JP3870280B2

JP3870280B2 - 空気調和機及び電力線通信システム

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Publication number: JP3870280B2
Application number: JP2004007441A
Authority: JP
Inventors: 浩一徳重; 康行小嶋; 辰美山内; 伊藤　　誠; 教之分校
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: CN1664458B; JP2005201504A; US20050188706A1; US7334417B2; CN1664458A

Description

本発明は、主に電力線を通信媒体として情報通信を行う空気調和機に関し、特にビル等において複数の区画領域に渡って空気調和を行ったり、空気調和と共に設備機器の集中制御、管理等を行ったりするものに好適である。

従来、配線数の低減を図るため、室内ユニットと室外ユニット間の電力線を介して通信を行う空気調和機が知られている。また、住宅設備機器等の集中制御、管理等において、電力線搬送通信を行い、信号の漏洩、混信を防止するため、電力線通信を行う領域内の２本の電力線に対してインピーダンスを平衡させ、ハイパスフィルタを取りつけることが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。

特開平７−２４５５７６号公報

ビル等での空気調和機は、室外ユニットと多数の室内ユニットを有し、各室内ユニットは部屋の間取りに対応して区分された複数領域に設定され、運転情報（運転／停止、運転モード、設定温度、設定風量、冷凍サイクル中の主要部の温度、圧力等）を制御情報として相互にやり取りしていること、比較的大電力が用いられることなどから、上記従来技術を空気調和機に適用したものでは、漏洩信号を低減することが困難である。そして、漏洩信号のため、実効伝送速度の低下を招き、例えば、室外ユニットから室内ユニットへ送信する膨張弁の開度信号が遅れると冷凍サイクルの制御が正常に行われなくなる恐れがある。

本発明の目的は上記課題を解決し、小規模から大規模なシステムにおいても配線等の据え付け工事を容易にすると共に、誤動作がなく、信頼性の高い空気調和機及び電力線通信システムを提供することにある。また、他の目的は、信頼性の高い電力線通信（電源線通信システム）を特別な装置を配置することなく、容易に行うことにある。

さらに、他の目的は、システム設計自由度を損なうことなく、省工事性を向上し、容易にリニューアルを可能にすることにある。

上記課題を解決するため本発明は、室外ユニットと室内ユニットとを電力線を介して通信を行う空気調和機において、前記室外ユニットと伝送線を介して接続されたブリッジ装置と、前記電力線からブロッキングフィルタを介して接続された前記室内ユニットと、を備え、前記ブリッジ装置の反室外ユニット側は前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間に接続され、前記ブリッジ装置は前記室外ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記電力線に重畳して送信し、重畳された信号は前記室内ユニットで受信されて復調されるものである。

また、上記のものにおいて、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間にノイズを印加するノイズ発生器を接続したことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設けたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間に前記領域間の漏洩信号より大きいノイズを印加することが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間にホワイトノイズを印加することが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間に複数段階の大きさのホワイトノイズを印加するノイズ発生器を接続したことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間にノイズを印加するノイズ発生器を接続し、該ノイズ発生器は、前記電力線のフロアノイズを測定する機能と、測定された値に関連して印加する前記ノイズの大きさを決定する機能を有したことが望ましい。

また、本発明は、室外ユニットと室内ユニットとで通信を行う空気調和機と、照明装置と、換気装置と、を有し、電力線を介して通信を行う電力線通信システムにおいて、前記電力線の通信領域をグループ分けし、グループ毎に前記通信領域が二次側となるように前記電力線の途中に設けられたブロッキングフィルタと、室外ユニットから伝送線を介して各前記通信領域の二次側に接続されたブリッジ装置と、前記通信領域の二次側に前記通信領域間の漏洩信号より大きいノイズを印加するノイズ発生器と、を備え、前記ブリッジ装置は前記室外ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記通信領域の二次側に重畳して送信し、重畳された信号は前記室内ユニットあるいは前記照明装置若しくは前記換気装置で受信されて復調されるものである。

さらに、上記のものにおいて、前記ノイズ発生器は、前記電力線のフロアノイズを測定する機能と、測定された値に関連して印加する前記ノイズの大きさを決定する機能を有したことが望ましい。

また、本発明は、送信ユニットと受信ユニットとを電力線を介して通信を行う電力線通信システムにおいて、前記電力線の通信領域をグループ分けし、グループ毎に前記通信領域が二次側となるように前記電力線の途中に設けられたブロッキングフィルタと、送信ユニットから伝送線を介して各前記通信領域の二次側に接続されたブリッジ装置と、前記通信領域の二次側に前記通信領域間の漏洩信号より大きいノイズを印加するノイズ発生器と、を備え、前記ブリッジ装置は前記送信ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記通信領域の二次側に重畳して送信し、重畳された信号は前記受信ユニットで受信されて復調されるものである。

本発明によれば、小規模から大規模なシステムにおいても配線等の据え付け工事を容易にすると共に、誤動作がなく、信頼性の高い空気調和機を得ることができる。特に、信頼性の高い電力線通信システムを容易に実現でき、空気調和と共に設備機器の集中制御、管理等のシステム設計自由度を損なうことなく、省工事性、リニューアル性を向上できる。

空調システムにおいて室内ユニット１は、部屋の間取りに対応して区分された複数領域に配置され、区分された領域毎にブリッジ装置４を設け、これを介して室外ユニット７と電力線を介して通信を行う。そして、ブリッジ装置４、室内ユニット１にスペクトラム拡散通信方式を用いた電力線通信モデム２、１９が設けられる。
領域を区分してブリッジ装置４を設けるので、部屋毎に制御条件が異なったとしても、伝送路を分離してトータルの通信スループットを上げることができる。しかし、スペクトラム拡散通信方式を用いた場合、広い周波数帯域に微弱なスペクトルを分散させるので、区分した領域間等での漏洩信号の影響を受け易くなる。また、CSMA/CDあるいはCSMA/CAなどの伝送路アクセス方式において、他の通信装置が送信していることをキャリア信号によって検出しているが、従来のベースバンドモデムや電話回線で使われるモデムのような通信機器の場合には入力信号の強度を判定して検出できる。しかし、スペクトラム拡散方式を用いた通信装置においては、入力信号と基準となる拡散信号との相関の強度を判定してキャリア検出とするために、特許文献１に記載されたキャリア検出での対策方法では充分ではない。以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、空気調和機を示し、室内ユニット１と室外ユニット７から形成され、室内ユニット1と室外ユニット７との間に冷媒を循環させる冷凍サイクル（図示せず）を備えている。室外ユニット７は、室外熱交換器に送風するファンや圧縮機などの室外ユニット７を駆動させる機器を制御する室外制御装置１５を備えている。室外制御装置１５は、室外熱交換器の温度、冷媒の圧力、外気温度、圧縮機の回転数などの運転データが入力され、これらの室外ユニット７側のデータと室内ユニット１内に備えられている室内制御装置３から送信されてくるデータとに基づいて室外ユニット７、つまり冷凍サイクルを制御する。室内ユニット１は、室内熱交換器に送風するファンなどの室内ユニット１を駆動させる機器を制御する室内制御装置３を備えている。室内制御装置３は、室内熱交換器の温度と、リモコンから室内ユニット１に入力された設定温度などのデータと、室外制御装置１５から送信されてくるデータとに基づいて室内ユニット１を制御する。

つまり、室内機−室外機間は運転情報（吸入圧力、吐出圧力、圧縮機温度、室外機膨張弁開度、室内機膨張弁開度、圧縮機電流値、圧縮機周波数、外気温度、蒸発温度、吸い込み温度、吹出し温度、ガス管温度、液管温度、設定温度等）を交換することで、つまり、室外制御装置１５と室内制御装置３との間でデータ通信を行い、各機器を制御する。
室外制御装置１５から送信する場合、室外制御装置１５に備えている通信回路１６により、室外制御装置１５内のマイコンから出力する通信データを信号パルスに変換し、伝送線１７を介してブリッジ装置４に入力する。ブリッジ装置４は通信回路１８を備えており信号パルスを通信データに変換し、ブリッジ装置内４内の電力線通信装置２にてスペクトラム拡散変調、例えば直接拡散方式により信号データにある帯域幅をもつ擬似乱数系列を乗算してデータ列自身の周波数帯域を広げ変調し、室内ユニット１用電力線１０に重畳して送信する。
室内ユニット１のアダプタ装置２１内にある電力線通信装置１９にて電力線に重畳されているスペクトラム拡散変調信号を受信、復調して通信データに変換して、通信回路２０により信号パルスに変換して室内制御装置３に入力する。室内制御装置３内にある通信回路２２にて信号パルスを通信データに変換し室内制御装置３内のマイコンで受信される。

室内制御装置３から送信する場合は、通信回路２２により、室内制御装置３内のマイコンから出力する通信データを信号パルスに変換し、アダプタ装置２１に入力する。そして、通信回路２０によりパルス信号を通信データに変換し、電力線通信装置１９にてスペクトラム拡散変調し、室内ユニット電力線１０に重畳する。電力線１０に重畳されたスペクトラム拡散変調信号は電力線通信装置２にて受信、復調し通信データに変換されて通信回路１８によりパルス信号に変換され、伝送線１７を介して室外制御装置１５に入力される。つぎに、通信回路１６により信号パルスを通信データに変換して室外制御装置１５内のマイコンで受信される。
室内ユニット１と電力線１０の途中にはブロッキングフィルタ５を設置する。ブロキングフィルタ５の機能は、一次側のノイズを減衰させると共に、電力線に重畳されているスペクトラム拡散変調信号を一次側へ漏洩させないことにある。これにより、ブロッキングフィルタ５の二次側を電力線通信専用の領域とし、使い勝手を向上させている。

次に、ブロッキングフィルタ５の二次側電力線１０に重畳される信号について図２を参照して説明する。
電力線通信装置２、１９の送信出力を図中Ｓ１とする。これに対して電力線１０の減衰や、信号の反射による劣化分などにより受信端では信号レベルがＳ２まで低下する。一方電力線１０に発するフロアノイズをＦＮとして、電力線通信装置２、１９の受信可能レベルの下限値Ｓ３がＳ３＝ＦＮ−ｄＳにあるとする。
他の電力線通信領域から電力線１０を伝導してくるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２と、電力線通信領域１３、１４内の電力線１０間で磁気結合または容量結合にて漏れてくるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４１とし、それらを合計した漏洩信号をＳ４とすると、Ｓ３＞Ｓ４の状態であれば、他電力線通信領域の信号を受信することはない。

一方、図３に示すように電力線通信装置２、１９の受信可能レベル下限値Ｓ３と、漏洩信号Ｓ４との関係が、Ｓ３＜Ｓ４となった場合、他の電力線通信領域からの信号を受信してしまう。この対策として、図４に示すように漏洩信号Ｓ４よりｄＳ以上のノイズＭＮを電力線１０に印加することにより他電力線通信領域からの漏洩信号Ｓ４を受信できなくする。また、ノイズＭＮを受信端信号レベルＳ２より小さな値とすることにより、本来の電力線通信領域内の通信に対して影響を与えることはない。

次に、上記で説明した電力線１０にノイズを印加する装置であるノイズ発生器６の詳細を説明する。
図５において、ノイズ源６として安価で入手性の良いツェナーダイオードを用いる。ツェナーダイオードはツェナーダイオードの順方向電流が小さくツェナー動作に入る前の状態でホワイトノイズが発生することが知られている。そして、このホワイトノイズのレベルが小さいため、増幅装置３２でノイズレベルを増幅する。また、スペクトル拡散周波数を図２で示したように１００〜４００ｋＨｚとしているので、４００ｋＨｚ以上の成分をカットするためのＬＰＦ３３を付けて不要スプリアスの低減を図っている。

さらに、ノイズ源であるツェナーダイオード３３で発生するホワイトノイズの大きさは、ばらつきが大きいので出力安定化回路３４を付加する。ＬＰＦ３３で不要スプリアスを低減した信号を更に出力増幅回路３５で増幅し、絶縁トランス３６にて室内ユニット用電力線１０に接続する。また電力線１０と絶縁トランス３６との間にコンデンサ３７を追加し、特に高周波成分のみを電力線１０に重畳するようにしている。

また、室内ユニット１またはブリッジ装置４は、各々の送信間隔を、任意に停止させる機能を有している。これにより、電力線通信を行う電力線１０の通信量を低減させることができるので、多数の室内ユニット１が接続されている場合でも空気調和機の制御に必要な最低限の通信を安定して行うことができる。

図５で示したノイズ発生器６に対して、印加するノイズの大きさを変更できるようにしたものを説明する。
図６において、手動で設定する例えば４ビットのスイッチ郡３８を設け、予めスイッチ郡の設定して出力増幅回路３５の増幅度を１６通りに変更可能としている。これによって、空気調和機としての施工、配線作業を行った後に、室内ユニット１と室外ユニット７の信号伝達を実際に行ってから、電力線１０に印加する雑音の大きさを決定することができ、信号の確実な伝達を可能にし、信頼性を向上することができる。

つぎに、電力線１０へ印加するノイズの大きさを自動で変更できるようにしたものを説明する。
図７において、ノイズ測定回路３９は、ノイズ発生器６からノイズを発生する前に、電力線１０のノイズの大きさを測定する。そのノイズの大きさに応じて、ノイズ量決定回路にてノイズの大きさを決定し、そのノイズの大きさに応じて出力増幅回路３５の増幅度を変更する。
つまり、ノイズを印加する前に、電力線１０のフロアノイズを絶縁トランス３６を介し、バンドパスフィルタを接続し、スペクトラム拡散周波数帯域の信号のみを抽出して測定値とする。そして、フロアノイズ自体のレベルは小さいため増幅回路で増幅し、フロアノイズは交流信号であるため、交流直流変換回路にて直流電圧に変換し、マイコンのアナログデジタル変換回路に入力する。マイコンにて、フロアノイズの１．２倍のノイズを出力するように演算し、出力増幅回路３５の増幅度を決定する。

これによって、空気調和機の実際の配線状況、実機状態においてノイズの大きさに応じて最適に電力線１０に印加するノイズの大きさが決定され、室内ユニット１と室外ユニット７の信号伝達を確実にし、冷凍サイクルの信頼性を向上することができる。

空気調和機だけでなく、照明装置や換気装置などの設備についても電力線通信で制御を行う例を図８に示す。
図８において、電力線１０と電力通信装置１９、通信装置５２を介して照明制御装置５０を接続し、室内ユニット制御装置３と通信を行う。これにより、室内ユニット１と照明制御装置５０にて制御される照明装置５１との連動制御が可能となる。また、電力線１０と電力線通信装置１９、通信装置５４を介して換気制御装置５２と接続し、室内ユニット制御装置３と通信を行う。これにより、室内ユニット１と換気制御装置５２により制御される換気装置５３との連動制御が可能となる。また、照明装置及び換気装置以外の設備についても同様に電力線通信を行うことにより連動制御が可能となる。

以上述べたように、他の電力線通信領域１３から漏洩してくるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２は極力受信しないようにするため、電力線通信を行う領域１３内に漏洩してくる信号よりも大きく、本来の電力線通信領域１３内の信号よりも小さなレベルの雑音を印加しているので、漏洩してくるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２を室内ユニット６及びブリッジ４は受信することがなく、本来の信号を正常に通信できるようになる。

また、電力線１０のノイズを測定し、ノイズの大きさにより通信装置内の相関器出力の判定閾値値を調整することにより電力線に雑音を印加せずに他電力線通信領域からの漏洩信号を受信しなくすることも可能である。

また、電力線の通信のデータ量が一定以上となった場合には、他の領域１３からのスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２によるものであると判定し、ノイズ発生器６の雑音出力を上限値まで増大させることが良い。

さらに、漏洩してくるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２だけを電気的にマスクすれば、室内ユニット６及びブリッジ４は、本来の信号を正常に通信できるようになり、誤動作をなくすことができる。
さらに、空調機の設置されている場所での他の領域１３からの漏洩であるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２の大きさにより、電力線１０に印加するノイズの大きさを、任意に手動で変更すれば、電気的にマスクするのに必要な電力線１０へのノイズ印加レベルを必要最小限とすることができ、印加するノイズの不要な輻射（スプリアス）を抑制することができる。

さらに、電力線のノイズを測定してそれに合わせて印加するノイズの大きさ決定することにより、空調機の設置されている場所での他の領域１３からの漏洩であるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２の大きさを、電気的にマスクするのに必要な電力線１０へのノイズ印加レベルを必要最小限とすることが自動的に行われ、通信中に据付け場所での電力線のノイズが変動した場合にも有効に維持できる。

さらに、電力線１０のノイズを測定し、ノイズの大きさにより通信装置内の相関器出力の判定閾値値を調整すれば、閾値の判定により電力線１０に印加するノイズの大きさを決定することになり、電力線１０に雑音を印加しなくても他電力線通信領域１３からの漏洩であるスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２を受信することがない。

さらに、空気調和機の通信量は統計的にほぼ一定値であることから、特別なノイズ計測装置を配置することなく、他の領域１３からのスペクトラム拡散変調信号Ｓ４２によるものを判定し、ノイズ発生器６の雑音出力を必要な上限値まで増大させても安定した通信を行うことができる。

一実施の形態による空気調和機を示すブロック図。一実施の形態による電力線に重畳する信号の周波数とレベルとの関係を示すグラフ。電力線に重畳する信号の周波数とレベルとの関係を示すグラフ。電力線に重畳する信号の周波数とレベルとの関係を示すグラフ。一実施の形態によるノイズ発生器を示すブロック図。他の実施の形態によるノイズ発生器を示すブロック図。さらに、他の実施の形態によるノイズ発生器を示すブロック図。他の実施の形態による空調システムを示すブロック図。

符号の説明

１…室内ユニット、２，１９…電力線通信機器、３…室内制御装置、４…ブリッジ装置、５…ブロッキングフィルタ、６…ノイズ発生器、７…室外ユニット、１０…電力線、１３，１４… 電力線通信領域、１５…室外制御装置、１６，１８，２０，２２，５２，５４…通信回路、１７…伝送線、Ｓ４１…電力線間で磁気結合、容量結合により発生する漏洩信号、Ｓ４２…ブロッキングフィルタから漏れる漏洩信号、Ｓ１…電力線通信装置送信出力レベル、Ｓ２…受信端スペクトラム拡散変調信号レベル、Ｓ３…電力線通信装置受信可能下限レベル、Ｓ４…他電力線通信領域からの漏洩信号レベル、ＦＮ…電力線通信領域内電力線のフロアノイズレベル、ｄＳ…フロアノイズと電力線通信装置受信可能下限レベルとの許容差。

Claims

室外ユニットと室内ユニットとを電力線を介して通信を行う空気調和機において、前記室外ユニットと伝送線を介して接続されたブリッジ装置と、前記電力線からブロッキングフィルタを介して接続された前記室内ユニットとを備え、前記ブリッジ装置は前記電力線を介して前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとに接続され、前記電力線にノイズを印加するノイズ発生器は前記電力線を介して前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとに接続され、前記ブリッジ装置は前記室外ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記電力線に重畳して送信し、重畳された信号は前記室内ユニットで受信されて復調されることを特徴とする空気調和機。
請求項１において、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設けたことを特徴とする空気調和機。
請求項１において、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間の電力線に前記グループ分けされた領域の電力線通信領域の漏洩信号よりも大きな信号レベルのノイズを印加することを特徴とする空気調和機。
請求項１において、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間の電力線にノイズを印加することを特徴とする空気調和機。
請求項１において、複数の前記室内ユニットをグループ分けし、グループ分けされた領域毎に前記ブリッジ装置及びブロッキングフィルタを設け、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間の電力線に前記グループ分けされた領域の電力線通信領域の漏洩信号よりも大きな信号レベルのホワイトノイズを印加するノイズ発生器を接続したことを特徴とする空気調和機。
請求項１において、前記ブロッキングフィルタと前記室内ユニットとの間の電力線にノイズを印加するノイズ発生器を接続し、前記グループ分けされた領域の電力線通信領域のノイズを測定し、測定されたノイズの値に関連して、前記電力線に印加するノイズの大きさを決定する機能を有したことを特徴とする空気調和機。
室外ユニットと室内ユニットとで通信を行う空気調和機と、照明装置と、換気装置と、を有し、電力線を介して通信を行う電力線通信システムにおいて、前記電力線の通信領域をグループ分けし、グループ毎に前記通信領域が二次側となるように前記電力線の途中に設けられたブロッキングフィルタと、室外ユニットから伝送線を介して各前記通信領域の二次側に接続されたブリッジ装置と、前記通信領域の二次側に前記通信領域間の漏洩信号より大きいノイズを印加するノイズ発生器と、を備え、前記ブリッジ装置は前記室外ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記通信領域の二次側に重畳して送信し、重畳された信号は前記室内ユニットあるいは前記照明装置若しくは前記換気装置で受信されて復調されることを特徴とする電力線通信システム。
請求項７に記載のものにおいて、前記ノイズ発生器は、前記電力線のフロアノイズを測定する機能と、測定された値に関連して印加する前記ノイズの大きさを決定する機能を有したことを特徴とする電力線通信システム。
送信ユニットと受信ユニットとを電力線を介して通信を行う電力線通信システムにおいて、前記電力線の通信領域をグループ分けし、グループ毎に前記通信領域が二次側となるように前記電力線の途中に設けられたブロッキングフィルタと、
送信ユニットから伝送線を介して各前記通信領域の二次側に接続されたブリッジ装置と、前記通信領域の二次側に前記通信領域間の漏洩信号より大きいノイズを印加するノイズ発生器と、を備え、前記ブリッジ装置は前記送信ユニットからの信号をスペクトラム拡散変調して前記通信領域の二次側に重畳して送信し、重畳された信号は前記受信ユニットで受信されて復調されることを特徴とする電力線通信システム。