(57)【要約】【課題】従来の技術では不可能であった低圧線（Ｌ１−Ｎ系統、Ｌ２−Ｎ系統）と高圧線（Ｌ１線−Ｌ２線系統）間の通信を可能とする屋内電力線通信用の異相間通信装置を提供する。【解決手段】位相が１８０度異なるＬ１線およびＬ２線の２系統の電力線および中性線Ｎからなる単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置であり、Ｌ１線と中性線Ｎとの間に、トランス１７の一次巻線Ｌ１０と第１コンデンサＣ２の直列回路を接続し、Ｌ２線と中性線Ｎとの間に、トランス１７の二次巻線Ｌ２０と第２コンデンサＣ３の直列回路を、一次巻線に対して二次巻線が逆相になるように接続し、一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンスＭにより、Ｌ１線−中性線Ｎ系統、Ｌ２線−中性線Ｎ系統、およびＬ１線−Ｌ２線系統の相互間で、商用電源の周波数よりも十分高い搬送波を持つ信号の授受を行う構成とした。【選択図】  図１
2007082124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相が１８０度異なるＬ１線およびＬ２線の２系統の電力線および中性線Ｎからなる単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置であって、
前記Ｌ１線と中性線Ｎとの間に、トランスの一次巻線と第１コンデンサの直列回路を接続し、
前記Ｌ２線と中性線Ｎとの間に、前記トランスの二次巻線と第２コンデンサの直列回路を、前記一次巻線に対して二次巻線が逆相になるように接続し、
前記一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンスにより、Ｌ１線−中性線Ｎ系統、Ｌ２線−中性線Ｎ系統、およびＬ１線−Ｌ２線系統の相互間で、商用電源の周波数よりも十分高い搬送波を持つ信号の授受を行う構成としたことを特徴とする、単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置。
【請求項２】
前記信号の周波数は、２〜３０ＭＨｚである請求項１記載の、単相３線を用いた屋内電力通信用の異相間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋内の電力線を通信回線として利用する電力線通信において、単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内の電力線を通信回線として利用する電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）が注目されている。これは、電気のコンセントに通信用アダプタを設置してパソコンや電気器具などをつなぐことにより、２Ｍｂｐｓ〜３０Ｍｂｐｓのデータ通信や遠隔制御を行う技術である。この技術を用いることにより、新たにケーブルなどを屋内に敷設することなく、構内通信網（ＬＡＮ）やイントラネットを構築することができる。
【０００３】
一般的な屋内配線では、単相３線１００Ｖが用いられており、中性線Ｎを共通線として、位相差が１８０度のＬ１相とＬ２相の２種類があり、必要に応じてＬ１−Ｌ２間で２００Ｖとして利用されている。
【０００４】
図３は、単相３線電力線の屋内分電盤の概略構成を示す系統図である。分電盤の配線は、Ｌ１線電極プレート１１、Ｌ２線電力プレート１２、中性線Ｎ電極プレート１３で構成され、２系統に別れている。Ｌ１−Ｎ系統と、Ｌ２−Ｎ系統には、それぞれＡＣ１００Ｖの電圧が印加されており、Ｌ１−Ｌ２間ではＡＣ２００Ｖを取り出すことができる。
【０００５】
図４は、単相３線電力線を通信回線として使用した例を示す配電系統図であり、Ｌ１−Ｎ系統（ＡＣ１００Ｖ）には、ブレーカ１４を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１〜２３が接続されており、Ｌ２−Ｎ系統（ＡＣ１００Ｖ）には、ブレーカ１４を介してＰＣ２４，２５、テレビ２６が接続されており、Ｌ１−Ｌ２系統（ＡＣ２００Ｖ）にはブレーカ１４を介してクーラー２７が接続されている。図中１５は低圧配電線と電力線との間に設けられる漏電ブレーカ、１６は過電圧検出リード線である。図４に示すように、同一系統内のＰＣ２１〜２３間、およびＰＣ２４，２５、テレビ２６間はそれぞれ相互通信可能であるが、系統が異なる機器間、例えばＰＣ２１とＰＣ２４間、あるいは、ＰＣ２３とクーラー２７間は通信ができない。
【０００６】
Ｌ１線系統とＬ２線系統間の通信を実現する方法として、図５に示すように、Ｌ１線電極プレート１１とＬ２線電極プレート１２間をコンデンサＣ１で接続する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このコンデンサＣ１によって、ハイパスフィルタを構成し、低周波の商用電力（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）は通過せずに、高周波（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の信号のみを通過させることができ、これにより、Ｌ１−Ｎ系統とＬ２−Ｎ系統間で通信が可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０８１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｌ１線電極プレート１１とＬ２線電極プレート１２間をコンデンサＣ１で接続する方法では、図６に示すように、Ｌ１線とＬ２線に同じ信号１が流れているため、２００Ｖ系統であるＬ１線−Ｌ２線間ではその信号１を取り出すことができず、低圧線系統と高圧線系統間の通信はできない。
【００１０】
本発明は、従来の技術では不可能であった低圧線（Ｌ１−Ｎ系統、Ｌ２−Ｎ系統）と高圧線（Ｌ１線−Ｌ２線系統）間の通信を可能とする屋内電力線通信用の異相間通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は、位相が１８０度異なるＬ１線およびＬ２線の２系統の電力線および中性線Ｎからなる単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置であって、前記Ｌ１線と中性線Ｎとの間に、トランスの一次巻線と第１コンデンサの直列回路を接続し、前記Ｌ２線と中性線Ｎとの間に、前記トランスの二次巻線と第２コンデンサの直列回路を、前記一次巻線に対して二次巻線が逆相になるように接続し、前記一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンスにより、Ｌ１線−中性線Ｎ系統、Ｌ２線−中性線Ｎ系統、およびＬ１線−Ｌ２線系統の相互間で、商用電源の周波数よりも十分高い搬送波を持つ信号の授受を行う構成としたことを特徴とする、単相３線を用いた屋内電力線通信用の異相間通信装置である。
【００１２】
本発明においては、例えば、Ｌ１線と中性線Ｎとの間に２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの搬送波を有する交流信号ｅ１を印加すると、トランスの一次巻線と二次巻線の相互インダクタンス−Ｍ（Ｍ＞０）により、Ｌ２線と中性線Ｎとの間に、交流信号ｅ１に応じた信号ｅ２が誘導される。すなわち、Ｌ２線に、交流信号ｅ１が伝送されたことになる。さらに、Ｌ１線とＬ２線間に、ｅ３＝ｅ１−ｅ２なる差分電圧が表れる。ここで、一次巻線と二次巻線とは、逆相の関係であるので、ｅ１とｅ２は逆位相である。したがって、ｅ３として、信号ｅ１が増幅された信号が表れることになる。このようにして、低圧線相互間のみならず、低圧線と高圧線間にも、信号を伝送することが可能になる。
【００１３】
第１コンデンサと第２コンデンサは、中性線ＮとＬ１線間、および中性線ＮとＬ２線間に送電される商用電源（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）が一次巻線、二次巻線により短絡しないようにするためであり、信号の搬送波である高周波のみを通過させる機能を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｌ１線と中性線Ｎとの間に、トランスの一次巻線と第１コンデンサの直列回路を接続し、Ｌ２線と中性線Ｎとの間に、トランスの二次巻線と第２コンデンサの直列回路を、一次巻線に対して二次巻線が逆相になるように接続したので、一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンスにより、Ｌ１線−中性線Ｎ系統、Ｌ２線−中性線Ｎ系統、およびＬ１線−Ｌ２線系統の相互間で、信号の授受ができるようになり、これにより、従来の技術では不可能であった低圧線（Ｌ１−Ｎ系統、Ｌ２−Ｎ系統）と高圧線（Ｌ１線−Ｌ２線系統）間の通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明の基本的構成を示す回路図、図２は本発明の実施の形態を示す配電系統図である。
【００１６】
図１に示すように、Ｌ１線系統とＬ２線系統は、トランス１７とコンデンサＣ２，Ｃ３で構成される結合回路１８により結合されている。具体的には、Ｌ１線電極プレート１１と中性線Ｎ電極プレート１３の端子には、トランス１７の一次巻線を構成するインダクタンスＬ１０とコンデンサＣ２の直列回路が接続され、また、Ｌ２線電極プレート１２と中性線Ｎ電極プレート１３の端子には、トランス１７の二次巻線を構成するインダクタンスＬ２０とコンデンサＣ３の直列回路が接続されている。インダクタンスＬ１０とＬ２０は位相が逆相になるように接続されており、インダクタンスＬ１０とＬ２０との間は、相互インダクタンス−Ｍ（Ｍ＞０）で結合されている。コンデンサＣ２，Ｃ３は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電力周波数を含む１ｋＨｚ以下の信号をカットする目的で挿入されている。このコンデンサＣ２，Ｃ３により、信号帯域のみ、トランス１７の相互インダクタンス−Ｍを介してＬ１線とＬ２線間相互に信号を伝送することが可能になる。また、コンデンサＣ２，Ｃ３により、Ｌ１線と中性線ＮおよびＬ２線と中性線Ｎの１００Ｖが短絡することを防止している。
【００１７】
インダクタンスＬ１０を通る電流をｉ1、Ｌ１線と中性線Ｎとの間の電圧をｅ1とし、インダクタンスＬ２０を通る電流をｉ2、Ｌ２線と中性線Ｎとの間の電圧をｅ2とすると、次式が成立する。
【００１８】
【数１】
2007082124.tif 000003
【００１９】
ここで、ｉ1＝Ｉ1sinωt、ｉ2＝Ｉ2sin(ωt+α）とすると、式（１），（２）は次のようになる。但し、ωは注入される信号の角速度、αは位相である。
【００２０】
【数２】
2007082124.tif 000004
【００２１】
簡単のため、Ｉ2＝０とすると、式（３），（４）は次のようになる。
【００２２】
【数３】
2007082124.tif 000005
【００２３】
このように、Ｌ２−Ｎ系統には、Ｌ１−Ｎ系統から注入された信号の角速度ωに応じた信号が伝達される。
【００２４】
一方、高圧線であるＬ１線−Ｌ２線間には、ｅ3＝ｅ1−ｅ2なる信号が検出される。これを式（５），（６）を用いて表すと、次式のようになる。
【００２５】
【数４】
2007082124.tif 000006
【００２６】
（７）式において、
【００２７】
【数５】
2007082124.tif 000007
でない限り、ｅ3として、Ｌ１−Ｎ系統から注入された信号の角速度ωに応じた信号が伝達される。
【００２８】
このようにして、１００ＶのＬ１線系統とＬ２線系統間の通信のみならず、１００Ｖ系統と２００Ｖ系統間でも通信を実現することができる。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態を示す配電系統図である。Ｌ１−Ｎ系統（ＡＣ１００Ｖ）には、ブレーカ１４を介してＰＣ２１〜２３が接続されており、Ｌ２−Ｎ系統（ＡＣ１００Ｖ）には、ブレーカ１４を介してＰＣ２４，２５、テレビ２６が接続されており、Ｌ１−Ｌ２系統（ＡＣ２００Ｖ）には、ブレーカ１４を介してクーラー２７が接続されている。図中１５は低圧配電線と電力線との間に設けられる漏電ブレーカ、１６は過電圧検出リード線である。
【００３０】
Ｌ１線系統とＬ２線系統には、図１に示したトランス１７とコンデンサＣ２，Ｃ３を含む結合回路１８が接続されているため、同一系統内のＰＣ２１〜２３間、およびＰＣ２４，２５、テレビ２６間のみならず、系統が異なる機器間、例えばＰＣ２１とＰＣ２４間、あるいは、ＰＣ２３とクーラー２７間も通信が可能となる。
【００３１】
本実施の形態において、それぞれの系統（Ｌ１−Ｎ系統、Ｌ２−Ｎ系統、Ｌ１−Ｌ２系統）に５ｍの電力線を接続し、図１の構成の結合回路１８を接続した状態で、それぞれの相間で伝送特性を評価した結果、伝送可能なことを確認した。トランス１７の自己インダクタンスＬ１０，Ｌ２０、相互インダクタンスＭ、コンデンサＣ２，Ｃ３の各回路定数を適宜選ぶことにより、２〜３０ＭＨｚでの相互通信が可能である。
【００３２】
ちなみに、試験回路では、自己インダクタンスＬ１０＝Ｌ２０＝５〜２０μＨ、相互インダクタンスＭ＝４．５〜１８μＨ、コンデンサＣ２，Ｃ３のキャパシタンスＣ２＝Ｃ３＝５〜２０ｎＦとした。なお、相互インダクタンスＭは、結合係数をｋとすると、自己インダクタンスＬ１０，Ｌ２０との間に、次の関係が成り立つ。
【００３３】
【数６】
2007082124.tif 000008
【００３４】
本例の場合は、ｋ＝０．９である。コンデンサＣ２，Ｃ３および自己インダクタンスＬ１０，Ｌ２０の値は、上記の範囲であれば、透過特性において、低い周波数はカットし、信号帯域にフラットな特性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、従来の技術では不可能であった低圧線（Ｌ１−Ｎ系統、Ｌ２−Ｎ系統）と高圧線（Ｌ１線−Ｌ２線系統）間の通信を可能とする位相間通信装置として、単相３線を用いた屋内電力線通信の分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の基本的構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す配電系統図である。
【図３】単相３線電力線の屋内分電盤の概略構成を示す系統図である。
【図４】単相３線電力線を通信回線として使用した例を示す配電系統図である。
【図５】従来技術を示す配電系統図である。
【図６】従来技術の問題を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  Ｌ１線電極プレート
１２  Ｌ２線電力プレート
１３  中性線Ｎ電極プレート
１４  ブレーカ
１５  漏電ブレーカ
１６  過電圧検出リード線
１７  トランス
１８  結合回路
２１〜２５  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
２６  テレビ
２７  クーラー
Ｌ１０，Ｌ２０  自己インダクタンス
Ｍ  相互インダクタンス
【図１】
2007082124.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007082124.tif 000013
【図６】
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