(57)【要約】【課題】ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能な電力伝送ケーブルを提供する。【解決手段】Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗは接地線１４ｇに対して対称になるように配置するとともに、Ｕ相電力線１５ｕ、Ｖ相電力線１５ｖおよびＷ相電力線１５ｗは接地線１５ｇに対して対称になるように配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地線として用いられる第１の導線と、
電力線として用いられる第２の導線とを備え、
前記第２の導線は前記第１の導線に対して対称になるように配置されていることを特徴とする電力伝送ケーブル。
【請求項２】
前記第２の導線は前記第１の導線を中心として互いに等間隔になるように同心円上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力伝送ケーブル。
【請求項３】
前記第２の導線は前記第１の導線と交互に等間隔で配置されるようにして同心円上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力伝送ケーブル。
【請求項４】
半導体スイッチング素子によるスイッチング動作に基づいて直流を交流に変換するインバータと、
電力線として用いられる導線が、接地線として用いられる導線に対して対称になるように配置され、前記インバータに電力を伝送する電力伝送ケーブルとを備えることを特徴とする電力伝送ケーブルを用いた電力変換装置。
【請求項５】
電力線として用いられる導線が、接地線として用いられる導線に対して対称になるように電力伝送ケーブルを電気機器に結線することを特徴とする電力伝送ケーブルの結線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力伝送ケーブル、電力伝送ケーブルを用いた電力変換装置および電力伝送ケーブルの結線方法に関し、特に、電力伝送ケーブルの電磁波ノイズ対策に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器には、通常では電力伝送ケーブルを介して電源から電力が供給される。また、複数の電気機器を用いる場合、それらの電気機器は電力伝送ケーブルを介して接続される。ここで、電力伝送ケーブルとしては、多芯ケーブルを用いるのが一般的であり、３相交流電源であれば、３相４線ケーブルが用いられることがある。
図７は、従来の３相４線ケーブルの概略構成を示す断面図である。
図７において、３相４線ケーブルでは、４本の導線１０１〜１０４が設けられ、これらの導線１０１〜１０４はシース層１０５にて束ねられている。そして、これらの４本の導線１０１〜１０４のうち、３本の導線１０１〜１０３はＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いられ、他の１本の導線１０４は接地線として用いられる。
【０００３】
図８は、電力伝送ケーブルに用いられる導線の構成例を示す断面図である。
図８において、電力伝送ケーブルに用いられる導線１１１には、電力を伝送する導体１１１ａが設けられ、導体１１１ａは絶縁体１１１ｂにて周囲を覆われている。
そして、例えば、インバータをモータで駆動する場合、電源とインバータとの間およびインバータとモータとの間が、図７の電力伝送ケーブルにて接続される。
ここで、インバータでは、半導体スイッチング素子のスイッチング動作にて電力変換が行われ、そのスイッチング動作に伴ってノイズが発生する。このようなノイズは、周辺機器の誤動作などを引き起こすため、ノイズフィルタなどを用いてノイズ対策が行われる。
【０００４】
また、ＥＭＣ規格によって、システムとしてあるノイズレベル以下でなければその域内への流通が制限されることから、インバータが搭載された制御盤やシステムでは、認定機関などにおいてＥＭＣ試験が実施され、ノイズレベルが測定される。
このようなノイズレベルは、電力伝送ケーブルの種類や長さあるいは引き回し方法などによって変化することがあり、ノイズフィルタを用いてノイズ対策が施されたインバータであっても、ＥＭＣ試験によってノイズレベルがＥＭＣ規格を満たさないという結果が得られることがあり、改めてノイズ対策を施す必要があった。また、このようなノイズを把握することは難しく、ノイズ対策はしばしば試行錯誤を繰り返すことがあった。
【０００５】
また、例えば、特許文献１には、４本の絶縁線芯を星形カッド状に撚り合わせ、その外側に押さえ絶縁層、電磁シ−ルド層、その外側に熱可塑性樹脂製シース層を順次被覆する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１４４５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電力伝送ケーブルでは、その幾何学的構造から各相のインダクタンスや容量がアースに対して非対称であることから、ノーマルモード（電源ラインを伝播する成分）とコモンモード（アース線を導通する成分）との間で転化が起こることがある。このため、電力伝送ケーブルを介して接続された電気機器から発生するノイズの把握が困難となり、ノイズ対策が複雑化するとともに、電力伝送ケーブルの種類や長さなどが変わると、電力伝送ケーブルのインダクタンスや容量が変化することから、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化の起こり方が変化し、ノイズ対策の繰り返しが必要となるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能な電力伝送ケーブル、電力伝送ケーブルを用いた電力変換装置および電力伝送ケーブルの結線方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の電力伝送ケーブルによれば、接地線として用いられる第１の導線と、電力線として用いられる第２の導線とを備え、前記第２の導線は前記第１の導線に対して対称になるように配置されていることを特徴とする。
また、請求項２記載の電力伝送ケーブルによれば、前記第２の導線は前記第１の導線を中心として互いに等間隔になるように同心円上に配置されていることを特徴とする。
また、請求項３記載の電力伝送ケーブルによれば、前記第２の導線は前記第１の導線と交互に等間隔で配置されるようにして同心円上に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４記載の電力伝送ケーブルを用いた電力変換装置によれば、半導体スイッチング素子によるスイッチング動作に基づいて直流を交流に変換するインバータと、電力線として用いられる導線が、接地線として用いられる導線に対して対称になるように配置され、前記インバータに電力を伝送する電力伝送ケーブルとを備えることを特徴とする。
また、請求項５記載の電力伝送ケーブルの結線方法によれば、電力線として用いられる導線が、接地線として用いられる導線に対して対称になるように電力伝送ケーブルを電気機器に結線することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、電力伝送ケーブルにおける各相のインダクタンスや容量をアースに対して対称化することが可能となり、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となることから、電力伝送ケーブルを介して接続された電気機器から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る電力伝送ケーブルについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
図１において、三相交流電源１１は、整流器１２を介してインバータ１３に接続され、インバータ１３はモータ１４に接続されている。ここで、整流器１２には、整流ダイオードＤ１〜Ｄ６および平滑コンデンサＣ１が設けられるとともに、インバータ１３には、スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６およびスイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤ１１〜Ｄ１６が設けられている。
【００１１】
なお、スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６としては、例えば、電界効果型トランジスタやバイポーラトランジスタあるいはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができる。
ここで、三相交流電源１１からのＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流は、Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗをそれぞれ介して整流器１２に伝送されるとともに、三相交流電源１１および整流器１２は接地線１４ｇを介して接地されている。また、インバータ１３にて生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流は、Ｕ相電力線１５ｕ、Ｖ相電力線１５ｖおよびＷ相電力線１５ｗをそれぞれ介してモータ１４に伝送されるとともに、インバータ１３およびモータ１４は接地線１５ｇを介して接地されている。
【００１２】
ここで、Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗは接地線１４ｇに対して対称になるように配置するとともに、Ｕ相電力線１５ｕ、Ｖ相電力線１５ｖおよびＷ相電力線１５ｗは接地線１５ｇに対して対称になるように配置することができる。例えば、Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗは接地線１４ｇを中心として互いに等間隔になるように同心円上に配置することができ、Ｕ相電力線１４ｕと接地線１４ｇとの距離ｌｕ、Ｖ相電力線１４ｖと接地線１４ｇとの距離ｌｖおよびＷ相電力線１４ｗと接地線１４ｇとの距離ｌｗは互いに等しくなるように設定するとともに、Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗの断面形状は互いに等しくなるように構成することができる。
【００１３】
そして、三相交流電源１１にて生成された交流電圧はＵ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗを介して整流器１２に伝送され、整流器１２にて直流電圧に変換される。そして、整流器１２にて生成された直流電圧は、インバータ１３にて交流電圧に変換され、Ｕ相電力線１５ｕ、Ｖ相電力線１５ｖおよびＷ相電力線１５ｗを介してモータ１４に伝送される。
【００１４】
これにより、Ｕ相電力線１４ｕ、Ｖ相電力線１４ｖおよびＷ相電力線１４ｗにおける各相のインダクタンスや容量を接地線１４ｇに対して対称化することが可能となるとともに、Ｕ相電力線１５ｕ、Ｖ相電力線１５ｖおよびＷ相電力線１５ｗにおける各相のインダクタンスや容量を接地線１５ｇに対して対称化することが可能となる。このため、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となり、インバータ１３から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
【００１５】
図２は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
図２において、三相交流電源１１は３芯ケーブル２４を介して整流器１２に接続されるとともに、インバータ１３は３芯ケーブル２５を介してモータ１４に接続されている。
ここで、３芯ケーブル２４には、Ｕ相電力線２４ｕ、Ｖ相電力線２４ｖおよびＷ相電力線２４ｗとして使用される電線が設けられるとともに、３芯ケーブル２５には、Ｕ相電力線２５ｕ、Ｖ相電力線２５ｖおよびＷ相電力線２５ｗとして使用される電線が設けられている。
【００１６】
そして、三相交流電源１１からのＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流は、Ｕ相電力線２４ｕ、Ｖ相電力線２４ｖおよびＷ相電力線２４ｗをそれぞれ介して整流器１２に伝送されるとともに、三相交流電源１１および整流器１２は接地線２４ｇを介して接地されている。また、インバータ１３にて生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流は、Ｕ相電力線２５ｕ、Ｖ相電力線２５ｖおよびＷ相電力線２５ｗをそれぞれ介してモータ１４に伝送されるとともに、インバータ１３およびモータ１４は接地線２５ｇを介して接地されている。
【００１７】
ここで、３芯ケーブル２４を構成するＵ相電力線２４ｕ、Ｖ相電力線２４ｖおよびＷ相電力線２４ｗは接地線１４ｇに対して対称になるように配置するとともに、３芯ケーブル２５を構成するＵ相電力線２５ｕ、Ｖ相電力線２５ｖおよびＷ相電力線２５ｗは接地線２５ｇに対して対称になるように配置することができる。
これにより、多芯ケーブルを用いた場合においても、各相のインダクタンスや容量をアースに対して対称化することが可能となり、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となることから、インバータ１３から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
【００１８】
図３（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図、図３（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
図３（ａ）において、３相４線ケーブルには、４本の導線３１〜３４が設けられ、これらの導線３１〜３４はシース層３５にて束ねられている。そして、これらの４本の導線３１〜３４のうち、３本の導線３１〜３３はＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いるとともに、他の１本の導線３４は接地線として用いることができる。ここで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として３本の導線３１〜３３を用いる場合、これらの３本の導線３１〜３３は、接地線として用いられる１本の導線３４に対して対称になるように配置することができ、例えば、電力線として用いられる３本の導線３１〜３３は、接地線として用いられる１本の導線３４を中心として互いに等間隔になるように同心円上に配置することができる。
【００１９】
これにより、接地線を含む多芯ケーブルを用いた場合においても、各相のインダクタンスや容量をアースに対して対称化することが可能となり、布線時の取り扱い性を向上させつつ、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となることから、電気機器から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
なお、上述した実施形態では、電力線として用いられる導線３１〜３３と、接地線として用いられる導線３４との形状や断面積を同一とする方法を例にとって説明したが、電力線として用いられる導線３１〜３３と、接地線として用いられる導線３４との形状や断面積は互いに異なっていてもよい。
【００２０】
また、図３（ｂ）において、３相４線ケーブルには、４本の導線４１〜４４が設けられ、これらの導線４１〜４４はシース層４５にて束ねられている。そして、これらの４本の導線４１〜４４のうち、３本の導線４１〜４３はＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いるとともに、他の１本の導線４４は接地線として用いることができる。ここで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として３本の導線４１〜４３を用いる場合、これらの３本の導線４１〜４３は、接地線として用いられる１本の導線４４に対して対称になるように配置することができ、例えば、電力線として用いられる３本の導線４１〜４３は、接地線として用いられる１本の導線４４を中心として互いに等間隔になるように変形させながら同心円上に配置することができる。
なお、上述した実施形態では、３相４線ケーブルを例にとって説明したが、電力伝送ケーブルの芯数や相数には制約はなく、芯数や相数は任意であってもよい。また、電力伝送ケーブルの形状や構成材料には制約はない。
【００２１】
図４は、本発明の第５実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
図４において、１２芯ケーブルには、１２本の導線５１〜６２が設けられ、これらの導線５１〜６２はシース層６３にて束ねられている。そして、これらの１２本の導線５１〜６２のうち、３本の導線５１〜５３はＵ相の電力線、３本の導線５４〜５６はＶ相の電力線、３本の導線５７〜５９はＷ相の電力線として用いるとともに、他の３本の導線６０〜６２は接地線として用いることができる。
【００２２】
ここで、１２芯ケーブルを用いる場合、Ｕ相の電力線として用いられる３本の導線５１〜５３、Ｖ相の電力線として用いられる３本の導線５４〜５６およびＷ相の電力線として用いられる３本の導線５７〜５９は、接地線として用いられる３本の導線６０〜６２に対して対称になるように配置することができ、例えば、Ｕ相の電力線として用いられる３本の導線５１〜５３、Ｖ相の電力線として用いられる３本の導線５４〜５６およびＷ相の電力線として用いられる３本の導線５７〜５９は、接地線として用いられる３本の導線６０〜６２を中心として互いに等間隔になるように同心円上に配置することができる。
【００２３】
あるいは、１２本の導線５１〜６２のうち、１本の導線６０はＵ相の電力線、１本の導線６１はＶ相の電力線、１本の導線６２はＷ相の電力線として用いるとともに、他の９本の導線５１〜５９は接地線として用いるようにしてもよい。
そして、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いられる３本の導線６０〜６２を中心として、接地線として用いられる９本の導線５１〜５９が互いに等間隔になるように同心円上に配置することができる。
【００２４】
これにより、１２芯ケーブルを３相に用いた場合においても、各相のインダクタンスや容量をアースに対して対称化することが可能となり、布線時の取り扱い性を向上させつつ、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となることから、電気機器から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
【００２５】
図５は、本発明の第６実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
図５において、６芯ケーブルには、６本の導線７１〜７６が設けられ、これらの導線７１〜７６はシース層７７にて束ねられている。そして、これらの６本の導線７１〜７６のうち、１本の導線７１はＵ相の電力線、１本の導線７３はＶ相の電力線、１本の導線７５はＷ相の電力線として用いるとともに、他の３本の導線７２、７４、７６は接地線として用いることができる。
【００２６】
ここで、６芯ケーブルを用いる場合、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いられる３本の導線７１、７３、７５は、接地線として用いられる３本の導線７２、７４、７６に対して対称になるように配置することができ、例えば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力線としてそれぞれ用いられる３本の導線７１、７３、７５と、接地線として用いられる３本の導線７２、７４、７６とはそれぞれ交互に等間隔で配置されるようにして同心円上に配置することができる。
【００２７】
これにより、６芯ケーブルを３相に用いた場合においても、各相のインダクタンスや容量をアースに対して対称化することが可能となり、布線時の取り扱い性を向上させつつ、ノーマルモードとコモンモードとの間の転化を抑制することが可能となることから、電気機器から発生するノイズの把握を容易化することが可能となるとともに、各相のノイズレベルのバラツキを低減することができ、ノイズ対策の効率化や簡素化を実現することができる。
【００２８】
図６は、図５の電力伝送ケーブルの雑音端子電圧測定値を従来例と比較して示す図である。なお、図６（ａ）は、図５の６芯ケーブルにおいて、導線７１、７３、７５はそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として用いるとともに、導線７２、７４、７６は接地線として用いた場合、図６（ｂ）は、図５の６芯ケーブルにおいて、導線７４、７５、７６はそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として用いるとともに、導線７１〜７３は接地線として用いた場合を示す。
【００２９】
そして、図１のインバータ駆動モータシステムにおいて、三相交流電源１１と整流器１２との間の電力伝送ケーブルとして図５の６芯ケーブルを用いた時の雑音端子電圧測定値を測定した。
図６において、図５の６芯ケーブルの導線７４、７５、７６はそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として用いるとともに、導線７１〜７３は接地線として用いた場合に比べ、図５の６芯ケーブルの導線７１、７３、７５はそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相の電力線として用いるとともに、導線７２、７４、７６は接地線として用いた場合には、相間のノイズレベルのばらつきが低減していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図、図３（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第５実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第６実施形態に係る電力伝送ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図６】図５の電力伝送ケーブルの雑音端子電圧測定値を従来例と比較して示す図である。
【図７】従来の３相４線ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図８】電力伝送ケーブルに用いられる導線の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  三相交流電源
１２  整流器
１３  インバータ
１４  モータ
１４ｕ、１５ｕ、２４ｕ、２５ｕ  Ｕ相電力線
１４ｖ、１５ｖ、２４ｖ、２５ｖ  Ｖ相電力線
１４ｗ、１５ｗ、２４ｗ、２５ｗ  Ｗ相電力線
１４ｇ、１５ｇ  接地線
２４、２５  ３芯ケーブル
３１〜３４、４１〜４４、５１〜６２、７１〜７６  導線
３５、４５、６３、７７  シース層
【図１】
2008176976.tif 000003
【図２】
2008176976.tif 000004
【図３】
2008176976.tif 000005
【図４】
2008176976.tif 000006
【図５】
2008176976.tif 000007
【図６】
2008176976.tif 000008
【図７】
2008176976.tif 000009
【図８】
2008176976.tif 000010