JP4150807B2

JP4150807B2 - 電気機器の遠隔制御方法及び遠隔制御システムと、これに用いるコンセント

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Publication number: JP4150807B2
Application number: JP2002333645A
Authority: JP
Inventors: 温松下; 雅仁伊藤
Original assignee: V Cube Inc
Current assignee: V Cube Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP2003259569A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、遠隔地からアクセスして、事務所、会社、工場、家庭、その他の特定の場所（ブロック）にある電気機器の状態を検出し、適切に処置するか、又は処置手段を講じて事故を未然に防止することを目的とした電気機器の遠隔制御方法及び遠隔制御システムと、これに用いるコンセントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報家電や、ホームネットワークなどの家電機器の相互接続技術が登場しつつある。家電機器がホームネットワークによって接続されることで、遠隔地から機器を操作することや、機器同士の連携などが可能となっている。
【０００３】
このようなホームネットワークの仕様として、ＡＶ機器を対象としたものでは、代表的なものにＨＡＶｉなどがあり、白物家電製品を対象としたものでは、エコネット（ＥＣＨＯＮＥＴ）やオープンプラネット（ＯｐｅｎＰＬＡＮＥＴ）などがある。
【０００４】
前記従来、通信デバイスとしてイーサネット（登録商標）やＩＥＥＥ１３９４、無線ＬＡＮ、電灯線搬送などが規定されている。そのため、機器を制御する場合、被制御機器はこれらの通信デバイスを装備する必要がある。さらに、これらの仕様に準拠したプロトコルを実装していなくてはならないが、このようにすると、機器のコストの増加を引き起こすとともに、すでに家庭等で使用されている多くの機器の買い換えが必要となり、利用者の負担を増大させる。使用可能な機器の買い替えも必要となるため、旧機器の処分の問題も発生する。そのため、既存の機器に対しても、その機器で可能な範囲での制御を何らかの形で提供することが望ましい。
【０００５】
また、遠隔地からのメッセージその他の発信を携帯電話機その他の通信機器で受信したり、家庭内の電気機器を携帯電話機からの指令によってＯＮ、ＯＦＦする技術が知られていた。
【０００６】
従来提案された発明としては、リモコン信号を発信することのできる携帯電話機であって、例えばリモコン信号を生成する起源となるデータを、所定のデータ通信手段により外部から取り寄せて記憶することのできる携帯電話機に関する発明が開示されている。その他家庭内の安全監視システムに関し、インターネットを経由して情報要求者に各種情報を伝達する安全監視の方法及び安全監視システムの発明が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２３７９２８
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−１７５９７５
【０００９】
【発明により解決しようとする課題】
前記従来の提案では、制御すべき電気機器を全部新たにしなければならなかったり、複数の電気機器の特定手段がないために、特定の機種しか応用できなかったり、省エネルギーにならないなどの問題点があった。
【００１０】
前記一般に知られている電話指令は、対象となる電気機器の現状が不明であり、単にＯＮ、ＯＦＦ送信するに過ぎないから、トラブルの際これを改善することができない問題点があった。
【００１１】
前記携帯電話機の発明は、１台の携帯電話機で複数の電気機器を遠隔操作できるに過ぎず、事故の際の対応又は現在の状況を検出してこれを把握することができない点で全く無力であり、災害を未然に防止することができない問題点があった。
【００１２】
前記インターネット網を経由して情報を提供する発明は、家庭内に設置されたセンサからの情報によって、センサからインターネットへ入力された情報を知ることができる利点がある反面、事故発生の情報を得ても、この事故を遠隔指示により未然に防止できない問題点があった。
【００１３】
また、地球温暖化防止などの観点から、機器の消し忘れによる電力や待機電力が問題となっている。特に、消し忘れの防止など、制御によって得られる省エネルギー効果は、待機電力削減による効果を上回ることが期待されており、ＥＣＨＯＮＥＴやＯｐｅｎＰＬＡＮＥＴでも省エネは重要な課題となっている。また、消し忘れは火災などの事故の原因となるため、安全性の面からも防ぐことが急務である。ガスなどにおいては、消し忘れ防止としてマイツーホーなど、宅外から家庭内の状況を知ることのできるサービスが開始されている。これは、ガスメーターからガスを遮断する方式であるため、冷蔵庫のように常時通電する必要がある機器が多数混在する電灯線には、そのままのこの手法を利用することはできない。
【００１４】
機器の電源を制御する場合、アイロン、ドライヤー、電熱器など、利用者が消し忘れを起こした場合に無駄な電力を消費し、高い危険性を生じる機器や、照明器具のように消し忘れの多い機器は、単純な回路構成で極めて低価格なものが多く、ホームネットワークヘ対応した場合のコスト増加が大きく影響するため、対応が難しい。特にアイロンやドライヤーなどは、固定的に設置されている機器ではなく、使い終わった時にコンセントからはずして収納するのが普通であり、利用する場所もその時々で変化することが多い。
【００１５】
このように移動する機器を、機器に新たなデバイスを搭載することなく制御するには、まず対象機器の状態の検出、位置の検出が必要となる。従来、機器の状態や位置を検出する手法がいくつか報告されている。その中には、動作状態の検出法として、被制御機器の位置や状態の確認用にカメラやマイクを用いて映像・音声を送信するものがある。この方法では、機器の状態を知るためには、あらかじめ監視対象となる機器をカメラが撮影していなくてはならないので、使用位置が変化する機器にはあまり有効とはいえなかった。さらに、機器が見た目で動作が確認できるものでなければ、撮影しても利用者や制御装置にその状態が把握できないので、外観に異常がなければ実態の検出ができなかった。一方、家庭内での位置検出としては、超音波センサを用いるもの、ＲＦＩＤを用いるもの、無線ＬＡＮの電界強度を用いるもの、バーコードを用いるものなど様々なセンシング手法が提案されている。これらの手法も、従来の家電機器をそのまま使うことができないのみならず、家電機器に何らかの付加物が必要となる。超音波センサ、バーコ−ド、ＲＦＩＤはカメラによる状態検出と同様に、センサは、機器が存在する可能性のある位置をすべてカバーしていなくてはならないのみならず、無線ＬＡＮなど電波によるものでは、部屋の壁を越えた機器の誤検出の問題がある。通常の家電機器に対して可能な制御は、電源の制御や赤外線リモコンによる制御である。そのため、絶対的な座標よりも、機器がどの部屋にあり、どのコンセントにつながれているかが重要であると考えられる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明では、機器の消費電流波形は機種や動作状態によって異なることに着目し、電源コンセント部において機器の消費電流を検出し、その特徴から機種、接続位置、動作状態を検出する手法を提案するものである。
【００１７】
この発明では、電源コンセントにＡＤ変換器、電流検出素子などから構成される回路を増設する。この回路は、接続された機器の消費電力と機器に印加される電源電圧をＡＤ変換し、その特徴量を計算してホームサーバ等ヘ送信する。このとき、電源電圧は一定周期の正弦波であるということを特徴量の計算に利用する。ホームサーバ等では、あらかじめ登録してある特徴量と比較することで、機種と状態を判断し、検出することができる。また、特徴量を送信したコンセントの位置を機器の接続位置として検出することができる。この位置や状態の検出手法は、従来の家電機器以外にも今後登場する情報家電などにも利用することができる。前記のような方法を用いて判別した機器を携帯電話機等から制御し、省エネルギーと安全性の向上を目的としたシステムである。
【００１８】
この発明における、消費電流から家電機器の機種、動作状態、接続位置を検出するシステムの概要は、例えば図１に示すものである。電源コンセントは、機器に流入する電流と印加される電圧の両方をＡＤ変換し、特徴量を計算する。特徴量はＬＡＮを用いてサーバヘ送信される。ＬＡＮとしては、イーサネット（登録商標）、無線、ＰＬＣなどが利用できる。例えば、新築共同住宅に数多く採用され、新築共同住宅情報化標準にも見合うイーサネット（登録商標）を想定する。
【００１９】
ホームサーバ等は、電源コンセントに接続された機器の特徴量を受信し、あらかじめ学習済みの特徴量と比較する。機器の特徴量は、その機器を家庭で初めて利用する際に学習させておくので、ホームサーバ等は、比較の結果得られた機種、動作状態と、特徴量を送信してきたコンセントの位置を記憶し、必要に応じて電源コンセントに指示を送信し、制御を行う。ここでのホームサーバ等は、ホームゲートウェイや電力量計サーバに近いものであり、機器を管理するとともに宅外からのアクセスも可能である。そのため利用者はインターネット等を経由して宅内の状態を知ることが可能であり、さらに制御を行うことが可能である。
【００２０】
前記は一例としてホームサーバを用いたが、多数の事務所、会社等を管理する管理サーバにすることができる。
【００２１】
従来からの家電機器で広く用いることのできる制御は、電源そのものの断続に関する制御と、一部の機器での赤外線リモコンを用いた制御程度であり、赤外線により機器を制御できる手法も提案されている。
【００２２】
この発明では、接続位置や状態の検出に関しては、商用電源を用いるほぼすべての機器を対象とするが、制御に関しては電源を中心としたものとする。
【００２３】
この発明は、事務所、会社、工場又は家庭内にある電気機器の電流波形等をサーバのデータベース等に保存しておき、この保存された情報（例えば電流波形）と、通信機器（例えば携帯電話機）でアクセスしたときの情報（例えば発信波形）とを比較し、正常か異常かを検出し、異常の場合には対処（例えば指令により電源をＯＦＦにする）できるようにして、前記従来の問題点を解決したのである。
【００２４】
この発明において、電気機器の異常に対し速やかに対応し、事故を未然に防止するためには、異常発生の電気機器を検出して特定し、更にその状態を正確に検出しなければならない。
【００２５】
即ち、この発明の遠隔制御システムに用いる検出方法は、使用されるコンピュータ、コピー機、ファクシミリ、アイロン、トースター、ヒーター、湯沸かし器、電気暖房機、ＴＶなどの、事務所、会社、工場、家庭で使用する一切の電気機器の、電流・電圧を検出し、かつ電流波形もしくは前記電気機器の夫々の特徴量をサーバに発信できるコンセントを介して前記電気機器を夫々電源と接続し、前記特徴量は電気機器の機種による消費電流の平均値、消費電流の変化、ピーク値、実効値、波高率、波形率、電流変化の収束時間たる時定数、周期内の通電時間、消費電流の通電中のピークの位置、電源電圧と消費電流の位相差、電源電圧と消費電流のピークの時間差、力率のうち１つ又は複数の特徴量であって、該特徴量と、予めサーバのデータベースに保存済の電気機器の特徴量とを比較して、前記電気機器を特定することを特徴とした電気機器の遠隔検出方法である。
【００２６】
次に他の方法は、コンセントからの発信は、有線又は無線とするものである。
【００２７】
即ちこの発明は、使用されるコンピュータ、コピー機、ファクシミリ、アイロン、トースター、ヒーター、湯沸かし器、電気暖房機、ＴＶなどの、事務所、会社、工場、家庭で使用する一切の電気機器を、電流・電圧を検出し、電源をＯＮ、ＯＦＦし、かつ特性電流波形又はその特徴量をサーバに発信できるコンセントを介して、前記電気機器を電源と接続し、前記特徴量は、電気機器の機種による消費電流の平均値、ピーク値、実効値、力率、波高率、波形率、電流変化の収束時間たる時定数、周期内の通電時間、位相差、電源電圧と消費電流のピークの時間差の一つまたは複数の特徴量と、予めサーバのデータベースに保存済の、前記電気機器の特徴量とを比較して、前記電気機器の状態を検知し、この検知に基づき、電気機器の状態を把握して制御すべき電気機器を特定し、前記コンセントから、前記制御すべき電気機器への電源のＯＮ、ＯＦＦ及び該電気機器の動作状態の変更のリモコン制御指示を発信することを特徴とした電気機器の遠隔制御方法であり、コンセントからの発信は、有線又は無線とするものである。
【００２９】
またシステムの発明は、複数の電気機器を使用している事務所、会社、工場、家庭その他複数の電気機器を使用するブロックで、該電気機器の特性電流波形又はその特徴量を管理サーバに発信できるコンセントを介して電源と接続し、前記電気機器を遠隔制御できるようにしたシステムにおいて、前記ブロック毎に使用している電気機器の特性電流波形またはその特徴量を、前記管理サーバ又は管理サーバを介して接続しているインターネットのデータベースに保存するようにした情報蓄積手段と、前記管理サーバの受信、発信をインターネットの通信手段に接続し、各ブロックから、携帯電話などの通信手段によりインターネット、イントラネット、その他の通信機器の通信手段を介して管理サーバにアクセスして、前記電気機器の情報を求める手段と、該アクセスを受けた管理サーバが、前記データベースに蓄積された電気機器の特性電流波形又はその特徴量と、前記電気機器のコンセントから送られる情報とを比較する手段と、前記管理サーバが該当するブロックの前記電気機器の特性電流波形又はその特徴量を受信する手段と、前記電気機器の電源を制御できる前記コンセントとを組み合わせたことを特徴とする電気機器の遠隔制御システムである。
【００３０】
またコンセントの発明は、請求項１又は請求項３記載の電気機器の遠隔制御方法又はシステムに用いるコンセントであって、該コンセントの回路に電源と電気機器との接続をＯＮ、ＯＦＦする制御用リレースイッチと、前記電気機器の電流波形またはその特徴量を発信できる検出回路を設けたことを特徴としたコンセントである。
【００３２】
前記電気機器の波形は、電気機器の種類及びメーカーによって異なる。例えば方形波、正弦波、半波整流波、全波整流波、三角波及びのこぎり波などがある（図８）。前記波形毎に、実効値、波形率及び波高率が異なるので、夫々の正常時における波形及び数値を予めサーバーに記憶登録させておけば、これらのデータから電気機器を特定することができる。従って、事務所、会社、工場、家庭の、どの部屋の、どのコンセントに接続されている電気機器かを特定できるので、当該コンセントのＯＮＮ、ＯＦＦにより、不慮の災害を未然に防止したり、その他の制御をすることができる。
【００３３】
一般に、交流には波形をあらわす特徴量として、よく用いられるものがいくつか存在する。この発明では、実際に家電機器の消費電流を観測した結果に基づき、その特徴量の中のいくつかを利用する。また独自に定義した特徴量を用いて波形を特徴付けることもできる。交流の周期毎に各値を計算し、その値を数周期分用いて平均したものを最終的な特徴量とする。
【００３４】
この発明における電源コンセントには、電流検出のための機能と、電源断続制御のための機能が付加される（図４）。
【００３５】
コンセントには、電流検出素子、ＡＤ変換器、処理回路（マイコン）、制御用リレーが付加される。交流は常に大きさや極性が変化し、電流と電圧の位相差や波形の違いが重要な特徴となる点が直流とは異なる。電流の大きさ、位相差、消費電力などは電圧も用いて計算するため、消費電流だけではなく電流電圧も同時にＡＤ変換を行う。
【００３６】
ここで、ＡＤ変換された波形をそのままホームサーバへ送信した場合、一家庭で同時に使用される機器の分だけデータを送信する必要があり、ホームサーバへ送信されるデータ量は莫大のものとなる。そのため、電流の変化を電源コンセントで検出し、消費電流が変化している部分だけ波形を送信するか、特徴量の算出を電源コンセントの処理回路で行い特徴量だけを送信する。この発明では動作変化の激しい危機の存在を考慮し後者の手法を用いる。
【００３７】
電源コンセントには電源の断続のためにリレーがもうけられている。機器１台米に遮断する場合は、コンセントの口数だけ必要である。もし同じコンセントユニットに接続されている全ての危機を遮断して良いのであれば、リレーは１つでよいことになる。
【００３８】
この回路は、新築住宅では電源コンセントに内蔵し、既築住宅ではテーブルタップや三叉タップのように後付で取り付ける。
【００３９】
この発明では、以下で特徴量を大きく３つに分類し、その分類の中から必要と思われるものを用いる。
【００４０】
家電機器の消費電流の大きさを示すものが、ピーク値I_ｐｅａｋ、平均値Ｉ_ａｖｇ、実効値Ｉ_ｒｍｓである。それぞれの定義は、
【数１】

【数２】

【数３】

であり、交流理論で一般的に用いられるものと等しい。これらの値は電流消費量の大きさを示すとともに、それぞれの値が異なり、後述の電流の形状を表す特徴量の計算にも用いられる。図９に波形とそれぞれの値の例を示す。
【００４１】
形伏を表す特徴量として、ピーク値の高さを表す波高率ＣＦ、電流の時間的集中性を表す波形率ＦＦがあり、それぞれ
ＣＦ＝Ｉ_ｐｅａｋ／Ｉ_ｒｍｓ（４）
ＦＦ＝Ｉ_ｒｍｓ／Ｉ_ａｖｇ（５）
で定義される。
【００４２】
これらは有効な特徴量であるが、算出には前記で述べた実効値Ｉ_ｒｍｓの計算が必要である。実効値Ｉ_ｒｍｓは、式３のとおり、自乗和の平均の平方根を求めるため、電源コンセントに内蔵したマイコンで処理を行うには計算量が大きい。機器監視にかかる電力を削減するためにも、計算量は少ない方がよい。そのため、以下のピーク平均比Ｆ_ｐｔａを波高率ＣＦ、波形率ＦＦの代わりとして定義して用いる。
【００４３】
Ｆ_ｐｔａ＝ＣＦ・ＦＦ＝Ｉ_ｐｅａｋ／Ｉ_ａｖｇ（６）
この場合、実効値の計算は不要となり、計算量の削減につながる。
【００４４】
交流電源に接続された負荷において、純抵抗性負荷以外では、電圧Ｅと電流Ｉには位相差φを生じ、ｃｏｓφを力率と呼ぶ。力率ｃｏｓφは、振幅から計算可能であるが、電圧、電流双方の実効値の計算を必要とし、位相の進遅のいずれかが区別できない上、図９下段に示した整流回路の波形などでは、位相差の定義や計算は難しい。
【００４５】
そこで、この発明では、整流回路によって発生する波形などにも対応するため、電流の進み遅れをピーク時間差Ｔ_ｄとして、以下の式で定義する。
【００４６】
Ｔ_ｄ＝Ｔ_{Ｉｐｅａｋ}−Ｔ_{Ｖｐｅａｋ}
ここに、Ｔ_{Ｉｐｅａｋ}、Ｔ_{Ｖｐｅａｋ}はそれぞれ電流、電圧のピークの時間である。また、機種によりＴ_{Ｉｐｅａｋ}が電流の通電時間全体の中で前後する。この前後量は、波高率ＣＦ、波形率ＦＦ、ピーク平均比Ｆ_ｐｔａなどには表れない。そのため、この前後量を表す特徴量としてピーク遅延率Ｆ_ｐ、通電時間Ｔ_ｏｎを定義する。
【００４７】
Ｆ_ｐ＝（Ｔ_{Ｉｐｅａｋ}−Ｔ_{ｉｓｔａｒｔ}）／（Ｔ_ｉｅｎｄ−Ｔ_{ｉｓｔａｒｔ}）
Ｔ_ｏｎ＝（Ｔ_ｉｅｎｄ−Ｔ_{ｉｓｔａｒｔ}）
以上を図１１に示す。
【００４８】
以上で定義した特徴量について実測したものの中から、抵抗機器、動力機器、整流機器の例として白熱灯、空気清浄機、ビデオの３つを表にしたものが表１である。抵抗機器では電流波形は形伏、時間ともに電圧の正弦波と相似である。動力機械では波形がやや歪み、誘導成分を持つため電圧に対して電流が遅れるものが多い。整流機器では図１０の下段の様に鋭く流れ、ピーク平均比は大きくに通電時間が短い。ピークの時間的な位置は機種によって異なる。
【００４９】
【表１】

【００５０】
一般に、消費電流はオームの法則に従うと考えられがちであり、電灯やヒーターなどの単純な負荷においてはこれは成立する。整流回路においても、レギュレーターを持たないコンデンサ入力型回路などでは比例関係にある。このような回路では、電圧変動が生じた場合、計算上は電圧の増加分と電流の増加分を相殺すれば補正が可能である。しかし、家電製品を調査した結果、電流が電圧に反比例し電力が一定となるレギュレータ回路など、オームの法則によらない回路の存在が多数確認された。そのため、被検出機器の回路方式に対して適切ではない補正を行った場合、逆に検出率が低下する恐れがある。
【００５１】
家庭に対して供給される電圧は、電気事業法施行規則で１０１±６Ｖであることが定められており、実際にほぼ１００Ｖ前後の電圧を保っている。複数の家庭、複数の時間で電圧を計測したところ、変動が最大で７Ｖ以内に収まっていたことなどから、この発明の実装においては電圧変動の補正を行わなくても、十分効果が期待できる。
【００５２】
特徴量の算出は電源コンセント側で行う。以下にその手順を示す。
【００５３】
（１）処理回路は、ＡＤ変換器より電圧および電流の値を受け取る。
（２）受け取った値から、数周期分の平均値を算出する。ホームサーバに一度も特徴量を送信していない場合や、この平均値が前回、特徴量を送信したときの平均値から一定値以上変化している場合、次の手順へ進む。もし変化が一定値に満たない場合は、以下の処理を行わず、所定の時間後に（１）から繰り返す。
（３）他の特徴量を算出する電圧のゼロクロス点で機器に変化が生じた場合以外では、最初の周期は変化が起きた時間によって値が異なるため、特徴量の算出には変化検出時の最初の１周期分を用いないので、特徴量は数周期の平均を用いる。
（４）算出された特徴量は、ホームサーバへ送信される。
（５）ホームサーバより電源制御に関する指示を受信した場合、リレーに対してその制御を行う。
（６）以上を（１）から繰り返す。
【００５４】
特徴量の検出を交流１周期単位ではなく、数周期を平均化して扱う理由は、１周期毎に処理を行った場合、雑音の影響を受けるスイツチング電源の様に周期毎に制御されている回路では大量の特徴量を送信しなくてはならなくなるなどの問題が発生するためである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
この発明は、電気機器を接続したコンセントからの電気機器特有の発信により、管理サーバ、ホームサーバ、ルータを経てインターネットなどに送られるために、常時接続状態にあるので、常時情報を検出することができる。
【００５６】
この発明のコンセントは、通常ＡＣ１００Ｖへ接続しており、その回路へ検出回路を配設し、この検出回路の出力にＡＤコンバータ、電流電圧の観測と、通信器へ電流波形の発信を行うことができる。この場合にコンセントの回路にはリレースイッチが介装してある。従って、この発明の方法又はシステムを実施するためには、前記コンセントを必要な箇所（電気機器接続場所）に設置する必要がある。
【００５７】
従来、事務所、会社、工場又は家庭等で使用される電気機器は、殆ど待機電力を必要としており、例えば待機電力は世帯消費電力の９．４％といわれているが、この発明の実施により待機電力は殆ど不必要になるので、事務所、会社、工場、家庭等の出費減はもとより、国家的電力節減になることは明らかである。
【００５８】
この発明においては、電流波形によって、電気機器等の機種を検出し特定することができる。この場合に平均値（電流面積の平均値）、実効値（電流自乗和平均の直流相当値）、波高率（電流の最大値／実効値）、波形率（平均値／実効値）、位相差（電圧と電流の位相差）、力率（位相差の余弦）、皮相電力（電流×電圧）、実効電力（電流×電圧×力率）、時定数（電流が変化したとき、変化の収束時間）、周期内の通電時間、ピーク位置、電流電圧と消費電流の位相差、時間差など及び前記の時間的変化も検出することができる。
【００５９】
例えば、あるアイロンは、温度を保つために約１０秒間通電して、約１００秒間切れる特性があるが、このような特性を管理サーバ、ホームサーバなどのデータベースに保存し、インターネットに接続しておけば、機器の特定が容易にできる。前記時間処理は、交流１周期毎で行うのが比較的容易である。
【００６０】
この発明において、電流波形が切れた場合に、電流波形のとぎれる直前の波形が、現在つながっている機器が取りうる時間より短い場合、もしくは無電流状態が長い場合は、電源断とみなす。また、電流が一時とぎれ、違う波形が来た場合、別の機器がつながれたとみなして、再度機器の検出を行うことになる。
【００６１】
機種、位置、状態の検出はホームサーバでマッチング処理によって行われる。その家庭で初めて使用される電気機器の特徴量は、学習によってデータベースに登録する。２回目以降に使用される電気機器は、電源コンセント部から送信されてくる特徴量とデータベースに記憶された特徴量の比較によって検出する。この場合に検出は次の手順により行う。
【００６２】
（１）利用者はホームサーバに学習を行う指示を出し、機種名を指定する。
（２）所定の電源コンセントに電気機器を接続する。
（３）ホームサーバは送信されてくる特徴量を次々とデータベースに登録する。
（４）しばらく電気機器を使い続ける。動作状態を変更可能な電気機器では一通りの変更を行う。そのため、一つの電気機器について複数の特徴量が学習される。
（５）学習モードを終了させる。
【００６３】
次に検出方法について述べる。
（１）ホームサーバは、宅内の複数のコンセントのいずれかから、特徴量が送られてくるのを待つ。
（２）特徴量が送られてきた場合、データベースを参照し、その特徴量に一致した特徴量を持つコンセントを候補として残す。このとき、特徴量の算出が電流の一定変化毎であり、また電源電圧変動もあることから、候補の絞り込みにはある程度の許容幅を持たせる。学習時の変化検出幅よりも小さいと、検出できない部分が生じるため、同一以上にすることが望ましい。
（３）候補が複数残っているとき、次の特徴量が送られてくるのを待ち、その特徴量についての再度候補の選出を行う。
（４）特徴量が候補として一番多く選出された機種を接続機種とし、特徴量を送信してきた電源コンセントの位置を、その電気機器の接続位置とする。
（５）以上で機種と接続位置が判明したため、電流の通電状態を確認できる。学習において、電気機器の動作状態に一つ一つに応じて状態名をつけて学習すれば、電源のＯＮ・ＯＦＦ以外の状態も検出できる。機種名だけで学習されている場合は、電源のＯＮ・ＯＦＦ、状態の変化の有無、待機状態や通電状態など一般的に電流値が大きく異なる状態の判別に限られる。
【００６４】
検出率の評価のために、一般的な家電機器を使用した。ドライヤ４台、アイロン２台、布団乾燥機、エアコン、照明器具５台、空気清浄機２台、テレビ３台、ビデオ４台、その他ＡＶ機器５台、ノートパソコン２台、ミキサー、掃除機、シェーバ、携帯電話用充電器以上計３３台である。学習は各機種１回のみとし，学習時間はアイロンなど状態変化に時間がかかる機器ではサーモスタットなどが作動するまでの数分間、他の機器は数十秒程度で終了させ、その問にいくつかの操作を行う。検出は，電圧変動等を考慮し日時を変え、各機種１０回ずつ行う、一回の検出は約３分とし，検出される機種を確認する。
【００６５】
この発明の実験で用いた機器の学習された特徴量の総数は、今回の評価条件で合計３００個以上となるため、ここでは各機種の特徴量の一つづつを抽出し，表２に示す。Ｔ_{ｉｓｔａｒｔ}とＴ_ｉｅｎｄの閥値はＩ_ｐｅａｋの１０％としている。これらの値は電源はオン，出力調整のある機器では最大とした状態の値である。
【００６６】
【表２】

【００６７】
評価基準は、機種を正しく特定できるか否かとする。消費電流の平均値だけで比較し、絞り込みを行わない場合（電流値手法）、消費電流だけを比較に用い機器の状態変化で候補の絞り込みを行う場合（電流履歴手法）、この発明における特徴量を用いるが状態変化で絞り込みを行わない場合（特徴量手法），特徴量を用い複数の状態で絞り込みを行う場合（提案手法）の４種類を比較する。機器を誤って検出した場合を誤検出、候補が２つ以上残り決定できない場合を決定不能、通電の検出ができないか、もしくは候補がない場合を未検出とし、全試験回数から、これらの状態に陥った場合を除いたものを検出率とする。通電中に正しい機器から誤った機器へ唯一の検出機器が変化した場合や、その逆の場合は、どちらが正しいかの判別できないため誤検出とする。しかし、一時的な決定不能に陥った場合は通電状態が続けば機種の変更はあり得ないため、直前の検出機器を保持する。比較結果を図１２に示す。
【００６８】
電流値手法の場合、検出率は非常に低く、決定不能であることが多く、その場合は候補となる機種が極めて多い。これは家電機器の消費電流の多くが数十から数百ｍＡの間に分布している上、状態によって変動し、他の機器の消費電流と近い値を取ることが多いためである。表２は一部の特徴量の抽出であるにもかかわらず、多くの機器の電流平均値が近い値を示していることからも決定不能になることがうかがえる。今回の実験で電流値だけで検出可能なものは、布団乾燥機、白熱灯、掃除機、ドライヤ３だけである。
【００６９】
電流履歴手法では、状態変化を伴う機器の検出率は大幅に上がるが、状態の変化しない器具や、状態が変化しても取りうる消費電力値の近い機器がある場合は判別が困難である。また、誤検出が多くなる。これは、候補が多く残り決定不能となっている状態において、電源電圧の変動や機器の状態変化のタイミングにより、誤った機種の候補数が正しい機種の候補数を上回ることがあるためである。以上から、機器検出に電流の大きさを用いるだけでは不十分であるといえる。
【００７０】
前記のように、ほとんどの家電機器の消費電流は、抵抗回路、動力回路、整流回路とその組み合わせに分類できる。この手法の特徴量は、家電機器の消費電流の特徴を表すものとして定義している。この評価実験で用いた機器は、アイロン、照明機器（白熱灯）が抵抗回路に、空気清浄機、ミキサー、掃除機は動力回路に、照明器具（スタンド）、テレビ、ビデオ、ＡＶ機器、ノートパソコン、シェーバ、携帯電話用充電器は整流回路に分類できる。その特徴は表２にも表れている。
【００７１】
また、ドライヤや布団乾燥機などは抵抗回路である発熱体と動力回路であるファンの組み合わせであり、発熱体で消費される電流が大きいため、熱風を発生しているときは電力の大きな抵抗回路、冷風を発生しているときは電力の小さな動力回路とみなせる。機器の回路の規模や使用されている部品によってそれぞれの特徴量は増減する上、動作状態の変化などとともに特徴量は変化する。
【００７２】
特徴量手法では、電流の平均値以外の要素が他の機種と重なり合わない場合、特に回路方式が異なる場合には検出率が上がるが、回路的に似通った機器が複数台登録されている場合には決定不能となる。ただし決定不能の場合でも、候補は少なくなっている。しかし、一時的に正しい機種が検出されても、その後に送信されてくる特徴量が別の機器の特徴量のみと一致する可能性が電流値手法より増え、誤検出が増える。
【００７３】
前記提案手法の場合には、機器の状態変化を利用しており、複数の特徴量を用いて候補を限定してゆくため、前記３つの手法でおこる決定不能状態や、一時的な誤検出状態を、複数の特徴量を用い最多候補を求めることで回避している。この手法でも決定不能と誤検出は認められる。これらは同一メーカの系列機種となるドライヤ１、２の２台を最大出力状態にし続けた場合に起こっており、ドライヤであるということまでは特定できるが、検出ミスの一種といえる。
【００７４】
前記すべての手法において、未検出の要因は携帯電話充電器である。検出可否は携帯電話の電池残量によって異なり、満充電状態で接続しても電流値が極めて小さいため、未検出状態となる。この発明の提案手法は、一部の機種に対して検出ミスを生じるが、機種の検出に対して有用な手法であるということができる。
【００７５】
また、以下に評価実験で明らかになったいくつかの点を挙げる。
【００７６】
（１）ドライヤなどの電熱機器は、出力を切り替えない限り状態は一つである上、純抵抗負荷に近い。そのため、電源投入時から最大出力にしたままなどの場合、他の電力機器と区別しにくい。しかし、家庭における純抵抗負荷の大電力機器はほぼ限られている上、一定状態の機器でも突入電流や温度制御などがあるため、機器の種類までは間違えることはない。
【００７７】
（２）機器が増えると検出がむつかしくなる。機種が異っても同じ用途の機器の場合、回路構成が似ており，近い特徴量が数多く学習されるためである。特に状態が変化しない機器ではこの傾向が強い。
【００７８】
（３）充電式機器のように状態が徐々に変化する機器の場合、時間とともに電流が変化するため学習を長く行わないと未検出となる場合がある。
【００７９】
（４）測定系のノイズフロアに近いものは未検出となる。充電器などでは充電量の初期値によってこの状態になり、本実験の携帯電話充電器が該当する。
【００８０】
（５）同一型番の機器２台など、消費電流波形が同じものは同じ機種として検出される。型番などが異なっていてもほぼ同一の回路で構成された機種、たとえば同一メーカの系列機種などを別の機種として学習させると、決定不能や誤検出を起こすことがある。ドライヤ１，２が該当する。
【００８１】
以上の検出にかかる時間の評価を行う。
【００８２】
履歴を用いない方法では、最初の特徴量が送られてきた時点で、候補が一つとなった場合に機種が決定される。候補が複数ある場合、候補が一つとなる特徴量が送信されてくるまでは決定不能である。特に電流値手法の場合に決定不能のままであることが多い。
【００８３】
履歴を用いる方法では、候補が一つであればその時点で決定されるが、前節の結果から明らかなように、複数の候補が残ることが多い。この複数の候補には通常は正しい機種が含まれる。候補となった回数を積算し、ある機種が他の機種より多く候補となった時点で、その機種を接続機種とするため、履歴を用いない方法では決定不能の場合でも、機種の決定が可能となる。この積算を行うと正しい機種が候補となる回数が多くなるため、一時的に候補から外れてしまうことがあったとしても、検出機種は変化しないため、誤検出も履歴を用いない場合に比べて低下する。前節の検出率の時間的推移を図１３に示す。
【００８４】
各手法で正しく検出されたもののみの検出時間について着目した場合、履歴を用いない方が短時間で検出が行われることがグラフの立ち上がりからわかる。履歴を用いる場合、アイロンなどでは特徴量が少ないため、温度制御などによる状態の変化を待たねばならず、機種決定に２分以上かかることもある。しかし、検出率そのものは、特徴量の比較要素が同じもの同士では、履歴を用いた方が高い値となっている。
【００８５】
【実施例１】
この発明の実施例として、家電機器の消し忘れ防止システムを実装した。
【００８６】
実装にはイーサネット（登録商標）を介して接続されたパーソナルコンピュータを用いて、電源コンセントとホームサーバとして、実装を行った。
【００８７】
電源コンセントには、電流検出抵抗と電源電圧分圧用の抵抗を挿入し、ＡＤ変換はパーソナルコンピュータに内蔵されるステレオライン入力を利用した。また、電源コンセントには電源制御用のリレーを内蔵し、ホームサーバからの指示に応じて電源の制御が行えるようにした。電流検出には０．０５Ωのメタルクラッド抵抗を用いたが、実際にコンセントなどを製造する場合は発熱などの問題が生じるためカレントトランス等他の素子を用いることが望ましい。
【００８８】
電源コンセント側ＰＣでは、最終的に特徴量を計算した時点の電流の平均値から１０％以上の変化を検出した時点で、特徴量を計算してホームサーバヘ送信する。ホームサーバでは、受信した特徴量を学習済みの特徴量と比較して、該当する機種を決定する。
【００８９】
電熱機器や照明機器などを検出し、一定時間放置した場合、あらかじめ登録した携帯電話へ警告を促すメールを送信する。さらに、ホームサーバはＨＴＴＰサーバの機能を持ち、ＣＧＩによる機種や伏態の確認や、電源の切断が可能である。確認画面には通電している機器の名称に加えて、通電開始からの積算電力が表示される。これは、利用者に積算電力を教えることで省エネ意識を持たせることを目的としている。
【００９０】
新たな機器の登録の際には、電源コンセントに機器を接続し、ホームサーバに機種名を入力の上、学習モードで一定時間動作させることで、ホームサーバに自動的に特徴量が登録される。
【００９１】
【実施例２】
この発明のコンセントの実施例を図１、２について説明する。コンセント１の回路２に、検出回路３を重ね、検出回路３からの出力回路４にＡＤコンバータ５を介装し、電気機器特有の波形を、通信器６へ出力する（図２）。通信器６は、例えばホームサーバ、ルータ７を介してインターネット８に接続しているので、前記電気機器情報がインターネット８のデータベースに保存される。
【００９２】
【実施例３】
この発明の電気機器の検出、制御を図１、２、３について説明する。図１において、この発明のコンセント１ａ、１ｂにアイロン９とトースター１０を夫々接続すると、前記アイロン９と、トースター１０の夫々の特性波形は、通信器制御装置１１、ホームサーバ、ルータ７を介してインターネット８に接続されている。そこで携帯電話機１２から、インターネット８にアクセスすると、前記波形によって、アイロン９とトースター１０が接続されたままになっていることがわかる。そこで前記接続されているコンセント１ａ、１ｂの制御リレースイッチ１３をＯＦＦにすべく指示すれば、前記接続は解除される。図中１Ｃは他のコンセントである。
【００９３】
前記において、図１のアイロン９とトースター１０の波形がインターネット８のデータベースに保存されているので、保存されている波形と現在発信されている波形とを比較し、波形が異なる場合には異常信号を出して、携帯電話機１２に文字又は図形表示をするので、状態に応じ緊急対処する。例えば、単なる過熱状態ならば、スイッチ１３をＯＦＦにすれば良く、発火のおそれがあれば、警備会社又は消防署などに通報する。図３は、携帯電話機１２からインターネット８を介し、ホームサーバ７を経てコンセント１ａにＯＦＦ指令を与える状態を示している。
【００９４】
また、図４のように制御対象物がＴＶ１４の場合には、携帯電話機１２からサーバ１５へ送信してＴＶ１４に信号を送る。また、屋内ならばリモコン器１６から、赤外線受信器１７を介してコンセントのリレー制御１８からＴＶ１４へ信号を送り、または直接リモコン器１６からの信号で操作する（図４）。
【００９５】
【実施例４】
この発明の実施例を図５について説明する。図５は時間変化の例であって、機器の消費電流は、過渡電流と定常電流の繰り返しであることを示す。即ち音響用パワーアンプの場合には、収束時間から時定数を求めることができる。この場合には、一定電圧に対し、電流の変化がわかる。
【００９６】
また、テレビの場合には、電圧一定の場合に、過渡電流と定常電流の複雑な変化がわかる。前記のように、電源投入時に、電気機器の動作変更時などに過渡電流が流れる。定常電流も電気機器の状態に応じて変化することがわかる。そこで、その変化を検出すれば、当該電気機器を特定することができる。
【００９７】
【発明の効果】
この発明によれば、遠隔地にあっても携帯電話機等のアクセスによって屋内電気機器の状態を検出し、その位置、種類を把握して、異常に際しては、例えば電源をＯＦＦにするなど、適切に処置をすることができる効果がある。従って、電気機器の状態を適切に検出して適正に対応することにより、接続したままになっているために生じる災害を未然に防止し得る効果がある。
【００９８】
また、待機電力が不要になるので、従来必要とした待機電力を節減できる効果がある。
【００９９】
この発明のシステムによれば、管理サーバによって、専門的に多数のブロックの管理を行うので、依頼者に電気機器に関する知識が不十分である場合にも、完全かつ確実に管理し、省エネルギーはもとより、事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の通信制御装置を通じての検出と制御の例示を示す概念図。
【図２】同じく検出制御の実施例の概念図。
【図３】同じく他の実施例の概念図。
【図４】同じくコンセントの構成を示す概念図。
【図５】同じく待機電力制御の概念図。
【図６】同じく時間による電流変化を示す概念図。
【図７】同じく波形の長時間全体像（例：エアコン）の電流・電圧図。
【図８】同じく電流波形の短時間拡大図。
【図９】同じく電流波形（実効値、波形率、波高率を含む）の例示図。
【図１０】同じくピーク値、実効値、平均値及び電磁値のグラフ。
【図１１】同じくピークの時間位置を示すグラフ。
【図１２】同じく検出率のグラフ。
【図１３】同じく検出率の時間的推移を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂコンセント
２コンセントの回路
３検出回路
４出力回路
５ＡＤコンバータ
６通信器
７ホームサーバ、ルータ
８インターネット
９アイロン
１０トースター
１１通信器制御装置
１２携帯電話機
１３制御リレースイッチ
１４ＴＶ
１５サーバ
１６リモコン器
１７赤外線送受信器

Claims

使用されるコンピュータ、コピー機、ファクシミリ、アイロン、トースター、ヒーター、湯沸かし器、電気暖房機、ＴＶなどの、事務所、会社、工場、家庭で使用する一切の電気機器を、電流・電圧を検出し、電源をＯＮ、ＯＦＦし、かつ特性電流波形又はその特徴量をサーバに発信できるコンセントを介して、前記電気機器を電源と接続し、前記特徴量は、電気機器の機種による消費電流の平均値、ピーク値、実効値、力率、波高率、波形率、電流変化の収束時間たる時定数、周期内の通電時間、位相差、電源電圧と消費電流のピークの時間差の一つまたは複数の特徴量と、予めサーバのデータベースに保存済の、前記電気機器の特徴量とを比較して、前記電気機器の状態を検知し、この検知に基づき、電気機器の状態を把握して制御すべき電気機器を特定し、前記コンセントから、前記制御すべき電気機器への電源のＯＮ、ＯＦＦ及び該電気機器の動作状態の変更のリモコン制御指示を発信することを特徴とした電気機器の遠隔制御方法。
コンセントからの発信は、有線又は無線とすることを特徴とした請求項１記載の電気機器の遠隔制御方法。
複数の電気機器を使用している事務所、会社、工場、家庭その他複数の電気機器を使用するブロックで、該電気機器の特性電流波形又はその特徴量を管理サーバに発信できるコンセントを介して電源と接続し、前記電気機器を遠隔制御できるようにしたシステムにおいて、前記ブロック毎に使用している電気機器の特性電流波形またはその特徴量を、前記管理サーバのデータベースに保存する情報蓄積手段と、前記管理サーバの受信、発信をインターネットの通信手段に接続し、各ブロックから、携帯電話などの通信手段によりインターネット、イントラネット、その他の通信機器の通信手段を介して管理サーバにアクセスして、前記電気機器の情報を求める情報伝達手段と、前記管理サーバが該当するブロックの前記電気機器のコンセントから送られる特性電流波形又はその特徴量を受信する受信手段と、前記アクセスを受けた管理サーバが、データベースに蓄積された電気機器の特性電流波形又はその特徴量と、前記受信手段によって受信した情報とを比較し、前記情報伝達手段によって要求された電気機器の情報を検知する手段と、前記電気機器の電源を制御できる前記コンセントとを組み合わせたことを特徴とする電気機器の遠隔制御システム。
請求項１又は請求項３記載の電気機器の遠隔制御方法又はシステムに用いるコンセントであって、該コンセントの回路に電源と電気機器との接続をＯＮ、ＯＦＦする制御用リレースイッチと、前記電気機器の電流波形またはその特徴量を発信できる検出回路を設けたことを特徴としたコンセント。