(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線を通信路として電力線搬送装置間で相互に通信する電力線搬送通信装置において、
前記電力線搬送装置に接続されるそれぞれの通信信号線と、
貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアであり、各前記通信信号線と前記電力線とが貫通させて取付けられた電磁結合器と、
前記電力線搬送装置間とは反対側となる前記電力線の往路と復路とをそれぞれ覆って接続された金属材と、
を備え、一方の前記電力線搬送装置からの通信信号を通信信号線に出力して前記電磁結合器によって前記電力線に誘導すると共に、前記金属材で覆われた部分の電力線の往路と復路間の静電容量を大きくして通信信号の戻りループを形成し、前記通信信号の高周波信号に対するインピーダンスを低くし、誘導された前記通信信号を他方の前記電力線搬送装置まで伝播することを特徴とする電力線搬送通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、一方の前記電磁結合器を前記電力線の往路に、他方を復路に取付けたことを特徴とする電力線搬送通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記電力線の往路と復路のそれぞれに前記電磁結合器が設けられ、前記電力線搬送装置からの前記通信信号線は往路の前記電磁結合器を貫通し、復路の前記電磁結合器を貫通することで前記電力線搬送装置からの通信信号が循環する通信信号伝播ルートが形成されることを特徴とする電力線搬送通信装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のいずれかのものにおいて、前記貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアが半割れ構造であり、保護カバーで包むように構成されていることを特徴とする電力線搬送通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力線を通信路として通信信号を通信する電力線搬送通信装置、及び電力線搬送装置からの通信信号を電力線に重畳させかつ電力線の通信信号をピックアップする電磁結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ケーブルを敷設するコストを低減することを目的として、電力線を通信路として通信する電力線搬送通信が注目されている。特に、ＭＨｚ帯域を利用した高速，大容量通信が可能な電力線搬送装置のニーズが高まってきている。電力線搬送装置を電力線に接続する際に、非接触で接続できれば設置工事が容易となる。
【０００３】
このようなニーズに応えるための従来の技術として、例えば〔特許文献１〕に記載のように、フェライトコアを用いた電磁結合により、非接触で通信信号の注入，抽出を行う技術がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
〔特許文献１〕に記載の従来技術は、フェライトコアを用いた電磁結合器によって２次側に電流を誘導させるもので、原理的には電力線に非接触で通信信号の重畳，抽出を行うことができる。しかし、電力線に電流が誘導されるものの、誘導電流を流す閉ループが積極的に構成されていないために、この閉ループのインピーダンスが高く、電力線での通信信号の減衰を誘発させ、通信信号の通信速度が低いという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、電磁結合器によって電力線に非接触で通信信号の注入，抽出を行わせる場合に、電力線での通信信号の減衰を抑制させ、高い通信速度を得ることが可能な電力線搬送通信装置及びその結合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、電力線を通信路として電力線搬送装置間で相互に通信する電力線搬送通信装置において、前記電力線搬送装置に接続されるそれぞれの通信信号線と、貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアであり、各前記通信信号線と前記電力線とが貫通させて取付けられた電磁結合器と、前記電力線搬送装置間とは反対側となる前記電力線の往路と復路とをそれぞれ覆って接続された金属材と、を備え、一方の前記電力線搬送装置からの通信信号を通信信号線に出力して前記電磁結合器によって前記電力線に誘導すると共に、前記金属材で覆われた部分の電力線の往路と復路間の静電容量を大きくして通信信号の戻りループを形成し、前記通信信号の高周波信号に対するインピーダンスを低くし、誘導された前記通信信号を他方の前記電力線搬送装置まで伝播するものである。
【０００８】
又、上記に記載のものにおいて、一方の前記電磁結合器を前記電力線の往路に、他方を復路に取付けたことが望ましい。
【０００９】
さらに、上記に記載のものにおいて、前記電力線の往路と復路のそれぞれに前記電磁結合器が設けられ、前記電力線搬送装置からの前記通信信号線は往路の前記電磁結合器を貫通し、復路の前記電磁結合器を貫通することで前記電力線搬送装置からの通信信号が循環する通信信号伝播ルートが形成されることが望ましい。
【００１０】
さらに、上記に記載のものにおいて、前記貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアが半割れ構造であり、保護カバーで包むように構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力線搬送装置間とは反対側となる電力線の往路と復路とをそれぞれ覆って接続された金属材と、を備え、金属材で覆われた部分の電力線の往路と復路の線間の静電容量を利用して通信信号の戻りループを形成し、通信信号の高周波信号に対するインピーダンスを低くするので、通信信号である数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域の高周波信号に対するインピーダンスを低くすることとなり、電力線での通信信号の減衰を抑制させ、高い通信速度や安定した通信を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施形態は、（１）電力線搬送装置を用いた通信において、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側、すなわち電力線搬送装置間とは反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分を備え、往路と復路の２本の電力線の一方に電磁結合器を接続して電力線搬送装置間で通信する第一の実施形態と、（２）電力線搬送装置を用いた通信において、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分を備え、往路と復路の２本の電力線のそれぞれに電磁結合器を接続して電力線搬送装置間で通信する第二の実施形態と、（３）上記実施例において、電力線の往路と復路を密着させた部分には金属材を巻きつける構成とした第三の実施形態と、（４）ブレーカ近傍の電力線に電力線搬送装置用の電磁結合器を接続する第四の実施形態とに大別して説明する。
【００１３】
〔第一の実施形態〕
図１は、電力線搬送装置を用いた通信において、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分を備え、往路と復路の２本の電力線の一方に電磁結合器を接続して電力線搬送装置間で通信する第一の実施形態を示したものである。
【００１４】
図１に示すように、電磁結合器３，７は、貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアであり、電磁結合器３，７内を電力線４と通信信号線２，６が貫通している。相互に通信する電力線搬送装置１と電力線搬送装置５に対して、電力線搬送装置間とは反対側のそれぞれの電力線密着部８，電力線密着部９は往路と復路を密着させている。
【００１５】
電力線密着部８，９の往路と復路を密着させている理由は、例えば電力線搬送装置１からの通信信号が通信信号線２に出力され、電磁結合器３によって電力線４に誘導され、電力線４に誘導された通信信号を電力線搬送装置５まで伝播させたいが、通信信号の戻りループが無いと伝播できないためである。
【００１６】
通信信号の戻りループを形成するために、電力線の往路と復路の線を密着させて線間の静電容量を積極的に利用して、高周波信号である通信信号をこの静電容量を介して伝播させるようにしている。
【００１７】
この結果、破線で示す通信信号の伝播ルートが形成でき、電力線４に誘導された通信信号が電磁結合器７を貫通している通信信号線６に誘導され、この誘導信号が電力線搬送装置５に入力される。逆に電力線搬送装置５からの通信信号は通信信号線６に出力され、電磁結合器７によって電力線４に誘導され、これが破線で示す通信信号伝播ルート１２によって電磁結合器３を貫通している通信信号線６に誘導され、この誘導信号が電力線搬送装置１に入力される。この結果、電力線搬送装置１と電力線搬送装置５間での通信が可能となる。
【００１８】
電力線密着部８，９が存在しないと、電力線の往路と復路が電力線４，電力線１０，電力線１１のように線間距離が長くなり、線間の静電容量の値が小さいため、結果として静電容量のインピーダンスが高くなり、通信信号の減衰が大きくなり、電力線搬送装置１と電力線搬送装置５間での通信が不可能になる。
【００１９】
電力線４の部分の一部が密着している場合には、この部分での静電容量により閉ループが形成されるが、電磁結合器７は含まない閉ループとなり、電力線４の通信信号は、電力線搬送装置１あるいは電力線搬送装置５まで十分に伝播されず、通信信号の伝播にはあまり寄与しない。
【００２０】
このため、電力線搬送装置１と電力線搬送装置５で通信するための電磁結合器３，７間とは反対側の電力線の往路と復路を密着させることが重要である。通信信号である数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域の高周波信号に対するインピーダンスを低く抑えることが可能となり、電力線での通信信号の減衰を抑制させ、高い通信速度を得ることが可能となる。
【００２１】
電力線搬送装置１と電力線搬送装置５で通信するための電磁結合器３，７間とは反対側の電力線の往路と復路を密着させて通信信号伝播ルート１２を形成させているために、電磁結合器３，７を通信信号伝播ルート１２上の電力線の往路あるいは復路の一方に設けるようにしなくても、図２に示すように、電力線の往路と復路にそれぞれ設置するようにしても図１に示す例と同様の効果を得ることができる。つまり、電磁結合器３，７を取付ける場所は、通信信号伝播ルート１２上の電力線の往路あるいは復路のいずれかに限定されることが無く、通信信号伝播ルート１２上であれば、電力線４の任意の位置に設置することができるため、電力線の往路と復路を区別して電磁結合器３，７を取付ける必要が無く、取付け作業が極めて容易に行える。
【００２２】
上述したように、電磁結合器３，７は、アモルファスコアあるいはフェライトコアを用いて構成している。アモルファスコアは、飽和磁束密度がフェライトコアより高いために、高いエネルギーのノイズが入っても飽和しづらい。つまり、アモルファスコアは、電力線４に流れる商用周波数電源の電流値が高くてもフェライトコアと比較し、飽和しづらく、電磁結合器の性能を高く維持することが可能である。
【００２３】
〔第二の実施形態〕
図３は、電力線搬送装置を用いた通信において、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分を備え、往路と復路の２本の電力線のそれぞれに電磁結合器を接続して電力線搬送装置間で通信する第二の実施形態を示したものである。
【００２４】
図３に示すように、電力線４の往路と復路に電磁結合器３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂをそれぞれ設置している。通信信号線２，６が電磁結合器３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂを貫通するルートについては、図３に示すように、電力線４に誘導される通信信号が、通信信号伝播ルート１２を循環するようなパスにすることが重要である。
【００２５】
通信信号線２と電磁結合器３ａ，３ｂを例に説明すると、通信信号線２が電磁結合器３ｂを図３の左から右に貫通し、電磁結合器３ａを右から左の貫通することが重要である。
【００２６】
これにより、電磁結合器３ａと電磁結合器３ｂとで電力線４の往路と復路にそれぞれ重畳する通信信号は電力線４上で加算されることになり、電力線４を伝播する通信信号は、電力線搬送装置１又は電力線搬送装置５から出力される通信信号の２倍になる。
【００２７】
通信信号線２が電磁結合器３ｂを左から右に貫通し、電磁結合器３ａでも左から右に貫通するように配線すると、電力線４に重畳される通信信号が互いに相殺することになり、原理的に通信できなくなる。
【００２８】
図３に示す構成とすることにより、以下の効果を奏する。図３に関して、コモンモード電流の発生に着目した等価回路を図４に示す。図４では、電力線搬送装置１，通信信号線２，電磁結合器３ａ，３ｂ，電力線４を中心に示している。電力線搬送装置１からの通信信号は、通信信号線２を介して、電磁結合器３ｂ，３ａのルートで出力される。電磁結合器３ａ，３ｂは、１次と２次が１対１の結合トランスであり、通信信号線２に流れた通信信号が電力線４に誘導される。誘導された通信信号は、通信信号伝播ルート１２のパスで電力線４を伝播する。
【００２９】
ここで、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは電力線４の往路と復路の線間インピーダンスであり、１３ｅ，１３ｆはコモンモードインピーダンス（電力線４と大地間のインピーダンス）である。電力線４ａに誘導された通信信号の一部は、各インピーダンス１３ａ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｃを介したルートのコモンモード電流１４ｂが流れる。
【００３０】
一方、電力線４ｂに誘導された通信信号の一部は、各インピーダンス１３ｄ，１３ｆ，１３ｅ，１３ｂを介したルートのコモンモード電流１４ａが流れる。コモンモード電流１４ａ，１４ｂは、逆方向の電流であるために互いに相殺し、電力線４の往路と復路の線間インピーダンス１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが等しければ、原理的にゼロになる。
【００３１】
つまり、コモンモード電流によって発生する妨害波電流を抑制することができ、電力線搬送装置と同一の周波数を扱う機器（例えば、ラジオ，無線装置など）への電波障害を抑制できる効果がある。
【００３２】
図５は、電磁結合器を１台使用した場合のコモンモード電流を測定する構成、図６は、電磁結合器を２台使用した場合のコモンモード電流を測定する構成、図７は、その測定結果を示した図である。
【００３３】
信号発生器５１から３０ＭＨｚまでの高周波信号を電磁結合器３に出力し、そのときのコモンモード電流を変流器ＣＴ５０で測定した。測定結果であるコモンモード電流は、図７から明らかなように、ＭＨｚ域の電力線搬送で認可されている２〜３０ＭＨｚにおいて、８〜９ＭＨｚ程度を除くほぼ全域で、２台の電磁結合器を電力線４の往路と復路に設置した場合の方が、１台の電磁結合器を往路あるいは復路に設置した場合より十分低くなっている。
【００３４】
図８，図９は、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させることによって通信路の減衰を低減できることを示すための減衰測定結果の一例である。
【００３５】
図１と図３の構成において、電力線搬送装置の代わりに減衰特性測定装置を接続している。電力線４の長さは１００ｍの平行ケーブルとし、両端に設置する電磁結合器部分の電力線４の往路と復路の線間距離が５cm程度あり、電磁結合器の右端の電力線の往路と復路の電力線密着部８の長さを６cm、電磁結合器の右端の往路と復路の電力線密着部９の長さを６cmとしたときの結果を図８に示し、電力線密着部８の長さを５０cm、電力線密着部９の長さを１００cmとしたときの結果を図９に示している。
【００３６】
図８に示す結果から密着長が短い、つまり密着度が低いときには、２〜３０ＭＨｚにおいて８５〜６０ｄＢ程度の通信路の減衰であるのに対し、図９に示す結果のように密着長が長い場合には、図８に示す結果より減衰が低減し、この場合には６０〜３０ｄＢ程度の通信路の減衰になる。
【００３７】
一般の電力線搬送装置では、信号減衰が６０ｄＢ程度であれば十分な通信速度を得ることができるので、図８，図９の結果、及び図示していないが、密着部の長さを変更して測定した結果から、電力線密着部８の長さは５０cm以上とすることが望ましい。なお、図８，図９において、電磁結合器を２台使用した場合は１台使用した場合より、減衰量が３ｄＢ低くなっているが、これは図３で説明したように、電力線４に重畳される信号が２倍になるためである。
【００３８】
図１０，図１１は、それぞれ電磁結合器の構造を示した図であり、図１０は鳥瞰図、図１１は開いた状態を示す図であり、電力線への電磁結合器の取付けが容易となるように半割れ構造としている。電磁結合器２５は、保護カバー１５ａで、フェライトコア１５ｂ又はアモルファスコア１５ｂを包むように構成されている。
【００３９】
〔第三の実施形態〕
図１２，図１３により第三の実施形態について説明する。図１２は、電力線密着部８，９での線間静電容量を増やして通信路の減衰量を一層低減させて通信速度向上や通信安定性を向上させるようにしたものである。
【００４０】
図１２に示す例は、図３の電力線搬送装置１，通信信号線２，電磁結合器３ａ，３ｂ，電力線４，電力線密着部８の部分を対象に示している。電力線密着部８を金属材で覆うことにより、後述するように、電力線４の導線と金属材間の静電容量を利用して、電力線４の往路と復路間の静電容量を増やすようにしている。金属材間を利用することにより、電力線４の往路と復路間の静電容量をほぼ２倍大きくすることができる。なお、金属材としては金属テープを電力線に巻きつけることで実現しても良い。
【００４１】
図１３は、電力線密着部８，９が図１２のように構成できない場合、つまり電力線４の往路と復路を密着させることができなくても、電力線４の往路と復路間の静電容量を増やすことができるようにしたものである。
【００４２】
図１３に示す例は、電力線の往路と復路をそれぞれ金属材１７で覆い、覆った金属材１７同士を金属材で接続したものである。このように構成した金属材１７の断面を図１４に示す。電力線４は、中心部の導線２６ｂ，２６ｄと、その外側の絶縁部２７ａ，２７ｃとで構成される。このように構成することにより図１２で示す例と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
図１５は、金属材を取付けることにより線間静電容量が増加することを説明するための図である。図１５（ａ）に示すように、電力線密着部８に金属材が取付けられていない場合には、導線８ｂ，８ｄ間の静電容量は、絶縁部８ａ，８ｃの誘電率と幅で決まり、導線８ｂ，８ｄ間の距離Ｄで静電容量（Ｃ０）がほほ決定される。つまり、導線８ｂの右側の絶縁部と導線８ｄの左側の絶縁部は線間静電容量には寄与しないので、電力線のほぼ半周の部分しか線間静電容量には寄与しないことになる。
【００４４】
一方、図１５（ｂ）や図１５（ｃ）に示すように、電力線が金属材１５や金属材１７で覆われている場合は、電力線の全周にわたって導線と金属材間で静電容量（Ｃ１、或いはＣ２）が形成できるため、電力線の線間静電容量は金属材がない場合より約２倍にすることができる。
【００４５】
〔第四の実施形態〕
ブレーカ近傍の電力線に電力線搬送装置用の電磁結合器を接続する第四の実施形態について説明する。図１６は、主ブレーカ２１，副ブレーカ１８，１９，２０を備える電力系統を利用して電力線搬送通信をする場合の通信構成の一例を示している。
【００４６】
単相及び三相ともブレーカの電力線端子は相互に離れているためにブレーカに接続される電力線は、往路と復路が密着されていないのが一般的である。このために、図１６に示すように、副ブレーカ１８のところに電力線搬送装置１を設ける場合には、電力線４を密着させ、金属材１６で密着させた部分を覆う。相互に通信する電力線搬送装置１，５に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分を備え、往路と復路の２本の電力線のそれぞれに電磁結合器３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂを接続して電力線搬送装置１，５間で通信する。
【００４７】
電磁結合器３ａ，３ｂと副ブレーカ１８間のケーブル長が１ｍ程度と比較的に長い場合には、この部分のケーブルを密着させることにより、十分な線間静電容量を得ることができるが、ケーブル長が比較的に短い場合には図１６に示すように、金属材１６を取付ける方が、通信速度向上でき、通信安定性を確保できる。また、この部分のケーブルを密着させることができない場合には、図１４に示した金属材１７を取付けると良い。
【００４８】
図１７に示す例は、電力線搬送装置５がトランス（一次側）及びコンデンサからなる結合器２２を利用して電力線４に接続される構成を示したものであり、通信信号伝播ルート１２を取付ける部分については図１２と同様である。この例では、結合器２２を接続した右側の部分電力線は密着させる必要がない。これは結合器２２により電力線４に電圧信号として通信信号が印加されるためである。電磁結合器３ａ，３ｂによって電力線に誘導される通信信号については、金属材１６による線間静電容量と結合器２２のコンデンサ，トランス（一次側），電力線密着部８によって形成される通信信号伝播ルートにより伝播ルートが確保できるために、電力線搬送装置１と５間での安定した通信が可能である。
【００４９】
以上説明したように、各実施例によれば、電力線搬送装置の電磁結合器を、貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアで構成し、貫通型のフェライトコア又は貫通型のアモルファスコアに電力線と通信信号線を貫通させ、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させる構成とすることにより、電力線の往路と復路間の静電容量が多くなり、通信信号である数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域の高周波信号に対するインピーダンスを低く抑えることが可能となり、電力線での通信信号の減衰を抑制させ、高い通信速度や安定した通信を得ることが可能となる。
【００５０】
又、相互に通信する電力線搬送装置に対してそれぞれ反対側の電力線の往路と復路を密着させた部分に金属材を巻きつけることにより、電力線の往路と復路間の静電容量が一層多くなり、電力線での通信信号の減衰をより一層抑制でき、さらに高い通信速度及びより一層の安定した通信を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施形態の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図２】本実施形態の他の例の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図３】本発明の第二の実施形態の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図４】コモンモード電流の発生を説明する等価回路の図である。
【図５】電磁結合器を１台使用した場合のコモンモード電流を測定する構成図である。
【図６】電磁結合器を２台使用した場合のコモンモード電流を測定する構成図である。
【図７】測定結果を示した図である。
【図８】電磁結合器の右端の往路と復路の密着部の長さを６cmとしたときの結果を示す図である。
【図９】密着部の長さを５０cm、密着部の長さを１００cmとしたときの結果を示す図である。
【図１０】電磁結合器の構造を示した斜視図である。
【図１１】電磁結合器の構造を示した平面図である。
【図１２】本発明の第三の実施形態の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図１３】本実施形態の他の例の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図１４】金属材の断面図である。
【図１５】金属材を取付けることにより線間静電容量が増加することを説明する図である。
【図１６】本発明の第四の実施形態の電力線搬送通信装置の構成図である。
【図１７】本実施形態の他の例の電力線搬送通信装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，５  電力線搬送装置
２，６  通信信号線
３，３ａ，３ｂ，７，７ａ，７ｂ  電磁結合器
４，１０，１１  電力線
８，９  電力線密着部
１５，１７  金属材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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