JP2015106522A - 伝送ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】コイルユニットの放熱を効果的に実現することができる伝送ケーブルを提供する。【解決手段】伝送ケーブル１３は、非接触で電力を授受する送信コイルユニットに接続されるものである。この伝送ケーブル１３は、それぞれが複数の素線を集合させてなる複数本のリッツ線３０と、伝送ケーブル１３の長さに対応してリッツ線３０の長手方向に延在し、複数本のリッツ線３０とともに束ねられるチューブ３１と、を有している。ここで、複数本のリッツ線３０は、チューブ３１を中心として当該チューブ３１を囲むように束ねられている。【選択図】図２

Description

本発明は、伝送ケーブルに係り、特に、非接触で電力を授受するコイルユニットに接続される伝送ケーブルに関する。

近年、電気自動車等が備える二次電池の充電などにおいては、プラグ接続等の物理的接続を必要としないワイヤレス（非接触）での電力伝送技術が用いられている。この技術としては、例えば、送信側コイルと受信側コイルとの磁気的な結合を利用して電力の授受を行う手法が知られている。個々のコイルは筐体内に収容されてコイルユニットとして構成されており、当該コイルユニットは伝送ケーブルが接続されて、高周波電源やバッテリ等と接続される。

電流等を流すために用いる電線については、周波数が高くなるにつれて電線の導体を通る電流が導体の表面に近い領域に偏って流れるようになる。この現象は表皮効果と呼ばれている。そのため、電線に高周波電流を流す場合には、周波数が低い場合と比べて電流が流れにくくなる。つまり、高周波領域では導線内の電流密度分布の偏りによって実質的に電気抵抗が増大するため、電力損失や発熱が増大する。

リッツ線は、高周波電流を流す伝送ケーブルに適した構造を有している。リッツ線は、それぞれの表面が絶縁層で覆われた細い導線（例えばエナメル線のようなマグネットワイヤ）を多数集合させて構成した電線である。各々の導線は素線と呼ばれる。互いに隣接する素線同士が絶縁されているので、リッツ線を構成する導体全体の表面積は断面積が同じ一般的な導線と比べると非常に大きくなる。したがって、リッツ線を流れる高周波電流が各素線の表面近傍に偏って流れる場合でも、比較的小さい抵抗で電流を流すことができる。つまり、高周波領域でも電力損失や発熱の増大を抑制できる。

ここで、例えば特許文献１には、リッツ線を束ね合わせた内側芯線の外周に層間絶縁層を設け、その外周にリッツ線を螺旋状に巻き付けて外側芯線を配置した自動車充電用ケーブルが開示されている。このケーブルには、冷媒を循環させる冷媒管が、外側芯線を構成するリッツ線と共に並行に螺旋状に配置されている。そして、この充電用ケーブルは、外部の高周波電源と充電カプラの間に備え付けられる。電気自動車の充電中には、冷媒管中を冷却水が循環しているので、コイルやコア等が発熱しても速やかに冷却することができることとしている。

また、例えば特許文献２には、金属製のシールドパイプと、シールドパイプに挿通される導体と、導体を液密状に貫通させた状態でシールドパイプの両端部を液密状に封止する一対の封止手段とを有するシールド導電体が開示されている。このシールド導電体において、一方の封止手段には、シールドパイプ内への冷却水の流入を可能とする流入口が設けられ、他方の封止手段には、シールドパイプ内の冷却水の流出を可能とする流出口が設けられている。

特開平１０−１０６３６２号公報 特開２００７−１５７４３５号公報

ところで、このようなコイルユニットでは、コイルが熱を発生するものであることから放熱構造が採られているものの、更なる放熱対策が望まれている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルユニットの放熱を効果的に実現することができる伝送ケーブルを提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、非接触で電力を授受するコイルユニットに接続される伝送ケーブルを提供する。この伝送ケーブルは、それぞれが複数の素線を集合させてなる複数本のリッツ線と、伝送ケーブルの長さに対応してリッツ線の長手方向に延在し、複数本のリッツ線とともに束ねられるチューブと、を有している。ここで、複数本のリッツ線は、チューブを中心として当該チューブを囲むように束ねられている。

ここで、本発明において、コイルユニットに伝送ケーブルが接続された状態において、チューブの一方の端部がコイルユニット内において開放されることが好ましい。

本発明によれば、伝送ケーブル内のチューブを通じて熱を逃がすことができるので、伝送ケーブルが接続されることでコイルユニットの放熱を効果的に実現することができる。

本実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を示す説明図 本実施形態に係る伝送ケーブルの構成を模式的に示す斜視図 本実施形態に係る伝送ケーブルの断面図

図１は、本発明の実施形態に係る非接触電力伝送装置１の構成を示す説明図である。非接触電力伝送装置１は、給電装置１０と受電装置２０とで構成されており、給電装置１０から電力を供給し、受電装置２０が非接触で電力を受け取るものである。本実施形態に係る非接触電力伝送装置１は、図１に示すように、電気自動車５における電源としての電池（二次電池）６を充電するためのシステムに適用されており、給電装置１０が地上側のインフラとして構成され、受電装置２０が電気自動車５に搭載されている。

給電装置１０は、電気自動車５の電池６を充電するための駐車場などに設置されており、受電装置２０に対して電力を供給する。この給電装置１０は、高周波電源１１と、送信コイルユニット１２とを主体に構成されている。

高周波電源１１は、電源筐体の内部に発振源（例えばインバータなど）を備えており、商用電源から送電される交流電力を所定の高周波の交流電力に変換する。高周波電源１１は、伝送ケーブル１３を介して送信コイルユニット１２に接続されており、変換した高周波の交流電力を送信コイルユニット１２に送信する。

送信コイルユニット１２は、高周波電源１１から送電された高周波の交流電力を、受電装置２０側の受信コイルユニット２１に送信するものである。送信コイルユニット１２は、送信コイル（図示せず）と、当該送信コイルを収容する筐体とで構成されており、駐車場に相当する所定の路面上に配設されている。

一方、受電装置２０は、給電装置１０からの電力を受け取り、この受け取った電力を電池６に出力する。受電装置２０は、受信コイルユニット２１と、整流器２２とを主体に構成されている。

受信コイルユニット２１は、給電装置１０側の送信コイルユニット１２から送信された交流電力を受信するものである。受信コイルユニット２１は、受信コイル（図示せず）と、受信コイルを収容する筐体とで構成されており、電気自動車５の底面に配設されている。受信コイルユニット２１は、電気自動車５を駐車場の規定スペースに駐車した場合、送信コイルユニット１２の上方に対峙するように配置されている。

整流器２２は、整流回路（例えばブリッジ回路）を備えており、受信コイルユニット２１によって受信された交流電力を直流電力へと整流する。整流器２２は、伝送ケーブル２３を介して電池６に接続されており、整流された直流電力は電池６で充電される。この電池６には当該電池６から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ（図示せず）が接続されており、このインバータから出力される交流電力により車両用駆動モータ（図示せず）が駆動する。

このような構成の非接触電力伝送装置１において、電気自動車５の受電装置２０が駐車場に設けられた給電装置１０に近づき、送信コイルユニット１２と受信コイルユニット２１とが互いに対向すると、送信コイルユニット１２内の送信コイルと受信コイルユニット２１内の受信コイルとが電磁共鳴して給電装置１０から受電装置２０に非接触で電力が供給される。

図２は、本実施形態に係る伝送ケーブル１３の構成を模式的に示す斜視図であり、図３は、本実施形態に係る伝送ケーブル１３を模式的に示す説明図である。以下、本実施形態の特徴の一つである伝送ケーブル１３について説明する。この伝送ケーブル１３は、リッツ線３０と、チューブ３１と、介在３２と、押さえ巻きテープ３３と、一次シース３４と、シールド３５と、二次シース３６とから構成されている。

リッツ線３０は、複数の素線を集合させてなる導体３０ａと、その周囲を覆う被覆部３０ｂとで構成されている。導体３０ａを構成する個々の素線は、例えばエナメル線のようなマグネットワイヤである。素線は、細長い線状の導体とその表面を覆う絶縁皮膜とで構成されている。したがって、互いに隣接する素線同士はそれらの外周面で電気的に接触することはなく、電気絶縁されている。もっとも、リッツ線３０の両端部では、全ての素線が互いに電気的に接続された状態で使用される。被覆部３０ｂは、例えばポリ塩化ビニル系樹脂などポリオレフィン系樹脂によって構成されている。

伝送ケーブル１３には、リッツ線３０が複数（例えば４つ）用いられており、これらのリッツ線３０は、後述するチューブ３１を中心として当該チューブ３１を囲むように束ねられている。

チューブ３１は、伝送ケーブル１３の長さに対応してリッツ線３０の長手方向に延在する中空の筒状部材である。このチューブ３１は、上述したように複数のリッツ線３０とともに束ねられ、それらの中心に位置付けられている。伝送ケーブル１３が送信コイルユニット１２に接続された状態において、チューブ３１の一方の端部は、送信コイルユニット１２内において開放され、チューブ３１の他方の端部は、高周波電源１１の電源筐体内部において開放されている。

介在３２は、複数本のリッツ線３０を束ねることにより形成される線心間の隙間に充填されるものである。具体的に本実施の形態において介在３２は、チューブ３１の周囲に配置される４本のリッツ線３０の隙間に充填され、リッツ線３０の型くずれを防止したり、電線径を一定の形状としたりする役割を有している。介在３２は、例えばポリプロピレン材料等によって構成されている。

押さえ巻きテープ３３は、介在３２が充填された複数本のリッツ線３０の外周側から巻き付けられるものであって、不織布やプラスチックフィルムなどにより構成されている。この押さえ巻きテープ３３により、複数のリッツ線３０、チューブ３１及び介在３２は一体的に強化されかつ整形される。

一次シース３４は、押さえ巻きテープ３３の周囲を覆うように設けられており、例えばポリ塩化ビニル系樹脂などポリオレフィン系樹脂によって構成されている。

シールド３５は、一次シース４０の周囲を覆うように設けられている。シールド部材１７としては、公知の編組や金属箔単体、或いは金属箔を含むシールド部材を採用することができる。

二次シース３６は、シールド３５の周囲を覆うように設けられており、例えばポリ塩化ビニル系樹脂などポリオレフィン系樹脂によって構成されている。

このように本実施形態によれば、伝送ケーブル１３は、当該伝送ケーブル１３の長さに対応してリッツ線３０の長手方向に延在するチューブ３１を有している。このため、チューブ３１の中空部を通じて通気を行うことができるので、送信コイルユニット１２内の熱をチューブ３１を通じて外部に逃がすことができる。また、このチューブ３１には、複数本のリッツ線３０がチューブ３１を囲むように束ねられているため、リッツ線３０に生じる熱についても放熱することができるとともに、各リッツ線３０についてまんべんなく放熱を行うことができる。これにより、伝送ケーブル１３内の熱及び送信コイルユニット１２内の熱について効果的に放熱を行うことができる。

また、本実施形態において、送信コイルユニット１２に伝送ケーブル１３が接続された状態において、チューブ３１の一方の端部が送信コイルユニット１２内において開放されている。かかる構成によれば、送信コイルユニット１２内の熱がチューブ３１内に進入することで、送信コイルユニット１２内の熱について効果的に放熱を行うことができる。

以上、本実施形態にかかる伝送ケーブル及びこれが適用された非接触電力伝送装置について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。また、本実施形態では、送信コイルユニットに接続される伝送ケーブルについて説明したが、受信コイルユニットに接続される伝送ケーブルについても同様の構成とすることができる。

１ 非接触電力伝送装置
５ 電気自動車
６ 電池
１０ 給電装置
１１ 高周波電源
１２ 送信コイルユニット
１３ 伝送ケーブル（給電側）
２０ 受電装置
２１ 受信コイルユニット
２２ 整流器
２３ 伝送ケーブル（受電側）
３０ リッツ線
３０ａ 導体
３０ｂ 被覆部
３１ チューブ
３２ 介在
３３ 押さえ巻きテープ
３４ 一次シース
３５ シールド
３６ 二次シース

Claims (2)

1. 非接触で電力を授受するコイルユニットに接続される伝送ケーブルにおいて、
   それぞれが複数の素線を集合させてなる複数本のリッツ線と、
   前記伝送ケーブルの長さに対応して前記リッツ線の長手方向に延在し、前記複数本のリッツ線とともに束ねられるチューブと、を有し、
   前記複数本のリッツ線は、前記チューブを中心として当該チューブを囲むように束ねられていることを特徴とする伝送ケーブル。
2. 前記コイルユニットに前記伝送ケーブルが接続された状態において、前記チューブの一方の端部が前記コイルユニット内において開放されることを特徴とする請求項１に記載された伝送ケーブル。

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