特開2016-201586(P2016-201586A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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  • 特開2016201586-経路分岐器および電圧分岐回路 図000003
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-201586(P2016-201586A)
(43)【公開日】2016年12月1日
(54)【発明の名称】経路分岐器および電圧分岐回路
(51)【国際特許分類】
   H04B 3/02 20060101AFI20161104BHJP
   H04B 3/54 20060101ALI20161104BHJP
【FI】
   H04B3/02
   H04B3/54
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2015-78260(P2015-78260)
(22)【出願日】2015年4月7日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】蒋 偉
【テーマコード(参考)】
5K046
【Fターム(参考)】
5K046AA03
5K046CC02
5K046CC08
5K046CC09
5K046PP07
5K046PS31
(57)【要約】
【課題】電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとを共存させた場合でも、配線経路を途中で2つに分岐可能とする。
【解決手段】電圧分岐回路2が、主経路Mから分離した電圧データ通信に用いる主電圧信号Vmを、分岐経路Aを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号Vaと、分岐経路Bを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号Vbとに分岐し、電流ループ回路3が、主経路Mから分離した電流データ通信に用いる主電流信号Imを、分岐経路Aを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号Ia、および、分岐経路Bを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号Ibとして、順にループさせる。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとが、データ通信時に共用する2芯ケーブルからなる配線経路を、2つに分岐するための経路分岐器であって、
主経路から分離した前記電圧データ通信に用いる主電圧信号を、第1の分岐経路を介した前記電圧データ通信に用いる第1の分岐電圧信号と、第2の分岐経路を介した前記電圧データ通信に用いる第2の分岐電圧信号とに分岐する電圧分岐回路と、
前記主経路から分離した前記電流データ通信に用いる主電流信号を、前記第1の分岐経路を介した前記電流データ通信に用いる第1の分岐電流信号、および、前記第2の分岐経路を介した前記電流データ通信に用いる第2の分岐電流信号として、順にループさせる電流ループ回路と
を備えることを特徴とする経路分岐器。
【請求項2】
請求項1に記載の経路分岐器において、
前記電圧分岐回路は、一次側が対をなす主コンデンサを介して前記主経路に接続されたインピーダンス変換トランスと、二次側が対をなす第1のコンデンサを介して前記第1の分岐経路に接続された第1の伝送線路トランスと、二次側が対をなす第2のコンデンサを介して前記第2の分岐経路に接続された第2の伝送線路トランスとを備え、これら第1および第2の伝送線路トランスの一次側が前記インピーダンス変換トランスの二次側に対して並列接続されていることを特徴とする経路分岐器。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の経路分岐器において、
前記電流ループ回路は、前記主経路の一方の線路と前記第1の分岐経路の一方の線路とを接続する第1のコイルと、前記第1の分岐経路の他方の線路と前記第2の分岐経路の一方の線路とを接続する第2のコイルと、前記第2の分岐経路の他方の線路と前記主経路の他方の線路とを接続する第2のコイルとを備えることを特徴とする経路分岐器。
【請求項4】
データ通信に用いる電圧信号を主経路から第1および第2の伝送経路に分岐する電圧分岐回路であって、
一次側が前記主経路に接続されたインピーダンス変換トランスと、二次側が前記第1の分岐経路に接続された第1の伝送線路トランスと、二次側が前記第2の分岐経路に接続された第2の伝送線路トランスとを備え、これら第1および第2の伝送線路トランスの一次側が前記インピーダンス変換トランスの二次側に対して並列接続されていることを特徴とする電圧分岐回路。
【請求項5】
請求項4に記載の電圧分岐回路において、
前記インピーダンス変換トランスは、二次側の特性インピーダンスとして、前記第1および第2の伝送線路トランスの一次側の特性インピーダンスの1/2の特性インピーダンスを有することを特徴とする電圧分岐回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、通信システム技術に関し、特に電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードが、データ通信時に共用する2芯ケーブルからなる配線経路を、2つに分岐するための経路分岐技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ビル設備や工業設備を管理する設備管理システムでは、例えば各種サーバとコントローラとの間のデータ通信を担う上位ネットワークとしてEthernet(登録商標)通信システムが用いられ、例えばコントローラと各ノードとの間のデータ通信を担う下位ネットワークとしてカレントループ通信システムが用いられている(例えば、特許文献1など参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005−348549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような従来技術では、電流値を切り替える方式であるため、通信速度が4800bps程度で非常に遅く、特に設備管理システムのインテリジェント化に伴い、下位ネットワークの高速化に対応できない。このような下位ネットワークを高速化する解決方法の1つとして、カレントループ通信システムをEthernet通信システムに置き換える方法がある。この際、既設のカレントループ用伝送ケーブル(2芯)をLANケーブル(4芯)に変更する必要があるが、実際には、相当な期間と費用が発生し、場合によってはケーブル変更が困難な場合もある。
【0005】
2芯のケーブルでデジタル通信を行う技術として、PLC(Power Line Communication:電力線搬送通信)方式がある。このPLC方式は、2芯の電力線で、Ethernet通信をはじめとする各種デジタル通信を実現する技術であり、このPLC方式を用いて、カレントループ通信システムとEthernet通信システムとを共存させる方法が考えられる。
【0006】
図2は、PLC方式を利用した通信システムの構成例である。すなわち、2芯の通信ケーブル40によりカレントループ通信を行うCノード11と、通信ケーブル40によりPLCモデム22を介してEthernet通信を行うEノード12とが混在する際、通信ケーブル40とCノード11との間にCPフィルタ31を接続して、通信ケーブル40からのPLC信号を遮断してカレントループ信号を通過させ、通信ケーブル40とPLCモデム22との間にPPフィルタ32を接続して、通信ケーブル40からのカレントループ信号を遮断してPLC信号を通過させるようにしたものである。
【0007】
一方、通信システムを実際に配置する場合、ノードの配置位置に応じて効率よく配線するため、通信ケーブルを途中で分岐させる場合がある。
図3は、通信ケーブルの分岐例を示す説明図である。図2の通信システムの場合、カレントループ通信の信号形態は電流信号であるため、図3の分岐例によれば、主経路Mおよび分岐例路A,Bにおける電流信号Im,Ia,Ibの値は等しくなるため、通信ケーブル40を途中で分岐させた場合でもカレントループ通信は維持されることになる。
【0008】
しかしながら、PLCモデム22を用いたEthernet通信の信号形態は電圧信号であるため、図3の分岐例によれば、主経路Mおよび分岐例路A,Bにおける電圧信号Vm,Va,Vbの値は等しくなくなり、実際には電圧信号VmがVa,Vbに分断されてしまうため、通信ケーブル40を途中で分岐させた場合、Ethernet通信ができなくなるという問題点があった。
【0009】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとを共存させた場合でも、配線経路を途中で2つに分岐できる経路分岐技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
このような目的を達成するために、本発明にかかる経路分岐器は、電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとが、データ通信時に共用する2芯ケーブルからなる配線経路を、2つに分岐するための経路分岐器であって、主経路から分離した前記電圧データ通信に用いる主電圧信号を、第1の分岐経路を介した前記電圧データ通信に用いる第1の分岐電圧信号と、第2の分岐経路を介した前記電圧データ通信に用いる第2の分岐電圧信号とに分岐する電圧分岐回路と、前記主経路から分離した前記電流データ通信に用いる主電流信号を、前記第1の分岐経路を介した前記電流データ通信に用いる第1の分岐電流信号、および、前記第2の分岐経路を介した前記電流データ通信に用いる第2の分岐電流信号として、順にループさせる電流ループ回路とを備えている。
【0011】
また、本発明にかかる上記経路分岐器の一構成例は、前記電圧分岐回路が、一次側が対をなす主コンデンサを介して前記主経路に接続されたインピーダンス変換トランスと、二次側が対をなす第1のコンデンサを介して前記第1の分岐経路に接続された第1の伝送線路トランスと、二次側が対をなす第2のコンデンサを介して前記第2の分岐経路に接続された第2の伝送線路トランスとを備え、これら第1および第2の伝送線路トランスの一次側が前記インピーダンス変換トランスの二次側に対して並列接続されている。
【0012】
また、本発明にかかる上記経路分岐器の一構成例は、前記電流ループ回路が、前記主経路の一方の線路と前記第1の分岐経路の一方の線路とを接続する第1のコイルと、前記第1の分岐経路の他方の線路と前記第2の分岐経路の一方の線路とを接続する第2のコイルと、前記第2の分岐経路の他方の線路と前記主経路の他方の線路とを接続する第2のコイルとを備えている。
【0013】
また、本発明にかかる電圧分岐回路は、データ通信に用いる電圧信号を主経路から第1および第2の伝送経路に分岐する電圧分岐回路であって、一次側が前記主経路に接続されたインピーダンス変換トランスと、二次側が前記第1の分岐経路に接続された第1の伝送線路トランスと、二次側が前記第2の分岐経路に接続された第2の伝送線路トランスとを備え、これら第1および第2の伝送線路トランスの一次側が前記インピーダンス変換トランスの二次側に対して並列接続されている。
【0014】
また、本発明にかかる上記電圧分岐回路の一構成例は、前記インピーダンス変換トランスが、二次側の特性インピーダンスとして、前記第1および第2の伝送線路トランスの一次側の特性インピーダンスの1/2の特性インピーダンスを有している。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとを共存させた場合でも、配線経路を途中で2つに分岐することが可能となる。したがって、本発明にかかる経路分岐器を配線経路の途中に配置することにより、配線経路の配置位置に制限されることなく、ノードの設置位置を選択することができ、通信システムさらには設備管理システムとして、自由度が高い柔軟性に富むシステムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明にかかる経路分岐器の構成を示す回路図である。
図2】PLC方式を利用した通信システムの構成例である。
図3】通信ケーブルの分岐例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[経路分岐器]
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態にかかる経路分岐器1について説明する。図1は、本発明にかかる経路分岐器の構成を示す回路図である。
【0018】
この経路分岐器1は、電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとが、データ通信時に共用する2芯ケーブルからなる配線経路を、2つに分岐する機能を有している。ここでは、ポートPmに接続された主経路Mを、ポートPaに接続された分岐経路(第1の分岐経路)Aと、ポートPbに接続された分岐経路(第2の分岐経路)Bとの2つに分岐する場合を例として説明する。
【0019】
経路分岐器1が適用される通信システムとしては、例えば、ビル設備や工業設備を管理する設備管理システムで用いられて、2芯ケーブルからなる配線経路により、電流信号を用いるカレントループ通信を行うノードと、電圧信号を用いるPLCモデムを介してEthernet通信を行うノードとが混在するような通信システムがある。
【0020】
経路分岐器1には、主な回路部として、電圧分岐回路2と電流ループ回路3とが設けられている。
電圧分岐回路2は、主経路Mから分離した電圧データ通信に用いる主電圧信号Vmを、分岐経路Aを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号(第1の分岐電圧信号)Vaと、分岐経路Bを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号(第2の分岐電圧信号)Vbとに分岐する機能を有している。
【0021】
具体的には、電圧分岐回路2は、一次側が対をなすコンデンサ(主コンデンサ)Cm1,Cm2を介して主経路Mに接続されたインピーダンス変換トランスTmと、二次側が対をなすコンデンサ(第1のコンデンサ)Ca1,Ca2を介して分岐経路Aに接続された伝送線路トランス(第1の伝送線路トランス)Taと、二次側が対をなすコンデンサ(第1のコンデンサ)Cb1,Cb2を介して分岐経路Bに接続された伝送線路トランス(第2の伝送線路トランス)Tbとを備え、これら伝送線路トランスTa,Tbの一次側がインピーダンス変換トランスTmの二次側に対して並列接続されている。
【0022】
インピーダンス変換トランスTmは、一次側と二次側とを電磁結合させることによりインピーダンス変換を行う、一般的なコンベンショナルトランスであり、一次側と二次側の巻線が電気的に分離されている。
一方、伝送線路トランスTa,Tbは、交流的には一次側と二次側とが電磁結合され、直流的には一次側と二次側とが接続された構成を有しているトランスである。
【0023】
コンデンサCm1,Cm2は、ポートPmに接続された主経路Mから主電圧信号Vmを主電流信号Imと分離して、インピーダンス変換トランスTmの一次側に入力する機能と、インピーダンス変換トランスTmの一次側から出力された主電圧信号Vmを主経路Mに重畳する機能とを有している。
【0024】
コンデンサCa1,Ca2は、伝送線路トランスTaの二次側から出力された分岐電圧信号Vaを、ポートPaに接続された分岐経路Aに重畳する機能と、分岐経路Aから分岐電圧信号Vaを分岐電流信号Iaと分離して、伝送線路トランスTaの二次側に入力する機能とを有している。
【0025】
コンデンサCb1,Cb2は、伝送線路トランスTbの二次側から出力された分岐電圧信号Vbを、ポートPbに接続された分岐経路Bに重畳する機能と、分岐経路Bから分岐電圧信号Vbを分岐電流信号Ibと分離して、伝送線路トランスTbの二次側に入力する機能とを有している。
【0026】
電流ループ回路3は、主経路Mから分離した電流データ通信に用いる主電流信号Imを、分岐経路Aを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号(第1の分岐電流信号)Ia、および、分岐経路Bを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号(第2の分岐電流信号)Ibとして、順にループさせる機能を有している。
【0027】
具体的には、電流ループ回路3は、主経路Mのうちの一方の線路Lm1と分岐経路Aのうちの一方の線路La1とを接続するコイル(第1のコイル)L1と、分岐経路Aのうちの他方の線路La2と分岐経路Bのうちの一方の線路Lb1とを接続するコイル(第2のコイル)L2と、分岐経路Bのうちの他方の線路Lb2と主経路Mのうちの他方の線路Lm2とを接続するコイル(第3のコイル)L3とから構成されている。
【0028】
[本実施の形態の動作]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる経路分岐器1の動作について説明する。
【0029】
[電圧信号の分岐動作]
まず、経路分岐器1における電圧信号に関する分岐動作について説明する。
主経路Mから入力された電圧データ通信に用いる主電圧信号Vmは、ポートPmを介して経路分岐器1に入力され、コンデンサCm1,Cm2により、主経路Mを流れる電流データ通信用の主電流信号Imと分離されて、電圧分岐回路2に入力される。
【0030】
この後、主電圧信号Vmは、インピーダンス変換トランスTmの一次側に入力され、インピーダンス変換されて二次側から出力され2つに分岐され、伝送線路トランスTa,Tbの一次側にそれぞれ入力される。
この際、伝送線路トランスTa,Tbの一次側および二次側は、分岐経路A,Bとインピーダンスマッチングさせるため、分岐経路A,Bの特性インピーダンス、例えばZo=120Ωと等しい特性インピーダンスを有している。
【0031】
同様に、インピーダンス変換トランスTmの一次側も、主経路Mとインピーダンスマッチングさせるため、主経路Mの特性インピーダンス、例えばZo=120Ωと等しい特性インピーダンスを有している。
一方、インピーダンス変換トランスTmの二次側は、伝送線路トランスTa,Tbの一次側の特性インピーダンスの1/2の特性インピーダンスを有している。
【0032】
このため、インピーダンス変換トランスTmの二次側と、伝送線路トランスTa,Tbの一次側との接続区間において、特性インピーダンスが整合され、インピーダンス変換トランスTmの二次側から出力された主電圧信号Vmは、1/√2だけ減衰する。
これにより、伝送線路トランスTaの二次側からは、Vm/√2に相当する振幅電圧を有する分岐電圧信号Vaが出力される。
同様に、伝送線路トランスTbの二次側からは、Vm/√2に相当する振幅電圧を有する分岐電圧信号Vbが出力される。
【0033】
この後、分岐電圧信号Vaは、コンデンサCa1,Ca2により、分岐経路Aを介した電流データ通信用の分岐電流信号Iaと合成されて、ポートPaに接続された分岐経路Aへ出力される。
また、分岐経路Aから入力された分岐電圧信号Vaについては、前述と逆順の信号経路を経た後、主電圧信号Vmとして、コンデンサCm1,Cm2により、主経路Mを介した電流データ通信用の主電流信号Imと合成されて、ポートPmに接続された主経路Mへ出力される。
【0034】
一方、分岐電圧信号Vbは、コンデンサCb1,Cb2により、分岐経路Bを介した電流データ通信用の分岐電流信号Ibと合成されて、ポートPbに接続された分岐経路Bへ出力される。
また、分岐経路Bから入力された分岐電圧信号Vbについては、前述と逆順の信号経路を経た後、主電圧信号Vmとして、コンデンサCm1,Cm2により、主経路Mを介した電流データ通信用の主電流信号Imと合成されて、ポートPmに接続された主経路Mへ出力される。
【0035】
[電流信号の分岐動作]
次に、経路分岐器1における電流信号に関する分岐動作について説明する。
主経路Mの線路Lm1から入力された電流データ通信に用いる主電流信号Imは、ポートPmを介して経路分岐器1の電流ループ回路3に入力される。ここで、コイルL1により、主経路Mを流れる電圧データ通信用の主電圧信号Vmと分離された後、分岐経路Aを流れる電圧データ通信用の分岐電圧信号Vaと合成され、分岐電流信号Iaとして、ポートPaに接続された分岐経路Aの線路La1に供給される。
【0036】
また、分岐経路Aに接続されたノード(図示せず)を介して線路La2に戻ってきた分岐電流信号Iaは、ポートPaを介して経路分岐器1の電流ループ回路3に入力される。ここで、コイルL2により、分岐経路Aの分岐電圧信号Vaと分離された後、分岐経路Bを流れる電圧データ通信用の分岐電圧信号Vbと合成され、分岐電流信号Ibとして、ポートPbに接続された分岐経路Bの線路Lb1に供給される。
【0037】
また、分岐経路Bに接続されたノード(図示せず)を介して線路Lb2に戻ってきた分岐電流信号Ibは、ポートPbを介して経路分岐器1の電流ループ回路3に入力される。ここで、コイルL3により、分岐経路Bの分岐電圧信号Vbと分離された後、主経路Mの主電圧信号Vmと合成され、主電流信号Imとして、ポートPmに接続された主経路Mの線路Lm2に供給される。
【0038】
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、電圧分岐回路2が、主経路Mから分離した電圧データ通信に用いる主電圧信号Vmを、分岐経路Aを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号Vaと、分岐経路Bを介した電圧データ通信に用いる分岐電圧信号Vbとに分岐し、電流ループ回路3が、主経路Mから分離した電流データ通信に用いる主電流信号Imを、分岐経路Aを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号Ia、および、分岐経路Bを介した電流データ通信に用いる分岐電流信号Ibとして、順にループさせるようにしたものである。
【0039】
また、電圧分岐回路2の具体的構成として、一次側が対をなす主コンデンサCm1,Cm2を介して主経路Mに接続されたインピーダンス変換トランスTmと、二次側が対をなすコンデンサCa1,Ca2を介して分岐経路Aに接続された伝送線路トランスTaと、二次側が対をなすコンデンサCb1,Cb2を介して分岐経路Bに接続された伝送線路トランスTbとを備え、これら伝送線路トランスTa,Tbの一次側をインピーダンス変換トランスTmの二次側に対して並列接続するようにしたものである。
【0040】
これにより、電流信号を用いた電流データ通信を行うノードと電圧信号を用いた電圧データ通信を行うノードとを共存させた場合でも、配線経路を途中で2つに分岐することが可能となる。したがって、本発明にかかる経路分岐器を配線経路の途中に配置することにより、配線経路の配置位置に制限されることなく、ノードの設置位置を選択することができ、通信システムさらには設備管理システムとして、自由度が高い柔軟性に富むシステムを構築することが可能となる。
【0041】
また、電圧分岐回路2において、インピーダンス変換トランスTmが、二次側の特性インピーダンスとして、伝送線路トランスTa,Tbの一次側の特性インピーダンスの1/2の特性インピーダンスを有するようにしたので、インピーダンス変換トランスTmの二次側と、伝送線路トランスTa,Tbの一次側との接続区間において、特性インピーダンスが整合され、インピーダンス変換トランスTmの二次側から出力された主電圧信号Vmの反射を抑制することができる。
【0042】
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0043】
1…経路分岐器、2…電圧分岐回路、3…電流ループ回路、Tm…インピーダンス変換トランス、Ta,Tb…伝送線路トランス、L1,L2,L3…コイル、Cm1,Cm2,Ca1,Ca2,Cb1,Cb2…コンデンサ、M…主経路、A,B…分岐経路、Lm1,Lm2,La1,La2,Lb1,Lb2…線路、Pm,Pa,Pb…ポート、Vm…主電圧信号、Va,Vb…分岐電圧信号、Im…主電流信号、Ia,Ib…分岐電流信号。
図1
図2
図3