(57)【要約】【課題】最近、インバータの高速・高効率化に伴い、パルス立ち上がりが早くなったことによってモーターにおける浮遊容量の影響が現れ始め、周辺機器への漏れ電流が発生することにより、周辺機器が誤作動を起こすおそれが生じていた。【解決手段】複数条からなる駆動用絶縁心線２と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線５を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線５のインダクタンスを低減すると同時に、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線５を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施した高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、前記駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項２】
複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、前記駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線と前記アース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項３】
前記高周波漏れ電流リターン線を、絶縁を施していない導体のみで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項４】
前記高周波漏れ電流リターン線を、導体の周りに通常の絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した導体で構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項５】
前記駆動用絶縁心線と前記アース線の絶縁体として低誘電率絶縁体を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の内の１つの請求項記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項６】
複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、前記駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項７】
複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、前記駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線と前記アース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項８】
３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線をほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、前記３条の絶縁心線からなる集合体の谷部外側に３条からなるリターン線をそれぞれ、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、かつ、前記絶縁心線の近傍に密接して隣接されるように配置することで、それぞれの絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、前記３条からなる絶縁心線と前記３条からなるリターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して同一方向に撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル。
【請求項９】
３条からなる絶縁心線と、１条からなるアース線とを備え、前記３条からなる絶縁心線のいずれかの１条の外周に１条ないし複数条からなるリターン線を近傍に密接して隣接させることによって、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、前記３条からなる絶縁心線と前記１条ないし複数条からなるリターン線と前記１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル。
【請求項１０】
３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線を、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、前記３条からなる絶縁心線の中央部分に絶縁被覆を施していないリターン線を配置し、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えたことを特徴とする低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル。
【請求項１１】
インバータと被駆動制御装置とを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは複数条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線に１条ないし複数条からなる絶縁被覆されていない高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置とを接続することにより、前記各駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のインダクタンスを低く抑え、これによって前記高周波漏れ電流リターン線を前記被駆動制御装置から前記インバータへの高周波漏れ電流の帰路を形成したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル。
【請求項１２】
前記複数条からなる駆動用絶縁心線に追加して１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列したことを特徴とする請求項１１記載の高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル。
【請求項１３】
前記高周波漏れ電流リターン線は、導体の周りに絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した線でキャパシタンスの増加を抑えて、該高周波漏れ電流リターン線を絶縁被覆された前記駆動用絶縁心線の被覆外周近傍に密接に隣接して配置したことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル。
【請求項１４】
インバータと被駆動制御装置であるモーターとを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは３条からなる駆動用絶縁心線を、ケーブル断面方向から見て、ほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれを独立させて配置し、更に、前記３条の駆動用絶縁心線からなる集合体の近傍に３条からなる高周波漏れ電流リターン線をほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれ独立させて配置し、前記３条の駆動用絶縁心線に前記３条の高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置のモーターとを接続することにより、前記各駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のインダクタンスを低く抑えることによって、前記高周波漏れ電流リターン線を前記被駆動制御装置のモーターから前記インバータへの高周波漏れ電流の帰路を形成したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【請求項１５】
ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１μＨ／ｍ以下に低く抑えたことを特徴とする請求項１４記載の高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル。
【請求項１６】
３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなる請求項１４または請求項１５記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルであって、
前記３条からなる駆動用絶縁心線の各駆動用絶縁心線の導体断面積をＳとした際に、前記３条からなる高周波漏れ電流リターン線の各電流リターン線の導体断面積Ｐを下記の式（１）で規定される範囲内としたことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
Ｐ／３＜Ｓ≦Ｐ・・・・・・・・・（１）
【請求項１７】
３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなる請求項１４または請求項１５または請求項１６記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルであって、
前記三角形の中心をＯとし、前記各高周波漏れ電流リターン線を前記３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際の前記中心Ｏから前記各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離をｒ１，ｒ２，ｒ３（ｒ１≒ｒ２≒ｒ３）とし、最密接距離をＲとすると、
実際に配置された前記各高周波漏れ電流リターン線において、前記３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する前記三角形の中心Ｏから前記各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離がｒ１，ｒ２，ｒ３である場合に、
前記距離ｒ１，ｒ２，ｒ３の内で一番大きな値の距離（例えばｒ１）を下記の式（２）で規定される範囲内としたことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
Ｒ≦ｒ１＜１.３５Ｒ・・・・・・・・・（２）
【請求項１８】
３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなる請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルであって、
前記各高周波漏れ電流リターン線を前記３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際に、前記３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する前記三角形の中心Ｏと前記各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線を基準線とすると、
実際に配置された前記各高周波漏れ電流リターン線において、前記中心Ｏと前記各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線の前記基準線に対するズレ角度αの範囲が下記の式（３）で規定される範囲内としたことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
-５°＜α＜＋５°・・・・・・・・・（３）
【請求項１９】
インバータとその被駆動制御装置であるモーターを、インダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルにより接続して、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となって被駆動制御装置であるモーター側で発生する高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたことを特徴とするモーター駆動制御システム。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項７の内のいずれか１の請求項に記載された高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル、或いは請求項８ないし請求項１０の内のいずれか１の請求項に記載された低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル、或いは請求項１１ないし請求項１３の内のいずれか１の請求項に記載された高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル、或いは請求項１４ないし請求項１８の内のいずれか１の請求項に記載された高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルをモーターの動力線として使用したことを特徴とする数値制御工作機械またはロボットまたは射出成型機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルに関し、特に、インバータによってモーターを制御する際に、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となってモーター側で発生する高周波漏れ電流を効率的にインバータ側へ戻すために、リターン線のループインダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルに関するものである。さらには、キャパシタンスの増加をも抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルに関するものである。【０００２】
本発明は、特に、インバータによって被駆動制御装置であるモーターを駆動制御する際に、インバータによる高周波のスイッチングパルスによって発生する高周波漏れ電流を筐体アースへ流れるのを抑え、効率的にインバータ側へ戻すために、リターン線のループインダクタンスの低減を図った低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルに関するものである。ここで、ノンシールドケーブルとは、シースの内側にシールドを施さないケーブル構造を言う。【０００３】
また、本発明は、インバータとその被駆動制御装置であるモーターを、インダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルにより接続して、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となって被駆動制御装置であるモーター側で発生する高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたシステムに関するものである。さらには、キャパシタンスの増加をも抑えてスイッチングパルスの立ち上がり及び立ち下りがなまることを抑止し、高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたシステムに関するものである。【０００４】
さらには、本発明は、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルをモーターの動力線として使用した数値制御工作機械、ロボットまたは射出成型機に関するものである。
【背景技術】
【０００５】
３相モーター駆動ケーブルは、既に多くのメーカでも通常に製造販売されており、本出願人においても、例えば、ロボットケーブル（ＯＲＶケーブル・シリーズ）として販売している（非特許文献１参照）。また、それ以外でも、総合的に纏まったカタログとしては、例えば、日立電線株式会社の「電線・ケーブル総合ガイドブック」が各種のケーブル構造を開示している。これ以外にも多くのメーカにより各種のケーブル構成が公に知られている。【０００６】
これらの従来知られている３相モーター駆動ケーブルを大別すると、図１５（イ）（ロ）（ハ）に示すように、主として３方式のケーブルからなる。第１方式のケーブル１-１は、図１５（イ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を備え、その上にシース８を設けたケーブル構造で、シールドは施されていない。第２方式のケーブル１-２は、図１５（ロ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に１条のモーター中性線６（通電導線で大地電位に保たれた側の導電線であり、通常はアース線とも呼ばれ、保安用のアース線である）を配置し、その上にシース８を設けたケーブル構造で、シールドは施されていない。第３方式のケーブル１-３は、図１５（ハ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２に１条のアース線６を配置し、その外周にシールド７を施し、その上にシース８を設けたケーブル構造であった。【０００７】
さらには、以下のようなケーブル構造も実際に多く出回ってはいないが従来知られていた。従来の第４方式のモーター駆動ケーブル１−４は、図１５（ニ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を設け、その上にシールド７を配置し、その上にシース８を設けたケーブル構造である。最後に、従来の第５方式のモーター駆動ケーブル１−５は、図１５（ホ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を設け、更に、３条の絶縁体を施した保安用アース線９を配置し、その外周にシールド７を施し、その上にシース８を設けたケーブル構造である（非特許文献３及び非特許文献４を参照）。【０００８】
本発明においては、「導体」とは、電気が通る金属部分（一般的にはアルミや銅）で、通常は、裸導線を単線や撚り合わせ線（複数の線の集合）で構成されているものを言い、「絶縁電線」とは、導体を絶縁体で被覆した電線で、一般的にはシース（保護外被覆）のないものを言い、「線心」或いは「心線」とは導体（単線や撚り合わせ線）に絶縁を施した一本一本の絶縁電線を言い、「ケーブル」とは、線心或いは心線を１条或いは複数条撚り、その上にシースを施した電線を言うと定義して用いる。【０００９】
【非特許文献１】http://www.okidensen.co.jp/prod/cable/robot/orv.html
【非特許文献２】http://www.hitachi-cable.co.jp/catalog/H-001/pdf/07g_02_densan.pdf
【非特許文献３】「高圧インバータ使用ケーブルに関する調査報告」2005年1月27日  財団法人日本電機工業会  高圧インバータケーブルのＥＭＣ対策技術ＷＧ
【非特許文献４】“Evaluationof Motor Power Cables for PWM AC Drives” John. M. Bentley and Patrick J. Link, IEEE TRANSACTION ON INDUSTRYAPPLICATIONS VOL.33, NO.2, MARCH/APRIL 1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、非特許文献３（第２９頁）においては、「３心の接地ケーブルを含む３心シールドケーブル（銅またはアルミシールド）」に関して、「３心の接地線は、機器接地の目的のほか、主回路を伝播するサージの帰路として働くためノイズの拡散が抑えられる。」と記載し、「３心銅シールドケーブル（ただし、銅シールドは通常より厚いもの）」に関しては、「このケーブルでは、通常のケーブルより断面積の大きいシールドを用いることで、シールドのインピーダンスを下げ、ノイズの拡散を防止する。」と記載しているように、ノイズの拡散防止のためには、シールド、特に、通常より厚いシールドが必要であることを説いている。【００１１】
一方、従来は、モーター駆動用電源のパルス立ち上がりが遅く、大きな問題の発生はなかったが、最近、インバータの高速・高効率化に伴い、パルス立ち上がりが早くなったことによってモーターにおける浮遊容量の影響が現れ始め、高周波漏れ電流が発生することにより、インバータからモーターの駆動回路以外の、例えば、エンコーダ等の周辺機器が誤作動を起こすおそれが生じてきた。【００１２】
これは、従来の第１方式のケーブル構造１−１の３本の駆動用絶縁心線２のみを配置したものでは、接地が十分ではない場合には、モーター部等でリーク電流が発生するという保安上の問題があるので、第２方式のケーブル構造１−２のアース線を施したものを使用していた。これは、元々、保安が主目的であるため、周波数が高い漏れ電流については殆ど考慮されていなかった。しかしながら、最近のインバータで駆動されるモーターの駆動システムでは、高周波インピーダンスが高いため、アース線だけでは高周波漏れ電流対策としては必ずしも充分ではないという状況にあったためである。つまり、このようなシールドなしケーブルでは、例え、３条のモーター駆動用絶縁心線２と１条のアース線６からなるケーブル構造を採用したとしても、ノイズが大きくて、モーターの軸受け等から他の機器へ漏れる影響が大きいだけでなく、ケーブルによって回収されるノイズ電流の回収率は小さく、高周波漏れ電流対策としては、必ずしも充分といえるものではなかった。【００１３】
そこで、従来は、第３方式のケーブル構造１−３の３条の駆動用絶縁心線２にアース線６を配置し、その外周に外部導体としてシールド７を施したものを使用せざるを得なかった。このシールドケーブル構造の場合、結果としてはノイズ電流の回収は大きくなってノイズは小さくなり、他の周辺機器等へ漏れるノイズは小さくなって、ノイズ電流の回収という技術的課題を解決することはできたが、しかしながら、３条の駆動用絶縁心線に１条のアース線６を配置し、その外周に外部導体としてシールド７を施したものは、高価で、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという欠点があった。また、従来の第４方式のシールドありケーブル構造１−４も、図１５（ニ）に示すように、単に、３条のモーター駆動用絶縁心線２にシールド７を施したケーブル構造であり、第３方式と同様にシールドを施していることにより、高価で、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという同様の欠点が残る。また、シールドによりノイズの拡散防止を図るためには、シールドのインピーダンスを下げるために、通常のケーブルより断面積の大きいシールドを用いる必要があった。【００１４】
最後に、従来の第５方式のシールドありケーブル構造１−５は、第４方式のケーブル構造（図１５（ニ））に絶縁体を施した３条の保安用アース線９を配置したシールドケーブル構造であり、シールドを施すことにより前述と同様な欠点が生じる。また、このシールドケーブル構造は、非特許文献３（第２９頁、第３−１図「３心の接地ケーブルを含む３心シールドケーブルの例」）及び非特許文献４（P357,Fig.21）に示されているように、各々の保安用アース線９が絶縁体により被覆を施された構造であることからも明らかであるが、そもそも本発明において問題としている高周波漏れ電流対策としてループインダクタンスを下げようとする技術的思想はなく、換言すれば、３条の駆動用絶縁心線と各々の保安用アース線９との距離関係を密着して隣接させるという技術的思想はなく、相互の配置距離が離れていても一向に構わず、単にケーブル内に施せば良いという性格のものである。【００１５】
以上から、従来のモーター駆動用ケーブルを纏めれば、シールドなしのケーブルの場合は、駆動用絶縁心線のみの３条線の場合もアース線を配置した４条線の場合も、主目的が保安用のアース線であるために高周波漏れ電流対策としては充分ではなかった。そのため、外周に断面積の大きい厚いシールドを設ける構造を採用せざるを得ず（その場合でも、ループインダクタンスを下げたリターンパスを構成するという技術的思想はなかったが）、そのようなシールドを有するケーブルの場合は、価格が高く、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという欠点があった。それは、第５方式のケーブル構造の場合も同様であった。【００１６】
このように、従来の駆動ケーブルでは、アース線を用いたり、断面積の大きい厚いシールドを施したりしたものが存在するが、そもそも、アース線は保安用として用いられているものが主であり、シールドは輻射ノイズ対策の目的で用いられているものである。近年になり、特に数値制御装置等にインバータ駆動のモーターが用いられるようになってから、高周波漏れ電流対策が十分ではないということに発明者等が気付いて本発明に至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。【００１８】
本発明の第２発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線とアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。【００１９】
さらに、本発明の第３発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線を、絶縁被覆を施していない導体のみで構成したことを特徴とする。【００２０】
さらに、本発明の第４発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線を、導体の周りに通常の絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した導体で構成したことを特徴とする。【００２１】
さらに、本発明の第５発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、駆動用絶縁心線とアース線の絶縁体として低誘電率絶縁体を用いたことを特徴とする。【００２２】
本発明の第６発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする。【００２３】
本発明の第７発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線とアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする。【００２４】
本発明の第８発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線をほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、３条の絶縁心線からなる集合体の谷部外側に３条からなるリターン線をそれぞれ、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、かつ、絶縁心線の近傍に密接して隣接されるように配置することで、それぞれの絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、３条からなる絶縁心線と３条からなるリターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して同一方向に撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。【００２５】
本発明の第９発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線と、１条からなる中性線（アース線）とを備え、３条からなる絶縁心線のいずれかの１条の外周に１条ないし複数条からなるリターン線を近傍に密接して隣接させることによって、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、３条からなる絶縁心線と１条ないし複数条からなるリターン線と１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。【００２６】
本発明の第１０発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線を、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、３条からなる絶縁心線の中央部分に絶縁被覆を施していないリターン線配置し、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えたことを特徴とする。【００２７】
本発明の第１１発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、インバータと被駆動制御装置とを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは複数条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線に１条ないし複数条からなる絶縁被覆されていない高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置とを接続することにより、各駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のキャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑え、これによって高周波漏れ電流リターン線を被駆動制御装置からインバータへの高周波漏れ電流の帰路を形成したことを特徴とする。【００２８】
さらに、本発明の第１２発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線に追加して１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列したことを特徴とする。【００２９】
さらに、本発明の第１３発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線は導体の周りに絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した線であり、該高周波漏れ電流リターン線を絶縁被覆された駆動用絶縁心線の被覆外周近傍に密接に隣接して配置したことを特徴とする。【００３０】
本発明の第１４発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、インバータと被駆動制御装置であるモーターとを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは３条からなる駆動用絶縁心線を、ケーブル断面方向から見て、ほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれを独立させて配置し、更に、３条の駆動用絶縁心線からなる集合体の近傍に３条からなる高周波漏れ電流リターン線をほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれ独立させて配置し、３条の駆動用絶縁心線に３条の高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置のモーターとを接続することにより、各駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のキャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑えることによって、高周波漏れ電流リターン線を被駆動制御装置のモーターからインバータへの高周波漏れ電流の帰路を形成したことを特徴とする。【００３１】
さらに、本発明の第１５発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１０μＨ／ｍ以下に低く抑えたことを特徴とする。【００３２】
さらに、本発明の第１６発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
３条からなる駆動用絶縁心線の各駆動用絶縁心線の導体断面積をＳとした際に、３条からなる高周波漏れ電流リターン線の各電流リターン線の導体断面積Ｐを下記の式（１）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
Ｐ／３＜Ｓ≦Ｐ・・・・・・・・・（１）【００３３】
さらに、本発明の第１７発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
前記三角形の中心をＯとし、各高周波漏れ電流リターン線を３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際の中心Ｏから各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離をｒ１，ｒ２，ｒ３（ｒ１≒ｒ２≒ｒ３）とし、最密接距離をＲとすると、
実際に配置された各高周波漏れ電流リターン線において、３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する三角形の中心Ｏから各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離がｒ１，ｒ２，ｒ３である場合に、
距離ｒ１，ｒ２，ｒ３の内で一番大きな値の距離（例えばｒ１）を下記の式（２）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
Ｒ≦ｒ１＜１.３５Ｒ・・・・・・・・・（２）【００３４】
さらに、本発明の第１８発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
各高周波漏れ電流リターン線を３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際に、３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する三角形の中心Ｏと各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線を基準線とすると、
実際に配置された各高周波漏れ電流リターン線において、中心Ｏと各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線の基準線に対するズレ角度αの範囲が下記の式（３）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
-５°＜α＜＋５°・・・・・・・・・（３）【００３５】
本発明の第１９発明として、モーター駆動制御システムは、インバータとその被駆動制御装置であるモーターを、キャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルにより接続して、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となって被駆動制御装置であるモーター側で発生する高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたことを特徴とする。【００３６】
本発明の第２０発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルをモーターの動力線として使用した数値制御工作機械またはロボットまたは射出成型機を特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明においては、モーター駆動ケーブルとして低い高周波ループインダクタンスによって、高周波漏れ電流に対する低いインピーダンスを達成することが可能であり、効果的にモーターで発生する周辺機器への不要な高周波漏れ電流をモーター駆動ケーブル自身によってインバータ側へ戻すことを可能とするものであり、これにより周辺機器の誤動作の発生を防止することができるものである。【００３８】
また、本発明においては、ケーブル構造が簡易で、安価で、柔軟性があり、端末加工性・敷設性にも優れ、シールドを使用していない低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを達成することができ、工業的価値の大きい駆動ケーブルを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第１の実施例の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第２の実施例の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第３、第４の実施例の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第５、第６の実施例の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル構造の構成表である。
【図６】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルのループインダクタンスＬ値の実測表である。
【図７】本発明の作用効果のループインダクタンスを説明する簡略図である。
【図８】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの作用を示す等価回路説明図である。
【図９】本発明の効果の原理についての説明図である。
【図１０】本発明の各実施例と従来例との評価試験比較結果表である。
【図１１】従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システム図である。
【図１２】本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システム図である。
【図１３】従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムの１軸分のケーブル配線詳細図である。
【図１４】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムの１軸分のケーブル配線詳細図である。
【図１５】従来のモーター駆動ケーブルの各種構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ）  高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル
２  モータ駆動用絶縁心線
３  導体
４  絶縁体（通常の絶縁体または低誘電率絶縁体）
５  リターン線
６  アース線
７  シールド
８  シース
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の技術的思想のポイントとして、その望ましい実施例を挙げると、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減するモーター駆動ケーブルである。それは、絶縁被覆の施されていない高周波漏れ電流リターン線を駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させると同時に、外周にはシールドを施さないノンシールドケーブル構造によって達成される。【００４２】
さらに、本発明の他の実施例は、アース線をそれに追加し、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、外側にはシールドを施さずに、外周にシースを施した構造で、低い高周波インピーダンスが可能になり、安価で、柔軟性があり、端末加工性に優れ、更に漏れ電流による放射ノイズの発生が少ない高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルである。【００４３】
本発明にあたって、発明者等は、ノンシールドケーブル構造であっても、絶縁心線に対して絶縁被覆の施されていないリターン線を近傍に密接して隣接させたケーブル構造が、高周波漏れ電流のリターン線として有効であることを見出しただけでなく、シミュレーションと実験的試行錯誤を繰り返すことにより、リターン線と動力絶縁心線の断面積の関係、ケーブルの中心からリターン線までの距離Ｒとリターン線のズレ角度α等の関係等を特定して検証し、実用化できるモーター駆動ケーブルとしての具体的な数値化にまでこぎつけたものである。【００４４】
本発明の特に望ましい実施例としては、３条からなる絶縁心線をケーブル断面方向からみて、ほぼ正三角形の頂点上に配置し、更に、前記絶縁心線からなる集合体の外側に３条からなるリターン線を絶縁心線の隙間の近傍に密接して隣接させるように配置することで、各絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスをバランス良く低減することが可能になり、安価で、柔軟性があり、端末加工性に優れているだけでなく、高周波漏れ電流による周辺機器の誤動作や放射ノイズの発生が少ない低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルである。これは、絶縁被覆の施されていない高周波漏れ電流リターン線を駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させると同時に、外周にはシールドを施さないノンシールドケーブル構造によって達成される。【００４５】
以下、本発明、３相モーター駆動ケーブルを代表例にとり、添付図面を参照して詳細に説明する。【００４６】
以下、本発明の実施例を、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを代表例にとり、添付図面を参照して詳細に説明する。【００４７】
図１（イ）は、本発明の第１実施例で、導体３に絶縁体４を被覆したモーター駆動用絶縁心線２に対して、絶縁体を被覆していない高周波漏れ電流リターン線５を密接させて近傍に隣接させると同時に、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施したケーブル構造である。ここで、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積とはほぼ同一の断面積の場合が図示されている。高周波漏れ電流リターン線５は、モーター駆動用絶縁心線２に対して近傍に密接して隣接させるように配置することで、インバータのパルス立ち上がり及び立ち下りで発生する不要な高周波漏れ電流を効果的にインバータ側へ戻すために設けたリターン線を形成するためのものである。つまり、モーター駆動用絶縁心線２と密接して近傍に隣接させられているため、ループインダクタンスＬが低くなっており、高周波漏れ電流が流れ易い構造になっている。
また、図１（ロ）には、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積の比が、ほぼ１／３の断面積比の場合が図示されている。【００４８】
本実施例においては、モーター駆動用絶縁心線２の絶縁体４としては、通常の絶縁体としてＰＶＣを使用したが、低誘電率絶縁体としてＰＴＦＥを使用することにより、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。なお、本発明のケーブル構造の構成表を図５に示す。高周波漏れ電流リターン線５は、図５に示す表「本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブル構造の構成表」に示すように、導体のみの構造でも良いし、導体の周りに通常の絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した構造でも良いが、導体のみの方がモーター駆動用絶縁心線２に対してより近傍に密接して隣接させ得るので、好ましい結果が得られた。【００４９】
さらに、本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａ（図１（イ）及び（ロ））を、実用化に適した具体的ケーブルとして構成する場合の詳細構造を、図１（ハ）に沿って説明する。ここでは、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積の比がほぼ１／３の断面積比の場合で説明している。ノンシールドケーブル１Ａは、図１（ハ）に示すように、導体３に絶縁体４を被覆した３条の絶縁心線２は、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線２をほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置した構成であり、更に、３条の絶縁心線２からなる集合体の外側で且つ谷の部分に絶縁体を被覆していない３条のリターン線５をそれぞれ、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、かつ、３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接して隣接されるように配置している。これにより、それぞれの絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスＬを低く抑えると同時に、長さ方向にほぼ平行に配列して同一方向に撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが達成できるものである。【００５０】
ここで、本発明の実施例では、絶縁体を被覆していない３条のリターン線５を、３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接して隣接して設けることにより、インバータからの制御パルスの立ち上がり及び立ち下りでエンコーダ等の周辺機器に発生する不要な高周波漏れ電流を効果的にインバータ側へ戻すようにリターン線を構成したものである。ここで、各リターン線５は、各絶縁心線２の近傍に密接に隣接させられているため、ループインダクタンスＬが低く抑えられており、３条のリターン線５を通して高周波漏れ電流が流れ易い構造になっている。また、本発明者等が、インバータによりモーターをＣＮＣ（Computer numerical control）で制御する場合の実際の駆動ケーブル（動力線は０．５ｍｍ２）による実機評価、及びシミュレーションによるインダクタンスの計算を行った結果、エンコーダ等の周辺機器に対して性能的にエラーが発生しない条件を明確にできた。この結果、ケーブル構造においてはシールドなしケーブルであっても、比較的長い駆動ケーブル長の５ｍで検証して、Ｌ＝０．４μＨ／ｍの値を下回る値を達成しなければならないことを導き出したものである。この値は、従来の第２方式のシールドありケーブル構造の場合の値Ｌ＝０．４μＨ／ｍと同じ値であり、インバータによりモーターをＣＮＣ制御する場合には、従来のシールドケーブル並みの高周波漏れ電流回収率が必要である。つまり、駆動ケーブル構造をシールドなしにおいてもシールドケーブル並みの高周波漏れ電流の回収率を確保するには、シールドケーブルのループインダクタンスＬ＝０．４μＨ／ｍを下回る値を達成しなければならないことが導き出された。【００５１】
この最も望ましい実施例においては、図１（イ）（図１０の本発明第１実施例）に示すように、各３条の絶縁体を被覆していないリターン線５が理想的に３条の絶縁心線２，２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接している場合、つまり、隣り合う絶縁心線２，２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合である。この場合のループインダクタンスＬの値は、各絶縁心線２の断面積及びリターン線５の断面積が０．５ｍｍ２の場合、シミュレーションによる計算値は、０．３０２μＨ／ｍを示した。また、このケーブル構造に基づいた試作品の実測値は０．３１μＨ／ｍを示し、シミュレーションの結果と実測値とほぼ一致した値を示した。これにより、実測値は、製造上の誤差が出るとしても、シミュレーションの値とほぼ一致することが判明した。次に、比較のために本発明の第１実施例のものと同じ断面積の絶縁心線を持つ従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（ロ））の場合で検証すると、ループインダクタンスＬ値は、シミュレーションによる計算値は０．８０４μＨ／ｍと大きい値であった。これは、保安用のアース線が、高周波漏れ電流のリターンパスとしては機能し得ないことを示している。また、従来の第３方式のシールドありケーブル（図１５（ハ））の場合は２種類のケーブルを評価した。その２種類は、シールド外径のマイナス公差最大値（第３方式のシールドありケーブルＮＯ１）、とシールド外径のプラス公差最大値（第３方式のシールドありケーブルＮＯ２）であり、シミュレーションによる計算値は０．３１０〜０．４００μＨ／ｍを示した。その結果から、ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１０μＨ／ｍであることを導き出した。この従来の第３方式のシールドを施した構造（図１５（ハ））は、結果的には、本発明の第１実施例（図１（イ））の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａと同等のループインダクタンスＬの低減効果が得られている。【００５２】
このような結果が得られたことを纏めれば、ループインダクタンスＬが大きいとループ回路を流れる高周波電流は負荷インピーダンスが高くなるため流れにくくなるためである。そのため、本発明者等は、シールドを施さないノンシールドケーブルであって、ループインダクタンスＬを低く抑えて、ケーブル自身によって高周波漏れ電流を流れやすくすることによって、周辺機器の誤動作発生を防止するという本発明の効果を得ることができ、実用化に耐えうる駆動ケーブルの構造に行き着いたものである。【００５３】
また、本実施例において、絶縁心線２の絶縁体４としては、通常の絶縁体としてＰＶＣを使用したが、ＰＴＦＥ等の低誘電率絶縁体を使用する事により、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。【００５４】
また、本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａの実用化に適した駆動ケーブルの詳細な構造を見出すために、図１（イ）（ロ）（ハ）に示すように、各絶縁心線２の導体外径をＤとし、３条のリターン線５の導体外径をｄとした場合、リターン線５の導体の断面積ｓと各絶縁心線２の導体の断面積Ｓの比（ｓ／Ｓ）を１〜１／３にした具体例として検証を行った。この場合、リターン線５の導体外径ｄと絶縁心線２の導体外径Ｄの比（ｄ／Ｄ）は１／√３となる。このような検証を実行することにより、上記記載の効果を達成する低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを実際の駆動ケーブルとして実現することができたものである。【００５５】
ここで、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率を１〜１／３において検証した根拠を以下に説明する。まず、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率を１以上とすれば、本発明の効果であるところの高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能を発揮するには望ましい。しかしながら、リターン線５を３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）に絶縁心線２，２の近傍に密接して隣接して設けたとしても、それ等を撚り合わせた際には全体の外径が大きくなり、実用的なケーブル構造ではなくなる。また、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率をごく小さいものとすれば、高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能を発揮するには難しくなる。そこで、絶縁心線の断面積が比較的小さな０．５ｍｍ２の場合を具体的数値として考え、それに対するリターン線５の導体断面積を検討した。そのシミュレーションによる検証において、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比を１／１、つまり、絶縁心線２の導体断面積は０．５ｍｍ２で、リターン線５の導体断面積は０．５ｍｍ２とした場合、そのループインダクタンスＬ値は０．３０２μＨ／ｍであった。また、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比を１／３、つまり、絶縁心線２の導体断面積は０．５ｍｍ２で、リターン線５の導体断面積は０．１６ｍｍ２とした場合、そのループインダクタンスＬ値は０．３１０μＨ／ｍであった。【００５６】
この駆動ケーブルを用いた実際システムでの検証においても、周辺機器の誤作動の発生はなかった。
これに対して、従来の第３方式のシールドありの場合の製品として望ましい値のループインダクタンスＬ値は０．３１０μＨ／ｍであった。このように、絶縁心線の断面積が比較的小さな０．５ｍｍ２の場合であっても、絶縁心線２に対するリターン線５の断面積の比率を１／３としたときの本発明の実施例１（図１（ロ））のループインダクタンスＬ値と従来の第３方式のループインダクタンスＬ値を比較しても、同等のループインダクタンスＬ値を得ることが可能なものである。これに対して、従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（ロ））の場合のループインダクタンスＬの値は０．８０４μＨ／ｍであり、高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能は期待できないケーブルであった。【００５７】
以上の検証からすると、本発明の第１実施例は、シールドなしのケーブル構造において、従来の第２方式のループインダクタンスＬを半分の値にまで減らしたことになる。この程度であれば、製品としては十分に使用に耐え得るものであり、０．４μＨ／ｍまでを閾値としたインダクタンス低減効果の範囲を持った具体的ケーブルが提供されれば、本発明の効果は充分に期待できるものである。また、本発明の第１実施例の具体的製品での製造上のバラつきとの兼ね合いより考えても、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比が１ないし１／３までの範囲であって、ループインダクタンスＬ値が０．４μＨ／ｍ以下までを達成できていれば、本発明の好ましい結果が得られることが判明した。【００５８】
本発明としては、各３条の絶縁体を被覆していないリターン線５が、理想的には、ほぼ正三角形状に配置された３条の絶縁心線２，２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接している場合、つまり、隣り合う絶縁心線２，２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合が望ましいものであるが、実際のケーブル製造においては、必ずしも、図１（イ）（ロ）に示すような望ましい位置にリターン線５をケーブル全長に渡って配置することが簡単ではない場合がある。そこで、リターン線５がケーブル中心からどの程度までずれたとしても、ループインダクタンスＬ値を０．４μＨ／ｍ、従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（ロ））の場合に比較して半減する程度に押さえ込むことができるかを検討した。この場合、リターン線５のズレには、ケーブルの中心からリターン線５の離れ具合（Ｒ：後述）と、傾き具合（α：後述）とがある。それらの値（Ｒとα）がどの程度であれば、実際の駆動ケーブルとして必要とされるループインダクタンスＬ値を０．４μＨ／ｍ程度に抑えることができるかを検証した。【００５９】
ここで図１（ハ）を参照する。本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａは、図１（ハ）に示すように、駆動ケーブルの中心、つまり、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの距離Ｒの大小でリターン線５の離れ具合を表すことができる。つまり、リターン線５が、絶縁心線２，２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に最も密接した位置に配置されたときの距離、つまり、隣り合う絶縁心線２，２の両方の絶縁心線の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合の距離を基準値の１とした場合、実際のケーブルを製造した際の、３条の絶縁心線２の中心Ｏからリターン線５の中心までの距離Ｒの比率（距離Ｒ／基準値）で表した。【００６０】
図６は、絶縁心線２の導体断面積を０．５ｍｍ２とし、リターン線５の導体断面積を絶縁心線２の導体断面積の１／３とした場合で、ケーブルの中心からリターン線までの距離Ｒとリターン線のズレ角度αを変化させて、ループインダクタンスＬ値を縦軸に表示し、リターン線５の離れ具合（距離Ｒ／基準値）を、原点を１として横軸に表示したものであり、そのグラフ上に傾き具合（α＝０°，５°，１０°，２０°）毎にループインダクタンスＬ値のシミュレーション値をプロットしたものである。ここで、リターン線５の導体断面積を絶縁心線２の導体断面積の１／３とした場合で、距離Ｒ／基準値を１．３５以内にすると、実際の駆動ケーブルの太さを大きくすることもなく本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが実現し易いものである。また、高周波漏れ電流のリターン線として必要なループインダクタンスＬ値は、０．４μＨ／ｍ以下を達成する必要があるが、実際の検証においては、図６に示すように、絶縁心線２の中心からの距離Ｒの基準値に対する比は、１〜１．３５の範囲で好ましい結果を示した。【００６１】
次に、リターン線５の傾き具合（α）について検討する。本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａは、図１（ロ）に示すように、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの配置角度を基準配置線の位置を１２０°とした場合、つまり、隣り合う絶縁心線２，２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合のケーブル中心Ｏとリターン線５の中心を結ぶ線を基準配置線とした場合、その基準配置線からの＋及び−方向のズレ角度αの範囲を、±５°以内にすると、本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが実現し易いものである。ここで、図６に示すように、基準配置線の位置１２０°からのズレ角度αの範囲が±５°以内で好ましい結果を示している。【００６２】
以上の検証結果により、本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａにおいては、リターン線５の配置位置は、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの距離Ｒが、絶縁心線２，２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に最も密接した位置に配置されたときの距離を基準値として、１〜１．３５の範囲であり、リターン線５の傾き具合は、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの配置角度を基準配置線の位置を１２０°とした場合に、基準配置線からのズレ角度αの範囲が±５°以内であることが好ましい低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを実現する要件となっていることが分かる。【００６３】
図２（イ）は、本発明の第２実施例で、ループインダクタンスＬが低くなるように、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２と、３条の絶縁被覆を施さない高周波漏れ電流リターン線５を、３条からなる絶縁心線２のいずれかの１条の外周に３条からなるリターン線５を密接して近傍に隣接させることによってリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスＬを低減すると同時に、絶縁体被覆を施したアース線６をそれに追加し、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造１Ｂである。ここで、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２、及びアース線６の代表例として、導体に撚り線導体を、絶縁体にＰＶＣを使用した。このように、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２、及びアース線６の絶縁体４としては、通常の絶縁体でも構わないが、低誘電率絶縁体としてＰＴＦＥを使用することにより、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。【００６４】
図２（イ）に示す第２の実施例においては、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２の内の１本の絶縁心線（アース線６と対角に配置された絶縁心線）の周囲に３条の絶縁被覆を施さない高周波漏れ電流リターン線５を密接して近傍に隣接させている。この場合は、その１本の絶縁心線のリターン線５としてのループインダクタンスＬが他の２本の絶縁心線よりも低くなる。そこで、図２（ロ）に示すように、各絶縁心線に対して同数のリターン線５が密接するように構成するのが好ましい。【００６５】
さらに、本発明の第２実施例の変形例として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ｃは、図３（イ）に示すように、実施例２（図２（イ）（ロ））のリターン線５の配置において、１条のリターン線５をケーブル中央に配置した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ｃである。【００６６】
図３（ロ）は、本発明の第４実施例で、モーター駆動用絶縁心線２の心数を増やして６条とし、中心にアース線６を配置したケーブル構造１Ｄである。このように構成することにより、多条の駆動用絶縁心線を配置したケーブル構成に関する低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルが達成できる。この図３（ロ）に示した実施例においては、ケーブル中心にアース線６を配置したが、これに代えてリターン線５を配置する構成にしても良いことは特に説明の必要はない。【００６７】
本発明の基本的な構成は、撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造に関するものではあるが、シールドを施せばよりループインダクタンスＬを低減することが可能であるし、シールド効果も期待できることは明らかである。従って、本発明の基本的な構成を実施した上に、図４（イ）や（ロ）に示したシールドを施すことにより多少、端末加工性は悪くなるが、本発明の基本的技術思想の低インダクタンスのリターン線を採用した上で、更にシールド材を施すことにより更なるグレードアップをはかったものであり、ノイズ回収率を上げたものである。更に、材質については、誘電率の低い一般的な絶縁材質であれば良く、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。【００６８】
図４（イ）は、本発明の第５実施例で、第２実施例（図２（イ））のシース８の内側にシールド７を施したケーブル構造１Ｅである。これにより、リターン線５により、モーター側からインバータ側に高周波漏れ電流を戻すことが可能な本発明の効果を達成できることに加えて、さらにシールド効果を達成することができる。図４（ロ）は、本発明の第６実施例で、モーター駆動用絶縁心線２の心数を増やして６条とし、中心にアース線６を配置したものの外周にシールド７施したケーブル構造１Ｆである。これにより、図４（イ）のケーブル構造と同様に、リターン線５により、モーター側からインバータ側に高周波漏れ電流を戻すことが可能な本発明の効果を達成できることに加えて、さらにシールド効果を達成することができる。【００６９】
次に、本発明において、ループインダクタンスが低くなる理由を説明するために、理論計算の近似式を以下に示す。簡単化するため、図７に示すような平行２線の単位長さあたりのループインダクタンスについて考察する。この近似式は、一般に知られた近似式であり、例えば、「有線電話伝送工学  −線路理論−」（林憲一  訳  学献社  1969年1月31日発行）等の文献に記載がある。
ここで、
Ｌ：単位長さあたりのループインダクタンス    μ０：透磁率    π：円周率  
ｌｏｇｅ：自然対数    ｂ：導体間距離  ａ：導体半径          誘電率：ε      Ｃ：単位長さあたりのキャパシタンス    とすると、以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
Ｌ＝（μ０／π）・（ｌｏｇｅ（ｂ／ａ）＋（１／４））・・・・・・（１）
Ｃ＝π・ε・（１／（ｌｏｇｅ（ｂ／ａ）））・・・・・（２）【００７０】
上式（１）よりループインダクタンスＬは、導体半径ａが大きくなると低減され、また導体間距離ｂが小さくなると低減される。本発明は、導体間距離ｂを小さくすることによりループインダクタンスＬの低減をはかっている。【００７１】
図８は、インバータ側とモーター側とを繋ぐ本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブル１についての等価回路説明図である。図８においては、高周波漏れ電流のリターン線５は、簡略化のために、１条のみが描かれているが、３条のモーター駆動用絶縁心線２の各々に高周波漏れ電流のリターン線５が配置されているのは、今までの説明から明らかである。図から明らかなように、ループインダクタンスＬ（一つのリターンループのみが矢印で図示されている）の低減により、平行２線を流れる電流のインピーダンスは小さくなる。そのため効率的に高周波漏れ電流をリターン電流としてモーター側からインバータ側に流すことが可能になる。図８中のＣはモーター側の浮遊容量である。【００７２】
上式（１）より、ループインダクタンスＬは、導体半径ａが大きくなると低減され、また導体間距離ｂが小さくなると低減される。本発明は、導体間距離ｂを小さくすることによりループインダクタンスＬの低減を図る手法として新規な構成を見出したものである。しかしながら、上式（１）と上式（２）の関係により、インダクタンスＬが低減されることと同時にキャパシタンスＣが増加することになるため、このキャパシタンスＣによる漏れ電流が発生する。このキャパシタンスＣは、モーターを駆動するパルスをなまらせるため、駆動パルス幅が広く周波数が低い場合あまり影響がでないが、駆動パルス幅が狭く周波数が高い場合には駆動電力の増加を発生させる。そのため、絶縁材質の比誘電率を低減することにより、キャパシタンスＣを低減させ、駆動電力の増加をおさえることが可能になる。【００７３】
次に、図９は、本発明の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１の効果の原理についての説明図である。図９においては、駆動制御装置側のインバータ１３０と被駆動装置側のモーター２１０とが３条のモーター駆動用絶縁心線２，２，２によって接続されている。また、図９では、ケーブルの絶縁心線２及びリターン線５のインダクタンスをＬで表示し、その間のキャパシタンスをＣ２で表示しており、各モーター駆動用絶縁心線２の導体とリターン線５との間の浮遊容量及びモーター２１０の浮遊容量はＣ１で表示している。図９からは距離関係が明らかではないが、絶縁心線２の導体とリターン線５の距離を極力近づけてループインダクタンスを小さくした上に、３心で構造が対称となるように撚り込み、ノイズの発生が小さくなる構造としている。また、駆動制御装置側と被駆動装置側では、例えばエンコーダ等の周辺機器に対して信号の授受を行うためのケーブル３４０が設置されているのが普通である。【００７４】
このようなシステム構成において、エンコーダ信号に高周波のノイズが乗らないようにするためには、高周波漏れ電流を駆動ケーブル自身によりインバータ側に戻すことであり、そのためには、リターン線５を経由するリターン線のインピーダンスを小さくする必要がある。このリターン線のインピーダンスを小さくするには、√（Ｌ／Ｃ）の式から、Ｃを大きくするか、Ｌを小さくすれば良いが、Ｃを大きくすると波形歪みが大きくなるので、Ｌを小さくするのが望ましい。つまり、リターン線５を経由するリターン線のループインダクタンスＬを低く抑えることが必要となるものである。更に、リターン線に電位差が生じ、エンコーダケーブル３４０のシールドに重畳しないようにする必要もある。このように、リターン線のループインダクタンスＬの低減により、平行２線を流れる電流のインピーダンスは小さくなる。そのため効率的に高周波漏れ電流をインバータ側に流すことが可能になる。【００７５】
次に、本発明の実施例と従来例の評価試験比較結果（ノイズ電流）を図１０の「本発明の各実施例と従来例との評価試験比較結果表」に示す。まず、評価用として、下記の種類のサンプルによって評価を行った。１．従来の第２方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドなしケーブル（図１５（ロ））、２．従来の第３方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドありケーブルＮＯ１（図１５（ハ））、３．従来の第３方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドありケーブルＮＯ２（図１５（ハ）と同様のため図示せず）  ４．本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（イ））、５．本発明の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドなしケーブルの第２実施例（図２（イ））、６．本発明の第３実施例（図３（イ））、７．本発明の絶縁心線３条の第１実施例ＮＯ１（図１（ハ）：リターン線の断面積が１／３のとき）、８．本発明の絶縁心線３条の第１実施例ＮＯ２の８種類について実測によるノイズ電流、及びループインダクタンスのシミュレーション計算の比較検討を行った。【００７６】
この図１０の表から明らかなように、良好な結果の順としては以下のとおりである。（１）本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（イ））は、ノイズ電流が０．４０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０２μＨ／ｍであった。（２）本発明の第２実施例（図２（イ））は、ノイズ電流が０．４５Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０６μＨ／ｍであった。（３）本発明の第３実施例（図３（イ））は、ノイズ電流が０．５０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３１０μＨ／ｍであった。（４）本発明の第１実施例の変形例（図１（ハ））は、最大で、ノイズ電流が０．５０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３１０μＨ／ｍであった。これらの実施例での効果は、いずれも従来の第２方式のシールドなしケーブル（ノイズ電流：０．９０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．８０４μＨ／ｍ）よりも良い結果を示している。また、従来の第３方式のシールドありケーブルＮＯ１（ノイズ電流：０．５０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．３１０μＨ／ｍ）、及び従来の第３方式のシールドありケーブルＮＯ２（ノイズ電流：０．７０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．４００μＨ／ｍ）は、ノイズ電流のバラツキ、ループインダクタンスのバラツキがあり、構造変動によるループインダクタンスの変動があったため、本発明の絶縁心線３条の実施例１（図１（ハ）：リターン線の断面積が１／３のとき）について位置のバラツキを考慮したシミュレーションを実施した結果、中心からの距離Ｒの比が１．３５で、振れ角度が±０．５°の時のループインダクタンスが０．３９８μＨ／ｍとなり、本発明がバラツキの幅を以ってリターン線が配置された場合と比較しても遜色がない。【００７７】
その中で、本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（イ））が、ノイズ電流が０．４０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０２μＨ／ｍであり、最も良い結果を示した。また、本発明のこの第１実施例は、従来の第３方式のシールドありケーブル（ノイズ電流：０．５０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．３１０μＨ／ｍ）に比べて、同等以上の結果を示した。【００７８】
なお、本発明は、代表的な３相モーター駆動ケーブル構造、或いは低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造を例示しているが、漏れ電流リターン線を更に多数配置したり、モーター駆動用絶縁心線を分割したりすることによって更にループインダクタンスＬの低減をはかっても良い。また、端末加工性は悪くなる可能性はあるが、シールド効果を得るために、本発明の基本的技術思想の低インダクタンスのリターン線を採用した上で、ケーブルにシールド材を使用することも可能である。更に、絶縁体の材質については、キャパシタンスの増加を抑えるために誘電率の低い一般的な絶縁材質であればさらに良く、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。【００７９】
本発明のモーター駆動ケーブルは、数値制御工作機械への使用が可能であるが、ロボットまたは射出成型機等への幅広い応用展開が可能である。以下、数値制御工作機械に適用した際のシステムを念頭において、本発明の応用展開の説明をする。【００８０】
数値制御工作機械は、通常、切削加工等に用いられるモーターが配置され、それらのモーターがインバータで駆動されている。その際に、当然のことながら、制御装置側のインバータと被駆動装置側のモーターとは駆動ケーブルによって繋がれて制御されることになる。また、各モーターにはエンコーダが設置されており、エンコーダからの出力を検出しながら、各々の回転角度が数値制御装置により制御されている。その概念図を図１１及び図１２に示す。【００８１】
図１１には、従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムを示す。数値制御工作機械２００は、各加工軸に対応してモーター２１０，２２０，２３０（図では３加工軸分のみを図示）を備えており、各モーター２１０，２２０，２３０は、それぞれ、駆動ケーブル３１０，３２０，３３０を介して強電盤１１０内に設けられたモーター駆動用インバータ１３０に接続されている。強電盤１１０内には数値制御装置１２０が設けられており、ＮＣ制御をコントロールしている。そして、数値制御工作機械２００は、各加工軸の回転角を制御するためにエンコーダ２４０（エンコーダは各モーターに取り付けられているが図の簡単化のためにモーター２３０にのみ図示している）が設けられ、エンコーダ２４０は情報伝達ケーブル３４０（通常、シールドケーブル）により数値制御装置１２０に接続されている。この駆動ケーブル３１０，３２０，３３０は、動力線３１１，３２１，３３１とグランド線３１５，３２５，３３５を備えている。ここで、数値制御工作機械２００の各モーター２１０，２２０，２３０と強電盤１１０内のモーター駆動用インバータ１３０とは、保安の目的で、筐体アース２５０によって接地が取られている。しかしながら、この従来例では、動力線に対するグランド線の高周波ループインダクタンスが大きいことから、ノイズ電流が筐体アース２５０を介してアースへ流れており、各モーター２１０，２２０，２３０とエンコーダ２４０は共通に筐体アース２５０に接地されているため、高周波漏れ電流がエンコーダ２４０に流れ、結果的に情報伝達ケーブル３４０のシールドを伝わって数値制御装置１２０へ漏れ誤作動の原因となっていた。【００８２】
これに対して、本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた数値制御工作機械システムを図１２に示す。従来システムと相違しない構成要素に対する添付数字は、図１１の従来例システムと同じ添付数字を使用している。数値制御工作機械２００は、各加工軸に対応してモーター２１０，２２０，２３０（図では３加工軸分のみを図示）を備えており、各モーター２１０，２２０，２３０は、それぞれ、駆動ケーブル３５０，３６０，３７０を介して強電盤１１０内に設けられたモーター駆動用インバータ１３０に接続されている。強電盤１１０内には数値制御装置１２０が設けられており、ＮＣ制御をコントロールしている。そして、数値制御工作機械２００は、各加工軸の回転角を制御するためにエンコーダ２４０（エンコーダは各モーターに取り付けられているが図の簡単化のためにモーター２３０にのみ図示している）が設けられ、エンコーダ２４０は情報伝達ケーブル３４０（通常、シールドケーブル）により数値制御装置１２０に接続されている。この駆動ケーブル３５０，３６０，３７０は、動力線３５１，３６１，３７１と高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を備えている。ここで、従来例と同じく、数値制御工作機械２００の各モーター２１０，２２０，２３０と強電盤１１０内のモーター駆動用インバータ１３０とは、保安の目的で、筐体アース２５０によって接地が取られている。この本発明のシステムで用いられる駆動ケーブルでは、既に述べたように、動力線３５１，３６１，３７１に対して高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を近傍に密接して配置したことにより、ループインダクタンスを小さくして、高周波漏れ電流が高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を通して流れ易くして、筐体アース２５０等を介してエンコーダ等の周囲機器への高周波漏れ電流を少なくしたことが特徴である。【００８３】
さらに、詳細に説明するために、１つのモーターのみを取り出した図で説明する。図１３には、従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械制御システムの１加工軸分のケーブル配線詳細図を示す。【００８４】
図１３において、００１は強電盤、００２は数値制御装置、００３はモーター駆動用インバータ、００４は強電盤アース、００５はモーター駆動用インバータＵ相端子、００６はモーター駆動用インバータＶ相端子、００７はモーター駆動用インバータＷ相端子、００８はモーター駆動用インバータ中性点端子、００９はモーター駆動用ケーブル、０１０はモーター駆動用ケーブル動力線、０１１はモーター駆動用ケーブル動力線、０１２はモーター駆動用ケーブル動力線、０１５はモーター駆動用ケーブルアース線、０１６は情報伝達ケーブル、０１７は情報伝達ケーブル信号線、０１８は情報伝達ケーブルグランド線（シールド）、０１９はモーターＵ相端子、０２０はモーターＶ相端子、０２１はモーターＷ相端子、０２２はモーター本体、０２３はモーター軸、０２４はエンコーダ、０２５はエンコーダ円版、０２６はエンコーダユニット、０２７はモーターアース、０２８はモーターアース端子、０２９はモーターユニット、０３０はモーター駆動電流の流れ、０３１は高周波漏れ電流の流れである。【００８５】
図１３に示した従来の駆動制御システムでは、モーター駆動電流０３０の流れに伴い、発生するノイズ電流０３１は、モーター駆動用ケーブルアース線のインダクタンスが大きいため、インダクタンスが小さいところをめがけて流れていた。そのルートとして図に示したように、エンコーダに使用されている情報伝達ケーブルのグランド線（シールド）があったため、情報伝達ケーブルの信号線などにノイズが回りこみ、エラーを起こしていた。【００８６】
図１４には、本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械制御システムの１加工軸分のケーブル配線詳細図を示す。【００８７】
図１４において、００１は強電盤、００２は数値制御装置、００３はモーター駆動用インバータ、００４は強電盤アース、００５はモーター駆動用インバータＵ相端子、００６はモーター駆動用インバータＶ相端子、００７はモーター駆動用インバータＷ相端子、００８はモーター駆動用インバータ中性点端子、００９はモーター駆動用ケーブル、０１０はモーター駆動用ケーブル動力線、０１１はモーター駆動用ケーブル動力線、０１２はモーター駆動用ケーブル動力線、０１３は高周波漏れ電流リターン線、０１４は高周波漏れ電流リターン線、０１５は高周波漏れ電流リターン線、０１６は情報伝達ケーブル、０１７は情報伝達ケーブル信号線、０１８は情報伝達ケーブルグランド線（シールド）、０１９はモーターＵ相端子、０２０はモーターＶ相端子、０２１はモーターＷ相端子、０２２はモーター本体、０２３はモーター軸、０２４はエンコーダ、０２５はエンコーダ円版、０２６はエンコーダユニット、０２７はモーターアース、０２８はモーターアース端子、０２９はモーターユニット、０３０はモーター駆動電流の流れ、０３１は高周波漏れ電流の流れである。【００８８】
図１４に示す本発明の制御システムは、モーター駆動電流０３０に伴い、発生するノイズ電流０３１は、図のようにループインダクタンスが小さい高周波漏れ電流リターン線をめがけて流れるため、エンコーダ側、アース側に流れにくく、情報伝達ケーブルの信号線などにノイズが回りこみ、エラーを起こすことが避けられる。
【図１】
2008041708.tif 000003
【図２】
2008041708.tif 000004
【図３】
2008041708.tif 000005
【図４】
2008041708.tif 000006
【図５】
2008041708.tif 000007
【図６】
2008041708.tif 000008
【図７】
2008041708.tif 000009
【図８】
2008041708.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008041708.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008041708.tif 000014
【図１３】
2008041708.tif 000015
【図１４】
2008041708.tif 000016
【図１５】
2008041708.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月1日(2009.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
インバータと被駆動制御装置とを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは複数条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線に１条ないし複数条からなる絶縁被覆されていない高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置とを接続することにより、前記各駆動用絶縁心線と前記高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のインダクタンスを低く抑え、これによって前記高周波漏れ電流リターン線を前記被駆動制御装置から前記インバータへの高周波漏れ電流の帰路として形成したことを特徴とする高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１μＨ／ｍ以下に低く抑えたことを特徴とする請求項１４記載の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルに関し、特に、インバータによってモーターを制御する際に、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となってモーター側で発生する高周波漏れ電流を効率的にインバータ側へ戻すために、リターン線のループインダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルに関するものである。さらには、キャパシタンスの増加をも抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルに関するものである。
【０００２】
本発明は、特に、インバータによって被駆動制御装置であるモーターを駆動制御する際に、インバータによる高周波のスイッチングパルスによって発生する高周波漏れ電流を筐体アースへ流れるのを抑え、効率的にインバータ側へ戻すために、リターン線のループインダクタンスの低減を図った低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルに関するものである。ここで、ノンシールドケーブルとは、シースの内側にシールドを施さないケーブル構造を言う。
【０００３】
また、本発明は、インバータとその被駆動制御装置であるモーターを、インダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルにより接続して、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となって被駆動制御装置であるモーター側で発生する高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたシステムに関するものである。さらには、キャパシタンスの増加をも抑えてスイッチングパルスの立ち上がり及び立ち下りがなまることを抑止し、高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたシステムに関するものである。
【０００４】
さらには、本発明は、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルをモーターの動力線として使用した数値制御工作機械、ロボットまたは射出成型機に関するものである。
【背景技術】
【０００５】
３相モーター駆動ケーブルは、既に多くのメーカでも通常に製造販売されており、本出願人においても、例えば、ロボットケーブル（ＯＲＶケーブル・シリーズ）として販売している（非特許文献１参照）。また、それ以外でも、総合的に纏まったカタログとしては、例えば、日立電線株式会社の「電線・ケーブル総合ガイドブック」が各種のケーブル構造を開示している。これ以外にも多くのメーカにより各種のケーブル構成が公に知られている。
【０００６】
これらの従来知られている３相モーター駆動ケーブルを大別すると、図１５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、主として３方式のケーブルからなる。第１方式のケーブル１−１は、図１５（Ａ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を備え、その上にシース８を設けたケーブル構造で、シールドは施されていない。第２方式のケーブル１−２は、図１５（Ｂ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に１条のモーター中性線（通電導線で大地電位に保たれた側の導電線であり、通常はアース線とも呼ばれ、保安用のアース線である）を配置し、その上にシース８を設けたケーブル構造で、シールドは施されていない。第３方式のケーブル１−３は、図１５（Ｃ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２に１条のアース線６を配置し、その外周にシールド７を施し、その上にシース８を設けたケーブル構造であった。
【０００７】
さらには、以下のようなケーブル構造も実際に多く出回ってはいないが従来知られていた。従来の第４方式のモーター駆動ケーブル１−４は、図１５（Ｄ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を設け、その上にシールド７を配置し、その上にシース８を設けたケーブル構造である。最後に、従来の第５方式のモーター駆動ケーブル１−５は、図１５（Ｅ）に示すように、導体３に絶縁体４を施した３条のモーター駆動用絶縁心線２を設け、更に、３条の絶縁体を施した保安用アース線９を配置し、その外周にシールド７を施し、その上にシース８を設けたケーブル構造である（非特許文献３及び非特許文献４を参照）。
【０００８】
本発明においては、「導体」とは、電気が通る金属部分（一般的にはアルミや銅）で、通常は、裸導線を単線や撚り合わせ線（複数の線の集合）で構成されているものを言い、「絶縁電線」とは、導体を絶縁体で被覆した電線で、一般的にはシース（保護外被覆）のないものを言い、「線心」或いは「心線」とは導体（単線や撚り合わせ線）に絶縁を施した一本一本の絶縁電線を言い、「ケーブル」とは、線心或いは心線を１条或いは複数条撚り、その上にシースを施した電線を言うと定義して用いる。
【０００９】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｋｉｄｅｎｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄ／ｃａｂｌｅ／ｒｏｂｏｔ／ｏｒｖ．ｈｔｍｌ
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉ−ｃａｂｌｅ．ｃｏ．ｊｐ／ｃａｔａｌｏｇ／Ｈ−００１／ｐｄｆ／０７ｇ＿０２＿ｄｅｎｓａｎ．ｐｄｆ
【非特許文献３】「高圧インバータ使用ケーブルに関する調査報告」２００５年１月２７日  財団法人日本電機工業会  高圧インバータケーブルのＥＭＣ対策技術ＷＧ
【非特許文献４】“Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃａｂｌｅｓ  ｆｏｒ  ＰＷＭ  ＡＣ  Ｄｒｉｖｅｓ”  Ｊｏｈｎ．  Ｍ．  Ｂｅｎｔｌｅｙ  ａｎｄ  Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．  Ｌｉｎｋ，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＶＯＬ．３３，  ＮＯ．２，  ＭＡＲＣＨ／ＡＰＲＩＬ  １９９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、非特許文献３（第２９頁）においては、「３心の接地ケーブルを含む３心シールドケーブル（銅またはアルミシールド）」に関して、「３心の接地線は、機器接地の目的のほか、主回路を伝播するサージの帰路として働くためノイズの拡散が抑えられる。」と記載し、「３心銅シールドケーブル（ただし、銅シールドは通常より厚いもの）」に関しては、「このケーブルでは、通常のケーブルより断面積の大きいシールドを用いることで、シールドのインピーダンスを下げ、ノイズの拡散を防止する。」と記載しているように、ノイズの拡散防止のためには、シールド、特に、通常より厚いシールドが必要であることを説いている。
【００１１】
一方、従来は、モーター駆動用電源のパルス立ち上がりが遅く、大きな問題の発生はなかったが、最近、インバータの高速・高効率化に伴い、パルス立ち上がりが早くなったことによってモーターにおける浮遊容量の影響が現れ始め、高周波漏れ電流が発生することにより、インバータからモーターの駆動回路以外の、例えば、エンコーダ等の周辺機器が誤作動を起こすおそれが生じてきた。
【００１２】
これは、従来の第１方式のケーブル構造１−１の３本の駆動用絶縁心線２のみを配置したものでは、接地が十分ではない場合には、モーター部等でリーク電流が発生するという保安上の問題があるので、第２方式のケーブル構造１−２のアース線を施したものを使用していた。これは、元々、保安が主目的であるため、周波数が高い漏れ電流については殆ど考慮されていなかった。しかしながら、最近のインバータで駆動されるモーターの駆動システムでは、高周波インピーダンスが高いため、アース線だけでは高周波漏れ電流対策としては必ずしも充分ではないという状況にあったためである。つまり、このようなシールドなしケーブルでは、例え、３条のモーター駆動用絶縁心線２と１条のアース線６からなるケーブル構造を採用したとしても、ノイズが大きくて、モーターの軸受け等から他の機器へ漏れる影響が大きいだけでなく、ケーブルによって回収されるノイズ電流の回収率は小さく、高周波漏れ電流対策としては、必ずしも充分といえるものではなかった。
【００１３】
そこで、従来は、第３方式のケーブル構造１−３の３条の駆動用絶縁心線２にアース線６を配置し、その外周に外部導体としてシールド７を施したものを使用せざるを得なかった。このシールドケーブル構造の場合、結果としてはノイズ電流の回収は大きくなってノイズは小さくなり、他の周辺機器等へ漏れるノイズは小さくなって、ノイズ電流の回収という技術的課題を解決することはできたが、しかしながら、３条の駆動用絶縁心線に１条のアース線６を配置し、その外周に外部導体としてシールド７を施したものは、高価で、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという欠点があった。また、従来の第４方式のシールドありケーブル構造１−４も、図１５（Ｄ）に示すように、単に、３条のモーター駆動用絶縁心線２にシールド７を施したケーブル構造であり、第３方式と同様にシールドを施していることにより、高価で、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという同様の欠点が残る。また、シールドによりノイズの拡散防止を図るためには、シールドのインピーダンスを下げるために、通常のケーブルより断面積の大きいシールドを用いる必要があった。
【００１４】
最後に、従来の第５方式のシールドありケーブル構造１−５は、第４方式のケーブル構造（図１５（Ｄ））に絶縁体を施した３条の保安用アース線９を配置したシールドケーブル構造であり、シールドを施すことにより前述と同様な欠点が生じる。また、このシールドケーブル構造は、非特許文献３（第２９頁、第３−１図「３心の接地ケーブルを含む３心シールドケーブルの例」）及び非特許文献４（Ｐ３５７，Ｆｉｇ．２１）に示されているように、各々の保安用アース線９が絶縁体により被覆を施された構造であることからも明らかであるが、そもそも本発明において問題としている高周波漏れ電流対策としてループインダクタンスを下げようとする技術的思想はなく、換言すれば、３条の駆動用絶縁心線と各々の保安用アース線９との距離関係を密着して隣接させるという技術的思想はなく、相互の配置距離が離れていても一向に構わず、単にケーブル内に施せば良いという性格のものである。
【００１５】
以上から、従来のモーター駆動用ケーブルを纏めれば、シールドなしのケーブルの場合は、駆動用絶縁心線のみの３条線の場合もアース線を配置した４条線の場合も、主目的が保安用のアース線であるために高周波漏れ電流対策としては充分ではなかった。そのため、外周に断面積の大きい厚いシールドを設ける構造を採用せざるを得ず（その場合でも、ループインダクタンスを下げたリターンパスを構成するという技術的思想はなかったが）、そのようなシールドを有するケーブルの場合は、価格が高く、柔軟性に欠け、端末加工性に劣るという欠点があった。それは、第５方式のケーブル構造の場合も同様であった。
【００１６】
このように、従来の駆動ケーブルでは、アース線を用いたり、断面積の大きい厚いシールドを施したりしたものが存在するが、そもそも、アース線は保安用として用いられているものが主であり、シールドは輻射ノイズ対策の目的で用いられているものである。近年になり、特に数値制御装置等にインバータ駆動のモーターが用いられるようになってから、高周波漏れ電流対策が十分ではないということに発明者等が気付いて本発明に至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線とアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の第３発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線を、絶縁被覆を施していない導体のみで構成したことを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の第４発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線を、導体の周りに通常の絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した導体で構成したことを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の第５発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、駆動用絶縁心線とアース線の絶縁体として低誘電率絶縁体を用いたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の第６発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の第７発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線と１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減すると同時に、アース線をそれに追加し、駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線とアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを施し、該シールドの外側にはシースを施したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第８発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線をほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、３条の絶縁心線からなる集合体の谷部外側に３条からなるリターン線をそれぞれ、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、かつ、絶縁心線の近傍に密接して隣接されるように配置することで、それぞれの絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、３条からなる絶縁心線と３条からなるリターン線を長さ方向にほぼ平行に配列して同一方向に撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の第９発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線と、１条からなる中性線（アース線）とを備え、３条からなる絶縁心線のいずれかの１条の外周に１条ないし複数条からなるリターン線を近傍に密接して隣接させることによって、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えると同時に、３条からなる絶縁心線と１条ないし複数条からなるリターン線と１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施したことを特徴とする。
【００２６】
本発明の第１０発明として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルは、３条からなる絶縁心線を、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線を、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、更に、３条からなる絶縁心線の中央部分に絶縁被覆を施していないリターン線配置し、絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスを低く抑えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の第１１発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、インバータと被駆動制御装置とを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは複数条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線に１条ないし複数条からなる絶縁被覆されていない高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置とを接続することにより、各駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のキャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑え、これによって高周波漏れ電流リターン線を被駆動制御装置からインバータへの高周波漏れ電流の帰路として形成したことを特徴とする。
【００２８】
さらに、本発明の第１２発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、複数条からなる駆動用絶縁心線に追加して１条からなるアース線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列したことを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明の第１３発明として、高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルは、高周波漏れ電流リターン線は導体の周りに絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した線であり、該高周波漏れ電流リターン線を絶縁被覆された駆動用絶縁心線の被覆外周近傍に密接に隣接して配置したことを特徴とする。
【００３０】
本発明の第１４発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、インバータと被駆動制御装置であるモーターとを接続する駆動ケーブルであって、該駆動ケーブルは３条からなる駆動用絶縁心線を、ケーブル断面方向から見て、ほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれを独立させて配置し、更に、３条の駆動用絶縁心線からなる集合体の近傍に３条からなる高周波漏れ電流リターン線をほぼ正三角形の３つの頂点上にそれぞれ独立させて配置し、３条の駆動用絶縁心線に３条の高周波漏れ電流リターン線を長さ方向にほぼ平行に隣接させて配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施して成り、該駆動ケーブルでインバータと被駆動制御装置のモーターとを接続することにより、各駆動用絶縁心線と高周波漏れ電流リターン線によって構成されるループ回路のキャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑えることによって、高周波漏れ電流リターン線を被駆動制御装置のモーターからインバータへの高周波漏れ電流の帰路を形成したことを特徴とする。
【００３１】
さらに、本発明の第１５発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１０μＨ／ｍ以下に低く抑えたことを特徴とする。
【００３２】
さらに、本発明の第１６発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
３条からなる駆動用絶縁心線の各駆動用絶縁心線の導体断面積をＳとした際に、３条からなる高周波漏れ電流リターン線の各電流リターン線の導体断面積Ｐを下記の式（１）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
Ｐ／３＜Ｓ≦Ｐ・・・・・・・・・（１）
【００３３】
さらに、本発明の第１７発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
前記三角形の中心をＯとし、各高周波漏れ電流リターン線を３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際の中心Ｏから各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離をｒ１，ｒ２，ｒ３（ｒ１≒ｒ２≒ｒ３）とし、最密接距離をＲとすると、
実際に配置された各高周波漏れ電流リターン線において、３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する三角形の中心Ｏから各高周波漏れ電流リターン線の中心までの距離がｒ１，ｒ２，ｒ３である場合に、
距離ｒ１，ｒ２，ｒ３の内で一番大きな値の距離（例えばｒ１）を下記の式（２）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
Ｒ≦ｒ１＜１．３５Ｒ・・・・・・・・・（２）
【００３４】
さらに、本発明の第１８発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルは、３条からなる駆動用絶縁心線と、該駆動用絶縁心線の近傍に密接に隣接した３条からなる高周波漏れ電流リターン線からなるケーブルであって、
各高周波漏れ電流リターン線を３条の駆動用絶縁心線の内の隣り合う２条の駆動用絶縁心線の両方に接して配置した際に、３条の駆動用絶縁心線の各中心で構成する三角形の中心Ｏと各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線を基準線とすると、
実際に配置された各高周波漏れ電流リターン線において、中心Ｏと各高周波漏れ電流リターン線の中心とを結ぶ直線の基準線に対するズレ角度αの範囲が下記の式（３）で規定される範囲内としたことを特徴とする。
−５°＜α＜＋５°・・・・・・・・・（３）
【００３５】
本発明の第１９発明として、モーター駆動制御システムは、インバータとその被駆動制御装置であるモーターを、キャパシタンスの増加を抑えてインダクタンスを低く抑えた高周波漏れ電流リターン線付き駆動ケーブルにより接続して、インバータによる高周波のスイッチングパルスが原因となって被駆動制御装置であるモーター側で発生する高周波漏れ電流を該駆動ケーブルによって効率的にインバータ側へ戻すようにしたことを特徴とする。
【００３６】
本発明の第２０発明として、高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルをモーターの動力線として使用した数値制御工作機械またはロボットまたは射出成型機を特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明においては、モーター駆動ケーブルとして低い高周波ループインダクタンスによって、高周波漏れ電流に対する低いインピーダンスを達成することが可能であり、効果的にモーターで発生する周辺機器への不要な高周波漏れ電流をモーター駆動ケーブル自身によってインバータ側へ戻すことを可能とするものであり、これにより周辺機器の誤動作の発生を防止することができるものである。
【００３８】
また、本発明においては、ケーブル構造が簡易で、安価で、柔軟性があり、端末加工性・敷設性にも優れ、シールドを使用していない低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを達成することができ、工業的価値の大きい駆動ケーブルを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第１の実施例の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第２の実施例の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第３、第４の実施例の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの第５、第６の実施例の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル構造の構成表である。
【図６】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルのループインダクタンスＬ値の実測表である。
【図７】本発明の作用効果のループインダクタンスを説明する簡略図である。
【図８】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルの作用を示す等価回路説明図である。
【図９】本発明の効果の原理についての説明図である。
【図１０】本発明の各実施例と従来例との評価試験比較結果表である。
【図１１】従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システム図である。
【図１２】本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システム図である。
【図１３】従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムの１軸分のケーブル配線詳細図である。
【図１４】本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムの１軸分のケーブル配線詳細図である。
【図１５】従来のモーター駆動ケーブルの各種構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ）  高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブル
２  モータ駆動用絶縁心線
３  導体
４  絶縁体（通常の絶縁体または低誘電率絶縁体）
５  リターン線
６  アース線
７  シールド
８  シース
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の技術的思想のポイントとして、その望ましい実施例を挙げると、１条ないし複数条からなる高周波漏れ電流リターン線を複数条からなる駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させることによって高周波漏れ電流リターン線のインダクタンスを低減するモーター駆動ケーブルである。それは、絶縁被覆の施されていない高周波漏れ電流リターン線を駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させると同時に、外周にはシールドを施さないノンシールドケーブル構造によって達成される。
【００４２】
さらに、本発明の他の実施例は、アース線をそれに追加し、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、外側にはシールドを施さずに、外周にシースを施した構造で、低い高周波インピーダンスが可能になり、安価で、柔軟性があり、端末加工性に優れ、更に漏れ電流による放射ノイズの発生が少ない高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルである。
【００４３】
本発明にあたって、発明者等は、ノンシールドケーブル構造であっても、絶縁心線に対して絶縁被覆の施されていないリターン線を近傍に密接して隣接させたケーブル構造が、高周波漏れ電流のリターン線として有効であることを見出しただけでなく、シミュレーションと実験的試行錯誤を繰り返すことにより、リターン線と動力絶縁心線の断面積の関係、ケーブルの中心からリターン線までの距離Ｒとリターン線のズレ角度α等の関係等を特定して検証し、実用化できるモーター駆動ケーブルとしての具体的な数値化にまでこぎつけたものである。
【００４４】
本発明の特に望ましい実施例としては、３条からなる絶縁心線をケーブル断面方向からみて、ほぼ正三角形の頂点上に配置し、更に、前記絶縁心線からなる集合体の外側に３条からなるリターン線を絶縁心線の隙間の近傍に密接して隣接させるように配置することで、各絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスをバランス良く低減することが可能になり、安価で、柔軟性があり、端末加工性に優れているだけでなく、高周波漏れ電流による周辺機器の誤動作や放射ノイズの発生が少ない低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルである。これは、絶縁被覆の施されていない高周波漏れ電流リターン線を駆動用絶縁心線の近傍に密接して隣接させると同時に、外周にはシールドを施さないノンシールドケーブル構造によって達成される。
【００４５】
以下、本発明を、３相モーター駆動ケーブルを代表例にとり、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
以下、本発明の実施例を、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを代表例にとり、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４７】
図１（Ａ）は、本発明の第１実施例で、導体３に絶縁体４を被覆したモーター駆動用絶縁心線２に対して、絶縁体を被覆していない高周波漏れ電流リターン線５を密接させて近傍に隣接させると同時に、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施したケーブル構造である。ここで、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積とはほぼ同一の断面積の場合が図示されている。高周波漏れ電流リターン線５は、モーター駆動用絶縁心線２に対して近傍に密接して隣接させるように配置することで、インバータのパルス立ち上がり及び立ち下りで発生する不要な高周波漏れ電流を効果的にインバータ側へ戻すために設けたリターン線を形成するためのものである。つまり、モーター駆動用絶縁心線２と密接して近傍に隣接させられているため、ループインダクタンスＬが低くなっており、高周波漏れ電流が流れ易い構造になっている。
また、図１（Ｂ）には、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積の比が、ほぼ１／３の断面積比の場合が図示されている。
【００４８】
本実施例においては、モーター駆動用絶縁心線２の絶縁体４としては、通常の絶縁体としてＰＶＣを使用したが、低誘電率絶縁体としてＰＴＦＥを使用することにより、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。なお、本発明のケーブル構造の構成表を図５に示す。高周波漏れ電流リターン線５は、図５に示す表「本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブル構造の構成表」に示すように、導体のみの構造でも良いし、導体の周りに通常の絶縁体または低誘電率絶縁体を被覆した構造でも良いが、導体のみの方がモーター駆動用絶縁心線２に対してより近傍に密接して隣接させ得るので、好ましい結果が得られた。
【００４９】
さらに、本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａ（図１（Ａ）及び（Ｂ））を、実用化に適した具体的ケーブルとして構成する場合の詳細構造を、図１（Ｃ）に沿って説明する。ここでは、モーター駆動用絶縁心線２の導体３の断面積と高周波漏れ電流リターン線５の断面積の比がほぼ１／３の断面積比の場合で説明している。ノンシールドケーブル１Ａは、図１（Ｃ）に示すように、導体３に絶縁体４を被覆した３条の絶縁心線２は、ケーブル断面方向からみて、それぞれの絶縁心線２をほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置した構成であり、更に、３条の絶縁心線２からなる集合体の外側で且つ谷の部分に絶縁体を被覆していない３条のリターン線５をそれぞれ、ほぼ正三角形の３つの頂点上に独立させて配置し、かつ、３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接して隣接されるように配置している。これにより、それぞれの絶縁心線とリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスＬを低く抑えると同時に、長さ方向にほぼ平行に配列して同一方向に撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが達成できるものである。
【００５０】
ここで、本発明の実施例では、絶縁体を被覆していない３条のリターン線５を、３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接して隣接して設けることにより、インバータからの制御パルスの立ち上がり及び立ち下りでエンコーダ等の周辺機器に発生する不要な高周波漏れ電流を効果的にインバータ側へ戻すようにリターン線を構成したものである。ここで、各リターン線５は、各絶縁心線２の近傍に密接に隣接させられているため、ループインダクタンスＬが低く抑えられており、３条のリターン線５を通して高周波漏れ電流が流れ易い構造になっている。また、本発明者等が、インバータによりモーターをＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ）で制御する場合の実際の駆動ケーブル（動力線は０．５ｍｍ２）による実機評価、及びシミュレーションによるインダクタンスの計算を行った結果、エンコーダ等の周辺機器に対して性能的にエラーが発生しない条件を明確にできた。この結果、ケーブル構造においてはシールドなしケーブルであっても、比較的長い駆動ケーブル長の５ｍで検証して、Ｌ＝０．４μＨ／ｍの値を下回る値を達成しなければならないことを導き出したものである。この値は、従来の第２方式のシールドありケーブル構造の場合の値Ｌ＝０．４μＨ／ｍと同じ値であり、インバータによりモーターをＣＮＣ制御する場合には、従来のシールドケーブル並みの高周波漏れ電流回収率が必要である。つまり、駆動ケーブル構造をシールドなしにおいてもシールドケーブル並みの高周波漏れ電流の回収率を確保するには、シールドケーブルのループインダクタンスＬ＝０．４μＨ／ｍを下回る値を達成しなければならないことが導き出された。
【００５１】
この最も望ましい実施例においては、図１（Ａ）（図１０の本発明第１実施例）に示すように、各３条の絶縁体を被覆していないリターン線５が理想的に３条の絶縁心線２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接している場合、つまり、隣り合う絶縁心線２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合である。この場合のループインダクタンスＬの値は、各絶縁心線２の断面積及びリターン線５の断面積が０．５ｍｍ２の場合、シミュレーションによる計算値は、０．３０２μＨ／ｍを示した。また、このケーブル構造に基づいた試作品の実測値は０．３１μＨ／ｍを示し、シミュレーションの結果と実測値とほぼ一致した値を示した。これにより、実測値は、製造上の誤差が出るとしても、シミュレーションの値とほぼ一致することが判明した。次に、比較のために本発明の第１実施例のものと同じ断面積の絶縁心線を持つ従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（Ｂ））の場合で検証すると、ループインダクタンスＬ値は、シミュレーションによる計算値は０．８０４μＨ／ｍと大きい値であった。これは、保安用のアース線が、高周波漏れ電流のリターンパスとしては機能し得ないことを示している。また、従来の第３方式のシールドありケーブル（図１５（Ｃ））の場合は２種類のケーブルを評価した。その２種類は、シールド外径のマイナス公差最大値（第３方式のシールドありケーブルＮＯ１）、とシールド外径のプラス公差最大値（第３方式のシールドありケーブルＮＯ２）であり、シミュレーションによる計算値は０．３１０〜０．４００μＨ／ｍを示した。その結果から、ループ回路を構成する前記高周波漏れ電流リターン線のループインダクタンスＬを０．４μＨ／ｍ以下、好ましくは０．３１０μＨ／ｍであることを導き出した。この従来の第３方式のシールドを施した構造（図１５（Ｃ））は、結果的には、本発明の第１実施例（図１（Ａ））の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａと同等のループインダクタンスＬの低減効果が得られている。
【００５２】
このような結果が得られたことを纏めれば、ループインダクタンスＬが大きいとループ回路を流れる高周波電流は負荷インピーダンスが高くなるため流れにくくなるためである。そのため、本発明者等は、シールドを施さないノンシールドケーブルであって、ループインダクタンスＬを低く抑えて、ケーブル自身によって高周波漏れ電流を流れやすくすることによって、周辺機器の誤動作発生を防止するという本発明の効果を得ることができ、実用化に耐えうる駆動ケーブルの構造に行き着いたものである。
【００５３】
また、本実施例において、絶縁心線２の絶縁体４としては、通常の絶縁体としてＰＶＣを使用したが、ＰＴＦＥ等の低誘電率絶縁体を使用する事により、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。
【００５４】
また、本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａの実用化に適した駆動ケーブルの詳細な構造を見出すために、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、各絶縁心線２の導体外径をＤとし、３条のリターン線５の導体外径をｄとした場合、リターン線５の導体の断面積ｓと各絶縁心線２の導体の断面積Ｓの比（ｓ／Ｓ）を１〜１／３にした具体例として検証を行った。この場合、リターン線５の導体外径ｄと絶縁心線２の導体外径Ｄの比（ｄ／Ｄ）は１／√３となる。このような検証を実行することにより、上記記載の効果を達成する低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを実際の駆動ケーブルとして実現することができたものである。
【００５５】
ここで、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率を１〜１／３において検証した根拠を以下に説明する。まず、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率を１以上とすれば、本発明の効果であるところの高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能を発揮するには望ましい。しかしながら、リターン線５を３条の絶縁心線同士の隙間（谷の部分）に絶縁心線２の近傍に密接して隣接して設けたとしても、それ等を撚り合わせた際には全体の外径が大きくなり、実用的なケーブル構造ではなくなる。また、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比率をごく小さいものとすれば、高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能を発揮するには難しくなる。そこで、絶縁心線の断面積が比較的小さな０．５ｍｍ２の場合を具体的数値として考え、それに対するリターン線５の導体断面積を検討した。そのシミュレーションによる検証において、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比を１／１、つまり、絶縁心線２の導体断面積は０．５ｍｍ２で、リターン線５の導体断面積は０．５ｍｍ２とした場合、そのループインダクタンスＬ値は０．３０２μＨ／ｍであった。また、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比を１／３、つまり、絶縁心線２の導体断面積は０．５ｍｍ２で、リターン線５の導体断面積は０．１６ｍｍ２とした場合、そのループインダクタンスＬ値は０．３１０μＨ／ｍであった。
【００５６】
この駆動ケーブルを用いた実際システムでの検証においても、周辺機器の誤作動の発生はなかった。
これに対して、従来の第３方式のシールドありの場合の製品として望ましい値のループインダクタンスＬ値は０．３１０μＨ／ｍであった。このように、絶縁心線の断面積が比較的小さな０．５ｍｍ２の場合であっても、絶縁心線２に対するリターン線５の断面積の比率を１／３としたときの本発明の実施例１（図１（Ｂ））のループインダクタンスＬ値と従来の第３方式のループインダクタンスＬ値を比較しても、同等のループインダクタンスＬ値を得ることが可能なものである。これに対して、従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（Ｂ））の場合のループインダクタンスＬの値は０．８０４μＨ／ｍであり、高周波漏れ電流のリターンパスとしての機能は期待できないケーブルであった。
【００５７】
以上の検証からすると、本発明の第１実施例は、シールドなしのケーブル構造において、従来の第２方式のループインダクタンスＬを半分の値にまで減らしたことになる。この程度であれば、製品としては十分に使用に耐え得るものであり、０．４μＨ／ｍまでを閾値としたインダクタンス低減効果の範囲を持った具体的ケーブルが提供されれば、本発明の効果は充分に期待できるものである。また、本発明の第１実施例の具体的製品での製造上のバラつきとの兼ね合いより考えても、リターン線５の導体断面積と絶縁心線２の導体断面積の比が１ないし１／３までの範囲であって、ループインダクタンスＬ値が０．４μＨ／ｍ以下までを達成できていれば、本発明の好ましい結果が得られることが判明した。
【００５８】
本発明としては、各３条の絶縁体を被覆していないリターン線５が、理想的には、ほぼ正三角形状に配置された３条の絶縁心線２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に密接している場合、つまり、隣り合う絶縁心線２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合が望ましいものであるが、実際のケーブル製造においては、必ずしも、図１（Ａ）（Ｂ）に示すような望ましい位置にリターン線５をケーブル全長に渡って配置することが簡単ではない場合がある。そこで、リターン線５がケーブル中心からどの程度までずれたとしても、ループインダクタンスＬ値を０．４μＨ／ｍ、従来の第２方式のシールドなしケーブル（図１５（Ｂ））の場合に比較して半減する程度に押さえ込むことができるかを検討した。この場合、リターン線５のズレには、ケーブルの中心からリターン線５の離れ具合（Ｒ：後述）と、傾き具合（α：後述）とがある。それらの値（Ｒとα）がどの程度であれば、実際の駆動ケーブルとして必要とされるループインダクタンスＬ値を０．４μＨ／ｍ程度に抑えることができるかを検証した。
【００５９】
ここで図１（Ｃ）を参照する。本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａは、図１（Ｃ）に示すように、駆動ケーブルの中心、つまり、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの距離Ｒの大小でリターン線５の離れ具合を表すことができる。つまり、リターン線５が、絶縁心線２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に最も密接した位置に配置されたときの距離、つまり、隣り合う絶縁心線２の両方の絶縁心線の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合の距離を基準値の１とした場合、実際のケーブルを製造した際の、３条の絶縁心線２の中心Ｏからリターン線５の中心までの距離Ｒの比率（距離Ｒ／基準値）で表した。
【００６０】
図６は、絶縁心線２の導体断面積を０．５ｍｍ２とし、リターン線５の導体断面積を絶縁心線２の導体断面積の１／３とした場合で、ケーブルの中心からリターン線５の中心までの距離Ｒとリターン線のズレ角度αを変化させて、ループインダクタンスＬ値を縦軸に表示し、リターン線５の離れ具合（距離Ｒ／基準値）を、原点を１として横軸に表示したものであり、そのグラフ上に傾き具合（α＝０°，５°，１０°，２０°）毎にループインダクタンスＬ値のシミュレーション値をプロットしたものである。ここで、リターン線５の導体断面積を絶縁心線２の導体断面積の１／３とした場合で、距離Ｒ／基準値を１．３５以内にすると、実際の駆動ケーブルの太さを大きくすることもなく本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが実現し易いものである。また、高周波漏れ電流のリターン線として必要なループインダクタンスＬ値は、０．４μＨ／ｍ以下を達成する必要があるが、実際の検証においては、図６に示すように、絶縁心線２の中心からの距離Ｒの基準値に対する比は、１〜１．３５の範囲で好ましい結果を示した。
【００６１】
次に、リターン線５の傾き具合（α）について検討する。本発明の第１実施例の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａは、図１（Ｂ）に示すように、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの配置角度を基準配置線の位置１２０°とした場合、つまり、隣り合う絶縁心線２の内の一方の絶縁心線２の絶縁体４の外周面に対して絶縁体を被覆していないリターン線５が接して配置されている場合のケーブル中心Ｏとリターン線５の中心を結ぶ線を基準配置線とした場合、その基準配置線からの＋及び−方向のズレ角度αの範囲を、±５°以内にすると、本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａが実現し易いものである。ここで、図６に示すように、基準配置線の位置１２０°からのズレ角度αの範囲が±５°以内で好ましい結果を示している。
【００６２】
以上の検証結果により、本発明の実施例１の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ａにおいては、リターン線５の配置位置は、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの距離Ｒが、絶縁心線２同士の隙間（谷の部分）で絶縁心線の近傍に最も密接した位置に配置されたときの距離を基準値として、１〜１．３５の範囲であり、リターン線５の傾き具合は、３条の絶縁心線２の中心Ｏからの配置角度を基準配置線の位置を１２０°とした場合に、基準配置線からのズレ角度αの範囲が±５°以内であることが好ましい低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルを実現する要件となっていることが分かる。
【００６３】
図２（Ａ）は、本発明の第２実施例で、ループインダクタンスＬが低くなるように、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２と、３条の絶縁被覆を施さない高周波漏れ電流リターン線５を、３条からなる絶縁心線２のいずれかの１条の外周に３条からなるリターン線５を密接して近傍に隣接させることによってリターン線で構成されるループ回路のループインダクタンスＬを低減すると同時に、絶縁体被覆を施したアース線６をそれに追加し、長さ方向にほぼ平行に配列して撚り合わせ、該撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシース８を施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造１Ｂである。ここで、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２、及びアース線６の代表例として、導体に撚り線導体を、絶縁体にＰＶＣを使用した。このように、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２、及びアース線６の絶縁体４としては、通常の絶縁体でも構わないが、低誘電率絶縁体としてＰＴＦＥを使用することにより、更に、キャパシタンスを低減し、駆動電力ロスの低減をはかることが可能になる。
【００６４】
図２（Ａ）に示す第２の実施例においては、３条の絶縁体４で被覆を施したモーター駆動用絶縁心線２の内の１本の絶縁心線（アース線６と対角に配置された絶縁心線）の周囲に３条の絶縁被覆を施さない高周波漏れ電流リターン線５を密接して近傍に隣接させている。この場合は、その１本の絶縁心線のリターン線５としてのループインダクタンスＬが他の２本の絶縁心線よりも低くなる。そこで、図２（Ｂ）に示すように、各絶縁心線に対して同数のリターン線５が密接するように構成するのが好ましい。
【００６５】
さらに、本発明の第２実施例の変形例として、低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ｃは、図３（Ａ）に示すように、実施例２（図２（Ａ）（Ｂ））のリターン線５の配置において、１条のリターン線５をケーブル中央に配置した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１Ｃである。
【００６６】
図３（Ｂ）は、本発明の第４実施例で、モーター駆動用絶縁心線２の心数を増やして６条とし、中心にアース線６を配置したケーブル構造１Ｄである。このように構成することにより、多条の駆動用絶縁心線を配置したケーブル構成に関する低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブルが達成できる。この図３（Ｂ）に示した実施例においては、ケーブル中心にアース線６を配置したが、これに代えてリターン線５を配置する構成にしても良いことは特に説明の必要はない。
【００６７】
本発明の基本的な構成は、撚り合わせ線の外側にはシールドを介さずにシースを施した低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造に関するものではあるが、シールドを施せばよりループインダクタンスＬを低減することが可能であるし、シールド効果も期待できることは明らかである。従って、本発明の基本的な構成を実施した上に、図４（Ａ）や（Ｂ）に示したシールドを施すことにより多少、端末加工性は悪くなるが、本発明の基本的技術思想の低インダクタンスのリターン線を採用した上で、更にシールド材を施すことにより更なるグレードアップをはかったものであり、ノイズ回収率を上げたものである。更に、材質については、誘電率の低い一般的な絶縁材質であれば良く、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。
【００６８】
図４（Ａ）は、本発明の第５実施例で、第２実施例（図２（Ａ））のシース８の内側にシールド７を施したケーブル構造１Ｅである。これにより、リターン線５により、モーター側からインバータ側に高周波漏れ電流を戻すことが可能な本発明の効果を達成できることに加えて、さらにシールド効果を達成することができる。図４（Ｂ）は、本発明の第６実施例で、モーター駆動用絶縁心線２の心数を増やして６条とし、中心にアース線６を配置したものの外周にシールド７施したケーブル構造１Ｆである。これにより、図４（Ａ）のケーブル構造と同様に、リターン線５により、モーター側からインバータ側に高周波漏れ電流を戻すことが可能な本発明の効果を達成できることに加えて、さらにシールド効果を達成することができる。
【００６９】
次に、本発明において、ループインダクタンスが低くなる理由を説明するために、理論計算の近似式を以下に示す。簡単化するため、図７に示すような平行２線の単位長さあたりのループインダクタンスについて考察する。この近似式は、一般に知られた近似式であり、例えば、「有線電話伝送工学  −線路理論−」（林憲一  訳  学献社  １９６９年１月３１日発行）等の文献に記載がある。
ここで、
Ｌ：単位長さあたりのループインダクタンス    μ０：透磁率    π：円周率  
ｌｏｇｅ：自然対数    ｂ：導体間距離  ａ：導体半径          誘電率：ε      Ｃ：単位長さあたりのキャパシタンス    とすると、以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
Ｌ＝（μ０／π）・（ｌｏｇｅ（ｂ／ａ）＋（１／４））・・・・・・（１）
Ｃ＝π・ε・（１／（ｌｏｇｅ（ｂ／ａ）））・・・・・（２）
【００７０】
上式（１）よりループインダクタンスＬは、導体半径ａが大きくなると低減され、また導体間距離ｂが小さくなると低減される。本発明は、導体間距離ｂを小さくすることによりループインダクタンスＬの低減をはかっている。
【００７１】
図８は、インバータ側とモーター側とを繋ぐ本発明の高周波漏れ電流リターン線付き３相モーター駆動ケーブル１についての等価回路説明図である。図８においては、高周波漏れ電流のリターン線５は、簡略化のために、１条のみが描かれているが、３条のモーター駆動用絶縁心線２の各々に高周波漏れ電流のリターン線５が配置されているのは、今までの説明から明らかである。図から明らかなように、ループインダクタンスＬ（一つのリターンループのみが矢印で図示されている）の低減により、平行２線を流れる電流のインピーダンスは小さくなる。そのため効率的に高周波漏れ電流をリターン電流としてモーター側からインバータ側に流すことが可能になる。図８中のＣはモーター側の浮遊容量である。
【００７２】
上式（１）より、ループインダクタンスＬは、導体半径ａが大きくなると低減され、また導体間距離ｂが小さくなると低減される。本発明は、導体間距離ｂを小さくすることによりループインダクタンスＬの低減を図る手法として新規な構成を見出したものである。しかしながら、上式（１）と上式（２）の関係により、インダクタンスＬが低減されることと同時にキャパシタンスＣが増加することになるため、このキャパシタンスＣによる漏れ電流が発生する。このキャパシタンスＣは、モーターを駆動するパルスをなまらせるため、駆動パルス幅が広く周波数が低い場合あまり影響がでないが、駆動パルス幅が狭く周波数が高い場合には駆動電力の増加を発生させる。そのため、絶縁材質の比誘電率を低減することにより、キャパシタンスＣを低減させ、駆動電力の増加をおさえることが可能になる。
【００７３】
次に、図９は、本発明の低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル１の効果の原理についての説明図である。図９においては、駆動制御装置側のインバータ１３０と被駆動装置側のモーター２１０とが３条のモーター駆動用絶縁心線２によって接続されている。また、図９では、ケーブルの絶縁心線２及びリターン線５のインダクタンスをＬで表示し、その間のキャパシタンスをＣ２で表示しており、各モーター駆動用絶縁心線２の導体とリターン線５との間の浮遊容量及びモーター２１０の浮遊容量はＣ１で表示している。図９からは距離関係が明らかではないが、絶縁心線２の導体とリターン線５の距離を極力近づけてループインダクタンスを小さくした上に、３心で構造が対称となるように撚り込み、ノイズの発生が小さくなる構造としている。また、駆動制御装置側と被駆動装置側では、例えばエンコーダ等の周辺機器に対して信号の授受を行うためのケーブル３４０が設置されているのが普通である。
【００７４】
このようなシステム構成において、エンコーダ信号に高周波のノイズが乗らないようにするためには、高周波漏れ電流を駆動ケーブル自身によりインバータ側に戻すことであり、そのためには、リターン線５を経由するリターン線のインピーダンスを小さくする必要がある。このリターン線のインピーダンスを小さくするには、√（Ｌ／Ｃ）の式から、Ｃを大きくするか、Ｌを小さくすれば良いが、Ｃを大きくすると波形歪みが大きくなるので、Ｌを小さくするのが望ましい。つまり、リターン線５を経由するリターン線のループインダクタンスＬを低く抑えることが必要となるものである。更に、リターン線に電位差が生じ、エンコーダケーブル３４０のシールドに重畳しないようにする必要もある。このように、リターン線のループインダクタンスＬの低減により、平行２線を流れる電流のインピーダンスは小さくなる。そのため効率的に高周波漏れ電流をインバータ側に流すことが可能になる。
【００７５】
次に、本発明の実施例と従来例の評価試験比較結果（ノイズ電流）を図１０の「本発明の各実施例と従来例との評価試験比較結果表」に示す。まず、評価用として、下記の種類のサンプルによって評価を行った。１．従来の第２方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドなしケーブル（図１５（Ｂ））、２．従来の第３方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドありケーブルＮＯ１（図１５（Ｃ））、３．従来の第３方式の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドありケーブルＮＯ２（図１５（Ｃ）と同様のため図示せず）  ４．本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（Ａ））、５．本発明の４条（絶縁心線３本、アース線１本）シールドなしケーブルの第２実施例（図２（Ａ））、６．本発明の第３実施例（図３（Ａ））、７．本発明の絶縁心線３条の第１実施例ＮＯ１（図１（Ｃ）：リターン線の断面積が１／３のとき）、８．本発明の絶縁心線３条の第１実施例ＮＯ２の８種類について実測によるノイズ電流、及びループインダクタンスのシミュレーション計算の比較検討を行った。
【００７６】
この図１０の表から明らかなように、良好な結果の順としては以下のとおりである。（１）本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（Ａ））は、ノイズ電流が０．４０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０２μＨ／ｍであった。（２）本発明の第２実施例（図２（Ａ））は、ノイズ電流が０．４５Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０６μＨ／ｍであった。（３）本発明の第３実施例（図３（Ａ））は、ノイズ電流が０．５０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３１０μＨ／ｍであった。（４）本発明の第１実施例の変形例（図１（Ｃ））は、最大で、ノイズ電流が０．５０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３１０μＨ／ｍであった。これらの実施例での効果は、いずれも従来の第２方式のシールドなしケーブル（ノイズ電流：０．９０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．８０４μＨ／ｍ）よりも良い結果を示している。また、従来の第３方式のシールドありケーブルＮＯ１（ノイズ電流：０．５０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．３１０μＨ／ｍ）、及び従来の第３方式のシールドありケーブルＮＯ２（ノイズ電流：０．７０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．４００μＨ／ｍ）は、ノイズ電流のバラツキ、ループインダクタンスのバラツキがあり、構造変動によるループインダクタンスの変動があったため、本発明の絶縁心線３条の実施例１（図１（Ｃ）：リターン線の断面積が１／３のとき）について位置のバラツキを考慮したシミュレーションを実施した結果、中心からの距離Ｒの比が１．３５で、振れ角度が±０．５°の時のループインダクタンスが０．３９８μＨ／ｍとなり、本発明がバラツキの幅を以ってリターン線が配置された場合と比較しても遜色がない。
【００７７】
その中で、本発明の絶縁心線３条の第１実施例（図１（Ａ））が、ノイズ電流が０．４０Ａで、リターン線としてのループインダクタンスＬが０．３０２μＨ／ｍであり、最も良い結果を示した。また、本発明のこの第１実施例は、従来の第３方式のシールドありケーブル（ノイズ電流：０．５０Ａ、ループインダクタンスＬ：０．３１０μＨ／ｍ）に比べて、同等以上の結果を示した。
【００７８】
なお、本発明は、代表的な３相モーター駆動ケーブル構造、或いは低インダクタンスリターン線付きノンシールドケーブル構造を例示しているが、漏れ電流リターン線を更に多数配置したり、モーター駆動用絶縁心線を分割したりすることによって更にループインダクタンスＬの低減をはかっても良い。また、端末加工性は悪くなる可能性はあるが、シールド効果を得るために、本発明の基本的技術思想の低インダクタンスのリターン線を採用した上で、ケーブルにシールド材を使用することも可能である。更に、絶縁体の材質については、キャパシタンスの増加を抑えるために誘電率の低い一般的な絶縁材質であればさらに良く、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。
【００７９】
本発明のモーター駆動ケーブルは、数値制御工作機械への使用が可能であるが、ロボットまたは射出成型機等への幅広い応用展開が可能である。以下、数値制御工作機械に適用した際のシステムを念頭において、本発明の応用展開の説明をする。
【００８０】
数値制御工作機械は、通常、切削加工等に用いられるモーターが配置され、それらのモーターがインバータで駆動されている。その際に、当然のことながら、制御装置側のインバータと被駆動装置側のモーターとは駆動ケーブルによって繋がれて制御されることになる。また、各モーターにはエンコーダが設置されており、エンコーダからの出力を検出しながら、各々の回転角度が数値制御装置により制御されている。その概念図を図１１及び図１２に示す。
【００８１】
図１１には、従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械システムを示す。数値制御工作機械２００は、各加工軸に対応してモーター２１０，２２０，２３０（図では３加工軸分のみを図示）を備えており、各モーター２１０，２２０，２３０は、それぞれ、駆動ケーブル３１０，３２０，３３０を介して強電盤１１０内に設けられたモーター駆動用インバータ１３０に接続されている。強電盤１１０内には数値制御装置１２０が設けられており、ＮＣ制御をコントロールしている。そして、数値制御工作機械２００は、各加工軸の回転角を制御するためにエンコーダ２４０（エンコーダは各モーターに取り付けられているが図の簡単化のためにモーター２３０にのみ図示している）が設けられ、エンコーダ２４０は情報伝達ケーブル３４０（通常、シールドケーブル）により数値制御装置１２０に接続されている。この駆動ケーブル３１０，３２０，３３０は、動力線３１１，３２１，３３１とグランド線３１５，３２５，３３５を備えている。ここで、数値制御工作機械２００の各モーター２１０，２２０，２３０と強電盤１１０内のモーター駆動用インバータ１３０とは、保安の目的で、筐体アース２５０によって接地が取られている。しかしながら、この従来例では、動力線に対するグランド線の高周波ループインダクタンスが大きいことから、ノイズ電流が筐体アース２５０を介してアースへ流れており、各モーター２１０，２２０，２３０とエンコーダ２４０は共通に筐体アース２５０に接地されているため、高周波漏れ電流がエンコーダ２４０に流れ、結果的に情報伝達ケーブル３４０のシールドを伝わって数値制御装置１２０へ漏れ誤作動の原因となっていた。
【００８２】
これに対して、本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた数値制御工作機械システムを図１２に示す。従来システムと相違しない構成要素に対する添付数字は、図１１の従来例システムと同じ添付数字を使用している。数値制御工作機械２００は、各加工軸に対応してモーター２１０，２２０，２３０（図では３加工軸分のみを図示）を備えており、各モーター２１０，２２０，２３０は、それぞれ、駆動ケーブル３５０，３６０，３７０を介して強電盤１１０内に設けられたモーター駆動用インバータ１３０に接続されている。強電盤１１０内には数値制御装置１２０が設けられており、ＮＣ制御をコントロールしている。そして、数値制御工作機械２００は、各加工軸の回転角を制御するためにエンコーダ２４０（エンコーダは各モーターに取り付けられているが図の簡単化のためにモーター２３０にのみ図示している）が設けられ、エンコーダ２４０は情報伝達ケーブル３４０（通常、シールドケーブル）により数値制御装置１２０に接続されている。この駆動ケーブル３５０，３６０，３７０は、動力線３５１，３６１，３７１と高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を備えている。ここで、従来例と同じく、数値制御工作機械２００の各モーター２１０，２２０，２３０と強電盤１１０内のモーター駆動用インバータ１３０とは、保安の目的で、筐体アース２５０によって接地が取られている。この本発明のシステムで用いられる駆動ケーブルでは、既に述べたように、動力線３５１，３６１，３７１に対して高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を近傍に密接して配置したことにより、ループインダクタンスを小さくして、高周波漏れ電流が高周波漏れ電流リターン線３５５，３６５，３７５を通して流れ易くして、筐体アース２５０等を介してエンコーダ等の周囲機器への高周波漏れ電流を少なくしたことが特徴である。
【００８３】
さらに、詳細に説明するために、１つのモーターのみを取り出した図で説明する。図１３には、従来の駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械制御システムの１加工軸分のケーブル配線詳細図を示す。
【００８４】
図１３において、００１は強電盤、００２は数値制御装置、００３はモーター駆動用インバータ、００４は強電盤アース、００５はモーター駆動用インバータＵ相端子、００６はモーター駆動用インバータＶ相端子、００７はモーター駆動用インバータＷ相端子、００８はモーター駆動用インバータ中性点端子、００９はモーター駆動用ケーブル、０１０はモーター駆動用ケーブル動力線、０１１はモーター駆動用ケーブル動力線、０１２はモーター駆動用ケーブル動力線、０１５はモーター駆動用ケーブルアース線、０１６は情報伝達ケーブル、０１７は情報伝達ケーブル信号線、０１８は情報伝達ケーブルグランド線（シールド）、０１９はモーターＵ相端子、０２０はモーターＶ相端子、０２１はモーターＷ相端子、０２２はモーター本体、０２３はモーター軸、０２４はエンコーダ、０２５はエンコーダ円盤、０２６はエンコーダユニット、０２７はモーターアース、０２８はモーターアース端子、０２９はモーターユニット、０３０はモーター駆動電流の流れ、０３１は高周波漏れ電流の流れである。
【００８５】
図１３に示した従来の駆動制御システムでは、モーター駆動電流０３０の流れに伴い、発生するノイズ電流０３１は、モーター駆動用ケーブルアース線のインダクタンスが大きいため、インダクタンスが小さいところをめがけて流れていた。そのルートとして図に示したように、エンコーダに使用されている情報伝達ケーブルのグランド線（シールド）があったため、情報伝達ケーブルの信号線などにノイズが回りこみ、エラーを起こしていた。
【００８６】
図１４には、本発明の高周波漏れ電流リターン線付きモーター駆動ケーブルを用いた場合の数値制御工作機械制御システムの１加工軸分のケーブル配線詳細図を示す。
【００８７】
図１４において、００１は強電盤、００２は数値制御装置、００３はモーター駆動用インバータ、００４は強電盤アース、００５はモーター駆動用インバータＵ相端子、００６はモーター駆動用インバータＶ相端子、００７はモーター駆動用インバータＷ相端子、００８はモーター駆動用インバータ中性点端子、００９はモーター駆動用ケーブル、０１０はモーター駆動用ケーブル動力線、０１１はモーター駆動用ケーブル動力線、０１２はモーター駆動用ケーブル動力線、０１３は高周波漏れ電流リターン線、０１４は高周波漏れ電流リターン線、０１５は高周波漏れ電流リターン線、０１６は情報伝達ケーブル、０１７は情報伝達ケーブル信号線、０１８は情報伝達ケーブルグランド線（シールド）、０１９はモーターＵ相端子、０２０はモーターＶ相端子、０２１はモーターＷ相端子、０２２はモーター本体、０２３はモーター軸、０２４はエンコーダ、０２５はエンコーダ円盤、０２６はエンコーダユニット、０２７はモーターアース、０２８はモーターアース端子、０２９はモーターユニット、０３０はモーター駆動電流の流れ、０３１は高周波漏れ電流の流れである。
【００８８】
図１４に示す本発明の制御システムは、モーター駆動電流０３０に伴い、発生するノイズ電流０３１は、図のようにループインダクタンスが小さい高周波漏れ電流リターン線をめがけて流れるため、エンコーダ側、アース側に流れにくく、情報伝達ケーブルの信号線などにノイズが回りこみ、エラーを起こすことが避けられる。
【国際調査報告】
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