JP2009284467A - Signal coupling device for power line communication - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力線搬送通信用信号結合装置に関し、特に、伝送効率を向上させ、漏洩電磁界を低減させるものに係わる。 The present invention relates to a signal coupling device for power line carrier communication, and more particularly to a device for improving transmission efficiency and reducing a leakage electromagnetic field.
電力線搬送通信(PLCともいう。PLC=Power Line Communication)システムは、電力線に極めて微弱なMHz帯域の搬送信号を効率よく伝送することが必要である。即ち、搬送信号を効率よく注入・抽出すること、電力線に存在する電磁雑音の影響を受けないことが重要となる。また、電力線搬送通信システムが他の電気機器へ電磁雑音を与えないように、電力線から発生する漏洩電磁界を低減することも重要となる。 A power line carrier communication (PLC: PLC = Power Line Communication) system is required to efficiently transmit a very weak carrier signal in the MHz band to a power line. That is, it is important to efficiently inject and extract the carrier signal and not be affected by electromagnetic noise existing in the power line. It is also important to reduce the leakage electromagnetic field generated from the power line so that the power line carrier communication system does not give electromagnetic noise to other electric devices.
従来の電力線搬送通信用信号結合装置として、特許文献1では、伝送効率の劣化を防ぐために、電磁誘導結合させ、配電線路のインピーダンスが低下して搬送信号電流が増加した場合に、電磁誘導結合部の磁束が増加するためより多くの搬送信号を注入することを可能としている。ここで、電磁誘導結合は、電力線の1相毎に電力線と信号注入・抽出巻き線とを一括して磁性体コアに貫通させる構造である。
また、特許文献2では、電力線に接続されている電気機器からのノイズの影響を除去するために、チョークコイルとコンデンサでローパスフィルタを構成し、伝送効率の劣化を防ぐ構造である。また、ローパスフィルタは、電力線から発生する漏洩電磁界を低減させる構造でもある。
As a conventional signal coupling device for power line carrier communication, in
In
特許文献1のような従来の電力線搬送通信用信号結合装置にあっては、電力線に接続されている電気機器などが原因により、電力線上にノイズ電流が発生した場合に、電磁誘導結合部でノイズ電流により発生する磁束を抽出することによる伝送効率の劣化が生じるという問題点があった。さらに、電力線の1相毎に磁性体コアを用いるため、2相では磁性体コアを2つ、3相では磁性体コアを3つと相数分の磁性体コアを必要とする。その結果、コストの増加、電力線搬送通信用信号結合装置の電力線への施工性が複雑となるという問題点もあった。
In a conventional power line carrier communication signal coupling device such as
また、特許文献2のような従来の電力線搬送通信用信号結合装置にあっては、ローパスフィルタを構成するために、チョークコイル及びコンデンサを必要とするため、コストの増加、電気部品領域の増加が生じるという問題点があった。
この発明では上記のような問題を解消するためになされたものであり、伝送効率を向上させ、かつ漏洩電磁界を抑制できる電力線搬送通信用結合装置を得ることを目的とする。
Moreover, in the conventional signal coupling device for power line carrier communication as in
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a power line carrier communication coupling device that can improve transmission efficiency and suppress leakage electromagnetic fields.
この発明に係わる電力線搬送通信用信号結合装置は、磁性体コアと、この磁性体コアに1ターン以上で巻かれモデムと接続された信号注入又は/及び抽出巻き線と、少なくとも
2相以上の相を有している電力線を備え、前記電力線の1相以上を前記信号注入又は/及び抽出巻き線と差動結合させるように各相1ターン以上で前記磁性体コアに巻き、かつ、前記電力線の1相以上を前記信号注入又は/及び抽出巻き線と和動結合させるように各相1ターン以上で前記磁性体コアに巻くものである。
A signal coupling device for power line carrier communication according to the present invention includes a magnetic core, a signal injection or / and extraction winding wound around the magnetic core in one turn or more and connected to a modem, and at least two or more phases. A power line having at least one turn of each phase so that at least one phase of the power line is differentially coupled with the signal injection or / and extraction winding, and the power line One or more phases are wound around the magnetic core in one or more turns for each phase so as to be coupled with the signal injection or / and extraction winding.
この発明の電力線搬送通信用信号結合装置によれば、少なくとも2相以上の相を有している電力線を備え、前記電力線の1相以上を信号注入又は/及び抽出巻き線と差動結合させるように各相1ターン以上で磁性体コアに巻き、かつ、前記電力線の1相以上を前記信号注入又は/及び抽出巻き線と和動結合させるように各相1ターン以上で前記磁性体コアに巻くようにしたので、伝送効率を向上させることができ、かつ漏洩電磁界を低減させることができる。 According to the signal coupling device for power line carrier communication of the present invention, the power line having at least two phases is provided, and one or more phases of the power line are differentially coupled with the signal injection or / and extraction winding. Wound around the magnetic core in one or more turns in each phase, and wound around the magnetic core in one or more turns in each phase so that one or more phases of the power line are combined with the signal injection or / and extraction windings Since it did in this way, transmission efficiency can be improved and a leakage electromagnetic field can be reduced.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による電力線搬送通信システムを示す構成図である。電力線1は少なくとも2相以上の相を有しており、電力線搬送通信システムが使用される環境により、電力線1には様々な電気機器5が複数台接続される。磁性体コア2には、電力線搬送通信用モデム4に接続された信号注入・抽出巻き線3が1ターン以上で巻かれており、また、信号注入・抽出巻き線3と和動結合された電力線1bが1ターン以上で磁性体コア2に巻かれており、さらに差動結合された電力線1aが1ターン以上で磁性体コア2に巻かれている。なお、この明細書で、信号注入・抽出巻き線は、信号注入又は/及び抽出巻き線の意味であり、信号注入のみ、信号抽出のみ、信号注入及び抽出の両方に使用す
る場合がある。
1 is a block diagram showing a power line carrier communication system according to
このような構成によれば、電力線搬送通信用モデム4から信号が送信される場合には、図2に示すように、信号注入・抽出巻き線3に注入信号電流7(実線矢印で示す)が流れ、磁性体コア2に巻かれた電力線1aおよび1bに誘導電流8a,8b(実線矢印で示す)が生じる。このとき、電力線1aに生じる誘導電流8aの位相と電力線1bに生じる誘導電流8bの位相は逆位相となる。したがって、電力線1bを流れる誘導電流8bのリターン電流経路のほとんどが電力線1aを流れる誘導電流8aとなり、磁性体コア2に巻かれていない電力線1c、1dおよび大地アースなどへ漏れる電流が減少するため、伝送特性を向上させることができる。
According to such a configuration, when a signal is transmitted from the power line
さらに、電力線1aに生じる誘導電流8aと電力線1bに生じる誘導電流8bの位相が逆位相となるため、誘導電流8aから生じる電磁界と、誘導電流8bから生じる電磁界は互いに打ち消しあうため、電力線1から発生する漏洩電磁界を抑制することができる。また、図1で左側の電力線搬送通信用モデム4が信号を送信(注入)し、右側の電力線搬送通信用モデム4が信号を受信(抽出)する場合には、右側の磁性体コア2に対して、電力線1aに生じる誘導電流8aと電力線1bに生じる誘導電流8bの位相が同位相となり、磁性体コア2の磁束が重なり合うため、信号注入・抽出巻き線3より伝送が良好な信号を受信(抽出)できる。
Furthermore, since the phases of the induced current 8a generated in the
電力線搬送通信用モデム4が信号を受信(抽出)する場合に、図3に示すように、電力線1に接続された電気機器5などから電力線1aに発生するノイズ電流6a(点線矢印で示す)と電力線1bに発生するノイズ電流6b(点線矢印で示す)の位相が同相である場合、ノイズ電流6aが作る磁束(φa)9a(点線矢印で示す)とノイズ電流6bが作る磁束(φb)9b(点線矢印で示す)は互いに打ち消しあうため、ノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流は微少となる。
When the power line
磁性体コア2に巻かれる電力線1の結合方法により、ノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流の比較のため、図7に示すように、電力線1に電気機器5を接続し、磁性体コア2にスペクトラムアナライザ10に接続された信号注入・抽出巻き線3を1ターンで巻き、さらに、信号注入・抽出巻き線3と差動結合された電力線1aを1ターンで磁性体コア2に巻かれた状態のスペクトラムアナライザ10の出力と、図8に示すように、電力線1に電気機器5を接続し、磁性体コア2にスペクトラムアナライザ10に接続された信号注入・抽出巻き線3を1ターンで巻き、かつ、信号注入・抽出巻き線3と和動結合された電力線1bを1ターンで磁性体コア2に巻き、さらに、差動結合された電力線1aが1ターンで磁性体コア2に巻かれた状態のスペクトラムアナライザ10の出力を測定した結果を図9に示した。
As shown in FIG. 7, an
図9から、図8に示す結合方法は、電気機器などにより電力線1に存在するノイズ電流6による信号注入・抽出巻き線3への誘導電流は、図7に示す結合方法より、最大で−20dB以下と劇的に低減する。
このように、電力線1の1つの相を信号注入・抽出巻き線3と和動結合させ、電力線1の別の1つの相を信号注入・抽出巻き線3と差動結合させることにより、それぞれの結合された相に生じる誘導電流8a,8bの位相は逆位相となり、また、電力線1に接続された電気機器5から発生するノイズ電流6が、磁性体コア2に巻かれる電力線1に同相で発生する場合、ノイズ電流が作る磁性体コア2の磁束9a,9bは互いに打ち消しあうため、伝送効率を向上させることができ、かつ漏洩電磁界を低減させることができる。
From FIG. 9, the coupling method shown in FIG. 8 has a maximum induced current of -20 dB to the signal injection / extraction winding 3 due to the noise current 6 existing in the
In this way, one phase of the
実施の形態2.
実施の形態2において、信号注入・抽出巻き線3と和動結合された電力線1は1相のみ
でなく、かつ、差動結合された電力線1は1相のみでなく、図4に示すように、和動結合と差動結合が組み合わされていれば良く、和動結合される電力線1は1相以上で、差動結合される電力線1は1相以上で、和動結合と差動結合の相数が、例えば同数であればよい。このような構成によれば、電力線搬送通信用モデム4から信号が送信される場合には、差動結合させる相と和動結合させる相の組み合わせにより、信号注入・抽出巻き線3から電力線1への誘導電流を最適化させるように調節できる。
In the second embodiment, the
また、電力線搬送通信用モデム4が信号を受信する場合には、前述した実施の形態2の構成により、電力線1に接続された電気機器5などにより電力線1に存在するノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流を、減少させるように調節できる。このように、信号注入・抽出巻き線3と和動結合と差動結合される電力線1の組み合わせを調節することにより、電力線1の環境である配置,相数,負荷接続等により、伝送効率および漏洩電磁界が最適となる組み合わせに調節できる。
Further, when the power line
実施の形態3.
実施の形態1から実施の形態2において、信号注入・抽出巻き線3と和動結合された電力線1と差動結合された電力線1は同じ相数でなく、図5に示すように、和動結合された電力線1の相数と差動結合された電力線1の相数は異なっていても良い。このような構成によれば、電力線搬送通信用モデム4から信号が送信される場合には、差動結合させる相と和動結合させる相の組み合わせにより、信号注入・抽出巻き線3から電力線1への誘導電流を最適化させるように調節できる。
In the first embodiment to the second embodiment, the
また、電力線搬送通信用モデム4が信号を受信する場合には、前述した実施の形態3の構成により、電気機器5などにより電力線1に存在するノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流を、減少させるように調節できる。このように、信号注入・抽出巻き線3と和動結合と差動結合される電力線1の組み合わせを調節することにより、伝送効率および漏洩電磁界が最適となる組み合わせに調節できる。
Also, when the power line
実施の形態4.
また実施の形態1から実施の形態3において、磁性体コア2に巻かれた電力線1は同じターン数でなく、図6に示すように、磁性体コア2に巻く電力線1のターン数は各相で異なっていても良い。このような構成によれば、電力線搬送通信用モデム4から信号が送信される場合には、磁性体コア2に巻くターン数の組み合わせにより、信号注入・抽出巻き線3から電力線1への誘導電流を調節できる。また、電力線搬送通信用モデム4が信号を受信する場合には、磁性体コア2に巻くターン数の組み合わせにより、電気機器5などにより電力線1に存在するノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流を減少させるように調節できる。このように、磁性体コア2に巻くターン数の組み合わせを調節することにより、伝送効率および漏洩電磁界が最適となる組み合わせに調節できる。
In the first to third embodiments, the
実施の形態5.
実施の形態1から実施の形態4において、電力線1に接続されている複数の様々な電気機器5などにより電力線1に存在するノイズ電流6がつくる磁束9が最小となるように、信号注入・抽出巻き線3と差動結合される電力線1の相と、和動結合される電力線1の相の組み合わせ、および磁性体2に巻く電力線1のターン数を調節した構成でもよい。このように、磁性体コア2に巻く電力線1の組み合わせを調節することにより、電気機器5などにより電力線1に存在するノイズ電流6の影響を最小限にでき、伝送効率を向上させることができる利点がある。
In the first to fourth embodiments, signal injection / extraction is performed so that the
実施の形態6.
実施の形態1から実施の形態4において、電力線1が単相2線式の場合には、図10に
示すように、電力線1の1相1eを信号注入・抽出巻き線3と差動結合し、電力線1の別の1相1fを信号注入・抽出巻き線3と和動結合した構成でよい。このとき、磁性体コア2に巻く電力線1eおよび電力線1fは1ターン以上でもよく、また、磁性体コア2に巻く電力線1eのターン数と電力線1fのターン数は異なっていてもよい。なお、電力線で、信号注入・抽出巻き線3と差動結合させる相を1相とし、かつ、和動結合させる相を1相とすることにより、磁性体コア径を小さくでき、製作工程を少なくすることができる。
In the first to fourth embodiments, when the
実施の形態7.
実施の形態1から実施の形態6において、図12に示すように、単相3線式電源(3線式電源)11の場合には、磁性体コア2に巻く電力線1の相を接地されていない電力線1jおよび電力線1kの2線としても良い。このような構成によれば、電力線1lの1線は接地されているため、電力線1lのインピーダンスは電力線1jおよび電力線1kと異なる。これに対し、電力線1jと電力線1kは同様の接続のため、インピーダンスも同様となり、電力線1jと電力線1kを磁性体コア2に巻くことにより、誘導電流8は、電力線1lや大地アースへ漏れる電流が最小限となり、多くは電力線1jと電力線1kを流れ、また、ノイズ電流6aとノイズ電流6bは、同様の電流となり、ノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流は微少となり、伝送特性を向上されることができ、かつ漏洩電磁界を低減することができる。
In the first to sixth embodiments, as shown in FIG. 12, in the case of a single-phase three-wire power source (three-wire power source) 11, the phase of the
実施の形態8.
実施の形態1から実施の形態5において、電力線1が単相3線式の場合には、図11に示すように、電力線1の1相1gを信号注入・抽出巻き線3と差動結合し、電力線1の別の1相以上を信号注入・抽出巻き線3と和動結合した構成でよい。このとき、磁性体コア2に信号注入・抽出巻き線3と和動結合する電力線1の相と差動結合する電力線1の相の組み合わせは、いずれでもよく、また磁性体コア2に巻く電力線は1ターン以上でもよく、それぞれの相でターン数は異なっていてもよい。なお、電力線で、信号注入・抽出巻き線3と和動結合させるように1ターンで磁性体コアに巻き、かつ、信号注入・抽出巻き線3と差動結合させるように1ターンで磁性体コアに巻くことにより、磁性体コア径を小さくでき、製作工程を少なくすることができる。なおまた、電力線は、例えば、商用電源に接続された配電線であってもよい。
In the first to fifth embodiments, when the
実施の形態9.
実施の形態1から実施の形態5において、図13に示すように、電力線1が三相3線式
電源12のようなデルタ結線の場合には、磁性体コア2に巻く電力線1の相を接地されていない電力線1mおよび電力線1の2線としても良い。このような構成によれば、電力線1oの1線は接地されているため、電力線1oのインピーダンスは電力線1mおよび1nと異なる。これに対し、電力線1mと電力線1nは同様の接続のため、インピーダンスも同様となり、電力線1mと電力線1nを磁性体コア2に巻くことにより、誘導電流8は、電力線1oや大地アースへ漏れる電流が最小限となり、多くは電力線1mと電力線1nを流れ、また、ノイズ電流6aとノイズ電流6bは、同様の電流となり、ノイズ電流6により信号注入・抽出巻き線3に発生する誘導電流は微少となり、伝送特性を向上されることができ、かつ漏洩電磁界を低減することができる。
In the first to fifth embodiments, as shown in FIG. 13, when the
実施の形態10.
実施の形態1から実施の形態9において、図14に示すように、電力線搬送通信する電力線搬送通信用モデム4区間の外側(図14で、左側の磁性体コア2の左側及び右側の磁性体コア2の右側)に、磁性体コア2に巻かれた電力線の相間に、電力線搬送通信の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサ13を接続した構成でも良い。このような構成によれば、誘導電流8aは、コンデンサ13を介して誘導電流8bとなり、磁性体コ
ア2に巻かれていない電力線や大地アースへ漏れる電流は最小限となり、伝送特性を向上されることができる。
In the first to ninth embodiments, as shown in FIG. 14, outside the power line
また、図15に示すように、電力線搬送通信用モデム4が複数台ある場合でも、電力線搬送通信する電力線搬送用モデム4区間の外側に、磁性体コア2に巻かれた電力線の相間に、電力線搬送通信の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサ13を接続した構成にすれば良い。
As shown in FIG. 15, even when there are a plurality of power line
実施の形態11.
実施の形態1から実施の形態10において、図16に示すように、コンデンサ13は、電力線搬送通信する電力線搬送通信用モデム4区間の外側で、磁性体コア2に巻かれた電力線の相間、並びに磁性体コア2に巻かれていない電力線の相間にそれぞれ接続してもよい。このとき磁性体コア2に巻かれた電力線の相間に接続されるコンデンサ13は電力線搬送通信の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサが望ましく、磁性体コア2に巻かれていない電力線の相間に接続されるコンデンサ13は、電力線1に接続された電気機器5などから電力線1に発生するノイズ電流6の周波数に対して低インピーダンスとなるコンデンサが望ましい。このような構成によれば、実施の形態10の効果が得られ、さらに、電力線1に接続された電気機器5などから電力線1に発生するノイズ電流6は、図17に示すように、コンデンサ13を介して電気機器5へ戻るため、信号注入・抽出巻き線3へ流れるノイズ電流6は微少となり、伝送特性を向上されることができ、かつ電気機器からのノイズを低減できる。
In the first to tenth embodiments, as shown in FIG. 16, the
1 電力線 2 磁性体コア
3 信号注入・抽出巻き線 4 電力線搬送通信用モデム
5 電気機器 6 ノイズ電流
7 注入信号電流 8 注入信号電流による誘導電流
9 ノイズ電流が作る磁束 10 スペクトラムアナライザ
11 単相3線式電源 12 三相3線式電源
13 コンデンサ
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