにして、第２線間電圧を決定する処理を実行する。具体的には、第１電位検出部２０１及び第２電位検出部２０３が検出した値に基づいて線間電圧算出部１０１が算出する線間電圧をＶＸとして、ＶＸから位相を＋６０度移した値である第１候補電圧と、位相を－６０度移した値である第２候補電圧のいずれかを第２線間電圧として決定するプロセスを実行する。
ただし、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが、実際にはどの相に係る電線に取り付けられたのかを電力センサ１は認識できない。このため、本実施形態に係る電力センサ１の制御部１００は、次のようにして、第２線間電圧を決定する処理を実行する。具体的には、第１電位検出部２０１及び第２電位検出部２０３が検出した値に基づいて線間電圧算出部１０１が算出する線間電圧をＶＸとして、ＶＸから位相を＋６０度移した値である第１候補電圧と、位相を－６０度移した値である第２候補電圧のいずれかを第２線間電圧として決定するプロセスを実行する。
【0060】
図１０は、制御部１００が行う処理の流れの一部を示すフローチャートである。第１候補電圧と第２候補電圧のいずれを第２線間電圧とするのかを決定する処理は図１０のステップＳ１０９で実行されるが、当該決定に至るまでのプロセスの流れを、図１０に基づいて説明する。なお、図１０に示す処理の前提として、制御部１００は、第１線間電圧の値、第１電流の値、第３電流の値（第１電流及び第２電流から求められる）を取得しているものとする。
【0061】
図１０に示すように、制御部１００は先ず負荷が平衡負荷であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１０１）。なお、平衡負荷であるか否かは記憶部１４に設定値として保持しており、これを参照して判定するのであってもよいし、３つの相電流（即ち、第１電流、第２電流、第３電流）の実効値を比較することによって判定してもよい。平衡負荷であるか否かはユーザーによって設定することもでき、例えば電力センサ１により消費電力を測定する負荷の種別が何かを選択するＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供し、選択された負荷の種別に応じて平衡負荷であるか否かを設定してもよい。具体的には、負荷がモータであれば平衡負荷に設定し、負荷がヒータであれば不平衡負荷として設定するようにできる。
【0062】
（平衡負荷である場合の処理について）
ステップＳ１０１において、負荷が平衡負荷であると判定された場合には、第１仮電力算出部１０４が、第１線間電圧及び第１電流の積（Ｗ１）と第１候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ａ）との和（Ｗａ）を算出する（Ｓ１０２）。なお、Ｗ１、Ｗ２ａ、及び後述するＷ２ｂについて、実際には線間電圧と線電流だけの積ではなく力率も乗算されているが、力率について都度言及することは煩雑であるので、以下では説明を省略する。ステップＳ１０２の後は、第２仮電力算出部１０５が、第１線間電圧及び第１電流の積（Ｗ１）と第２候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ｂ）との和（Ｗｂ）を算出する（Ｓ１０３）。線間電圧算出部１０１は、このようにして算出されたＷａとＷｂとを比較して値の大きい方を選択し（Ｓ１０４）、第１候補電圧及び第２候補電圧のうち、ステップＳ１０４で選択された値の算出に用いられた方を第２線間電圧として決定する（Ｓ１０９）。そして、このようにして第２線間電圧が決定されると、消費電力決定部１０６が第１線間電圧及び第１電流の積と第２線間電圧及び第３電流の積との和を負荷の消費電力として決定することで（Ｓ１１０）、三相交流電源に接続された負荷の消費電力が測定される。
ステップＳ１０１において、負荷が平衡負荷であると判定された場合には、第１仮電力算出部１０４が、第１線間電圧及び第１電流の積（Ｗ１）と第１候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ａ）との和（Ｗａ）を算出する（Ｓ１０２）。なお、Ｗ１、Ｗ２ａ、及び後述するＷ２ｂについて、実際には線間電圧と線電流だけの積ではなく力率も乗算されているが、力率について都度言及することは煩雑であるので、以下では説明を省略する。ステップＳ１０２の後は、第２仮電力算出部１０５が、第１線間電圧及び第１電流の積（Ｗ１）と第２候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ｂ）との和（Ｗｂ）を算出する（Ｓ１０３）。線間電圧算出部１０１は、このようにして算出されたＷａとＷｂとを比較して値の大きい方を選択し（Ｓ１０４）、第１候補電圧及び第２候補電圧のうち、ステップＳ１０４で選択された値の算出に用いられた方を第２線間電圧として決定する（Ｓ１０９）。そして、このようにして第２線間電圧が決定されると、消費電力決定部１０６が第１線間電圧及び第１電流の積と第２線間電圧及び第３電流の積との和を負荷の消費電力として決定することで（Ｓ１１０）、三相交流電源に接続された負荷の消費電力が測定される。
【0063】
以上のように、負荷が平衡負荷である場合の処理において、取得された第１線間電圧、並びに第１電流及び第２電流の信号の流れを図１１に示す。なお、図１１では、センサヘッド２０ａが取り付けられた電線がＲ相、センサヘッド２０ｂが取り付けられた電線がＴ相である場合の例を示している。
【0064】
以下では、ステップＳ１０２～Ｓ１０９の処理で第２線間電圧が決定できる理由について、説明する。まず、初めに、センサヘッド２０ａが取り付けられた電線がＲ相、センサヘッド２０ｂが取り付けられた電線がＴ相であるとして、即ちＶＸ＝ＶＲＴであるとして説明を行う。図１２Ａは、線間電圧ＶＲＴから位相を＋６０度移した値である第１候補電圧を採用した場合のベクトル図であり、図１２Ｂは、線間電圧ＶＲＴから位相を－６０度移した値である第２候補電圧を採用した場合のベクトル図である。
【0065】
図１２Ａの場合には、第１候補電圧（推定のＶＳＴ）は線間電圧ＶＳＴと同じ値となるため、第１候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ａ）を用いて先に説明したように従来の二電力計法を疑似的に再現することができる。即ち、式（１）乃至（３）の通り、線間電圧ＶＲＴと相電流ＩＲの積及び線間電圧ＶＳＴと相電流ＩＳの積の和で負荷の消費電力を算出することができる（ＷＴ＝Ｗａとなる）。
【0066】
一方、図１２Ｂの場合には、第２候補電圧（推定のＶＳＴ）は実質的には線間電圧ＶＲＳと同じ値となるため、相電流ＩＳとの積で電力を求めようとすると、次式（４）のようになる。
【0067】
【数4】
【0068】
そして、このようにして算出されたＷ２ｂと、Ｗ１との和を求めると、平衡負荷の場合、次式（５）のようになる。
【0069】
【数5】
【0070】
即ち、Ｗｂ＝０となるため、ＷａとＷｂとを比較すると、正しい方向へ位相を移した候補電圧を用いて得た値が、そうでない方向に位相を移した候補電圧を用いて得た値よりも大きくなる。
【0071】
ところで、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂは、逆の相の電線に取り付けられる場合がある。即ち、センサヘッド２０ａをＲ相の電線に、センサヘッド２０ｂをＴ相の電線に取り付ける想定であるところ、実際にはそれが逆になってしまい、センサヘッド２０ａがＴ相の電線に、センサヘッド２０ｂがＲ相の電線に取り付けられる、といったことが起こり得る。このような場合の例を図１３Ａに示す。なお、以下では、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを取り付ける電線が想定通りである状態を「順」の取り付け、取り付ける電線が逆になっている状態を「逆」の取り付け、などともいう。図１３Ａに示すように、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが逆に取り付けられた場合には、Ｒ相を基準にＴ相との電位差を見ることになり、線間電圧のベクトルが逆方向になる。
【0072】
図１３Ｂは、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが逆に取り付けられた場合の各相の関係を把握しやすくするために、図１３Ａに示すベクトルを１２０度回転させた図である。図１３Ｂに示すように、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを逆に取り付けた場合の線間電圧ＶＲＴは、順に取り付けた場合の線間電圧ＶＳＴと同じベクトルになる。この場合には線間電圧ＶＲＴと相電流ＩＴの積、即ちＷ１は次式（６）のようになる。
【0073】
【数6】
【0074】
上記式（６）を前提とした場合、次式（７）及び（８）により、負荷の消費電力を測定することができる。
【0075】
【数7】
【数8】
【0076】
図１４Ａは、線間電圧ＶＲＴから位相を－６０度移した値である第２候補電圧を採用した場合のベクトル図であり、図１４Ｂは、線間電圧ＶＲＴから位相を＋６０度移した値である第１候補電圧を採用した場合のベクトル図である。
【0077】
図１４Ａで示すように、第２候補電圧は線間電圧ＶＲＳに相当する値であり、相電流ＩＳとの積（Ｗ２ｂ）が式（７）で示すＷ２となる。そうすると、式（８）より、第２候補電圧及び相電流ＩＳの積（Ｗ２ｂ）を、線間電圧ＶＲＴ及び相電流ＩＴの積（即ちＷ１）と合算することで、負荷の消費電力を算出することができる（即ち、ＷＴ＝Ｗｂが成立する）。
【0078】
一方、図１４Ｂで示すように、線間電圧ＶＲＴから位相を＋６０度移した値である第１候補電圧（推定のＶＲＳ）は実質的には線間電圧ＶＳＴと同じ値となるため、相電流ＩＳとの積（Ｗ２ａ）で電力を求めようとすると、次式（９）のようになる。
【0079】
【数9】
【0080】
そして、このようにして算出されたＷ２ａと、Ｗ１との和を求めると、平衡負荷の場合、次式（１０）のようになる。
【0081】
【数10】
【0082】
即ち、Ｗａ＝０となるため、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂを逆に取り付けた場合であっても、ＷａとＷｂとを比較することにより、第１候補電圧と第２候補電圧のいずれかを第２線間電圧として決定することができる。以上のことから、負荷が平衡負荷である場合においては、ＷａとＷｂとを比較し、大きい方の値の算出に用いられた候補電圧を第２線間電圧として決定することができる。
【0083】
（平衡負荷でない場合の処理について）
再び図１０のフローチャートの説明にもどり、測定対象の負荷が平衡負荷でない場合の処理について説明する。制御部１００は、ステップＳ１０１において負荷が平衡負荷ではないと判定した場合にはステップＳ１０５に進み、第１候補電圧及び相電流ＩＲの積（Ｗ２ａ）、第２候補電圧及び相電流ＩＳの積（Ｗ２ｂ）の符号が同一であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１０５）。なお、Ｗ２ａ及びＷ２ｂは、ステップＳ１０５に至るまでのいずれかのタイミングで、第１仮電力算出部１０４及び第２仮電力算出部１０５によって算出される。制御部１００は、ステップＳ１０５でＷ２ａとＷ２ｂの符号が同一であると判定した場合には、所定の例外処理を実行し（Ｓ１１１）、一連の処理を終了する。所定の例外処理については後述する。
再び図１０のフローチャートの説明にもどり、測定対象の負荷が平衡負荷でない場合の処理について説明する。制御部１００は、ステップＳ１０１において負荷が平衡負荷ではないと判定した場合にはステップＳ１０５に進み、第１候補電圧及び相電流ＩＲの積（Ｗ２ａ）、第２候補電圧及び相電流ＩＳの積（Ｗ２ｂ）の符号が同一であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１０５）。なお、Ｗ２ａ及びＷ２ｂは、ステップＳ１０５に至るまでのいずれかのタイミングで、第１仮電力算出部１０４及び第２仮電力算出部１０５によって算出される。制御部１００は、ステップＳ１０５でＷ２ａとＷ２ｂの符号が同一であると判定した場合には、所定の例外処理を実行し（Ｓ１１１）、一連の処理を終了する。所定の例外処理については後述する。
【0084】
一方、制御部１００がステップＳ１０５でＷ２ａとＷ２ｂの符号が異なると判定した場合には、線間電圧算出部１０１は、Ｗ１とＷ２ａとの符号を比較し（Ｓ１０６）、さらにＷ１とＷ２ｂの符号を比較し（Ｓ１０７）、Ｗ２ａとＷ２ｂのうち、Ｗ１と符号が同一である方の値を選択し（Ｓ１０８）、該選択された値の算出に用いられた候補電圧を、第２線間電圧として決定する（Ｓ１０９）。そして、このようにして第２線間電圧が決定されると、消費電力決定部１０６が第１線間電圧及び第１電流の積と第２線間電圧及び第３電
流の積との和を負荷の消費電力として決定することで（Ｓ１１０）、三相交流電源に接続された負荷の消費電力が測定される。
流の積との和を負荷の消費電力として決定することで（Ｓ１１０）、三相交流電源に接続された負荷の消費電力が測定される。
【0085】
以上のように、負荷が平衡負荷でない場合の処理において、取得された第１線間電圧、並びに第１電流及び第２電流の信号の流れを図１５に示す。なお、図１５では、センサヘッド２０ａが取り付けられた電線がＲ相、センサヘッド２０ｂが取り付けられた電線がＴ相である場合の例を示している。
【0086】
以下では、ステップＳ１０５～Ｓ１０９の処理で第２線間電圧が決定できる理由について説明する。上記の式（１）、（２）によれば、余弦ＣＯＳの括弧内の数値が±９０度を超えると算出される電力Ｗ１、電力Ｗ２の値が負の値となってしまう。ここで、既に説明したように、第１候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ａ）、第２候補電圧と第３電流の積（Ｗ２ｂ）には、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが逆に取り付けられた値も存在することから、Ｗ２の候補となる値として、４パターンの値が存在することがわかる。具体的には、センサヘッド２０ａとセンサヘッド２０ｂが順方向に取り付けられた場合のＷ２ａ及びＷ２ｂと、センサヘッド２０ａ、センサヘッド２０ｂが逆に取り付けられた場合のＷ２ａ及びＷ２ｂである。ここで、既にみたように、センサヘッド２０が順に取り付けられた場合のＷ２ａは上記式（２）のＷ２と同一であり、逆に取り付けられた場合のＷ２ｂは、上記式（７）におけるＷ２と同一である。また、センサヘッド２０が順に取り付けられた場合のＷ２ｂは上記式（４）の通りであり、逆に取り付けられた場合のＷ２ａは上記式（９）の通りである。
【0087】
これらに関して、相電圧と相電流の位相差θの値とＷ１、Ｗ２ａ、Ｗ２ｂの正負の値の関係についてまとめたのが、図１６Ａ及び図１６Ｂの表である。図１６Ａの表は、センサヘッド２０が順に取り付けられた場合の関係を示しており、図１６Ｂの表はセンサヘッド２０が逆に取り付けられた場合の関係を示している。なお、センサヘッド２０が逆に取り付けられた場合のＷ１は、上記式（６）の通りである。
【0088】
図１６Ａ、図１６Ｂに示すように、θの値が±６０度を超えると（即ち力率が０．５を下回ると）、いずれもＷ２ａとＷ２ｂの符号が同一となる。このような場合には、正しく消費電力を測定することができないため、所定の例外処理を実行する。一方θの値が－６０度から＋６０度の間においてはＷ２ａとＷ２ｂの符号が異なるため、これらのうちＷ１と同一の符号である方を選択し、当該選択された値の算出に用いられた候補電圧を、第２線間電圧とすることで、負荷の消費電力を測定することができる。即ち、負荷が平衡負荷でない場合であっても、負荷の力率が０．５～１である場合には、第１線間電圧及び第１電流の積と第２線間電圧及び第３電流の積との和を求めることで、消費電力を測定することができる。
【0089】
（所定の例外処理について）
次に、図１０のフローチャートにおける、ステップＳ１１１について説明する。本実施形態においては、ステップＳ１１１では、消費電力決定部１０６測定対象の負荷の力率を予め定める所定値（例えば、０．５）とみなして、第１電流、第２電流及び第３電流、並びに第１線間電圧を用いた演算を行うことにより、前記負荷の仮の消費電力を算出する。即ち、次式（１１）に示す演算を実施する。
次に、図１０のフローチャートにおける、ステップＳ１１１について説明する。本実施形態においては、ステップＳ１１１では、消費電力決定部１０６測定対象の負荷の力率を予め定める所定値（例えば、０．５）とみなして、第１電流、第２電流及び第３電流、並びに第１線間電圧を用いた演算を行うことにより、前記負荷の仮の消費電力を算出する。即ち、次式（１１）に示す演算を実施する。
【0090】
【数11】
【0091】
なお、上記式（１１）における０．５は、負荷のみなし力率として予め設定された値である。みなし力率は、例えば記憶部１４に設定値として格納されており、製品の工場出荷時に設定される値であってもよいし、ユーザーにおいて事後的に設定（変更）される値であってもよい。上記式（１１）のように、第１線間電圧と第１電流、第２電流、第３電流それぞれの積を合算した値にみなし力率を乗ずる演算を行うことで、仮の測定値を算出することができる。即ち、負荷の力率が低く、第１線間電圧及び第１電流の積と第２線間電圧及び第３電流の積との和により負荷の消費電力を測定できない場合であっても、負荷の消費電力に関する参考情報を得ることができる。
【0092】
（本実施形態による効果）
以上、説明したような本実施形態に係る電力センサ１によれば、簡易な構成で正確に三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することが可能な電力センサを提供することができる。具体的には、電力センサ１は、それぞれ電位検出部及び電流検出部を備える２つのセンサヘッドを三相のうちの二相に設置するだけで、疑似的な二電力計法により正確に負荷の消費電力を測定することができる。電線に取り付けるプローブを２つだけとする構成によって、電力センサ設置時のユーザー負担を大幅に低減することができるとともに、製品の製造コストを低減させることができる。また、計測プローブのセンサヘッド２０は、コンパクトな中空円筒状に形成されており、ヒンジ構造により開閉可能に構成されていることによって、センサヘッドの電線への取り付けを容易に行うことができる。また、本実施形態に係る電力センサ１は、本体部１０に表示部、操作部といった構成を備えないため、これらを省略した分製造コストを低減できるとともに、蓄電池の消耗を抑えることができる。また、装置の小型化を実現することができる。
以上、説明したような本実施形態に係る電力センサ１によれば、簡易な構成で正確に三相交流電源に接続される負荷の消費電力を測定することが可能な電力センサを提供することができる。具体的には、電力センサ１は、それぞれ電位検出部及び電流検出部を備える２つのセンサヘッドを三相のうちの二相に設置するだけで、疑似的な二電力計法により正確に負荷の消費電力を測定することができる。電線に取り付けるプローブを２つだけとする構成によって、電力センサ設置時のユーザー負担を大幅に低減することができるとともに、製品の製造コストを低減させることができる。また、計測プローブのセンサヘッド２０は、コンパクトな中空円筒状に形成されており、ヒンジ構造により開閉可能に構成されていることによって、センサヘッドの電線への取り付けを容易に行うことができる。また、本実施形態に係る電力センサ１は、本体部１０に表示部、操作部といった構成を備えないため、これらを省略した分製造コストを低減できるとともに、蓄電池の消耗を抑えることができる。また、装置の小型化を実現することができる。
【0093】
（変形例１）
なお、上記実施形態１ではステップＳ１１１における例外処理として、みなし力率を用いて仮の消費電力を算出するようにしていたが、他の処理を行うようにしてもよい。例えば、ステップＳ１０７でＷ２ａとＷ２ｂの符号が異なると判定した場合には、制御部１００は、負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力するようにしてもよい。具体的には、通信部１６を介してユーザーが使用する近傍の情報処理端末に情報を送信し、情報処理端末が備える出力手段に応じて、画像、テキストメッセージ、音声、或いはこれらの組み合わせによって、エラーメッセージが出力されるようにしてもよい。
なお、上記実施形態１ではステップＳ１１１における例外処理として、みなし力率を用いて仮の消費電力を算出するようにしていたが、他の処理を行うようにしてもよい。例えば、ステップＳ１０７でＷ２ａとＷ２ｂの符号が異なると判定した場合には、制御部１００は、負荷の消費電力が測定不能である旨の信号を出力するようにしてもよい。具体的には、通信部１６を介してユーザーが使用する近傍の情報処理端末に情報を送信し、情報処理端末が備える出力手段に応じて、画像、テキストメッセージ、音声、或いはこれらの組み合わせによって、エラーメッセージが出力されるようにしてもよい。
【0094】
（変形例２）
また、上記実施形態１のセンサヘッド２０では、図６に示すように磁界シールド２７のギャップはヒンジ部２９の部位に設けられる隙間部Ｇとしていたが、必ずしもこのような態様に限定されるわけではない。電流センサ素子２４と、磁界シールド２７の配置関係に応じて、ギャップは様々な態様で設けることができる。図１７Ａにこのようなギャップの変形例を示す。図１７Ａに示すように、磁界シールド２７は、電流センサ素子２４の配置されている箇所のみを覆うように設けられ、隙間部Ｇ以外の箇所においても、磁界シールド２７で覆われていないギャップを設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態１のセンサヘッド２０では、図６に示すように磁界シールド２７のギャップはヒンジ部２９の部位に設けられる隙間部Ｇとしていたが、必ずしもこのような態様に限定されるわけではない。電流センサ素子２４と、磁界シールド２７の配置関係に応じて、ギャップは様々な態様で設けることができる。図１７Ａにこのようなギャップの変形例を示す。図１７Ａに示すように、磁界シールド２７は、電流センサ素子２４の配置されている箇所のみを覆うように設けられ、隙間部Ｇ以外の箇所においても、磁界シールド２７で覆われていないギャップを設けるようにしてもよい。
【0095】
（変形例３）
また、上記実施形態１においては、１つのセンサヘッド２０が４つの電流センサ素子２４を備える構成であったが、センサヘッド２０あたりの電流センサ素子は４つに限られない。図１７Ｂ、図１７Ｃにこのような場合の変形例について示す。図１７Ｂは電流センサ素子２４を３つとした場合のセンサヘッド２０内での配置例を示し、図１７Ｃは電流センサ素子２４を２つにした場合の配置例を示している。いずれの場合であっても、複数の電流センサ素子２４同士が円周上において等間隔となるように配置される。
また、上記実施形態１においては、１つのセンサヘッド２０が４つの電流センサ素子２４を備える構成であったが、センサヘッド２０あたりの電流センサ素子は４つに限られない。図１７Ｂ、図１７Ｃにこのような場合の変形例について示す。図１７Ｂは電流センサ素子２４を３つとした場合のセンサヘッド２０内での配置例を示し、図１７Ｃは電流センサ素子２４を２つにした場合の配置例を示している。いずれの場合であっても、複数の電流センサ素子２４同士が円周上において等間隔となるように配置される。
【0096】
（変形例４）
また、上記実施形態１においては、センサヘッド２０は電位検出電極２２として銅箔を備える構成であったが、電位検出電極はそれ専用の構成である必要はなく、銅箔を省略することもできる。具体的には、例えば、電流センサ素子２４及びＦＰＣ２３で構成される電流を検出するための回路における基準電位を、電線の電位を検出するための電位検出電極として活用することができる。このように電位検出電極のために設けられる構成を省略し、電流検出回路そのものを電位検出電極とすることで、電極面積を大きくすることができる。
また、上記実施形態１においては、センサヘッド２０は電位検出電極２２として銅箔を備える構成であったが、電位検出電極はそれ専用の構成である必要はなく、銅箔を省略することもできる。具体的には、例えば、電流センサ素子２４及びＦＰＣ２３で構成される電流を検出するための回路における基準電位を、電線の電位を検出するための電位検出電極として活用することができる。このように電位検出電極のために設けられる構成を省略し、電流検出回路そのものを電位検出電極とすることで、電極面積を大きくすることができる。
【0097】
（変形例５）
また、上記実施形態１では電流センサ素子２４として、磁気抵抗効果素子を例示したが、これに限らずホール素子などの他の磁気センサや一般的なカレントトランスなどを採用することもできる。また、カレントトランスなどを電流センサとして採用した場合にも、当該カレントトランスの基準電位を電位検出電極とすることもできる。また、電流検出回路だけでなく、電流センサのコアを電位検出電極として電線の電位を検出することもできる。
また、上記実施形態１では電流センサ素子２４として、磁気抵抗効果素子を例示したが、これに限らずホール素子などの他の磁気センサや一般的なカレントトランスなどを採用することもできる。また、カレントトランスなどを電流センサとして採用した場合にも、当該カレントトランスの基準電位を電位検出電極とすることもできる。また、電流検出回路だけでなく、電流センサのコアを電位検出電極として電線の電位を検出することもできる。
【0098】
＜実施形態２＞
以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、実施形態２に係る電力センサ４は三相交流電源に接続される平衡負荷の消費電力を測定可能に構成された電力センサであり、実施形態１に係る電力センサ１と多くの構成を共通にしている。このため、本実施形態については、実施形態１と同様の構成、処理については同一の符号を付し、改めての説明は省略する。
以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、実施形態２に係る電力センサ４は三相交流電源に接続される平衡負荷の消費電力を測定可能に構成された電力センサであり、実施形態１に係る電力センサ１と多くの構成を共通にしている。このため、本実施形態については、実施形態１と同様の構成、処理については同一の符号を付し、改めての説明は省略する。
【0099】
図１８Ａは本実施形態に係る電力センサ４の概略を示す概略図である。また、図１８Ｂは、電力センサ４の機能構成を示すブロック図である。図１８Ｂに示すように、本実施形態に係る電力センサ４は、電力センサ１とは異なり、２つ目のセンサヘッド４１が第２電流検出部を備えない構成となっている。即ち、センサヘッド４１は取り付けられる電線の電位のみを検出するように構成されている。センサヘッド４１はセンサヘッド２０ａと概ね同様の構造となっているため詳細な説明は省略するが、電流センサ素子を備えない点においてセンサヘッド２０ａとは異なっている。
【0100】
このため、センサ部４２０は第１電位検出部２０１と、第１電流検出部２０２と、第２電位検出部２０３とを備える構成となっている。また、制御部４００における第３電流算出部４０２は、後述するように、電力センサ１の第３電流算出部１０２とは異なる方法により、第３電流を算出する。また、消費電力決定部４０６も電力センサ１の消費電力決定部１０６とは異なる方法により、負荷の消費電力を決定する。その他の構成や実行する処理、外部機器との連携についてなどは実施形態１に係る電力センサ１と同様であるので説明は省略する。
【0101】
次に、本実施形態に係る電力センサ４がどのようにして負荷の消費電力を測定するのかを説明する。図１９Ａは本実施形態係る電力センサ４を三相交流回路に取り付けた状態を示すモデル図である。本実施形態ではセンサヘッド２０ａをＲ相に係る電線に取り付けるとともにセンサヘッド４１をＴ相に係る電線に取り付け、線間電圧ＶＲＴ、Ｒ相の相電流ＩＲを取得する。なお、線間電圧ＶＲＴは、第１電位検出部２０１、第２電位検出部２０３が検出した値に基づいて、線間電圧算出部１０１が算出する。
【0102】
三相交流電源に接続される平衡負荷に流れる各相の電流は互いに１２０度ずつ位相がずれた値となっている。即ち、１つの相電流を検出したうえで、その値から１２０度位相を移すことにより、他の相電流の値を求めることができる。本実施形態では線間電圧算出部１０１が一組の線間電圧を算出してその位相を６０度移した第２線間電圧を算出するとと
もに、第３電流算出部４０２が、検出された１つの相電流の値の位相を１２０度移した第３電流を算出する。図１９Ｂに当該事項を図式化したベクトル図を示す。図１９Ｂでは、線間電圧ＶＲＴから＋６０度位相を移して線間電圧ＶＳＴを算出し、相電流ＩＲから＋１２０度位相を移して相電流ＩＳを算出する例を示している。
もに、第３電流算出部４０２が、検出された１つの相電流の値の位相を１２０度移した第３電流を算出する。図１９Ｂに当該事項を図式化したベクトル図を示す。図１９Ｂでは、線間電圧ＶＲＴから＋６０度位相を移して線間電圧ＶＳＴを算出し、相電流ＩＲから＋１２０度位相を移して相電流ＩＳを算出する例を示している。
【0103】
既に述べたように、線間電圧ＶＲＴ、線間電圧ＶＳＴ、相電流ＩＲ、相電流ＩＳ、の値が得られれば、（疑似的な）二電力計法を用いて、接続されている負荷の消費電力を算出することができる。次式（１２）にそれを示す。なお、Ｅは線間電圧の絶対値（即ち、Ｅ＝｜ＶＲＴ｜＝｜ＶＳＴ｜）であり、Ｉは相電流の絶対値（即ち、Ｉ＝｜ＩＲ｜＝｜ＩＳ｜）である。
【0104】
【数12】
【0105】
また、取得された第１線間電圧（ＶＲＴ）、並びに第１電流（ＩＲ）の信号の流れを図２０に示す。
【0106】
このような方法によれば、センサヘッド２０ａ、センサヘッド４１がそれぞれ目標とする相に取り付けられている場合には、確実に負荷の消費電力を測定することができる。そのため、センサヘッド２０ａ、センサヘッド４１のそれぞれをいずれの相の電線に取り付けるかを決めておき、取り付け時にユーザーが取り付け目標の相を認識できるようにしておくことが望ましい。或いは、いずれの相の電線にセンサヘッド２０ａ、センサヘッド４１を取り付けたのかを設定する（記憶部１４に記憶し、制御部４００がそれを参照して演算を行う）ことでも、負荷の力率に関わらず消費電力を正確に測定することができる。
【0107】
ただし、センサヘッド２０ａ、センサヘッド４１が、いずれの相に係る電線に取り付けられたのか不明な場合であっても、負荷の力率が一定の範囲内であれば、電力センサ４により負荷の消費電力を測定することができる。図１９Ｂに示すように、本実施形態において、第２線間電圧（ＶＳＴ）を算出するために第１線間電圧（ＶＲＴ）から相を移す方向と、第３電流（ＩＳ）を算出するために第１電流（ＩＲ）から相を移す方向とは同一方向である。このため、図２１に示すような信号の処理を行い、ＷａかＷｂのいずれかを選択することで、消費電力を決定することができる。
【0108】
ここで、図２１に示すように、ＶＲＴを＋の方向に６０度移相させて第２線間電圧を求め、ＩＲを＋の方向に１２０度移相させて第３電流を求めたうえでこれらの積でＷ２を求めた場合をＷ２ａとする。また、ＶＲＴを－の方向に６０度移相させて第２線間電圧を求め、ＩＲを－の方向に１２０度移相させて第３電流を求めたうえでこれらの積でＷ２を求めた場合をＷ２ｂとする。そして、第１線間電圧と第１電流の積で求めた電力Ｗ１とＷ２ａの和をＷａとし、Ｗ１とＷ２ｂの和をＷｂとする。なお、Ｗ２ａは第１仮電力算出部１０４が算出し、Ｗ２ｂは第２仮電力算出部１０５が算出する。
【0109】
そして、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１の電線への取り付けが、順である場合には、Ｗ２ａはＶＳＴとＩＳの積によって求められるものとなるため、Ｗａは上記式（１２）のＷと同一となる（Ｗ＝Ｗａ）。一方、Ｗ２ｂは適切でない方向に位相を移してしまった場合の値となる。図２２に、適切でない方向に位相を移してしまった場合のベクトル図を示す。図２２を参照して、適切でない方向に位相を移してしまった際のＷｂは次式（１３）のようになる。
【0110】
【数13】
【0111】
ここで、ＷａはＷと同一であることから、上記式（１２）及び（１３）によると－９０°＜θ＜３０°の範囲では、Ｗａ＞Ｗｂとなる。即ち、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択すると、消費電力を正しく決定できることになる。しかしながら、θが３０度を超えるような力率が著しく悪い負荷では、ＷｂがＷａよりも大きい値となるため、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択することによっては、消費電力を正しく決定することはできない。
【0112】
なお、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１の電線への取り付けが順である場合は上記のとおりであるが、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１の電線への取り付けが逆である場合についても対応する必要がある。センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１の電線への取り付けが逆である場合においては、次式（１４）により消費電力Ｗを求めることができる。
【0113】
【数14】
【0114】
図２３Ａ及び図２３Ｂは、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１が逆に取り付けられた状態を示すベクトル図である。図２３Ａに示すように、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１が逆に取り付けられた場合には、第１線間電圧ＶＲＴは、順に取り付けた場合の線間電圧ＶＳＴと同じベクトルになる。このため、Ｗ１との和で正しく消費電力Ｗを算出するためには、第２線間電圧がＶＲＳとなるように、また第３電流がＩＳとなるように、ＶＲＴ及びＩＲの位相を－の方向に移す必要がある。即ち、Ｗ１との和で正しく消費電力を算出することができるのはＷ２ｂということになる。このため、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１が逆に取り付けられた場合には、Ｗｂが上記式（１４）のＷと等しくなる。
【0115】
一方、図２３Ｂに示すように、センサヘッド２０ａとセンサヘッド４１が逆に取り付けられたうえで、第１線間電圧及び第１電流の位相を適切でない方向（即ち、＋の方向）に移して求めた第２線間電圧及び第３電流の積（即ちＷ２ａ）とＷ１との和（Ｗａ）を求める場合には次式（１５）のようになる。
【0116】
【数15】
【0117】
ここで、ＷｂはＷと同一であることから、上記式（１４）及び（１５）によると－３０
°＜θ＜９０°の範囲では、Ｗｂ＞Ｗａとなる。即ち、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択すると、消費電力を正しく決定できることになる。しかしながら、θが－３０度を下回るような力率が著しく悪い負荷では、ＷａがＷｂよりも大きい値となるため、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択することによっては、消費電力を正しく決定することはできない。
°＜θ＜９０°の範囲では、Ｗｂ＞Ｗａとなる。即ち、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択すると、消費電力を正しく決定できることになる。しかしながら、θが－３０度を下回るような力率が著しく悪い負荷では、ＷａがＷｂよりも大きい値となるため、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択することによっては、消費電力を正しく決定することはできない。
【0118】
以上のことから、本実施形態に係る電力センサ４では、負荷が平衡負荷であって、かつ負荷の力率が－３０°＜θ＜３０°の範囲内にある場合においては、センサヘッド２０ａ、センサヘッド４１が、いずれの相に係る電線に取り付けられたのか不明な場合であっても図２１に示す処理に基づいて、ＷａとＷｂのうち値の大きい方を選択することで消費電力を測定することができる。
【0119】
（本実施形態の効果）
このような本実施形態によれば、三相交流電源に接続される負荷の消費電力測定において、三相のうちの二相に係る電線に電位センサを設置し、三相のうちの一相に係る電線に電流センサを設置することで、負荷の消費電力を測定することができる。このため、電線に取り付けるセンサの数を削減し、電力センサの低コスト化に寄与することができる。
このような本実施形態によれば、三相交流電源に接続される負荷の消費電力測定において、三相のうちの二相に係る電線に電位センサを設置し、三相のうちの一相に係る電線に電流センサを設置することで、負荷の消費電力を測定することができる。このため、電線に取り付けるセンサの数を削減し、電力センサの低コスト化に寄与することができる。
【0120】
＜その他＞
上記各実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。例えば、上記実施形態１の各変形例に係る構成を、上記実施形態２に適用することも可能である。
上記各実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。例えば、上記実施形態１の各変形例に係る構成を、上記実施形態２に適用することも可能である。
【0121】
また、上記実施形態１において、第２線間電圧を決定する処理（ステップＳ１０１～ステップＳ１０９）は、一旦第２線間電圧を求めるために位相を移す方向が確定した後は何度も実行する必要はない。そのため、電力センサ１を設置する際の初回設定時において実行し、第２線間電圧を求めるために正負いずれの方向に位相を移すのかを決定できれば、後はその情報を設定値として記憶部１４に保存し、これを参照することで第２線間電圧を求めるようにすることができる。
【0122】
また、上記各実施形態では、計測プローブを二つとする構成であったが、このような構成に限られない。具体的には、第１電位検出部、第１電流検出部、第２電位検出部、第２電流検出部、がそれぞれ別体の計測プローブとなっている構成であっても構わない。
【0123】
また、上記各実施形態では、本体に表示部、操作部などを備えずに外部の情報処理装置を入出力Ｉ／Ｆとする構成であったが、必ずしもこのようにする必要はなく、本体に例えばＬＥＤなどの表示部を設けるようにしてもよい。また、操作部についても操作スイッチなどを設けるように指定もよい。なお、表示部を設けた場合には、通常の稼働時には表示部への電力供給を制限することで、消費電力を節約するようにしてもよい。
【0124】
また、上記各実施形態における、三相のうちの各相と第１、第２、第３との関係（Ｒ相＝第１、Ｔ相＝第２、Ｓ相＝第３）はあくまで一例に過ぎず、対応関係は任意であってよい。
【符号の説明】
【0125】
１、４・・・電力センサ
１０、４０・・・本体部
２０、２０ａ、２０ｂ、４１・・・センサヘッド
２１・・・ベース部
２１ａ、２１ｂ・・・ベース部材
２２・・・電位検出電極
２３・・・ＦＰＣ
２４・・・電流センサ素子
２５・・・電界シールド
２６・・・絶縁シール
２７・・・磁界シールド
２８・・・カバー部材
２９・・・ヒンジ部
Ｇ・・・隙間部
ＡＸ・・・軸
Ｗ１・・・第１電力
Ｗ２ａ・・・第１仮電力
Ｗ２ｂ・・・第２仮電力
１０、４０・・・本体部
２０、２０ａ、２０ｂ、４１・・・センサヘッド
２１・・・ベース部
２１ａ、２１ｂ・・・ベース部材
２２・・・電位検出電極
２３・・・ＦＰＣ
２４・・・電流センサ素子
２５・・・電界シールド
２６・・・絶縁シール
２７・・・磁界シールド
２８・・・カバー部材
２９・・・ヒンジ部
Ｇ・・・隙間部
ＡＸ・・・軸
Ｗ１・・・第１電力
Ｗ２ａ・・・第１仮電力
Ｗ２ｂ・・・第２仮電力
【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14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】