JPWO2006118273A1 - 配電体 - Google Patents

Abstract

シールド機能付き配電体Ｗａは、被覆電線１０を、金属製のパイプ２０に挿通することで電磁シールドするとともに保護する。被覆電線１０で発生した熱は、熱反射率が低い低熱反射層２１の内面に吸収されてパイプ２０に伝達され、パイプ２０の外周面から大気中へ放出される。

Description

本発明は、パイプ内に被覆電線を挿通させてなる配電体に関する。

例えば電気自動車やハイブリッド自動車において、インバータ装置から走行用モータに電力を供給するための配電体には、シールド機能が要求される。この種のシールド機能付きの配電体としては、複数本のノンシールド電線を、金属細線をメッシュ状に編んだ筒状の編組線からなるシールド部材で包囲することにより一括してシールドする構造のものが実用化されている。ところが、このように編組線によりシールドするようにした配電体では、編組線とと被覆電線を保護するために、配電体全体を合成樹脂製のプロテクタで包囲する必要があり、プロテクタを用いる分、部品点数や組み付け工数が増えるという問題があった。

そこで、本願出願人は、特許文献１に記載されているように、ノンシールド電線を金属製のパイプ内に挿通する構造を提案した。この構造によれば、パイプが、電線をシールドする機能と電線を保護する機能を発揮するので、編組線とプロテクタを用いたシールド機能付き配電体に比べて部品点数が少なくて済むという利点がある。
特開２００４−１７１９５２公報

ところが、パイプ内に被覆電線を挿通させた配電体では、被覆電線とパイプとの間に空気層が介在することが避けられないため、通電時に電線で発生した熱が、熱伝導率の低い空気によって遮断されてパイプに伝わり難く、しかも、パイプには、編組線における編み目のような外部との通気経路が存在しないため、電線で発生した熱がパイプの内部に籠もり易く、放熱性が低くなる傾向がある。

ここで、導体に所定の電流を流したときの発熱量は、導体の断面積が大きい程小さくなり、発熱に起因する導体の温度上昇値は、導電路の放熱性が高いほど小さく抑えられる。したがって、導体の温度上昇値に上限が定められている環境下では、上記のように放熱効率の低いシールド機能付き配電体の場合、導体の断面積を大きくして発熱量を抑える必要がある。

ところが、導体の断面積を増大することは、シールド機能付き配電体が大径化し重量化することを意味するため、その対策が望まれる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、パイプを用いたシールド機能付き配電体における放熱性を向上させることを目的とする。

本発明は、車両の走行用モータ等に電力を供給する被覆電線を金属製のパイプ内に収容して構成した配電体において、パイプの内周面に、そのパイプ素材よりも熱反射率が低い低熱反射層を設け、これにより当該部分の熱吸収率を高め、被覆電線からの発熱を効率よくパイプの外部へ放熱させるようにしたものである。

さらに、パイプの外周面には、パイプの素材よりも放熱性が高い放熱層を設けることが望ましい。

これらの発明の場合、低熱反射層及び／又は放熱層は塗装膜により構成でき、それを黒色とすることが一層望ましい。

本発明によれば、被覆電線から放射された熱は、熱反射率が低い低熱反射層によって吸収されてパイプに効率的に伝達され、ここから外部に放熱されるから、温度上昇を抑制できる。また、外周面に放熱層を形成したものでは、パイプの外周面からの放熱特性が向上するから、さらに温度上昇を抑制でき、ひいては導体断面積が小さな電線を使用することも可能になる。

図１は実施形態１のシールド機能付き配電体の断面図 図２は従来例のシールド機能付き配電体と実施形態１のシールド機能付き配電体の放熱性能をあらわすグラフ 図３は実施形態２のシールド機能付き配電体の断面図 図４は実施形態２のシールド機能付き配電体と実施形態１のシールド機能付き配電体の放熱性能をあらわすグラフ 図５は実施形態３のシールド機能付き配電体の断面図 従来例のシールド機能付き配電体の断面図

符号の説明

Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ…シールド機能付き配電体
１０…被覆電線
２０…パイプ
２１…低熱反射層
２２…放熱層

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１及び図２を参照して説明する。本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａは、例えば電気自動車において走行用の動力装置を構成するインバータ装置と走行用モータとの間に配索される動力回路等として用いられるものであり、３本のノンシールドタイプの被覆電線１０を、一括シールド機能と電線保護機能を兼ね備えるパイプ２０内に挿通した構成となっている。

被覆電線１０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）の導体１１の外周面を合成樹脂製の絶縁被覆１２で被覆した形態であり、導体１１は、複数本の細線（図示せず）を螺旋状に撚り合わせた撚り線又は単芯線からなる。被覆電線１０の断面形状は導体１１と絶縁被覆１２の双方が真円形とされている。

パイプ２０は、金属製（アルミニウム合金製）であって、空気よりも熱伝導率が高い。パイプ２０の断面形状は、被覆電線１０と同様、真円形をなしている。パイプ２０内には真っ直ぐの状態のときに３本の被覆電線１０が挿通されている。パイプ２０内における３本の被覆電線１０は、概ね俵積み状（被覆電線１０の中心を結んだときにほぼ正三角形を描く形態）をなすように位置関係を保ちつつ、パイプ２０内において径方向へ相対変位し得るようになっている。つまり、被覆電線１０同士の間、及び被覆電線１０とパイプ２０との間にクリアランスがあり、このクリアランスにより、パイプ２０に対する被覆電線１０の挿通作業が容易となっている。被覆電線１０を挿通した後は、パイプ２０が３本の被覆電線１０とともに曲げ加工されている。

本実施形態では、被覆電線１０群からの放熱効率の向上を図る手段として、パイプ２０の内周に低熱反射層２１が設けられている。低熱反射層２１は、黒色又は黒の近似色（例えば、黒灰色）の塗料をパイプ２０の内周面全体に亘って一定の厚さで塗布することによって形成された塗装膜からなり、パイプ２０の素材よりも低い熱反射率（すなわち、より高い熱吸収性能）を有する。また、低熱反射層２１の色は、パイプ２０の内周面全体に亘って同一色となっている。

本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａにおいては、被覆電線１０で発生して絶縁被覆１２の表面から放射された熱は、低熱反射層２１の内面に吸収され、低熱反射層２１の外周面からパイプ２０の内周面に伝達され、パイプ２０の外周面から大気中へ放出される。低熱反射層２１は、内面が黒色又は黒の近似色とされているので、熱をほとんど反射せずに吸収する黒体に近い吸熱作用を発揮する。したがって、低熱反射層２１が存在せずにパイプ２０の素材が直接に被覆電線１０に対向している構造のものと比較すると、被覆電線１０で発生した熱をパイプ２０を通してその外部に放出する性能に優れている。

また、低熱反射層２１としては、パイプとは別体部品として製造した筒体（図示せず）をパイプ２０内に組み付ける形態が考えられるが、本実施形態では、低熱反射層２１がパイプ２０の内周に塗布した塗装膜とされているので、低熱反射層２１の形成に際しては、パイプ２０の内周に塗料を塗布するだけで済む。したがって、部品点数が増えることはない。

さて、本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａは上記のように放熱効率に優れているのであるが、図２には、図６に示す低熱反射層２１が設けられていない従来のシールド機能付き配電体Ｗｐ（低熱反射層２１以外は本実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａと同じ構造）と、低熱反射層２１が設けられている本実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａの放熱性能を比較した実験結果をグラフで示している。従来のシールド機能付き配電体Ｗｐと本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａは被覆電線１０とパイプ２０を同一の材料で製造しており、被覆電線１０の導体１１の直径（１本当たり）は２．６ｍｍ、パイプ２０の外径は１５ｍｍである。また、パイプ２０の材質はアルミニウム合金であり、素材の表面は銀色をなしている。被覆電線１０には、６０Ａの電流を継続して流し、通電前の状態からの温度の上昇値を測定した。温度測定点は、被覆電線１０における導体１１の外周面と絶縁被覆１２の内周面との境界である。また、実験では、パイプ２０の外周面に風を当ててパイプ２０を空冷（風冷）した場合と、パイプ２０に風を当てない場合の比較も行った。

まず、空冷しない場合について比較する。約６００秒経過した時点で、従来のシールド機能付き配電体Ｗｐの温度上昇値が約１２０°に達したが、このまま通電を続けると、被覆電線１０の温度上昇値が２００°を超えて被覆電線１０が焼損することが懸念されたため、途中で通電を終了した。一方、パイプ２０の内面に低熱反射層２１が設けた本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａの場合は、同一条件で温度上昇値が１５３℃に抑えられている。

また、空冷した場合について比較すると、約１５００秒経過した時点で、従来のシールド機能付き配電体Ｗｐでは温度上昇値が１１４℃であるのに対し、本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａでは温度上昇値が８７℃に抑えられている。つまり、本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａは、従来のシールド機能付き配電体Ｗｐに比べて温度上昇値が２７℃低い値に抑えられており、この２７℃の温度差が低熱反射層２１による放熱性能と認められる。また、空冷した場合と空冷しない場合を比較すると、空冷した方が温度上昇値は約６６℃低く抑えられていることが解る。

上記のように放熱性能が向上したことによる効果としては、シールド機能付き配電体Ｗａの軽量化である。即ち、被覆電線１０（導体１１）に所定の電流を流したとき、導体１１の断面積が小さい程、被覆電線１０の発熱量が大きくなるのであるが、本実施形態のように放熱性に優れていれば、被覆電線１０の発熱量が大きくても被覆電線１０の温度上昇を低く抑えることができる。したがって、電気自動車の走行用モータに電力を供給する場合のように大電流が流れ、被覆電線１０の温度上昇値に上限が定められている環境下では、従来のシールド機能付き配電体Ｗｐを放熱性に優れた本実施形態のシールド機能付き配電体Ｗａに変更することで、被覆電線１０における発熱許容量が相対的に大きくなる。そして、被覆電線１０における発熱許容量が相対的に大きくなる、ということは、被覆電線１０の温度上昇値に上限が定められた環境下において使用可能な導体１１の最小断面積を小さくできることを意味し、導体１１の断面積を小さくすることで、シールド機能付き配電体Ｗａの軽量化及び小径化が可能となる。

＜実施形態２＞
次に、本発明を具体化した実施形態２を図３及び図４を参照して説明する。本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂでは、放熱効率の向上を図る手段として、パイプ２０の内周に低熱反射層２１が設けられているとともにパイプ２０の外周面に放熱層２２が設けられている。低熱反射層２１と放熱層２２は、いずれも、黒色又は黒の近似色（例えば、黒灰色）の塗料をパイプ２０の内周面と外周面の全体に亘って一定の厚さで塗布することによって形成された塗装膜からなる。低熱反射層２１は、パイプ２０よりも高い熱吸収性能を発揮し、放熱層２２はパイプ２０よりも高い熱放射性能を発揮する。また、低熱反射層２１の色はパイプ２０の内周面全体に亘って同一色であり、放熱層２２の色はパイプ２０の外周面全体に亘って同一色である。尚、その他の構成については上記実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂでは、被覆電線１０で発生して絶縁被覆１２の表面から放射された熱は、低熱反射層２１の内面に吸収され、低熱反射層２１の外面からパイプ２０の内周面に伝達され、パイプ２０の外周から放熱層２２の内面に伝達され、放熱層２２の外面から大気中へ放出される。低熱反射層２１と放熱層２２は、その周面が黒色又は黒の近似色とされているので、熱を完全に吸収する黒体に近い吸熱作用と、熱を効果的に放射する黒体に近い放熱作用を発揮する。したがって、低熱反射層２１が存在せずにパイプ２０の内周面が直接電線に対向し、放熱層２２が存在せずにパイプ２０の外周面が大気中に露出している従来のシールド機能付き配電体Ｗｐと比較すると、被覆電線１０で発生した熱を放出する性能が高い。

また、低熱反射層２１や放熱層２２としては、パイプ２０とは別体部品として製造した筒体（図示せず）をパイプ２０の内面や外面に組み付ける形態が考えられるが、本実施形態では、パイプ２０の周面に塗料を塗布するだけでよいので、部品点数が増えることはない。

さて、本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂは上記のように放熱効率に優れているのであるが、図４には、低熱反射層２１のみが設けられている実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａと、低熱反射層２１と放熱層２２の両方が設けられている本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂの放熱性能を比較した実験結果をグラフで示している。実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａと本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂは被覆電線１０とパイプ２０を共通としており、被覆電線１０の導体１１の直径（１本当たり）は２．６ｍｍ、パイプ２０の外径は１５ｍｍである。また、パイプ２０の材質はアルミニウム合金であり、表面は銀色を対している。被覆電線１０には、６０Ａの電流を継続して流し、通電前の状態からの温度の上昇値を測定した。温度測定点は、被覆電線１０における導体１１の外周と絶縁被覆１２の内周との境界面である。また、実験では、パイプ２０の外面に風を当ててパイプ２０を空冷（風冷）した。

実験の結果、約１０００秒経過した時点で、実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａでは温度上昇値が８７℃であるのに対し、本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂでは温度上昇値が７８℃に抑えられていることが判った。即ち、本実施形態２のシールド機能付き配電体Ｗｂは、実施形態１のシールド機能付き配電体Ｗａに比べて温度上昇値が９℃低い値に抑えられており、この９℃の温度差が放熱層２２による放熱性能と認められる。

＜実施形態３＞
次に、本発明を具体化した実施形態３を図５を参照して説明する。本実施形態３のシールド機能付き配電体Ｗｃでは、放熱効率の向上を図る手段として、パイプ２０の外周に放熱層２２が設けられている。放熱層２２は、黒色又は黒の近似色（例えば、黒灰色）の塗料をパイプ２０の内周面全体に亘って一定の厚さで塗布することによって形成された塗装膜からなり、パイプ２０よりも高い熱放射性能を発揮する。また、放熱層２２の色は、パイプ２０の外周面全体に亘って同一色である。その他の構成については上記実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態３のシールド機能付き配電体Ｗｃにおいては、被覆電線１０で発生した熱は、パイプ２０の内面に伝達され、パイプ２０の外面から放熱層２２の内面に伝達され、放熱層２２の外面から大気中へ放出される。放熱層２２は、外面が黒色又は黒の近似色とされているので、熱を効果的に放射する黒体に近い放熱作用を発揮する。したがって、放熱層２２が存在せずにパイプ２０の外周面が大気中に露出している従来のシールド機能付き配電体Ｗｐと比較すると、被覆電線１０で発生した熱を放出する性能が高い。

また、放熱層２２としては、パイプ２０とは別体部品として製造した筒体（図示せず）をパイプ２０の外面に組み付ける形態が考えられるが、本実施形態では、放熱層２２がパイプ２０の外周に塗布した塗装膜とされているので、放熱層２２の形成に際しては、パイプ２０の外周に塗料を塗布するだけで済む。したがって、部品点数が増えることはない。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では１本のパイプ内に３本の電線を挿通した構成を示したが、本発明によれば、１本のパイプに挿通される電線の本数は１本、２本、４本以上のいずれとしてもよい。

（２）上記実施形態ではパイプに電線を挿通した後にパイプと電線を一緒に曲げ加工するようにしたが、本発明によれば、パイプを曲げ加工した後に電線を挿通してもよい。
（３）上記実施形態ではパイプ内で電線が俵積み状に配置されるようにしたが、本発明によれば、電線は一列に並ぶように配置されていてもよく、縦横に整列して配置されていてもよい。
（４）上記実施形態ではパイプを円形断面としたが、本発明によれば、パイプの断面形状は非円形（長円形、楕円形、台形や平行四辺形を含む概ね多角形など）としてもよい。

（５）上記実施形態では低熱反射層及び放熱層を塗装膜としたが、本発明によれば、低熱反射層又は放熱層を、パイプとは別体部品として製造した筒体とし、この筒体をパイプ内に組み付けてもよい。

（６）上記実施形態では低熱反射層及び放熱層をパイプの内周の全体に設けたが、本発明によれば、これらはパイプの内周又は外周面における一部のみに設けてもよい。
（７）上記実施形態では低熱反射層の色をパイプ全体に亘って同じ色としたが、本発明によれば、場所によって低熱反射層の色を異ならせてもよい。

（８）上記実施形態ではパイプの材料をアルミニウム合金製としたが、本発明によれば、パイプは、銅合金やステンレス鋼など、アルミニウム以外の金属製としてもよい。
（９）上記実施形態では低熱反射層及び放熱層を、黒色又は黒の近似色とすることで高い吸熱性又は放熱性を発揮するようにしたが、本発明によれば、内面が黒色やその近似色には該当しない他の色であって、内面を黒色又は黒の近似色としたときと同等の熱吸収性能や放熱性能を発揮する材料のものを塗布又は組み付けることで低熱反射層又は放熱層を構成してもよい。また、低熱反射層又は放熱層は、もちろんそれ以外の機能を併せて有することを妨げるものではなく、例えば電磁シールド性能に優れたフェライト粉末等を層中に含有させておき、低熱反射性又は放熱性と電磁シールド性能とを両立させることもできる。

Claims (9)

1. 車両の走行用モータに対して電力を供給する被覆電線と、この被覆電線を内周面との間に空隙を介在させた状態で収容した金属製のパイプとで構成される配電体において、
   前記パイプの素材よりも熱反射率が低い層を前記パイプの内周面に設けることにより、当該部分の熱吸収率を高め、前記被覆電線からの発熱を効率よくパイプの外部へ放熱させるようにしたことを特徴とする配電体。
2. 前記低熱反射層が、前記パイプの内周面に塗布した塗装膜であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の配電体。
3. 車両の走行用モータに対して電力を供給する被覆電線と、この被覆電線を内周面との間に空隙を介在させた状態で収容した金属製のパイプとで構成される配電体において、
   前記パイプの素材よりも放熱性が高い放熱層を前記パイプの外周面に設けることにより、当該部分の放熱性を高め、前期電線からの発熱を効率よくパイプの外部へ放熱させるようにしたことを特徴とする配電体。
4. 前記放熱層が、前記パイプの外周面に塗布した塗装膜であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の配電体。
5. 車両の走行用モータに対して電力を供給する被覆電線と、この被覆電線を内周面との間に空隙を介在させた状態で収容した金属製のパイプとで構成される配電体において、
   前記パイプの素材よりも熱反射率が低い層を前記パイプの内周面に設けるとともに、
   前記パイプの素材よりも放熱性が高い放熱層を前記パイプの外周面に設けることにより、当該部分の熱吸収率と放熱性を高め、前期電線からの発熱を効率よくパイプの外部へ放熱させるようにしたことを特徴とする配電体。
6. 前記低熱反射層又は前記放熱層の少なくとも一方が、前記パイプに塗布した塗装膜であることを特徴とする請求の範囲第５項記載の配電体。
7. 前記塗膜層は黒色であることを特徴とする請求の範囲第２項、第４項又は第６項に記載の配電体。
8. 金属製のパイプに、車両用の電力を供給する被覆電線を収容して構成した配電体において、前記パイプの内周面に、そのパイプの素材よりも熱反射率が低い低熱反射層を設けた配電体。
9. 請求の範囲第８項の配電体において、更に、前記パイプの外周面には、前記パイプの素材よりも放熱性が高い放熱層を設けた配電体。

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