JP2016091842A - 電力供給用高周波ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】シールド層を有する電力供給用高周波平形ケーブルＰにおける電力の伝送ロスの低減を図る。【解決手段】平帯状内部導体１１と、その内部導体の両側に内部絶縁体１２を介在して並列された平帯状の対の外部導体１３、１３と、その外部導体の周りを覆う外部絶縁体１４と、その周りのシールド層１５及びシース１６からなり、対の外部導体は内部絶縁体によって切り離され内部導体に対して対称位置にあって、内部導体と外部導体によって電流の往路と復路を形成する電力供給用平形高周波ケーブルＰ１である。外部導体を流れる電流によって生じる磁束は、その中心が内部導体断面内の中心に位置するため、内部導体を流れる電流によって生じる磁束と効率よく相殺され、外部導体の外側に生じる磁束は減少する。このため、その外部導体外側に生じる磁束による電力伝送ロスは減少する。このとき、外部導体両端は内部導体の端より突出していることが好ましい（Ｗ１＜Ｗ２）。【選択図】図１

Description

この発明は、誘導加熱装置等へ電力を供給する高周波ケーブルに関するものである。

誘導加熱装置等への電力供給に、対の導体を絶縁体を介して並列し、その周りをさらに絶縁体で覆い、その対の導体によって電流の往路と復路を形成する電力供給用高周波ケーブルが使用されており、そのケーブルには、丸形同軸ケーブルと平形ケーブルとがある（特許文献１、請求項１、図１参照）。

一方、高周波電流は、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる表皮効果を有する。このため、導体表面積が小さいとその表皮効果によって導体の交流抵抗が高くなり、電力供給率（伝送率）が低下することとなる。
このため、平形ケーブルは、導体が断面円形の丸形同軸ケーブルに対し、導体断面積を同じとすると、導体が平形状であることから、その表面積が円形状に比べて大きく、導体の交流抵抗が低く、電力供給用高周波ケーブルとしては優れたものと言える。

ところで、「電気設備に関する技術基準を定める省令」に定める技術的要件を満たすと認められる技術的内容をできるだけ具体的に示した「電気設備の技術的基準の解釈」の「高圧ケーブル」の欄の第１０条の二には「構造は、絶縁物で被覆した上を外装で保護した電気導体において、外装が金属である場合を除き、単心のものにあっては線心の上に、多心のものにあっては線心をまとめた上又は各線心の上に、金属製の電気的遮蔽層を有するものであること」と規定されている。

その規定は、交流：６００Ｖ、直流：７５０Ｖを超える高圧ケーブルに適用され、丸形同軸ケーブルには、その高圧ケーブル仕様としてシールド層及びその周りにシース（外装）を設けたものがある。
一方、平形ケーブルは、主に、交流：６００Ｖ以下、直流：７５０Ｖ以下の低圧に使用されているため、上記シールド層及びその周りにシース（外装）を設けたものはない。

特開平１０−２３３１２８号公報

この発明は、以上の実状の下、平形ケーブルにおいて、上記規定を満たすようにすることを課題とする。

上記課題を達成するため、この発明は、上記平形ケーブルにおいて、外部絶縁体の周りをシールド層で覆い、さらに、そのシールド層をシースで覆うこととしたのである。
この構成とすれば、上記規定の「多心のものにあっては線心をまとめた上又は各線心の上に、金属製の電気的遮蔽層を有するものであること」を満たすこととなる。
このため、この構成の平形ケーブルは、交流：６００Ｖ、直流：７５０Ｖを超える高圧ケーブルとして使用し得るものとなる。

この発明に係る電力供給用高周波平形ケーブルの具体的な構成としては、平帯状の対の導体と、その対の導体の間に介在した内部絶縁体と、その対の導体及び内部絶縁体の周りを覆う外部絶縁体と、その外部絶縁体の周りを覆うシールド層と、そのシールド層を覆うシースとからなって、前記対の導体によって電流の往路と復路を形成する構成を採用することができる。
この構成の電力供給用高周波平形ケーブルは、シールド層によって外部への電磁波が遮蔽される（電磁波の漏れが防止される）。

この構成において、上記対の導体の一方を内部導体、その内部導体の両側面に前記内部絶縁体を介在して対の導体の他方をそれぞれ外部導体として並列した構成とすることができる。この構成のケーブルは、内部導体を往路導体とし、外部導体を復路導体として使用することができる。
このようにすれば、外部導体を流れる電流によって生じる磁束は、その中心（中心軸）が内部導体側に移動するため、内部導体を流れる電流によって生じる磁束と相殺され易くなり、外部導体の外側に生じる磁束は減少する。このため、この構成のケーブルは導電性磁性体に隣接して使用しても、誘導電流の発生よる電力伝送ロスは減少するとともに、外部への電磁波の漏洩量も減少するため、シールド層による電磁波遮蔽効果も向上する。
また、この構成であると、内部導体の全周囲に内部絶縁体を設けた（被覆した）後、外部導体を添えて外部絶縁体を設けることができるため、その製造工程が簡単となってその製造コストの低減を図ることができる。また、内部導体を露出する際、外部導体を剥がして内部絶縁体を剥ぎ取り得るため、その端末処理が容易である。

さらに、この構成において、上記外部導体の幅が内部導体の幅より大きく、その外部導体の端が内部導体の端より突出している構成とすることによって、前記外部導体の外側に生じる磁束をより減少させることができる。このとき、外部導体の端の他方は内部導体の端より内側であったり、同じ位置であったりして、一端のみが突出しているだけでも良いが、両端が突出していることが好ましい。
また、外部導体は内部絶縁体によって切り離された対のもの（図１、図３、図４（ａ）〜（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）参照）としたり、その一端が連続したもの（図４（ｅ）参照）としたりし得る。

さらに、外部導体を流れる電流によって生じる磁束は、上記のようにその中心が内部導体側に移動するが、その中心は内部導体断面内、特に内部導体の中心に位置すれば、内部導体を流れる電流によって生じる磁束と効率よく相殺される。このため、外部導体を内部導体に対し対称位置に配設すれば、外部導体を流れる電流によって生じる磁束の中心は、内部導体を流れる電流によって生じる磁束の中心点と一致することとなり、外部導体の外側に生じる磁束をより有効に減少できる。
また、上記対の導体の一方と他方のそれぞれの合計公称断面積、例えば、内部導体の公称断面積と外部導体の合計公称断面積を同じとすることもできる。このようにすれば、両導体を流れる電流によって生じる磁束密度がほぼ同じになる。このため、内外導体の公称断面積を同じとし、上記の外部導体が内部導体に対し対称に位置すれば、前記外部導体を流れる電流によって生じる磁束の中心が、内部導体を流れる電流によって生じる磁束の中心点と一致するとともに、両導体を流れる電流によって生じる磁束密度がほぼ同じになって、上記相殺作用が完全のものに近くなって伝送ロスを有効に減少できるとともに、シールド層による電磁波遮蔽効果も向上する。

この発明は、以上のように構成したので、平形ケーブルであっても、交流：６００Ｖ、直流：７５０Ｖを超える高圧ケーブルとして使用し得るものとなる。また、外部導体の外側に生じる磁束が減少し、導電性磁性体に隣接して使用しても、誘導電流の発生による電力伝送ロスを抑制できる。

この発明に係る電力供給用高周波ケーブルの一実施形態を示し、（ａ）はその切断図、（ｂ）はシールド層及びシースを除去した寸法図 同実施形態の製造説明図 同他の各実施形態の切断図 同他の各実施形態の切断図 同他の各実施形態の切断図 同さらに他の実施形態の切断図

この発明に係る電力供給用高周波ケーブルの一実施形態を図１に示し、この実施形態の電力供給用高周波ケーブルＰ１（以下、電力供給用高周波ケーブルの総称符号：Ｐとする。）は、平帯状内部導体１１と、その内部導体１１の両側に内部絶縁体１２を介在して並列された平帯状の対の外部導体１３、１３と、その対の外部導体１３の周りを覆う外部絶縁体１４と、その外部絶縁体１４の周りを覆う銅テープの巻回層からなるシールド層１５ａ（以下、シールド層の総称符号：１５とする。）と、その周りを覆う樹脂押出成形からなるシース１６とからなる。
対の外部導体１３、１３は、内部導体１１に個々に並列に沿わせ内部絶縁体１２により切り離されて内部導体１１に対し対称位置となっている。このとき、内部導体１１の公称断面積と外部導体１３、１３の合計公称断面積を同じとすることが好ましい。

この実施形態の電力供給用高周波ケーブルＰ１は、図２（ａ）に示す、丸編みを扁平にした内部導体１１の全周面に押出機によって内部絶縁体１２を押し出し被覆し（同図（ｂ））、その内部導体１１の両側面に丸編みを扁平にした外部導体１３を沿わせて配置した後（同図（ｃ））、その外周全面に、さらに押出機によって外部絶縁体１４を押し出し被覆したり（同図（ｄ））、熱収縮チューブ１４’を被せたり（図５（ｂ）参照）して外部絶縁体１４を設ける。その外部絶縁体１４の周りに銅テープを巻回してシールド層１５を形成し（同図（ｅ））、さらに、シース１６を押出被覆する（同図（ｆ））。

内部導体１１、外部導体１３は、平形状であれば何れの態様でも良く、例えば、箔状、テープ状、平織りや平編み等の編組、子撚りの集合撚り、集合撚り、縦添え、横巻き等を適宜に採用する。編組は、丸編み（丸織り）を扁平にしたものとすることができる。
絶縁体１２、１４及びシース１６の材料としては、難燃架橋ポリオレフィン、架橋ポリオレフィン、難燃ポリオレフィン、ポリオレフィン、塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標：テフロン等）、ナイロン、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＰＥゴム）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ケイ素ゴム、ウレタン、難燃架橋ポリエチレン、架橋ポリエチレン等の従来から使用しているものを適宜に使用し得る。

上記シールド層１５には、上記銅テープによるシールド層１５ａのみならず、種々の態様のものを採用することができる。例えば、図３（ａ）に示す、金属編組によるシールド層１５ｂ、同図（ｂ）に示す、粗巻き銅線や粗巻き銅テープ１５ｃ_１と銅テープ１５ｃ_２とから成るシールド層１５ｃ、同図（ｃ）に示す、粗巻き銅線や粗巻き銅テープ１５ｄ_１と銅平編線１５ｄ_２とから成るシールド層１５ｄ、同図（ｄ）に示す、集合銅線から成るシールド層１５ｅ等を採用することができる。さらに、前記銅テープに代えて、銅メッキが施されたポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）不織布テープやカーボン繊維テープ等を使用し得る。

この電力供給用高周波ケーブルＰの端末処理は、従来と同様に、まず、シース１６を所要長さ剥ぎ取り、露出したシールド層１５及び外部絶縁体１４をさらに所要長さ剥ぎ取って対の外部導体１３を露出させ、その対の外部導体１３、１３を内部導体１１との絶縁状態を維持して（内部絶縁体１２を介在して）束ねる（重ねる）。つぎに、その束ねた外部導体１３の外周面を熱収縮チューブで被覆し、その両導体１１、１３の端に接続端子片を圧縮接続し、さらに、内外部導体１１、１３を纏めてその外周を熱収縮チューブによって被覆する等の手段を採用する。

この電力供給用高周波ケーブルＰの内部導体１１と外部導体１３の他の実施形態としては、図１（ｂ）に示す上記実施形態のように、外部導体１３の幅Ｗ２が内部導体１１の幅Ｗ１より大きく（Ｗ２＞Ｗ１）、かつその両端が突出しているのみならず、図４（ａ）に示すように、両導体１１、１３の幅Ｗ１、Ｗ２が同一の場合（ケーブルＰ６）、同（ｂ）に示すように、外部導体１３の幅Ｗ２が内部導体１１の幅Ｗ１より小さい場合等が考えられる（ケーブルＰ７）。
これらにおいて、図４（ｃ）に示すように、適宜に、外部導体１３の端を内部導体１１側に湾曲させて囲むようにしたり（ケーブルＰ８）、同（ｄ）に示すように、外部導体１３を切り離して内部導体１１の側面に位置させたり（ケーブルＰ９）、同（ｅ）に示すように、対の外部導体１３の一端は連続したものとして外部導体１３を内部絶縁体１２によって仕切られたものとしたりし得る（ケーブルＰ１０）。それらの各態様において、同（ｆ）、（ｇ）に示すように、両導体１１、１３の一方を複数条（２条、３条、４条・・）で構成したり（ケーブルＰ１１、Ｐ１２）、両者を複数帯条で構成したりすることができる。また、内外部導体１１、１３の幅Ｗ１、Ｗ２、それらの端の突出度合いｔ（図１（ｂ）参照）も任意である。

さらに、他の実施形態としては、図５に示すように、外部導体１３の全周に絶縁被覆１４’’したものを内部導体１１の絶縁被覆（内部絶縁体）１２両側に並列配置したのち、その外周全面に、さらに押出機によって外部絶縁体１４を押し出し被覆したり（同図（ａ））、熱収縮チューブ１４’を被せたり（同図（ｂ））して外部被覆したケーブルＰ１３、Ｐ１４とすることもできる。また、図６に示す、従来の平帯状の対の導体１１、１３の間に内部絶縁体１２を介在し、その周りを外部絶縁体１４で覆い、さらに、その外部絶縁体１４の周りをシールド層１５及びをシース１６で覆ったケーブルＰ１５とすることもできる。このケーブルＰ１５は内部絶縁体１２と外部絶縁体１４を一体に押出成形しているが、別々に押出成形することもできる。これらのケーブルＰ１３〜１５においても、上記図３の（ａ）〜（ｄ）及び図４の（ａ）〜（ｇ）に示す態様を適宜に選択できる。
なお、上記各実施形態において、内部導体１１及び各外部導体１３、１３は一条でなくとも、平帯状の複数条を並列した構成とすることもできる。このとき、その各条はその全周をそれぞれ絶縁被覆したもの（図５（ａ）の外部導体１３の絶縁被覆１４’’参照）とすることができる。

図１で示す断面形状の各電力供給用高周波ケーブルＰ１において、下記表１に示すように、内部導体１１は、平編銅線（８０ＳＱ（ｍｍ^２）：ＪＣＳ１２３６素線径：０．２６ｍｍ、幅Ｗ１：４０ｍｍ、厚さ：約４．２ｍｍ）をそれぞれ使用して同一とし、外部導体１３には、幅Ｗ２のみが異なる同一の平編銅線（３８ＳＱ：ＪＣＳ１２３６素線径：０．２６ｍｍ、厚さ：約２．１ｍｍ）を使用し、実施例１は、幅Ｗ２：５０ｍｍ、実施例２は、幅Ｗ２：４０ｍｍ、実施例３は、幅Ｗ２：３０ｍｍとし、何れにおいても、内部絶縁体１２及び外部絶縁体１４には難燃架橋ポリエチレンでもって、前者厚み（内外導体１１、１３間）：約３．０ｍｍ、後者厚み（外部導体１３の平面部）：約３．０ｍｍとし、さらに、層厚：０．１５ｍｍの金属編組によるシールド層１５ｂを設け、層厚：２．０ｍｍの難燃架橋ポリオレフィン製シース１６を形成して、各実施例１〜３をそれぞれ製作した。また、実施例４として、図６に示す、前記内部導体１１と同一の平編銅線からなる導体（幅：４０ｍｍ）１１、１３を並行に設けて難燃架橋ポリエチレンの絶縁体（導体１１、１３間及び外側厚み：約３ｍｍ）１２、１４及び同シールド層１５ｂを設け、さらに同シース１６を押出成形したケーブルＰ１５を製作した。
また、各実施例１〜４において、シールド層１５及びシース１６を設けないものも製作した。

この実施例１〜４及びシールド層１５及びシース１６を有しないケーブルの空中配線において、１００ｋＨｚの交流電流を流した試験結果を上記表１の下欄に示す。その抵抗増加率（％）は、シールド層１５及びシース１６を有しないケーブルに対しての増加率である。
この各実施例１〜３と実施例４の結果から、内部導体１１の両側に外部導体１３をそれぞれ配置すると、高周波の交流電流を流す際、ケーブルＰの抵抗増加を抑制できて電送ロスが少なくなることが理解できる。
また、各ケーブルＰの抵抗増加率の増加度合いは、実施例１、同２、同３、同４の順で徐々に高くなっていることから、内部導体１１に対し、外部導体１３はその幅が大きい（Ｗ２＞Ｗ１）ことが好ましいことが理解できる。

Ｐ１〜Ｐ１５ 電力供給用高周波ケーブル
１１ 内部導体
１２ 内部絶縁体
１３ 外部導体
１４ 外部絶縁体
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ） シールド層
１６ シース（外装）

Claims (8)

1. 平帯状の対の導体（１１、１３）と、その対の導体（１１、１３）の間に介在した内部絶縁体（１２）と、その対の導体（１１、１３）及び内部絶縁体（１２）の周りを覆う外部絶縁体（１４）と、その外部絶縁体（１４）の周りを覆うシールド層（１５）と、そのシールド層（１５）を覆うシース（１６）とからなって、前記対の導体（１１、１３）によって電流の往路と復路を形成する電力供給用高周波平形ケーブル。
2. 上記対の導体の一方を内部導体（１１）、その内部導体（１１）の両側面に上記内部絶縁体（１２）を介在して対の導体の他方をそれぞれ外部導体（１３）として並列した請求項１に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
3. 上記外部導体（１３）の幅（Ｗ２）が内部導体（１１）の幅（Ｗ１）より大きく、その外部導体（１３）の端が内部導体（１１）の端より突出していることを特徴とする請求項２に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
4. 上記外部導体（１３）の両端が内部導体（１１）の端より突出していることを特徴とする請求項３に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
5. 上記外部導体（１３）が上記内部絶縁体（１２）によって切り離された対のものからなることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
6. 上記並列された外部導体（１３）が上記内部導体（１１）に対して対称に位置することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
7. 上記内部導体（１１）の公称断面積と外部導体（１３）の合計公称断面積を同じとしたことを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。
8. 上記対の導体（１１、１３）の一方と他方のそれぞれの合計公称断面積を同じとしたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電力供給用高周波平形ケーブル。

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