(57)【要約】【課題】サージノイズを十分に抑制できるケーブルおよび該ケーブルを用いたモータ駆動制御システムを提供する。【解決手段】導体線１２と、絶縁体１４と、導体線１２の長手方向に沿って絶縁体１４を介して配置された金属体１６とを有し、金属体１６が配置された１つ以上の領域（Ｉ）と、金属体１６が配置されていない１つ以上の領域（II）とが、導体線１６の長手方向に交互に存在するケーブル１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体線と、絶縁体と、前記導体線の長手方向に沿って前記絶縁体を介して配置された金属体とを有し、
前記金属体が配置された１つ以上の領域（Ｉ）と、前記金属体が配置されていない１つ以上の領域（II）とが、前記導体線の長手方向に交互に存在する、ケーブル。
【請求項２】
インバータとモータとを繋ぐためのモータ駆動ケーブルであって、
各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線の長手方向の長さが、前記インバータから出力される制御パルスの波長の１／１００以下である、請求項１に記載のケーブル。
【請求項３】
複数条の絶縁心線を有するケーブルであって、
各絶縁心線が、それぞれ前記導体線と、前記絶縁体と、前記金属体とを有し、
各絶縁心線における各領域（Ｉ）および各領域（II）の前記ケーブルの長手方向の位置が、すべての絶縁心線においてそれぞれ同じ位置とされている、請求項１または２に記載のケーブル。
【請求項４】
前記金属体が、金属薄膜である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のケーブル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のケーブルと、
インバータと、
該インバータによって駆動が制御されるモータと
を備え、
前記ケーブルの導体線の一方の端部が、前記インバータの端子に接続され、
前記ケーブルの導体線の他方の端部が、前記モータの端子に接続された、モータ駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルおよび該ケーブルを用いたモータ駆動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータによってモータの駆動が制御されるモータ駆動制御システムにおいては、最近、制御パルスのライズタイムが早まり、また高電圧化している。そのため、インバータとモータとがケーブルによって接続されたモータ駆動制御システムにおいては、ケーブルとモータとの間やケーブルとインバータとの間のインピーダンス不整合によってこれらの接続点にて反射波が発生し、ケーブル内で共鳴することによって、サージノイズが発生する。そして、サージノイズによって、以下の問題が生じる。
・インバータとモータとを接続するケーブルにおける制御パルスの信号品質を落とし、駆動制御信号が正確に伝わらない。
・ケーブルから放射ノイズが発生し、周辺機器が誤動作を起こす。
・サージノイズのピーク電圧の上昇に伴い、導体線の周囲に存在する絶縁体の劣化を促進し、絶縁性の低下をもたらす。
【０００３】
サージノイズが抑制されたモータ駆動ケーブルとしては、例えば、下記のものが提案されている。
（１）モータに接続される主線と、一端がモータ側の主線から分岐し、他端が開放した補助線とを組み合わせた反射型サージ抑制ケーブル（特許文献１）。
（２）モータに接続される主線の近傍に、グランドに接続される電流リターン線を隣接させたモータ駆動ケーブル（特許文献２）。
【０００４】
（１）のケーブルにおいては、高域ノイズ成分を抑制するために、抵抗およびまたはインダクタンスを増加させるような、抵抗が大きく、複素透磁率が大きな材料を補助線にメッキしている。そして、ケーブルとモータとの接続点にて反射したノイズ電流を、補助線に導き、サージノイズを熱エネルギに変えて抑制するとされている。
しかし、ケーブルとモータとの間のインピーダンス不整合によって発生したノイズ電流は、異なるインピーダンスを有する補助線においても反射するため、また実際に使用するケーブル長、モータの種類等でインピーダンスが異なるため、インピーダンスの適合が難しく、ノイズ電流を補助線に十分に導入することができない。そのため、サージノイズの抑制効果が小さいものとなる。
【０００５】
（２）のケーブルにおいては、電流リターン線の断面積は、十分なリターンパスとしての機能を発揮するために、主線の断面積の１／３より大きくされている。そして、低いループインダクタンスによって、効果的に不要な高周波漏れ電流をインバータに戻し、周辺機器の誤動作を防止できるとされている。
しかし、低いインピーダンスでリターンパスを形成したとしても、（１）のケーブルと同様に反射が生じてしまうため、高周波漏れ電流をインバータに戻すことは難しく、また、戻った高周波漏れ電流は、再度インピーダンスの異なるインバータ側で反射してしまう。そのため、サージノイズの抑制には十分な効果がない。
【０００６】
また、ケーブルには、軽量で、フレキシビリティを有することが求められるが、（１）、（２）のケーブルにおいては、補助線または電流リターン線の断面積が大きいため、軽量化やフレキシビリティを満足するものではない。さらに、ケーブルをモータ等の機器に接続する際には、主線を外部端子に接続するほか、補助線等も外部端子に接続しなければならず、接続作業が煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１３１６８６号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０４１７０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、サージノイズを十分に抑制できるケーブルおよび該ケーブルを用いたモータ駆動制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のケーブルは、導体線と、絶縁体と、前記導体線の長手方向に沿って前記絶縁体を介して配置された金属体とを有し、前記金属体が配置された１つ以上の領域（Ｉ）と、前記金属体が配置されていない１つ以上の領域（II）とが、前記導体線の長手方向に交互に存在することを特徴とする。
【００１０】
本発明のケーブルは、インバータとモータとを繋ぐためのモータ駆動ケーブルであって、各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線の長手方向の長さが、前記インバータから出力される制御パルスの波長の１／１００以下であることが好ましい。
本発明のケーブルは、複数条の絶縁心線を有するケーブルであって、各絶縁心線が、それぞれ前記導体線と、前記絶縁体と、前記金属体とを有し、各絶縁心線における各領域（Ｉ）および各領域（II）の前記ケーブルの長手方向の位置が、すべての絶縁心線においてそれぞれ同じ位置とされていることが好ましい。
前記金属体は、金属薄膜であることが好ましい。
【００１１】
本発明のモータ駆動制御システムは、本発明のケーブルと、インバータと、該インバータによって駆動が制御されるモータとを備え、前記ケーブルの導体線の一方の端部が、前記インバータの端子に接続され、前記ケーブルの導体線の他方の端部が、前記モータの端子に接続されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のケーブルおよびモータ駆動制御システムによれば、サージノイズを十分に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のケーブルの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のケーブルを構成する絶縁心線の一例を示す側面図である。
【図３】本発明のケーブルに金属体を配置する際に用いられる金属薄膜付きスリットテープを示す上面図である。
【図４】本発明のモータ駆動制御システムの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜ケーブル＞
図１は、本発明のケーブルの一例を示す断面図である。ケーブル１は、断面円形の４条の絶縁心線１０と、平行に延びる４条の絶縁心線１０からなる絶縁心線束を囲むシース２０と、絶縁心線１０および絶縁心線１０とシース２０との間に充填された介在物３０とを有する。
【００１５】
（絶縁心線）
絶縁心線１０は、導体線１２と、導体線１２を被覆する絶縁体１４と、導体線１２の長手方向に沿って絶縁体１４を介して配置された、絶縁体１４を被覆する金属体１６とを有する。
【００１６】
絶縁心線１０には、図２に示すように、金属体１６が配置された複数の領域（Ｉ）および金属体１６が配置されていない複数の領域（II）が、導体線１２の長手方向に交互に存在する。
領域（Ｉ）と領域（II）とでは、金属体１６の有無によって絶縁心線１０のインピーダンスが異なるため、領域（Ｉ）と領域（II）との間のインピーダンス不整合によって領域（Ｉ）と領域（II）との境界にて故意に反射波が発生するようにされている。
【００１７】
ケーブル１が、後述するインバータとモータとを繋ぐためのモータ駆動ケーブルである場合、各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線１２の長手方向の長さは、インバータから出力される制御パルスの波長の１／１００以下が好ましく、該波長の１／２００以下がより好ましい。
【００１８】
各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線１２の長手方向の長さがインバータから出力される制御パルスの波長の１／１００以下であれば、領域（Ｉ）と領域（II）との間、ケーブルとモータとの間、ケーブルとインバータとの間のインピーダンス不整合によって反射波が発生しても、該反射波が共鳴しにくく、定在波となりにくいため、サージノイズをさらに抑制できる。
【００１９】
なお、反射波が発生する箇所の数を抑える点からは、各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線１２の長手方向の長さは、３ｍ以上が好ましい。
インバータから出力される制御パルスの波長は、インバータから出力される制御パルスの周波数から計算によって求める。
【００２０】
また、複数条の絶縁心線を有するケーブル１の場合、例えば、図４に示すように、各絶縁心線１０における各領域（Ｉ）および各領域（II）のケーブル１の長手方向の位置が、すべての絶縁心線１０においてそれぞれ同じ位置とされていることが好ましい。絶縁心線１０ごとに各領域（Ｉ）および各領域（II）の位置がずれてしまうと、ケーブル１全体で見たときに、ある絶縁心線１０の領域（Ｉ）位置と他の絶縁心線１０の領域（II）の位置とが重なり、インピーダンスが平均化されてしまうため、領域（Ｉ）と領域（II）との間においてインピーダンス不整合による反射波が発生しにくくなるおそれがある。
【００２１】
（導体線）
導体線１２の材料としては、導電性の高い金属（銅、アルミニウム等）が好ましい。
導体線１２の断面形状は、通常、略円形である。略円形の導体線１２は、円形の開口を有するダイス中を引き抜くことで作製された単線のものであってもよく、複数の細線を束ねた撚線であってもよい。撚線の場合、その断面は表面が粗面化した略円形と見なすことができる。円形が崩れ、楕円、三角形等の異形状になっても構わない。
【００２２】
（絶縁体）
絶縁体１４の材料は、通常、樹脂またはゴム弾性体である。絶縁体１４の材料としては、具体的には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、フッ素樹脂、熱可塑性エラストマー、シリコーン樹脂等が挙げられる。
絶縁体１４の体積抵抗は、１×１０６Ω以上が好ましい。
【００２３】
（金属体）
金属体１６の材料としては、導電性の高い金属（アルミニウム、銅等）が好ましい。
金属体１６は、ケーブル１の軽量化やフレキシビリティの点から、金属薄膜が好ましい。金属薄膜としては、金属箔、金属蒸着膜等が挙げられ、軽量化やフレキシビリティの点から、金属蒸着膜が特に好ましい。
【００２４】
（ケーブルの製造）
絶縁心線１０は、導体線１２と絶縁体１４の材料（樹脂等）とを共押し出しして金属体１６が配置されていない絶縁心線本体を製造した後、（ｉ）図３に示すような、フィルム４２の表面に金属体１６（金属蒸着膜）が形成された領域と、金属体１６（金属蒸着膜）が形成されていない領域とが、長手方向に交互に存在するスリットテープ４０を、絶縁心線本体の長手方向に少しずつずらしながら絶縁心線本体の表面に捲回する、または、（ii）絶縁心線本体の表面に金属を蒸着して金属体１６（金属蒸着膜）形成することによって製造される。
【００２５】
ケーブル１は、例えば、シース２０の材料の押し出しと同時に、あらかじめ準備された絶縁心線１０および介在物３０を共押し出しすることによって製造される。
【００２６】
（作用効果）
以上説明したケーブル１にあっては、導体線１２の長手方向に沿って絶縁体１４を介して配置された金属体１６を有し、かつ金属体１６が配置された領域（Ｉ）と、金属体１６が配置されていない領域（II）とが、導体線１２の長手方向に交互に存在するため、下記の理由から、サージノイズを十分に抑制できる。
【００２７】
理由：
インバータの出力インピーダンスは、通常、数Ωであり、インバータから出力される制御パルスの周波数（キャリア周波数）は、通常、１ｋ〜５０ｋＨｚである。また、モータのインピーダンスは、出力に依存するが、例えば、５ｋＷでは５ｋΩ程度である。一方、ケーブルが４条の絶縁心線を有する場合、ある絶縁心線と、他の３条すべての絶縁心線との間のインピーダンスは、例えば、制御パルスの周波数が１０ｋＨｚでケーブル長が３０ｍの場合、およそ５ｋΩ程度となる。
そのため、領域（Ｉ）と領域（II）とが存在するように金属体１６が配置されていない従来のケーブルにおいては、ケーブルとモータとの間やケーブルとインバータとの間のインピーダンス不整合によってこれらの接続点にて反射波が発生し、ケーブル内で共鳴することによって、反射波が定在波化し、サージノイズが発生する。制御パルスが１０ｋＨｚでケーブル長が３０ｍの場合、およそサージノイズ周波数は１ＭＨｚで制御パルス周波数の１００倍となる。このときのサージノイズのピーク電圧は、インバータの出力電圧の１．５倍以下となることから、サージノイズのピーク電圧を抑制するためには、エネルギの大きな高周波をカットすることがよいから、１００倍以上がよく、さらには２００倍以上がよい。波長の関係に直すと、定在波化するケーブルの長さは、制御パルス周波数の１／１００以下がよく、さらには１／２００以下がよい。
そこで、本発明においては、インピーダンスが異なる領域（Ｉ）と領域（II）とを存在させ、領域（Ｉ）と領域（II）との間のインピーダンス不整合によって領域（Ｉ）と領域（II）との境界にて故意に反射波が発生するようにしている。これによって、反射波が閉じ込められるケーブルの長さが領域（Ｉ）または領域（II）の長さとなる、すなわち領域（Ｉ）と領域（II）とが存在しないケーブルに比べ、反射波が閉じ込められるケーブルの長さが短くなるため、反射波の共鳴、定在波化が起きにくくなる。その結果、領域（Ｉ）と領域（II）とが存在しないケーブルに比べ、サージノイズが十分に抑制される。
【００２８】
また、以上説明したケーブル１にあっては、金属体１６が金属薄膜である場合に、軽量で、かつフレキシビリティを有する。
また、以上説明したケーブル１にあっては、導体線１２以外を外部端子に接続する必要がないため、外部端子への接続が煩雑ではない。
【００２９】
また、以上説明したケーブル１にあっては、複数の領域（Ｉ）および複数の領域（II）が、導体線１２の長手方向に交互に存在するため、ケーブル１の長さが、各領域（Ｉ）および各領域（II）の導体線１２の長手方向の長さよりも長ければ、ケーブル１内に必ず領域（Ｉ）と領域（II）とが存在することになる。そして、ケーブル１内に領域（Ｉ）と領域（II）とが存在しさえすれば、ケーブル長、モータの種類等にあわせてインピーダンスを適合させる必要はないため、従来のようなケーブル１の特別な設計が不要である。そのため、製造直後の長いケーブルから所望の長さのケーブル１を切り出しても、ケーブル１内に領域（Ｉ）と領域（II）とが存在することになり、従来のような特別な設計を行うことなく、そのままサージノイズ対策がなされたケーブルとして用いることができる。
【００３０】
（他の形態）
なお、本発明のケーブルは、導体線と、絶縁体と、導体線の長手方向に沿って絶縁体を介して配置された金属体とを有し、金属体が配置された１つ以上の領域（Ｉ）と、金属体が配置されていない１つ以上の領域（II）とが、導体線の長手方向に交互に存在するものであればよく、図示例のケーブル１に限定はされない。
【００３１】
例えば、ケーブル内の絶縁心線の数は、図示例のように４条に限定されず、１条であってもよく、２〜３条または５条以上であってもよい。
また、金属体は、絶縁体の円周方向の全体を被覆するものであってもよく、絶縁体の円周方向の一部を被覆するもの（例えば、絶縁心線の長手方向に延びる切り欠きを有するもの）であってもよい。
また、金属体は、図示例のように各絶縁心線の表面を個別に覆うように配置されてもよく、複数条の絶縁心線からなる絶縁心線束の全体をまとめて覆うように配置されてもよい。
また、図示例のように複数の領域（Ｉ）および複数の領域（II）が、導体線１２の長手方向に交互に存在してもよく、１つの領域（Ｉ）と１つの領域（II）が、導体線の長手方向に隣り合って存在していてもよい。
また、絶縁心線とシースとの間に公知のシールド材（金属網組、アルミニウム薄膜等）を配置してもよい。
【００３２】
＜モータ駆動制御システム＞
本発明のモータ駆動制御システムは、本発明のケーブルと、インバータと、該インバータによって駆動が制御されるモータとを備え、前記ケーブルの導体線の一方の端部が、前記インバータの端子に接続され、前記ケーブルの導体線の他方の端部が、前記モータの端子に接続されたものである。
【００３３】
図４は、本発明のモータ駆動制御システムの一例を示す概略図である。モータ駆動制御システム５０は、インバータ（図示略）と、インバータによって駆動が制御されるモータ７０と、ケーブル１とを備え、導体線１２の一方の端部が、インバータの端子６２に接続され、導体線１２の他方の端部が、モータ７０の端子７２に接続され、金属体１６が、端子６２および端子７２を含むいかなる外部導電体に接続されていないものである。
【００３４】
このような本発明のモータ駆動制御システムにあっては、本発明のケーブルによってインバータとモータとを繋いでいるため、ケーブルにおいてサージノイズを十分に抑制できる。そのため、インバータとモータとを接続するケーブルにおける制御パルスの信号品質を維持できる。また、ケーブルから放射ノイズが発生しにくく、周辺機器が誤動作を起こしにくい。また、制御パルスのピーク電圧の上昇が抑えられ、導体線の周囲に存在する絶縁体の劣化が抑えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のケーブルは、インバータとモータ等の負荷とを繋ぐ駆動ケーブル（モータ駆動ケーブル等）等として有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ケーブル
１０  絶縁心線
１２  導体線
１４  絶縁体
１６  金属体
２０  シース
３０  介在物
４０  スリットテープ
４２  フィルム
５０  モータ駆動制御システム
６２  端子
７０  モータ
７２  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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