JP2001319815A - 信号注入・抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用周波数等の低周波数の大電流が流された
電線に高周波信号を安定したレベルで注入することがで
き、またはその電線から高周波信号を安定したレベルで
抽出することが可能な信号注入・抽出装置を提供する。 【解決手段】 高周波信号注入・抽出装置１００は、電
線１０１の外周面の周囲に配置された環状の強磁性体コ
ア１０２と、電線１０１に流れる高周波信号を抽出し、
または電線１０１に高周波信号を注入するために強磁性
体コア１０２の外周面の周囲に巻かれ、高周波数の電流
が流れるように構成された高周波信号注入・抽出用巻線
１０３と、強磁性体コア１０２の外周面の周囲に巻か
れ、商用周波数等の低周波数の電流が流れるように構成
された磁界キャンセル用巻線１０４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、信号注入・抽出
装置に関し、より特定的には、非接触の状態で電線に高
周波信号を注入し、または非接触の状態で電線から高周
波信号を抽出する高周波信号注入・抽出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、非接触の状態で電線に電気信
号を注入し、または電線から電気信号を抽出するために
は、強磁性体のコアを用いたトランス構造の装置が用い
られている。

【０００３】図４は、従来の高周波信号注入・抽出装置
の構成を概念的に示す斜視図である。図４に示すよう
に、高周波信号注入・抽出装置５００は、電線５０１の
周りを囲むように配置された強磁性体コア５０２を備え
ている。強磁性体コア５０２の外周面の周囲には高周波
信号注入・抽出用巻線５０３が配置されている。一般
に、微小な高周波電流の信号を注入または抽出するため
には、強磁性体コア５０２として高い透磁率を有しかつ
高い周波数の領域で低損失の特性を示すフェライトコア
が用いられる。環状の強磁性体コア５０２は半割れ等、
一体構造でなくてもよい。

【０００４】図４に示される高周波信号注入・抽出装置
５００を用いて電線５０１に高周波信号を注入する場合
に、まず、巻線５０３に高周波信号として高周波電流を
流す。巻線５０３に流れる高周波電流によって強磁性体
コア５０２に微小な磁界が発生し、印加される。この磁
界と強磁性体コア５０２の透磁率に応じて、電線５０１
に高周波電流が流れ、高周波信号が注入される。

【０００５】また、図４に示される装置５００を用いて
電線５０１に流れる高周波電流すなわち高周波信号を抽
出する場合に、まず、電線５０１に流れる高周波電流に
よって強磁性体コア５０２に微小な磁界が発生し、印加
される。この磁界と強磁性体コア５０２の透磁率に応じ
て巻線５０３に流れる高周波電流すなわち高周波信号を
抽出する。

【０００６】以上のようにして、高周波信号の注入と抽
出が行なわれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高周波信号注入・抽出
装置を構成する強磁性体コアの透磁率は、一般的に、印
加される磁界によって変化し、常に一定ではないという
特性を有する。

【０００８】図４の装置において、注入または抽出の対
象である高周波信号すなわち高周波電流以外に５０Ｈｚ
または６０Ｈｚの商用周波数の大電流を電線５０１に流
す場合がある。この場合、電線５０１に流れる商用周波
数の大電流によって強磁性体コア５０２に生じ、印加さ
れる磁界が大きく変化する。このため、強磁性体コア５
０２の透磁率がその大きな磁界によって変化する。その
結果、強磁性体コア５０２の透磁率に応じて巻線５０３
で検出される高周波信号すなわち高周波電流のレベルが
変動する。

【０００９】また、商用周波数の大電流によって発生す
る磁界が強磁性体コア５０２に印加されることによっ
て、強磁性体コア５０２が飽和磁化されると、巻線５０
３によって高周波信号を検出することが不可能となる。

【００１０】なお、商用周波数の大電流による磁界で強
磁性体コアが飽和磁化されるのを防止する方法として、
高周波信号注入・抽出用巻線を強磁性体コアの外周面の
周りに配置するのではなく、磁界による作用と無関係な
巻芯材、たとえばゴムや樹脂等の材料からなる巻芯材の
周りに巻線を配置することが考えられる。しかしなが
ら、この場合、巻線の巻数が非常に多くなり、装置が大
型化し、また作業性が悪化するという問題が発生する。
装置を小型化するために巻線の太さを細くすると、巻線
の実効的な電気抵抗が増加する。その結果、高周波信号
の感度が悪化し、高周波数領域での損失が大きくなり、
周波数特性も悪化するという問題が発生する。

【００１１】そこで、この発明の目的は、商用周波数等
の低周波数の大電流を電線に流す場合においても、電線
への高周波信号の注入と電線からの高周波信号の抽出を
安定したレベルで行なうことが可能な高周波信号注入・
抽出装置を提供することである。

【００１２】また、この発明のもう１つの目的は、注入
または抽出の対象以外の周波数の電流を電線に流す場合
において、電線への所定の周波数帯域の信号の注入また
は抽出を安定したレベルで行なうことが可能な信号注入
・抽出装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に従った信号注
入・抽出装置は、環状の強磁性体と、第１の巻線と、第
２の巻線とを備える。環状の強磁性体は、線状導体の外
周面の周囲に配置されている。第１の巻線は、線状導体
に流れる第１の周波数の信号を抽出し、または線状導体
に第１の周波数の信号を注入するために環状強磁性体の
外周面の周囲に巻かれ、第１の周波数の電流が流れるよ
うに構成されている。第２の巻線は、環状強磁性体の外
周面の周囲に巻かれ、第１の周波数と異なる第２の周波
数の電流が流れるように構成されている。

【００１４】上記のように構成された信号注入・抽出装
置を用いて第１の周波数の信号を抽出する場合に、ま
ず、線状導体に第１の周波数の電流と第２の周波数の電
流とが流れているとする。このときに、抽出の対象以外
の第２の周波数の電流によって環状強磁性体に磁界が発
生し、印加される。第２の巻線には、上記の磁界による
誘導電流が上記の磁界をキャンセル（相殺）する方向に
電流が流れる。この場合、環状強磁性体に発生し、印加
される磁界はキャンセルされ、その磁界によって環状強
磁性体は飽和磁化されることもない。一方、抽出の対象
である第１の周波数の電流によって環状強磁性体に磁界
が発生し、印加される。しかしながら、第２の巻線のイ
ンダクタンスと表皮効果による第２の巻線の電気抵抗値
の実効的な増加によって、この磁界を打消す方向の電流
は第２の巻線に対して、極端に抑制される。これによ
り、線状導体に流れる第１の周波数の電流によって環状
強磁性体に印加された磁界と環状強磁性体の透磁率に応
じて第１の巻線に第１の周波数の電流が流れる。その結
果、線状導体に流された抽出の対象以外の第２の周波数
の電流に影響されずに、第１の巻線によって第１の周波
数の電流すなわち第１の周波数の信号を安定したレベル
で抽出することが可能となる。

【００１５】また、上記のように構成された装置を用い
て第１の周波数の信号を線状導体に注入する場合、ま
ず、線状導体には第２の周波数の電流が流れているとす
る。この第２の周波数の電流によって環状強磁性体に発
生し、印加される磁界は、上述と同様にしてキャンセル
（相殺）される。一方、第１の巻線には注入の対象とな
る第１の周波数の電流を流す。この第１の周波数の電流
によって環状強磁性体に発生し、印加される磁界と環状
強磁性体の透磁率に応じて線状導体に第１の周波数の電
流が流れる。このようにして、線状導体に流された第２
の周波数の電流に影響されずに、第１の周波数の電流す
なわち第１の周波数の信号を第１の巻線から線状導体に
安定したレベルで注入することが可能になる。

【００１６】好ましくは、この発明の信号注入・抽出装
置において、注入または抽出の対象となる第１の周波数
は相対的に高い周波数であり、注入または抽出の対象以
外の第２の周波数は相対的に低い周波数であるのが好ま
しい。より好ましくは、第２の周波数は、たとえば５０
Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用周波数である。

【００１７】また、この発明の信号注入・抽出装置は、
第２の巻線に所定の周波数の電流を流すための電気回路
手段をさらに備えるのが好ましい。この場合、第２の巻
線に流される所定の周波数の電流は、線状導体に流され
たその所定の周波数の電流によって環状強磁性体に発生
し、印加された磁界をキャンセル（相殺）することがで
きる。これにより、線状導体に流された広範囲の周波数
帯域の電流のうち、所望の周波数帯域の信号のみを線状
導体から第１の巻線に抽出することができ、あるいは第
１の巻線から線状導体に注入することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、この発
明の１つの実施の形態として高周波信号注入・抽出装置
の構成を概念的に示す図である。

【００１９】図１に示すように、高周波信号注入・抽出
装置１００には、電線１０１の周りを囲むように環状の
強磁性体としてフェライト等からなる強磁性体コア１０
２が配置されている。すなわち、線状導体として電線１
０１は、環状強磁性体として強磁性体コア１０２の中心
を貫通するように配置されている。第１の巻線として高
周波信号注入・抽出用巻線１０３は、たとえば２ターン
で強磁性体コア１０２の外周面の周囲に巻かれている。
また、第２の巻線として磁界キャンセル用巻線１０４が
強磁性体コア１０２の外周面の周囲に巻かれ、短絡した
１つの環状の形態で配置されている。磁界キャンセル用
巻線１０４は、図１においては１つの環状巻線で示され
ているが、複数個の環状巻線の形態で配置されてもよ
い。また、磁界キャンセル用巻線１０４は、一般の被覆
付電線、エナメル線、裸線または銅板等のいずれの形態
で構成されてもよく、少なくとも導体を含むものであれ
ばよい。環状の強磁性体コア１０２は半割れ等、一体構
造でなくてもよい。

【００２０】なお、磁界キャンセル用巻線１０４は、強
磁性体コア１０２の中心を貫通する電線１０１と同等の
低周波電流、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用周
波数の電流が流れるように構成されるのが好ましい。ま
た、磁界キャンセル用巻線１０４に電流が流れることに
よる発熱を抑制するように巻線を構成するのが好まし
い。以上のことから、磁界キャンセル用巻線１０４の断
面積は、電線１０１の断面積と同等程度、または同等程
度以上であることが望ましい。

【００２１】以上のようにして構成された図１の装置１
００を用いて、電線１０１に低周波数の大電流と高周波
信号すなわち高周波数の電流とが伝送されている場合
に、巻線１０３によって高周波信号を抽出する動作につ
いて説明する。電線１０１には低周波数の大電流が流れ
ているので、その電流によって強磁性体コア１０２に磁
界が発生し、印加される。このとき、巻線１０４に流れ
る誘導電流は、上記の磁界を相殺する方向に流れる。こ
のため、低周波数の大電流によって強磁性体コア１０２
に発生し印加された磁界が打消され、その磁界によって
強磁性体コア１０２は飽和磁化されることもない。

【００２２】一方、電線１０１には高周波信号すなわち
高周波数の電流も流れている。この高周波数の電流によ
って強磁性体コア１０２に微小な磁界が発生し、印加さ
れる。しかしながら、磁界キャンセル用巻線１０４のイ
ンダクタンスと磁界キャンセル用巻線１０４における表
皮効果による実効的な電気抵抗の増加とによって、高周
波数の電流によって発生する磁界を相殺する電流は磁界
キャンセル用巻線１０４に対して、極端に抑制される。
したがって、高周波数の電流によって発生した微小な磁
界は強磁性体コア１０２に印加されたままの状態であ
る。この微小な磁界と強磁性体コア１０２の透磁率に応
じて巻線１０３に高周波数の電流すなわち高周波信号が
検出される。これにより、高周波信号とともに電線１０
１に伝送された低周波数の大電流に影響されずに、電線
１０１から巻線１０３へと高周波信号を安定した検出レ
ベルで抽出することが可能となる。

【００２３】次に、図１に示された装置１００を用い
て、電線１０１に低周波数の大電流が流れた状態におい
て巻線１０３から電線１０１に高周波信号を注入する場
合の動作について説明する。この場合においても、上述
と同様にして、電線１０１に流された低周波数の大電流
による磁界は磁界キャンセル用巻線１０４によって打消
される。したがって、巻線１０３に伝送された高周波信
号は、電線１０１に流れる低周波数の大電流に影響され
ずに、強磁性体コア１０２に発生し印加された微小な磁
界と強磁性体コア１０２の透磁率に応じて電線１０１に
安定したレベルで注入され得る。

【００２４】（実施の形態２）図２は、この発明のもう
１つの実施の形態として信号注入・抽出装置の構成を概
念的に示す図である。

【００２５】図２に示すように、信号注入・抽出装置２
００は、線状の導体としての電線２０１の周囲に配置さ
れた環状導体として強磁性体コア２０２と、信号注入・
抽出用巻線２０３とを備えている。磁界キャンセル用巻
線２０４は、図１の装置と同様に強磁性体コア２０２の
外周面の周囲に巻かれるように構成されているが、短絡
した環状の形態ではなく、外部回路２０５に接続されて
いる。磁界キャンセル用巻線２０４は、図２においては
１ターンで巻かれた形態を有しているが、複数ターンで
強磁性体コア２０２の外周面の周囲に巻かれていてもよ
い。外部回路２０５は、磁界キャンセル用巻線２０４に
特定の周波数の電流を流すために設けられる。

【００２６】図２に示される装置２００において、電線
２０１に広範囲の周波数帯域の電流が伝送されている場
合について説明する。このとき、磁界キャンセル用巻線
２０４には外部回路２０５によって特定の周波数の電流
が流されている。電線２０１に流された広範囲の周波数
帯域の電流のうち、上記の特定の周波数の電流による磁
界が強磁性体コア２０２に発生し、印加される。外部回
路２０５から磁界キャンセル用巻線２０４に流される電
流は、上記の磁界を相殺する方向に流れている。このた
め、特定の周波数の電流によって強磁性体コア２０２に
発生し印加された磁界のみが打消されることになる。こ
れにより、その特定の周波数のみを除いた周波数帯域の
電流による磁界は強磁性体コア２０２に印加されたまま
の状態である。この磁界と強磁性体コア２０２の透磁率
に応じて、特定の周波数のみを除いた所望の周波数帯域
の電流のみ、すなわち所望の周波数帯域の信号のみを巻
線２０３に抽出し、検出することが可能となる。このよ
うにして、本発明の装置を用いることによって、電線に
伝送される広範囲の周波数の信号から、所定の周波数帯
域の信号のみを選択的に検出することができる。

【００２７】なお、図２の装置を用いて、広範囲の周波
数帯域の信号を伝送する巻線２０３から、所定の周波数
帯域の信号のみを電線２０１に注入することも、上記と
同様にして可能である。

【００２８】図１と図２に示される装置では、１個の強
磁性体コアを用いているが、信号注入・抽出の感度を高
めるために複数個の強磁性体コアを用いてもよい。

【００２９】

【実施例】図３は、上記の発明の実施の形態１に従った
高周波信号注入・抽出装置の１つの実施例の構成を概念
的に示す図である。

【００３０】図３に示すように、電線１には、交流電源
３４から２００Ｖの電圧が摺動電圧調整器３３を介して
給電線３２を通じて通電トランス３１に供給される。通
電トランス３１によって電線１に商用周波数の電流とし
て６０Ｈｚの電流Ｉを矢印で示す方向に１００Ａ流し
た。電線１の断面積は１００ｍｍ²であった。電線１に
おいて所定の距離を隔てた２箇所に高周波信号注入装置
１０と高周波信号抽出装置２０を配置した。

【００３１】高周波信号注入装置１０は、電線１の周り
を囲むように配置された強磁性体コア１２と、強磁性体
コア１２の外周面の周囲に２ターンで巻かれた高周波信
号注入用巻線１３とを備えている。巻線１３には信号発
生器１５から１Ｖ_PPで周波数１５ＭＨｚの正弦波を供給
した。強磁性体コア１２の外周面の周囲には、短絡した
環状の磁界キャンセル用巻線１４を８個配置した。

【００３２】また、高周波電流抽出装置２０は、電線１
の周りを囲むように配置された強磁性体コア２２と、強
磁性体コア２２の外周面の周囲に２ターンで巻かれた高
周波信号抽出用巻線２３とを備えている。巻線２３に
は、抽出される高周波信号を観察するためにオシロスコ
ープ２５を接続した。強磁性体コア２２の外周面の周囲
には、短絡した環状の磁界キャンセル用巻線２４を８個
配置した。

【００３３】磁界キャンセル用巻線１４と２４を構成す
る各環状の巻線の線材の断面積は５．５ｍｍ²であっ
た。また、各環状の巻線の長さは約１５ｃｍであった。

【００３４】以上のようにして構成された実験装置を用
いて、電線１に６０Ｈｚの周波数の電流を１００Ａ流し
た状態で高周波信号注入装置１０によって周波数１５Ｍ
Ｈｚの信号を電線１に注入した。電線１に注入された信
号を高周波信号抽出装置２０によって抽出し、オシロス
コープ２５で観察したところ、周波数１５ＭＨｚの正弦
波の検出される信号のレベルが変動せず、安定している
ことを確認した。

【００３５】以上に開示された実施の形態や実施例はす
べての点で例示的に示されるものであり、制限的なもの
ではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以
上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によ
って示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内
でのすべての修正や変形を含むものであると解釈される
べきである。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、抽出ま
たは注入の対象以外の周波数帯域の電流が伝送された電
線から、所定の周波数の信号を安定したレベルで抽出す
ることができ、また電線に安定したレベルで注入するこ
とができる。特に、商用周波数のような低周波数の大電
流と高周波信号とが伝送された電線から、低周波数の大
電流によって影響されずに高周波信号のみを安定した検
出レベルで抽出することができ、または商用周波数のよ
うな低周波数の電流が伝送された電線に安定したレベル
で高周波信号を注入することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の１つの実施の形態として高周波信
号注入・抽出装置の構成を概念的に示す図である。

【図２】 この発明のもう１つの実施の形態として信号
注入・抽出装置の構成を概念的に示す図である。

【図３】 この発明の１つの実施例として高周波信号注
入・抽出装置の実験レベルでの構成を概念的に示す図で
ある。

【図４】 従来の高周波信号注入・抽出装置の構成を概
念的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１０１，２０１ 電線、１２，２２，１０２，２０
２ 強磁性体コア、１３ 高周波信号注入用巻線、２３
高周波信号抽出用巻線、１４，２４，１０４，２０４
磁界キャンセル用巻線、１００ 高周波信号注入・抽
出装置、１０３高周波信号注入・抽出用巻線、２００
信号注入・抽出装置、２０３ 信号注入・抽出用巻線、
２０５ 外部回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線状導体の外周面の周囲に配置された環
   状の強磁性体と、 線状導体に流れる第１の周波数の信号を抽出し、または
   線状導体に第１の周波数の信号を注入するために前記環
   状強磁性体の外周面の周囲に巻かれ、前記第１の周波数
   の電流が流れるように構成された第１の巻線と、 前記環状強磁性体の外周面の周囲に巻かれ、前記第１の
   周波数と異なる第２の周波数の電流が流れるように構成
   された第２の巻線と、を備える、信号注入・抽出装置。
2. 【請求項２】 前記第１の周波数は相対的に高い周波数
   であり、前記第２の周波数は相対的に低い周波数であ
   る、請求項１に記載の信号注入・抽出装置。
3. 【請求項３】 前記第２の周波数は商用周波数である、
   請求項２に記載の信号注入・抽出装置。
4. 【請求項４】 前記第２の巻線に所定の周波数の電流を
   流すための電気回路手段をさらに備える、請求項１に記
   載の信号注入・抽出装置。