JP2005174760A - 自動車用複合ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の組み立て時に、電力伝送用の電線と信号伝送用の電線とを一度に組み込むことができる自動車用複合ケーブルを提供する。
【解決手段】 本発明自動車用複合ケーブルは、電力伝送用の導体11と、導体11の外側に設けられた絶縁層12と、これら導体11および絶縁層12を有する電力線心に複合される信号伝送用の信号線20とを有する。電力伝送を行う導体20と、信号伝送用の信号線20とを一つのケーブルとして複合することにより、ケーブルを自動車に組み込む際、一度の組み込み作業により、電力伝送路と信号伝送路を構成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用の複合ケーブルに関するものである。特に、電力と通信信号とを伝送可能な自動車用複合ケーブルに関するものである。

従来から自動車のワイヤハーネス用電線として、図５に記載のものが知られている。これは中心側から順に導体11、絶縁層12、シールド層13、シース14を具えている（例えば特許文献１）。このうち、シールド層13には、一般に細径の金属線の編組材が用いられている。このような電線は、通常の内燃機関を用いた自動車は勿論、電気自動車やハイブリッド車などにも利用されている。

例えば、ハイブリッド車に搭載されたインバータと走行用モータとの間に上記の電線を電力伝送用として用い、インバータで生成された所定の交流をモータに供給している。通常、モータのロータの回転角情報はインバータにフィードバックされ、この回転角情報に応じてインバータ内のスイッチング素子の動作を制御している。その際、回転角情報をインバータにフィードバックするための信号伝送用の電線は前記電力伝送用の電線とは別に設けられていた。

特開平６−１２４６０８号公報（図１７）

しかし、上記の駆動システムでは、電力伝送用の電線と信号伝送用の電線とを別々に用いている。そのため、自動車組み立て時には、電力伝送用の電線を車両に組み込み、さらに信号伝送用の電線を組み込む必要がある。この作業は、同一機器間を接続する電線ありながら、複数回の組み込み作業が必要となり、非効率的である。

従って、本発明の主目的は、自動車の組み立て時に、電力伝送用の電線と信号伝送用の電線とを一度に組み込むことができる自動車用複合ケーブルを提供することにある。

本発明は、電力伝送用の電線と信号伝送用の電線を複合することにより上記の目的を達成する。

本発明自動車用複合ケーブルは、電力伝送用の導体と、導体の外側に設けられた絶縁層と、これら導体および絶縁層を有する電力線心に複合される信号伝送用の信号線とを有することを特徴とする。

電力伝送を行う導体と、信号伝送用の信号線とを一つのケーブルとして複合することにより、ケーブルを自動車に組み込む際、一度の組み込み作業により、電力伝送路と信号伝送路を構成することができる。

以下、本発明をより詳しく説明する。

本発明複合ケーブルのうち、電力伝送用には導体と絶縁層を有する電力線心を用いる。この導体・絶縁層には、従来より電力伝送用に用いられている電線で実績のある材質・構造を選択することができる。材質としては、銅線、錫めっき銅線、アルミ線、アルミ合金線、鋼心アルミ線、カッパーフライ線、ニッケルめっき銅線、銀めっき銅線、銅覆アルミ線などが挙げられる。導体の構造としては、単線とより線が考えられるが、一般に複数の素線をより合わせたより線構造が好適である。

絶縁層には電力線心の電圧に応じた耐電圧性を具える構成とする。絶縁層の材質としては、エチレンプロピレンゴム、ビニル樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコールなど)、ポリスチレン、ポリエチレン、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、珪素ゴム、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。特に、架橋ポリオレフィン、中でも架橋ポリエチレンが好適である。

また、必要に応じて内部半導電層と外部半導電層の少なくとも一方を設けても良い。内部半導電層は、絶縁層の内側（導体と絶縁層との間）に設け、外部半導電層は絶縁層の外側（絶縁層と後述する第一シールド層との間）に設ける。これら半導電層により、導体と絶縁層との界面または絶縁層と第一シールド層との界面における微小なギャップを埋め、部分放電の発生を抑制することができる。また、これら微小なギャップをなくすることで、水トリーの発生の起点をなくすこともでき、水トリーの発生に起因する絶縁劣化を抑制することができる。

内部・外部半導電層は、樹脂と導電性フィラーとの混合物で構成することが好ましい。導電性フィラーの混合により、所定の導電率を半導電層に付与することができる。樹脂はポリエチレン、ポリ塩化ビニルおよびポリ酢酸ビニルよりなる群から選択される少なくとも一種が望ましい。フィラーはカーボンブラックが好適に利用できる。

さらに、この電力線心には、必要に応じて絶縁層の外側に第一シールド層を設ける。第一シールド層は、金属線の編組体や金属テープが利用できる。例えば、この金属線には錫メッキ銅線が、金属テープには銅テープが挙げられる。

上記の電力線心に信号伝送用の信号線を複合する。信号線は、通信線として実績のある材料・構造が利用できる。例えば導体と絶縁層とから構成される信号線や、さらに絶縁層の上にシールド層(外部導体)を設けた同軸線などが挙げられる。信号線自体にもシールド層を設ければ、ノイズの低減をより確実に実現できる。

この信号線は、信号線外部の磁場などの影響によるノイズを抑制できるように配置することが好ましい。この磁場の影響を考慮した信号線の配置には次の具体例が挙げられる。

電力線心に第一シールド層を設け、この第一シールド層の外側に信号線を配する。例えば、第一シールド層の上に複数の信号線を螺旋状あるいは縦添えにて配置する。第一シールド層の外側に信号線を設けることで、電力線心の導体を流れる交流の磁場の影響によるノイズの発生を抑制することができる。

特に、第一シールド層の外側にシースを設け、信号線がシース内に埋設される構成とすることが好ましい。従来、電力伝送用と信号伝送用の2種類の電線を用いていた場合には電力伝送用の電線に信号伝送用の電線を固定するクランプなどの固定器具が必要であった。信号線がシース内に埋設される構成とすれば、固定器具を用いることなく信号線を複合ケーブル内の所定位置に固定することができる。シースは、主として電力線心の機械的保護を図るための層で、例えばポリエチレンやポリ塩化ビニル、クロロプレンゴムにより構成される。

その他、信号線の外側を覆う第二シールド層を有することも好ましい。例えば、第一シールド層の上に複数の信号線を螺旋状あるいは縦添えにて配置し、これら複数の信号線を覆うように、つまり第一シールド層と同軸状に第二シールド層を形成する。第二シールド層を設ければ、電力線心の導体を流れる交流の磁場の影響のみならず、複合ケーブルの外部からの影響によるノイズも抑制することができる。

本発明自動車用複合ケーブルは、内燃機関自動車は勿論、電気自動車、ハイブリッド車などにおいて、電力伝送と信号伝送の両方が必要となる機器間に利用することができる。より具体的には、自動車の走行用モータと、このモータへの供給電力を制御するインバータとの間に用いることが好適である。この場合、モータへの電力供給は電力線心の導体を通じて行い、モータからのロータ回転角情報は信号線を通じてインバータ側に伝送することができる。

以上説明したように、本発明自動車用複合ケーブルによれば、電力伝送用の導体および絶縁層を有する電力線心と、信号伝送用の信号線とを複合したことにより、自動車への一度の組み込み作業により電力伝送路と信号伝送とを構成することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明自動車用複合ケーブルの断面図である。このケーブル10は中心から順に、導体11、絶縁層12、第一シールド層13、シース14を具えている。これら導体11からシース14は電力を伝送するための電力線心を構成し、この電力線心に信号線20が複合されている。以下、ケーブルの各構成要素を詳しく説明する。

ここでは、0.32mm径の軟銅線を19本より合わせて撚り素線を形成し、さらに、この撚り素線を13本より合わせて公称断面積20sqの導体11を構成した。

この導体11の直上に絶縁層12が形成される。絶縁層12の材質は架橋ポリエチレンであり、その厚さは1.1mmである。絶縁層12の架橋は電子線を照射することで行なった。

この絶縁層12の上に第一シールド層13が形成される。第一シールド層13は、0.32mm径の軟銅線からなる編組材を用いた。

そして、第一シールド層13の上に複数の信号線20を螺旋状に配置する。ここでは、合計８本の信号線20を第一シールド層13上にほぼ等間隔に配置した。各信号線20は、導体21上に絶縁層22が形成されたものである。この導体21は銅線により構成した。また、絶縁層22はポリエチレンにより構成した。

この信号線20を配した第一シールド13層の上にシース14を形成する。ここではポリ塩化ビニルを厚さ1.0mmに押し出してシース14を形成した。このシース14の形成により、各信号線20はシース14内に埋設されて、第一シールド層13上での位置を保持することができる。

このような複合ケーブルによれば、電力線心を構成する導体11で電力伝送を行い、信号線20で制御信号などの信号を伝送することができる。しかも、この複合ケーブルは、一度の自動車への組み込み作業で電力伝送路と信号伝送路を構成することができる。

次に、実施例１とは異なる本発明ケーブルの断面図を図２に示す。実施例２は実施例１のケーブルに加えて第二シールド層を設けた構成である。

本例のケーブルは、実施例１の信号線の外周に第一シールド層13と同軸状に第二シールド層15を形成し、全ての信号線20を第一シールド層13と第二シールド層15の間に挟みこんだ構成である。この第二シールド層15には、第一シールド層15と同様に0.32mm径の軟銅線からなる編組材を用いた。

実施例２の複合ケーブルによれば、電力線心の導体11に交流を流した際の磁場の影響によるノイズは第一シールド層13により、複合ケーブル外部からのノイズは第二シールド層15により抑制されるため、よりノイズの少ない状態で信号線20による信号伝送が可能になる。もちろん、電力線心と信号線20が複合されているため、一度の自動車への組み込み作業で電力伝送路と信号伝送路を構成することができる。

（本発明ケーブルの利用例１）
次に、実施例１または実施例２のケーブルをハイブリッド車の駆動システムに適用した例を図３に基づいて説明する。図３はハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す模式図である。

このハイブリッド車は、直流電流を出力するバッテリ30と、バッテリ30からの電力により駆動される走行用のモータ40とを具える。バッテリ30とモータ40との間には、コンバータ50とインバータ60とが設けられている。バッテリ30からの直流は、まずコンバータ50で所定の電圧に昇圧される。この昇圧を行うのは、モータ40が高回転する場合、高電圧の逆起電力（電圧）が発生するため、さらにモータ40の回転数を増加させるには、逆起電力の電圧を超える電圧でモータ40に電力供給を行う必要があるからである。次に、昇圧された直流はインバータ60にて三相交流に変換されてモータ40に供給される。

インバータ60では、モータ40の回転を制御するため、三相交流をモータ40の回転に同期させて発生する。例えば、モータ40には、そのロータの回転角を検知するレゾルバが設けられ、レゾルバでの検知情報をインバータ60にフィードバックする。インバータ60は、スイッチング素子を含むパワーモジュール61と、このスイッチング素子のスイッチングを制御するインバータ制御部62とを有する。インバータ制御部62はレゾルバからの検知情報に基づいてスイッチング素子のスイッチングを制御し、この制御によりパワーモジュール61は所定の三相交流を発生させる。

このようなハイブリッド車の駆動システムにおいて、インバータ60とモータ40との間に実施例１または実施例２の複合ケーブルを用いる。つまり、電力線心の導体11（太線で表示）を通じてインバータ60からの交流をモータ40へ供給する。そして、レゾルバでのロータ回転角検知情報を複合ケーブル内の信号線の導体21（細線で表示）を通じてモータ40からインバータ制御部62へと伝送する。本発明ケーブルをインバータ60とモータ40との間に用いることで、一度の組み込み作業にて電力伝送路と信号伝送路の双方を構築できる。

（本発明ケーブルの利用例２）
次に、上記利用例１とは異なる利用例を図４に基づいて説明する。図４はハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す模式図である。

本利用例では、利用例１におけるインバータ60のインバータ制御部62とパワーモジュール61とを分離し、インバータ制御部62をコンバータ50と統合し、パワーモジュール61をモータ40側に一体化する。そして、コンバータ50とインバータ制御部62との統合機70からモータ40までの間に実施例１または実施例２の複合ケーブルを用いる。

この利用例によれば、インバータ制御部62からパワーモジュール61へは、電力線心の導体11で直流給電を行う。この間を直流給電すれば、交流給電を行った利用例１に比べて磁界の影響に伴う信号線のノイズをより低減することができる。また、この利用例2では直流給電を行なうため、実施例１または実施例2のケーブルにおける第一シールドを省略しても良い。一方、複合ケーブルの信号線（導体21）は、利用例１と同様に、レゾルバでのロータ回転角検知情報をモータ40からインバータ制御部62へと伝送する。さらに、モータ40に一体化したパワーモジュール61には、大容量のコンデンサを搭載して電流を平準化することで、ノイズを低減することもできる。この利用例においても、本発明ケーブルを統合機70とパワーモジュール61との間に用いることで、一度の組み込み作業にて電力伝送路と信号伝送路の双方を構築できる。

本発明自動車用複合ケーブルによれば、一度の組み込み作業で電力伝送路と信号伝送路を構成することができる。そのため、自動車のワイヤハーネス用途の電線、特に、電気自動車やハイブリッド自動車のインバータとモータとの接続に本発明ケーブルを利用することが期待される。

本発明複合ケーブルの断面図である。 実施例１とは異なる本発明複合ケーブルの断面図である。 本発明複合ケーブルを用いたハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す模式図である。 本発明複合ケーブルを用いたハイブリッド車の別の駆動システムの概略構成を示す模式図である。 従来の自動車用電線の断面図である。

符号の説明

10 自動車用複合ケーブル
11 導体 12 絶縁層 13 （第一）シールド層 14 シース
15 第二シールド層
20 信号線
21 導体 22 絶縁層
30 バッテリ 40 モータ 50 コンバータ 60 インバータ
61 パワーモジュール 62 インバータ制御部
70 統合機

Claims (5)

1. 電力伝送用の導体と、
   導体の外側に設けられた絶縁層と、
   これら導体および絶縁層を有する電力線心に複合される信号伝送用の信号線とを有することを特徴とする自動車用複合ケーブル。
2. 絶縁層の外側に設けられた第一シールド層を有し、
   信号伝送用の信号線は、第一シールド層の外側に配されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用複合ケーブル。
3. 第一シールド層の上に形成されて前記信号線が埋め込まれるシースを有することを特徴とする請求項２に記載の自動車用複合ケーブル。
4. 信号線の外側を覆う第二シールド層を有することを特徴とする請求項１〜3のいずれかに記載の自動車用複合ケーブル。
5. 前記自動車用複合ケーブルは、自動車の走行用モータと、このモータへの供給電力を制御するインバータとの間に用いられることを特徴とする請求項１〜4のいずれかに記載の自動車用複合ケーブル。

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