JP2007305478A - 電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ケーブルの電気シールド層の断線検知を確実に行うことができる電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法を提供すること。
【解決手段】電気ケーブルの断線検知装置は、複数の電線１１と複数の電線１１を覆う電気シールド層１２，２３と電気シールド層１２，２３を覆うシース１３からなる電気ケーブル１０と、電気シールド層１２，２３に設けられ導体線１７，２１とその外周の絶縁層１８，２２からなる断線検知線１４，２０と、導体線１７，２１に電気的に接続された電圧源２４と、導体線１７，２１に電気的に接続された第１の検出器２５と、電気シールド層１２，２３に電気的に接続された第２の検出器２６とを備える。
導体線１７，２１に電圧源２４により電圧を印加し、第１の検出器２５により電気的な検出信号を検出し、第２の検出器２６により電気的な検出信号を検出し、第１の検出器２５の検出信号と第２の検出器２６の検出信号から電気シールド層１２，２３の断線の判定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法に関し、特に、電気ケーブルの電気シールド層の断線を事前に確実に予測できる電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法に関する。

自動車の電動化に伴い、電源線と信号線を備えた電気ケーブルが、自動車の振動や屈曲を多く受ける場所に配策されるようになっている。

従来技術の電気ケーブルは、束ねられた電源線や信号線などの複数本の電線と、その外周の外部からの電磁波をシールドする電気シールド層と、その外周を覆うシースとからなる。電気シールド層は、銅線や銅合金線にスズメッキを施した金属素線を交差させて編んだ金属素線編組や、アルミなどの金属テープで形成される。

電気ケーブルに屈曲が多く加わると、電気シールド層において、金属素線編組の金属素線の断線や、金属テープの破れが生じていた。断線した金属素線や破れた金属テープ片は、電源線や信号線などの絶縁層に刺さって貫通し、短絡を発生させるという恐れがある。そこで、電気シールド層の断線や破れを事前に検知するために、電気シールド層に断線検知線を入れることが検討されている。

特許文献１では、断線検知線として、銅線や銅合金線に薄い絶縁膜を形成したエナメル線を用いている。電気シールド層の金属素線や金属テープよりも断線が起こりやすいエナメル線を用い、エナメル線に電流を流し、屈曲によりエナメル線が断線したときの電流や抵抗値の変化を検知して、電気シールド層の断線を予測している。
特開２００５−１６６４５０号公報

特許文献１の従来技術において、絶縁膜を有するエナメル線を断線検知線として使用しているが、屈曲運動によるエナメル線と周囲の金属線の摩擦によりエナメル線の絶縁膜に磨耗が生じるという恐れがある。この場合、周囲の金属線との間に電気的な導通が生じた場合は断線の予測が確実にできないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、電気ケーブルの電気シールド層の断線検知を確実に行うことができる電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電気ケーブルの断線検知装置は、複数の電線と複数の電線を覆う電気シールド層と電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルと、電気シールド層に設けられ導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線と、導体線に電気的に接続された電圧源と、導体線に電気的に接続された第１の検出器と、電気シールド層に電気的に接続された第２の検出器と、を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の電気ケーブルの断線検知装置は、複数の電線と複数の電線を覆う電気シールド層と電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルと、電気シールド層に設けられ導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線と、導体線に電気的に接続された電圧源と、電気シールド層に電気的に接続された検出器と、を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の電気ケーブルの断線検知方法は、複数の電線と複数の電線を覆う電気シールド層と電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルの電気シールド層に導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線を設け、導体線に電圧源を電気的に接続して電圧を印加し、導体線に第１の検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、電気シールド層に第２の検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、第１の検出器の検出信号と第２の検出器の検出信号から電気シールド層の断線の判定を行うことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の電気ケーブルの断線検知方法は、複数の電線と複数の電線を覆う電気シールド層と電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルの電気シールド層に導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線を設け、導体線に電圧源を電気的に接続して電圧を印加し、電気シールド層に検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、検出器の検出信号から電気シールド層の断線の判定を行うことを特徴とするものである。

電気ケーブルの電気シールド層の断線検知を確実に行うことができる断線検知装置および断線検知方法を実現できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は本発明に用いる電気ケーブルの断面図である。図２は、本発明に用いる断線検知線の断面図である。図３は、電気シールド層と断線検知線を示す概観図である。図４は、本発明の第１の実施形態の断線検知装置の構成図である。

（電気ケーブル）図１に示すように、電気ケーブル１０は、電源線や信号線となる７本の電線１１と、その外周に設けられた外部からの電磁波をシールドするための電気シールド層１２と、その外周を覆うシース１３とからなる。電気シールド層１２には断線検知線１４が添えて設けられている。

７本の電線１１は、中心に位置する電線１１の周囲に６本の電線１１を撚り合わせて束ねられている。各電線１１は導体線１５とその外周の絶縁層１６からなる。

電気シールド層１２は、銅線や銅合金線にスズメッキを施した金属素線を交差させて編んだ金属素線編組、金属素線を横巻した金属素線横巻層、またはアルミテープなどの金属テープで形成されている。

シース１３は、ＥＰＤＭなどのゴム材、ポリウレタンなどの樹脂からなり、断面略円形に形成されている。

（断線検知線）断線検知線１４として好適にエナメル線が用いられる。図２（ａ）に示すように、エナメル線は、銅線や銅合金線などの導体線１７の周囲にポリエステルなどの各種樹脂からなる絶縁膜（絶縁層）１８を形成したものである。絶縁膜１８は数μｍ〜数百μｍ程度の厚さで形成されている。エナメル線は電気シールド層を形成する金属素線や金属テープよりも屈曲寿命が短いものを使用する。屈曲寿命は、エナメル線の導体線１７の径や材質により設定することができる。例えば、導体線１７の径は電気シールド層を形成する金属素線よりも大きくすれば良い。また、電気シールド層を形成する金属素線が銅線からなる場合、導体線１７は銅線よりも高強度の銅スズ合金線を用いれば良い。

他の断線検知線の例として、図２（ｂ）に示すような、７本の導体線１７を撚り合わせ、その周囲に絶縁層１８を形成した絶縁電線が使用できる。各導体線１７は、銅や銅合金からなる細線を複数本撚り合わせてなる。絶縁層１８はポリ塩化ビニルやフッ素樹脂からなり断面円形に形成されている。導体線１７は電気シールド層を形成する金属素線や金属テープよりも屈曲寿命が短くなるように、径や材質、撚りピッチが設定される。

さらに、他の断線検知線の例として、図２（ｃ）に示すような、単線の導体線１７の外周に絶縁層１８を形成した絶縁電線を使用することができる。

図３に示すように、断線検知線１４は電気シールド層１２にケーブル長手方向に沿って巻きつけられて設けられている。また、他の実施形態として、断線検知線を電気シールド層に縦添えして設けても良い。電気シールド層が金属素線からなる場合、断線検知線と金属素線を束ねたり、撚り合わせたりしても良い。

（断線検知装置）本発明の電気ケーブルの断線検知装置の第１の実施形態について、図４に基づいて説明する。２０は断線検知線を表し、２１は断線検知線の導体線、２２は断線検知線の絶縁層である。また、２３は電気ケーブルの電気シールド層を表すものである。

断線検知線２０の導体線２１の一端は電圧源２４に電気的に接続され、他端に第１の検出器２５としての電流計を介してグラウンドに電気的に接続されている。一方、電気ケーブルの電気シールド層２３は第２の検出器２６としての電流計を介してグラウンドに電気的に接続されている。

第１の検出器２５および第２の検出器２６は図示しない信号処理部に電気的に接続されており、第１の検出器２５および第２の検出器２６の検出信号は信号処理部に送られる。信号処理部は検出信号を処理し電気ケーブルの断線の判定を行うプログラムを備える。

なお、第１の検出器および第２の検出器としては、断線検知線や電気シールド層に流れる電流を測定する電流計の他に、断線検知線や電気シールド層と直列に抵抗を接続しその抵抗の電圧を測定する電圧計を用いても良い。また、第１の検出器および第２の検出器として、断線検知線や電気シールド層の抵抗値を測定する抵抗計を用いても良い。

（動作）電圧源２４により断線検知線２０の導体線２１に電圧が加わり、導体線２１に電流が流れる。一方、電気シールド層２３は導体線２１と絶縁層２２により絶縁されているので、電流が流れない。断線検知線２０の導体線２１に断線が生じていないとき、第１の検出器２５は導体線２１に流れる電流値Ａを検出信号として信号処理部へ送り、第２の検出器２６は電流値０を検出信号として信号処理部へ送る。信号処理部は第１の検出器２５の検出信号Ａと第２の検出器２６の検出信号０から、導体線２１に断線が生じていない通常状態であると判定する。

電気ケーブルに多くの屈曲運動が加わったとき、断線検知線２０の導体線２１に断線が生じる。断線検知線の屈曲寿命は電気シールド層の屈曲寿命より短く設定しているので、断線検知線は電気シールド層に断線が生じる前に断線する。２７は断線部を表している。

断線検知線２０の導体線２１に断線部２７において断線が生じたとき、導体線２１に電流が流れなくなるため、第１の検出器２５は電流値０を検出信号として信号処理部へ送り、第２の検出器２６は、電気シールド層２３に電流は流れていないので、電流値０を検出信号として信号処理部へ送る。信号処理部は第１の検出器２５の検出信号０と第２の検出器２６の検出信号０から、導体線２１に断線が生じた断線状態であると判定する。

電気ケーブルに多くの屈曲運動が加わったとき、断線検知線と電気シールド層の摩擦により、断線検知線の絶縁層２２が磨耗し、断線検知線の導体線２１と電気シールド層２３が電気的に導通する場合がある。２８は磨耗部を表している。

断線検知線２０の絶縁層２２に磨耗部２８において導体線２１と電気シールド層２３に電気的な導通が生じたとき、導体線２１に流れる電流はＡからＡ´に変化し、第１の検出器２５は電流値Ａ´を検出信号として信号処理部へ送り、第２の検出器２６は、電気シールド層の導通により電流値Ｂの電流が流れるので、電流値Ｂの検出信号を信号処理部へ送る。信号処理部は第１の検出器２５の検出信号Ａ´と第２の検出器２６の検出信号Ｂから、磨耗により導通が生じた断線状態であると判定する。

信号処理部は、断線状態であると判定したとき、断線を予測する警告信号を発する。警告信号に基づき、所定の表示機器は人へ断線の警告を表示する。

（作用）従来技術において、断線検知線の絶縁層の磨耗により断線検知線の導体線と電気シールド層に電気的な導通が生じたとき、導体線に流れる電流はＡからＡ´に変化するが、この電流変化が微小である場合、第１の検出器の検出信号Ａ´により信号処理部は断線状態を判定できない。さらに、この状態において、断線検知線の導体線に断線が生じたとき、導体線には電気シールド層との磨耗部２８による導通を介して電流Ａ´´が流れるが、その電流変化が微小である場合、第１の検出器の検出信号Ａ´´により信号処理部は断線状態を判定できない。

本実施形態においては、断線検知線の絶縁層の磨耗により断線検知線の導体線と電気シールド層に電気的な導通が生じたとき、導体線に流れる電流はＡからＡ´に変化するとともに電気シールド層に流れる電流は０からＢへ変化し、第１の検出器の検出信号Ａ´および第２の検出器の検出信号Ｂにより信号処理部は断線状態を判定している。したがって、導体線に流れる電流の変化が微小である場合も、電気シールド層に流れる電流の変化から断線状態の判定を行うことができる。

以上のように、本実施形態の断線検知装置は、電気ケーブルの屈曲運動により断線検知線の導体線が断線した場合と、断線検知線の絶縁層の磨耗により断線検知線の導体線が電気シールド層と電気的に導通した場合の、いずれの場合でも断線状態を判定できるので、電気ケーブルの電気シールド層の断線検知を確実に行うことができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態の断線検知装置の構成図である。

（電気ケーブル）電気ケーブルの構成は第１の実施形態と相違点はないため、説明を省略する。

（断線検知線）本実施形態に用いる断線検知線の第１の実施形態との相違点は、断線検知線の屈曲寿命を電気シールド層の屈曲寿命より長く設定することにある。断線検知線の屈曲寿命は、導体線の径、材質、導体線を形成する素線の径、撚りピッチ等により設定する。例えば、導体線１７の径は電気シールド層を形成する金属素線よりも小さくすれば良い。

また、断線検知線の絶縁層は電気シールド層の屈曲寿命より短い時間で磨耗するように設定する。これにより、電気ケーブルの屈曲運動により電気シールド層が断線する前に、断線検知線の導体線と電気シールド層に電気的な導通が生じる。絶縁層の磨耗時間は、絶縁層の材質や厚さにより設定する。

その他の構成については第１の実施形態との相違点はないため、説明を省略する。

（断線検知装置）本発明の電気ケーブルの断線検知装置の第２の実施形態について、図５に基づいて説明する。３０は断線検知線を表し、３１は断線検知線の導体線、３２は断線検知線の絶縁層である。また、３３は電気ケーブルの電気シールド層を表すものである。

断線検知線３０の導体線３１の一端は電圧源３４に電気的に接続され、他端は開放されている。一方、電気ケーブルの電気シールド層３３は検出器３６としての電流計を介してグラウンドに電気的に接続されている。なお、断線検知線３０の導体線３１の他端は抵抗を介してグラウンドに電気的に接続する構成としても良い。

検出器３６は図示しない信号処理部に電気的に接続されており、検出器３６の検出信号は信号処理部に送られる。信号処理部は検出信号を処理し電気ケーブルの断線の判定を行うプログラムを備える。

なお、検出器３６としては、電気シールド層に流れる電流を測定する電流計の他に、電気シールド層と直列に抵抗を接続しその抵抗の電圧を測定する電圧計を用いても良い。また、検出器３６として、電気シールド層の抵抗値を測定する抵抗計を用いても良い。

（動作）電圧源３４により断線検知線３０の導体線３１に電圧が印加されている。一方、電気シールド層３３は導体線３１と絶縁層３２により絶縁されているので、電流が流れない。断線検知線３０の導体線３１と電気シールド層に電気的な導通が生じていないとき、検出器３６は電流値０を検出信号として信号処理部へ送る。信号処理部は検出器３６の検出信号０から、断線が生じていない通常状態であると判定する。

電気ケーブルに多くの屈曲運動が加わったとき、断線検知線の絶縁層３２が磨耗し、これにより断線検知線の導体線３１と電気シールド層３３が電気的に導通する。断線検知線の屈曲寿命は電気シールド層の屈曲寿命より長く設定し、断線検知線の絶縁層は電気シールド層の屈曲寿命より短い時間で磨耗するように設定しているので、電気シールド層に断線が生じる前に導体線と電気シールド層の短絡が生じる。３８は磨耗部を表している。

断線検知線３０の絶縁層３２の磨耗部３８において導体線３１と電気シールド層３３に電気的な導通が生じたとき、電気シールド層に電流値Ｃの電流が流れるので、検出器３６は、電流値Ｃの検出信号を信号処理部へ送る。信号処理部は検出器３６の検出信号Ｃから、磨耗により導通が生じた断線状態であると判定する。

信号処理部は、断線状態であると判定したとき、断線を予測する警告信号を発する。警告信号に基づき、所定の表示機器は人へ断線の警告を表示する。

（作用）本実施形態においては、電気ケーブルに多くの屈曲運動が加わったとき、電気シールド層に断線が生じる前に、断線検知線の絶縁層の磨耗により断線検知線の導体線と電気シールド層に短絡が生じる。導体線と電気シールド層に短絡が生じたとき、電気シールド層に流れる電流は０からＣへ変化し、検出器の検出信号Ｃにより信号処理部は断線状態を判定している。したがって、電気ケーブルの電気シールド層の断線検知を確実に行うことができる。

また、従来技術において、断線検知線の導体線が完全に断線しないと断線が検知できず、導体線が完全に断線するまでの時間にはある程度の違いがあったため、同じ電気ケーブル、断線検知線の構造においても断線検知の時間にある程度差異が生じていた。本実施形態においては、断線検知線の絶縁層の磨耗による導体線と電気シールド層の電気的な導通により断線を検知しているので、導体線の断線までの時間の違いによる影響を受けないという作用を奏する。

（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態の電気ケーブルに限られず、電源線や信号線などの電線の形状、大きさや数、シース内における電線の配置などを、応用目的に対応して設計したものに適用できる。

また、断線検知線は一本でも良く、好適には複数本設けても良い。

（応用例）
本発明の電気ケーブルの断線検知装置および断線検知方法は、ロボットや自動車の可動機器に接続する電気ケーブルに適用できる。自動車においては、例えば、電動ブレーキハーネスやインホイールモータ用ハーネスのような振動や屈曲が頻繁に加わる電気ケーブルに適用できる。

本発明に用いる電気ケーブルの断面図である。 本発明に用いる断線検知線の断面図であり、（ａ）はエナメル線、（ｂ）複数の導体線を撚り合わせた絶縁電線、（ｃ）単線の導体線の絶縁電線の図である。 本発明の電気シールド層と断線検知線を示す概観図である。 本発明の第１の実施形態の電気ケーブルの断線検知装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態の電気ケーブルの断線検知装置の構成図である。

符号の説明

１０ 電気ケーブル
１１ 電線
１２，２３，３３ 電気シールド層
１３ シース
１４，２０，３０ 断線検知線
１５ 電線の導体線
１６ 電線の絶縁層
１７，２１，３１ 断線検知線の導体線
１８，２２，３２ 断線検知線の絶縁層
２４，３４ 電圧源
２５ 第１の検出器
２６ 第２の検出器
２７ 断線部
２８，３８ 磨耗部
３６ 検出器

Claims (19)

1. 複数の電線と前記複数の電線を覆う電気シールド層と前記電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルと、
   前記電気シールド層に設けられ導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線と、
   前記導体線に電気的に接続された電圧源と、
   前記導体線に電気的に接続された第１の検出器と、
   前記電気シールド層に電気的に接続された第２の検出器と、
   を備えたことを特徴とする電気ケーブルの断線検知装置。
2. 前記断線検知線の屈曲寿命は前記電線の屈曲寿命よりも短く設定されることを特徴とする請求項１に記載の電気ケーブルの断線検知装置。
3. 前記断線検知線の屈曲寿命は前記導体線の径や材質により設定されることを特徴とする請求項２に記載の電気ケーブルの断線検知装置。
4. 複数の電線と前記複数の電線を覆う電気シールド層と前記電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルと、
   前記電気シールド層に設けられ導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線と、
   前記導体線に電気的に接続された電圧源と、
   前記電気シールド層に電気的に接続された検出器と、
   を備えたことを特徴とする電気ケーブルの断線検知装置。
5. 前記断線検知線の屈曲寿命は前記電線の屈曲寿命よりも長く設定されており、前記断線検知線の絶縁層が磨耗するまでの時間は前記電線の屈曲寿命よりも短く設定されることを特徴とする請求項４に記載の電気ケーブルの断線検知装置。
6. 前記断線検知線の屈曲寿命は前記導体線の径や材質により設定されることを特徴とする請求項５に記載の電気ケーブルの断線検知装置。
7. 前記断線検知線の絶縁層が磨耗するまでの時間は前記絶縁層の材質や厚さにより設定されることを特徴とする請求項５または６に記載の電気ケーブルの断線検知装置。
8. 前記断線検知線は導体線に絶縁膜を形成したエナメル線であることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の電気ケーブルの断線検出装置。
9. 前記電気シールド層は金属素線を交差させて編んだ金属素線編組または金属素線を横巻きした金属素線横巻層であることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の電気ケーブルの断線検出装置。
10. 前記電気シールド層は金属テープであることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の電気ケーブルの断線検出装置。
11. 前記電気ケーブルは電動ブレーキハーネスまたはインホイールモータ用ハーネスであることを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の電気ケーブルの断線検出装置。
12. 複数の電線と前記複数の電線を覆う電気シールド層と前記電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルの前記電気シールド層に導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線を設け、
    前記導体線に電圧源を電気的に接続して電圧を印加し、
    前記導体線に第１の検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、
    前記電気シールド層に第２の検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、
    前記第１の検出器の検出信号と前記第２の検出器の検出信号から前記電気シールド層の断線の判定を行うことを特徴とする電気ケーブルの断線検知方法。
13. 前記第１の検出器は前記電気的な検出信号として前記導体線に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項１２に記載の電気ケーブルの断線検知方法。
14. 前記第１の検出器は前記電気的な検出信号として前記導体線の抵抗値を検出することを特徴とする請求項１２に記載の電気ケーブルの断線検知方法。
15. 前記第２の検出器は前記電気的な検出信号として前記電気シールド層に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項１２〜１４いずれかに記載の電気ケーブルの断線検知方法。
16. 前記第２の検出器は前記電気的な検出信号として前記電気シールド層の抵抗値を検出することを特徴とする請求項１２〜１４いずれかに記載の電気ケーブルの断線検知方法。
17. 複数の電線と前記複数の電線を覆う電気シールド層と前記電気シールド層を覆うシースからなる電気ケーブルの前記電気シールド層に導体線とその外周の絶縁層からなる断線検知線を設け、
    前記導体線に電圧源を電気的に接続して電圧を印加し、
    前記電気シールド層に検出器を電気的に接続して電気的な検出信号を検出し、
    前記検出器の検出信号から前記電気シールド層の断線の判定を行うことを特徴とする電気ケーブルの断線検知方法。
18. 前記検出器は前記電気的な検出信号として前記電気シールド層に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項１７に記載の電気ケーブルの断線検知方法。
19. 前記検出器は前記電気的な検出信号として前記電気シールド層の抵抗値を検出することを特徴とする請求項１７に記載の電気ケーブルの断線検知方法。

Images