JP2019009698A - 屋内無線システムとその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】住宅内から通信難所を無くし、住宅内の通信障害を改善することができる屋内無線システムとその設置方法を提供する。【解決手段】電波５の送受信が困難又は不可能な通信難所から、電波５の送受信が容易な通信良所まで通る通信ケーブル１４と、通信ケーブル１４の両端にそれぞれ接続され、電波５を送受信可能なアンテナ１６とを備える。電波５は、スマートメータ用の電波、Ｗｉ−Ｆｉ信号用の電波、又は、ブルートゥース等の電波である。通信ケーブル１６は、例えば屋内にＴＶ端子を有するテレビ電波用ケーブルである。【選択図】図２

Description

本発明は、スマートグリッドに関連し、さらに詳しくは住宅内の通信障害を改善する屋内無線システムとその設置方法に関する。

スマートグリッド（Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ）とは、スマートメータや住宅用エネルギー管理システムの通信機能と制御機能を付加した電力網を意味する。
スマートグリッドは、発電設備から末端の家電機器まで制御装置同士をネットワークで結び合わせ、従来型の中央制御では達成できない自律分散的な制御方式を取り入れることで、電力網内での需給バランスの最適化調整などを実現するものである。

また住宅用エネルギー管理システム（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、「ＨＥＭＳ」と呼ぶ）は、家庭内の家電機器の電力消費量の表示や遠隔制御を可能にするシステムである。

スマートメータは、毎月の検針業務の自動化やＨＥＭＳ等を通じた電気使用状況の「見える化」を可能にする電力量計である。スマートメータの導入により電気料金メニューの多様化や社会全体の省エネ化への寄与、電力供給における将来的な設備投資の抑制等が期待されている。

例えば、スマートメータを用いることで、（１）従来の月１回の検針に代えて、例えば３０分ごとの電気の使用量データを、インターネットサービスを介して把握（見える化）することができ、より効果的な省エネを行うことができる。（２）また、通信機能を搭載することで、遠隔での自動検針が可能となり、停電の際、遠隔で通電状況を確認し、復旧までの時間を短縮できる。

ＨＥＭＳのため家庭内に設置され、家庭内の家電機器及びスマートメータと無線通信する機器をＨＥＭＳ機器と呼ぶ。
ＨＥＭＳ機器を用い、スマートメータで計測したデータを、各家庭内のＨＥＭＳ機器へ送信する電力メーター情報発信サービス（以下、「Ｂルートサービス」と呼ぶ）を実現することができる。Ｂルートサービスにより、例えばほぼリアルタイムの電気の使用量や電流値等を把握することで、より効果的に省エネを行うことができる。

上述したスマートメータは、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開２０１２−１１３６７０号公報 国際公開第２０１２／１０５２１０号

図１は、スマートメータのＡルートとＢルートの説明図である。
この図において、１はスマートメータ、２はＨＥＭＳ機器、３は住宅用の家電機器である。住宅用の家電機器とは、例えば、テレビ、エアコン、ＨＥＭＳモニター、パソコン、スマートフォン、タブレット、住宅分電盤、太陽電池モジュール、蓄電池ユニット、エコキュート、ＩＨクッキングヒーターなどである。

この図に示すように、Ａルートでは、電力会社とスマートメータ１の間で課金情報などを送受信し、Ｂルートでは、ＨＥＭＳ機器２とスマートメータ１の間で電力値、電流値、時刻情報などをほぼリアルタイムで送受信する。

マンション等の集合住宅では、スマートメーター１は室外のメーターボックス（ＭＢ）内に設置されることが一般的であり、ＨＥＭＳ機器２は住宅内に設置されるので、上述したＢルートの無線通信は、ＭＢのカバー、外壁、住宅の内壁、等を介して電波を送受することになる。そのため住宅内には電波の送受信が困難又は不可能な部位（以下、「通信難所」と呼ぶ）が存在する場合がある。

またＢルート通信に限らず、住宅内にはインターネット無線ルータからのＷｉ−Ｆｉ信号、又は、ブルートゥース（登録商標）用、等の電波の送受信が困難又は不可能な部位が存在する場合があり、そのような通信難所も本発明で同様に改善できることを主張するものである。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、住宅内から通信難所を無くし、住宅内の通信障害を改善することができる屋内無線システムとその設置方法を提供することにある。

本発明によれば、電波の送受信が困難又は不可能な通信難所から、前記電波の送受信が容易な通信良所まで通る通信ケーブルと、
前記通信ケーブルの両端にそれぞれ接続され、前記電波を送受信可能なアンテナと、を備えた屋内無線システムが提供される。

また、本発明によれば、通信ケーブルを、電波の送受信が困難又は不可能な通信難所から、前記電波の送受信が容易な通信良所まで通し、
前記電波を送受信可能なアンテナを、前記通信ケーブルの両端にそれぞれ接続する、屋内無線システムの設置方法が提供される。

本発明の装置と方法によれば、通信良所のアンテナで電波を受信し、その電波を、通信ケーブルを介して通信難所のアンテナに送信し、通信難所のアンテナからその電波を通信難所に送信することができる。また逆に通信難所のアンテナで電波を受信し、通信ケーブルを介して通信良所のアンテナから電波を送信することができる。
従って電波の送受信が困難又は不可能な通信難所であっても、アンテナと通信ケーブルを介して、Ｂルートの通信、Ｗｉ−Ｆｉ信号、及びブルートゥース等の電波の送受信ができ、住宅内から通信難所を実質的に無くし、住宅内の通信障害を改善することができる。
すなわち、本発明によれば、電源がなく増幅や変調など技術的な加工を加えることなく、単に環境内にアンテナを置くだけで通信改善ができる。

スマートメータのＡルートとＢルートの説明図である。 本発明による屋内無線システムの第１実施形態図である。 本発明による屋内無線システムの第２実施形態図である。 本発明による屋内無線システムの第３実施形態図である。 本発明による屋内無線システムの第４実施形態図である。 アンテナの具体例を示す模式図である。 通信実験で用いた実際のマンションのレイアウト図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明による屋内無線システム１０の第１実施形態図である。
この図において、屋内無線システム１０は、ケーブル用配管１２、通信ケーブル１４、及びアンテナ１６を備える。なお、ケーブル用配管１２は必須ではなく、これを省略してもよい。

通信ケーブル１４は、電波５の送受信が困難又は不可能な通信難所（この例で部屋４）から、電波５の送受信が容易な通信良所（この例でメーターボックスＭ）まで通る。
アンテナ１６は、電波５を送受信可能であり、通信ケーブル１４の両端にそれぞれ接続される。
電波５は、スマートメータ用の電波、Ｗｉ−Ｆｉ信号用の電波、又は、ブルートゥース等の電波である。
以下、「送受信」とは、電波５の送信と受信の両方を意味する。

ケーブル用配管１２は、スマートメータ１が設置された屋外と、ＨＥＭＳ機器２が設置される部屋４とを連通する。この例で、スマートメータ１は、メーターボックスＭの内部に設置されているが、その他の場所であってもよい。なお、通信良所側のアンテナ１６はスマートメータ１の近傍に設置することが好ましい。

通信ケーブル１４は、ケーブル用配管１２を通って、屋外から部屋４まで、すなわちこの例では、メーターボックスＭから部屋４まで通る。通信ケーブル１４は、内部導体、絶縁体、外部導体、及び外被（シース）が同軸状に構成された同軸ケーブルであることが好ましい。

スマートメータ１は、スマートグリッドを実現するため、電気使用状況の「見える化」を可能にする電力量計である。なお、本発明において、スマートメータ１は、ＨＥＭＳ機器２との間で、電波５を送受信可能になっている。

メーターボックスＭは、スマートメータ１を設置できるスペースである。メーターボックスＭの設置箇所は、対象とする家屋の屋外、例えば集合住宅の廊下であり、テレビ用のアンテナケーブルの導入箇所であるのがよい。なお対象とする家屋（住宅）は、マンション等の集合住宅に限定されず、戸建て住宅であってもよい。

家電機器３は、ＨＥＭＳ機器２との間でデータを送受信可能な電気機器である。家電機器３には、データを送受信可能である家庭内のすべての電気機器が含まれる。例えば、家電機器３とは、テレビ、冷蔵庫などの家電製品、太陽光発電システム、蓄電池、電気自動車、などである。

部屋４は、電波５の送受信が困難又は不可能な部屋（通信難所）であってもよい。また、部屋４は、対象とする家屋内のその他の部屋、例えば、居室、キッチン、浴室、トイレ、納戸、などであってもよい。
スマートメータ用の電波５は、例えばＢルート（９２０ＭＨｚ帯）の電波である。しかし電波５は、その他の電波、例えば、インターネット無線ルータからのＷｉ−Ｆｉ信号用の電波、又は、ブルートゥース等の電波であってもよい。

また、電波５としてＷｉ−Ｆｉ信号、又は、ブルートゥースを対象とする場合、通信良所はメーターボックスＭ以外の屋内でもよい。またこの場合、通信良所側のアンテナ１６はスマートメータ１の近傍に設置しなくてもよい。

図３は、本発明による屋内無線システム１０の第２実施形態図である。
この図において、屋内無線システム１０は、ケーブル用配管１２を通して屋外から部屋４まで、すなわちメーターボックスＭから部屋４まで通るテレビ電波用ケーブル６を備える。なお、ケーブル用配管１２は必須ではなく、これを省略してもよい。
テレビ電波用ケーブル６は、通信ケーブル１４と同様に、内部導体、絶縁体、外部導体、及び外被（シース）が同軸状に構成された同軸ケーブルであることが好ましい。

メーターボックスＭにおいてテレビ電波用ケーブル６の一端は、図示しないテレビ用アンテナからテレビ電波を受信する受信端子７に接続されている。また、屋内の部屋４においてテレビ電波用ケーブル６の他端は、ＴＶ端子８に接続されている。
なお、受信端子７を、ＣＡＴＶの配信ケーブルに接続してもよい。

この構成により、同一のケーブル用配管１２にテレビ電波用ケーブル６と通信ケーブル１４を同居させて施工することができ、屋外に設置されたスマートメータ１と部屋４に設置されるＨＥＭＳ機器２の間の無線通信の電波到達不全を解消することができる。

図４は、本発明による屋内無線システム１０の第３実施形態図である。
この図において、通信ケーブル１４は、部屋内にＴＶ端子８を有するテレビ電波用ケーブル６である。またメーターボックスＭにおいてテレビ電波用ケーブル６の一端は、受信端子７とアンテナ１６の両方に接続されている。さらに部屋４においてアンテナ１６は、ＴＶ端子８に着脱可能に構成されている。
すなわちこの例では、テレビ電波用ケーブル６を通信ケーブル１４として用いている。

この構成により、テレビ電波用ケーブル６にスマートメータ用の電波５を相乗りさせることができる。
すなわち、アンテナ１６をＴＶ端子８に取り付けることで、テレビ電波用ケーブル６を通信ケーブル１４として用い、屋外に設置されたスマートメータ１と部屋４に設置されるＨＥＭＳ機器２の間の無線通信の電波到達不全を解消することができる。
また、アンテナ１６をＴＶ端子８から外しテレビを接続することで、テレビ電波用ケーブル６を介してテレビ電波を受信することができる。

この例において、同一の部屋４に複数のＴＶ端子８を設置してもよい。この場合、アンテナ１６を取り付けたＴＶ端子８を介して、スマートメータ１とＨＥＭＳ機器２の間の無線通信の電波到達不全を解消することができ、かつ別のＴＶ端子８にテレビを接続することで、テレビ電波を受信することができる。

また、図４において、アンテナ１６に別のＴＶ端子８ａを設け、アンテナ１６をＴＶ端子８に接続した状態で、テレビをＴＶ端子８ａに接続し、アンテナ１６でスマートメータ１と送受信するようにしてもよい。
なお受信端子７に接続されているテレビ信号がテレビアンテナからの無増幅信号でない限り、すなわち電力増幅されたテレビ信号やケーブルＴＶの放送・通信信号である場合は、ＭＢ内のアンテナ１６と室内４のアンテナ１６の各々の内部に、Ｂルート用の周波数のみを通過させる帯域通過フィルタ２０を設け、Ｂルート用の電波以外は受信端子７、ＴＶ端子８，８ａには現れるがアンテナから空中へは放出されない構成とする。

この構成により、同一の部屋４に単一のＴＶ端子８が設置されている場合でも、テレビ電波用ケーブル６にスマートメータ用の電波５を相乗りさせて、スマートメータ１とＨＥＭＳ機器２の間の無線通信と、テレビ受信とが同時にできる。
また帯域通過フィルタ２０により、対象としているＢルートの電波以外の電波はアンテナから空中に漏洩せず、対象の電波に関しては無電力でアンテナからアンテナへの伝送を実現している。

図５は、本発明による屋内無線システム１０の第４実施形態図である。
この図において、屋内無線システム１０は、通信ケーブル１４の途中に無電力分配器１８を備える。

この場合、通信ケーブル１４は、図３のように、テレビ電波用ケーブル６と同居しても、図４のように、テレビ電波用ケーブル６であってもよい。
この構成により、単一のスマートメータ１と、複数の部屋内のＨＥＭＳ機器２との間で、各部屋のアンテナ１６を介してスマートメータ用の電波５を送受信することができる。

またこの図において、屋内無線システム１０は、通信ケーブル１４とアンテナ１６との間に、スマートメータ用の電波５を選択的に通す帯域通過フィルタ２０を有する。
帯域通過フィルタ２０は、通信ケーブル１４に乗った通過帯域以外の電波が外部（他の部屋）に影響を及ぼさないようにする機能を有する。この構成により、対象外の電波が漏洩しないようにできる。

図５において、アンテナ１６は、Ｗｉ−Ｆｉ信号、又は、ブルートゥース用、等、他の情報機器用電波も送受できることが好ましい。その場合それぞれの電波の周波数を通す帯域通過フィルタ２０を、アンテナ１６の内部あるいは接続部に設ける。これらの帯域通過フィルタは、Ｂルート用の電波用帯域通過フィルタと共存してもよいし、単独でも構わない。
この構成により、アンテナ１６を取り付けたＴＶ端子８を介して、部屋間で無線ＬＡＮの電波を送受信できるので、部屋間のＷｉ−Ｆｉ信号、又は、ブルートゥース等の電波の電波到達不全を解消することができる。

図６は、アンテナ１６の具体例を示す模式図である。この図において、（Ａ）は分離型、（Ｂ）は直付型である。

図６（Ａ）において、アンテナ１６は、ＴＶ端子８に接続するコネクタ１６ａと、アンテナ台１６ｂと、その間を接続するアンテナケーブル１６ｃとを有する。この構成により、アンテナ１６をＴＶ端子８から離れた位置に設置することができる。
また、この例において、アンテナ１６は、別のＴＶ端子８ａを有する。この構成により、ＴＶ端子８にアンテナ１６を接続した状態で、ＴＶ端子８ａを介してテレビ受信ができる。
また、帯域通過フィルタ２０を内部に有し、テレビ信号の電波はＴＶ端子８ａには現れるがアンテナから空中へは放出されないようにすることができる。

図６（Ｂ）において、アンテナ１６は、ＴＶ端子８に接続するコネクタ１６ａと一体化されている。この構成により、アンテナ１６をＴＶ端子８に直付けすることができる。
また、帯域通過フィルタ２０を内部に有し、テレビ信号の電波はアンテナから空中へは放出されないようにすることができる。

アンテナ１６は、図６に示す線状のものに限定されず、指向性が広いアンテナ（例えば、ダイポールアンテナ、ブラウンアンテナ）、又は無指向性のアンテナでもよい。

また、本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、テレビ電波用ケーブル６を構成する同軸ケーブルの両端の中心導線を露出させ、露出部の長さを波長の１／２にしてアンテナ１６の代用としてもよい。
さらに、既存のテレビシステムに適用してもよい。
また、メーターボックス内のアンテナ線の接続コネクタをＩ型コネクタからＴ型コネクタ（分離型）に変更してアンテナ線を分岐し、同軸ケーブルを接続してもよい。

本発明による屋内無線システム１０の設置方法では、通信ケーブル１４を、電波５の送受信が困難又は不可能な通信難所から、電波５の送受信が容易な通信良所まで通し、電波５を送受信可能なアンテナ１６を、通信ケーブル１４の両端にそれぞれ接続する。

また、スマートメータ１が設置された屋外と、ＨＥＭＳ機器２が設置された部屋とを連通するようにケーブル用配管１２を設置し、通信ケーブル１４を、ケーブル用配管１２を通して屋外から部屋まで通すことが好ましい。
ケーブル用配管１２は、対象とする建屋（例えば集合住宅）の建設時に設置することが好ましい。
通信ケーブル１４は、同一のケーブル用配管１２にテレビ電波用ケーブル６と共に同居させてもよい。また、既設又は新設のテレビ電波用ケーブル６を通信ケーブル１４として用いてもよい。

図７は、通信実験で用いた実際のマンションのレイアウト図である。このマンションの居室は、３ＬＤＫの一般的な間取りである。
マンションは気密性が高く、コンクリート壁などの障害物により無線通信が行なえない懸念があった。

（実験１）
図７において、メータボックスＭ内にスマートメータ１を設置し、居室内の各所にＨＥＭＳ機器２を設置して、その間の通信状況（電界強度ｄＢｍ）を検出した。通信可能範囲は、−８０ｄＢｍ程度までであり、−９０ｄＢｍを超えるとほぼ通信できない。
この実験により、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの部位における電界強度が、約−８７，−８０，−９２，−８９ｄＢｍであり、少なくともＡ，Ｃ，Ｄの部位が通信難所であることが確認された。

（実験２）
図７において、図中のＭ−Ｄ間にａ−ｂ−ｃ−ｄの経路で両端を切断したまま（切りっぱなしの状態）のケーブルを設置した。このケーブルとして、同軸ケーブルを含む種々の電線を用いた。しかし、どのケーブルの場合も、通信難所は改善されなかった。

（実験３）
図７において、図中のＭ−Ｄ間にａ−ｂ−ｃ−ｄの経路で同軸ケーブルを設置し、同軸ケーブルの両端をアンテナ加工した。アンテナ加工として、同軸ケーブルの外部導体を折り返し、中心の導線を絶縁体を残して露出させた。
この結果、図中のＤ点の電界強度が、約−２７ｄＢｍとなり、劇的に改善された。

（実験４）
図７の実際のマンションでは、メーターボックスＭから専有部各室の壁アウトレットまで、同軸ケーブルが天井配線されている。
この同軸ケーブルの両端に、（実験３）と同様にアンテナ加工した同軸ケーブルをそれぞれ接続した。この場合、同軸ケーブルの外部導体の折り返し長さと、中心の導線を絶縁体を残して露出させた長さを、電波５の波長の４分の１に設定した。
この結果、分配器等で減衰はするものの、問題なく通信改善されることが確認された。

上述したように、住宅内の電波５の送受信が困難又は不可能な部屋（通信難所）に外部と連通する導線（例えば通信ケーブル１４又はテレビ電波用ケーブル６）を通すことで、通信難所からの電波５を外部で受信することができる。

例えば、仮に集合住宅のバルコニー側居室の電波受信が難しい場合は、バルコニー側居室と廊下側居室にあるＴＶ端子８に、それぞれアンテナ１６を差し込む。
バルコニー側居室と廊下側居室のＴＶ端子８は、テレビ電波用ケーブル６につながっているため、バルコニー側居室から廊下側居室に通信ケーブル１４を通すことと同じ条件になり、バルコニー側居室の電波受信を良好にできる。
さらに条件が悪い場合には、メーターボックス内のテレビ電波用ケーブル６（同軸ケーブル）の接続部分にアンテナ１６を挿入してもよい。

また上述したように、マンションの住戸内のテレビ電波用ケーブル６を通信ケーブル１４として使用し、通信難所内のＴＶ端子８に差し込み可能なアンテナ１６を設置することで、通信難所内の電波５を外部で受信することができる。

上述した本発明の実施形態によれば、通信良所のアンテナ１６で電波５を受信し、その電波５を、通信ケーブル１４を介して通信難所のアンテナ１６に送信し、通信難所のアンテナ１６からその電波５を通信難所に送信することができる。また逆に通信難所のアンテナ１６で電波５を受信し、通信ケーブル１４を介して通信良所のアンテナ１６から電波５を送信することができる。
従って電波５の送受信が困難又は不可能な通信難所であっても、アンテナ１６と通信ケーブル１４を介して、Ｂルートの通信、Ｗｉ−Ｆｉ信号、又は、ブルートゥース等の電波の送受信ができ、住宅内から通信難所を実質的に無くし、住宅内の通信障害を改善することができる。

また、通信ケーブル１４として既設のテレビ電波用ケーブル６を用いることができる。これにより、新たに通信ケーブル１４を通すことなく、電波５の送受信が困難又は不可能な部屋４に対し電波５の送受信を可能にし、通信ケーブル１４を設置する手間を省き、美観の問題を改善できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。

Ｍ メーターボックス、１ スマートメータ、２ ＨＥＭＳ機器、３ 家電機器、
４ 部屋、５ 電波、６ テレビ電波用ケーブル、７ 受信端子、８，８ａ ＴＶ端子、
１０ 屋内無線システム、１２ ケーブル用配管、１４ 通信ケーブル、
１６ アンテナ、１６ａ コネクタ、１６ｂ アンテナ台、１６ｃ アンテナケーブル、
１８ 無電力分配器、２０ 帯域通過フィルタ

Claims (8)

1. 電波の送受信が困難又は不可能な通信難所から、前記電波の送受信が容易な通信良所まで通る通信ケーブルと、
   前記通信ケーブルの両端にそれぞれ接続され、前記電波を送受信可能なアンテナと、を備えた屋内無線システム。
2. 前記電波は、スマートメータ用の電波、Ｗｉ−Ｆｉ信号用の電波、又は、ブルートゥース用の電波である、請求項１に記載の屋内無線システム。
3. 前記通信ケーブルは、スマートメータが設置された屋外と、ＨＥＭＳ機器が設置された部屋とを連通して前記屋外から前記部屋まで通る、請求項１に記載の屋内無線システム。
4. 前記通信ケーブルは、屋内にＴＶ端子を有するテレビ電波用ケーブルであり、
   前記アンテナは、前記ＴＶ端子に着脱可能である、請求項１に記載の屋内無線システム。
5. 前記通信ケーブルの途中に無電力分配器を備える、請求項１に記載の屋内無線システム。
6. 前記通信ケーブルと前記アンテナとの間に、前記電波を選択的に通す帯域通過フィルタを有する、請求項１に記載の屋内無線システム。
7. 通信ケーブルを、電波の送受信が困難又は不可能な通信難所から、前記電波の送受信が容易な通信良所まで通し、
   前記電波を送受信可能なアンテナを、前記通信ケーブルの両端にそれぞれ接続する、屋内無線システムの設置方法。
8. 前記通信ケーブルを、スマートメータが設置された屋外と、ＨＥＭＳ機器が設置された部屋とを連通して前記屋外から前記部屋まで通す、請求項７に記載の屋内無線システムの設置方法。

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