JP5140022B2

JP5140022B2 - 電力線搬送通信用信号結合装置

Info

Publication number: JP5140022B2
Application number: JP2009056711A
Authority: JP
Inventors: 憲彦明石; 雄一郎村田; 昭則西沢; 鉄明長野; 彰畑井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2009284467A

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。

電力線搬送通信（ＰＬＣともいう。ＰＬＣ＝ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）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。

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。

特開２００４−３２５８５号公報（段落[００１２][００２２]、図２）特開２００６−３３１１３号公報（段落[００３２]、図４）

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。

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。

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き、前記差動結合させた１相以上の電力線と前記和動結合させた１相以上の電力線に生じる誘導電流が互いに逆位相となるようにしたものである。

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。

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。実施の形態１による電力線搬送通信用モデムから信号が送信される場合の電気的流れを示す模式図である。実施の形態１による電力線搬送通信用モデムが信号を受信する場合の電気的流れを示す模式図である。実施の形態２による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態３による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態４による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態１における測定の構成を示す図である。実施の形態１における測定の構成を示す図である。

図７，図８の測定の構成における測定結果を示す図である。実施の形態６による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態８による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態７による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態９による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態１０による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態１０による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態１１による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。実施の形態１１による電力線搬送通信用信号結合装置を示す構成図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１ｎ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。

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。

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。

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。

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

Claims

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き、前記差動結合させた１相以上の電力線と前記和動結合させた１相以上の電力線に生じる誘導電流が互いに逆位相となるようにしたことを特徴とする電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線で、信号伝送効率を向上させるように、前記信号注入又は／及び抽出巻き線と差動結合させる相数と前記磁性体コアに巻くターン数、並びに前記注入又は／及び抽出巻き線と和動結合させる相数と前記磁性体コアに巻くターン数のいずれかを調節することを特徴とする請求項１記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線で、前記電力線に流れるノイズ電流が作る磁束が減少するように、前記信号注入又は／及び抽出巻き線と差動結合させる相数と前記磁性体コアに巻くターン数、並びに前記信号注入又は／及び抽出巻き線と和動結合させる相数と前記磁性体コアに巻くターン数のいずれかを調節することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線で、前記信号注入又は／及び抽出巻き線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相とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線で、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１ターンで前記磁性体コアに巻き、かつ、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１ターンで前記磁性体コアに巻くことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線は、一線が接地された３線式電源に接続された３線であり、前記磁性体コアに巻く前記電力線は接地されていない前記電力線の２線であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
電力線搬送通信する前記電力線区間の外側で、前記磁性体コアと結合させた前記電力線の相間にコンデンサを接続することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
電力線搬送通信する前記電力線区間の外側で、前記電力線の相間にそれぞれコンデンサを接続することを特徴とする請求項７記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
前記電力線は商用電源に接続された配電線であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力線搬送通信用信号結合装置。