JP2015099652A - Composite cable - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気エネルギーを輸送する電源線(強電線)と電気通信により情報を伝送する信号線(弱電線)とを備える複合ケーブルに関し、特に、電気自動車のバッテリーを充電するための給電用ケーブルに好適な複合ケーブルに関する。 The present invention relates to a composite cable including a power line (strong wire) for transporting electrical energy and a signal line (weak wire) for transmitting information by electrical communication, and in particular, a power supply cable for charging a battery of an electric vehicle. It is related with the composite cable suitable for.
近年、電気自動車(EV:Electric Vehicle)の充電方法の一つとして、コイルを用いた電磁誘導型の非接触給電システムの実用化が進んでいる。非接触給電システムは、地上に設置される給電装置と、電気自動車に搭載される受電装置とを備える。給電装置に設けられる給電側コイル(一次コイル)と、受電側装置に設けられる受電側コイル(二次コイル)を対向して配置し、給電側コイルと受電側コイルを磁気的に結合させることにより、非接触で電力を供給することができる。 In recent years, an electromagnetic induction type non-contact power feeding system using a coil has been put into practical use as one of charging methods for an electric vehicle (EV). The non-contact power feeding system includes a power feeding device installed on the ground and a power receiving device mounted on an electric vehicle. By arranging the power supply side coil (primary coil) provided in the power supply apparatus and the power reception side coil (secondary coil) provided in the power reception side apparatus so as to face each other and magnetically coupling the power supply side coil and the power reception side coil. The power can be supplied without contact.
給電装置としては、例えば、給電側コイルを内蔵した給電カプラを利用したものがある。給電カプラは、地上に設置された電力供給装置に給電用ケーブルを介して接続され、受電装置のカプラ挿入口に差し込んで充電を行う。一般に、給電カプラは、受電装置との間で充電条件の設定に必要な情報等の送受信を行う通信部を有する。 As a power supply device, for example, there is a device that uses a power supply coupler incorporating a power supply coil. The power feeding coupler is connected to a power supply device installed on the ground via a power feeding cable, and is charged by being inserted into the coupler insertion port of the power receiving device. In general, the power feeding coupler includes a communication unit that transmits and receives information and the like necessary for setting charging conditions to and from the power receiving apparatus.
給電カプラと電力供給装置を接続する給電用ケーブルには、電力伝送用の電源線と信号伝送用の信号線を有する複合ケーブルが用いられる。複合ケーブルを用いることにより、電力の供給と、信号の送受信を1本のケーブルで行うことができる。 A composite cable having a power transmission power line and a signal transmission signal line is used as a power feeding cable connecting the power feeding coupler and the power supply device. By using a composite cable, power can be supplied and signals can be transmitted and received with a single cable.
複合ケーブルには、小型(細径)であること、電源線の交流抵抗が低いこと、信号線にノイズが発生しないことが要求される。しかし、給電用ケーブルにおいては、電源線に高周波の大電流が流れるため、電源線に近接して配置される信号線には電磁誘導ノイズが発生する。
この問題を解決すべく、偶数本の電源線を、電流の流れる方向が逆方向となるもの同士が隣接するようにケーブル中心から等距離、すなわち同心円状に配置し、電源線の内側に信号線を配置した複合ケーブルが提案されている(例えば特許文献1、図6(a)参照)。特許文献1に記載の複合ケーブルによれば、信号線に生じる誘導起電力が相殺されるので、電磁誘導ノイズを低減することができる。
The composite cable is required to have a small size (small diameter), a low AC resistance of the power line, and no noise on the signal line. However, in the power feeding cable, a high-frequency large current flows through the power supply line, so that electromagnetic induction noise is generated in the signal line arranged close to the power supply line.
In order to solve this problem, an even number of power supply lines are arranged equidistantly from the cable center, that is, concentrically so that the currents flowing in opposite directions are adjacent to each other, and the signal lines are arranged inside the power supply lines. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and FIG. 6A). According to the composite cable described in Patent Document 1, since the induced electromotive force generated in the signal line is canceled, electromagnetic induction noise can be reduced.
特許文献1に記載の複合ケーブルのように、信号線の外周に電源線を配置する場合、大電流を流すのに必要な導体総断面積を確保しつつ、隣接する電源線同士を整然と配列することが要求される。しかしながら、信号線の外径と電源線の外径によっては、このような要求を満たすことができなくなる。
すなわち、電源線の外径を大きくして、電源線の本数を少なく設計した場合(例えば特許文献1の図6(a)では4本)、電源線間の隙間が大きくなり、電源線間の配列がばらつく虞がある。また、電源線の外径が大きいため、複合ケーブルの外径も大きくなる。一方、電源線の外径を小さくして、電源線の本数を多く設計した場合、信号線の外周にすべての電源線を整然と配列することが困難となる。
When the power supply line is arranged on the outer periphery of the signal line as in the composite cable described in Patent Document 1, adjacent power supply lines are arranged in an orderly manner while ensuring a total conductor cross-sectional area necessary for flowing a large current. Is required. However, depending on the outer diameter of the signal line and the outer diameter of the power supply line, such a requirement cannot be satisfied.
That is, when the outer diameter of the power supply line is increased and the number of power supply lines is designed to be small (for example, four in FIG. 6A of Patent Document 1), the gap between the power supply lines is increased, and the power supply lines are separated. The arrangement may vary. Further, since the outer diameter of the power supply line is large, the outer diameter of the composite cable is also increased. On the other hand, when the outer diameter of the power supply line is reduced and the number of power supply lines is designed to be large, it is difficult to arrange all the power supply lines in an orderly manner on the outer periphery of the signal line.
このように、信号線の外周に電源線を整然と配列できない場合、高周波領域での交流抵抗が増大し、信号線に生じる電磁誘導ノイズも増大する。また、複合ケーブルにおいて、信号線の周囲が遮へいされていない場合は、電源線との間の静電容量(浮遊容量)によって信号線に少なからず静電誘導ノイズが生じると考えられる。 As described above, when the power supply lines cannot be neatly arranged on the outer periphery of the signal line, the AC resistance in the high frequency region increases, and the electromagnetic induction noise generated in the signal line also increases. Further, in the composite cable, when the periphery of the signal line is not shielded, it is considered that not less than electrostatic induction noise occurs in the signal line due to the electrostatic capacitance (floating capacitance) between the signal line and the power source line.
本発明の目的は、高周波領域における電源線の交流抵抗を低減できるとともに、信号線におけるノイズを低減できる小型(細径)の複合ケーブルを提供することである。 An object of the present invention is to provide a small-sized (small diameter) composite cable that can reduce the AC resistance of a power supply line in a high-frequency region and reduce noise in a signal line.
本発明に係る複合ケーブルは、複数本の信号線が撚り合わされてなる信号線ユニットと、
前記信号線ユニットの周囲に形成される第1の遮へい層と、
前記第1の遮へい層の周囲に、断面視で同心円状となるように偶数本の電源線が撚り合わされて配置される電源線ユニットと、
前記電源線ユニットの周囲に形成される第2の遮へい層と、を備え、
前記偶数本の電源線には、交互に逆方向の電流が流れ、
前記信号線ユニットの外径d1と前記電源線の外径d2との比d1/d2が、1.6〜3.0であり、
前記信号線ユニットの撚りピッチが、層心径の25〜35倍であり、
前記電源線ユニットの撚りピッチが、層心径の25〜35倍であることを特徴とする。
The composite cable according to the present invention is a signal line unit formed by twisting a plurality of signal lines,
A first shielding layer formed around the signal line unit;
Around the first shielding layer, a power line unit in which an even number of power lines are twisted and arranged so as to be concentric in a sectional view;
A second shielding layer formed around the power line unit,
In the even number of power lines, a reverse current flows alternately,
The ratio d1 / d2 between the outer diameter d1 of the signal line unit and the outer diameter d2 of the power supply line is 1.6 to 3.0,
The twist pitch of the signal line unit is 25 to 35 times the layer core diameter,
The twist pitch of the power line unit is 25 to 35 times the core diameter.
本発明に係る複合ケーブルによれば、高周波領域における電源線の交流抵抗を低減できるとともに、信号線におけるノイズを低減でき、さらには小型化(細径化)を図ることができる。 According to the composite cable according to the present invention, the AC resistance of the power supply line in the high frequency region can be reduced, noise in the signal line can be reduced, and further downsizing (thinning in diameter) can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る複合ケーブルの利用形態を示す図である。図1では、車両用の非接触給電システムを構成する給電装置100の給電用ケーブル1として、本発明に係る複合ケーブルが適用される。すなわち、給電用ケーブル1は、電気エネルギーを輸送する電源線14(強電線)と、電気通信により情報を伝送する信号線11(弱電線)とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a utilization form of a composite cable according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the composite cable according to the present invention is applied as the power supply cable 1 of the power supply apparatus 100 that constitutes the vehicle non-contact power supply system. That is, the power supply cable 1 includes a power supply line 14 (strong electric wire) that transports electric energy and a signal line 11 (weak electric wire) that transmits information by electrical communication.
給電装置100は、地上に設置される電力供給装置3、及び給電用ケーブル1を介して電力供給装置3に接続される給電カプラ2を備える。 The power supply device 100 includes a power supply device 3 installed on the ground and a power supply coupler 2 connected to the power supply device 3 via the power supply cable 1.
給電カプラ2は、給電側通信部21及び給電側コイル22等を有する。給電カプラ2は、車両のバッテリーを充電する際、車両に搭載される受電装置のカプラ挿入口に差し込まれる。給電カプラ2がカプラ挿入口に差し込まれたとき、給電側コイル22は受電側コイル(図示略)に対向して配置される。給電側通信部21は、受電装置が有する受電側通信部(図示略)と無線通信により情報の送受信を行う。給電側通信部21は、例えば受電側通信部から送信された充電を許可する情報を受信し、信号線11を介して給電側制御部31に出力する。
The power feeding coupler 2 includes a power feeding
電力供給装置3は、給電側制御部31、インバーター32、交流電源33、及び操作部(図示略)等を有する。給電側制御部31は、例えば、操作部(図示略)から充電を指示する情報が入力されるとともに、給電側通信部21から充電を許可する情報が入力された場合に、給電側コイル22に対して給電を行うようにインバーター32を制御する。インバーター32は、交流電源33から供給された商用周波数の交流電圧を所定の高周波数の交流電圧に変換し、電源線14を介して給電側コイル22に供給する。
The power supply device 3 includes a power supply
給電側コイル22に交流電圧が印加されると、交流電流が流れ、受電側コイル(図示略)を鎖交する磁束が発生する。この磁束が変化することによって、受電側コイルに誘導電流が流れ、車両に搭載されたバッテリーが充電される。
When an AC voltage is applied to the power
給電用ケーブル1は、給電側通信部21と給電側制御部31間の信号伝送を行う信号線11と、給電側コイル22とインバーター32間の電力伝送を行う電源線14を備える複合ケーブルである。給電用ケーブル1には、小型(細径)であること、電源線の交流抵抗が小さいこと、信号線にノイズが発生しないことが要求される。
The power feeding cable 1 is a composite cable including a
図2は、給電用ケーブル1の断面図である。図2に示すように、給電用ケーブル1は、中心から順に、信号線ユニット11U、内部押さえテープ12、内部遮へい層13、電源線ユニット14U、外部押さえテープ15、外部遮へい層16等を備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the power supply cable 1. As shown in FIG. 2, the power supply cable 1 includes a
信号線ユニット11Uは、複数本(例えば4本)の信号線11を撚り合わせた集合体である。それぞれの信号線11は、複数本の導体素線11a(例えば7本の銅線)を撚り合わせて、絶縁体11b(例えば架橋ポリエチレン)で被覆した構成を有する。
The
信号線ユニット11Uの撚りピッチは、信号線ユニット11Uの層心径の25〜35倍である。信号線ユニット11Uの層心径とは、それぞれの信号線11の中心を通る円C1の直径である。例えば、信号線ユニット11Uが、外径:2.95mmの信号線11を4本撚り合わせて構成される場合、信号線ユニット11Uの層心径は4.17mmとなる。したがって、信号線ユニット11Uの撚りピッチは104〜146mmに設定される。
The twist pitch of the
信号線ユニット11Uの撚りピッチが層心径の25倍よりも小さい場合、信号線11が長くなるので、コストや重量が増大する。また、信号線ユニット11Uの撚りピッチが層心径の35倍よりも大きい場合、撚りが緩すぎて所定の配置を保持するのが困難となる。すなわち、信号線ユニット11Uの撚りピッチを層心径の25〜35倍とすることにより、コストや重量が増大するのを抑制できるとともに、信号線ユニット11Uの撚り形状を確保することができる。
When the twist pitch of the
信号線ユニット11Uの外周には、不織布等の内部押さえテープ12が巻回され、さらに銅テープ等の内部遮へい層13が巻回される。信号線ユニット11U、内部押さえテープ12、及び内部遮へい層13により給電用ケーブル1の心材が形成される。信号線ユニット11Uの外周に遮へい層13(第1の遮へい層)を形成することにより、信号線11に静電誘導ノイズが発生するのを効果的に防止することができる。
An inner
なお、心材を円形に仕上げるために、信号線11間には、ジュート、紙紐、ポリプロピレン紐等の介在物(図示略)が充填される。また、内部遮へい層13の周囲に、さらに押さえテープが巻回されてもよい。また、内部遮へい層13としては、銅テープの他、銅パイプや編組銅線等を適用することもできる。
In order to finish the core material in a circular shape, inclusions (not shown) such as jute, paper string, polypropylene string are filled between the signal lines 11. Further, a pressing tape may be wound around the
電源線ユニット14Uは、心材をガイドとして、内部遮へい層13の周囲に偶数本(例えば8本)の電源線14を撚り合わせた集合体である。すなわち、電源線14は、断面視で同心円状となるように配置される。偶数本の電源線14は同心円上で等間隔に配置されてもよいし、隣接する2本の電源線14からなる電源線対同士が等間隔となるように配置されてもよい。それぞれの電源線14は、複数本の導体素線14a(例えば7本の銅線)を撚り合わせて、絶縁体14b(例えば架橋ポリエチレン)で被覆した構成を有する。
The power
電源線ユニット14Uにおいて、隣接する電源線14には逆方向の電流が流される。図2では、第1極性(例えば+極性)の電流が流れる電源線14を電源線14A、第2極性(例えば−極性)の電流が流れる電源線14を電源線14Bとして区別して示している。電源線14Aと電源線14Bに逆方向の電流が流れることにより、信号線11に生じる誘導起電力が相殺されるので、電磁誘導ノイズが低減される。
In the power
電源線ユニット14Uは、隣接する電源線14A、14Bを対として、複数対の電源線14A、14Bを有する(図2では4対)。電源線14の導体総断面積(個々の電源線14の導体断面積の総和)が同じ場合、電源線ユニット14Uを1対の電源線14A、14Bで構成するよりも、複数対の電源線14A、14Bで構成した方が、高周波電流(例えば200kHz)が流れるときの交流抵抗は小さくなる。
したがって、電源線ユニット14Uを複数対の電源線14A、14Bで構成することにより、導体総断面積を一定とした場合には、大電流を流すことができる。言い換えると、電流が一定である場合には、導体総断面積を小さくする、すなわち電源線14の細径化、ひいては給電用ケーブル1の細径化を図ることができる。
The power
Therefore, by configuring the power
電源線14の外径d2は、信号線ユニット11Uの外径d1と電源線14の外径d2との比d1/d2(以下「外径比d1/d2」)が1.6〜3.0となるように、好ましくは1.8〜2.6となるように設定される。なお、外径比d1/d2が上記範囲となるように、信号線ユニット11Uの外径d1を適宜調整してもよい。例えば、信号線ユニット11Uの外径d1が7.10mmの場合、電源線14の外径d2は2.37〜4.44mmに設定される。
The outer diameter d2 of the
信号線ユニット11Uと電源線14の外径比d1/d2が1.6よりも小さい場合、信号線ユニット11Uの周囲に配置できる電源線14の本数が少なくなるので、交流抵抗を低減する効果が小さくなる。また、電源線14間の隙間が大きくなり、配列が崩れる虞がある。また、信号線ユニット11Uと電源線14の外径比d1/d2が3.0よりも大きい場合、大電流を流すのに必要なすべての電源線14を信号線ユニット11Uの外周に整然と配列することが困難となる。つまり、信号線ユニット11Uの外径が過度に大きかったり、或いは小さかったりする場合には、信号線ユニット11Uの周囲に電源線14を同心円状に整然と配置することが困難となる。
When the outer diameter ratio d1 / d2 between the
すなわち、信号線ユニット11Uと電源線14の外径比d1/d2を1.6〜3.0、好ましくは1.8〜2.6とすることにより、大電流を流すための導体総断面積を確保ししつつ、複数の電源線14を整然と信号線ユニット11Uの外周に配置することができる。また、信号線ユニット11Uと電源線14の外径比d1/d2を規定することにより、所望のケーブル特性を有するように、信号線ユニット11Uの外径d1、電源線14の外径d2、及び電源線14の本数を容易に変更することができる。
That is, by setting the outer diameter ratio d1 / d2 between the
特に、電源線ユニット14Uを6〜10本の電源線14で構成する、すなわち3〜5対の電源線14A、14Bで構成するのが好ましい。これにより、交流抵抗を低減できるとともに、無駄なスペースが少なくなるのでケーブルの細径化を図ることができる。
In particular, the power
また、電源線ユニット14Uの撚りピッチは、電源線ユニット14Uの層心径の25〜35倍である。電源線ユニット14Uの層心径とは、それぞれの電源線14の中心を通る円C2の直径である。例えば、心材(信号線ユニット11U+内部押さえテープ12+内部遮へい層13)の外径が7.8mm、電源線14の外径が4.00mmの場合、電源線ユニット14Uの層心径は11.8mmとなる。したがって、電源線ユニット14Uの撚りピッチは490〜686mmに設定される。
The twist pitch of the
電源線ユニット14Uの撚りピッチが層心径の25倍よりも小さい場合、電源線14が長くなるので、コストや重量が増大する。また、電源線ユニット14Uの撚りピッチが層心径の35倍よりも大きい場合、撚りが緩すぎて所定の配置を保持するのが困難となる。すなわち、電源線ユニット14Uの撚りピッチを層心径の25〜35倍とすることにより、コストや重量が増大するのを抑制できるとともに、電源線ユニット14Uの撚り形状を確保することができる。
When the twist pitch of the
電源線ユニット14Uの外周には、不織布等の外部押さえテープ15が巻回され、さらに銅テープ等の外部遮へい層16が巻回される。外部遮へい層16は接地される。給電用ケーブル1の最外層には、架橋ポリエチレン等の絶縁体からなるシース17が形成される。電源線ユニット14Uの外周に外部遮へい層16(第2の遮へい層)を形成することにより、外部へ電界が漏れ出すのを防止することができる。また、外部遮へい層16は、短絡事故時の電流流路となる。
An external
なお、給電用ケーブル1を円形に仕上げるために、電源線14間には、ジュート、紙紐、ポリプロピレン紐等の介在物(図示略)が充填される。また、外部遮へい層16の周囲に、さらに押さえテープを巻回してもよい。また、外部遮へい層16としては、銅テープの他、銅パイプや編組銅線等を適用することもできる。
In addition, in order to finish the power feeding cable 1 in a circular shape, inclusions (not shown) such as jute, paper string, and polypropylene string are filled between the
このように、給電用ケーブル1は、複数本の信号線11が撚り合わされてなる信号線ユニット11Uと、信号線ユニット11Uの周囲に形成される内部遮へい層13(第1の遮へい層)と、内部遮へい層13の周囲に、断面視で同心円状となるように偶数本の電源線14が撚り合わされて配置される電源線ユニット14Uと、電源線ユニット14Uの周囲に形成される外部遮へい層16(第2の遮へい層)と、を備える。
また、給電用ケーブル1においては、偶数本の電源線14(14A、14B)には、交互に逆方向の電流が流れ、信号線ユニット11Uと電源線14の外径比d1/d2が1.6〜3.0であり、信号線ユニット11Uの撚りピッチが層心径の25〜35倍であり、電源線ユニット14Uの撚りピッチが層心径の25〜35倍である。
As described above, the power feeding cable 1 includes a
In the power supply cable 1, the current in the opposite direction alternately flows through the even number of power supply lines 14 (14 </ b> A and 14 </ b> B), and the outer diameter ratio d1 / d2 between the
これにより、高周波領域における電源線14の交流抵抗を低減できるとともに、信号線11におけるノイズを低減することができる。また、給電用ケーブル1の小型化(細径化)を図ることができる。
Thereby, the AC resistance of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、複合ケーブルの電源線は、複数本の絶縁電線(例えば7本のポリウレタン絶縁銅線)を撚り合わせたリッツ線を、絶縁体(例えば架橋ポリエチレン)で被覆した構成としてもよい。この場合、電源線における交流抵抗を低減することができる。
また、本発明に係る複合ケーブルは、実施の形態で示した非接触給電システムに用いられる給電用ケーブルとして好適であるが、その他の形態で利用することもできる。
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist thereof.
For example, the power supply line of the composite cable may have a configuration in which a litz wire obtained by twisting a plurality of insulated wires (for example, seven polyurethane insulated copper wires) is covered with an insulator (for example, crosslinked polyethylene). In this case, the AC resistance in the power supply line can be reduced.
Moreover, although the composite cable which concerns on this invention is suitable as a cable for electric power feeding used for the non-contact electric power feeding system shown in embodiment, it can also be utilized with another form.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 給電用ケーブル(複合ケーブル)
11 信号線
11U 信号線ユニット
12 内部押さえテープ
13 内部遮へい層(第1の遮へい層)
14、14A、14B 電源線
14U 電源線ユニット
15 外部押さえテープ
16 外部遮へい層(第2の遮へい層)
17 シース
1 Power supply cable (composite cable)
11
14, 14A, 14B
17 sheath
Claims (4)
前記信号線ユニットの周囲に形成される第1の遮へい層と、
前記第1の遮へい層の周囲に、断面視で同心円状となるように偶数本の電源線が撚り合わされて配置される電源線ユニットと、
前記電源線ユニットの周囲に形成される第2の遮へい層と、を備え、
前記偶数本の電源線には、交互に逆方向の電流が流れ、
前記信号線ユニットの外径d1と前記電源線の外径d2との比d1/d2が、1.6〜3.0であり、
前記信号線ユニットの撚りピッチが、層心径の25〜35倍であり、
前記電源線ユニットの撚りピッチが、層心径の25〜35倍であることを特徴とする複合ケーブル。 A signal line unit formed by twisting a plurality of signal lines;
A first shielding layer formed around the signal line unit;
Around the first shielding layer, a power line unit in which an even number of power lines are twisted and arranged so as to be concentric in a sectional view;
A second shielding layer formed around the power line unit,
In the even number of power lines, a reverse current flows alternately,
The ratio d1 / d2 between the outer diameter d1 of the signal line unit and the outer diameter d2 of the power supply line is 1.6 to 3.0,
The twist pitch of the signal line unit is 25 to 35 times the layer core diameter,
The composite cable, wherein the twisted pitch of the power supply unit is 25 to 35 times the core diameter.
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