JP2021089847A - 電力線、給電ケーブル、コネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く導電体を冷却できる電力線、電力線を内蔵する給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法を提供。【解決手段】冷却管１１と、複数の素線によって形成されて冷却管１１を囲繞する導電体１２と、導電体１２を囲繞する絶縁体と、を有し、冷却管１１の外周に導電体１２の一部が入り込む溝１１ｂが形成されている電力線、電力線を内蔵する給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力線、電力線を内蔵した給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法に関するものである。

近年、電気自動車などの普及に伴い、電気自動車のバッテリーを充電するために例えば２５０〜６００Ａ程度の大電流を通電可能な給電ケーブルが求められている。この種の給電ケーブルでは、大電流の通電に伴う給電ケーブル表面の温度上昇が問題となる。給電ケーブル表面の温度は、規格遵守（例えばＩＥＣ６２１９６−１−１６．５など）のために、所定の温度以下に抑える必要がある。
通電に伴う給電ケーブル表面の温度上昇を抑えるために、従来から、下記特許文献１に示されるような給電ケーブルが知られている。

特許文献１の給電ケーブルは、可撓性の冷却管と、冷却管を中心に集合撚りされた複数の導電線によって形成された導電体と、導電体を囲繞する絶縁体とを有する電力線を複数備え、各電力線を介在物とともにシースによって一体に被覆したものである。
この給電ケーブルでは、複数の電力線のそれぞれにおいて通電によって発熱した導電体を冷却管によって冷却するため、導電体の冷却を効率良く行なえる。しかも、各電力線では、導電体をその内側から冷却管によって冷却するので、給電ケーブル表面の温度むらも抑制できる。

特許第６０７８１９８号公報

給電ケーブルについては、電気自動車への充電を短時間で行うためにより大きい電流での給電の要求がある。給電ケーブルに通電する電流が大きくなれば通電に伴う導電体の発熱量も多くなる。冷却管を内蔵する給電ケーブルにおいては、導電体の発熱量の増大に対して冷却能力を高め、導電体の冷却効率を向上できる技術の開発が求められていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、効率良く導電体を冷却できる電力線、電力線を内蔵する給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を採用できる。
第１の態様の電力線は、可撓性を有する樹脂製の冷却管と、前記冷却管を囲繞する導電体と、前記導電体を囲繞する絶縁体とを有し、前記冷却管の外周には前記導電体の一部が入り込む溝が形成されている。

前記溝は、前記冷却管の外周に螺旋状に形成されていても良い。
前記導電体は複数の導体線が前記冷却管を中心として集合撚りされて形成され、前記溝は前記複数の導体線の各々に対応して形成されても良い。
第２の態様の給電ケーブルは、上記の電力線と、前記電力線の周囲に配設された介在物と、前記電力線と前記介在物とを一体に被覆するシースと、を備える。
第３の態様のコネクタ付き給電ケーブルは、上記の給電ケーブルと、給電対象物に接続されるコネクタと、を備える。
第４の態様の電力線の製造方法は、樹脂製の冷却管の周囲に複数の導体線を螺旋状に巻き付ける工程と、前記複数の導体線の周囲に絶縁体を押出成型する工程と、前記絶縁体を加熱して架橋させるとともに、前記冷却管の外周面に溝を形成する工程と、を備える。

本発明に係る電力線によれば、導電体を構成する素線を冷却管の外周面に当接させるだけでなく、冷却管の外周面の溝に入り込ませることで、導体線の冷却管に対する接触部分を増大できる。その結果、電力線は冷却能力を高めることができ、導電体の冷却効率を向上できる。
また、電力線をシース内側に有する給電ケーブルについても効率良く冷却できる。このことは、給電ケーブルの長手方向一端部に給電対象物に接続されるコネクタが設けられたコネクタ付き給電ケーブルの給電ケーブル部分についても同様である。
また、本発明に係る電力線の製造方法によれば、冷却能力を高めることができ、導電体の冷却効率を向上できる電力線を製造することができる。

第１実施形態の給電ケーブルの構成を示す横断面図である。 図１の給電ケーブルの電力線の冷却管外周に形成された溝と導電体を構成する導体線との関係を示す横断面図である。 第１実施形態の給電ケーブルを備えたコネクタ付給電ケーブルの構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電力線、給電ケーブル、コネクタ付給電ケーブル、および電力線の製造方法について図面を参照して説明する。

（電力線、給電ケーブル）
図１は、第１実施形態の電力線１０、及びこの電力線１０を用いて構成された給電ケーブル１を示す。図１に示すように、給電ケーブル１は、複数の電力線１０と、介在物２と、複数の補助線３と、シース４と、を備えている。本実施形態では、給電ケーブル１は電力線１０を２本（偶数個）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２５０〜６００Ａ程度あるいはそれ以上の大電流が電力線１０を流れる。給電ケーブル１の使用時には、シース４の表面に使用者が直接触れる場合があるため、シース４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場合がある。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。

ここで本実施形態では、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。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、中心軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、中心軸線Ｏ周りに周回する方向を周方向という。

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の中心軸線Ｏを通る直線に対して線対称な位置に配設されている。複数の補助線３は、横断面視において、中心軸線Ｏを回避した位置に配設されている。各電力線１０および各補助線３は、中心軸線Ｏを中心として撚り合わされた状態でシース４内に配設されている。
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。

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。

複数の電力線１０は、横断面視において、シース４内に間隔を設けて配設されている。介在物２は、給電ケーブル１において複数の電力線１０同士の間にも設けられている。
電力線１０間に設けられた介在物２は、電力線１０間の相対的な位置関係を安定に保つ役割を果たす。

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。

電力線１０は、冷却管１１と、導電体１２と、絶縁体１３と、を有する。絶縁体１３は電力線１０の外装体の役割を果たす。電力線１０は、冷却管１１と、冷却管１１を囲繞する導電体１２とを、導電体１２を囲繞する絶縁体１３の内側に有する、電力線である。
また、電力線１０は、絶縁体１３の内周側に、導電体１２を囲繞する押さえ巻きテープ１４が設けられていてもよい。押さえ巻きテープ１４は、導電体１２の周囲に巻き付けられて、導電体１２を冷却管１１に押さえ込む役割を果たす。

冷却管１１は、電力線１０の中心部に配設されている。図１に示すように冷却管１１は円筒状に形成されている。冷却管１１としては、例えばナイロン１２からなる可撓性のチューブを用いることができる。ナイロン１２は、耐熱性や絶縁性に優れているため、通電により発熱する導電体１２に接触する冷却管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。

冷却管１１は、冷却管１１の可撓性確保、軽量化の点で樹脂製であることが好ましい。冷却管１１の材質としては上述したナイロン１２（融点：１７６℃）の他、例えばシリコーン樹脂（熱分解温度：約５００℃）、フッ素樹脂（融点：３２７℃、熱分解温度：約３９０℃）、ポリウレタン（熱分解温度：９０〜１３０℃）、ポリオレフィン（融点：９０〜１７０℃）などの他の材質を適宜用いてもよい。

冷却管１１の内部には、液体冷媒が充填されている。液体冷媒としては、例えば水、油、フッ素系液体などの冷媒が充填されている。冷却管１１内の冷媒は、不図示の循環装置によって流動する。
冷却管１１は、例えば外径が４．０ｍｍ程度、内径が外径の半分程度のものを用いることができる。このように内径が小さい冷却管１１内を流動させる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、不凍液である冷媒が適している。なお、冷却管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。

導電体１２は、冷却管１１を囲繞している。導電体１２は、複数の導体線１２ｂが冷却管１１を中心として集合撚りされて形成されている。本実施形態における導電体１２は、３４本の素線１２ａを束ねて撚った導体線１２ｂを１０本、冷却管１１の周囲に螺旋状に巻き付けて形成されている。これにより、導電体１２は、冷却管１１の周囲に偏りなく配設されている。また、電力線１０の横断面視において隣り合う導体線１２ｂ同士は、互いに接触している。

導体線１２ｂを構成する各素線１２ａとしては、例えば錫めっき軟銅線を用いることができる。本実施形態における導電体１２には、例えば２５０〜６００Ａ、あるいはそれ以上の直流電流が流れる。なお、冷却管１１の周囲に配設する導体線１２ｂの数や、導体線１２ｂを構成する各素線１２ａの材質は適宜変更することができる。

導電体１２ｂは、押さえ巻きテープ１４により覆われていてもよい。押さえ巻きテープ１４を設けることで、冷却管１１に巻き付けられた各導体線１２ｂの冷却管１１に対する姿勢を安定させることができる。押さえ巻きテープ１４としては、例えば紙などの薄いシート材を用いることができる。

絶縁体１３は、導電体１２を被覆（囲繞）している。絶縁体１３の材質としては、ゴム材料および樹脂材料などを用いることができる。ゴム材料としては、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）を用いてもよい。樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱収縮性チューブなどを用いてもよい。なお、上記した材質以外の材質を適宜用いて絶縁体１３を形成してもよい。導電体１２を押さえ巻きテープ１４で覆った場合は、押さえ巻きテープ１４の外周を被覆（囲繞）するように絶縁体１３を形成する。

絶縁体１３は、ゴム材料、樹脂材料等によって柔軟に形成される。絶縁体１３は、電力線１０が曲げられた際に柔軟に変形する。絶縁体１３は、給電ケーブル１の繰り返し曲げられたとしても柔軟に変形して破損しにくく、その内側に導体線１２ｂ等を収容した状態を安定に保つことができる。

図２は、電力線１０における冷却管１１の外周面１１ａ付近を拡大して示した図である。
図２に示すように、冷却管１１にはその外周面１１ａから内側へ窪む溝１１ｂが複数形成されている。溝１１ｂは、冷却管１１の外周面１１ａの周方向の互いに離間する複数箇所に形成されている。溝１１ｂは、冷却管１１の中心軸回りに螺旋状に形成されている。また、複数の溝１１ｂは、冷却管１１の外周面１１ａの周方向における間隔を一定に維持して、冷却管１１の外周面１１ａに延在形成されている。

冷却管１１の外周には、導電体１２を構成する複数の導体線１２ｂと同数の溝１１ｂが形成されている。図２に示すように、複数の導体線１２ｂは冷却管１１の外周面１１ａにおいてそれぞれ溝１１ｂと整合する位置で溝１１ｂに沿って冷却管１１の周囲に螺旋状に設けられている。冷却管１１の外周面１１ａに形成された溝１１ｂは、複数の導体線１２ｂのそれぞれに対応して形成されている。

図２に示すように、導電体１２を構成する導体線１２ｂは、その外周の一部が溝１１ｂに収容された状態で冷却管１１の周囲に設けられており、溝１１ｂの内面と導体線１２ｂの外周とが面接触している。

図２に示すように、溝１１ｂには、導体線１２ｂの周方向全周の半分未満の領域が収容される。溝１１ｂは、導体線１２ｂの周方向全周の５〜３０％程度の領域を収容する構成であることが好ましい。
電力線１０の横断面において冷却管１１の周方向に互いに隣り合う導体線１２ｂは互いに当接されている。

電力線内１０の導体線１２ｂは冷却管１１を流れる冷媒により冷却される。これにより、電力線１０に大電流が流れてジュール熱が発生したとしても、電力線１０内の導体線１２ｂを冷却することができる。また、冷却管１０は導体線１２ｂに囲繞されているため、導体線１２ｂから構成される導電体１２を内側から偏りなく冷却し、電力線１０に温度むらが生じることを抑制して効率よく冷却することができる。

また、冷却管１１の外周には溝１１ｂが形成されているため、溝１１ｂが形成されていない冷却管に比べて、冷却管１１と導電体１２との接触面積が大きい。その結果、外周に溝１１ｂが形成された冷却管を採用した電力線１０は、冷却管１１内を流れる冷媒による導体線１２ｂの冷却効率を高めることができる。さらに、例えば電力線１０に曲げが与えられたときに、冷却管１１の外周の溝１１ｂに入り込んだ導体線１２ｂが溝１１ｂに案内されながら溝１１ｂの延在方向に摺動する。このため、導体線１２ｂが冷却管１１の周方向に移動しにくくなり、導電体１２の形状を安定に保つことができる。

（電力線の製造方法）
次に、電力線１０の製造方法について説明する。
電力線１０の製造方法は、まず、樹脂製の冷却管１１の周囲に、例えば１０本の導体線１２ｂを螺旋状に巻き付ける。これにより、冷却管１１の周囲に導電体１２が形成される。
冷却管１１に巻き付けられた各導体線１２ｂの周囲に、押さえ巻きテープ１４を巻き付けてもよい。これにより、冷却管１１の周囲に螺旋状に巻き付けられた各導体線１２ｂの断面形状を維持することができる。

次に、冷却管１１、導電体１２を、絶縁体１３で被覆する。例えば絶縁体１３としてゴム材料を用いる場合には、各部材１１、１２、１４の周囲に、このゴム材料を円筒状に押出成形し、加熱して架橋する（加熱工程）。このとき、冷却管１１の熱分解を防ぐために、架橋温度は冷却管１１の融点よりも低い温度とする。例えば、冷却管１１としてナイロン１２を用いた場合には、ナイロン１２の融点が約１７６℃であるため、１７６℃よりも低い温度で絶縁体１３を加熱する。以上の工程によって、冷却管１１を内蔵した電力線１０が製造される。

絶縁体１３を押出成型し、加熱して架橋する工程においては、上述したとおり冷却管１１は熱分解しないものの、冷却管１１を構成する樹脂は軟化する。そのため、冷却管１１の周囲に巻き付けられた複数の導体線１２ｂからの押圧を受けて、冷却管１１の外周面１１ａに溝１１ｂが形成される。溝１１ｂの形成と同時に、各導体線１２ｂの一部が溝１１ｂに収容され、溝１１ｂの内面と導体線１２ｂとが面接触した状態となる。溝１１ｂは、複数の導体線１２ｂの各々に対応して形成される。

電力線１０の横断面において、冷却管１１を囲繞する複数本（図１では１０本）の導体線１２ｂは、隣り合う導体線１２ｂ同士が互いに接触するように冷却管１１に巻き付けられる。これにより、冷却管１１の周囲に導体線１２ｂを巻き付ける際に、この導体線１２ｂに張力を作用させたとしても、この張力の一部が隣り合う導体線１２ｂ同士によって互いに受け止められることで、各導体線１２ｂの冷却管１１への押し付け力を均等化することができる。従って、電力線１０の製造にて絶縁体１３を加熱する加熱工程を実施する際に、冷却管１１外周に、概ね同様のサイズの溝１１ｂを複数形成することができ、横断面視において隣り合う導体線１２ｂ同士が互いに接触する状態を安定確保できる。

電力線１０の横断面において、冷却管１０の外周面１１に形成された溝１１ｂの形状は適宜変更可能である。溝１１ｂの形成は、電力線の製造における加熱工程での冷却管１１への導体線１２ｂの押し付けの他、例えば、冷却管１１へのレーザ照射や、切削工具を用いた機械加工によって溝加工しても良い。

次に、このようにして作成された複数の電力線１０を、介在物２および複数の信号線３とともにシース４内に収容する。この際、複数の電力線１０および複数の信号線３は、互いに撚り合わされた状態にされる。以上の工程により、給電ケーブル１が製造される。
また、この給電ケーブル１の一方の端部において、各冷却管１１の端部同士を接続管１１ａで接続し、コネクタ２０内に収容することで、後述するコネクタ付給電ケーブル３０が製造される。

（コネクタ付給電ケーブル）
図３は、給電ケーブル１を備えたコネクタ付給電ケーブル３０を、中心軸Ｏに沿って切断した縦断面図である。図３に示すように、コネクタ付給電ケーブル３０は、給電ケーブル１と、給電ケーブル１の一方の端部に配設された給電コネクタ（以下、単にコネクタ２０という）と、を備えている。コネクタ２０は、例えば電気自動車等の給電対象物に接続される。

図３に示すように、２本の電力線１０内の冷却管１１は、給電ケーブル１の一方の端部においてジョイント部品１６を介して接続管１５により互いに接続されている。また、給電ケーブル１の他方の端部において、各冷却管１１は、冷媒を循環させる機能を備えた不図示の充電器に接続されている。これにより、各冷却管１１内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１５内を冷媒が循環する。なお、図３では給電ケーブル１と先述の充電器との接続部の図示を省略している。

給電ケーブル１が給電対象物(例えば電気自動車等)に接続されて給電が開始されると、それぞれの電力線１０の導電体１２が発熱する。この導電体１２の内側には冷却管１１が配設されており、冷却管１１内を冷媒が流動するため、導電体１２は内側から冷却される。

給電ケーブル１は、冷却管１１を有する２本の電力線１０を内蔵する構成により、各冷却管１１を冷媒の往路または復路とすることで、給電ケーブル１の外側に冷却管１１を配設せずに冷媒を循環させることができる。これにより、給電ケーブル１全体の外径や冷却管１１の全長を小さく抑えた、コンパクトな給電ケーブル１を提供することができる。

ジョイント部品１６は、例えば、冷却管１１先端からその内側に挿入する挿入管を有する構成のものや、冷却管１１先端面に密着する封止部材を有するもの等、を採用できる。

なお、本発明の技術的範囲は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ…給電ケーブル、２…介在物、３…補助線、４…シース、１０…電力線、１１…冷却管、１１ａ…外周面、１１ｂ…溝、１２…導電体、１２ａ…素線、１２ｂ…導体線、１３…絶縁体、１４…押さえ巻きテープ、１５…接続管、１６…ジョイント部品、２０…コネクタ、３０…コネクタ付給電ケーブル。

Claims (6)

1. 可撓性を有する樹脂製の冷却管と、前記冷却管を囲繞する導電体と、前記導電体を囲繞する絶縁体とを有し、
   前記冷却管の外周には前記導電体の一部が入り込む溝が形成されている電力線。
2. 前記溝は、前記冷却管の外周に螺旋状に形成されている請求項１に記載の電力線。
3. 前記導電体は複数の導体線が前記冷却管を中心として集合撚りされて形成され、前記溝は前記複数の導体線の各々に対応して形成されている請求項１または請求項２に記載の電力線。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力線と、前記電力線の周囲に配設された介在物と、前記電力線と前記介在物とを一体に被覆するシースと、を備える給電ケーブル。
5. 請求項４に記載の給電ケーブルと、給電対象物に接続されるコネクタと、を備えるコネクタ付給電ケーブル。
6. 樹脂製の冷却管の周囲に複数の導体線を螺旋状に巻き付ける工程と、
   前記複数の導体線の周囲に絶縁体を押出成型する工程と、
   前記絶縁体を加熱して架橋させるとともに、前記冷却管の外周面に溝を形成する工程と、
   を備えた電力線の製造方法。

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