JP2011150849A - シールドケーブル - Google Patents

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

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。

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。

特開平６−３８５４３号公報

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。

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）。

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に係る車両に配索されたシールドケーブルを模式的に表した図 シールドケーブルの断面図 丸形の被覆電線が横並びに配列されたシールドケーブルを表した図 丸形の被覆電線が俵積みに配列されたシールドケーブルを表した図 実施形態２に係るシールドケーブルの断面図 実施形態３に係るシールドケーブルの断面図 実施形態４に係るシールドケーブルの断面図 他の形態に係るシールドケーブルの断面図 他の形態に係るシールドケーブルの断面図 他の形態に係るシールドケーブルの断面図 他の形態に係るシールドケーブルの断面図

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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]

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

（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。

（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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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