JP2008124897A - 電力抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電力とデータ信号の重畳波からデータ信号を減衰させて、ノイズのない電力を取り出す小型の電力抽出装置を提供する。
【解決手段】
電圧３０Ｖ以上、電流５Ａ以上の交流電力と、周波数が１ＭＨｚ以上のデータ信号との重畳波を送信する送電線に介装して、データ信号のみを所定の減衰量まで減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する電力抽出装置（１）に、重畳波が入力される重畳波入力端子（２in）と電力が出力される電力出力端子（２out）の間に、減衰開始周波数（ｆ_１）が電力周波数より高く、前記減衰量に達する減衰到達周波数（ｆ_２）が前記データ信号の下限周波数より低く設定され、減衰開始周波数（ｆ_１）から減衰到達周波数（ｆ_２）に至る減衰率が−２.５〜−１２ｄＢ／ＯＣＴの低勾配特性を有するフィルタ回路（７）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電力とデータ信号との重畳波を送信する送電線に介装され、データ信号のみを所定の減衰量まで減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する電力抽出装置に関する。

近年、ケーブルテレビ用の音声画像データ信号の幹線伝送路として、従来の同軸ケーブルに替え、データ通信容量の大きな光ファイバケーブルが用いられるようになってきている。
幹線伝送路となる同軸ケーブルには、双方向幹線分岐増幅器やその他の各種の増幅器等が介装されており、これらに対する駆動用の電力は、同軸ケーブルを介して伝送されるデータ信号にＡＣ３０Ｖ又はＡＣ６０Ｖの電源を重畳させて供給されているため、別途駆動用の電力供給線を必要としなかった。
そして、データ信号は、各増幅器等に内蔵されたハイパスフィルタにより電力と分離されて、そのデータ信号のみが各家庭に設置されたテレビ受像機やパソコン等の端末機に供給されるようになっている。

また、光ファイバケーブルを幹線伝送路として使用する場合も、その伝送路中に、光増幅器、光受信機、光送信機などのアクティブ機器類が介装されているが、光ファイバケーブルは同軸ケーブルと異なり電力を供給することができないので、別途電力供給を行う必要がある。
しかし、電力供給線を敷設するのは全国１０社の電力会社（一般電気事業者）に限られ、ケーブルテレビ事業者は、電力供給線を自ら敷設することはできない。

一般に、ケーブルテレビ事業者は、光ファイバケーブルが敷設されて光ファイバケーブルによるデータ伝送サービスを開始する際に、既設の同軸ケーブルによるデータ伝送サービスを一斉に中止することはなく、双方のサービスを併存させながら、光ファイバケーブルが設置された地域から徐々に切り換えていくのが普通であり、したがって、同軸ケーブルを撤去することなく残したまま、光ファイバケーブルを同軸ケーブルと並行に敷設していくのが一般的である。
すなわち、ケーブルテレビ事業者は電力伝送が不可能な光ファイバケーブルと並行して、電力伝送が可能な同軸ケーブルを所有しているのが一般的であるから、同軸ケーブルから電力線を分岐させ、光ファイバケーブルに介装されたアクティブ機器の電力として使用することができる。

しかしながら、同軸ケーブルに供給されている電力はデータ信号が重畳されているので、光信号を扱うアクティブ機器の電源としては良質なものとは言えず、そのデータ信号がノイズの原因となることも考えられる。
そして、このようなデータ信号と電力が重畳されて送信される電力波形から、データ信号を除去した電力のみを抽出してこれを電源として供給するために、一般的にはフィルタが用いられる。

図８はこのような電力を抽出する４次のフィルタであって、入力端子及び出力端子間に二つのコイルＬ_１１及びＬ_１２を直列に接続すると共に、コイルＬ_１２の両端側から接地回路Ｇ_１１及びＧ_１２を分岐させ、それぞれに二つのコンデンサＣ_１１及びＣ_１２を直列に接続して、コンデンサＣ_１１及びＣ_１２により生ずる極性を相殺させて無極性化している。
同軸ケーブルを介して伝送される電力は周波数５０〜６０ＨｚのＡＣ６０Ｖ、７.５Ａ程度であるので、１００Ｈｚ以上の信号をカットして電力だけを抽出しようとすると、通常は、図９に示すような特性を有するフィルタを設計する。
この場合、減衰開始周波数１００Ｈｚとし、仮にフィルタの次数を４次とすると、コイルＬ_１１及びＬ_１２のインダクタンスはそれぞれ約６００Ｈとなり、大きさにして、縦×横×高さ＝１８０×１９０×１６０（ｍｍ）程度の大型コイルが二つ必要となる。
また、接地回路Ｅ_１及びＥ_２の静電容量は約１００μＦ程度であるから、各コンデンサＣ_１１及びＣ_１２の静電容量はそれぞれ２００μＦとなり、大きさにして、直径（底面）×高さ＝３５×８０（ｍｍ）程度の大型コンデンサが必要となる。
図１０は、これらのコイルＬ_１１及びＬ_１２と、コンデンサＣ_１１及びＣ_１２をケーシング４１に収容したときのレイアウトを示す説明図であるが、ケーシング４１の大きさは、縦×横×高さ＝２００×４５０×１７０（ｍｍ）となり、総重量も６５ｋｇ程度の大きなものとなってしまう。

一方、近年、導入実験が盛んなＰＬＣ（電力線搬送通信：Power-Line Communication）でも上述と同様の問題が生ずる。
ＰＬＣは、屋内電気配線を信号伝送線として用いる技術で、街中の送電線に沿ってバックボーンネットワークとなる光ファイバー回線を敷設し、電柱などで各家庭やビルへの引込線とＰＬＣモデム（親機）を介して接続する。これにより、屋内電気配線にデータ信号を重畳することができ、各部屋にあるコンセントにＰＬＣモデム（子機）を介してパソコンなどの情報機器を接続すれば、コンセントを差し込むだけで屋内のどの部屋でも自由に情報機器を使用することができ、データ通信用の屋内専用配線を設置する手間も時間も省くことができるというメリットがある。

しかしながら、この場合に家庭内の全てのコンセントに供給される電力にはデータ信号が重畳されているので、電気機器（例えば短波ラジオ等）によっては、コンセントから給電を受けたときに、そのデータ信号によりノイズや誤動作などの悪影響を生ずる場合がある。
このような場合には、電力に重畳されているデータ信号を除去してノイズのない電力をコンセントから供給する必要があるが、図１０に示すような大型フィルタ装置をそのような電力を必要とする各コンセントに接続しなければならないというデメリットを生じ、これがＰＣＬ普及の足かせとなっている。

すなわち、ＰＬＣを実施すると、屋内電気配線を介して供給される電力にはデータ信号が重畳されるため、家庭内にある既存の電気機器について、データ信号により悪影響が及ぶか否かを全て検証しなければならないだけでなく、悪影響が及ぶ電機機器を接続するコンセントには図３に示すような大型フィルタを接続しなければならない。

そこで本発明は、電力とデータ信号の重畳波からデータ信号を減衰させて、例えば、家庭用コンセントに供給される電流１５Ａ、電圧１１０Ｖ程度のノイズのない電力を取り出す場合であっても、壁内コンセントやテーブルタップなどに組み込むことができる程度の極めて小型の電力抽出装置を提供することを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、電圧３０Ｖ以上、電流５Ａ以上の交流電力と、周波数が１ＭＨｚ以上のデータ信号との重畳波を送信する送電線に介装され、データ信号のみを所定の減衰量まで減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する電力抽出装置であって、重畳波が入力される重畳波入力端子と電力が出力される電力出力端子の間に、減衰開始周波数が電力周波数より高く、前記減衰量に達する減衰到達周波数が前記データ信号の下限周波数より低く設定され、減衰開始周波数から減衰到達周波数に至る減衰率が−２.５〜−１２ｄＢ／ＯＣＴの低勾配特性を有するフィルタ回路を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、データ信号の減衰量を−５２ｄＢに設定した場合、その減衰量に達する減衰到達周波数が、データ信号の下限周波数より低く設定される。
例えば、ＰＬＣの場合はデータ信号が２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ程度であり、ケーブルテレビの場合は１０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ程度であるから、その帯域の下限値である２ＭＨｚより低い周波数を減衰到達周波数として設定する。
ここで、減衰到達周波数を１ＭＨｚとし、減衰率を−４ｄＢ／ＯＣＴに設定すると、減衰開始周波数が１２２Ｈｚとなる。
したがって、５０〜６０Ｈｚの交流電力がデータ信号に重畳されて供給される場合、交流電力は減衰されずに透過される。
また、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのデータ信号は、１ＭＨｚより周波数が高いので、−５２ｄＢまで減衰され、データ信号が除去された交流電力を抽出することができる。

すなわち、ローパスフィルタは、予め設定されたカットオフ周波数（ゲインが−３ｄＢに達する周波数）を境に信号を透過／遮断するものであるから、理想的には、カットオフ周波数より低い周波数の信号の透過率が１００％となり、それより高い周波数の透過率が０％となるように、カットオフ周波数における減衰率を高くする（−５０ｄＢ／ＯＣＴ程度）設計を行うのが普通である。
しかしながら、本発明は、送電線に５０〜６０Ｈｚの低周波電力と１ＭＨｚ以上の高周波データ信号が重畳されているという特殊性に着目し、減衰開始周波数より低い周波数の信号を透過させ、減衰到達周波数より高い周波数の信号を遮断させ、その間の周波数帯域において、可能な限り低い減衰率で減衰させようというもので、従来のローパスフィルタとは全く異なる斬新な設計思想に基づくものである。
そして、このように、減衰開始周波数から減衰到達周波数までの減衰率を極めて低く設定したので、４次のフィルタを設計する場合でも、コイルのインダクタンスは０.３〜１μＨ程度、コンデンサの容量も０.１〜１μＦ程度で済み、全体の大きさも、直径３ｃｍ×長さ１５ｃｍ程度、回路重量５０ｇ、ケーシングを含んだ総重量でもせいぜい３５０ｇ程度の超小型に形成することができる。

このように電力抽出装置を小型化することができるので、例えばコンセントやテーブルタップに組み込むことができ、請求項２のように、フィルタ回路とそのバイパス回路を択一的に導通させるスイッチを設けておけば、情報機器を接続する場合はバイパス回路を導通させることによりコンセントからデータ信号が重畳された電力を供給させることができ、データ信号により悪影響が及ぶ電気機器を接続する場合はフィルタ回路を導通させることによりコンセントからデータ信号が除去された電力を供給することができる。

本例では、電力とデータ信号の重畳波からデータ信号を減衰させてノイズのない電力を抽出する電力抽出装置を、コンセントやテーブルタップなどに組み込むことができる程度に小型化するという目的を達成するために、重畳波が入力される重畳波入力端子と電力が出力される電力出力端子の間に、減衰開始周波数が６０Ｈｚ以上で、前記減衰量に達する減衰到達周波数が前記データ信号の下限周波数以下に設定され、減衰開始周波数及び減衰到達周波数の間の減衰率が−２.５〜−１２ｄＢ／ＯＣＴの低勾配特性を有するフィルタ回路を設けた。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る電力抽出装置の一例を示す外観図、図２は送電線との関係を示す説明図、図３はその回路図、図４は減衰特性を示すグラフ、図５は他の実施形態を示す説明図である。

図１〜４に示す電力抽出装置１は、同軸幹線ケーブル１１に併設された光ファイバケーブル１２のアクティブ機器１３に電力を供給するために、前記同軸幹線ケーブル１１から分岐された送電同軸ケーブル（送電線）１４に介装されて使用されるものである。
同軸幹線ケーブル１１には、周波数が１０ＭＨｚ以上の音声画像用データ信号（テレビ信号）及びインターネット用データ信号と、周波数５０〜６０Ｈｚ、電圧ＡＣ６０Ｖ、電流７.５Ａの電力との重畳波が伝送されており、電力抽出装置１によりデータ信号のみを減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する。

電力抽出装置１は、図１及び図３に示すように、重畳波が入力される重畳波入力端子２in及び電力が出力される電力出力端子２outとなる同軸ケーブル用ＦＴコネクタの雄型及び雌型を両端に形成した直径約３５ｍｍ×全長１３０ｍｍ程度のパイプ状ケーシング３内に、その入力端子２in側から出力端子２out側に向って、アレスタ４、非導通終端器５、フィルタ回路６が順に形成され、入力端子２in側及び出力端子２out側の夫々にフェライトコアーノイズフィルタ７in及び７outが配されている。

フィルタ回路６は、４次のローパス型に形成され、入力端子２in側から出力端子２out側に向って、コイルＬ_１及びＬ_２が直列に接続されると共に、出力端子側のコイルＬ_２の両端から接地回路Ｇ_１及びＧ_２が分岐され、入力端子２in側の接地回路Ｇ_１にコンデンサＣ_１が接続され、出力端子２out側の設置回路Ｇ_２に複数のコンデンサＣ_２〜Ｃ_６が並列に接続されている。

そして本例では、設定減衰量を−４８ｄＢとし、設定減衰量に至る減衰到達周波数ｆ_２をデータ信号の下限周波数１０ＭＨｚより低い周波数５ＭＨｚとし、減衰到達周波数ｆ_２に至るまでの減衰率を−３ｄＢ／ＯＣＴに設定すると、図４に示すように、減衰開始周波数ｆ_１は７６Ｈｚとなり、減衰量は周波数が７６Ｈｚを超えたところから減衰量が徐々に低下し、減衰到達周波数ｆ_２＝５ＭＨｚで−４８ｄＢに達する。

この場合、フィルタ回路６のコイルＬ_１及びＬ_２のインダクタンスは夫々０.６μＨ及び０.３μＨで足り、コンデンサＣ_１及びＣ_２の静電容量は夫々０.１μＦ及び０.３μＦ、コンデンサＣ_３及びＣ_６の静電容量は夫々１０ｐＦ、２０ｐＦ、１００ｐＦ、２２０ｐＦに選定されている。

上述したように減衰率が低いので、コイルＬ_１及びＬ_２のインダクタンスを小さくすることができ、また、コンデンサＣ_１〜Ｃ_６の静電容量も小さくすることができ、電力抽出装置１自体を小型化できる。

図５に示す電力抽出装置２１は、フィルタ回路６をＰＬＣに用いる壁面埋込コンセントボックス２２に組み込んだもので、屋内配線（送電線）２３とコンセント２４の間に、フィルタ回路６と、これをバイパスするバイパス回路２５が並列接続され、フィルタ回路６及びバイパス回路２５のいずれか一方を択一的に導通させるスイッチ２６が設けられている。

屋内配線２３に供給される電力は５０〜６０Ｈｚ、１１０Ｖ、１５Ａ程度であり、これに重畳されるデータ信号は２〜３０ＭＨｚ程度である。
そして本例では、図６に示すように、設定減衰量を−５２ｄＢとし、設定減衰量に至る減衰到達周波数ｆ_２をデータ信号の下限周波数２ＭＨｚより低い１ＭＨｚとし、減衰到達周波数ｆ_２に至るまでの減衰率を−４ｄＢ／ＯＣＴに設定すると、減衰開始周波数ｆ_１は１２２Ｈｚとなり、周波数が１２２Ｈｚを超えたところから減衰量が徐々に低下し、減衰到達周波数ｆ_２＝１ＭＨｚで−５２ｄＢに達するように設計されている。

この場合、フィルタ回路６のコイルＬ_１及びＬ_２のインダクタンスは夫々０.６μＨ及び０.３μＨ、コンデンサＣ_１及びＣ_２の静電容量は夫々０.１μＦ及び０.６８μＦ、コンデンサＣ_３及びＣ_６の静電容量は夫々１０ｐＦ、２０ｐＦ、１００ｐＦ、２２０ｐＦに選定されている。
このように、本例でも、フィルタ回路６のコイルＬ_１及びＬ_２のインダクタンスは１μＨ以下であり、コンデンサＣ_１〜Ｃ_６の静電容量も１μＦ以下であるので、フィルタ回路６を小型化することができ、既存のコンセントボックス２２内に組み込むことができる。

本例によれば、スイッチ２６を切り換えることにより、フィルタ回路６を導通させればデータ信号を除去した電力を供給することができ、バイパス回路２５を導通させればデータ信号を重畳した電力を供給することができる。
したがって、コンセント２４に接続する電気機器の種類によって、どちらの電力を出力させることもでき、データ信号により悪影響を生ずるラジオなどの電気機器類も普通に使用することができる。

図７に示す電力抽出装置３１は、フィルタ回路６をＰＬＣに用いる三ツ口のテーブルタップ３２に組み込んだもので、先端にプラグが取り付けられた延長コード３３が分岐されて、実施例２と等しい特性のフィルタ回路６と、これをバイパスするバイパス回路３４が並列に接続され、それぞれが三分岐されてコンセント３５…に接続されると共に、各コンセント３５毎にフィルタ回路６とバイパス回路２を切り換えるスイッチ３６が個別に設けられている。

本例によれば、スイッチ３６を切り換えることにより、コンセント３６毎にフィルタ回路６とバイパス回路２を切り換えることができるので、複数のコンセント３５に対して一つのフィルタ回路６で、データ信号を除去した電力と、データ信号を重畳した電力を個別に供給することができる。
したがって、各コンセント３５に接続する電気機器の種類によって、どちらの電力を出力させることもでき、データ信号により悪影響を生ずるラジオなどの電気機器類も普通に使用することができる。

以上述べたように、本発明は、交流電力と高周波のデータ信号との重畳波から、データ信号のみを所定の減衰量まで減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する電力抽出装置の用途に適用できる。

本発明に係る電力抽出装置の一例を示す外観図。 通信網との関係を示す説明図。 その回路図。 減衰特性を示すグラフ。 他の実施形態を示す説明図。 その減衰特性を示すグラフ。 さらに他の実施形態を示す説明図。 従来装置の回路図。 その減衰特性を示すグラフ。 そのレイアウトを示す説明図。

符号の説明

１ 電力抽出装置
２in 重畳波入力端子
２out 電力出力端子
３ パイプ状ケーシング
４ アレスタ
５ 非導通終端器
６ フィルタ回路

Claims (4)

1. 電圧３０Ｖ以上、電流５Ａ以上の交流電力と、周波数が１ＭＨｚ以上のデータ信号との重畳波を送信する送電線に介装され、データ信号のみを所定の減衰量まで減衰させてデータ信号を除去した電力を抽出する電力抽出装置であって、
   重畳波が入力される重畳波入力端子と電力が出力される電力出力端子の間に、減衰開始周波数が電力周波数より高く、前記減衰量に達する減衰到達周波数が前記データ信号の下限周波数より低く設定され、減衰開始周波数から減衰到達周波数に至る減衰率が−２.５〜−１２ｄＢ／ＯＣＴの低勾配特性を有するフィルタ回路を備えたことを特徴とする電力抽出装置。
2. 前記フィルタ回路をバイパスするバイパス回路と、前記フィルタ回路及びバイパス回路のいずれか一方を択一的に導通させるスイッチを備えた請求項１記載の電力抽出装置。
3. 前記フィルタ回路が、４次以下のＬＣ回路である請求項１記載の電力抽出装置。
4. 前記重畳波入力端子及び電力出力端子となる同軸ケーブル用ＦＴ型コネクタ又はＦ型コネクタの雄型及び雌型が両端に形成されたパイプ状ケーシング内に、前記フィルタ回路が収容されたことを特徴とする請求項１記載の電力抽出装置。
   
   
   

Images