JP5722849B2 - 車両用電力線通信システムおよび受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信機器が電力線を用いて通信を行う車両用電力線通信システムおよび受信装置に関する。

車両内に配置された複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、相互に通信を行うことに応じて車両内の各種制御を円滑に行っている。このため、電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）システムの導入が検討されている。この電力線通信システムは、信号を高周波キャリアに重畳して伝送して通信する技術である。このような技術の一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１の技術によれば、平行二線路からなる平衡給電線が、ループ状に形成されている結合器に近接して移動体に取り付けられている。これにより、移動体と平衡給電線との間で電磁誘導結合できる。

特開２００５−４５３２７号公報

しかしながら、このような従来技術を用いて電磁誘導結合を行い、電力又は信号通信を行うと、電力又は信号を授受する部分（結合部）以外での漏れ磁束が多いことが発明者らにより明らかになっている。また、このような技術を採用しても、例えば伝送路特性、システムの周囲環境等が変化したときなどには、通信品質が低下し高速通信の維持が困難になる。

本発明の目的は、電力線を用いて送信側と受信側の電磁誘導結合を強力にし、通信品質及び高速通信を極力維持できるようにした車両用電力線通信システムおよび受信装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、マスタは端部で芯線が結合してループ状に形成された一対のツイスト線を電力線およびデータ通信線として用い前記一対のツイスト線に高周波信号を出力して電力信号およびデータ変調信号をスレーブに送信する。第１開口アンテナは一対のツイスト線の通電電流に応じて一対のツイスト線を通じて電力信号を受信する。第１開口アンテナは一対のツイスト線の複数の撚部間の開口領域に対向した開口領域を備え、スレーブは開口領域を通じて受信した電力信号により動作する。

スレーブの電力モニタ部は、第１開口アンテナの開口領域を通じて受信した電力信号をモニタし、判定部は当該モニタ電力に基づいて一対のツイスト線から受信される他の動作用電力を用いるか否かを判定する。スレーブの第１開口アンテナは、一対のツイスト線の複数の撚部間の開口領域に対向した開口領域を備えるため、送信側と受信側の電磁誘導結合を強力にできる。しかも、一対のツイスト線を用いて電磁誘導結合しているため漏れ磁束を少なくできる。

例えば、給電効率を高めるには急峻でＱ値の高い周波数特性を備えた開口アンテナ等を使用すると良い。伝送路特性が変更されるなどシステムの周囲環境等が変化すると、この開口アンテナ等の周波数特性がこの影響を受けやすく当該周波数特性が変化し、マスタからスレーブに提供される電力の不足を招く可能性がある。しかし、たとえスレーブに提供される電力が不足したとしても、電力モニタ部が電力をモニタし、判定部が一対のツイスト線を通じて受信される受信信号に基づく他の動作用電力を用いるか否かを判定する。このため、スレーブが例えば動作用電力不足のときには他の動作用電力を用いて電力線通信を持続でき、通信品質及び高速通信を極力維持できる。

本発明の第１実施形態を示すもので、車両に搭載される電力線通信システムを概略的に示す電気的構成図 整合回路の一例を示す電気的構成図 端部で芯線が結合してループ状に形成された一対のツイスト線の構造を模式的に示す斜視図 給電用キャリアとデータ通信用キャリアを重畳したマスタが送信する高周波信号の周波数特性図 （ａ）はスレーブが受信するデータ通信信号の周波数特性図、（ｂ）はスレーブが受信する給電用キャリアの周波数特性図 予備整流回路または整流回路の電気的構成例（その１） 予備整流回路または整流回路の電気的構成例（その２） 予備整流回路または整流回路の電気的構成例（その３） マスタの処理動作例を示すフローチャート スレーブの処理動作例を示すフローチャート 通常モードにおけるスレーブ側の給電経路例を示す説明図 （ａ）（ｂ）は電力低下の判定例の説明図 給電不足モードにおけるスレーブ側の給電経路例を示す説明図 本発明の第２実施形態を示す図１相当図 本発明の第３実施形態を示す図１相当図 本発明の第４実施形態を示す図１相当図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１〜図１３を参照しながら説明する。図１に示す車両用電力線通信システム１は、マスタ（送信装置：マスタ側システム）２と、Ｎ個のスレーブ（受信装置：スレーブ側システム）３Ａ…３Ｚを備える。マスタ２にはバッテリ（図示せず）が接続されている。このマスタ２は、バッテリ（図示せず）の電力に応じて複数のスレーブ３Ａ…３Ｚに電力線を通じて電力を供給し、複数の各スレーブ３Ａ…３Ｚがこれらの供給電力に応じて動作する。これらのスレーブ３Ａ…３Ｚにはそれぞれセンサ又はアクチュエータからなる負荷５Ａ…５Ｚが接続されている。

マスタ２は、通信やその他の機能の制御を行う制御回路２ａ、高周波電力発生回路２ｂ、変復調回路２ｃ、重畳／分離回路２ｄ、整合回路２ｅを通信機器本体（マスタ本体）２ｆに内蔵し、当該マスタ本体２ｆから送信用アンテナとなる一対のツイスト線４を接続して構成される。制御回路２ａは所謂マイクロコンピュータを主として構成される。高周波電力発生回路２ｂは、所定周波数の高周波信号（搬送波信号）を生成し、電力信号として重畳／分離回路２ｄに出力する。

変復調回路２ｃは、制御回路２ａの制御に応じて通信周波数、変復調方式を切換可能になっており、マスタ２側の通信データを変調しデータ変調信号として重畳／分離回路２ｄに出力する。重畳／分離回路２ｄは、これらの電力の搬送波信号およびデータ変調信号をミキシングし整合回路２ｅに出力する。整合回路２ｅは、データ変調信号が重畳した電力搬送波信号（電力信号およびデータ変調信号：高周波信号）を一対のツイスト線４に送出する。

制御回路２ａは、整合回路２ｅに制御線を接続し、これにより整合回路２ｅのインピーダンス整合状態を調整制御可能になっている。また、制御回路２ａは変復調回路２ｃに制御線を接続し、これにより、変復調回路２ｃのデータ変復調方式、データ通信周波数を制御可能になっている。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は、整合回路２ｅの回路構成例を示している。整合回路２ｅは、トランス２ｇと当該トランス２ｇの一次側または／および二次側に直列または並列接続された可変容量コンデンサ２ｈを具備する。この整合回路２ｅはインピーダンス整合できれば他の回路接続形態を用いても良い。

図３は一対のツイスト線４の構造（主に最遠端部の構造）を斜視図により示す。ツイスト線４は、車両内に設置され、マスタ本体２ｆの出力端子から最遠部まで所定長だけ延伸して構成される。

図１及び図３に示すように、一対のツイスト線４はケーブル芯線の最遠端部（端部）が結合したループ状に形成されている。本願明細書内の説明では、このような端部が結合した特殊形状のツイストケーブルによる通信線を一対のツイスト線４または略してツイスト線４と定義して説明する。

ツイスト線４は、図１に示すようにマスタ２のマスタ本体２ｆから撚り対線としてスレーブ３Ａ…３Ｚの近傍まで延設されている。ツイスト線４は、例えばシールドが施されていないＵＴＰ（アンシールドツイステッドペア）のツイストペアケーブルであり、マスタ２による信号送信時においては、その高周波信号による通電電流で発生した隣接する撚り目（撚部に相当）４Ａ、４Ｂ、…間の磁束が隣同士で反転し互いに打ち消しあうため、外部にノイズを出力しにくい。また、マスタ２の信号受信時においては、一対のツイスト線４は、外来電波に応じた磁束鎖交領域が少ないため、外部からの到来電波の影響を受けにくい。したがって、ノイズ発生抑制および外来ノイズ除去には好適な態様となっている。

図１に示すように、スレーブ３Ａ…３Ｚは、それぞれ、制御回路（判定部）３ａ、変復調回路３ｃ、給電整合回路３ｄ、通信整合回路（整合部）３ｅ、整流回路３ｆ、電力モニタ回路（電力モニタ部）３ｇ、予備整流回路３ｈ、セレクタ３ｉを内蔵している。給電整合回路３ｄには電力受信用の開口アンテナ３ｊが第１開口アンテナ相当で接続されており、通信整合回路３ｅにはデータ受信用の開口アンテナ３ｋが第２開口アンテナ相当で接続されている。

ツイスト線４は、多数の撚り目４Ａ…のうち、一部の撚り目４Ａおよび４Ｂ間の開口領域がスレーブ３Ａの開口アンテナ３ｊの開口領域に対向して配置されている。また、一部の撚り目４Ｃおよび４Ｄ間の開口領域がスレーブ３Ａの開口アンテナ３ｋの開口領域に対向して配置されている。

また、図１に示すように、スレーブ３Ｂ…３Ｚのそれぞれの開口アンテナ３ｊも同様に、撚り目４Ｅ−４Ｆ間、…、４Ｉ−４Ｊ間の開口領域に対向して配置されている。スレーブ３Ｂ…３Ｚのそれぞれの開口アンテナ３ｋも同様に、撚り目４Ｇ−４Ｈ間，…，４Ｋ−４Ｌ間の開口領域に対向して配置されている。この図１においては、ツイスト線４の撚り目４Ａ、４Ｂ、…、４Ｋ、４Ｌの配置位置を概略的に示すため、ツイスト線４の開口領域（ツイスト線４の撚り目４Ａ−４Ｂ間、４Ｅ−４Ｆ間、…、４Ｉ−４Ｊ間）と開口アンテナ３ｊの開口領域とをｘ方向のみ一致させて図示している。

同様に、ツイスト線４の開口領域（ツイスト線４の撚り目４Ｃ−４Ｄ間、４Ｇ−４Ｈ間、…、４Ｋ−４Ｌ間）と開口アンテナ３ｋの開口領域とをｘ方向のみ一致させて図示している。しかし、これらは実際にはｙ方向にも一致しており（図３参照）、開口領域が２重に重なるように設置されている。

したがって、ツイスト線４の各撚り目（４Ａ、４Ｂ、…、４Ｇ、４Ｈ、…、４Ｋ、４Ｌ）間の開口領域で発生する電磁界が、スレーブ３Ａ…３Ｚの各開口アンテナ３ｊ、３ｋとの間で強力に電磁誘導結合する。各スレーブ３Ａ…３Ｚの各開口アンテナ３ｊ、３ｋは、ツイスト線４の撚り目４Ａ−４Ｂ間、４Ｃ−４Ｄ間、…、４Ｋ−４Ｌ間の開口領域に生じる電磁界によって電力およびデータ変調信号を非接触で強力に受電、受信できる。

図１及び図３に示したように、スレーブ３Ａ…３Ｚの開口アンテナ３ｊ、３ｋは円形などのループ状に成形されており、前述のツイスト線４に発生する電磁界を電磁誘導結合により受信する。したがって、スレーブ３Ａ…３Ｚは、マスタ２のマスタ本体２ｆが送信した電力信号、データ変調信号について、それぞれ、開口アンテナ３ｊ、３ｋを通じて受信できる。

図２（ｅ）〜図２（ｆ）は、受信側の給電整合回路３ｄの等価回路の一例を示している。給電整合回路３ｄは、開口アンテナ３ｊに並列または直列に固定容量コンデンサ３ｌを接続して高周波の電力信号の伝送周波数帯（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）に整合するマッチング回路である。この固定容量コンデンサ３ｌに代えて可変容量コンデンサを用いても良い。

図２（ｇ）〜図２（ｈ）は、受信側の通信整合回路３ｅの等価回路の一例を示している。通信整合回路３ｅは、開口アンテナ３ｋに並列または直列に可変容量コンデンサ３ｍを接続したマッチング回路である。通信整合回路３ｅは、制御回路３ａの制御に応じて可変容量コンデンサ３ｍの容量値を変化させ、前述の給電周波数帯よりも高い所定周波数帯（数十ＭＨｚ帯）にインピーダンスマッチングする。

図４はマスタ２側の整合回路２ｅの伝達特性を示しており、図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、スレーブ３Ａ…３Ｚ側の通信整合回路３ｅ、給電整合回路３ｄの伝達特性を示す。これらの図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、給電用の周波数帯域（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）とデータ通信用の周波数帯域（数十ＭＨｚ帯）に分けることで、より適切な帯域幅、伝達特性を備えた整合回路２ｅ、給電整合回路３ｄ、通信整合回路３ｅを構成できる。

なお、データ通信速度が比較的高いため、給電用周波数帯域（１３．５６ＭＨｚ帯）よりも高い帯域にデータ通信周波数帯域を設けた形態を示すが、データ通信速度が遅ければ給電用周波数帯域よりも低い周波数帯域にデータ通信用周波数帯域を設けても良い。

図１に説明を戻すと、給電整合回路３ｄは、給電用の周波数領域に制御されているため電力用の高周波信号（電力交流信号）を高効率で受信できる。すると給電整合回路３ｄはこの電力交流信号を整流回路３ｆに出力する。

整流回路３ｆは、電力交流信号を整流及び平滑化して直流電力とし当該直流電力を電力モニタ回路３ｇ、セレクタ３ｉに出力すると共に、当該セレクタ３ｉを通じて制御回路３ａに直流電力を供給し、さらに負荷５Ａにも直流電力を供給する。電力モニタ回路３ｇは、整流回路３ｆが出力する直流電力の大きさを検出し、このモニタ電力データを制御回路３ａに出力する。

他方、変復調回路３ｃは、通常、整流回路３ｆからセレクタ３ｉを通じて供給された電力によって動作する。この変復調回路３ｃは、通信整合回路３ｅによりデータ通信用の所定周波数帯にマッチングされた開口アンテナ３ｋを通じてデータ変調信号を受信する。変復調回路３ｃは、制御回路３ａにより制御された通信周波数、変復調方式を用いてデータ変調信号を復調し、当該復調されたデータに応じて負荷５Ａを動作させる。制御回路３ａは変復調回路３ｃの通信周波数、変復調方式を制御する。これによりマスタ２から各スレーブ３Ａ…３Ｚに通信データを送信できる。

逆に、スレーブ３Ａ…３Ｚからマスタ２にデータ送信するときには、スレーブ３Ａ…３Ｚの制御回路３ａは、変復調回路３ｃによりデータを変調し、通信整合回路３ｅを通じて変調信号を開口アンテナ３ｋに出力し、開口アンテナ３ｋは電波信号として出力する。これにより各スレーブ３Ａ…３Ｚは応答信号を良好に送信できる。また、各スレーブ３Ａ…３Ｚが開口アンテナ３ｋから応答信号を送信すると、マスタ２はツイスト線４の撚り目（４Ｃ−４Ｄ、４Ｇ−４Ｈ、…、４Ｋ−４Ｌ）間の開口領域を通じて当該応答信号を非接触で受信できる。

本実施形態では、スレーブ３Ａ…３Ｚ側において、開口アンテナ３ｊから整流回路３ｆを通じて給電する給電経路とは別に、開口アンテナ３ｋから予備整流回路３ｈを通じて給電する給電経路を設けている。すなわち、開口アンテナ３ｋはデータ通信用の周波数帯に整合されているが、本実施形態では非常時に備え、データ通信周波数帯の信号を使用し電力信号とする給電経路を設けている。

給電用の周波数帯域はデータ通信用の周波数帯域に比較して狭く、各整合回路２ｅ、３ｄや開口アンテナ４、３ｊを急峻な周波数特性に対応させる必要がある。このとき、マスタ側の整合回路２ｅ、スレーブ側の給電整合回路３ｄを最良の特性に合わせ込んだとしても、例えば設置環境の変化等に伴い、給電周波数における開口アンテナ４、３ｊ、整合回路２ｅおよび給電整合回路３ｄによる周波数の整合特性は影響を受けやすい。このような時に備え、データ通信周波数帯の信号を電力信号とする給電経路を設けている。

図６〜図８は、予備整流回路３ｈの回路構成例を示すが、図６に示す予備整流回路３ｈは、低周波カット用コンデンサＣ１、及び整流ダイオードＤ１、Ｄ２並びに平滑コンデンサＣ２を備えて構成されるもので通信周波数帯の信号を直流電圧に変換して出力する。データ通信信号の振幅は給電信号の振幅よりも低くなる傾向があるため、予備整流回路３ｈで用いる整流ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧Ｖｆを、整流回路３ｆで用いる整流ダイオードの順方向電圧Ｖｆより低くすると良い。

図７に示す予備整流回路３ｈは、トランスＴ１に低周波カット用コンデンサＣ３、整流ダイオードＤ３，Ｄ４及び平滑コンデンサＣ４を備えて構成されるもので、前述と同様に通信周波数帯の信号を直流電圧に変換して出力する。トランスＴ１の一次側巻線（一次側インダクタンスＬ１）と二次側巻線（二次側インダクタンスＬ２）の巻数比は、２次側が１次側より大きく予め調整されており、トランスＴ１は通信周波数の入力信号ｉｎを変圧できる。そしてその後、整流ダイオードＤ３、Ｄ４及び平滑コンデンサＣ４によって直流電圧に変換する。この場合、図６に示す回路構成に比較して電力変換効率を良好にできる。

図８に示す予備整流回路３ｈは、トランスＴ２に低周波カット用コンデンサＣ５、整流ダイオードＤ５，Ｄ６及び平滑コンデンサＣ６を備えるが、ここまでは図７の回路構成と同様の構成となる。この図８に示す予備整流回路３ｈは、この他にも、トランスＴ２の二次側巻線（二次側のインダクタンスＬ４）と並列にコンデンサＣ７を接続して自励式の共振回路が構成されている。また、この自励共振回路には抵抗Ｒ１が直列接続され、この抵抗Ｒ１に通電する共振電圧をゲート（制御端子）に駆動信号として入力するＮＭＯＳトランジスタＭ１を備えている。

このＮＭＯＳトランジスタＭ１はソースが接地されると共にドレインが一次側巻線（一次側インダクタンスＬ３）に直列接続されており、これによりＮＭＯＳトランジスタＭ１は共振電圧を一次側に通電フィードバックする構成となっている。トランスＴ２の二次側巻線とコンデンサＣ７とは共振しトランジスタＭ１に正帰還するため自励共振回路により出力電圧を効率良く昇圧できる。整流ダイオードＤ５及びＤ６、コンデンサＣ６が整流、平滑するため、図６又は図７の回路構成より効率良く昇圧直流電圧を生成できる。このような図６〜図８に示す回路構成を用いて通信周波数の信号を電力信号として用いることができる。なお、これらの図６〜図８に示す回路構成を整流回路３ｆに用いても良い。

さて、スレーブ３Ａ…３Ｚの制御回路３ａは電力モニタ回路３ｇにより検出されたモニタ電力データに基づいて給電モードを通常モード、または、給電不足モード（給電調整モード）などの電力モードに切換え、スレーブ３Ａ…３Ｚは通常モード又は給電不足モードなどの給電モードで動作する。このマスタ２及びスレーブ３Ａ…３Ｚにおける切換動作を図９及び図１０に示す。スレーブ３Ａ…３Ｚの処理動作は互いに同様であるため、以下ではスレーブ３Ａの動作説明を行い、他のスレーブ３Ｂ…３Ｚの動作説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、マスタ２、スレーブ３Ａ共に起動当初は通常モードで起動する（Ｓ１，Ｔ１）。スレーブ３Ａの制御回路３ａが初期状態で通常モードに切換えると、スレーブ３Ａ内ではセレクタ３ｉにより開口アンテナ３ｊから給電整合回路３ｄ、整流回路３ｆを通じて給電される。この通常モードのスレーブ３Ａ内における電力の流れを図１１に太実線で示す。セレクタ３ｉは整流回路３ｆを通じて得られる直流電力を制御回路３ａ及び変復調回路３ｃに供給するよう切換える。

マスタ２は給電電力を高周波信号として送信するときには、初期周波数Ｆ０で給電電力を送信しスレーブ３Ａはこの給電電力を受信する（Ｓ２，Ｔ２）。マスタ２はスレーブ３ＡからＡＣＫ応答信号を待機する（Ｓ３）。

他方、スレーブ３Ａは電力モニタ回路３ｇによりモニタ電力に対応する検出電圧（モニタ電圧）Ｖmonを検出し、この検出電圧Ｖmonが所定の閾値電圧Ｖthを下回ったか否か判定する（Ｔ３）。この判定方法は、図１２（ａ）に検出電圧Ｖmon対時間ｔの波形を示すように、単に検出電圧Ｖmonが閾値Ｖthを下回るタイミングを検出しても良いが、図１２（ｂ）に示すように、時間的に変動する交流ノイズが重畳し易いことを考慮に入れれば、閾値電圧（閾値電力相当）Ｖthに対し、検出電圧Ｖmonが高電圧側から低電圧側に所定回数（例えば４回）下回るタイミングを検出し、これにより検出電圧Ｖmonが閾値電圧Ｖthより下回ったと判定するようにしても良い。

さて、図１０に戻って、検出電圧Ｖmonが閾値電圧Ｖthを下回ると判定されないときには（Ｔ３：ＮＯ）、通常モードを継続し（Ｔ４）、ステップＴ２に戻り処理を繰り返す。しかし、スレーブ３Ａは、電力モニタ回路３ｇにより検出電圧Ｖmonが所定の閾値電圧Ｖthより低いと判定されたときには（Ｔ３：ＴＥＳ）、電力不足と判断し（Ｔ５）、図１１に実線で示す給電経路について、セレクタ３ｉを切換制御することで図１３に実線で示す給電経路に切換える（Ｔ６）。

すなわち図１３に示すように、セレクタ３ｉは、第２開口アンテナ３ｋを通じて供給される予備整流回路３ｈ側の給電経路に切換える。すなわち、この予備整流回路３ｈを通じて供給される電力が制御回路３ａ及び変復調回路３ｃに供給されることになる。なお、給電不足モードを示す図１３においては、変復調回路３ｃ、制御回路３ａ、負荷５Ａに、予備整流回路３ｈを通じた給電経路からのみ電力供給している例を示しているが、第１開口アンテナ３ｊ及び給電整合回路３ｄを通じた給電が低下するのみで給電効率が０％ではない場合などには、予備整流回路３ｈからの電力供給に加えて、整流回路３ｆ（第１開口アンテナ３ｊ、給電整合回路３ｄ）からの給電電力も合わせて各回路３ａ、３ｃ及び負荷５Ａに電力供給するようにしても良い。この場合、給電効率を高めることができる。

その後、図１０に示すように、スレーブ３Ａの制御回路３ａは給電変更要求をマスタ２にＡＣＫ応答信号に重畳して送信する（Ｔ７）。そして、スレーブ３Ａは通常モードから給電不足モードに移行する（Ｔ８）。

マスタ２の制御回路２ａは給電変更要求を受信すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、モードを給電不足モードに変更する（Ｓ４）。マスタ２は給電不足モードに移行すると、マスタ２の制御回路２ａは給電周波数を初期周波数Ｆ０から他の給電周波数に切換制御を行ったり、または、これに代えて又は加えて、整合回路２ｅの回路の整合調整制御を行う。

マスタ２が給電周波数を初期周波数Ｆ０から他の給電周波数に切換えるときには、制御回路２ａは高周波電力発生回路２ｂに周波数変更指令を与えることで高周波電力発生回路２ｂが給電周波数を変更する。この後も、スレーブ３Ａ側では電力モニタ回路３ｇにより給電電力をモニタするが、この検出電圧Ｖmonが閾値電圧Ｖth以上にならないときには（Ｔ３：ＹＥＳ）、スレーブ３Ａは再度応答信号に給電変更要求を載せて応答することで、マスタ２による給電周波数の変更処理が繰り返される。

これによりマスタ２からスレーブ３Ａに供給される電力が前述条件を満たすように、マスタ２は高周波電力発生回路２ｂの給電周波数を変更制御する。また、検出電圧Ｖmon又はこれに対応する受信電力値等をスレーブ３Ａからマスタ２に応答信号に載せて送信してフィードバック制御するようにしても良い。

マスタ２が整合回路２ｅの回路整合を行うときには可変容量コンデンサ２ｈの容量値を変更する。この場合もスレーブ３Ａ側の電力モニタ回路３ｇによるモニタ電圧Ｖmonが閾値電圧Ｖth以上にならないときには回路整合処理を繰り返し行う。仮に整合処理のみでは十分な給電処理を行うことができないときには高周波電力発生回路２ｂの給電周波数を変更制御すると良い。これにより、マスタ２からスレーブ３Ａ側に十分な電力を給電できる。

本実施形態によれば、第１開口アンテナ３ｊを通じた電力信号が電力モニタ回路３ｇにより検出され、このモニタ電力に基づいて第２開口アンテナ３ｋを通じて得られる通信周波数の信号を用いるか否かを判定している。モニタ電圧Ｖmonが閾値Ｖthより低いと判定されたときには、予備整流回路３ｈを通じて第２開口アンテナ３ｋから得られる信号を直流電力に変換して電力信号として用いている。もしくは、第１開口アンテナ３ｊから供給される給電用信号を整流した直流電力と、第２開口アンテナ３ｋを通じて得られる通信信号を整流した直流電力とを合わせて、各回路３ａ、３ｃ及び負荷５Ａに電力を供給している。

また、本実施形態においては、制御回路３ａは検出電圧Ｖmonが予め定められた閾値Ｖth未満になることを条件として他の動作用電力として第２開口アンテナ３ｋを通じて得られる通信周波数の信号を用いると判定している。よって、例えば、伝送路特性が変更されるなど周囲環境の変化に応じて例えば整合回路２ｅ、給電整合回路３ｄの周波数整合が変化し、当該開口アンテナ４、３ｊから十分に電力供給されず、スレーブ３Ａ…３Ｚがたとえ動作用電力不足に陥ったとしても他の動作用電力を用いて電力線通信を持続でき、通信品質及び高速通信を極力維持できる。

また、制御回路３ａはモニタ電圧Ｖmonが低いと判定したときには、マスタ２の制御回路２ａに供給電力が低いことを示す給電変更要求を送信し、マスタ２の制御回路２ａは、高周波電力発生回路２ｂの給電用の電力信号の周波数（給電用のキャリア周波数）を変更制御し、又は／及び、整合回路２ｅの整合状態を変更制御する。このため、マスタ２及びスレーブ３Ａ間の授受電力を向上できる。

（第２実施形態）
図１４は、本発明の第２実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、予備整流回路３ｈに代えて蓄電装置を別途設けているところにある。前述実施形態と同一又は類似部分については同一又は類似符号を付して説明を省略し、以下異なる部分を中心に説明する。

図１４に示すように、蓄電装置３ｎが設けられている。この蓄電装置３ｎは整流回路３ｆが整流し平滑化した直流電力を蓄電する装置である。この蓄電装置３ｎは、開口アンテナ３ｊから電力信号（高周波信号）を受信すると常に充電される。

なお、スレーブ３Ａ…３Ｚの負荷５Ａ…５Ｚの種類に応じて蓄電装置３ｎの電気的構成を変更すると良い。例えば、負荷５Ａ…５Ｚがセンサのときには電力消費量が比較的少なく小型化の要求が強くなる傾向があるため、この場合、当該対応するスレーブ３Ａ…３Ｚの蓄電装置３ｎとしては電力を蓄電するためのコンデンサ（例えばμＦオーダーのもの）を適用すると良い。

また、負荷５Ａ…５Ｚがアクチュエータの場合には電力消費量が前述のセンサに比較して多くなる傾向があるため、この場合、当該対応するスレーブ３Ａ…３Ｚの蓄電装置３ｎとしては比較的大電力を充電可能な二次電池（例えばリチウムイオン電池）を適用すると良い。このような態様を適用すれば負荷５Ａ…５Ｚに相応した蓄電装置３ｎを選定できる。

以下、マスタ２とスレーブ３Ａとの関係で説明する。本実施形態においては、通常モードではセレクタ３ｉが整流回路３ｆから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ並びに負荷５Ａに給電するように切換える。この通常モードの間、開口アンテナ３ｊから整流回路３ｆを通じて蓄電装置３ｎにも高周波信号を整流した信号が電力として蓄電される。電力モニタ回路３ｇにより検出されるモニタ電圧Ｖmonが閾値Ｖthを下回ると、制御回路３ａは給電不足モードに切換え、セレクタ３ｉは、蓄電装置３ｎから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ、並びに負荷５Ａに給電するよう切換える。
よって、本実施形態においても前述実施形態と同様に、蓄電装置３ｎを他の動作用電力の供給源として用いて電力線通信を持続でき、通信品質及び高速通信を極力維持できる。

（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態を示すもので、第１実施形態と異なるところは、予備整流回路３ｈから蓄電装置３ｏに電力を蓄積しているところにある。予備整流回路３ｈは通信整合回路３ｅに接続されている。そして、開口アンテナ３ｋから通信整合回路３ｅ、予備整流回路３ｈを通じて蓄電装置３ｏにデータ通信周波数信号が電力信号として蓄積される。

以下、マスタ２とスレーブ３Ａとの関係で説明する。本実施形態においても第１実施形態と同様に、通常モードではセレクタ３ｉが整流回路３ｆから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ並びに負荷５Ａに給電するように切換える。この通常モードの間、予備整流回路３ｈを通じて開口アンテナ３ｋで受信したデータ通信周波数の信号が蓄電装置３ｏに電力信号として蓄電される。電力モニタ回路３ｇにより検出されるモニタ電圧Ｖmonが閾値Ｖthを下回ると、制御回路３ａは給電不足モードに切換え、さらに制御回路３ａはセレクタ３ｉにより蓄電装置３ｏから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ、並びに負荷５Ａに給電するよう切換える。
よって、本実施形態においても前述実施形態と同様に、蓄電装置３ｎを他の動作用電力の供給源として用いて電力線通信を持続でき、通信品質及び高速通信を極力維持できる。

（第４実施形態）
図１６は、本発明の第３実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、予備整流回路３ｈと整流回路３ｆの双方から蓄電装置３ｐに電力を蓄積しているところにある。予備整流回路３ｈは通信整合回路３ｅに接続されており、開口アンテナ３ｋから通信整合回路３ｅ及び予備整流回路３ｈを通じて蓄電装置３ｐにデータ通信周波数信号を整流した信号が電力信号として蓄積される。他方、整流回路３ｆは給電整合回路３ｄに接続されており、開口アンテナ３ｊから給電整合回路３ｄ及び整流回路３ｆを通じて蓄電装置３ｐに給電用の電力信号が蓄積される。

本実施形態においても第１又は第２実施形態と同様に、通常モードでは整流回路３ｆから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ並びに負荷５Ａに給電するように切換えられる。この通常モードの間、予備整流回路３ｈを通じて、蓄電装置３ｐにデータ通信周波数の信号を整流した信号が電力信号として蓄積されると共に、整流回路３ｆを通じて蓄電装置３ｐに給電用の電力信号が予備的に蓄電される。

この後、電力モニタ回路３ｇにより検出されるモニタ電圧Ｖmonが閾値Ｖthを下回ると、制御回路３ａは給電不足モードに切換え、さらに制御回路３ａはセレクタ３ｉにより蓄電装置３ｐから制御回路３ａ及び変復調回路３ｃ並びに負荷５Ａに給電するよう切換える。
よって、本実施形態においても前述実施形態と同様に、蓄電装置３ｐを他の動作用電力の供給源として用いて電力線通信を持続でき、通信品質及び高速通信を極力維持できる。

（他の実施形態）
本発明は前述実施形態に限定されるものではなく例えば以下に示す変形または拡張が可能である。
第４実施形態では、他の動作用電力として、蓄電装置３ｐに蓄積した電力と、予備整流回路３ｈを通じて開口アンテナ３ｋから得られる電力とを切換えて使用する例を示したが、予備整流回路３ｈを通じて開口アンテナ３ｋから得られる電力をリアルタイムで使用しつつ蓄電装置３ｐに予め蓄積した電力を使用するようにしても良い。これにより、蓄電装置３ｐの蓄積電力及び予備整流回路３ｈを通じて得られる電力を用いて電力線通信を持続できる。

前述実施形態では、スレーブ３Ａ…３Ｚへの供給電力が低いときにマスタ２による高周波電力発生回路２ｂの高周波信号の給電周波数（給電用のキャリア周波数）を変更したり、制御回路２ａが整合回路２ｅのマッチングを変更制御したりする実施形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、制御回路２ａが、高周波電力発生回路２ｂの出力する電力信号の出力を上げるように制御しても良い。

ツイスト線４は、多数の撚り目のうち、撚り目４Ａ−４Ｂ間、４Ｃ−４Ｄ間、…、４Ｋ−４Ｌ間のスレーブ３Ａ…３Ｚの開口アンテナ３ｊ，３ｋと対向する領域のみ他の開口領域よりも拡大した構成とされていても良い。すると、ノイズ発生抑制および外来ノイズ除去に好適であると共にツイスト線４および開口アンテナ３ｊ，３ｋ間の電磁誘導結合を強力にできる。

ツイスト線４の撚り目４Ａ−４Ｂ間、…、４Ｋ−４Ｌ間の開口領域と開口アンテナ３ｊ，３ｋの開口領域との対向した対向領域にフェライトなどのコアを挿通して構成しても良い。また、これらの対向する開口領域のみ他の対向していない開口領域よりも大きく構成しても良い。すると各撚り目４Ａ−４Ｂ間、…、４Ｋ−４Ｌ間の開口領域と開口アンテナ３ｊ，３ｋの開口領域との電磁誘導結合を強力にできる。

図面中、１は車両用電力線通信システム、２はマスタ、２ａは制御回路（変更制御手段、出力制御手段、整合制御手段）、３Ａはスレーブ、３ａは制御回路（判定部、応答手段、第１設定部、第２設定部、第３設定部、第４設定部）、３ｇは電力モニタ回路（電力モニタ部）、３ｊは給電用の開口アンテナ（第１開口アンテナ）、３ｋはデータ通信用の開口アンテナ（第２開口アンテナ）、３ｎは蓄電装置（第１蓄電装置）、３ｏは蓄電装置（第２蓄電装置）、３ｐは蓄電装置（第３蓄電装置）、４は一対のツイスト線、４Ａ，４Ｂは撚り目（撚部）、を示す。

Claims (12)

1. 端部で芯線が結合してループ状に形成された一対のツイスト線（４）を電力線およびデータ通信線として用い前記一対のツイスト線に高周波信号を出力して電力信号およびデータ変調信号をスレーブに送信するマスタ（２）と、
   前記一対のツイスト線の通電電流に応じて当該一対のツイスト線（４）に発生する電磁界を電磁誘導結合して前記一対のツイスト線を通じて電力信号を受信するループ状の第１開口アンテナ（３ｊ）を備え、前記第１開口アンテナは前記一対のツイスト線の複数の撚部間の開口領域に対向した開口領域を備え、当該開口領域を通じて受信した電力信号により動作するスレーブ（３Ａ）と、を備え、
   前記スレーブは、前記第１開口アンテナの開口領域を通じて受信した電力信号をモニタする電力モニタ部（３ｇ）と、
   前記第１開口アンテナの開口領域を通じて受信した電力信号が前記電力モニタ部により検出されるモニタ電力に基づいて、前記一対のツイスト線を通じて受信される他の動作用電力を用いるか否かを判定する判定部（３ａ）と、を備えることを特徴とする車両用電力線通信システム。
2. 前記判定部は、前記電力モニタ部のモニタ電力が予め定められた閾値電力未満になることを条件として他の動作用電力を用いると判定することを特徴とする請求項１記載の車両用電力線通信システム。
3. 前記スレーブは、前記一対のツイスト線の通電電流に応じて当該一対のツイスト線に発生する電磁界を電磁誘導結合して前記一対のツイスト線を通じてデータ変調信号を受信するループ状の第２開口アンテナ（３ｋ）を備え、
   前記判定部が他の動作用電力を用いると判定したときに、前記第１開口アンテナにより受信される電力信号に代えて、前記第２開口アンテナから受信した信号を前記他の動作用電力として用いるように設定する第１設定部（３ａ）と、を具備することを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力線通信システム。
4. 前記スレーブは、前記一対のツイスト線の通電電流に応じて当該一対のツイスト線に発生する電磁界を電磁誘導結合して前記一対のツイスト線を通じてデータ変調信号を受信するループ状の第２開口アンテナ（３ｋ）を備え、
   前記判定部が他の動作用電力を用いると判定したときに、前記第１開口アンテナにより受信される電力信号に加えて、前記第２開口アンテナから受信した信号を前記他の動作用電力として用いるように設定する第１設定部（３ａ）と、を具備することを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力線通信システム。
5. 前記スレーブは、前記第１開口アンテナから受信した電力信号を予め蓄電する第１蓄電装置（３ｎ）と、
   前記判定部が他の動作用電力を用いると判定したときに、前記第１蓄電装置に蓄電された電力信号を前記他の動作用電力として用いるように設定する第２設定部（３ａ）と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力線通信システム。
6. 前記スレーブは、前記一対のツイスト線の通電電流に応じて当該一対のツイスト線に発生する電磁界を電磁誘導結合して前記一対のツイスト線を通じてデータ変調信号を受信するループ状の第２開口アンテナ（３ｋ）と、前記第２開口アンテナから受信した信号を予め電力信号として蓄電する第２蓄電装置（３ｏ）とを備え、
   前記判定部が他の動作用電力を用いると判定したときに、前記第２蓄電装置に蓄電された電力信号を前記他の動作用電力として用いるように設定する第３設定部（３ａ）と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力線通信システム。
7. 前記スレーブは、前記一対のツイスト線の通電電流に応じて当該一対のツイスト線に発生する電磁界を電磁誘導結合して前記一対のツイスト線を通じてデータ変調信号を受信するループ状の第２開口アンテナ（３ｋ）と、前記第１および第２開口アンテナ（３ｊ及び３ｋ）から受信した信号を予め電力信号として蓄電する第３蓄電装置（３ｐ）を備え、
   前記判定部（３ａ）が他の動作用電力を用いると判定したときに、前記第３蓄電装置（３ｐ）に蓄電された電力信号を前記他の動作用電力として用いるように設定する第４設定部（３ａ）と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力線通信システム。
8. 前記判定部は、前記電力モニタ部のモニタ電力が変動し予め定められた閾値電力以下になることが所定回数以上繰り返すことを条件として他の動作用電力を用いると判定することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の車両用電力線通信システム。
9. 前記スレーブは、前記判定部（３ａ）により他の動作用電力を用いると判定されたときに前記マスタに対し前記スレーブへの供給電力が低いことを応答する応答手段（３ａ）を備え、
   前記マスタは、前記応答手段により供給電力が低いと応答されたときには前記高周波信号の電力信号のキャリア周波数を変更する変更制御手段（２ａ）を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の車両用電力線通信システム。
10. 前記スレーブは、前記判定部により他の動作用電力を用いると判定されたときに前記マスタに対し前記スレーブへの供給電力が低いことを応答する応答手段（３ａ）を備え、
    前記マスタは、前記応答手段により供給電力が低いと応答されたときには前記高周波信号の電力信号の出力を上昇させるように出力制御する出力制御手段（２ａ）を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の車両用電力線通信システム。
11. 前記スレーブは、前記判定部により他の動作用電力を用いると判定されたときに前記マスタに対し前記スレーブへの供給電力が低いことを応答する応答手段（３ａ）を備え、
    前記マスタは、前記応答手段により供給電力が低いと応答されたときには前記一対のツイスト線との間の整合処理を行う整合制御手段（２ａ）を備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の車両用電力線通信システム。
12. 請求項１〜１１の何れかに記載のスレーブを備えることを特徴とする受信装置。

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