特集

高圧ハーネスの電磁シールド特性～欧州・日本の比較～
Shielding Performance of High-Voltage Wiring Harnesses- Comparison between European and Japanese Technologies ＊Ole Adam兒玉

Ole Adam

Hiroyuki Kodama

博之

水谷美生

Yoshio Mizutani

小関 博一
Hirokazu Koseki

CO2 排出規制等で着目される電気自動車やハイブリッド車は、通常の 12V 系回路とは別に高電圧・大電流回路が必要であり、当社ではこれらに対応したワイヤーハーネス（以下、高圧ハーネス）を開発・製造している。高電圧・大電流回路では通常の 12V 系回路との電磁両立性（EMC: Electro‑Magnetic Compatibility）のため、電磁シールド（以下、シールド）技術は高圧ハーネス開発の上で重要課題となっている。本稿では、シールド特性の測定手法として欧州で主流となっている伝達インピーダンス法による測定系構築について紹介する。また、欧州の測定手法による評価においてもアルミパイプハーネスはシールド特性に優れることを明らかにしたので、その内容についても報告する。

Electric vehicles and hybrid vehicles have a high potential to reduce CO 2 emissions. Currently we are developing andproducing wiring harnesses to connect high-voltage components that are not used in conventional vehicles. For a highvoltage and large-current circuit, compatibility with the generally used 12 V system is important to avoid electro-magnetic
compatibility problems, and thus, the development of shielding technology for the high-voltage wiring harnesses is essential.
This paper introduces a shielding measurement system based on the transfer impedance method mainly used in Europe.
The measurement test result showed that our aluminum pipe shielded wiring harness had excellent shielding performance.
キーワード：高圧ハーネス、電磁シールド、伝達インピーダンス法、電流プローブ法

緒

1.

言

シールド特性測定手法

2.

近年、環境意識の高まりを背景に低燃費・低 CO2 排出量

ワイヤーハーネスのシールド特性の測定手法は、間接的をうたう電気自動車やハイブリッド車が、世界的に注目さもしくは直接的観測手法に大別される。前者はサンプルのれている。欧州においては、年々厳しくなる CO2 排出量規

内部導体に信号を印加しながら、シールド層の外部に放射に対応するため、過給機を用いたエンジンのダウンサされるノイズをセンサー、アンテナ等を用いて間接的に検イジングやクリーンディーゼルエンジンの技術開発が優先出する手法で、電流プローブ法が代表的である。後者は、

制※1

して進められてきた。近年、次世代エコカーとして電気自シールド層に印加した信号によって内部導体に誘起される動車・燃料電池車のような電動化技術も日本と同様に積極電圧を測定し、シールド層と内部導体の結合を直接的に観的に開発が進められている。

察する手法であり、伝達インピーダンス法が代表的であ電動化技術では、通常の 12V 系回路とは別に、モータ駆る。日本では電流プローブ法が主に用いられるのに対し、動やエネルギー回生のための高電圧回路が必要となり、当欧州では伝達インピーダンス法が用いられることが多い。

社としてもこれらに対応した高圧ハーネスを開発・製造し本章では両測定手法について説明する。

。高圧ハーネスにとって、ラジオ・GPS 等の無2－1

電流プローブ法線システムや、小信号・高速通信に対する電磁妨害を抑制①概要ている（1）～（4）するシールド技術が重要となっている。
高圧ハーネスのシールド技術開発にあたっては、その本手法は車載部品のシールド特性の測定手法として、国際規格 CISPR25※2 で標準化されており、当社においても実シールド特性の測定手法は不可欠である。本稿では、シー績のある測定手法である。

ルド特性の新規測定手法として新たに構築した伝達イン② 測定システム

ピーダンス法による測定システムについて紹介する。まトラッキングジェネレーター内蔵スペクトラムアナライ

た、これらの測定システムによる測定データは、理論計算

ザ※3 を用いた測定システムを図 1 に示す。外部ノイズの影値とも高精度に一致していることを見出し、評価結果の信響を排除するため、測定システムは全てシールドルーム内頼性について確認した。さらに各種高圧ハーネスのシールに設置した。ノイズ検出用の電流プローブは測定周波数にド特性の比較結果について報告する。

応じて、低周波、高周波用の 2 種類のプローブを用いた。

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高圧ハーネスの電磁シールド特性～欧州・日本の比較～

測定システム全体で共通かつ安定したグランドを取るために、銅板上にサンプルをセットして測定を実施した。
測定原理は、サンプルの内部導体に信号を入力し、シー図 3 は構築した測定システムを示す。サンプルのシールド層に信号を入力するための注入線には 50Ω同軸線を用い、サンプル遠端からの出力信号をスペクトラムアナライ

ルド層から外部に放射されるノイズを電流プローブで検出ザで検出する。電流プローブ法とは異なり、共通のグランすることでシールド特性が測定される。入力、出力信号のドは伝達インピーダンスの測定に影響を及ぼすため用いな電力比（測定値（dB）＝電流プローブの検出電力／トラッい。図 3 の測定システムにおいて、伝達インピーダンスはキングジェネレーター出力電力）を測定し、シールド特性次式によって算出する。

は、シールド品である測定サンプルと非シールド品の測定値の差分で表現される。
サンプルと測定システムの接続については、専用のアタッチメントを用いることで、様々な形態のサンプルに適用が可能である。

図1

電流プローブ法測定システム
図32－2

伝達インピーダンス法①概

要

本手法は同軸電線のシールド特性の測定手法として、国際規格 IEC61196‐1※4 で標準化されており、欧州において伝達インピーダンス法測定システム

伝達インピーダンス法測定の検証

3.

2 章で述べたように、電流プローブ法は日本カーメーは車載部品の一般的な測定手法である。伝達インピーダン

カー向けに実績のある測定手法であり、当社においても十スは図 2 に示すように定義される。

分に確立済みである。一方、伝達インピーダンス法は、高圧ハーネス用としては今回、初めて本格的に構築した測定システムであるため、その信頼性は十分に吟味する必要があった。そこでデータの信頼性についてシールド電線単体をサンプルに用いて以下のように検証した。
3－1

測定サンプル

図 4 は検証に用いた高圧回路用シールド電線 4mm 2 、4mm 2 ×2 芯、16mm 2 の 3 品種の断面を示す。これらのシールド電線は高圧バッテリ回路、モータ回路等の接続に使用される。
図2

伝達インピーダンスの定義（a）4mm2（b）4mm2×2芯（c）16mm2② 測定システム
測定原理は、注入線を通してサンプルのシールド層に直5.8mm

3.7mm 11.3mm

7.4mm 10.2mm

7.2mm

接信号を印加し、内部導体に誘起される電圧を出力として検出する。電流プローブ法と同様、入出力の電力比として測定することが可能である。

図4

シールド電線の測定サンプル

2014 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 185 号

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3－2

理論予測との整合

伝達インピーダンス法と電流プローブ法の相関

3－3伝達インピーダンスは周波数が低くなる程、シールド層の直流抵抗が支配的になる。

図 6、7 はそれぞれ、各種シールド電線の伝達インピーダンス法、電流プローブ法による測定結果を示す。なお、図7は、シールド特性の値が大きいほど優れていることを示している。

表 1 は検証したシールド電線の 10kHz での伝達インピーダンス測定値、シールド層の直流抵抗測定値を示す。表 1より、低周波数帯での伝達インピーダンスと直流抵抗はほぼ同等であることから、（2）式との整合性を確認した。

表1

伝達インピーダンスと直流抵抗測定値の比較

図6

シールド電線の伝達インピーダンス法による測定結果

次に、周波数依存性を確認するため、シミュレーションモデル（5）による理論計算値と実測値を比較した結果を図 5に示す。図 5 は伝達インピーダンスと周波数の関係を示しており、伝達インピーダンスが小さい程、シールド特性が優れていることを意味している。これらの比較結果から、各シールド電線において、理論計算値と測定値はほぼ一致していることを確認した。

（a）シールド電線4mm2（b）シールド電線4mm2×2芯図7シールド電線の電流プローブ法による測定結果

図 6、7 の測定結果を比較すると、波形（周波数依存性）自体は若干異なるものの、各シールド電線間の相対関係は（c）シールド電線16mm2類似していることがわかる。例えば、4mm2×2 芯電線と16mm2 電線は全周波数帯でほぼ同等のシールド特性であること、また 1MHz 以上の周波数帯で 4mm2 電線とその他の電線の特性差が顕著になる点等が挙げられる。
以上の検証より、構築した伝達インピーダンス法測定システムによる測定値は、理論計算値との矛盾は見られず、また電流プローブ法による測定結果とも良好な相関関係が図520

理論計算値と測定値の比較

高圧ハーネスの電磁シールド特性～欧州・日本の比較～得られたことから、十分に信頼性のある測定システムが構築できたと結論付ける。

伝達インピーダンス法の高圧ハーネスへの適用

4.

本来、伝達インピーダンス法はシールド電線のシールド特性を測定するために開発された手法であり、高圧ハーネ
スのように電線、コネクタを組み合わせた構成が複雑なサンプルの測定は前提としていない。そこで、3 章で確立した測定システムを高圧ハーネスのサンプルへ適用するため、下記のように拡張することとした。
4－1

測定システム

図 8 は、高圧ハーネスを測定するために図 3 を拡張した測定システムを示す。シールド電線の測定とは異なり、シールド電線両端に組み合わせたコネクタの影響も加味し図9た測定とするため、信号注入点を電線部からコネクション高圧ハーネスの伝達インピーダンス法による測定結果ボックス端へ変更した。これにより、コネクタのシールド層であるシールドシェルにも信号が注入され、コネクタのシールド特性も含めた高圧ハーネス全体のシールド特性の測定を可能にすることができた。

図 10
図8

高圧ハーネスの電流プローブ法による測定結果

高圧ハーネスの伝達インピーダンス法測定システム造であるのに対し、コネクタ A はシールドシェルが分割構造になっており、シールドシェル間の接続が悪影響を及ぼ伝達インピーダンスと電流プローブ法の相関しているものと推測される。これらのコネクタ間の微小な本測定では、35mm2 のシールド電線の両端にコネクタ A特性差についても、両測定の測定結果は一致しており、こ（オスメス嵌合端子構造）、もしくはコネクタ B（ボルト締結れらから伝達インピーダンス法においても、コネクタ部の端子構造）を組み合わせて 2 種類のサンプルを作成した。

影響も反映した測定が可能であると言える。

4－2

図 9、10 はそれぞれ伝達インピーダンス法、電流プローブ

上記より、伝達インピーダンス法がシールド電線単体だ法による測定結果である。これらの測定結果を比較する

けでなく、コネクタを有する高圧ハーネスの測定にも適用と、3−3 節と同様に、両者の測定結果は良く一致している可能とした。

ことがわかる。
1MHz 以下の周波数帯では、シールド電線単体と高圧ハーネスを比較すると、顕著な差は見られない。一方、
1MHz 以上の周波数帯では、シールド電線単体より高圧ハーネスの方に特性低下が現れることが、両測定手法の結果から確認できる。

5.

高圧ハーネスのシールド特性比較
本章では、前章で述べた伝達インピーダンス法測定シス

テムによる各種高圧ハーネスの測定結果を報告する。
高圧ハーネスは、それぞれの回路を個別にシールドする

これらの要因としては、1MHz 以下ではシールド電線の各芯シールド構造と、全回路をまとめてシールドする一括シールド層とコネクタのシールドシェルとの接続が低接触シールド構造の大きく 2 種類に大別できる。現在は、欧州抵抗を有していること、1MHz 以上ではコネクタのシールカーメーカー（主にドイツ系カーメーカー）は前者、日本ドシェルからのノイズ放射が考えられる。さらに 2 種類のカーメーカーは回路の種類にもよるが後者の構造を採用すコネクタの比較では、僅かではあるが、コネクタ B の方がることが多い。

優れている。これはコネクタ B のシールドシェルが一体構

一括シールド構造には、シールド材として金属編組線を2014 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 185 号

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用いた一括編組シールド（2）と、金属パイプを用いたパイプ性であることを確認した。

シールドがある。特にアルミパイプを用いたアルミパイプ

一般的に、周波数が低い領域では、3−2 節で述べたようは、シールド特性以外にも機械的保護、遮熱にシールド特性はシールド層の直流抵抗が支配的である。

シールド（3）、（4）性に優れており、高圧ハーネスに最適な構造である。ま一方、周波数が高くなる程、シールド特性は“シールド層た、アルミパイプシールドでは、車両の組み付け性（作業の面密度が高い＝電線表面を隙間なく覆う”構造が有利に性、製造公差吸収等）を考慮して、アルミパイプ両端あるなる傾向があると考える。アルミパイプシールドはどちらいは片端に編組線によるフレキシブル部を設けた構成としの周波数領域においても有効なシールド構造であることをている。

本測定から確認することができた。

図 11 は、測定に用いた各芯シールド、一括編組シールド、アルミパイプシールドの各種高圧ハーネスを示す。

結6.

言① 高圧ハーネスのシールド特性の測定手法のひとつとし（a）各芯シールドて、伝達インピーダンス法による測定システムを確立（b）一括編組シールドした。
② 各種高圧ハーネスを測定した結果、アルミパイプシールドが最も優れたシールド特性を有していることを確認した。

（c）アルミパイプシールド＊本開発は、Sumitomo Electric Bordnetze GmbH のウォルフスブルグ開発センター（ドイツ）において、同社の Thomas Flottmann 博士、Marcin Zwolinski 氏によるサンプル製作、測定指導など、多大なご協力のもと
図 11測定に用いた各種高圧ハーネス

図 12 は、伝達インピーダンス法測定システムを用いて、実施した。

用 語 集ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
CO2 排出量規制

各種高圧ハーネスのシールド特性を測定した結果を示す。

※1

これらの測定結果から、アルミパイプシールドは 10kHz〜

欧州委員会（EC）は、2015 年までに欧州で販売される自1GHz と広い周波数帯において、代表的な 3 種類の高圧動車の 1 台あたりの平均 CO2 排出量を 120g/km までに規ハーネスの中で最も優れたシールド特性であることがわか制することを定めている。また、2020 年までにはさらにる。また 100kHz 以下の周波数帯では、一括編組シールド95g/km にまで引き下げることが検討されている。

が比較的良好であり、1MHz 以上の周波数帯では、各芯シールドがアルミパイプシールドとほぼ同等のシールド特※2

CISPR25

IECに設けられた特別委員会である国際無線障害特別委員会（CISPR: Comité International Spécial des PerturbationsRadioélectriques）が作成した「車載受信機保護のための妨害波の限度値及び測定法」に関する規格。
※3

トラッキングジェネレーター内蔵スペクトラムアナライザ

信号強度－周波数スペクトラム解析を行い、電気信号に含まれる周波数成分検出を行う測定機器。トラッキングジェ
ネレーターはスペクトラムアナライザの周波数掃引に同調した信号を出力することができる。
※4

IEC61196‑1

通信用同軸電線に関するIEC（International Electrotechnical
図 12

各種高圧ハーネスの伝達インピーダンス法による測定結果

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高圧ハーネスの電磁シールド特性～欧州・日本の比較～

Commission）規格。

参考

文献

（1）「新型ハイブリッド車に高圧ハーネスが採用」、SEI WORLD vol.340、（Jan. 2006）（2） 宮崎正、紀平宗二、野崎隆男、「プリウス用高圧ハーネスの新シー
ルド構造～トヨタ自動車㈱原価改善優秀賞受賞～」、SEI テクニカル
レビュー第 167 号、pp.17‑20（Sept. 2005）（3） Y.Mizutani, O.Weiss,“Pipe Shield High‑Voltage Wiring Harness,”26thInternational Electric Vehicle Symposium, Los Angeles, California（May 2012）（4） 井谷康志、水谷美生、桑原正紀、橋本章吾、「高圧アルミパイプハーネス」、SEI テクニカルレビュー第 185 号、pp.14‑17（July 2014）（5） T. Kley,“Optimized Single‑Braided Cable Shields,”IEEE Trans.
Electromagn. Compat., vol. EMC‑35, no.1（February 1993）

執筆者 ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑

O l e A d a m ＊： SEI ANTech‑Europe GmbH
プロジェクトエンジニア

兒玉博 之 ： SEI ANTech‑Europe GmbH
プロジェクトエンジニア

水谷美 生 ：㈱オートネットワーク技術研究所
HV 研究部 主席

小関

博 一 ： SEI ANTech‑Europe GmbH
ゼネラルマネージャー‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑＊主執筆者

2014 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 185 号

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