JP2006025069A - 機器制御装置及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
普及してきたインターネットを利用して遠隔地から家電を操作したいが、家電側で待ち受け状態を続けていると待機電力がかかってしまう。本発明の課題は、今後さらに普及すると思われる無線通信において無線が飛び交う環境で、無線から電力を取り出して用い待機電力を削減する。
【解決手段】
アンテナ１と受電装置２により無線から電力を取り出して、受信部４，比較部５，ＩＤ信号保持部６を動作させて、信号とＩＤ信号を比較し、一致していれば主電源スイッチ
ＳＷ１をＯＮする。
【効果】
無線信号が飛び交う環境においても効果的に待機電力を削減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、家庭内の機器制御装置及び電気機器に関するものである。

普及してきたインターネットを利用して遠隔地から家電を操作したいが、家電側で待ち受け状態を続けていると待機電力がかかってしまう。今後さらに普及すると思われる無線通信においてこれを解決するために特開２００１−１９７５７３号公報（以下、特許文献１という）では、無線から電力を取り出して、二次電池ＶｄｄをＯＮし、信号とＩＤ信号を比較し、一致していれば主電源ＶｃをＯＮする技術が公開されている。

特開２００１−１９７５７３号公報

特許文献１に記載の技術では、機器が照明，ＴＶ，エアコン，カメラなど複数個有り、信号が飛び交う環境では、常に二次電池Ｖｄｄを必要とし、待機電力が大きくなるという課題がある。

本発明が解決しようとする第一の課題は、機器が照明，ＴＶ，エアコン，カメラなど複数個有り、無線信号が飛び交う環境において無線から電力を取り出してこの電力を有効活用し、待機電力を削減することである。

第二の課題としては、環境によって無線から取り出した電力が充分でない場合でも電力を補充供給することである。

第三の課題は、待機中の動作による電力消費を抑えることである。

第一の課題を解決するための手段は、電波を受けるアンテナと、このアンテナから受けた電波から電力を取り出す受電装置と、取り出した電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えた電力によってアンテナから受けた電波から信号を受ける受信部と、ＩＤ信号を保持するＩＤ信号保持部と、スイッチと、受信部より信号を受けてこの信号が所定の信号であれば信号に含まれる対象機器ＩＤを得て、ＩＤ信号保持部よりＩＤを得てこれらが一致していればスイッチを投入する比較部を有する。

第二の課題を解決するための手段は、電波を受けるアンテナと、電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えた電力によってアンテナから受けた電波から信号を受ける受信部と、ＩＤ信号を保持するＩＤ信号保持部と、主電源より電力を受ける受けないを制御するスイッチと、受信部より信号を受けてこの信号が所定の信号であれば信号に含まれる対象機器ＩＤを得て、ＩＤ信号保持部よりＩＤを得てこれらが一致していればスイッチを投入する比較部と、コンデンサに蓄えた電力が十分でなければ主電源よりコンデンサに充電する充電制御部を有する。

第三の課題を解決するための手段は、電波を受けるアンテナと、電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えた電力によってアンテナから受けた電波から信号を受ける受信部と、ＩＤ信号を保持するＩＤ信号保持部と、主電源より電力を受ける受けないを制御するスイッチと、受信部より信号を受けてこの信号が所定の信号であれば信号に含まれる対象機器ＩＤを得て、ＩＤ信号保持部よりＩＤを得てこれらが一致していればスイッチを投入する比較部と、受信部の動作時間を制御するタイマー部を有する。

なお、本発明のその他の解決手段は、以下の記載で説明する。

機器制御装置及び電気機器の待機電力を少なくし、省エネを実現する。

以下、図１〜図１４を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。本実施例は、家電監視制御を行う、あるいは、ビルや家庭内の空調機器，セキュリティ機器，照明機器，エレベータ等の種々の装置の監視制御や、電力，ガス，水道等のインフラを支える機器や設備の監視制御を行うための通信技術のうち、待機電力を削減する技術に関するものである。

図１は、本実施例の無線モジュール１０１〜１０５を適用する家庭内機器の利用環境を示した図である。ユーザは、携帯電話２０，ＰＤＡ２１，パソコン２２，自動車端末２３等のブラウザから、インターネット２４に接続している。また、家庭内３２には、アクセスポイントＡＰ２５，ルーターRouter２６等を介して、ホームコントローラ１００がインターネット２４に接続されている。ホームコントローラ１００は、照明２７，テレビ２９，エアコン２８，カメラ３１等の機器の無線アクセスポイントであり、待機状態の機器に電力を供給する機能も有する。これにより、ユーザはブラウザから照明２７やエアコン
２８をオン・オフ操作でき、操作を受け付けるまで機器は電力消費をしない、またユーザーからの直接の操作ではなく、機器間の連携動作を実現する場合でも同様である。例えば携帯電話２０や自動車端末２３と合わせて利用する場合、現在位置を確認するのにＧＰＳ機能をつけ、サービスセンターで端末がユーザが指定した位置から所定の距離内に入った際、ホームコントローラ１００から制御信号を出すようにすれば、近づくだけで照明点灯，施錠，ゲートの開閉をすることができ、それまで機器は電力消費をしない。

図２は、図１に示した無線モジュール１０１〜１０５の一実施形態の構成を示すものである。アンテナ１は無線電波を受け受電装置２と受信部４に渡す。受電装置２は無線電波のインピーダンスマッチングを行い無線から電力を取り出して、コンデンサ３（あるいは二次電池３）に蓄える。受信部４，比較部５，ＩＤ信号保持部６は、コンデンサ３に蓄えた電力によって次のように動作する。受信部４はアンテナ１より無線電波を無線信号として受け、比較部５に渡す。比較部５は受信部４より受けた無線信号を解析しこれが待機状態から動作状態への変更を呼びかける無線であれば信号に含まれるＩＤを得て、さらに、ＩＤ信号保持部６より電気機器８に割り当てられたＩＤを得て、両ＩＤを比較し、一致していれば主電源スイッチＳＷ１をＯＮする。これにより電気機器８は電源が入り待機状態から動作状態となる。

ＳＷ１は待機中はＯＦＦの状態にあり、比較部５によりＯＮされる。また、ＯＮの状態である場合には電気機器８からＯＦＦの状態にする方法と、比較部５においてＩＤ信号だけでなくＯＮ／ＯＦＦ信号の識別も行い、比較部５からＯＦＦの状態にする方法がある。ＯＮの状態では電気機器８はホームコントローラ１００を介して無線通信を行い、さまざまな制御信号を受けて動作するため、ＯＦＦ状態への推移は、ほかの動作との優先順位と比較する必要があれば電気機器８からＯＦＦの状態にする方法とし、そうでないならば比較部５からＯＦＦの状態にする方法をとればよいと考えられる。

電気機器８以外はモジュール化して、電気機器８の一部に組み込み用いる。また、電気機器８に割り当てられたＩＤは、ＩＰアドレスを用いると良く、ＩＤ信号保持部６は、動作状態で用いるＩＤ保持部（図に示していない）からあらかじめコピーして用いるか、あるいは動作状態で用いるＩＤ保持部を共用しても良い。

ＯＮの状態では電気機器８はホームコントローラ１００を介して無線通信を行うが、その場合もアンテナ１，受信部４にて通信する。また、受電と通信の機能にそれぞれ最適化して、別途主電源で動作する際のアンテナと受信部を設けるとよい。

図２に説明したアンテナ１と受電装置２、および送電側のホームコントローラ１００について説明するため、図３，図４により、送電装置と受電装置について説明する。送電方式としては、静電結合方式，電磁結合方式，電磁誘導方式，マイクロ波方式が公知となっており、無線波長によって方式を変える必要がある。

ここで、特許文献１と比較して、本実施例の効果を説明する。公知例は信号＝電波が来るとＶｄｄをすぐＯＮにしてしまい、Ｖｄｄを使ってＩＤ比較を行うものである。従って、自分あてでない場合にもＶｄｄをＯＮにしてしまい、機器は複数あり電波が行き交う状況では、常にＶｄｄを使いつづけるため省エネ効果は薄い。一方で本実施例では、信号＝電波＝電力を使ってＩＤ比較を行い、一致していればＶｃをＯＮするため、自分あてでない場合にはＯＮとならずに省エネ効果を発揮できる。

図３はミリ波すなわち１３.５６ＭＨｚ 帯の長・中波帯の電磁波を利用するための回路であり、送電側のホームコントローラ１００と受電側の無線モジュールのコイル間での誘起電圧で交信する。この誘起電圧の強さは、アンテナの磁束の強さと、受電側のコイルの巻き数による。工場，道路等の悪環境でも使用しやすい特徴がある。管理部１１０は、通信したい相手のＩＤ信号を含む無線を送信し、受電側よりＡＣＫ信号を受け取る。詳しい動作は図６，図７で後述する。

図４はマイクロ波帯の電波を利用する場合の回路の例である。他方式と比較し長距離交信を可能としやすい特徴がある。受電側はレクテナと呼ぶ整流器付アンテナを用い、アレイ状に複数個並べておく形状を取ると効率がよい。

図３，図４とも動作状態において送受信する無線と共通のアンテナを用いる構成であるが、その環境において頻繁に飛び交う無線と、動作状態において送受信する無線とでそれぞれ専用アンテナを備えても良い。また、物理的に波長に合わせたアンテナを用いるのでなく、ソフト的に待機状態では受電アンテナで高利得を得られる状態、ＳＷ１がＯＮとなった動作状態ではそれに合わせて送受信アンテナで高利得を得られる状態となるようにすると、コンデンサ３に蓄える電力を増しながら消費する電力を抑えることができ省エネになる。

送電エネルギー効率を良くするためには指向性を持たせたほうが良いが、受電側の複数の機器は送電側のホームコントローラに対して様々な位置にあるため、通信したい相手に合わせて送電方向を変える必要がある。図５はそのための構成例を示している。

動作モードは、位置あわせモードと通常モードがある。位置あわせモードは電気機器８がホームコントローラ１００の無線ネットワークに追加された際に互いの無線の送受信方向を知るためのモードであり、電気機器８とホームコントローラ１００それぞれ外部スイッチより同時に指示するなどの方法でこのモード状態にする。電気機器８の方位発見部
２０１は立体３６０度方向をＮ方向に分割し一定時間Τごとにアンテナの方向を１〜Ｎまで順番に向けることをＮ回繰り返す。ホームコントローラ１００の方位発見部１１７は一定時間Τ＊Ｎごとにアンテナの方向を１〜Ｎまで順番に向ける。一定時間Τごとに、それぞれの送信部・受信部により無線通信を行い、最もよく受信できる方向を探す。これにより、Ｎ＊Ｎ回の一定時間Τのいずれかで電気機器８とホームコントローラ１００は互いの方向を向くことになり最も通信状態のよかった方向を得ることができる。最もよく受信できる方向をさらにＮ方向に分割し、同様に行うことを繰り返すことにより、最適な方向を探索することができる。Ｎは、無線の指向性が高ければ大きい値、低ければ８などの低い値を用いる。位置あわせモードにおいては双方を有線で接続し同期を取らせてもよい。最適な方向を探索できたら、探索を終了する信号を送受信した後、電気機器８の方位保持部２０２はその方向を保持し、ホームコントローラ１００の方位保持部１１６は、電気機器８のＩＤ番号とその方向を対応つけて方位保持部１１６に保持する。ホームコントローラ１００は無線通信の受信が最適になる方向を最適値としても良いが、Ｎ＊Ｎ回の送受信のうち電気機器８のほうで受電が最適値となる場合がどの方向組み合わせであったかホームコントローラ１００に電気機器８のＩＤ番号とともに無線通信により告げ、これをホームコントローラ１００の方位保持部１１６は、電気機器８のＩＤ番号とその方向を対応つけて方位保持部１１６に保持する方法でも良い。以上で位置あわせモードを終了して通常モードとなる。通常モードでは、ホームコントローラ１００は電気機器８に送電する場合は、方位設定部１１５は方位保持部１１６から電気機器８のＩＤ番号と対応つけて保持してある方向を得て、そちらの方向に向かって送電する。通信する場合も指向性がある場合はそちらに向けてもよい。

アンテナは、パラボラアンテナではなく、図４に示したように小さいアンテナを複数並べたアンテナを用いても良い。この場合、アンテナを回転させるかわりに、各々の小さいアンテナに位相器という電波の位相を任意に変える装置をつけたフェーズドアレイアンテナを用い、位相を変化させて重ね合わせることで、任意の方向からの電波のみ受信することができる。

図６は、２つの電気機器８とホームコントローラ１００の通信開始時の送電を含む処理フローを示している。ここでは、２つの電気機器８として、ＴＶとカメラを想定している。ＴＶは動作状態にありカメラと通信しようとしているが、カメラは待機状態にある。

（１）でＴＶよりカメラＩＤとともにリクエストが送信され、ホームコントローラ100はそれを受けると保存してあるカメラの状態を調べ、不明であれば、（２）でカメラに状態確認を行う。もしこの時点でカメラは主電源が入った状態であれば、（７）のＡＣＫが返るが、タイムアウト時間を取りこの間にＡＣＫがなければ待機状態にあると判断し、
（３）でカメラＩＤとともに送電信号を送り、（４）でカメラが待機状態であることを
ＴＶに送信する。（３）（４）の順は逆でもよい。また、（３）は（２）と同時でも良いが、もしカメラが動作状態である場合には（３）の電力が無駄になり省エネとならないがタイムアウト時間を取ることで、これを避けることができる。カメラは受電してＩＤが自分のものであることを確認すると、電源が投入され初期化状態であることを（５）で送信し、ホームコントローラ１００はそれを受けて（６）でＴＶに中継する。カメラは初期化を終えていると（７）で状態を送り、ホームコントローラ１００はそれを受けて（８）でＴＶに中継する。ホームコントローラ１００は（１）で受けたリクエストを（９）でカメラに送る。一定時間ＴＶが待ち状態を続けるためにＡＣＫをＴＶ側に送るが、送らなくても良く、この場合は、ＴＶ側は（１）のリクエストを何回か出し、ホームコントローラ
１００は（７）を受けた後に中継する方式でもよい。（９）以後は（１５）まで通常の通信を行う。カメラが待機状態に入る場合は（１６）のようにその旨を送信し、ホームコントローラ１００は各機器から状態を申告する信号を受けた場合、その電気機器のＩＤとともに状態を保存しておく。（１）の信号を受けた時点で（２）以降タイムアウト時間を取る必要がなくなり、処理を早くすることができる。

受電装置２により充分な電力が得られれば、コンデンサ３に蓄えた電力で動作でき主電源は必要なくなり、次のようなアプリケーションを動作させられる。図７は、プレゼンテーションシステムに適用した例を示しており、机の上にＰＤＡをかざすと、電力の供給を受け、ＰＤＡを動作させることができる。無線は目に見えないため、受電可能な位置を示すために受電可能な位置を示す照明をつけるとわかりやすい。

図７の装置の動作フローを図８に示す。送電側７１は、相手が現れるまで（１）相手を確認する送信と（２）送電を繰り返す。受電側７２は（３）のＡＣＫを返信する。（３）が返る間は、（２）の送電は間欠的に行うことで電気の無駄遣いを防ぐことができる。あるいは、机の上にセンサーを置き、何か置かれた場合だけ（１）（２）を行うとさらに電気の無駄遣いを防ぐことができる。（３）以降は、ＡＣＫが返らなくなるあるいはセンサーで机の上に何も置かれていないことが判明するまで、（２）の送電と通信を行う。

環境によっては無線電波が乏しい、あるいは受電装置２の性能によるなどの理由で、コンデンサ３に充分な電力を蓄えられない場合は、充電制御部７を設けることで主電源は投入されている場合に補足的に電力を充電すると良い。この構成例を図９に示す。アンテナ１〜ＩＤ信号保持部６，ＳＷ１，電気機器８は図１と同様に機能する。充電制御部７は、コンデンサ３の電圧をモニターし、電圧がＴｈ１より小さい場合は、電圧がＴｈ２以上になるまで主電源Ｖｃより充電する。充電は、ＳＷ１がＯＦＦであれば、ＳＷ２をＯＮにして底から供給を受ける。

図１０は、コンデンサ３の電圧と充電開始と終了の関係を示しているが、Ｔｈ１＜Ｔh2とすると主電源が投入されていない場合に頻繁にＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返さずにすむ。あるいは、主電源が投入されている場合はＴｈ１＜Ｔｈ１′と別の敷居値Ｔｈ１′を設けても良い。

図１１は、充電制御部７の動作フローを示している。手順１１０１でコンデンサ３の電圧をモニターし、電圧がＴｈ１より小さい場合は、手順１１０２でＳＷ１がＯＮかどうかを調べ、ＯＮでなければ手順１１０３でＳＷ２をＯＮにし、手順１１０４，１１０５で電圧がＴｈ２以上になるまで主電源Ｖｃより充電する。充電終了後は手順１１０６でＳＷ２がＯＮかどうかを調べ、そうであれば手順１１０７でＳＷ２をＯＦＦにする。手順1108で終了でなければ手順１１０１に戻る。終了とは、待機状態にならない完全電源ＯＦＦの指示スイッチなどにより指定を受ける場合であるが、電気機器８がコンセントを抜かれた場合などはその時点で動作を終了する。

頻繁に無線が飛び交う環境では、コンデンサ３に十分な電力を蓄えやすいが、受信部４〜ＩＤ信号保持部６も頻繁に動作するため消費電力が増大しやすいといえる。コンデンサ３の電力で動作する受信部４〜ＩＤ信号保持部６により消費する電力を抑えるためには、動作を間欠的に行うと良い。この構成例を図１２に示す。アンテナ１〜ＩＤ信号保持部６，ＳＷ１，電気機器８は、図１と同様に機能する。図９と同様に充電制御部７，ＳＷ２を設けても良い。これにさらにコンデンサ３の電力で動作するタイマー部９を設け、一定の間隔をおいて受信部４〜ＩＤ信号保持部６を動作させる。図１３は動作タイミングを示しており、タイマー２時間Ｔ２動作して、タイマー１時間Ｔ１は動作しないようにすると、動作に必要な電圧をａとすると、常に動作しつづけるのと比較してａ＊タイマー１時間分の電力を削減することができる。ただしこの削減電力に対し、タイマー部９の消費電力は小さい必要がある。

図１４は、タイマー部９を設けた場合の動作フローである。タイマー部９は手順1101でタイマーＡの時間ＴＡをセットし手順１１０２で時間がくるまで待つ。タイマーＡの時間後手順１１０３でタイマーＢの時間ＴＢをセットし、手順１１０９で時間がくるまで待つ。この間、受信部４〜ＩＤ信号保持部６は動作し、手順１１０４では受信待ち受けをして比較部５により手順１１０５で何らかの信号を受信したら手順１１０６でその信号から
ＩＤを取り出してＩＤ信号保持部６に保持したＩＤと比較して一致していれば手順1107によりＳＷ１をＯＮし、電気機器８処理を開始する。手順１１０７の処理終了後は、待機状態にならない完全電源ＯＦＦで終了する場合は終了し、そうでない場合は、手順１１０１に戻り待機状態となる。また、手順１１０５で何も受信しなければ手順１１０９でタイマーＢ時間ＴＢたっていなければ手順１１０４に戻り、たっていれば手順１１１０に進む。手順１１０３から１１０９では、タイマー時間内動作するのでなく、Ｍ回受信したかどうかで手順１１１０に進むのでも良い。

設置環境を示す図である。 第一の実施例構成を示す図である。 ミリ波向け送電受電の説明図である。 マイクロ波向け送電受電の説明図である。 指向性あり無線に適したアンテナ装置図である。 連動動作通信手順である。 設置環境を示す図である。 連動動作通信手順である。 第二の実施例構成を示す図である。 充電開始と電圧の関係を示す図である。 第二の実施例の動作フローである。 第三の実施例構成を示す図である。 タイマー時間を説明する図である。 第三の実施例の動作フローである。

符号の説明

１…アンテナ、２…受電装置、３…コンデンサ、４…受信部、５…比較部、６…ＩＤ信号保持部、８…電気機器、９…タイマー部、２０…携帯電話、２１…ＰＤＡ、２２…パソコン、２３…自動車端末、２４…インターネット、２５…アクセスポイントＡＰ、２６…ルーターRouter、２７…照明、２８…エアコン、３２…家庭内、７１…送電側、１００…ホームコントローラ、１０１〜１０５…無線モジュール、１１０…管理部、１１５…方位設定部、１１６,２０２…方位保持部、１１７,２０１…方位発見部、１１０１〜１１１０…手順。

Claims (8)

1. 電波を受けるアンテナと、前記アンテナから受けた電波から電力を取り出す受電装置と、前記受電装置から取り出した電力を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに蓄えた電力によって前記アンテナが受けた電波から信号を受ける信号受信部と、機器のＩＤ信号を保持するＩＤ信号保持部と、機器と電源とを接続するスイッチと、前記信号受信部より信号を受けて当該信号が所定の信号であれば信号に含まれる対象機器ＩＤとＩＤ信号保持部より読み出した機器のＩＤ信号を比較し一致していた場合スイッチを投入するＩＤ比較部とを備える機器制御装置。
2. 請求項１において、前記コンデンサに蓄えた電力が十分でなければ電源よりコンデンサに充電する充電制御部からなる機器制御装置。
3. 請求項１において、前記信号受信部の動作時間を制御するタイマー部を備えることを特徴とする機器制御装置。
4. 電波を受けるアンテナと、前記アンテナから受けた電波から電力を取り出す受電装置と、前記受電装置から取り出した電力を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに蓄えた電力によって前記アンテナが受けた電波から信号を受ける信号受信部と、機器のＩＤ信号を保持するＩＤ信号保持部と、機器と電源とを接続するスイッチと、前記信号受信部より信号を受けて当該信号が所定の信号であれば信号に含まれる対象機器ＩＤと前記ＩＤ信号保持部より読み出した機器のＩＤを比較して一致していればスイッチを投入するＩＤ比較部とを有する機器制御装置を備える電気機器。
5. 請求項１において、前記アンテナの受電可能方向をＮ分割し、所定時間ごとに各方向にアンテナを向けて受電を行い、方向と受電量を対応付けて保存する受電量記憶部と、前記受電量記憶部が記憶した受電量に基づいてアンテナの方向を制御するアンテナ方向制御部とを備えることを特徴とする機器制御装置。
6. 無線を送受信するアンテナと、前記アンテナを介して機器に送電しかつその機器のＩＤを含む信号を送信するＩＤ信号送信部と、前記ＩＤ信号送信部から送信された信号に含まれる機器ＩＤにより指定された機器から受信を受け付ける状態であることを告げる信号を受信した場合通信を開始する通信制御部を備えることを特徴とする機器制御装置。
7. 請求項６において、前記アンテナの受電可能方向をＮ分割し、所定時間ごとに各方向にアンテナを向けて送電を行う送電部と、前記送電部がアンテナを向けた方向と受電量を対応付けて保存する受電量記憶部と、前記送電部が送電を終了した後に、ほかの機器からその機器のＩＤと最もよく受電できた方向を得る方向発見部と、機器のＩＤと最もよく受電できた方向を対応付けて保持する方位保持部と、機器に送電する際に、方位保持部より機器のＩＤと対応付けた方向を得て、アンテナをその方向に設定する方位設定部を有することを特徴とする機器制御装置。
8. 請求項７において、受電相手より受信信号が返るまでは時間Ｔ１の間隔で送電し、受電相手より受信信号が帰った後は時間Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）で送電することを特徴とする機器制御装置。
   

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