JP5647024B2

JP5647024B2 - コンセント及び給電システム

Info

Publication number: JP5647024B2
Application number: JP2011018711A
Authority: JP
Inventors: 吉川　啓介; 啓介吉川; 隆司松山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012161155A

Description

本発明は、電気機器のプラグが着脱自在に接続されるコンセント、及びコンセントとサーバとを備える給電システムに関する。

従来より、コンセントにはプラグを介して様々な電化製品が接続される。コンセントは、一般的に、実効電圧値１００Ｖ、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力を電化製品に供給する。そして、コンセントとプラグとからなる接続装置は、火災などの原因となることから安全性が要求される。

また、近年、太陽光発電設備により発電された直流電力を蓄電池に蓄電して、この蓄電池から住宅などに設置された直流用コンセントに電流を供給するシステムも利用され始めている。この場合、直流用コンセントに照明機器や電化製品などの直流機器のプラグを直接接続することができる。

そして、接続装置の安全性の向上や省エネルギーを図るため、各分岐回路で使用電流量が上限値を超えるのを抑制した直流配電システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、入力端子部の電圧値を検出する入力電圧検知回路を備え、直流機器に対して一定の直流電圧を供給することが可能な直流コンセントも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１４２０１２号公報特開２００９−１４６８２７号公報

しかしながら、上記従来のプラグとコンセントとを用いる接続装置では、単に電気機器のプラグをコンセントに接続して使用するのみであり、電気機器とコンセントとの接続状態を把握できない。このため、従来の接続装置では、電気機器が火災などの危険性のある場合や、電力を無駄に消費している状態を的確に検知し、防止することができないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンセントに接続された電気機器の異常や、プラグ及びコンセントの接続状態の異常を検出して、より安全性を向上させ、省エネルギーをも達成できるコンセント及び給電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、電気機器のプラグが着脱自在に接続されるコンセントにおいて、給電路を開閉する電路開閉部と、前記給電路を流れる電流の波形を計測する計測部と、前記プラグを介して接続される前記電気機器の電流波形を記憶する記憶部と、前記計測部により計測された計測波形と、前記記憶部に記憶されている電流波形とを比較し、両波形が一致しないときには、前記電路開閉部をオフにする制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている通電中に前記プラグを抜く際の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とする。

また、前記コンセントにおいて、前記記憶部は、電気機器の種別毎の電流波形を記憶し、前記制御部は、さらに、前記計測波形に基づいて電気機器の種別を判定し、この計測波形が、前記記憶部に記憶されている当該種別の電流波形と一致しないときには、前記電路開閉部をオフにすることが好ましい。

また、前記コンセントにおいて、前記制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている待機状態の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにすることが好ましい。

また、本発明は、電気機器のプラグが着脱自在に接続されるコンセント、及び当該コンセントと通信接続されるサーバを備えた給電システムにおいて、前記コンセントは、給電路を開閉する電路開閉部と、前記給電路を流れる電流の波形を計測する計測部と、前記計測部において計測された計測波形を前記サーバに送信する通信部と、前記通信部を介して取得した制御信号に基づいて、前記電路開閉部の接点をオン又はオフにする制御部と、を備え、前記サーバは、前記コンセントの前記通信部とデータの送受信を行う送受信部と、前記プラグを介して前記コンセントに接続される電気機器の電流波形を記憶する記憶部と、前記送受信部を介して取得した計測波形と、前記記憶部に記憶されている電流波形とを比較し、両波形が一致しないときには、前記電路開閉部をオフにするための制御信号を前記送受信部を介して前記通信部に送信する第二制御部と、を備え、前記第二の制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている通電中に前記プラグを抜く際の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにするための制御信号を前記送受信部を介して前記通信部に送信し、前記制御部は、前記通信部を介して当該制御信号を受信したときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とする。

また、前記給電システムにおいて、前記送受信部は、複数のコンセントの前記通信部より前記計測波形を受信し、前記記憶部は、当該計測波形を蓄積し、前記第二制御部は、前記記憶部に蓄積された計測波形に基づいて、前記コンセントに接続された電気機器が使用される時間帯のパターンを判別し、前記送受信部で受信する計測波形が前記パターンから外れた場合には、前記電路開閉部の接点をオフにするための制御信号を前記送受信部を用いて送信することが好ましい。

本発明に係るコンセントによれば、制御部は、計測部により計測された計測波形と、データベースに記憶されている電流波形とを比較し、両波形が一致しないときには、電路開閉部をオフにする。このため、本発明では、コンセントに接続された電気機器の異常や、プラグ及びコンセントの接続状態の異常を判別することができ、これらの異常状態が続くことによる発火、発煙などを未然に防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る接続装置の機能構成を説明する図である。実施の形態１に係るコンセントの制御部の動作を説明する図である。同上コンセントの動作手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る給電システムの機能構成を説明する図である。同上給電システムにおける情報の流れを説明する図である。同上給電システムの動作手順を示すフローチャートである。同上実施の形態２の変形例に係る給電システムの動作を説明する図である。

以下、本発明に係るコンセントの実施の形態に関して図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る接続装置１は、図１に示すように、コンセント２とプラグ３とを備えている。コンセント２は、壁コンセント或いは床コンセントのように屋内などに設置され、プラグ３が着脱自在であり、プラグ３の接続端子３１が電気的に接続される一対の交流又は直流給電用の接続部２ａをハウジング内部に設けている。そして、コンセント２は、リレー（開閉制御部）２１、計測部２２、制御部２３、及びデータベース（記憶部）２４を備えている。

リレー２１は、コンセント２の接続部２ａに接続される給電線と直列接続され、制御部２３から受信する制御信号（コマンド信号）に基づいて、開状態（オフ）又は閉状態（オン）の開閉制御を行う。計測部２２は、給電線に接続され、電気機器４に供給される交流電流や直流電流の電流（電力）波形を測定する。また、計測部２２は、計測した計測波形を制御部２３に送信する。

制御部２３は、計測部２２において計測された計測波形と、データベース２４に記憶されている電流（電力）波形とを比較し、両波形が一致するか否かを判定する。そして、両波形が一致しない場合には、リレー２１を開状態（オフ）とする制御信号をリレー２１に送信する。制御部２３は、また、計測波形に基づいて電気機器４の種別を特定する機能をも有し、計測波形が、データベース２４に記憶された当該種別の電流波形と一致しないとき、リレー２１をオフにするための制御信号をリレー２１に送信する。

データベース２４は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなどの小型メモリであり、計測部２２において計測された電気機器４の種別毎の通常状態の波形や、待機状態の波形、プラグを抜く時の波形を記憶する。

ここで、データベース２４に保持される通常状態の波形は、例えば、電気機器４が暖房機器であり、定格電圧ＡＣ１００Ｖ、定格消費電力３００Ｗ、定格周波数５０Ｈｚの場合、電流の使用量（３Ａ以内）に応じた振幅幅を有する周波数５０Ｈｚの波形である。また、コンセント２が直流電源を供給するものであり、電気機器４が直流専用の機器である場合には、電流の使用量に応じた直線波形となる。

待機状態の波形とは、コンセント２に接続された電気機器４の電源の切れている状態(待機時)で消費する電流（電力）波形であり、待機状態の例として、リモコン入力等の操作に備えて待機する給湯器やエアコンなどである。例えば１Ｗの待機電力の場合、周波数５０Ｈｚで通常状態よりも極めて小さな振幅幅を有する電流（電力）波形である。また、プラグ３を抜く時の波形は、例えば瞬間的に小さなピークが生じた波形である。

プラグ３は、電気機器４に使用される一対の接続端子３１を有し、交流又は直流配電用であり、交流電源又は直流電源を用いる照明機器、ＰＣや液晶テレビなどの電気機器４のプラグとなる。

次に、本実施の形態１に係るコンセント２が備える制御部２３の動作に関して説明する。図２（ａ）に示すように、電気機器４のプラグ３がコンセント２に挿入されると、制御部２３は、計測部２２における計測波形、及びデータベース２４に記憶されている波形を比較する。そして、図２（ｂ）に示すように、制御部２３は、計測波形１０が正常波形１１と略一致すれば異常なしとして判断する。一方、制御部２３は、図２（ｃ）に示すように、計測波形１０と正常波形１１が一致しなければ電気機器４又は接続装置１が異常状態であると判断してリレー２１を開状態（オフ）にするための制御信号をリレー２１側に送信する。

次に、本実施の形態１に係るコンセント２の動作に関して図３を参照して説明する。
最初に、電気機器４のプラグ３がコンセント２に挿入されると、計測部２２は、給電路の電流波形の計測を行う（Ｓ３１）。次に、制御部２３は、計測部２２における計測波形とデータベース２４に記憶されている波形とを比較して（Ｓ３２）、データベース２４に記憶されている波形と一致しない場合には（Ｓ３３でＮｏ）、異常状態と判断し（Ｓ３４）、リレー２１の接点を開状態（オフ）にする制御信号をリレー２１に送信する（Ｓ４０）。

一方、制御部２３は、計測波形とデータベース２４に記憶されている波形とが一致する場合には（Ｓ３３でＹｅｓ）、計測波形がデータベース２４に記憶されている待機状態の波形と一致するか否かを判定する（Ｓ３５）。そして、制御部２３は、待機状態の波形と一致する場合には（Ｓ３５でＹｅｓ）、待機状態と判断して（Ｓ３６）、リレー２１の接点を開状態（オフ）にする制御信号をリレー２１に送信する（Ｓ４０）。

次に、制御部２３は、計測波形とデータベース２４に記憶されている波形とが一致しない場合には（Ｓ３５でＮｏ）、計測波形とデータベース２４に記憶されているプラグを抜く波形とが一致するか否かを判定する（Ｓ３７）。そして、制御部２３は、波形が一致する場合には（Ｓ３７でＹｅｓ）、プラグを抜いている動作中と判定し（Ｓ３８）、リレー２１の接点を開状態（オフ）にする制御信号をリレー２１に送信する（Ｓ４０）。一方、両波形が一致しない場合には（Ｓ３７でＮｏ）、通常動作と判断して（Ｓ３９）、その後Ｓ３１以下の処理を繰り返す。

以上のように、本実施の形態１に係るコンセント２では、制御部２３は、計測部２２における計測波形と、データベース２４において記憶されている波形とを比較して、電気機器４とコンセント２との接続状態を判断する。そして、制御部２３は、異常状態が検出された場合には、リレー２１を開状態（オフ）に制御する。従って、電気機器４の異常や、電気機器４とコンセント２との接続状態の異常を自動で判別でき、異常状態が続くことによる発火、発煙などを未然に防止することができる。

また、本実施の形態１に係るコンセント２では、待機状態を検出し、待機状態の場合にはリレー２１を開状態（オフ）とするため、待機電力を自動で検出してカットでき、省エネルギーを図ることができる。

さらに、電路が直流電路の場合、電気機器４の通電中にプラグ３をコンセント２から抜こうとすると、プラグ３とコンセント２との接続部にアークが発生して非常に危険である。従って、本実施の形態１に係るコンセント２では、計測波形とプラグ３が抜ける状態の波形とが一致する場合には、プラグ３が抜ける前にリレー２１を開状態（オフ）としアークの発生を防止して、直流専用の接続装置１においても安全にプラグ３を抜くことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る給電システムについて、図４乃至図６を参照して説明する。本実施の形態２に係る給電システムＡは、図４に示すように、電気機器４のプラグ３が着脱自在に接続される少なくとも１つ以上のコンセント２、及びこのコンセント２と有線若しくは無線で通信接続されたサーバ５を備えている。なお、なお、本実施の形態２に係る給電システムＡの説明において上記実施の形態１のコンセント２と同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

コンセント２は、リレー２１と、計測部２２と、通信部２５を介して取得した制御信号に基づいて、リレー２１の接点をオン又はオフにする制御部２３と、計測部２２において計測された計測波形をサーバ５に送信すると共に、サーバ５からの制御信号を受信する通信部２５とを備えている。

サーバ５は、コンセント２とは別の場所に設置されるＬＡＮを用いたホームサーバ（ホームコントローラ）やＷＡＮを用いたサーバ機器であり、送受信部５１、制御部５２、及びデータベース５３を備えている。

送受信部５１は、コンセント２の通信部２５との間でデータの送受信を行う。制御部５２は、送受信部５１を介して取得した計測波形が、データベース５３に記憶されている波形と一致するか否かを判定し、判定結果に基づいてリレー２１の制御信号を送受信部５１を介してコンセント２に送信する。データベース５３は、コンセント２に接続される電気機器４の電流（電力）波形を記憶するメモリ部である。

次に、本実施の形態２に係る給電システムＡの情報の流れに関して説明する。コンセント２は、図５に示すように、計測部２２において計測した計測波形である「計測波形５５」を、サーバ５に送信する。制御部５２は、送受信部５１を介して取得した計測波形に基づいて、データベース５３に記憶している電流波形と、計測波形とが一致するか否かを判定して「リレー２１の開閉制御のための制御信号５４」をコンセント２に送信する。このように、給電システムＡでは、複数のコンセント２からの計測波形情報がサーバ５に集約され、サーバ５で波形比較を行い、リレー２１の開閉動作の制御信号をコンセント２に送信することができる。

次に、本実施の形態２に係る給電システムＡの動作に関して説明する。
最初に、図６に示すように、電気機器４のプラグ３がコンセント２に接続されると、計測部２２は、給電線の電路情報を計測する（Ｓ６１）。通信部２５は、計測波形をサーバ５側に送信する（Ｓ６２）。

次に、制御部５２は、送受信部５１で受信した計測波形とデータベース５３に記憶されている電流波形とを比較して（Ｓ６３）、両波形が一致しない場合には（Ｓ６４でＮｏ）、異常状態と判断し（Ｓ６５）、リレー２１の接点をオフにする制御信号をコンセント２に送信する。コンセント２の通信部２５は、この制御信号をサーバ５から受信し（Ｓ７１）、制御部２３は、制御信号に基づいてリレー２１の接点をオフにする（Ｓ７２）。

一方、制御部５２は、計測波形とデータベース５３に記憶されている波形とが一致する場合には（Ｓ６４でＹｅｓ）、データベース５３に記憶されている待機状態の波形と一致するか否かを判定する（Ｓ６６）。そして、制御部５２は、待機状態の波形と一致する場合には（Ｓ６６でＹｅｓ）、待機状態と判断して（Ｓ６７）、コンセント２は上述のＳ７１及びＳ７２の処理を行う。

そして、計測波形とデータベース５３に記憶されている待機状態の波形とが一致しない場合（Ｓ６６でＮｏ）、制御部５２は、計測波形とデータベース５３に記憶されているプラグ３を抜く波形とが一致するか否かを判定する（Ｓ６８）。制御部５２は、波形が一致する場合には（Ｓ６８でＹｅｓ）、プラグを抜いている動作中と判定し（Ｓ６９）、リレー２１の接点をオフにする制御信号をリレー２１に送信して、コンセント２は上述のＳ７１及びＳ７２の処理を行う。一方、制御部５２は、両波形が一致しない場合には（Ｓ６８でＮｏ）、通常動作と判断して（Ｓ７０）、Ｓ６１以下の処理を繰り返す。

以上のように、本実施の形態２に係る給電システムＡによれば、サーバ５において各コンセント２の計測部２２における計測波形の情報を一元管理することができ、各コンセント２がデータベース５３を保持する必要がなくコンセント２の構成を簡略化できる。また、サーバ５でデータを一元管理することでデータベース５３の更新がより容易となる。なお、制御部５２は、計測波形に基づいて電気機器４の種別を判定し、計測波形とデータベース５３に記憶されている当該種別の電流波形とが一致するか否かを判定し、この判定結果に基づく制御信号をコンセント２に送信することもできる。

（変形例）
本実施の形態２の変形例について、図７を参照して説明する。なお、本変形例に係る給電システムＡの機能構成は上述した実施の形態２の給電システムＡと同様なため、その詳細な説明は省略する。

本変形例において、データベース５３は、コンセント２において計測された計測波形を蓄積している。制御部５２は、データベース５３に蓄積された計測波形に基づいて、コンセント２に接続された電気機器４が使用される使用電力の時間帯毎や曜日毎のパターン、すなわち居住者の１日の行動パターンを割り出す。そして、制御部５２は、送受信部５１で受信する計測波形がこのパターンから外れた場合には、図７のグラフ７０に示すように、無駄な電力７１と判断し、リレー２１の接点をオフにする制御信号を、送受信部５１を介してコンセント２の通信部２５に送信する。

このため、本変形例に係る給電システムＡおいては、ユーザが使用していないのにオン状態のままになっている電気機器４を自動で判別し、オフ状態に制御することができ、無駄な電力を自動でカットできる。また、電気機器４が暖房装置などの場合には火災などの発生を未然に防止できる。

なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記変形例１に示した居住者の行動パターンの学習機能はサーバ５の制御部５２が備えるのみでなく、コンセント２の制御部２３が備えることも考えられる。

１接続装置
２コンセント
３プラグ
４電気機器
５サーバ
２１リレー（電路開閉部）
２２計測部
２３制御部
２４データベース（記憶部）
２５通信部
５１送受信部
５２制御部（第二制御部）
５３データベース（記憶部）
Ａ給電システム

Claims

電気機器のプラグが着脱自在に接続されるコンセントにおいて、
給電路を開閉する電路開閉部と、
前記給電路を流れる電流の波形を計測する計測部と、
前記プラグを介して接続される前記電気機器の電流波形を記憶する記憶部と、
前記計測部により計測された計測波形と、前記記憶部に記憶されている電流波形とを比較し、両波形が一致しないときには、前記電路開閉部をオフにする制御部と、を備え、
前記制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている通電中に前記プラグを抜く際の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とするコンセント。
前記記憶部は、電気機器の種別毎の電流波形を記憶し、
前記制御部は、さらに、前記計測波形に基づいて電気機器の種別を判定し、この計測波形が、前記記憶部に記憶されている当該種別の電流波形と一致しないときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とする請求項１記載のコンセント。
前記制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている待機状態の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンセント。
電気機器のプラグが着脱自在に接続されるコンセント、及び当該コンセントと通信接続されるサーバを備えた給電システムにおいて、
前記コンセントは、
給電路を開閉する電路開閉部と、
前記給電路を流れる電流の波形を計測する計測部と、
前記計測部において計測された計測波形を前記サーバに送信する通信部と、
前記通信部を介して取得した制御信号に基づいて、前記電路開閉部の接点をオン又はオフにする制御部と、を備え、
前記サーバは、
前記コンセントの前記通信部とデータの送受信を行う送受信部と、
前記プラグを介して前記コンセントに接続される電気機器の電流波形を記憶する記憶部と、
前記送受信部を介して取得した計測波形と、前記記憶部に記憶されている電流波形とを比較し、両波形が一致しないときには、前記電路開閉部をオフにするための制御信号を前記送受信部を介して前記通信部に送信する第二制御部と、を備え、
前記第二の制御部は、前記計測波形が、前記記憶部に記憶されている通電中に前記プラグを抜く際の波形と一致するときには、前記電路開閉部をオフにするための制御信号を前記送受信部を介して前記通信部に送信し、
前記制御部は、前記通信部を介して当該制御信号を受信したときには、前記電路開閉部をオフにすることを特徴とする給電システム。
前記送受信部は、複数のコンセントの前記通信部より前記計測波形を受信し、
前記記憶部は、当該計測波形を蓄積し、
前記第二制御部は、前記記憶部に蓄積された計測波形に基づいて、前記コンセントに接続された電気機器が使用される時間帯のパターンを判別し、前記送受信部で受信する計測波形が前記パターンから外れた場合には、前記電路開閉部の接点をオフにするための制御信号を前記送受信部を用いて送信することを特徴とする請求項４に記載の給電システム。