JP2007053705A

JP2007053705A - 電力線通信用結合器

Info

Publication number: JP2007053705A
Application number: JP2005239198A
Authority: JP
Inventors: Yukio Okada; 幸夫岡田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】電流計測用の変流器を利用することで、新たな設置場所を必要とせず、しかも電力線通信に用いる高周波が電流計測用の電流計に悪影響を与えるのを防止した電力線通信用結合器を提供することにある。
【解決手段】電力線通信用結合器Ｋは、２次巻線Ｎ２の巻数を電流計測に必要な巻数に加えて１次側との巻数比が１：１となる分だけ巻数を増やした変流器１を用い、２次巻線Ｎ２の一端にコンデンサＣ１を介して接続される第１の電力線通信用端子２１と、２次巻線Ｎ２の一端から上述の巻数比が１：１となる巻数位置に対応するタップ位置に接続される電流計測用端子兼用の第２の電力線通信用端子２２と、２次巻線Ｎ２の他端に高周波インピーダンス改善部３を介して接続される他方の電流計測用端子２３とを備え、電力線通信用端子２１，２２間に電力線通信モデム５を、電力線通信用端子２２と電流計測用端子２３との間に電流計６を接続するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信信号を電力線に注入したり、電力線上に重畳された通信信号を抽出するための電力線通信用結合器に関するものである。

従来、電力線に非接触の状態で通信信号を注入したり電力線から通信信号を抽出する場合には、強磁性体のコアを用いた誘導型結合器が用いられている。この誘導型結合器では、円筒型のコアの透孔に電力線を通し、同時にコアの透孔に１ターンの信号線を通すかコアの外周に複数ターン巻き付けることでトランスを構成し、信号線から電力線へ通信信号を注入したり、電力線上に重畳している通信信号を信号線側に抽出するようになっている。

このように非接触で電力線と結合させる結合器は、接触による接続が困難な電気室内の幹線となる電力線に用いるため、電力線に流れる負荷電流が数１００Ａと大きく、そのためコアの飽和をいかに防ぐかが課題となる。

このような飽和を防ぐための磁気ギャップを安定して設ける構造を備えた装置が従来提供されている（例えば、特許文献１）。また飽和を防ぐための補助巻線を用いた装置も提供されている（例えば、特許文献２）。
特開２００４−３５６７７６公報（段落０００９及び図１）特開２００４−３５６９１７公報（公報第１頁の（解決手段）の欄）

前述の特許文献１，２に開示されているような飽和を防ぐ方法を用いれば、コアの体積を低減できるものの、電力線の外径が大きいため、コアに複数ターン巻き付けることなくコアの透孔に１ターンだけ電力線を貫挿させて用いられる。一方、伝達効率を高めるためには、１ターン時のインダクタンス、すなわちＡＬ値（巻数に対するインダクタンス）を高める必要がある。従って、コアの体積は必然的に大きくなり、取り付け箇所に大きな制約が生じるという問題がある。また、強磁性体のコアとして、透磁率の高いＮｉ−Ｚｎ系やＭｎ−Ｚｎ系のフェライトが用いられるが、割れやすい上に、前述のようにサイズが大きくなるため、取り付け施工がしにくいという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、電流計測用の変流器を利用することで、新たな設置場所を必要とせず、しかも電力線通信に用いる高周波が電流計測用の電流計に悪影響を与えるのを防止した電力線通信用結合器を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の電力線通信用結合器の発明では、１次側を電力線とし、該電力線に流れる電流の大きさに応じて検出出力を２次側から出力する変流器を用い、該変流器の２次巻線の一端に接続される第１の電力線通信用端子と、前記一端からみて１次側との巻数比が所定比となる２次巻線の巻数位置に接続された電流計測用端子と兼用する第２の電力線通信用端子と、前記２次巻線の他端に接続された電流計測用端子とを備え、該電流計測用端子には高周波インピーダンス改善部を具備し、前記第１，第２の電力線通信用端子間に電力線通信モデムを接続することを特徴とする。

請求項２の電力線通信用結合器の発明では、１次側を電力線とし、該電力線に流れる電流の大きさに応じて検出出力を２次側から出力する変流器を用い、該変流器に１次側との巻数比が所定の比となる３次巻線を設けるとともに、該３次巻線の両端に接続される第１，第２の電力線通信用端子を備え、前記変流器の２次巻線の両端に接続される電流計測用端子には高周波インピーダンス改善部を具備し、前記第１，第２の電力線通信用端子間に電力線通信モデムを接続することを特徴とする。

本発明の電力線通信用結合器は、電流計測用の変流器を利用することで、新たな設置場所を必要とせず、また電流計測用端子には高周波インピーダンス改善部を具備することで、電流計測用端子に接続する電流計に対して電力線通信に用いる高周波が悪影響を与えるのを防止することができるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。

（実施形態１）
本発明の電力線通信用結合器は、電気室等に配線されている幹線の電力線に数１００Ａ以上の大電流を測定するための変流器を利用するのであるが、電流計測用の変流器は、トロイダルコアの透孔に電力線を１ターン貫挿させて１次巻線とし、２次巻線の巻数を多くして、例えば１００Ａ以上の大電流を数Ａの検出出力として変換するように構成されている。他方、誘導型の電力線通信用結合器では１次側と２次側の巻数比を１：１或いは１：２程度とするのが一般的である。

そこで本実施形態の電力線通信結合器Ｋは、電流計測に必要な巻数に加えて１次側（電力線Ｌの１ターン）との巻数比が所定比、例えば１：１となる分だけ２次巻線Ｎ２の巻数を増やした変流器１を用い、図１（ａ）に示すように２次巻線Ｎ２の一端にコンデンサＣ１を介して接続される第１の電力線通信用端子２１と、２次巻線Ｎ２の一端から上述の巻数比が１：１となる巻数位置において分岐形成されたタップに接続される電流計測用端子兼用の第２の電力線通信用端子２２と、２次巻線Ｎ２の他端に高周波インピーダンス改善部３を介して接続される他方の電流計測用端子２３とを備え、円筒状の器体４内に変流器１のトロイダル状のコア１ａを収納すると共に、コンデンサＣ１、高周波インピーダンス改善部３を収納し、器体４の側面に各端子２１〜２３を露出させて構成される。

而して本実施形態の電力線通信用結合器Ｋを使用するに当たっては、器体４内の変流器１のコア１ａの透孔と同心の器体４の中心孔４ａに図１（ｂ）に示すように電力線Ｌを貫挿させて所定の場所に設置し、器体４の側面の電力線通信用端子２１，２２間に電力線通信モデム５を、第２の電力線通信用端子２２と電流計測用端子２３との間に電流計６を接続する。尚電力線通信モデム５の動作電源は別の電力系統から得る。

これにより電力線通信モデム５に対しては電力線Ｌへの通信信号の注入／抽出を行い、電力線Ｌに流れる電流に対応した検出出力を電流計６に流すことができることになる。

ここで変流器１の２次巻線Ｎ２と第１の電力線通信用端子２１との間に接続されるコンデンサＣ１は、商用交流周波数を遮断する低周波遮断部を構成するものである。つまり１次側と電力線通信用の巻線との巻数比が１：１であるため、通常のトランス動作を考えた場合、電力線Ｌを流れる商用交流負荷電流と同じ電流が電力線通信モデム５を介して流れようとするが、コンデンサＣ１によってこれを遮断し、電力線通信モデム５の信号入出力部を保護するのである。コンデンサＣ１の容量は、商用交流に対しては十分大きなインピーダンスとなり、電力線通信で用いられる２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数では十分小さなインピーダンスとなるように、例えば１０ｎＦ程度の値とする。

また高周波インピーダンス改善部３は、電流計測用端子２３に接続した電流計６の誤動作など悪影響が生じるのを防ぐためものである。つまり電力線Ｌによる１次側の巻数と、電力線通信用端子２２と電流計測用端子２３との間の２次側の巻数との比が非常に大きいため（例えば１：１００）、電力線通信モデム５から送信した信号は、１００倍の高周波電圧となって現れるが、高周波インピーダンス改善部３が高周波電圧を低減して電流計６への影響を防ぐのである。高周波インピーダンス改善部３は、具体的には図２に示すように電力線通信用端子２２と電流計測用端子２３との間を接続するコンデンサと、２次巻線Ｎ２と電流計測用端子２３との間に挿入したインダクタとによって構成されている。
（実施形態２）
本実施形態は、図３（ａ）に示すように変流器１に２次巻線Ｎ２とは別に電力線通信用の３次巻線Ｎ３を設けた点で実施形態１と相違し、既存の電流計測用変流器に巻線を追加することにより、電力線通信用結合器に用いることを可能としたものである。ただし、用いることができる既存の変流器としては、その周波数特性が電力線通信で用いる周波数領域をカバーしていることが必要である。

而して本実施形態の電力線通信用結合器Ｋは、３次巻線Ｎ３の両端にコンデンサＣ１を介して接続される電力線通信用端子２１，２２と、２次巻線Ｎ２の両端に高周波インピーダンス改善部３を介して接続される電流計測用端子２３，２４とを図３（ｂ）に示すように器体４の側面に露出させている。

そして使用時には電力線通信用端子２１，２２間には電力線通信モデム５を、また電流計測用端子２３，２４間には電流計６を接続する。

尚図３（ａ），（ｂ）において、上述の構成要素以外で実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。

ここで、エミット（ＥＭＩＴ（Embedded Micro Internetworking Technology）)と称する機器組み込み型ネットワーク技術（機器に簡単にミドルウェアを組み込んでネットワークに接続できる機能を備えるネットワーク技術、以降、ＥＭＩＴ技術と称する。）を用いることで、携帯電話、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）等の外部端末（図示せず）から様々な設備機器（照明装置、空調装置、動力装置、センサ、電気錠、ウェブカメラ等、以降、ＥＭＩＴ端末と称する。）＜図示せず＞にアクセスして、ＥＭＩＴ端末を遠隔監視・制御することができる。

尚、ＥＭＩＴ端末は、マイコン搭載の組み込み機器であり、機器組み込み型のネット接続用ミドルウェアでありＥＭＩＴ技術を実現するＥＭＩＴソフトウェアが搭載されている。

上述のＥＭＩＴ技術を応用したシステム（以降、ＥＭＩＴシステムと称する。）としては、外部端末がインターネット上に設けられたセンタサーバ（図示せず）経由でＥＭＩＴ端末を遠隔監視・制御する構成のものや、センタサーバを介することなく、例えばＥＭＩＴソフトウェアが搭載された外部端末から、直接各ＥＭＩＴ端末にアクセスしてＥＭＩＴ端末を遠隔監視・制御する構成のものを挙げることができる。

尚、ＥＭＩＴシステムによって、例えば、建物（戸建住宅、マンション、ビル、工場用等）＜図示せず＞内に上述のＥＭＩＴ端末を分散配置させて、外部端末からＥＭＩＴ端末の状態を遠隔から監視することで、建物全体のエネルギー管理や、建物内のガス、水道、電気の遠隔検針を行うことも可能となる。

実施形態１、２に係る電力線通信用結合器Ｋは、建物、特に集合住宅、ビル等の電気
室に設置した電力線通信装置Ｍと各住戸（各フロア）等に設置した電力線通信装置（図示せず）との間で通信を行う際に、幹線となる電力線Ｌに設けるものであるが、この建物が上述のＥＭＩＴシステムを構成するものであっても勿論良い。

（ａ）は実施形態１の回路構成図、（ｂ）は使用状態図である。実施形態１（及び実施形態２）に用いる高周波インピーダンス改善部の各例の回路構成図である。（ａ）は実施形態２の回路構成図、（ｂ）は使用状態図である。

符号の説明

１変流器
２１、２２電力線通信用端子
２３電流計測用端子
３高周波インピーダンス改善部
４器体
４ａ中心透孔
５電力線通信モデム
６電流計
Ｃ１コンデンサ

Claims

１次側を電力線とし、該電力線に流れる電流の大きさに応じて検出出力を２次側から出力する変流器を用い、該変流器の２次巻線の一端に接続される第１の電力線通信用端子と、前記一端からみて１次側との巻数比が所定比となる２次巻線の巻数位置に接続された電流計測用端子と兼用する第２の電力線通信用端子と、前記２次巻線の他端に接続された電流計測用端子とを備え、前記電流計測用端子には高周波インピーダンス改善部を具備し、前記第１，第２の電力線通信用端子間に電力線通信モデムを接続することを特徴とする電力線通信用結合器。
１次側を電力線とし、該電力線に流れる電流の大きさに応じて検出出力を２次側から出力する変流器を用い、該変流器に１次側との巻数比が所定の比となる３次巻線を設けるとともに、該３次巻線の両端に接続される第１，第２の電力線通信用端子を備え、前記変流器の２次巻線の両端に接続される電流計測用端子には高周波インピーダンス改善部を具備し、前記第１，第２の電力線通信用端子間に電力線通信モデムを接続することを特徴とする電力線通信用結合器。