(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1に記載の給電ケーブルでは、冷却管から離れて配設された導電体については冷却効果がおよびにくく、給電ケーブル内外に温度むら生じる。この温度むらにより、給電ケーブル内外に局所的に温度の高い部分が生じる。この温度が高い部分を所定の温度以下に抑えるために冷却能力を向上させようとすると、冷却管の大径化や冷媒循環装置の大型化につながる。
一方、上記特許文献2では、導電体の内側に配設された冷却管と、シースに螺旋状に巻きつけられた冷却管と、を備えた給電ケーブルが提案されている。この給電ケーブルによれば、導電体を内側および外側から冷却するため、給電ケーブル内外の温度むらを解消することができる。しかしながら、シースの表面を均一に冷却するためには、シースに短いピッチで冷却管を巻き付ける必要があるため、冷却管の全長が長くなる。また、冷却管がシースに巻きつけられているため、給電ケーブル全体の外径が大きくなる。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、給電ケーブルの外径および冷却管の全長を小さく抑えつつ、給電ケーブル内外に生じる温度むらを抑制して効率よく導電体を冷却できる給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル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】
上記課題を解決するために、本発明の給電ケーブルは、冷却管と、前記冷却管を囲繞する導電体と、前記導電体を囲繞する絶縁体と、を有する偶数個の電力線と、偶数個の前記電力線の周囲に配設された介在物と、偶数個の前記電力線と前記介在物とを一体に被覆するシースと、を備えている。
【0007】
本発明の給電ケーブルによれば、偶数個の電力線がそれぞれ、冷却管と、冷却管を囲繞する導電体と、を有しているため、各電力線内の導電体がその内側から冷却管により冷却される。これにより、発熱源である電力線内が偏りなく冷却されるため、給電ケーブル内外に温度むらが生じるのを抑制するとともに、導電体を効率よく冷却することができる。
さらに、給電ケーブル内に、冷却管を有する偶数個の電力線が配設されているため、各冷却管を冷媒の往路または復路とすることで、給電ケーブルの外側に冷却管を配設せずに冷媒を循環させることができる。これにより、給電ケーブル全体の外径や冷却管の全長を小さく抑えた、コンパクトな給電ケーブルを提供することができる。
【0008】
ここで、前記導電体は、複数の導体線が前記冷却管を中心として集合撚りされて形成されていてもよい。
【0009】
この場合、複数の導体線が冷却管を中心として集合撚りされて導電体が形成されているため、冷却管の周囲に偏りなく導電体を配設することができる。これにより、導電体の全体をさらに均一に冷却することが可能となり、電力線内および給電ケーブル内外の温度むらを確実に抑制することができる。
【0010】
また、偶数個の前記電力線が各別に有する前記冷却管のうち、半数の前記冷却管は冷媒の往路とされ、残りの半数の冷却管は冷媒の復路とされていてもよい。
【0011】
この場合、冷媒の往路及び復路が給電ケーブル内に配設されるため、給電ケーブルの外側に冷却管を配設する必要が無く、給電ケーブル全体の外径を抑えることができる。
【0012】
また、偶数個の前記電力線および複数の前記補助線が、前記シース内で螺旋状に撚り合わされていてもよい。
【0013】
この場合、電力線および補助線が螺旋状に撚り合わされているため、これらが給電ケーブル内である程度動くことができる。これにより、例えば給電ケーブルを不使用時に巻き取って収納した際や、給電ケーブルを屈曲させて使用する際に、電力線および補助線が給電ケーブル内で適宜動き、これらに過剰な応力や張力が作用するのを抑止することができる。
【0014】
また、複数の前記補助線が、横断面視において前記給電ケーブルの中心を回避した位置に配設されていてもよい。
【0015】
この場合、補助線が給電ケーブルの中心を回避した位置に配設されているため、補助線をシース内で螺旋状に撚り合わせることによる、補助線に過剰な応力や張力が作用するのを抑止する効果を、より確実に奏功させることができる。
【0016】
また、本発明のコネクタ付給電ケーブルは、前記給電ケーブルと、給電対象物に接続されるコネクタと、を備える。
【0017】
本発明によれば、給電ケーブル全体の外径を抑えつつ確実に導電体を冷却することができるため、大電流による給電が可能で操作性に優れたコネクタ付給電ケーブルを提供することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、給電ケーブルの外径および冷却管の全長を小さく抑えつつ、給電ケーブル内外に生じる温度むらを抑制して効率よく導電体を冷却できる給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブルを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本実施形態に係る給電ケーブルの構成を、
図1、
図2を参照しながら説明する。
図1に示すように、給電ケーブル1は、複数の電力線10と、介在物2と、複数の補助線3と、シース4と、を備えている。本実施形態では、給電ケーブル1は電力線10を2本(偶数個)備えている。
給電ケーブル1は、例えば電気自動車用バッテリーを急速充電可能なCHAdeMO規格に準拠した給電ケーブルである。給電ケーブル1の使用時には、例えば250A程度の大電流が電力線10内を流れる。給電ケーブル1の使用時には、シース4の表面に使用者が直接触れる場合があるため、シース4表面の温度を所定の範囲内に抑える必要がある。
また、給電ケーブル1は、不使用時には部分的に巻かれるなどして収容される場合がある。このため、給電ケーブル1全体に、摩擦に対する耐久性、曲げに対する耐久性、および可撓性などが求められる。
【0021】
ここで本実施形態では、給電ケーブル1の中心軸Oに沿う方向を長手方向という。また、中心軸Oに直交する断面における横断面視において、中心軸線Oに直交する方向を径方向といい、中心軸線O周りに周回する方向を周方向という。
【0022】
複数の電力線10および複数の補助線3は、横断面視において、給電ケーブル1の中心軸線Oを通る直線に対して線対称な位置に配設されている。複数の補助線3は、横断面視において、中心軸線Oを回避した位置に配設されている。各電力線10および各補助線3は、中心軸線Oを中心として撚り合わされた状態でシース4内に配設されている。
シース4は、各電力線10および各補助線3を、介在物2と一体に被覆している。シース4としては、例えばクロロプレンゴムを用いることができる。
【0023】
介在物2は、電力線10および補助線3の周囲に配設されている。介在物2は、電力線10および補助線3をシース4で被覆する際に、これらの内容物の形を円柱状に整えるために用いられる。また、介在物2は、例えば給電ケーブル1が車体に踏まれるなどした場合に、電力線10や補助線3が破損しないように保護する緩衝材として機能する。
補助線3は、充電器と電気自動車などの給電対象物(以下、単に給電対象物という)との間の通信に用いられる。その他、コネクタのロック機構の制御、給電時に点灯するLEDの電源線、コネクタが温度センサーを備えている場合はその信号線として用いられる。さらには、補助線3の一部が給電対象物への補助給電線として使用される場合もある。
【0024】
電力線10は、冷却管11と、導電体12と、絶縁体13と、を有する。複数の電力線10は、横断面視において、シース4内に間隔をあけて配設されている。複数の電力線10同士の間には、介在物2が充填されている。
冷却管11は、電力線10の中心部に配設されている。冷却管11としては、例えばナイロン12からなるチューブを用いることができる。ナイロン12は、耐熱性や絶縁性に優れているため、通電により発熱する導電体12に接触する冷却管11の材質として適している。また、ナイロン12は可撓性や機械強度にも優れているため、可撓性や耐久性が求められる給電ケーブル1内の材質として適している。なお、冷却管11の材質としてはナイロン12の他、例えばシリコーン樹脂などの他の材質を適宜用いてもよい。
冷却管11の内部には、液体冷媒、エアー、水、油などの冷媒が充填されている。冷却管11内の冷媒は、不図示の循環装置によって流動する。本実施形態の冷却管11の寸法は、外径が3.2mm、内径が1.6mmとなっている。このように内径が小さい冷却管11内を流動させるため、冷媒としては低粘度のものが適している。また、給電ケーブル1は寒冷地で用いられる場合もあるため、不凍液である冷媒が適している。なお、冷却管11の寸法および冷媒の性質は上記に限定されず、適宜変更してもよい。
【0025】
導電体12は、冷却管11を囲繞している。導電体12は、複数の導体線12bが冷却管11を中心として集合撚りされて形成されている。本実施形態における導電体12は、34本の素線12aを束ねて撚った導体線12bを6本、冷却管11の周囲に螺旋状に巻きつけている。これにより、導電体12は、冷却管11の周囲に偏りなく配設されている。導体線12bを構成する各素線12aとしては、例えばすずメッキ軟銅線を用いることができる。本実施形態における導電体12には、例えば250Aの直流電流が流れる。なお、冷却管11の周囲に配設する導体線12bの数や、導体線12bを構成する各素線12aの材質は適宜変更することができる。
絶縁体13は、導電体12を被覆(囲繞)している。絶縁体13の材質としては、例えばEPゴムを用いることができる。
【0026】
図2は、給電ケーブル1を備えたコネクタ付給電ケーブル30を、中心軸Oに沿って切断した縦断面図である。
図2に示すように、コネクタ付給電ケーブル30は、給電ケーブル1と、給電ケーブル1の一方の端部に配設された給電コネクタ(以下、単にコネクタ20という)と、を備えている。コネクタ20は、給電対象物に接続される。
図2に示すように、2本の電力線10内の冷却管11は、給電ケーブル1の一方の端部において接続管11aにより互いに接続されている。また、給電ケーブル1の他方の端部において、各冷却管11は、冷媒を循環させる機能を備えた不図示の充電器に接続されている。これにより、各冷却管11内は冷媒の往路若しくは復路となり、給電ケーブル1内および接続管11a内を冷媒が循環する。なお、
図2では給電ケーブル1と先述の充電器との接続部の図示を省略している。
【0027】
図2に示すように、コネクタ20は、ケース21と、複数のコネクタ端子22と、を備えている。給電ケーブル1の一方の端部は、ケース21内に収容されている。各電力線10内の導電体12はそれぞれ、各コネクタ端子22と電気的に接続される。各電力線10内の冷却管11は、ケース21内において、前述した接続管11aによって互いに接続されている。これにより、冷媒がケース21内も通過するため、ケース21の温度上昇も抑制することができる。
【0028】
図2に示すように、コネクタ20は、給電対象物が備える接続部40に接続される。接続部40は、インレット41と、複数のインレット端子42と、を備える。インレット端子42は、給電対象物のバッテリーなどに電気的に接続されている。コネクタ20が接続部40に挿入されると、コネクタ端子22よびインレット端子42が電気的に接続される。これにより、充電器が出力した電力が、電力線10の導電体12、コネクタ端子22、およびインレット端子42を介して給電対象物に入力され、この給電対象物に給電することができる。
【0029】
給電ケーブル1が給電対象物に接続されて給電が開始されると、2本の導電体12がそれぞれ発熱する。この導電体12の内側には冷却管11が配設されており、冷却管11内を冷媒が流動するため、導電体12は内側から冷却される。
【0030】
次に、本実施形態の給電ケーブル1および従来の給電ケーブルについて行った、通電温度上昇試験について説明する。表1は、本実施形態の給電ケーブル1(実施例)および従来の給電ケーブル(比較例)の仕様と試験結果を示したものである。
【0032】
表1に示したように、この試験では、実施例の給電ケーブル1の冷媒として水を使用し、流速1m/secで流通させた。また、導電体12として、すずメッキ軟銅線からなる素線12aを集合撚りした導体線12bを6本、冷却管11に螺旋状に巻き付けたものを用いた。各導体線12bを構成する素線12aの数は34本であり、各素線12aの直径は0.44mmである。この導電体12の断面積は32mm
2である。冷却管11は、外径が3.2mm、内径が1.6mmのナイロン12製のチューブを用いた。
また、比較例の給電ケーブルとして、上記本実施形態の給電ケーブル1の冷却管11を、上記導体線12bに置換したものを用いた。すなわち、比較例の給電ケーブルの電力線は、冷却管11を有さず、上記導体線12bを7本有するものである。比較例における導電体の断面積は38mm
2である。
なお、表1に示されているように、上記2種類の給電ケーブル全体の外径は29.0mmで同じである。このように、実施例の給電ケーブル1の断面積サイズを比較例の給電ケーブルと同レベルにすることができた。これは、実施例における冷却管11の外径(3.2mm)が、比較例における導体線の外径とほぼ同一であることによる。
また、実施例及び比較例における給電ケーブルのケーブル重量(1mあたり)を比較すると、実施例の給電ケーブルの方が比較例の給電ケーブルよりも軽量化されている。これは、比較例における導体線1本が、冷却管11と冷媒(水)に置き換わったことによって、給電ケーブル全体としての重量を小さくすることができたためである。
【0033】
上記2種類の給電ケーブルに対して、250Aの直流電流を90分間通電して、それぞれの導電体の温度の推移を測定した結果を
図3に示す。なお、
図3に示すグラフの縦軸は温度上昇値(℃)であり、室温を基準とした温度の上昇値を示す。
図3に示すグラフの横軸は、通電時間(分)を示す。
なお、本実施形態の給電ケーブル1の導電体12の温度は、その内側の冷却管11が冷媒の往路であるもの、および復路であるものの両者を測定して
図3に示している。導電体12の温度は、給電ケーブル1の外側から熱電対を挿入し、導電体12に接触させることで測定した。
【0034】
図3に示すように、比較例の給電ケーブルは通電開始後20分の時点での温度上昇値が70℃に達し、それ以降も温度が上昇し続けている。比較例の給電ケーブルについては、温度上昇値が70℃を超えた時点で導電体を覆う絶縁体(EPゴム)の耐熱温度(80℃)を超えてしまったため、試験を中止した。このため、
図3に示す比較例のグラフは途中で途切れている。
これに対して、本実施形態の給電ケーブル1は、導電体12は、冷媒の往路および復路のいずれについても、通電開始後20分程度で温度上昇が止まり、それ以降は温度上昇値がほぼ一定に保たれている。例えば、往路の冷却管11では、導電体12の温度上昇値は20℃に達したあと一定に保たれている。また、復路の冷却管11では、導電体12の温度上昇値は24℃に達したあと一定に保たれている。これは、導電体12の発熱と、冷媒による冷却効果とが平衡状態に達したためだと考えられる。このため、本実施形態の給電ケーブル1によれば、通電開始から20分までは温度が上昇するものの、それ以降は温度が上昇せずに一定に保たれると考えられる。また、冷媒の復路における導電体12の温度上昇値が最高で24℃程度となっており、電力線10の絶縁体13として使用されるEPゴムの耐熱温度(80℃)を十分に下回る結果となっている。なお、往路よりも復路の導電体12の温度が高いのは、復路の冷却管11には往路の冷却管11内で加熱された冷媒が流動することにより、冷却効果が若干低下するためであると考えられる。
【0035】
図4は、
図3と同様の条件において、シース表面の温度を測定した結果である。シース表面の温度は、シース表面に熱電対を接触させることで測定した。
図4に示すように、比較例のシースの表面温度の上昇値は、通電開始から20分で30℃に達している。比較例のグラフが途中で途切れているのは、
図3と同様に導電体の温度が絶縁体の耐熱温度に達したため試験を中止したことによる。
これに対して、本実施形態のシース4の表面温度の上昇値は、通電開始から20分で10℃まで上昇するが、その後は温度上昇値10℃のままで安定している。これにより、本実施形態の給電ケーブル1によれば、例えばIEC62196−1−16.5などの規格を遵守することができる。
【0036】
次に、本実施形態の給電ケーブル1について実施した、捻回試験および屈曲試験の結果を説明する。以下の、捻回試験および屈曲試験では、上記通電温度上昇試験に使用した給電ケーブル1と同様のものを使用した。
【0037】
捻回試験では、給電ケーブル1の一方の端部を固定端とし、その固定端を中心として、長手方向に1m離れた部分を、±180°の範囲で往復して揺動させた。揺動の速度は、1往復あたり10秒である。本捻回試験では、この揺動を2万往復実行した。
屈曲試験については、JIS―C―3005に準拠し、曲げ半径を5Dとして2万回給電ケーブル1を屈曲させた。
上記捻回試験および屈曲試験を経ても、冷却管11に冷媒の漏れなどの異常は発生しなかった。これは、冷却管11を可撓性や機械強度に優れるナイロン12により形成したことに加えて、電力線10と補助線3とを撚り合わせた状態でシース4内に配設したため、捻回のたびに電力線10が適宜動き、局所的に高い張力および応力が作用するのが抑えられたことによると考えられる。
【0038】
以上説明したように、本実施形態の給電ケーブル1によれば、2本の電力線10がそれぞれ、冷却管11と、冷却管11を囲繞する導電体12と、を有しているため、各電力線内10の導電体12がその内側から冷却管11により冷却される。これにより、発熱源である電力線10内が偏りなく冷却されるため、給電ケーブル1内外に温度むらが生じるのを抑制するとともに、導電体12を効率よく冷却することができる。
さらに、給電ケーブル1内に、冷却管11を有する2本の電力線10が配設されているため、各冷却管11を冷媒の往路または復路とすることで、給電ケーブル1の外側に冷却管11を配設せずに冷媒を循環させることができる。これにより、給電ケーブル1全体の外径や冷却管11の全長を小さく抑えた、コンパクトな給電ケーブル1を提供することができる。
【0039】
また、複数の導体線12bが冷却管11を中心として集合撚りされて導電体12が形成されているため、冷却管11の周囲に偏りなく導電体12を配設することができる。これにより、導電体12の全体をさらに均一に冷却することが可能となり、電力線10内および給電ケーブル1内外の温度むらを確実に抑制することができる。
【0040】
また、複数の電力線10の外径は互いに同等であるため、各電力線10を共通化してコストダウンを図ることができるとともに、各電力線10の表面の温度を均一にして、給電ケーブル1内外の温度むらをより確実に抑えることができる。
【0041】
また、複数の電力線10および複数の補助線3が、横断面視において、給電ケーブル1の中心軸線Oを通る直線に対して線対称な位置に配設されているため、給電ケーブル1の内部及び外表面(シース4の表面)の温度むらをより確実に抑えることができる。
【0042】
また、複数の補助線3が給電ケーブル1の中心を回避した位置に配設されているため、補助線3をシース内で螺旋状に撚り合わせることによる、補助線に過剰な応力や張力が作用するのを抑止する効果を、より確実に奏功させることができる。
【0043】
なお、上記実施形態では複数の導体線12bが冷却管11を中心として集合撚りされた導電体12を用いたが、本発明はこれに限られない。例えば、
図5に示すように、複数の素線12aが冷却管11に螺旋状に巻きつけられて形成された導電体12を採用してもよい。この場合、導電体12は、横断面視において冷却管11を中心とした同心環状に配設される。素線12aとしては、例えば直径0.4mmのすずメッキ軟銅線を用いることができる。
【0044】
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態について説明するが、第1実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、シース4内に配設される電力線10の数および補助線3の位置が異なる。
【0045】
図6に示すように、本実施形態の電力線10は、シース4内に4本配設されている。また、複数の補助線3は、横断面において、給電ケーブル1の中心軸線Oを回避した位置に配設されている。
【0046】
本実施形態の給電ケーブル1によれば、電力線が4本配設されているため、より大きな電流を通電させることができる。また、冷却管11が4本配設されているため、これらのうち2本ずつをそれぞれ冷媒の往路または復路とすることで、冷却管11を給電ケーブル1の外部に設けることなく、冷媒を循環させることができる。
また、複数の補助線3が給電ケーブル1の中心を回避した位置に配設されているため、補助線3をシース内で螺旋状に撚り合わせることによる、補助線に過剰な応力や張力が作用するのを抑止する効果を、より確実に奏功させることができる。
【0047】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0048】
例えば、前記実施形態では、2本または4本の電力線10を備える給電ケーブル1について説明したが、本発明はこれに限られず、6本以上の偶数個の電力線10を備えていてもよい。給電ケーブル1が偶数個の電力線10を備えていることにより、そのうちの半数の冷却管11を冷媒の往路とし、残りの半数の冷却管11を冷媒の復路とすることにより、給電ケーブル1の外側に冷却管11を配設することなく冷媒を循環させることができる。
【0049】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【課題】給電ケーブルの外径および冷却管の全長を小さく抑えつつ、給電ケーブル内外に生じる温度むらを抑制して効率よく導電体を冷却できる給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブルを提供する。
【解決手段】給電ケーブル1は、偶数個の電力線10と、各電力線10の周囲に配設された介在物2と、各電力線と介在物とを一体に被覆するシース4と、を備える。電力線10は、冷却管11と、冷却管11を囲繞する導電体12と、導電体12を囲繞する絶縁体13と、を有する。偶数個の電力線が各別に有する冷却管のうち、半数の冷却管は冷媒の往路とされ、残りの半数の冷却管は冷媒の復路とされている。