智能分接头的制作方法

智能分接头的制作方法
【专利摘要】一种智能分接头，其特征在于，能够插入一个或者两个以上的电源插头，且具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、通信单元、控制单元以及运算装置，其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元，该通信单元是如下单元：将该电压波形和该电流波形或者将对这些波形进行处理而得到的结果向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号，控制单元是基于该控制信号来对向家电供给的电力的切换以及供给电力量进行控制的单元，通过该智能分接头能够在对多个电设备进行通电时基于各电设备的电力波形的测定结果等来确定与电源插头相连接的家电设备。并且，测量并计算这些家电设备的要求电力量，掌握各家电设备的运转状况并检测异常的运转，从而控制EoD系统。
【专利说明】智能分接头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于连接各种电设备、家电设备的电源插头的插座、分接头等的智能分接头。
【背景技术】
[0002]以下示出一种当前已知的电力可视化、削减电力使用量、或者对用于管理电力使用量的家电设备供给电力的系统。
[0003]如专利文献I所记载那样，公知如下一种家庭能源管理系统，其具备:电力量测量单元，其对表示住户当前使用的电力量的当前使用电力量进行测量；上限电力量设定存储单元，其能够设定、存储表示该住户所能使用的总电力量的最大量的上限电力量；电力管理单元，其根据上述上限电力量和上述当前使用电力量的输入来依次计算当前使用允许电力量；至少一个以上的能力控制电设备，其以将上述当前使用允许电力量设为上限来限制消耗功率的方式来调整能力并进行运转；以及允许电力输入单元，其对上述能力控制电设备依次输入当前使用允许电力量，以及
[0004]在该家庭能源管理系统中，还包括能够通过调整运转能力来调整所使用的电力量的一个以上的能力控制电设备，附带通电、屏蔽控制功能的一个以上的插座转接器以及连接于该插座的一个以上的电设备，上述电力管理单元实施如下的至少任一个以上的控制:指示能力控制电设备调整运转能力、或者将从连接于带有屏蔽功能的插座的设备中以规定的算法选择出的一个以上的设备屏蔽。
[0005]另外，如相同的专利文献I所记载那样，公知以下情况:在存在多个能力控制电设备的情况下，根据允许电力量来决定运转哪一台能力电设备并供给电力，或者根据允许电力量来调整能力控制电设备的运转能力，根据情况来抑制或者中止其它电设备的运转。
[0006]如专利文献2所记载那样，公知一种电量监视装置，其特征在于，对与房屋内、工厂内的电源插座相连接的电设备的消耗功率等进行监视，且具备:台用分接头，其设置有能够将多个电设备的电源插头连接于房屋内、工厂内的电源插座的多个电源插座插入口 ；变流器，其内置于上述台用分接头，分别检测经由上述电源插座插入口流入与上述电源插座相连接的各电设备的电流；电压变压器，其共同检测电压；以及微计算机，其内置于上述台用分接头，能够对所检测出的上述电流、电压以及基于它们运算出的消耗电力量等的电量进行监视，并将这些监视信息通过LAN(局域网)连接而向上位系统的服务器装置、普通的个人计算机进行Web传送控制。
[0007]如专利文献3所记载那样，公知一种节能控制系统，其具有被节能控制的负载侧和对该负载侧的节能状态进行控制的节能控制侧，在负载侧具备连接于负载的插头和具有供该插头插入的多个插头插入口的电源分接头，上述插头内置有写入了负载数据的IC标签，上述电源分接头与上述各插头插入口相对应地具备:IC标签读取器，其与IC标签通信来获得负载数据；以及电流检测单元，其检测向插入插头插入口的插头供给的电流，并且还具备可编程控制器部，该可编程控制器部对上述IC标签和IC标签读取器的通信数据以及来自上述电流检测单元的电流检测数据进行处理并发送到上述节能控制器侧，上述节能控制器侧能够基于通过与上述可编程控制器部进行通信而获得的上述数据来进行节能控制。
[0008]如专利文献4所记载那样，公知一种供电系统，其具备:多个供电连接单元，它们成为连接有负载设备并对该负载设备供给电力的受控端；以及显示装置，其成为具有显示器的主控端，该显示器经由信号线与这些供电连接单元相连接，并且通过接收从上述供电连接单元发送的信号来显示上述供电连接单元的电力使用状态，该供电系统对上述供电连接单元分别分配固有的地址，在上述供电连接单元中设置有:地址设定部，其将本身地址登记到上述显示装置；电流检测部，其对供给到上述供电连接单元的电流进行检测；以及发送部，其将由该电流检测部检测到的电流值和上述本身地址经由信号线发送到上述显示装置，在上述显示装置中设置有:接收部，其接收来自上述供电连接单元的信号；以及运算部，其基于由上述电流检测部检测到的电流值来运算上述供电连接单元的电力使用状态，当上述电力累计量超过预先设定的判定值、上述供电连接单元所检测的电流值超过判定值而进行使用时，屏蔽上述供电连接单元的电力供给。
[0009]如专利文献5所记载那样，公知一种电源供给控制装置，在具有一个或者多个电源插头连接单元的电源分接头的电源供给控制装置中具备:待机功率检测单元，其检测对上述一个或者多个电源插头连接单元供给的供给电力值是否相当于待机功率值；以及电源供给停止单元，其在通过上述待机功率检测单元检测为相当于待机功率值后，在经过规定时间之后停止对上述各电源插头连接单元进行电源供给。
[0010]并且，还已知一种与这些专利文献所记载的系统不同的所谓智能电表。智能电表是使设置在各家庭等中的以往的累计电力量表无线化而得到的，是用于测量一户家庭所使用的固定时间的累计电力量的装置。
[0011]上述【背景技术】均是使用插座、没有嵌入墙壁的台用分接头的技术，在该插座、台用分接头中内置有必要的测定设备和控制装置。而且，如果对这种内置的装置也进行通电，则难免由于电阻而发热。
[0012]例如，对插座规定以下基准:将盒外表面的温度的上限设为85°C，对于该基准，如果只供给以往型的电力的插座则没有问题，但在内置有用于进行检测和控制的各种设备的情况下，从嵌入墙壁这种设置方式的方面、即难以向外界散热这一面来看，即使由于通电而导致这些各种设备发热也仍要将发热温度降至该基准以下是非常困难的。而且，需要将嵌入部的壳体即插座盒变大，或者需要设置用于排热的散热片、风扇等，根据该设置方式，大小受到限制。
[0013]另一方面，在使没有嵌入墙壁的台用分接头内置有用于进行检测和控制的各种设备的情况下，原本为了排热有必要采取相同的应对措施，但与墙壁嵌入型的插座相比易于散热，而且不存在由于嵌入墙壁而导致大小受限。然而，为了排出更多的热，如果仅将尺寸变大则不易进行操作。
[0014]除此以外，在要连接哪一种电设备来使用而需要登录系统的情况下，其登录方法不清楚，或者仅采用如专利文献3所记载那样使用IC标签的单元。在使用IC标签的情况下，只能使用IC标签嵌入插头内的电设备，为了考虑家庭整体的电力使用量来进行控制，需要对所有电设备设置插头，并向该插头嵌入IC标签。
[0015]另外，这些专利文献所记载的技术停留在使连接于分接头的电设备显示使用的电力量、基于该使用量的警告，或者进行停止电力供给的控制，或者进行即使没有使电力停止也减少对电设备的电力供给的控制。此时，该分接头采用了被称为智能分接头的具备电力测量单元的分接头。
[0016]另外，作为所谓的智能网格的结构之一，正在推进各家庭等的电力消耗量的轻量自动化系统的导入和各家庭等的消耗功率测量等的在线化。另外，以各家电设备、电源的电力量测量为目的，插座型的仪表也成品化。它们只不过是被在线化的电力量表，只不过进行固定时间内的累计电力量的测量及其测量值的发送。而且，这些仪表以几十分钟为单位的间隔来测定整个家庭的消耗电力量。
[0017]专利文献1:日本特开2008-104310号公报
[0018]专利文献2:日本特开2008-261826号公报
[0019]专利文献3:日本特开2011-010000号公报
[0020]专利文献4:日本特开2011-072099号公报
[0021]专利文献5:日本特开2011-078177号公报

【发明内容】

[0022]发明要解决的问题
[0023]当为了控制一户家庭、办公室、楼房、集体住宅等所使用的能量而进行信息化时，首先不仅需要显示每个家电设备、分散电源的电力测量及其结果，还需要通过各家电设备的电压波形和电流波形来进行家电设备识别以及测量并显示使用状态、使用电力量。
[0024]更重要的是，在各家电设备及电设备与供给电源(系统、可再生的能量、蓄电池)之间，作为实时地使用了哪个家电设备及电设备之类的各家电设备的识别和需要多少电力量的总消耗功率及其明细，需要测量各要求电力量。
[0025]关于以往的电力使用状况和总消耗功率的可视化的系统，当实施节电时，生活者需要意识到忍耐等，并以手动方式频繁地屏蔽各家电设备等的电力或者进行错开使用时间等的行为，需要一边无需尽可能地意识节电地维持生活品质，一边执行节电以及峰值消除。
[0026]期望充分利用进行这种信息化而得到的能量的使用状况，由此学习并识别生活者的行为模式即家电设备的使用模式，实时且精确地控制家庭内的电力使用本身。因此，需要连接家电设备，对插座单位即所连接的每个家电设备进行详细的电压、电流波形等的测量、电力量的测量、收集、运算、控制、通信，并且结合这些结果，以一户家庭或者集中多个家为一个单位来进行电力流的估计、控制。
[0027]另外，为了控制家庭内的电力使用，能够按照预先设置的优先顺序对来自每个家电设备所对应的供给电源的电力供给进行电力屏蔽以及供给电力的削减。
[0028]然而，在普通家庭中，家电设备最大的电力量为1.5kW，即国内最大为15A，在海外接通7.5A(200V)的最大电流，因此在内置于插座的电力控制器件中也流经大电流，担心该电力控制切换器件发热。
[0029]除此以外，在将具备这种功能的插座设为嵌入房屋等的建筑物的墙壁的墙壁嵌入型的情况下，插座需要具备电流测定单元、电压测定单元、测量单元、运算和控制单元、进行发送和接收的通信单元、电流控制单元以及电压控制单元等。此时，这些单元、尤其是电力控制以及开关接通/断开单元发热，因此如果不减小电力流(电力的流动)，则发热量过大而导致插座整体达到高温，安全性降低，除此以外还存在形成插座的上述各单元的装置发生劣化或者故障的风险。
[0030]因此，如果将空调、微波炉等消耗功率大的电设备的电源插头连接于一个插座，则电流变大而可能插座过热，因此不能对电设备供给15A的电流。
[0031]如此过热而导致热滞留，因此不仅安全性降低，装置的稳定性也有可能恶化。因此，基于电器用品安全法的规定，使用时的插座盒的外表面的温度基准的上限温度是85°C，当必须为85°C以下时，产生不能符合该规定的风险。
[0032]然而，并不是只要符合该规定即可，即使符合该规定，与外表面相比插座盒内仍为高温而成为85°C以上。相对于这种温度的升高，作为收纳于插座内部的部件，为了防止电力的波形以及进行测量控制的微计算机芯片的劣化而必须使温度为80°C以下。除此以外，例如当超过80°C时，更难以选择并使用作为具有通信功能的通信单元振荡器的寿命发生劣化的水晶振荡器之类的耐热性更差的部件，即使在使用这种耐热性差的部件的情况下也需要稳定地使用。
[0033]因此，作为防止过热的单元，可以研究设置风扇，或者使嵌入型插座整体由铝等金属构成来促进散热，但风扇的设置会导致插座大型化，如果考虑嵌入型则会限定能够设置插座的场所。另外，还能够考虑使插座盒整体由铝、铜等金属构成，使该金属板具有散出插座内产生的热的散热作用，但该金属屏蔽电波，因此阻碍与外部的无线通信。
[0034]并且，不形成嵌入型插座，还能够设为具备电流测定单元、电压测定单元、计时单元、运算和控制单元、进行发送和接收的通信单元、电流控制单元、电压控制单元等的台用分接头，但在该情况下，需要强行地将这种台用分接头连接于嵌入天花板、墙壁的包含照明等在内的所有电设备，是不现实的。
[0035]而且，按需型电力控制、即EoD(以下称为“EoD”)系统将包含商用电源的一个以上的电源供给到上述所述的一个单位，需要在被供给到该一个单位内的多个电源中判断从哪个电源接收何种程度的电力供给，因此，将以下情况作为问题:当对多个电设备通电时，基于各电设备的电力波形的测定结果等来确定与电源插头相连接的家电设备，并且利用更为简单的装置来掌握这些家电设备的运转状况并检测异常的运转，从而控制EoD系统，或者在运转中或者运转开始时进行以下应对:设定与家电设备的运转有关的优先级，根据不同情况来使用优先级高的家电设备等，进而能够顺利地进行通信并且削减控制装置的使用数量。
[0036]用于解决问题的方案
[0037]通过对在一个或者多个电力源及其电力网络、电力网络上的家电设备中消耗、流通的电力流本身进行估计并控制，例如使房屋中的家电设备的使用基于整体的电力使用状况来设置使用各家电设备的优先顺序，并且控制所使用的电力量以使所有家电设备的运转达到能够更为顺利地生活的范围内，以此为目的，本发明在具备电力测定单元的分接头即智能分接头中也特别采用以下结构。
[0038]并且，在各家电设备及电设备与供给电源(系统、可再生能量、蓄电池)之间，实时地将哪个家电设备需要多少电力量的需求包发送到服务器，在通过服务器判断(协调)电源侧的可供给的电力量之后，将可供给的电力的包发送到家电设备侧，即在判断(协调)需求与供给的平衡之后，通过双向的包发送开始向家电设备、电设备进行电力供给。这就是EoD系统的电力的控制系统。
[0039]在该EoD系统中，该智能分接头能够发挥以下的I至8的功能:1.发送、接收等的通信功能；2.消耗功率的计算功能；3.通过将各家电设备及各电设备判定为被登记到服务器的各家电设备及各电设备的电流、电压波形来进行识别的功能；4.另外作为家电设备及电设备的电流、电压波形的识别功能的扩展，通过将正常的电力波形模式与实际测量波形形状进行比较，来通知各电设备的异常的检测(漏电等的异常)的功能；5.电力控制、开关接通/断开以及遥控等的功能；6.此外，用于在不使用所连接的家电设备时将智能分接头本身的消耗功率减少的休眠功能以及唤醒功能；7.针对来自家电、各电源的异常电流和异常电压的安全性功能；8.环境(温度、湿度等)的检测功能。
[0040]这样，通过使用与EoD系统对应的智能分接头，例如在家庭的情况下，学习生活者的行为模式，自动识别各家电设备、电设备的优先级，并且构建电力使用模型。通过该电力使用模型来生成电力使用计划，接着通过消除电力峰值以及设定电力上限值来实时地测量并计算瞬时的上限值，能够进行累计时的峰值消除、不超过上限设定值的电力控制。另外，实时地接收各家电设备的需求，并且通过优先级的自动设定或者手动设定而在节电以及峰值消除时尽量避免优先级高的家电设备、电设备进行节电，而以优先级低的家电设备为中心进行节电、峰值消除，因此能够不损害生活者的舒适度(不忍受节电)地实现节电以及峰值消除，特别是实现累计时的峰值消除。
[0041]具体地说如下所述。
[0042]1.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于，具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、通信单元、控制单元以及运算装置，其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元，该通信单元是如下单元:该单元将该电压波形和该电流波形或者将对这些波形进行处理而得到的结果向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号，控制单元是基于该控制信号来对向家电供给的电力的切换以及供给电力量进行控制的单元。
[0043]2.根据本发明第一方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0044]控制单元还具有以下功能:基于从服务器接收到的与能够供给的电力量有关的数据来控制向连接有电源插头的各家电的供给电力量，并且该控制单元具备:检测单元，其对从该电压波形测量单元和该电流波形测量单元得到的波形进行分析来识别各家电的状态和检测各家电的异常；以及检测和通信单元，其将来自设置于建筑物内的传感器的检测结果向该服务器发送。
[0045]3.根据本发明第一或者第二方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0046]用于从多个电源接收供给。
[0047]4.根据本发明第一或者第二方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0048]智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相连接的分接头。
[0049]5.根据本发明第三方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0050]将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等的多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入设施，并设置在该设施中。
[0051]6.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于，
[0052]该智能分接头具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、用于测量消耗电力量的电流测量单元及电压测量单元、运算装置以及通信单元，
[0053]其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电设备分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元，
[0054]该电流测量单元和该电压测量单元对向各家电设备供给的电流和电压进行测量，
[0055]该运算装置是根据在该电流测量单元和该电压测量单元中测量而得到的电流值和电压值来求出消耗电力量的单元，
[0056]该通信单元是如下的单元:该单元将该电压波形、该电流波形和/或各家电设备的测量及计算出的该消耗电力量向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号。
[0057]7.根据本发明第六方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0058]作为通过遥控操作而具有电力控制功能的家电设备用途，具备家电设备的遥控功能，能够基于来自服务器的电力削减的请求，经由该家电设备的遥控功能调整向家电设备的电力供给量以及对家电设备进行接通和断开控制。
[0059]8.根据本发明第六或者第七方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0060]用于从多个电源接收供给。
[0061]9.根据本发明第六或者第七方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0062]智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相连接的分接头。
[0063]10.根据本发明第八方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0064]将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等的多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入设施，并设置在该设施中。
[0065]11.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于，
[0066]该智能分接头具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、用于测量消耗电力量的电流测量单元及电压测量单元、运算装置、通信单元以及控制单元，
[0067]其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电设备分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元，
[0068]该电流测量单元和该电压测量单元对向各家电设备供给的电流和电压进行测量，
[0069]该运算装置是根据在该电流测量单元和该电压测量单元中测量而得到的电流值和电压值来求出消耗电力量的单元，
[0070]该通信单元是如下的单元:该单元将该电压波形、该电流波形和/或各家电设备的测量及计算出的该消耗电力量向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号，
[0071]控制单元是基于该控制信号来控制向家电设备供给的供给电力量的单元。
[0072]12.根据本发明第十一方面所述的智能分接头，其特征在于，[0073]控制单元具有基于从服务器接收到的与能够供给的电力量有关的数据来控制向连接有电源插头的各家电设备的供给电力量的功能，
[0074]并且，该控制单元具备检测单元，该检测单元对从该电压波形测量单元和该电流波形测量单元得到的波形进行分析，来识别各家电设备的状态和检测各家电设备的异常，
[0075]并且，通信单元具有接收设置在建筑物内的传感器的检测结果和/或来自家电设备的控制信号并向该服务器发送的功能。
[0076]13.根据本发明第十一或者第十二方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0077]作为通过遥控操作而具有电力控制功能的家电设备用途，具备家电设备的遥控功能，并且能够基于来自服务器的电力削减的请求，经由该家电设备的遥控功能将向家电设备的电力供给量进行调整以及对家电设备进行接通和断开控制。
[0078]14.根据本发明第十一方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0079]该控制单元包括半导体继电器或者机械式继电器或者半导体器件。
[0080]15.根据权利要求14所述的智能分接头，其特征在于，
[0081]将该通信单元设置在智能分接头的插座插入口侧的正面的由非金属材料构成的面板的背面，为了散热而将该控制单元的发热部隔着绝缘性传热构件固定在壳体上。
[0082]16.根据本发明第十四或者第十五方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0083]该控制单元包括MOSFET。
[0084]17.根据本发明第十六方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0085]该MOSFET的发热量是8W以下。
[0086]18.根据本发明第十七方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0087]该MOSFET的发热量是IW以下。
[0088]19.根据本发明第十一或十二方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0089]用于从多个电源接收供给。
[0090]20.根据本发明第十一或十二方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0091]智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相连接的分接头。
[0092]21.根据本发明第十九方面所述的智能分接头，其特征在于，
[0093]将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等的多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入设施，并设置在该设施中。
[0094]发明的效果
[0095]能够与家电设备的使用状态相应地变更家电设备间的优先级，因此对于使用者来说能够在需要的时间使用需要的电设备。
[0096]另外，根据本发明的智能分接头，能够与预先设定的使用者所使用的电力使用模式等相应地控制电力的供给，因此使用家电设备的使用者不会感到特别不便，而能够以预先设定的电力使用模式来使用电力。另外，使用者根据接通电源的家电设备的消耗电力来变更能够使用的家电设备的使用的优先级，因此能够实时地控制电力的供给。
[0097]另外，本发明的智能分接头是如下一种系统:能够自动进行控制使得可靠地满足供给侧的电力削减请求，因此不会增加新的工序，并且能够一边利用需要的家电设备，一边针对供给侧的请求保证需求侧的电力削减率。[0098]通过导入保证使用电力的上限的电力协调单元，能够保证节电率、峰值削减率。因此能够取代以往型的HEMS (Home Energy Management System:家庭能源管理系统)而实现按需型电力控制系统。
[0099]并且，通过使嵌入型智能分接头的发热量降低，不需要将智能分接头的盒的整面都由铝等热传导性高且能够期待散热效果的金属构成。因此，在嵌入建筑物的墙壁等的智能分接头中，不用将金属散热板设置在树脂壳体外部，而能够使电波通过分接头盒，因此不会屏蔽通信单元的电波，能够通过设置在插座盒内的通信单元与外部进行通信。
[0100]另外，即使将需要更大的电力流的家电设备的电源插头连接于智能分接头，由于电力控制器件为低电阻，因此也不会由于这些单元而过热，因此能够在插座内设置使用耐热性差的水晶振荡器的部件等，而且能够将这种需要大的电力流的家电设备作为对象来进行电力的供给控制。而且当经由该智能分接头对建筑物内的所有家电设备、电设备供给电力时，能够通过连接电源插头而成的电源来进行它们的运转控制。
[0101]此外，在嵌入型智能分接头中，根据使通信单元的通信性提高的智能分接头构造(图7、8)，在通信单元上不存在金属部件，因此不会引起通信障碍，能够改善通信性。因此，在图7、8的智能分接头构造的情况下，能够将插入插头的表面的相反侧的背面的壳体变为散热性高的金属壳体，通过将成为发热的原因的MOSFET的热经由绝缘性的散热材料散热到金属壳体，还能够使分接头内的温度也保持80°C或者70°C以下。由此还能够利用除发热量低、即导通电阻低的MOSFT以外的M0SFET。
[0102]因此，将进行电力的测量、电流和电压波形的发送的通信单元构成在智能分接头的插座插入口侧的正面的由树脂材料构成的面板的背面。在该情况下，通信器件的接收部的周边是非金属材料，因此通信性不会降低。另一方面，电力控制器件部的发热部设置在通信器件的更内侧，经由绝缘性等的散热材料(薄片、粘接片)向金属壳体、金属性散热器散热，由此能够使智能分接头内部以及壳体的温度为80°C以下。即，能够不会损害分接头的通信性地抑制发热，不会降低分接头的各器件的寿命，从而能够不使用导通电阻小的电力控制器件而使用便宜的器件。
[0103]并且，作为智能分接头的构造，在将通信单元构成在不会使通信性降低的非金属树脂的背面、并且在其内侧设置电力控制器件的情况下，还能够利用高热传导且具有绝缘性的高热传导树脂复合材料的壳体，隔着具有绝缘性的散热材料而设置在发热部与该绝缘性高热传导树脂壳体之间。
[0104]由此，能够不损害通信性地减少发热，能够使用便宜的控制器件。
[0105]这样，能够将通信器件设置在智能分接头的内部、尤其是金属等通信障碍低的部分，例如在构成在侧面的构造的情况下，成为使用通信障碍低的树脂壳体的构造。因此，作为电力控制器件，通过选择发热量小、即导通电阻值小的器件能够使发热量为80°C以下。
[0106]其结果，特别是通过对需要大的电力流的家电设备进行运转控制，能够有效地削减固定期间的建筑物内的所有家电设备的电力使用量。
[0107]通过使用本发明的嵌入型智能分接头，不用对如照明等那样的包含嵌入墙壁、天花板的家电设备的所有家电设备强行地连接台用分接头，就能够一边检测家庭整体的电力使用量一边进行任意家电设备所使用的电力的峰值消除、对任意家电设备供给的电力量的削减、任意家电设备进行运转的时间的移动等。[0108]对于基于来自服务器的请求的上限电力值以及峰值消除电力值，该智能分接头能够进行各家电设备的(I)电力的屏蔽、(2)电力量的调整，使得通过半导体器件而成为这些电力值以下。并且，还能够通过装载红外线遥控功能来进行接通/断开、电力的削减的调
難
iF.0
[0109]此外，作为配置于该插座的电力量调整单元，能够利用半导体继电器(SSR，SolidState Relay:固态继电器)、机械式继电器、半导体器件(三端双向开关及MOSFET:metaloxide semiconductor field effect transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)。但是，为了以避免超过峰值消除电力值的方式进行控制，能够设置机械式、半导体继电器来进行接通/断开的控制，但这种机械式继电器具有响应速度慢的特性。
[0110]所谓响应速度慢，是指在响应完成期间家电设备要求的电力量急剧增加的情况下，有可能来不及控制电力量就超过峰值消除电力值。因此，为了防止发生这种情况，需要获取较大的电力量的余量以补偿即使响应时间慢也不超过峰值消除电力值的情况，例如需要针对100W的上限而进行将70W-80W设为上限值等的控制。然而，对于响应时间可以延迟的家电设备能够有效地使用。
[0111]因此，优选使用配置于该智能分接头的响应速度快的半导体器件，由此在不超过电力的上限值的调整中能够利用小的余量设定进行调整，易于确保不超过上限值的调整。EoD系统的特征是确保针对电力的生活使用计划的瞬时的峰值电力的实时应对下的累计时的峰值消除，在接通/断开等的切换功能、电力控制中，以高速响应性的半导体器件 > 半导体继电器 > 机械式继电器的顺序较为理想。另外，在尺寸方面半导体器件也更为理想。
【专利附图】

【附图说明】
[0112]图1是吹风机和吸尘器的电压、电流波形。
[0113]图2是建筑物中的按需型电力控制系统所用的嵌入型插座和分接头设置图。
[0114]图3a是从消耗电力的推移看到的本发明的控制结果。
[0115]图3b是从消耗电力的推移看到的本发明的控制结果。
[0116]图4是表示本发明的智能分接头的结构的概要图。
[0117]图5是表示使用多个电源时的本发明的实施状况的图。
[0118]图6是本发明的各单元的配置图。
[0119]图7是本发明的各单元的其它配置图。
[0120]图8是本发明的各单元的其它配置图。
[0121]图9是表示将电力使用计划削减了 10%、30%之后的瞬时功率的图形的图。
[0122]图10是表示将电力使用计划削减了 10%、30%之后的瞬时功率的图形的图。
[0123]图11是表示将电力使用计划削减了 10%、30%之后的累计电力量的图形的图。
[0124]图12是表示将电力使用计划削减了 10%、30%之后的累计电力量的图形的图。
[0125]附图标记说明
[0126]I =MOSFET ;2:电流测定单元；3:运算装置；4:通信单元；5:运算装置电源用电路基板；6:如表面；7:基板；8:壳体；9:基板；10:基板；11:控制装置。
【具体实施方式】[0127]本发明的智能分接头能够专门用于家庭网络中的按需型电力控制系统(EoD系统)。该系统是如下一种按需型电力控制系统:预先确定所使用的电力量的固定期间内或者瞬时的上限值，为了避免一边在该范围内控制需求侧一边损害使用者的生活质量，进行控制使得从使用者的优先级高的重要的家电设备以及电设备(以下统称为“家电设备”)起供给电力，并且该按需型电力控制系统与如上述那样分开设置的家庭服务器(以下称为“服务器”)一起使用。
[0128]该系统将电力供给者主体的“推动型”(或者需求响应型)的电力网络180度地切换成用户、消费者等电力的需求侧主导型的“拉动型”(按需型)。在一栋或者两栋以上的家庭中特别适合如下系统:针对各种家电设备的电力需求、例如空调、照明等的需求，服务器根据用户的使用方式来类推“家电设备的哪个设备的需求最重要”，并进行控制使得从优先级高的重要的家电设备供给电力(以下，称为“家电设备的动态优先级控制”)。
[0129]由使用上述EoD系统而产生的最大的变化是能够根据需求侧而节能、削减CO2排放。例如是如下一种系统:当利用者预先对服务器设置将固定期间的电费或者固定期间的电力量减少20%这一指示时，该EoD系统通过家电设备的动态优先级控制能够成为仅使减少了该20%的量的电力流通这样的利用者主体的结构，能够实现节能、削减CO2排放。
[0130]并且，关于该家电设备的优先级，利用者还能够任意设定，还能够与季节、气象、温度、湿度、时间等相应地通过预先设定的程序来设定。并且，该EoD系统能够基于要供给的电力的计划、上限来随时决定自动对哪个家电设备优先供给电力，基于该结果来对各家电设备供给基于家电设备的优先顺序的电力。另外，除了这种供给的电力的计划、上限以外，还能够通过学习生活者的行为模式来构建电力使用模型，之后按照该模型来决定家电设备的优先级。
[0131]在这些情况下，还能够成为如下的控制系统:能够基于电力供给的计划、上限、生活者的生活模式以及学到的生活者的生活模式来构建电力使用模型，并且能够设定电力使用计划，与此相对地，还能够一边实时地测量比较并计算瞬时的峰值电力值，一边避免超过累计时的峰值电力值。
[0132]这种EoD系统以根据供给到与插座、分接头相连接的家电设备的电力的电压波形、电流波形、电压值、电流量而在插座、分接头内部测量每个家电设备所需的(家电设备所需求)的实时的电力量、即需求电力量为基本。而且以下面示出的非常高的采样速率来进行该测量。在插座、分接头内的运算装置中运算该测量结果，并作为电压波形和电流波形的模式进行识别、分析。
[0133]关于供给到各家电设备的电力的电压波形和电流波形，大多每个家电设备具有不同的模式。也就是说，当前家电设备在内部具备切换电源、逆变器等的控制装置，因此在一个交流周期内的电流波形中，每个家电设备呈现出特征性的波形。因此，即使消耗功率相同，电压、电流波形也大多不同，通过在服务器等中预先将这种电压、电流波形的模式数据库化，能够识别与插座、分接头相连接的家电设备是哪个设备，或者能够检测每个家电设备的运转状况、故障的产生等。
[0134]而且，通过各智能分接头将识别、分析出的结果发送到服务器，在服务器中，基于各家电设备的运转状况、即哪个家电正在运转以及哪个家电的电源被接通、甚至根据需求电力量、能够供给的电力量、电设备的优先级等来进行判断，将用于根据需要来控制向个别的家电设备的供给电力量的信号发送到各智能分接头。能够通过包通信等来进行此时的发送。
[0135]然后，各智能分接头接收包，基于该命令来控制向所连接的家电设备的电力供给。因此，即使针对电源被接通后不久的家电设备，也能够不开始进行运转而一直保持待机状态到接收到电力供给的命令为止，还能够使运转中的家电设备成为断开状态，使所供给的电力削减或者增加。
[0136]下面，对本发明进行说明。
[0137]本发明中的智能分接头是所谓的台用分接头等智能分接头，既可以是与嵌入建筑物的壁面等的插座进行连接来使用的装置，也可以是嵌入建筑物的墙壁面、柱、天花板、地板、家具等的构造物、设备中的嵌入型插座，是通过将家电设备所具有的电源插头直接连接而能够对该家电设备供给电力的装置。这些智能分接头既可以是一个口，也可以是两个口，还可以是三个口以上，对其形状也不作特别地限制。而且作为与该插座、分接头相连接的家电设备，包括家庭、集体住宅用中使用的所谓的家电设备或者设置在办公室、楼房、出租房、医院、企业等的电设备等。
[0138]另外，可以对本发明的智能分接头连接用于将以往的两个口以上的所谓台用分接头、插座分支的分接头等，并将该台用分接头与多个家电设备相连接。即使在这种情况下，也能够经由直接连接有连接的多个家电设备的智能分接头来单独地检测、控制电设备。
[0139]另外，还能够在本发明的智能分接头上进一步连接两个口以上的本发明的智能分接头，此时，还能够使各个智能分接头发挥功能、或使其中某一个智能分接头发挥功能。
[0140]在本发明中的嵌入型智能分接头中，作为能够使用的电压波形测定单元，可以是测定实时的电压波形的公知的控制用的测定单元，在能够与电流波形测定单元同样地收纳到嵌入型智能分接头内的大小的范围内，能够采用任意的通用的测定单元。
[0141]在本发明中的嵌入型智能分接头中，作为能够使用的电流波形测定以及用于测量消耗功率的电流测量单元，可以是测定实时的电流波形的公知的控制用的测定单元，在能够收纳到嵌入型智能分接头内的大小的范围内，例如能够采用CT、分流器、罗果夫斯基线圈式等通用的测定单元。
[0142]另外，求出电力量的单元是用于根据所测定出的电流和电压的测量值来求出电力
量的单元。
[0143]作为本发明中的通信单元，基本是如下的单元:在家庭内与设置在其它场所的服务器之间，能够将电压波形、电流波形、处理这些波形而得到的数据、进而连接有电源插头的家电设备的属性以及用运算装置计算出的消耗电力量、家电设备被接通时的需求电力消息等后述EoD系统中的各种数据发送到服务器，并且接收控制在服务器中进行协调而得到的家电设备所需的数据、即相对于电源被接通而需要电力的供给的家电设备，对包括其它动作中的家电设备在内的各家电设备的电力供给的优先级以及需求电力量等进行运算而得到的结果、即对该家电设备的电力分配消息。
[0144]该通信可以是数据包通信，且以任意定时进行。
[0145]而且，通信单元能够具备水晶振荡器等振荡电路。
[0146]对于这种通信单元,能够使用ZigBee模块(例如2.4GHz、920MHz等)，还能够采用Z-Wave、Bluetooth (注册商标)、DECT (1.9Hz频带)、极超短波950MHz频带等其它公知的无线通信单元。
[0147]另外，除无线通信单元以外还能够利用PLC等来作为有线通信单元。
[0148]根据ZigBee标准，通信速度慢，但作为其标准的特征，通过充分利用网格型或者星型等网络中继功能，能够相对于其它智能分接头而作为中继器发挥功能。因此，能够灵活地扩展网络，通过针对由故障引起的通信路径障碍的自己修复性，能够与服务器之间可靠地收发数据。另外，消耗功率非常少，因此即使在建筑物中的所有插座设置了的情况下，也具有总消耗功率仍非常少的优点。
[0149]作为本发明的智能分接头中的通信单元的配置位置，尤其是当采用无线通信单元时，优选设为与插座并排的智能分接头的前表面的由树脂等不会屏蔽电波的材料构成的面板的内侧。在智能分接头被嵌入墙壁等的形式的情况下，其前表面朝向室内，因此从该无线通信单元发送来的通信数据直接朝向室内，向服务器等的到达性提高。相反，通过朝向室内的无线通信单元能够可靠地接收由服务器等发送来的信号。
[0150]关于本发明中的控制单元，是如下的单元:接收基于在服务器中运算出的结果的控制信号，来控制经由运算装置中的处理而供给到每个家电设备的电力量，而且还是对供给到家电设备的电力的切换以及供给电力量进行控制的单元。此外，在此该切换是使向家电设备的电力的供给停止或者开始。在本发明中，使用半导体继电器，特别是使用进行相位控制等的M0SFET。根据所连接的家电设备不同而所供给的电流不同，因此根据半导体器件本身的导通电阻值，而在插座、分接头的连接有电源插头的每一个口处商用电力为交流，因此作为至少一个或者两个以上能够设置4至8个左右的半导体器件。通常使用的国内家电设备的最大消耗功率是1500W为止，在日本普通的插座的电压为100V，因此如果考虑到15A为止的电流流经一个插座并考虑控制单元的发热量，则如下所述。此外，在日本的200V用插座、日本以外的插座的电压例如是200V的国家或地区，接通7.5A为止的电流。
[0151]作为半导体器件，能够利用三端双向开关、MOSFET甚至SSR(固态继电器继电器)等非零交叉方式的单元等。
[0152]特别是MOSFET的用于控制电力量的消耗功率小，因此发热量也少。关于M0SFET，在发热量方面三端双向开关更为理想，三端双向开关的导通电阻是0.1Ω，因此当15A、1.5kW时发热量是23.25W，例如在MOSFET的导通电阻为0.038 Ω的情况下，发热量为2.1ff,发热量明显降低。
[0153]作为M0SFET，能够使用S1、SiC、GaN等，并且更期望是导通电阻低的M0SFET。
[0154]由这些半导体器件进行的控制的共同的优点是其响应速度高，当对向家电设备供给的电力进行控制时，在要求尽可能快的响应速度的情况下极为有效。但是，在不要求较快的响应速度的情况下，作为控制单元还能够采用半导体继电器或者机械式继电器。例如，对于在需要新供给电力的家电设备开始运转之后，在规定的时间内不需要那么多的电力的情况，是充分利用该规定的时间而由机械式继电器控制向其它家电设备的电力供给等、在其它家电设备的控制中时间有富余的情况。在使用了机械式继电器的情况下，与MOSFET同样地控制时的发热量也少，因此对运算装置、通信单元造成的热的影响小。
[0155]本发明中的运算装置是微计算机等，是基于从电流波形测量单元得到的电流波形和电压波形测量单元来识别连接于插座的家电设备是哪个的运算装置，也是用于将电流波形和电压波形以及所连接的家电设备名称发送到服务器的运算装置。此外，还是根据通过电流波形测量以及电压波形测量而得到的有效电流和有效电压来计算有效电力量、即消耗电力量和需求电力量的运算装置。
[0156]对连接于这种插座的家电设备是何种设备来进行识别的阶段，例如能够在将家电设备连接于插座时进行等、将家电设备接通的时刻以前进行，或者也可以在将插座与家电设备相连接之后将家电设备接通时开始识别该家电是哪个。
[0157]此时，在将所连接的家电设备接通后不久自0.1或者0.5秒起经过2秒后，在智能分接头内测量电力波形并将其发送到服务器，由此通过与预先登记到该服务器内的电力波形进行对比，能够确定被接通的家电设备。
[0158]之后，也可以直接向该家电设备供给电力，另外也能够暂时使该家电设备为断开状态，在服务器内运算该期间要供给的电力并发送到该智能分接头，从而执行对该家电设备的电力供给或者停止执行电力供给。
[0159]此外，如果在连接到插座时进行家电设备的识别，则在之后将该家电设备接通时，能够极快地进行智能分接头的控制，但如果在将家电设备接通时对所连接的家电设备进行识别，则在将该家电设备接通之后且控制家电设备之前，略微需要时间。
[0160]并且，还具有向MOSFET等发送运算出的信号的功能，该MOSFET基于经由通信单元从服务器得到的作为供给消息的电压控制信号和电流控制信号来控制向连接有家电设备的插座的电力供给。
[0161]此外，在服务器中，对各家电设备的需求电力量和可从一个或者多个电源供给的电力进行协调的运算，基于家电设备的优先级来进行向家电设备的电力供给的控制，由此，对每个房屋等进行节电以及峰值消除。而且，能够使运转中的家电设备的运转停止、中断，或者削减向家电设备的供给电力，或者使供给电力增加。
[0162]其结果是，还能够对刚接通电源后不久的家电设备供给该家电设备所需求的电力，或者仅供给所需求的电力中的某种程度的电力，或者不供给需求的电力而等待家电设备的运转开始，直到进行之后的控制的定时为止。
[0163]基于智能分接头部件的寿命的观点，微计算机的周边温度可以是80°C以下，并且基于通信单元的寿命的观点，优选使MOSFET的发热量为8W以下。
[0164]并且，在将通信单元设置在不会引起通信障碍的插座插入口侧的正面的由树脂等非金属制材料构成的面板的背面侧的情况下，成为以下构造:能够将MOSFET的发热部经由绝缘性的散热材料、散热片、散热粘接片而在插座正面的相反侧的背面向金属壳体(Al等)或者金属性的散热器等散热。另一方面，在采用由引起通信障碍的金属构件构成的插座前表面构件的情况下，将通信单元内置于智能分接头，因此为了尤其抑制通信性的降低而选择树脂等非金属制的壳体。因此，MOSFET的发热量与上述金属壳体相比散热性变差，因此MOSFET的发热量优选为IW以下。
[0165]即，基于智能分接头的产品寿命、安全性的观点，为了使电力控制器件的发热为80°C以下，能够采用使向每个MOSFET的接通电流降低的并联连接构造、不会使接通电力降低的串联连接构造(也就是说每个插座采用两个电力控制器件)。
[0166]并且，能够将不会对通信单元造成影响的散热板构成在器件安装的内部而非智能分接头壳体本身，或者还能够考虑如下述那样将智能分接头的壳体制成金属制所产生的散热性，而将电力控制器件经由绝缘性散热片与壳体相连接。[0167]特别是如上所述，在将通信单元配置在智能分接头的由树脂等能够使电波通过的材料构成的前表面的面板的内侧的情况下，通信单元能够利用通过该面板的电波来进行通信，因此能够将智能分接头的壳体制成电波不会透过的金属制。
[0168]此时，该金属制的壳体兼具有作为散热板的作用，因此能够将FET等的控制单元经由绝缘性散热片(例如0.5W?20W/mK)等的公知的散热用材料连接于该壳体。其结果，能够使由该控制单元产生的热经由该绝缘性散热片从壳体向周围散热。在这种情况下，还能够在壳体的外部设置散热用的散热片等。此外，还能够取代金属壳体而使用由具有绝缘性的BN、ALN等的高热传导树脂复合材料构成的树脂来作为壳体。
[0169]因此，一个控制单元的发热量即使为8W左右，也能够通过从壳体向智能分接头外部散热来防止该通信单元的温度升高。
[0170]另外，关于检测家电设备的状态识别和异常(故障、漏电等)的检测单元，可以兼用作上述运算装置，但还能够与运算装置和控制单元分开设置。在这种情况下，检测单元是如下单元:当由运算装置运算出的电压波形和/或者电流波形示出了某种异常、来自服务器的信号所表示的数据也同样表示异常时，通过与普通的家电设备的状态比较来进行检测，其结果，当在家电设备的状态中发现异常时，如果需要也能够利用声音、光来显示异常的有无。
[0171]或者，在普通运转中将通过使用智能分接头而控制的消耗电力量、各家电设备的运转状况显示在用于电力可视化的显示器(TV、PC、监视器、便携式设备(智能手机、TABELT-PC)等中，当发生异常时还能够在该显示器中显示异常的发生，并通知给利用者。
[0172]这种家电设备的状态识别、异常的检测单元是如下单元:将家电设备与智能分接头相连接，使正常运转时的电力波形的图案预先存储到服务器等中，之后将家电设备的运转不正常时出现的电力波形与预先存储的该电力波形进行比较。
[0173]通过像这样进行检测，能够检测家电装置的故障、事故、漏电、配线的异常(漏电等)、智能分接头本身的异常。
[0174]根据这些结构构件，还能够设为具备如下构造的智能分接头。
[0175]在智能分接头的插座插入口侧的正面的非金属树脂材料的背面构成进行电力的测量、电流和电压波形的发送的无线器件。在这种情况下，通信器件的接收部的周边是非金属材料，因此通信性不会降低。另一方面，电力控制器件部的发热部设置在通信器件的更内侧，通过经由绝缘性等的散热材料(薄片、粘接片)向金属壳体、金属性散热器散热，能够使智能分接头内部以及壳体的温度为80°C以下。即，能够不损害分接头的通信性地抑制发热，不会降低分接头的各器件的寿命，能够不使用导通电阻小的电力控制器件而使用便宜的器件。
[0176]作为智能分接头的构造，在不会使通信性降低的非金属树脂的背面构成无线器件且其内侧设置电力控制器件的情况下，还能够利用高热传导且具有绝缘性的高热传导树脂复合材料的壳体，并经由具有绝缘性的散热材料而设置在发热部与该绝缘性高热传导树脂壳体之间。
[0177]由此，能够不损害通信性地减少发热，能够使用便宜的控制器件。
[0178]能够将通信器件设置在智能分接头的内部、尤其是金属等的通信障碍低的部分，例如在构成于侧面的构造的情况下，成为使用通信障碍低的树脂壳体的构造。因此，作为电力控制器件，通过选择发热量小、即导通电阻值小的器件能够使发热量为80°C以下。
[0179]并且，作为检测和通信单元，是如下单元:将设置在建筑物内的人感传感器、温度传感器、湿度传感器、风量传感器、照度传感器、上锁传感器等用于检测建筑物内的状态的公知的传感器中的任一个以上以及由该传感器得到的检测结果直接无线发送到服务器，或者无线发送到附近的智能分接头。
[0180]当使用这种检测和通信单元时，对从智能分接头发送到服务器的信息添加由该检测和通信单元发送至服务器的来自传感器的数据，基于这些信息在该服务器中进行处理，将该处理结果发送到本发明的智能分接头。
[0181]并且，还能够对本发明的智能分接头附加家电设备遥控功能。该家电设备本身具有控制电力的功能时的遥控功能是如下功能:是用于空调、电视、风扇、热地毯、室内天花板照明等的遥控，并且是通过遥控而对这些家电设备进行接通/断开或者其它运转调整的功能。作为这种家电设备遥控功能，能够采用红外线以及家庭自动化端子或者ECHONET Lite或者EC0HNET用通信接口等。
[0182]能够对智能分接头附加这种遥控功能，并且能够作为该电源插头的控制单元之一而发挥功能。在这种情况下，除了对所连接的家电设备进行来自电源插头的运转控制以外，还能够充分利用家电设备本身所具备的遥控运转功能，而且该遥控的操作不是由人直接进行，而是由本发明的智能分接头进行的控制的一环，因此能够基于来自服务器的控制信号更精确地进行作为目标的用于电力量削减、峰值电力削减的运转。
[0183]另一方面，作为家电设备，对于不具有控制其本身电力的功能的灯泡等的照明、水壶、冰箱、IHdnduction heating:感应加热)加热器、温水清洗便座、电咖啡壶等,不需要遥控功能，能够通过本发明的智能分接头的电力控制器件进行控制。
[0184]并且，当始终接通智能分接头时，智能分接头的消耗功率变得比家电的待机功率高，因此还能够具备由计时器、人感传感器等各种传感器、或者特定的电设备(例如商店等的室内照明)的接通/断开等引起的智能分接头的接通/断开功能、由所连接的家电设备的电源断开/接通引起的休眠&唤醒功能。特别是作为智能分接头的功能，如何激发家电的休眠状态成为进行电力的阈值设定的设计，例如进行IW?IOW的阈值设定，由此利用该阈值以上的电力能够从待机状态激发该家电。
[0185]为了确认这种接通/断开功能、休眠或者唤醒功能的动作状态，例如能够在智能分接头正面的外表面或者能够显示透射光的内表面上设置LED器件等。(能够利用LED等的点亮显示来进行确认。)
[0186]下面，对使用了本发明的智能分接头的能量信息化的EoD系统的构建、即、使用了本发明的电源插头的例子进行叙述。
[0187]根据本发明的智能分接头，考虑依次进行阶段1(能量消耗的可视化和人类行为的学习、观测)、阶段2 (EoD型电力网络的高度电力管理)、阶段3(家庭内纳米网格的电力着色)、阶段4 (区域纳米网格的能量的融通)。
[0188]在阶段I中，通过家庭内的能量消耗模式的可视化来实现消费者的节电意识的提高，并且通过进行各家电设备状态、使用的生活者的行为模式的学习、观测，来支持发现电力消耗的浪费和生活者的行为。
[0189]具体地说，在下面的阶段I?4所表示的利用状况下能够使用本发明的电源插头连接装置。
[0190](阶段 I)
[0191 ] 本发明中的电压波形测量单元、电流波形测量单元都能够采用测量交流电流的电压波形的公知的单元，以16bit、IOkHz?30kHz左右的高采样速率进行这些测量。
[0192]在运算装置中对由这种电压波形测量单元、电流波形测量单元得到的电压、电流波形进行处理，通过通信单元将该处理结果发送到服务器。作为此时的运算装置，优选采用内置有DSP (Digital Signal Processor:数字信号处理器)的微计算机等。
[0193]近年来的家电设备几乎都在内部具备切换电源、逆变器等高度的控制装置，因此在一个交流周期内的电流波形中按每个家电设备呈现特征性的波形。因此，即使是消耗功率相同的家电设备，通过与电流波形的模式进行比较也能够确定家电设备，或者确认家电设备的运转状况。
[0194]该功能是与仅进行电力的可视化的以往的智能分接头完全不同的功能，由于该功能，在运算装置中根据电压、电流波形的特征量来确定用于确定所连接的各家电设备的特征量。作为该特征量，例如是电流、电压波形的峰值、周期、基准时间点的矢量等，根据这种特征量也能够高精度地确定家电设备。
[0195]能够像这样地通过运算装置来导出特征量，并通过通信单元将这些特征量发送到服务器。如果假设没有导出特征量，则从其数据量看来，需要16bitX20, OOOHzX2=640, OOOHz的通信速度，因此不能以ZigBee的通信速度(最大250kbps)进行发送。如果想要提高通信速度，则基于小型化、低消耗功率化的观点，不能够采用使用宽带的通信单元。
[0196]在ZigBee的情况下，以一个数据包的形式在最长78位的长度可变的有效载荷中附加接收地址和发送地址、数据长度等的报头及校验和来进行发送。此时，对有效载荷部设置设定命令、属性并进行收发。例如，本发明的智能分接头所接收的命令是16bit，设定值是Obit?592bit，发送的数据的格式是16bit，获取时刻是32bit，数据部是16bit?576bit。
[0197]如上述那样，由于通信速度上的限制而无法将数据量多的电压、电流波形的原始的数据以原有的状态进行发送，但通过进行特征提取用的表设定，能够在智能分接头内的运算装置中计算并求出电压、电流波形的特征量。此时，足以确定各家电设备并确认家电设备的运转状况的特征量不多。
[0198]下面，分为家电设备的(I)特征学习步骤、(2)家电设备学习步骤、(3)家电设备识另Ij步骤，来说明各自的通信。
[0199](I)特征学习步骤
[0200]使用通过对预先从多个家电设备收集到的电流波形进行主要成分分析而得到的固有矢量，用由电流波形测定得到的电流波形测定结果与固有矢量的内积来求出特征量。如图1所示，每个家电设备的电压波形和电流波形因家电设备的不同而不同，因此对这些波形的特征进行分析在确定为家电设备方面是必要的。
[0201]求出特征量的条件不依赖于各个家电设备，因此事先学习用于求出特征量的比较用数据并保存到本发明的智能分接头的运算装置等。
[0202]另外，作为预先从智能分接头向服务器发送电压、电流波形时的消息，例如设为波形信息为WH=16bit、获取时刻为32bit、周期为16bit，以WD为16bit、index为16bit、数据数为16bit、电压⑴为16bit、电流⑴为16bit、电压(i+k)为16bit、电流(i+k)为16bit作为格式来表示波形数据，作为将特征提取表设定于智能分接头的消息的格式，表信息是FH为15bit、特征编号为8bit、周期为16bit，作为表数据，FD为16bit、index为16bit、数据数为16bit、表⑴为16bit、表(i+k)为16bit。
[0203]观察这些数据量可知，并非收纳于一个包，因此在智能分接头的内部存储器中保持了一个周期的量之后，分割为多个包进行发送。波形信息以附加有标识符WH的包的形式进行发送，之后将数据部以多个包的形式与标识符WD、开始index、数据数一起发送到服务器。
[0204]与特征提取表的设定同样地，将用标识符FH表示的表信息、用标识符FD表示的数据部分割为多个数据包并发送到服务器。
[0205](2)家电设备学习步骤
[0206]在学习个别家电设备的步骤中，使用在智能分接头中提取出的特征量进行学习，因此仅发送少量的特征量即可。
[0207]作为特征量提取消息的格式的例子，DF是16bit、获取时刻是32bit、执行电压是32bit、有效电流是32bit、有效电力是32bit、累计电力量是32bit、特征量是32bitX4、周期是16bit。作为表示数据的种类的标识符而使用DF，将获取时刻、有效电压、有效电力以及累计电力量这四个特征量和周期共计320bit作为一个消息放入ZigBee的一个数据包并统一发送到服务器。另外，也可以将电流波形、电压波形作为特征量发送到服务器。
[0208](3)家电设备识别步骤
[0209]在家电设备识别步骤中，与家电设备学习步骤同样地，使用在智能分接头内部提取出的少量的特征量在服务器中进行识别。此时，与家电设备学习步骤同样地，通过特征提取消息进行学习。
[0210](阶段2)
[0211]在阶段I中，在通过家电设备的特征识别家电设备之后，转移到阶段2。
[0212]在阶段2中，通过称为EoD的电力管理技术来更积极地实现消耗能量的削减，该EoD是指用于电力供给的服务器根据电力的供给状态、使用家电设备的使用优先级一边进行协调一边控制向家电设备的电力供给。
[0213]EoD是以下结构:当接通家电设备的负载设备的电源时，使总是提供所需的电力的在此之前的电力网络的结构发生根本性地转换，确定各设备的优先顺序并在该设备中协调可利用的电力使用量、时间，并以Best Effot(最佳工作量)进行分配。
[0214]在阶段2中，在房屋、建筑物、设施中，对从附加有系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等的多个电源选择出的单个电源所对应的需要协调协议进行定义。以下示出EoD的需要协调协议的过程。
[0215]A.从智能分接头向服务器每隔固定时间通过双向的数据包通信来发送家电设备等侧的电力需求消息。该电力需求消息包含连接于智能分接头的家电设备进行运转时所需的电力量和/或者运转中依次需要的电力量。
[0216]B.服务器基于当前的可供给量和/或者在阶段I中获得的家庭的生活模式、各家电设备等的消耗电力量、计划的电力量与消耗的电力量之差等，来决定发送了电力需求消息的家电设备以及动作中的家电设备(负载设备)的优先顺序。[0217]C.按照负载设备的优先顺序，通过双向的数据包通信对各设备发送包含允许的电力使用量、时间的电力分配消息、或者对不能供给电力的设备发送拒绝消息。允许使用电力的家电设备进行如下运转:使运转开始或者继续、或者使消耗电力量降低/或者增加。
[0218]D.允许使用电力的家电设备以允许的电力来在允许时间进行动作。被拒绝使用电力的家电设备在固定时间之后发出再分配请求(EoD)。
[0219]该一系列工序并非如下工序:当通过使用者的操作或者传感器、计时器等的程序将家电设备的电源接通时，首先对该家电设备供给用于使家电设备运转的电力。首先将各家电设备的需求电力量的数据包从智能分接头发送到服务器，在接收到数据包的服务器中，判断来自一个电源或者多个电源的供给能力，如果能够供给，则将供给的意思的控制信号送回智能分接头。
[0220]在接收到该控制信号的智能分接头中，根据该控制信号开始或者停止对所连接的家电设备供给电力。
[0221]如果进一步详细地说明该一系列处理中的服务器内的处理、向家电设备供给电力的判断，则考虑在服务器内能够从一个电源或者多个电源供给的电力量，来判断向家电设备的电力供给。
[0222]特别是在能够供给的电力相对于有可能使用的家电设备的使用电力的和没有富余的情况下，在此时进行限制电力的上限等的峰值消除时，根据需要来依次更新运转中的家电设备的优先级的顺序等的信息，当将电源接至新的电设备时，除了该新的电设备以外还更新各家电设备的优先级的顺序，基于可供给的电力量和家电设备的优先级的顺序来判断是否对重新接入电源的家电设备供给电力。
[0223]并且，作为还结合生活者的行为模式来向服务器内的家电设备进行电力供给的判断材料，还能够考虑优先级的顺序，通过学习生活者的行为模式，预先在服务器内生成电力使用模型并生成电力使用计划。接着，实时地不断求出瞬时的峰值电力，将该峰值电力与该电力使用计划进行比较，由此还能够控制各家电设备的峰值电力的累计值，以使其不超过所供给的电力、该电力使用计划的电力。
[0224]在该方法中，通过由使用者自己来设定可供给的最大电力量，能够进行所需的使用电力削减。
[0225]这样，通过实现EoD系统，能够考虑各个家电设备的电源的特性、电力来决定家电设备的优先顺序，并且能够针对优先顺序低的家电设备停止或者削减电力供给。
[0226]作为被组装到EoD系统的设备，存在作为需求者侧的设备的家电设备、作为供给者侧的设备的电源设备以及暂时蓄积电力的蓄电池这三种。
[0227]在阶段2中，为了对一个电源进行需求者侧的协调而在下面列举家电设备，并将进行何种控制分为三类。
[0228]A.调整-在照明、吹风机等的情况下，对于需求的电力，即使某种程度上削减供给电力量会使性能多少降低，但在实际应用时几乎不会造成影响。对于这种设备，不供给设备侧所需求的电力，能够削减供给电力。
[0229]B.待机-关于洗衣机、电饭煲等在启动之后自动动作固定时间的家电设备，如果在目标结束时刻内完成动作，则也可以使启动定时延迟。对于这种家电设备，能够错开从请求启动的时刻起直到实际启动为止的定时。[0230]C.暂时停止-关于空调、冰箱等控制热的家电设备，即使短时间停止也能够保持温度，因此能够在动作中暂时停止。
[0231]如果考虑各个家电设备包含或者不包含于这些A~C的分类中的每个类，能否包含于这三种类别的情况，则能够共计分为八种。关于不包含于这些类别中的任一个的家电设备，不可或缺的是无论在何种情况下都需要进行动作，可以说这种家电设备是最应该进行电力供给的优先级高的家电设备。
[0232]将像这样进行分类而得到的结果表示在表1中。
[0233][表 I]
[0234]
【权利要求】
1.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于，具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、通信单元、控制单元以及运算装置，其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元，该通信单元是如下单元:该单元将该电压波形和该电流波形或者将对这些波形进行处理而得到的结果向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号，控制单元是基于该控制信号来对向家电供给的电力的切换以及供给电力量进行控制的单元。
2.根据权利要求1所述的智能分接头，其特征在于， 控制单元还具有以下功能:基于从服务器接收到的与能够供给的电力量有关的数据来控制向连接有电源插头的各家电的供给电力量，并且该控制单元具备:检测单元，其对从该电压波形测量单元和该电流波形测量单元得到的波形进行分析来识别各家电的状态和检测各家电的异常；以及检测和通信单元，其将来自设置于建筑物内的传感器的检测结果向该服务器发送。
3.根据权利要求1或2所述的智能分接头，其特征在于， 用于从多个电源接收供给。
4.根据权利要求1或2所述的智能分接头，其特征在于， 智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相连接的分接头。
5.根据权利要求3所述的智能分接头，其特征在于， 将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入到设施，并设置在该设施中。
6.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于， 该智能分接头具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、用于测量消耗电力量的电流测量单元及电压测量单元、运算装置以及通信单元， 其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电设备分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元， 该电流测量单元和该电压测量单元对向各家电设备供给的电流和电压进行测量， 该运算装置是根据在该电流测量单元和该电压测量单元中测量而得到的电流值和电压值来求出消耗电力量的单元， 该通信单元是如下的单元:该单元将该电压波形、该电流波形和/或各家电设备的测量及计算出的该消耗电力量向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号。
7.根据权利要求6所述的智能分接头，其特征在于， 作为通过遥控操作而具有电力控制功能的家电设备用途，具备家电设备的遥控功能，能够基于来自服务器的电力削减的请求，经由该家电设备的遥控功能调整向家电设备的电力供给量以及对家电设备进行接通和断开控制。
8.根据权利要求6或7所述的智能分接头，其特征在于，用于从多个电源接收供给。
9.根据权利要求6或7所述的智能分接头，其特征在于， 智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相连接的分接头。
10.根据权利要求8所述的智能分接头，其特征在于， 将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入到设施，并设置在该设施中。
11.一种智能分接头，一个或者两个以上的电源插头能够插入该智能分接头，该智能分接头的特征在于， 该智能分接头具备电压波形测量单元、电流波形测量单元、用于测量消耗电力量的电流测量单元及电压测量单元、运算装置、通信单元以及控制单元， 其中，该电压波形测量单元和该电流波形测量单元是对经由所连接的各个电源插头向一个以上的家电设备分别供给的电力的电压波形和电流波形进行测量的单元， 该电流测量单元和该电压测量单元对向各家电设备供给的电流和电压进行测量，该运算装置是根据在该电流测量单 元和该电压测量单元中测量而得到的电流值和电压值来求出消耗电力量的单元， 该通信单元是如下的单元:该单元将该电压波形、该电流波形和/或各家电设备的测量及计算出的该消耗电力量向设置于与智能分接头不同的场所的服务器发送，并且接收基于由该服务器运算出的结果的控制信号， 控制单元是基于该控制信号来控制向家电设备供给的供给电力量的单元。
12.根据权利要求11所述的智能分接头，其特征在于， 控制单元具有基于从服务器接收到的与能够供给的电力量有关的数据来控制向连接有电源插头的各家电设备的供给电力量的功能， 并且，该控制单元具备检测单元，该检测单元对从该电压波形测量单元和该电流波形测量单元得到的波形进行分析，来识别各家电设备的状态和检测各家电设备的异常， 并且，通信单元具有接收设置在建筑物内的传感器的检测结果和/或来自家电设备的控制信号并向该服务器发送的功能。
13.根据权利要求11或12所述的智能分接头，其特征在于， 作为通过遥控操作而具有电力控制功能的家电设备用途，具备家电设备的遥控功能，能够基于来自服务器的电力削减的请求，经由该家电设备的遥控功能调整向家电设备的电力供给量以及对家电设备进行接通和断开控制。
14.根据权利要求11所述的智能分接头，其特征在于， 该控制单元包括半导体继电器或者机械式继电器或者半导体器件。
15.根据权利要求14所述的智能分接头，其特征在于， 将该通信单元设置在智能分接头的插座插入口侧的正面的由非金属材料构成的面板的背面，为了散热而将该控制单元的发热部隔着绝缘性传热构件固定在壳体上。
16.根据权利要求14或15所述的智能分接头，其特征在于， 该控制单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
17.根据权利要求16所述的智能分接头，其特征在于，该金属氧化物半导体场效应晶体管的发热量是8W以下。
18.根据权利要求17所述的智能分接头，其特征在于， 该金属氧化物半导体场效应晶体管的发热量是IW以下。
19.根据权利要求11或12所述的智能分接头，其特征在于， 用于从多个电源接收供给。
20.根据权利要求11或12所述的智能分接头，其特征在于， 智能分接头是嵌入房屋的墙壁部、天花板部、地板部等的嵌入型插座，或者是与嵌入型插座、分接头相 连接的分接头。
21.根据权利要求19所述的智能分接头，其特征在于， 将从系统电力、太阳光发电(PV)、风力发电、小水力发电、燃料电池、蓄电池等多个电源选择出的一个电源或者多个电源引入到设施，并设置在该设施中。
【文档编号】H02J13/00GK103733475SQ201280038923
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2011年8月8日
【发明者】稗田嘉弘, 青木洋之, 松山隆司, 加藤丈和 申请人:日东电工株式会社