(57)【要約】【課題】２つのモジュールを備え、該２つのモジュール間で電力又は信号を伝送する装置において、インダクタンス分を必要とする回路を小型化したノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置を提供する。【解決手段】ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置は、第１モジュールと第２モジュールと、第１モジュールと第２モジュールを接続する高インダクタンス線を有しており、電力または信号伝送装置の回路機能として求められるインダクタンス分を高インダクタンス線のインダクタンスから得ることにより、個別なコイルを不要とすることによりコイル面積を不要とし、小型を可能にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモジュールと第２のモジュールとを高インダクタンス線を介して接続したことを特徴とするノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項２】
前記高インダクタンス線は、１又は複数の導体素線からなる前記導体と、前記１又は複数の導体素線を覆う磁性層と、前記磁性層の外周を電気絶縁材料で覆う絶縁層とを備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項３】
前記高インダクタンス線の前記複数の導体素線は、互いに接触しないように配置されており、前記磁性層は、該複数の導体素線の間を埋めるように設けられた前記磁性層からなる請求項２に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項４】
前記高インダクタンス線は、前記導体素線と、該導体素線の外周を同心円状に覆う磁性層からなる複数のインダクタンス素線とを備え、
前記インダクタンス素線を複数本束ねて、該束ねた複数のインダクタンス素線の外周を前記絶縁層で被覆したことを特徴とする請求項２に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項５】
前記高インダクタンス線の前記磁性層は、前記導体素線よりも細い複数の磁性素線からなり、前記各導体素線の外周を前記複数の磁性素線で覆うように配置して束ねたことを特徴とする請求項２に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項６】
前記高インダクタンス線は、前記磁性層が磁性素線からなり、前記導体素線の外周を覆うように前記磁性素線をスパイル上に巻き付けたインダクタンス素線を複数束ねたことを特徴とする請求項２に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項７】
前記磁性素線の材質は純鉄、軟鉄、又はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項８】
前記高インダクタンス線は、前記磁性層が磁性材料と樹脂の混合物であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項９】
前記高インダクタンス線は、磁性材料を含む大径の磁性コアと、電力を供給する導体部とその外表面を覆う電気絶縁層を備える導体とを備え、
前記導体を、前記磁性コアの外周に前記導体が重ならないようにスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１０】
前記高インダクタンス線は、前記磁性コアが線状の磁性素線の束で構成されていることを特徴とする請求項９に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１１】
前記磁性素線の材質は純鉄、軟鉄、又はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１２】
前記高インダクタンス線は、前記磁性コアが樹脂と磁性粉の混練材からなることを特徴とする請求項９に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１３】
前記高インダクタンス線は、前記導体は帯状又は平角形状の導体からなることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１４】
前記高インダクタンス線は、前記導体の断面が円形の線材からなることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１５】
前記高インダクタンス線は複数の導体を備えており、
前記複数の導体をそれぞれ別個独立した導体として、それぞれ前記磁性コアの外周にスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１６】
前記高インダクタンス線の複数の前記独立した導体を、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュール間で送電する電力の位相ごとに割り当てて、複数の前記独立の導体をそれぞれ前記磁性コアの外周にスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする請求項１５に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１７】
前記第１のモジュールと前記第２のモジュール間を、前記高インダクタンス線と該高インダクタンス線に接続された通常ハーネスとにより接続したことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１８】
それぞれ接地電位が異なる前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとを、前記高インダクタンス線を介して接続することにより、前記高インダクタンス線のインダクタンスにより、前記第１のモジュールと前記第２のモジュール間で生ずるノイズを除去することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項１９】
前記第１のモジュールはＥＶ/ＰＨＶ用普通充電装置であり、前記第２モジュールは車載充電器であることを特徴とする請求項１８に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項２０】
インピーダンスが整合していない前記第１のモジュールと前記第２モジュール間を前記高インダクタンス線を介して接続したことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【請求項２１】
前記高インダクタンス線により、前記第１のモジュールと前記第２モジュール間のインピーダンス不整合によるサージ電圧を抑制することを特徴とする請求項２０に記載のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力の輸送に加えて複数の機能を有するノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等（以下「ＥＶ」と称する）またはプラグインハイブリッド自動車（以下「ＰＨＶ」と称する）における普通充電においては、電力供給側と電気自動車側の接地電位の違いから、シールド編組等によるノイズ対策が十分に機能しないため、図２（ａ）上段に示すように、電力供給側と充電コンバータとを結ぶ電力ケーブル（電力供給線）の間にノイズフィルタを設けてノイズを除去している。
また、ＥＶ／ＰＨＶに限らず産業用機械等の制御用モータ等ではパルス駆動しているため、ケーブル、モータ、及び制御部とのインピーダンス不整合による反射波により、サージ電圧と呼ばれる高電圧ノイズが発生することがある。従来このようなサージ電圧を抑制するため、サージ抑制機や交流リアクトルを用いていた。
このように従来技術においては、ノイズ除去、及びサージ電圧等の抑制等に限らず、所望の電気的機能を達成するために高インダクタンスが必要な場合には、その用途目的に応じて個別のコイルを用いてインダクタンス分を得ていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７１９８２
【特許文献２】特開２０１２−９５０３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、ＥＶ/ＰＨＶ普通充電用のノイズフィルタは、充電コンパータに付随しており、フィルタ設置のために専用のスペースが必要となる。また、サージ抑制機または交流リアクトルの設置には比較的大きなスペースが必要となる。特にＥＶ/ＰＨＶ又は各種装置が密集して配置される産業用機械等の分野では、設置空間が制限されているので可能な限り空間占有率を抑制することが好ましい。
【０００５】
本発明は、これらの問題に着目してなされたものであり、例えばＥＶ/ＰＨＶ普通充電等のように電力供給側と充電される側の接地電位が異なる場合や、サージ電圧が発生する環境下のように、ノイズ除去やサージ電圧の抑制等のように、インダクタンス分を必要とする回路において、個別のコイルを必要としないノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の第１の態様は、第１のモジュールと第２のモジュールとを高インダクタンス線を介して接続したことを特徴とする。
【０００７】
この構成により、ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の回路構成においてインダクタンス分が必要な場合、例えば、第１モジュールと第２のモジュール間においてノイズの除去またはサージ電圧の抑制等が必要な場合には、高インダクタンス線に設けられている磁性体に基づくインダクタンス分により、必要なインダクタンスを得ることができ、個別にコイル等を設ける必要がなく、その分設置面積を小さくすることができ小型化が可能である。
【０００８】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、上記した構成において、前記高インダクタンス線が、１又は複数の導体素線からなる前記導体と、前記１又は複数の導体素線を覆う磁性層と、前記磁性層の外周を電気絶縁材料で覆う絶縁層とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線の前記複数の導体素線が、互いに接触しないように配置されており、前記磁性層は、該複数の導体素線の間を埋めるように設けられた前記磁性層からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置のさらに他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記導体素線と、該導体素線の外周を同心円状に覆う磁性層からなる複数のインダクタンス素線と、を備え、前記インダクタンス素線を複数本束ねて、該束ねた複数のインダクタンス素線の外周を前記絶縁層で被覆したことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線の前記磁性層が、前記導体素線よりも細い複数の磁性素線からなり、前記各導体素線の外周を前記複数の磁性素線で覆うように配置して束ねたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記磁性層が磁性素線からなり、前記導体素線の外周を覆うように前記磁性素線をスパイル上に巻き付けたインダクタンス素線を複数束ねたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記磁性素線の材質が純鉄、軟鉄、又はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置のさらに他の態様は、前記高インダクタンス線の前記磁性層が磁性材料と樹脂の混合物であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が、磁性材料を含む大径の磁性コアと、電力を供給する導体部とその外表面を覆う電気絶縁層を備える導体とを備え、前記導体を、前記磁性コアの外周に前記導体が重ならないようにスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする。
【００１６】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記磁性コアが線状の磁性素線の束で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記磁性素線の材質が純鉄、軟鉄、又はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置のさらに他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記磁性コアが樹脂と磁性粉の混練材からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記導体は帯状又は平角形状の導体からなることを特徴とする。
【００２０】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が、前記導体の断面が円形の線材からなることを特徴とする。
【００２１】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線が複数の導体を備えており、前記複数の導体をそれぞれ別個独立した導体として、それぞれ前記磁性コアの外周にスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置のさらに他の態様は、前記高インダクタンス線の複数の前記独立した導体を、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュール間で送電する電力の位相ごとに割り当てて、複数の前記独立の導体をそれぞれ前記磁性コアの外周にスパイラル状に巻きつけたことを特徴とする。
【００２３】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記第１のモジュールと前記第２のモジュール間を、前記高インダクタンス線と該高インダクタンス線に接続された通常ハーネスとにより接続したことを特徴とする。
【００２４】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、それぞれ接地電位が異なる前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとを、前記高インダクタンス線を介して接続することにより、前記高インダクタンス線のインダクタンスにより、前記第１のモジュールと前記第２のモジュール間で生ずるノイズを除去することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置のさらに他の態様は、前記第１のモジュールがＥＶ/ＰＨＶ普通充電装置であり、前記第２モジュールが車載充電器であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、インピーダンスが整合していない前記第１のモジュールと前記第２モジュール間を、前記高インピーダンス線を介して接続したことを特徴とする。
【００２７】
また本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の他の態様は、前記高インダクタンス線により、前記第１のモジュールと前記第２モジュール間のインピーダンス不整合によるサージ電圧を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１のモジュールと第２のモジュール間を高インダクタンス線を介して接続することにより、高インダクタンス線のインダクタンス成分により、コイル等の別個のディスクリート部品を設ける必要が無くなり、ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の接続構成を説明するための模式図。
【図２】商用電源から電気自動車等に対してＥＶ普通充電を行う際に、商用電源の出力から充電コンバータまでの接続形態について、従来技術と本願発明の構成例示す模式図。
【図３】電気自動車や産業機械等におけるインバータ（第１のモジュール）とモータ（第２のモジュール）を高インダクタンス線で接続した従来技術の接続構成と、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置による接続形態の一例を示す模式図。
【図４】高インダクタンス線の機能を説明するため、高インダクタンス線を模式化した断面図。
【図５】導体から磁性体の外表面までの距離（磁性体の厚さ）と磁界の強さ（磁束密度）の関係を示すグラフ。
【図６】本発明ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の第１の実施形態を示す断面図及び部分斜視図。
【図７】本発明ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の第２の実施形態を示す断面図及び部分斜視図。
【図８】本発明ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の第３の実施形態を示す断面図及び部分斜視図。
【図９】本発明ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の第４の実施形態を示す断面図及びこの高インダクタンス線を構成する一単位であるインダクタンス素線を示す斜視図。
【図１０】本発明のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態を示す側面図、拡大斜視図及び拡大部分断面図。
【図１１】本発明のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の他の実施形態を示す部分断面図、縦断面図、軸線に沿った断面の一部を示す横断面図、及び磁性コアを構成する磁性素線の一部を示す部分拡大図。
【図１２】磁性コアとして無垢の磁心を使用した場合と、積層磁心、線条磁心、圧粉磁心を用いた場合の、鉄損についてのデータを示す図。
【図１３】鉄の初磁化曲線を示すグラフ。
【図１４】本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の他の実施形態を示す断面図。
【図１５】本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態を示す断面図。
【図１６】本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態を示す斜視図。
【図１７】本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態を示す横断面図。
【図１８】図１６又は図１７に示す一本の高インダクタンス線を用いて、インバータと三相で駆動されるモータの接続に使用した場合の接続状態を概念的に示した模式図。
【図１９】ノイズ測定に用いた装置の構成を示す概念図。
【図２０】ノイズの除去効果を示すグラフ。
【図２１】サージ電圧測定に用いた装置の概念図。
【図２２】サージ電圧の抑制効果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置１０の接続構成を説明するための模式図であり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ各種接続形態を示している。従来技術で使用される通常のケーブルまたはハーネスと区別するために、高インダクタンス線は３本の線で示しているが、実際は一本のケーブル状の線状部材である。
図１（ａ）は、第１のモジュール１１と第２のモジュール１３を高インダクタンス線１２のみで接続する構成を示している。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は第１のモジュール１１と第２のモジュール１３とを、高インダクタンス線１２及び通常の接続ハーネス１４とで接続する形態を示しており、両者の違いは高インダクタンス線１２を第１のモジュール側に接続するか、第２のモジュール側に接続するかが異なっている。例えば、ノイズ源に近いモジュール側に高インダクタンス線を適宜配置することにより、ノイズをより効果的に抑制することができる。
【００３１】
図２及び図３に、本発明のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置を適用可能な形態をより具体的に理解してもらうために、電気自動車や産業機械に本発明を適用した場合を想定して、第１のモジュール及び第２のモジュールをより具体的に特定した例を示す。
なお、以下の実施形態においては、電気自動車（ＥＶ）や産業用機械に本発明を適用する例を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に示す装置に限定されるものではなく、回路要素としてインダクタンスが求められる回路を含む装置に広く適用可能である。
【００３２】
図２は、商用電源から電気自動車にＥＶ普通充電を行う際に、商用電源の出力から充電コンバータまでの接続形態について、従来技術と本願発明の構成例示す模式図である。
図２（ａ）は、ＥＶ等の普通充電における出力コネクタ１０１と充電コンパータ１０４の接続構造を、従来技術と本願発明とで比較して示す模式図である。
【００３３】
図２（ａ）の上段は従来技術の接続構造であり、商標電源１００の出力コネクタ１０１が接続される充電インレット１０２に、コネクタを介して普通充電ハーネス１０３が接続され、さらに普通充電ハーネス１０３がノイズフィルタ１０４を介して充電コンパータ１０５に接続されている。
商標電源１００側の接地電位は地面（地位）である対して、車側は車体（シャーシ）を接地電位としており、入力側と出力側のグランドレベルが商用電源側と車体側で異なるため、普通充電ハーネスのシールド編組等により、十分なノイズ対策ができない。そのため、従来技術では、図２（ａ）の上段に示すように、商標電源側からの入力を、ノイズフィルタ１０５を介して充電コンバータ１０４に接続する構成としている。
【００３４】
これに対して、図２（ａ）の下段に示す本願発明にかかるノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置の実施形態では、充電インレットとして高インダクタンス線１２を用いて、一端を商用電源１００の出力コネクタ１０１に接続し、他端を普通充電ハーネス１０３に接続している。普通充電ハーネス１０３の他端はノイズフィルタを必要とせず、直接充電コンバータ１０４に接続される。この実施形態では、商用電源が第１のモジュールに対応し、充電コンバータ１０４が第２のモジュールに対応する。この接続形態は、図１（ｂ）に示す接続形態と同様である。
このように接続された本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置では、高インダクタンス線１２に設けられた磁性体によるインダクタンス分（後ほど詳細に説明する）がノイズフィルタの機能を奏するので、ノイズフィルタが不要となり設置面積を少なくすることができ、小型化が可能となる。
【００３５】
図２（ｂ）に示す接続形態は、商用電源１００の出力と充電コンバータ１０４とを高インダクタンス線１２だけで接続する形態で、図１（ａ）の接続形態と同じである。
実際の実施においてどのような接続形態とするか、また、高インダクタンス線の長さをどの程度とするかは、第１のモジュールと第２のモジュールの距離及び、目的とする機能に応じて、ノイズの大きさや回路定数等を考慮して適宜決定することができる。
【００３６】
図３を参照して本発明の他の実施形態を説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、電気自動車や産業機械等におけるインバータ１０６（第１のモジュール）とモータ１０７（第２のモジュール）を通常のハーネスで接続した従来技術の接続構成と、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置による接続形態の一例を示す模式図である。
【００３７】
従来技術においては、図３（ａ）に示すように、インバータ１０６からモータ１０７に対して、例えば３相の電流が通常のハーネス１０８ａ〜１０８ｃを介して供給される。このような接続回路においては、インバータ１０６とモータ１０７のインピーダンス不整合等により、サージ電圧が発生することがある。これらのサージ電圧を抑制するため、従来技術では、インバータ１０６とモータ１０７の間に交流リアクトル１０９を設ける構成とするか、または図３（ａ）に破線で示すようにサージ抑制機１１０を設けていた。このような交流リアクトル１０９やサージ抑制機１１０は比較的大きな設置面積が必要となるため、小型化の阻害要因となっていた。
【００３８】
本願発明では、図３（ｂ）に示すように、インバータ１０６とモータ１０７の間を３本の高インダクタンス線１２ａ〜１２ｃで各相毎に直接接続し、高インダクタンス線１２ａ〜１２ｃのインダクタンス分により、サージ電流を抑制することが可能となる。したがって、交流リアクトル１０９やサージ抑制機１１０が不要となり、小型化を進めることが可能となる。
【００３９】
次に、第１のモジュールと第２のモジュール間を接続する高インダクタンス線１２について、図面を参照して説明する。以下に各種の高インダクタンス線を各種説明するが、これらは例示であり、本願発明に使用する高インダクタンス線がこれらの構成に限定されることを意味するものではない。
まず、図４を用いて、本発明にかかるノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２についての基本的な原理を説明する。
図４は、高インダクタンス線の機能を説明するため、高インダクタンス線を模式化したもので電流を流すための線状の導体３７ａの周りを磁性体３７ｂで覆った状態を示す断面図であり、図５は導体３７ａから磁性体３７ｂの外表面までの距離（磁性体３７ｂの厚さ）と磁界の強さ（磁束密度）の関係を示すグラフである。
【００４０】
磁束密度は式１のように変化する。
Ｈ＝Ｉmax／２πｒ＝Ｂmax／μ  ・・・・・・（式１）
Ｈ：磁界の強さ、ｒ：導体中心から磁性体までの距離、Ｂ：磁束密度、μ：透磁率
図５のグラフ（Ｈ−r曲線）及び式１からわかるように直線導体３７ａを磁性層３７ｂで覆った線状の高インダクタンス線では、磁性体３７ｂが厚くなりが導体３７ａから離れるほど（ｒが大きくなるほど）インダクタンス増に対する寄与率が低下する。このため、磁性層を厚くしても、インダクタンスは純増しないが高インダクタンス線の重量は指数的に増加する。また、導体に流せる最大電流は磁性材の最大磁束密度で決定され、最大磁束密度は導体表面において発生する。
【００４１】
磁気飽和をさせないためには、導体表層で最大磁束密度となるよう電流を制限することになるため、図４のような構造で磁性体を増やすと、導体表層以外の磁性体はその性能を最大限発揮せず、重量増に貢献することとなる。そのため、図４のような構造では、インダクタンスを増やすために磁性材料を増やすと、磁性材料により重量が大きくなり電流が小さくなるということが問題となる。
【００４２】
図５のグラフは、高インダクタンス線のインダクタンスと磁性層の厚さ及び重量の関係も示している。インダクタンスは次の式２であらわされる。
2014075897.tif 000003
Le：外部インダクタンス、ａ：導体中心から表面までの距離、ｂ：導体中心から磁性層表面までの距離、μ0：真空中の透磁率、μ１：磁性体の透磁率、ｌ：高インダクタンス線の長さ
【００４３】
図５及び式（２）からわかるように、磁性体の厚さが増えていくと、インダクタンスは所定の厚さを超えてもほとんど増えず、高インダクタンス線の重量のみが増加する。すなわち、導体表面からの距離が所定の距離を超えた時点で磁性層の厚さを増やしても高インダクタンス線の重量が重くなるだけで、インダクタンスへの寄与度は少ない。
以上の知見に基づき、本願発明では、高インダクタンス線全体の重量をできるだけ軽くしつつ、効率的にインダクタンスを増やすために、電流を分散させることにより、磁性層をできるだけ電流が流れる導体表面に近づくように配置して、磁性材をインダクタンス増に寄与する構造とすることが好ましい。
【００４４】
図６乃至図１７を用いて、本願発明に使用する高インダクタンス線１２の各種の実施形態を説明する。
まず、図６乃至図９を用いて、本発明に使用する高インダクタンス線１２の第１の実施形態乃至第４の実施形態を説明する。図６乃至９の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれこれらの断面図及びその一部を示す斜視図である。なお、図６〜図９に破線で示すように、いずれの図も外周は周知又は公知の電気絶縁材料からなる絶縁層３５，４５，５５、６５で被覆されている。
【００４５】
図６に示す本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の第１の実施形態に係る高インダクタンス線３０は、複数の導体素線３１の周りを磁性層３２で覆い、その外側を絶縁層３５で覆った構造となっている。導体素線３１としては例えば、銅やアルミニウム等の電導性の高い材料を用いることができ、磁性層３２の材料としては例えば純鉄、軟鉄、珪素鋼、パーマロイ、センダスト等の磁性材料を用いることができる。特に、キュリー温度及び透磁率が高く、加工し易い材料が好ましい。
磁性層が磁性素線からなる場合には、高い透磁率が得られる、加工がし易い、機械的強度が高い、等の観点から、磁性素線が純鉄、軟鉄、又はステンレス鋼で構成されていることが好ましい。
また、磁性層３２は磁性材と樹脂の混練材とすることも可能である（以下の実施形態においても同様である）。これにより、高インダクタンス線３０全体の重量を軽量化することができる。
【００４６】
複数の導体素線３１は、互いに接触しないように近接して配置されて、第１のモジュール及び第２のモジュールに接続される直前にすべての導体素線３１は接続される。この点は図７〜９の導体素線も同様である。できるだけ互いの導体素線３１の間隔が等しくなるように均等に配置されることが望ましい。また、高インダクタンス線３０を構成する導体素線３１の本数および導体素線の断面の直径、各導体素線の間隔の最短距離等は、高インダクタンス線に流す許容電流の量等により適宜設定することができる。
【００４７】
また、環境に合わせて高インダクタンス線を配線するためには、磁性層は可撓性を有することが好ましい。しかし、可撓性がなくとも直線または所望の形状に加工した高インダクタンス線とすることも可能であり、可撓性が必須の要件ではない。
【００４８】
次に図７を用いて、本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２の第２の実施形態に係る高インダクタンス線４０の構成を説明する。第２の実施形態にかかる高インダクタンス線４０においては、各導体素線４１がそれぞれ磁性層４２で被覆されたインダクタンス素線４３が複数集められた構成となっており、外側が電気絶縁材料からなる絶縁層４５で覆われている。
【００４９】
この第２の実施形態では、導体素線４１を１つずつ均等な厚さの磁性層４２で覆うことにより、各インダクタンス素線４３が構成されているので、導体素線同士が接触することがなく、また導体素線４１と磁性層４２の厚さの関係を均等に保つことが可能となる。さらに、複数のインダクタンス素線４３を集めて被覆するだけで製造できるので、高インダクタンス線４０の製造が容易となる。また、各インダクタンス素線４３は、磁性層４２の厚さを容易に変更可能であるので、各導体素線４１の材料や直径、及び磁性層４２の材料に応じて、磁性層４２の最適な厚さとすることが可能である。
インダクタンス素線４３の断面形状は、円形に限らず、例えば正方形、正五角形、正六角形等やその他の多角形としても良い。
【００５０】
次に図８を用いて、本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２の第３の実施形態に係る高インダクタンス線５０の構成を説明する。この実施態様の高インダクタンス線５０は、複数の導体素線５１と、導体素線５１より小さな径の磁性材料からなる磁性素線５２で各導体素線３１の周りを取り囲むにように配置した複数の磁性素線５２とを備え、その外側を電気絶縁層５５で覆った構成となっている。機能的には、磁性素線５２の径は小さい方が好ましい。
第３の実施形態においても、インダクタンス素線４３の断面形状は、円形に限らず、例えば正方形、正五角形、正六角形等やその他の多角形とすることができる。
【００５１】
次に図９に本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２の第４の実施形態に係る高インダクタンス線６０を示す。図９（ａ）は高インダクタンス線６０の断面図を示し、図９（ｂ）は高インダクタンス線６０を構成する一単位であるインダクタンス素線６３を示す斜視図である。高インダクタンス線６０は、インダクタンス素線６３が複数まとめられ、その周囲が電気絶縁材料からなる絶縁層６５で覆われた構造となっている。
各インダクタタンス素線６３は、導体素線６１の外周に磁性材料からなる磁性素線６２をスパイラル状に巻き付けた構造となっている。これにより、磁性素線６２を導体素線６１に巻くことで得られるインダクタンス成分と、式２で得られるインダクタンス成分を得ることができるので、さらに高いインダクタンスを得ることが可能となる。第４の実施形態においても、インダクタンス素線６３の断面形状は、円形に限らず、例えば正方形、正五角形、正六角形等やその他の多角形としても良い。
【００５２】
次に、図１０から図１７を用いて、本発明のノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２のさらに他の実施形態を説明する。
以下に示す高インダクタンス線１２の実施形態では、電気絶縁層で被覆されている電力を供給するための導体を、太い磁性コアの外周に該導体が互いに重ならないようにスパイラル状に巻きつけることにより、高いインダクタンスを得ることのできる高インダクタンス線を提供するものである。
【００５３】
図１０は、本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線１２の他の実施形態示す図である。図１０(ａ)は、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置で使用する高インダクタンス線１２の他の実施形態７０ａの全体概観を示す側面図、（ｂ）は、厚さの薄い帯状の導体９０が磁性コア８０にスパイラル状に巻かれている構造を説明する一部分解斜視図、（ｃ）は高インダクタンス線７０ａの断面構造の一部（１／４）を示す断面斜視図である。
図１１（ａ）〜（ｄ）は、図１０に示す高インダクタンス線７０ａにおいて、磁性コア８０を複数の磁性素線８１を束ねた構造の磁性コア８０ａとした高インダクタンス線７０ｂを示す図である。図１１（ａ）は、高インダクタンス線７０ｂの各部を説明するための部分拡大図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、図１１（ａ）に示す高インダクタンス線の縦断面図と、軸線に沿った断面の一部を示す横断面図、（ｄ）は磁性コア８０ａを構成する磁性素線の一部を示す部分拡大図である。
【００５４】
図１０及び図１１に示す実施形態では、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、電流を流して電力を供給する帯状又は平角形状の導体９０が、太い磁性コア８０の外表面を覆うように、スパイラル状に巻かれている。導体９０は電流を流す導電部９１の外表面が電気絶縁材料からなる絶縁層９２で覆われており、かつ導体９０が相互に重なり合うことのないように磁性コア８０、８０ａにスパイラル状に巻かれている。磁性コア８０は、透磁率の高い磁性材料を線状に一体的に固めた物でも、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように磁性素線８１を複数束ねたものでも良い。
【００５５】
この構成によるインダクタンスＬは、次の式（３）で得ることができる。
2014075897.tif 000004
μは磁性コアの透磁率、μ０は真空中の透磁率、ｌは高インダクタンス線の長さ、Ｎは巻き数である。
【００５６】
本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置においては、回路に必要なインダクタンス分をすべて高インダクタンス線により得ることができることが望ましいが、高インダクタンス線から１００％のインダクタンス分を得ることができなくでも、不足分のインダクタンスを小さなインダクタで補充することにより、全体を縮小軽量化することも可能である。
【００５７】
また、導体表面を流れる電流の変化を、できるだけインダクタンス増に結び付けるために、導体は薄くすることが好ましく、図１０（ｂ）では厚さ０．３ｍｍで、幅ｗ＝５１ｍｍの帯状（リボン状）の導体をスパイラル状に巻きつけた例を示している。磁性コア８０の径ａと導体９０の厚みは、１０：１以上の比率であることが望ましい。
【００５８】
図１０以下の実施形態においても、高インダクタンス線の磁性コアの材料としては、透磁率が高く加工や可撓性に富んだもの、例えば、純鉄、軟鉄線、珪素銅、パーマロイ、センダスト等を使用できる。特に軟鉄線は線状化が容易であり、加工がしやすく可撓性を有する点で利用し易い材料である。      
導体９０の材料としては、銅またはアルミ等の通常使用される材料を用いることができる（他の実施形態の導体についても同様の材料を使用可能である）。
【００５９】
図１２に、磁性コア８０として無垢の磁心を使用した場合と、積層磁心、線条磁心、圧粉磁心をもちいた場合の、鉄損についてのデータを示す。μａは透磁率を示し、νはレイリー定数、Ｗは渦電流損係数、ｎは残留損係数、及び、ｈはヒステリシス損係数をあらわす。この表からわかるように、磁心を線条にすることにより、渦電流を抑制することが可能となるので、磁性コアを線条化することにより、鉄損を低下することができる。
【００６０】
図１３は、鉄の初磁化曲線を示すグラフである。
図１３からわかるように、鉄系の磁心コアを使用する場合には、鉄を磁気飽和させないＨ＜５００[Ａ／ｍ−１]の磁界強度で使用することが好ましい。
この場合、中心磁界強度  Ｈ＝ｎＩであるから、Ｈ＜５００[Ａ／ｍ−１]の場合、１ｍ当たりの巻き数は、ｎ＜[１１回／ｍ] となる。
【００６１】
図１１（ａ）の導体９０は帯状の導体部９１の外表面が電気絶縁層９２で覆われており、磁性コア８０ａとして線条の磁性素線８１の束により構成されている。このように、磁性コア８０ａを線条の複数の複数の磁性素線８１で構成することにより、鉄損を低下させることが可能である。なお各磁性素線８１は、図１１（ｄ）に示すように、磁性体８２の外表面が電気絶縁被膜８３で覆われている構造とすることが好ましい。各磁性素線８１の直径は例えば１００ミクロン程度とすることができる。
なお、図１１（ｄ）においては、磁性素線８１の断面形状が円形の例を示しているが、断面は円形に限らず、例えば正方形、正五角形、正六角形等やその他の多角形としても良い。
【００６２】
図１４は、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線の他の実施形態を示す断面図である。左側に示す断面図は、この実施形態に係る高インダクタンス線７０ｃを、長さ方向に対して垂直に切断した状態を示しており、右側に示す断面図は軸方向に沿った断面の一部を示している。
この実施形態では、導体９３は、図１０及び図１１に示す導体９０と同じ帯状の導体を用いている。導体部９４とその外表面を覆う絶縁層９５を備えている。
磁性コア８５は、磁性材料を粉末化して固めたものまたは粉末化した磁性材料と樹脂を混ぜた混練材を固めたものである。このように磁性材料を粉末化することにより、透磁率の周波数依存性を減らすことが可能となる。
【００６３】
図１５は、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態７０ｄを示す断面図であり、左側に高インダクタンス線７０ｄの軸方向に対して垂直に切断した状態の断面図を示し、右側に軸方向に沿った断面の一部を示す断面図を示している。
この実施形態においては磁性コア８０ａが、図１１に示す実施形態と同じように絶縁層を有する磁性素線８１の束により構成されている例を示している。しかし、磁性コア８０ａの該表面をスパイラル状に巻回する導体９６の断面形状が円形となっている点が図１１の実施形態と異なっている。このように導体９６の断面を円形にすることにより、巻き数Ｎを増加させることが可能となる。
図１５では磁性コア８０を磁性素線８７の束で構成した例を示したが、磁性コアを一種類の磁性材料から一体的に形成された太い一本の線条の磁性コアとしても良く、また、図１４と同様に磁性材料と樹脂を混ぜた混練材を固めた磁性コア８５を用いてもよい。
【００６４】
図１６は、本願発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置に使用する高インダクタンス線のさらに他の実施形態７０ｅを示す斜視図であり、図１７は高インダクタンス線のさらに他の実施形態７０ｆを示す横断面図である。
【００６５】
図１６に示す高インダクタンス線７０ｅは、３本の互いに独立分離した導体９６ａ〜９６ｃを、磁性コア８０の外表面上に、軸方向に沿って互いに交互にかつ同方向にスパイラル状に巻き付けた構成となっている。このように独立した３本の導体を同方向に交互に巻きつけることにより、位相の異なる３相を３本の導体９６ａ、９６ｂ、９６ｃでそれぞれ伝送できるので、一本の高インダクタンス線７０ｅにより３相を伝送することが可能となる。
磁性コア８０は、磁性材料を粉末化して固めたものまたは粉末化した磁性材料と樹脂を混ぜた混練材を固めたもの、または磁性素線の束で構成したもの等を用いることができる。
【００６６】
図１６に示す実施形態では、３本の導体９６ａ〜９６ｃを軸方向に沿ってそれぞれ水平かつ同方向に交互に巻き付けているが、図１７に示すように、３本の導体９６ａ〜９６ｃを軸方向に垂直な方向に３段重ね合わせて巻きつける構成としても良い。
【００６７】
図１６及び図１７の実施形態では、３本の導体９６ａ〜９６ｃをスパイラル状に巻回する構成を示したが、導体は３本に限られることなく、所望の数を適宜複数本巻きつける構成とすることができる。
【００６８】
また、図１６に示す構成では、磁性コア８０の外周を絶縁層８８で覆い、その外周を巻回する導体９６ａ〜９６ｃの外周をさらに絶縁層９９で覆う構成としている。これと同様に、図１０、図１３、及び図１４等に示す高インダクタンス線７０ａ〜７０ｄ等においても、磁性コアと導体の間及び外周に絶縁層８８、９０を設ける構成とすることができる。
【００６９】
図１８は図１６又は図１７に示す一本の高インダクタンス線７０ｅ、７０ｆを用いて、インバータ１０６と三相で駆動されるモータ１０７の接続に使用した場合の接続状態を概念的に示した模式図である。このように、三相を一本の高インダクタンス線で伝送することが可能となる。
【００７０】
なお、上述の実施形態１乃至４の高インダクタンス線と同様に、高インダクタンス線を自由に配線するためには、磁性層は可撓性を有することが好ましい。しかし、可撓性がなくとも直線または所望の形状に加工した高インダクタンス線とすることも可能であり、可撓性は必須の要件ではない。
【００７１】
本発明に係るノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置によるノイズ抑制効果、及びサージ電圧の抑制効果を測定した結果について、図１９から図２２を用いて説明する。
図１９は、測定に用いた装置であり、スペクトラムアナライザ１１０より信号を発信して測定サンプルＳ１より放射されるノイズレベルを電流クランプ１１１及びスペクトラムアナライザ１１０を用いて測定する。信号の反射を抑えるため終端抵抗１１３に５０Ωの抵抗を装着する。
【００７２】
図２０は、ノイズ除去効果を示すグラフである。ノイズ測定には、図１９に示す構成の装置を用いた。測定サンプルとしては、図１６に示す構成の高インダクタンス線を用いた。測定サンプルＳ１として使用する高インダクタンス線の仕様は、以下の通りである。
高インダクタンス線の導体は銅からなる通常被覆線であり、６本の導体が磁性コアの表面に同方向にスパイラルに巻かれている。導体１本当たりの断面積は１．７ｍｍ２、ケーブル長は２ｍである。測定は、６本の導体中の２本を１束として接続して測定を行った。磁性コアは磁性素線の束からなり、磁性コアの直径は１５ｍｍである。
【００７３】
図２０のグラフからわかる通り、ノイズが発生するとされる１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの間で通常被覆撚り線よりも―１０ｄＢ程度のノイズ抑制効果が確認されることから、この高インダクタンス線を使用することにより、ノイズ抑制効果を満たすことが可能である。
【００７４】
図２２は、サージ電圧の抑制効果を示すグラフであり、図２１はそのサージ波形測定した装置の模式図である。サージ電圧波形の測定は、図２１に示すように、２００Ｖの三相交流源１１６に接続された三相交流２００Ｖインバータ１０６と、三相交流２００Ｖ駆動誘導モータ１０７と、波形測定装置１１５とで構成されており、インバータ１０６とモータ１０７間は３０mの３本の通常被覆撚り線の電線１０８ａ〜ｃで接続したものを使用した。電圧の測定はモータ１０７の接続端子Ｕ−Ｖ相間で測定を行った。測定サンプルＳ２である交流リアクトル又は高インダクタンス線はインバータ-１０６と電線１０８ａ〜ｃ間に接続して、インバータの駆動周波数を５０ＨＺ、キャリア周波数は１５ＫＨｚとしモータの軸は開放の状態で回転が安定した後、サージ電圧波形を測定した。
【００７５】
測定サンプルとして用いた高インダクタンス線Ｓ２は、図１６と同様の構成のものを用いた。但し、１本の導体が磁性コアの表面にスパイラル状に巻回されており、導体は被覆銅丸線からなる直径２ｍｍの通常被覆線からなり、断面積は３ｍｍ２、ケーブル長５ｍのものを用い、交流リアクトルと同等の１．４ｍＨのインダクタンスを持つ構造とした。また、磁性コアは磁性素線の束からなり直径９ｍｍのものを使用した。
【００７６】
サージ電圧抑制機能として、サージ電圧ピーク値を駆動電圧の最大値程度（２００Ｖ駆動の場合３００Ｖ程度）に抑制することが要求されるところ、図２２のグラフからわかる通り、本発明の高インピーダンス線を用いることにより、サージ電圧抑制効果として、十分にピーク値を下げることができている（電線のみ５１４Ｖに対して、高インダクタンス線は３３０Ｖ、交流リアクトルは３２１Ｖである）。したがって、この高インダクタンス線を使用することにより、これら要求を満たすことが可能である。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ・・・・・・・・・・・ノイズ抑制機能を備えた電力伝送装置
１１  ・・・・・・・・・・・第１のモジュール
１２  ・・・・・・・・・・・高インダクタンス線
１３  ・・・・・・・・・・・第２のモジュール
１４  ・・・・・・・・・・・通常ハーネス
３０、４０、５０、６０、７０ａ〜ｆ・・・高インダクタンス線
３１、４１、５１、６１・・・導体素線
３７ａ、９０、９３、９６・・導体
３７ｂ  ・・・・・・・・・・磁性体
３２、４２  ・・・・・・・・磁性層
５２、６２、８１、８７・・・磁性素線
８０、８０ａ・・・・・・・・磁性コア
４３、６３  ・・・・・・・・インダクタンス素線
【図１】
2014075897.tif 000005
【図２】
2014075897.tif 000006
【図３】
2014075897.tif 000007
【図４】
2014075897.tif 000008
【図５】
2014075897.tif 000009
【図６】
2014075897.tif 000010
【図７】
2014075897.tif 000011
【図８】
2014075897.tif 000012
【図９】
2014075897.tif 000013
【図１０】
2014075897.tif 000014
【図１１】
2014075897.tif 000015
【図１２】
2014075897.tif 000016
【図１３】
2014075897.tif 000017
【図１４】
2014075897.tif 000018
【図１５】
2014075897.tif 000019
【図１６】
2014075897.tif 000020
【図１７】
2014075897.tif 000021
【図１８】
2014075897.tif 000022
【図１９】
2014075897.tif 000023
【図２０】
2014075897.tif 000024
【図２１】
2014075897.tif 000025
【図２２】
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