JP2008016953A - フィルタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールドを設けることなく電磁結合を防止したフィルタ回路を提供する。
【解決手段】主回路１には主回路コイル４が備わり、バイパス回路２にはバイパス回路コイル５と抵抗６が備わる。主回路１とバイパス回路２はサーキットブレーカ側端子２０とモデム側端子３０にてそれぞれの端部が接続され、相対配置角３を成して設置されている。主回路１のインピーダンスをＺｍとし、バイパス回路２のインピーダンスをＺｂとして、Ｚｂ（ｆ）＜Ｚｍ（ｆ）の関係を保つように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力線搬送通信において、意図しない伝送路上の信号の漏洩を防止し、また、商用電源線上を伝播する高周波電磁ノイズを除去するためのフィルタ回路に関する。

電力線搬送通信において、ある建物内の商用電源線上を伝送する電力線搬送通信の信号が、建物外部から引き込まれ当該商用電源線に接続される別の電源線上に非意図的に漏洩することや、当該商用電源線から電磁ノイズとなって漏洩することを防止し、電力線搬送通信のセキュリティ確保や電磁環境への影響を排除するために、信号漏洩防止が非常に重要である。

一方、家電製品等多くの電気・電子機器において、省電力化等の目的でインバータ制御方式の電源が採用されており、商用電源線上に様々な周波数成分を持つ高周波電磁ノイズが伝搬している。この高周波電磁ノイズが機器の動作に悪影響を及ぼす、放送受信に妨害を与えるといったことが問題になっている。

こうした信号漏洩防止や高周波電磁ノイズの影響を防止するために、商用電源線用のフィルタ回路が用いられている。これらのフィルタ回路は通常は建物内に設置されている分電盤内の主サーキットブレーカの後段に設けられている。しかしながら、一般家庭の場合においては、建物内に設置されている分電盤内の空きスペースは十分に確保されておらず、フィルタ回路の形状および寸法は限定されている。

さらに、商用電源線に接続されるフィルタ回路の入力および出力端子は、電気用品安全法に定められた絶縁耐力を満たすため、入力および出力端子の形状や寸法は当該の分電盤内に設置されている主サーキットブレーカの入力及び出力端子の形状や寸法と同程度となる。このためにフィルタ回路を構成するコイル、抵抗、コンデンサの回路素子を実装するためのスペースは狭くなる一方である。

こうした理由により、従来においては、フィルタ回路の小型化を図るために、主回路とバイパス回路に用いられている両方の回路素子は接近させ、かつ、ほぼ平行に配置して実装していた。

また、電力線間の信号漏洩防止あるいは高周波電磁ノイズ除去を目的として、特開平０５−１２１９８８号公報にその解決を目的とした技術が公開されているが、フィルタを構成する素子が大型化するという課題を含んでいた（特許文献１参照）。このようなフィルタ素子の大型化に対しては、フィルタ回路を主回路とバイパス回路の組合わせで構成することが提案されたが、主回路とバイパス回路のそれぞれのコイル間で生じる電磁結合については考慮されていなかった。
特開平０５−１２１９８８号公報

上述した従来技術においては、商用電源の大電流を伝送するフィルタ回路を実現するために、鉄等の磁芯を用いたコイルは磁芯の飽和によってインダクタンスが低減する可能性があるので採用せず、空芯のコイルを用いている。特に、フィルタ回路を構成する主回路とバイパス回路の両方のコイルを空芯コイルとした場合は、コイル外部にも磁束が漏れるので、主回路とバイパス回路とが接近して平行に配置されると、それぞれの外部漏洩磁束により電磁誘導が発生してしまう。この電磁誘導によって主回路とバイパス回路間での電磁結合が生じて、主回路を伝送すべき電流の一部がバイパス回路に流入してしまい、逆にバイパス回路を伝送すべき信号の一部が主回路に流入し、結果としてフィルタ回路の特性に影響を与える可能性があった。

また、主回路のコイルとバイパス回路のコイルとの間の電磁結合を防ぐために、各々のコイルを磁性材料で磁気シールドする方法も知られており、磁性材料で作られた円筒の容器である磁気シールド円筒にコイルを収納することも行われている。しかしながら、磁気シールド円筒の影響によるインダクタンスの低下が生じてしまい、この影響を無くすために磁気シールド円筒の内径はすくなくともコイル外径の２倍を必要としていた。

また、コイル長さ方向に対しては磁気シールド円筒の両側面からコイル端面までの間隔はそれぞれコイル半径に相当する長さ以上にしなければならなかった。そのため、磁気シールド円筒を用いてコイル間の電磁結合を防ごうとすれば、コイル寸法が相当大きくなってしまい、フィルタ回路の小型化の手段として採用することは難しかった。

また、磁気シールド円筒を用いる場合にはコイル両端からは配線用のリード線を引き出さねばならないため、磁気シールド円筒の両側面には直径が数ミリ程度の貫通した穴を設けなければならず、磁気シールドの効果がこの穴により低下する可能性があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁気シールドを設けることなく電磁結合を防止したフィルタ回路を提供することにある。

課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、商用電源周波数と異なる周波数の信号を前記商用電源周波数に重畳して通信を行う電力線搬送通信の伝送路に配置され、前記電力線搬送通信の信号と、前記商用電源周波数に含まれる電磁ノイズと、を共に遮断するために、前記商用電源周波数を有する商用電源電流のみを遮断することなく通過させるための主回路と、前記電力線搬送通信の信号および前記電磁ノイズのみを遮断するためのバイパス回路と、を有するフィルタ回路において、前記主回路から生じる磁力線と、前記バイパス回路から生じる磁力線と、が所定の角度をもって交差するように前記主回路と前記バイパス回路が配置されている。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記角度は、前記主回路のインピーダンスＺｍと、前記バイパス回路のインピーダンスＺｂと、の関係が所定の周波数（ｆ）においてＺｂ（ｆ）＜Ｚｍ（ｆ）を保ち、かつＺｂ（ｆ）とＺｍ（ｆ）の比が最大値となる前記主回路と前記バイパス回路との相対角度である。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１において、前記角度は９０度である。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記角度は、前記主回路から生じる磁力線のベクトルに平行かつ大地に対して水平な方向の仮想面である長さ方向と、大地面に対して垂直な方向の仮想面である高さ方向と、大地面に水平かつ前記高さ方向および前記水平方向に対してそれぞれ直角方向の仮想面である幅方向と、のそれぞれの前記仮想面同士が成す相対角度である。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記周波数（ｆ）は２ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の帯域である。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、相互に離間し複数で配置されている。

本発明によれば、磁気シールドを設けることなく電磁結合を防止したフィルタ回路を提供することができる。

＜本発明の基本構成＞
図１に示すのは、フィルタ回路の実施の形態に係る基本構成を説明するための説明図である。

この図１には、フィルタ回路１００を構成する、主回路１と、バイパス回路２と、が示されている。主回路１には主回路コイル４が備わり、バイパス回路２にはバイパス回路コイル５と抵抗６が備わる。主回路１およびバイパス回路２の回路両端部には、図示しないサーキットブレーカの出口に接続されるサーキットブレーカ側端子２０と、図示しないモデム側に設置される漏電ブレーカに接続されるモデム側端子３０が設けられている。

この図１において、商用電源（５０Ｈｚおよび６０Ｈｚ）の伝送路を主回路１が構成し、電力線搬送通信信号（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）をバイパス回路２が伝送する構成である。商用電源を柱上トランスから一般家庭内部に引き込んだ商用電源線は、分電盤内に設置されている主サーキットブレーカの入力端子に接続されている。

主回路１とバイパス回路２はサーキットブレーカ側端子２０とモデム側端子３０にてそれぞれの端部が接続されている。主回路１とバイパス回路２の配置は、相対配置角３を成して設置されている。

ここで、フィルタ回路が正しく動作するためには、主回路１とバイパス回路２とのそれぞれのインピーダンス設定が重要である。それぞれの回路のインピーダンスは、各々の回路定数を決定し、さらには両者の位置関係により相互に及ぼすインピダンスへの影響も考慮する必要がある。

そこで、主回路１とバイパス回路２のインピーダンスの設定については、主回路１のインピーダンスをＺｍとし、バイパス回路２のインピーダンスをＺｂとして、
Ｚｂ（ｆ）＜Ｚｍ（ｆ）・・・（式１）
の関係を保つように設定されている。インピーダンスＺｍは商用電源周波数の５０Ｈｚや６０Ｈｚにおいて低いインピーダンス値を示し、インピーダンスＺｂは電力線搬送通信信号の２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚにおいてインピーダンス値が低くなるように設定されている。なお、（式１）におけるｆは商用電源周波数よりも高い周波数であり、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである。

この（式１）を満足しつつ、ＺｂとＺｍの比が最大になるように主回路１とバイパス回路２の配置を決定する。この配置を決めるための要素は、長さ方向７と、高さ方向８と、幅方向９と、相対配置角３である。また、これらの方向の定義は次のとおりである。長さ方向７は、ブレーカ側端子２０とモデム側端子３０を直線的に結び、かつ大地に対して水平な方向とする。高さ方向８は、大地面に対して垂直な方向とする。幅方向９は大地面に水平で、かつ高さ方向８および水平方向７に対してそれぞれ直角方向であるとする。そして、相対配置角３は、主回路１とバイパス回路２の成す相対的な角度であって、その角度を形成する基準の軸線は主回路１とバイパス回路２のそれぞれの漏れ磁束のベクトル中心線である。

たとえば、理論的には相対配置角３の角度は９０度であることが好ましく、互いの回路が電磁結合する割合（（式１）の比が最大）を最も少なくすることができる。相対配置角３を９０度とすることにより、主回路コイル４の漏れ磁束とバイパス回路コイル５の漏れ磁束のベクトルが直交するので、両者の電磁結合を最も弱くすることができる。この場合、長さ方向７と高さ方向８および幅方向９のそれぞれの仮想面が成す角度もそれぞれ９０度となっている。

なお、実際の分電盤内にフィルタ回路を設置する場合にはスペースが十分に取れないなどの物理的な制約があり、また商用電源線の電力によってフィルタ回路の大きさも変わるので、設置条件が最適に設定できない可能性もある。このため、実装においては相対配置角３の角度はインピーダンス値であるＺｂとＺｍの実測値における比が最大となる位置で最適な相対配置角３となる。

同様に、主回路１とバイパス回路２のそれぞれの長さ方向７と、高さ方向８と、幅方向９についても同様に、実装状態においては物理的な制約があり、この制約の中で（式（１））によるＺｂとＺｍの比が最大となる配置を決定する。

次に、図２にフィルタ回路の実施の形態に係る変形例を説明するための説明図を示す。この図２にはすでに図１に示したフィルタ回路１００が２組で配置されている状態である。なお、フィルタ回路１００はここでは説明のために２組で示しているが、さらに多数個のフィルタ回路１００を配置してもよい。

この図２において、２個のフィルタ回路１００の間は離間距離１０をもって離間されている。この配置により離間距離１０を大きく取るほどにフィルタ回路１００同士の電磁結合は弱まり、ＺｂとＺｍの比も大きく保つことができる。

なお、２個のフィルタ回路１００のそれぞれの長さ方向７と、高さ方向８と、幅方向９と、相対配置角３は、両者を最大の離間距離１０で配置した場合にそれぞれのフィルタ回路１００におけるＺｂとＺｍの比が最大となるように設定されている。

以上説明した実施の形態によれば、磁気シールドを設けることなく電磁結合を防止したフィルタ回路を提供することができる。

フィルタ回路の実施の形態に係る基本構成を説明するための説明図を示す。 フィルタ回路の実施の形態に係る変形例を説明するための説明図を示す。

符号の説明

１…主回路
２…バイパス回路
３…相対配置角
４…主回路コイル
５…バイパス回路コイル
６…抵抗
２０…サーキットブレーカ側端子
３０…モデム側端子

Claims (6)

1. 商用電源周波数と異なる周波数の信号を前記商用電源周波数に重畳して通信を行う電力線搬送通信の伝送路に配置され、前記電力線搬送通信の信号と、前記商用電源周波数に含まれる電磁ノイズと、を共に遮断するために、
   前記商用電源周波数を有する商用電源電流のみを遮断することなく通過させるための主回路と、
   前記電力線搬送通信の信号および前記電磁ノイズのみを遮断するためのバイパス回路と、
   を有するフィルタ回路において、
   前記主回路から生じる磁力線と、前記バイパス回路から生じる磁力線と、が所定の角度をもって交差するように前記主回路と前記バイパス回路が配置されていることを特徴とするフィルタ回路。
2. 前記角度は、
   前記主回路のインピーダンスＺｍと、前記バイパス回路のインピーダンスＺｂと、の関係が所定の周波数（ｆ）においてＺｂ（ｆ）＜Ｚｍ（ｆ）を保ち、かつＺｂ（ｆ）とＺｍ（ｆ）の比が最大値となる前記主回路と前記バイパス回路との相対角度であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
3. 前記角度は９０度であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
4. 前記角度は、
   前記主回路から生じる磁力線のベクトルに平行かつ大地に対して水平な方向の仮想面である長さ方向と、大地面に対して垂直な方向の仮想面である高さ方向と、大地面に水平かつ前記高さ方向および前記水平方向に対してそれぞれ直角方向の仮想面である幅方向と、のそれぞれの前記仮想面同士が成す相対角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタ回路。
5. 前記周波数（ｆ）は２ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の帯域であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタ回路。
6. 相互に離間し複数で配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフィルタ回路。
   
   

Images