JP2011150849A - シールドケーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で車両におけるモータ内の分担電圧の不均一を抑制することができるシールドケーブルを提供する。
【解決手段】車両の電源からインバータIを介してモータMに至る経路において、インバータIと負荷との間にて三相交流電力を伝送する3本の被覆電線11の周囲をシールド導体15で覆って構成されるシールドケーブル10であって、各被覆電線11は、共に複数本の単位導体12を互いに接触状態で並列させてなるフラット導体13を絶縁被覆14によって覆った被覆電線11により構成され、シールド導体15は、単位導体12の並び方向に沿って対向しつつ絶縁被覆14に密着している。
【選択図】図2
【解決手段】車両の電源からインバータIを介してモータMに至る経路において、インバータIと負荷との間にて三相交流電力を伝送する3本の被覆電線11の周囲をシールド導体15で覆って構成されるシールドケーブル10であって、各被覆電線11は、共に複数本の単位導体12を互いに接触状態で並列させてなるフラット導体13を絶縁被覆14によって覆った被覆電線11により構成され、シールド導体15は、単位導体12の並び方向に沿って対向しつつ絶縁被覆14に密着している。
【選択図】図2
Description
本発明は、シールドケーブルに関する。
ハイブリッド車や電気自動車等の車両に配索される電線の省スペース化、軽量化や電線の配索の容易化が検討されており、その方法の一つとして、フラットな形状の導体を絶縁被覆で覆ったフラットケーブルを用いることが考えられている。
このフラットケーブルは、断面形状が略矩形であるため、デッドスペースが少なく、また表面積が大きく放熱性が良いため、通電電流を大きく出来ることに加えて、フラット形状であるため折り曲げが容易であり、電線の配索が容易になるという特徴を有する。
ハイブリッド車や電気自動車等のモータ駆動の車両では、バッテリからの電力は、インバータにより交流に変換されて三相交流としてモータに与えられている。
ここで、インバータからの出力は、パルス電圧であるため、インバータからの出力電圧には急峻な立ち上がり部に高周波成分を含んでいる。
このフラットケーブルは、断面形状が略矩形であるため、デッドスペースが少なく、また表面積が大きく放熱性が良いため、通電電流を大きく出来ることに加えて、フラット形状であるため折り曲げが容易であり、電線の配索が容易になるという特徴を有する。
ハイブリッド車や電気自動車等のモータ駆動の車両では、バッテリからの電力は、インバータにより交流に変換されて三相交流としてモータに与えられている。
ここで、インバータからの出力は、パルス電圧であるため、インバータからの出力電圧には急峻な立ち上がり部に高周波成分を含んでいる。
車両に使用されるモータは、一般に、複数のコイルが直列に接続されたものが用いられているが、このようなモータの入力端子に高周波成分が印加されると、モータ内の浮遊静電容量のために直列に接続された複数のコイルのうち、入力端子に近い側により高い電圧が分担される。車両のインバータの出力の増大に伴って、入力端子に近い側のコイルに絶縁破壊電圧を超える電圧が分担されるおそれがあり望ましくない。
その対策として、インバータ出力側(モータ入力側)に、特許文献1に示すように、LCRフィルタ回路を接続することで、フィルタ作用によりサージを抑制することが考えられる。
しかしながら、インバータ出力側にフィルタ回路を接続する場合には、フィルタ回路の分だけ部品点数が多くなってしまう。
一方、インバータとモータとの接続に本来的に必要なケーブルがモータ内の分担電圧の不均一抑制機能を有するとすれば、極めて合理的である。
一方、インバータとモータとの接続に本来的に必要なケーブルがモータ内の分担電圧の不均一抑制機能を有するとすれば、極めて合理的である。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易な構成で車両におけるモータ内の分担電圧の不均一を抑制することができるシールドケーブルを提供することを目的とする。
本発明に係るシールドケーブルは、車両の電源からインバータを介してモータに至る経路において、前記インバータと前記モータとの間にて三相交流電力を伝送する3本の被覆電線の周囲をシールド導体で覆って構成されるシールドケーブルであって、前記各被覆電線は、扁平な形状のフラット導体を絶縁被覆によって覆ったフラット電線により構成され、前記シールド導体は、前記フラット導体の扁平な面に沿って対向しつつ前記絶縁被覆に密着しているところに特徴を有する(手段1)。
手段1の構成によれば、被覆電線のフラット導体は、同一断面積の丸形(断面円形)の芯線と比較して表面積が大きくなるため、この増加した表面積に応じてシールド導体との間の静電容量を丸形のシールドケーブルよりも大きくすることができる。よって、この静電容量によりインバータの出力に含まれるサージを吸収できるため、丸形の被覆電線から構成されるシールドケーブルを用いる場合と比較して、車両内におけるモータ内の分担電圧の不均一を抑制することができる。また、3本の被覆電線の周囲にシールド導体が密着することでフラット導体とシールド導体との間の距離が短くなり静電容量が大きくなるため、よりモータ内の分担電圧の不均一を抑制することができる。さらに、被覆電線がフラット電線であることにより、外気に触れる面積が大きくなって放熱性が良くなることに加えて、フラットな形状であるため折り曲げが容易になり、電線の配索を容易にすることができる。また、丸形のケーブルを並列に密着させて配置した場合に生じる絶縁被覆同士の接触部分の上下に生じる谷間(デッドスペース)が生じないため、配索スペースを小さくすることができる。
手段1の構成に加えて、前記フラット導体は、複数本の単位導体を互いに接触状態で並列させることで扁平な形状をなしているようにしてもよい(手段2)。
手段1の構成に加えて、前記フラット導体は、平角導体であるようにしてもよい(手段3)。
手段1ないし手段3のいずれかの構成に加えて、前記3本の被覆電線は、互いの側面部のうち少なくとも一箇所は当接するように並列されており、前記シールド導体は、前記3本の被覆電線の周囲を一括して覆っているようにしてもよい(手段4)。
手段1の構成に加えて、前記フラット導体は、平角導体であるようにしてもよい(手段3)。
手段1ないし手段3のいずれかの構成に加えて、前記3本の被覆電線は、互いの側面部のうち少なくとも一箇所は当接するように並列されており、前記シールド導体は、前記3本の被覆電線の周囲を一括して覆っているようにしてもよい(手段4)。
手段1ないし手段3のいずれかの構成に加えて、前記3本の被覆電線は、前記扁平な面と直交する方向に重ねて配置されており、前記シールド導体は、前記3本の被覆電線の周囲を一括して覆っているようにしてもよい(手段5)。
手段5の構成に加えて、前記シールド導体は、隣り合う前記被覆電線の間に進入しているようにしてもよい(手段6)。
手段5の構成に加えて、前記シールド導体は、隣り合う前記被覆電線の間に進入しているようにしてもよい(手段6)。
本発明によれば、簡易な構成で車両におけるモータ内の分担電圧の不均一を抑制することができるシールドケーブルを提供することができる。
<実施形態1>
以下、本発明を具体化した実施形態1のシールドケーブル10について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態のシールドケーブル10は、図1に示すように、電気自動車等の車両内における走行用の動力源を構成するバッテリB(電源)、インバータI、モータMのうち、インバータIとモータMとの間に配索されるものである。なお、以下では、上下方向、左右方向については、図2を基準とする。
以下、本発明を具体化した実施形態1のシールドケーブル10について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態のシールドケーブル10は、図1に示すように、電気自動車等の車両内における走行用の動力源を構成するバッテリB(電源)、インバータI、モータMのうち、インバータIとモータMとの間に配索されるものである。なお、以下では、上下方向、左右方向については、図2を基準とする。
シールドケーブル10は、3本の被覆電線11と、3本の被覆電線11の周囲に密着して覆うシールド導体15とからなる。
被覆電線11は、車両内にて三相交流の電力を伝送できるように3本備えられており、共に同一形状の扁平なフラット電線であって、3本の被覆電線11は、互いの側面部11Aが密着(当接)して並列配置されている。
被覆電線11は、車両内にて三相交流の電力を伝送できるように3本備えられており、共に同一形状の扁平なフラット電線であって、3本の被覆電線11は、互いの側面部11Aが密着(当接)して並列配置されている。
各被覆電線11は、共に複数本の単位導体12を互いに接触状態で並列させたフラット導体13と、フラット導体13の周囲を覆う絶縁被覆14とから構成されている。
単位導体12は、多数の銅又は銅合金の金属素線を螺旋状に撚り合わせてなる撚り線が用いられている。なお、撚り線に代えて一本の太径の芯線からなる単芯線を単位導体として用いることも可能である。
単位導体12は、多数の銅又は銅合金の金属素線を螺旋状に撚り合わせてなる撚り線が用いられている。なお、撚り線に代えて一本の太径の芯線からなる単芯線を単位導体として用いることも可能である。
絶縁被覆14は、PE等の合成樹脂が用いられており、単位導体12の周囲をほぼ一様な厚みで覆うことで長方形状の外周を有している。
このような形状の被覆電線11(フラット電線)は、表面積が大きく放熱性が良いため送電特性が良く、フラット形状であることにより折り曲げが容易になり電線の配索がしやすいという特徴を有する。
このような形状の被覆電線11(フラット電線)は、表面積が大きく放熱性が良いため送電特性が良く、フラット形状であることにより折り曲げが容易になり電線の配索がしやすいという特徴を有する。
シールド導体15は、金属素線がメッシュ状に編み込まれてなる筒状の編組線であって、3本の被覆電線11の全体における外面(外周)の絶縁被覆14に密着(扁平な面15Aに沿って対向しつつ絶縁被覆14に密着)している。
ここで、バッテリBからの電力は、インバータIにより交流に変換され三相交流でモータMに与えられているが、インバータIからの出力は、PWM制御によるパルス電圧であるため、インバータIからの出力電圧には急峻な立ち上がり部に高周波成分を含んでいる。
一方、シールドケーブル10におけるフラット導体13と、シールド導体15との金属同士の間には、静電容量が生じるため、この静電容量を大きくすればモータM内に生じる分担電圧の不均一を抑制することが可能になる。
一方、シールドケーブル10におけるフラット導体13と、シールド導体15との金属同士の間には、静電容量が生じるため、この静電容量を大きくすればモータM内に生じる分担電圧の不均一を抑制することが可能になる。
以下では、本実施形態のフラット電線を用いたシールドケーブル10と、円形(丸形)の電線Wを用いたシールドケーブルSC1,SC2との静電容量を比較する。
図3は、断面が円形の芯線W1が絶縁被覆W2により覆われてなる丸形の3本の被覆電線Wをシールド導体S1により一括して覆って構成されるシールドケーブルSC1を表し、図4は、丸形の3本の被覆電線Wを俵積み(正三角形状に配置)し、その周囲をシールド導体S2により一括して覆ったシールドケーブルSC2を表す。
それぞれのシールドケーブルの通電可能な電流値が等しくした場合の金属導体(芯線W1、フラット導体13)とシールド導体との間の静電容量は以下の通りであった。
図3は、断面が円形の芯線W1が絶縁被覆W2により覆われてなる丸形の3本の被覆電線Wをシールド導体S1により一括して覆って構成されるシールドケーブルSC1を表し、図4は、丸形の3本の被覆電線Wを俵積み(正三角形状に配置)し、その周囲をシールド導体S2により一括して覆ったシールドケーブルSC2を表す。
それぞれのシールドケーブルの通電可能な電流値が等しくした場合の金属導体(芯線W1、フラット導体13)とシールド導体との間の静電容量は以下の通りであった。
シールドケーブルSC1(円形,横並び) → 90〜120[pF/m]
シールドケーブルSC2(円形,俵積み) → 100〜110[pF/m]
シールドケーブル10(フラット,横並び) → 180〜220[pF/m]
シールドケーブルSC2(円形,俵積み) → 100〜110[pF/m]
シールドケーブル10(フラット,横並び) → 180〜220[pF/m]
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
被覆電線11のフラット導体13は、同一断面積の丸形(断面円形)の単位導体(丸形の芯線)と比較して表面積が大きくなるため、この増加した表面積に応じてシールド導体15との間の静電容量を丸形のシールドケーブルよりも大きくすることができる。よって、この静電容量によりモータM内に生じる分担電圧の不均一を低減できるため、丸形の被覆電線から構成されるシールドケーブルを用いる場合と比較して、車両内におけるモータM内に生じる分担電圧の不均一を抑制することができる。また、3本の被覆電線11の周囲にシールド導体15が密着することでフラット導体13とシールド導体15との間の距離が短くなり静電容量が大きくなるため、より分担電圧の不均一を抑制することができる。さらに、被覆電線11がフラット電線であることにより、外気に触れる面積が大きくなって放熱性が良くなることに加えて、フラットな形状であるため折り曲げが容易になり、電線の配索を容易にすることができる。また、丸形のケーブルを並列に密着させて配置した場合に生じる絶縁被覆14同士の接触部分の上下に生じる谷間(デッドスペース)が生じないため、配索スペースを小さくすることができる。
被覆電線11のフラット導体13は、同一断面積の丸形(断面円形)の単位導体(丸形の芯線)と比較して表面積が大きくなるため、この増加した表面積に応じてシールド導体15との間の静電容量を丸形のシールドケーブルよりも大きくすることができる。よって、この静電容量によりモータM内に生じる分担電圧の不均一を低減できるため、丸形の被覆電線から構成されるシールドケーブルを用いる場合と比較して、車両内におけるモータM内に生じる分担電圧の不均一を抑制することができる。また、3本の被覆電線11の周囲にシールド導体15が密着することでフラット導体13とシールド導体15との間の距離が短くなり静電容量が大きくなるため、より分担電圧の不均一を抑制することができる。さらに、被覆電線11がフラット電線であることにより、外気に触れる面積が大きくなって放熱性が良くなることに加えて、フラットな形状であるため折り曲げが容易になり、電線の配索を容易にすることができる。また、丸形のケーブルを並列に密着させて配置した場合に生じる絶縁被覆14同士の接触部分の上下に生じる谷間(デッドスペース)が生じないため、配索スペースを小さくすることができる。
<実施形態2>
実施形態2のシールドケーブル20を図5を参照して説明する。
実施形態1では、被覆電線11を横並びに配置したが、実施形態2のシールドケーブル10は、図5に示すように、被覆電線11を上下(単位導体12の並び方向と直交する方向)に重ねて配置したものである。以下、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態2のシールドケーブル20を図5を参照して説明する。
実施形態1では、被覆電線11を横並びに配置したが、実施形態2のシールドケーブル10は、図5に示すように、被覆電線11を上下(単位導体12の並び方向と直交する方向)に重ねて配置したものである。以下、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
被覆電線11の間(隣り合う被覆電線11の間)には、2枚のシールド導体21が重なって構成される仕切り壁部22が設けられている。このうち上段と中段の被覆電線11の間には、右端側(一方の側)から仕切り壁部22が被覆電線11の左側(他方の側)のシールド導体21と接触するところまで進入しており、これにより、上段と中段の被覆電線11の間はシールドされている。
中段と下段の被覆電線11の間には、左端側から仕切り壁部22が被覆電線11の右側のシールド導体21と接触するところまで進入しており、これにより、中段と下段の被覆電線11の間はシールドされている。
これにより、上下に積層された3本の被覆電線11の外周に密着して一括してシールドするとともに、各被覆電線11の間は、仕切り壁部22により全体が仕切られているため、各被覆電線11ごとにシールドされている。
これにより、上下に積層された3本の被覆電線11の外周に密着して一括してシールドするとともに、各被覆電線11の間は、仕切り壁部22により全体が仕切られているため、各被覆電線11ごとにシールドされている。
このシールドケーブル20の形成は、実施形態1の筒状のシールド導体15よりも電線挿通孔(筒の内側)の大きいシールド導体21の内部に被覆電線11を横並びに配して、左側の被覆電線11を中間の被覆電線11の上にシールド導体21とともに折り曲げ、右側の被覆電線11を中間の被覆電線11の下にシールド導体21とともに折り曲げることで、シールドケーブル10を形成することができる。
<実施形態3>
実施形態3のシールドケーブル30を図6を参照して説明する。
実施形態2では、横長の筒状のシールド導体21を折り畳んで被覆電線11間をシールド層で仕切る構成としたが、実施形態3のシールドケーブル30は、図6に示すように、シールド導体31に予め各被覆電線11間を仕切る仕切り壁部32が設けられているものである。
実施形態3のシールドケーブル30を図6を参照して説明する。
実施形態2では、横長の筒状のシールド導体21を折り畳んで被覆電線11間をシールド層で仕切る構成としたが、実施形態3のシールドケーブル30は、図6に示すように、シールド導体31に予め各被覆電線11間を仕切る仕切り壁部32が設けられているものである。
シールド導体31は、被覆電線11をほぼ隙間なく収容可能な収容室33が上下に3室設けられており、これにより、上下に積層された3本の被覆電線11の外周に密着して一括してシールドするとともに、各収容室33の間は、仕切り壁部32により全体が仕切られているため、各被覆電線11ごとにシールドされている。
<実施形態4>
実施形態4のシールドケーブル40を図7を参照して説明する。
実施形態2及び実施形態3では、上下3段に積み重ねられたシールドケーブル20,30は、隣接する被覆電線11の間がシールド導体21,31によりシールドされている構成であったが、実施形態4のシールドケーブル40は、隣接する被覆電線11の間はシールドされておらず、3本の被覆電線11の全体の周囲のみをシールド導体41により一括してシールドするものである。
このシールド導体41は、上下に重ねられた3本の被覆電線11に密着して覆うことができる大きさの筒状をなしている。
このように構成した場合のシールドケーブル40の静電容量は、180〜220[pF/m]となり、円形のシールドケーブルと比較して静電容量が大きくなるため、分担電圧の不均一を抑制することができる。
実施形態4のシールドケーブル40を図7を参照して説明する。
実施形態2及び実施形態3では、上下3段に積み重ねられたシールドケーブル20,30は、隣接する被覆電線11の間がシールド導体21,31によりシールドされている構成であったが、実施形態4のシールドケーブル40は、隣接する被覆電線11の間はシールドされておらず、3本の被覆電線11の全体の周囲のみをシールド導体41により一括してシールドするものである。
このシールド導体41は、上下に重ねられた3本の被覆電線11に密着して覆うことができる大きさの筒状をなしている。
このように構成した場合のシールドケーブル40の静電容量は、180〜220[pF/m]となり、円形のシールドケーブルと比較して静電容量が大きくなるため、分担電圧の不均一を抑制することができる。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)フラット導体や、被覆電線(フラット電線)の径、シールド導体の材質、金属素線の径等は、実施形態1に開示したものに限られず、3本のフラット電線にシールド導体が単位導体の並び方向に沿って対向しつつ絶縁被覆に密着していればよい。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)フラット導体や、被覆電線(フラット電線)の径、シールド導体の材質、金属素線の径等は、実施形態1に開示したものに限られず、3本のフラット電線にシールド導体が単位導体の並び方向に沿って対向しつつ絶縁被覆に密着していればよい。
(2)上記実施形態における被覆電線11は、複数本の単位導体12を互いに接触状態で並列させたフラット導体13としたが、これに限られない。例えば、断面が概ね長方形状をなす単一の平角導体であるフラット導体52が絶縁被覆53で覆われて構成された被覆電線51を用いてもよい。例えば、図8に示すように、実施形態1と同様に3本の被覆電線51を隣り合う被覆電線51の側面部の間が当接するように横並びに配置してシールド導体15により一括して覆ってシールドケーブルを構成してもよい。
また、図9,図10に示すように、実施形態2及び実施形態3と同様に被覆電線51を上下に積み重ねて配置し、隣り合う被覆電線の間にシールド導体21(31)を進入させつつ3本の被覆電線51を一括してシールドしたシールドケーブルとしてもよい。
さらに、図11に示すように、実施形態4と同様に3本の被覆電線51を上下に積み重ねて配置し、隣り合う被覆電線51間はシールドせずに、3本の被覆電線51の全体をシールド導体41により一括してシールドしたシールドケーブルとしてもよい。
また、図9,図10に示すように、実施形態2及び実施形態3と同様に被覆電線51を上下に積み重ねて配置し、隣り合う被覆電線の間にシールド導体21(31)を進入させつつ3本の被覆電線51を一括してシールドしたシールドケーブルとしてもよい。
さらに、図11に示すように、実施形態4と同様に3本の被覆電線51を上下に積み重ねて配置し、隣り合う被覆電線51間はシールドせずに、3本の被覆電線51の全体をシールド導体41により一括してシールドしたシールドケーブルとしてもよい。
(3)上記実施形態では、3本の被覆電線11(51)を一括してシールドする構成としたが、各被覆電線11(51)ごとに個別にシールドする構成としてもよい。この場合、各被覆電線11(51)に対応した大きさの筒状のシールド導体を用意し、各被覆電線11(51)にシールド導体が密着するように被せた後に、このシールド導体が被せられた被覆電線11(51)を横並び又は上下に積み重ねて配置すればよい。
(4)上記実施形態では、被覆電線11(51)のシールドは、編組線を用いたシールド導体としたが、これに限らず、シールドテープ(導電性テープ。たとえば、銅及びニッケル層に粘着剤が塗布されたもの)や、銅やアルミ等からなる金属箔をシールド導体として、被覆電線11(51)の周囲に巻きつけてシールドすることでシールドケーブルを構成するようにしてもよい。
(4)上記実施形態では、被覆電線11(51)のシールドは、編組線を用いたシールド導体としたが、これに限らず、シールドテープ(導電性テープ。たとえば、銅及びニッケル層に粘着剤が塗布されたもの)や、銅やアルミ等からなる金属箔をシールド導体として、被覆電線11(51)の周囲に巻きつけてシールドすることでシールドケーブルを構成するようにしてもよい。
10,20,30,40…シールドケーブル
11,51…被覆電線(フラット電線)
12…単位導体
13,52…フラット導体
14,53…絶縁被覆
15,21,31,41…シールド導体
22,32…仕切り壁部
B…バッテリ
I…インバータ
M…モータ
11,51…被覆電線(フラット電線)
12…単位導体
13,52…フラット導体
14,53…絶縁被覆
15,21,31,41…シールド導体
22,32…仕切り壁部
B…バッテリ
I…インバータ
M…モータ
Claims (6)
- 車両の電源からインバータを介してモータに至る経路において、前記インバータと前記モータとの間にて三相交流電力を伝送する3本の被覆電線の周囲をシールド導体で覆って構成されるシールドケーブルであって、
前記各被覆電線は、扁平な形状のフラット導体を絶縁被覆によって覆ったフラット電線により構成され、前記シールド導体は、前記フラット導体の扁平な面に沿って対向しつつ前記絶縁被覆に密着していることを特徴とするシールドケーブル。 - 前記フラット導体は、複数本の単位導体を互いに接触状態で並列させることで扁平な形状をなしていることを特徴とする請求項1記載のシールドケーブル。
- 前記フラット導体は、平角導体であることを特徴とする請求項1記載のシールドケーブル。
- 前記3本の被覆電線は、互いの側面部のうち少なくとも一箇所は当接するように並列されており、
前記シールド導体は、前記3本の被覆電線の周囲を一括して覆っていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のシールドケーブル。 - 前記3本の被覆電線は、前記扁平な面と直交する方向に重ねて配置されており、
前記シールド導体は、前記3本の被覆電線の周囲を一括して覆っていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のシールドケーブル。 - 前記シールド導体は、隣り合う前記被覆電線の間に進入していることを特徴とする請求項5に記載のシールドケーブル。
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---|---|---|---|---|
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