(57)【要約】【課題】通電ケーブルのケーブル長さを長くした場合に電線の共振周波数が低下してサージ電圧が発生し易くなることを抑制する。【解決手段】シールドパイプ２０の断面が星型形状を成しているため、周方向において内部の電線２２、２４、２６の外周面に断続接触させられるようになり、電線２２、２４、２６の導体２２ａ、２４ａ、２６ａとシールドパイプ２０との間の平均的な離間距離が大きくなるとともに、その離間距離に反比例してＣ（キャパシタンス）が小さくなる。これに伴い、インバータ出力電圧が印加された場合に電線２２、２４、２６に生じるＬＣが低減されて共振周波数が高くなるため、ケーブル長さが長くなって共振周波数が低くなった場合でも、インバータ出力電圧の周波数成分との重なり領域が小さくなり、電気的な共振に起因するサージ電圧の発生が抑制され、そのサージ電圧に起因してモータジェネレータに過電圧が加えられることが抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシールド部の内部を複数の電線が挿通させられている通電ケーブルにおいて、
前記シールド部は、長手方向と直角な断面が、周方向に多数の凹凸が連続して設けられた星型形状を成している
ことを特徴とする通電ケーブル。
【請求項２】
前記シールド部は、全体が導電性の金属材料にて構成されているシールドパイプである
ことを特徴とする請求項１に記載の通電ケーブル。
【請求項３】
前記星型形状の凹凸の数は、全周で１５周期〜５０周期の範囲内である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通電ケーブル。
【請求項４】
前記通電ケーブルは、車両走行用の駆動力源として用いられる電動機とインバータとの間に配設されて、該インバータから出力された急峻パルス電圧を該電動機に印加するものである
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の通電ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通電ケーブルに係り、特に、筒状のシールド部の内部を複数の電線が挿通させられている通電ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筒状のシールド部の内部を複数の電線が挿通させられている通電ケーブルが知られている。特許文献１に記載の通電ケーブル（ワイヤハーネス）はその一例で、例えばインバータと電動機との間に配設されて急峻パルス電圧が印加される。この特許文献１に記載の通電ケーブルは、蛇腹状の合成樹脂管の表面に金属層が設けられたもので、その金属層がシールド部として機能する。蛇腹状の合成樹脂管が用いられることで、通電ケーブルの柔軟性が高くなって取り廻し（配索）が容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８４４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のように通電ケーブルに急峻パルス電圧が印加される場合、内部の電線にＬＣ（インダクタンス・キャパシタンス）が生じるが、ケーブル長さが長くなるとＬＣが増加して電気的な共振周波数が低下し、急峻パルス電圧の周波数成分との重なり領域（図３のＥ領域）が大きくなって、電気的な共振によりサージ電圧が発生し、電動機等の電気部品に過電圧が加えられる可能性があった。
【０００５】
図３の「インバータ波形周波数成分Ａ」は、インバータから電動機に急峻パルス電圧を印加する場合のインバータ出力電圧の周波数成分で、高い周波数側すなわちスイッチング特性が高速で電動機が高回転になる側のＥ領域で共振周波数と重なり、サージ電圧が発生する可能性がある。「ケーブル（長）共振周波数」はケーブル長さが長い場合の共振周波数特性で、「ケーブル（短）共振周波数」はケーブル長さが短い場合の共振周波数特性であり、ケーブル長さが長くなると共振周波数が低くなる。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、通電ケーブルのケーブル長さを長くした場合に電線の共振周波数が低下してサージ電圧が発生し易くなることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、筒状のシールド部の内部を複数の電線が挿通させられている通電ケーブルにおいて、前記シールド部は、長手方向と直角な断面が、周方向に多数の凹凸が連続して設けられた星型形状を成していることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の通電ケーブルにおいて、前記シールド部は、全体が導電性の金属材料にて構成されているシールドパイプであることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明の通電ケーブルにおいて、前記星型形状の凹凸の数は、全周で１５周期〜５０周期の範囲内であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの通電ケーブルにおいて、前記通電ケーブルは、車両走行用の駆動力源として用いられる電動機とインバータとの間に配設されて、そのインバータから出力された急峻パルス電圧をその電動機に印加するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような通電ケーブルにおいては、シールド部の断面が星型形状を成しているため、周方向において内部の電線の外周面に断続接触させられるようになり、電線の導体とシールド部との間の平均的な離間距離が大きくなるとともに、その離間距離に反比例してＣ（キャパシタンス）が小さくなる。これに伴い、急峻パルス電圧が印加された場合の電線のＬＣが低減されて共振周波数が高くなるため、ケーブル長さが長くなって共振周波数が低くなった場合でも、急峻パルス電圧の周波数成分との重なりが抑制され、或いは重なり領域が小さくなり、電気的な共振に起因するサージ電圧の発生が抑制される。
【００１２】
第２発明では、シールド部が金属製のシールドパイプであるため、弾性変形し難く、内部の電線との距離関係を適切に維持してＬＣを低減し、共振周波数を高くしてサージ電圧の発生を抑制することができる。すなわち、前記特許文献１に記載のように合成樹脂管の表面にシールド部（金属層）が設けられる場合、例えば合成樹脂管の表面を星型形状としてメッキや蒸着等により断面が星型形状のシールド部を設けることができるが、合成樹脂管の弾性変形によってシールド部と電線との距離関係が変化し、電線のＬＣを低減する効果が安定して得られない可能性がある。
【００１３】
第３発明では、星型形状の凹凸の数が１５周期〜５０周期の範囲内であるため、内部の複数の電線の外周面に断続接触させられて所定の平均離間距離を適切に確保し、Ｃ（キャパシタンス）を低減する効果を安定して得ることができる。すなわち、シールド部の径寸法や電線の数などによっても異なるが、凹凸の数が１５周期よりも少ないと、電線との接触数が少なくなって接触状態が不安定になり、平均離間距離がばらつく可能性がある。また、凹凸の数が５０周期よりも多いと、電線との接触数が多くなり、Ｃ（キャパシタンス）を低減する効果が適切に得られなくなる可能性がある。
【００１４】
第４発明は、車両走行用の駆動力源として用いられる電動機とインバータとの間に配設される通電ケーブルに関するもので、必要トルクに応じて高い急峻パルス電圧が電動機に印加されるため、電線のＬＣを低減してサージ電圧の発生を抑制することにより電動機に過電圧が加えられることを防止する、という本発明の効果が適切に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】車両走行用の駆動力源として用いられるモータジェネレータ（ＭＧ）とインバータとを接続する通電ケーブルに本発明が適用された場合の一例を説明する概略図である。
【図２】図１におけるII−II矢視部分の断面図、すなわち通電ケーブルを長手方向と直角に切断した断面図である。
【図３】図１の通電ケーブルが備えている電線の共振周波数と、インバータ出力電圧の周波数成分との関係を例示した図である。
【図４】本発明の他の実施例を説明する図で、図２に対応する通電ケーブルの断面図である。
【図５】本発明の更に別の実施例を説明する図で、図２に対応する通電ケーブルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の通電ケーブルは、例えば車両走行用の駆動力源として用いられる電動機とインバータとの間に配設されるが、車両に搭載された発電機とインバータとの間に配設されても良い。車両用或いは車両用以外の種々の電気部品の通電ケーブルとして用いることが可能で、用途は限定されない。電動機は、例えば誘導型や同期型の交流電動機が適当であるが、その他の交流電動機でも良く、電動機および発電機として択一的に機能するモータジェネレータであっても良い。
【００１７】
シールド部の星型断面の凹凸は、長手方向と平行に設けられても良いが、所定のねじれ角でねじれていても良い。ねじれ角は、例えば３０°程度以下が適当である。シールド部の断面の星型形状は、例えばシールド部の長手方向の全長に亘って一定の大きさ、すなわち一定の径寸法の星型円筒形状とされるが、蛇腹のように長手方向において径寸法を周期的に変化させることもできる。星型断面の凹凸の数は、全周で１５周期〜５０周期程度の範囲内が適当であるが、シールド部の径寸法や電線の数によっては、１５周期より少なくしたり５０周期より多くしたりしても良い。長手形状の通電ケーブルの全長に亘って本発明を適用し、シールド部の全長に亘って星型断面とすることが望ましいが、部分的に単純な円筒形状としたり、長手方向で径寸法が周期的に変化する蛇腹形状としたりするなど、通電ケーブルの一部に本発明を適用するだけでも良い。
【００１８】
筒状のシールド部は、全体が導電性の金属材料にて構成されているシールドパイプが適当であるが、内周面または外周面が星型形状とされた合成樹脂パイプに、メッキや蒸着、塗布等により導電性金属を設けたものでも良い。金属箔や金属糸偏組等を接着しても良い。金属製のシールドパイプは、例えば多数の凹凸が連続して設けられた波形板材を筒状に丸めて溶接等で接合しても良いし、金属パイプを押し出し加工や引き抜き加工によって星型形状に成形したものでも良いなど、種々の態様が可能である。シールドパイプは可撓性や屈曲性を有し、内部を挿通させられた複数の電線と共に配索経路に応じて曲げ変形できることが望ましいが、通常の使用において変形が不能であっても良い。シールドパイプは一直線でも良いが、中間部分に屈曲部等が予め設けられても良い。
【００１９】
シールド部としてシールドパイプが用いられる場合、そのシールドパイプの外周側には、合成樹脂等の絶縁材料から成る保護被膜を設けることが望ましい。保護被膜の外周面は、単純な円筒面であっても良いが、通電ケーブルの屈曲性を確保するために、蛇腹状や螺旋状の凹凸が設けられても良い。このような保護被膜は、例えばインサート成形によりシールドパイプの外周側に一体的に設けられるが、接着剤等によって固着しても良い。合成樹脂パイプの内周面を断面星型形状とし、その内周面にシールド部を設けた場合、その合成樹脂パイプをそのまま保護被膜として用いることもできる。
【００２０】
シールド部の内部に配設される複数の電線は、２本であっても良いが、３本以上でも良い。電線は、例えば銅やアルミニウム等の導電性金属からなる導体を、合成樹脂等の絶縁被膜で被覆したものが適当である。導体は、細い線材が多数撚り合わされた撚り線でも良いし、単一の線材でも良いなど、種々の態様が可能である。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例である通電ケーブル１０を説明する概略図で、この通電ケーブル１０は、車両走行用の駆動力源として用いられるモータジェネレータ（ＭＧ）１２とインバータ１４との間に配設されている。モータジェネレータ１２は、電動機および発電機として選択的に用いられるもので、インバータ１４から通電ケーブル１０を介して急峻パルス電圧が印加されることにより、電動機として用いられて車両の駆動力源として機能する。また、車両の惰性走行時に回生制御されることにより発電機として用いられ、発生した急峻パルス電圧が通電ケーブル１０を介してインバータ１４に印加されることにより、そのインバータ１４を介してバッテリ等の蓄電装置が充電される。
【００２３】
図２は、図１におけるII−II矢視部分の断面図、すなわち通電ケーブル１０を長手方向と直角に切断した断面図である。図２の断面図から明らかなように、通電ケーブル１０は、円筒形状のシールドパイプ２０と、そのシールドパイプ２０の内部を挿通させられた３本の電線２２、２４、２６と、シールドパイプ２０の外周側に一体的に固着された円筒形状の保護被膜２８とを備えている。前記モータジェネレータ１２は３相交流の永久磁石同期型で、通電ケーブル１０の３本の電線２２、２４、２６を通して、位相が１２０°ずれたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の３相の急峻パルス電圧がインバータ１４によって印加される。３本の電線２２、２４、２６は、それぞれ銅やアルミニウム等の導電性金属からなる導体２２ａ、２４ａ、２６ａと、その導体２２ａ、２４ａ、２６ａを被覆している合成樹脂等の絶縁被膜２２ｂ、２４ｂ、２６ｂとを備えている。導体２２ａ、２４ａ、２６ａは、細い線材が多数撚り合わされた撚り線、或いは比較的太い単一の線材である。
【００２４】
シールドパイプ２０は、プレス加工やロール加工等により多数の凹凸が平行に連続して設けられたステンレスやアルミニウム等の導電性の波形の金属板材を、波形の凹凸と平行な中心線まわりに円筒形状に丸めて溶接等で接合したもので、長手方向と直角な断面（図２）は、多数の凹凸が周方向に連続して設けられた星型形状を成している。シールドパイプ２０は、長手方向の全長に亘って径寸法が略一定であり、多数の凹凸は長手方向と平行に設けられているとともに、断面の星型形状は、シールドパイプ２０の全長に亘って略同じ大きさである。このシールドパイプ２０は一直線形状を成しているが、多少の可撓性や屈曲性を有し、内部を挿通させられた電線２２、２４、２６と共に配索経路に応じて曲げ変形できる。シールドパイプ２０には、必要に応じて予め１または複数の屈曲部や折曲部が設けられても良い。また、多数の凹凸は、必ずしもシールドパイプ２０の長手方向と平行に設けられる必要はなく、例えば３０°程度以下の所定のねじれ角でねじれていても良い。
【００２５】
シールドパイプ２０は、その長手方向の両端がそれぞれモータジェネレータ１２、インバータ１４のケースを介して接地させられるシールド部である。シールドパイプ２０は、図２から明らかなように、３本の電線２２、２４、２６の中心が正三角形の頂点となり且つその３本の電線２２、２４、２６の外周面が互いに接する位置関係で、それ等の電線２２、２４、２６を位置決めするように、その３本の電線２２、２４、２６の外周面に外接させられている。シールドパイプ２０は、断面が星型形状を成していることから、内周側へ突き出す内向き凸部２０ａの先端が各電線２２、２４、２６の外周面に断続接触させられ、各電線２２、２４、２６とシールドパイプ２０との接触面積が小さくなる。これにより、周方向の凹凸が無い場合に比較して、各電線２２、２４、２６の導体２２ａ、２４ａ、２６ａとシールドパイプ２０との平均的な離間距離が大きくなり、その離間距離に反比例してそれ等の間のＣ（キャパシタンス）が小さくなる。星型形状の凹凸の数は、全周で１５周期〜５０周期の範囲内が適当で、本実施例では３０周期設けられているとともに、個々の凹凸は尖り三角形状を成しており、図２に示されるように各電線２２、２４、２６の外周面に対して例えば１または２箇所の内向き凸部２０ａの先端が接触させられるだけであり、導体２２ａ、２４ａ、２６ａとの間の平均離間距離を適切に確保することができる。シールドパイプ２０の内向き凸部２０ａと各電線２２、２４、２６との接触数は、例えば電線２２、２４、２６の絶縁被膜２２ｂ、２４ｂ、２６ｂが弾性変形させられることにより、３箇所以上で断続接触させられても良い。
【００２６】
保護被膜２８は、絶縁性の合成樹脂にて構成されており、インサート成形により星型断面のシールドパイプ２０の外周側に一体成形されて一体的に固着されている。保護被膜２８の外周面は、径寸法が一定の単純な円筒面であっても良いが、通電ケーブル１０の屈曲性を確保するために、必要に応じて蛇腹状や螺旋状のコルゲート（凹凸）が設けられる。
【００２７】
ここで、このような通電ケーブル１０は、インバータ１４から急峻パルス電圧（インバータ出力電圧）が印加されると、シールドパイプ２０の内部の電線２２、２４、２６にＬＣ（インダクタンス・キャパシタンス）が生じるとともに、ケーブル長さが長くなってＬＣが増加すると、電線２２、２４、２６の電気的な共振周波数が低下する。このため、インバータ出力電圧の周波数成分と重なりが生じるようになり、電気的な共振によってサージ電圧が発生して、モータジェネレータ１２に過電圧が印加される可能性がある。
【００２８】
図３を参照して具体的に説明すると、図３の「インバータ波形周波数成分Ａ」は、インバータ１４からモータジェネレータ１２に急峻パルス電圧が印加される際のインバータ出力電圧（急峻パルス電圧）の周波数成分で、「インバータ波形周波数成分Ａ」のゲインは急峻パルス電圧波形に含まれる各周波数成分のゲインである。インバータ出力電圧の周波数は、インバータ素子のスイッチング特性が高速になる程、周波数成分が高くなる。「ケーブル（長）共振周波数」はケーブル長さが長い場合の電線２２、２４、２６の共振周波数特性で、「ケーブル（短）共振周波数」はケーブル長さが短い場合の電線２２、２４、２６の共振周波数特性であり、それ等のゲインは共振の強さを表している。そして、モータジェネレータ１２およびインバータ１４の車両に対する搭載条件などにより通電ケーブル１０のケーブル長さが長くなると、電線２２、２４、２６のＬＣが大きくなって共振周波数が低くなり、インバータ出力電圧の周波数成分Ａとの重なり領域Ｅが大きくなる。この重なり領域Ｅで、インバータ１４の高速スイッチングによる急峻パルス電圧が通電ケーブル１０のＬＣと電気的に共振し、サージ電圧が発生する可能性がある。
【００２９】
これに対し、本実施例の通電ケーブル１０は、シールドパイプ２０の断面が星型形状を成しているため、周方向において内部の電線２２、２４、２６の外周面に断続接触させられるようになり、電線２２、２４、２６の導体２２ａ、２４ａ、２６ａとシールドパイプ２０との間の平均的な離間距離が大きくなるとともに、その離間距離に反比例してＣ（キャパシタンス）が小さくなる。これに伴い、インバータ出力電圧が印加された場合に電線２２、２４、２６に生じるＬＣが低減されて共振周波数が高くなるため、ケーブル長さが長くなって共振周波数が低くなった場合でも、インバータ出力電圧の周波数成分Ａとの重なりが抑制され、或いは重なり領域Ｅが小さくなり、電気的な共振に起因するサージ電圧の発生が抑制されて、そのサージ電圧に起因してモータジェネレータ１２に過電圧が加えられることが抑制される。
【００３０】
また、シールド部として金属製のシールドパイプ２０が設けられているため、合成樹脂管にシールド部を設ける場合に比較して弾性変形し難く、内部の電線２２、２４、２６との距離関係を適切に維持してＬＣを低減し、共振周波数を高くしてサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００３１】
また、シールドパイプ２０の星型断面の凹凸の数が１５周期〜５０周期の範囲内であるため、内部の電線２２、２４、２６の外周面に断続接触させられて所定の平均離間距離を適切に確保し、Ｃ（キャパシタンス）を低減する効果を安定して得ることができる。すなわち、凹凸の数が１５周期よりも少ないと、電線２２、２４、２６との接触数が少なくなって接触状態が不安定になり、平均離間距離がばらつく可能性がある。また、凹凸の数が５０周期よりも多いと、電線２２、２４、２６との接触数が多くなり、Ｃ（キャパシタンス）を低減する効果が適切に得られなくなる可能性がある。
【００３２】
また、本実施例は、車両走行用の駆動力源として用いられるモータジェネレータ１２とインバータ１４との間に配設される通電ケーブル１０に関するもので、必要トルクに応じて高いインバータ出力電圧がモータジェネレータ１２に印加されるため、電線２２、２４、２６のＬＣを低減してサージ電圧の発生を抑制することによりモータジェネレータ１２に過電圧が加えられることを防止する、という効果が適切に得られる。
【００３３】
また、３本の電線２２、２４、２６を有する通電ケーブル１０において、その３本の電線２２、２４、２６の中心が正三角形の頂点となり且つその３本の電線２２、２４、２６の外周面が互いに接する位置関係で、それ等の電線２２、２４、２６を位置決めするように、シールドパイプ２０が３本の電線２２、２４、２６の外周面に外接させられている。これにより、３本の電線２２、２４、２６とシールドパイプ２０との位置関係が一定状態に適切に維持されて位置ずれが抑制され、３本の電線２２、２４、２６のＬＣ等の電気特性が安定し、サージ電圧の発生を抑制する効果が安定して得られる。
【００３４】
また、シールドパイプ２０の断面の星型形状が、長手方向の全長に亘って一定の大きさであるため、全長に亘って電線２２、２４、２６とシールドパイプ２０との距離関係が略一定であり、取り廻しなどで通電ケーブル１０が曲げられた場合でも電線２２、２４、２６のＬＣ等の電気特性の変化が少なく、サージ電圧の発生を抑制する効果が安定して得られる。すなわち、前記特許文献１に記載のように蛇腹状のシールド部を採用した場合、シールド部の曲げや伸縮などで電線２２、２４、２６との平均離間距離が変化し、電線２２、２４、２６のＬＣを低減する効果が安定して得られない可能性がある。例えばシールド部が伸長させられると、蛇腹が伸ばされて凹凸が小さくなるため、平均離間距離が小さくなる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３６】
図４は、前記図２に対応する図で、通電ケーブル４０の断面図である。この通電ケーブル４０は、シールドパイプ４２の星型形状の凹凸の数が２４周期の場合で、前記実施例に比較して少ないが、各電線２２、２４、２６の外周面に対して例えば１または２箇所の内向き凸部４２ａの先端が接触させられて、それ等の電線２２、２４、２６を適切に位置決めできるとともに、電線２２、２４、２６の導体２２ａ、２４ａ、２６ａとの間の平均的な離間距離を適切に確保することができる。この星型断面の凹凸の数は適宜変更することができる。
【００３７】
図５は、前記図２に対応する図で、通電ケーブル５０の断面図である。この通電ケーブル５０は、前記図４の通電ケーブル４０に比較して、シールドパイプ５２の星型形状の凹凸が相違している。すなわち、三角形の凹凸の先端を丸めた滑らかな波形の円弧形状を成している場合で、内向き凸部５２ａが電線２２、２４、２６の絶縁被膜２２ｂ、２４ｂ、２６ｂの外周面に対する食い込みが抑制され、導体２２ａ、２４ａ、２６ａとの間の離間距離を適切に確保することができる。三角形の凹凸の先端を円弧形状に丸める代わりに、三角形の凹凸の先端に平坦面を設けるようにしても良い。また、内周側へ突き出す内向き凸部５２ａの先端のみを丸めたり平坦面にしたりしても良い。凹凸の数が多い前記図２のシールドパイプ２０についても、シールドパイプ５２と同様に三角形の凹凸の先端を丸めたり平坦面にしたりすることができる。
【００３８】
また、上記各実施例の通電ケーブル１０、４０、５０において、内周面の断面が星型形状の保護被膜２８をシールドパイプ２０、４２、５２とは別個に射出形成等によって製造し、前記特許文献１に記載のように、その保護被膜２８の星型断面の内周面にメッキや蒸着、塗布、接着等により導電性金属を固着してシールド部とすることもできる。言い換えれば、シールドパイプ２０、４２、５２が、メッキや蒸着、塗布、接着等によって保護被膜２８の内周面に設けられた金属層のシールド部であっても良い。
【００３９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０、４０、５０：通電ケーブル    １２：モータジェネレータ（電動機）    １４：インバータ    ２０、４２、５２：シールドパイプ（シールド部）    ２２、２４、２６：電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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