(57)【要約】【課題】本発明は、多数の負荷が定電流源に直列連結される電力線通信システムを提供する。【解決手段】この電力線通信システムでは、閉ループを形成する電力線に絶縁変圧器を介して連結される各個別装置が電流／電圧変換部と電圧／電流変換部とを含む。そして、電力線に向かう電圧信号は電流信号に変換して送信し、電力線から送信される電流信号は電圧信号に変換して受信する。このように電流方式で電力線通信を行うことによって、電圧方式を用いる場合に生じうる電圧分配による通信性能の低下を解消することができる。特に、定電流の流れる単一ループに多数のランプが連結される航空灯火分野に適用して、ランプ制御のための電力線通信をより安定して行うことができる。【選択図】図２
2011172228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流の流れる電力線が閉ループを形成し、該電力線には、前記定電流と電力線通信信号を用いて動作する複数の個別装置が絶縁変圧器を介して直列連結される定電流ベースの電力線通信システムであって、
前記各個別装置は、
電力線通信信号を電圧信号の形態として送受信する電力線通信モデムと、
前記電力線通信モデムが送信する電圧信号形態の電力線通信信号を電流信号に変換して前記絶縁変圧器に印加する電圧／電流変換部と、
前記絶縁変圧器を介して受信される電流信号形態の電力線通信信号を電圧信号に変換して前記電力線通信モデムに伝達する電流／電圧変換部と、
を含むことを特徴とする、定電流ベースの電力線通信システム。
【請求項２】
前記電圧／電流変換部は、演算増幅器の非反転入力端に電圧信号が印加されると、該当の電圧信号に比例する電流信号を出力するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の定電流ベースの電力線通信システム。
【請求項３】
前記電流／電圧変換部は、演算増幅器の反転入力端に電流信号が印加されると、該当の電流信号に比例する電圧信号を出力するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の定電流ベースの電力線通信システム。
【請求項４】
前記各個別装置は、電力線通信信号によって伝達されるランプ制御命令に応じて航空灯火用ランプを制御する個別灯火器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の定電流ベースの電力線通信システム。
【請求項５】
前記個別灯火器は、
該当の絶縁変圧器とのカップリングのための電力線結合器と、
前記電力線結合器と並列連結され、前記絶縁変圧器の２次側に流れる定電流から所定の電源を生成する電源回路部と、
前記電源回路部が生成した電源によって動作し、該当の電力線通信モデムを介して上位装置と電力線通信を行いながら一つ以上の航空灯火用ランプを制御する制御部を含むことを特徴とする、請求項４に記載の定電流ベースの電力線通信システム。
【請求項６】
前記電力線結合器は、定電流信号を遮断するためのキャパシタと直列連結されることを特徴とする、請求項５に記載の定電流ベースの電力線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流ベースの電力線通信システムに関するもので、特に、定電流を用いてランプを制御する航空灯火システムのように直列連結された多数の負荷を駆動しなければならないシステムにおいて電圧分配に起因する通信信号減殺の問題を解消することによって、安定した電力線通信が図られるようにする。
【背景技術】
【０００２】
電力線通信は、通信線を追加に設置することなく既存に設置されている電力線を使用することができるという長所から、多数のランプを制御及び監視しなければならない航空灯火システム、ホームネットワークシステム、遠隔検針システム、工場自動化システムなどに好適な通信方式として知られている。
【０００３】
しかし、従来の電力線通信では電圧信号を用いなければならず、電力線に直列に連結される負荷の個数によって通信信号の減殺が起こり、円滑な通信を行うことが困難であった。
【０００４】
例えば、航空灯火分野では、操縦士と管制塔との無線通信に生じる干渉を避ける目的から、有線通信が好まれている。
【０００５】
なお、空港では、新しい線路を設置し難いことから、航空灯火のための個別ランプ制御と監視に電力線通信を適用している。
【０００６】
航空灯火において、電源は、単一ループを有する定電流源で構成され、定電流源を発生させる定電流調整器から滑走路の末端ランプまでに数十〜数百個のランプが設置され、線路の長さは数ｋｍ〜数十ｋｍに及ぶ。
【０００７】
定電流調整器から発生した定電流は、閉ループを形成する電力線に流れ、電力線には、個別ランプを制御する多数の個別灯火器が絶縁変圧器を介して直列連結される。
【０００８】
図１の等価回路を参照すると、電力線通信電圧信号Ｖｉは、電線インピーダンス、絶縁変圧器に対応するインピーダンス、定電流調整器に対応するインピーダンスなどが直列に連結された単一ループに印加される。
【０００９】
電力線通信電圧信号は、各インピーダンスで電圧分配されるので、多数の絶縁変圧器を通りながら減殺される。つまり、電力線通信電圧信号の電圧レベルが低下していく。
【００１０】
すなわち、電力線通信電圧信号に対してＭ番目の絶縁変圧器にかかる通信信号ＶＯＵＴは、下記の数学式１のように示すことができる。
【００１１】
【数１】
2011172228.tif 000003
2011172228.tif 000004
【００１２】
ここで、ＺＬＫはＫ番目の区間の電線インピーダンスを、ＺＴＫはＫ番目の絶縁変圧器に対応するインピーダンスを、ＺＣは定電流調整器に対応するインピーダンスを表す。
【００１３】
数学式１からわかるように、Ｋが増加するとＶｏｕｔは減少し、Ｖｏｕｔが、電力線通信モデムの受信可能な信号レベルよりも小さくなると、電力線通信モデムは動作しなくなる。
【００１４】
すなわち、電力線通信に電圧方式を用いる場合は、線路の長さと絶縁変圧器の個数に比例して、各絶縁変圧器を介して受信する電力線通信信号の信号レベルが小さくなるため、システム構成が困難となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、航空灯火システムのように定電流を用いる電力線通信環境で電流方式による通信が行えるようにすることによって、電圧方式を用いる場合に生じうる電圧分配による信号減殺の問題を解消することができる電力線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明による定電流ベースの電力線通信システムは、定電流の流れる電力線が閉ループを形成し、該電力線には複数の個別装置が直列連結される。
【００１７】
前記各個別装置は、絶縁変圧器を介して前記電力線に連結されて、定電流及び電力線通信信号を用いて動作し、電力線通信信号を電圧信号の形態として送受信する電力線通信モデムと、前記電力線通信モデムが送信する電圧信号形態の電力線通信信号を電流信号に変換して前記絶縁変圧器に印加する電圧／電流変換部と、前記絶縁変圧器から入力される電流信号形態の電力線通信信号を電圧信号に変換して前記電力線通信モデムに伝達する電流／電圧変換部と、を含んでなる。
【００１８】
前記電圧／電流変換部は、演算増幅器の非反転入力端に電圧信号が印加されると、該当の電圧信号に比例する電流信号を出力するように構成されることができる。
【００１９】
前記電流／電圧変換部は、演算増幅器の反転入力端に電流信号が印加されると、該当の電流信号に比例する電圧信号を出力するように構成されることができる。
【００２０】
前記各個別装置は、電力線通信信号によって伝達されるランプ制御命令に応じて航空灯火用ランプを制御する個別灯火器を含むことができる。
【００２１】
前記個別灯火器は、該当の絶縁変圧器とのカップリングのための電力線結合器と、前記電力線結合器と並列連結され、前記絶縁変圧器の２次側に流れる定電流から所定の電源を生成する電源回路部と、前記電源回路部が生成した電源によって動作し、該当の電力線通信モデムを介して上位装置と電力線通信を行いながら一つ以上の航空灯火用ランプを制御する制御部と、を含んでなることができる。
【００２２】
ここで、前記電力線結合器は、定電流信号を遮断するためのキャパシタと直列連結されることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電力線通信モデムの入力と出力にそれぞれ電流／電圧変換部と電圧／電流変換部を設けて電流方式の電力線通信を行うようにしたため、電圧方式を用いる場合に生じうる電圧分配による通信性能の低下を解消することが可能になる。
【００２４】
特に、定電流の流れる単一閉ループに多数のランプ（負荷）が直列連結される航空灯火システムに適用されて、航空灯火用ランプ制御のための電力線通信をより安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の電圧方式を用いる電力線通信システムを示す等価回路図である。
【図２】本発明による定電流ベースの電力線通信システムを構成する個別装置の実施例を示す図である。
【図３】電圧／電流変換部の一実施例を示す図である。
【図４】電流／電圧変換部の一実施例を示す図である。
【図５】航空灯火のための電力線通信システムの一例を示す図である。
【図６】本発明の電力線通信システムに用いられる個別灯火器の実施例を示す図である。
【図７】個別灯火器の交流インターフェースに関する等価回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２７】
図２の（ａ）を参照すると、本発明による定電流ベースの電力線通信システムは、定電流の流れる電力線１１が閉ループを形成し、電力線１１には複数の絶縁変圧器１３−１〜１３−ｋが直列連結される。
【００２８】
各個別装置２０−１〜２０−ｋは、絶縁変圧器１３−１〜１３−ｋを介して電力線１１と連結されて、電力線１１に流れる定電流及び電力線通信信号によって動作する。
【００２９】
各個別装置２０−１〜２０−ｋが行う機能は必要によって様々にすることができ、全ての個別装置が同じ機能を行う必要はない。すなわち、各個別装置２０−１〜２０−ｋは、図２の（ｂ）に示すような構成要素を含むが、それぞれ個別の機能を行うことができる。
【００３０】
電力線１１には定電流調整器１２が連結される。ここで、定電流調整器１２は、電力線１１に定電流を供給する役割を果たす。
【００３１】
図２の（ｂ）を参照すると、各個別装置は、電力線通信モデム２１、電圧／電流変換部２２、及び電流／電圧変換部２３を含んで構成される。
【００３２】
電力線通信モデム２１は、周知の如く、電圧信号形態の電力線通信信号を変調及び復調することで、個別装置が電力線通信方式を用いて任意の情報を送受信できるようにする。
【００３３】
電圧／電流変換部２２は、電力線通信モデム２１が電力線１１に送信する電圧信号形態の電力線通信信号を電流信号に変換して絶縁変圧器に印加する役割を果たす。
【００３４】
電圧信号を電流信号に変換する方法には様々なものがある。
【００３５】
その一例には、図３に示すように、演算増幅器３１を用いる方法があり、演算増幅器３１の非反転入力端に印加される電圧信号に比例する電流信号を出力することができる。
【００３６】
すなわち、電圧信号Ｖｉは、演算増幅器３１の非反転入力端に印加され、演算増幅器３１の反転入力端と接地との間には抵抗Ｒが連結され、演算増幅器３１の反転入力端と出力端との間には抵抗ＲＬが連結される。
【００３７】
この構成において、演算増幅器３１の特性上、抵抗ＲＬを流れる電流信号ＩＯは‘Ｖｉ／Ｒ’値を有し、電圧信号Ｖｉに比例することとなる。
【００３８】
電流／電圧変換部２３は、電力線１１から絶縁変圧器１３−１を介して入力される電流信号形態の電力線通信信号を電圧信号に変換して電力線通信モデム２１に伝達する役割を果たす。
【００３９】
電流信号を電圧信号に変更する方法にも様々なものがある。
【００４０】
その一例には、図４に示すように、演算増幅器３２を用いる方法があり、演算増幅器３２の反転入力端に印加される電流信号に比例する電圧信号を出力することができる。
【００４１】
すなわち、入力電流信号Ｉｉは、演算増幅器３２の反転入力端に印加され、演算増幅器３２の反転入力端と出力端との間には抵抗Ｒが連結され、演算増幅器３２の非反転入力端は接地されている。
【００４２】
この構成において、演算増幅器の特性上、電流信号Ｉｉは抵抗Ｒに流れ、出力端電圧信号ＶＯは、抵抗ＲＬの値によらずＩｉに比例する‘−Ｒ＊Ｉｉ’値を有することとなる。
【００４３】
上述のように、本発明による電力線通信システムは、電流方式の電力線通信を行う。
【００４４】
すなわち、各個別装置２０−１〜２０−ｋが電力線に情報を送信する際には、電圧／電流変換部２２で電圧信号が電流信号に変換されて送信され、各個別装置２０−１〜２０−ｋが電力線から情報を受信する際には、電流／電圧変換部２３で電流信号が電圧信号に変換されて入力される。
【００４５】
一方、本発明による定電流ベースの電力線通信システムは、航空灯火分野に適用することができ、この場合、各個別装置は、電力線通信によって伝達されるランプ制御命令に応じて航空灯火用ランプを制御する個別灯火器を含むことができる。
【００４６】
図５を参照して航空灯火用電力線通信システムについて説明すると、定電流調整器１２では、最大定格６．６Ａの定電流を、単一ループを形成する高圧ケーブル（電力線）を通して供給し、電力線１１には、個別灯火制御器５３及び多数の個別灯火器５４−１〜５４−ｋが絶縁変圧器１３−１〜１３−ｋを介して連結される。
【００４７】
絶縁変圧器１３−１〜１３−ｋは、電力線通信のために電力線通信周波数まで動作特性を維持する。
【００４８】
個別灯火制御器５３と各個別灯火器５４−１〜５４−ｋは電力線通信モデムを有しており、絶縁変圧器１３−１〜１３−ｋとの交流インターフェースのための電力線結合器を含むことができる。個別灯火制御器５３は、メインコンピュータ（図示せず）から伝達される命令に応じて定電流調整器１２をオン／オフし、電力線通信を用いて各個別灯火器５４−１〜５４−ｋと通信する。
【００４９】
各個別灯火器５４−１〜５４−ｋは、個別灯火制御器５３から伝達されるランプ制御命令に応じて、自身が管理するランプのオン／オフ状態を決定し、ランプの状態を監視して個別灯火制御器５３に通報する。
【００５０】
各個別灯火器５４−１〜５４−ｋのランプは、定電流調整器１２が電力を供給するか否かによってオン／オフになったりその明るさが調節されたりする。
【００５１】
図６を参照して、航空灯火用電力線通信システムにおいて個別装置を個別灯火器とした実施例について説明する。
【００５２】
各個別灯火器は、絶縁変圧器を介して電力線１１に連結され、電力線通信モデム６１、電圧／電流変換部６２、電流／電圧変換部６３、電力線結合器６４、制御部６５、電源回路部６６を含んでなる。
【００５３】
電力線結合器６４は、絶縁変圧器とのカップリングを行う役割を果たし、絶縁変圧器から入力される電流形態の電力線通信信号は、電力線結合器６４を通って電流／電圧変換部６３で電圧信号に変換されて電力線通信モデム６１に伝達される。
【００５４】
また、電力線通信モデム６１から電力線に送信する電圧形態の電力線通信信号は、電圧／電流変換部６２で電流信号に変換された後、電力線結合器６４を通って絶縁変圧器に印加される。
【００５５】
電源回路部６６は、電力線結合器６４と並列連結され、所定の変圧器を用いて絶縁変圧器の２次側に流れる定電流から個別灯火器で用いる電源、例えば、ランプ駆動電源やマイクロプロセッサーの駆動電源などを生成する。
【００５６】
制御部６５は、電力線通信モデム６１を介して電力線通信を行いながら航空灯火用ランプ１６−１，１６−２を制御する役割を果たす。
【００５７】
制御部６５は、必要に応じて様々な機能を行うことができるが、基本的には、電力線通信モデム６１を介して電力線から入力されるランプ制御命令に応じてランプ１６−１，１６−２を制御し、また、ランプ１６−１，１６−２の状態情報を、電力線通信モデム６１を介して電力線に送信する役割を果たす。
【００５８】
ここでは、一つの個別灯火器が２個のランプを制御するとしたが、各個別灯火器が制御するランプの数は、必要によって様々にすることができる。
【００５９】
このように、各個別灯火器は、電圧／電流変換部６２と電流／電圧変換部６３を用いて電流方式の電力線通信が行えるため、電圧信号を用いる場合に生じうる電圧分配による信号減殺が発生しない。
【００６０】
一方、電力線通信による電力消耗を最小化するためには絶縁変圧器の２次合成インピーダンスを下げる必要がある。
【００６１】
図７は、個別灯火器の交流インターフェースに関する等価回路を示す図で、ＩＰ＿Ｃａｒｒｉｅｒは、絶縁変圧器７１の１次側キャリア電流を、ＩＳ＿Ｃａｒｒｉｅｒは、絶縁変圧器７１の２次側キャリア電流を、ＩＬ＿Ｃａｒｒｉｅｒは、キャリア負荷電流を表す。
【００６２】
この場合、絶縁変圧器７１の２次合成インピーダンスは、下記の数学式２のように示すことができる。
【００６３】
【数２】
2011172228.tif 000005
2011172228.tif 000006
【００６４】
ここで、ＸＭ−ＣＴ、ＸＭ−Ｃｏｕｐｌｅｒ、ＸＭ−Ｐｏｗｅｒはそれぞれ、絶縁変圧器７１の等価リアクタンス、電力線結合器７２の等価リアクタンス、電源回路部７３の等価リアクタンスを表し、ＲＲＸ、ＲＰｏｗｅｒ、ＲＬａｍｐはそれぞれ、電力線通信モデムの受信インピーダンス、電源回路部の等価インピーダンス、ランプ７４の等価インピーダンスを表す。
【００６５】
この場合、
2011172228.tif 000007
が最小になると、合成インピーダンスを小さくさせることができる。
【００６６】
絶縁変圧器７１の２次側には、６０Ｈｚの定電流と電力線通信のための電流信号が同時に存在する。
【００６７】
６０Ｈｚの定電流は、可能な限り、電力線結合器７２に流れず、ランプ７４及び電源回路部７３に流れるようにする必要がある。
【００６８】
このために、電力線結合器７２は、定電流信号を遮断するためのキャパシタＣ＿ｃｏｕｐｌｅｒと直列連結されることができる。
【００６９】
また、個別灯火器の電源回路部７３とランプ７４に分配される電力線通信電流信号を小さくするためには、
2011172228.tif 000008
を可能な限り大きくすることが好ましい。
【００７０】
電圧／電流変換部と電流／電圧変換部は、個別灯火制御器や各個別灯火器に内蔵されることができる。
【００７１】
以上の実施例は本発明の理解を助けるためのもので、本発明は、これらの実施例に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な変形実施が可能であるということが当業者には明らかである。
【図３】
2011172228.tif 000009
【図１】
2011172228.tif 000010
【図２】
2011172228.tif 000011
【図４】
2011172228.tif 000012
【図５】
2011172228.tif 000013
【図６】
2011172228.tif 000014
【図７】
2011172228.tif 000015