(57)【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システムに係る高周波注入装置であって、
前記高周波信号を供給する信号線と、前記信号線に流れる高周波信号を前記電力線に注入する管状の電力線インジェクション部と、両極から伸びる端子線により前記電力線間を接続して前記高周波信号をバイパスする容量素子と、前記信号線に流れる高周波信号を前記容量素子の端子線を介して前記電力線に注入する管状の容量インジェクション部と、を備え、
前記電力線インジェクション部はその内部を前記電力線が貫通するように各電力線に配置され、前記容量インジェクション部はその内部を前記端子線が貫通するように前記各端子線に配置され、前記信号線を一方の電力線に配置された電力線インジェクション部、及び一方の端子線に配置された容量インジェクション部に順次貫通させ、更に、該信号線を他方の端子線に配置された容量インジェクション部、及び他方の電力線に配置された電力線インジェクション部に順次貫通させてループを構成することを特徴とする電力線通信システムに係る高周波注入装置。
【請求項２】
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システムに係る高周波注入装置であって、
前記高周波信号を供給する信号線と、前記信号線に流れる高周波信号を前記電力線に注入する管状の電力線インジェクション部と、前記電力線間を接続して前記高周波信号をバイパスする容量素子と、前記信号線に流れる高周波信号を前記容量素子の端子線を介して前記電力線に注入する管状の容量インジェクション部と、を備え、
前記電力線インジェクション部はその内部を前記電力線が貫通するように何れか一方の電力線に配置され、前記容量インジェクション部はその内部を前記端子線が貫通するように何れか一方の端子線に配置され、前記信号線を前記電力線インジェクション部及び容量インジェクション部に順次貫通させてループを構成することを特徴とする電力線通信システムに係る高周波注入装置。
【請求項３】
前記容量インジェクション部は、前記電力線インジェクション部の近傍で、且つ該電力線インジェクション部から見て電力線通信を行う対向モデムが接続された側に配置され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に係る高周波注入装置。
【請求項４】
前記電力線インジェクション部と前記容量インジェクション部がノイズの重畳を招く程度に長い距離離間している場合、該電力線インジェクション部と容量インジェクション部とを接続する信号線をツイストペアー線により構成する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に係る高周波注入装置。
【請求項５】
前記容量素子の容量は、前記電力線の周波数で所定のインピーダンス以上になるように決定されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電力線通信システムに係る高周波注入装置。
【請求項６】
前記電力線インジェクション部及び前記容量インジェクション部は、前記高周波信号を送出する信号線を前記電力線に夫々磁気結合するように構成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電力線通信システムに係る高周波注入装置。
【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、電力線に高周波信号を磁気結合して注入する高周波注入装置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（１ＭＨｚ〜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６（Ａ−１）に示すようなコンデンサ５１、５２を電力線５３、５４に直接接続して信号線５０から高周波信号を注入するキャパシティブ方式や、図６（Ｂ−１）に示すようなフェライトコア５５、５６を用いてインジェクションするフェライト方式がある。図６（Ａ−２）、図６（Ｂ−２）に夫々の注入特性を図示する。電力線の線間インピーダンスの低い場合の極端な例としてショートした場合を（ｃ）、インピーダンスが高い場合の極端な例としてオープンにした場合を（ｂ）（（ｃ）、（ｂ）の場合は電力線には電力は供給していない）、電力線を９０Ωにて終端した場合を（ａ）として電力を供給して実験した。その結果、キャパシティブ方式（図６（Ａ−２））は電力線のインピーダンスが低い場合（ｃ）に注入効率が低下し、フェライト方式（図６Ｂ−２）では電力線のインピーダンスが高い場合（ｂ）に注入効率が低下することが解る。これらの特性を改善すべく両方式を併用したのが、図６（Ｃ−１）である。図の通り両方式を併用すると、図６（Ｃ−２）のように少し改善された注入特性が得ることができるが、インピーダンスが低いとき（ｃ）に信号帯域の低域において注入特性が低下することから、更に安定した注入方式が求められていた。
【０００３】
尚、日本の単相低圧配電システム（ＴＴシステム：図７参照）では、２本の電力線と大地に設置された中性線の３本の電力線から構成されている。従って、電力線に重畳された高周波信号は必ず中性線と他の電力線の一方に重畳されるので、１００Ｖの商用電源にモデムを接続すれば必ず高周波信号を受信することができる。
図７は、日本の配電システムに採用されているＴＴシステムの概念図である。柱上トランス４０の２次側は中点が接地線４１により大地に接地されている。従って、トランス４０の両端（電力線４２と４３の間）の電圧は２００Ｖであるが、中性線４４との間では夫々１００Ｖとなる。そして、その３線電力線は図示しない電力会社のブレーカを介して、需要家内の電力量計４９により電力が積算されて分電盤４５に入り、各ブレーカ４５ａ、４５ｂ、４５ｃを介して各家電機器４６、４７、４８に供給される。従って、例えば家電機器４６がＰＣであれば、電力線４２と中性線に重畳された高周波信号をＰＣ内の電力線モデムが送受信して通信を行うことができる。
またフェライトコアを用いた電磁誘導結合（磁気結合）回路にて信号をインジェクションするものとして、特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。
【特許文献１】特開２００６−２９５２４７公報
【特許文献２】特開２００４−２８９４５８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際には、電力線にはさまざまな電気製品が接続されるので、電力線のインピーダンスは大きく変化することになる。即ち、コンセントの挿抜によりインピーダンス状況が変動する環境であるため、図６に示した信号注入方式や、特許文献１、２に開示されている従来技術は、インピーダンスの変化によって、信号の注入効率が変化することになり、安定した通信が確保できないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、２本の電力線間に容量素子を接続し、この容量素子と各電力線に夫々高周波信号を注入するインジェクション部を備え、高周波信号を供給する信号線を各インジェクション部にループ状に貫通させることにより、電力線のインピーダンスが変動しても高周波信号の注入効率の低下を抑止する電力線通信システム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】
【０００５】
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システムに係る高周波注入装置であって、前記高周波信号を供給する信号線と、前記信号線に流れる高周波信号を前記電力線に注入する管状の電力線インジェクション部と、両極から伸びる端子線により前記電力線間を接続して前記高周波信号をバイパスする容量素子と、前記信号線に流れる高周波信号を前記容量素子の端子線を介して前記電力線に注入する管状の容量インジェクション部と、を備え、前記電力線インジェクション部はその内部を前記電力線が貫通するように各電力線に配置され、前記容量インジェクション部はその内部を前記端子線が貫通するように前記各端子線に配置され、前記信号線を一方の電力線に配置された電力線インジェクション部、及び一方の端子線に配置された容量インジェクション部に順次貫通させ、更に、該信号線を他方の端子線に配置された容量インジェクション部、及び他方の電力線に配置された電力線インジェクション部に順次貫通させてループを構成することを特徴とする。
電力線通信システムは、変圧器の２次側の電力線にインジェクション部を備え、モデムから送信した高周波信号を、インジェクション部を介して電力線に重畳してモデム間でデータの授受を行う電力線通信システムである。しかし、電力線は、負荷の変動によりインピーダンスが変化するため、高周波信号を注入する際にインピーダンスの変化により伝送特性が変動してしまうといった問題がある。そこで本発明では、インピーダンスが変動しても、各周波数帯域における伝送特性が変化しないように、電力線間を容量素子で接続して高周波的にバイパスし、各電力線と容量素子の両端子線に夫々インジェクション部を備え、各インジェクション部に直列的に信号線を貫通させて高周波信号を注入する。これにより、電力線のインピーダンスが変動しても、各周波数帯域における伝送特性を安定させることができる。
【０００６】
請求項２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システムに係る高周波注入装置であって、前記高周波信号を供給する信号線と、前記信号線に流れる高周波信号を前記電力線に注入する管状の電力線インジェクション部と、前記電力線間を接続して前記高周波信号をバイパスする容量素子と、前記信号線に流れる高周波信号を前記容量素子の端子線を介して前記電力線に注入する管状の容量インジェクション部と、を備え、前記電力線インジェクション部はその内部を前記電力線が貫通するように何れか一方の電力線に配置され、前記容量インジェクション部はその内部を前記端子線が貫通するように何れか一方の端子線に配置され、前記信号線を前記電力線インジェクション部及び容量インジェクション部に順次貫通させてループを構成することを特徴とする。
本発明は、インジェクション部を何れか一方の電力線と容量素子端子線側に挿入する。その結果、伝送特性のレベルは低下するが、インピーダンス変動に対して各周波数帯域における伝送特性は安定して得られる。これにより、伝送特性を維持しながら部品コストを低減することができる。
【０００７】
請求項３は、前記容量インジェクション部は、前記電力線インジェクション部の近傍で、且つ該電力線インジェクション部から見て電力線通信を行う対向モデムが接続された側に配置されることを特徴とする。
高周波信号を伝達する信号線は極力短い方が外来ノイズからの影響を受けにくくすることができる。その意味では、容量インジェクション部と電力線インジェクション部は離さずに配置した方が信号線を短く構成することができる。これにより、信号線を短く構成することができ、信号のＳ／Ｎを高くすることができる。
【０００８】
請求項４は、前記電力線インジェクション部と前記容量インジェクション部がノイズの重畳を招く程度に長い距離離間している場合、該電力線インジェクション部と容量インジェクション部とを接続する信号線をツイストペアー線により構成することを特徴とする。
インジェクション部により磁気結合される信号線は、大地からの電位差を極力無くすように配慮する必要がある。しかし、配線の都合により、容量インジェクション部と電力線インジェクション部を離して配置せざるを得ない場合もある。そのような時は、容量インジェクション部と電力線インジェクション部の間の信号線を撚り合わせてツイストペアー線により構成する。これにより、外来ノイズが信号線に重畳した場合でも、互いの電位差を打ち消し合うことができる。
【０００９】
請求項５は、前記容量素子の容量は、前記電力線の周波数で所定のインピーダンス以上になるように決定されることを特徴とする。
容量素子は電力線間に接続されるため、インピーダンスが低いと余分な電力を消費し、且つ容量素子の形状も大きくなる。容量素子は、電力線間を高周波的に短絡して、低周波（５０Ｈｚ）は極力通さないことが要求される。これにより、電力線のインピーダンスに影響を与えることなく、高周波をバイパスすることができる。
【００１０】
請求項６は、前記電力線インジェクション部及び前記容量インジェクション部は、前記高周波信号を送出する信号線を前記電力線に夫々磁気結合するように構成したことを特徴とする。
電力線に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線の表面に現れる。従って、信号線を電力線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を注入することができる。これにより、電力線の工事を行わずに高周波信号を注入することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力線間を容量素子で接続して高周波的にバイパスし、各電力線と容量素子の両端に夫々インジェクション部を備え、各インジェクション部に直列的に信号線を貫通させて高周波信号を注入するので、電力線のインピーダンスが変動しても、各周波数帯域における伝送特性を安定させることができる。
また、インジェクション部を何れか一方の電力線と容量素子端子側に挿入する。その結果、伝送特性の注入レベルは低下するが、電力線のインピーダンス変動に対して各周波数帯域における伝送特性は安定して得られるので、伝送特性を維持しながら部品コストを低減することができる。
また、容量インジェクション部と電力線インジェクション部を離さずに配置することで、信号線を短く構成することができ、信号のＳ／Ｎを高くすることができる。
【００１２】
また、容量インジェクション部と電力線インジェクション部の間の信号線を撚り合わせてツイストペアー線により構成するので、外来ノイズが信号線に重畳した場合でも、互いの電位差を打ち消し合うことができる。
また、容量素子は、電力線間を高周波的に短絡して、低周波（５０Ｈｚ）は極力通さないように容量値が決定させるので、電力線のインピーダンスに影響を与えることなく、高周波をバイパスすることができる。
また、信号線を電力線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注入することができるので、電力線の工事を行わずに高周波信号を注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は本発明の第１の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。この高周波注入装置１００は、電力線１、６にモデム１１から高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムに係る高周波注入装置１００であって、高周波信号を供給するループ状の信号線８と、信号線８に流れる高周波信号を電力線１、６に注入する管状のフェライトコア（電力線インジェクション部）２、７と、電力線１、６間を接続点９、１０に接続して高周波信号をバイパスするコンデンサ（容量素子）４と、信号線８に流れる高周波信号をコンデンサ４の端子線４ａ、４ｂを介して電力線１、６に注入する管状のフェライトコア（容量インジェクション部）３、５と、を備えて構成されている。
そして、フェライトコア２に電力線１を貫通させ、フェライトコア７に電力線６を貫通させ、また、フェライトコア３にコンデンサ４の端子線４ａを貫通させ、フェライトコア５にコンデンサ４の端子線４ｂを貫通させる。そして、信号線８が電力線１側にあるフェライトコア２及びフェライトコア３を順次貫通し、更に、電力線６側にあるフェライトコア５及びフェライトコア７を順次貫通するようにループを構成する。尚、各フェライトコアは、管状のコアを軸に沿って分割したものを電力線又は端子線を挟むように構成しても構わない。
【００１４】
電力線インジェクション部に用いるフェライトコア２、７は、電力線に流れる電流により飽和しない程度の磁束密度が必要になるので比較的大きなものとなるが、容量インジェクション部に用いるフェライトコア３、５はコンデンサ４を流れる電流が少ないために小型のものを用いることができる。
即ち、この電力線通信システムは、変圧器の２次側の電力線にインジェクション部を備え、モデムから送信した高周波信号を、インジェクション部を介して電力線に重畳してモデム間でデータの授受を行う電力線通信システムである。しかし、電力線１、６は、負荷の変動によりインピーダンスが変化するため、高周波信号を注入する際にインピーダンスの変化により伝送特性が変動してしまうといった問題がある（図６参照）。そこで本実施形態では、電力線１、６間を容量素子４で接続して高周波的にバイパスし、各電力線１、６と容量素子４の両端子線４ａ、４ｂに夫々フェライトコア２、７、３、５を備え、各フェライトコアに直列的に信号線８を貫通させて高周波信号を注入する。これにより、電力線１、６のインピーダンスが変動しても、各周波数帯域における信号注入特性を安定させることができる（詳細は後述する）。
【００１５】
また、高周波信号を伝達する信号線は極力短い方が外来ノイズからの影響を受けにくくすることができる。その意味では、各フェライトコア（即ち、容量インジェクション部と電力線インジェクション部）はできるだけ離さずに配置した方が信号線８を短く構成することができる。更に、モデム１１の近傍の信号線８は撚り合わせておく。これにより、信号線８を短く構成することができ、信号のＳ／Ｎを高くすることができる。
また、容量素子４は電力線１、６間に接続されるため、容量素子のインピーダンスが低いと余分な電力を消費し、且つ耐圧値も高くなるため容量素子４の形状が大きくなる。容量素子４は、電力線１、６間を高周波的に短絡して、低周波（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）は極力通さないことが要求される。このような条件を勘案し適切な容量素子を配置することにより、電力線１、６のインピーダンスに影響を与えることなく、高周波をバイパスすることができる。
また、電力線１、６に重畳された高周波信号は、表皮効果により電力線１、６の表面に現れる。従って、信号線８を電力線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を注入することができる。これにより、電力線の工事を行わずに高周波信号を注入することができる。
【００１６】
図２は本発明の第２の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。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。この高周波注入装置１１０は、電力線１、６にモデム１１から高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムに係る高周波注入装置１１０であって、高周波信号を供給するループ状の信号線８と、信号線８に流れる高周波信号を電力線６（電力線１でも可）に注入する管状のフェライトコア（電力線インジェクション部）７と、電力線１、６間を接続点９、１０に接続して高周波信号をバイパスするコンデンサ（容量素子）４と、信号線８に流れる高周波信号をコンデンサ４の端子線４ｂ（電力線１の場合は４ａ）を介して電力線６に注入する管状のフェライトコア（容量インジェクション部）５と、を備えて構成されている。
そして、フェライトコア７に電力線６を貫通させ、フェライトコア５にコンデンサ４の端子線４ｂを貫通させる。そして、信号線８が電力線６側にあるフェライトコア７及びフェライトコア５を順次貫通するようにループを構成する。尚、各フェライトコアは、管状のコアを軸に沿って分割したものを電力線又は端子線を挟むように構成しても構わない。
即ち、本実施形態は、フェライトコア７、５を一方の電力線６と容量素子端子４ｂ側に挿入する。その結果、伝送特性の注入レベルは低下するが、電力線インピーダンス変動に対して各周波数帯域における伝送特性は安定して得られる。これにより、部品コストを低減することができる。
【００１７】
図３は本発明の第３の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。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。この高周波注入装置１２０は、電力線インジェクション部（フェライトコア２、７）と容量インジェクション部（フェライトコア３、５）が離間しており、フェライトコア２、７とフェライトコア３、５との間にある信号線をツイストペアー線８ａにより構成している。
即ち、インジェクション部により磁気結合される信号線は、大地からの電位差を極力無くすように配慮する必要がある。しかし、配線の都合により、フェライトコア２、７とフェライトコア３、５を離して配置せざるを得ない場合もある。そのような時は、フェライトコア２、７とフェライトコア３、５の間の信号線を撚り合わせてツイストペアー線８ａにより構成する。これにより、外来ノイズが信号線８ａに重畳した場合でも、互いの電位差を打ち消し合うことができる。
【００１８】
図４は本実施形態の構成（図１）での注入特性を示す図である。縦軸に伝送特性（ｄＢ）、横軸に高周波信号の周波数（ＭＨｚ）を表す。パラメータとして、インピーダンスの低い場合の極端な例としてショートした場合を（ｃ）、インピーダンスが高い場合の極端な例としてオープンにした場合を（ｂ）（（ｃ）、（ｂ）の場合は電力線には電力は供給していない）、電力線を９０Ωにて終端した場合を（ａ）として電力を供給して実験した。この図から明らかなとおり、各パラメータにおいて略全周波数に亘って伝送特性が変化していないのが解る。
【００１９】
図５は本発明の高周波注入装置を組み込んだ実施例を説明する図である。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。この実施例では、電力量計１５、１６の宅内の電力線１、６に夫々本発明の高周波注入装置１００を取り付けたものである。高周波注入装置１００が１つの場合は、信号線８はフェライトコア３、５を貫通したところで終端するが、本実施例の場合は、終端せずに信号線（ツイストペアー線）１１を延長して隣接する電力量計１６に備えられた高周波注入装置１００のフェライトコア２、７、３、５を貫通して電力線１ａ、６ａに高周波信号を注入する。この図では、図示しない他の電力線に高周波信号を注入するための信号線（ツイストペアー線）１２を図示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。
【図４】本実施形態の構成（図１）での注入特性を示す図である。
【図５】本発明の高周波注入装置を組み込んだ実施例を説明する図である。
【図６】従来の電力通信システムに係る高周波注入装置の構成図である。
【図７】日本の配電システムに採用されているＴＴシステムの概念図である。
【符号の説明】
【００２１】
１、６  電力線、２、３、５、７  フェライトコア、４  コンデンサ、４ａ、４ｂ端子線、８  信号線、８ａ  ツイストペアー線、９、１０  導通接続点、１１  モデム、１００  高周波注入装置
【図１】
0005103595.tif 000002
【図２】
0005103595.tif 000003
【図３】
0005103595.tif 000004
【図４】
0005103595.tif 000005
【図５】
0005103595.tif 000006
【図６】
0005103595.tif 000007
【図７】
0005103595.tif 000008