TWI650772B - 電纜結構及其生產方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係在提供一種電纜結構，具有平行相鄰的至少二電纜之結構，其中第一電纜與第二電纜分別具有由至少二條相互扭絞的導線之一扭絞線組所構成；本發明中，該扭絞線組之單扭長度在電纜軸向上具有變化；此外，該第一電纜內之扭絞線組上之扭絞線段之單扭長度，比相鄰的該第二電纜內扭絞線組上之扭絞線段之單扭長度為小。

Description

電纜結構及其生產方法
本發明係有關於一種電纜結構及其生產方法，係由至少二平行相鄰的電纜所組成之結構，其中第一電纜與第二電纜分別由至少二條相互扭絞之導線所構成之扭絞線組。
絞織之通用定義為：一電纜內多條軸線或導線螺旋狀的相互編織在一起；例如，一習知的雙絞線電纜具有至少一絞織線組，其包含二條相互紐絞的導線，其中，各別電纜在軸向上相互交換位置；扭絞或是絞織軸線對可對外界交變電磁場與靜電影響提供額外的保護。
更進一步，藉由絞織可有效降低同一電纜內多條相鄰導線間的串擾(或Crosstalk)，為此，電纜中之扭絞線組可利用不同的單扭長度與/或扭絞方法製成，由一第一導線對可利用感應法或電容法將一外部訊號傳至一相鄰的第二導線對。
即使由數個分別具有至少一用於傳導訊號之導線對的電纜相鄰鋪設時，電纜間可能產生串擾(外部串擾Alien-Crosstalk)；為了降低此一串擾，通常每條電纜都會具備一屏蔽層，另外也可使用同軸電纜。
此外，另一習知之解決方案為，兩兩相鄰鋪設的電纜具有一特別厚的外膜，或是鋪設時間隔保持在一最少距離以上。
在美國專利US 2012/0186846中，揭露一種數條絞織線組於一條電纜內之結構，其中各絞織線組可進一步相互扭絞在一起，各別絞線之單扭長度為可調整；此種電纜之生產卻相當複雜，而且，數個此種相鄰鋪設的電纜間也會產生外部串擾。
在歐盟專利EP 2131 370 B1中也揭露，將二絞織線組進一步相互扭絞，其中單扭長度係依正弦函數變化；此種電纜之生產也相當複雜，而且，數個此種相鄰鋪設的電纜間也會產生外部串擾。
單扭長度的定義為：扭絞線組所形成之螺旋線之斜率或是節距，也就是：單扭長度即為扭絞線組之軸線每隔此一長度即在軸向上翻轉一圈。
本發明之主要目的，係在提供一種相鄰排列電纜之結構，其中各電纜可用於傳輸差分訊號，且該結構之生產簡易，同時亦可避免個別電纜中導線對間的串擾。
本發明之電纜結構，首先需放棄個別電纜之屏蔽層，因為該層一方面過於昂貴，另一方面也會對電纜之重量以及可彎曲性產生負面影響。
本發明之電纜結構，扭絞線組之單扭長度於電纜軸向上分別為不固定，也就是說：扭絞線組內單扭長度在電纜的軸向上隨著距離而改變；除此之外，第一電纜上一扭絞線組翻轉之單扭長度，較第二電纜上緊鄰之扭絞線組翻轉之單扭長度小，至少為10%，優先為超過25%，特別優先為超過50%；上述「緊鄰之扭絞線組翻轉」之定義為：第二電纜上扭絞線組之扭絞線段，其起點(翻轉相位=0°)與第一電纜上至少一扭絞線組翻轉之起點，係由同一垂直於電纜軸向之平面所橫截。
本發明之電纜結構，換句話說，一與電纜軸向垂直切過二條電纜之橫切面，係於一第一扭絞線段切過第一電纜之扭絞線組，且於一第二扭絞線段切過第二電纜之扭絞線組，由此橫切面出發，第一電纜之扭絞線組在導線於軸向上完全翻轉一圈時之翻轉程度(或是較低之斜率)，小於第二電纜之扭絞線組。
本發明之電纜結構，上述之第一扭絞線組與第二扭絞線組二相鄰翻轉之單扭長度間的關係，不僅適用於一橫切面上，而是適用於所有穿過二電纜之橫切面上；換句話說，僅有在此電纜結構軸向上少數甚至沒有一個位置上，兩緊緊相鄰之扭絞線組係以相同之單扭長度排列在一起；在二電纜至少50%以上的長度上，優先為整個電纜長度，扭絞線組翻轉之單扭長度差異至少為10%，優先為20%、50%或更多。
本發明之電纜結構，基礎在於，當二導線對以相同扭絞相位與相同之週期長度(單扭長度)相鄰鋪設時，二導線對間的串擾會特別強；在此狀況下，由一扭絞導線對發出的電磁場，就會特別容易連結入相鄰具有相同單扭長度之扭絞導線對；另一方面，當二電纜內相鄰扭絞導線對之單扭長度至少相差10%或以上時，二電纜間的串擾便會受到抑制；故在本發明中相當重要的一點：相鄰二電纜之排列為，二電纜內扭絞線組之相鄰二扭絞線段分別具有不同的扭絞長度。
本發明之電纜結構，於電纜外部可具有明顯可見之標示或具其他相同功能之附加物，藉此可標示出電纜線上某一特定部位之單扭長度，以及/或是其扭絞線走向，或是至少可藉此測定出該部位之扭絞長度；而此種結構之電纜便可依以下方法鋪設：將標示處相互錯開設置；藉此可確保上述之二電纜內單扭長度間的交互關係。
本發明之電纜結構，扭絞線組係由一扭絞在一起的導線對所構成，電纜則可分別為具有依數個扭絞導線對之雙絞電纜。
本發明之電纜結構，另一種方式可為：扭絞線組分別由四條相互絞織在一起之導線組成，此時該電纜可為一具有四絞織之四芒星電纜。
本發明之電纜結構，當每個扭絞線組至少具有一對用於傳輸差分訊號之導線對時，本發明即可顯現出具優勢之效用，此種相鄰鋪設之導線對就會對外部串擾特別敏感。
本發明之電纜結構，如果每條電纜均具有剛好一個扭絞線組，本發明之電纜結構特別易於生產。
本發明之電纜結構的一種優先實施例中，個別扭絞線組之單扭長度變化範圍在一最小單扭長度與一最大單扭長度之間，該改變可優先為周期性以及/或是波狀，特別是指依循正弦函數變化；此種扭絞長度於電纜軸向上的變化，可利用將一扭絞機械設備的扭絞速度設定為周期性以及/或是波狀，以生產出此電纜所需之扭絞線組。
本發明之電纜結構，一扭絞線組之單扭長度隨著電纜長度的變化係為一種波狀、週期性以及/或是正弦函數型的曲線，其具有一最大值與一最小值。
本發明之電纜結構，將一扭絞線組內二相鄰之扭絞線段之最小間距定義為單扭長度；換句話說，二個相鄰且分別垂直軸向橫切過一特別狹窄之扭絞起點(相位為0°)之橫切面，此二橫切面間的距離就是扭絞長度，也就是上述曲線二最小值間的距離；其中，一特別寬大之扭絞線段位於該二特別狹宰之扭絞線段之間。
本發明之電纜結構，該扭絞長度可沿著整條電纜保持固定不變，也可以沿著電纜而有變化。
本發明之電纜結構，該單扭長度之變化範圍中的最小單扭長度優先為大於5mm且小於20mm，特別優先者為大於10mm且小於15mm，其最大單扭長度優先為大於15mm且小於50mm，特別優先者為大於22mm且小於28mm；此種 單扭長度可利用扭絞機械在合理成本內生產，且可對所傳輸的訊號針對外部場力的影響提供良好的保護。
本發明之電纜結構，在一個優先實施例中，扭絞長度係大於0.5m且小於10m，優先為大於2m且小於5m；同時，扭絞長度可在電纜軸向上保持不變，例如：扭絞長度與電纜長度間的關係為一正弦函數。
本發明之電纜結構，各單一扭絞線組之扭絞長度可於電纜軸向上具週期性之變化，特別是具有正弦函數之本質，藉此可抑制二相鄰電纜間可能產生的外部串擾。
本發明之電纜結構，另一種作法，一扭絞線組於電纜軸向上之扭絞長度係於一最大扭絞長度與一最小扭絞長度間依循統計原則變化，其中，扭絞機械設備之最大扭絞長度與最小扭絞長度為事先設定。
本發明之電纜結構，在一優先實施例中，至少二電纜為分開且相互間隔有間距之單一電纜，且優先為以捆束形式相鄰而行；該二電纜可在一導向裝置內相鄰鋪設，以及/或是由一支架所容納；它們之間可具有一事先預設之相隔距離，二電纜可不須要於整段長度上均相鄰而行；當它們在一端上共同由一插座框、支架或是其他類似的裝置所容納，也可僅在某些區段上，或是在整段長度上相互平行。
本發明之電纜結構，係一種可生產至少二條相鄰平行之電纜結構之方法，其生產方法中，用一個具有二條或數條相互扭絞導線之扭絞線組製作出一條原始電纜，其中，扭絞線組於電纜軸向上之單絞長度為有變化，將此原始電纜切割，使其形成至少一第一電纜與一第二電纜，後將此二電纜相鄰排列，使得第一電纜上至少一扭絞線組翻轉之單扭長度與第二電纜上相鄰扭絞線組翻轉之單扭長度間的差值，為大於10%，優先為大於20%，特別優先為大於50%。
本發明之電纜結構，如果原始電纜在整段長度上具有相同的扭絞長度，則在原始電纜切割步驟中須注意，所產出之電纜長度不可為扭絞長度的倍數或是分數，因為在此狀況下，將二條電纜相鄰放置時，這二條前後切開的電纜之單扭長度分布會不一樣。
本發明之電纜結構，如果原始電纜於外側具有一標示，以表明電纜內部之單扭長度分布，以及/或是最大單扭長度或最小單扭長度，則在排列步驟中，依據本發明可藉由簡易的方法相鄰鋪設，例如將標示以一固定之距離錯開而排列。
10‧‧‧第一電纜
11‧‧‧第一扭絞線組
12‧‧‧導線對
14‧‧‧扭絞線段
15‧‧‧扭絞線段
20‧‧‧第二電纜
21‧‧‧第二扭絞線組
22‧‧‧導線對
24‧‧‧扭絞線段
32‧‧‧導線
70‧‧‧標示
A‧‧‧最小單扭長度
A’‧‧‧最大單扭長度
B‧‧‧最大單扭長度
B’‧‧‧最小單扭長度
L‧‧‧電纜軸向
X‧‧‧扭絞長度
I‧‧‧橫切面
第一圖所示係為本發明實施例之示意圖。
有關本發明為達上述之使用目的與功效，所採用之技術手段，茲舉出較佳可行之實施例，並配合圖式所示，詳述如下：本發明之實施例，請參閱第一圖所示，在部分區段上由至少二條相鄰的第一電纜10與第二電纜20所組成，該第一電纜10、第二電纜20中均有二條相互扭絞或絞織的軸線或導線32，此二相互扭絞之導線32分別構成一第一扭絞線組11及一第二扭絞線組21；換句話說，一扭絞線組內的軸線係相互圍繞絞織成螺旋狀；在完全翻轉一圈時，每條絞織軸線於電纜軸向L上向前移動一單扭長度。
第一電纜10為一雙絞電纜，且包含一第一扭絞線組11，該第一扭絞線組11包含至少二相互扭絞之導線32；該二導線32分別由一絕緣材料製成之軸線絕緣層所包覆，該第一扭絞線組11則由一保護外膜所包覆，以構成第一電纜10。
第二電纜20同樣為一雙絞電纜，且包含一第二扭絞線組21，該第二扭絞線組21包含至少二相互扭絞之導線32；該二導線32分別由一絕緣材料製成 之軸線絕緣層所包覆，該第二扭絞線組21則由一保護外膜所包覆，以構成第二電纜20。
該第一電纜10上之第一扭絞線組11之單扭長度在電纜軸向L上之變化為介於一最小單扭長度A與一最大單扭長度A’之間的正弦函數；該最小單扭長度A約為12mm，而最大單扭長度A’約為25mm，二個相鄰且同時具有最小單扭長度A之扭絞線段14、15間的距離，便定義為扭絞長度X，該扭絞長度X在整段第一電纜10長度上為固定不變。
該第二電纜20上之第二扭絞線組21的單扭長度在電纜軸向L上之變化為介於一最小單扭長度B’(其中B’=A)與一最大單扭長度B(其中B=A’)之間的正弦函數；扭絞長度X在整段第二電纜20長度上為固定不變，且其值為X。
一個穿過二條電纜之橫切面I在一扭絞線段14上切過第一電纜10之第一扭絞線組11，在此線段上第一扭絞線組11之單扭長度為A，且該橫切面I在一扭絞線段24上切過第二電纜20之第二扭絞線組21，在該線段上第二扭絞線組21之單扭長度為B，其中A與B的相對差異大於50%，特別是A比B小50%。
該第一電纜10與第二電纜20上此一兩緊鄰扭絞線組翻轉之單扭長度間的關係，適用於第一電纜10、第二電纜20整段長度50%以上，藉此可有效降低第一電纜10、第二電纜20間的外部串擾。
在第一扭絞線組11具有最小單扭長度A的扭絞線段14上，於第一電纜10外側具有一切口狀之標示70，該標示70可在每隔一扭絞長度的距離上，可設在整段電纜長度上明顯易見之處，電纜軸向L上的單扭長度於該處具有最小值，且依據本發明可以簡易方式排列。
本發明之實施方式並非限於上述之實施例，二條以上相鄰排列之電纜亦可依本發明構成，例如以具有四條軸線扭絞線組之四芒星電纜取代雙絞線電纜，在電纜軸向L上，其扭絞長度X可為週期性以及/或是依循統計原則。
此外，本發明亦為一原始電纜，該原始電纜可用於生產本發明於外側具有標示70之電纜結構。
綜上所述，本發明確實已達到所預期之使用目的與功效，且更較習知者為之理想、實用，惟，上述實施例僅係針對本發明之較佳實施例進行具體說明而已，該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，舉凡其它未脫離本發明所揭示之技術手段下所完成之均等變化與修飾，均應包含於本發明所涵蓋之申請專利範圍中。

Claims (18)

  1. 一種電纜結構，具有平行相鄰的至少二電纜(10、20)之結構，其中第一電纜(10)與第二電纜(20)分別由具有至少二條相互扭絞之導線(32)之扭絞線組(11、21)所構成；其特徵在於：該扭絞線組(11、21)之單扭長度(A、A’、B、B’)在電纜軸向(L)上分別具有變化，其中該第一電纜(10)內之第一扭絞線組(11)上之扭絞線段(14)之單扭長度(A、A’)與相鄰之該第二電纜(20)內之第二扭絞線組(21)上之扭絞線段(24)之單扭長度(B、B’)間的相對差異，至少在10%以上，該扭絞線組(11、21)上二相鄰且同時具有最小單扭長度(A、B’)之扭絞線段(14、15)間之距離定義為扭絞長度(X)，該扭絞線組(11、21)於電纜軸向(L)上之扭絞長度(X)之變化為週期性變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞線組(11、21)分別由一相互扭絞之導線對(12、22)所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)分別為雙絞電纜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞線組(11、21)分別由四條相互扭絞之導線所組成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)分別為具有四芒星絞織結構之四芒星電纜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞線組(11、21)具有至少一用於傳輸差分訊號之導線對(12、22)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)均具有一個扭絞線組(11、21)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)之扭絞線組(11、21)之單扭長度(A、A’、B、B’)的該週期性變化分別為介於一最小單扭長度(A、B’)與一最大單扭長度(A’、B)之間的波狀變化。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該最小單扭長度(A)為大於5mm且小於20mm，而最大單扭長度(A’)為大於15mm且小於50mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞長度(X)為大於0.5m且小於10m。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞線組(11、21)於電纜軸向(L)上之扭絞長度(X)之該週期性變化為正弦函數波形。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該扭絞線組(11、21)於該電纜軸向(L)上在介於一最小扭絞長度與一最大扭絞長度之間的變化為統計性變化。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)為分開，係為相互間隔之單一電纜。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)於外側上設有至少一個標示(70)，其可標明出電纜內部單扭長度、單扭長度變化以及最大單扭長度或最小單扭長度所在位置，而該第一電纜(10)上的標示(70)與該第二電纜(20)上的標示(70)係在電纜軸向(L)上為相互錯開設置。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電纜結構，其中，該至少二電纜(10、20)於外側上每隔一扭絞長度(X)便設有一標示(70)。
  16. 一種電纜結構之生產方法，用一個具有至少二條相互扭絞之導線(32)之扭絞線組(11、21)製作出一條原始電纜，其中，該扭絞線組(11、21)於該電纜軸向(L)上之扭絞長度(X)為具有變化，將該原始電纜切割，使其形成至少一第一電纜(10)與一第二電纜(20)，後將該二電纜(10、20)相鄰排列，使得該第一電纜(10)上至少一扭絞線組(11)翻轉之單扭長度與第二電纜(20)上相鄰之扭絞線組(21)翻轉之單扭長度間的差值，為大於10%。
  17. 如申請專利範圍第16項所述電纜結構之生產方法，其中，於該原始電纜外側上作標示(70)的步驟，為依據原始電纜內部單扭長度之變化。
  18. 如申請專利範圍第16項所述電纜結構之生產方法，其中，在排列該二電纜之步驟中，該第一電纜(10)之標示(70)與該第二電纜(20)之標示(70)為相互錯開設置。
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