(57)【要約】【課題】信号の出力を落とすことなく、コモンモード電流を効率的に抑圧する電力線搬送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１１０は、信号の送受を制御するＰＣ１と、ＰＬＣ機器３と接続するイーサネット（登録商標）２と、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行うＰＬＣ機器３と、ＰＬＣ機器３に電力を供給する電源ケーブル４と、電源ケーブル４から放射する妨害波を抑圧するコモンモードコイル１０と、ＡＣコンセント５と、を備えて構成されている。尚、ＰＬＣ機器３は、電源ケーブル４に高周波信号を重畳するモデムとアイソレータを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信装置と、前記電力線から放射する妨害波を抑圧するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部を前記電力線通信装置に電力を供給する電力線上に備え、且つ該電力線通信装置から所定の距離に離間して装着することを特徴とする電力線通信システム。
【請求項２】
前記フィルタ部は環状の磁性部材と、該磁性部材に巻き回された巻き線と、を備え、
前記電力線を前記磁性部材に所定回数巻き回すことにより前記フィルタ部を構成することを特徴とする請求項１に記載の電力線通信システム。
【請求項３】
前記電力線の全長をＬ１、前記電力線通信装置から前記フィルタ部を装着する位置までの距離をＬ２とした場合、
Ｌ２≧０．６５・Ｌ１
の関係を満足するように前記Ｌ２を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力線通信システム。
【請求項４】
前記電力線通信装置の使用周波数帯域が１５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの場合、前記巻き線の巻き回数を４回以上としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載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、電力線通信システムに関し、さらに詳しくは、電力線通信装置から放射する漏洩電磁波を抑圧する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭内に引き込まれている電力線を用いた通信システムを構築する場合、高周波信号（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯）を電力線に重畳させる手段が必要となる。その一つとして図７に示すようなコンデンサ５１を用いてインジェクションする方法がある。この方法は、家庭内に引き込まれている電力線５０に接続したＡＣコンセント５４に、モデム５３から延びるＡＣケーブル５２のＡＣプラグ５５を挿し込むことで、モデム５３の内部において、モデム回路５４が送信する高周波信号をコンデンサ５１を介しての容量結合により電力線５０に重畳するものである。またモデム５３が高周波信号を受信する場合は、電力線５０に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線５０の表面に現れるので、信号線５２を電力線５０の表面に挟み込むようにすれば、その間の磁気結合力により高周波信号のみを取り出すことができる。しかし、無線通信で利用している短波帯と同じ周波数を利用するため、漏洩する電磁波を抑える必要がある。漏洩電磁波は、特に、電力線から放射される妨害波（ノイズ）として無線利用に影響を及ぼす可能性があるためである。
【０００３】
例えば、図８に示すように、宅内電源配線６７によりＡＣコンセント６６、６６ａを介してＰＬＣ(Power Line Communication)機器６３、６３ａを接続し構築されるＰＬＣネットワークを考える場合、漏洩電磁波の発生源としてＰＬＣ機器（この例ではＰＬＣモデム）６３と、配線部分（ＡＣケーブル６４及びＡＣプラグ６５）が考えられる。ＰＬＣ機器６３からの漏洩電磁波の放射はＰＬＣ機器６３の内部で漏洩電磁波低減対策を行うことができるが、ＡＣケーブル６４からの漏洩電磁波の放射はＰＬＣ機器６３の対策だけでは充分に対応できない。
【０００４】
この漏洩電磁波を抑圧する従来技術として特許文献１には、ＰＬＣ機器のＡＣラインにコモンモード電流測定器を設けて、コモンモード電流の大きさに応じて電力線通信信号の出力を制御する電力線搬送通信装置について開示されている。
また、特許文献２には、コモンモードフィルタ（本発明のコモンモードコイルに相当）をＡＣケーブルに複数個配置し、ＰＬＣ装置に近いフィルタの巻き数を他のフィルタより多くする電力線搬送通信システムについて開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２０３４８１公報
【特許文献２】特開２００６−１６６０１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術は、コモンモード電流の大きさを根本的に抑圧するのではなく、信号の出力を抑圧するので、信号の伝送能力を低下させるといった問題がある。
また、特許文献２に開示されている従来技術は、ＡＣケーブルに複数個のフィルタ（コイル）を装着するため、部品コストが高くなるばかりでなく、装置が嵩張って大きくなるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、コイルを装着する位置とコイルに巻き回すＡＣケーブルの回数を最適化することにより、信号の出力を落とすことなく、コモンモード電流を効率的に抑圧する電力線搬送通信システムを提供することを目的とする。
また他の目的は、ＡＣケーブルに１個のコイルを装着するのみでコモンモード電流を効率的に抑圧して、部品コストの低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信装置と、前記電力線から放射する妨害波を抑圧するフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部を前記電力線通信装置に電力を供給する電力線上に備え、且つ該電力線通信装置から所定の距離に離間して装着することを特徴とする。
電力線通信装置から放射される漏洩電磁波は、電力線通信装置内部に対策を施すことにより抑圧することは可能である。しかし、電力線通信装置に電力を供給する電力線からも漏洩電磁波が放射される。即ち、ＡＣコンセントと電力線通信装置との間の電力線（ＡＣケーブル）から発生する漏洩電磁波はコモンモード電流が主要因であり、このコモンモード電流を抑圧することができれば、漏洩電磁波発生の抑圧が実現できる。そこで本発明では、電力線上にフィルタ部を装着し、そのフィルタ部を装着する位置を、電力線通信装置から所定の距離に離間して装着するものである。これにより、信号の出力を落とすことなく、コモンモード電流を効率的に抑圧することができる。
【０００８】
請求項２は、前記フィルタ部は環状の磁性部材と、該磁性部材に巻き回された巻き線と、を備え、前記電力線を前記磁性部材に所定回数巻き回すことにより前記フィルタ部を構成することを特徴とする。
電力線通信装置より信号が電力線を介して送出される。この信号はディファレンシャルモードで流れるが、電力線通信装置内部のコモンモードインピーダンスの差及び電力線のコモンモードインピーダンスの差により電力線の平衡度が崩れコモンモード電流が発生する。このコモンモード電流は磁性部材に電力線を巻きまわし、コモンモード電流により発生した磁界エネルギを磁性部材により消費させてコモンモード電流を抑圧することができる。即ち、フィルタ部としては、磁性部材と巻き線が必要であるが、電力線を磁性部材に巻き回すことで巻き線としてフィルタ部を構成するものである。これにより、磁性部材を電力線の適所に巻き回すだけで容易にフィルタ部を構成することができる。
【０００９】
請求項３は、前記電力線の全長をＬ１、前記電力線通信装置から前記フィルタ部を装着する位置までの距離をＬ２とした場合、Ｌ２≧０．６５・Ｌ１の関係を満足するように前記Ｌ２を決定することを特徴とする。
実験結果から、電力線の長さに比例して電力線通信装置からフィルタ部を装着する位置までの距離は長くなることが判っている。即ち、電力線通信装置から電力線の長さの６５％以上の位置にフィルタ部を装着すれば、所定の減衰量が得られる。これにより、電力線の長さが変化しても定量的にフィルタ部の装着位置を決定することができる。
【００１０】
請求項４は、前記電力線通信装置の使用周波数帯域が１５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの場合、前記巻き線の巻き回数を４回以上としたことを特徴とする。
電力線通信装置の使用周波数帯域としては２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚが考えられるが、本発明のフィルタ部は１５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域を利用する場合に特に抑圧効果が高いことが分かっている。そして、磁性部材に電力線を巻き回す回数により、抑圧効果が変化することが実験的に確認されている。即ち、巻き数を４回以上によりコモンモード電流が最も少なくなり、それ以上回数を増やしても変化がなかった。これにより、磁性部材に電力線を巻き回す回数を一義的に決定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信装置と、電力線から放射する妨害波を抑圧するフィルタ部と、を備え、フィルタ部を電力線通信装置に電力を供給する電力線上に備え、且つ電力線通信装置から所定の距離に離間して装着するので、信号の出力を落とすことなく、コモンモード電流を効率的に抑圧することができると共に、部品コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１（ａ）は電力線通信装置（以下、ＰＬＣ機器と記す）のコモンモード電流を測定する測定系の配置図であり、図１（ｂ）はコモンモード電流発生の原理を説明する模式図である。この測定系１００は、電圧基準となる金属面２６上に、その金属面２６から高さ４０ｃｍの台上部に配置された被試験ＰＬＣ機器２０を設置する。また、金属面２６にはインピーダンス安定回路網（以下、ＩＳＮ：Impedance Stabilization Network：と記す）２１と、対向ＰＬＣ機器２２と、擬似電源回路網２３と、電流測定器２５と、電源ケーブル２８に発生するコモンモード電流を検出するカレントプローブ２７と、を載置している。尚、本測定系１００では、電源ケーブル２８の長さを８０ｃｍ、カレントプローブ２７をＩＳＮ２１から１０ｃｍの位置に配置する。
【００１３】
次に図１（ｂ）を参照してコモンモード電流発生の原理を説明する。ＰＬＣ機器２０より信号３５が電源ケーブル２８を介して、ＩＳＮ２１を通り対向ＰＬＣ機器２２に送出される。この信号はディファレンシャルモードで流れるが、ＰＬＣ機器２０内部のコモンモードインピーダンスの差（Ｚａ−Ｚｂ）及び電源ケーブル２８のコモンモードインピーダンスの差（Ｚｃ−Ｚｄ）によりコモンモード電流が発生する。これらのコモンモード電流はカレントプローブ２７で検出されて電流測定器２５で測定される。
ここで試作したＰＬＣ機器を用いて図１（ａ）の測定系１００にてコモンモード電流の測定を行なった。測定条件としては、電源ケーブルの長さを８０ｃｍとし、測定周波数は１５ＭＨｚ〜２８ＭＨｚとした。このときのコモンモード電流は１９．５（ｄＢμＡ）〜２２．５（ｄＢμＡ）であった。この電流は後述する図３及び図４の「コイルなし」の電流範囲である。
【００１４】
図２は本発明の電力線通信システムに係るフィルタ部を表す図である。実際の電力線通信システムでは、これと同じものが対向するＰＬＣ機器側に存在し、電力線を介してネットワークを構成している。図２では説明を簡略化するために、一方のＰＬＣ機器側の構成のみを図示している。この電力線通信システム１１０は、信号の送受を制御するＰＣ１と、ＰＬＣ機器３と接続するイーサネット（登録商標）２と、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行うＰＬＣ機器（電力線通信装置）３と、ＰＬＣ機器３に電力を供給する電源ケーブル（電力線）４と、電源ケーブル４から漏洩する電磁波を抑圧するコモンモードコイル（フィルタ部）１０と、ＡＣコンセント５と、を備えて構成されている。尚、ＰＬＣ機器３は、電源ケーブル４に高周波信号を重畳するモデムとアイソレータを備えている。本発明のコモンモードコイル１０をＰＬＣ機器３に電力を供給する電源ケーブル４に備え、且つＰＬＣ機器３から所定の距離Ｌに離間して装着する。また、コモンモードコイル１０は環状のフェライトコア（磁性部材）１０ａと、フェライトコア１０ａに巻き回された巻き線１０ｂと、を備え、巻き線１０ｂとして電源ケーブル４をフェライトコア１０ａに所定回数巻き回すことによりコモンモードコイル１０を構成している。
【００１５】
ここで、コモンモードコイル（以下、ＣＭＣと記す）１０の最適な装着位置を実験的に見出すために、図１の測定系を使用して実験を行なった。図３は、そのときの測定条件を模式化した図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。尚、図３では電流測定器２５、対向ＰＬＣ機器２２、及び擬似電源回路網２３は図示を省略している。
測定条件として、ＰＬＣ機器３からＩＳＮ２１までの電源ケーブルの全長をＬ１（ｃｍ）、ＰＬＣ機器３からＣＭＣ１０までの距離をＬ２、カレントプローブ２７とＩＳＮ２１までの距離をＬ３＝１０ｃｍとする。尚、ＣＭＣは図２で示したように、電源ケーブル４をフェライトコア１０ａに所定回数巻き回すようにして装着する。
【００１６】
図４はＣＭＣ装着位置とコモンモード電流の関係を表す図である。縦軸にコモンモード電流（ｄＢμＡ）、横軸にＣＭＣ装着位置（ｃｍ）を示す。このときの測定条件として、Ｌ１＝８０ｃｍ、ＣＭＣ１０への巻き数を４ターンとし、Ｌ２を０〜８０ｃｍまで１０ｃｍきざみで装着した。また、使用周波数は１５、２０、２４、２８ＭＨｚである。
この図から解るとおり、ＣＭＣの位置が０ｃｍの場合は、一部の周波数を除いてコイルなし領域Ａと殆ど同じコモンモード電流値であり、ＣＭＣ１０を挿入した効果がないことが解る。次に順次ＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけていくと、ＣＭＣの位置が３０ｃｍのＱ点において全ての周波数で同じコモンモード電流値（約１７ｄＢμＡ）となる。更にＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけていくと、Ｐ点（５４ｃｍ：Ｌ１の６７．５％）において、コモンモード電流値が全ての周波数においてコイルなし領域Ａに比べて５ｄＢμＡ抑圧できることが解る。それ以降、ＣＭＣ位置を遠ざけるに従って、コモンモード電流値が減少する。しかし、Ｑ点を境に、抑圧量が周波数により変化するようになる。即ち、ＣＭＣ装着位置が８０ｃｍの点では、１５ＭＨｚ（符号３０）と２８ＭＨｚ（符号３１）では、約３ｄＢμＡの差が出てくる。
【００１７】
以上をまとめると、
１）ＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけるほどコモンモード電流値が少なくなる。
２）ＣＭＣ１０を３０ｃｍの位置にすると、周波数に関係なく一定のコモンモード電流値となる。
３）ＣＭＣ１０を５４ｃｍ以上にすると、コモンモード電流値が全ての周波数においてコイルなし領域Ａに比べて５ｄＢμＡ抑圧できる。
４）ＣＭＣ１０を５４ｃｍ以上にすると、コモンモード電流値が周波数に依存して変化する。
【００１８】
図５はＣＭＣ装着位置とコモンモード電流の関係を表す図である。縦軸にコモンモード電流（ｄＢμＡ）、横軸にＣＭＣ装着位置（ｃｍ）を示す。このときの測定条件として、Ｌ１＝１００ｃｍ、ＣＭＣ１０への巻き数を４ターンとし、Ｌ２を０〜１００ｃｍまで１０ｃｍきざみで装着した。また、使用周波数は１５、２０、２４、２８ＭＨｚである。
この図から解るとおり、ＣＭＣの位置が０〜２０ｃｍの場合は、一部の周波数を除いてコイルなし領域Ａと殆ど同じコモンモード電流値であり、ＣＭＣ１０を挿入した効果がないことが解る。次に順次ＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけていくと、ＣＭＣの位置が４０ｃｍのＱ点において全ての周波数で同じコモンモード電流値（約１８ｄＢμＡ）となる。更にＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけていくと、Ｐ点（６４ｃｍ：Ｌ１の６４％）において、コモンモード電流値が全ての周波数においてコイルなし領域Ａに比べて５ｄＢμＡ抑圧できることが解る。それ以降、ＣＭＣ位置を遠ざけるに従って、コモンモード電流値が減少する。しかし、Ｑ点を境に、抑圧量が周波数により変化するようになる。即ち、ＣＭＣ装着位置が１００ｃｍの点では、１５ＭＨｚ（符号３２）と２８ＭＨｚ（符号３３）では、約４．５ｄＢμＡの差が出てくる。
【００１９】
以上をまとめると、
１）ＣＭＣ１０をＰＬＣ機器３から遠ざけるほどコモンモード電流値が少なくなる。
２）ＣＭＣ１０を４０ｃｍの位置にすると、周波数に関係なく一定のコモンモード電流値となる。
３）ＣＭＣ１０を６４ｃｍ以上にすると、コモンモード電流値が全ての周波数においてコイルなし領域Ａに比べて５ｄＢμＡ抑圧できる。
４）ＣＭＣ１０を６４ｃｍ以上にすると、コモンモード電流値が周波数に依存して変化する。
【００２０】
この実験結果から、概ね電源ケーブル４の６５％以上の位置にＣＭＣ１０を装着すれば、大きなコモンモード電流抑圧効果が期待できるといえる。即ち、ＰＬＣ機器３から延伸する電源ケーブル４は、一定の長さではないので、ＣＭＣ１０を装着する位置がＰＬＣ機器３から常に一定の位置とは限らない。上記の実験により電源ケーブル４の長さが長いほど、ＣＭＣ１０を装着する距離は遠くなる。つまり電源ケーブル４の長さに応じて抑圧効果が高い位置にＣＭＣ１０を装着すればよい。また、実験結果から、電源ケーブル４の長さに比例してＰＬＣ機器３からＣＭＣ１０を装着する位置までの距離は長くなることが判っている。即ち、ＰＬＣ機器３から電源ケーブル４の長さの６５％以上の位置にＣＭＣ１０を装着すれば、所定の減衰量が得られるので、Ｌ２≧０．６５・Ｌ１の関係を満足するようにＬ２を決定すればよい。これにより、電源ケーブル４の長さが変化しても定量的にＣＭＣ１０の装着位置を決定することができる。
【００２１】
図６はＣＭＣ巻き数とコモンモード電流との関係を示す図である。縦軸にコモンモード電流（ｄＢμＡ）を示し、横軸にＣＭＣ巻き数を示す。測定条件として、Ｌ１＝８０ｃｍ、Ｌ２＝６０ｃｍ、使用周波数を２０．２４ＭＨｚとする。この図から解るとおり、ＣＭＣ巻き数が０〜２（Ｐ点）までは、コモンモード電流が略２４ｄＢμＡ一定であり、ＣＭＣ巻き数が２〜４（Ｑ点）までは、コモンモード電流が急激に減少して約１３ｄＢμＡとなり、ＣＭＣ巻き数が４〜６（Ｒ点）までは、殆ど変わらず一定値となる。
以上をまとめると、
１）ＣＭＣ巻き数が２以下では効果が殆どない。
２）ＣＭＣ巻き数が２以上からコモンモード電流が減少し始める。
３）ＣＭＣ巻き数が４以上で最小のコモンモード電流となる。
４）ＣＭＣ巻き数が４以上にしてもコモンモード電流は減少しない。
５）ＣＭＣ巻き数と周波数との間には相関がない。
【００２２】
この実験結果から、ＣＭＣ巻き数が４以上とすべきであり、４ターンが最適である。即ち、ＰＬＣ機器３の使用周波数帯域としては２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚが考えられるが、本発明のＣＭＣ１０は１５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域を利用する場合に特に抑圧効果が高いことが分かっている。そして、フェライトコア１０ａに電源ケーブル４を巻き回す回数により、抑圧効果が変化することが上記の実験により確認された。即ち、巻き数を４回以上にすることによりコモンモード電流が最も少なくなり、それ以上回数を増やしてもほとんど変化がなかった。これにより、フェライトコア１０ａに電源ケーブル４を巻き回す回数を一義的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は電力線通信装置（ＰＬＣ機器）のコモンモード電流を測定する測定系の配置図、（ｂ）はコモンモード電流発生の原理を説明する模式図である。
【図２】本発明の電力線通信システムに係るフィルタ部を表す図である。
【図３】測定条件を模式化した図である。
【図４】ＣＭＣ装着位置とコモンモード電流の関係を表す図である。
【図５】ＣＭＣ装着位置とコモンモード電流の関係を表す図である。
【図６】ＣＭＣ巻き数とコモンモード電流との関係を示す図である。
【図７】従来のフェライトコアを用いた信号重畳方式を説明する図である。
【図８】宅内電源配線によりＡＣコンセントを介してＰＬＣ機器により構築されるＰＬＣネットワークを説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ＰＣ、２  イーサネット（登録商標）、３  ＰＬＣ機器、４  電源ケーブル、５  ＡＣコンセント、１０  コモンモードコイル、１０ａ  フェライトコア、１０ｂ  巻き線、１１０  電力線通信システム
【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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