(57)【要約】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。
2004112274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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Φ１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、
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Φ１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Φ２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。
【請求項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Φ１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かれ、前記強磁性体コアに前記磁束Φ１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Φ２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の巻線から分岐し、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。
【請求項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および第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Φ１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、
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Φ１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Φ２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。
【請求項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の巻線と、
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の強磁性体コアに巻かれた第３の巻線と、
前記第３の強磁性体コアに巻かれ、かつ前記第１の強磁性体コアに巻かれた第４の巻線と、
を備えた信号注入・抽出装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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の巻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。
【請求項１０】
前記第１の強磁性体コアがフェライトからなり、前記第２および第３の強磁性体コアが鉄またはケイ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。
【請求項１１】
前記第３の強磁性体コアに巻かれる第３の巻線の巻回数が、第４の巻線の巻回数よりも多い巻回数である請求の範囲第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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【背景技術】  電力線搬送通信システムにおいて、電力線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１１に示す。図１１では電力線１０１を通した強磁性体コア１０２があり、これに巻線１０３を巻回し、該巻線１０３に通信用高周波信号を流すことにより、電力線１０１に通信用高周波信号が重畳する。
逆に、電力線１０１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１０２を貫通することにより、強磁性体コア１０２に磁束を発生させ、この磁束により巻線１０３に通信用高周波信号の電流を誘導させることで、電力線１０１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１０１に負荷される５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ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１０２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１０２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巻線とは別の巻線を巻き、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、該巻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１２に示すように、電力線２０１を通した強磁性体コア２０２があり、これに巻線２０３を巻回し、この巻線に通信用高周波信号を流すことにより、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、さらに巻線２０４を強磁性体コア２０２に巻回し、この巻線２０４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の磁束をキャンセルすることができる。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、強磁性体コアに巻線を巻回し、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。
しかし、論理的には磁束をキャンセルできるが、実質的にはキャンセル用の巻線の仕様調整、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、キャンセル用の巻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ものである。
【発明の開示】
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、かつ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巻かれた第１の巻線と、前記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Φ１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、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Φ１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Φ２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ルするための電流を、アンプおよびローパスフィルタを通して第３の巻線に流す。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Φ１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かれ、前記強磁性体コアに前記磁束Φ１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Φ２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の巻線から分岐し、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。
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の巻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および第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Φ１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、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Φ１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Φ２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の強磁性体コアに巻かれ、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の巻線と、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の強磁性体コアに巻かれた第３の巻線と、前記第３の強磁性体コアに巻かれ、かつ前記第１の強磁性体コアに巻かれた第４の巻き線と、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５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚ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よ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って略完全に消去し、通信用信号の線状導体からの抽出、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５０Ｈｚや６０Ｈｚ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の巻線が複数配置さ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および第３の強磁性体コアが鉄またはケイ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、位相検出および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の強磁性体コアに巻かれる第３の巻線の巻回数が、第４の巻線の巻回数よりも多い巻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の巻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ブ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ブ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。
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１０は、信号注入時と信号抽出時の信号減衰量−長さ特性を示す特性図である。
図１１は、従来の信号注入・抽出装置を示す構成図である。
図１２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の巻線、４はアンプ、５はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、６，１４は第３の巻線、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）、１０は可変アンプ、１１，１５は強磁性体コア（第３の強磁性体コア）、１２，１６は第４の巻線、１３は電気回路手段、１７はネットワークアナライザである。
【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の巻線３が巻回される。電力線１に流れる第１および第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Φ１が発生し、第２の巻線３には磁束Φ１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４ａ、位相調整回路４ｂおよび電圧−電流変換回路４ｃを接続したものからなる。
電流−電圧変換回路４ａは強磁性体コア２の磁束Φ１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４ｂはその電圧を受けて、磁束Φ１をキャンセルする第２の周波数対応の磁束Φ２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４ｂで位相調整処理された電圧が、電圧−電流変換回路４ｃで電流値に変換され、磁束Φ２発生用電流として、次段のローパスフィルタ（ＬＰＦ）５を介し第３の巻線６に供給される。
このＬＰＦ５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（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）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（１．７ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）成分を除去する。ＬＰＦ５により低周波のみになった電流は、Φ２発生用電流として、第３の巻線６に流れる。
第３の巻線６は、前記強磁性体コア２に巻回されており、第３の巻線６を経由した電流にもとづく磁束Φ２がコア２に発生した磁束Φ１をキャンセルする。該磁束Φ２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の巻線３に流れる電流は、多少のロスを発生し、またＬＰＦ５から第３の巻線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によりそのロ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の巻線７により抽出できる。
一方、この装置を用いて、第１の巻線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、ＬＰＦ５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の巻線６とＬＰＦ５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の巻線６を用いて注入もしくは抽出するもので、第３の巻線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の巻線７の巻回は不要になる。
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に巻回された第２の巻線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１０に入り、増幅される。この可変アンプ１０は、図５に示すように、電流−電圧変換回路１０ａ、位相調整回路１０ｂ、ゲイン調整回路１０ｃおよび電圧−電流変換回路１０ｄを接続したものからなる。
電流−電圧変換回路１０ａは、強磁性体コア２の磁束Φ１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１０ｂはその電圧を受けて、磁束Φ１をキャンセルする第２の周波数対応の磁束Φ２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１０ｃにより利得調整された後、電圧−電流変換回路１０ｄにより電流値に変換される。この電流をΦ２発生用電流として、次段のＬＰＦ５を介して第３の巻線６に供給する。
また、このＬＰＦ５では、可変アンプ１０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の巻線６に流される。
第３の巻線６は第１の強磁性体コア２に巻回されており、電力線１により発生した強磁性体コア２の磁束Φ１をキャンセルする逆位相の磁束Φ２を発生する。
このとき、強磁性体コア２に発生する磁束Φ１のうち、第２の周波数を有する商用電流による磁束Φ２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の巻線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。前記飽和磁化を防止するために、強磁性体コア９は図３のようにギャ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の巻線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によりキャンセルするため、飽和磁化は発生しないので、強磁性体コア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の巻線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の強磁性体コアおよび第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Φ１を発生させる。
この磁束Φ１により、強磁性体コア９に巻回された第２の巻線３に電流を誘導させる。該電流は、電気回路手段１３の入力となる。電気回路手段１３は、図７に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３ａ、受信バッファ付きの電流−電圧変換回路１３ｂ、位相調整回路１３ｃ、ゲイン調整回路１３ｄ、電圧−電流変換回路１３ｅ等の回路を接続したものからなる。
その使用例としては、ＬＰＦ１３ａにより第１の周波数（高周波）を除去し、第２の強磁性体コア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１３ｂ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１３ｃは強磁性体コア２に生成するキャンセル磁界が、電力線によりコア２に形成されている磁界Φ１をキャンセルする方向となるように、第４の巻線１２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１３ｄ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が、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−電流変換回路１３ｅ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の巻線６にその電圧値に対応する電流を流す。
すなわち、第２の巻線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１３において、ＬＰＦ１３ａ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１１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１１には磁束Φ２が発生する。そして、該磁束Φ２は強磁性体コア１１に巻かれている第４の巻線１２に第２の周波数の電流を発生させる。第４の巻線１２は、一方では強磁性体コア１１に巻回され、他方で電力線１が貫通する強磁性体コア２にも巻回されている。
従って、第４の巻線１２に発生した第２の周波数の電流はキャンセル電流として、強磁性体コア２に逆位相の磁束Φ４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Φ３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に巻回された第１の巻線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Φ３と逆位相の磁束Φ４との大きさであるが、Φ３＋Φ４＝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Φ１により、第２の巻線３に注入される電流は、前記電気回路手段１３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１３と強磁性体コア２との間に強磁性体コア１１、第３の巻線６、第４の巻線１２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１３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において電力線１の電流に起因する磁束Φ３に対応できる逆位相の磁束Φ４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１１に巻回される第３の巻線６の巻回数が、第４の巻線１２の巻回数より多く巻回されることにより、目的を達しうる。
ところが、この巻回数の比が大きくなると、強磁性体コア１１における磁束密度が高くなりすぎ、飽和磁化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１３と強磁性体コア２との間に複数の強磁性体コア１１、１５を配置し、それぞれに、電気回路手段１３から並列に配された第３の巻線６、１４が巻回される。
一方、強磁性体コア２に巻回されている第４の巻線１２、１６も前記強磁性体コア１１、１５にそれぞれ巻回される。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１１、１５で電流を分担するため、飽和磁化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１１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１２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っても構わない。強磁性体コア２、９、１１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、また外周径と内周径との差と、重ね合わせのトータル厚みが等しくなるようにすると、巻線の巻回がしやすく、かつ巻回後の磁気特性も好ましい結果となる。
そして、各強磁性体コア２、９、１１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、強磁性体コア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イ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１１が該当する）、同様に、飽和磁束密度の大きい鉄若しくはケイ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および後述の図９では、全て強磁性体コア９、９ａとしてこのギャ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っても、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１３に大きな電流負荷をかけずに商用電流のキャ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１０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、強磁性体コア２、２ａ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、２ａに与える第４の巻線１２、１２ａには、大きな電流が流れるため、該巻線１２、１２ａ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１２、１２ａのインピーダンスを小さくすると、第１の巻線７、７ａ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、２ａ  を介して第４の巻線１２、１２ａ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１２、１２ａ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が、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、巻線１２、１２ａ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６０Ｈｚ、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１７（使用周波数１０ＭＨｚ）は市販品を流用した。強磁性体コア２、２ａ、９、９ａ、１１、１１ａについては、大きさは全て内径６０ｍｍ、外径１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍのドーナツ状とし、強磁性体コア２、２ａ（材質；フェライト）、強磁性体コア９、９ａ（材質；ギャップを有する鉄、ギャップ幅０．５ｍｍ）、強磁性体コア１１、１１ａ（材質；鉄）を用いた。電気回路手段１３、１３ａには、ＬＰＦ、受信バッファ、位置調整、ゲイン調整および電圧−電流変換の機能を組み込んである。
第１の巻線７、７ａは通信用であり、断面積０．２ｍｍ２、強磁性体コア２、２ａへの巻き数は各２ターン、第２の巻線３、３ａは位相検出用であり、断面積０．２ｍｍ２、強磁性体コア９、９ａへの巻き数は各２５０ターン、第３の巻線６、６ａは電流増幅用であり、断面積０．２ｍｍ２、強磁性体コア１１、１１ａへの巻き数は４００ターン、第４の巻線１２、１２ａは磁界キャンセル用であり、５．５ｍｍ２（ｓｑ）と８ｍｍ２（ｓｑ）の２種類を用いた。また、強磁性体コア１１、１１ａへの巻数は各１０ターン、強磁性体コア２、２ａへの巻数は各１ターンである。
前記条件で第４の巻線１２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の巻線１２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、キャンセル用巻線として使用した第４の巻線１２の長さであり、パラメータは該巻線の断面積（５．５ｓｑ、８ｓｑ）である。
縦軸はネットワークアナライザ１７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。この場合、第４の巻線１２の長さが２ｍ以上であれば減衰量は小さく、好ましくは３ｍ以上であれば減衰率１０ｄＢ以下となり、結合効率は十分と判断される。
すなわち、キャンセル用の巻線である、第４の巻線１２を長くすることにより、該巻線１２のインピーダンスを調整できる。但し、該巻線１２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って明らかである。
本出願は２００３年６月１７日出願の日本特許出願（特願２００３−１７１４６０）及び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、かつ容易に抽出できる。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の巻線のイ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、かつ注入するものに広く適用可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月28日(2004.12.28)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項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および第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の巻線と、
該第２の巻線より抽出した電流を処理し、前記第２の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の強磁性体コアに巻かれた第３の巻線と、
前記第３の強磁性体コアに巻かれ、かつ、前記第２の周波数の電流に対応する逆位相の磁束を発生させるため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４の巻線と、
を備えた信号注入・抽出装置。




【国際調査報告】
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