JP2008124552A - 電力線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電ポイントが存在しないところにリピータ等の電力線通信装置を簡便に設置する。
【解決手段】電力線Ｐを信号の伝送路として使用する電力線通信装置１であって、前記電力線Ｐに対して誘導結合することで、前記電力線Ｐに対する信号の注入及び／又は取出を行うとともに前記電力線Ｐから給電を受ける誘導結合部２を備えている。前記誘導結合部は、電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行う信号用結合部と、電力線から給電を受けるための給電用結合部と、をそれぞれ備えている。この場合、周波数が異なる電力と信号に応じてそれぞれの結合部の特性を適切に設定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力線通信装置に関するものである。

電力線通信（ＰＬＣ:Power Line Communication）は、電力線を信号伝送路として通信を行う技術であり、例えば特許文献１に記載されている。
長距離の電力線通信を行う場合、送電線等の電力線による信号の減衰が大きくなり、通信路の途中にＰＬＣ信号を増幅するためのリピータ（中継装置）が必要となる。
このようなリピータでは、「ＰＬＣ信号の電力線への注入・電力線からのＰＬＣ信号の取出」並びに「電力線からの給電」の双方を行う必要がある。
特開２００６−９４３７８号

しかし、送電線等の電力線の途中に、「ＰＬＣ信号の電力線への注入・電力線からのＰＬＣ信号の取出」並びに「電力線からの給電」を行う設備を設け、据付工事を行うのは、困難である。

つまり、電力線通信装置を、既設の給電ポイント（コンセント）が存在する場所に設置するのは容易である。
一方、給電ポイントが存在しないところにリピータ等の電力線通信装置を設置しようとすると、既設の電力線中に給電ポイント（電源ブレーカ、コンセント等）を設ける必要がある。
このように、既設の電力線中に給電ポイントを設けるには、電力線の工事を伴うことになるため、簡便に電力線通信装置を設置することができない。

また、ＰＬＣのリピータは、ＰＬＣ変調信号を送信する送信機（送信部）とＰＬＣ変調信号を受信する受信機（受信部）とを有する構成となっている。そして、リピータの受信機で受信した信号の復調処理及びパケット解析を行って、パケット中の送信先アドレス等の情報から再送信すべき信号（パケット）であるか否かを決定し、再送信が決定された場合には、パケット解析された信号のパケット生成及び変調処理を行い、送信機を利用して再送信する。

このように、ＰＬＣのリピータは、通常の電力線通信装置（モデム）と同様の送受信機能やパケット解析機能を有しているため、装置が大型化し易い。
一方、ＰＬＣのリピータは、電力線の途中に設置されるものであるため、屋外や限られたスペースへの設置が要求されることになるが、装置が大型化すると、屋外や限られたスペースへの設置が困難である。

以上のようにＰＬＣのリピータを設置しようとすると、既設の電力線中に給電ポイント（電源ブレーカ、コンセント等）を設けるのが困難であるとともに、リピータが大型であると十分なスペースが確保できないという問題が発生する。
この結果、リピータが設置できず、ＰＬＣによる長距離通信の実現は困難であった。

ここで、特許文献１には、信号線と電力線との磁気結合により信号を送受信する装置が開示されている。しかし、特許文献１記載のものでは、信号を磁気的に電力線へ重畳したり、電力線から磁気的に信号を抽出したりするだけ、電力線からの電力の給電が考慮されておらず、上記の問題は解決されない。

そこで、本発明は、給電ポイントがなくても電力線通信装置を動作させるための新たな技術的手段を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、長距離通信を可能とする新たなリピータを提供することにある。

本発明は、電力線を信号の伝送路として使用する電力線通信装置であって、前記電力線に対して誘導結合することで、前記電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行うとともに前記電力線から給電を受ける誘導結合部を備えている。
本発明によれば、前記電力線に対して誘導結合することで前記電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行うとともに前記電力線から給電を受ける誘導結合部を備えているため、給電ポイントがなくても電力線通信装置を動作させることができる。
なお、信号の注入及び／又は取出と、給電とは、同時に行われても、同時でなく行われても良い。たとえば、給電は常に行われていても良いし、充電池を備える装置に充電が行われたときには給電をとめても良い。
また、ここでいう電力線とは、高圧の送電線、配電線等、並びに低圧の構内の電力線等を含むものである。

前記誘導結合部は、電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行う信号用結合部と、電力線から給電を受けるための給電用結合部と、をそれぞれ備えているのが好ましい。この場合、周波数が異なる電力と信号に応じてそれぞれの結合部の特性を適切に設定することができる。

他の複数の電力線通信装置間で通信を中継するための通信中継用電力線通信装置として構成されているのが好ましい。通信中継用電力線通信装置において上記誘導結合部を採用することで、既設の電力線中に給電ポイントを設けなくても通信中継用電力線通信装置を設定することができ、長距離通信が容易となる。

電力線通信装置は、電力線からのＰＬＣ変調信号を受信する受信部と、電力線へＰＬＣ変調信号を送信する送信部と、前記受信部によって受信したＰＬＣ変調信号の復調処理を行う信号解析処理部と、復調処理が行われた信号に対してパケット解析処理を行わずに、復調処理が行われた信号を再変調して前記送信部にＰＬＣ変調信号を与える再変調部と、を備えているのが好ましい。
この場合、パケット解析を行わないため、装置の小型化を図るとともに消費電力を低減できる。

本発明の電力線通信装置によれば、前記電力線に対して誘導結合することで前記電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行うとともに前記電力線から給電を受ける誘導結合部を備えているため、給電ポイントがなくても電力線通信装置を動作させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、通信中継用電力線通信装置（以下、中継装置という）１を含む電力線通信システムを示している。
この電力線通信システムは、電力線（送電線）Ｐを利用して、第１電力線通信装置Ａと第２電力線通信装置Ｂとの間で長距離通信を行うものである。

中継装置（リピータ）１は、第１電力線通信装置Ａと第２電力線通信装置Ｂとを結ぶ電力線Ｐの中途に位置して、第１電力線通信装置Ａと第２電力線通信装置Ｂとの間で送受信される信号の中継を行う。
中継装置１が信号の中継を行うことで、第１電力線通信装置Ａと第２電力線通信装置Ｂとの距離が大きく、電力線Ｐによる信号の減衰が大きくても、両電力線通信装置Ａ，Ｂ間での通信を行うことができる。

第１及び第２電力線通信装置Ａ，Ｂは、電力線Ｐ上に設けられたコンセント等の給電ポイントａ，ｂに、各電力線通信装置Ａ，Ｂの電源プラグを差し込むことで、電力線Ｐに対して導電体結合されている。なお、第１及び第２電力線通信装置Ａ，Ｂの電源ケーブルを、電源プラグを介さずに、直接電力線Ｐに接続することで、給電ポイントａ，ｂを形成してもよい。この場合も、なお、第１及び第２電力線通信装置Ａ，Ｂは、導電体を介して電力線Ｐに接続されることになる。
第１及び第２電力線通信装置Ａ，Ｂは、給電ポイントを介して、電力線Ｐから給電を受けて動作するとともに、この給電ポイントを介して通信用信号（ＰＬＣ信号）の送受信を行う。

一方、中継装置としての電力線通信装置１は、電源プラグ等の導電体ではなく、誘導結合部２を介して電力線Ｐと接続されている。この誘導結合部２は、中継装置１と電力線Ｐとを導電体を介さずに結合するものである。この誘導結合部２によって、中継装置１は、電磁誘導又は静電誘導により電力線Ｐからの給電を受けるとともに、電力線Ｐに対する信号の注入及び／又は取出を行う。

このように、中継装置１は、誘電結合部２を有しているため、電力線Ｐ上に給電ポイントを設けなくても、電力線Ｐへの接続が可能である。そして、中継装置１は、誘導結合部２を介して、電力線Ｐから給電を受けて動作することができる。すなわち、中継装置１は、この誘導結合部２を介して得られる電力によって、通信用信号（ＰＬＣ信号）の送受信のための処理を行う。
したがって、本実施形態の中継装置１を用いれば、中継装置１を接続するための給電ポイントを電力線Ｐ上に設けるための工事を行うことなく、中継装置１を電力線Ｐに接続することができる。

図２は、中継装置１及びその中継装置１が備える誘電結合部２の一例を示している。図２のものでは、誘導結合部２は、電力線Ｐに対する信号の注入及び取出を行う信号用結合部２ａと、電力線Ｐから給電を受けるための給電用結合部２ｂと、をそれぞれ備えている。

前記信号用結合部２ａは、電力線Ｐに電磁誘導結合して、電力線Ｐに対する信号の注入及び取出を行う。このため、信号結合部２ａは、図３（ａ）に示すように、複数（２本）の電力線Ｐ，Ｐそれぞれに装着される磁性体コア２０ａ，２０ｂと、複数の磁性体コア２０ａ，２０ｂとの間で電磁誘導を発生させるためのコイル２１と、を備えている。

電力線ＰにＰＬＣ信号（例えば、２Ｍ〜３０ＭＨｚの高周波信号）が流れている場合、ＰＬＣ信号によって電力線Ｐ，Ｐの周囲に発生した磁界は、磁性体コア２０ａ，２０ｂに集中する。また、磁性体コア２０ａ，２０ｂ内の磁界は、電力線Ｐ，Ｐを流れるＰＬＣ信号に応じて変化する。
ＰＬＣ信号に応じて変化する磁界は、電磁誘導により、前記コイル２１にＰＬＣ信号に応じた誘導起電力を発生させる。この結果、ＰＬＣ信号が信号用結合部２ａによって取り出され、中継装置１の信号処理部１０へ与えられる。以上の様にして、電力線Ｐを流れるＰＬＣ信号を中継装置１が受信できる。

また、信号処理部１０が、ＰＬＣ信号を送信した場合、ＰＬＣ信号電流がコイル２１を流れ、ＰＬＣ信号に応じて変化する磁界がコイル２１内に発生する。コイル２１内に発生した磁界は、磁性体コア２０ａ，２０ｂによって電力線Ｐ，Ｐ周囲に分布する。電力線Ｐ，Ｐ周囲の磁界の変化は、電磁誘導により、電力線Ｐ，ＰへＰＬＣ信号に相当する誘導起電力を発生させる。以上により、ＰＬＣ信号が中継装置１から電力線Ｐへ注入される。

前記給電用結合部２ｂは、電力線Ｐに電磁誘導結合して、電力の取出しを行う。このため給電用結合部２ｂは、図３（ａ）に示すように、複数（２本）の電力線Ｐ，Ｐのうち、少なくとも１つの電力線Ｐに装着される磁性体コア２３と、磁性体コア２３に巻回されたコイル２４とを備えている。
電力線Ｐに流れる商用電源電力（５０〜６０Ｈｚ）によって電力線Ｐ周囲に発生した磁界は、磁性体コア２３に集中する。そして、磁性体２３に巻回されたコイル２４には、電磁誘導により起電力が生じる。この電磁誘導起電力は、電源電力として、中継装置１の給電部（電源回路）１１へ与えられる。

前記給電部１１は、図２に示すように、動作安定等の必要に応じて充電池１１ａを備えてもよい。充電池１１ａを備える場合、誘導結合部２によって取得した電力の一部又は全部が充電池１１ａに蓄電され、充電池１１ａからも信号処理部１０への給電が可能である。
つまり、給電部１１が充電池１１ａを備える場合、誘導結合部２によって取得した電力は、直接、信号処理部１０へ供給されるだけでなく、充電池１１ａを介して、信号処理部１０へ供給されることもある。

また、充電池１１ａに十分な電力が蓄えられているときには、誘導結合部２によって電力を取得しなくてもよい。
すなわち、誘導結合部２からの給電と信号注入及び／又は取出とが同時におこなわれなくてもよい。この場合、誘導結合部２を介した信号注入及び／又は取出を行いつつ、信号処理部１０は、誘導結合部２からの給電２は受けず、充電池１１ａからの給電を受ける。
なお、上記とは逆に、誘導結合部２からの給電と信号注入及び／又は取出とを同時に行ってもよいのは当然である。

なお、信号用結合部２ａは、ＰＬＣ信号の注入／取出が行えればよく、さほど大きな誘導起電力は不要である。したがって、コイル２１の巻数、磁性体コア２０ａ，２０ｂの透磁率、磁性体コア２０ａ，２０ｂの軸方向長さ等の誘導起電力の大きさを決める要因となるパラメータの値は、給電用結合部２ｂに比べて小さくてもよい。

一方、給電用結合部２ｂは、給電のため、比較的大きな誘導起電力が必要となるため、
は、コイル２４の巻数、磁性体コア２３の透磁率、磁性体コア２３の軸方向長さ等の誘導起電力の大きさを決める要因となるパラメータの値は、信号用結合部２ａに比べて大きくするのが好ましい。

例えば、電力線Ｐに１０［Ａ］の５０Ｈｚの交流電流が流れており、コイル２１の巻数ｎ＝１００、磁性体コア（フェライトコア）２０ａ，２０ｂの５０［Ｈｚ］での透磁率μ＝３００００［Ｈ／ｍ］、磁性体コア（フェライトコア）２０ａ，２０ｂの電力線Ｐ長手方向の長さｄ＝０．１［ｍ］とすれば、給電用結合部２ｂに発生する起電力は、約４３［Ｖ］である。
なお、電力線Ｐに１０［Ａ］の５０Ｈｚの交流電流が流れており、コイル２１の巻数ｎ＝３０、磁性体コア（フェライトコア）２０ａ，２０ｂの５０［Ｈｚ］での透磁率μ＝３００００［Ｈ／ｍ］、磁性体コア（フェライトコア）２０ａ，２０ｂの電力線Ｐ長手方向の長さｄ＝０．１［ｍ］とした場合、給電用結合部２ｂに発生する起電力は、約１３［Ｖ］となる。

なお、図２及び図３（ａ）では、ＰＬＣ信号と電力とでは周波数が異なることを考慮して、効率を確保する観点から、信号結合部２ａと給電用結合部２ｂとを分けたが、効率が問題とならない場合であれば、信号用結合部と給電用結合部とを、共通の結合部（共通の磁性体コアとコイル）によって構成してもよい。

図３（ｂ）は、図２の誘導結合部２の他の具体例を示している。図３（ｂ）の誘導結合部２では、信号用結合部２ａは、図３（ａ）と同様の構成であるが、給電用結合部２ｂが図３（ａ）のものと異なっている。

図３（ｂ）の給電用結合部２ｂは、信号用結合部２ａと同様に、複数（２本）の電力線Ｐ，Ｐそれぞれに装着される磁性体コア２６ａ，２６ｂと、複数の磁性体コア２６ａ，２６ｂとの間で電磁誘導を発生させるためのコイル２７と、を備えている。図３（ｂ）のものも、図３（ａ）のものと給電の原理はほぼ同様である。
すなわち、電力線Ｐに流れる商用電源電力（５０〜６０Ｈｚ）によって電力線Ｐ周囲に発生した磁界は、磁性体コア２６ａ，２６ｂに集中する。そして、磁性体コア２６ａ，２６ｂに巻回されたコイル２７には、電磁誘導により起電力が生じる。この電磁誘導起電力は、電源電力として、中継装置１の給電部（電源回路）１１へ与えられる。

図３（ｃ）は、図２の誘導結合部２のさらに他の具体例を示している。図３（ｃ）の誘導結合部２ｂでは、信号用結合部２ａは、図３（ａ）と同様の構成であるが、給電用結合部２ｂが図３（ａ）のものと異なっている。
図３（ｃ）の給電用結合部２ｂは、電力線Ｐとの間で静電誘導結合して、電力の取出しを行う。このため、図３（ｃ）の給電用結合部２ｂでは、導電体が絶縁体で被覆された電力線Ｐの前記絶縁体に沿って取り付けられる導電体２９ａ，２９ｂを備えている。

図４に示すように、給電用結合部２ｂを構成する導電体２９ａ，２９ｂは、電力線Ｐの芯部分である導電体Ｐ１とは直接接触しておらず、導電体２９ａ，２９ｂと導電体Ｐ１との間には、絶縁体（誘電体）Ｐ２が存在する。
以上の構成により、図３（ｃ）及び図４の給電用結合部２ｂ（及び電力線Ｐ）は、図５の等価回路に示すように、コンデンサＣとして機能する。したがって、電力線Ｐを流れる交流電力によって、コンデンサＣとして機能する給電用結合部２ｂにチャージがなされる。中継装置１の給電部１１は、給電用結合部２ｂにチャージされた電力を取得することで、動作電源電力を得ることができる。

例えば、絶縁体Ｐ２の比誘電率＝２、導電体２９ａ，２９ｂの円弧角度θ＝π／２、導電体２９ａ，２９ｂの電力線Ｐ長手方向長さＬ＝０．１［ｍ］、電力線Ｐの導電体Ｐ１の半径ａ＝０．０５［ｍｍ］、電力線Ｐの絶縁体Ｐ２の厚さ（半径方向）ｂ＝０．０６［ｍｍ］、図５に示す等価回路のコンデンサＣの静電容量は、３４．７［ｐＦ］となる。この静電容量を持つコンデンサＣへのチャージによって中継装置１の給電部１１は、動作電力を得ることができる。

図２に戻り、中継装置１の信号処理部１０は、電力線Ｐを流れるＰＬＣ信号を受信する受信部（受信機）１０ａと、電力線ＰへＰＬＣ信号を送信する送信部（送信機）１０ｂと、を備えている。受信部１０ａは、変調されたＰＬＣ信号（ＰＬＣ変調信号）を電力線Ｐから取り出して、信号解析に必要なレベルまで増幅するためのものである。
受信部１０ａにて受信されたＰＬＣ変調信号は、信号解析処理部１０ｃに与えられる。信号解析処理部１０ｃでは、ＰＬＣ変調信号を復調して信号判定を行う。電力線Ｐによる減衰やノイズの影響により歪んだ信号は、信号解析処理部１０ｃにて処理されることで、送信時の信号に戻る。

通常の電力線通信装置Ａ，Ｂであれば、信号解析された信号は、さらにパケット解析処理の対象となり、送信先アドレスの読み取りやデータ取出しが行われる。また、従来の中継装置の場合、パケット解析処理の後に、再度、パケット生成を行って、再生成したパケットを中継のために電力線Ｐへ送信することになる。
これに対し、本実施形態の中継装置１では、信号解析された信号に対してパケット解析せずに、再変調部１０ｄにて、そのまま再変調する。これにより、パケット解析を省略して節電を図りつつ、中継装置１における受信時よりも良好な信号（電力線Ｐによる減衰やノイズの影響による歪みのない信号）を再送信することができる。
なお、ＰＬＣ変調信号は、送受信部１０ｅによって、時分割方式（ＴＤＤ）、周波数分割方式（ＦＤＤ）、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式等によって、電力線Ｐに対する送受信が行われる。

このように、本実施形態の中継装置１では、パケット解析を行わないため、中継装置１の消費電力を大幅に低減できる。また、パケット解析のための機能が必要ないため、装置を小型化することができる。
また、図２に示すように、信号用結合部２ａと給電用結合部２ｂとが分離して、それぞれが信号処理部１０と給電部１１に接続されているため、通常の電力線通信装置のように電力と信号を分離するためのフィルタを設ける必要がなく、この点からも、装置を小型化することができる。

この結果、中継装置１は、大きな電力が不要なため、誘導結合で給電を受けても、十分に必要な電力をまかなうことができる。しかも、中継装置１が小型になるため、電柱上等や狭い配電設備内など、装置１の設置のために狭いスペースしか確保できないような場所であっても、中継装置１を設置することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、誘導結合部２は、中継装置１に限らず、第１電力線通信装置Ａや第２電力線通信装置Ｂなどの電力線通信装置全般に適用することができる。

電力線通信システムを示す図である。 中継装置の機能ブロック図である。 誘導結合部の例を示す図であり、図３（ａ）は第１例、図３（ｂ）は第２例、図３（ｃ）は第３例である。 図３（ｃ）の給電用結合部の拡大図である。 図３（ｃ）の等価回路である。

符号の説明

１ 中継装置
２ 誘導結合部
２ａ 信号用結合部
２ｂ 給電用結合部
１０ 信号処理部
１０ａ 受信部
１０ｂ 送信部
１０ｃ 信号解析処理部
１０ｄ 再変調部
１１ 給電部
Ｐ 電力線

Claims (4)

1. 電力線を信号の伝送路として使用する電力線通信装置であって、
   前記電力線に対して誘導結合することで、前記電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行うとともに前記電力線から給電を受ける誘導結合部を備えていることを特徴とする電力線通信装置。
2. 前記誘導結合部は、電力線に対する信号の注入及び／又は取出を行う信号用結合部と、電力線から給電を受けるための給電用結合部と、をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の電力線通信装置。
3. 他の複数の電力線通信装置間で通信を中継するための通信中継用電力線通信装置として構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力線通信装置。
4. 電力線からのＰＬＣ変調信号を受信する受信部と、
   電力線へＰＬＣ変調信号を送信する送信部と、
   前記受信部によって受信したＰＬＣ変調信号の復調処理を行う信号解析処理部と、
   復調処理が行われた信号に対してパケット解析処理を行わずに、復調処理が行われた信号を再変調して前記送信部にＰＬＣ変調信号を与える再変調部と、
   を備えていることを特徴とする請求項３記載の電力線通信装置。

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