JP2012023430A - Ｐｌｃ用信号結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流が流れる商用周波数等の低周波数帯域における結合度を増加させることなく、搬送信号の周波数帯域における伝送特性を向上可能なＰＬＣ用信号結合装置を得る。
【解決手段】電力線１を伝送線路として高周波数帯域の搬送信号を伝送するＰＬＣに用いられるＰＬＣ用信号結合装置であって、電力線１の周囲を取り囲むように配置された磁性体コア２と、少なくとも１ターンで磁性体コア２に巻きつけられた信号注入・抽出巻線３と、信号注入・抽出巻線３に接続され、搬送信号を送受信するＰＬＣ用モデム４と、少なくとも１ターンで磁性体コア２に巻きつけられた少なくとも１つの第２の巻線５と、第２の巻線５に接続された１個以上のコンデンサ６とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力線を伝送線路として高周波数帯域の搬送信号を伝送する電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に用いられるＰＬＣ用信号結合装置に関する。

ＰＬＣシステムにおいては、電力線に極めて微弱な高周波数帯域の搬送信号を、効率よく伝送する必要がある。すなわち、搬送信号を電力線に効率よく注入するとともに、搬送信号を電力線から効率よく抽出することが重要となる。

そこで、従来のＰＬＣ用信号結合装置では、伝送特性を向上させて、搬送信号を効率よく注入・抽出するために、信号注入・抽出巻線を磁性体コアに複数回巻きつけることにより、電磁誘導の結合度を増加させている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の別のＰＬＣ用信号結合装置では、電力線および信号注入・抽出巻線とは異なる第２の巻線を、磁性体コアに巻きつけている。ここで、第２の巻線は、商用周波数等の低周波数の大電流によって磁性体コアに発生する磁束を打ち消すために設けられている（例えば、特許文献２〜４参照）。

特開２００４−３２５８５号公報 特開２００１−３１９８１５号公報 国際公開第２００４／１１２２７４号パンフレット 特表２００５−５２４２４８号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に示されたＰＬＣ用信号結合装置では、信号注入・抽出巻線を磁性体コアに複数回巻きつけることにより、搬送信号の周波数帯域における結合度のみならず、これ以外の周波数帯域における結合度も増加する。そのため、例えば電力線に流れる商用周波数等の低周波数の大電流によって、磁性体コアに磁気飽和が生じるという問題がある。

これに対して、特許文献２に示されたＰＬＣ用信号結合装置では、第２の巻線を磁性体コアに巻きつけることにより、低周波数帯域における結合度を低下させて、商用周波数等の低周波数の大電流によって生じる磁性体コアの磁気飽和を防止することができる。ところが、第２の巻線が短絡されているので、搬送信号の周波数帯域における結合度も低下し、搬送信号が減衰して、伝送特性が大幅に低下するという問題がある。

また、特許文献３、４に示されたＰＬＣ用信号結合装置では、特許文献２のものと同様に、第２の巻線により、低周波数帯域における結合度を低下させて、商用周波数等の低周波数の大電流によって生じる磁性体コアの磁気飽和を防止することができる。ところが、第２の巻線を磁性体コアに巻きつけた場合であっても、搬送信号の周波数帯域における結合度が増加することはないので、搬送信号の周波数帯域における伝送特性を向上させることができないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、大電流が流れる商用周波数等の低周波数帯域における結合度を増加させることなく、搬送信号の周波数帯域における伝送特性を向上させることができるＰＬＣ用信号結合装置を得ることを目的とする。

この発明に係るＰＬＣ用信号結合装置は、電力線を伝送線路として高周波数帯域の搬送信号を伝送するＰＬＣに用いられるＰＬＣ用信号結合装置であって、電力線の周囲を取り囲むように配置された磁性体コアと、少なくとも１ターンで磁性体コアに巻きつけられた信号注入・抽出巻線と、信号注入・抽出巻線に接続され、搬送信号を送受信するモデムと、少なくとも１ターンで磁性体コアに巻きつけられた少なくとも１つの第２の巻線と、第２の巻線に接続された１個以上のコンデンサとを備えたものである。

この発明に係るＰＬＣ用信号結合装置によれば、少なくとも１つの第２の巻線が、少なくとも１ターンで磁性体コアに巻きつけられ、第２の巻線には、１個以上のコンデンサが接続されている。
そのため、大電流が流れる商用周波数等の低周波数帯域における結合度を増加させることなく、搬送信号の周波数帯域における伝送特性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置において、ＰＬＣ用モデムが搬送信号を送信する場合における信号（電流）の流れを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置において、第２の巻線の伝送特性を測定するための構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置において、第２の巻線の伝送特性を測定するための別の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置における伝送特性の測定結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。

以下、この発明に係るＰＬＣ用信号結合装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。図１において、このＰＬＣ用信号結合装置は、電力線１を伝送線路として高周波数帯域の搬送信号を伝送するＰＬＣに用いられる。また、このＰＬＣ用信号結合装置は、磁性体コア２、信号注入・抽出巻線３、ＰＬＣ用モデム４、第２の巻線５およびコンデンサ６を備えている。

磁性体コア２は、電力線１の周囲を取り囲むように配置され、環状の形状を有している。信号注入・抽出巻線３は、１ターンで磁性体コア２に巻きつけられ、搬送信号を電力線１に注入するとともに、搬送信号を電力線１から抽出する。ＰＬＣ用モデム４は、信号注入・抽出巻線３に接続され、搬送信号を送受信する。第２の巻線５は、１ターンで磁性体コア２に巻きつけられ、誘導電流を流す。コンデンサ６は、第２の巻線５に対して直列に接続されている。

続いて、図２を参照しながら、上記構成のＰＬＣ用信号結合装置の動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置において、ＰＬＣ用モデム４が搬送信号を送信する場合における信号（電流）の流れを示す説明図である。なお、ＰＬＣ用モデム４が搬送信号を受信する場合であっても、メカニズムは同様である。

図２において、ＰＬＣ用モデム４から搬送信号が送信される場合には、信号注入・抽出巻線３に注入信号電流（図中の実線矢印参照）が流れる。これにより、電力線１に誘導電流（図中の破線矢印参照）が生じ、磁性体コア２に巻きつけられた第２の巻線５に誘導電流（図中の一点鎖線矢印参照）が生じる。このとき、第２の巻線５に生じる誘導電流は、コンデンサ６のインピーダンスの周波数特性に応じて変化する。

ここで、磁性体コア２に巻きつけられ、コンデンサ６と接続された第２の巻線５がＰＬＣ用信号結合装置の伝送特性に与える影響を評価するために、コンデンサ６と接続された第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけない場合と巻きつけた場合とで、それぞれ伝送特性を測定した。第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけない場合における伝送特性を測定するための構成を図３に示し、第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけた場合における伝送特性を測定するための構成を図４に示す。

図３において、磁性体コア２には、ネットワークアナライザ７の第１ポートに接続された巻線８と、ネットワークアナライザ７の第２ポートに接続された巻線９とが、それぞれ巻きつけられている。また、図４において、磁性体コア２には、ネットワークアナライザ７の第１ポートに接続された巻線８と、ネットワークアナライザ７の第２ポートに接続された巻線９と、コンデンサ６と接続された第２の巻線５とが、それぞれ巻きつけられている。

図３に示した構成における伝送特性および図４に示した構成における伝送特性の測定結果を図５に示す。図５において、コンデンサ６と接続された第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけない場合（図３の場合）を伝送特性の基準（０ｄＢ）としている。また、図５において、図４に示した構成におけるコンデンサ６の容量値を容量値１〜３で変化させた場合の伝送特性も併せて示している。

図５より、コンデンサ６と接続された第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけた場合（図４の場合）には、第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけない場合（図３の場合）よりも、伝送特性が向上する（結合度が増加する）周波数帯域が存在することが分かる。また、コンデンサ６の容量値を変化させることにより、伝送特性が向上する周波数帯域を調整することができることが分かる。すなわち、搬送信号の周波数帯域における結合度のみを増加させることができる。

さらに、図５より、低周波数帯域においては、コンデンサ６と接続された第２の巻線５を磁性体コア２に巻きつけない場合（図３の場合）も巻きつけた場合（図４の場合）も、同等の伝送特性を示すことが分かる。このことは、コンデンサ６と接続された第２の巻線５は、低周波数帯域において、ＰＬＣ用信号結合装置の伝送特性に影響を与えないことを示している。すなわち、大電流が流れる商用周波数等の低周波数帯域における結合度を増加させることがなく、磁性体コア２に磁気飽和が生じることを防止することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、１つの第２の巻線が、１ターンで磁性体コアに巻きつけられ、第２の巻線には、１個のコンデンサが接続されている。
そのため、大電流が流れる商用周波数等の低周波数帯域における結合度を増加させることなく、搬送信号の周波数帯域における伝送特性を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置では、１個のコンデンサが接続された１つの第２の巻線を磁性体コアに巻きつけているので、最低限の材料コストで上述した効果を実現することができる。

さらに、この発明の実施の形態１に係るＰＬＣ用信号結合装置では、第２の巻線が、１ターンで磁性体コアに巻きつけられ、信号注入・抽出巻線が、１ターンで磁性体コアに巻きつけられているので、作業工程を削減して、製造コストを低減することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、１個のコンデンサ６と接続された１つの第２の巻線５が、磁性体コア２に巻きつけられているＰＬＣ用信号結合装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、それぞれ１個のコンデンサ６と接続された複数の第２の巻線５が、磁性体コア２に巻きつけられてもよい。

図６は、この発明の実施の形態２に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。図６において、それぞれ１個のコンデンサ６ａ、６ｂと接続された２つの第２の巻線５ａ、５ｂが、１ターンで磁性体コア２に巻きつけられている。その他の構成は、上述した図１と同様なので、説明を省略する。
このような構成によれば、伝送特性が向上する周波数帯域を複数設定することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、コンデンサ６と接続された第２の巻線５が、１ターンで磁性体コア２に巻きつけられているＰＬＣ用信号結合装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、コンデンサ６と接続された第２の巻線５が、複数ターンで磁性体コア２に巻きつけられてもよい。

図７は、この発明の実施の形態３に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。図７において、コンデンサ６と接続された第２の巻線５が、２ターンで磁性体コア２に巻きつけられている。その他の構成は、上述した図１と同様なので、説明を省略する。
このような構成によれば、第２の巻線５に生じる誘導電流を調整し、伝送特性が向上する周波数帯域を調整することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、ＰＬＣ用モデム４と接続された信号注入・抽出巻線３が、１ターンで磁性体コア２に巻きつけられているＰＬＣ用信号結合装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、ＰＬＣ用モデム４と接続された信号注入・抽出巻線３が、複数ターンで磁性体コア２に巻きつけられてもよい。

図８は、この発明の実施の形態４に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。図８において、ＰＬＣ用モデム４と接続された信号注入・抽出巻線３が、２ターンで磁性体コア２に巻きつけられている。その他の構成は、上述した図１と同様なので、説明を省略する。
このような構成によれば、電力線１に生じる誘導電流および第２の巻線５に生じる誘導電流を調整し、伝送特性を調整することができる。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、コンデンサ６が第２の巻線５に接続されたＰＬＣ用信号結合装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、コンデンサ６に代えて、受動素子の組み合わせ回路が第２の巻線５に接続されてもよい。

図９は、この発明の実施の形態５に係るＰＬＣ用信号結合装置を示す構成図である。図９において、第２の巻線５は、コンデンサ６に代えて、受動素子の組み合わせ回路６１に接続されている。受動素子の組み合わせ回路６１は、例えばキャパシタ、レジスタおよびインダクタを含んでいる。
このような構成によれば、第２の巻線５に生じる誘導電流を調整し、伝送特性が向上する周波数帯域を調整することができる。

１ 電力線、２ 磁性体コア、３ 信号注入・抽出巻線、４ ＰＬＣ用モデム、５、５ａ、５ｂ 第２の巻線、６、６ａ、６ｂ コンデンサ、６１ 受動素子の組み合わせ回路。

Claims (5)

1. 電力線を伝送線路として高周波数帯域の搬送信号を伝送するＰＬＣに用いられるＰＬＣ用信号結合装置であって、
   前記電力線の周囲を取り囲むように配置された磁性体コアと、
   少なくとも１ターンで前記磁性体コアに巻きつけられた信号注入・抽出巻線と、
   前記信号注入・抽出巻線に接続され、前記搬送信号を送受信するモデムと、
   少なくとも１ターンで前記磁性体コアに巻きつけられた少なくとも１つの第２の巻線と、
   前記第２の巻線に接続された１個以上のコンデンサと、
   を備えたことを特徴とするＰＬＣ用信号結合装置。
2. 前記第２の巻線および前記コンデンサは、それぞれ１つおよび１個であることを特徴とする請求項１に記載のＰＬＣ用信号結合装置。
3. 前記第２の巻線は、１ターンで前記磁性体コアに巻きつけられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＬＣ用信号結合装置。
4. 前記信号注入・抽出巻線は、１ターンで前記磁性体コアに巻きつけられていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のＰＬＣ用信号結合装置。
5. 前記コンデンサに代えて、受動素子の組み合わせ回路を前記第２の巻線に接続することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のＰＬＣ用信号結合装置。

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