JP2021174735A - 給電コネクタ、ケーブル付き給電コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率が高く、かつ構造を簡略化することができる給電コネクタ、およびケーブル付き給電コネクタを提供する。【解決手段】給電コネクタ１０は、ハウジングと、ハウジング内に収容される端子１２と、端子１２の熱をハウジング外へ搬送する流体を流通させる冷却管１５Ａと、冷却管の周囲に設けられた絶縁材とを備える。端子１２は、端子本体部１２ａと押さえ片１４との間に確保された冷却管収容孔に収容された冷却管１５Ａ及び絶縁材を端子本体部１２ａと押さえ片１４との間にて締め付けて冷却管収容孔の内面全体に絶縁材を接触させる締め付け機構を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、給電コネクタ、およびケーブル付き給電コネクタに関する。

例えば、電気自動車のバッテリーの充電では、ケーブル付き給電コネクタを外部から接続し自動車車体内のバッテリーを充電する方式が広く採用されている。
ケーブル付き給電コネクタは、ケーブル（以下、給電ケーブル）の端末に、自動車のインレットに嵌合可能なコネクタ（以下、給電コネクタ）が設けられたものである。

給電コネクタは、給電ケーブルの導体が電気的に接続された電力端子（以下、コネクタ端子、とも言う）を有する。自動車のインレットには、自動車車体内の電気配線を介してバッテリーと接続された電力端子（以下、インレット端子、とも言う）が組み込まれている。給電コネクタを自動車のインレットに嵌合したときには、コネクタ端子がインレット端子に嵌合して、給電ケーブルの導体がバッテリーに電気的に接続される。

電気自動車に給電する急速充電コネクタに使用される端子は、１００Ａを超える大電流を通電するため低電気抵抗であることが求められている。ＣＨＡｄｅＭＯ規格では定格電流通電時のコネクタ端子の温度上昇値が５０Ｋ以下であることが規定されている。

特許文献１には、冷却管を内蔵した電力線を有する給電ケーブルと、この給電ケーブルに給電コネクタを接続したコネクタ付き給電ケーブルが記載されている。特許文献１に記載されたコネクタ付き給電ケーブルは、冷却管に冷媒を流通させることで大電流による電力線の発熱を抑制できる。

特表２０１７−５０７６４０号公報

ところで、特許文献１に記載された給電コネクタにおいては、印加電流が冷却管や冷媒液を通して漏電することを防ぐ必要がある。このため、冷却管と端子との間に絶縁材を配置することで冷却管と端子とを絶縁することが考えられる。
冷媒液による端子の冷却性能を充分に確保する点では絶縁材の厚さを薄くすることが有利である。しかしながら、絶縁材の厚さが薄いと、絶縁材が絶縁破壊をしてしまう可能性がある。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、端子と冷却管との間に配置した絶縁材の絶縁破壊を抑制することができる給電コネクタ、およびケーブル付き給電コネクタを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明では以下の態様を提供する。
第１の態様の給電コネクタは、ハウジングと、ケーブルの導体に接続して前記ハウジング内に収容される端子と、前記端子の熱を前記ハウジング外へ搬送する流体を流通させる冷却管と、を備え、前記ハウジング内において前記冷却管は外周面を絶縁材によって被覆されており、前記端子は、冷却管収容溝を有する端子本体部と前記冷却管収容溝を覆う押さえ片との間に前記冷却管を締め付け固定する締め付け機構を含み、前記端子本体部と前記押さえ片との間に前記冷却管を締め付け固定したときに前記冷却管収容溝と前記押さえ片とで構成される冷却管収容孔の内面全体及び前記冷却管の側面全体に前記絶縁材が接触している。

前記押さえ片に前記冷却管の断面の一部を収容する押さえ側収容溝が形成され、前記締め付け機構は前記冷却管収容溝と前記押さえ側収容溝とに収容された前記冷却管を前記端子本体部と前記押さえ片との間に締め付け固定してもよい。
前記冷却管収容溝及び前記押さえ側収容溝の内面にはテーパ状内壁面が形成されており、前記絶縁材が各々の溝の前記テーパ状内壁面によって挟み込まれていてもよい。
前記端子は、前記端子本体部と、前記端子本体部から延出されて前記導体と接続される導体接続部と、前記端子本体部から前記導体接続部とは反対の側に突出されたコンタクト部とを備えていてもよい。
第２の態様のケーブル付き給電コネクタは、給電コネクタの端子に、前記ケーブルの前記導体が接続されている。

本発明の実施形態に係る給電コネクタ、ケーブル付き給電コネクタは、端子と冷却管との間に配置した絶縁材の絶縁破壊を防止して絶縁材の絶縁性能を安定維持できる。その結果、絶縁材の厚みを小さくして、冷却管を流れる流体による端子の冷却性能を高めることができる。

本発明の第１実施形態の給電コネクタおよびケーブル付き給電コネクタの構成図である。 図１の給電コネクタの端子の要部側断面図である。 図２の端子の冷却管収容孔付近を拡大して示した要部拡大側断面図である。 図２の端子の端子本体部に押さえ片をねじ止め固定した状態を示す要部側断面図である。

以下、本発明の第１実施形態の給電コネクタ、ケーブル付き給電コネクタについて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態の給電コネクタ１０、およびケーブル付き給電コネクタ２０の構成図である。図２は、図１の給電コネクタ１０の端子１２の要部側断面図である。

図１に示すように、ケーブル付き給電コネクタ２０は、給電ケーブル２１と、給電ケーブル２１の一方端側に設けられた給電コネクタ１０とを備える。
給電ケーブル２１の他方端側は、図示しない給電装置に接続される。

ケーブル付き給電コネクタ２０は、給電コネクタ１０を電気自動車のインレット（車体側コネクタ）に嵌合させることで、電気自動車のバッテリーに充電することができる。なお、インレットには、電気自動車のバッテリーと電気的に接続された端子（以下、インレット端子、とも言う）が組み込まれている。

図１に示すように、給電コネクタ１０は、ハウジング１１と、端子１２と、端子１２を
冷却するための流体管路１５と、を備える。流体管路１５の長手方向の一部には、冷却管１５Ａを備える。
以下、本実施形態の給電コネクタ１０における、ハウジング１１、端子１２、流体管路１５、について説明する。

［ハウジング］
ハウジング１１は、端子１２と流体管路１５とを収容している。なお、ハウジング１１は図１に図示し、図２での図示を省略している。
ハウジング１１は、プラスチック等の電気絶縁性材料によって形成されている。ハウジング１１は、図１において模式的に二点鎖線で囲んだ領域で図示されており、他の図では図示を省略している。ハウジング１１に挿入された給電ケーブル２１の先端からは電力線２１ｂが引き出され、更に電力線２１ｂからは導体２１ａが引き出され、導体２１ａは端子１２に接続されている。

［端子］
端子１２は、端子本体１２ｄと押さえ片１４とを有する。端子本体１２ｄは、端子本体部１２ａ、導体接続部１２ｂ、コンタクト部１２ｃから構成される導電性部材である。端子本体１２ｄにおいては、中央に端子本体部１２ａが配置されており、端子本体部１２ａからみて後方側に導体接続部１２ｂが延出しており、端子本体部１２ａからみて前方側にコンタクト部１２ｃが延出している。端子本体部１２ａと導体接続部１２ｂとコンタクト部１２ｃとは、共通の中心軸線に並んで配置されている。なお、本明細書では、コンタクト部１２ｃの中心軸線を端子１２の中心軸線として扱う。

端子本体１２ｄを構成する金属としては、例えば銅が好適であるが、ステンレスやアルミニウム等であってもよい。端子本体部１２ａ、導体接続部１２ｂ、コンタクト部１２ｃの各部位は境目、継ぎ目のない連続した金属成形体であり、端子本体１２ｄの全体が金属製の一体成形品となっている。端子本体１２ｄは、耐腐食性、耐摩耗性、接触電気抵抗の低減の観点から、金属表面に銀めっきを施したものを採用してもよい。

導体接続部１２ｂは、端子本体部１２ａの後端から後方に延出する円筒状に形成されている。導体接続部１２ｂには給電ケーブル２１の先端に露出した導体２１ａが挿入されており、導体接続部１２ｂを導体２１ａと共に圧縮することで端子１２と導体２１ａとが電気的に接続されている。
なお、本明細書においては、端子１２について、端子本体部１２ａからみてコンタクト部１２ｃの向きを前方と言い、端子本体部１２ａからみて導体接続部１２ｂの向きを後方と言う。また、本明細書では、コンタクト部１２ｃの中心軸線を端子１２の中心軸線として扱う。また、中心軸線に沿う方向を前後方向、前後方向に直交する方向を幅方向という。

コンタクト部１２ｃは円柱状またはピン状に形成されている。コンタクト部１２ｃの中心軸線は前後方向に延在している。コンタクト部１２ｃは円柱状またはピン状に限定されず、ソケット状（円筒状）に形成されていても良い。

端子本体部１２ａは、コンタクト部１２ｃの中心軸線と同軸の円柱状とすることができる。端子本体部１２ａには、後述する押さえ片１４を収容する押さえ片収容溝１２ｇが形成されている。押さえ片収容溝１２ｇは、端子本体部１２ａを端子幅方向に貫通して形成されている。押さえ片収容溝１２ｇの底部は、押さえ片１４を重ね合わせ可能な押さえ片受け面１２ｅとなっている。さらに、押さえ片受け面１２ｅから窪んで冷却管収容溝１３が形成されている。

冷却管収容溝１３は、押さえ片受け面１２ｅから窪んで端子本体部１２ａの幅方向に沿って延在形成されている。冷却管収容溝１３は、端子本体部１２ａを端子幅方向に貫通して形成されており、冷却管収容溝１３の幅方向両端は、端子本体部１２ａの幅方向両側に開口している。冷却管収容溝１３は、後述する冷却管１５Ａの冷却管受熱部１５ａの外径に比べて湾曲半径が僅かに大きい凹曲面状の底面１３ａを有する。

端子本体１２ｄの端子本体部１２ａには、止めねじ１７をねじ込み可能なねじ孔が形成されている。

押さえ片１４は端子本体１２ｄとは別体の板状部材である。押さえ片１４は、板状の金属部材の片面側に冷却管１５Ａの受熱部１５ａの一部を収容する押さえ側収容溝１４ｂが形成された構成となっている。押さえ片１４には、例えば銅、ステンレス、アルミニウム等の金属を用いることができる。押さえ側収容溝１４ｂは、押さえ片１４の前後方向中央部において、その幅方向に貫通して延在形成されている。押さえ側収容溝１４ｂの平面視形状は、端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３の平面視形状と一致する。押さえ片１４の押さえ片収容溝１２ｇを介して前後方向両側の部分には、止めねじ１７を挿通させる複数の挿通孔１４ｃが形成されている。挿通孔１４ｃは押さえ片１４の厚みを貫通して形成されている。押さえ片１４は、押さえ片収容溝１２ｇ内においてに止めねじ１７によって締め付け固定される。押さえ片１４は、押さえ片収容溝１２ｇ内において冷却管収容溝１３を覆うように押さえ片受け面１２ｅ上に配置されて、止めねじ１７によって端子本体部１２ａに固定されることで、冷却管収容溝１３に収容された冷却管１５Ａを端子本体部１２ａに向かって押圧するとともに冷却管１５Ａを固定する。
なお、押さえ片１４について、図４に示すように端子本体１２ｄに固定された状態における端子前後方向に一致する方向を前後方向、端子幅方向に一致する方向を幅方向として扱う。

［流体管路］
図１に示すように、流体管路１５は、端子１２の端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３に収容された部分である受熱部１５ａを含む冷却管１５Ａと、冷却管１５Ａの両端にそれぞれ接続された副管路１５Ｂとを備える。図１において、副管路１５Ｂは、給電ケーブル２１の電力線２１ｂから引き出された先端が接続部１６を介して冷却管１５Ａと接続されている。冷却管１５Ａの一端に接続された副管路１５Ｂと、冷却管１５Ａの他端に接続された副管路１５Ｂとは、互いに異なる電力線２１ｂの副管路１５Ｂである。また、図１に示した流体管路１５は、冷却管１５Ａと副管路１５Ｂとを接続部１６を用いて接続したものであるが、これに限定されず、全体が連続した１本の管路である構成も採用可能である。

冷却管１５Ａの構成材料は、例えば、熱伝導性に優れた金属（例えば、ステンレス、銅、アルミニウム等）が好ましい。冷却管１５Ａが金属製であると、熱伝導性に優れるため、端子本体部１２ａから冷却管１５Ａへ効率よく伝熱することができる。副管路１５Ｂの構成材料は、例えば、可撓性を有する合成樹脂（例えば、ナイロン、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等）を用いることができる。冷却管１５Ａおよび副管路１５Ｂは、その全長にわたって断面外形が円形のものを採用できる。

流体管路１５は、１つの端子１２に対して１つずつ設けられる。すなわち、給電コネクタ１０が複数の端子１２を備えている場合には、流体管路１５は、複数の端子１２のそれぞれに設けられる。これにより、１つの流体管路が複数の端子１２を冷却する場合に比べて効果的に端子を冷却することができる。

冷却管１５Ａは、端子１２の熱を受ける受熱部１５ａと、端子１２の端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３の両端からそれぞれ端子本体部１２ａの外側へ延出した導入部１５ｂ及び導出部１５ｃを有する。導入部１５ｂおよび導出部１５ｃは、受熱部１５ａの一端から後方に延出している。冷却管１５Ａの導入部１５ｂは、給電ケーブル２１から受熱部１５ａに向けて流体を導き、この流体を受熱部１５ａに導入する。導出部１５ｃは、受熱部１５ａから給電ケーブル２１に向けて流体を導く。

冷却管１５Ａの受熱部１５ａには、冷却管収容溝１３の内面との間に絶縁材１９が設けられている。絶縁材１９は、例えば、電気絶縁性の樹脂フィルムを用いることができる。例えば、耐熱性、電気絶縁性に優れたポリイミドフィルムを採用することができる。絶縁材１９の厚さは、例えば１０〜８０μｍである。
図３は、図２の端子１２の冷却管収容溝１３付近を拡大して示した拡大側断面図である。図３に示すように、絶縁材１９は冷却管１５Ａの受熱部１５ａに巻き付けられ、受熱部１５ａの外周面全体を覆っている。

副管路１５Ｂは、給電ケーブル２１の電力線２１ｂに内蔵されており、電力線２１ｂ先端から引き出されて接続部１６を介して冷却管１５Ａと接続されている。冷却管１５Ａの一端に接続された副管路１５Ｂと、冷却管１５Ａの他端に接続された副管路１５Ｂとは、互いに異なる電力線２１ｂに収容される副管路１５Ｂである。

流体管路１５の両端は、流体循環熱交換装置（図示略）に接続されている。流体循環熱交換装置は、流体を流体管路１５へ送り込むとともに、流体管路１５から流体を受け入れる。
流体循環熱交換装置は、熱交換部と、装置内部流路の流体を流体管路１５に送り込むポンプ部とを有する。熱交換部は、水冷、空冷等により、装置内部流路から流体管路１５へ送り出す流体の温度を常温（５〜３５℃）、あるいは常温より低い温度に保つことができる。
流体は、例えば液体冷媒である。液体冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール、プロピレングリコールなどを用いることができる。水、エチレングリコール、プロピレングリコールを用いた液体冷媒は、導電性を有する。

［締め付け機構］
端子本体１２ｄの端子本体部１２ａと、押さえ片１４と、止めねじ１７とは、端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３に収容された冷却管１５Ａの受熱部１５ａと絶縁材１９とを、端子本体部１２ａと押さえ片１４との間に止めねじ１７の締結力により締め付け固定する締め付け機構１２Ａを構成する。

図４に示すように、端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３に収容した受熱部１５ａと絶縁材１９は、止めねじ１７の締結力により押さえ片１４と端子本体部１２ａとの間で締め付けられることで固定される。
なお、図２、図３は、冷却管収容溝１３に収容した受熱部１５ａと絶縁材１９とを、端子本体部１２ａと押さえ片１４との間に隙間を有した状態を示しており、完全に固定される前の状態である。

押さえ片１４を止めねじ１７を用いて端子本体部１２ａに固定したとき、端子１２には、押さえ片１４の押さえ側収容溝１４ｂと端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３とによって冷却管収容孔１２ｈが構成され、冷却管収容孔１２ｈに受熱部１５ａと絶縁材１９とが収容された状態となる。

図２、図３において、押さえ片１４の押さえ側収容溝１４ｂと端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３のそれぞれの深さ（溝深さ）の合計は、受熱部１５ａ外径と絶縁材１９の厚さの合計よりも僅かに小さい。

押さえ片１４を止めねじ１７の締結力によって端子本体部１２ａに締め付けると、冷却管収容溝１３に収容しておいた受熱部１５ａと絶縁材１９とを押さえ側収容溝１４ｂ内面によって冷却管収容溝１３の内面（底面１３ａとテーパ状内壁面１３ｂ）に押圧できる。この結果、冷却管収容溝１３内の受熱部１５ａと絶縁材１９とは、端子本体部１２ａと押さえ片１４との間に締め付け固定される。

冷却管１５Ａの受熱部１５ａは、押さえ片１４と端子本体部１２ａとの間で完全に固定されることによって圧縮され、押さえ側収容溝１４ｂ及び冷却管収容溝１３の溝幅方向の寸法が僅かに増大するように変形する。その結果、押さえ片１４の押さえ側収容溝１４ｂと端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３のそれぞれの内面から構成される冷却管収容孔１２ｈと受熱部１５ａの絶縁材１９を介した接触面積が増大するため、端子１２から受熱部５ａへの伝熱効率が高まる。

図２、図３に示すように、端子１２の端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３及び押さえ片１４の押さえ側収容溝１４ｂは、それぞれ、絶縁材１９に覆われた受熱部１５ａ外径（変形前の外径）に比べて湾曲半径が僅かに大きい凹曲面状の底面１３ａ、１４ｄを有する。
また、冷却管収容溝１３及び押さえ側収容溝１４ｂは、それぞれ、溝の底面１３ａ、１４ｄから端子の前方および後方にテーパ状内壁面１３ｂ、１４ｅを有する。

冷却管収容孔１２ｈの断面視において、冷却管収容孔１２ｈの前方および後方には、冷却管収容溝１３および押さえ側収容溝１４ｂのテーパ状内壁面１３ｂ、１４ｅから構成される空隙領域を有している。この空隙領域は、押さえ片１４によって冷却管１５Ａを固定したときに変形する受熱部１５ａと絶縁材１９の逃げ代の役割を果たす。押さえ片１４によって冷却管１５Ａが固定されると、絶縁材１９がテーパ状内壁面１３ｂ、１４ｅによって挟み込まれた状態となる。端子本体１２ｄの端子本体部１２ａと押さえ片１４との間にて受熱部１５ａおよび絶縁材１９を締め付けて変形させることで受熱部１５ａと冷却管収容孔１２ｈとの間の伝熱領域が増大し、押さえ片１４が無い場合に比べて、端子１２から受熱部１５ａへの伝熱効率を高めることができる。

図２〜図４に示すように、本実施形態の給電コネクタ１０は、絶縁材１９によって外周が覆われた受熱部１５ａの使用によって、端子１２と受熱部１５ａとの絶縁性を確保できる。
図４に示すように、押さえ片１４と端子本体部１２ａとの間にて受熱部１５ａを締め付け固定したとき、受熱部１５ａの変形とともに絶縁材１９は、冷却管収容孔１２ｈの内面へと押し付けられて固定される。さらに、冷却管収容孔１２ｈの前後の空隙に絶縁材１９が押し出されて空隙体積が減少する。その結果、冷却管１５Ａの受熱部１５ａと、押さえ片１４および端子本体部１２ａとの間の電位差に起因する不要な放電が抑えられ、絶縁材１９の絶縁破壊を防止することができる。
そして、前述のとおり絶縁材１９の絶縁破壊を抑制することができるため、厚い絶縁材ではなく、薄い絶縁材１９を採用することが可能となり、冷却管１５Ａを流れる流体への伝熱による端子１２の冷却効率を向上できる。

尚、本発明においては、端子本体１２ｄの端子本体部１２ａの冷却管収容溝１３に収容された冷却管１５Ａ（具体的には受熱部１５ａ）を、止めねじ１７を用いて押さえ片１４と端子本体部１２ａとの間に締め付け固定した状態の端子１２を、以下、冷却管固定端子、とも言う。
図２に示すように、冷却管固定端子は、冷却管収容溝１３に冷却管１５Ａ（具体的には受熱部１５ａ）を挿入し、押さえ片１４を止めねじ１７を用いて端子本体部１２ａに締め付け固定するだけで簡単に組み立てることができる。

本実施形態の給電コネクタ１０の組み立てにおいては、導体接続部１２ｂに電力線２１ｂの導体２１ａを接続した後に、流体管路１５を端子本体部１２ａに組み付けることが可能である。

本実施形態の給電コネクタ１０は、１つの端子１２に対して１つの流体管路１５が設けられるため、複数の端子に対して１つの冷却管が設けられる場合と異なり、流体管路１５に結露水が付着したとしても、結露水を通じた端子間の短絡は起こらない。よって、本実施形態の給電コネクタ１０は、複数の端子の各々が異なる電位で使用される給電コネクタにおいて好適に採用することができる。

１０…給電コネクタ １１…ハウジング １２…端子 １２Ａ…締め付け機構 １２ａ…端子本体部 １２ｂ…導体接続部 １２ｃ…コンタクト部 １２ｄ…端子本体 １２ｅ…押さえ片受け面 １２ｇ…押さえ片収容溝 １２ｈ…冷却管収容孔 １３…冷却管収容溝 １３ａ…底面 １３ｂ…テーパ状内壁面 １４…押さえ片 １４ｂ…押さえ側収容溝 １４ｃ…ねじ挿通孔 １４ｄ…底面 １４ｅ…テーパ状内壁面 １５…流体管路 １５Ａ…冷却管 １５Ｂ…副管路 １５ａ…受熱部 １５ｂ…導入部 １５ｃ…導出部 １６…接続部 １７…止めねじ １９…絶縁材 ２０…ケーブル付き給電コネクタ ２１…給電ケーブル ２１ａ…導体 ２１ｂ…電力線

Claims (5)

1. ハウジングと、ケーブルの導体に接続して前記ハウジング内に収容される端子と、前記端子の熱を前記ハウジング外へ搬送する流体を流通させる冷却管と、を備え、
   前記ハウジング内において前記冷却管は外周面を絶縁材によって被覆されており、
   前記端子は、冷却管収容溝を有する端子本体部と前記冷却管収容溝を覆う押さえ片との間に前記冷却管を締め付け固定する締め付け機構を含み、前記端子本体部と前記押さえ片との間に前記冷却管を締め付け固定したときに前記冷却管収容溝と前記押さえ片とで構成される冷却管収容孔の内面全体及び前記冷却管の側面全体に前記絶縁材が接触している給電コネクタ。
2. 前記押さえ片に前記冷却管の断面の一部を収容する押さえ側収容溝が形成され、前記締め付け機構は前記冷却管収容溝と前記押さえ側収容溝とに収容された前記冷却管を前記端子本体部と前記押さえ片との間に締め付け固定する請求項１に記載の給電コネクタ。
3. 前記冷却管収容溝及び前記押さえ側収容溝の内面にはテーパ状内壁面が形成されており、前記絶縁材が各々の溝の前記テーパ状内壁面によって挟み込まれている請求項２に記載の給電コネクタ。
4. 前記端子は、前記端子本体部と、前記端子本体部から延出されて前記導体と接続される導体接続部と、前記端子本体部から前記導体接続部とは反対の側に突出されたコンタクト部とを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電コネクタ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の給電コネクタの端子に、前記ケーブルの前記導体が接続されている、ケーブル付き給電コネクタ。

Images