JP2021077590A - 給電ケーブル、ケーブル付き給電コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】導体線から冷却チューブ内部への漏電を抑制することができる給電ケーブル、ケーブル付き給電コネクタの提供。【解決手段】給電ケーブル１は、非絶縁性冷媒が流される冷却チューブ１１と、冷却チューブ１１を覆う絶縁層１４と、絶縁層１４の周りに配された導体線１２と、を備え、冷却チューブ１１は、体積抵抗率が１０１３[Ω・ｍ]以下であり、絶縁層１４は、冷却チューブ１１よりも体積抵抗率が高い。【選択図】図２

Description

本発明は、給電ケーブル、ケーブル付き給電コネクタに関するものである。

下記特許文献１には、冷却チューブの周りに導体線が配された給電ケーブルが開示されている。

特開２０１８−０１８７４８号公報

ところで、上記冷却チューブに非絶縁性冷媒が流れていた場合、上記導体線に大きな電流を流すと、導体線と非絶縁性冷媒との間、すなわち冷却チューブの厚さ方向に高電圧が印加される。導体線から冷却チューブを介して内部の非絶縁性冷媒に漏れ電流が流れると、当該非絶縁性冷媒と接触するポンプやチラーなどの金属部品において電食が発生する可能性があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、導体線から冷却チューブ内部への漏電を抑制することができる給電ケーブル、ケーブル付き給電コネクタの提供を目的とする。

本発明の一態様に係る給電ケーブルは、非絶縁性冷媒が流される冷却チューブと、前記冷却チューブを覆う絶縁層と、前記絶縁層の周りに配された導体線と、を備え、前記冷却チューブは、体積抵抗率が１０^１３[Ω・ｍ]以下であり、前記絶縁層は、前記冷却チューブよりも体積抵抗率が高い。
この構成によれば、冷却チューブと導体線との間に絶縁層が介在するため、導体線と冷却チューブ内部を流れる非絶縁性冷媒との間の電気絶縁性能が向上する。このため、導体線から冷却チューブ内部の非絶縁性冷媒への漏電を抑制することができる。

上記給電ケーブルにおいて、前記冷却チューブは、ポリアミド系樹脂から構成されるチューブであってもよい。
この構成によれば、絶縁層によってポリアミド系樹脂から構成されるチューブの電気絶縁性能を高めることができる。

上記給電ケーブルにおいて、前記絶縁層は、体積抵抗率が１０^１６[Ω・ｍ]以上であってもよい。
この構成によれば、絶縁層の体積抵抗率が少なくとも冷却チューブの体積抵抗率より三桁高くなるので、導体線から冷却チューブ内部への漏電を十分に抑制することができる。

また、本発明の一態様に係るケーブル付き給電コネクタは、先に記載の給電ケーブルと、前記給電ケーブルに接続されたコネクタ端子と、を備える。
この構成によれば、給電ケーブルにおいて、冷却チューブと導体線との間に絶縁層が介在するため、導体線から冷却チューブ内部への電気絶縁性能が向上する。このため、導体線から冷却チューブ内部への漏電を抑制することができる。

上記本発明の一態様によれば、導体線から冷却チューブ内部への漏電を抑制することができる。

一実施形態に係る給電ケーブルを備えるケーブル付き給電コネクタの縦断面図である。 一実施形態に係る給電ケーブルの横断面図である。 一実施形態に係る絶縁層の側面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に係る給電ケーブル１を備えるケーブル付き給電コネクタ３０の縦断面図である。図２は、一実施形態に係る給電ケーブル１の横断面図である。
図１に示すように、ケーブル付き給電コネクタ３０は、給電ケーブル１と、給電ケーブル１に接続された給電コネクタ２０と、を備えている。

以下の説明では、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ことがある。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Ｏに直交する方向を径方向といい、中心軸Ｏ周りに周回する方向を周方向ということがある。

給電ケーブル１は、図２に示すように、２本の電力線１０を備えている。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６０〜６００Ａの大電流が電力線１０内を流れる。

この給電ケーブル１の表面に使用者が直接触れる場合があるため、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。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。

給電ケーブル１は、電力線１０の他に、介在物２と、複数の補助線３と、シース４と、を備えている。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。

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。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Ｏを通る直線に対し、線対称な位置関係でシース４内に配設されている。

電力線１０は、冷却チューブ１１と、導体線１２と、絶縁被覆１３と、後述する絶縁層１４と、を備えている。冷却チューブ１１は、電力線１０の中心部に配設されている。冷却チューブ１１としては、電気絶縁性に優れるポリアミド系樹脂から構成されるチューブを用いることができる。例えば、冷却チューブ１１として、ナイロン１２からなるナイロンチューブを用いることができる。

ナイロン１２は、耐熱性に優れているため、通電により発熱する導体線１２に接触する冷却チューブ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、冷却チューブ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。

冷却チューブ１１の内部には、純水、油、エチレングリコール、エチレングリコール水溶液またはこれらの混合物などの非絶縁性冷媒が流れる。例えば純水の導電率（２５℃）は１２．５μＳ／ｃｍ、エチレングリコールの導電率（２５℃）は１．０７μＳ／ｃｍである。冷却チューブ１１内の冷媒は、ポンプやチラーなどの不図しない冷却水循環装置によって流動する。本実施形態の冷却チューブ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チューブ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（上述したエチレングリコール水溶液など）であるとよい。なお、冷却チューブ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。

導体線１２は、冷却チューブ１１を囲繞している。導体線１２は、冷却チューブ１１を中心として集合撚りされて形成されている。本実施形態では、３４本の素線１２ａを束ねた６束の導体線１２が、冷却チューブ１１の周囲に螺旋状に巻き付いている。これにより、導体線１２は、冷却チューブ１１の周囲に偏りなく配設されている。

導体線１２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。なお、冷却チューブ１１の周囲に配設する導体線１２の束の本数や、導体線１２の材質は適宜変更することができる。
絶縁被覆１３は、導体線１２を被覆（囲繞）している。絶縁被覆１３の材質としては、例えばＥＰゴムを用いることができる。

図１に示すように、給電コネクタ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。給電ケーブル１の上述した導体線１２は、コネクタ端子２２と電気的に接続される。また、給電ケーブル１の上述した冷却チューブ１１は、ケース２１内において、接続管１１ａにより互いに接続されている。

接続管１１ａにより互いに接続された２本の冷却チューブ１１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。これにより、給電ケーブル１の温度上昇が抑制される。また、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。

図１に示すように、給電コネクタ２０は、給電対象物４０に接続される。給電対象物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、図示しないバッテリーなどに電気的に接続されている。給電コネクタ２０が給電対象物４０に接続されると、コネクタ端子２２お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、ケーブル付き給電コネクタ３０から給電対象物４０に電力が供給される。

図２に示すように、給電ケーブル１は、冷却チューブ１１を覆う絶縁層１４を備えている。つまり、冷却チューブ１１と導体線１２との間には絶縁層１４が介在する。また、絶縁層１４の周りに、導体線１２が配されている。冷却チューブ１１は、体積抵抗率が１０^１３[Ω・ｍ]以下の材料から形成されている。絶縁層１４は、冷却チューブ１１よりも体積抵抗率が高い。

具体的に、冷却チューブ１１が上述したナイロンチューブである場合、その体積抵抗率は、１０^９〜１０^１０[Ω・ｍ]と低い。また、ナイロンチューブは吸水性があり、１％吸水すると、体積抵抗率は１桁低下する。しかし、ナイロンチューブは、電気的絶縁性能以外に必要な性能（上述した可撓性や耐久性など）を満足しており、冷却チューブ１１として使用せざるを得ない場合がある。

絶縁層１４は、体積抵抗率が１０^１６[Ω・ｍ]以上であるとよい。体積抵抗率が１０^１６[Ω・ｍ]以上となる絶縁層１４の絶縁材料としては、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、フッ素樹脂などが挙げられる。この構成によれば、導体線１２に高電圧（例えば１０００Ｖ）を印加した場合であっても、ＣＨＡｄｅＭＯ仕様で規定している絶縁層１４を含む冷却チューブ１１の厚さ方向の絶縁抵抗を１００ＭΩ以上にすることができ、非絶縁性冷媒への漏電を抑制し、冷却水循環装置の金属部品における電食を好適に防止できる。

絶縁層１４は、例えば、下記の方法によって、冷却チューブ１１の周囲に設けることができる。なお、下記の方法は、絶縁層１４の要求仕様により、必要に応じて適宜選択することができる。

絶縁層１４は、冷却チューブ１１の周囲に、上述した絶縁材料を押出し被覆することで形成することができる（第１の製造方法）。
例えば、押出し被覆する絶縁材料として、架橋ポリエチレンを選定し、冷却チューブ１１（ナイロンチューブ）の上に約０．５ｍｍ厚で押出し被覆する。絶縁材料の押出し被覆は、手間はかかるが、絶縁層１４が連続していて電気的絶縁性能も安定して得られる。

また、絶縁層１４は、冷却チューブ１１の周囲に、上述した絶縁材料で形成した絶縁テープを巻き付けることで形成することができる（第２の製造方法）。
例えば、テープ巻きする絶縁テープとして、架橋ポリエチレンテープ（５０μｍ厚）を選定し、冷却チューブ１１の周囲に１／２ラップで一枚巻きする。ただ、冷却チューブ１１が細物の場合は、特に絶縁テープのテープ巾が狭くなるので、巻き付け作業に時間がかかる。

また、絶縁層１４は、冷却チューブ１１の周囲に、上述した絶縁材料で形成した熱収縮チューブを装着し、熱収縮させることで形成することができる（第３の製造方法）。
この熱収縮チューブを用いる方法は、冷却チューブ１１の長さが短尺の場合など、冷却チューブ１１の長さが限定されている場合には有効である。

図３は、一実施形態に係る絶縁層１４の側面図である。
上述した方法で形成された絶縁層１４の周囲には、導体線１２が集中撚りされる。つまり、絶縁層１４の表面には、導体線１２が集中撚りされることによって、図３に示すような、複数の溝部１４ａが形成される。

溝部１４ａは、導体線１２の押付け跡である。溝部１４ａは、導体線１２と絶縁層１４との接触面積を増加させる。これにより、冷却チューブ１１の冷熱が、導体線１２に伝わり易くなり、導体線１２を効率よく冷却できるようになる。

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、非絶縁性冷媒が流される冷却チューブ１１と、冷却チューブ１１を覆う絶縁層１４と、絶縁層１４の周りに配された導体線１２と、を備え、冷却チューブ１１は、体積抵抗率が１０^１３[Ω・ｍ]以下であり、絶縁層１４は、冷却チューブ１１よりも体積抵抗率が高い。
この構成によれば、冷却チューブ１１と導体線１２との間に絶縁層１４が介在するため、導体線１２と冷却チューブ１１内部を流れる非絶縁性冷媒との間の電気絶縁性能が向上する。このため、導体線１２から冷却チューブ１１内部の非絶縁性冷媒への漏電を抑制することができる。

また、本実施形態において、冷却チューブ１１は、ナイロンチューブである。この構成によれば、絶縁層１４によって、耐熱性、可撓性や耐久性などを満足するナイロンチューブの電気絶縁性能を高めることができる。

また、本実施形態において、絶縁層１４は、体積抵抗率が１０^１６[Ω・ｍ]以上である。この構成によれば、絶縁層１４の体積抵抗率が、少なくとも冷却チューブ１１の体積抵抗率より三桁高くなるので、導体線１２から冷却チューブ１１内部への漏電を十分に抑制することができる。

また、本実施形態において、冷却チューブ１１には、非絶縁性冷媒が流れているため、絶縁層１４によって、冷却チューブ１１内部に流れる非絶縁性冷媒への漏電を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、前記実施形態では、２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、４本以上の偶数本の電力線１０を備えていてもよい。給電ケーブル１が偶数本の電力線１０を備えていることにより、そのうちの半数の冷却チューブ１１を冷媒の往路とし、残りの半数の冷却チューブ１１を冷媒の復路とすることにより、給電ケーブル１の外側に冷却チューブ１１を配設することなく冷媒を循環させることができる。

１…給電ケーブル、１１…冷却チューブ、１２…導体線、１４…絶縁層、２０…給電コネクタ、２２…コネクタ端子、３０…ケーブル付き給電コネクタ

Claims (4)

1. 非絶縁性冷媒が流される冷却チューブと、
   前記冷却チューブを覆う絶縁層と、
   前記絶縁層の周りに配された導体線と、を備え、
   前記冷却チューブは、体積抵抗率が１０^１３[Ω・ｍ]以下であり、
   前記絶縁層は、前記冷却チューブよりも体積抵抗率が高い、給電ケーブル。
2. 前記冷却チューブは、ポリアミド系樹脂から構成されるチューブである、請求項１に記載の給電ケーブル。
3. 前記絶縁層は、体積抵抗率が１０^１６[Ω・ｍ]以上である、請求項１または２に記載の給電ケーブル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電ケーブルと、
   前記給電ケーブルに接続されたコネクタ端子と、を備える、ケーブル付き給電コネクタ。

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