(57)【要約】【課題】  多芯撚り線シールドケーブルが形成する電磁界の強度を、モーメント法シミュレーションにより計算する場合、曲面であるシールド層の多角形筒構造近似により電磁界強度の計算精度が低下していた。【解決手段】  多芯撚り線シールドケーブルを、複数の線要素からなる単芯ケーブルと、ケーブル長手方向に直交する断面形状が多角形となる筒状構造を有すると共に前記多角形の各辺に対応した平面を複数の平面要素に分割してなるシールド層と、前記単芯ケーブルと前記シールド層との間に充填された絶縁物とを有する単芯シールドケーブルとして近似し、かつ、前記単芯シールドケーブルモデルの伝送特性が、多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性を満たすように、単芯シールドケーブルモデルを構成する各要素の形状、物性値を設定してモデル化した。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の、被覆された導体部からなる導線をその長さ方向にわたり撚り線した撚り線ケーブルと、前記撚り線ケーブル外周を前記長さ方向にわたって覆ったシールド層と、前記導線と前記シールド層との間に充填された絶縁物とを有する多芯撚り線シールドケーブルをモデル化し、前記多芯撚り線シールドケーブルから放出される電磁波により形成される電磁界の強度を、前記モデルに対してモーメント法を適用したシミュレーションにより計算する電磁界強度計算方法において、前記モデルは、前記撚り線ケーブルの複数の導体部を合わせて単芯導線とし、前記単芯導線を長手方向に所定長さの複数の線要素に分割し、かつ、前記シールド層を、前記単芯導線の長手方向に直交する断面形状が多角形で、前記多角形の各辺が、前記単芯導線の長手方向に沿って延長されて形成された筒状構造体とするとともに、前記筒状構造体の各構成面を前記単芯導線の長手方向にわたり複数の平面要素に分割した単芯シールドケーブルモデルとし、前記単芯シールドケーブルモデルの構成要素の形状及び物性値は、前記多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性を満たすように設定されたものであることを特徴とする電磁界強度計算方法。
【請求項２】
前記単芯シールドケーブルモデルは、前記線要素の長さを、前記線要素と前記平面要素との間の最短距離よりも小さくしたものであることを特徴とした請求項１に記載の電磁界強度計算方法。
【請求項３】
前記単芯シールドケーブルモデルは、前記平面要素の各辺の中で最大の長さを有する最大辺の長さが、前記線要素と前記平面要素との間の最短距離よりも小さく設定されたものであることを特徴とした請求項１または２に記載の電磁界強度計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モーメント法を使ったシミュレーションにより、多芯撚り線シールドケーブルから放射される電磁波により形成される電磁界の強度を計算する電磁界強度計算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子機器同士を接続するケーブルからの放射される電磁波は、他の電気・電子機器へ悪影響を及ぼすため、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の問題がある。このためケーブルを含めた電気・電子機器から放射される電磁波の電磁界シミュレーション技術の開発が盛んに行われている。
【０００３】
ケーブルから放射される電磁波により形成される電磁界の強度を計算する際にはケーブルのモデル化が必要となる。特許文献１には、平行線ケーブルや撚り線ケーブルといった様々な種類のケーブルから放射される電磁波により形成される電磁界の強度を高精度に計算するためのケーブルのモデル化について記載されている。
【０００４】
多芯撚り線シールドケーブルから放射される電磁波により形成される電磁界の強度は、多芯撚り線ケーブルにコモンモード電流が通電されている場合の電磁波放射が支配的となる。つまり、シミュレーションで多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード電流を精度よく求めることが出来れば、多芯撚り線シールドケーブルから放射される電磁波により形成される電磁界の強度を精度よく計算することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４０５９０５号公報（段落［００２７］、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているシミュレーションモデル化手法によれば、撚り線ケーブルの放射する電磁界強度を高精度に計算することができるが、シールド付の撚り線ケーブル、すなわち撚り線シールドケーブルに対してモーメント法で電磁界強度を計算しようとすると、以下の理由により計算精度が低下するという問題が生じる。以下では説明の便宜のために２芯撚り線シールドケーブルを例にとって説明するが、多芯の場合も同様である。
【０００７】
図１は、２芯撚り線シールドケーブルの断面図の一例である。図１において、１は導体部、２は導体部１を覆う絶縁性の被覆層で、導体部１とその被覆層２とで導線３が構成されている。２芯ケーブルなので、導線３は２本示してある。２本の導線３は撚り線されているため、各導線３はケーブル長手方向に螺旋構造を有している。
４はケーブルの長手方向に沿って２本の導線３の外周を覆うシールド層、５はシールド層４を覆う絶縁性の保護層、６は導線３とシールド層４との間に充填されている絶縁物である。図示してはいないが、２本の導線３の間には、通常、絶縁物が周囲より高密度で充填されている。
【０００８】
このような2芯撚り線シールドケーブルをモデル化する場合、モーメント法では、通常、導体部を複数の線要素でモデル化し、シールド層を複数の平面要素でモデル化する。絶縁物６は、線要素と平面要素との間を埋めるものとして扱われる。
【０００９】
図２は、２芯撚り線シールドケーブルにモーメント法を適用する際のシミュレーションモデルの一例である。図１の導線３の導体部１は、所定の長さLおよび半径ｒを有する直線形状の複数の線要素７で分割されたものとし、シールド層４は、ケーブルの長手方向に直交する断面での形状を四角形とした四角形筒状構造体とする。更に、この筒状構造体の前記四角形の各辺に対応する面は複数の平面要素で分割されたものとする。線要素７と平面要素８との間には絶縁物が充填されたものとして２芯撚り線シールドケーブルがモデル化される。シールド層４を四角形筒状構造体としたのは、モーメント法のモデルでは曲面を扱うことができないためである。なお、図２の例では平面要素８は一例として三角形とした。
【００１０】
このようなモデル化をした場合、次のような問題が発生する。すなわち、実際の２芯撚り線シールドケーブルでは、ケーブル長手方向のどの位置であっても導線３とシールド層４との間の距離は一定であるが、モデル化した後ではこの距離がケーブル長手方向位置により変化することになる。ここで、導線３とシールド層４との間の距離とは、ケーブル長手方向に直交する断面上で、線要素７の中心とこれに最近接する平面要素４内面との間の距離のことをいうものとする。
【００１１】
このことを図３で説明する。
図３は、２芯撚り線シールドケーブルモデルのケーブル長手方向の異なる位置２箇所でのケーブル断面をそれぞれ同図の上図、下図に示したものである。２本の導線３は撚り線されているため、ケーブル長手方向に対して２本の導線は全体として回転している形になる。一方、曲面であるシールド層４は既に説明した通り、図３に示す断面上では四角形として記述されている。そのため、線要素７と平面要素８との間の距離Ｄは、ケーブル長手方向の位置に応じて変化する。図３の上図と下図とで距離ＤをそれぞれD1、D2と異なる表記にしたのはこのような事情によるものである。
【００１２】
図４は、上記距離Dが変化する様子をケーブルモデルについて１本の導線３とシールド層４の1面のみについて長手方向の状況が判るように模式的に示したものである。線要素７は平面要素８に対して長手方向位置に応じて傾斜している。なお、図３の距離D１、D２は線要素７の長手方向中心位置での距離を表している。この距離がその線要素７を代表する、平面要素８との間の距離Dということになる。また、この距離Dは長手方向位置によっては、線要素７に対して最短距離の平面要素８が、図３の断面図の多角形の同じ辺上に来ずに、他の辺上に変化していく。これは既に述べたとおり、導線３がケーブル長手方向に螺旋構造をしているためである。
【００１３】
この距離Dが変化すると、それに伴い、線要素７のインピーダンスも変化することとなる。すなわち、線要素７のインピーダンスがケーブルの長手方向位置に依存して変化する。このように実際にはケーブルのインピーダンスは、長手方向位置依存性はなく一定であるにもかかわらず、モデルを使った計算上は変化することになるため、ケーブルに流れる電流の計算精度が低下し、そのため電流値に依存して放射される電磁波により形成される電磁界の強度の計算精度も低下する。これは、シールド層４をケーブル長手方向に直交する断面上で多角形近似したことに伴うものである。
【００１４】
図２又は図３の断面図はこの断面上で本来円形であるはずのシールド層４を四角形状で近似してモデル化したものであるが、四角形ではなく、その角数を更に増やすことにより、シールド層４のモデルを本来の円形に近づけて上記問題点を改善し、それにより電磁界強度の計算精度を改善することができる。しかし、多角形の角数が増えると平面要素数も増大し、計算機によるシミュレーション計算時間、及びシミュレーションに必要な計算機の記憶容量も増大する。
【００１５】
以上は、２芯撚り線シールドケーブルを例にとって説明したが、多芯撚り線シールドケーブルの場合も同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明の電磁界強度計算方法は、複数の、被覆された導体部からなる導線をその長さ方向にわたり撚り線した撚り線ケーブルと、前記撚り線ケーブル外周を前記長さ方向にわたって覆ったシールド層と、前記導線と前記シールド層との間に充填された絶縁物とを有する多芯撚り線シールドケーブルをモデル化し、前記多芯撚り線シールドケーブルから放出される電磁波により形成される電磁界の強度を、前記モデルに対してモーメント法を適用したシミュレーションにより計算する電磁界強度計算方法において、前記モデルは、前記撚り線ケーブルの複数の導体部を合わせて単芯導線とし、前記単芯導線を長手方向に所定長さの複数の線要素に分割し、かつ、前記シールド層を、前記単芯導線の長手方向に直交する断面形状が多角形で、前記多角形の各辺が、前記単芯導線の長手方向に沿って延長されて形成された筒状構造体とするとともに、前記筒状構造体の各構成面を前記単芯導線の長手方向にわたり複数の平面要素に分割した単芯シールドケーブルモデルとし、前記単芯シールドケーブルモデルの構成要素の形状及び物性値を、前記多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性を満たすように設定したものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の電磁界強度計算方法によれば、多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性を単芯シールドケーブルでモデル化することにより、平面要素と線要素との間の距離を一定にしたので、多芯撚り線シールドケーブルにより形成される電磁界の強度を、従来モデルに比べて短い計算時間で、精度よく計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】多芯撚り線シールドケーブルの断面図
【図２】多芯撚り線シールドケーブルの従来モデルの斜視図と断面図
【図３】多芯撚り線シールドケーブルの従来モデルにおけるケーブル長手方向の異なる位置での断面図
【図４】多芯撚り線シールドケーブルの従来モデルにおける線要素と平面要素との関係を示す図
【図５】実施の形態１に係る単芯シールドケーブルモデルの断面図
【図６】実施の形態１に係る他の単芯シールドケーブルモデルの断面図
【図７】実施の形態２に係る単芯シールドケーブルモデルにおける線要素と平面要素との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図５は多芯撚り線シールドケーブルから放出される電磁波により形成される電磁界の強度を、モーメント法を使って計算する際の当該ケーブルの本実施の形態に係るモデル化の例を示すものである。図５はケーブルの長手方向に直交する断面を示しており、本実施の形態では多芯撚り線シールドケーブルを図示するとおり単芯シールドケーブルとしてモデル化している。図５において、７は単芯ケーブルの導体部（単芯導線と呼ぶ。）を複数の、直線状のものに分割したもので線要素と呼ぶ。線要素７は図７に示すようにケーブル長手方向に長さLを有し、図５に示すように、半径Rの大きさを有している。８は従来のモデルと同じくケーブル長手方向に直交する断面図上で四角形近似したシールド層であり、この四角形の一辺が属する平面をケーブル長手方向に複数に分割したものである平面要素を示している。この平面要素の形状は従来例で説明した形状と同じ、例えば三角形であるが、これにこだわる必要はない。また、被覆層２、保護層５、絶縁物６の絶縁体の誘電率は線要素７、平面要素８に反映されている。このように設定したモデルを以下では単芯シールドケーブルモデルと呼ぶこととする。
【００２０】
このようなモデル化をしたのは、電磁界強度の影響を評価する地点は、多芯撚り線シールドケーブルからある程度の距離はなれた位置であるため、多芯撚り線ケーブルを単芯ケーブルとして近似しても評価地点と複数の導線の間の距離の違いは無視できる程度であることによる。
【００２１】
次に単芯シールドケーブルモデルの詳細の決定方法について説明する。重要な点は、実際の多芯シールドケーブルの伝送特性と単芯シールドケーブルモデルの伝送特性を一致させるように単芯シールドケーブルモデルの各要素の形状や物性値を決定するということである。この点についてもう少し説明する。
ここで問題とする伝送特性は電磁波放射が最大になる条件であるコモンモードでの伝送特性である。すなわち多芯撚り線のそれぞれに同一位相の電流が流れたときの伝送特性である。多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性はケーブルを構成する各要素の形状、及び物性値（導電率や誘電率）、各要素間の配置関係で決定され、単芯シールドケーブルモデルの線要素７、平面要素８、及び線要素７の半径Rや平面要素８の図５に示す断面上での大きさ、材料物性値（導電率や誘電率）、線要素７と平面要素８の距離D等を調整することにより、多芯撚り線シールドケーブルのコモンモード伝送特性と一致させることができる。たとえば、ケーブルのコモンモード伝送特性をネットワークアナライザで測定し、これに一致するように前記の調整を設定した単芯シールドケーブルモデルを使ってモーメント法による電磁界強度を計算する。
【００２２】
なお、伝送特性とは本願の目的からケーブルの特性インピーダンスのことを意味する。すなわち特性インピーダンスが実際の多芯撚り線シールドケーブルと同じになるように単芯シールドケーブルモデルについての上記諸量を決定する。インピーダンスを一致させることにより入力電圧に対して導体部を流れる電流値がモデルと実際のケーブルとで一致することになる。電磁波の放射強度は導体中を流れる電流の大きさに依存するため、この電流値をあわせることは電磁界強度の計算精度の劣化防止に意義がある。
【００２３】
ここで、前記導体部の導電率、前記シールド層の導電率、及び前記導体部に反映されている誘電率、前記シールド層に反映されている誘電率は、実際に多芯撚り線シールドケーブルに使われている導体部、シールド層、絶縁物の導電率、誘電率と必ずしも同じ値とはならない。その理由のひとつは多芯撚り線を単芯で近似したことであり、また、例えば、被覆層２と絶縁物６は省略し、導体部１に含めて導体部の誘電率の値を反映していること、保護層５は単芯モデルでは省略し、シールド層４に含めてシールド層の誘電率の値に反映させていることなどの理由による。
【００２４】
このような過程を経て設定された単芯シールドケーブルモデルを使ってモーメント法を適用すれば、図３に示すようなケーブル長手方向の位置の違いに起因する線要素７と平面要素８との間の距離Dの変化による計算精度の劣化を避けることができ、電磁界強度を、従来モデルを用いたときよりも短い計算時間で、精度よく計算することができる。
【００２５】
なお、以上の説明ではケーブル長手方向に直交する断面で見たとき本来円形であるシールド層形状を四角形としたが、四角形でなく、三角形以上の多角形で近似しても良い。図６は五角形、及び八角形で近似した例を示している。
ただし、平面要素が増大し、解析時間と計算に必要な記憶容量も増大する。
【００２６】
実施の形態２．
本実施の形態は、図７に示すように、実施の形態１で述べた単芯シールドケーブルモデルに対して、線要素７の長さL、および平面要素８の最も長い辺の長さLmの少なくとも一方を、線要素７と平面要素８との間の距離Dよりも小さくするという制限を付したものである。
【００２７】
モーメント法において、線要素７と平面要素８とが接近する場合、線要素７の長さＬ、又は平面要素８の最も長い辺の長さＬｍが、線要素７と平面要素８との間の距離Ｄより長い場合、計算精度が急激に低下するといった問題がある。これはシミュレーションにより実際に確認できたことである。線要素７の長さＬ、又は平面要素８の最も長い辺の長さＬｍを上記距離Dよりも小さくすればこの問題は改善される。ただし、線要素７又は平面要素８の数が増大し、シミュレーション時間とシミュレーションに必要な計算機の記憶容量が増大するという点は許容しなければならない。しかし、実施の形態１で述べた単芯シールドケーブルモデルを採用することにより線要素７と平面要素８との間の距離Dは多芯のままモデル化した場合に比べて大きくなる。そのため、線要素７、平面要素８の分割数(すなわちL、Lm値)が同じ場合であっても従来モデルを使用した場合に比べて計算精度が改善される。
【００２８】
この効果を更に確実なものとするのがこの実施の形態に係る発明であり、単芯シールケーブルのモデル化にあたり、L又はLmをDよりも小さくするという制限をつけるというものである。このようにしてモデルを構成することにより、電磁界強度の計算精度が従来手法に比べて更に改善される。当然、L、Lm共にDよりも小さくすることにより、片方のみDよりも小さくした場合に比べて電磁界強度の計算精度はより一層改善される。この点もシミュレーションにより確認されている。
【符号の説明】
【００２９】
１  導体部、２  被覆層、３  導線、４  シールド層、５  保護層、６  絶縁物、７  線要素、８  平面要素
【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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【図６】
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【図７】
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