JP6245043B2

JP6245043B2 - ノイズ抑制ケーブル

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Publication number: JP6245043B2
Application number: JP2014076247A
Authority: JP
Inventors: 克俊中谷; 賢司安嶋; 陽介角; 秋元　克弥; 克弥秋元; 千綿　直文; 直文千綿; 寛沖川; 康晴武藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: JP2015198040A; CN106463211A; WO2015151979A1; US20170020037A1; US10225967B2; CN106463211B

Description

本発明は、電磁波ノイズの抑制に磁性テープを用いたノイズ抑制ケーブルに関する。

従来、ケーブルの周囲にフェライトコアを装着せずに、電線に磁性体テープを巻き付けたノイズ抑制ケーブルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このノイズ抑制ケーブルは、導体線を絶縁体で被覆した絶縁電線の外周に所定の幅の磁性体金属テープ（磁性テープともいう。）をケーブル長手方向に所定の間隔を設けて巻き付けたものである。磁性テープは、一般に、スリット加工、すなわち大きな幅の長尺状の圧延素材を一定の幅で連続して切断し、ロールやリールに巻き取ることで作製される。従来のノイズ抑制ケーブルによれば、テープ長、テープ幅によりノイズ抑制効果が制御される。また、磁性テープのテープ幅を小さくし、複数個のブロックに分け、適当な間隔を設けて配置することにより、ケーブルの可撓性が向上する。

特開２００２−２５３５６号公報

しかし、従来のノイズ抑制ケーブルによれば、圧延素材から切り出された磁性テープは、圧延方向によっては電磁波ノイズの所望の抑制効果が得られない場合がある。

そこで、本発明の目的は、優れた屈曲性を有し、電磁波ノイズの所望の抑制効果を得ることが可能なノイズ抑制ケーブルを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、導体線の外周を絶縁体で被覆した絶縁電線と、前記絶縁電線の外周に磁性テープを横巻きして形成された磁性テープ層とを備え、前記磁性テープを構成する磁性体は、軟磁性金属からなる圧延素材から前記磁性テープの幅方向が圧延方向となるように切り出され、前記幅方向と前記幅方向に直交する方向とで異なる磁気特性を有する、ノイズ抑制ケーブルを提供する。

前記磁性体は、前記幅方向に直交する方向の透磁率が前記幅方向の透磁率がよりも大きいものが好ましい。前記磁性テープ層は、ケーブル長手方向に沿って所定の間隔を有して複数形成されているのが好ましい。前記磁性テープは、単一の磁性体又は前記幅方向に直交する方向に接合された複数の磁性体を有するものでもよい。前記磁性テープ層は、前記磁性テープが複数回横巻きされて形成されたものでもよい。

本発明によれば、優れた屈曲性を有し、電磁波ノイズの所望の抑制効果を得ることが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係るノイズ抑制ケーブルの概略の構成を示す正面図である。図２は、図１に示すノイズ抑制ケーブルの横断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、磁性テープ層の形成方法の一例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ２種類の圧延素材及び試験片Ａ、試験片Ｂを示す平面図である。図５（ａ）、（ｂ）は、コイルのインダクタンスの測定系を示す図である。図６は、コイル内に試験片Ａ又は試験片Ｂを配置した場合のコイルのインダクタンスの測定結果を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）は、試験片Ａ、試験片Ｂの誘導磁気異方性の違いを説明するための図である。図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例を説明するためのサンプルを示す図である。図９は、コモンモードノイズの測定装置を示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、図９に示す測定装置によるコモンモードノイズの測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係るノイズ抑制ケーブルの概略の構成を示す正面図である。図２は、図１に示すノイズ抑制ケーブルの横断面図である。なお、図１では、介在物９の図示を省略する。

このノイズ抑制ケーブル１は、導体線２の外周を絶縁体３で被覆した複数（本実施の形態では３本）の絶縁電線４と、これら複数の絶縁電線４の周囲に介在物９を介在させて樹脂テープが巻き付けられて形成された樹脂テープ層５Ａと、樹脂テープ層５Ａの外周に設けられたシールド層６と、シールド層６の外周に設けられた樹脂テープ層５Ｂと、樹脂テープ層５Ｂの外周に所定の間隔Ｄを有してケーブル長手方向に複数形成された所定の幅Ｗの磁性テープ層７と、これら複数の磁性テープ層７及び樹脂テープ層５Ｂの外周に設けられた樹脂テープ層５Ｃと、樹脂等からなる絶縁保護層としてのシース８とを備える。

絶縁電線４は、例えば、周波数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの電力又は信号を伝送する。なお、絶縁電線４は、本実施の形態では複数本としたが、１本でもよい。また、絶縁電線４は、差動信号を伝送するツイストペア線でもよい。

樹脂テープ層５Ａは、樹脂テープを複数の絶縁電線４の周囲に介在物９を介在させてそれらの外周にケーブル長手方向に渡って巻き付けることにより形成される。樹脂テープ層５Ｂは、樹脂テープをシールド層６の外周にケーブル長手方向に渡って巻き付けることにより形成される。樹脂テープ層５Ｃは、樹脂テープを樹脂テープ層５Ｂ及び磁性テープ層７の外周にケーブル長手方向に渡って巻き付けることにより形成される。樹脂テープ層５Ａ〜５Ｃの樹脂テープは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン系樹脂等の樹脂からなるテープを用いることができる。

シールド層６は、例えば、導線を編組して形成され、グランドに接続される。なお、シールド層６は、導体付きテープを巻き付けたものでもよい。

（磁性テープ層７の構成）
磁性テープ層７は、樹脂テープ層５Ｂの外周に幅Ｗの磁性テープ７０を複数回横巻きして形成される。また、磁性テープ層７は、本実施の形態では、２層の磁性テープ７０から構成されているが、１層又は３層以上の磁性テープ７０から構成されていてもよい。幅Ｗは、例えば５〜５０ｍｍが好ましい。磁性テープ層７間の間隔Ｄは、例えば５〜５０ｍｍが好ましい。磁性テープ７０は、例えば、幅方向に直交する方向（巻き付け方向）に延びる複数の磁性体と、複数の磁性体を接合する接合シートとを有して構成されている。なお、磁性テープは、単一の磁性体から構成されていてもよい。磁性体は、圧延素材から磁性テープ７０の幅方向が圧延方向となるように切り出され、幅方向に直交する方向の透磁率が幅方向の透磁率よりも大きい透磁率を有する。すなわち磁性体は、幅方向と幅方向に直交する方向とで異なる磁気特性（誘導磁気異方性）を有する。

磁性テープ７０を構成する磁性体は、電磁波ノイズを抑制するため、保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性金属からなる。軟磁性金属として、例えば、Ｃｏ基アモルファス合金、Ｆｅ基アモルファス合金等のアモルファス合金、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト等のフェライト、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（パーマロイ）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｓｉ系合金（珪素鋼）等を用いることができる。なお、磁性テープ７０の詳細な構成は後述する。

（磁性テープ層７の形成方法）
図３（ａ）〜（ｄ）は、磁性テープ層７の形成方法の一例を示す図である。なお、図３（ｂ）の右側に示す図は、左側に示すＡ−Ａ線断面図である。

まず、比較的幅が大きく、圧延方向１０に長い帯状の第１の圧延素材７１と、比較的幅が小さく、圧延方向１０に長い帯状の第２の圧延素材７２とをそれぞれ２枚用意する。第１の圧延素材７１は、例えば、厚さ１０〜２５μｍ、幅３０ｍｍの磁性体であり、第２の圧延素材７２は、例えば、厚さ１０〜２５μｍ、幅１０ｍｍの磁性体である。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の圧延素材７１、７２を５ｍｍ程度重ねて接合テープ７３で接合して圧延素材としての磁性シート７４を形成する。接合テープ７３は、例えば、厚さ１０〜２５μｍ程度のテフロン粘着テープ（テフロンは登録商標）を用いることができる。次に、磁性シート７４を切断ライン１１に沿って切断して所定の幅Ｗ、所定の長さＬの図３（ｃ）に示す磁性テープ７０を作製する。磁性テープ７０の長さＬは、樹脂テープ層５Ｂの周長にほぼ等しい長さとする。

次に、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、２枚の磁性テープ７０を重ねて樹脂テープ層５Ｂの外周の複数の個所に横巻きする。このようにして２枚の磁性テープ７０からなる磁性テープ層７が形成される。

（磁性テープ７０の幅を圧延方向とすることの効果）
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ２種類の圧延素材及び試験片Ａ、試験片Ｂを示す平面図である。試験片Ａ１２ａは、幅２０ｍｍで圧延加工された圧延素材１２を２０ｍｍ角になるように切断ライン１１に沿って切断して形成される。試験片Ｂ１３ａは、幅３０ｍｍで圧延加工された圧延素材１３を２０ｍｍ角になるように切断ライン１１に沿って切断して形成される。

図５（ａ）、（ｂ）は、コイルのインダクタンスの測定系を示す図である。この測定系は、奥行５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのコイル１４を有する。図５（ａ）は、測定系ａを示し、図５（ｂ）は、測定系ｂを示す。測定系ａは、図５（ａ）に示すように、圧延方向１０が磁界の方向１４ａと同じになるようにコイル１４の内側に試験片Ａ１２ａ、試験片Ｂ１３ａを配置してコイル１４のインダクタンスを測定する系である。測定系ｂは、図５（ｂ）に示すように、圧延方向１０が磁界の方向１４ａと直交するようにコイル１４の内側に試験片Ａ１２ａ、試験片Ｂ１３ａを配置してコイル１４のインダクタンスを測定する系である。

図６は、コイル１４内に試験片Ａ１２ａ又は試験片Ｂ１３ａを配置した場合のコイル１４のインダクタンスの測定結果を示すグラフである。コイル１４内に試験片Ａ１２ａ又は試験片Ｂ１３ａを配置してコイル１４のインダクタンスを測定した結果、試験片Ｂ１３ａでは測定系ａと測定系ｂとでコイル１４のインダクタンスにほとんど差が生じていないことから、試験片Ｂ１３ａには、誘導磁気異方性がないことが分かる。一方、試験片Ａ１２ａについては、周波数１００ｋＨｚ以上の領域で、測定系ａによるコイル１４のインダクタンスが測定系ｂによるコイル１４のインダクタンスよりも大幅に小さくなっている。すなわち試験片Ａ１２ａには、誘導磁気異方性があることが分かる。

図７は、試験片Ａ１２ａ、試験片Ｂ１３ａの誘導磁気異方性の違いを説明するための図である。圧延素材１２、１３の幅方向の端部周辺領域（斜線を施した領域）１２ｂ、１３ｂには、圧延方向１０に沿って圧延による内部応力が存在し、端部周辺領域１２ｂ、１３ｂの透磁率が低下していると思われる。そのため、試験片Ｂ１３ａは、圧延素材１３の端部周辺領域１３ｂがスリット加工で落とされて誘導磁気異方性がほとんどない結果となったと推察される。一方、試験片Ａ１２ａは、スリット加工をせずに圧延素材１２の端部周辺領域１２ｂが残った状態となるため、誘導磁気異方性を有する結果となったと推察される。

（実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）磁性テープ７０の幅方向が圧延方向となるように圧延素材の磁性シート７４から切り出すことにより、磁性テープの幅方向を圧延方向と直交する方向とした場合よりもインダクタンスが高くなるため、電磁波ノイズの所望の抑制効果を得ることが可能になる。
（２）所定の幅の磁性テープ層７を所定の間隔を有してケーブル長手方向に設けているので、ケーブル長手方向に全体に渡って磁性テープ層を設けた場合と比べて優れた屈曲性が得られる。
（３）ケーブル径に対応して複数の磁性体を接合テープ７３で接合して必要な長さとしているので、圧延素材７１、７２の種類を増やさなくても様々なケーブル径に対応することが可能となる。
（４）フェライトコアを用いないため、美観的に優れ、フェライトコアの割れ等の取扱い上の問題もなく、ケーブルの外径を大きくすることなく電磁波ノイズの放射を抑制することができる。

図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例を説明するためのサンプルを示す図である。サンプルＳ１〜Ｓ４は、磁性体としてＣｏ基アモルファス合金を用い、ケーブル長１５００ｍｍとした。

（比較例１）
図８（ａ）に示す比較例１のサンプルＳ１は、図２に示すノイズ抑制ケーブル１において、シールド層６の外周に磁性テープ層７、樹脂テープ層５Ｃ及びシース８を設けていないものである。

（比較例２）
図８（ｂ）に示す比較例２のサンプルＳ２は、図３（ｂ）に示すような磁性シート７４を幅Ｗで切断せずに樹脂テープ層５Ｂに縦巻きしたものである。サンプルＳ２は、ケーブル長手方向の長さを８０ｍｍ、巻き付け方向の長さを６５ｍｍとした。

（比較例３）
図８（ｃ）に示す比較例３のサンプルＳ３は、幅方向を圧延方向１０と直交するようにし、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの第２の圧延素材７２を２枚重ねて樹脂テープ層５Ｂに１０ｍｍ間隔で横巻きしたものである。比較例２のサンプルＳ２は、第１の圧延素材７１の幅３０ｍｍを２枚、第２の圧延素材７２の幅１０ｍｍを２枚使用して、巻き付け方向の長さの合計を８０ｍｍとしたことから、サンプルＳ３の第２の圧延素材７２の巻き付け方向の長さを、サンプルＳ２の巻き付け方向の長さの合計に合せるため、８０ｍｍとした。

図８（ｄ）に示す実施例のサンプルＳ４は、本実施の形態に対応するものであり、幅方向を圧延方向１０とし、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの磁性テープ７０を２枚重ねて樹脂テープ層５Ｂに１０ｍｍ間隔で横巻きしたものである。

図９は、コモンモードノイズの測定装置を示す図である。この測定装置１００は、アルミニウムからなるベース板１１０上に、シールドボックス１２１で覆われたインバータ１２０とシールドボックス１３１で覆われたモータ１３０を配置し、インバータ１２０とモータ１３０との間に図８に示すサンプルＳ１〜Ｓ４を接続し、コモンモード電流Ｉｃ（コモンモードノイズ）を変流器（ＣＴ：Current Transformer）１４０で検出し、それを周波数分析装置１５０で分析した。

図１０は、図９に示す測定装置１００によるコモンモードノイズの測定結果を示すグラフである。図１０（ａ）は、図９の測定装置１００を用いたコモンモード電流Ｉｃの受信レベルの測定結果を示し、（ｂ）はサンプルＳ１〜Ｓ４のインダクタンスの測定結果を示す。

図１０（ａ）から、周波数１００Ｈｚ〜１ＭＨｚに渡って実施例のサンプルＳ４が最もコモンモード電流Ｉｃが小さいことが分かる。また、図１０（ｂ）から、周波数１００Ｈｚ〜７００Ｈｚに渡って実施例のサンプルＳ４のインピーダンスが他の比較例のサンプルＳ１〜Ｓ３のインピーダンスよりも高いことが分かる。すなわち、磁性テープ７０の幅方向を圧延方向とし、その磁性テープ７０を絶縁電線４の周囲に所定の間隔を有して設けた実施例のサンプルＳ４は、他の比較例のサンプルＳ１〜Ｓ３と比べて電磁波ノイズの抑制効果が高いことが分かる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。例えば、本実施の形態では、磁性テープ層７を複数設けたが、１つでもよい。その１つの磁性テープ層７は、幅が５〜５０ｍｍでもよく、長手方向に渡って連続して形成されていてもよい。また、本実施の形態の磁性テープ７０は、複数の磁性体を接合したが、単一の磁性体で構成してもよい。また、外部導体は、平滑な銅パイプ等の金属パイプでもよい。各磁性テープ層を電磁波ノイズを抑制する周波数特性が異なるものとしてもよい。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更することが可能である。例えば、複数の絶縁電線４の周囲に樹脂テープを巻き付ける上で支障がなければ、介在物９を省いてもよい。

１…ノイズ抑制ケーブル、２…導体線、３…絶縁体、４…絶縁電線、
５Ａ-５Ｃ…樹脂テープ層、６…シールド層、７…磁性テープ層、８…シース、
９…介在物、１０…圧延方向、１１…切断ライン、１２…圧延素材、
１２ａ…試験片Ａ、１２ｂ…端部周辺領域、１３…圧延素材、１３ａ…試験片Ｂ、
１３ｂ…端部周辺領域、１４…コイル、１４ａ…電界方向、７０…磁性テープ、
７１…第１の磁性体、７２…第２の磁性体、７３…接合テープ、７４…磁性シート、
１００…測定装置、１１０…ベース板、１２０…インバータ、
１２１…シールドボックス、１３０…モータ、１３１…シールドボックス、
１４０…ＣＴ、１５０…周波数分析装置、Ｄ…間隔、Ｉｃ…コモンモード電流、
Ｓ１-Ｓ４…サンプル、Ｗ…幅

Claims

導体線の外周を絶縁体で被覆した絶縁電線と、
前記絶縁電線の外周に磁性テープを横巻きして形成された磁性テープ層とを備え、
前記磁性テープを構成する磁性体は、軟磁性金属からなる圧延素材から前記磁性テープの幅方向が圧延方向となるように切り出され、前記幅方向と前記幅方向に直交する方向とで異なる磁気特性を有する、
ノイズ抑制ケーブル。
前記磁性体は、前記幅方向に直交する方向の透磁率が前記幅方向の透磁率よりも大きい磁気特性を有する、
請求項１に記載のノイズ抑制ケーブル。
前記磁性テープ層は、ケーブル長手方向に沿って所定の間隔を有して複数形成された、請求項１又は２に記載のノイズ抑制ケーブル。
前記磁性テープは、単一の磁性体又は前記幅方向に直交する方向に接合された複数の磁性体を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のノイズ抑制ケーブル。
前記磁性テープ層は、前記磁性テープが複数回横巻きされて形成された、
請求項１から４のいずれか１項に記載のノイズ抑制ケーブル。