JP2006514790A - 誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、誘導信号結合ユニット内の低周波磁界補償用の装置及び方法に関する。本発明によれば、上記結合ユニットは、高周波信号を注入するために低周波電流（１）が流れる導体を囲む強磁性コア（３０）を有する。本発明は、挿入損失を加えることなく磁気コア（３０）の飽和を防止するように上記結合ユニット内の導体から電流（１）により作り出される磁界と等しいが反対方向である磁界（４）を発生させるために、上記導体を通じて流れる電流あるいは上記結合ユニット内に生じる磁界（３）を検出するステップと、上記検出プロセスを通じて得られる値から供給電流を作り出すステップと、低域通過フィルタ（９）を介して上記結合ユニット内に作り出される上記供給電流を注入するステップとを有することを特徴とする。一般的に、本発明は、導体に高周波信号の注入を必要とする通信システム、特に、伝送手段として電気回路網を用いるシステムに使用可能である。

Description

発明の詳細な説明

［発明の目的］
本発明は、この記述した明細書における見出しに述べられるように、誘導結合ユニット（inductive coupling unit）内に引き起こされる低周波磁界を補償することを可能にする方法及び装置に関する。

本発明は、好ましくは、誘導結合ユニットを用いて配電網（electricity grid）に高周波信号を注入するために適用でき、その目的は、配電網において高周波信号の挿入損失を最小にすることであり、そのために、本発明は、誘導結合ユニット内に起こる磁気飽和の効果を回避する。

［発明の背景］
通信システムにおいては、信号が送信機に発生させられると、それが受信機に達するように、それを伝送媒体の中へ注入する必要がある。

上記注入を行う方法は、主に使用される伝送媒体に依存する。

配電網に信号を注入する場合には、これは、信号を誘導したい電源線（power conductor）のまわりに配置される変流器により通常構成される誘導結合ユニットを用いて行われ得る。これらの場合には、その作動は、時間によって変化する電流が時間によって変化する磁界を発生させ、その逆もまた同様であるという原理に基づいている。すなわち、注入したい高周波（ＲＦ）電流が、上記結合ユニットの強磁性コアの内部で（時間による）可変磁界を引き起こし、（それにより磁束がまた時間により変動し、）さらに、導体の周りの磁束の変動が、この変動に比例する電流をその中に生じさせる。

この原理に基づいて、同一の磁気コアにより囲まれる導体間に信号を誘導することが可能である。電源線を通じて循環する高電流が存在し、それによりケーブルのまわりの磁界の強さが非常に高いので、強磁性コアがケーブルの周りに配置される場合には、磁気コアが飽和し、信号注入の機能を実行することが使用不可能である。

従来技術によれば、この効果は、磁気回路に空隙（エアギャップ：air gap）を設けることにより克服され得ることが知られており、それにより、磁気回路の磁気抵抗がかなり増大させられ、磁束が格段に減少させられる。このことは、通信の用途において好ましくない、信号の挿入損失における増大を意味し、その損失は、通信システムの範囲における実質上の縮小を意味する。

この効果に打ち消すために、通常のやり方は、より多くの束を覆うようにするために結合ユニットを長くすることであるが、これは、結合ユニットをより大きくより高価にし、好ましくない。この長い間ずっと、大きさ、空隙、及び挿入損失の間で妥協解決策を求めている。

本発明は、強磁性コアの飽和を伴わずに、また、更なる挿入損失が起こることなく、誘導結合が行われることを可能にする。

［発明の説明］
上記段落に示されている欠点を回避するために、本発明は、誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法を備えており、上記結合ユニットは、その中に高周波信号を注入するために低周波電流がそれを通じて循環している導体を囲む磁気コアを有している。

本発明の方法は、行われる検出において得られる値に基づいて補償電流をその後に得るために、上記導体を通じて循環している電流、あるいは結合ユニット内に作り出される磁界の選択的な検出を予見し、上記注入電流が、配電網にわたって高周波信号を伝達したい実際の装置によって、あるいは上記結合器のまわりの巻線上へ誘導によって自動的に、外部電源を用いて作り出されることを特徴とする。その後に、上記結合ユニットにおいて得られる補償電流の注入が、注入したい高周波信号に対して高インピーダンスを示す低域通過フィルタを通じて作り出される。

補償電流を注入する動作は、誘導結合ユニット内に、導体を通じて循環している電流により作り出されるものと等しく反対の磁界が作り出され、それにより、伝達すべき所望の信号において挿入損失を加えることなく誘導結合ユニットの磁気コア内の飽和が回避され、最大効率が得られる。

本発明は、具体的に言えば、低周波電流が循環している配電網にわたって高周波信号を送信することに着想している。

本発明の１つの実施形態では、磁界の検出は、誘導信号結合ユニットの強磁性コア内で行われる。検出された磁界は、補償電流を得るために基準信号と比較され、その結果、磁界の大きさの信号が基準信号と実質的に等しく維持されており、上記基準信号は、ゼロと、結合ユニットが飽和状態にならないような値との間にある。すなわち、結合ユニットの強磁性コアの内部の信号が、耐えることができる最大流束密度を決して超えることはない。

本発明のもう１つの実施形態では、上記検出は、配電網において循環している電流を測定することにより達せられる。

得られた上記補償電流の注入は、注入したい高周波信号において高インピーダンスを示す低域通過フィルタを通じて、誘導信号結合ユニットの強磁性コアに適用されている補償巻線によって行われる。

本発明の１つの実施形態では、導体を通じて循環している電流の測定は、誘導信号結合ユニットに依存しない強磁性コア上に配置される巻線によって行われる。

本発明はまた、上記検出、上記補償電流の入手、及び上記電流の注入が、結合ユニットの強磁性コアを形成する２つのコアの周りに単一巻線を有する巻線を位置付けることにより同時に行われることを予見する。

本発明はまた、上記の方法に従って作動する誘導信号結合ユニット内の低周波磁界補償装置に言及している。このために、本発明の装置は、導体を通じて循環している検流器によって、あるいは結合ユニット内に作り出される磁界の検出器によって選択的に構成される検出器を備えている。

更に、本発明の装置は、制御モジュールを備えており、それによって、補償電流は、検出器で得られる値に基づいて計算され、作り出される。

上記制御モジュールによって作り出される電流は、結合ユニットの強磁性コア上に配置される補償巻線によって、注入されるべき高周波信号が補償電流の注入により影響を及ぼされることを防止し、高周波に対する高インピーダンスを示すフィルタを通じて導体内に注入される。

補償電流の注入は、導体を通じて循環している電流により作り出されるものと等しく反対の磁界を強磁性コア内に作り出し、その結果、誘導結合ユニットの磁気コアの飽和が回避され、それにより挿入損失が加えられず、配電網にわたる信号の伝達において最大効率が得られる。

本発明の１つの実施形態では、上記検出器は、結合ユニットの強磁性コアの内部の磁界を測定する装置によって構成されている。検出器により供給される信号は、好ましくはゼロである基準信号と比較され、制御モジュールが基準信号に等しい信号を検出器から得るために補償電流を発生させるように上記制御モジュールに適用される。

上記制御モジュールにより作り出される電流の注入は、低域通過フィルタを通じ、誘導信号結合ユニットの強磁性コアの周りに配置されている補償巻線によって行われる。

本発明の装置はまた、上記検出、上記補償電流の入手、及び上記電流の注入を同時に行うために、結合ユニットの強磁性コアを構成する２つのコアの周りに単一巻線を備えていることを予見する。

次に、この記述した明細書のより良い理解を助けるために、それの一体部分であり、限定ではなく例示のために、いくつかの図面が添付され、本発明の目的が表されている。

［発明のいくつかの実施形態の説明］
本発明のいくつかの実施形態の説明が、図面に付された番号を参照して、以下に記述される。

本発明の実施形態は、配電網の導体への特定の信号の注入に言及し、上記配電網にわたって低周波電流１が循環しており、上記配電網の導体に高周波信号が注入されることが求められている。

図１に基づき、従来技術において示される問題の一般的な説明が付与されている。誘導結合器の使用は、電流１がそれを通じて循環している導体に所定の信号を注入することで知られている。このために、誘導結合器は、信号を注入したい導体のまわりに配置された強磁性コア３０によって構成されており、上記強磁性コア３０には、上記導体内に電流を誘導する磁界４を強磁性コア３０内に作り出す電流２が加えられる巻線３１が備えられている。この装置は、導体を通じて循環している電流１もまた、強磁性コア３０内に磁界３を作り出し、その結果、上記磁界３が高い場合には強磁性コア３０の飽和が生じ、それにより電流２は上記磁界の値を増大させることができず、したがって電流が上記導体内に誘導されず、そのために好ましい信号が注入されないという欠点を有している。

この欠点を克服するために、ホール効果センサ５が強磁性コア３０に取り付けられている１つの実施形態が図２に示されており、上記センサは、作動することができるように外部電源装置（図示されていない）を必要とする。この場合には、導体を通じて循環している電流１がまた、強磁性コア３０内に、センサ５によって検出される磁界３を引き起こしており、得られた信号は、得た信号をなめらかにする低域通過フィルタ６に適用される。

検出され、フィルタをかけられた信号が、番号２０を用いて参照されており、上記信号は、次に基準信号２１を受ける比較器３２に適用され、更に信号２０を基準信号２１の値に等しく維持するために計算し補償電流を発生させる制御モジュール７に接続されている。補償電流は、パワーステージ（power stage）８及び高周波チョーク９を通じて強磁性コア３０上に配置された巻線３３に適用されており、電流１により引き起こされる磁界３に等しく反対の磁界４を上記強磁性コア内に作り出し、それにより磁界３の補償が起こり、強磁性コア３０が飽和されず、それによって、電流２が更なる挿入損失なしに上記導体内に誘導される。

高周波チョーク９によって、注入される信号により作り出される高周波の通過を妨げる低域通過フィルタが得られている。

本発明のもう１つの実施形態では、図３に示されるように、導体を通じて循環する電流１が、コイル３４がその上に配置されている外側の強磁性コア１１によって得られ、強磁性コア１１内に電流１により作り出される磁界から、上記電流１がコイル３４内に引き起こされ、この電流１が高周波チョーク９を通じて巻線３３に適用され、磁界の補償が、前図における実施例において説明されるように引き起こされる。

最後に、図４及び５には、電流１によって作り出される磁界３の補償のための別の実施例が示されている。このように、図４の実施例では、強磁性コア３０を形成する２つの強磁性コア１６及び１７によって構成される２つの誘導結合器の使用が予見されている。強磁性コア１６は、高周波に適していない電源変圧器である。すなわち、低周波では非常に高い透磁率を有し、高周波では非常に低い透磁率を有する。その一方、強磁性コア１７は高周波に適している。すなわち、低周波では非常に低い透磁率を有し、高周波では非常に高い透磁率を有する。

この場合には、補償電流の検出及び入手は、上記結合器の２つのリングのまわりに巻線を位置付けることにより同時に行われる。ケーブルを通過している電流により引き起こされる磁気誘導は、巻線により検出され、その後に補償を行う役目を果たす電流をその中に作り出す。このために、高周波チョーク１８の機能を果たし、強磁性コア１６及び１７を共に囲むｎ個のコイルが取り付けられており、小さい名目電流（nominal current）が各巻線１９において得られ、その結果、上記電流は、導体を通じて循環している電流１により誘導される磁界について好ましい補正を行う。このようにして、磁界３が強磁性コア１６においてのみ誘導され、強磁性コア１７内の磁界４は、上記飽和が起こることを防止している。

図５には、ｎ個の巻線が高周波チョーク１５によって短絡して取り付けられる別の実施形態が示されている。この場合は、前の場合と等しいが、補償を行うために必要なチョークコイルの数を少なくする利点を有している。

図６には、本発明の方法を行う装置のもう１つ別の実施形態が示されている。この装置では、単一巻線３５が、上記結合ユニットの強磁性コア３０を形成する２つの強磁性コア１６及び１７のまわりに使用されている。この場合は、図５に示される場合と類似しているが、巻線の数を少なくする利点を備え、補償用のチョークコイルを使用する必要がない。上記巻線３５によって、補償電流の検出及び入手が同時に行われる。

更に、上記巻線は、低周波では高インピーダンスを有し、高周波では低インピーダンスを有するので、補償電流の注入は、上記巻線３５を取り付けることにより同時に行われ、それにより低コストの解決策が得られる。

フェライトコアの飽和の問題が生じ得る、従来技術の誘導結合器を概略形態で示す説明図である。 補償電流を注入するために磁界検出を行う本発明に係る装置の１つの実施形態を示す説明図である。 電流が導体において測定され、補償電流が自動的に注入される本発明に係る装置の１つの実施形態を示す説明図である。 電流がケーブル内で測定され、補償電流が自動的に注入される本発明に係る装置の別の実施形態を示す説明図である。 前図の場合のように、電流が導体において測定され、補償電流が自動的に注入される装置の別の実施形態を示す説明図である。 上記検出、上記補償電流の入手及び上記電流の注入が、単一巻線によって同時に行われる装置の別の実施形態を表す説明図である。

Claims (13)

1. 誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法であって、前記結合ユニットが、その中に高周波信号を注入するために、低周波電流（１）がそれを通じて循環している導体を囲む強磁性コア（３０）を有している前記方法は、
   前記強磁性コア（３０）内の導体の電流により作り出される磁界に等しく反対の磁界を前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）内に作り出し、挿入損失を加えることなくそれの飽和を回避するために、
   前記導体を通じて循環している電流（１）、あるいは前記結合ユニットの強磁性コア（３０）内に作り出される磁界を選択的に検出するステップと、
   行われる検出において得られる値から補償電流を得るステップと、
   所望の高周波信号に対して高インピーダンスを示す低域通過フィルタ（９）を通じて、得られた補償電流を前記結合ユニット内に注入するステップと、
   を備えていることを特徴とする誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
2. 前記磁界の前記検出が、前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）において行われることを特徴とする請求項１記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
3. 前記検出磁界が、補償電流を得るために基準信号（２１）と比較され、前記基準信号が、ゼロと、前記結合ユニットの前記強磁性コアの内部の前記信号が、それが耐えることができる最大流束密度を超えない値との間で選択されることを特徴とする請求項２記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
4. 前記導体が、前記配電網であることを特徴とする請求項１記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
5. 得られた前記電流の注入が、所望の信号に対して高インピーダンスの低域通過フィルタ（９）を通じて前記結合ユニットの強磁性コア（３０）上に予見される補償巻線（３３）によって行われることを特徴とする請求項１記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
6. 前記導体を通じて循環している電流（１）が、前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）に依存しない強磁性コア（１１）上に位置付けられた巻線（３４）によって測定されることを特徴とする請求項５記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
7. 前記検出、前記補償電流の入手、及び前記電流の注入が、前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）を形成する２つのコア（１６）及び（１７）のまわりに単一巻線（３５）の巻線を位置付けることにより同時に行われることを特徴とする請求項１記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する方法。
8. 誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置であって、前記結合ユニットが、高周波信号を注入するために、低周波電流（１）がそれを通じて循環している導体を囲む強磁性コア（３０）を有している前記方法は、
   前記導体を通じて循環している前記電流、あるいは前記結合ユニット内に作り出される前記磁界についての選択的な検出器と、
   前記検出器によって得られた値から計算し補償電流を作り出す制御モジュールと、
   前記補償電流を注入し、前記導体を通じて循環している電流（１）により作り出される磁界に等しく反対の磁界を作り出すために前記強磁性コア（３０）上に予見される補償巻線（３３）と、
   注入されるべき前記信号が、前記補償電流の注入により影響を及ぼされることを回避するために高インピーダンスの低域通過フィルタと、
   を備えていることを特徴とする誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
9. 前記検出器が、前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）の内部で前記磁界を測定する磁界センサ（５）を備えていることを特徴とする請求項８記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
10. 前記検出器が、前記導体を通じて循環している前記電流（１）を測定する装置を備えていることを特徴とする請求項８記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
11. 前記補償電流の前記注入が、高インピーダンスの低域通過フィルタ（９）を通じ、前記結合ユニットの前記強磁性コア（３０）上に予見される補償巻線（３３）によって行われることを特徴とする請求項８記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
12. 前記低周波電流（１）がそれを通じて循環している前記導体が、前記配電網であることを特徴とする請求項８記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
13. 前記検出、前記補償電流の入手、及び前記電流の注入を同時に行うために、前記結合ユニットの前記コア（３０）を構成する２つのコア（１６）及び（１７）のまわりに単一巻線（３５）を備えていることを特徴とする請求項８記載の誘導信号結合ユニット内の低周波磁界を補償する装置。
    

Images