JP3951535B2 - 給電設備およびその高周波電流用ケーブル - Google Patents
給電設備およびその高周波電流用ケーブル Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源より高周波電流を給電する給電設備と、この給電設備に使用される高周波電流用ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源より高周波電流を給電する給電設備として、たとえば特開平６−１５３３０５号公報に開示された無接触給電設備がある。
すなわち、搬送用車体（移動体の一例）の案内レール（移動線路の一例）に沿って、電源装置より一定の高周波電流が供給される線路（誘導線路）を張設し、前記搬送用車体に、前記誘電線路から無接触で給電されるピックアップコイルを設け、前記ピックアップコイルと並列に、このピックアップコイルと前記誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成するコンデンサを接続し、このコンデンサに整流／平滑回路を接続し、さらに整流／平滑回路に出力電圧を基準電圧に維持する安定化電源回路を接続している。この安定化電源回路よりインバータを介して、負荷に相当する、搬送用車体の走行用車輪に連結されたモータに給電している。
【０００３】
上記電源装置より線路に供給される高周波電流は、表皮効果により導体表面に集中し、導体の有効断面積が減少し、その結果、抵抗は直流における抵抗より増加し、また周波数の上昇につれて増加する。この表皮効果により増加する抵抗による損失を免れるため、高周波電流を流すための線路（ケーブル）には、リッツ線（直径が小さい導体にエナメル被覆をし、これを撚り合わせたもの）が広く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記リッツ線によるケーブルは、接続するとき、エナメルを除去し半田処理する必要があるため、端末処理が煩雑であり、またこの端末処理の品質、信頼性を維持することは困難である。またリッツ線は価格が高いために、設備費が高くなる要因となっている。
【０００５】
このような問題を単に解決するために、ビニールなどで被覆された導体を複数本束ねた、多芯ケーブルを使用することが考えられる。多芯ケーブルは、半田処理が不要で、従来の圧着端子を使用できるので、端末処理が極めて容易であり、さらにリッツ線に比較して価格は約半分である。
しかし、高周波においては、抵抗の増加をもたらすものとして、上記表皮効果の他に近接効果がある。これは、導体に近接して対向導体が存在すると、表皮効果により導体の表面に集まっている高周波電流が近接する導体に対し逆起電力を与え、電流分布が変わることにより発生する。上記多芯ケーブルでは、中心からの距離が異なる導体間での電流位相の相違を発生させ、中心近くの電線ほど多くの電線の影響を受けるため、図１２に示すように、中心近くの電線には結果として逆向きの成分を持った電流が流れ、循環電流が発生し、その結果としてやはり抵抗の増加をもたらし、高周波の大電流を流すと抵抗による損失が大きいため、高周波電流を流す線路としての使用に適さなかった。図１２では、多芯ケーブル31を高周波電流用ケーブルとして使用し、両端部では各電線32をまとめて圧着端子33を取り付けている。
【０００６】
なお、上記近接効果は、リッツ線を用いていても除去することはできにくく、特にその端末処理において多数のリッツ線を同時に半田処理し一本化することにより、個々のリッツ線では撚り合わせ時の空間配置の違いから電流位相の相違が発生しやすく、結果として抵抗の増加をもたらせている。
そこで、本発明は、高周波電流を流しても抵抗による損失が少なく、誘導ケーブルとして使用可能で、しかも価格が安く、端末処理が容易な高周波電流を流す線路を備えた給電設備と、その高周波電流用ケーブルを提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、導体とこの導体を覆う被覆から構成された複数の電線からなり、高周波電流を各電線に分けて流す高周波電流用ケーブルであって、
貫通孔を有する磁性体を設け、
前記ケーブルのケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、これら束を２つに分けて、一方の束を前記磁性体の貫通孔の一方の側から、他方の束を前記磁性体の貫通孔の他方の側から、前記磁性体の貫通孔に、アンペアターンおよび電流密度が同じになるように通し、
これによって前記複数の電線の電流位相および電流値がほぼ同じとなることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、複数の電線からなる高周波電流用ケーブルは、多芯ケーブル、給電ダクト、給電ピットなどであり、貫通孔を有する磁性体は、高周波で透磁率が高く、うず電流が発生しないものが望ましく、たとえばフェライトやアモルファスの磁性材料を使用する。
上記構成により、複数の電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に各電線の電流位相および電流値が全く同じとなり、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路が得られる。また、各電線を流れる電流の位相が一致することから、循環電流が断ち切られ、よって抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路が得られる。さらに、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とすることにより、電線を１本ずつ磁性体に通す場合と比較して、必要な磁性体の数が減少し、かつ磁性体に通す作業が容易となり、作業効率が改善される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明であって、各電線の導体の断面の径を、この導体の両外方の被覆の厚さを加算した値と同じとしたことを特徴とするものである。
上記構成により、各電線の導体の中心間の距離が、少なくとも電線の導体の断面の径の２倍となり、導体が接触している場合と比較して、高周波実効抵抗が大幅に減少し、抵抗による損失が減少する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記ケーブルの内側に、その中心からの距離が同じ位置に電線を配置し、該電線の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線の数の整数倍の電線を配置したことを特徴とするものである。
上記構成により、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、磁性体に通すとき、簡単にアンペアターンあるいは電流密度を同じにすることができ、作業効率が改善される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明の高周波電流用ケーブルを無接触給電設備の誘導線路に使用したことを特徴とするものである。
上記構成により、誘導線路の電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に誘導線路の各電線の電流位相および電流値が全く同じとなり、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路を備えた給電設備が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における給電設備において高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの構成図である。
【００１６】
図１において、１は多芯ケーブル（給電体の一例）であり、図２（ａ）に拡大して示すように、ケーブル１の内側に中心からの距離が同一の４本の電線（芯線）２が配置され、その外側に中心からの距離が同一の、内側の電線２の数の整数倍の本数（図１では２倍の８本）の電線３が配置されている。また電線２の導体11の断面積と電線３の導体11の断面積を同一としている。またこれら電線２と内側の４本の電線２の束をＡ、外側の４本（内側の電線２の数と同数）毎の電線３の２つの束をＢ，Ｃとする。
【００１７】
また図１において、５はリング形状のフェライト（磁性体の一例）であり、このフェライト５に対して、図示するように、内側の４本の電線２の束Ａを、フェライト５の孔６を一度通過させ、フェライト５の外方を廻って、再度同じ方向よりフェライト５の孔６を通過させている。また外側の電線３の２つの束Ｂ，Ｃをそれぞれ、前記内側の電線２の束Ａが通過した方向とは反対の方向からフェライト５の孔６を通過させている。
【００１８】
このようなフェライト５への電線２，３の巻き方により、内側の電線２と外側の電線３によるアンペアターンが同じとなり、多芯ケーブル１の内側の電線２と外側の電線３の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に多芯ケーブル１の各電線２，３の電流位相および電流値が全く同じとなり、循環電流が断ち切られ、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗の損失が減少する。その結果、多芯ケーブル１を、高周波電流用ケーブルとして使用することが可能となる。このように、磁性体に、アンペアターンまたは電流密度が同じになるように複数の電線を通すことにより、電流平衡回路が構成される。
【００１９】
また上記のように、内側に中心からの距離が同じ位置に配置される電線２の数と、これら電線の外側に配置される電線３の数を整数倍としたことにより、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、フェライト５に通すとき、簡単にアンペアターンを同じにすることができ、敷設作業の効率を改善でき、コストを低減することができる。
【００２０】
また図１に示すように、内側の電線２の束Ａの両端末には、第１圧着端子７が取り付けられ、また外側の電線３の束Ｂ，Ｃの両端末にはそれぞれ、第２圧着端子８と第３圧着端子９が取り付けられている。図１において、10は多芯ケーブル１の被覆である。
また各電線２，３は、図２に示すように、各電線２，３の導体11の断面の径ｄを、この導体11の両外方の被覆12の厚さｓを加算した値と同じとしている（ｄ＝２ｓ）。したがって、各電線２，３の導体11の中心間の距離Ｈが、少なくとも導体11の断面の径の２倍以上（Ｈ≧２ｄ）となり、導体11を接触させている場合と比較して、高周波実効抵抗が大幅に減少し、抵抗による損失が減少する。なお、高周波が１０ｋＨｚのときは、導体11の断面の径ｄは１ｍｍ程度が望ましい。その結果、多芯ケーブル１を、高周波電流用ケーブルとして使用することができる。
【００２１】
図３は、上記高周波電流用ケーブルを使用した高周波電流を供給する給電設備の回路図である。
電流平衡回路を構成する１個のフェライト５と２本の多芯ケーブル１を、コンセント18と高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／１００Ａの電源装置）19間に接続して構成している。
【００２２】
コンセント18に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置19より高周波電流が電気機器へ供給される。
このように、高周波電流を供給するとき、１個のフェライト５を設けるだけで近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル１を高周波電流用ケーブルとして使用できる。多芯ケーブル１を使用することにより、コンセント18および電源装置19へケーブルを接続するとき、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００２３】
図４は、上記高周波電流用ケーブルを使用した無接触給電設備（給電設備の一例）の高周波電流を流す線路（誘導線路）の回路図である。
直列に接続された３本の多芯ケーブル１と１個のフェライト５から、長い距離、たとえば２００ｍに渡る誘導線路21を形成し、高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／１００Ａの電源装置）22に接続している。また端子台23を介して、ケーブル１の内側の電線２は内側の電線２の束Ａ同士で連続して接続され、外側の電線３は束Ｂ，Ｃ同士でそれぞれ連続して接続されている。この誘導線路21が発生する磁束により、２点鎖線で示すピックアップコイル24に起電力が誘起される。
【００２４】
このように、長い距離に渡って誘導線路21を形成する場合においても、１個のフェライト５を設けるだけで、近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル１を使用して誘導線路21を形成することができる。また多芯ケーブル１を使用することにより、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、ケーブル敷設の際の作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態１では、磁性体の一例としてフェライト５を使用しているが、高周波で透磁率が高く、うず電流が発生しないものであればよく、たとえばアモルファスの磁性材料なども使用できる。またフェライト５はリング形状としているが、貫通孔６を備えた形状であればよい。
また本実施の形態１では、１個のフェライトのみで電流平衡回路を形成しているが、図５に示すように、近接する電線２，３をフェライト５に交差させて通し、通した電線を束としてさらに他のフェライト５を交差させた束と、順にフェライト５に交差させて、電流平衡回路を形成することもできる。しかし、図１に示すように、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束Ａ，Ｂ，Ｃとすることにより、電線２，３を１本ずつフェライト５に通す場合と比較して、必要なフェライト５の数を減少でき、かつフェライト５に通す作業が容易となり、敷設作業の効率を改善でき、コストを低減することができる。
【００２６】
また本実施の形態１では、多芯ケーブル１を２層の電線２，３から形成しているが、さらに電線３の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線２の数の整数倍の電線を配置して、多層とすることもできる。図６に、３層とした場合の断面図を示す。電線３の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線２の数の３倍の１２本の電線（芯線）４を配置して、３層構造としている。
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２における給電設備において高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの構成図である。実施の形態１では、多芯ケーブル１を１回路の電流を流すケーブルとしているが、実施の形態２では、２回路の異なる電流を流すケーブルとしている。
【００２７】
図７において、41は多芯ケーブルであり、図８（ａ）に拡大して示すように、ケーブル41の内側に中心からの距離が同一の３本の電線（芯線）42が配置され、その外側に中心からの距離が同一の１２本の電線43が配置されている。44は多芯ケーブル41の被覆である。
いま、外側の１２本の電線43のそれぞれの導体の断面積をＳ1、内側の３本の電線42のそれぞれの導体の断面積をＳ2、また外側の１２本の電線43にそれぞれ流れる電流をＩ1、内側の３本の電線42にそれぞれ流れる電流をＩ2とするとき、
Ｉ1／Ｓ1＝Ｉ2／Ｓ2＝Ｋ（一定）
、すなわち電流密度（導体の単位断面積当りの電流）を一定としている。
【００２８】
たとえば、断面積Ｓ1＝０．７５ｍｍ2，断面積Ｓ2＝１．５ｍｍ2、すなわち、Ｓ2＝２Ｓ1で、かつ電流Ｉ1＝５Ａのとき、電流Ｉ2＝１０Ａとしている。
なお、外側の電線43の束をＤ、内側の電線42の束をＥとする。
また図７において、45は電流平衡回路を構成するリング形状のフェライト（磁性体の一例）であり、このフェライト45に対して、図示するように、外側の束Ｄと内側の束Ｅを互いに反対側よりフェライト45の孔46を通過させている。このとき、外側の束Ｄの電線43の断面積のＳ1の総面積Ｗ1（＝ΣＳ1）と、内側の束Ｅの電線42の断面積のＳ2の総面積Ｗ2（＝ΣＳ2）を演算し、総面積Ｗ1と総面積Ｗ2の比率ｎ（ｎは正の整数）を演算して、この比率ｎの電線の束をｎ回、フェライト45に巻き付けている。
【００２９】
たとえばＷ1／Ｗ2＝２のとき、内側の束Ｅを２回フェライト45に巻き付け、逆にＷ2／Ｗ1＝２のとき、外側の束Ｄを２回フェライト45に巻き付ける。
図７においては、Ｗ1＝１２×０．７５＝９ｍｍ2、Ｗ2＝３×１．５＝４．５ｍｍ2であるので、内側の束Ｅを２回フェライト45に巻き付けている。
このようなフェライト45への電線の束Ｄ，Ｅの巻き方により、フェライト45へ交錯する内側の電線の束Ｅと外側の電線の束Ｄによる電流値が同じとなり、多芯ケーブル41の内側の電線42と外側の電線43の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、近接効果による循環電流が断ち切られ、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗の損失が減少する。その結果、多芯ケーブル41を、高周波電流用ケーブルとして使用することが可能となる。
【００３０】
図７において、47，48は電線の束Ｄ，Ｅの両端部に圧着した圧着端子である。
図９は、上記高周波電流用多芯ケーブル41を使用した高周波電流を供給する給電設備の回路図である。
電流平衡回路を構成する１個のフェライト45と２本の多芯ケーブル41を、２個のコンセント51，52と２台の高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／６０Ａの電源装置と１０ｋＨｚ／３０Ａの電源装置）53，54間に接続して構成している。
【００３１】
コンセント51に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置53より高周波電流が電気機器へ供給され、コンセント52に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置54より高周波電流が電気機器へ供給される。
このように、２つの異なる高周波電流を供給するとき、１個のフェライト45を設けるだけで近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル41を２回路の高周波電流用ケーブルとして使用できる。また多芯ケーブル41を使用することにより、コンセント51，52および電源装置53，54へケーブルを接続するとき、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００３２】
また本実施の形態２では、１個のフェライトのみで電流平衡回路を形成しているが、図１０に示すように、近接する電線42，43をフェライト45に交差／巻回させて通し、通した電線を束としてさらに他のフェライト45を交差させた束と、順にフェライト45に交差させて、電流平衡回路を形成することもできる。
また本実施の形態２では、多芯ケーブル41を２層の電線42，43から形成しているが、さらに電線43の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一の電線を配置して、多層とすることもできる。図８（ｂ）に、３層とした場合の断面図を示す。電線43の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、電流密度を同一とする電線（芯線）49を配置して、３層構造としている。
【００３３】
また、上記実施の形態１および２では、給電体を被膜10，44で電線２，３，42，43を覆って形成しているが、これら被膜10，44に代えて、図１１に示すように、円状あるい角状の断面を有し、給電を阻害しない、たとえば塩ビの配線ダクト（配線ピットでもよい）61，62を設け、この中に電線42，43（電線２，３）を配置して給電体を形成するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数の電線からなる高周波電流用ケーブルの電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力を電流平衡回路によってキャンセルできることから、近接効果による抵抗の増加を防止でき、当該ケーブルを給電設備の高周波電流を流す線路として使用することができ、しかも価格が安く、端末処理が容易であるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの一部断面構成図である。
【図２】同給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図３】同給電設備の回路図である。
【図４】実施の形態１の他の形態における給電設備の誘導線路の回路図である。
【図５】実施の形態１の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図６】実施の形態１の他の形態における給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの一部断面構成図である。
【図８】同給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図９】同給電設備の回路図である。
【図１０】実施の形態２の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図１１】実施の形態２の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図１２】従来の多芯ケーブルの課題の説明図である。
【符号の説明】
１，41 多芯ケーブル
２，42 内側の電線
３，43 外側の電線
５，45 フェライト
６，46 フェライトの貫通孔
７，８，９，47，48 圧着端子
11 導体
12 被覆
18，51，52 コンセント
19，22，53，54 電源装置
21 誘導線路
23 端子台
24 ピックアップコイル
Ａ，Ｅ 内側の電線の束
Ｂ，Ｃ，Ｄ 外側の電線の束
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源より高周波電流を給電する給電設備と、この給電設備に使用される高周波電流用ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源より高周波電流を給電する給電設備として、たとえば特開平６−１５３３０５号公報に開示された無接触給電設備がある。
すなわち、搬送用車体（移動体の一例）の案内レール（移動線路の一例）に沿って、電源装置より一定の高周波電流が供給される線路（誘導線路）を張設し、前記搬送用車体に、前記誘電線路から無接触で給電されるピックアップコイルを設け、前記ピックアップコイルと並列に、このピックアップコイルと前記誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成するコンデンサを接続し、このコンデンサに整流／平滑回路を接続し、さらに整流／平滑回路に出力電圧を基準電圧に維持する安定化電源回路を接続している。この安定化電源回路よりインバータを介して、負荷に相当する、搬送用車体の走行用車輪に連結されたモータに給電している。
【０００３】
上記電源装置より線路に供給される高周波電流は、表皮効果により導体表面に集中し、導体の有効断面積が減少し、その結果、抵抗は直流における抵抗より増加し、また周波数の上昇につれて増加する。この表皮効果により増加する抵抗による損失を免れるため、高周波電流を流すための線路（ケーブル）には、リッツ線（直径が小さい導体にエナメル被覆をし、これを撚り合わせたもの）が広く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記リッツ線によるケーブルは、接続するとき、エナメルを除去し半田処理する必要があるため、端末処理が煩雑であり、またこの端末処理の品質、信頼性を維持することは困難である。またリッツ線は価格が高いために、設備費が高くなる要因となっている。
【０００５】
このような問題を単に解決するために、ビニールなどで被覆された導体を複数本束ねた、多芯ケーブルを使用することが考えられる。多芯ケーブルは、半田処理が不要で、従来の圧着端子を使用できるので、端末処理が極めて容易であり、さらにリッツ線に比較して価格は約半分である。
しかし、高周波においては、抵抗の増加をもたらすものとして、上記表皮効果の他に近接効果がある。これは、導体に近接して対向導体が存在すると、表皮効果により導体の表面に集まっている高周波電流が近接する導体に対し逆起電力を与え、電流分布が変わることにより発生する。上記多芯ケーブルでは、中心からの距離が異なる導体間での電流位相の相違を発生させ、中心近くの電線ほど多くの電線の影響を受けるため、図１２に示すように、中心近くの電線には結果として逆向きの成分を持った電流が流れ、循環電流が発生し、その結果としてやはり抵抗の増加をもたらし、高周波の大電流を流すと抵抗による損失が大きいため、高周波電流を流す線路としての使用に適さなかった。図１２では、多芯ケーブル31を高周波電流用ケーブルとして使用し、両端部では各電線32をまとめて圧着端子33を取り付けている。
【０００６】
なお、上記近接効果は、リッツ線を用いていても除去することはできにくく、特にその端末処理において多数のリッツ線を同時に半田処理し一本化することにより、個々のリッツ線では撚り合わせ時の空間配置の違いから電流位相の相違が発生しやすく、結果として抵抗の増加をもたらせている。
そこで、本発明は、高周波電流を流しても抵抗による損失が少なく、誘導ケーブルとして使用可能で、しかも価格が安く、端末処理が容易な高周波電流を流す線路を備えた給電設備と、その高周波電流用ケーブルを提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、導体とこの導体を覆う被覆から構成された複数の電線からなり、高周波電流を各電線に分けて流す高周波電流用ケーブルであって、
貫通孔を有する磁性体を設け、
前記ケーブルのケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、これら束を２つに分けて、一方の束を前記磁性体の貫通孔の一方の側から、他方の束を前記磁性体の貫通孔の他方の側から、前記磁性体の貫通孔に、アンペアターンおよび電流密度が同じになるように通し、
これによって前記複数の電線の電流位相および電流値がほぼ同じとなることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、複数の電線からなる高周波電流用ケーブルは、多芯ケーブル、給電ダクト、給電ピットなどであり、貫通孔を有する磁性体は、高周波で透磁率が高く、うず電流が発生しないものが望ましく、たとえばフェライトやアモルファスの磁性材料を使用する。
上記構成により、複数の電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に各電線の電流位相および電流値が全く同じとなり、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路が得られる。また、各電線を流れる電流の位相が一致することから、循環電流が断ち切られ、よって抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路が得られる。さらに、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とすることにより、電線を１本ずつ磁性体に通す場合と比較して、必要な磁性体の数が減少し、かつ磁性体に通す作業が容易となり、作業効率が改善される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明であって、各電線の導体の断面の径を、この導体の両外方の被覆の厚さを加算した値と同じとしたことを特徴とするものである。
上記構成により、各電線の導体の中心間の距離が、少なくとも電線の導体の断面の径の２倍となり、導体が接触している場合と比較して、高周波実効抵抗が大幅に減少し、抵抗による損失が減少する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記ケーブルの内側に、その中心からの距離が同じ位置に電線を配置し、該電線の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線の数の整数倍の電線を配置したことを特徴とするものである。
上記構成により、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、磁性体に通すとき、簡単にアンペアターンあるいは電流密度を同じにすることができ、作業効率が改善される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明の高周波電流用ケーブルを無接触給電設備の誘導線路に使用したことを特徴とするものである。
上記構成により、誘導線路の電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に誘導線路の各電線の電流位相および電流値が全く同じとなり、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗損失の少ない線路を備えた給電設備が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における給電設備において高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの構成図である。
【００１６】
図１において、１は多芯ケーブル（給電体の一例）であり、図２（ａ）に拡大して示すように、ケーブル１の内側に中心からの距離が同一の４本の電線（芯線）２が配置され、その外側に中心からの距離が同一の、内側の電線２の数の整数倍の本数（図１では２倍の８本）の電線３が配置されている。また電線２の導体11の断面積と電線３の導体11の断面積を同一としている。またこれら電線２と内側の４本の電線２の束をＡ、外側の４本（内側の電線２の数と同数）毎の電線３の２つの束をＢ，Ｃとする。
【００１７】
また図１において、５はリング形状のフェライト（磁性体の一例）であり、このフェライト５に対して、図示するように、内側の４本の電線２の束Ａを、フェライト５の孔６を一度通過させ、フェライト５の外方を廻って、再度同じ方向よりフェライト５の孔６を通過させている。また外側の電線３の２つの束Ｂ，Ｃをそれぞれ、前記内側の電線２の束Ａが通過した方向とは反対の方向からフェライト５の孔６を通過させている。
【００１８】
このようなフェライト５への電線２，３の巻き方により、内側の電線２と外側の電線３によるアンペアターンが同じとなり、多芯ケーブル１の内側の電線２と外側の電線３の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、強制的に多芯ケーブル１の各電線２，３の電流位相および電流値が全く同じとなり、循環電流が断ち切られ、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗の損失が減少する。その結果、多芯ケーブル１を、高周波電流用ケーブルとして使用することが可能となる。このように、磁性体に、アンペアターンまたは電流密度が同じになるように複数の電線を通すことにより、電流平衡回路が構成される。
【００１９】
また上記のように、内側に中心からの距離が同じ位置に配置される電線２の数と、これら電線の外側に配置される電線３の数を整数倍としたことにより、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、フェライト５に通すとき、簡単にアンペアターンを同じにすることができ、敷設作業の効率を改善でき、コストを低減することができる。
【００２０】
また図１に示すように、内側の電線２の束Ａの両端末には、第１圧着端子７が取り付けられ、また外側の電線３の束Ｂ，Ｃの両端末にはそれぞれ、第２圧着端子８と第３圧着端子９が取り付けられている。図１において、10は多芯ケーブル１の被覆である。
また各電線２，３は、図２に示すように、各電線２，３の導体11の断面の径ｄを、この導体11の両外方の被覆12の厚さｓを加算した値と同じとしている（ｄ＝２ｓ）。したがって、各電線２，３の導体11の中心間の距離Ｈが、少なくとも導体11の断面の径の２倍以上（Ｈ≧２ｄ）となり、導体11を接触させている場合と比較して、高周波実効抵抗が大幅に減少し、抵抗による損失が減少する。なお、高周波が１０ｋＨｚのときは、導体11の断面の径ｄは１ｍｍ程度が望ましい。その結果、多芯ケーブル１を、高周波電流用ケーブルとして使用することができる。
【００２１】
図３は、上記高周波電流用ケーブルを使用した高周波電流を供給する給電設備の回路図である。
電流平衡回路を構成する１個のフェライト５と２本の多芯ケーブル１を、コンセント18と高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／１００Ａの電源装置）19間に接続して構成している。
【００２２】
コンセント18に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置19より高周波電流が電気機器へ供給される。
このように、高周波電流を供給するとき、１個のフェライト５を設けるだけで近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル１を高周波電流用ケーブルとして使用できる。多芯ケーブル１を使用することにより、コンセント18および電源装置19へケーブルを接続するとき、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００２３】
図４は、上記高周波電流用ケーブルを使用した無接触給電設備（給電設備の一例）の高周波電流を流す線路（誘導線路）の回路図である。
直列に接続された３本の多芯ケーブル１と１個のフェライト５から、長い距離、たとえば２００ｍに渡る誘導線路21を形成し、高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／１００Ａの電源装置）22に接続している。また端子台23を介して、ケーブル１の内側の電線２は内側の電線２の束Ａ同士で連続して接続され、外側の電線３は束Ｂ，Ｃ同士でそれぞれ連続して接続されている。この誘導線路21が発生する磁束により、２点鎖線で示すピックアップコイル24に起電力が誘起される。
【００２４】
このように、長い距離に渡って誘導線路21を形成する場合においても、１個のフェライト５を設けるだけで、近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル１を使用して誘導線路21を形成することができる。また多芯ケーブル１を使用することにより、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、ケーブル敷設の際の作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態１では、磁性体の一例としてフェライト５を使用しているが、高周波で透磁率が高く、うず電流が発生しないものであればよく、たとえばアモルファスの磁性材料なども使用できる。またフェライト５はリング形状としているが、貫通孔６を備えた形状であればよい。
また本実施の形態１では、１個のフェライトのみで電流平衡回路を形成しているが、図５に示すように、近接する電線２，３をフェライト５に交差させて通し、通した電線を束としてさらに他のフェライト５を交差させた束と、順にフェライト５に交差させて、電流平衡回路を形成することもできる。しかし、図１に示すように、ケーブル中心からの距離が同一の電線を束Ａ，Ｂ，Ｃとすることにより、電線２，３を１本ずつフェライト５に通す場合と比較して、必要なフェライト５の数を減少でき、かつフェライト５に通す作業が容易となり、敷設作業の効率を改善でき、コストを低減することができる。
【００２６】
また本実施の形態１では、多芯ケーブル１を２層の電線２，３から形成しているが、さらに電線３の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線２の数の整数倍の電線を配置して、多層とすることもできる。図６に、３層とした場合の断面図を示す。電線３の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線２の数の３倍の１２本の電線（芯線）４を配置して、３層構造としている。
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２における給電設備において高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの構成図である。実施の形態１では、多芯ケーブル１を１回路の電流を流すケーブルとしているが、実施の形態２では、２回路の異なる電流を流すケーブルとしている。
【００２７】
図７において、41は多芯ケーブルであり、図８（ａ）に拡大して示すように、ケーブル41の内側に中心からの距離が同一の３本の電線（芯線）42が配置され、その外側に中心からの距離が同一の１２本の電線43が配置されている。44は多芯ケーブル41の被覆である。
いま、外側の１２本の電線43のそれぞれの導体の断面積をＳ1、内側の３本の電線42のそれぞれの導体の断面積をＳ2、また外側の１２本の電線43にそれぞれ流れる電流をＩ1、内側の３本の電線42にそれぞれ流れる電流をＩ2とするとき、
Ｉ1／Ｓ1＝Ｉ2／Ｓ2＝Ｋ（一定）
、すなわち電流密度（導体の単位断面積当りの電流）を一定としている。
【００２８】
たとえば、断面積Ｓ1＝０．７５ｍｍ2，断面積Ｓ2＝１．５ｍｍ2、すなわち、Ｓ2＝２Ｓ1で、かつ電流Ｉ1＝５Ａのとき、電流Ｉ2＝１０Ａとしている。
なお、外側の電線43の束をＤ、内側の電線42の束をＥとする。
また図７において、45は電流平衡回路を構成するリング形状のフェライト（磁性体の一例）であり、このフェライト45に対して、図示するように、外側の束Ｄと内側の束Ｅを互いに反対側よりフェライト45の孔46を通過させている。このとき、外側の束Ｄの電線43の断面積のＳ1の総面積Ｗ1（＝ΣＳ1）と、内側の束Ｅの電線42の断面積のＳ2の総面積Ｗ2（＝ΣＳ2）を演算し、総面積Ｗ1と総面積Ｗ2の比率ｎ（ｎは正の整数）を演算して、この比率ｎの電線の束をｎ回、フェライト45に巻き付けている。
【００２９】
たとえばＷ1／Ｗ2＝２のとき、内側の束Ｅを２回フェライト45に巻き付け、逆にＷ2／Ｗ1＝２のとき、外側の束Ｄを２回フェライト45に巻き付ける。
図７においては、Ｗ1＝１２×０．７５＝９ｍｍ2、Ｗ2＝３×１．５＝４．５ｍｍ2であるので、内側の束Ｅを２回フェライト45に巻き付けている。
このようなフェライト45への電線の束Ｄ，Ｅの巻き方により、フェライト45へ交錯する内側の電線の束Ｅと外側の電線の束Ｄによる電流値が同じとなり、多芯ケーブル41の内側の電線42と外側の電線43の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力がキャンセルされ、近接効果による循環電流が断ち切られ、結果として近接効果による抵抗の増加が防止され、抵抗の損失が減少する。その結果、多芯ケーブル41を、高周波電流用ケーブルとして使用することが可能となる。
【００３０】
図７において、47，48は電線の束Ｄ，Ｅの両端部に圧着した圧着端子である。
図９は、上記高周波電流用多芯ケーブル41を使用した高周波電流を供給する給電設備の回路図である。
電流平衡回路を構成する１個のフェライト45と２本の多芯ケーブル41を、２個のコンセント51，52と２台の高周波電源装置（たとえば、１０ｋＨｚ／６０Ａの電源装置と１０ｋＨｚ／３０Ａの電源装置）53，54間に接続して構成している。
【００３１】
コンセント51に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置53より高周波電流が電気機器へ供給され、コンセント52に使用する電気機器のプラグを差し込むことにより、電源装置54より高周波電流が電気機器へ供給される。
このように、２つの異なる高周波電流を供給するとき、１個のフェライト45を設けるだけで近接効果による抵抗の増加を抑えることができ、多芯ケーブル41を２回路の高周波電流用ケーブルとして使用できる。また多芯ケーブル41を使用することにより、コンセント51，52および電源装置53，54へケーブルを接続するとき、半田処理が不要で、端末処理が容易となり、作業効率が大幅に改善され、さらにリッツ線により誘導線路を形成した場合と比較して価格は約半分となり、大幅にコストを低減することができる。
【００３２】
また本実施の形態２では、１個のフェライトのみで電流平衡回路を形成しているが、図１０に示すように、近接する電線42，43をフェライト45に交差／巻回させて通し、通した電線を束としてさらに他のフェライト45を交差させた束と、順にフェライト45に交差させて、電流平衡回路を形成することもできる。
また本実施の形態２では、多芯ケーブル41を２層の電線42，43から形成しているが、さらに電線43の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一の電線を配置して、多層とすることもできる。図８（ｂ）に、３層とした場合の断面図を示す。電線43の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、電流密度を同一とする電線（芯線）49を配置して、３層構造としている。
【００３３】
また、上記実施の形態１および２では、給電体を被膜10，44で電線２，３，42，43を覆って形成しているが、これら被膜10，44に代えて、図１１に示すように、円状あるい角状の断面を有し、給電を阻害しない、たとえば塩ビの配線ダクト（配線ピットでもよい）61，62を設け、この中に電線42，43（電線２，３）を配置して給電体を形成するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数の電線からなる高周波電流用ケーブルの電線の撚り合わせ時の空間配置の違いから生じる逆起電力を電流平衡回路によってキャンセルできることから、近接効果による抵抗の増加を防止でき、当該ケーブルを給電設備の高周波電流を流す線路として使用することができ、しかも価格が安く、端末処理が容易であるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの一部断面構成図である。
【図２】同給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図３】同給電設備の回路図である。
【図４】実施の形態１の他の形態における給電設備の誘導線路の回路図である。
【図５】実施の形態１の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図６】実施の形態１の他の形態における給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの一部断面構成図である。
【図８】同給電設備の高周波電流用ケーブルの電線の断面説明図である。
【図９】同給電設備の回路図である。
【図１０】実施の形態２の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図１１】実施の形態２の他の形態における給電設備の高周波電流を流す線路として使用する高周波電流用ケーブルの要部構成図である。
【図１２】従来の多芯ケーブルの課題の説明図である。
【符号の説明】
１，41 多芯ケーブル
２，42 内側の電線
３，43 外側の電線
５，45 フェライト
６，46 フェライトの貫通孔
７，８，９，47，48 圧着端子
11 導体
12 被覆
18，51，52 コンセント
19，22，53，54 電源装置
21 誘導線路
23 端子台
24 ピックアップコイル
Ａ，Ｅ 内側の電線の束
Ｂ，Ｃ，Ｄ 外側の電線の束
Claims (4)
- 導体とこの導体を覆う被覆から構成された複数の電線からなり、高周波電流を各電線に分けて流す高周波電流用ケーブルであって、
貫通孔を有する磁性体を設け、
前記ケーブルのケーブル中心からの距離が同一の電線を束とし、これら束を２つに分けて、一方の束を前記磁性体の貫通孔の一方の側から、他方の束を前記磁性体の貫通孔の他方の側から、前記磁性体の貫通孔に、アンペアターンおよび電流密度が同じになるように通し、
これによって前記複数の電線の電流位相および電流値がほぼ同じとなること
を特徴とする高周波電流用ケーブル。 - 前記各電線の導体の断面の径を、この導体の両外方の被覆の厚さを加算した値と同じとしたこと
を特徴とする請求項１記載の高周波電流用ケーブル。 - 前記ケーブルの内側に、その中心からの距離が同じ位置に電線を配置し、該電線の外側に、ケーブルの中心からの距離が同一で、かつ内側の電線の数の整数倍の電線を配置したこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波電流用ケーブル。 - 移動体の移動線路に沿って、電源装置より一定の高周波電流が供給される誘導線路を張設し、前記移動体に、前記誘導線路から無接触で給電されるピックアップコイルを設けた移動体の給電設備であって、
前記誘導線路に、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の高周波電流用ケーブルを使用したこと
を特徴とする給電設備。
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