JP5530717B2 - 電力／通信および負荷識別を提供するワイヤネットワーク内の被マッピングノード - Google Patents

Description

関連出願に対する相互参照
本願は、その開示が本明細書に組み込まれる、2006年10月27日出願の米国仮出願第60/863,328号、および2007年6月18日出願の米国仮出願第60/944,645号の利益を主張する。

本開示は、それ自体を識別するように構成することができるノードを含む配線網をマッピングし、他のノードに対するノード位置を求め、電気配線図を生成するシステムおよび方法に関する。

建築物が建設されるとき、設計図中の電気器具の配置に関する詳細な計画があることがあり、またはないことがある。それが存在する場合、建設中に、元の計画は未変更のままで、顧客の要望の変更または電気技術者による個人的決定のために、計画が頻繁に「その場で」変更されることがある。電気的設置作業が完了したとき、通常は、電気技術者は、電気サービスボックスのカバー内部の紙ラベル上に、「ストーブ」、「冷蔵庫」、「2階寝室」、または恐らくは「フロントオフィス」などの事柄を記したいくつかの言葉を置くことがあるが、どんな装置(アウトレット、スイッチなど)が実際に特定の回路に接続され、または互いに接続されるかはまだ謎のままであることを知っている。その答えは、壁の後ろまたは天井の上の絡み合ったワイヤにある。

電気サービスに伴う問題があるとき、かつ/または建築物内で後の作業を行う必要がある場合、建築物がどのように配線されているかを見つけるのに、大量の時間がつぎ込まれることがある。例えば、安全の問題を評価および診断しようと試みることは困難であることがある。どのように回路がレイアウトされているかを知ることが、原因を理解および診断するのに重要となる可能性があるからである。さらに、電気的再作業が建築物に対して完了する前に、既存の装置が互いにどのように接続されているか、および既存の装置が属するブレーカ/回路に既存の装置がどのように接続されるかを知ることが重要となることがある。

上記に加えて、エネルギーコストおよび効率に対する重要視が高まるにつれて、家屋または建築物内の電力使用量を適切に監視する能力がさらに重要になりつつある。どの装置が特定の回路に接続されるか、および実際には、どのようにそのように装置が互いに接続され、物理的に建築物内に位置するかを知ることにより、エネルギーがどのように、どこで使用されているかについてより多くの情報をもたらすことができる。電力使用量およびコストを監視することは、建築物所有者および/または居住者のコストと、電力システムに対する負荷の両方を低減するために使用量をどのように調節するかについてのより良い理解を、建築物所有者および/または居住者に与えることができる。

米国仮出願第60/863,328号 米国仮出願第60/944,645号

本開示の一態様は、ノードを含むシステムに関する。ノードは、アウトレットまたはスイッチと、第1組の接点とを含むことができる。システムはまた、第1組の接点と係合して、アプライアンスに電力および/または通信を供給するように構成された第2組の接点を含むアプライアンスをも含むことができる。さらに、アプライアンスは、アウトレットまたはスイッチに対するアクセスを実現する開口を画定することができる。

本開示の別の態様は、ノードに取り付けられるアプライアンスに関し、ノードは、アウトレットまたはスイッチと、第1組の接点とを含む。アプライアンスは、ノードの第1組の接点と係合する第2組の接点と、ノードのアウトレットまたはスイッチへのアクセスを実現するように構成された開口とを含むことができる。

本開示の別の態様は、負荷識別を実現する方法に関する。この方法は、電流を監視することのできるノードを設けること、AC配電網からノードを通じて電流を引き込むこと、ノードに関連する装置で使用される電流を変調し、増分電流パルスの識別可能なシーケンスを生成すること、変調後電流をノードで測定すること、およびシリアル番号を識別することを含むことができる。

本開示の別の態様は、安全システムに関する。安全システムは、電力を供給するいくつかの接点を含むアウトレットと、接点が少なくとも2つのプロングによって係合されるかどうかを検出する回路およびセンサを含むノードエレクトロニクスとを含むことができ、接点が少なくとも2つのプロングによって係合される場合、電力がアウトレットに供給され、接点が少なくとも2つのプロングによって係合されない場合、電力がアウトレットから取り外される。

添付の図面と共に行われる実施形態の以下の説明を参照することにより、本明細書に記載の特徴、およびそれを達成する方式をより明らかにすることができ、より良く理解することができる。

本明細書で企図される例示的システムの略図である。 ノードエレクトロニクスの一例の略図である。 2重アウトレットレセプタクルおよびレセプタクル用のノードエレクトロニクスの一例の略図である。 2路スイッチ内のノードエレクトロニクスの略図である。 3路スイッチ内のノードエレクトロニクスの略図である。 「並列」に配線されたノードと、「直列」に配線されたノードの略図である。 ブレーカで使用されるノードエレクトロニクスの略図である。 同期の方法の一例である。 ノードを特定の回路と関連付ける方法の一例である。 回路内のノードをマッピングする方法の一例である。 回路上のノードのマップを含むシステムと対話するディスプレイインターフェースの一例である。 回路上の特定のノードに関する情報を表示するシステムと対話するディスプレイインターフェースの一例である。 建築物全体にわたる電力使用量に関する情報を与えるディスプレイインターフェースの一例である。 建築物全体にわたる電力使用量のコストに関する情報を与えるディスプレイインターフェースの一例である。 単一の部屋内の電力の使用量と、その部屋全体にわたるノードの相対位置とに関する情報を与えるディスプレイインターフェースの一例である。 単一のノードに関する電力の使用量に関する情報を与えるディスプレイインターフェースの一例である。 ウォールプレートに埋め込まれたアプライアンスの一例である。 アプライアンス上の1組の接点と係合する接点を含むアウトレットの一例である。 アウトレット上の1組の接点と係合する接点を含むアプライアンスの一例である。 アプライアンスに電力を供給するシステムの一例の略図である。 アプライアンス上の1組の接点と係合する接点を含むアウトレットの図である。 アプライアンスに電力を供給するシステムの一例の略図である。

本開示は、ノードを含む配線網をマッピングするシステムおよび方法に関し、ノード自体の分散処理能力により、中央プロセッサに対してノード自体を識別し、互いに対してノード自体を識別するようにノードを構成することができる。次いで、電気配線図を他のノードに対するノードの接続を決定することができ、そのことから電気配線図を生成することができる。例えば、ノード通信および情報を調整および収集することのできる中央プロセッサ(例えばコンピュータ)を、ブレーカパネル、または所与の建築物内の任意の場所に接続し、または一体化することができ、さらには遠隔地に配置することができる。次いで、電気配線図を含む電気系統、所与の回路または部屋についての使用量、および/または特定のノードについての使用量を解析/検討するために視覚的ディスプレイを設けることができる。さらに、インターネットまたは任意の所望の情報ネットワークを介して、電気系統に関するこの情報の任意の態様を遠隔地に転送し、それにアクセスすることができる。

本明細書で企図されるシステムアーキテクチャの一例の概観が図1に示されている。システムは、中央プロセッサ102および/または分散処理機能と、配電系統または電源(例えば、ブレーカボックス104として)と、ブレーカノード#2、#4、および#9ならびに他のブレーカノード#1、#3、#5、#6、および#7に接続された3つの回路106、108、および110に沿って配置された一連のノードA〜Qとを含むことができる。ノードは、ノード内の電力使用量および他の条件と、ノードおよび/または中央プロセッサ102の間で送られる信号とを監視するように構成されたエレクトロニクスを含むことができる。プロセッサまたはその機能の各部分をリモートに配置して、ワイヤレス技法、電話、インターネット、電力線、またはケーブルを介して通信することができる。プロセッサはまた、ノード位置のいずれかでネットワークとインターフェースすることもできる。

本明細書では、プロセッサとは、通信の調整、ノードでの方向性イベントの制御、アルゴリズムを実行して、トポロジを求め、電力を解析すること、ならびに電話、イーサネット（登録商標）、インターネット、ケーブル、ワイヤレスなどの手段を介して他の装置に対する外部通信を提供することのうちの1つまたは複数を実施するように構成することのできる任意の装置(複数可)でよい。プロセッサは、配電系統を介して通信することができ、プロセッサをシステムに一体化することができ、またはリモートに配置することができる。一実施例では、プロセッサ102aをブレーカボックス(104)内の回路ブレーカ位置に配置することができ、プロセッサ102aは、複数の段階に対して同時に通信することができる。別の実施形態では、プロセッサの機能が、各ノードで利用可能な計算能力およびメモリによって分散式に処理される。

さらに、本明細書での分散処理に対する参照は、(以下で言及するように、例えば2つ以上のノード間の)ネットワークを介して互いに通信している2つ以上のプロセッサ上でプログラムの異なる部分を実行することのできる処理の技法と理解することができる。したがって、各ノードは、互いに通信する少なくとも1つの他のノードを認識することができ、それによって複数のノードをリンクすることができる。調整を協働的に行うことができ、例えば同期について(以下でより完全に説明するように)、任意のノードが、任意の他のノードとの相対的同期を、ノードのすべてが同期されるまで、一度に1組確立することができる。マッピングについて同様のプロセスを行うことができる(以下でより完全に論じる)。さらに、システムについてデータを読み取る必要があるとき、1つまたは多数のノードが応答することができるまで、情報を求める要求をノード間で送ることができる。

本明細書では、「ノード」とは、スイッチ、アウトレット、ブレーカ、コネクタ、接続箱、電灯負荷、および接続を行うことのできる多数の他のハードワイヤード装置または場所と理解することができ、ノードは、そうした場所で、システムと通信し、条件を監視するエレクトロニクスを含むことができる。「ノード」という用語はまた、回路にプラグ接続される装置がシステムと通信する手段と共に動作可能にされる場合に、その装置にも適用することができる。ノードを、回路内の他のノード、または建築物内の所与の場所と関連付けることができる。さらに、ノードは、特定の条件下、例えばすべてのプロングがアウトレットに同時に挿入されている条件下でアウトレットに電力を供給するなどの追加の機能を提供することができる。

図1に戻ると、図示される3つの回路106、108、110のそれぞれは、建築物全体にわたる電力の経路指定を実現する様々なスイッチおよびアウトレットを含むことができる。例えば、ブレーカ#2は、アウトレットA、B、C、E、H、G、およびIに電力を供給し、スイッチDおよびFにも電力を供給する。建築物内の電気装置および負荷は、電気的に1つまたは複数の回路として配線されることを理解することができる。回路を、電流の流れる経路と理解することができ、経路を閉じたものとすることができる。回路を「並列」に配線することもできる。「並列」に配線されるとき、ある装置を切断することは、他の装置が機能することの妨げとはならない。しかし、ある装置を「直列」に配線することができ、その装置は、装置自体の電気的接続を通じて電力を供給するように他の装置に従属することができることを理解することができる。言い換えれば、上流側装置を切断することにより、下流側装置は動作不能となる。例えばブレーカ#2上で、部屋4内のアウトレットE、G、I、H、およびスイッチFに対する電力は、アウトレットA、B、およびCに従属することができ、すなわち、これらのいずれかが切断される場合、アウトレットA、B、およびCのそれぞれは、そのハウジング内の電気的バスを使用して次のアウトレットに電力を供給するので、部屋4内のアウトレットE、G、I、H、およびスイッチFは、電力を有することができない。しかし、アウトレットGおよびIは互いに従属せず、どちらも、他方が切断された場合に電力を維持することができる。

さらに、共通バス、または経路、すなわち回路にノードを接続することができることを理解することができる。本明細書で理解されるように、共通バスを、各ノード上の少なくとも1つの接続間の電気的連続性と理解することができる。さらに、ノードに対して1つまたは複数の追加の共通バスを設けることができることを理解することができる。

ユーザ操作によってインターフェース112にプロンプト指示することのできる、プロセッサ102からの命令時に、ノード電気信号を作成および検出するように、アウトレット、スイッチなどの中に含まれる各ノードを構成することができる。信号は、ノードをマッピングするように使用することのできる方向性かつ検出可能電気信号でよい。すなわち、ノードで検出可能信号を生成することにより、仮想電気配線図中のノードの位置を求めることができ、その信号を中継して、そのような図中のユーザに対するノードの位置を識別することができる。方向性電気イベントを、下流側ノードと比較して、上流側ノードで異なるように検出することのできる電気信号と理解することができる。上流側ノードを、他のノードに比べて1次電力源に近い電流の経路中に電気的に配線することができる。下流側ノードを、他のノードに比べて1次電力源に遠い電流の経路中に電気的に配線することができる。例えば、ノードEについて、ノードA、B、C、および#2(ブレーカ)を上流側ノードとみなすことができ、ノードF、G、H、およびIを下流側ノードとみなすことができる。

使用される信号方法に応じて、ノードDは、上流側ノードとみなされることがあり、またはみなされないことがある。例えば、増分電気負荷を生成することによってノードEで信号が生成される場合、ノードDは、電力の流れを検出しない。ノードEによって生成された信号が電圧信号である場合、ノードDは信号を確認することができ、ノードDを上流側とみなすことができる。ネットワークのマップを作成するアルゴリズム(以下を参照)は、どんな種類のシグナリング方法が使用されるかを考慮に入れることができる。増分負荷を、普通なら回路内に存在するものに加えて、配線上の電圧に対して相対的に最小の効果を有することのできる十分に高いソースインピーダンスを有する電流引込みと理解することができ、そのような信号はより低い周波数でよい。電圧信号を、配線上の電圧の変化として検出可能である、十分に低いソースインピーダンスを有する電力源と理解することができ、そのような信号は比較的高い周波数でよい。

各ノードは、そのノードから上流側および下流側にある1組の他のノードを有することができる。次いで、どのノードが他のノードから上流側および下流側にあるかについての情報の累積テーブルが、電気配線図の作成を可能にする。いくつかのノードは、例えば図1のノードGとIで電気的に等価であるために、同じ上流側ノードおよび/または下流側ノードの組を共有することができる。中央コンピュータ102などのプロセッサは、各ノードで方向性イベントのシーケンスを調整し、どのノードが他のノードの電気イベントを検出するかに関する情報を収集し、配線図を展開することができる。プロセッサはまた、各ノードでの電力使用量および他のデータに関する情報を収集し、データをまとめて、ワイヤレス手段またはワイヤード手段を介して送り、例えば、システムとの(図示されるような)直接的または間接的通信でルータ118とワイヤレスに通信することのできるインターフェース112、システムに接続された別のコンピュータ114、またはモバイルコンピュータ116でローカルに閲覧および対話することもでき、あるいはインターネットなどを介してリモート位置120に送ることもできる。この情報を、適切なインターフェース122を通じて、電力網を介して直接的に取り出すこともできる。

例示的実施形態では、各ノードでの切り替わった既知の負荷によって方向性電気イベントを生成することができる。各ノード内の電力監視装置を使用することにより、および各ノードを通じて流れる電力を測定することにより、各上流側ノードは、下流側ノードの負荷を検出することができ、配線図を作成することができる。このプロセスを他の負荷の存在下で行うことができ、すなわち、切り替わった負荷は、既存の負荷に対する増分でよい。別の機能強化は、電気箱または接続箱を通じて流れるが、装置自体を通じては流れない電流を測定する(例えば有線の)遠隔電流センサノードを含む(本明細書でさらに説明する)。遠隔電流センサを使用して、普通なら電気的「等価物」となるアウトレットを、配線図中で物理的に順序付けることができる(例えば、以下でさらに論じるように、すべてのノードがピグテール構成を使用して配線され、内部バスを使用して他のノードに電力を搬送しない)。

制御回路またはノードエレクトロニクスを使用して、他のノードまたは中央プロセッサに信号を供給し、ノードによる電力使用量を感知することができ、他の機能を実現することができる。図2は、ノードに関連するエレクトロニクスの例示的バージョンのブロック図である。ユニットは、電源202と、マイクロコントローラ208と、通信機能210と、電力測定機能212と、切替え可能ミクロ負荷214と、電力線上で通信を行うことを可能にするカップラ216とを含むことができる。

電源は、電流の戻り経路であるニュートラル線207と共に、電力線206を介して電力源204から電力を引き込むことができる。電源は、低電圧電源(例えば30ボルト未満)でよく、ACからDCに電力を変化するように構成することができ、マイクロコントローラ、切替え可能ミクロ負荷、および通信機能にとって受け入れられるレベルに電圧を低減することができる。さらに、電源は電池を含むことができ、線路電力206とニュートラル線207との間で利用可能なエネルギーで電池を充電することができる。論理入力に基づいてユニットの動作を制御するマイクロコントローラが208で示されている。マイクロコントローラは、算術要素、ならびに揮発性および/または不揮発性メモリをも含むことができる。さらに、マイクロコントローラは、コントローラに格納されたシリアル番号などの、ノードを識別するための識別子情報を含むことができる。

通信機能210も設けることができる。通信機能を入力および出力インターフェースとしてマイクロコントローラ上に設けることができる。通信機能は、ノード内の様々なエレクトロニクス、ノードが通信することのできる他のノードまたは中央プロセッサで解釈することのできるノード電子信号を生成および受信することができる。ノードで受信された、電力線からの信号および電力線への信号をカップラ216で濾波することができる。カップラ216は、電力線206を介して1つまたは複数の通信信号を送ることを可能にすることができ、既存の通信規格を使用することができる。

電力の主な側面(電流、電圧、位相など)を測定することのできる電力測定機能212をマイクロコントローラに一体化することもでき、または電力測定機能212がマイクロコントローラと通信することもできる。電力測定機能は、ノードの両端間の電流および/または電圧によって生成された磁場を測定することによって実施される。電力を直接的に測定することはできないことを理解することができるが、電流と電圧を共に測定することによって電力を求めることができる。こうした機能、例えば電流、位相、または電圧の測定を実施するセンサは、ホール効果センサ、変流器、ロゴウスキコイル、ならびに他の装置を含むことができる。

切替え可能「ミクロ負荷」214も含めることができる。切替え可能「ミクロ負荷」は、方向性かつ検出可能な電気イベントを生成することができる。マッピング機能または他のシステム機能中などにマイクロコントローラによって指令されたときに、ミクロ負荷を活動化することができる。電力を受けるマイクロコントローラは、切替え可能ミクロ負荷をトリガするように指令することができ、上流側ノード、すなわち電力源から電力を送るのに必要なノードに対する検出可能信号を生成する。

上記に加えて、ノードエレクトロニクスはまた、いくつかの他の機能をも含むことができる。例えば、エレクトロニクスは、温度センサ(または他の環境センサ)を含むことができる。さらに、エレクトロニクスはまた、ノードの物理的位置をユーザに警報する可聴信号または光信号などのユーザ検出可能信号をも供給することができる。

ノードはまた、ユーザがノードに情報を搬送する手段、例えばボタンをも含むことができる。前記ボタンがユーザによって操作されるとき、前記ボタンは、この操作がそれに対して行われたノードを識別する通信を送らせることができる。このことは、システム配線の電気的表現に関してノード物理的位置を相関付ける別の手段を提供することができる。

ノードタイプに基づいてノード配線およびエレクトロニクスを構成することができる。例えば、図3は、例示的アウトレットノード300(これは2重ソケットを表す)および関連する配線の図である。アウトレットは、「Hot In」ワイヤを介して「ホットワイヤ」を通じて供給され、ワイヤ「Hot to Outlet」を介して個々のソケットに供給される電力を含むことができる。電力はまた、「Hot Out 1」および「Hot Out 2」を介してアウトレットを通過することもできる。さらに、ニュートラルをアウトレット「Neutral In」に供給することができ、ならびにアウトレットを通じて、アウトレット「Neutral Out 1」および「Neutral Out 2」の外にそれぞれ供給することができる。エレクトロニクス302は切替え可能ミクロ負荷304を含むことができる。電流センサ308は、マッピングを可能にすることのできる機能である、ノードを通じて流れる電力の測定を可能にし、電流センサ310および312は、それぞれのソケットから引き込まれた電力を測定することができる。さらに、外部電流センサ306および306aを設けることができ、そのどちらかが、ノード自体を通過しない、電気箱を通過する電力を監視することができる。したがって、ノードを通過する電流、ノードから引き込まれている電流およびノードの周りを流れる電流をすべて測定することができることを理解することができる。こうしたセンサは、互いに対するノードの物理的位置のより良好な理解を可能にすることができる。2重レセプタクルの2つのソケットが別々に配線される状況では、各レセプタクルを独立して監視し、かつマッピングするのに、単一の組のノードエレクトロニクスを使用することができる。

図4は、例示的2路スイッチノード400と、関連する配線、すなわち「Hot In」、「Hot Out」、「Hot to Switch」、「Switched Hot」、ならびに「Neutral In」、「Neutral Out」、「Neutral to Switch」などの図である。図からわかるように、エレクトロニクス402は、スイッチ404のための切替え可能ミクロ負荷403を含むことができる。電流センサ408は、スイッチを通じて引き込まれる電力の測定を可能にすることができる。エレクトロニクスはまた、外部センサ406および406aをも含むことができ、外部センサ406および406aは、電気箱を通るが、ノードは通らずに流れる電力を監視することができ、互いに対するノードの物理的位置のより良好な理解を可能にする。スイッチはニュートラル接続を含むことができ、ニュートラル接続は、システムエレクトロニクスの様々な活動のためにシステムエレクトロニクスに給電することを可能にする。ニュートラル接続なしに電力を引き込む他の方式も企図される。例えば、スイッチが閉じられ、負荷の下にあるときに、単一のワイヤから電力を引き込むことのできる変流器を使用することができる。この電力を使用して、ノードエレクトロニクスを駆動し、かつ/または電力が流れていない期間にノードエレクトロニクスに給電する電池を充電することができる。さらに、人々または所有物にどんな危険も与えない方式および量で(さらには回路内のGFIが意図せずに遮断されないように)、少量の電力を線間電圧から引き込んでグランドに戻すことができる。この構成を使用して電池を充電することができ、電池はエレクトロニクスを駆動することができる。

別の例では、負荷と直列に電力を引き込むことができ、電力が概念的にオフにされたとき、既存の灯火スイッチと類似の構成で、比較的少ない電流がノードを通じて流れることが可能となる。この方法によって引き込まれた電力を使用して、ノードエレクトロニクスに給電し、かつ/または電力を供給することを可能にしない条件でノードエレクトロニクスに給電する電池を充電することができる。

図5は、例示的3路スイッチの図であり、その特徴のうちのいくつかは、図4に関して説明したものに適合する。より具体的には、エレクトロニクス502は、スイッチのための切替え可能ミクロ負荷503を含むことができる。電流センサ508は、スイッチから引き込まれた電力を測定することができる。エレクトロニクスはまた、箱を通じて流れるが、ノードを通じては流れない電力を監視する外部センサ506および506aをも含むことができ、互いに対するノードの物理的位置のより良好な理解を可能にする。この場合も、スイッチは、システムエレクトロニクスの様々な活動のためにシステムエレクトロニクスに給電することを可能にすることのできるニュートラル接続を含むことができる。ニュートラルのない場合の2路スイッチに給電する類似の方法を3路スイッチに適用することもできる。

図6は、「ピグテール」(または並列)構成602と呼ばれるものと、「スルー」構成または直列構成612との違いを示す。「ピグテール」構成では、電力を幹線路606から電気箱または接続箱A〜Dに引き入れることができ、ショートワイヤ608が、ノードA〜Dに給電する入りワイヤおよび出ワイヤに(例えばワイヤナット610を通じて)接続される。このことは、いずれかのアウトレット/ノードが切断される場合、他のノードに引き続き電力を供給することができることを意味する。このことは、ノードJ内の導電経路が、後続のノードK、L、およびMに給電する任を担うことのあるスルー配線612とは対照的であることがある(すなわち、ノードJへの電力を切断することにより、ノードK、L、およびMから電力が除去される)。ピグテール構成では、外部センサ(例えば614)を使用することができ、外部センサは、AがBの前に配線され、BがCの前に配線され、CがDの前に配線されたことを示すことができる。したがって、本明細書では、ノードAは、例えばノードB、C、およびDの電気的に上流側であるとみなされることを理解されたい。アウトレットJからKについて、ノード内の電流センサは、互いに対するアウトレットの順序を決定することができる。電気接続箱を適切なエレクトロニクスと共に構成することもでき、したがって情報の監視およびマッピングを箱で行うことができ、その場合、箱は実質的にはノードとなる。

図7は、システムエレクトロニクス703を含む例示的回路ブレーカの図である。ブレーカは、回路パネルから「ホット」ワイヤ「Panel Hot」を通じて電力を受けることができる。ブレーカは、回路「Hot to Circuit」およびニュートラル「Neutral to Circuit」に電力を供給することができる。他のノードと同様に、ブレーカは切替え可能負荷710を適用することができ、切替え可能負荷710は、ネットワーク内でそれ自体が識別されることを可能にすることができる。回路ブレーカノードはまた、ブレーカを通じて電力測定を可能にするセンサ708をも含むことができる。他のブレーカと同様に、回路ブレーカノードは、過電流、漏電、および/またはアーク障害条件、あるいは危険であるとみなすことのできる他の条件の場合にスイッチオフする能力を有することができる。例えば、ブレーカは、GFIセンサおよび/または他のエレクトロニクス712を含むことができる。しかし、ブレーカが遮断されて電力が除去されるとき、ブレーカは、その回路およびシステムの残りの部分との通信を引き続き提供することができる。電池、コンデンサ、または超コンデンサなどを含めて回路上の個々のノードを自己給電することができ、その結果、個々のノードは、障害条件中にブレーカに情報を通信することができる。次いで、回路は、何が障害を引き起こしたか、および回路をオンに戻す前にどんな処置を行うべきかを、ブレーカに、次いでプロセッサ(中央プロセッサまたは分散プロセッサ)にレポートすることができる。多くの可能性の中でもとりわけ、こうした処置は、負荷(アプライアンス)をプラグから抜くこと、または電気技術者を呼び出すことを含むことができる。

一実施形態では、ブレーカは、(電池またはコンデンサなどによって供給される)残留電力で動作するノードがそのステータスを通信することができる通信チャネル704に切り替わることができる。別の例示的実施形態では、ブレーカは、電力が限定されたチャネル706(低電圧および/または低電流)に接続することができ、少量の電力を通信用の回路に引き続き供給する。この電力を、危険を与えないレベルで、線路とニュートラルの間の低電圧電源として、または線路とグランドの間の低電圧電源として印加することができ、電力引込みが回路内のGFIの遮断を引き起こさないことを保証する。システムに呼び掛けて問題を識別するリモートコマンドを介して、通信モードまたは低電力モードに入るようにブレーカを構成することができる。あるいは、ノードは、ブレーカが遮断する前に、障害条件につながるイベントについての重要な情報を通信することもできる。

上記より、ノードがその状態をシステムに通信する機構も本明細書で企図されることを理解することができる。ノードおよび/またはその調節可能パラメータの現条件、例えばスイッチがオンであるか、それともオフであるか、電力がノードから引き込まれているかどうか、およびあるケースでは、ノードから引き込まれている電力の範囲として、状態を理解することができる。例えば、図4および5で参照されるような光スイッチがニュートラル接続を有さないが、オンにされるときに何らかの他の装置(例えば誘導体または電池)を通じて給電される場合、光スイッチは、それ自体およびその状態(オンにされていること)をシステムに通知し、システムは、スイッチおよび他の上流側ノードを通じて負荷が出現したことを検出することができ、それによってネットワーク内のスイッチの位置を確立する。実質上、負荷は、スイッチについての検出可能方向性イベントとして働くことができる。さらに、スイッチがオンにされ、スイッチがその状態をシステムに通信し、スイッチの向こうに負荷またはアウトレットが確認されない場合、何らかのタイプの問題、例えばバルブが故障したと解釈することができる。同様に、スイッチに関連する負荷が経時的に変化する場合、多数のライトバルブのうちの1つまたは複数が故障した可能性がある。制御アウトレットまたは切替え可能アウトレットは、説明したのとほぼ同様に機能することができ、その状態をシステムに通信する。例えば、ディマスイッチは、設定されたレベルを通信することができる。

上記で言及したように、様々なノードをマッピングし、ノードとプロセッサの間の通信を介して電力使用量および他の情報を監視する方法も本明細書で企図される。ノードをマッピングするプロセスは、個々のノードまたは中央プロセッサで開始することができる。例えば、図8に示されるように、ノードに給電され、またはノードがリセットされ、または中央プロセッサがリセット信号を送るとき、802で、ロール呼出しを開始することができる。各アクティブノードは、ランダムな期間待機し、アクティブノードが存在することを示すメッセージをプロセッサに送ることができる。アクティブノードを、プロセッサと現在通信することのできるノードと理解することができる。非アクティブノードを、(例えば、オフにされたスイッチによって分離されている、または負荷の存在下のみで給電されるなどのために)プロセッサと現在通信することができないノードと理解することができ、ノードが(以前に存在することが知られており、)後の時点で再び出現する可能性が高かった(とみなされていた)かどうかに応じて、非アクティブノードがプロセッサによって反映されることがあり、またはされないことがある。各アクティブノードが、アクティブノードが存在するというメッセージをプロセッサに送るとき、メッセージは、識別情報、例えばシリアル番号、またはそうである可能性のあるノードのタイプ、例えばスイッチ、ブレーカ、アウトレット、アプライアンスなどの記述情報を含むことができる。プロセッサは、プロセッサに送られる任意の記述情報を含む、その時点でネットワーク上に存在するすべてのアクティブノードのリストを作成することができる。さらに、ノードは、ノードに給電されるとき、またはノードがリセットされるときに開始することのできるラインサイクルカウンタを含むことができる。

システムがシステム内の存在する可能性のあるアクティブノードを認識すると、システムはノードを同期することができる。804で、プロセッサは、すべてのノードに「同期」コマンドを同報通信することができる。例示的一実施形態では、各ノードは、ラインサイクルカウンタを維持することができ、ラインサイクルカウンタは、線間電圧波形のゼロ交差から正に進むときに増分することができる。同期コマンドの受信時に、806で、ノードは、カウンタのコピーをCとして保存し、最後の増分、すなわち線間電圧波形の最後または以前の正に進む立上り時以来の時間をRとして保存する。次いで、808で、ノードは、CおよびRの値をフェッチサイクルなどの要求時にプロセッサに提供することができる。Rがかなりの数のノードについてゼロ交差時に近過ぎるとレポートされる場合、同期時間が受け入れられないと判明することがあり、810で測定値の組を拒絶することができる。

812で示されるように、十分なサンプルが収集されるまで「同期」操作を何回か実施することができる。所与の数のノードnおよび所与の数のサンプルqについて、収集されるCの値を、以下に従って配列として保存することができる。
C[m][p]
上式で、mはノードの索引(1からn)であり、pは標本集合の索引(1からq)である。データはいくつかの誤りを含むことがあることを理解することができる。以下の表は、n=5およびq=6として、以下のような例示のための例示的データセットを含む。

この配列から、814で、以下の式に従って1組の差分を計算することができる。
ΔC[m][p]=C[m][p]-C[m][p-1]
例えば、同じデータに基づいて、以下の結果を得ることができる。

次いで816で、pの各値について、すべてのmについてのモード(最も一般的な値)を以下の式に従って計算することができる。
pの各値について、ΔT[p]=mのすべての値にわたるΔC[m][p]のモード
例えば、同一のデータに基づいて以下を観測することができる。

以下の式を使用して、この系列の和を取ることができる。ただしT[1]は0と仮定することができる。
T[p]=ΔT[p]+T[p-1] (pは2からq)
例えば同じデータに基づいて、

816で、何らかのサンプルについてモードがノードの十分に大きな割合を表さない場合、サンプルをTから退けることができ、より多くのコマンドを送ることができる。816で、モードがノードの十分な部分を表す場合、818で、別の1組の差分を計算することができる
ΔD[m][p]=C[m][p]-T[p]
例えば、同じデータに基づいて、

820で、mの各値について、すべてのpについてのモードを以下の式に従って計算することができる。
mの各値について、D[m]=pのすべての値にわたるΔD[m][p]のモード
上式で、D[m]は、ノード内部ラインサイクルカウンタについての相対的サイクル値を表す。例えば、同じデータに基づいて、

これは、例えばノード1について、ラインサイクル773が、ノード5についてのラインサイクル530と同じ時間間隔を指す。

820で、何らかのノードについてのモードがサンプルの十分に大きな割合を表さなかった場合、ノードはまだ未同期であるとみなすことができ、そのような任意のノードを他の既に同期済みのノードに対して同期するように動作を反復することができる。820で、モードがサンプルの十分に大きな部分を表した場合、上記と同様に、822で、各ノードについて同期オフセットの表を生成することができる。手順を反復する際に、同期済みノードは未同期ノードとはならないことを理解することができる。

システムが同期された後、ノードを互いにマッピングするプロセスを行うことができる。電気ネットワークをマッピングする際の最初の実際的なステップは、ノードをブレーカに割り当てることである。この手法を使用せずにネットワークをマッピングすることは実現可能ではあるが、まずノードをブレーカに割り当てることがより効率的である。

個々のノードをブレーカに割り当てる第1の例示的プロセスを、ノードごとに行うことができ、それが図9で「方法A」として示されている。902で、ノードにコマンドに与えて、その切替え可能負荷を既知の時間にトリガすることができる。904で、各ブレーカは、この時にブレーカを通じて流れる電力を監視する。次いで906で、この時にノードの切替え可能負荷によって引き起こされた電力の流れを観測した任意のブレーカにノードを割り当てる。

図9で「方法B」として示される第2の方法は、912で、すべてのノードに、所定のスケジュールでノードの切替え可能負荷をトリガするように命令することを含むことができ、ブランクサイクルが各切替え可能負荷イベントに先行および追従することが可能となる。切替え可能負荷イベント間のブランクサイクルは、存在する可能性のある他の負荷に対するマッピングプロセスの感度を低下させることができる。914で、ブランクサイクル中に認識される負荷(または切替え可能負荷イベント直前または直後のブランクサイクル中のこの負荷の平均)を減じて、切替え可能負荷電力引込みをより良好に検出することができる。スケジュールの持続時間について、すべてのブレーカは、電力の流れを監視するように命令される。スケジュールが完了した後、916で、情報がプロセッサによって収集され、どのノードをどのブレーカに割り当てるべきかが判定される。

例えば、以下の方法に従ってブレーカに個々のノードを割り当てることができる。所与の数のノードnについて、ミクロ負荷が1ラインサイクルでエネルギー「e」を使用すると仮定すると、ラインサイクルaからラインサイクルa+2nまでの2n+1ラインサイクルについて、ラインサイクルごとにエネルギーの流れを測定するようにブレーカのすべてに命令することができる。すべてのノードに、異なるラインサイクル上でノードのミクロ負荷をファイアするように命令することができ、ラインサイクルa+1上でノード1、a+3上でノード2、a+5上でノード3、以下同様であり、a+2n-1上でノードnとなる。完了時に、914で、ブレーカからエネルギー測定値をプロセッサによって取り出すことができ、次いで916で、ノードをブレーカと相関付けることができる。ブレーカb内の時間サイクルa+tでのエネルギーの流れをE[b][t]と表すことができる。

次いで、所与のノードpのミクロ負荷がファイアされたラインサイクルと、ミクロ負荷がファイアされなかった隣接するサイクルの平均との間のエネルギーの流れの差の大きさを、以下の式に従って計算することができる。
D[b][p]=|E[b][2p-1]-0.5*(E[b][2p-2]+E[b][2p]|
例えば、切替え可能負荷が観測されたかどうかを判定するためのしきい値が期待値の80%であった場合で、D[b][p]<0.2eである場合、ノードpは、ブレーカbの回路内に存在しない可能性がある。そうではなく、0.8e<D[b][p]<1.2eである場合、ノードpがブレーカbの回路内に存在する可能性がある。918で、条件が満たされない場合、測定は不確定とみなすことができ、測定を反復することができる。918で、測定および計算のすべてが完了すると、各ノードが唯一のブレーカの回路下に存在することができることを理解することができる(ブレーカが他のブレーカの「下流側」に配線されることを除く)。

ノードがブレーカに割り当てられた後、次の論理ステップは、図10に示されるように、ブレーカ回路内のノードをマッピングすることである。この方法は、ブレーカ回路内のすべてのノードに、所定のスケジュールでノードの切替え可能負荷をトリガするように命令することを含むことができ、ブランクサイクルが各切替え可能負荷イベントに先行および追従することを可能にする。前と同様に、切替え可能負荷イベント間のブランクサイクルは、存在する可能性のある他の負荷に対するマッピングプロセスの感度を低下させることができる。ブランクサイクル中に認識される負荷(または、切替え可能負荷イベントの直前および直後のブランクサイクル中のこの負荷の平均)を減じて、切替え可能負荷電力引込みをより良好に検出することができる。スケジュールの持続時間について、ブレーカ回路内のすべてのブレーカは、電力の流れを監視するように命令される。スケジュールが完了した後、情報をプロセッサによって収集し、どのノードが他の各ノードの切替え可能負荷を観測するか、したがってどのノードが他の各ノードの「上流側」とみなされるかを判定し、それによって回路トポロジを求めることができる。

例えば、ブレーカ回路内のマッピングノードは、以下を含むことができる。マッピングすべき副回路内の所与の数のノードnについて、ミクロ負荷が1ラインサイクルでエネルギー「e」を使用すると仮定すると、ラインサイクルaからラインサイクルa+2nまでの2n+1ラインサイクルについて、ラインサイクルごとにエネルギーの流れを測定するようにノードのすべてをセットアップすることができる。1002で、すべてのノードを、異なるラインサイクル上でノードのミクロ負荷をファイアするように設定することができる。ラインサイクルa+1上でノード1、a+3上でノード2、a+5上でノード3、以下同様であり、a+2n-1上でノードnとなる。ブレーカ回路内のすべてのノードを通る電力の流れを記録し、測定の完了時に、1004で、エネルギー測定値をノードからプロセッサによって取り出すことができる。ブランクサイクルからの測定値を、負荷が予想されるときの測定値から減じることもできる。時間サイクルa+tでのノードbを通るエネルギーの流れがE[b][t]と表される。

次いで、所与のノードpのミクロ負荷がファイアされたラインサイクルと、ミクロ負荷がファイアされなかった隣接するサイクルの平均との間のエネルギーの流れの差の大きさを、以下の式を使用して計算することができる。
D[b][p]=|E[b][2p-1]-0.5*(E[b][2p-2]+E[b][2p]|
例えば、切替え可能負荷が観測されたかどうかを判定するためのしきい値が期待値の80%であった場合で、D[b][p]<0.2eである場合、ノードpは、ノードbの下流側にはない可能性がある。そうではなく、0.8e<D[b][p]<1.2eである場合、ノードpがノードbの下流側にある可能性がある。1006で、こうした条件が満たされない場合、測定は不確定とみなすことができ、測定を反復することができる。

次いで、1008で、互いに対してどのノードが「上流側」または「下流側」である可能性があるかに関して判定を行うことができる。測定および計算のすべてが完了すると、各ノードは、それに関する切替え可能負荷の存在を検出したノード、すなわち「下流側」のノードのサブセットを有することができる。ノードが配線される方向に応じて、ノードがそれ自体の「下流側」にあること、またはないことを判定することができ、このことを使用して、所与のノードの配線の向き(例えば、電力の通る線路がアウトレットの下端ラグに来るか、それとも上端ラグに来るか)を判定することができる。ブレーカノード以外のノードの「下流側」の任意のノードを、介在ノードなしにブレーカに直接的に接続することできる。さらに、そのようなノードおよびブレーカのみによって検出された任意のノードは、そのような検出ノードのすぐ「下流側」でよい。ノードのすべてを反映することができるまで、したがってマッピングすることができるまで、このプロセスを反復することができる。さらに、データベースで回路トポロジを表現するために、各ノードについてのレコードは、ノードのすぐ「上流側」に対するポインタを含むことができる。したがって、1010で、回路マッピング情報を表すエントリのデータベースを作成することができる。

スイッチがオフ条件のために特定のノードに給電されない場合、そのノードを最初にマッピングすることができる。しかし、そうしたノードに対して電力が使用可能にされると、ノードは、プロセッサ(図1の中央コンピュータ102など)を介してそれ自体をネットワークに知らせることができ、次いでネットワークは、新たに見つかったノード(複数可)を、前述の同期およびマッピング方法と同様に同期およびマッピングすることを要求することができる。

ユーザは、システムインターフェースを介してシステムと対話することができる。図1に戻ると、中央プロセッサ102でシステムインターフェースを提示することができ、あるいはシステムインターフェースを、ブレーカパネル104自体の中もしくはその近く、またはノードと通信する他の任意の場所のディスプレイパネル112として一体化することができる。さらに、複数のシステムインターフェースを設けることができ、または複数のシステムインターフェースがシステムと対話することができる。例えば、図1に示されるような配電センタまたは中央コンピュータに取り付けられたディスプレイに加えて、またはその代わりに、情報を電力線を介してインターネットに送ることができ、またはルータを介してワイヤレスにリモート装置に送ることができ、またはネットワークを介して電話などに送ることができる。

インターフェースは一般に、タッチスクリーンディスプレイ、マウス、キーボードなどの、ディスプレイおよびシステムと対話する機構を含むことができる。図11aに示されるように、ディスプレイは、選択された回路1106にマッピングされたブレーカボックス1102およびノード1104の表現を含むことができる。図11bに示されるように、回路1106内の所与のノード1104を選択することにより、ノードに何をプラグ接続することができるか、ノードの現電力使用量、および所与の時間枠にわたってノードで使用された電力に関する情報1108を表示することができる。他の情報または追加の情報も表示することができることを理解されたい。

システムはまた、各ノードで使用される電力、実際には各アウトレットレセプタクル(上端および下端)で使用される電力、ならびに他の多くの項目(例えば、温度、他の環境条件、厳密な電流引込みプロファイルなど)を監視することも可能にする。一実施例では、消費された電力、またはノードのうちの1つまたは複数に取り付けられた、所与の期間にわたる負荷を示すデータをプロセッサで受け取ることができる。このデータより、各ノードならびに集合的ノード(例えば、所与の部屋のノード、または所与の回路のノード)についての電力消費プロファイルを生成することができる。そのようなプロファイルは、秒、分、時間、日、週、月、または年を含む期間にわたって消費された電力を考慮することができるが、プロファイルはまた、電力使用量、電流引込み、力率、デューティサイクル、スタートアップ電流、シャットダウン電流、スタンドバイ電力、線間電圧、電流波形、時刻、日付、場所、および/または環境条件、あるいはそれらの相互相関などの他の変数も考慮することができる。さらに、電力コストに関するデータを使用して、コストプロファイルを展開することができる。相互相関は、2つ以上のデータセットにわたる類似性の尺度と理解することができる。例えば、電力消費と周囲温度、電灯負荷と時刻、スタートアップ電流と温度などである。

プロファイルからの所定の量の逸脱が検出された場合、警報を与えることができ、ノードへの電力を切断することができ、関連するブレーカを遮断することができる。所定の量は、プロファイル全体、または時刻に関係するプロファイルの所与のセグメントに基づくことができ、または特定の装置に基づくことができる。さらに、エネルギーの価格設定が1日の所与の時間の間に高くなることがある場合、所定の量は、コストに基づくことができる。

図12aは、そのようなデータをユーザに対してどのように表示することができるかについての図である。例えば、ノードを建築物内の所与の部屋と関連付けることができ、様々な部屋の電力使用量に関して判定を行うことができ、図12aで示されるようなワット、ワット時、または図12bに示されるような貨幣単位などの様々な単位で電力使用量を分解することができる。建築物1202、部屋1204、および各部屋の電力使用量1206をユーザに対して表示することができる。参照のために、使用量をカラースケール1208によって定量化することができる。さらに、図13aに示されるように、特定の部屋の表現を作成することができ、部屋1304に関する電力使用量1302、ノード位置1306、またはアクティブノード1308などの情報を提供することができる。図13bに示されるように、特定のノードの解析も行うことができ、所与のノードでの使用量を求め、プロファイリングし(1310)、または解析することができる。

上記の例示から理解することができるように、システムは、ノードの物理的位置を仮想ダイアグラムと相関付けることができ、配線図内のノードの電気的位置を物理(現実の)ノードの位置と相関付けることができる。このことは、物理ノードに対するユーザ入力の手段を必要とし、例えば、ボタンを各ノードの正面に設けることができ、かつ/または特定のノードの位置に関してユーザによって検出可能とすることのできる音声信号、光信号、または他の信号を提供することもできる。

本開示の別の態様は、ノードを通じて流れる電力、およびノードから流れる電力を含む、ノードのステータスを評価および監視することによってネットワークの安全性を監視することに関する。ワイヤおよび装置の電力網では、電力が意図されない方式で使用され、または「失われる」ときに、危険な条件が存在することがある。こうした方式のいくつかは、アーク(直列または並列)および高抵抗(接続またはワイヤの不良による)を含む。本開示は、ノードでのネットワークの電力、ノードからのネットワークの電力、およびノードを通るネットワークの電力を加算する手段を含み、「失われた」電力を識別することができる。本開示は、失われた電力を識別するだけでなく、電力が失われたのがどのノード間であるかも識別し、特定の問題を識別し、トラブルシューティングし、修正するための情報を提供するシステムのものである。

一実施例では、上流側ノードに接続された1つまたは複数のノードを識別することができる。識別した後に、下流側ノード(複数可)から、下流側ノード(複数可)を通じて送られた電力と、上流側ノードによって送られた電力との差を求めることができる。上流側ノードによって送られた電力が、ノードネットワークから引き込まれ、またはノードネットワークを通じて引き込まれた測定電力よりも大きい場合、警報を与えることができ、かつ/またはブレーカを遮断することができる。

図1を参照すると、例えば、ブレーカノード9が、ノードPおよびQに電力を送る。この回路内で何らかの電力が失われる可能性を評価するために、システムはまず、それに関する他の下流側ノードが存在しない回路内のノードを識別する。この例では、ノードQは、この条件を満たす唯一のノードである(ブレーカ2の回路の場合、ノードD、H、G、およびIはすべてこの条件を満たす)。回路はまず、次の上流側ノード(P)のすぐ下流側の地点を調べることによって評価される。ネットワーク内のこの地点を通じて送られる電力(すなわち、ノードPによってノードQに送られる電力)は、ノードQでレセプタクルから引き込まれる電力に等しくなるはずである。そうでない場合、意図されない電力が、ノードPとQの間で、アーク、高抵抗、または他の状況を通じて失われた可能性がある。次いで、次の上流側ノード(この場合、ブレーカ9)のすぐ下流側の地点を評価して、ブレーカノード9によって送られる電力は、ノードPのレセプタクルから引き込まれる電力、およびノードPによってノードQに対して送られる電力に等しいはずである。したがって、安全な条件下では、ブレーカノード9によって送られる電力は、ノードPから(そのレセプタクルを通じて)引き込まれる電力と、ノードPからノードQに送られる電力との和に等しいはずである。そうでない場合、意図されない電力がブレーカノード9とノードPの間のネットワークのセグメント内で失われた可能性がある。この論理の拡張として、ブレーカノード9を通じて送られる電力は、ノードPおよびQから(それぞれのレセプタクルを通じて)引き込まれる組合せ電力と等しいはずである。

このようにして、ノードの復号ネットワークをセグメントごとに解析することができる。上述のような警報をインターフェースに供給することができ、次いでユーザは、問題を診断することができ、または問題を解決するのに役立つヒントの提供を受けることができる。複数のノードがブレーカと関連付けられていると識別することができ、各ノードについての電力消費を識別することができることを理解することができる。したがって、複数のノードの1つが電力を「失っている」場合、または2つのノード間のネットワークが電力を失っている場合、ネットワークのその部分を識別することができ、問題を修復することができる。

上記の一例として、ノードQに給電するワイヤのうちの1つが緩んでいる場合、電流が不十分な接続の抵抗を通じてノードQのアウトレットのうちの1つから引き込まれる結果として、電圧降下を引き起こす可能性がある。電力がノードQから引き込まれていない場合、電力はノードPから送られず、条件は安全であるとみなされる。次いで、1kWを引き込む負荷をノードQからアウトレット上に配置することができ、ノードQは、ノードQから送達された電力を1kWとレポートするが、ノードPは、ノードQの方向に送られる電力を1.1kWとレポートすることができる。したがって、100Wは反映されず、システムで散逸されている。実際、失われる100Wは、緩んだ接続で散逸されている。実施される計算は、ノードPの後、かつノードQの前で100Wが失われたことを識別する。この条件は危険であるとみなすことができ、ブレーカを遮断することができる。別の例では、マウスがノードPとQの間の配線を噛む可能性があり、その結果、ワイヤ内のホットからニュートラルに故障電流が生じる。ノードPは、ノードQの方向に50Wの電力が送られたことをレポートすることができるが、ノードQは負荷がないことをレポートし、実際には、50Wがマウスで失われている。実施される計算は、ノードPの後、かつノードQの前で50Wが失われたことを識別することができる。この条件は危険であるとみなすことができ、ブレーカを遮断することができる。システムは、ノードPおよびノードQでの電圧を測定し、最初のケースではかなりの違いを観測するが、2番目のケースでは観測しないことにより、これら2つの条件を区別することができる。第3の例では、何らかの凝縮が、ノードPの前の配線上に生じ、2Wの電力を散逸することがある。システムは、ノード9によって送達される電力と、ノードPによって送られる2Wの電力の差を観測する。このことにより、システムは、この条件に対してユーザに警報することができる。2Wは、凝縮の蒸発を引き起こす可能性があり、障害が消える可能性がある。これらすべてのケースでは、失われる電力が回路の容量よりもかなり低いが、あるケースでは、危険となるのに十分である可能性があることに留意されたい。小さい障害電力は、大きい障害よりも長期間許容することができること、および何らかの誤差が測定値中に存在する可能性があり、したがって偽の警報を防止するために、動作のためのしきい値を、測定値中の通常の誤差によってトリガされないように十分に高く設定することができることを決定することができる。

警報を提供し、またはブレーカを遮断するかどうかの決定は、システムの負荷および特性、持続時間、および/またはシステム測定誤差などの因子、ならびに他の因子を考慮に入れることができる。したがって、例えば、長期間にわたって少量の電力が「失われた」とき、または大量の電力が急速に「失われた」ときに、警報を与えることができることを理解することができる。複数のノードがブレーカに関連付けられていると識別することができ、各ノードについての電力消費を識別することができることも理解することができる。したがって、複数のノードの1つが電力を「失っている」場合、ノードを識別することができ、問題を修復することができる。

本開示の別の態様は、「アプライアンス」を取り付け、アプライアンスに給電し、かつ/またはアプライアンスと通信する手段として働くように、ノード(例えばアウトレットおよびスイッチ、接続箱など)およびその関連するエレクトロニクスを使用することに関する。アプライアンスは、1つまたは複数の有用な機能を有するエレクトロニクスと定義することができる。こうしたアプライアンスをアウトレットウォールプレート、スイッチウォールプレート、または接続箱カバーなどに埋め込み、または組み込むことができ、アプライアンスは、ノードから電力を引き込み、ノードと通信し、またはノードを介して通信する手段を含むことができる。こうしたアプライアンスはノードの通常の機能を妨害しないことに留意することは重要であり、アウトレットのレセプタクルはプラグに対して引き続き開かれ、スイッチは引き続き機能し、接続箱は引き続き電力を送り、以下同様である。こうしたアプライアンスは、既存のウォールプレートの形状因子に追従しないことがあり、特定のタイプの機能を収容するように1つまたは複数の寸法を修正することができる。こうしたアプライアンスは、とりわけ、非常照明、夜間光、環境モニタ、空気品質モニタ、アラーム、センサ、インターコム、サウンドモニタ、カメラを含むセキュリティ装置、電池バックアップ、ディスプレイ、および情報ポータルのような機能を含むことができる。図14は、ウォールプレート1404に一体化されたアプライアンス1402の一例を示す。この例では、アプライアンスはサーモスタットコントローラである。アプライアンスはインターフェース1406を提供し、この場合インターフェース1406は、日付、時刻、温度、暖房がオンであるかどうかなどをユーザに通知する。さらに、トグルキーおよび選択ボタンを含む、アプライアンスの使用のための機能制御1408が設けられる。加えて、アプライアンスは保護カバーを提供し、標準ウォールプレートとして機能することができる。

図15aに示されるように、アプライアンスは、ウォールプレートとノードの間のインターフェースにより、ノードから電力を受けることができる。図1に示されるように、配電センタからブレーカを通じて、ノード1502、この例ではアウトレットに電力を供給することができる。アウトレット1502はいくつかの接点1504を含み、3つが図示されている。ウォールプレート1506も、フィンガまたはタブ1510上にいくつかの接点1508(図15bに図示)を含むことができ、接点1508は、アウトレット1502上の接点1504と係合することができる。接点は、アプライアンスが埋め込まれたウォールプレート1506に電力および/または通信を供給することができる。こうしたアプライアンスへの通信およびこうしたアプライアンスから通信は、ノードネットワーク配線を使用することを含めて、ワイヤレス手段および/またはワイヤード手段を通じて行うことができる。したがって、アプライアンス自体の上のインターフェースで、または上述のように、インターネット、イーサネット（登録商標）、電力線、または他のアクセス可能地点を介してなど、いくつかの場所でアプライアンスを制御または監視することができる。

一実施例では、アウトレット、スイッチ、または他のレセプタクルを通じて、ノードエレクトロニクスを通じてアプライアンスに電力を供給することができる。各ノードは、≦30ボルトおよび0から30ボルトの間のすべての値または増分を含む、一定の量の低電圧電力と、一定の量の通信帯域幅とを供給することができる。帯域幅は、所与の期間に通信チャネルを通過するデータの量と理解することができる。アプライアンスがノード電力レベルおよび通信帯域幅の限度内で動作することができる場合、アプライアンスは、電力と通信の両方に関してノードを使用することができ、アプライアンスが機能するのに必要な構成要素が著しく単純化される。図16は、アプライアンス1602への配電の例示的略図を示す。上述のように、アウトレット1606内のノードエレクトロニクス1604を通じて電力を供給することができる。アウトレット1606は、回路パネルなどの配電系統1608から電力を受けることができる。

より大きい電力またはより広い通信帯域幅を必要とするアプライアンスについて、ノードによって課される制限なしに、アプライアンスが電力網から電力を引き込み、電力網を介して通信することを可能にするようにノードを構成することができる。言い換えれば、ウォールプレートは、依然としてアプライアンスと、ノード、例えばアウトレットとの間のインターフェースを提供することができるが、電力は、ノードエレクトロニクスの電源を通じて供給されない。こうした接点は、ノードネットワーク上で一般的に利用可能な電圧および電力(例えば110ボルト)および/または独立の通信経路を供給することができる。ノードエレクトロニクスは依然として、こうした接点に電力を送ることができ、かつ/またはそのような接点から供給される電力と対話する能力、例えば電流を制限し、電力をオンまたはオフに切り換え、電力を監視する能力などを有することができる。図17は、追加の2つの接点が30ボルトより高い電力と、ノードエレクトロニクスで利用可能なものよりも広い帯域幅を供給することを可能にする、上記で参照した3接点よりも多くの接点、例えば5接点1704を含むノード1702を示す。特定のアプライアンスの必要に応じて、アプライアンスは、それ自体の電源および/または通信システムを有することができ、ノードを主にインターフェースとして使用することができる。図18は、電力が、ノードエレクトロニクス1804の電源を迂回して、ノード、例えばアウトレット1806を通じてアプライアンス1802に供給される例示的略図を示す。以前のシナリオのいずれかでは、物理的接点以外の手段、例えば誘導結合によって通信および電力を達成することができることも想定される。標準アウトレットまたはスイッチねじタイプラグまたはアプライアンスからねじタイプラグまでのフライングリードとの電気的接続を行うように構成されるアプライアンス接点を通じてノードと電力および通信接続を確立することができることも想定される。このようにして、アプライアンスは、本明細書に記載のエレクトロニクス機能および電気的接点を有することがあり、または有さないことがある既存のスイッチおよびアウトレット設計との電力および通信を達成することができる。

本開示の別の態様は、ネットワーク電力が利用可能ではないときにノードおよび/またはアプライアンスに給電する手段としてアプライアンスを使用することに関する。前述のように、ホット線とニュートラル線のどちらも利用可能であるときの最も直接的なケースを含めて、配電系統に接続されたノードで電力を抽出するいくつかの方式がある。例えば、あるスイッチ構成の場合のように、ニュートラル線が利用可能ではないとき、(ある既存の灯火スイッチのケースのように)ノードが電力を送っているとき、または負荷を通じて直列に電力を引き込んでいるときに変流器を使用することを含めて、電力を引き込む様々な方法がある。こうしたケースのそれぞれでは、ネットワークから電力を引き込んで、アプライアンスの一部である1つまたは複数のエネルギー貯蔵装置を充電することができる。こうした装置は、とりわけ、電池またはコンデンサを含むことができる。前述のノード接点を通じて、ネットワーク電力が利用可能ではなく、または抽出することが便利でないときに、エネルギー貯蔵装置は、通信、監視、またはノードが実施できるような他の機能のためにノードエレクトロニクスに給電することができる。さらに、ネットワーク電力がないときに、アプライアンス自体に給電するためにこうしたエネルギー貯蔵装置を使用することができる。アプライアンスではなく、ノード自体の中にエネルギー貯蔵装置(複数可)を含めることができることも想定される。

本開示の別の態様は、固有シリアル番号を使用して、ネットワークに接続される装置を識別する手段に関する。例えば壁レセプタクルにプラグ接続することのできるこうした装置は、電流を測定することのできるノードがシリアル番号を識別することができるように、装置で使用される電流を変調する手段(例えばチップ)を含むことができる。本明細書では、シリアル番号は、一般的な方式で(例えば、ストーブ、冷蔵庫など)、または特定の方式で(例えば、冷蔵庫の厳密な型)装置を識別するのに使用することのできる1つまたは複数の識別番号、文字、パルス、信号、波形、またはそれらの系列と理解することができる。シリアル番号が識別されると、ノード(分散処理を介して)または中央処理装置が、データベースを通じて装置を識別することができる。このデータベースは、メーカ、モデル番号、製造情報、期待されるモードおよび電力引込み、保守情報などの情報を含むことができ、それらのすべてを使用して、他の様々な用途の中でもとりわけ、問題を識別し、保守をスケジューリングし、製品の使用に関する市場調査を提供することができる。データベースはローカルに利用可能でよく、またはインターネット、ケーブル、電話などの様々な手段を通じてアクセス可能でよい。回路から電力を引き込むような装置をマッピングするようにシステムを構成することもできる。

装置は、回路またはチップを使用して、切替え可能負荷を介して一続きの小さい電流パルスを生成することにより、例えば、埋め込まれたシリアル番号を通信することができる。この記述情報をチップでサイクルごとに生成することができる。さらに、チップは、偶数サイクルで電力引込みを通じてシリアル番号を生成することができ、奇数サイクルでそのシリアル番号の反対を生成することができる。電力引込みは、サイクルごとに同じでよいとき、組合せ信号を減じて(電力+シリアル番号)、より容易に識別可能なシリアル番号を生成することができる。電流を測定することのできるノードは、このシリアル番号を検出して、それをコンピュータに通信することができ、次いでコンピュータは、既存のデータベースから負荷についての有用な情報を抽出することができる。

さらに、システムは、装置の使用パラメータ(例えば電力引込み、デューティサイクル、スタートアップ電流など)および/または装置のシリアル番号を中央収集ポイントに通信することができ、それを、最終的には、インターネットまたは他の手段を通じて遠隔位置に送ることができ、最終的には、市場調査または製品調査のために製造業者に戻すことができる。

さらに、システムは、診断のために装置と対話することができる。装置が「既知」の装置であるか、それとも「匿名」の装置であるかに関わらず、電力引込みを経時的に監視することができ、装置について平均または特定の使用プロファイルを生成することができる。電力引込みの変化がその結果として生じる可能性のある、故障した構成要素、最適以下の動作条件、または他の潜在的問題を識別するために、こうしたプロファイルからの逸脱を検出し、監視し、レポートすることができる。さらに、こうしたパターンから、ノードは、装置に対する電力をシャットダウンすべきかどうか、またはシャットダウンすべきときを判定することができ、またはその前に、建築物所有者、保守要員、または居住者に潜在的問題を警報するシステム警告を送ることができる。

他の安全システムも本明細書で企図される。例えば、2つ以上のプロングがレセプタクルに同時に挿入されるとき、またはレセプタクルに完全に挿入されるときにのみレセプタクルが電力をオンにすることができるようにノードをプログラムすることができる。プロングがレセプタクルから取り外されたとき、レセプタクルは、アウトレットに対する供給電力を除去または切断することができる。回路およびセンサは、プロングの挿入についてアウトレットを監視することができ、プロングを受けたとき、供給電力を再びレセプタクルに印加することができる。

上記の説明は例示のために提示されたものである。上記の説明は、網羅的なものではなく、開示された厳密なステップおよび/または形態に本開示を限定するものでもなく、明らかに、上記の教示に照らして多数の修正形態および変形形態が可能である。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義されるものとする。

102 中央プロセッサ
104 ブレーカボックス
106 回路
108 回路
110 回路
112 インターフェース
114 コンピュータ
116 モバイルコンピュータ
120 リモート位置
122 インターフェース
202 電源
204 電力源
206 電力線
207 ニュートラル線
208 マイクロコントローラ
210 通信機能
212 電力測定機能
214 切替え可能ミクロ負荷
216 カップラ
300 アウトレットノード
302 エレクトロニクス
304 切替え可能ミクロ負荷
306 外部電流センサ
306a 外部電流センサ
308 電流センサ
310 電流センサ
312 電流センサ
400 2路スイッチノード
402 エレクトロニクス
404 スイッチ
406 外部センサ
406a 外部センサ
408 電流センサ
502 エレクトロニクス
503 切替え可能ミクロ負荷
506 外部センサ
506a 外部センサ
508 電流センサ
602 ピグテール構成
606 幹線路
608 ショートワイヤ
610 ワイヤナット
612 スルー構成
614 外部センサ
703 システムエレクトロニクス
704 通信チャネル
706 チャネル
710 切替え可能負荷
712 GFIセンサおよび/または他のエレクトロニクス
1102 ブレーカボックス
1104 ノード
1106 回路
1202 建築物
1204 部屋
1206 各部屋の電力使用量
1208 カラースケール
1302 電力使用量
1304 部屋
1306 ノード位置
1308 アクティブノード
1402 アプライアンス
1404 ウォールプレート
1406 インターフェース
1408 機能制御
1502 ノード
1504 接点
1506 ウォールプレート
1508 接点
1602 アプライアンス
1604 ノードエレクトロニクス
1606 アウトレット
1608 配電系統
1702 ノード
1704 接点
1802 アプライアンス
1804 ノードエレクトロニクス
1806 アウトレット

Claims (9)

1. ソケットを含むアウトレットまたはスイッチを備えるノードを備え、前記アウトレットまたはスイッチは、ノードエレクトロニクスを含んでいて、前記ノードエレクトロニクスは、マイクロコントローラと、30ボルト以下の電圧を供給するように構成された低電圧電源と、第1組の接点とを含んでいて、
   更に、前記ノードに取り付け可能かつ取り外し可能なアプライアンスであって、前記第1組の接点と係合して、前記低電圧電源を通じて前記アプライアンスに電力を供給し、かつ前記マイクロコントローラから前記アプライアンスに通信を供給するように構成された第2組の接点を含むアプライアンスを備え、
   前記アプライアンスが、前記アウトレットまたはスイッチに対するアクセスを実現する開口を画定する、
   システム。
2. 前記アプライアンスが、追加のアウトレットまたはスイッチに対するアクセスを実現する複数の開口を有する請求項1に記載のシステム。
3. 前記アプライアンスが、環境センサ、サーモスタット、非常光、夜間光、空気品質モニタ、アラーム、センサ、インターコム、サウンドモニタ、セキュリティ装置、電池バックアップ、ディスプレイ、リモートコントロールリレー、コマンドセンタ、または情報ポータルのうちの1つまたは複数である請求項1に記載のシステム。
4. 前記ノードがさらに、前記アプライアンスに30ボルトより高い電力を供給するように構成される請求項1に記載のシステム。
5. 前記アプライアンスがワイヤレスに通信することができる請求項1に記載のシステム。
6. 前記アプライアンスが選択ボタンを含む請求項1に記載のシステム。
7. 前記ノードエレクトロニクスが帯域幅を提供し、前記アプライアンスが前記帯域幅内で動作する請求項1に記載のシステム。
8. ノードに取り付け可能かつ取り外し可能なアプライアンスであって、前記ノードが、ソケットを含むアウトレットまたはスイッチを含み、前記アウトレットまたはスイッチは、ノードエレクトロニクスを含んでいて、前記ノードエレクトロニクスは、30ボルト以下の電圧を供給するように構成された低電圧電源と、マイクロコントローラと、第1組の接点とを含んでいて、前記アプライアンスが、前記ノードを第1組の接点と係合させて、前記低電圧電源から30ボルト以下の電圧の電源を引き込み、かつ前記マイクロコントローラから通信を受信する第2組の接点を含み、前記アプライアンスが、さらに、前記ノードアウトレットまたはスイッチへのアクセスを実現するように構成された開口を含む、
   アプライアンス。
9. 前記ノードエレクトロニクスが電力を別な方法で入手できないとき、前記アプライアンスが、前記ノードに電力を供給するように構成される請求項8に記載のアプライアンス。