JP2013106322A - 無線通信装置及びそれを備えた無線通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】停電時以外の平穏時において電源を常時確保する無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置１５が分電盤１の筐体１Ａの内部に配設され、分電盤１内の系統電源線である幹線１３に直接的に接続され、幹線１３から電力の供給を受けて動作する。筐体１Ａの外部に無線通信装置１５のアンテナ部２０が露出される。無線通信装置１５は、電力メータ２と通信する第１通信部１５Ａと、無線電波を介して無線機器と通信する第２通信部１５Ｂと、前記第１通信部１５Ａと前記第２通信部１５Ｂとの間で通信データを相互に通信可能に変換する通信データ変換部１７を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置及びそれを備えた無線通信システムに関する。
従来から、ＰＨＳリピータや無線ゲートウェイルータなどの無線通信の中継を行う無線通信装置においては、壁コンセントからＡＣアダプタを経由して電力の供給を受ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２５１２４７号公報
上記特許文献１に記載の無線通信装置にあっては、壁コンセントを他の家電機器と共有している場合において、他の家電機器を一時的に優先して使用したいときは、無線通信装置のＡＣアダプタを壁コンセントから外さなければならないこともある。このような場合において、無線通信装置のＡＣアダプタを壁コンセントに再度接続するまでの間は、無線の通信ができない。特に宅内の照明器具や家電機器（いわゆるスマート家電）を統合して制御する宅内エネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ）に無線通信装置を適用する場合においては、宅内の通信と各家電機器の制御が滞ってしまう虞もある。無線通信装置のＡＣアダプタが接続されている壁コンセントの系統の分岐ブレーカが、過電流等により回路を遮断した場合も同様である。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、停電時以外の平穏時において電源を常時確保することができる無線通信装置及びそれを備えた無線通信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の無線通信装置は、分電盤内部の系統電源線に有線で接続され、該系統電源線から電力の供給を受けて動作するものである。
この発明において、前記無線通信装置が、前記分電盤の筐体の内部に配設されることが好ましい。
この発明において、前記筐体の内部に前記無線通信装置の本体部が収容されて、前記筐体の外部にアンテナ部が露出されて、それぞれ配設されることが好ましい。
この発明において、前記無線通信装置が、前記筐体の外部に連接して配設されることが好ましい。
また、本発明の無線通信システムは、前記無線通信装置と、前記系統電源線に接続される通信機能を備えた電力メータとを備えたものである。
この発明において、前記無線通信装置は、前記電力メータと通信する第１通信部と、無線電波を介して無線機器と通信する第２通信部と、前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信データを相互に通信可能に変換する通信データ変換部を有することが好ましい。
この発明において、前記電力メータと前記第１通信部との通信は、電力線通信であることが好ましい。
本発明の無線通信装置によれば、分電盤内の系統電源線に接続され、該系統電源線から電力の供給を受けて動作するように構成されているので、停電時以外の平穏時において電源を喪失することがない。
本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図。 同システムに適用される無線通信装置及びその周辺の構成を示すブロック図。 参考例として、従来の無線通信装置を適用した無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明による無線通信システムの変形例の構成を示すブロック図。 同変形例に適用される無線通信装置及びその周辺の構成を示すブロック図。
本発明の一実施形態による無線通信装置を備えた無線通信システムについて図面を参照して説明する。図１は無線通信システムの構成を示す。図１（図３も同様）において、破線は無線による接続を示す。無線通信システム１００は、宅内各所に電力を分配供給する分電盤１と、通信機能を有するスマートメータ（電力メータ）２と、エアコン、冷蔵庫、洗濯機等の各種の家電機器３等によって構成される。分電盤１には、家電機器３の他、太陽光発電機４、燃料電池５、蓄電池６、電気自動車７及び情報処理端末８等が必要に応じて接続される。家電機器３、電気自動車７及び情報処理端末８の動作に必要な電力は、分電盤１及び蓄電池６から供給される。蓄電池６には、太陽光発電機４、燃料電池５によって得た電荷が貯えられる。太陽光発電機４、燃料電池５及び蓄電池６は、停電時の自家発電にも利用できる。
分電盤１と、家電機器３、太陽光発電機４、燃料電池５、蓄電池６、電気自動車７及び情報処理端末８等とは、相互に通信可能でありＨＥＭＳネットワークを構成する。分電盤１に接続されるこれらの機器は、その全てが通信機能を有している必要はなく、その一部が通信機能を有していればよい。家電機器３の移動や増設時等の施工の容易さを考慮すると、ＨＥＭＳネットワーク内の通信には、無線を用いるのが望ましいが、頻繁に移動させない機器同士では、有線を用いて通信してもよい。
分電盤１には、ＨＥＭＳ管理装置１０が設けられ、ＨＥＭＳ管理装置１０は、太陽光発電機４及び燃料電池５による発電、蓄電池６の充電、家電機器３等による電力消費等を管理する。太陽光発電機４及び燃料電池５による発電状況、蓄電池６の充電状況、家電機器３等による電力消費状況は、情報処理端末８によって表示することができる。情報処理端末８に表示された情報を確認しながら、必要に応じて情報処理端末８を操作等することにより、各機器の動作を設定し電力の流れを最適化することができる。情報処理端末８は、分電盤１の近傍の壁面等に設置された専用のモニタ装置であってもよいし、スマートフォン等の携帯型情報処理端末であってもよい。
スマートメータ２は、分電盤１に有線にて接続されており、送電線から電力の供給を受けて分電盤１に供給すると共に、宅内において累積して消費された電力を表示する。上述の通りスマートメータ２は、通信機能を有し、他宅に設置されているスマートメータ２等を介して電力会社のサーバ５０に接続され、スマートメータネットワークが構成される。複数のスマートメータ２間の通信及びスマートメータ２とサーバ５０との通信は、有線又は無線を介してなされる。
スマートメータ２と分電盤１とは、電力線通信（ＰＬＣ）にて通信される。例えば、電力会社から送信される時間別料金情報や電力提供情報を受信して宅内の電力消費に反映させることで、より高度なＨＥＭＳを構築・運営することができる。より具体的には、時間帯毎に電気料金が異なる場合、優先的に料金が安い時間帯に家電機器３を動作させるように、ＨＥＭＳ管理装置１０が家電機器３を制御することにより、月々に支払う電気代を低減することができる。
図２は、分電盤１の構成を示す。分電盤１は、ＨＥＭＳ管理装置１０、主幹ブレーカ１１、複数の分岐ブレーカ１２を有する。主幹ブレーカ１１は、主幹ブレーカ１１から延出された系統電源線である幹線１３を介して分岐ブレーカ１２と接続されている。分岐ブレーカ１２は、幹線１３から分岐して、各系統の壁コンセントに電力を供給する。また、分岐ブレーカ１２は、各系統の壁コンセントを介して家電機器３等の負荷に過電流が流れたとき、その系統の回路を遮断する。各分岐ブレーカ１２の電流の総和が過大になったときには、主幹ブレーカ１１が作動して全ての系統の回路を遮断する。
ＨＥＭＳ管理装置１０は、主幹ブレーカ１１から延出された幹線１３（導電バー及び取付け具を含む）に直接的に接続され、幹線１３から電力の供給を受けて動作する。また、ＨＥＭＳ管理装置１０は、幹線１３に接続されている複数の分岐ブレーカ１２のうち、ＨＥＭＳ管理装置１０に電力を供給するために設けられている専用の分岐ブレーカ１２に接続されていてもよい。いずれの場合にあっても、ＨＥＭＳ管理装置１０は、分電盤１の内部の系統電源線に直接的に有線で接続される。ＨＥＭＳ管理装置１０は、電力計測部１４と、無線通信装置１５等を有し、宅内で消費される電力の計測機能と、ＨＥＭＳネットワークを介した家電機器３等の管理制御機能と、スマートメータ２との通信機能等を備える。電力計測部１４は、幹線１３に接続され、宅内で消費される電力を計測する。電力計測部１４によって計測された電力の情報は、ＰＬＣモデム１６を介してスマートメータ２に送信されたり、送信部１８を介して情報処理端末８に送信されたりする。
無線通信装置１５は、ＰＬＣモデム１６と、制御部１７と、送信部１８と、受信部１９と、アンテナ２０等を有する。ＰＬＣモデム１６、制御部１７、送信部１８及び受信部１９等によって構成される無線通信装置１５の本体部分は、アンテナ２０と共に分電盤１の筐体１Ａの内部に配設される。
ＰＬＣモデム１６と、制御部１７等によりスマートメータ２との間で有線にて双方向通信を行う第１通信部１５Ａが構成される。ＰＬＣモデム１６は、幹線１３に直接的に接続され、幹線１３を流れる交流電流に高周波の情報信号を重畳し、スマートメータ２との間で有線にて双方向通信を行う。また、制御部１７と、送信部１８と、受信部１９と、アンテナ２０等によりＨＥＭＳネットワーク内の家電機器３等との間で無線にて双方向通信を行う第２通信部１５Ｂが構成される。
制御部１７は、無線通信装置１５の各部の制御を司る。例えば、制御部１７は、受信部１９を介して得たＨＥＭＳネットワーク内の家電機器３等の情報を、ＰＬＣモデム１６を介してスマートメータ２に伝達したり、送信部１８を介して情報処理端末８に送信したりする。また、電力会社から送信されスマートメータ２及びＰＬＣモデム１６を介して得た情報を、送信部１８を介して情報処理端末８に送信したり、同情報に基づいて、ＨＥＭＳネットワーク内の家電機器３等を制御する信号を送信部１８に送信させたりする。このとき、ＰＬＣモデム１６とスマートメータ２間においてなされる有線通信のプロトコルと、ＨＥＭＳネットワーク内でなされる無線通信のプロトコルとは異なっているので、制御部１７は、プロトコル変換部（通信データ変換部）として機能する。制御部１７は、この機能により、通信データのプロトコルを相互に変換し、それにより、通信データを相互に通信可能に変換する。すなわち、制御部１７は、ＰＬＣモデム１６を含む第１通信部１５Ａで送受信されるＰＬＣのプロトコルと、送信部１８及び受信部１９を含む第２通信部１５Ｂで送受信されるＨＥＭＳネットワークのプロトコルを相互に変換するゲートウェイ機能を有する。
図３は、参考例として従来の分電盤２０１に特許文献１に記載された技術を適用した無線通信システム２００を示す。この無線通信システム２００においては、本実施形態のＨＥＭＳ管理装置１０の替わりに、特許文献１に記載された無線通信装置を有し、ＨＥＭＳネットワーク内で通信を司るＨＥＭＳコントローラ２１０が適用される。ＨＥＭＳコントローラ２１０は、ＨＥＭＳネットワークを介した家電機器３等の制御機能を有する。
ＨＥＭＳコントローラ２１０のＡＣアダプタ（図示せず）は、分電盤２０１から分岐された壁コンセントに接続され、ＨＥＭＳコントローラ２１０に電力を供給する。このＨＥＭＳコントローラ２１０には、電力計測部１４が存在しないので、電力を計測する機能と無線通信機能を有する電力計測ユニット２１４がＨＥＭＳネットワーク内に別途設けられる。なお、電力計測ユニット２１４は、電力計測部１４と同様に、分電盤２０１内の幹線１３に接続される。
また、屋外に設置されたスマートメータ２と屋内に設置されたＨＥＭＳコントローラ２１０との間で、建物の壁越しに無線通信が行われるので、建物の構造（鉄筋などの配置、壁の材質、厚み）等によっては電波の減衰が生じて、通信品質が低下する虞がある。また、ＨＥＭＳコントローラ２１０のＡＣアダプタが接続されたプラグに隣接するプラグに家電機器３が接続された場合、家電機器３が発生するノイズが壁コンセントやＡＣアダプタを介してＨＥＭＳコントローラ２１０に混入することがある。その場合、ノイズがＨＥＭＳコントローラ２１０の通信品質に悪影響を及ぼす虞がある。
これに対して、図１に示した本実施形態の無線通信システム１００においては、上述したＡＣアダプタに相当する構成が不要となる。従って、無線通信システム１００の構成が簡素化され、コストダウンを図ることができる。また、電力計測ユニット２１４に相当する構成は、分電盤１の内部のＨＥＭＳ管理装置１０に実装されているので、同構成を別途設置する手間を省くことができる。
また、屋外のスマートメータ２と屋内のＨＥＭＳ管理装置１０との間では、有線にて通信がなされるので、建物の構造の影響を受けることなく、良好な通信品質を安定して確保でき通信の信頼性を高めることができる。なお、スマートメータ２とＨＥＭＳ管理装置１０との通信は、既存の電力線すなわち系統電源線を用いた電力線通信である。従って、別途通信線を施工する必要がないので、無線通信システム１００の導入に要するコストと手間を削減できる。特に、マンションなどの集合住宅においては、スマートメータネットワーク内の通信方式に電力線通信を採用することが多く、その場合、スマートメータ２に搭載する通信方式を電力線通信に統一することができる。これにより、スマートメータ２の構成がより一層簡素化され、無線通信システム１００のさらなるコストダウンを図ることができる。
また、本実施形態のＨＥＭＳ管理装置１０は、分電盤１の内部に設けられていることから、家電機器３からは比較的離れた場所に位置される。（分電盤１の近傍には、家電機器３が設置されることが少ない、のが通常である。）従って、家電機器３が発生するノイズは、ＨＥＭＳ管理装置１０に到達するまでに減衰し、家電機器３が発生するノイズによって無線通信装置１５の通信品質が悪化する虞を抑制できる。
図４は、本発明による無線通信システムの変形例の構成を示す。また、図５は、同変形例に適用される無線通信装置及びその周辺の構成を示す。無線通信システム３００は、分電盤１の替わりに電力計測通信装置３１４を有する分電盤３０１を備え、ＨＥＭＳコントローラ２１０と同等のＨＥＭＳコントローラ３１０をさらに備える点で、無線通信システム１００とは相違する。電力計測通信装置３１４は、宅内で消費される電力の計測機能と、スマートメータ２との通信機能等を備える。ＨＥＭＳネットワークを介した家電機器３等との通信及び家電機器３等の制御は、ＨＥＭＳコントローラ３１０が司る。
すなわち、分電盤３０１には、電力計測通信装置３１４が設けられ、電力計測通信装置３１４は、宅内で消費される電力を計測し、ＨＥＭＳコントローラ３１０に計測した電力量の通知などの通信を行う。ＨＥＭＳコントローラ３１０は、太陽光発電機４及び燃料電池５による発電、蓄電池６の充電、家電機器３等による電力消費等を制御する。太陽光発電機４及び燃料電池５による発電状況、蓄電池６の充電状況、家電機器３等による電力消費状況は、情報処理端末８によって表示することができる。情報処理端末８の機能等については、上記と同様である。
図５は、分電盤３０１の構成を示す。分電盤３０１は、分電盤１と同様に、電力計測通信装置３１４、主幹ブレーカ１１、複数の分岐ブレーカ１２を有する。主幹ブレーカ１１は、主幹ブレーカ１１から延出された系統電源線である幹線１３を介して分岐ブレーカ１２と接続されている。分岐ブレーカ１２は、幹線１３から分岐して、各系統の壁コンセントに電力を供給する。また、分岐ブレーカ１２は、各系統の壁コンセントを介して家電機器３等の負荷に過電流が流れたとき、その系統の回路を遮断する。各分岐ブレーカ１２の電流の総和が過大になったときには、主幹ブレーカ１１が作動して全ての系統の回路を遮断する。
電力計測通信装置３１４は、主幹ブレーカ１１から延出された幹線１３に直接的に接続され、幹線１３から電力の供給を受けて動作する。また、電力計測ユニットは、幹線１３に接続されている複数の分岐ブレーカ１２のうち、ＨＥＭＳ管理装置１０に電力を供給するために設けられている専用の分岐ブレーカ１２に接続されていてもよい。いずれの場合にあっても、電力計測ユニットは、分電盤１の内部の系統電源線に直接的に有線で接続される。電力計測通信装置３１４は、電力計測部１４と、無線通信装置１５等を有する。電力計測部１４は、幹線１３に接続され、宅内で消費される電力を計測する。電力計測部１４によって計測された電力の情報は、ＰＬＣモデム１６を介してスマートメータ２に送信されたり、送信部１８を介してＨＥＭＳコントローラ３１０や情報処理端末８に送信されたりする。
参考例として図３に示した無線通信システム２００においては、スマートメータネットワーク及びＨＥＭＳネットワークがそれぞれ独立して進化する過程で、互換性の問題が発生することがある。しかしながら、本発明による無線通信システムの変形例として図４，５に示した無線通信システム３００にあっては、以下の効果が生ずる。すなわち、両ネットワークの通信方式の差異を電力計測通信装置３１４によって吸収することにより、それぞれのネットワークの進化に自由度を持たせることができる。例えば、ＨＥＭＳネットワークの通信方式を変更する場合であっても、電力計測通信装置３１４によって適宜対応させることにより、スマートメータ２の仕様に影響を及ぼすことが少ないため、ＨＥＭＳネットワークの進化を妨げる虞が少ない。スマートメータネットワークの通信方式を変更する場合も同様である。
以上のように、本実施形態の無線通信装置１によれば、分電盤１内の系統電源線である幹線１３に直接的に接続され、幹線１３から電力の供給を受けて動作するように構成されているので、停電時以外の平穏時において電源を喪失することがない。
また、ＰＬＣモデム１６、制御部１７、送信部１８及び受信部１９等によって構成される無線通信装置１５の本体部分が、分電盤１の筐体１Ａによって覆われて保護される構成を有している。従って、長年の使用においても粉塵等の侵入を防止することができ、結線部の漏電に伴う火災の発生を抑制することができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも無線通信装置１が分電盤１内の系統電源線である幹線１３に直接的に接続され、幹線１３から電力の供給を受けて動作するように構成されていればよい。
また、本発明は種々の変形が可能である。例えば、ＰＬＣモデム１６、制御部１７、送信部１８及び受信部１９等によって構成される無線通信装置１５の本体部分が、分電盤１の筐体１Ａの内部に配設され、アンテナ２０は、分電盤１の筐体１Ａの外部に露出して配設される形態であってもよい。この形態においては、筐体１Ａの外部に配設されたアンテナ２０によってＨＥＭＳネットワーク内の各機器との無線通信性能を高めることができる。特に、筐体１Ａが金属材料で形成されている場合であっては、静電遮蔽による無線通信性能の低下を抑制できる。
また、無線通信装置１５は、分電盤１の筐体１Ａの外部に配設されていてもよい。この場合、無線通信装置１５は、分電盤１の筐体１Ａに連接して配設されているのが好ましい。この場合においては、収容空間が狭い分電盤にも本発明を適用可能となる。また、専用の分電盤１を新設することなく、既存の分電盤２０１を用いて本発明の無線通信システム１００を構築することができる。また、筐体１Ａが金属材料で形成されている場合も、上記と同様である。
また、スマートメータ２と第１通信部１５Ａとの間の通信には、無線を用いるように構成されていてもよい。この場合にあっては、電力線通信のためのＰＬＣモデム１６が不要となり、スマートメータ２との間で無線通信を行うための送受信部がアンテナと共に設けられる。スマートメータネットワークの通信方式における物理層と、ＨＥＭＳネットワークの通信方式における物理層が同一である場合は、第２通信部１５Ｂの送信部１８、受信部１９及びアンテナ２０を第１通信部１５Ａと兼用するように構成されていてもよい。
また、無線通信装置１５及び無線通信システム１００は、ＨＥＭＳネットワーク以外の種々の無線通信ネットワークに広く適用可能である。これに伴い、電力計測部１４が計測する電力は、宅内に限られず、所定の閉じた領域内で消費される電力であってもよい。
１ 分電盤
１Ａ 筐体
１５ 無線通信装置
１３ 幹線（系統電源線）
２０ アンテナ

Claims (8)

  1. 分電盤内部の系統電源線に有線で接続され、該系統電源線から電力の供給を受けて動作することを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記分電盤の筐体の内部に配設されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 前記筐体の内部に本体部が収容されて、前記筐体の外部にアンテナ部が露出されて、それぞれ配設されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  4. 前記筐体の外部に連接して配設されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信装置と、前記系統電源線に接続される通信機能を備えた電力メータとを備えたことを特徴とする無線通信システム。
  6. 前記無線通信装置は、前記電力メータと通信する第１通信部と、無線電波を介して無線機器と通信する第２通信部と、前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信データを相互に通信可能に変換する通信データ変換部を有することを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
  7. 前記電力メータと前記第１通信部との通信は、電力線通信であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の無線通信システム。
  8. 前記無線通信装置は、所定の領域内で消費される電力を計測し、前記電力メータ及び無線機器と通信する電力計測通信装置に内蔵されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
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