JP2006295247A - 電力線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本の電力線間に高周波的に短絡するバイパス部を、インジェクション部の近傍で且つ対向モデムと反対側に備えることにより、インジェクション部から流出する反対方向の高周波信号を効率良く対向モデム側に誘導して、通信効率を高めた電力線通信システムを提供する。
【解決手段】 この電力通信システム１００は、高圧配電線である主幹電力線３０の電圧を降圧して商用電力に変換する変圧器３２の２次側に、送信すべき信号を重畳し、受信すべき信号を抽出するインジェクション部３と、商用周波数を阻止し対向モデム８に対して反対側に流れる高周波信号１１は通過させる特性を有するバイパス部４と、インジェクション部３に送信すべき高周波信号７を信号線９を介して送信するモデム６と、モデム６と信号の送受を行う対向モデム８と、を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力線通信システムに関し、さらに詳しくは、電力線に高周波信号を磁気結合して重畳及び抽出する方法に関するものである。

家庭内に引き込まれている電力線を用いた通信システムを構築する場合、高周波信号（１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯）を電力線に重畳させる手段が必要となる。その一つとして図３に示すようなフェライトコア５１を用いてインジェクションする方法がある。この方法は、家庭内に引き込まれている電力線５０のそれぞれにフェライトコア５１を用いて電力線５０と信号線５２とを挟み込み、モデム５３から信号線５２を介して送信した高周波信号を磁気結合により電力線５０に重畳するものである。またモデム５３が高周波信号を受信する場合は、電力線５０に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線５０の表面に現れるので、信号線５２を電力線５０の表面に挟み込むようにすれば、その間の磁気結合力により高周波信号のみを取り出すことができる。
尚、日本の配電システム（ＴＴシステム：図５参照）では、２本の電力線と大地に設置された中性線の３本の電力線から構成されている。従って、電力線に重畳された高周波信号は必ず中性線と他の電力線の一方に重畳されるので、１００Ｖの商用電源にモデムを接続すれば必ず高周波信号を受信することができる。
図５は、日本の配電システムに採用されているＴＴシステムの概念図である。柱上トランス４０の２次側は中点が接地線４１により大地に接地されている。従って、トランス４０の両端（電力線４２と４３の間）の電圧は２００Ｖであるが、中性線４４との間では夫々１００Ｖとなる。そして、その３線電力線は図示しない電力会社のブレーカを介して、需要家内の電力量計４９により電力が積算されて分電盤４５に入り、各ブレーカ４５ａ、４５ｂ、４５ｃを介して各家電機器４６、４７、４８に供給される。従って、例えば家電機器４６がＰＣであれば、電力線４２と中性線に重畳された高周波信号をＰＣ内のモデムが受信して通信を行うことができる。
またフェライトコアを用いた電磁誘導結合（磁気結合）回路にて信号をインジェクションするものとして、特許文献１に開示されたものがある。
特開２００４−０３２５８５公報

しかしながら、図３に示したフェライトコアを用いた信号重畳方式は、図４に示すように、重畳する高周波信号５５は対向モデム５４の方向に流れる信号５７と、その反対方向に流れる信号５６が存在するが、反対方向に流れる信号５６のエネルギーは通信にはほとんど寄与しないため、効率の良いシステムを構築する上で大きな課題であった。また、反対方向に流れる信号５６により、フェライトコア５１のモデム５３側の電力線から漏洩電界が発生する可能性もあった。
本発明は、かかる課題に鑑み、２本の電力線間に高周波的に短絡するバイパス部を、インジェクション部の近傍に且つ対向モデムと反対側に備えることにより、インジェクション部から流出する反対方向の高周波信号を効率良く対向モデム側に誘導して、通信効率を高めた電力線通信システムを提供することを目的とする。
また、他の目的は、対向モデムと反対方向に存在する電力線からの漏洩電界の発生を防止すると共に、対向モデムと反対方向からの雑音を低減する電力線通信システムを提供することである。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムであって、高圧配電線である主幹電力線の電圧を降圧して商用電力に変換する変圧器の２次側に、送信すべき信号を重畳し、受信すべき信号を抽出するインジェクション部と、商用周波数を阻止し前記高周波信号は通過させる特性を有するバイパス部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の電力線通信システムは、変圧器の２次側の電力線にインジェクション部を備え、モデムから送信した高周波信号を、インジェクション部を介して電力線に重畳してモデム間でデータの授受を行う電力線通信システムである。しかしモデムから対向モデムに高周波信号を送出する際に、インジェクション部から対向モデム側に流れる信号以外に、その信号と反対側に流れる信号が発生する。そしてこの信号は、対向モデムとの通信を行う上では寄与しない信号であるばかりでなく、反対側に流れる信号は不要な電界を発生させ、通信品質と通信効率を低下させる要因となっている。そこで本発明では、この反対側に流れる信号を対向モデム側に誘導するために、変圧器の２次側の電力線間に高周波的に短絡するバイパス部を設けるものである。これにより、反対側に流れる信号はバイパス部を通過して一方の電力線を介して対向モデム側に誘導される。ここで、モデムとは高周波信号を送信して、その信号をインジェクション部から電力線に重畳する側に備えられたモデムを指す。また対向モデムとは、電力線に重畳された高周波信号を電力線から受信するモデムを指す。
請求項２は、前記バイパス部は、前記インジェクション部の近傍で、且つ当該インジェクション部から見て電力線通信を行う対向モデムが接続された側と反対側の前記変圧器の２次側の電力線間を接続するように配置されることを特徴とする。
本発明のバイパス部の効果を最大限に引き出すには、その配置場所が重要となる。即ち、反対側に流れる信号を極力対向モデム側に反射させるためには、インジェクション部に近いほど効果が大きい。また、インジェクション部を中心としてモデム側に対向モデムの方向と反対側に流れる信号が発生するので、その信号をバイパスしてもう一方の電力線に伝えることが重要である。従って、その位置はインジェクション部を中心としてモデム側（対向モデムと反対側）とすることが必要である。

請求項３は、前記バイパス部は、少なくとも前記商用周波数を阻止するインピーダンスを有する容量素子と、前記変圧器の２次側の電力線間の短絡を防止するヒューズと、を備え、前記容量素子とヒューズとが直列に接続されている構成を備えたことを特徴とする。
バイパス部は電力線間に接続されるため、商用周波数に対して大きなインピーダンスを示す必要があり、且つ高周波信号に対しては小さなインピーダンスを示す必要がある。また、２本の電力線間に接続するため、電力線が短絡するのを防止する手段も併せて必要である。そこで本発明では、容量素子とヒューズを直列に接続する構成とし、容量素子の容量は商用周波数に対して大きなインピーダンスを示し、且つ高周波信号に対しては小さなインピーダンスを示す容量に設定される。
請求項４は、前記インジェクション部は、前記高周波信号を送出する信号線を前記変圧器の２次側の電力線に夫々磁気結合するように構成したことを特徴とする。
電力線に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線の表面に現れる。従って、信号線を電力線の表面に挟み込むようにすれば、その間の磁気結合力により高周波信号のみを取り出すことができる。
請求項５は、前記信号線はツイストペアー線により構成されていることを特徴とする。
インジェクション部により磁気結合される信号線は、大地からの電位差を極力無くすように配慮する必要がある。それには、信号線をツイストペアーにしてお互いの電位差を打ち消し合う構成にするのが好ましい。

請求項１の発明によれば、変圧器の２次側の電力線にインジェクション部を備え、モデムから送信した高周波信号をインジェクション部を介して電力線に重畳してモデム間でデータの授受を行う電力線通信システムにおいて、変圧器の２次側の電力線間に高周波的に短絡するバイパス部を設けるので、反対側に流れる信号はバイパス部を通過して一方の電力線を介して対向モデム側に誘導され、通信効率を高めることができると共に、対向モデムと反対方向に存在する電力線からの漏洩電界の発生と雑音を低減することができる。
また請求項２では、バイパス部をインジェクション部に近く、且つインジェクション部を中心としてモデム側（対向モデムと反対側）の電力線間に配置するので、効率よく反対側に流れる信号を対向モデム側にバイパスすることができる。
また請求項３では、バイパス部は、少なくとも商用周波数を阻止するインピーダンスを有する容量素子と、変圧器の２次側の電力線間の短絡を防止するヒューズとを備え、それらが直列に構成されているので、安全性とハイパスフィルタの機能を併せ持ったバイパス部を簡単な構成で実現することができる。
また請求項４では、電力線と信号線をインジェクション部により挟み込むように構成するので、商用電力と高周波信号をアイソレーションすると共に、高周波信号のみを磁気結合により電力線に重畳することができる。
また請求項５では、インジェクション部により磁気結合される信号線をツイストペアー線により構成するので、大地からの電位差を低減して、ノイズの影響を受けにくくすることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る電力通信システムの構成図である。この電力通信システム１００は、高圧配電線である主幹電力線３０の電圧を降圧して商用電力に変換する柱上トランス（変圧器）３２の２次側に、送信すべき信号を重畳し、受信すべき信号を抽出するインジェクション部３と、商用周波数を阻止し対向モデム８に対して反対側に流れる高周波信号１１は通過させる特性を有するバイパス部４と、インジェクション部３に送信すべき高周波信号７を信号線９を介して送信するモデム６と、モデム６と信号の送受を行う対向モデム８と、を備えて構成される。
尚、高圧配電線（６６００Ｖ）３０の電圧を商用電圧（１００Ｖ）に降圧する柱上トランス３２の２次側の低圧配電線１、２の一方（この例では低圧配電線１）は接地線３４により大地に接地されている。また図示は省略するが、柱上トランス３２の低圧配電線１、２から電力会社のブレーカを介して本システムは接続されている。また、バイパス部４は少なくとも商用周波数(50Hz/60Hz)を阻止するインピーダンスを有するコンデンサ（容量素子）４ｂと、柱上トランス（変圧器）３２の２次側の電力線１、２間の短絡を防止するヒューズ４aとを備え、コンデンサ４ｂとヒューズ４aとが直列に接続されて２次側の電力線１、２間に接続されている。また、インジェクション部３はフェライトコア３a、３ｂにより構成され、フェライトコア３aは低圧配電線１と信号線９を挟み込み、フェライトコア３ｂは低圧配電線２と信号線９を挟み込んでいる。またモデム６の２本の信号線は撚り合わされてツイストペアー線９aを構成し、その先端はフェライトコア３a、３ｂに挟み込まれてループ状に構成されている。また対向モデム８は２次側の電力線１、２と接続されている。

次に本発明の実施形態に係る電力通信システムの動作について説明する。モデム６から送出された高周波信号７は信号線９を介してインジェクション部３に入力される。インジェクション部３では、フェライトコア３a、３ｂに信号線９が挟み込まれており、且つ低圧配電線１、２とも挟みこまれているので、信号線９と低圧配電線１、２との間で磁気結合が発生して高周波信号７が低圧配電線１、２に重畳される。その高周波信号７はフェライトコア３ｂのＡ点から低圧配電線２の両側に信号１０、１１として流れる。信号１０は対向モデム８に向かって流れる本来の信号であるが、信号１１は対向モデム８とは反対側に流れようとする。しかし、途中にバイパス部４があり、そのバイパス部４は例えば、４．７μＦのコンデンサ４ｂと短絡保護用のヒューズ４ａが低圧配電線１、２間に接続されている場合、信号１１は高周波信号であるため、コンデンサ４ｂのインピーダンスは低くなり、等価的にバイパス部４が短絡されているようになる。そのため、信号１１はバイパス部４に入力し、フェライトコアのＡ点からバイパス部４を通過してフェライトコア３ａを通過して、低圧配電線１に重畳されて信号１２として対向モデム８側に誘導される。そして信号１２は信号１０と合成されて、送信出力を３〜５ｄＢ増加した状態（実測結果は後述する）と等価な効果を得ることができる。また対向モデム８と反対方向に存在する電力線からの漏洩電界の発生を防止すると共に、対向モデム８と反対方向からの雑音５を低減することができる。

以上のように本発明の電力線通信システムは、柱上トランス３２の２次側の電力線１、２にインジェクション部３を備え、モデム６から送信した高周波信号７をインジェクション部３を介して電力線２に重畳してモデム６と対向モデム８間でデータの授受を行う電力線通信システムである。しかしモデム６から対向モデム８に高周波信号７を送出する際に、インジェクション部３から対向モデム８側に流れる信号１０以外に、その信号１０と反対側に流れる信号１１が発生する。そしてこの信号１１は、対向モデム８との通信を行う上では寄与しない信号であるばかりか、反対側に流れる信号１１は不要な電界を発生させ、通信品質と通信効率を低下させる要因となっている。そこで本発明では、この反対側に流れる信号１１を対向モデム８側に誘導するために、柱上トランス３２の２次側の電力線１、２間に高周波的に短絡するバイパス部４を設けるものである。これにより、反対側に流れる信号１１はバイパス部４を通過して一方の電力線１を介して対向モデム８側に誘導される。ここで、モデム６とは高周波信号７を送信して、その信号７をインジェクション部３から電力線２に重畳する側に備えられたモデムを指す。また対向モデム８とは、電力線１、２に重畳された高周波信号１０、１２を電力線１、２から受信するモデムを指す。これにより、反対側に流れる信号１１はバイパス部４を通過して一方の電力線１を介して対向モデム８側に誘導され、通信効率を高めることができると共に、対向モデム８と反対方向に存在する電力線からの漏洩電界の発生と雑音５を低減することができる。

また本発明のバイパス部４の効果を最大限に引き出すには、その配置場所が重要となる。即ち、反対側に流れる信号１１を極力対向モデム８側に反射させるためには、インジェクション部３に近いほど効果が大きい。また、インジェクション部３を中心としてモデム６側（対向モデム８と反対側）に反対側に流れる信号１１が発生するので、その信号１１をバイパスしてもう一方の電力線１に伝えることが重要である。従って、バイパス部４の位置はインジェクション部３を中心としてモデム６側（対向モデム８と反対側）とすることが必要である。これにより、効率よく反対側に流れる信号１１を対向モデム８側にバイパスすることができる。
またバイパス部４は、少なくとも商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を阻止するインピーダンスを有するコンデンサ４ｂと、柱上トランス３２の２次側の電力線１、２間の短絡を防止するヒューズ４ａとを備え、それらが直列に構成されているので、安全性とハイパスフィルタの機能を併せ持ったバイパス部４を簡単な構成で実現することができる。即ち、バイパス部４は電力線１、２間に接続されるため、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に対して大きなインピーダンスを示す必要があり、且つ高周波信号１１に対しては小さなインピーダンスを示す必要がある。また、２本の電力線１、２間に接続するため、電力線１、２が短絡するのを防止する手段も併せて必要である。そこで本発明では、コンデンサ４ｂとヒューズ４ａを直列に接続する構成とし、コンデンサ４ｂの容量は商用周波数に対して大きなインピーダンスを示し、且つ高周波信号１１に対しては小さなインピーダンスを示す容量に設定される。
またインジェクション部３については、電力線に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線の表面に現れる。従って、信号線９を電力線１、２の表面に挟み込むようにすれば、その間の磁気結合力により高周波信号のみを取り出すことができる。これにより、商用電力と高周波信号をアイソレーションすると共に、高周波信号のみを磁気結合により電力線に重畳することができる。またインジェクション部３により磁気結合される信号線９は、大地からの電位差を極力無くすように配慮する必要がある。それには、信号線９をツイストペアー（９ａ）にしてお互いの電位差を打ち消し合う構成にするのが好ましい。これにより、大地からの電位差がなくなり、ノイズの影響を受けにくくすることができる。

図２は本発明の電力通信システムに備えられたバイパス部の効果を示す図である。縦軸に減衰量（ｄＢ）、横軸に周波数（ＭＨｚ）を表す。符合３５はバイパス部４を追加した後の特性を示し、符号３６はバイパス部４を追加する前の特性である。この図から明らかなとおり、例えば１０ＭＨｚではバイパス部４を追加したことにより、約５ｄＢ減衰量が低下しているのが解る。そして周波数が１０ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ間では約５〜３ｄＢ減衰量が低下しているのが解る。

本発明の実施形態に係る電力通信システムの構成図である。 本発明の電力通信システムに備えられたバイパス部の効果を示す図である。 従来のフェライトコアを用いた信号重畳方式を説明する図である。 従来のフェライトコアを用いた信号重畳方式の問題点を説明する図である。 日本の配電システムに採用されているＴＴシステムの概念図である。

符号の説明

１、２ 低圧配電線、３ インジェクション部、３ａ、３ｂ フェライトコア、４ バイパス部、４ａ ヒューズ、４ｂ コンデンサ、５ 雑音、６ モデム、７ 送信すべき高周波信号、８ 対向モデム、９ 信号線、１１ 反対側に流れる高周波信号、３０ 主幹電力線、３２ 柱上トランス、３４ 接地線、１００ 電力通信システム

Claims (5)

1. 電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムであって、
   高圧配電線である主幹電力線の電圧を降圧して商用電力に変換する変圧器の２次側に、送信すべき信号を重畳し、受信すべき信号を抽出するインジェクション部と、商用周波数を阻止し前記高周波信号は通過させる特性を有するバイパス部と、を備えたことを特徴とする電力線通信システム。
2. 前記バイパス部は、前記インジェクション部の近傍で、且つ当該インジェクション部から見て電力線通信を行う対向モデムが接続された側と反対側の前記変圧器の２次側の電力線間を接続するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力線通信システム。
3. 前記バイパス部は、少なくとも前記商用周波数を阻止するインピーダンスを有する容量素子と、前記変圧器の２次側の電力線間の短絡を防止するヒューズと、を備え、前記容量素子とヒューズとが直列に接続されている構成を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力線通信システム。
4. 前記インジェクション部は、前記高周波信号を送出する信号線を前記変圧器の２次側の電力線に夫々磁気結合するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電力線通信システム。
5. 前記信号線はツイストペアー線により構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電力線通信システム。

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