JP3539405B2 - 搬送波フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電灯線を利用した住宅内通信方式に用いる単相三線式電灯線用の搬送波フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、広範囲の周波数帯を用いノイズ性能を強化したスペクトラム拡散方式と呼ばれる電灯線通信方式が注目され、同時に伝送搬送波の住宅外への流出を防ぐ目的で搬送波フィルタの設置が必要とされている。
【０００３】
この搬送波フィルタはローパスフィルターの役割を果たし、商用周波数である商用電源に対して無視できる低インピーダンスであるため、商用電源は搬送波フィルタを通過するが、搬送波周波数帯域である１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ（電波法で開放されている周波数帯が１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚで、実質利用できる帯域が１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）の搬送波に対しては一定値以上のインピーダンスを有し、この搬送波を減衰させて住宅外へ流出するのを抑止する機能を果たすものである。
【０００４】
以下、従来の搬送波フィルタについて図面を参照しながら説明する。
【０００５】
単相三線式に用いられる電灯線用搬送波フィルタは、例えば特開平３−２９６３１３号公報に開示され、図６で示されたように、フィルタブロック３４は、第１の電源線１，中性線２および第２の電源線３と、第１の電源線１の電源側に設けた第１の電源側端子１ａおよび負荷側に設けた第１の負荷側端子１ｂと、中性線２の電源側に設けた電源側中性端子２ａおよび負荷側に設けた負荷側中性端子２ｂと、第２の電源線３の電源側に設けた第２の電源側端子３ａおよび負荷側に設けた第２の負荷側端子３ｂと、互いに磁束を打ち消すように同一磁路のコア９上に巻かれ第１の電源線に設けられた第１のコイル５および第２の電源線３に設けられた第２のコイル６と、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間に設けられた第１のコンデンサ８と、電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間に設けられた第２のコンデンサ１７とから構成されている。
【０００６】
そして、フィルタブロック３４の第１の負荷側端子１ｂと負荷側中性端子２ｂ間に電気器具Ａ、第２の負荷側端子３ｂと負荷側中性端子２ｂ間に電気器具Ｂが接続され、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間および電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間にはそれぞれ１００Ｖが印加され、第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間には２００Ｖが印加される。
【０００７】
以上のように構成された従来の搬送波フィルタの動作について説明する。
【０００８】
一組のコア９に設けられたコイル５およびコイル６は、それぞれの磁束を打ち消す方向、即ち、同一方向に巻回されているため、単相三線式の電灯線では、第１の電源線１と中性線２との間、および中性線２と第２の電源線３との間の商用周波数電流による起磁力は互いに打ち消し合うので、磁束の発生が低減し、そのため磁束密度が低くなるので、コア９の小形化が可能になる。
【０００９】
また、コイル５とコイル６とが磁気結合されると、コイル５上の搬送信号がコイル６へ、あるいはその逆の伝送が可能となるため、両１００Ｖ間（即ち、第１の電源線１と中性線２間、ならびに中性線２と第２の電源線３間）での搬送波信号の伝送機能（異相間通信機能）を併せもった搬送波フィルタとして開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の構成では前述のように２つの１００Ｖ電源（第１の電源線１と中性線２間、ならびに中性線２と第２の電源線３間）用フィルタの小形化は実現できるものの、２００Ｖ電源（第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間）に対しては搬送波のフィルタ機能や通信信号の伝送機能が得られず、別途２００Ｖ電源用のフィルタおよび異相間通信装置を追加するなどの対応が必要であった。
【００１１】
また、近年増加傾向にあるエアコンなど家庭用２００Ｖ機器に対し、フィルタの追加、大形化対応あるいは１００Ｖ電源線と２００Ｖ電源線間の通信ユニットの増設は電灯線搬送通信システムの普及の阻害要因の一つになっている。
【００１２】
本願発明は上記状況に鑑み、小形で１００Ｖ電源および２００Ｖ電源においても、１００Ｖ電源間や１００Ｖ電源と２００Ｖ電源間の通信機能（異相間通信機能）を備えた搬送波フィルタの提供を目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の搬送波フィルタは、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に、前記第１のコイルと前記第２のコイルが生成する磁束の一部を外部に漏洩させるために、一部を切断したリング形状をした第２のコアを追加して設けたものである。
【００１４】
また請求項２記載の搬送波フィルタは、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたものである。
【００１５】
また請求項３記載の搬送波フィルタは、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子が設けられたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は上記した請求項１記載の搬送波フィルタによれば、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に、前記第１のコイルと前記第２のコイルが生成する磁束の一部を外部に漏洩させるために、一部を切断したリング形状をした第２のコアを追加して設けたため、第１のコイルと第２のコイル間の結合度を低下させて得られる第１の電源線と第２の電源線間の漏れインダクタンスと、第２のコンデンサとで形成されるＬＣ形フィルタにより、第１の電源線と第２の電源線間に対し通信信号を減衰させるのに十分なまでにフィルタ機能を高めることができる。
【００１７】
また、請求項２記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたため、請求項１記載の搬送波フィルタの作用に加え、第３のコイルから、第１のコイルまたは第２のコイルへ搬送信号の伝送ができる。
【００１８】
また、請求項３記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子が設けられたため、共振度を抑え、異常な過電圧の発生や機器から発生するノイズが住宅内の電灯線上に拡大して伝播されることを抑制できる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
まず図１，図２に示すように、コイルの結合度を下げ、漏れインダクタンスを発生させるインダクタ構成について説明する。
【００２１】
図１から図３に示す図において、１，２，３はそれぞれ単相三線式電力線の第１の電源線，中性線，第２の電源線で、１ａは第１の電源側端子、２ａは電源側中性端子、３ａは第２の電源側端子で、１ｂは第１の負荷側端子、２ｂは負荷側中性端子、３ｂは第２の負荷側端子である。
【００２２】
また、４はフィルタブロックで、上記の第１の電源線１，中性線２，第２の電源線３，第１の電源側端子１ａ、電源側中性端子２ａ、第２の電源側端子３ａ、第１の負荷側端子１ｂ、負荷側中性端子２ｂ、第２の負荷側端子３ｂ、および、第１の電源線１に設けられたコイル５、第２の電源線３に設けられたコイル６、コア９、部分コア１０、コイル５の第１の電源側端子１ａ側とコイル６の第２の電源側端子３ａ側との間に設けられたコンデンサ７，コイル５の第１の電源側端子１ａ側と電源側中性端子２ａとの間に設けられたコンデンサ８とで構成されている。
【００２３】
また、第１の負荷側端子１ｂと負荷側中性端子２ｂ間に負荷として電気器具Ａ、第２の負荷側端子３ｂと負荷側中性端子２ｂ間に負荷として電気器具Ｂが接続され、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間および電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間にはそれぞれ１００Ｖが印加され、第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間には２００Ｖが印加される。
【００２４】
図１に示すインダクタ構成中のコイル５とコイル６とは２つのコア９の各々の中央脚に同一方向に巻かれたコイルで、Ｃはギャップを示す。また１０は追加した部分コアの厚み部分の断面を示すものである。
【００２５】
この部分コア１０は図２に示した平面図のように、例えばリング状で厚みをもった電気的閉回路ができないよう切断部Ｅを設けた形状である。
【００２６】
また図１において、コイル５とコイル６との間に追加した部分コア１０の役割は、中央脚磁路（コア９の中央、すなわちコイルが巻回されている脚内の磁路）で磁気結合していたコイル５とコイル６に対し、磁束の一部を外脚磁路へバイパスさせて漏洩インダクタンスを発生させることである。
【００２７】
一般的に、コイル５とコイル６が磁気的に完全結合していれば理想トランスとなり、漏洩インダクタンスは存在しないが、結合度が下がっていけば（つまり、磁束が漏れ、コイル５とコイル６を貫通する磁束が同じでなくなれば）、コイル５とコイル６には回路上、漏洩インダクタンスが存在するようになる。
【００２８】
この漏洩インダクタンスは、図２で示されるリング状の部分コア１０の厚み方向の断面積の形状（図１のＣ参照）や、コア９と部分コア１０との間隙寸法などで調整することができ、使用する部分コア１０の周波数特性によっても増減できる。
【００２９】
図３では、上記のようにリング状の部分コア１０の追加で生じるコイル５における等価漏れインダクタンスＬ５とコイル６における等価漏れインダクタンスＬ６とをそれぞれフィルタブロック４内の第１の電源線１および第２の電源線３上に仮想上の等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６として記載している。
【００３０】
またコンデンサ７は従来の技術で説明したコンデンサ１７とは異なり、第１の電源線１と第２の電源線３間に設置する。
【００３１】
今、図３において電源が２００Ｖである第１の電源線１と第２の電源線３間の通信信号の流れを追ってみると、第１の負荷側端子１ｂ→等価漏れインダクタンスＬ５→コイル５→コンデンサ７→コイル６→等価漏れインダクタンスＬ６→第２の負荷側端子３ｂとなる。
【００３２】
ここで、コイル５とコイル６のインダクタンスは信号に対し互いに打ち消しあい零となるので、上述の通信信号の流れにおいては等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６の和だけが存在することになる。従って、等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６とコンデンサ７とによって２００Ｖ電源（第１の電源線１と第２の電源線３間）用のＬＣフィルタ回路が形成され、電源側への信号流出を抑える。
【００３３】
一方、１００Ｖ回路の通信信号の流れについて、一つは第１の負荷側端子１ｂ→等価漏れインダクタンスＬ５→コイル５→コンデンサ８→負荷側中性端子２ｂで、もう一つは負荷側中性端子２ｂ→コンデンサ８→コンデンサ７→コイル６→等価漏れインダクタンスＬ６→第２の負荷側端子３ｂである。当然であるが後者の場合の方がコンデンサが直列接続されているので合成コンデンサ容量が減少し、フィルタ機能としては低下する。
【００３４】
次に本実施の形態１の特徴であるコンデンサ７，８について説明する。
【００３５】
既に説明したように、部分コア１０の追加によりコイル５，６の結合度を低下させ、漏れインダクタンスを作り出し、２００Ｖ回路にもインダクタンスを存在させるものである。
【００３６】
しかし、この結合度を下げて漏れインダクタンスを増大させることは、商用電源による電流がコイル５，６で打ち消しあわなくなってくるので、コアが大形化になってしまうことになる。
【００３７】
実験結果では、この適正値は概ねＫ：０．７５程度（Ｋはコイル５とコイル６との結合度で１００％であれば１．０）となり、２００Ｖ回路の場合には１００Ｖ回路の場合の１／２程度のインダクタンス選択が上限であった。
【００３８】
この結果、一般にフィルタの減衰性能は通常コイルのインダクタンス値とコンデンサ容量の積で表されるので、２００Ｖ回路すなわち第１の電源線１と第２の電源線３間に設置するコンデンサ（図３のコンデンサ７）容量は、第１の電源線１と中性線２間（図３のコンデンサ８）あるいは第２の電源線３と中性線２間に設置するコンデンサ（図６のコンデンサ１７）容量の概ね２倍と大きくする必要がある。
【００３９】
しかし上記のように、大きな容量のコンデンサを選択することが一方ではコンデンサの自己共振周波数の低下につながり、既に図３ではコンデンサ７，８として記載したものが、現実にはリード線や配線インダクタンスのためＬＣの直列回路として動作し、その共振周波数が適用周波数帯（１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）内に入り込むことが避けられない。
【００４０】
このような状況のなかで、例えば２００Ｖ回路でのフィルタ特性の改善を目的に、第１の電源線１と中性線２間、中性線２と第２の電源線３間に加え、第１の電源線１と第２の電源線３間にもコンデンサを追加接続した場合は、既に存在する１００Ｖ電源の共振回路と並列にもう一つの共振回路を接続することになるので、帯域内に２つの共振点が存在し、対象とする全周波数範囲にわたる必要なフィルタ減衰量の確保ができない。
【００４１】
この問題への対応は、複数のコンデンサの共振点をリード線や他の配線が有するインダクタンスで調整合致させることが必要となり、極めて実現困難なものである。
【００４２】
そこで、本実施の形態は、中性線２と第２の電源線３間のコンデンサ接続をやめ、第１の電源線１と中性線２間にコンデンサ８と、第１の電源線１と第２の電源線３間にコンデンサ７を接続することで、２００Ｖ電源間のコンデンサ容量の確保を優先させ、かつどの電源線間にも２つの共振点を発生させないようにしたものである。従って、中性線２と第２の電源線３間のコンデンサ容量はコンデンサ７とコンデンサ８の直列接続容量となるので、得られる減衰量は三電源中最も低くなる。
【００４３】
したがって、本実施の形態においては、目標減衰量に対するコイル５とコイル６の結合度、コンデンサ７とコンデンサ８の容量の設定が重要となる。例えば、コア９が定格電流６０Ａ、ギャップ１ｍｍを設けた実効磁路長２００ｍｍ2，実効断面積９００ｍｍ2のＥ形フェライトコアの場合コア９上に、巻数７ターンのコイル５，コイル６を巻回し、１８ｍｍ2の断面をもつ方向性珪素鋼板リングである部分コア１０を挿入した場合、１００ｋＨｚ時における１００Ｖ回路のインダクタンスは約１３μＨ、２００Ｖ回路では７μＨであった。すなわち、得られたコイル５，６の漏れインダクタンスは３．５μＨとなり、これを結合度として表現すると０．７５である。
【００４４】
また実使用周波数１３５〜４５０ｋＨｚの範囲に限定して、例えば減衰が１／１００になる信号減衰量４０ｄＢを実現するためのコンデンサ７，８の容量は１０〜２０μＦとかなり大きなものが必要となることが分かった。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。図４は実施の形態２におけるフィルタブロック構成とその接続を示す。
【００４６】
本実施の形態２は、図４に示す通り、実施の形態１のフィルタブロック４において、第１の負荷側端子１ｂと第２の負荷側端子３ｂとの間にコイル５と同一方向に巻回したコイル５６を設け、さらにコイル５６と第２の負荷側端子３ｂとの間にコンデンサ７８を設けてフィルタブロック１４とした構成である。
【００４７】
したがって、住宅内において、例えば、第１の電源線１と中性線２間の搬送波電圧が第１の負荷側端子１ｂ→コイル５→コンデンサ８→負荷側中性端子２ｂのルートでコイル５に印可されると、１００Ｖ電源間の搬送波電圧はコイル６およびコイル５６に誘起される。すなわち、搬送波電圧は第１の電源線１と中性線２間、ならびに、第１の電源線１と第２の電源線３間にも伝送されることになる。
【００４８】
ここでコンデンサ７８の役割は商用周波を遮断して高周波の搬送波電圧のみを通過させるためのハイパスフィルタで０．１μＦ程度の小容量のものでよい。
【００４９】
以上の構成により、コイル５，コイル６およびコイル５６間の伝送特性は双方向のものであるから、搬送波信号の転送は３つのコイル（コイル５，コイル６，コイル５６）すなわち３電源間（第１の電源線１と中性線２間、第２の電源線３と中性線２間、第１の電源線１と第２の電源線間）において可能となり、全異相間の通信ができる。
【００５０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図５を参照しながら説明する。図５に第３の実施の形態におけるフィルタブロック構成とその接続例を示す。
【００５１】
本実施の形態３は、図５に示す通り実施の形態１のフィルタブロック４において、コイル５の両端に定電圧素子であるツェナーダイオード１１，１２と抵抗１３を直列に接続し、コイル６の両端にツェナーダイオード２１，２２と抵抗２３を直列に接続してフィルタブロック２４とした構成である。
【００５２】
これは、ＬＣ共振形フィルタの共振時におけるコイル５やコイル６またはコンデンサ７やコンデンサ８の両端における電圧を抑制するためである。
【００５３】
本実施の形態３のようにコイル５に並列に抵抗１３を設置する場合や、コイル６に並列に抵抗２３を設置する場合は、電圧の抑制のために抵抗値は低い程良いが、逆に本来の減衰特性を確保する点からは大きい方がよい。
【００５４】
本実施の形態３では上記要求に対し、概ね５Ｖ以下と低い信号電圧領域では高抵抗を、それ以上の電圧に対しては低抵抗を選択する構成を示すもので、第１の電源側端子１ａ，電源側中性端子２ａ、第２の電源側端子３ａから共振周波数に等しい高周波ノイズが流入した場合や、負荷としての電気器具Ａや電気器具Ｂから高周波ノイズが流出する場合に対してはツェナー電圧以上になると、ツェナーダイオード１１，１２，２１，２２が導通し抵抗１３，２３がコイル５，６に並列接続されて減衰抵抗として機能するので共振時の先鋭度を抑制し、ノイズの拡大を防止することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１記載の搬送波フィルタによれば、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、さらに閉回路を形成しない第２のコアが設けられたため、第１の電源線および第２の電源線間との両回路に単体で対応でき、小形軽量化と異相間通信機能をも可能とした搬送波フィルタを実現することができる。また、比較的大容量のコンデンサの適用は進相コンデンサの役割を果たし、家庭用電灯線の力率改善効果をもたらす効果を発揮する。
【００５６】
また請求項２記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたため、同一コア上に巻かれた３つにコイルによって３つの電源線が搬送波上結ばれ、３巻線の結合インダクタ１個と三個のコンデンサとからなる電源間ブリッジを構成できるので、第１の電源線および中性線間、ならびに第２の電源線および中性線間の異相間の通信機能に加え、さらに第１の電源線および第２の電源線間と、第１の電源線および中性線または第２の電源線および中性線との双方向通信も簡便構成で実現できる。
【００５７】
請求項３記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子とが設けられたため、共振形フィルタ特有のノイズ拡大の除去ができ、信頼性，安全性の高い搬送波フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリアクタの構成図
【図２】同実施の形態１における部分コアの形状を示す外形図
【図３】同実施の形態１におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図４】同実施の形態２におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図５】同実施の形態３におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図６】従来におけるフィルタブロック構成とその接続図
【符号の説明】
１ 第１の電源線
２ 中性線
３ 第２の電源線
４ フィルタブロック
５，６，５６ コイル
７，８，７８ コンデンサ
９ コア
１０ 部分コア
Ａ，Ｂ 電気器具
Ｃ ギャップ
Ｅ 切断部
１ａ 第１の電源側端子
２ａ 電源側中性端子
３ａ 第２の電源側端子
１ｂ 第１の負荷側端子
２ｂ 負荷側中性端子
３ｂ 第２の負荷側端子
Ｌ５，Ｌ６ 等価漏れインダクタンス
【発明の属する技術分野】
本発明は、電灯線を利用した住宅内通信方式に用いる単相三線式電灯線用の搬送波フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、広範囲の周波数帯を用いノイズ性能を強化したスペクトラム拡散方式と呼ばれる電灯線通信方式が注目され、同時に伝送搬送波の住宅外への流出を防ぐ目的で搬送波フィルタの設置が必要とされている。
【０００３】
この搬送波フィルタはローパスフィルターの役割を果たし、商用周波数である商用電源に対して無視できる低インピーダンスであるため、商用電源は搬送波フィルタを通過するが、搬送波周波数帯域である１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ（電波法で開放されている周波数帯が１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚで、実質利用できる帯域が１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）の搬送波に対しては一定値以上のインピーダンスを有し、この搬送波を減衰させて住宅外へ流出するのを抑止する機能を果たすものである。
【０００４】
以下、従来の搬送波フィルタについて図面を参照しながら説明する。
【０００５】
単相三線式に用いられる電灯線用搬送波フィルタは、例えば特開平３−２９６３１３号公報に開示され、図６で示されたように、フィルタブロック３４は、第１の電源線１，中性線２および第２の電源線３と、第１の電源線１の電源側に設けた第１の電源側端子１ａおよび負荷側に設けた第１の負荷側端子１ｂと、中性線２の電源側に設けた電源側中性端子２ａおよび負荷側に設けた負荷側中性端子２ｂと、第２の電源線３の電源側に設けた第２の電源側端子３ａおよび負荷側に設けた第２の負荷側端子３ｂと、互いに磁束を打ち消すように同一磁路のコア９上に巻かれ第１の電源線に設けられた第１のコイル５および第２の電源線３に設けられた第２のコイル６と、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間に設けられた第１のコンデンサ８と、電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間に設けられた第２のコンデンサ１７とから構成されている。
【０００６】
そして、フィルタブロック３４の第１の負荷側端子１ｂと負荷側中性端子２ｂ間に電気器具Ａ、第２の負荷側端子３ｂと負荷側中性端子２ｂ間に電気器具Ｂが接続され、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間および電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間にはそれぞれ１００Ｖが印加され、第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間には２００Ｖが印加される。
【０００７】
以上のように構成された従来の搬送波フィルタの動作について説明する。
【０００８】
一組のコア９に設けられたコイル５およびコイル６は、それぞれの磁束を打ち消す方向、即ち、同一方向に巻回されているため、単相三線式の電灯線では、第１の電源線１と中性線２との間、および中性線２と第２の電源線３との間の商用周波数電流による起磁力は互いに打ち消し合うので、磁束の発生が低減し、そのため磁束密度が低くなるので、コア９の小形化が可能になる。
【０００９】
また、コイル５とコイル６とが磁気結合されると、コイル５上の搬送信号がコイル６へ、あるいはその逆の伝送が可能となるため、両１００Ｖ間（即ち、第１の電源線１と中性線２間、ならびに中性線２と第２の電源線３間）での搬送波信号の伝送機能（異相間通信機能）を併せもった搬送波フィルタとして開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の構成では前述のように２つの１００Ｖ電源（第１の電源線１と中性線２間、ならびに中性線２と第２の電源線３間）用フィルタの小形化は実現できるものの、２００Ｖ電源（第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間）に対しては搬送波のフィルタ機能や通信信号の伝送機能が得られず、別途２００Ｖ電源用のフィルタおよび異相間通信装置を追加するなどの対応が必要であった。
【００１１】
また、近年増加傾向にあるエアコンなど家庭用２００Ｖ機器に対し、フィルタの追加、大形化対応あるいは１００Ｖ電源線と２００Ｖ電源線間の通信ユニットの増設は電灯線搬送通信システムの普及の阻害要因の一つになっている。
【００１２】
本願発明は上記状況に鑑み、小形で１００Ｖ電源および２００Ｖ電源においても、１００Ｖ電源間や１００Ｖ電源と２００Ｖ電源間の通信機能（異相間通信機能）を備えた搬送波フィルタの提供を目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の搬送波フィルタは、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に、前記第１のコイルと前記第２のコイルが生成する磁束の一部を外部に漏洩させるために、一部を切断したリング形状をした第２のコアを追加して設けたものである。
【００１４】
また請求項２記載の搬送波フィルタは、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたものである。
【００１５】
また請求項３記載の搬送波フィルタは、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子が設けられたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は上記した請求項１記載の搬送波フィルタによれば、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に、前記第１のコイルと前記第２のコイルが生成する磁束の一部を外部に漏洩させるために、一部を切断したリング形状をした第２のコアを追加して設けたため、第１のコイルと第２のコイル間の結合度を低下させて得られる第１の電源線と第２の電源線間の漏れインダクタンスと、第２のコンデンサとで形成されるＬＣ形フィルタにより、第１の電源線と第２の電源線間に対し通信信号を減衰させるのに十分なまでにフィルタ機能を高めることができる。
【００１７】
また、請求項２記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたため、請求項１記載の搬送波フィルタの作用に加え、第３のコイルから、第１のコイルまたは第２のコイルへ搬送信号の伝送ができる。
【００１８】
また、請求項３記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子が設けられたため、共振度を抑え、異常な過電圧の発生や機器から発生するノイズが住宅内の電灯線上に拡大して伝播されることを抑制できる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
まず図１，図２に示すように、コイルの結合度を下げ、漏れインダクタンスを発生させるインダクタ構成について説明する。
【００２１】
図１から図３に示す図において、１，２，３はそれぞれ単相三線式電力線の第１の電源線，中性線，第２の電源線で、１ａは第１の電源側端子、２ａは電源側中性端子、３ａは第２の電源側端子で、１ｂは第１の負荷側端子、２ｂは負荷側中性端子、３ｂは第２の負荷側端子である。
【００２２】
また、４はフィルタブロックで、上記の第１の電源線１，中性線２，第２の電源線３，第１の電源側端子１ａ、電源側中性端子２ａ、第２の電源側端子３ａ、第１の負荷側端子１ｂ、負荷側中性端子２ｂ、第２の負荷側端子３ｂ、および、第１の電源線１に設けられたコイル５、第２の電源線３に設けられたコイル６、コア９、部分コア１０、コイル５の第１の電源側端子１ａ側とコイル６の第２の電源側端子３ａ側との間に設けられたコンデンサ７，コイル５の第１の電源側端子１ａ側と電源側中性端子２ａとの間に設けられたコンデンサ８とで構成されている。
【００２３】
また、第１の負荷側端子１ｂと負荷側中性端子２ｂ間に負荷として電気器具Ａ、第２の負荷側端子３ｂと負荷側中性端子２ｂ間に負荷として電気器具Ｂが接続され、第１の電源側端子１ａと電源側中性端子２ａ間および電源側中性端子２ａと第２の電源側端子３ａ間にはそれぞれ１００Ｖが印加され、第１の電源側端子１ａと第２の電源側端子３ａ間には２００Ｖが印加される。
【００２４】
図１に示すインダクタ構成中のコイル５とコイル６とは２つのコア９の各々の中央脚に同一方向に巻かれたコイルで、Ｃはギャップを示す。また１０は追加した部分コアの厚み部分の断面を示すものである。
【００２５】
この部分コア１０は図２に示した平面図のように、例えばリング状で厚みをもった電気的閉回路ができないよう切断部Ｅを設けた形状である。
【００２６】
また図１において、コイル５とコイル６との間に追加した部分コア１０の役割は、中央脚磁路（コア９の中央、すなわちコイルが巻回されている脚内の磁路）で磁気結合していたコイル５とコイル６に対し、磁束の一部を外脚磁路へバイパスさせて漏洩インダクタンスを発生させることである。
【００２７】
一般的に、コイル５とコイル６が磁気的に完全結合していれば理想トランスとなり、漏洩インダクタンスは存在しないが、結合度が下がっていけば（つまり、磁束が漏れ、コイル５とコイル６を貫通する磁束が同じでなくなれば）、コイル５とコイル６には回路上、漏洩インダクタンスが存在するようになる。
【００２８】
この漏洩インダクタンスは、図２で示されるリング状の部分コア１０の厚み方向の断面積の形状（図１のＣ参照）や、コア９と部分コア１０との間隙寸法などで調整することができ、使用する部分コア１０の周波数特性によっても増減できる。
【００２９】
図３では、上記のようにリング状の部分コア１０の追加で生じるコイル５における等価漏れインダクタンスＬ５とコイル６における等価漏れインダクタンスＬ６とをそれぞれフィルタブロック４内の第１の電源線１および第２の電源線３上に仮想上の等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６として記載している。
【００３０】
またコンデンサ７は従来の技術で説明したコンデンサ１７とは異なり、第１の電源線１と第２の電源線３間に設置する。
【００３１】
今、図３において電源が２００Ｖである第１の電源線１と第２の電源線３間の通信信号の流れを追ってみると、第１の負荷側端子１ｂ→等価漏れインダクタンスＬ５→コイル５→コンデンサ７→コイル６→等価漏れインダクタンスＬ６→第２の負荷側端子３ｂとなる。
【００３２】
ここで、コイル５とコイル６のインダクタンスは信号に対し互いに打ち消しあい零となるので、上述の通信信号の流れにおいては等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６の和だけが存在することになる。従って、等価漏れインダクタンスＬ５，Ｌ６とコンデンサ７とによって２００Ｖ電源（第１の電源線１と第２の電源線３間）用のＬＣフィルタ回路が形成され、電源側への信号流出を抑える。
【００３３】
一方、１００Ｖ回路の通信信号の流れについて、一つは第１の負荷側端子１ｂ→等価漏れインダクタンスＬ５→コイル５→コンデンサ８→負荷側中性端子２ｂで、もう一つは負荷側中性端子２ｂ→コンデンサ８→コンデンサ７→コイル６→等価漏れインダクタンスＬ６→第２の負荷側端子３ｂである。当然であるが後者の場合の方がコンデンサが直列接続されているので合成コンデンサ容量が減少し、フィルタ機能としては低下する。
【００３４】
次に本実施の形態１の特徴であるコンデンサ７，８について説明する。
【００３５】
既に説明したように、部分コア１０の追加によりコイル５，６の結合度を低下させ、漏れインダクタンスを作り出し、２００Ｖ回路にもインダクタンスを存在させるものである。
【００３６】
しかし、この結合度を下げて漏れインダクタンスを増大させることは、商用電源による電流がコイル５，６で打ち消しあわなくなってくるので、コアが大形化になってしまうことになる。
【００３７】
実験結果では、この適正値は概ねＫ：０．７５程度（Ｋはコイル５とコイル６との結合度で１００％であれば１．０）となり、２００Ｖ回路の場合には１００Ｖ回路の場合の１／２程度のインダクタンス選択が上限であった。
【００３８】
この結果、一般にフィルタの減衰性能は通常コイルのインダクタンス値とコンデンサ容量の積で表されるので、２００Ｖ回路すなわち第１の電源線１と第２の電源線３間に設置するコンデンサ（図３のコンデンサ７）容量は、第１の電源線１と中性線２間（図３のコンデンサ８）あるいは第２の電源線３と中性線２間に設置するコンデンサ（図６のコンデンサ１７）容量の概ね２倍と大きくする必要がある。
【００３９】
しかし上記のように、大きな容量のコンデンサを選択することが一方ではコンデンサの自己共振周波数の低下につながり、既に図３ではコンデンサ７，８として記載したものが、現実にはリード線や配線インダクタンスのためＬＣの直列回路として動作し、その共振周波数が適用周波数帯（１３５ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）内に入り込むことが避けられない。
【００４０】
このような状況のなかで、例えば２００Ｖ回路でのフィルタ特性の改善を目的に、第１の電源線１と中性線２間、中性線２と第２の電源線３間に加え、第１の電源線１と第２の電源線３間にもコンデンサを追加接続した場合は、既に存在する１００Ｖ電源の共振回路と並列にもう一つの共振回路を接続することになるので、帯域内に２つの共振点が存在し、対象とする全周波数範囲にわたる必要なフィルタ減衰量の確保ができない。
【００４１】
この問題への対応は、複数のコンデンサの共振点をリード線や他の配線が有するインダクタンスで調整合致させることが必要となり、極めて実現困難なものである。
【００４２】
そこで、本実施の形態は、中性線２と第２の電源線３間のコンデンサ接続をやめ、第１の電源線１と中性線２間にコンデンサ８と、第１の電源線１と第２の電源線３間にコンデンサ７を接続することで、２００Ｖ電源間のコンデンサ容量の確保を優先させ、かつどの電源線間にも２つの共振点を発生させないようにしたものである。従って、中性線２と第２の電源線３間のコンデンサ容量はコンデンサ７とコンデンサ８の直列接続容量となるので、得られる減衰量は三電源中最も低くなる。
【００４３】
したがって、本実施の形態においては、目標減衰量に対するコイル５とコイル６の結合度、コンデンサ７とコンデンサ８の容量の設定が重要となる。例えば、コア９が定格電流６０Ａ、ギャップ１ｍｍを設けた実効磁路長２００ｍｍ2，実効断面積９００ｍｍ2のＥ形フェライトコアの場合コア９上に、巻数７ターンのコイル５，コイル６を巻回し、１８ｍｍ2の断面をもつ方向性珪素鋼板リングである部分コア１０を挿入した場合、１００ｋＨｚ時における１００Ｖ回路のインダクタンスは約１３μＨ、２００Ｖ回路では７μＨであった。すなわち、得られたコイル５，６の漏れインダクタンスは３．５μＨとなり、これを結合度として表現すると０．７５である。
【００４４】
また実使用周波数１３５〜４５０ｋＨｚの範囲に限定して、例えば減衰が１／１００になる信号減衰量４０ｄＢを実現するためのコンデンサ７，８の容量は１０〜２０μＦとかなり大きなものが必要となることが分かった。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。図４は実施の形態２におけるフィルタブロック構成とその接続を示す。
【００４６】
本実施の形態２は、図４に示す通り、実施の形態１のフィルタブロック４において、第１の負荷側端子１ｂと第２の負荷側端子３ｂとの間にコイル５と同一方向に巻回したコイル５６を設け、さらにコイル５６と第２の負荷側端子３ｂとの間にコンデンサ７８を設けてフィルタブロック１４とした構成である。
【００４７】
したがって、住宅内において、例えば、第１の電源線１と中性線２間の搬送波電圧が第１の負荷側端子１ｂ→コイル５→コンデンサ８→負荷側中性端子２ｂのルートでコイル５に印可されると、１００Ｖ電源間の搬送波電圧はコイル６およびコイル５６に誘起される。すなわち、搬送波電圧は第１の電源線１と中性線２間、ならびに、第１の電源線１と第２の電源線３間にも伝送されることになる。
【００４８】
ここでコンデンサ７８の役割は商用周波を遮断して高周波の搬送波電圧のみを通過させるためのハイパスフィルタで０．１μＦ程度の小容量のものでよい。
【００４９】
以上の構成により、コイル５，コイル６およびコイル５６間の伝送特性は双方向のものであるから、搬送波信号の転送は３つのコイル（コイル５，コイル６，コイル５６）すなわち３電源間（第１の電源線１と中性線２間、第２の電源線３と中性線２間、第１の電源線１と第２の電源線間）において可能となり、全異相間の通信ができる。
【００５０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図５を参照しながら説明する。図５に第３の実施の形態におけるフィルタブロック構成とその接続例を示す。
【００５１】
本実施の形態３は、図５に示す通り実施の形態１のフィルタブロック４において、コイル５の両端に定電圧素子であるツェナーダイオード１１，１２と抵抗１３を直列に接続し、コイル６の両端にツェナーダイオード２１，２２と抵抗２３を直列に接続してフィルタブロック２４とした構成である。
【００５２】
これは、ＬＣ共振形フィルタの共振時におけるコイル５やコイル６またはコンデンサ７やコンデンサ８の両端における電圧を抑制するためである。
【００５３】
本実施の形態３のようにコイル５に並列に抵抗１３を設置する場合や、コイル６に並列に抵抗２３を設置する場合は、電圧の抑制のために抵抗値は低い程良いが、逆に本来の減衰特性を確保する点からは大きい方がよい。
【００５４】
本実施の形態３では上記要求に対し、概ね５Ｖ以下と低い信号電圧領域では高抵抗を、それ以上の電圧に対しては低抵抗を選択する構成を示すもので、第１の電源側端子１ａ，電源側中性端子２ａ、第２の電源側端子３ａから共振周波数に等しい高周波ノイズが流入した場合や、負荷としての電気器具Ａや電気器具Ｂから高周波ノイズが流出する場合に対してはツェナー電圧以上になると、ツェナーダイオード１１，１２，２１，２２が導通し抵抗１３，２３がコイル５，６に並列接続されて減衰抵抗として機能するので共振時の先鋭度を抑制し、ノイズの拡大を防止することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１記載の搬送波フィルタによれば、１つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、さらに閉回路を形成しない第２のコアが設けられたため、第１の電源線および第２の電源線間との両回路に単体で対応でき、小形軽量化と異相間通信機能をも可能とした搬送波フィルタを実現することができる。また、比較的大容量のコンデンサの適用は進相コンデンサの役割を果たし、家庭用電灯線の力率改善効果をもたらす効果を発揮する。
【００５６】
また請求項２記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられたため、同一コア上に巻かれた３つにコイルによって３つの電源線が搬送波上結ばれ、３巻線の結合インダクタ１個と三個のコンデンサとからなる電源間ブリッジを構成できるので、第１の電源線および中性線間、ならびに第２の電源線および中性線間の異相間の通信機能に加え、さらに第１の電源線および第２の電源線間と、第１の電源線および中性線または第２の電源線および中性線との双方向通信も簡便構成で実現できる。
【００５７】
請求項３記載の搬送波フィルタによれば、請求項１記載の搬送波フィルタにおいて、第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子とが設けられたため、共振形フィルタ特有のノイズ拡大の除去ができ、信頼性，安全性の高い搬送波フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリアクタの構成図
【図２】同実施の形態１における部分コアの形状を示す外形図
【図３】同実施の形態１におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図４】同実施の形態２におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図５】同実施の形態３におけるフィルタブロック構成とその接続図
【図６】従来におけるフィルタブロック構成とその接続図
【符号の説明】
１ 第１の電源線
２ 中性線
３ 第２の電源線
４ フィルタブロック
５，６，５６ コイル
７，８，７８ コンデンサ
９ コア
１０ 部分コア
Ａ，Ｂ 電気器具
Ｃ ギャップ
Ｅ 切断部
１ａ 第１の電源側端子
２ａ 電源側中性端子
３ａ 第２の電源側端子
１ｂ 第１の負荷側端子
２ｂ 負荷側中性端子
３ｂ 第２の負荷側端子
Ｌ５，Ｌ６ 等価漏れインダクタンス
Claims (3)
- １つまたは１組の第１のコアと、この第１のコアに同一方向に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１のコイルの一端に接続された第１の電源線と、前記第２のコイルの一端に接続された第２の電源線と、前記第１の電源線と中性線との間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の電源線と前記第２の電源線との間に接続された第２のコンデンサとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に、前記第１のコイルと前記第２のコイルが生成する磁束の一部を外部に漏洩させるために、一部を切断したリング形状をした第２のコアを追加して設けた搬送波フィルタ。
- 第１のコイルの他端と第２のコイルの他端との間に設けられ第１のコアに同一方向に巻回された第３のコイルと、前記第３のコイルと前記第２のコイルの他端との間に第３のコンデンサが設けられた請求項１記載の搬送波フィルタ。
- 第１のコイルの両端に直列接続された第１の定電圧素子および第１の抵抗素子と、第２のコイルの両端に直列接続された第２の定電圧素子および第２の抵抗素子が設けられた請求項１記載の搬送波フィルタ。
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