JP2016105569A - 電力線通信用フィルタ回路、電力線通信装置、及び、電力メーター - Google Patents

Abstract

【課題】電力線通信装置に対する特定ノイズの影響を抑制する。【解決手段】電力線通信用フィルタ回路及びこれを含む電力線通信装置は、１次コイル２４ｐに電力線が接続され、２次コイル２４ｓに通信回路２６が接続されるカップリングトランス２４と、１次コイル２４ｐの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサ２１，２２と、これらのコンデンサよりも１次コイル２４ｐ寄りにあって、１次コイル２４ｐに対して並列に接続され、コンデンサ２１，２２を通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタ２３と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、電力線通信装置及びこれを搭載する電力メーター等の機器におけるノイズ対策に関する。

電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）は、電力線を利用して通信信号を伝送する通信方式である。例えば、家屋内で、複数箇所のコンセントにＰＬＣモデムのプラグを差し込むことによって、各ＰＬＣモデムに接続されたパソコン等の情報処理装置間で容易にネットワークを構成することができる。

一方、近年、スマートメーターと呼ばれる、通信機能を備えた電力メーターが普及している。このような電力メーターでは、電力量の自動検針が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
マンション等の集合住宅では、各戸に設けられた電力メーターと、例えば共用設備である電気室等に設けられたコンセントレーターとの間で通信を行い、コンセントレーターに、各戸で使用される電力量の検針データを集約することができる（例えば、特許文献２参照。）。コンセントレーターに集約された検針データは、光ファイバや無線通信により、電力供給元（電力会社）の情報処理装置に送信される。

各戸に設けられた電力メーターとコンセントレーターとの通信方式は、電力線通信が好適である（例えば、特許文献３，４，５参照。）。電力線通信用のコンセントレーターは、例えば、電気室内に引き込まれた６．６ｋＶの高圧を２００／１００Ｖの低圧に変圧する変圧器の低圧側の電力線に接続されている。電力線通信により、コンセントレーターと、多数の電力メーターとは、低圧の配電線を信号伝送路として、変圧器の傘下で、ローカルなネットワークを構成する。

上記のような電力線通信に用いられるＰＬＣモデム（電力線通信装置）は、電力線の交流電圧と絶縁しつつ、電気信号を送受信するために、コンデンサやトランスを含むフィルタ回路を用いている（例えば、特許文献６，７参照。）。

特開２００９−３２０１２号公報（図１） 特開２０１３−２１５１６号公報（図１） 特開２０１０−２８７８８号公報（図２） 特開２００５−２９５５０１号公報（図１） 特開２００９−２１３０５１号公報（図１） 特開２００６−３３０８２号公報（図１） 特開２０１３−１５７７０８号公報（図２）

しかしながら、近年、いわゆるキッチン家電を中心に多くのＩＨ（Induction Heating）調理器具（電磁誘導加熱調理器具）が使用されており、これらは一般に、商用周波数より格段に高い２０ｋＨｚ程度の高周波ノイズを発生する。しかも、一部の器具は非常に電圧レベルの高いノイズを発生する場合がある。このような特定ノイズは、電力線通信の通信品質を損なわせる可能性がある。

かかる課題に鑑み、本発明は、電力線通信装置に対する特定ノイズの影響を抑制することを目的とする。

本発明の電力線通信用フィルタ回路は、商用交流の電力線と電力線通信の通信回路との間に介在させるものであって、１次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、を備えている。

また、本発明の電力線通信装置は、商用交流の電力線を信号伝送路とするものであって、電力線通信の通信回路と、１次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、を備えている。
なお、上記の電力線通信装置は電力メーターにも搭載することができる。

本発明によれば、電力線通信装置に対する特定ノイズの影響を抑制することができる。

一例として、集合住宅の各戸に設けられた電力メーターの接続形態を示す単線接続図である。 １台の電力メーターに着目した回路図である。 ＰＬＣモデムの内部回路構成を示す図である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）まず、商用交流の電力線と電力線通信の通信回路との間に介在させる電力線通信用フィルタ回路としては、１次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、を備えている。

上記（１）のように構成された電力線通信用フィルタ回路では、商用交流電流はコンデンサにブロックされて、カップリングトランスには流入しない。一方、商用交流に比べて格段に周波数の高い電力線通信の信号やその他のノイズは、コンデンサを通過する。しかし、電力線通信の信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズ、例えば電磁誘導加熱調理機器のノイズは、インダクタがフィルタとなってブロックされ、カップリングトランスへ特定ノイズが流入することは抑制される。従って、電力線通信装置に対する特定ノイズの影響を抑制することができる。

（２）また、（１）の電力線通信用フィルタ回路において、前記特定ノイズが電磁誘導加熱調理器具の発生するノイズであるとすると、前記インダクタのインダクタンスは１０μＨ〜１００μＨの範囲にあることが好ましい。
この場合、電磁誘導加熱調理器具が一般的に発生することの多い２０ｋＨｚ程度のノイズに対して優れたノイズ抑制効果が得られた。また、この範囲内の周波数とすることにより、インダクタの存在による電力線通信の信号減衰を抑制することができる。すなわち、インダクタンスが１０μＨ未満では電力線通信の信号識別に影響が出る。インダクタンスが１００μＨを超えると、ノイズ抑制効果が低下する。なお、この範囲内でも特に、５０μＨ及びその近傍が好適である。

（３）一方、商用交流の電力線を信号伝送路とする電力線通信装置としては、電力線通信の通信回路と、１次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、を備えている。

上記（３）のように構成された電力線通信装置では、商用交流電流はコンデンサにブロックされて、カップリングトランスには流入しない。一方、商用交流に比べて格段に周波数の高い電力線通信の信号やその他のノイズは、コンデンサを通過する。しかし、電力線通信の信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズ、例えば電磁誘導加熱調理機器のノイズは、インダクタがフィルタとなってブロックされ、カップリングトランスへ特定ノイズが流入することは抑制される。従って、特定ノイズの影響を抑制する電力線通信装置を提供することができる。
なお、電力線通信装置とは、例えば、基板に搭載された回路や、独立した完成品ユニットの他、種々の形態を含む。

（４）また、（３）の電力線通信装置において、前記特定ノイズが電磁誘導加熱調理器具の発生するノイズであるとすると、前記インダクタのインダクタンスは１０μＨ〜１００μＨの範囲にあることが好ましい。
この場合、電磁誘導加熱調理器具が一般的に発生することの多い２０ｋＨｚ程度のノイズに対して優れたノイズ抑制効果が得られた。また、この範囲内の周波数とすることにより、インダクタの存在による電力線通信の信号減衰を抑制することができる。すなわち、インダクタンスが１０μＨ未満では電力線通信の信号識別に影響が出る。インダクタンスが１００μＨを超えると、ノイズ抑制効果が低下する。なお、この範囲内でも特に、５０μＨ及びその近傍が好適である。

（５）また、電力メーターとしては、（３）又は（４）の電力線通信装置を搭載した電力メーターとすることができる。
このような電力メーターは、需要家内の電磁誘導加熱調理器具から特定ノイズを受けても、その影響を抑制することができるので、コンセントレーターとの通信や、需要家内のＨＥＭＳゲートウェイとの通信に支障を生じない。

［実施形態の詳細］
以下、実施形態の詳細について図面を参照して説明する。

《電力線通信を用いたネットワークの構成例》
まず、電力線通信を用いたネットワークの構成例について説明する。ここで、電力線通信の信号の周波数帯域は、１５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚである。

図１は、一例として、集合住宅１の各戸に設けられた通信機能付き電力メーター２の接続形態を示す単線接続図である。この電力メーター２は、いわゆるスマートメーターであり、図ではＳＭと表記する。図において、集合住宅１の電気室には、６．６ｋＶの高圧ケーブル３が引き込まれている。変圧器４は、６．６ｋＶを、２００／１００Ｖ（単相３線）の低圧に変圧する。低圧複数系統の配電線５ａ，５ｂ，５ｃには、総戸数分の電力メーター２（一部のみ図示）が接続されている。変圧器４の低圧側には、電力線通信装置（以下、ＰＬＣモデムと言う。）を内蔵するコンセントレーター６が、接続されている。

電力メーター２はＰＬＣモデムを内蔵し、コンセントレーター６と電力線通信を行うことができる。コンセントレーター６と各電力メーター２とは、変圧器４の傘下で、低圧の配電線５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を信号伝送路とする電力線通信のローカルなネットワークを構成している。このネットワークを利用して、各電力メーター２による電力量の検針データをコンセントレーター６に集約することができる。コンセントレーター６はさらに、光通信や無線通信により、電力供給元（電力会社）に検針データを送信することができる。

一方、電力メーター２のその先は、需要家７すなわち各戸の屋内配線となる。電力メーター２には分電盤７１が接続され、この分電盤７１から多数（３個のみ図示）のコンセント７２，７３，７４に屋内電力線が配線されている。
ここで、例えば、コンセント７２にはＩＨ調理器具（電磁誘導加熱調理器具）７６が接続されているとする。

また、分電盤７１若しくはコンセント（例えば７３，７４）には、需要家７内のエネルギー管理機器としてＨＥＭＳ（Home Energy Management System）ゲートウェイ７５が接続されている場合がある。ＨＥＭＳゲートウェイ７５は、有線又は無線で、当該需要家用の電力メーター２と通信を行うことができる。ここでは例えば、ＨＥＭＳゲートウェイ７５はＰＬＣモデムを内蔵し、電力メーター２と電力線通信を行うことができるものとする。すなわち、電力メーター２は、コンセントレーター６と通信を行うことができるとともに、ＨＥＭＳゲートウェイ７５とも通信を行うことができる。

図２は、１台の電力メーター２に着目した回路図である。他の電力メーター２についても同様である。図１と対応する部分には同一符号を付している。図２において、電力メーター２は、計量部２Ａ、記憶部２Ｂ、及び、ＰＬＣモデム２Ｃを備えている。なお、計量部２Ａ、記憶部２Ｂ、及び、ＰＬＣモデム２Ｃは、機能部として存在すればよく、物理的にこのように分かれている必要は必ずしも無い。例えば、相互に任意に一体化していてもよい。

計量部２Ａには、配電線５の電圧線Ｌ１，Ｌ２及び中性線Ｎが接続されている。電圧線Ｌ１，Ｌ２及び中性線Ｎは、計量部２Ａを通過して、屋内配線５ｘとなる。計量部２Ａは、通過する電流及び電圧に基づいて、電力量を測定する。
計量部２Ａは、測定した電力量の情報を、記憶部２Ｂに保存する。ＰＬＣモデム２Ｃは、電力量の情報の他、通信に必要な情報を、記憶部２Ｂから取得する。ＰＬＣモデム２Ｃは、電路２Ｄにより、例えば電圧線Ｌ１，Ｌ２と接続されており、電力量の情報その他を、電力線通信の信号として配電線５及び屋内配線５ｘに重畳することができる。コンセントレーター６は、配電線５から電力線通信の信号を抽出し、各電力メーター２からの電力量の情報を取得する。

例えば、コンセントレーター６から特定の電力メーター２にポーリングを行い、その電力メーター２が電力量の情報をコンセントレーター６に送信する、という過程を各電力メーター２について行うことにより、電力量の情報収集を行うことができる。
コンセントレーター６は、例えば光ファイバや携帯無線（３Ｇ）を用いて、ＷＡＮ（Wide Area Network）９経由で、電力供給元８と通信を行うことができる。

ここで、図１に戻り、前述のように、ＩＨ調理器具７６は一般的に２０ｋＨｚ程度のノイズを発生することがわかっている。このノイズは、電力線を伝って伝搬するので、ＨＥＭＳゲートウェイ７５に内蔵されるＰＬＣモデム、及び、電力メーター２のＰＬＣモデム２Ｃに対して、良好な電力線通信を妨げる可能性がある。また、コンセントレーター６に内蔵されるＰＬＣモデムにも影響を与える可能性がある。
なお、ＰＬＣモデムとは、例えば、基板に搭載された回路や、独立した完成品ユニットの他、種々の形態を含むものとする。

《ＰＬＣモデムの回路構成》
図３は、上述のＰＬＣモデム２Ｃの内部回路構成を示す図である。なお、ＨＥＭＳゲートウェイ７５，コンセントレーター６に内蔵されるＰＬＣモデムについても同様の内部回路構成となる。

図３において、ＰＬＣモデム２Ｃは、主として、フィルタ回路２５と、通信回路２６とを備えている。なお、ＰＬＣモデム２Ｃとしての、その他の既知の詳細は省略する。フィルタ回路２５は、コンデンサ２１，２２、インダクタ２３、及び、カップリングトランス２４を備えている。カップリングトランス２４は、１次コイル２４ｐ及び２次コイル２４ｓを備えている。２次コイル２４ｓには、電力線通信の通信回路２６が接続されている。通信回路２６は、送信回路２６ｓと、受信回路２６ｒとを備えている。

上記カップリングトランス２４の１次コイル２４ｐの両端にはそれぞれ、コンデンサ２１，２２を介して電力線（ここでは電圧線Ｌ１，Ｌ２）が接続されている。すなわち、コンデンサ２１，２２は、電力線２線のそれぞれに対して直列に挿入されている。なお、コンデンサ２１，２２は、それらの一方を省略することも可能である。
また、インダクタ２３は、コンデンサ２１，２２よりも１次コイル２４ｐ寄りにあって、１次コイル２４ｐに対して並列に接続されている。１次コイル２４ｐのインダクタンスは、例えば約６００μＨである。

《フィルタ回路の作用》
上記フィルタ回路２５において、コンデンサ２１，２２は、ハイパスフィルタとして機能し、電力線側からの、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電流の侵入を阻止する。一方、商用交流に比べて格段に周波数の高い電力線通信の信号（周波数帯域：１５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ）やその他のノイズは、コンデンサ２１，２２を通過する。なお、コンデンサ２１，２２のキャパシタンスとしては、例えば０．１μＦ〜０．５μＦが好適である。

また、インダクタ２３は、高周波領域での相対的なハイパスフィルタとして機能する。すなわち、ここにインダクタ２３が存在することによって、ＩＨ調理器具７６から発生する２０ｋＨｚ程度の特定ノイズはカットオフされ（又は大きく減衰させられ）、その一方で、当該特定ノイズよりも周波数の高い電力線通信の信号は、影響を受けずにカップリングトランス２４に導かれる。
なお、カットオフ周波数を適切に設定することにより、減衰させる対象の周波数帯域をある程度広く取ることができるので、例えば３０ｋＨｚのノイズであっても充分に減衰させることが可能である。

このようなフィルタ機能を発揮させるインダクタ２３のインダクタンスとしては、５０μＨ及びその近傍（例えば±１０％）が特に好適であった。電力線通信の信号識別に影響を与えない観点からインダクタンスの許容範囲を規定すると、１０μＨ〜１００μＨである。すなわち、インダクタンスが１０μＨ未満では電力線通信の信号識別に影響が出る。また、インダクタンスが１００μＨを超えると、ノイズ抑制効果が低下する。

以上のように、上記フィルタ回路２５を備えたＰＬＣモデム２Ｃによれば、電力線通信の信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズ、例えば電磁誘導加熱調理機器のノイズは、インダクタ２３がフィルタとなってブロックされ、カップリングトランス２４へ特定ノイズが流入することは抑制される。従って、ＰＬＣモデム２Ｃに対する特定ノイズの影響を抑制することができる。

また、インダクタ２３のインダクタンスを１０μＨ〜１００μＨの範囲内とすることにより、ＩＨ調理器具７６が一般的に発生することの多い２０ｋＨｚ程度のノイズに対して優れたノイズ抑制効果が得られた。また、この範囲内の周波数とすることにより、インダクタ２３の存在による電力線通信の信号減衰を抑制することができる。なお、前述のように、この範囲内でも特に、５０μＨ及びその近傍が好適である。

また、このようなＰＬＣモデム２Ｃを搭載する電力メーター２は、需要家７内のＩＨ調理器具から特定ノイズを受けても、その影響を抑制することができるので、コンセントレーター６との通信や、需要家７内のＨＥＭＳゲートウェイ７５との通信に支障を生じない。

《その他の形態》
なお、上記実施形態ではフィルタ回路２５はＰＬＣモデム２Ｃの一部であるが、フィルタ回路２５は、ＰＬＣモデム２Ｃから分離独立した電力線通信用フィルタとしても存在し得る。
また、インダクタ２３についての上記インダクタンスの好適範囲は、現状のＩＨ調理器具７６から発生する２０ｋＨｚ程度の特定ノイズを想定したものであり、将来的にノイズの周波数が大きく変わる場合には、インダクタンスの好適範囲もそれに応じて変わり得ることになる。

《補記》
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。

１ 集合住宅
２ 電力メーター
２Ａ 計量部
２Ｂ 記憶部
２Ｃ ＰＬＣモデム
２Ｄ 電路
３ 高圧ケーブル
４ 変圧器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ 配電線
５ｘ 屋内配線
６ コンセントレーター
７ 需要家
８ 電力供給元
９ ＷＡＮ
２１，２２ コンデンサ
２３ インダクタ
２４ カップリングトランス
２４ｐ １次コイル
２４ｓ ２次コイル
２５ フィルタ回路
２６ 通信回路
２６ｓ 送信回路
２６ｒ 受信回路
７１ 分電盤
７２，７３，７４ コンセント
７５ ＨＥＭＳゲートウェイ
７６ ＩＨ調理器具
Ｌ１，Ｌ２ 電圧線
Ｎ 中性線

Claims (5)

1. 商用交流の電力線と電力線通信の通信回路との間に介在させる電力線通信用フィルタ回路であって、
   １次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、
   前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、
   前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、
   を備えている電力線通信用フィルタ回路。
2. 前記特定ノイズは電磁誘導加熱調理器具の発生するノイズであり、前記インダクタのインダクタンスは１０μＨ〜１００μＨの範囲にある請求項１に記載の電力線通信用フィルタ回路。
3. 商用交流の電力線を信号伝送路とする電力線通信装置であって、
   電力線通信の通信回路と、
   １次コイルに前記電力線が接続され、２次コイルに前記通信回路が接続されるカップリングトランスと、
   前記１次コイルの両端に接続される少なくとも一方の電路に設けられ、商用交流電流の侵入を阻止するコンデンサと、
   前記コンデンサよりも前記１次コイル寄りにあって、前記１次コイルに対して並列に接続され、前記コンデンサを通過する電力線通信の信号及びノイズのうち、前記信号の周波数帯域より低い周波数の特定ノイズを減衰させるインダクタと、
   を備えている電力線通信装置。
4. 前記特定ノイズは電磁誘導加熱調理器具の発生するノイズであり、前記インダクタのインダクタンスは１０μＨ〜１００μＨの範囲にある請求項３に記載の電力線通信装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の電力線通信装置を搭載した電力メーター。

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