CN104937828A - 降噪屏蔽电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降噪屏蔽电缆，其由下述部件构成：逆变器(10)；电机(30)；将逆变器与电机互相连接的电缆(20)；覆盖电缆的屏蔽层(40)；以及将屏蔽层的两端接地的两个接地线(50)。

Description

降噪屏蔽电缆
技术领域
本发明涉及一种屏蔽电缆，特别地，涉及一种具有降噪功能的降噪屏蔽电缆，用于降低开关噪声或者由于开关电路的开关操作而产生的感应负载冲击(surge)。
背景技术
<电动车辆和混合动力车辆>
在电动车辆和混合动力车辆中，逆变器用于将电池的DC电压转换为AC电压，并且利用来自逆变器的AC输出在电机上进行可变速控制。
脉宽调制(PWM)型逆变器用作逆变器。在脉宽调制(PWM)型逆变器中，产生正弦波命令作为电压命令，并且将三角波载波的值与正弦波命令相比较。基于如此获得的脉冲信号，产生门信号以操作开关装置。然而，从逆变器输出的AC电压不具有完美的正弦曲线波形，而是具有其中具有不同宽度的矩形波持续堆积的形状。因此，在电压改变率突变的每个矩形波的角部处，可能由于共振、反射等在逆变器与电机之间的线中产生冲击电压。
在背景技术中有两种通常方法解决冲击电压，即，(1)使用滤波器的方法(见专利文献1至3)和(2)电磁屏蔽方法。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP2003-219655A
专利文献2：JP2001-069762A
专利文献3：JP2010-136564A
发明内容
技术问题
<使用滤波器的方法>
图7示出其中使用滤波器保护电机免受冲击电压和进一步降低噪声的背景技术。
在图7所示的电路中，来自逆变器10的三相输出通过电缆20发送到电机30。电感(感应线圈)L插入到电缆20的各相中。电阻R和电容(电容)C串联连接到电感L的前侧(逆变器10侧)或后侧(电机侧)，从而形成充当一个臂的串联连接电路。从而如此形成的三个臂的星形连接的端部分别连接到电缆20的相。星形连接的中间点接地。
以该方式，利用由电感L、电阻R和电容C构成的滤波器60抑制冲击电压(见专利文献1至3)。
<问题>
当图7所示的电路用于具有大电路电流的应用时，在构成滤波器的电感L或电阻R中出现的电功率增加，从而增加了设备的尺寸或者由于电阻R中的损耗而劣化了效率。
<电磁屏蔽方法>
图8示出其中将电磁屏蔽的电线和连接器用于降低从包括逆变器、电机和电缆的系统中释放的噪声的背景技术。
在图8所示的结构中，来自逆变器10的三相输出通过高屏蔽电线70发送到电机30。高屏蔽连接器80使逆变器10与高屏蔽电线70之间连接或者使高屏蔽电线70与电机30之间连接。
通过使用分别具有如此的高屏蔽性能的电磁屏蔽结构的高屏蔽电线70和高屏蔽连接器80，能够降低高压噪声的从连接逆变器10与电机30的电缆到外部环境的辐射或感应(电磁干涉)。
<问题>
在图8所示的结构中，在屏蔽电线和连接器中使用大量的金属屏蔽部件，从而增加了尺寸、质量和成本。然而，不能够令人满意地降低通过GND面传递的噪声。
鉴于上述情况作出本发明。本发明的目的是提供一种降噪屏蔽电缆，其能够减小设备的尺寸、质量和成本，并且能够充分地解决通过GND面传递的噪声而不降低效率。
解决问题的方案
为实现上述目的，根据本发明的降噪屏蔽电缆的特征在于以下(1)至(4)。
(1)一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层(40)，该屏蔽层覆盖所述电缆；第一接地线，该第一接地线将所述屏蔽层的两端中的一端接地；以及第二接地线，该第二接地线将所述屏蔽层的两端中的另一端接地，
其中，电容Ca1的电容器以及电感La1的电感器设置在所述第一接地线上，
其中，电容Ca2的电容器以及电感La2的电感器设置在所述第二接地线上，并且
当所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1时，满足表达式(1)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(1)
其中，L＝La1，并且C＝C0×Ca1/(C0+Ca1)
或L＝La2并且C＝C0×Ca2/(C0+Ca2)。
(2)一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电容Ca3的电容器以及电感La3的电感器设置在所述接地线上，
当所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1时，满足表达式(2)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(2)
其中，L＝La3并且C＝C0×Ca3/(C0+Ca3)。
(3)一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电感Lb的电感器设置在所述接地线上，并且
当所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1时，满足表达式(3)：
f1＝1/[2π×(Lb×C0)1/2]...表达式(3)。
(4)一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，自感Lc的接地线用作所述接地线，并且
当所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1时，满足表达式(4)：
f1＝1/[2π×(Lc×C0)1/2]...表达式(4)。
根据(1)中描述的发明，将电感La1和电容Ca1或电感La2和电容Ca2选择成满足表达式(1)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或外界环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
根据(2)中描述的发明，仅将电感La3和电容Ca3选择成满足表达式(2)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或外界环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
根据(3)中描述的发明，仅将电感Lb选择成满足表达式(3)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致上获得几乎不影响电机侧或外界环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本的情况下。
根据(4)中描述的发明，将接地线Lc选择成具有满足表达式(4)的自感，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线51流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或外界环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
本发明的有益效果
根据本发明，能够提供一种降噪屏蔽电缆，其能够减小设备的尺寸、质量和成本，并且能够充分地解决通过GND面传递的噪声而不降低效率。
附图说明
图1是根据发明的实施例1的降噪屏蔽电缆的块图。
图2是根据发明的实施例2的降噪屏蔽电缆的块图。
图3是根据发明的实施例3的降噪屏蔽电缆的块图。
图4是根据发明的实施例4的降噪屏蔽电缆的块图。
图5是示出在根据发明的降噪屏蔽电缆中的芯线与GND(地线)之间的频率对于阻抗特性的图。
图6是示出在根据发明的降噪屏蔽电缆中芯线与GND(地线)之间的频率对于信号传递特性的图。
图7示出背景技术的使用滤波器的冲击对策技术。
图8示出背景技术的降噪技术，其中，电磁屏蔽的电线和连接器用于降低从包括逆变器、电机和电缆的系统中释放的噪声。
参考标记列表
10：逆变器
20：电缆
30：电机
40：屏蔽电缆
50：接地线
51：自感La3的接地线
Ca1、Ca2、Ca3：电容器
La1、La2、La3、Lb：电感器
具体实施方式
下面将参考图1至6描述根据发明的实施例1至4的降噪屏蔽电缆。
<实施例1>
如图1所示，来自逆变器10的三相输出通过电缆20发送到电机30。电缆20的在逆变器10与电机30之间的三个电缆由屏蔽层40覆盖。
根据实施例1的降噪屏蔽电缆特征在于：电容器Ca1和电感器La1的串联电路插入到将屏蔽层40的一端接地的接地线50中，并且电容器Ca2和电感器La2的串联电路插入到将屏蔽层40的另一端接地的接地线50中。
<屏蔽层40>
屏蔽层40包括：三个芯线，信号通过该三个芯线传输；以及屏蔽层，该屏蔽层包围三个芯线。屏蔽层40的特征在于电容C0设置在芯线和屏蔽层之间。
如从图1所知，不需要在逆变器10与屏蔽层40之间或者在电机30与屏蔽层40之间使用如图8所示的严格的屏蔽结构(当然，可以使用这样的屏蔽结构)。
<电容器Ca和电感器La的串联电路的两个系统>
当将电容器Ca1的电容、电容器Ca2的电容、电感器La1的电感和电感器La2的电感分别指定为Ca1、Ca2、La1和La2，并且将要抑制的冲击电压的基频指定为f1时，可以将电感La1、电容Ca1或者电感La2、电容Ca2选择为满足表达式(1)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(1)
其中，L＝La1，并且C＝C0×Ca1/(C0+Ca1)或L＝La2并且C＝C0×Ca2/(C0+Ca2)。
以该方式，如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够避免对电机侧或者周围环境的影响。下面将参考图5和6描述该点。
<接地线中依据频率的阻抗变化>
图5是示出在根据发明的降噪屏蔽电缆中在芯线与GND(接地)之间的频率对阻抗特性的图。纵坐标指示接地线50作为整体的阻抗Z，并且横坐标指示频率f的变化。在图5中，随着频率f的增加，阻抗Z逐渐从值Z2减小，并且在频率f1处到达最小值Z1。之后，当频率f增加时，阻抗Z增加到值Z3。
即，当产生了频率f1的冲击电压时，接地线50的阻抗Z采取最小值，使得冲击电压几乎能够流到地侧。这能够在如下图6中得到确认，图6是示出频率对信号传递特性的图。
<屏蔽电缆的依据频率的传递特性>
图6是示出在根据发明的降噪屏蔽电缆中在芯线与GND(接地)之间的频率对信号传递特性的图。纵坐标指示屏蔽电缆的传递特性，并且横坐标指示频率f的变化。在图6中，随着频率f的增加，传递特性E逐渐从值E2降低，并且在频率f1处达到最小值E1。之后，当频率f增加时，传递特性E增加到值E3。
即，当产生了频率f1的冲击电压时，屏蔽电缆的传递特性E采取最小值，使得几乎不能传递冲击电压。从而，噪声抑制效率在频率f1处达到峰值
<结论>
将电感La1或La2以及电容Ca1或Ca2选择成满足表达式(1)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或周围环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
<实施例2>
图2是根据发明的实施例2的降噪屏蔽电缆的块图。
在图2中，来自逆变器10的三相输出通过电缆20发送到电机30。在逆变器10与电机30之间的电缆20的三个电缆由屏蔽层40覆盖。
根据实施例2的降噪屏蔽电缆的特征在于：电容器Ca3和电感器La3的串联电路插入到仅将屏蔽层40的一侧接地的接地线50中。
<屏蔽层40>
屏蔽层40包括：三个芯线，信号通过该三个芯线传输；以及屏蔽层，该屏蔽层包围三个芯线。屏蔽层40的特征在于电容C0设置在芯线与屏蔽层之间。
如从图2所知，不需要在逆变器10与屏蔽层40之间或者在电机30与屏蔽层40之间使用如图8所示的严格的屏蔽结构(当然，可以使用这样的屏蔽结构)。
<电容器Ca和电感器La的串联电路>
当将电容器Ca3的电容和电感器La3的电感分别指定为Ca3、La3，并且将要抑制的冲击电压的基频指定为f1时，可以将电感La3和电容Ca3选择为满足表达式(2)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(1)
其中，L＝La3，并且C＝C0×Ca3/(C0+Ca3)。
以该方式，如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧，如图5和6所示的图表所描述的。从而，能够避免对电机侧或者周围环境的影响。
<结论>
将电感La3和电容Ca3选择成满足表达式(2)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或周围环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
<实施例3>
图3是根据发明的实施例3的降噪屏蔽电缆的块图。
在图3中，来自逆变器10的三相输出通过电缆20发送到电机30。在逆变器10与电机30之间的电缆20的三个电缆由屏蔽层40覆盖。
根据实施例3的降噪屏蔽电缆的特征在于：仅电感器Lb插入到仅将屏蔽层40的一侧接地的接地线50中。
<屏蔽层40>
屏蔽层40包括：三个芯线，信号通过该三个芯线传输；以及屏蔽层，该屏蔽层包围三个芯线。屏蔽层40的特征在于电容C0设置在芯线与屏蔽层之间。
如从图2所知，不需要在逆变器10与屏蔽层40之间或者在电机30与屏蔽层40之间使用如图8所示的严格的屏蔽结构(当然，可以使用这样的屏蔽结构)。
<电感器Lb>
当将电感器Lb的电感指定为Lb，并且将要抑制的冲击电压的基频指定为f1时，可以将电感Lb选择为满足表达式(3)：
f1＝1/[2π×(Lb×C0)1/2]...表达式(3)
以该方式，如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧，如图5和6所示的图表所描述的。从而，能够避免对电机侧或者周围环境的影响。
<结论>
将电感Lb选择成满足表达式(3)，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线50流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或周围环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
<实施例4>
图4是根据发明的实施例4的降噪屏蔽电缆的块图。
在图4中，来自逆变器10的三相输出通过电缆20发送到电机30。在逆变器10与电机30之间的电缆20的三个电缆由屏蔽层40覆盖。
根据实施例4的降噪屏蔽电缆的特征在于：自感Lc的接地线51用作仅将屏蔽层40的一侧接地的接地线。
<屏蔽层40>
屏蔽层40包括：三个芯线，信号通过该三个芯线传输；以及屏蔽层，该屏蔽层包围三个芯线。屏蔽层40的特征在于电容C0设置在芯线与屏蔽层之间。
如从图2所知，不需要在逆变器10与屏蔽层40之间或者在电机30与屏蔽层40之间使用如图8所示的严格的屏蔽结构(当然，可以使用这样的屏蔽结构)。
<自感Lc的接地线51>
当将接地线51的自感指定为Lc，并且将要抑制的冲击电压的基频指定为f1时，可以将接地线Lc选择为具有满足表达式(4)的自感：
f1＝1/[2π×(Lc×C0)1/2]...表达式(4)
以该方式，如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线51流到地侧，如图5和6所示的图表所描述的。从而，能够避免对电机侧或者周围环境的影响。
<结论>
将接地线Lc选择成具有满足表达式(4)的自感，使得如果产生了要抑制的频率f1的冲击电压，则冲击电压能够通过接地线51流到地侧。从而，能够大致获得几乎不影响电机侧或周围环境的降噪屏蔽电缆，而不需要改变设备的尺寸、质量和成本。
此处，将在以下[1]至[4]中简要总结和列出根据本发明的降噪屏蔽电缆的前述实施例的特征。
[1]一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆(20)，该电缆将逆变器(10)与电机(30)互相连接；屏蔽层(40)，该屏蔽层覆盖所述电缆；第一接地线(50)，该第一接地线将所述屏蔽层的两端中的一端接地；以及第二接地线(50)，该第二接地线将所述屏蔽层的两端中的另一端接地，
其中，电容Ca1的电容器以及电感La1的电感器设置在所述第一接地线上，
其中，电容Ca2的电容器以及电感La2的电感器设置在所述第二接地线上，
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(1)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(1)
其中，L＝La1并且C＝C0×Ca1/(C0+Ca1)，或L＝La2并且C＝C0×Ca2/(C0+Ca2)。
[2]一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆(20)，该电缆将逆变器(10)与电机(30)互相连接；屏蔽层(40)，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线(50)，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电容Ca3的电容器以及电感La3的电感器设置在所述接地线上，
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(2)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]...表达式(2)
其中，L＝La3，并且C＝C0×Ca3/(C0+Ca3)。
[3]一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆(20)，该电缆将逆变器(10)与电机(30)互相连接；屏蔽层(40)，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线(50)，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电感Lb的电感器设置在所述接地线上，
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(3)：
f1＝1/[2π×(Lb×C0)1/2]...表达式(3)。
[4]一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆(20)，该电缆将逆变器(10)与电机(30)互相连接；屏蔽层(40)，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线(50)，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，自感Lc的接地线(51)用作所述接地线，并且
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0、并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(4)：
f1＝1/[2π×(Lc×C0)1/2]...表达式(4)
虽然已经参考具体实施例详细描述本发明，但本领域技术人员将了解在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够在本发明中作出各种改变和修改。
本申请是基于2013年1月23日提交的日本专利申请No.2013-010471，该专利申请的内容通过引用并入本文。
工业实用性
根据本发明的降噪屏蔽电缆，能够降低设备的尺寸、质量和成本，并且令人满意地处理通过接地面的噪声传递而不降低效率。具有该效果的本发明对于降噪屏蔽电缆是有益的，该降噪屏蔽电缆具有用于降低开关噪声或由于开关电路的开关操作而产生的感应负载冲击的降噪功能。

Claims (4)

1.一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；第一接地线，该第一接地线将所述屏蔽层的两端中的一端接地；以及第二接地线，该第二接地线将所述屏蔽层的两端中的另一端接地，
其中，电容Ca1的电容器以及电感La1的电感器设置在所述第一接地线上，
其中，电容Ca2的电容器以及电感La2的电感器设置在所述第二接地线上，并且
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0，并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(1)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]   ...表达式(1)
其中，L＝La1并且C＝C0×Ca1/(C0+Ca1)，或者L＝La2并且C＝C0×Ca2/(C0+Ca2)。
2.一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电容Ca3的电容器以及电感La3的电感器设置在所述接地线上，
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0，并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(2)：
f1＝1/[2π×(L×C)1/2]   ...表达式(2)
其中，L＝La3并且C＝C0×Ca3/(C0+Ca3)。
3.一种降噪所蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，电感Lb的电感器设置在所述接地线上，并且
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0，并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(3)：
f1＝1/[2π×(Lb×C0)1/2]   ...表达式(3)。
4.一种降噪屏蔽电缆，包括：电缆，该电缆将逆变器与电机互相连接；屏蔽层，该屏蔽层覆盖所述电缆；接地线，该接地线将所述屏蔽层的一端接地，
其中，自感Lc的接地线用作为所述接地线，并且
其中，在所述电缆的芯线与所述屏蔽层之间的电容为C0，并且要抑制的冲击电压的基频为f1的情况下，满足表达式(4)：
f1＝1/[2π×(Lc×C0)1/2]   ...表达式(4)。
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