(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線と電気機器との間に設置され、
前記電気機器が動作中か否かを判定し、動作中と判定した場合には、商用電源周波数の基本周波数及びその逓倍とは異なる周波数で、前記給電線から前記電気機器への電流を遮断することで、前記給電線上に、商用電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させる、
ことを特徴とする信号発生装置。
【請求項２】
前記給電線から前記電気機器に供給される電流を計測し、その計測結果に基づいて、前記電気機器が動作中か否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の信号発生装置の仕様に基づく特徴量を保持し、
給電線における所定箇所で電流及び電圧を測定し、その測定結果に基づく特徴量を算出し、
前記保持している特徴量と、前記算出した特徴量を比較することで、前記信号発生装置に対応する電気機器が動作中であるか否かを判定する、
ことを特徴とする機器動作検出システム。
【請求項４】
給電線から電気機器への電力の供給を入切するスイッチデバイスであって、ユーザによって入操作されると、所定の振動パターンに基づいたチャタリングが所定時間発生することで、前記給電線上に、商用電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させるスイッチデバイスの仕様に基づく特徴量を保持し、
前記給電線における所定箇所で電流及び電圧を測定し、その測定結果に基づく特徴量を算出し、
前記保持している特徴量と、前記算出した特徴量を比較することで、前記スイッチデバイスに対応する電気機器が動作中であるか否かを判定する、
ことを特徴とする機器動作検出システム。
【請求項５】
前記スイッチデバイスは、ユーザによって切操作されると、入操作時とは異なる所定の振動パターンに基づいたチャタリングが所定時間発生することで、前記給電線上に、商用電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の機器動作検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の動作状態を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭等で使用される電気機器の動作状態を個別に測定する技術として、電気機器毎に測定器を設置するのではなく、電柱から家屋への引込線における電流及び電圧の測定に基づいて、各電気機器の動作状態を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、近年では、このような電気機器の動作状態の検出技術を利用して、当該家屋の生活者の安否等を確認するシステム（生活モニタシステム）の開発も進められている。この場合の検出対象として、例えば、トイレの白熱灯や換気扇等、ほとんどの生活者が共通で使用することが想定される電気機器を含めることが有用といえる。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の開示技術は、電気機器の動作時に発生する高調波成分を検出することで、当該電気機器の動作状態を推定するものであり、白熱灯や換気扇等、その動作時に高調波成分があまり発生しない電気機器の動作状態を検出するのは困難である。
【０００５】
これに対し、特許文献２には、動作状態を推定したい特定の電気機器の動作に伴って高調波電流を発生する高調波信号発生装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９２４６５号公報
【特許文献２】特開２００５−１６０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の開示技術では、検出対象でない他の電気機器の動作時において、強い高調波成分が発生している場合では、検出精度が低下してしまう虞もある。例えば、エアコン（エアコンディショナ）や洗濯機等のインバータ機器等では、電源周波数に同期して動作すると、高調波成分が強く発生される。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、動作時に高調波成分が発生しない電気機器であっても、その動作状態を精度よく検出できる機器動作検出システム等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号発生装置は、
給電線と電気機器との間に設置され、
前記電気機器が動作中か否かを判定し、動作中と判定した場合には、商用電源周波数の基本周波数及びその逓倍とは異なる周波数で、前記給電線から前記電気機器への電流を遮断することで、前記給電線上に、商用電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させる、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る機器動作検出システムは、
上記信号発生装置の仕様に基づく特徴量を保持し、
給電線における所定箇所で電流及び電圧を測定し、その測定結果に基づく特徴量を算出し、
前記保持している特徴量と、前記算出した特徴量を比較することで、前記信号発生装置に対応する電気機器が動作中であるか否かを判定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動作時に高調波成分が発生しない電気機器であっても、その動作状態を精度よく検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る機器動作検出システムの構成を示す図である。
【図２】計器用変成器及び計器用変流器について説明するための図である。
【図３】機器動作検出装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）は、電気機器の動作時において、電気機器に供給される電流の波形を示すグラフであり、図５（ｂ）は、電流波形が図５（ａ）に示すような場合の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態２に係る機器動作検出システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る機器動作検出システムについて図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態に係る機器動作検出システムは、一般家庭に導入され、当該家庭で使用される特定の電気機器の動作状態を検出する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る機器動作検出システム１の構成を示す図である。この機器動作検出システム１は、機器動作検出装置１０と、信号発生装置２０と、から構成される。機器動作検出装置１０は、当該家庭の家屋２の分電盤３近傍に設置され、この家庭で使用される特定の電気機器７の動作状態を検出する。
【００１６】
分電盤３は、引込線４及び電柱５に架設された電線（図示省略）を介して電気事業者等の電力系統に接続されている。また、分電盤３には、電気機器７に電力を供給するための電力供給線６が接続されている。なお、以下の説明において、引込線４及び電力供給線６を総称して給電線という。
【００１７】
信号発生装置２０は、詳細は後述するが電気機器７の動作時に、電源周波数（例えば、５０Ｈｚ）の高調波成分とは異なる周波数成分を給電線に発生させる装置である。
【００１８】
機器動作検出装置１０は、図２に示すように、計器用変成器３０と、計器用変流器４０とに接続する。計器用変成器３０は、Ａ相用の計器用変成器３０１ａと、Ｂ相用の計器用変成器３０１ｂとから構成され、計器用変流器４０は、Ａ相用の計器用変流器４０１ａと、Ｂ相用の計器用変流器４０１ｂとから構成されている。
【００１９】
計器用変成器３０１ａは、一次側がＡ相４ａと中性線４ｎとの間に接続され、二次側からＡ相４ａの電圧と相似の電圧ＶＡを出力する。計器用変成器３０１ａの二次側は、同軸ケーブル等の接続線３０２ａを介して、機器動作検出装置１０に接続されている。計器用変成器３０１ｂは、一次側がＢ相４ｂと中性線４ｎとの間に接続され、二次側からＢ相４ｂの電圧と相似の電圧ＶＢを出力する。計器用変成器３０１ｂの二次側は、同軸ケーブル等の接続線３０２ｂを介して、機器動作検出装置１０に接続されている。
【００２０】
計器用変流器４０１ａは、Ａ相４ａに流れる電流を一次側で測定して二次側からＡ相の電流と相似の電流ＩＡを出力する。計器用変流器４０１ａの二次側は、同軸ケーブル等の接続線４０２ａを介して、機器動作検出装置１０に接続されている。計器用変流器４０１ｂは、Ｂ相４ｂに流れる電流を一次側で測定して二次側からＢ相の電流と相似の電流ＩＢを出力する。計器用変流器４０１ｂの二次側は、同軸ケーブル等の接続線４０２ｂを介して、機器動作検出装置１０に接続されている。なお、本実施形態では、計器用変流器４０１ａ，４０１ｂとして、貫通型又はクランプ型の構造を有する計器用変流器を採用する。
【００２１】
機器動作検出装置１０は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器、高速フーリエ変換器、所定の通信インタフェース等（何れも図示せず）から構成される。また、機器動作検出装置１０は、機能的には、図３に示すように、特徴量算出部１００と、機器情報記憶部１０１と、動作状態検出部１０２と、通信部１０３と、を備える。
【００２２】
特徴量算出部１００は、計器用変成器３０及び計器用変流器４０の測定結果に基づく特徴量を算出する。本実施形態では、特徴量算出部１００は、給電線上に発生する電流の周波数スペクトルに基づく特徴量を算出する。この特徴量の算出手法として、周知の技術が採用できる。
【００２３】
機器情報記憶部１０１は、検出対象の電気機器（電気機器７）の動作状態時に対応する特徴量を記憶する。この特徴量は、信号発生装置２０の仕様に基づいて決定され、当該機器動作検出システム１の出荷前に、機器情報記憶部１０１に保存される。
【００２４】
動作状態検出部１０２は、特徴量算出部１００により算出された特徴量と、機器情報記憶１０１に記憶されている特徴量とを比較し、両者が一致する場合には、電気機器７が動作中であると判定し、その旨を通信部１０３に通知する。通信部１０３は、家屋２に設置されている図示しない端末装置（機器状態監視端末）と所定の無線方式にてデータ通信を行う。通信部１０３は、動作状態検出部１０２から、電気機器７が動作中であると判定した旨の通知を受けると、機器状態監視端末に対して、電気機器７が動作中であることを示すデータを送信する。
【００２５】
一方、上記の比較により両者が一致しない場合は、電気機器７が動作中でないと判定し、その旨を通信部１０３に通知する。通信部１０３は、動作状態検出部１０２から、電気機器７が動作中でないと判定した旨の通知を受けると、機器状態監視端末に対して、電気機器７が動作中でないことを示すデータを送信する。
【００２６】
機器状態監視端末は、機器動作検出装置１０の通信部１０３から、かかるデータを受信すると、電気機器７の名称（例えば、“トイレの白熱灯”等）と、現在の日時と、動作中又は非動作中であることを示すステータスと、を含むデータを生成し、フラッシュメモリ等の図示しない読み書き可能な不揮発性メモリに逐次保存する。そして、機器状態監視端末は、所定時間毎に、上記不揮発性メモリに保存されているデータを取り出し、所定の通信回線を利用して、図示しない監視センタのサーバに送信する。監視センタでは、機器状態監視端末から送られてきた、所定時間分のデータから、当該家屋２の生活者の安否等を確認する。
【００２７】
続いて、信号発生装置２０について説明する。図４に示すように、信号発生装置２０は、電流計測回路２００と、制御回路２０１と、パルス発生回路２０２と、電流遮断回路２０３と、を備える。電流計測回路２００は、例えば、シャント抵抗や電流トランス等により構成され、給電線から電気機器７に流れる電流を計測する。電流計測回路２００は、計測結果（電流値）を制御回路２０１に供給する。
【００２８】
制御回路２０１は、電流計測回路２００から供給された電流値と、予め設定された閾値とを比較し、電流値が閾値以上の場合、電気機器７が動作していると判定する。制御回路２０１は、電気機器７が動作していると判定すると、パルス発生回路２０２にパルス発生の要求信号を送出する。パルス発生回路２０２は、かかる要求信号を受けると、パルス幅やパルス周期等のパルス条件が予め調整されたパルスを発生する。
【００２９】
電流遮断回路２０３は、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等から構成され、パルス発生回路２０２からのパルスに従って、給電線から電気機器７への電流の供給と遮断を交互に繰り返す。上記のパルス条件は、電流遮断回路２０３による電流遮断が、商用電源周波数の基本周波数及びその逓倍とは異なる周波数で行われるように調整される。
【００３０】
図５（ａ）は、電気機器７の動作時において、電気機器７に供給される電流の波形を示すグラフである。図５（ａ）において、縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示す。図５（ｂ）は、電流波形が図５（ａ）に示すような場合の周波数スペクトルを示すグラフである。図５（ｂ）において、縦軸は電流の実効値を示し、横軸は周波数を示す。
【００３１】
このように、電気機器７の動作時において、電流遮断回路２０３により、商用電源周波数の基本周波数及びその逓倍とは異なる周波数で、給電線から電気機器７への電流を遮断することで、給電線上に、商用電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させることができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の機器動作検出システム１は、電気機器７の動作時において、給電線上に、電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させ、機器動作検出装置１０がこれを検出することで、電気機器７が動作中であると判定する。したがって、他の電気機器の動作中に発生される高調波成分の影響を受けずに済み、検出対象の電気機器７の動作状態を精度よく検出することが可能になる。
【００３３】
なお、動作状態の検出対象とする電気機器７は、１台のみならず複数台であってもよい。この場合、各電気機器７にそれぞれ対応する信号発生装置２０を設置し、上述したパルス発生回路２０２におけるパルス条件を各信号発生装置２０毎に異なるように調整しておく。そして、機器動作検出装置１０の機器情報記憶部１０１に、各信号発生装置２０に対応した特徴量を予め記憶させておけばよい。
【００３４】
また、本実施形態の信号発生装置２０は、給電線から電気機器７へと流れる電流を計測することで、電気機器７が動作しているか否かを判定したが、白熱灯等、外部のスイッチで動作する電気機器を検出対象とする場合では、外部のスイッチとその電気機器との間に信号発生装置を配置し、電流ではなく電圧を計測することにより、電気機器の動作有無を判定してもよい。
【００３５】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る機器動作検出システム１０００の構成を示す図である。この機器動作検出システム１０００は、機器動作検出装置１０と、スイッチデバイス５０と、から構成される。実施形態２の機器動作検出装置１０の構成及び機能は、実施形態１の機器動作検出装置１０と同様である。
【００３６】
スイッチデバイス５０は、家屋２の壁に設置される片切スイッチであり、ユーザ（生活者）によりスイッチＯＮ操作（入操作）されると、白熱灯等の電気機器７の動作をＯＮに切り替え、スイッチＯＦＦ操作（切操作）されると、電気機器７の動作をＯＦＦに切り替える。
【００３７】
このスイッチデバイス５０は、スイッチＯＮ操作時に、所定の振動パターンに基づいたチャタリングが所定時間発生するように、予め機械的に調整されている。したがって、かかるチャタリングにより、給電線から電気機器７への電流の供給と遮断が交互に繰り返されることになる。また、チャタリングによる電流遮断が、商用電源周波数の基本周波数及びその逓倍とは異なる周波数で行われるように、上記の機械的調整がなされているものとする。
【００３８】
これにより、スイッチデバイス５０をスイッチＯＮ操作すると、所定時間、給電線上に、電源周波数の高調波成分とは異なる周波数成分を発生させることができる。
【００３９】
また、機器動作検出装置１０の機器情報記憶部１０１には、スイッチデバイス５０の上記調整内容に基づいた特徴量（給電線上に発生する電流の周波数スペクトルに基づく特徴量）が保存されている。したがって、機器動作検出装置１０は、スイッチデバイス５０のスイッチＯＮ操作、即ち、電気機器７の動作がＯＮに切り替わったことを検出することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の機器動作検出システム１０００によれば、実施形態１の機器動作検出システム１と同様の効果を奏する。即ち、他の電気機器の動作中に発生される高調波成分の影響を受けないで済み、検出対象の電気機器７の動作状態を精度よく検出することが可能になる。
【００４１】
また、スイッチデバイス５０には、電流遮断のための制御回路等が不要であるため、低コストで製造することが可能である。
【００４２】
なお、動作状態の検出対象とする電気機器７は、１台のみならず複数台であってもよい。この場合、各電気機器７にそれぞれ対応するスイッチデバイス５０を設置し、上述したチャタリングの仕様が各スイッチデバイス５０毎に異なるように機械的に調整しておく。そして、機器動作検出装置１０の機器情報記憶部１０１に、各スイッチデバイス５０に対応した特徴量を予め記憶させておけばよい。
【００４３】
また、スイッチデバイス５０において、スイッチＯＮ操作時にのみならず、スイッチＯＦＦ操作時にも、スイッチＯＮ操作時とは異なる所定の振動パターンに基づいたチャタリングが所定時間発生するように機械的な調整が施されていてもよい。この場合、機器動作検出装置１０の機器情報記憶部１０１には、スイッチデバイス５０毎に、スイッチＯＮ操作時に対応する特徴量と、スイッチＯＦＦ操作時に対応する特徴量と、が記憶される。このようにすることで、機器動作検出装置１０は、電気機器７の動作がＯＦＦになったことも検出可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０００  機器動作検出システム
１０  機器動作検出装置
２０  信号発生装置
２００  電流計測回路
２０１  制御回路
２０２  パルス発生回路
２０３  電流遮断回路
３０  計器用変成器
３０１ａ  計器用変成器（Ａ相用）
３０１ｂ  計器用変成器（Ｂ相用）
３０２ａ、３０２ｂ  接続線
４０  計器用変流器
４０１ａ  計器用変流器（Ａ相用）
４０１ｂ  計器用変流器（Ｂ相用）
４０２ａ、４０２ｂ  接続線
５０  スイッチデバイス
２  家屋
３  分電盤
４  引込線
５  電柱
６  電力供給線
７  電気機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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