JP2008228022A - ブロッキングフィルター及び電力線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】信号伝送路が相互につながっている電力線通信の複数のＬＡＮ間で、所望の範囲内に制限して通信し得るようにする。
【解決手段】複数グループのローカルエリアネットワークを構成する電力線通信システムの、各グループ間の屋内配電線に、商用交流電流の送電に支障とならず、電力線通信の信号通過を抑制するブロッキングフィルター６を設ける。このブロッキングフィルター６は、磁性材料によって形成されたコア６ｃを有し、屋内配電線の２電路Ｌ１，Ｌ２を、これらの電路を往路及び復路として同時に流れる電流によってコア６ｃ内の同じ方向に磁束φを生じさせるように、通過又は巻回させるものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力線通信の信号通過を抑制するブロッキングフィルター及びこれを用いた電力線通信システムに関する。

電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）は、電力線に高周波信号を重畳して高速通信を行う通信方式であり、新たに通信用ケーブルを設ける必要が無いという利点を有する（非特許文献１参照。）。また、近年、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を構成する手段としての電力線通信が注目されている。例えば、新規に通信線を敷設することが困難なホテルでは、既存の屋内配電線を信号伝送路とするＰＬＣが至便である。このようなホテルのＰＬＣ−ＬＡＮでは、各部屋にＰＬＣモデムの子機が設置され、一定の子機数ごとに親機が１台設置される。例えば、各フロアに親機が１台設置され、これと、各フロアの多数の子機との間でＬＡＮのグループが構成される。

Interface、第７０〜８１頁、「電力線搬送（ＰＬＣ: Power Line Communication）の現状」、江藤潔著、ＣＱ出版社、２０００年９月

しかしながら、屋内配電線は１つの変圧器の下で共通の電路であるため、信号伝送路が複数のグループに共有されている。信号伝送路の距離が長くなるとＰＬＣの通信はつながりにくくなるが、近接しているとつながりやすい。そのため、例えば、ある階の子機からその階の親機と通信を行いたいのに、他の階の親機とつながってしまう、という事態も生じ、通信の混乱を生じる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、信号伝送路が相互につながっている電力線通信の複数のＬＡＮ間で、所望の範囲内に制限して通信し得るようにすることを目的とする。

本発明のブロッキングフィルターは、屋内配電線の電路に設けられ、商用交流電流に対しては磁気飽和する電流が流れても電力線通信の信号に対しては磁気飽和にならないことにより信号通過を抑制するものである。
上記のように構成されたブロッキングフィルターは、電力線通信の信号通過を抑制するので、複数のＬＡＮ間に渡る屋内配電線の適所に当該ブロッキングフィルターを設けることにより、ネットワーク外への信号の漏洩を防止することができる。
また、電力線通信装置の親機が屋内への電力線の引き込み口近くに設置される場合、隣接家屋に対して電力線通信の信号が漏れ出て、信号の干渉を生じることも予想されるが、そのような場合でも、引き込み口の近傍に当該ブロッキングフィルターを設けることにより、信号の漏洩を防止することができる。

また、上記ブロッキングフィルターは、屋内配電線の各々を通過させる複数個のコアと、屋内配電線の２電路間に接続されるコンデンサとを組み合わせて設置することにより、電力線通信の信号通過を抑制するものであってもよい。
この場合、コアとコンデンサとによってＬ−Ｃ−Ｌフィルタが構成され、電力線通信の信号通過が抑制される。

また、上記ブロッキングフィルターは、磁性材料によって形成されたコアを有し、屋内配電線の２電路を、これらの電路を往路及び復路として同時に流れる電流によってコア内の同じ方向に磁束を生じさせるように、通過又は巻回させるものであってもよい。
上記のように構成されたブロッキングフィルターは、電力線通信の信号通過を抑制するので、複数のＬＡＮ間に渡る屋内配電線の適所に当該ブロッキングフィルターを設けることにより、ネットワーク外への信号の漏洩を防止することができる。

また、上記ブロッキングフィルターにおいて、２電路のうち一方はコア内を通過し、他方はコアの外側から内側に巻き付けられているように構成してもよい。
この場合、最も簡素な巻き構造でコア内の同じ方向に磁束を生じさせることができる。

また、上記ブロッキングフィルターにおいて、ブロッキングフィルターを２個直列に、かつ、コアと２電路との関係を逆にして接続することもできる。
この場合、２電路が共に、通過と巻回の直列の組み合わせとなるので、電線の長さのバランスをとることができ、ブロッキングフィルターの取り付けが容易である。

また、上記ブロッキングフィルターにおいて、２電路のうち一方はコアの外側から内側に複数回巻き付けられ、他方はコアの内側から外側に同一回数巻き付けられているようにしてもよい。
この場合、２電路が共に、同じ回数の巻き付けとなるので、電線の長さのバランスをとることができ、ブロッキングフィルターの取り付けが容易である。

また、上記ブロッキングフィルターにおいて、コア及び、コアに関わる２電路に相当する部分を搭載した１部品として構成してもよい。
この場合、現場でコアを通したり巻いたりする作業が困難な場合でも、ブロッキングフィルターの取り付け工事が容易である。また、部品としての量産により、製造コストを下げることができる。

一方、本発明は、屋内配電線を信号伝送路として複数グループのローカルエリアネットワークを構成する電力線通信システムであって、各グループ間の屋内配電線の電路には、商用交流電流に対しては磁気飽和する電流が流れても電力線通信の信号に対しては磁気飽和にならないことにより信号通過を抑制するブロッキングフィルターが設けられているものである。
上記のように構成された電力線通信システムでは、ブロッキングフィルターが電力線通信の信号通過を抑制するので、ネットワーク外への信号の漏洩を防止することができる。

本発明のブロッキングフィルター又はこれを用いる電力線通信システムによれば、信号伝送路が相互につながっている電力線通信の複数のＬＡＮ間で、所望の範囲内に制限して電力線通信を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態による電力線通信システムを適用したホテルの配線系統図である。このホテルは６階建てで、２〜６階が客室となっている。受電用のキュービクル１は屋上に設置され、そこから配電用の幹線２が各階のダクトスペース３内に設置された分電盤４に引き込まれている。各階の各部屋への給電（コンセント・照明等）は、同一階の分電盤４から行われる。

ＰＬＣモデム（電力線通信装置）の親機ＭＳは分電盤４からの枝線５に接続され、ダクトスペース３内に収納されている。一方、子機ＬＳは、各部屋に設置され、分電盤４から各部屋への枝線５に接続されている。各階の親機ＭＳ及び複数の子機ＬＳは、１つのＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を構成している。

各階の分電盤４と、上又は下に隣接する階の分電盤４との間には、各ＬＡＮ間でＰＬＣの信号通過を抑制するブロッキングフィルター６が設けられている。このようなブロッキングフィルター６の設置により、ＰＬＣの通信が、異なる階にまたがって行われることを防止し、ネットワーク外への通信の漏洩を防止することができる。言い換えれば、ＰＬＣの通信範囲を、各階のＬＡＮ内での通信に制限することができる。図１の構成では、ブロッキングフィルター６の必要個数は、ＬＡＮのグループ数（５）より１を引いた数すなわち、４個となる。

図２は、図１とは異なる位置にブロッキングフィルター６を設置した電力線通信システムを適用したホテルの配線系統図である。その他の構成は図１と同様である。この場合、ブロッキングフィルター６は分電盤４の直下に設けられ、ブロッキングフィルター６の下に、ＬＡＮが構成されている。このような構成では、例えばある階の親機ＭＳの送信した信号が他の階の親機ＭＳ又は子機ＬＳに受信されるためには、２つのブロッキングフィルター６を通り抜けなければならず、実質的に、このような信号の漏洩は生じない。従って、ＰＬＣの通信が、異なる階にまたがって行われることを防止し、ネットワーク外への通信の漏洩を防止することができる。言い換えれば、ＰＬＣの通信範囲を、各階のＬＡＮ内での通信に制限することができる。

図１のブロッキングフィルター６の配置によれば、ブロッキングフィルター６の個数が少なくて済む長所があるが、流れる電流の大きい幹線２に設けられるので、ブロッキングフィルター６に必要とされる磁性材料の穴径を大きくしなければならない。一方、図２のブロッキングフィルター６の配置によれば、枝線５に設けられるので、ブロッキングフィルター６に必要とされる許容電流は、比較的小さくても足りる。また、もしＰＬＣに不具合が生じた場合、その階の分電盤４内の回路遮断器をオフにすれば点検が可能であり、他の階には影響が及ばないという利点がある。
なお、ブロッキングフィルター６の配置は、図１の配置と、図２の配置とを併用することも可能である。

なお、図１，図２は、ホテルの配線系統図を例に挙げたが、集合住宅や、戸建て住宅にも、ブロッキングフィルターを適用することができる。例えば、戸建て住宅において、ＰＬＣモデムの親機が屋内への電力線の引き込み口近くに設置される場合、隣接家屋に対してＰＬＣ信号が漏れ出て、信号の干渉を生じることも予想されるが、そのような場合でも、引き込み口の近傍に当該ブロッキングフィルターを設けることにより、信号の漏洩を防止することができる。

次に、上記ブロッキングフィルター６の構造について説明する。図３は、第１実施形態によるブロッキングフィルター６の斜視図である。図において、ブロッキングフィルター６は、磁性材料としてのフェライトによって形成されたリング状のコア（フェライトコア）６ｃを有する。屋内配電線の被覆電線による２電路Ｌ１，Ｌ２のうち一方（Ｌ２）はコア６ｃ内を通過し、他方（Ｌ１）はコア６ｃの外側から内側に１回巻き付けられている。このような最も簡素な巻き構造で、コア６ｃ内の同じ方向に磁束φを生じさせることができる。

なお、実際には分電盤４内の回路遮断器（図示せず。）等につなぎ込むための電線を、その直前でこのようにコア６ｃを通したり、巻き付けたりする。また、必要により、２分割構造のコアを使用してもよい。２分割構造のコアを使用した場合には、基本的に電線を外す必要がないので、停電させることなくブロッキングフィルター６を取り付けることも可能である。

上記フェライトコアという材料は、磁気飽和特性が周波数により変化する特性を有する。例えば、交流信号に対する特性として周波数が１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度までは比透磁率はほぼ一定であるが、それ以上では比透磁率が大きくなる周波数帯があり、商用電源の交流信号で飽和していても、１ＭＨｚ以上では飽和しない。従って、大きなボリュームのフェライトコアを使用しなくても、ＰＬＣで使用する周波数帯（２〜３０ＭＨｚ）の信号をブロックすることができると考えられる。つまり、商用交流電流に対しては材料が磁気飽和するまでは、そのインピーダンスにより抵抗分として作用するが、飽和してしまうと商用交流電流に対しては、それ以上抵抗とはならず通してしまうのに対し、ＰＬＣで使用する周波数帯の信号に対しては磁気飽和にならない領域がまだ残されているため抵抗分として作用し、信号の通過を抑制することになる。

従って、上記ブロッキングフィルター６は、周波数５０又は６０Ｈｚの商用交流電流に対しては、実用上、送電に支障となるインピーダンスを生じず、存在しないのとほぼ同じである。
一方、ＰＬＣ信号の電流が、例えば図示の矢印のように２電路Ｌ１，Ｌ２を往路・復路として流れようとすると、コア６ｃ内に生じる磁束φの向きは２電路とも同一となり、また、ＰＬＣ信号に対しては磁気飽和にならないことで大きなインピーダンスを生じる。従って、ＰＬＣ信号の信号通過は、このブロッキングフィルター６により抑制される。

図４は、第２実施形態によるブロッキングフィルターの斜視図である。この構造は、図３の構造を基本構造として、これを直列に一対設け、かつ、電路の通過と巻回との関係を互いに逆にしたものである。この場合、２電路Ｌ１，Ｌ２が共に、通過と巻回の直列の組み合わせとなるので、電線の長さのバランスをとることができ、ブロッキングフィルター６の取り付けが容易であるという利点がある。

図４のブロッキングフィルター６は、商用交流電流に対しては送電に支障となるインピーダンスとならず、存在しないのとほぼ同じである。
一方、ＰＬＣ信号の電流が、例えば図示の矢印のように２電路Ｌ１，Ｌ２を往路・復路として流れようとすると、各コア６ｃ内に生じる磁束φの向きは２電路Ｌ１，Ｌ２とも同一となり、しかも直列であることによって、非常に大きなインピーダンスを生じる。従って、ＰＬＣ信号の信号通過は、このブロッキングフィルター６により抑制される。

図５は、第３実施形態によるブロッキングフィルター６の斜視図である。コア６ｃは第１実施形態と同様である。屋内配電線の２電路Ｌ１，Ｌ２のうち一方はコア６ｃの外側から内側に複数回巻き付けられ、他方はコア６ｃの内側から外側に複数回巻き付けられている。巻き数は２電路Ｌ１，Ｌ２とも同じである。この場合、２電路Ｌ１，Ｌ２が共に、同じ回数の巻き付けとなるので、電線の長さのバランスをとることができ、ブロッキングフィルター６の取り付けが容易であるという利点がある。また、仕上がりの外形寸法も、第２実施形態（図４）よりコンパクトである。

図５に示すブロッキングフィルター６は、商用交流電流に対しては送電に支障となるインピーダンスとならず、存在しないのとほぼ同じである。
一方、ＰＬＣ信号の電流が、例えば図示の矢印のように２電路Ｌ１，Ｌ２を往路・復路として流れようとすると、コア６ｃ内に生じる磁束φの向きは２電路Ｌ１，Ｌ２とも同一となり、大きなインピーダンスを生じる。従って、ＰＬＣ信号の信号通過は、このブロッキングフィルター６により抑制される。また、複数回の巻き付けにより、抑制効果を高めることができる。

図６は、第４実施形態によるブロッキングフィルター６の平面図である。図において、このブロッキングフィルター６は、１つの部品として構造的に独立させたもので、絶縁物からなる基台６ｄ上に、コア６ｃと、これに対して第３実施形態（図５）と同様の要領で巻かれた被覆電線の２電路６ａ，６ｂと、各電路の端部が接続され、外線接続が可能な端子台６ｅとを備えている。このコア６ｃは円筒状であるが、リング状であってもよい。このブロッキングフィルター６は、屋内配電線上の所望の箇所に設けられ、端子台６ｅに屋内配電線が接続される。

このように予め１部品として完成したブロッキングフィルター６を用いれば、例えば屋内配電線の電線が太くて現場でコアを通したり巻いたりする作業が困難な場合でも、ブロッキングフィルター６の取り付け工事が容易である。また、部品としての量産により、製造コストを下げることができる。なお、２電路６ａ，６ｂの被覆電線の太さは、このブロッキングフィルター６を設置する箇所の屋内配電線の太さに合わせて用意する必要がある。

図７，８は、第５実施形態による２分割構造で円筒型のブロッキングフィルター６を示す図であり、図７は開いた状態を、図８は閉じた状態を、それぞれ示している。この場合、左方から来た一方の電路Ｌ１は外側から内側へ入って、１回巻いて右方へ出て行く形となる。また、他方の電路Ｌ２は、内側から外側へ出て再度内側を通って右方へ出て行く形となる。図示のように、コア６ｃ内にある３本の電線には同じ方向へ電流が流れ、コア６ｃ内の磁束は同じ方向に生じる。従って、大きなインピーダンスを生じ、ＰＬＣ信号の電流は抑制される。このような２分割構造の場合、屋内配電線のケーブルを途中で裂いて２本の被覆電線の状態とし、これらをコア６ｃに巻き付けることでブロッキングフィルター６を構成することができる。

図９の（ａ）は、上記のブロッキングフィルターとは基本構成の異なる第６実施形態によるブロッキングフィルター６０を示す回路図である。図において、屋内配電線の電路Ｌ１，Ｌ２には、別々のグループに属する２つのＰＬＣモデム８１，８２が接続されており、これらの間で相互にＰＬＣの信号が漏洩しないようにするため、ブロッキングフィルター６０が電路に設けられる。コンデンサ６１は、２電路Ｌ１，Ｌ２間に接続され、フェライトからなるコア６２，６４はリング状又は円筒状であり、電路Ｌ１を通過させる。同様に、フェライトからなるコア６３，６５もリング状又は円筒状であり、電路Ｌ２を通過させる。フェライト６２，６３は、コンデンサ６１とＰＬＣモデム８１との間に配置され、フェライト６４，６５は、コンデンサ６１とＰＬＣモデム８２との間に配置されている。

このように構成されたＬ−Ｃ−Ｌのブロッキングフィルター６０は、Ｌ、Ｃの定数を適切に選択することにより、商用交流電流を実用上支障なく通過させ、電力線通信の信号通過を抑制することができる。また、一般にコンデンサが近くにあるとＰＬＣ信号が吸い込まれるため、コンデンサとＰＬＣモデムとを互いにあまり接近させてはならないが、コンデンサ６１とＰＬＣモデム８１，８２との間にそれぞれコア６２，６３及び６４，６５が介在するので、コア６２，６３及び６４，６５のそれぞれの直近に、ＰＬＣモデム８１及び８２を設置することができる。

図９の（ｂ）は、第６実施形態の他の回路図の例である。図において、屋内配電線の幹線２０に、互いに異なるグループに属する２つのＰＬＣモデム８１，８２が接続されており、これらの間で相互にＰＬＣの信号が漏洩しないようにするため、ブロッキングフィルター６０，７０が電路に設けられる。コンデンサ６１，７１は共に、２電路Ｌ１，Ｌ２間に接続され、フェライトからなるコア６２，７２はリング状又は円筒状であり、電路Ｌ１を通過させる。同様に、フェライトからなるコア６３，７３もリング状又は円筒状であり、電路Ｌ２を通過させる。フェライト６２，６３は、コンデンサ６１とＰＬＣモデム８１との間に配置され、フェライト７２，７３は、コンデンサ７１とＰＬＣモデム８２との間に配置されている。

このように構成されたＬ−Ｃ−Ｌのブロッキングフィルター６０，７０は、Ｌ、Ｃの定数を適切に選択することにより、商用交流電流を実用上支障なく通過させ、電力線通信の信号通過を抑制することができる。また、一般にコンデンサが近くにあるとＰＬＣ信号が吸い込まれるため、コンデンサとＰＬＣモデムとを互いにあまり接近させてはならないが、コンデンサ６１（７１）とＰＬＣモデム８１（８２）との間にコア６２，６３（７２，７３）が介在するので、コア６２，６３（７２，７３）の直近にＰＬＣモデム８１（８２）を設置することができる。

なお、コンデンサ６１，７１が設置されている側でも、数ｍの距離を置けば、電路そのもののインピーダンスが効いてくので、ＰＬＣモデム８１，８２を設置することが可能である。
また、ＰＬＣモデム８１から８２までの線路距離が十分にある場合には、どちらか一方のブロッキングフィルター６０又は７０のみでもＰＬＣ信号通過の抑制効果を得ることができる。

また、図９の（ｂ）の構成は、図９の（ａ）の構成に比べてコンデンサ６１，７１から見た電路の上位側にコアを設けないので、上位側にコアを設置することが物理的に困難な場合（例えば電線が太すぎて設置困難、分電盤のバス側になっており適用困難等）にも適用しやすい。
なお、ＰＬＣ信号の通過抑制機能は、図７の（ｂ）の構成より、図７の（ａ）の構成の方が優れている。

上記図９の各構成は、電線の長さに余裕が無く、第１〜５実施形態のようなコアへの巻き付けが困難な場合にも、適用可能である点で汎用性が高い。特に、既存の設備への追加的な設置工事には便利である。もちろん、第１〜５実施形態との併用により、さらに高い信号通過抑制の作用効果を得ることも可能である。
なお、コンデンサはサージ電圧等で故障する場合があるが、ヒューズを直列に入れたり、アレスタを並列接続したりすることで、コンデンサを保護することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の一実施形態による電力線通信システムを適用したホテルの配線系統図である。 図１とは異なる位置にブロッキングフィルターを設置した電力線通信システムを適用したホテルの配線系統図である。 第１実施形態によるブロッキングフィルターの斜視図である。 第２実施形態によるブロッキングフィルターの斜視図である。 第３実施形態によるブロッキングフィルターの斜視図である。 第４実施形態によるブロッキングフィルターの平面図である。 第５実施形態による２分割構造で円筒型のブロッキングフィルターを示す図であり、ブロッキングフィルターを開いた状態を示している。 第５実施形態による２分割構造で円筒型のブロッキングフィルターを示す図であり、ブロッキングフィルターを閉じた状態を示している。 基本構成の異なる第６実施形態によるブロッキングフィルターを示す回路図である。

符号の説明

１ キュービクル
２，２０ 幹線
３ ダクトスペース
４ 分電盤
５ 枝線
６，６０，７０ ブロッキングフィルター
６ａ，６ｂ 電路
６ｃ コア
６ｄ 基台
６ｅ 端子台
６１，７１ コンデンサ
６２〜６５、７２，７３ コア
８１，８２ ＰＬＣモデム
Ｌ１，Ｌ２ 電路
ＭＳ 親機（ＰＬＣモデム）
ＬＳ 子機（ＰＬＣモデム）
φ 磁束

Claims (8)

1. 屋内配電線の電路に設けられ、商用交流電流に対しては磁気飽和する電流が流れても電力線通信の信号に対しては磁気飽和にならないことにより信号通過を抑制するブロッキングフィルター。
2. 前記屋内配電線の各々を通過させる複数個のコアと、前記屋内配電線の２電路間に接続されるコンデンサとを組み合わせて設置することにより、電力線通信の信号通過を抑制する請求項１記載のブロッキングフィルター。
3. 磁性材料によって形成されたコアを有し、前記屋内配電線の２電路を、これらの電路を往路及び復路として同時に流れる電流によってコア内の同じ方向に磁束を生じさせるように、通過又は巻回させる請求項１記載のブロッキングフィルター。
4. 前記２電路のうち一方は前記コア内を通過し、他方は前記コアの外側から内側に巻き付けられている請求項３記載のブロッキングフィルター。
5. 前記ブロッキングフィルターを２個直列に、かつ、前記コアと前記２電路との関係を逆にして接続した請求項４記載のブロッキングフィルター。
6. 前記２電路のうち一方は前記コアの外側から内側に複数回巻き付けられ、他方は前記コアの内側から外側に同一回数巻き付けられている請求項３記載のブロッキングフィルター。
7. 前記コア及び、前記コアに関わる前記２電路に相当する部分を搭載した１部品としての請求項３記載のブロッキングフィルター。
8. 屋内配電線を信号伝送路として複数グループのローカルエリアネットワークを構成する電力線通信システムであって、
   各グループ間の屋内配電線の電路には、商用交流電流に対しては磁気飽和する電流が流れても電力線通信の信号に対しては磁気飽和にならないことにより信号通過を抑制するブロッキングフィルターが設けられていることを特徴とする電力線通信システム。

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