CN1175777A - 电动汽车充电用的电缆 - Google Patents

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义村昌伸
金川收一
出口洋成
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Abstract

一种电动汽车充电用的电缆,采用冷却剂进行强制冷却,操作容易,可防止冷却管路受到损伤。在由绞合线46绞合形成的内芯线41的外周面上设置层间绝缘层42,绞合线58以螺旋状包在该层42的外面,并设置外芯线43。冷却管48,49与构成外芯线43的绞合线58并行呈螺旋状设备。充电用电缆40设置于外部的高频电源51和充电联接器30之间。在充电过程中,冷却水在冷却管48,49中进行循环,使发热的线圈34、铁芯33被快速冷却。

Description

电动汽车充电用的电缆
本发明涉及采用电磁感应对电动汽车进行充电的充电用的电缆。
就采用电磁感应对电动汽车内部的电池进行充电的联接器(connector)来说，由于它可对机动车在不通过电接点的情况下以非接触的方式提供电能，故其具有多种优点，并且人们设计了各种结构。如日本特开平5-258962号文献，日本特开平5-260671号文献，日本特开平6-14470号文献等中所描述的那样，其基本结构采用的是变压器的原理，该原理为：分别在初级线圈铁芯和次级线圈铁芯上卷绕线圈，在进行电动汽车充电时，使交流电流流过初级线圈，通过在次级线圈中的电磁结合，产生电动势。
但是，在上述的充电方式中，由于充电时铁芯或线圈会发热，所以为了增加充电的容量，则必须采用冷却水等冷却剂将上述热量去除。
然而，当相对电能供给用电缆单独设置使冷却剂产生流动的管路时，在增加电缆的根数后，则很难进行操作，或容易产生因不小心而拌脚，另外很容易使冷却用管路受到损伤，从而发生冷却剂泄漏的事故。
本发明是针对上述情况而设计的，其目的在于提供一种可以使用制冷剂强制冷却，同时操作简便，并可防止制冷管路损伤的电动汽车用充电电缆。
用于实现上述目的的第一种结构本发明涉及下述的电动汽车充电用的电缆，其外层内部设置有导电线，它设置于安装有电动汽车上的感应充电用充电联接器和外部充电用电源之间，其中导电线和柔性冷却管设置在该电缆的外层内侧，该冷却管用于使冷却剂在上述充电联接器内部进行循环。
第二种结构的本发明是在第一种结构的基础上，上述冷却管以螺旋状设置于上述外层内部。
第三种结构的本发明，是在第一种或第二种结构的基础上，上述导电线由内芯线和外芯线构成，该内芯线设置于共用的外层内部，它是由多根绞合线绞合形成，该绞合线由多根绝缘线成束形成，上述外芯线由多根绞合线形成，它按照下述方式与上述内芯线同轴设置，该方式为：该外芯线包覆在设置上述内芯线的外周面上的层间绝缘层的外面。
第四种结构的本发明是在第三种结构的基础上，上述冷却管设置于上述内芯线内部。
第五种结构的本发明是在第三种或第四种结构的基础上，构成上述外芯线的绞合线以螺旋状设置于上述层间绝缘层的外面，另外上述冷却管与构成外芯线的绞合线一起按照并行的方式以螺旋状设置。
第六种结构的本发明是在上述第一种至第五种结构中任一种的基础上，上述冷却管与设置于上述外部充电用电源上的冷却装置相连接，从而通过上述冷却管而进行循环的冷却剂在上述冷却装置中放热。
按照第一种结构的本发明，由于在电缆内部设置有导电线和用于使冷却剂产生循环的冷却管，这样可采用一根电缆便可对电动式机车进行充电，以及对线圈或铁芯等部件进行冷却。另外，由于与独立于充电用的电缆的方式配备冷却管的场合相比较，很容易进行操作，并且冷却管接纳于外层内部，这样可防止出现因悬挂或摩擦等对冷却管造成损伤的现象。
按照第二种结构的本发明，由于冷却管以螺旋状设置于电缆内部，这样在电缆弯曲时，冷却管的阻力很小，从而很容易使电缆弯曲。因此，在电动汽车充电，或收藏时容易进行操作。
按照第三种结构的本发明，由于每根芯线由绞合线构成，很少产生高频电流流动的场合的集肤效应产生的阻抗增加的情况，从而通电损失较小。另外，由于外芯线按照同轴方式包覆于内芯线外面，这样即使在没有设置屏蔽层的情况下，由于流过每个芯线的电流所产生的磁场相互抵消，磁通不会泄漏到外部，这样仍可防止上述芯线变成噪音源。
当采用第三种结构的本发明那样的同轴结构时，则会产生内芯线产生的热量不易散开的倾向，但是按照第四种结构的本发明，由于冷却管设置于内芯线内部，这样很容易实现内芯线和冷却剂之间的热交换，从而可确实防止电缆温度的上升。
按照第五种结构的本发明，由于冷却管在电缆内部，按照与构成外芯线的绞合线并行的方式以螺旋状设置，这样与其按照直线状设置的场合相比较，很容易使电缆弯曲，从而可提高电缆使用，或收藏时的操作性。
此外，由于在制作外芯线时，在与绞合线一起设置冷却管的同时，制作电缆，这样很容易制作电缆。
按照第六种结构的本发明，由于冷却剂可通过冷却装置冷却，同时进行循环，这样不会白白地使用冷却剂，从而很经济。
图1为电动汽车充电时的状态侧面图；
图2为第1实施例中的充电联接器和电动汽车一侧的接纳部的纵向剖面图；
图3为上述实施例中的导电管连接部的放大侧面图；
图4为上述实施例中的充电用的电缆的局部剖开的透视图；
图5为上述实施例中的充电用的电缆的局部剖开的透视图；
图6为第2实施例中的充电用的电缆的局部剖开的透视图；
图7为上述实施例中的充电用的电缆的剖面图；
图8为第3实施例中的充电用的电缆的剖面图；
图9为另一实施例(1)的充电用的电缆的剖面图；
图10为另一实施例(2)的充电用的电缆的剖面图；
图11为另一实施例(3)的充电用的电缆的局部剖开的透视图。
下面参照图1～5对本发明的第1实施例进行描述。
在对本发明的充电用的电缆40说明之前，首先通过图1和图2对电动汽车EV进行充电时的状态进行描述。在电动汽车EV的车体外部形成有可通过盖11实现开闭的接纳部12，该接纳部12按照下述方式设置，该方式为：可将后面将要描述的充电联接器30插入该接纳部12中。本发明的充电用的电缆40的一端与充电联接器30连接，其另一端与充电装置50连接。充电装置50中设置有高频电源51，该电源51相当于可输出100KHz的高频电压的外部电源，另外上述充电装置50还设有风冷式冷却装置52及其气冷风扇53，上述冷却装置52对作为后面将要描述的冷却水放出的热量进行冷却。
在上述电动汽车EV中的接纳部12中安装有联接器存放盒13，该盒13具有凹部13a，该凹部开口朝向外侧，在其内设置有次级线圈单元20。上述次级线圈单元20是这样形成的，即在铁氧体形成的次级线圈铁芯21上绕制次级线圈22，它通过设置于车内的气冷风扇53进行冷却。次级线圈22的输出端子与下述的充电电路连接，该充电电路用于对作为电动汽车EV的动力蓄电装置的动力电池(图中未示出)进行充电，它是通过对由次级线圈22感应产生的高频电动势进行整流而对电池进行充电的。
上述次级线圈铁芯21呈将截面为方形的柱弯曲成L形后的形状，该L形状的长边沿横向延伸，它固定于电缆接纳盒13中，上述L形状的短边向下延伸，其端部穿过电缆接纳盒13而在凹部13a内部稍稍伸出。另外，L形状的长边的前端通过形成于接纳盒13的前端的开口13b，而朝向凹部13a内部露出。此外，在上述接纳盒13的凹部13a的底部设置有板形弹簧14，该弹簧14的弹力将插入凹部13a内部的充电联接器30朝向上方(次级线圈装置20一侧)推动。
充电联接器30是这样构成的，即在外壳31中接纳有初级线圈32和初线圈铁芯33。该初级线圈铁芯33采用与上述次级线圈铁芯21相同的材料形成，其按照下述形状固定于外壳31中，该形状为其L形状中的长边沿外壳内部延伸，上述L形状中的短边在外壳31的底部朝向上方延伸，该短边的顶面穿过外壳31而伸出到外部。另外，L形状中的长边的前端通过形成于外壳31前端的开口31a，而在上面露出。因此，当上述充电联接器30插入电动汽车EV中的接纳盒13的凹部13a内部时，初级线圈铁芯33的长边的前端顶面处于与次级线圈铁芯21中的短边的底端面相对的状态，并且初级线圈铁芯33的短边的顶面处于与初级线圈铁芯21中的长边的前端底面相对的状态。另外，由于设置于接纳盒13中的凹部13a的底面上的板形弹簧14的弹力将充电联接器30朝向上方推动，这样两个铁芯21，33的相对面基本处于接触状态，从而形成由两个铁芯21，33关闭的单一环的磁性回路。
通过在次级线圈铁芯33的短边上缠绕多圈导电管34，便可形成初级线圈32。按照本实施例，该导电管34由铜合金形成，其直径为5mm，其壁厚度为0.5mm，上述导电管34的缠绕内径为25mm左右。另外，在上述初级线圈32的内表面，在该内表面与初级线圈铁芯33之间敷设有传热性硅润滑脂35等材料，这样与在初级线圈铁芯33和初级线圈32之间不敷设上述硅润滑脂35的情况相比较，可提高热传导性，从而初级线圈32处于可以可传导热量的方式缠绕于初级线圈铁芯33上的状态。另外，虽然图中未示出，但是在导电管34的内外两个表面上形成有搪瓷涂层，以便进行绝缘。
图4和5表示本发明第1实施例的充电用的电缆40。该充电用的电缆40的结构为按照下述方式形成的双芯的结构，该方式为：以将内芯线41的外缘面包住的方式设置由聚氯乙烯(下面简称为PVC)形成的层间绝缘层42，以将该绝缘层42的外缘面包住的方式设置外芯线43，在外芯线43的外侧仍然设置由PVC形成的外侧绝缘层44，以及位于该绝缘层44外侧的PVC形成的外层45。
内芯线41是将19根绞合线46绞合形成的(另外，在图4或图5中，图示的情况为省略了部分绞合线的情况)。绞合线46为将多根绝缘线47成束捆起的一般结构，虽然该绝缘线47的种类，或根数等根据所要求的通电容量，或频率等确定，但是按照本实施例，该绝缘线47由直径为0.18mm的聚氨基甲酸乙酯绝缘铜线绞合形成。
外芯线43由与构成内芯线41的绞合线46相同的绞合线58构成，它按照通过19根绞合线58以并排螺旋形状包住层间绝缘层42的外缘面方式设置。另外，在构成外芯线43的绞合线58之间以与上述绞合线58的螺旋相并行的方式设置有2根冷却管48，49，该冷却管48，49在圆周上的相对位置构成上管路和下管路。上述冷却管48，49由下述的绝缘硅树脂等合成树脂形成，该合成树脂具有耐热性，并且具有较大的柔性，该管48，49的截面基本呈椭圆形。
此外，捆扎带59按照下述方式以与每个绞合线58和冷却管48，49的螺旋相反的螺旋形状卷绕，该方式为：上述扎紧带覆盖于上述芯线43中的每个绞合线58的外缘面。还有，在外侧绝缘层44的内缘面上形成保持槽57，该槽57沿绞合线58和冷却管48，49的螺旋形状的设置方向延伸，上述绞合线58和冷却管48，49以嵌合方式保持于上述保持槽57内部。
另外，在充电装置50一侧，上述充电用的电缆40中的每个芯线41，43与高频电源51的输出端子连接，上述上管路上的冷却管48与充电装置50内部的循环泵54相连接，上述下管路上的冷却管48与冷却装置52相连接。
图3表示初级线圈32和充电用的电缆40的连接结构。即，冷却管48与导电管34的端部相嵌合，该管48通过管夹持件36以可防水的方式与导电管34相连接。另外，在上述冷却管48的连接端部成整体形成有多个防水罩56，这样即使在由于在导电管34上结露而水滴从导电管34一侧向另一侧流动，或反之，水滴从冷却管48一侧向另一侧流动的情况下，仍可通过上述防水罩56将上述水滴朝向相反侧的流动隔断。另外，在上述两根冷却管48，49中，位于上管路上的冷却管与构成的初级线圈32的内缘面的导电管34的端部相连接，而位于下管路上的冷却管49与构成初级线圈32的外缘面的导电管34的端部相连接，这样冷却水可从初级线圈32的内缘面朝向外缘面流动。
另外，在导电管34中的其与冷却管48相连接的部位附近，通过焊接等方式设置有通电用端子37，该端子37上以铆接方式固定有充电用的电缆40中的内芯线41。此外，在充电联接器30上，充电用的电缆40穿过下述的筒部38而伸出，该筒部38同时用作手柄，该手柄相对外壳31的底部以成整体连接的方式伸出。
本实施例的结构为上述的形式，下面对其作用进行描述。在对电动汽车EV进行充电时，首先，将充电联接器30插入车体的接纳部12内部。之后，将充电联接器30插入到接纳盒13内部的最深处，因此在联接器接纳盒13内部，由于板形弹簧14的作用，将充电联接器30推向初级线圈单元20一侧，两个铁芯21，33处于接合状态，从而形成闭合环形的磁性回路。于是，当按下充电装置50中的图中未示出的电源开关时，循环泵54和气冷风扇53启动，高频电源51动作而与充电用的电缆40接通，从而对初级线圈32外加高频电压。由于对初级线圈32励磁，在次级线圈22中产生电动势，根据该电动势，便可对电动汽车EV的动力用电池进行充电。
由于在初级线圈32中会有高频电流流动，这样构成该线圈32的导电管34本身和次级线圈33发热。但是，由于循环泵54按照上述方式操作，这样会形成下述的冷却剂的循环流动，即冷却水通过充电用的电缆40中的位于上管路上的冷却管48，流入导电管34内部，之后其再次通过充电用的电缆40中的位于下管路上的冷却管49，最后从冷却装置52返回循环泵54。因此，即使在于充电过程中产生焦耳值很大的热量的情况下，由于导电管34直接受到冷却，这样可可靠防止次级线圈32升到很高的温度。另外，因磁滞损耗，或涡流而在初级线圈铁芯33中产生的热量会传递给构成初级线圈32的内缘面的导电管34，之后仍然是在流过该导电管34的冷却水作用下，该热量会通过充电用的电缆40内部的位于下管路上的冷却管49而排到冷却装置52中。因此，还可可靠防止初级线圈33产生热量。
此外，次级线圈单元20中产生的热量会在车体内的气冷风扇23的作用下得到冷却。
如果按照上述方式采用本发明，则可获得下述的效果。
由于冷却管48，49按照下述方式与充电用的电缆40成整体成形，该方式为：该冷却管包覆在层间绝缘层42的外缘面的外面，这样采用一根充电用的电缆40，便可对电动汽车EV进行充电，并且对线圈等进行冷却。另外，由于与相对充电用的电缆来说单独配备冷却管的场合相比较，更容易操作，冷却管48，49接纳于外层45内侧，这样可防止因悬挂或摩擦等原因造成对冷却管的损伤。
在高频电流流过内芯线41和外芯线43的场合，即使在线圈34，铁芯33，或充电用的电缆40等发热的情况下，由于在同时冷却剂在冷却管48，49中流动，这样仍可对上述部件产生的热量进行冷却。
由于冷却管48，49中设有冷却上管路和下管路，这样可按照可使冷却剂产生循环的方式对上述上管路和下管路进行设定，由于在充电用的电缆40的一端设置有循环泵54，这样可使冷却剂在整个充电用的电缆40中产生循环。此外，由于通过冷却装置52对冷却水进行冷却，同时使其产生循环，这样不会对冷却剂造成浪费，从而很经济。还有，由于冷却装置52设置于充电装置50的内部，这样可减小整个充电设备的体积。
另外，由于两根冷却管48，49按照与构成外芯线43的绞合线58并行的方式呈螺旋形状设置于充电用的电缆40内部，这样很容易使充电用的电缆产生弯曲，从而可提高使用或接纳充电用的电缆40时的操作性。此外，在形成外芯线时，由于在一起设置绞合线58和冷却管48，49的同时，可形成充电用的电缆40，这样很容易制造充电用的电缆40。
由于在充电用的电缆40中设置有两个芯线41，43，这样可使电流流过上述每个芯线41，43，仅仅采用一根充电用的电缆40便可对电动汽车EV进行配电。此外，由于每个芯线41，43由绞合线46，58形成，这样使高频电流流过的场合中的集肤效应产生的阻抗增加的情况几乎不会发生，从而通电损失较小。还有，由于外芯线43以按照同芯状将内芯线41包住的方式设置，这样即使在不设置屏蔽层的情况下，由于流过每个芯线41，43的电流所产生的磁通相互抵消，这样磁通仍不会向外部泄漏，从而可防止产生噪音源。
另外，由于两个芯线41，43按照同轴方式设置，这样空间使用效率很高，可减小整体的直径的大小。顺便提一下，在将与上述实施例中的相同的绞合线46，58仅仅按照一根电缆捆扎而形成平行的双芯芯电线的场合，上述电缆的外径为20mm左右，但是按照本实施例同轴设置，则上述电缆的直径为18mm左右，从而可在相同的通电容量的情况下同时使直径和重量减小。
按照本实施例，由于构成外芯线43的绞合线58按照螺旋状设置，这样即使在每根绞合线58中的电流分布会产生标准差的情况下，由于整个充电用的电缆40保持均匀，这样仍可获得可可靠防止磁通泄漏的效果。
下面参照图6和图7对本发明的第2实施例进行描述。
在本实施例和第1实施例中，相同的部件采用相同的标号，故在这里略去对其的说明。
本实施例与第1实施例的不同点在于冷却剂用的流路的位置。按照本实施例，设置于充电用的电缆62内部的两根冷却管60、61中的每一个均按照与内芯线41并行的方式设置。
本实施例也可获得与第1实施例相同的作用和效果。
另外，充电用的电缆62中的内外芯线41，43的焦耳热的产生热量基本相等，但是内芯线41中的热量不易散开。根据上述情况，按照本发明，由于在内芯线41内部设置有两根冷却管60，61，从而很容易在内芯线41和冷却剂之间进行热交换，从而可可靠防止充电用的电缆62温度的上升。
下面参照图8对本发明的第3实施例进行描述。
在本实施例和第1实施例中，与第1实施例相同的部件采用相同的标号，故在这里略去对其的说明。
本实施例与第1实施例的不同点在于冷却用的流路的位置。按照本实施例，设置于充电用的电缆70内部的两根冷却管71，72中的，位于上管路上的冷却管71位于内芯线41的中间部，位于下管路上的冷却管72与外芯线43并行设置。
本实施例也可获得与第1实施例相同的作用和效果。
另外，由于如第2实施例中所描述的，内芯线41的结构比外芯线43更难散热，这样将位于低温冷却剂流过的上管路上的冷却却管71沿内芯线41设置，而位于较高的冷却剂流过的下管路上的冷却管72沿放热性较好的外芯线43从该线43中穿过。因此，由于可高效地对内芯线41进行冷却，这样可更加可靠地防止充电用的电缆70温度的上升。
图9～11表示本发明的其它实施例。
图9和图10中，与第1实施例相同的部件采用相同的标号，故在这里略去对其的说明。
(1)在图9中，充电用的电缆80中的两根冷却管81，82呈直线状设置于外侧绝缘层44和外层45之间，上述结构具有下述效果，即很容易制作充电用的电缆80。
另外，冷却管81，82还可以螺旋状设置于外层45内部，当采用上述方式时，很容易使充电用的电缆80弯曲。
(2)在图10中，充电用的电缆85中的两根冷却管86，87的外层侧按照同时用作外层45的套管的形状形成，在两根冷却管86，87之间设置有隔壁88，从而上管路和下管路中的冷却剂不会混合。按照上述方式，由于可采用流过冷却管86，87的较大量的冷却剂，这样可大大增加冷却效果。
(3)在图11中，充电用的电缆90设有两根作为芯的芯线91，在每根芯线91的外缘面分别沿相反的螺旋状缠绕有下述的两根冷却管93，94，该冷却管通过绝缘层92构成上管路和下管路，在冷却管93，94的外缘形成有外层95，使上述整个结构成整体成型。另外，冷却管93，94由下述的硅树脂等合成树脂形成，该合成树脂具有耐热性，并且具有一定柔性。
本发明不必限上述的实施例，下面的描述的内容也包括在本发明的技术范围之内。
①冷却管不必仅仅限于两根，其也可为多根，另外，也可按照图10所示的方式使上管路，或下管路呈套管状。
②冷却管也可不呈螺旋状，而呈直线状设置于充电用的电缆内部。
③在冷却管内部进行循环的冷却剂不必限于水，它也可采用各种油，氟碳制冷剂等烃类溶剂等。另外，当冷却剂采用具有较低沸点的溶剂时，可使液体在位于上管路上的冷却管中进行循环，使气体在位于下管路上的冷却管中进行循环，可通过冷却装置在使气体变回液体的同时，实现循环。如果采用上述结构，则可提高冷却效果。
④如果通过防水结构将冷却管和次级线圈单元连接，则可在对汽车侧的线圈单元进行冷却的同时，对该汽车进行充电。此时，冷却管也可采用4根以便用于初级线圈和次级线圈。
⑤在电缆内部也可设置导电线和冷却管各一根，采用两根电缆对电动式机车进行充电。

Claims (6)

1.一种电动汽车充电用的电缆，其外层内部设置有导电线，该电缆设置于安装于电动汽车上的感应充电用充电联接器和外部充电用电源之间，其特征在于：
在该电缆中的外层内侧设置导电线和柔性冷却管，该冷却管用于使冷却剂在上述导电线和上述充电联接器内部进行循环。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于上述冷却管以螺旋状设置于上述外层内部。
3.根据权利要求1或2所述的电缆，其特征在于上述导电线由内芯线和外芯线构成，该内芯线设置于共用的外层内部，它是由多根绞合线绞合形成，该绞合线由多根绝缘线成束形成，上述外芯线由多根绞合线形成，它按照下述方式与上述内芯线同轴设置，该方式为：该外芯线包覆在设置上述内芯线的外周面上的层间绝缘层的外面。
4.根据权利要求3所述的电缆，其特征在于上述冷却管设置于上述内芯线内部。
5.根据权利要求3或4所述的电缆，其特征在于构成上述外芯线的绞合线以螺旋状设置于上述层间绝缘层的外面，同时上述冷却管与构成外芯线的绞合线一起按照并行的方式以螺旋状设置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电缆，其特征在于上述冷却管与设置于上述外部充电用电源上的冷却装置相连接，通过上述冷却管而进行循环的冷却剂在上述冷却装置中散热。
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