JPWO2012150631A1 - 放射ノイズ低減方法、及び充電ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の充電ケーブルから発せられる放射ノイズを低減する。【解決手段】充電器２から電動車両３に充電電流を供給する充電ケーブル４として、少なくとも、充電電流が通電される電流供給線４１、アース線４２、及びシールド線４４が結束されたものを用い、アース線４２及びシールド線４４を充電器側２で接地し、かつ、シールド線４４とアース線４２とを電動車両３側で短絡させる。また充電ケーブル４の充電器２側にトロイダルコア１５０を設ける。アース線４２は電動車両３側で接地されていなくてもよい。シールド線４４は、接地されたテープ状の導体１２０を面接触させることにより充電器２側で接地する。

Description

この発明は、放射ノイズ低減方法、及び充電ケーブルに関し、特に充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルから放射されるノイズを低減する技術に関する。

特許文献１には、大電流を流した場合でも、良好なシールド特性を備えるとともに、導電性部材に発生する渦電流を減少させて発熱量を低減できるシールドケーブルを提供すべく、第１の絶縁材で被覆された信号線の外側を透磁性部材で覆い、透磁性部材の外側を導電性部材で覆い、更に導電性部材の外側を第２の絶縁材で覆うことによりシールドケーブルを構成することが記載されている。

特許文献２には、シールド性に優れ、かつ低コストで製造することができ、コネクタなどとの接続作業が容易に行えるワイヤハーネス用電線を提供すべく、導体と、導体の外方に形成される絶縁層と、絶縁層の外方に形成されるシールド層とを有するワイヤハーネス用電線において、シールド層に半導電性塗料層が用いることが記載されている。

特許文献３には、車両用充電装置を搭載したプラグインハイブリッド車の電気システムにおいて、車両外部の電源から蓄電装置の充電時、プラグインハイブリッド車の電気システムから車両外部の電源へ高周波のノイズが出力されるのを防止するためのＬＣフィルタについて記載されている。

特許文献４には、充電器または充電器を搭載した機器のカバーとして、取り扱いが容易であり、かつ充電器から発生する電波雑音の散乱を防ぐべく構成された、導電性材料から構成される電波雑音吸収シートと、電波雑音吸収シートを接地するためのケーブルを具備する雑音防止カバーが記載されている。

特開２００３−６８１５１号公報 特開２００５−２３５７１６号公報 国際公開ＷＯ２００９／０３４８７７号公報 実開平７−３０４５５号公報

急速充電器等の充電器を用いて電気自動車を充電する場合には、充電器から発せられるノイズ（とくに電源のスイッチング回路から発せられる高周波ノイズ）が問題となる。充電器から発せられるノイズを低減する方法としては、例えば、充電器本体をシールドすることが考えられる。しかし充電器本体から電気自動車に充電電流を供給する充電ケーブルを伝って放射されるノイズについては、充電器本体をシールドしただけでは低減することができない。

本発明はこのような背景に基づいてなされたもので、充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルから放射されるノイズを低減することが可能な放射ノイズ低減方法、及び充電ケーブルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルの放射ノイズ低減方法であって、充電ケーブルとして、少なくとも、充電電流が通電される電流供給線、アース線、及びシールド線が結束されたものを用い、前記アース線及び前記シールド線を充電器側で接地し、かつ、前記シールド線と前記アース線とを電動車両側で短絡させることとする。

このように、シールド線とアース線を電動車両側で短絡させることで、充電ケーブルから放射されるノイズを確実に低減することができる。

本発明の他の一つは、上記放射ノイズ低減方法であって、前記充電ケーブルの前記充電器側にトロイダルコアを設けることとする。

このように充電ケーブルの充電器側にトロイダルコアを設けることで、充電ケーブルから放射されるノイズをより確実に低減することができる。

本発明の他の一つは、上記放射ノイズ低減方法であって、前記アース線が電動車両側で接地されていないこととする。

本発明によれば、このようにアース線が電動車両側で接地されていない場合やアース線を電動車両側で接地することが難しい場合であっても、充電ケーブルから放射されるノイズを確実に低減することができる。

本発明の他の一つは、上記放射ノイズ低減方法であって、前記充電ケーブルとして、前記電流供給線、前記アース線、及び前記シールド線を絶縁性の外皮で被覆したものを用い、前記充電ケーブルの電動車両側の端部に、電動車両の充電口に接続されるコネクタと当該コネクタと一体に形成された絶縁性の把持部とを設け、前記把持部の近傍の前記外皮を剥いて前記シールド線と前記アース線とを接触させることにより、前記シールド線と前記アース線とを電動車両側で短絡させることとする。

このように充電ケーブルとして絶縁性の外皮で被覆したものを用いる場合は、充電口に接続されるコネクタと一体に形成された絶縁性の把持部の近傍において外皮を剥き、その部分でシールド線とアース線とを接触させるようにすることで、シールド線とアース線とを電動車両側で容易に短絡させることができる。

本発明の他の一つは、上記放射ノイズ低減方法であって、接地されたテープ状の導体を前記シールド線の充電器側の部分に面接触させることにより、前記シールド線を充電器側で接地することとする。

このように充電器側のシールド線の接地を、テープ状の導体をシールド線の充電器側の部分に面接触させることにより行うようにすることで、充電器側でシールド線を確実に接地することができる。そしてこれにより充電ケーブルから放射されるノイズを確実に低減することができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルから放射されるノイズを低減することができる。

充電システム１の概略的な構成を説明する図である。 充電器２の一例として示す急速充電器のブロック図である。 接続ユニット４１の一例を示す側面図である。 把持部４１２を端子群４１１１の方向から眺めた図である。 充電ケーブル４の構造を説明する模式図である。 検証に用いた測定系６である。 放射ノイズの減衰量の測定結果を示す図である。 放射ノイズの減衰量の測定結果を示す図である。 測定条件及び測定結果をまとめた図である。 電界強度の測定に用いた測定系７を説明する図である。 電界強度の測定結果を示す図である。 電界強度の測定結果を示す図である。 測定条件及び測定結果をまとめた図である。

以下、図面を参照しつつ発明を実施するための形態について説明する。

図１は充電スタンドや各種施設の駐車場等に設けられる電気自動車の充電システム１の一例である。同図に示すように、充電システム１は、充電器２、充電器２によって充電される蓄電池３２が搭載された電気自動車等の電動車両３、及び充電器２から電動車両３に充電電流を供給する充電ケーブル４を含む。

充電器２は、例えば急速充電器であり、電源を構成しているスイッチング回路等からスイッチングノイズを発生する。図２は充電器２の一例として示す急速充電器のブロック図である。同図に示すように、この急速充電器は、整流回路２０１、ＰＷＭ制御回路２０２（PWM:Pluse Width Modulation）、高周波トランス２０３、及び整流回路２０４を備えている。

整流回路２０１は、商用電力系統等の交流電源から供給される交流を直流に変換する回路であり、整流ブリッジ等を用いて構成される。ＰＷＭ制御回路２０２は、整流回路２０１の出力を高周波のパルスに変換する回路であり、出力電圧を制御する回路によってオンオフタイミングが制御されるスイッチング素子を用いて構成されている。高周波トランス２０３は、ＰＷＭ制御回路２０２によって生成された高周波パルスのエネルギーを整流回路２０４に伝達する。整流回路２０４は、高周波トランス２０３を介して入力される交流を直流に変換する回路であり、整流ダイオードや平滑コンデンサ等を用いて構成されている。充電ケーブル４の一端は、例えば整流回路２０４の出力段に接続される。

図３は充電ケーブル４の他端に設けられる接続ユニット４１の側面図である。同図に示すように、この接続ユニット４１は、充電口３１と接続される端子群４１１１が設けられた充電コネクタ４１１と、この充電コネクタ４１１と一体に形成された絶縁性の把持部４１２と、把持部４１２から延出し充電電流の供給を制御するためのハンドル４１３とを有する。

把持部４１２は、例えば樹脂製であり、モールド成形等によって充電コネクタ４１１と一体に形成されている。把持部４１２の充電器２側は円筒状になっており、この円筒状の部分４１２１の内部には、充電ケーブル４の電動車両３側の端部が収容されている。後述する充電ケーブル４の、電流供給線４１、アース線４２、制御線４３、及びシールド線４４は、把持部４１２の内部で端子群４１１１に接続されている。

図４は、把持部４１２を端子群４１１１の方向から眺めた図である。同図に示すように、端子群４１１１は、後述する電流供給線４１が接続される給電端子４１１１１、後述するアース線４２が接続されるアース端子４１１１２、及び後述する制御線４３が接続される端子４１１１３を含む。

図５は充電ケーブル４の構造を説明する模式図である。同図に示すように、充電ケーブル４は、充電器２から供給される充電電流が通電される電流供給線４１、アース線４２、充電電流の制御に際して充電器２と電動車両３との間で送受信される制御信号が流れる制御線４３、及び、これら各線を内包し、充電ケーブル４の長手方向に延出するシールド線４４を結束した構造になっている。そして電流供給線４１、アース線４２、制御線４３、及びシールド線４４の束は、絶縁性の樹脂等からなる外皮４５によって被覆されている。尚、シールド線４４は、例えば、編組された導線やアルミ箔等である。

同図に示すように、アース線４２及びシールド線４４は、いずれも充電器２側で接地されている。またアース線４２とシールド線４４は電動車両３側で短絡されている（符号４４１）。このアース線４２とシールド線４４の短絡は、例えば、接続ユニット４１の把持部４１２の近傍の外皮４５を剥いてアース線４２とシールド線４４を接触させることによって行われる。尚、電動車両３側でアース線４２は接地されていてもよいし、電動車両３側で接地されていなくてもよい（例えば、電動車両３の蓄電池３２が接地されていない場合、アース線４２は接地電位に対して高電位になる）。

＜減衰量の検証＞
発明者らは、以上の構成からなる充電システム１における放射ノイズの低減効果を検証すべく、ネットワークアナライザを用いて放射ノイズの減衰量を測定した。図６はこの測定に用いた測定系６である。同図に示すように、この測定系６は、充電器２に相当するネットワークアナライザ１４０、充電ケーブル４を覆うＥＭクランプ１３０（electromagnetic (EM) clamp））、電動車両３に相当する終点抵抗１６０（本例では５０Ω）、及び充電ケーブル４のネットワークアナライザ１４０側（充電器２側）に設けられるトロイダルコア１５０を含む。

同図に示すように、充電ケーブル４のネットワークアナライザ１４０側（充電器２側）の端部は、トロイダルコア１５０のリング内に挿通されている。また充電ケーブル４のネットワークアナライザ１４０側（充電器２側）において、アース線４２とシールド線４４をいずれも接地させている。このうちシールド線４４については、充電ケーブル４の外皮４５を剥いてシールド線４４を露出させ、露出したシールド線４４の外周にテープ状の銅テープ１２０（導体）を面接触（巻回）させ、銅テープ１２０を接地することにより接地させている。また前述したように、終点抵抗１６０側（電気自動車３側）では、アース線４２とシールド線４４とを接触させて短絡させている（符号４４１）。

以上の構成からなる測定系６において、トロイダルコア１５０を設けた場合と設けない場合の夫々について、充電ケーブル４に直流電流を印加した場合における放射ノイズの減衰量を測定した。この測定に際し、ネットワークアナライザ１４０から充電電流に相当する信号として所定の電流を電流供給線４１に供給した。また減衰量の測定は、外皮４５から漏れる信号をネットワークアナライザ１４０に入力して検出することにより行った。

トロイダルコア１５０を設けない場合の測定は、アース線４２とシールド線４４を接続（短絡）するのに用いる導線（以下、短絡線と称する。）の長さを変えた複数のケース（（１）５０ｃｍとした場合、（２）２５ｃｍとした場合、（３）５ｃｍとした場合）の夫々について行った。また比較のため、アース線４２とシールド線４４を短絡させない場合（４）についても測定を行った。尚、この測定では、シールド線４４を取り外した状態での減衰量を基準として較正（キャリブレーション）を行った。

図７は、トロイダルコア１５０を設けない場合における測定結果を示すグラフである。このグラフの横軸は周波数（MHz）であり、縦軸は充電ケーブル４から放射されるノイズの減衰量（dB）である。

一方、図８は、トロイダルコア１５０を設けた場合における測定結果を示すグラフである。このグラフの横軸は周波数（MHz）であり、縦軸は充電ケーブル４から放射されるノイズの減衰量（dB）である。同図中、（６）はトロイダルコア１５０としてＲＣ１０６０（双信電機株式会社製）（１個）を設けた場合であり、（７）はトロイダルコア１５０としてＲＣ１０４５Ｙ（双信電機株式会社製）（１個）を設けた場合であり、（８）はトロイダルコア１５０としてＴＦＴ２７４０１５Ｓ（株式会社タカチ電機工業製）（１個）を設けた場合である。また比較のためにトロイダルコア１５０を設けない場合（５）についても測定を行った。いずれの場合も短絡線の長さは５ｃｍとした。

図９は以上の測定結果（図７、図８）を表形式に纏めたものである。図７及び図９の（１）〜（３）に示すように、短絡線の長さが短いほど、放射ノイズの減衰効果が大きいことが確認された。尚、短絡線を設けない場合（４）は、０．０１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数範囲で放射ノイズの減衰効果が殆ど認められなかった。

また図８及び図９の（５）〜（８）に示すように、トロイダルコア１５０としてＲＣ１０４５Ｙ、又はＴＦＴ２７４０１５Ｓを用いた場合は３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（特に３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚ）の周波数帯における放射ノイズに約５ｄＢの減衰が認められた。

＜電界強度の測定＞
発明者らは、充電システム１における放射ノイズの低減効果を検証すべく、充電ケーブル４を、交流モータと該交流モータに交流電流を供給するインバータとの間を接続する線として用いた場合（即ち充電ケーブル４の電流供給線４１をインバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相、及びＰＥ相の各線として用いた場合）について、スペクトラムアナライザを用いて放射電界強度の測定を行った。

図１０はこの測定に用いた測定系７である。同図に示すように、この測定系７は、交流モータ２５０（出力０．４ｋＷ）、交流モータ２５０に交流電流を供給するインバータ２３０（充電器２に相当）、インバータ２３０に電力（単相１００Ｖ／周波数５０Ｈｚの交流電流）を供給する交流電源２１０、交流電源２１０に含まれるノイズをカットするためのノイズフィルタ２２０（ＨＦ２０１０Ａ−ＵＰ（双信電機株式会社））、放射ノイズを受信してスペクトラムアナライザ（不図示）に供給するバイコニカルアンテナ２６０を含む。

尚、測定に際し、交流電源２１０とノイズフィルタ２２０とを接続する電源ケーブル２１５の全体、及び充電ケーブル４の全体をアルミ箔でシールドした。またノイズフィルタ２２０及びインバータ２３０は、いずれも接地された導体（鉄板２８０）の台２８５上に直接載置することにより接地した。また電動車両３が接地されていない状態とするために、交流モータ２５０は絶縁紙２９０を介在させて台２８５上に載置した。

尚、ノイズフィルタ２２０、インバータ２３０、及び交流モータ２５０は、地面（基準面２７０）から０．８ｍの高さに設けた。またバイコニカルアンテナ２６０は基準面２７０から１ｍの高さに設けた。バイコニカルアンテナ２６０からノイズフィルタ２２０までの距離は１ｍとした。

以上の構成からなる測定系７において、シールド線４４を有しない充電ケーブルを使用した場合（１１）、充電ケーブル４を使用しアース線４２とシールド線４４を短絡させない場合（１２）、及び充電ケーブル４を使用しアース線４２とシールド線４４を短絡させた場合（短絡線の長さは５ｃｍ）（１３）の夫々について電界強度を測定した。図１１にその測定結果を示す。このグラフの横軸は周波数（MHz）であり、縦軸は充電ケーブル４から放射されるノイズのレベル（dBμV/m）である。

また測定系７において、電流供給線４１にトロイダルコア１５０を設けた場合の効果について検証した。図１２はその測定結果を示すグラフである。このグラフの横軸は周波数（MHz）であり、縦軸は充電ケーブル４から放射されるノイズのレベル（dBμV/m）である。同図において、（１４）はトロイダルコア１５０を設けない場合であり、（１５）はトロイダルコア１５０としてＲＣ１０６０（１個）を設けた場合であり、（１６）はトロイダルコア１５０としてＲＣ１０４５Ｙ（１個）を設けた場合であり、（１７）はトロイダルコア１５０としてＴＦＴ２７４０１５Ｓ（１個）を設けた場合である。尚、いずれの場合も短絡線の長さは５ｃｍとした。

図１３は以上の測定結果（図１１、図１２）を表形式に纏めたものである。図１１及び図１３の（１１）〜（１３）に示すように、充電ケーブル４を使用しアース線４２とシールド線４４を短絡させない場合（１２）は、シールド線４４を有しない充電ケーブルを使用した場合（１１）に比べて、１００ＭＨｚ以上の領域ではノイズが低減されているが、３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数範囲では放射ノイズのレベルが高くなる。一方、充電ケーブル４を使用しアース線４２とシールド線４４を短絡させた場合（１３）には、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの周波数全体において、シールド線４４を有しない充電ケーブルを使用した場合（１１）に比べて放射ノイズが低減されている。

図１２及び図１３の（１５）〜（１７）に示すように、（１５）〜（１７）のいずれの場合（トロイダルコア１５０を設けた場合）も一定のノイズ低減効果が認められた。またＲＣ１０４５Ｙ又はＴＦＴ２７４０１５Ｓを設けた場合（（１６）、（１７））は、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの周波数全体においてノイズの低減効果（約１０ｄＢ）があることが知見された。

以上に説明したように、充電ケーブル４として充電電流が通電される電流供給線４１、アース線４２、及びシールド線４４が結束されたものを用い、アース線４２及びシールド線４４を充電器２側で接地し、かつ、アース線４２とシールド線４４とを電動車両３側で短絡させるようにすることで、充電ケーブル４から放射されるノイズを確実に低減できることが知見された。また充電ケーブルの充電器２側にトロイダルコア１５０を設けることにより、より確実に充電ケーブル４から放射されるノイズを低減できることが知見された。さらにアース線４２が電動車両３側で接地されていない場合やアース線４２を電動車両３側で接地することが難しい場合でも、充電ケーブル４から放射されるノイズを確実に低減できることが知見された。

尚、以上に説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

２ 充電器
３ 電動車両
３１ 充電口
３２ 蓄電池
４ 充電ケーブル
４１ 電流供給線
４２ アース線
４３ 制御線
４４ シールド線
４５ 外皮
４１１ 充電コネクタ
４１２ 把持部
１５０ トロイダルコア

本発明の他の一つは、上記放射ノイズ低減方法であって、前記充電ケーブルとして、前記電流供給線、前記アース線、及び前記シールド線の束を絶縁性の外皮で一括被覆したものを用い、前記充電ケーブルの電動車両側の端部に、電動車両の充電口に接続されるコネクタと当該コネクタと一体に形成された絶縁性の把持部とを設け、前記把持部の近傍の前記外皮を剥いて前記シールド線と前記アース線とを接触させることにより、前記シールド線と前記アース線とを電動車両側で短絡させることとする。

Claims (10)

1. 充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルの放射ノイズ低減方法であって、
   充電ケーブルとして、少なくとも、充電電流が通電される電流供給線、アース線、及びシールド線が結束されたものを用い、
   前記アース線及び前記シールド線を充電器側で接地し、かつ、前記シールド線と前記アース線とを電動車両側で短絡させる
   ことを特徴とする放射ノイズ低減方法。
2. 請求項１に記載の放射ノイズ低減方法であって、
   前記充電ケーブルの前記充電器側にトロイダルコアを設けることを特徴とする放射ノイズ低減方法。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の放射ノイズ低減方法であって、
   前記アース線が電動車両側で接地されていないことを特徴とする放射ノイズ低減方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の放射ノイズ低減方法であって、
   前記充電ケーブルとして、前記電流供給線、前記アース線、及び前記シールド線を絶縁性の外皮で被覆したものを用い、
   前記充電ケーブルの電動車両側の端部に、電動車両の充電口に接続されるコネクタと当該コネクタと一体に形成された絶縁性の把持部とを設け、
   前記把持部の近傍の前記外皮を剥いて前記シールド線と前記アース線とを接触させることにより、前記シールド線と前記アース線とを電動車両側で短絡させる
   ことを特徴とする放射ノイズ低減方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の放射ノイズ低減方法であって、
   接地されたテープ状の導体を前記シールド線の充電器側の部分に面接触させることにより、前記シールド線を充電器側で接地することを特徴とする放射ノイズ低減方法。
6. 充電器から電動車両に充電電流を供給する充電ケーブルであって、
   少なくとも、充電器から電動車両に供給される充電電流が通電される電流供給線、アース線、及びシールド線が結束され、
   前記アース線及び前記シールド線が充電器側で接地され、かつ、前記シールド線と前記アース線とが電動車両側で短絡されている
   ことを特徴とする充電ケーブル。
7. 請求項６に記載の充電ケーブルであって、前記充電器側にトロイダルコアが設けられていることを特徴とする充電ケーブル。
8. 請求項６又は７のいずれかに記載の充電ケーブルであって、
   前記アース線が電動車両側で接地されないことを特徴とする充電ケーブル。
9. 請求項６乃至８のいずれか一項記載の充電ケーブルであって、
   前記電流供給線、前記アース線、及び前記シールド線が絶縁性の外皮で被覆され、
   前記充電ケーブルの電動車両側の端部に、電動車両の充電口に接続されるコネクタと当該コネクタと一体に形成された絶縁性の把持部とを有し、
   前記把持部の近傍の前記外皮を剥いて前記シールド線と前記アース線とを接触させることにより、前記シールド線と前記アース線とが電動車両側で短絡されている
   ことを特徴とする充電ケーブル。
10. 請求項６乃至９のいずれか一項記載の充電ケーブルであって、
    接地されているテープ状の導体を前記シールド線の充電器側の部分に面接触させることにより、前記シールド線が充電器側で接地されていることを特徴とする充電ケーブル。