JP2018036735A - センサシステム - Google Patents

Description

本発明は、センサシステムに関する。

従来、変圧器に配置した振動センサを利用して、変圧器の異常振動を検知していた（例えば、特許文献１および２参照）。また、電磁操作方式遮断器の電磁操作機構内に磁束センサを設けて、当該磁束センサにより測定した磁束密度から電磁操作機構の開閉極状態を監視していた（例えば、特許文献３参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特許第２６１７９０６号公報
［特許文献２］ 特許第４５４２９５７号公報
［特許文献３］ 特許第４６８２０４６号公報

センサの電源として電池を用いる場合には、定期的に電池を交換する必要がある。しかしながら、変圧器および遮断器には数千ボルトの高電圧が印加されているので、作業者は容易には近づきにくい。それゆえ、電池交換を不要とすることが望ましい。

本発明の第１の態様においては、センサシステムを提供する。センサシステムは、センサ部と、送信部と、変換部とを備えてよい。センサ部は、測定対象の状態を検出してよい。送信部は、センサ部からの出力を外部に送信してよい。変換部は、測定対象から出る磁場を電力に変換してよい。変換部が変換した電力により、センサ部および送信部の少なくとも一方が動作してよい。

センサ部は、変換部よりも磁場が弱い位置に設けられてよい。

測定対象は、主電流が流れる電線を有してよい。電線から変換部までの距離は、電線からセンサ部までの距離よりも短くてよい。

センサシステムは、蓄電部をさらに備えてよい。蓄電部は、変換部からの電力を蓄えてよい。蓄電部は、蓄電した電力をセンサ部および送信部の少なくとも一方に供給してよい。

センサ部が測定対象を常時測定するべく、センサ部には蓄電部から常時電力が供給されてよい。

センサ部から送信部への出力に応じて、蓄電部から送信部へ電力が供給されてよい。

センサシステムは、メモリ部をさらに備えてよい。メモリ部は、センサ部が測定した測定信号を保存してよい。

センサシステムは、制御部をさらに備えてよい。制御部は、測定対象から出る磁場の強さに応じて、センサ部および送信部の一以上の出力を調整してよい。

測定対象から出る磁場の強さとセンサ部の測定信号とが対応付けられた情報を、送信部は送信してよい。

測定対象から出る磁場の強さに応じて、制御部はセンサ部への電源電流を制御してよい。

測定対象から出る磁場の強さに応じて、制御部は送信部の出力を制御してよい。

測定対象は変圧器であってよい。変圧器において主電流が流れる電線はコイルであってよい。変換部は、コイルに接して設けられてよい。

測定対象は遮断器であってよい。遮断器において主電流が流れる電線はブッシングであってよい。変換部は、ブッシングに接して設けられてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１実施形態における測定システム３００を示す概要図である。 測定対象１０としての変圧器１１を示す概要図である。 変圧器１１およびセンサシステム１００を示す概要図である。 第１実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。 第２実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。 第２実施形態の第１変形例を示す図である。 第２実施形態の第２変形例を示す図である。 第２実施形態の第３変形例を示す図である。 第３実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。 第４実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。 第５実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。 変圧器１１の電線に流れる主電流と変換部２０の発電量との関係を示すシミュレーショ結果を示す図である。 第６実施形態における測定対象１０としての遮断器１５を示す概要図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態における測定システム３００を示す概要図である。本例の測定システム３００は、センサシステム１００および処理システム２００を有する。センサシステム１００は、測定対象１０の状態を検出する。検出された測定対象１０の状態は、測定信号としてセンサシステム１００から処理システム２００に出力される。処理システム２００は、ネットワーク４００を介して監視装置５００に測定信号を出力する。

測定対象１０の状態とは、測定対象１０の振動、圧力、温度および湿度、測定対象１０が発する音、光および電磁波、測定対象１０から漏れるガスの成分、ならびに、測定対象１０の電圧、電流および磁力の一以上であってよい。例えば、測定対象１０の振動および温度を検知することにより、測定対象１０の変形および発熱をそれぞれ検知することができる。また、測定対象１０に所定の電圧値以上で発光するダイオードを設けて、当該ダイオードからの光を検出することにより、測定対象１０に生じるサージ電圧を検知することができる。また、測定対象１０の圧力を測定することにより絶縁ガス（例えば、Ｎ_２およびＳＦ_６）のリークを検知することができる。

測定対象１０は、電力を輸送、変換、制御および供給する装置、ならびに、電子機器の電源装置であってよい。測定対象１０は、数百Ａから数千Ａの大電流を扱う装置であってよい。例えば、測定対象１０は、変圧器および遮断器（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）である。この場合、測定対象１０は、主電流が流れる電線を有する。なお、本例の測定対象１０は、変圧器である。

センサシステム１００は、変換部２０、蓄電部３０、センサ部４０および送信部５０を含んでよい。変換部２０は、測定対象１０から出る磁場を電力に変換する機能を有する。磁場から電力を生成するべく、変換部２０はコイルを有してよい。

本例において、主電流が流れる電線は変圧器のコイルであってよい。変換部２０を変圧器のコイルに接して設けることにより、変圧作用に寄与しない漏れ磁場が変換部２０のコイルを貫くことができる。これにより、変換部２０は漏れ磁場から誘導起電力を得ることができる。

なお、測定対象１０が遮断器である他の例において、主電流が流れる電線の周りには比較的高い誘導磁場が生じる。変換部２０のコイルを誘導磁場が貫くことにより、変換部２０は誘導起電力を得ることができる。

このように、センサシステム１００においては変換部２０が電力を生成するので、電源としての電池が不要である。それゆえ、本例においては電池交換をしなくてよい点が有利である。また、本例においては、外部固定電源から電力を得る必要がないという点も有利である。

上述の様に、本例の変換部２０は、センサシステム１００の電力生成部として機能する。変換部２０が変換した電力は、蓄電部３０に蓄えられてよい。蓄電部３０に電力を蓄えることにより、誘導磁場が生じていない場合においても、蓄電部３０は、蓄電した電力をセンサ部４０および送信部５０の少なくとも一方に供給することができる。これにより、センサ部４０および送信部５０の少なくとも一方は動作することができる。

センサ部４０は、測定対象１０の状態を示す測定信号を送信部５０に出力してよい。本例の測定信号は、単位時間毎における測定対象１０の振動数である。センサ部４０は、常時起動状態にあって測定対象１０を常時測定してもよいし、間欠的に起動して測定対象１０を間欠的に測定していてもよい。

送信部５０は、センサ部４０からの出力である測定信号を外部にある処理システム２００の受信部２１０に送信してよい。本例の送信部５０は、無線送信部である。無線である場合には、有線の場合における断線が生じないので有利である。

処理システム２００は、受信部２１０、データ処理部２２０およびネットワーク機器２３０を含んでよい。受信部２１０が送信部５０から受信する測定信号はアナログ信号であってよい。当該アナログ信号は、データ処理部２２０に供給されて、データ処理部２２０においてデジタル信号に変換されてよい。

当該デジタル信号は、ネットワーク機器２３０およびネットワーク４００を経て、監視装置５００に出力されてよい。監視装置５００は、測定対象１０の状態（振動、圧力、温度等）を表示してよい。監視装置５００は、モニタ等のユーザインターフェースおよびＣＰＵ等のハードウェアを有してよい。これにより、監視者は、測定対象１０から離れた遠隔地において測定対象１０の状態を知ることができる。

なお、本例のセンサシステム１００は、変換部２０での発電に加えて、センサ部４０により測定対象１０の状態を検出すること、および、センサ部４０が得た測定信号を送信部５０から外部に送信することを目的としている。これにより電池交換不要のセンサシステム１００を実現するものである。

図２は、測定対象１０としての変圧器１１を示す概要図である。本例の変圧器１１は、筐体１４と、筐体１４内部に位置するコイル１２および鉄芯１３と、筐体１４上に位置する複数の低圧ブッシングおよび複数の高圧ブッシングとを有する。

上述の電線は、変圧器１１のコイル１２に対応する。なお、図２におけるＸ‐Ｙ‐Ｚ軸は、右手系の直交座標軸である。また、本例において、上方向とは＋Ｚ方向を意味し、下方向とは−Ｚ方向を意味する。Ｘ‐Ｙ‐Ｚ軸は、相対位置を説明するための便宜的な軸に過ぎない。Ｚ軸は必ずしも重力方向と平行な方向でなくてもよい。

本例の変圧器１１は、内鉄型の三脚構造を有する鉄芯１３と、鉄芯１３の各脚部に設けられたコイル１２とを有する。本例の各コイル１２（Ｕ相コイル１２‐１、Ｖ相コイル１２‐２およびＷ相コイル１２‐３）は、一次コイルと二次コイルとをそれぞれ同心状に有する。一次コイルおよび二次コイルには、変圧に際して主電流が流れる。

変圧器１１は、高電圧（例えば、６ｋＶ）を低電圧（例えば２１０Ｖ）に変換してよい。高電圧は、高圧ブッシングから一次コイルに供給されてよい。変換後の低電圧は、二次コイルから低圧ブッシングを介して変圧器１１の外部回路に提供されてよい。

図３は、変圧器１１およびセンサシステム１００を示す概要図である。なお、図３において鉄芯１３は省略している。本例のセンサシステム１００は、変圧器１１用のセンサシステム１００である。図３では、コイル１２‐１上に１つの変換部２０を設ける例を示すが、コイル１２‐２および１２‐３においても同様に１つの変換部２０が設けられてよい。他の例においては、コイル１２‐１上に複数の変換部２０を設けてもよい。さらに他の例においては、高圧または低圧ブッシングに接して１以上の変換部２０を設けてもよい。また、これらの例を組み合わせてもよい。

本例のセンサ部４０は、コイル１２‐１の振動数を検知する。センサ部４０は、加速度センサ素子であってよい。詳述はしないが、加速度センサ素子からの出力を適切に処理することにより、加速度から振動数を得ることができる。

本例のセンサ部４０は、変換部２０よりも磁場が弱い位置に設ける。これにより、変換部２０に比べてセンサ部４０への磁場の影響を低減することができる。本例においては、電線としてのコイル１２‐１から変換部２０までの距離を、コイル１２‐１からセンサ部４０までの距離よりも短くする。つまり、本例においては、変換部２０をセンサ部４０よりもコイル１２‐１の近くに配置する。なお、センサ部４０全体を磁気シールドにより覆ってもよい。これにより、センサ部４０への磁場の影響を低減してよい。

本例のセンサ部４０は、コイル１２‐１から所定距離離間した筐体１４に直接接して設けられる。本例において、筐体１４とコイル１２とは一体に接続されているので、両者は同じ振動数で振動する。それゆえ、筐体１４上にセンサ部４０を設けることにより、センサ部４０をコイル１２‐１から遠ざけつつ、かつ、コイル１２‐１の振動数を正確に検知することができる。

本例において、センサ部４０には蓄電部３０から常時電力が供給される。これにより、センサ部４０は変圧器１１の振動数を常時測定することができるので、センサ部４０が変圧器１１を間欠的に測定する場合よりも変圧器１１の異常を正確かつ迅速に発見することができる。

本例の蓄電部３０および送信部５０は、変換部２０およびセンサ部４０と比較して変圧器１１からさらに離間して設けられる。蓄電部３０および送信部５０は、変圧器１１から３ｍ以上、５ｍ以上または１０ｍ以上離間してよい。これにより、蓄電部３０および送信部５０に対する変圧器１１の漏れ磁場の影響をさらに低減することができる。本例において変換部２０と蓄電部３０とは、配線により接続されてよい。蓄電部３０、センサ部４０および送信部５０もまた、配線により互いに接続されてよい。配線は、磁場により電線に引き寄せられないように、地面または地面に固定された構造物に固定されてよい。

なお、他の例におけるセンサ部４０の配置を図３において点線により示す。他の例においては、センサ部４０をコイル１２‐１の側部に設けてもよい。例えば、コイル１２‐１の側面に直接接してセンサ部４０を設ける。コイル１２の側部は、コイル１２の上方向（＋Ｚ方向）端部および下方向（−Ｚ方向）端部よりも磁場が弱い。それゆえ、センサ部４０への磁場の影響を低減しつつ、コイル１２の振動数を正確に検知することができる。特に、コイル１２におけるＺ方向の中央部にセンサ部４０を設けることにより、センサ部４０への磁場の影響を最も低減することができる。

図４は、第１実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。本例の変換部２０は、コイル２２および整流回路２４を有する。本例の整流回路２４は、ダイオード２５を含む。蓄電部３０は、キャパシタ３２を有する。コイル２２の一端は、ダイオード２５のアノードに接続する。コイル２２の他端は接地される。ダイオード２５のカソードは、キャパシタ３２の高電位側に接続する。キャパシタ３２の低電圧側は接地される。

なお、本明細の実施形態およびその変形例において、整流回路２４は変換部２０に含まれるとする。しかしながら、整流回路２４は、蓄電部３０のキャパシタ３２よりもコイル２２側に位置していればよい。整流回路２４は、キャパシタ３２よりもコイル２２側に位置し、蓄電部３０に含まれるとしてもよい。

ダイオード２５は、ＰＮ接合を有する通常のダイオード素子であってよい。また、ダイオード２５は、ゲートとドレインとが短絡されたＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。

コイル２２は、漏れ磁場から誘導起電力を生成する。例えば、コイル２２は、ダイオード２５のアノード側において接地側よりも高い正電圧を生成する。本例のダイオード２５は、アノード‐カソード間に５Ｖの電圧差が生じた場合に電流を流す。これにより、コイル２２の誘導起電力が５Ｖ以上である場合に、キャパシタ３２が充電される。

また、例えば、コイル２２は、ダイオード２５のアノード側において接地側よりも低い負電圧を生成する。本例のダイオード２５は、当該負電圧が印加された場合には電流を流さない。これにより、キャパシタ３２に充電された電荷が負バイアス印加時に消失することを防ぐことができる。キャパシタ３２に蓄電された電力は、センサ部４０および送信部５０に供給される。

なお、キャパシタ３２は直流電流を通さないので、ダイオード２５に加えて蓄電部３０のキャパシタ３２も整流回路２４として機能すると見なしてもよい。つまり、キャパシタ３２は、整流回路２４における整流素子の一部であり、かつ、蓄電部３０における蓄電素子であると見なしてよい。

センサ部４０は、センサ素子４２および増幅部４４を有する。センサ素子４２により得た測定対象１０の測定信号は、アナログ信号であってよい。増幅部４４は、アナログ信号を増幅させる機能を有してよい。増幅部４４で増幅された測定信号は、信号処理部５２のベースバンド部５４に入力されてよい。

送信部５０は、ベースバンド部５４およびＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部５６を有する信号処理部５２と、アンテナ５８とを有する。ベースバンド部５４は、増幅部４４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してよい。ＲＦ部５６は、デジタル信号を送信周波数帯域の周波数に変調してよい。変調されたデジタル信号はアンテナ５８から受信部２１０へ送信されてよい。

図５Ａは、第２実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。本例の整流回路２４は、ツェナーダイオード２７をさらに有する。本例のツェナーダイオード２７は、キャパシタ３２に対して逆並列に接続される。本例において、ツェナーダイオード２７のカソードはダイオード２５のカソードに接続され、ツェナーダイオード２７のアノードは接地される。

ツェナーダイオード２７は、キャパシタ３２の出力電圧を予め定められた電圧に維持する機能を有してよい。ツェナーダイオード２７においては、所定の逆バイアス電圧（降伏電圧）以上の電圧が印加されるとアバランシェ電流が流れる。これにより、キャパシタ３２の高電位側を降伏電圧と同じ大きさの電圧値に維持することができる。

図５Ｂは、第２実施形態の第１変形例を示す図である。本例の整流回路２４は、ダイオード２５に代えて、コッククロフト・ウォルトン（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ・Ｗａｌｔｏｎ）回路を有する。コッククロフト・ウォルトン回路は、コイル２２に生じるピーク・トゥー・ピーク電圧の２ｎ倍の直流電圧を生成することができる。なお、ｎは自然数である。

コッククロフト・ウォルトン回路においては、２つのダイオード（Ｄ_１およびＤ_２）が順方向に直列接続する。また、ダイオードＤ_１のカソードとコイル２２の一端との間にキャパシタＣ_１が設けられる。ダイオードＤ_１のアノードとコイル２２の他端とは接続される。なお、コイル２２の他端は接地される。ダイオードＤ_１のアノードとダイオードＤ_２のカソードとの間にキャパシタＣ_２が設けられる。

図５Ｂにおいては、コッククロフト・ウォルトン回路の構成単位（ｎ＝１）を示す。つまり、コッククロフト・ウォルトン回路の構成単位は、２つのキャパシタ（Ｃ_１およびＣ_２）と２つのダイオード（Ｄ_１およびＤ_２）を有する。構成単位（ｎ＝１）を複数個直列接続することにより（２≦ｎ）、整流回路２４の出力電圧をｎ＝１の場合よりも高くすることができる。

説明を簡単にするために、コイル２２は時間に対して正負が反転する交流電圧電源であると仮定する。第１の時間（１に丸を付して示す）にコイル２２の他端（接地側）は正電圧のピーク値を有し、コイル２２の一端（接地側と反対側）は負電圧のピーク値を有すると仮定する。この場合、ダイオードＤ_１に電流が流れて（ダイオードＤ_２には電流が流れない）、キャパシタＣ_１が充電される。なお、矢印は電流の向きを表す。

第１の時間の直後の第２時間（２に丸を付して示す）に、コイル２２の他端（接地側）は負電圧のピーク値を有し、コイル２２の一端（接地側とは反対側）は正電圧のピーク値を有するよう変化したとする。この場合、ダイオードＤ_２に電流が流れて（ダイオードＤ_１には電流が流れない）、キャパシタＣ_２はキャパシタＣ_１から充電される。これにより、蓄電部３０は、交流電圧電源のピーク値よりも昇圧した電圧で充電される。それゆえ、コッククロフト・ウォルトン回路は、昇圧回路の機能を有すると見なすことができる。

図５Ｃは、第２実施形態の第２変形例を示す図である。本例のセンサシステム１００は、ツェナーダイオード２７に代えて、電圧リミッタ回路６０を有する。電圧リミッタ回路６０は、蓄電部３０および送信部５０と同様に、漏れ磁場の影響を最小限にするべく、測定対象１０から離間して設けてよい。

電圧リミッタ回路６０は、キャパシタ３２の高電圧側を所定の電圧値の範囲に維持する機能を有する。本例の電圧リミッタ回路６０は、蓄電部３０のキャパシタ３２に逆並列に接続された第１ダイオード６２と、キャパシタ３２に並列に接続された第２ダイオード６４と、第１ダイオード６２のアノードおよび第２ダイオード６４のカソードに接続する基準電圧Ｖ_ｒｅｆを有する。

第１ダイオード６２においては、アノードがカソードよりも第１順方向電圧Ｖ_ｆ１だけ高くなるとアノードからカソードに電流が流れて、アノード‐カソード間が第１順方向電圧Ｖ_ｆ１未満になる。それゆえ、電圧リミッタ回路６０は、キャパシタ３２の高電位側（第１ダイオード６２のカソード）をＶ_ｒｅｆ−Ｖ_ｆ１未満に維持する。

これに対して、第２ダイオード６４においては、アノードがカソードよりも第２順方向電圧Ｖ_ｆ２だけ高くなるとアノードからカソードに電流が流れて、アノード‐カソード間が第２順方向電圧Ｖ_ｆ２未満になる。それゆえ、電圧リミッタ回路６０は、キャパシタ３２の高電位側（第２ダイオード６４のアノード）をＶ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｆ２未満に維持する。このように、電圧リミッタ回路６０は、キャパシタ３２の高電位側の電圧ＶをＶ_ｒｅｆ−Ｖ_ｆ１＜Ｖ＜Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｆ２に維持する。なお、他の例においては、電圧リミッタ回路６０が異なる構成で合ってよいのは勿論である。

図５Ｄは、第２実施形態の第３変形例を示す図である。本例のセンサシステム１００は、昇圧回路７０を有する。本例の昇圧回路７０は、チョッパ方式のＤＣ‐ＤＣコンバータである。本例の昇圧回路７０は、蓄電部３０とセンサ部４０および送信部５０との間に設けられる。昇圧回路７０は、蓄電部３０および送信部５０と同様に、漏れ磁場の影響を最小限にするべく、測定対象１０から離間して設けてよい。

本例の昇圧回路７０は、キャパシタ３２の高電位側に直列接続されたコイル７２と、コイル７２にアノードが接続されたダイオード７６とを有する。また、本例の昇圧回路７０は、ダイオード７６のアノードにドレイン端子が接続されたスイッチング素子７４と、ダイオード７６のカソードに一端が接続されたキャパシタ７８とを有する。スイッチング素子７４とキャパシタ７８とは、高電位側と接地側との間に互いに並列に設けられる。なお、本例のスイッチング素子７４はＮチャネル型のＪＦＥＴであるが、スイッチング素子７４はＰチャネル型のＪＦＥＴであってよく、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。

高電位側と接地側との間に所定の電位差がある場合に、スイッチング素子７４のゲートがオンすると、コイル７２からスイッチング素子７４に電流が流れる。これにより、コイル７２に電力が蓄えられる。その後に、スイッチング素子７４のゲートをオフすると、コイル７２に蓄えられた電力がダイオード７６を介してキャパシタ７８の高電位側に移動する。ゲートのオン／オフをＭＨｚオーダーで切り替えることにより、キャパシタ７８を所定の電圧値まで昇圧させることができる。

なお、上記の例では、整流回路２４としてのツェナーダイオード２７およびコッククロフト・ウォルトン回路、電圧リミッタ回路６０、ならびに、昇圧回路７０をそれぞれ個別に述べた。しかしながら、これらを適宜組み合わせて用いてよいのは勿論である。

図６は、第３実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。主要な構成は第２実施形態と同じであるので、以下では第２実施形態との差異について説明する。なお、本例を第１実施形態、第２実施形態およびこれらの変形例と組み合わせてよいのは勿論である。

本例のセンサシステム１００は、制御部８０を備える。測定対象１０から出る磁場が強い程、センサ部４０および送信部５０の出力がノイズに埋もれる可能性が高くなる。そこで、本例の制御部８０は、測定対象１０から出る磁場の強さに応じて、センサ部４０および送信部５０の一以上の出力を調整する。

具体的には、測定対象１０から出る磁場が強い程、センサ部４０の出力に乗るオフセットが大きくなる場合がある。これに対処するべく、本例の制御部８０は、測定対象１０から出る磁場に比例して増加させたオフセット値を算出してよい。制御部８０は、センサ部４０の出力から当該オフセット値を除去する制御信号をセンサ部４０またはセンサ素子４２に対して出力してよい。センサ部４０またはセンサ素子４２は、当該制御信号により出力を補正してよい。これにより、センサ部４０の出力のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を向上させることができる。

また、測定対象１０から出る磁場に起因して、送信部５０のアンテナ５８からの出力がノイズに埋もれてしまう場合がある。これに対処するべく、本例の制御部８０は、測定対象１０から出る磁場に比例して送信部５０のアンテナ５８からの出力を増加させる制御信号を、送信部５０または信号処理部５２に出力してよい。これにより、送信部５０から受信部２１０への出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本例のセンサ部４０は、磁気センサ素子４８を有する。磁気センサ素子４８は、測定対象１０から出る磁場を直接測定してよい。磁気センサ素子４８は、ホール素子および磁気抵抗効果素子等であってよい。磁気センサ素子４８は、測定対象１０から出る磁場の情報を制御部８０に出力してよい。

なお、本例の変形例として、磁気センサ素子４８は、送信部５０を介して測定対象１０から出る磁場の情報を処理システム２００に伝えてよい。これにより、センサシステム１００においては、センサ部４０および送信部５０の出力を補正せずに、処理システム２００においてセンサ部４０および送信部５０の出力を補正してもよい。

図７は、第４実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。主要な構成は第３実施形態と同じであるので、以下では第３実施形態との差異について説明する。なお、本例を第１実施形態から第３実施形態およびこれらの変形例と組み合わせてよいのは勿論である。

本例においては、センサ部４０から送信部５０への出力に応じて、蓄電部３０から送信部５０へ電力が供給される。つまり、本例の制御部８０は、センサ素子４２が送信部５０に測定信号を出力するときに、蓄電部３０から送信部５０へ電力を供給させる。本例の蓄電部３０は、制御部８０からの電力制御信号に従い、センサ部４０および送信部５０に対して個別に電力を供給する。

センサ素子４２が送信部５０に測定信号を出力するときとは、センサ部４０の測定信号において予め定められた値の測定信号が存在する場合であってよい。当該予め定められた値は、測定対象１０から生じた振動数の異常値（例えば、特定の周波数または特定の周波数帯域）を意味してよい。また、センサ素子４２が送信部５０に測定信号を出力するときとは、センサ部４０の測定信号が経過時間に応じて所定のデータ量に到達した場合であってもよく、センサ部４０の起動時間の合計が所定の時間に達した場合であってもよい。

つまり、本例の送信部５０は常時起動しなくてもよい。通常、送信部５０の消費電力は、センサ部４０よりも大きいので、送信部５０をオフすることによりセンサシステム１００の消費電力を効率的に低減することができる。

上記の構成を実現するべく、本例のセンサ部４０はメモリ部４６を備える。メモリ部４６は、増幅部４４を介してセンサ部４０が測定した測定信号を保存する。

メモリ部４６は、センサ素子４２が取得した測定信号に加えて、磁気センサ素子４８が得た測定対象１０から出る磁場の強さの情報を保存してもよい。これにより、磁場の強さと測定信号とが対応付けられた情報をメモリ部４６から送信部５０へ出力することができる。なお、制御部８０は、センサ部４０に出力する制御信号によりメモリ部４６の動作を制御してよい。

図８は、第５実施形態におけるセンサシステム１００を示す図である。本例の制御部８０は、測定対象１０から出る磁場の強さに応じて、蓄電部３０からセンサ部４０への電源電流をセンサ部４０への制御信号により制御する。センサ部４０への電源電流を増加させるとは、センサ素子４２内部に使用されているセンシング用トランジスタへ供給する電流量を増加させることを意味してよい。これにより、測定対象１０から出る磁場に起因してセンシング用回路に生じた誘電電流に対する、センシング用トランジスタに流れる電流の相対比を維持または増加させることができる。これにより、センサ素子４２から増幅部４４に出力する測定信号のＳ／Ｎ比を維持または上昇させることができる。

また、制御部８０は、測定対象１０から出る磁場の強さに応じて、送信部５０の出力を送信部５０への制御信号により制御してもよい。例えば、測定対象１０から出る磁場が強いほどＲＦ部５６の出力を大きくすることにより、アンテナ５８の出力を大きくする。これにより、送信部５０からの無線信号のＳ／Ｎ比を維持または上昇させることができるので、受信部２１０における受信エラーを低減することができる。

また例えば、測定対象１０から出る磁場が弱いほどＲＦ部５６の出力を小さくすることにより、アンテナ５８の出力を小さくする。これにより、測定対象１０から出る磁場が弱い場合には、送信部５０における電力消費を低減することができ、かつ、Ｓ／Ｎ比を維持または上昇させることができる。

図９は、変圧器１１の電線に流れる主電流と変換部２０の発電量との関係を示すシミュレーショ結果を示す図である。横軸は、電線に流れる主電流（Ａ）を示す。縦軸は、変換部２０の発電量（ｍＷ（ミリワット））を示す。本シミュレーションでは、図９中の三角はコイル１２の外形が１００ｍｍ（ミリメートル）である場合を示し、四角はコイル１２の外形が２００ｍｍである場合を示し、ひし角はコイル１２の外形が２８０ｍｍである場合を示す。各例において、変圧器１１のコイル１２と変換部２０とが１ｍ離間しており、隣接するコイル１２同士は０．５ｍ離間しているとした。なお、離間距離は、コイル１２および変換部２０、ならびに、コイル１２同士の最近接部分の距離を意味する。本シミュレーションによると、コイル１２の外径が２００ｍｍであり、主電流が３０００Ａである場合に、発電量は５７７ｍＷとなった。

なお、コイル１２と変換部２０との離間距離を変更した結果もシミュレーションした。コイル１２の外径が２００ｍｍであり、主電流が６００Ａである場合に、コイル１２と変換部２０とを０．１ｍ離間させると発電量は１８０ｍＷとなった。また、コイル１２と変換部２０とを接触させる（つまり、離間距離０ｍとする）と発電量は２６０ｍＷとなった。

本願の発明者の試算によれば、センサシステム１００を駆動させるためには変換部２０の発電量が９０ｍＷ以上であればよい。本シミュレーションにより、センサシステム１００を駆動させるために必要なコイル１２の外径および主電流を算出した。

図１０は、第６実施形態における測定対象１０としての遮断器１５を示す概要図である。本例のセンサシステム１００は、遮断器１５用のセンサシステム１００である。なお、上述したように、センサシステム１００は遮断器１５を含まない。センサシステム１００は、第１実施形態から第５実施形態およびこれらの変形例と同じであってよく、また、これらの組み合わせであってもよい。

本例の遮断器１５は、主に、ブッシング１６、可動機構６１０、可動電極６１２、固定電極６１４および筐体６１８を有する。遮断器１５が上記以外の構成を有してよいのは勿論である。可動電極６１２と固定電極６１４とは通常接続されているが、電流を遮断する場合に可動機構６１０が、可動電極６１２を固定電極６１４から離間させる（矢印方向）。これにより、可動電極６１２と固定電極６１４との導通が遮断される。

本例において、主電流が流れる測定対象１０の電線はブッシング１６である。本例のブッシング１６は、主電流が流れる導体１７と、導体１７の周囲に設けられた絶縁部１８とを有する。本例の絶縁部１８は、ブッシング１６の最外部に位置する陶製の管と、陶製の管と導体１７との間の絶縁ガスとを含む。絶縁ガスは、Ｎ_２ガスまたはＳＦ_６ガスであってよい。

本例の変換部２０は、ブッシング１６に接して設けられる。より具体的には、ブッシング１６における陶製の管の最表面に配置される。変換部２０は、ブッシング１６の導体１７から出る磁場を電力に変換することができる。

センサ部４０は、遮断器１５の状態を検出する。本例においてもセンサ部４０は加速度センサである。それゆえ、センサ部４０が検知する遮断器１５の状態とは、遮断器１５の振動である。センサ部４０は、遮断器１５の振動数を測定信号として取得することができる。例えば、制御部８０は、落雷等の突発的事象に応じて、センサ部４０および送信部５０をオン状態にして、遮断器１５の異常振動をモニタリングする。

センサ部４０は、遮断器１５の筐体６１８に設けられてよい。センサ部４０は、遮断器１５の振動数を十分検知できるように遮断器１５に近接して設けられればよい。それゆえ、センサ部４０は、変換部２０に比べてブッシング１６から離れた位置に設けられてよい。本例においても、センサ部４０は変換部２０よりも磁場が弱い位置に設けられてよい。また、センサ部４０全体を磁気シールドにより覆ってもよい。

本例においても、変換部２０が電力を生成するので、電源として電池が不要である。それゆえ、本例においては電池交換をしなくてよい。また、センサシステム１００を駆動するために外部固定電源から電力を得る必要もない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・測定対象、１１・・変圧器、１２・・コイル、１３・・鉄芯、１４・・筐体、１５・・遮断器、１６・・ブッシング、１７・・導体、１８・・絶縁部、２０・・変換部、２２・・コイル、２４・・整流回路、２５・・ダイオード、２７・・ツェナーダイオード、３０・・蓄電部、３２・・キャパシタ、４０・・センサ部、４２・・センサ素子、４４・・増幅部、４６・・メモリ部、４８・・磁気センサ素子、５０・・送信部、５２・・信号処理部、５４・・ベースバンド部、５６・・ＲＦ部、５８・・アンテナ、６０・・電圧リミッタ回路、６２・・第１ダイオード、６４・・第２ダイオード、７０・・昇圧回路、７２・・コイル、７４・・スイッチング素子、７６・・ダイオード、７８・・キャパシタ、８０・・制御部、１００・・センサシステム、２００・・処理システム、２１０・・受信部、２２０・・データ処理部、２３０・・ネットワーク機器、３００・・測定システム、４００・・ネットワーク、５００・・監視装置、６１０・・可動機構、６１２・・可動電極、６１４・・固定電極、６１８・・筐体

Claims (13)

1. 測定対象の状態を検出するセンサ部と、
   前記センサ部からの出力を外部に送信する送信部と、
   前記測定対象から出る磁場を電力に変換する変換部と
   を備え、
   前記変換部が変換した電力により、前記センサ部および前記送信部の少なくとも一方が動作する
   センサシステム。
2. 前記センサ部は、前記変換部よりも磁場が弱い位置に設けられる
   請求項１に記載のセンサシステム。
3. 前記測定対象は、主電流が流れる電線を有し、
   前記電線から前記変換部までの距離は、前記電線から前記センサ部までの距離よりも短い
   請求項１または２に記載のセンサシステム。
4. 前記変換部からの電力を蓄える蓄電部をさらに備え、
   前記蓄電部は、蓄電した電力を前記センサ部および前記送信部の少なくとも一方に供給する
   請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
5. 前記センサ部が前記測定対象を常時測定するべく、前記センサ部には前記蓄電部から常時電力が供給される
   請求項４に記載のセンサシステム。
6. 前記センサ部から前記送信部への出力に応じて、前記蓄電部から前記送信部へ電力が供給される
   請求項４または５に記載のセンサシステム。
7. 前記センサ部が測定した測定信号を保存するメモリ部をさらに備える
   請求項６に記載のセンサシステム。
8. 前記測定対象から出る磁場の強さに応じて、前記センサ部および前記送信部の一以上の出力を調整する制御部をさらに備える
   請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサシステム。
9. 前記測定対象から出る磁場の強さと前記センサ部の測定信号とが対応付けられた情報を、前記送信部は送信する
   請求項８に記載のセンサシステム。
10. 前記測定対象から出る磁場の強さに応じて、前記制御部は前記センサ部への電源電流を制御する
    請求項８または９に記載のセンサシステム。
11. 前記測定対象から出る磁場の強さに応じて、前記制御部は前記送信部の出力を制御する
    請求項８から１０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
12. 前記測定対象は変圧器であり、
    前記変圧器において主電流が流れる電線はコイルであり、
    前記変換部は、前記コイルに接して設けられる
    請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサシステム。
13. 前記測定対象は遮断器であり、
    前記遮断器において主電流が流れる電線はブッシングであり、
    前記変換部は、前記ブッシングに接して設けられる
    請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサシステム。

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