WO2004112274A1

WO2004112274A1 - 信号注入・抽出装置

Info

Publication number: WO2004112274A1
Application number: PCT/JP2004/008771
Authority: WO
Inventors: Masahiro Kuwabara; Kenichi Hirotsu; Takefumi Shimoguchi; Yoshihisa Asao
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2004-12-23
Also published as: AU2004248834A1; JP4462189B2; EP1641138A1; TW200512770A; JPWO2004112274A1

Abstract

本発明の目的は、通信信号を、線状導体を流れる電流に容易に注入できるとともに、その線状導体を流れる電流から通信信号を容易に抽出でき、この注入および抽出を、線状導体を流れる低周波数の大電流の影響を受けずに実現可能にすることである。本発明は、電力線1が貫通する強磁性体コア2を備え、該強磁性体コア2には第2の巻線3が巻回され、該巻線3にはアンプ4とLPF5が継続されており、電力線1の電流により強磁性体コア2が発生する磁束Φ1から誘導される電流を増幅し、高周波を除去する。こうして得られた電流は、強磁性体コア2に巻回された第3の巻線6に流れ、強磁性体コア2の磁界Φ1の低周波電流相当部分をキャンセルする逆位相の磁束Φ2を発生させる。残る高周波部分の磁束から第1の巻線7を通して高周波信号を抽出する。逆に第1の巻線7に加えた信号用電流を、電力線1の商用電流に注入する。

Description

信号注入 ·抽出装置 <技術分野 >

本発明は、信号注入'抽出装置に関し、具体例としては、電力線に高周波信号を注入し、または電力線から高周波信号を抽出する信号注入 ·抽出装置に関する。ぐ背景技術 >

電力線搬送通信システムにおいて、電力,锒に通信用電気信号を重畳する場合、強磁性体コアを用いる方法が提案されている。その例を、図 1 1に示す。図 1 1 では電力線 1 0 1を通した強磁性体コア 1 0 2があり、これに卷線 1 0 3を卷回し、該卷線 1 0 3に通信用高周波信号を流すことにより、電力線 1 0 1に通信用高周波信号が重畳する。

逆に、電力線 1 0 1に重畳されて送られてきた通信用高周波信号は、強磁性体コア 1 0 2を貫通することにより、強磁性体コア 1 0 2に磁束を発生させ、この磁束により巻線 1 0 3に通信用高周波信号の電流を誘導させることで、電力線 1 0 1から通信用高周波信号を取り出すことができる。

この方法は、至極簡単な手段であるが、電力線 1 0 1に負荷される 5 0 H zまたは 6 0 H zの商用電流は重畳される通信用高周波信号に比べて極めて大電流であり、強磁性体コア 1 0 2の磁束を支配する。すなわち、商用電流により強磁性体コア 1 0 2中の磁束が飽和すると、通信用高周波信号は検出不可能になる。こうした問題を解決すべく、強磁性体コアに通信用高周波信号用の卷線とは別の卷線を卷き、この巻線に発生する電流により磁束をキャンセルしたり、該卷線に別回路からの電流を流すことにより、磁束をキャンセルしたりする手段が考えられている（特許文献 1参照）。

これらの手段は、図 1 2に示すように、電力線 2 0 1を通した強磁性体コア 2 0 2があり、これに卷線 2 0 3を卷回し、この卷線に通信用高周波信号を流すこ 1

とにより、電力線 201に通信用高周波信号を重畳させるというものであり、前例と同じである。

図 12では、さらに卷線 204を強磁性体コア 202に卷回し、この卷線 20 4には外部回路 205からの電流負荷をかける。このため、この外部回路からの電流にもとづいて発生する磁束により、電力線 201に流れる商用電流に起因する強磁性体コア 202の磁束をキヤンセノレすることができる。この結果、強磁性体コアのコア中の磁気飽和の防止と、これによる通信用高周波信号の検出不可能を回避できる。

(特許文献 1)

日本特許公開 2001— 319815号公報（0003〜 0006、 0024 〜0026)

従来技術において、強磁性体コアに卷線を巻回し、該巻線に発生する電流を用いて、商用電流により強磁性体コアに発生する磁束をキャンセルする手段、または該巻線に別の回路から電流を負荷し、前記磁束をキャンセルする手段は、簡便であり、非常に的を射た方法である。

し力し、論理的には磁束をキャンセルできる力実質的にはキャンセル用の卷線の仕様調整、もしくは外部電力の位相調整等があり、これらの調整の程度により、多少の磁束変化が残る可能性がでてくる。こうした多少の磁束変化は、通信用高周波電流の抽出/注入時のこの電流に多少のばらつきを生じせしめる。

また、キャンセル用の卷線のインダクタンスによって、通信用高周波電流自体も減衰するという不都合もあった。

本発明は、通信信号を、線状導体を流れる電流に容易に注入できるとともに、その線状導体を流れる電流から通信信号を容易に抽出でき、この注入おょぴ抽出を、線状導体を流れる低周波数の大電流の影響を受けずに実現可能にするものでめる。ぐ発明の開示 > T JP2004/008771

本発明の特徴は、電力線に流れる商用電流に微小な通信用高周波電流を注入し、または抽出する際に、商用電流の影響を略完全に消去し、カゝっ通信用高周波電流を減衰なく注入もしくは抽出できる装置である。

本発明に係る信号注入 .抽出装置は、線状導体に貫通可能な強磁性体コアと、前記線状導体に流れる第 1の周波数の信号を抽出し、または前記線状導体に第 1 の周波数の信号を注入するために前記強磁性体コアに卷かれた第 1の卷線と、前記強磁性体コァに巻かれ、前記線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の電流により前記強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1およぴ第 2の周波数の信号を抽出し、前記第 1および第 2の周波数の電流が流れるように構成された第 2の卷線と、該第 2の卷線により抽出した電流を増幅し、かつ前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、該電気回路手段に接続され、前記強磁性体コァに巻かれ、前記強磁性体コァに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の卷線と、を備えたことを特徴とする。

これにより、線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の電流にもとづいて発生する磁束のうち、低周波の第 2の周波数に対応する磁束のみを、この磁束に対して逆位相となる磁束によりキャンセノレするための電流を、アンプおょぴローパスフィルタを通して第 3の卷線に流す。このため、高周波の第 1の周波数のみを、商用電流の影響を受けることなく注入または抽出することができる。 ·

本発明に係る信号注入 ·抽出装置は、線状導体に貫通可能な強磁性体コアと、該強磁性体コアに巻かれ、前記線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の電流により前記強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1および第 2の周波数の信号を抽出し、前記第 1および第 2の周波数の電流が流れるように構成された第 2の巻線と、該第 2の巻線により抽出した電流を増幅し、かつ前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、前記強磁性体コアに巻力ゝれ、前記強磁性体コアに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の卷線と、該第 3の卷線から分岐し、前記第 1の周波数の信号の抽出または注入が行えるように構成された通信用回路手段と、を備えたことを特徴とする。 T/JP2004/008771

これにより、第 3の巻線に対して直に接続した通信用回路手段としてのコンデンサを、ハイパスフィルタとして機能させることができ、したがって、前記同様の磁束のキャンセル処理に加えて、第 3の卷線を通じての高周波の第 1の周波数信号の注入または抽出を簡単かつローコストに実現できる。

本発明に係る信号注入■抽出装置は、線状導体に貫通可能な第 1の強磁性体コァと、前記線状導体に流れる第 1の周波数の信号を抽出し、または前記線状導体に第 1の周波数の信号を注入するために第 1の強磁性体コアに卷かれた第 1の卷線と、前記第 1の強磁个生体コアとは別の位置で前記線状導体に貫通可能な第 2の強磁性体コアと、該第 2の強磁性体コアに卷かれ、前記線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の信号を抽出し、該第 1およぴ第 2の周波数の電流により前記第 2の強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1および第 2の周波数の電流を抽出するように構成された第 2の卷線と、該第 2の巻線により抽出した電流を増幅し、かつ前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、該電気回路手段に接続され、前記第 1の強磁性体コアに巻かれ、該第 1の強磁性体コアに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2 を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の卷線と、を備えたことを特徴とする。

これにより、第 1の強磁性体コアに発生した磁束を、他の第 2の強磁性体コアに発生させた磁束にもとづいて得られる電流対応の磁束により、キャンセル可能能にする。 '

この場合に、第 2の強磁性体コアはギャップを有するため、適時に磁束の漏洩を促し、したがって飽和磁化を発生することはない。この結果、第 2の周波数の信号を確実にキャンセルでき、通信用信号電流のみを、線状導体から抽出または線状導体へ注入することができる。

本発明に係る信号注入 ·抽出装置は、線状導体に貫通可能な第 1の強磁性体コァと、前記線状導体に流れる信号を抽出し、または前記線状導体に信号を注入するために、前記第 1の強磁性体コアに巻かれた第 1の巻線と、前記第 1の強磁性体コアとは別の位置で前記線状導体に貫通可能な第 2の強磁性体コアと、該第 2 の強磁性体コアに卷かれ、前記線状導体に流れる電流により第 1の強磁性体コアに発生する磁束にもとづき電流を出力する第 2の卷線と、該第 2の巻線により抽出した電流を処理し、所定周波数の電流成分を取り出す電気回路手段と、前記電気回路手段に接続され、第 3の強磁性体コアに卷かれた第 3の卷線と、前記第 3 の強磁性体コァに巻かれ、かつ前記第 1の強磁性体コァに巻かれた第 4の卷き線と、を備えたことを特徴とする。

これにより、商用電流による影響を受けずに、電力線へ通信用信号を注入でき、また抽出できる。また、第 2の周波数を有する大電流をそのまま電気回路手段で処理せずに、小規模の電流にして処理することで、電気回路手段への電流負荷が軽減される。キャンセル電流として第 1の強磁性体コアに巻かれる第 4の巻線のインピーダンスを大きくすることで、第 1の周波数を有する高周波信号を、線状導体へ効率よく注入でき、また効率よく抽出できる。

本発明に係る信号注入-抽出装置は、前記第 1の周波数が、.相対的に高い周波数であり、前記第 2の周波数は相対的に低い周波数であることを特徴とする。このように 2つの周波数が相対的に離れていると、各信号の操作が容易となる。特に、一方の周波数が 5 0 H zもしくは 6 0 H zの商用周波数であると好ましい。本発明に係る信号注入.抽出装置は、前記電気回路手段が、アンプとローパスフィルタを含むことを特徴とする。これにより、任意に作成された通信用信号に混入しょうとする低周波数の信号を、増幅、周波数の濾波、位相調整などを行うことにより得た逆位相の信号によつて略完全に消去し、通信用信号の線状導体かちの抽出、および線状導体への注入を損失なく実現できる。

本発明に係る信号注入■抽出装置は、前記第 2の周波数が、商用周波数であることを特徴とする。これにより、汎用の 5 0 H zや 6 O H zの商用周波数に対して、他の高周波の信号を容易に分離処理できる。

本発明に係る信号注入 ·抽出装置は、前記通信回路手段が、コンデンサを備えることを特徴とする。これにより、ハイパスフィルタ特性が得られ、線状導体に対する高周波信号の注入および抽出が簡単に行える。

本発明に係る信号注入 .抽出装置は、前記電気回路手段と前記第 1の強磁性体コアとの間に、第 3の巻線、第 3の強磁性体コアおよび第 4の卷線が複数配置さ JP2004/008771

れていることを特徴とする。これにより、電流増幅用トランスとして働く第 3の強磁性体コアが磁気飽和を起こし難くすることができる。

本発明に係る信号注入■抽出装置は、第 1の強磁性体コアが、フェライトからなり、第 2およぴ第 3の強磁性体コアが鉄またはケィ素鋼板を用いてなることを特徴とする。これにより、高周波の結合効率および高い透磁率にて、高周波信号の注入および抽出を効率化でき、また大きな飽和磁束特性を得て、位相検出およぴ電流増幅を行うことができる。

本発明に係る信号注入■抽出装置は、第 3の強磁性体コアに卷かれる第 3の巻線の巻回数が、第 4の巻線の巻回数よりも多い卷回数であることを特徴とする。これにより、電気回路手段に流れる電流値を抑えた後、第 3の強磁性体コアにより大きな電流値として、第 4の卷線に供給することができる。

本発明に係る信号注入-抽出装置は、第 2の強磁性体コアが、ギャップ構造を有することを特徴とする。これにより、第 2の強磁性体コアの磁気飽和を抑制でき、検出する電流の波形を高精度に維持することができる。

<図面の簡単な説明 >

図 1は、本発明の第 1の実施形態による信号注入 ·抽出装置を示す構成図である。

図 2は、図 1におけるアンプの内部構成を示すブロック構成図である。

図 3は、本発明の第 2の実施形態による信号注入 ·抽出装置を示す構成図である。

図 4は、本発明の第 3の実施形態による信号注入■抽出装置を示す構成図である。

図 5は、図 4における可変アンプの内部構成を示すプロック構成図である。図 6は、本発明の第 4の実施形態による信号注入 ·抽出装置を示す構成図である。

図 7は、図 6における電気回路手段の内部構成を示すプロック構成図である。図 8は、本発明の第 5の実施形態による信号注入■抽出装置を示す構成図である。 1

図 9は、線状導体への信号注入と線状導体からの信号抽出の実験例を示す説明図である。

図 1 0は、信号注入時と信号抽出時の信号減衰量一長さ特性を示す特性図である。

図 1 1は、従来の信号注入'抽出装置を示す構成図である。

図 1 2は、従来の他の信号注入■抽出装置を示す構成図である。

なお、図中の符号において、 1は電力線（線状導体）、 2は強磁性体コア（第 1の強磁性体コア）、 3は第 2の卷線、 4はアンプ、 5は L P F (ローパスブイルタ）、 6， 1 4は第 3の卷線、 7は第 1の巻線、 8はコンデンサ（通信用回路手段）、 9は強磁性体コア（第 2の強磁性体コア）、 1 0は可変アンプ、 1 1， 1 5は強磁性体コア（第 3の強磁性体コア）、 1 2 , 1 6は第 4の巻線、 1 3は電気回路手段、 1 7はネットワークアナライザである。く発明を実施するための最良の形態 >

本発明になる信号注入'抽出装置の第 1の実施形態を、図 1に示す。本装置では、線状導体である電力線 1が、強磁性体コア 2の略中心部を貫通し、この強磁性体コア 2には第 2の卷線 3が卷回される。電力線 1に流れる第 1およぴ第 2の周波数を有する電流により、強磁性体コア 2には磁束 Φ 1が発生し、第 2の卷線 3には磁束 Φ 1により誘導された第 1および第 2の周波数を有する電流が流れる。

該電流は電気回路手段の一つであるアンプ 4により増幅される。このアンプ 4 は、図 2に示すように、電流 -電圧変換回路 4 a、位相調整回路 4 bおよび電圧 -電流変換回路 4 cを接続したものからなる。

電流 -電圧変換回路 4 aは強磁性体コア 2の磁束 Φ 1により誘起された第 1、第 2の周波数を持つ電流を受けて、これを電圧値に変換する。位相調整回路 4 b はその電圧を受けて、磁束 Φ 1をキャンセルする第 2の周波数対応の磁束 Φ 2を形成するために、その電圧の位相調整処理を実行する。また、位相調整回路 4 bで位相調整処理された電圧が、電圧-電流変換回路 4 cで電流値に変換され、磁束 Φ 2発生用電流として、次段のローパスフィルタ ( L P F) 5を介し第 3の巻線 6に供給される。

この L P F 5では、第 2の周波数を有する電流である商用電流に起因する低周波（5 O H zまたは 6 O H z ) 成分を通過させるとともに、第 1の周波数を有する電流である通信用高周波（1 . 7 MH z〜3 0 MH z ) 成分を除去する。 L P F 5により低周波のみになった電流は、 Φ 2発生用電流として、第 3の卷,線 6に流れる。

第 3の卷線 6は、前記強磁性体コア 2に卷回されており、第 3の卷線 6を経由した電流にもとづく磁束 Φ 2がコア 2に発生した磁束 Φ 1をキャンセルする。該磁束 Φ 2は、商用電流による磁束を消去するものであり、通信用電流に相当する磁束は消去しない。

ここで、電力線 1から強磁性体コア 2に励起される磁束と、該磁束により誘導されて第 2の卷線 3に流れる電流は、多少のロスを発生し、また L P F 5から第 3の卷線 6を経由する際にも抵抗等によるロスを発生する。このため、アンプ 4 によりその口ス分を補償をすることで、商用電流により強磁性体コア 2に発生する磁束を消去できる。

以上から、強磁性体コア 2には、第 1の周波数を有する通信用電流による磁束のみが残る。この磁束により、強磁性体コア 2に巻回された第 1の巻線 7に、高周波の通信用電流が流れる。すなわち、電力/線 1に重畳されていた通信用電流が、第 1の卷,線 7により抽出できる。

一方、この装置を用いて、第 1の卷線 7に通信用高周波電流を流すことにより、強磁性体コア 2がこの通信用高周波電流にもとづく磁束を形成し、この磁束により電力線 1に通信用高周波電流を注入することができる。

本発明になる信号注入'抽出装置の第 2の実施形態を、図 3に示す。本装置では、略中心部を電力線 1が貫通する第 1の強磁性体コア 2、第 2の巻線 3、電気回路手段の一手段であるアンプ 4、 L P F 5は第 1の実施形態と同じである。この第 2の実施形態では、第 3の卷線 6と L P F 5とを接続する回路の途中に分岐線を設け、該分岐線にコンデンサ 8を備えている点が第 1の実施形態と異なる。この第 2の実施形態は、通信用高周波電流を第 3の卷線 6を用いて注入もしくは抽出するもので、第 3の卷線 6に、第 1の実施形態における強磁性体コア 2に直接巻回した第 1の巻線 7と同じ役割を果たさせる。このため、強磁性体コア 2 への第 1の卷線 7の卷回は不要になる。

また、好ましい手段として備えたコンデンサ 8は、商用電流による低周波電流の影響を消去するためのものであり、通信用信号をより精度良く注入または抽出するために使用するのが好ましい。

本発明になる信号注入'抽出装置の第 3の実施形態を、図 4に示す。本装置では、略中心部を電力線 1が貫通する 2つの強磁性体コアが設置される。

電力線 1に重畳されている第 1および第 2の周波数を有する商用電流および通信用電流は、第 2の強磁性体コア 9に磁束を発生させる。この磁束により、強磁性体コア 9に卷回された第 2の卷線 3に電流を誘導させる。

また、この電流は、電気回路手段の一つである可変アンプ 1 0に入り、増幅される。この可変アンプ 1 0は、図 5に示すように、電流-電圧変換回路 1 0 a、位相調整回路 1 0 b、ゲイン調整回路 1 0 cおよび電圧 -電流変換回路 1 0 dを接続したものからなる。

電流一電圧変換回路 1 0 aは、強磁性体コア 2の磁束 Φ 1により誘起された第 1、第 2の周波数を持つ電流を電圧値に変換する。位相調整回路 1 0 bはその電圧を受けて、磁束 Φ 1をキャンセルする第 2の周波数対応の磁束 Φ 2を形成するために、その電圧の位相調整をする。

そして、この位相調整された電圧は、ゲイン調整回路 1 0 cにより利得調整された後、電圧―電流変換回路 1 0 dにより電流値に変換される。この電流を Φ 2 発生用電流として、次段の L P F 5を介して第 3の卷線 6に供給する。

また、この L P F 5では、可変アンプ 1 0から得られた電流から、第 1の周波数である通信用高周波が除去され、第 2の周波数である商用電流の低周波のみが第 3の卷線 6に流される。

第 3の卷線 6は第 1の強磁性体コア 2に卷回されており、電力線 1により発生した強磁性体コァ 2の磁束 Φ 1をキヤンセルする逆位相の磁束 Φ 2を発生する。このとき、強磁性体コア 2に発生する磁束 Φ 1のうち、第 2の周波数を有する商用電流による磁束 Φ 2相当分のみをキャンセルし、第 1の周波数を有する通信用電流に起因する磁束はキャンセルされない。

強磁性体コア 2には別に第 1の卷線 7が巻回されており、強磁性体コア 2に発生する第 1の周波数である高周波の磁束により誘導される電流を流すことができる。

特に、強磁性体コア 9では、電力線 1の電流値が大きい場合、強磁性体コア 9 の飽和磁化が発生することが考えられる。前記飽和磁ィヒを防止するために、強磁性体コア 9は図 3のようにギヤップ構造をとることにより、磁束の漏洩を促して透磁率を下げる。

このようにすると、実質的には第 1の周波数である微小な高周波信号に起因する磁束は無視されるため、第 2の卷線 3に誘導される電流は、略第 2の周波数である商用電流に起因するものとなる。

他方の強磁性体コア 2では、第 2の周波数である商用電流に起因する磁束を第 3の巻線 6によりキャンセノレするため、飽和磁化は発生しないので、強磁性体コァ 2は切り欠く必要がない。

このようにして、第 1の巻線 7に通信用信号電流を負荷すると、強磁性体コア 2が磁束を発生し、その磁束により電力線 1の商用電流に通信用信号電流が注入される。また、電力線 1に重畳された通信用信号電流は、強磁性体コア 2に磁束を形成し、第 1の巻 f泉 7により抽出される。

以上の装置を用いれば、電力線に通信用信号を容易に重畳することができる。また、電力線に重畳された通信用信号を簡単に抽出することが可能となる。本発明になる信号注入'抽出装置の第 3の実施形態を、図 6に示す。本装置では、第 2の周波数の信号を通過させ、一方、第 1の周波数の信号を除去させる電気回路手段に流れる電流を低減するため、第 3の強磁性体コアを電流増幅トランスとして用いている。

図 6において、線状導体である電力線 1が、第 1の強磁性体コアおょぴ第 2の強磁性体コア 2、 9の略中心部を貫通している。電力線 1に重畳されている第 1 および第 2の周波数を有する商用電流と通信用電流は、第 2の強磁性体コア 9に磁束 Φ 1を発生させる。

この磁束 Φ 1により、強磁性体コア 9に卷回された第 2の卷線 3に電流を誘導させる。該電流は、電気回路手段 1 3の入力となる。電気回路手段 1 3は、図 7に示すように、ローパスフィルタ（L P F ) 1 3 a、受信バッファ付きの電流 -電圧変換回路 1 3 b、位相調整回路 1 3 c、ゲイン調整回路 1 3 d、電圧ー電流変換回路 1 3 e等の回路を接続したものからなる。

その使用例としては、 L P F 1 3 aにより第 1の周波数（高周波）を除去し、第 2の強磁性体コァを含む電流値の位相検出トランスにより電力線 1に流れる商用電流の電流値、位相を検出する。その後、受信バッファ付き電流—電圧変換回路 1 3 bにより検出された電流値を電圧値に変換する。この電圧値を用いて、位相調整回路 1 3 cは強磁性体コア 2に生成するキヤンセル磁界が、電力線によりコア 2に形成されている磁界 Φ 1をキャンセルする方向となるように、第 4の巻線 1 2におけるキャンセル電流の位相を調整する。

そして、ゲイン調整回路 1 3 dにより、強磁性体コア 2に生成するキャンセル磁界の大きさ力線状導体により強磁性体コア 2に形成されている磁界の大きさと等しくなるように電圧の増幅度を調整する。その後、電圧一電流変換回路 1 3 eにより入力されたゲイン調整後の電圧値にもとづいて、第 3の卷線 6にその電圧値に対応する電流を流す。

すなわち、第 2の卷線 3からの電流は、第 1および第 2の周波数を含んでおり、該電気回路手段 1 3において、 L P F 1 3 aにより商用電流である第 2の周波数の電流を抽出する。その後、前記位相のずれ調整、ゲインの調整等の処理を経て、電流増幅用の第 3の強磁性体コア 1 1に対し、入力とは逆位相の電流を、第 3の巻線 6 へ送る。

第 3の巻線 6に流れる第 2の周波数の電流により、強磁性体コア 1 1には磁束 Φ 2が発生する。そして、該磁束 Φ 2は強磁性体コア 1 1に卷かれている第 4 の卷線 1 2に第 2の周波数の電流を発生させる。第 4の卷線 1 2は、一方では強磁性体コア 1 1に卷回され、他方で電力線 1が貫通する強磁性体コア 2にも卷回されている。従って、第 4の巻線 1 2に発生した第 2の周波数の電流はキヤンセル電流として、強磁性体コア 2に逆位相の磁束 Φ 4を発生させるが、. 強磁性体コア 2には、電力線 1により、商用電流および通信用電流による磁束 Φ 3が存在するため、互いに打ち消し合い、強磁性体コア 2の磁束は通信用電流である第 1の周波数の電流に起因する磁束のみとなる。

この磁束により、強磁性体コア 2に卷回された第 1の卷線 7には第 1の周波数である通信用電流が抽出される。

また、第 1の巻線 7に図示しない発信回路より送られた第 1の周波数からなる通信用電流は、強磁性体コア 2に該通信用電流に起因する磁束を発生させ、該磁束により電力線 1に通信用電流を注入させることができる。

ここで、前記磁束 Φ 3ど逆位相の磁束 Φ 4との大きさであるが、 Φ 3 + Φ 4 =通信用電流による磁束、となるように調整するのが好ましい。.一方、強磁性体コア 9に発生する磁束 Φ 1により、第 2の卷線 3に注入される電流は、前記電気回路手段 1 3において、低電流の状態で処理されるのが好ましい。この 2つの問題に対処するために、電気回路手段 1 3と強磁性体コア 2との間に強磁性体コァ 1 1、第 3の巻線 6、第 4の卷線 1 2を電流増幅トランスとして置いている。このような構成にすれば、電気回路手段 1 3では比較的低電流で処理し、その後は電流増幅トランスにより電流を大きくし、強磁性体コア 2において電力 #泉 1 の電流に起因する磁束 Φ 3に対応できる逆位相の磁束 Φ 4を得られる電流値とすることができる。

すなわち、電流増幅トランスとなる第 3の強磁性体コア 1 1に巻回される第 3 の卷線 6の巻回数が、第 4の卷線 1 2の巻回数より多く卷回されることにより、目的を達しうる。

ところが、この卷回数の比が大きくなると、強磁性体コア 1 1における磁束密度が高くなりすぎ、飽和磁ィ匕となる可能性がある。そこで、図 8に示す電流増幅トランスを複数化する手段がある。図 8において、図 6と異なる部分は、電気回路手段 1 3と強磁性体コア 2との間に複数の強磁性体コア 1 1、 1 5を配置し、それぞれに、電気回路手段 1 3から並列に配された第 3の卷線 6、 1 4が卷回される。一方、強磁性体コア 2に卷回されている第 4の巻線 1 2 , 1 6も前記強磁性体コア 1 1、 1 5にそれぞれ卷回される。図 8では、電流増幅トランスを 2つとする例を示すが、多くの電流増幅トランスを並列しても良い。このようにすると、強磁性体コア 1 1、 1 5で電流を分担するため、飽和磁ィ匕の発生を抑えることが可能となる。

線状導体の周囲に配置される強磁性体コア、すなわち図 6では、電力線 1に貫通される強磁性体コア 2、 9は、ドーナツ状円板を重ねたような形状とすることが望ましい。その理由は、電力線 1による磁束の歪みが少ないからである。電流増幅トランスとして用いる強磁性体コア 1 1の場合は、内部を電力線が通過せず、第 3の巻線 6と第 4の巻線 1 2を巻回するのみであるから、ドーナツ状円板を重ねたような形状であっても、中央部が空間となった角形トランスであつても構わない。強磁性体コア 2、 9、 1 1共に、図 1のようなドーナツ円板を重ね合わせた形状のものが好ましく、また外周径と內周径との差と、重ね合わせのトータル厚みが等しくなるようにすると、巻線の卷回がしゃすく、力っ卷回後の磁気特性も好まし、結果となる。

そして、各強磁性体コア 2、 9、 1 1の素材は、磁気ヒステリシスの大きな材料を用いる。特に、信号注入'抽出用の環状磁性体には（図 6では、強磁性体コァ 2が該当する）、高周波の結合効率を大きくする必要から、高周波域での透磁率が大きいフェライトを用いるのが好ましい。

位相検出トランスとして用いる強磁性体コアには（図 6では、強磁性体コア 9 が該当する）、飽和磁束密度の大きい鉄若しくはケィ素鋼板を用いるのが好ましい。また、電流増幅用トランスとして用いる強磁性体コアには（図 6では、強磁性体コア 1 1が該当する）、同様に、飽和磁束密度の大きい鉄若しくはケィ素鋼板を用いるのが好ましい。

なお、位相検出用トランスとして使用する強磁性体コア（図 6では、強磁性体コア 9が該当する）は、ギャップ構造を有するものが好ましい。図 6、図 8およぴ後述の図 9では、全て強磁十生体コァ 9、 9 aとしてこのギヤップ構造の強磁性体コアを図示している。このような構造をとることにより、線状導体である電力線 1に流れる電流が大きくなつても、飽和磁化が起こりにくくなる。以上のように、電流増幅トランス構成を含むことにより、電気回路手段 1 3に大きな電流負荷をかけずに商用電流のキヤンセルを行うことができる。次に、さらに好ましい結果を導き出すことができる実施の形態を、図 9および図 1 0について説明する。

図 9は、本発明の信号注入 ·抽出装置を 2セット用いて、線状導体への信号注入と線状導体からの信号抽出の実験例を示す説明図である。ここで、線状導体である電力線 1から通信用の信号を抽出し、または注入するためには、強磁性体コァ 2、 2 aに発生する磁束のうち、商用電流に起因する第.2の周波数を有する電流による磁束をキャンセルする必要がある。

このキャンセル用磁束を強磁性体コア 2、 2 aに与える第 4の卷線 1 2、 1 2 aには、大きな電流が流れるため、該卷線 1 2、 1 2 aのインピーダンスを小さなものにしがちである。ところが、第 4の巻線 1 2、 1 2 aのインピーダンスを小さくすると、第 1の巻線 7、 7 aに第 1の周波数（高周波）を有する信号電流を負荷したときに、強磁性体コア 2、 2 a を介して第 4の卷線 1 2、 1 2 aに高周波である第 1の周波数の信号電流が結合し、電力線 1への信号の結合効率が低下する。

第 4の巻線 1 2、 1 2 aの第 1の周波数に対するインピーダンスを大きくするには、種々の手段が考えられる力大きな電流値を維持した状態でインピーダンスを大きくするため、卷線 1 2、 1 2 aの長さを変えて計測してみた。この計測における条件は、以下の通りである。

電力線 1 (周波数 6 0 H z、商用電力線）は、通常の家庭用商用電力線である。ネットワークアナライザ 1 7 (使用周波数 1 0 MH z ) は市販品を流用した。強磁性体コア 2、 2 a、 9、 9 a、 1 1、 1 1 aについては、大きさは全て内径 6 O mm、外径 1 0 0 mm、厚さ 2 0 mmのドーナツ状とし、強磁性体コア 2、 2 a (材質；フェライト）、強磁性体コア 9、 9 a (材質；ギャップを有する鉄、ギャップ幅 0 . 5 mm) 、強磁性体コア 1 1、 1 1 a (材質；鉄）を用いた。電気回路手段 1 3、 1 3 aには、 L P F、受信バッファ、位置調整、ゲイン調整および電圧一電流変換の機能を組み込んである。第 1の卷線 7、 7 aは通信用であり、断面積 0. 2 mm²、強磁性体コア 2、 2 aへの巻き数は各 2ターン、第 2の卷線 3、 3 aは位相検出用であり、断面積 0. 2 mm²、強磁性体コア 9、 9 aへの巻き数は各 250ターン、第 3の巻線 6s 6 aは電流増幅用であり、断面積 0. 2 mm²、強磁性体コア 11、 1 1 a への巻き数は 400ターン、第 4の卷線 1 2、 1 2 aは磁界キャンセル用であり、 5. 5 mm² (s q) と 8mm² (s q) の 2種類を用いた。また、強磁性体コァ 1 1、 1 1 aへの卷数は各 10ターン、強磁性体コア 2、 2 aへの巻数は各 1 ターンである。

前記条件で第 4の巻線 1 2の長さを変えて計測した結果が、図 10である。ここで、キャンセル用巻線である第 4の卷線 1 2が無しの場合は、商用電流を止めて計測した値となる。横軸の長さは、キャンセル用卷線として使用した第 4の卷線 1 2の長さであり、パラメータは該卷線の断面積 (5. 5 s q、 8 s q) である。

縦軸はネットワークアナライザ 1 7の一方から信号を電力線 1に注入し、他方より電力線 1からの信号を抽出し、その減衰率を示す。の場合、第 4の卷線 1 2の長さが 2 m以上であれば減衰量は小さく、好ましくは 3 m以上であれば減衰率 1 0 dB以下となり、結合効率は十分と判断される。

すなわち、キャンセノレ用の卷線である、第 4の卷線 1 2を長くすることにより、該卷線 1 2のインピーダンスを調整できる。但し、該卷線 1 2をむやみに長くすることは、結合効率を大きくすることはできるが、経済的に好ましくなく、また使用空間を大きくとることになるため、最小必要限にとどめるべきである。本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとつて明らかである。

本出願は 2003年 6月 17日出願の日本特許出願（特願 2003- 171460) 及ぴ 2003 年 9月 17日出願の日本特許出願（特願 2003- 324096) に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 <産業上の利用可能性 >

本発明によれば、線状導体である電力線を用いて搬送する通信信号を、.該電力線に容易に注入でき、カゝっ容易に抽出できる。特に、電力線の商用電流による影響を殆ど受けずに通信用信号を注入/抽出できる。また、商用電流である第 2の周波数を有する大電流をそのまま電気回路手段で処理せずに、一旦小規模の電流にして処理するため、電気回路手段への電流負荷が軽減される。さらに、キャンセル電流として逆位相の磁束を発生させる、第 1の強磁性体コアに巻かれる第 4 の巻線のィンピーダンスを大きくすることにより、第 1の周波数を有する高周波信号を、線状導体へ効率よく注入でき、また線状導体から効率よく抽出できる。本発明に係る信号注入■抽出装置は、パワー用の電力線に重畳して通信用信号を送受信する電力線搬送通信において、パワー用電流と通信用電流が重畳された状態から、通信用電流を選択的に抽出し、力注入するものに広く適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 線状導体に貫通可能な強磁性体コアと、

前記線状導体に流れる第 1の周波数の信号を抽出し、または前記線状導体に前記第 1'の周波数の信号を注入するために前記強磁性体コアに巻かれた第 1の巻線と、

前記強磁性体コアに卷カゝれ、前記線状導体に流れる第 1およぴ第 2の周波数の電流により前記強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1および第 2の周波数の信号を抽出し、前記第 1および第 2の周波数の電流が流れるように構成された第 2の卷線と、

該第 2の巻線により抽出した電流を増幅し、力つ前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、

該電気回路手段に接続され、前記強磁性体コアに巻かれ、前記強磁性体コアに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の卷線と、

を備えた信号注入 ·抽出装置。

2. 線状導体に貫通可能な強磁性体コアと、

該強磁性体コアに卷力れ、前記線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の電流により前記強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1および第 2の周波数の信号を抽出し、前記第 1および第 2の周波数の電流が流れるように構成された第 2の卷線と、

該第 2の巻線により抽出した電流を増幅し、かつ、前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、

前記強磁性体コアに巻かれ、前記強磁性体コアに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の巻線と、

該第 3の卷線から分岐し、前記第 1の周波数の信号の抽出または注入が行えるように構成された通信用回路手段と、を備えた信号注入 ·抽出装置。

3、線状導体に貫通可能な第 1の強磁性体コアと、

前記線状導体に流れる第 1の周波数の信号を抽出し、または前記線状導体に前記第 1の周波数の信号を注入するために前記第 1の強磁性体コアに巻かれた第 1 の卷線と、

前記第 1の強磁性体コアとは別の位置で前記線状導体に貫通可能な第 2の強磁性体コアと、

該第 2の強磁性体コアに巻かれ、前記線状導体に流れる第 1および第 2の周波数の信号を抽出し、該第 1およぴ第 2の周波数の電流により前記第 2の強磁性体コアに発生する磁束 Φ 1から前記第 1および第 2の周波数の電流を抽出するように構成された第 2の卷線と、

該第 2の卷線により抽出した電流を増幅し、力つ前記第 1の周波数の電流成分を除去する電気回路手段と、

該電気回路手段に接続され、前記第 1の強磁性体コアに巻かれ、該第 1の強磁性体コアに前記磁束 Φ 1に対し、前記第 2の周波数の電流に対応する逆位相の磁束 Φ 2を発生させるための信号を注入するように構成された第 3の巻線と、を備えた信号注入■抽出装置。

4 . 線状導体に貫通可能な第 1の強磁性体コアと、

前記線状導体に流れる信号を抽出し、または前記線状動体に信号を注入するために、前記第 1の強磁性体コアに巻かれた第 1の卷線と、

該第 2の強磁性体コアに巻かれ、前記線状導体に流れる電流により前記第 1の強磁¾体コアに発生する磁束にもとづき電流を出力する第 2の卷 if泉と、該第 2の巻線より抽出した電流を処理し、所定周波数の電流成分を取り出す電気回路手段と、

前記電気回路手段に接続され、第 3の強磁性体コアに卷かれた第 3の卷茅泉と、前記第 3の強磁性体コアに卷かれ、かつ前記第 1の強磁性体コアに卷かれた第 4の巻線と、

を備えた信号注入■抽出装置。

5 . 前記第 1の周波数は、相対的に高い周波数であり、前記第²の周波数は相対的に低い周波数である請求の範囲第 1項から第 3項のいずれか 1項に記載の信号注入 ·抽出装置。

6 . 前記電気回路手段が、アンプとローパスフィルタを含む請求の範囲第 1項から第 4項のいずれか 1項に記載の信号注入 ·抽出装置。

7 . 前記第 2の周波数が、商用周波数である請求の範囲第 5項に記載の信号注入 ·抽出装置。

8 . 前記通信回路手段が、コンデンサを備える請求の範囲第 2項に記載の信号注入 ·抽出装置。

9 . 前記電気回路手段と前記第 1の強磁性体コアとの間に、第 3の巻線、第 3の強磁性体コアおよび第 4の卷線が複数配置されている請求の範囲第 4項に記載の信号注入 ·抽出装置。

1 0 . 前記第 1の強磁性体コアがフェライトカらなり、前記第 2および第 3の強磁性体コアが鉄またはケィ素鋼板を用いている請求の範囲第 4項または第 9項に記載の信号注入 ·抽出装置。

1 1 . 前記第 3の強磁性体コアに卷カれる第 3の卷線の卷回数が、第 4の卷線の卷回数よりも多い巻回数である請求の範囲第 4項、第 9項、第 1 0項のいずれか 1項に記載の信号注入■抽出装置。

12. 前記第 2の強磁性体コアが、ギャップ構造を有する請求の範囲第 3 項、第 4項、第 9項、第 10項のいずれか 1項に記載の信号注入'抽出装置。