特許 7662914 電力ケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-07

(45)【発行日】2025-04-15

(54)【発明の名称】電力ケーブル

(51)【国際特許分類】

   H01B 7/42 20060101AFI20250408BHJP

【ＦＩ】

H01B7/42 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2025008835

(22)【出願日】2025-01-22

【審査請求日】2025-02-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】323004813

【氏名又は名称】株式会社ＴＯＴＯＫＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 毅安

(72)【発明者】

【氏名】山崎 哲

(72)【発明者】

【氏名】今村 博人

(72)【発明者】

【氏名】仲條 裕一

【審査官】遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１４５８２５４８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０２２－４１４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１００１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－２１５４６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ７／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体と前記導体を被覆する耐熱樹脂層と前記耐熱樹脂層を絶縁被覆する外被部を備え、
前記外被部は、内環状部と前記内環状部から放射状に延びる３つ以上のリブ部と前記リブ部の外端に連結する外環状部とが一体構造の熱可塑性樹脂からなり、前記内環状部と前記リブ部と前記外環状部とによって囲まれた流路が前記リブ部と同数で形成されており、
前記流路に冷媒を流すことで通電時の温度上昇を抑える構成であること
を特徴とする電力ケーブル。

【請求項2】

前記耐熱樹脂層は押出成形されており、前記耐熱樹脂層の厚さは０．４～１．０ｍｍであること
を特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル。

【請求項3】

前記耐熱樹脂層はポリアリールエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレンまたはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなること
を特徴とする請求項２に記載の電力ケーブル。

【請求項4】

電動車両における給電部からバッテリへの給電ラインを構成すること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電力ケーブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電用の電力ケーブルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷却管を設けた給電ケーブルが提案されている（特許文献１：特開２０１８－１８７４８号公報）。また、中空コア体に形成された空隙部に冷媒を流す同軸ケーブルが提案されている（特許文献２：特開２０１５－１００１８８号公報）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１８７４８号公報

【文献】特開２０１５－１００１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の給電ケーブルは冷却管が電力線の中心に設けられているため、通電時の導体発熱の冷却に必要な断面積を十分に確保することができない。また、横断面が非軸対称形状なので、特許文献２のような軸対称形状の同軸ケーブルに比べて可撓性に乏しい。

【0005】

電動車両への給電時間を短くするためには導体に流す電力量を大きくする必要がある。一方で、電力量を大きくすると導体発熱が大きくなり、導体発熱が過大になると外被が溶融して絶縁性能を維持できなくなるという課題がある。例えば、突入電流などの過度電流に起因して導体発熱が一時的に上昇し、中空コア体の耐熱温度を超えることがある。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、突入電流などの過度電流に起因する導体発熱に耐えられる耐熱構造にしつつ、導体発熱を速やかに冷却可能な冷却構造を有する電力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】

【0007】

本発明に係る電力ケーブルは、導体と前記導体を被覆する耐熱樹脂層と前記耐熱樹脂層を絶縁被覆する外被部を備える。前記外被部は、内環状部と前記内環状部から放射状に延びる３つ以上のリブ部と前記リブ部の外端に連結する外環状部とが一体構造の熱可塑性樹脂からなり、前記内環状部と前記リブ部と前記外環状部とによって囲まれた流路が前記リブ部と同数で形成されている。前記電力ケーブルは、前記流路に冷媒を流すことで通電時の温度上昇を抑える構成であることを特徴とする。

【0008】

本構成によれば、電力ケーブルの外被部に冷却のための流路を設けたことで、通電時の導体発熱の冷却に必要な断面積を十分に確保することができる。尚且つ、導体を被覆する耐熱樹脂層が外被部への熱伝導を抑制するので当該外被部の熱溶融を防止できる。よって、突入電流などの過度電流に起因する導体発熱に耐えられる耐熱構造にしつつ、導体発熱を速やかに冷却可能な冷却構造にできる。

【0009】

前記耐熱樹脂層は押出成形されており、前記耐熱樹脂層の厚さは０．４～１．０ｍｍであることが好ましい。押出成形によって均等な厚さの耐熱樹脂層が形成される。前記耐熱樹脂層の径方向の厚さを０．４ｍｍ以上にすることで成形性が良くなるとともに耐熱性能を確保できる。前記耐熱樹脂層の径方向の厚さを１．０ｍｍ以下にすることで電力ケーブルが細径になるとともに材料コストを抑えることができる。

【0010】

前記耐熱樹脂層はポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）からなることが好ましい。または、前記耐熱樹脂層はフッ素樹脂からなることが好ましい。前記耐熱樹脂層はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）からなることが好ましい。これらの樹脂は、いずれも耐熱温度が１５０℃超であるので、過電流による導体発熱に耐えることができる。特に、ＰＡＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＩ、ＰＢＩ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは耐熱温度が２００℃超であるので、より高温域の導体発熱においても十分に耐えることができる。

【0011】

本構成によれば、優れた可撓性を有しつつ、通電電流が３００Ａ以上の給電方式、通電電力が３０００ＶＡの給電方式、ＣＨＡｄｅＭＯ、ＳＡＥなどの既知の充電規格に容易に対応できる。一例として、本発明に係る電力ケーブルは、電動車両における給電部からバッテリへの給電ラインを構成する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、突入電流などの過度電流に起因する導体発熱に耐えられる耐熱構造にしつつ、導体発熱を速やかに冷却可能な冷却構造を有する電力ケーブルが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る電力ケーブルの例を模式的に示す横断面図である。

【図2】図２は、図１の電力ケーブルの例を模式的に示す概略の構造図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る電力ケーブルの適用例を模式的に示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態に係る電力ケーブル１は、一例として図３に示すように、電動車両５１における給電部５１ａからバッテリ５１ｂへの給電ラインを構成する。電力ケーブル１は、ケーブル両端にそれぞれ外部との接続用コネクタが取付けられる。そして、コネクタを介して冷媒がケーブル内を流動する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0015】

［電力ケーブル］
図１に示すように、本実施形態の電力ケーブル１は、導体２と、導体２を絶縁被覆する耐熱樹脂層３と、耐熱樹脂層３を絶縁被覆する外被部４を備える。外被部４は、内環状部４ａと、内環状部４ａから放射状に延びる３つ以上のリブ部４ｂと、リブ部４ｂの外端に連結する外環状部４ｃとが一体構造の熱可塑性樹脂からなる。そして、内環状部４ａとリブ部４ｂと外環状部４ｃとによって囲まれた流路５がリブ部４ｂと同数で形成されている。放熱効率と機械的強度を両立させるために、リブ部４ｂの数は３～９に設定される。リブ部４ｂの数を３以上にすることで外被部４の機械的強度を十分確保できる。リブ部４ｂの数を９以下にすることで冷媒を流して冷却するために必要な流路５の断面積を十分に確保することができる。より好ましくは、リブ部４ｂの数は５～７に設定される。つまり、流路５の数は５～７に設定されることが好ましい。

【0016】

耐熱樹脂層３はポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）からなることが好ましい。または、耐熱樹脂層３はフッ素樹脂からなることが好ましい。耐熱樹脂層３を導体２と内環状部４ａとの中間に設けることで、導体２から外被部４への熱伝導を抑制して外被部４の熱溶融を防止できる。尚且つ、外被部４は、成形性に優れた汎用の樹脂成形品を用いて材料コストを抑えることができる。

【0017】

外被部４は、オレフィン樹脂やフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂が適用できる。ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン樹脂は材料コストを抑えることができるため好ましい。架橋ポリエチレンは耐熱温度が１２０℃であるので、特に好ましい。

【0018】

一例として、外被部４は、内環状部４ａの径方向の厚さが０．６～２．４ｍｍであり、外環状部４ｃの径方向の厚さが０．６～２．４ｍｍであり、リブ部４ｂの周方向の厚さが０．７～２．１ｍｍである。この構成により、細径かつ堅牢かつ可撓性に優れた構成にできる。なお、上記構成に限られない。

【0019】

図２に示すように、本実施形態の電力ケーブル１は、流路５に冷媒７を流すことで、通電時の外被部４の温度上昇を抑える構成である。一例として、冷媒７は不凍液または不活性液体若しくは水である。一例として、車載のバッテリ５１ｂに用いられる冷却液を分流して冷媒７にする。そして、冷媒７を電力ケーブル１の一端側から取り込んで流動させて電力ケーブル１の他端側から吐出させて車載のバッテリ５１ｂに用いられる冷却装置に還流する。これにより、電力ケーブル１を冷却できる。図２における矢印は、冷媒７の進行方向を示している。上記以外の構成として、冷媒７を空気または不活性ガスにする場合がある。一例として、外気と同じ成分の冷媒７を、電力ケーブル１の一端側から取り込んで流動させて、電力ケーブル１の他端側から外部に放出する。

【0020】

導体２は単線としてもよい。導体２が単線の場合は、銅や銅合金またはアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属線の外周に酸化皮膜などの絶縁皮膜が形成されている単線になる。導体２は撚線としてもよい。導体２が撚線の場合は、銅や銅合金またはアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属線の外周に酸化物皮膜などの絶縁皮膜が形成されている素線の集合体になる。一例として、導体２は、素線を撚った第１撚線と第１撚線を撚った第２撚線と第２撚線を撚った第３撚線とを有する複合撚り構造である。絶縁皮膜は、はんだ付けに支障がない材質からなることが好ましい。一例として、絶縁皮膜は、ポリウレタンやポリエステルなどからなる。

【0021】

一例として、導体２は、ロープ撚りになっている。ロープ撚りは、撚線において、最終となる（ｎ＋１）回目の撚り方向を、第１回目の撚り方向から第ｎ回目までの撚り方向とは逆方向にした撚り構造である。ここで、ｎは２以上の自然数である。好ましくは、ｎは２または３である。ロープ撚りによって、優れた形状安定性が得られる。

【0022】

一例として、導体２は、複数の素線をＺ撚りして第１撚線とし、複数の第１撚線をＺ撚りして第２撚線とし、複数の第２撚線をＳ撚りして第３撚線とする。また一例として、複数の素線をＺ撚りして第１撚線とし、複数の第１撚線をＺ撚りして第２撚線とし、複数の第２撚線をＺ撚りして第３撚線とし、複数の第３撚線をＳ撚りして第４撚線とする。また一例として、複数の素線をＳ撚りして第１撚線とし、複数の第１撚線をＳ撚りして第２撚線とし、複数の第２撚線をＺ撚りして第３撚線とする。また一例として、複数の素線をＳ撚りして第１撚線とし、複数の第１撚線をＳ撚りして第２撚線とし、複数の第２撚線をＳ撚りして第３撚線とし、複数の第３撚線をＺ撚りして第４撚線とする。ここで、Ｚ撚りは左撚りと同義であり、Ｓ撚りは右撚りと同義である。

【0023】

一例として、導体２は、銅または銅合金からなる金属線と、ポリウレタンからなる絶縁皮膜からなる素線を用いる。導体の断面積の合計値は２０～１２０ｍｍ^２である。また、絶縁皮膜は径方向の厚さが０．００６～０．０１８ｍｍである。

【0024】

［耐熱樹脂層の製造方法］
耐熱樹脂層３は、円環形状のダイスを用いて溶融樹脂を押し出して徐冷し固化する。この押出成形によって、導体２の周囲に耐熱樹脂層３を一体形成する。本実施形態の製造方法によれば、細径かつ堅牢かつ可撓性に優れた耐熱樹脂層３にできる。

【0025】

［外被部の製造方法］
外被部４は、専用ダイスを用いて製造する。専用ダイスは、中心孔と、当該中心孔を囲むようにその外縁に隣接して形成された内環状孔と、当該内環状孔の外周から放射状に延び内環状孔よりも幅広の６つ以上の所定形状孔と、当該所定形状孔の外端間を連結し内環状孔よりも幅広の外環状孔を有する。専用ダイスを用いて、内環状孔、所定形状孔及び外環状孔から溶融樹脂を押し出して徐冷し固化する。この押出成形によって外被部４を形成することで、耐熱樹脂層３の周囲に、内環状部４ａと内環状部４ａから放射状に延びるリブ部４ｂとリブ部４ｂの外端を連結する外環状部４ｃを熱可塑性樹脂で一体形成する。尚且つ、内環状部４ａとリブ部４ｂと外環状部４ｃによって囲まれて長手方向に連続する流路５を形成する。本実施形態の製造方法によれば、細径かつ堅牢かつ可撓性に優れた電力ケーブル１にできる。

【0026】

［空冷試験］
続いて、上述の電力ケーブル１の冷却能力を確認するために試料を作製して、空冷試験を行った。試験規格はＪＩＳ Ｃ２８０５：２０１０である。

【0027】

（実施例）
実施例の試料における導体２は、素線の外径が０．１２ｍｍの第２種ポリウレタン銅線を用いた撚線である。導体２としての撚線は、素線を１２本でＺ撚りして第１撚線にして、第１撚線を６本でＺ撚りして第２撚線にして、第２撚線を５本でＺ撚りして第３撚線にして、次に、第３撚線を７本でＳ撚りした。耐熱樹脂層３はＰＦＡを押出成形した。耐熱樹脂層３の径方向の厚さは０．４ｍｍである。外被部４は架橋ポリエチレン樹脂からなる。外被部４は、内環状部４ａの径方向の厚さが０．８ｍｍ、リブ部４ｂの周方向の厚さが１．４ｍｍ、外環状部４ｃの径方向の厚さが１．２ｍｍである。外被部４は、流路５が６箇所に形成される。実施例の電力ケーブル１は、外径が１６．８ｍｍであり、全長が３．３ｍである。

【0028】

第１回目の空冷試験は、試料の一端側にエアーカプラを取付けて、試料の他端側を開放し、導体２に、直流５０Ａを連続通電して、資料各部の表面温度を非接触温度計によって計測した。連続通電の結果、導体２の表面温度が１５４℃になるとともに、外被部４の表面温度が１１８℃になった。その後、冷媒７として常温の空気を、流量が毎分７０リットルで試料の一端側から押し込んで流動させ、試料の他端側から外部に空気を放出させた。連続空冷して１０分経過した時点の温度を非接触温度計によって計測した結果、導体２の表面温度が１００℃になるとともに、外被部４の表面温度が４２℃になった。よって、実施例は、冷媒７を流すことで、導体２の表面温度が５４℃冷却されるとともに、外被部４の表面温度が７６℃冷却されることが確認できた。

【0029】

第２回目の空冷試験は、試料の一端側にエアーカプラを取付けて、試料の他端側を開放し、導体２に、直流７０Ａを連続通電して、資料各部の表面温度を非接触温度計によって計測した。連続通電の結果、導体２の表面温度が１６４℃になるとともに、外被部４の表面温度が１２８℃になった。その後、冷媒７として常温の空気を、流量が毎分７０リットルで試料の一端側から押し込んで流動させ、試料の他端側から外部に空気を放出させた。連続空冷して１０分経過した時点の温度を非接触温度計によって計測した結果、導体２の表面温度が９０℃になるとともに、外被部４の表面温度が５０℃になった。よって、実施例は、冷媒７を流すことで、導体２の表面温度が７４℃冷却されるとともに、外被部４の表面温度が７８℃冷却されることが確認できた。

【0030】

（参考例）
参考例は耐熱樹脂層３を有していない。参考例の試料における導体２および外被部４は実施例と同様である。参考例の試料における外径は１６．０ 参考例は耐熱樹脂層３を有していない。参考例の試料における導体２および外被部４は実施例と同様である。参考例の電力ケーブルは、外径が１６．０ｍｍであり、全長が３．３ｍである。

【0031】

第１回目の空冷試験は、試料の一端側にエアーカプラを取付けて、試料の他端側を開放し、導体２に、直流５０Ａを連続通電して、資料各部の表面温度を非接触温度計によって計測した。連続通電の結果、導体２の表面温度が１５４℃になるとともに、外被部４の表面温度が１２１℃になった。その後、冷媒７として常温の空気を、流量が毎分７０リットルで試料の一端側から押し込んで流動させ、試料の他端側から外部に空気を放出させた。連続空冷して１０分経過した時点の温度を非接触温度計によって計測した結果、導体２の表面温度が１０５℃になるとともに、外被部４の表面温度が４９℃になった。よって、参考例は、冷媒７を流すことで、導体２の表面温度が４９℃冷却されるとともに、外被部４の表面温度が７２℃冷却されることが確認できた。

【0032】

第２回目の空冷試験は、試料の一端側にエアーカプラを取付けて、試料の他端側を開放し、導体２に、直流７０Ａを連続通電して、資料各部の表面温度を非接触温度計によって計測した。連続通電の結果、導体２の表面温度が１６４℃になるとともに、外被部４の表面温度が１３１℃になった。その後、冷媒７として常温の空気を、流量が毎分７０リットルで試料の一端側から押し込んで流動させ、試料の他端側から外部に空気を放出させた。連続空冷して１０分経過した時点の温度を非接触温度計によって計測した結果、導体２の表面温度が９４℃になるとともに、外被部４の表面温度が５２℃になった。よって、参考例は、冷媒７を流すことで、導体２の表面温度が７０℃冷却されるとともに、外被部４の表面温度が７９℃冷却されることが確認できた。

【0033】

上述の空冷試験の結果、実施例と参考例のいずれにおいても、流路５に冷媒７を流すことで外被部４の温度上昇を抑制できることが確認できた。尚且つ、耐熱樹脂層３を設けた実施例は、耐熱樹脂層３を有さない参考例に比べて、通電時の外被部４の温度上昇をさらに抑制できることが確認できた。

【符号の説明】

【0034】

１ 電力ケーブル
２ 導体
３ 耐熱樹脂層
４ 外被部、４ａ 内環状部、４ｂ リブ部、４ｃ 外環状部
５ 流路
７ 冷媒
５１ 電動車両、５１ａ 給電部、５１ｂ バッテリ

【要約】

【課題】突入電流などの過度電流に起因する導体発熱に耐えられる耐熱構造にしつつ、導体発熱を速やかに冷却可能な冷却構造を有する電力ケーブルを提供することを目的とする。
【解決手段】電力ケーブル１は、導体２と、導体２を被覆する耐熱樹脂層３と、耐熱樹脂層３を絶縁被覆する外被部４を備える。外被部４は、内環状部４ａと内環状部４ａから放射状に延びる３つ以上のリブ部４ｂとリブ部４ｂの外端に連結する外環状部４ｃとからなり、内環状部４ａとリブ部４ｂと外環状部４ｃとによって囲まれた流路５がリブ部４ｂと同数で形成される。電力ケーブル１は、流路５に冷媒７を流すことで通電時の外被部４の温度上昇を抑える構成である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】