MXPA97005598A - Cable de energia electrica de alta frecuencia - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia que comprende:un cable coaxial para llevar señales de comunicación RF bidireccionales;una pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos aislados separadamente rodeando el coaxial;un blindaje EMI exterior que estácompuesto de una capa interior de mylar metalizado rodeada por una capa de entrenzado de cobre bañado de estaño;un material de rellenador de politetrafluoroetileno colocado alrededor del cable coaxial y una pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos y colocados dentro del blindaje EMI;y una cubierta exterior estácolocada alrededor del exterior del cable.

Description

CABLE DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE ALTA FRECUENCIA ANTECEDENTES La presente invención se refiere generalmente a cables eléctricos, y más particularmente, a un cable de energía eléctrica de alto voltaje de alta frecuencia para usarse con un sistema cargador inductivo que carga los vehículos eléctricos.

El cesionario de la presente invención diseña y fabrica sistemas de carga inductiva para usarse en la carga de os vehículos eléctricos. El sistema de carga emplea una lumbrera de carga dentro de la cual se inserta un acoplador inductivo para cargar el vehículo eléctrico. El acoplador inductivo esta acoplado a una fuente de energía por medio de un cable.

El cable debe ser capaz de manejar una frecuencia alta (100 KHz a 400 KHz) y un voltaje alto (230V a 430V) y llevar señales de comunicación bidireccionales . El cable también debe sobrevivir un ambiente de operación tosco mientras ue se mantiene su flexibilidad. El cable también debe tener un blindaje suficiente para mantener la compatibilidad EMI con otros productos del consumidor. No se conocen cables eléctricos que llenen estos requerimientos.

Los cables comercialmente disponibles normales que han sido investigados no llenan los requerimientos TJL,FCC, de enlace de comunicación, de flexibilidad, eléctricos y térmicos.

Un número de los cables comercialmente disponibles se probaron pero sus valores de capacitancia fueron demasiado altos entre los conductores y su blindaje exterior. Los blindajes exteriores también no tienen una cobertura suficiente para proporcionar EMI para el blindaje. Los cables comercialmente disponibles fueron demasiado rígidos para usarse con un mecanismo de retracción. Ninguno de los cables comercialmente disponibles tuvo la capacidad de transporte de energía en adición a una línea coaxial para la comunicación.

Por tanto, es un objeto de la presente invención el proporcionar un cable de energía eléctrica de alta frecuencia para usarse con un sistema cargador inductivo que carga vehículos eléctricos. Es además un objetivo de la presente invención el proporcionar un cable de energía eléctrica de alta frecuencia que maneje la alta frecuencia y el alto voltaje, que lleve las señales de comunicación bidireccionales, y sea capaz de sobrevivir los ambientes de operación toscos mientras que se mantiene la flexibilidad, y tiene un blindaje suficiente para llenar los requerimientos de compatibilidad EMI del consumidor.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN Para llenar los objetivos anteriores y otros, la presente invención se refiere a un cable eléctrico diseñado para usarse con un sistema de carga inductiva que es usado en las aplicaciones de carga de vehículo eléctrico. El cable esta diseñado para transferir electricidad eficientemente a una potencia AC de alta frecuencia, entre 100 KHz a 400 KHz a niveles de alto voltaje, sobre el orden de desde 230 V a 430V. El cable esta diseñado para llevar señales de comunicación RF bidireccionales entre la fuente de energía del sistema de carga y el vehículo eléctrico usando una frecuencia portadora de 915 MHz. El cable es suficientemente tosco para sobrevivir un ambiente de operación al exterior mientras que se mantiene su flexibilidad. El cable también esta diseñado para tener un blindaje suficiente para mantener la compatibilidad EMI con otros productos de consumidor.

El cable eléctrico comprende pares torcidos múltiples de alambre de cabos retorcidos aislados arreglados en una arquitectura de alambre seudo-Litz que rodea un cable coaxial. El cable coaxial lleva las señales de comunicación RF bidireccionales entre la fuente de energía 13 del sistema de carga y el vehículo. El cable tiene un blindaje EMI exterior que esta compuesto de una capa de mylar metalizada rodeada por una capa trenzada de cobre bañada de estaño de alta cobertura. El par torcido múltiple de alambres y el cable coaxial están embebidos en un material de relleno de politetrafluoroetileno (PTEF) dentro del blindaje EMI exterior. Una cubierta exterior hecha de poliuretano o de un material similar esta colocada alrededor del exterior del cable.

El cable es usado para llevar la energía desde el sistema de carga inductivo al vehículo eléctrico para cargarlo. El diseño del cable permite la transferencia de la energía AC de alta frecuencia mientras que pasa los requerimientos de ruido radiado FCC estrictos . No ha habido cables comercialmente disponibles que reúnan este requerimiento. Los experimentos iniciales se llevaron a cabo con varios diseños de cable coaxial, con varias combinaciones de pares torcidos y varios materiales, sin avances sensacionales. El diseño de cable final que es el objeto de la presente descripción llena los requerimientos UL/FCC, térmicos, eléctricos y de flexibilidad.

El cable fue específicamente desarrollado para usarse como parte de un sistema de carga inductivo de 6.6 kilowatts desarrollado por el cesionario de la presente invención. El cable también esta diseñado para usarse como un cable de energía eléctrica de salida para la lumbrera de carga de 6.6 kilowatts del sistema de carga inductivo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las varias características y ventajas de la presente invención pueden entenderse más fácilmente con referencia a la siguiente descripción detallada tomada en conjunción con los dibujos acompañantes, en donde los números de referencia designan elementos estructurales semejantes, y en los cuales: La figura 1 ilustra un sistema de carga inductivo que emplea un cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia de acuerdo con los principios de la presente invención que usa para cargar las baterías de propulsión de un vehículo eléctrico; y La figura 2 ilustra una vista en sección transversal del cable de energía eléctrica de acuerdo con los principios de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Refiriéndonos a las figuras de los dibujos, la figura 1 es un diagrama de bloque que ilustra un sistema de carga inductiva 10 que emplea un cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia 20 de acuerdo con los principios de la presente invención que se usa para cargar baterías de propulsión 11 de un vehículo eléctrico 12. El sistema de carga inductiva 10 esta compuesto de una fuente de energía 13 que esta acoplada por vía del cable de energía eléctrica 20 a una sonda de carga 14. La sonda de carga 14 esta diseñada para insertarse dentro de una lumbrera de carga 15 localizada en el vehículo eléctrico 12 (indicada por la flecha punteada) . La sonda de carga 14 forma un primario de un transformador mientras que la lumbrera de carga 15 forma el secundario de la misma. Una vez que la sonda de carga 14 es insertada dentro de la lumbrera de carga 15, la energía es transferida desde la fuente de energía 13 a las baterías de propulsión 11 del vehículo eléctrico 12. La energía es transferida desde la fuente de energía 13 bajo el control de un controlador 16.

La figura 2 es un diagrama en sección transversal del cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia 20 de acuerdo con los principios de la presente invención. El cable de energía eléctrica 20 puede ser preferiblemente usado como parte del sistema de carga inductiva que carga inductivamente las baterías de propulsión 11 del vehículo eléctrico 12. Sin embargo, deberá entenderse que el presente cable de energía eléctrica 20 puede usarse en otras aplicaciones en donde las señales de comunicación y la energía de alta frecuencia requieren transferirse. Como tal, la presente descripción no debe tomarse como limitante del alcance de la presente invención.

El cable de energía 20 comprende los pares torcidos múltiples 21 del alambre de cabos retorcidos aislado 22 arreglados en una arquitectura de alambre seudo-Litz. Cada uno de los cables de cabos retorcidos 22 tiene una cubierta de silicona exterior 22a colocada alrededor. En una modalidad del cable de energía eléctrica 20 que se redujo a la práctica y se muestra en la figura 2, se usaron dos pares torcidos 21 del alambre de cabos retorcidos 22 y se uso un alambre de cabos retorcidos de 12 AWG 22. En la modalidad reducida a la práctica del cable de energía eléctrica 20, los conductores de cada par torcido 21 de alambres 22 comprende 665 hilos de alambre de medida treinta y seis pueden usarse mediante el aumentar la flexibilidad mediante el uso de extrusión de tipo tubular en contra de la extrusión para la cubierta exterior 26.

Los pares torcidos múltiples 21 del alambre de cabos retorcidos 22 rodea un cable coaxial 23 que es usado para llevar las señales de comunicación RF bidireccionales entre el vehículo 12 y la fuente de energía 13 del sistema de carga 10. El cable coaxial 23 es similar a un cable coaxial RG178, pero usa un conductor de centro de cabos retorcidos fino 23b del alambre de medida 44 para llenar los requerimientos de flexibilidad y durabilidad para usarse en un mecanismo de retracción (no mostrado) del sistema de carga 10. El cable 20 tiene un escudo EMI exterior 24 que esta compuesto de un trenzado de cobre bañado de estaño de alta cobertura 24a a un lado de una capa 24b de un mylar metalizado. Los alambres de pares torcidos múltiples 21 y el cable coaxial 23 están embebidos en un material reíleñador de politetrafluoroetileno (PTFE) 25 que los rodea y el cual esta rodeado por la capa de mylar metalizada 24b y el trenzado 24a del blindaje EMI 24. Una cubierta exterior 26 que puede estar compuesta de poliuretano, por ejemplo, esta colocada alrededor del exterior del cable 20.

El cable 20 fue diseñado para transferir eficientemente energía AC a alta frecuencia, típicamente a niveles de 100 KHz a 400 KHz a niveles de alto voltaje, sobre el orden de desde 230V a 430V. El cable 20 esta diseñado para llevar señales de comunicación bidireccional usando una frecuencia portadora de 91.5 MHz. El cable 20 esta diseñado en forma tosca y es capaz de sobrevivir un ambiente de operación exterior mientras que se mantiene su flexibilidad. El blindaje EMI exterior 24 del cable 20 también esta diseñado para proporcionar suficiente blindaje para mantener la compatibilidad EMI con otros productos para el consumidor.

La capacitancia entre los pares torcidos múltiples 21 de alambre de cabos retorcidos 22 y el blindaje EMI exterior 24 es menor de 85 picofarads por pie para reducir el sonado. Esto se logro mediante el usar el material rellenador de politetrafluoroetileno (PTF?) 25 colocado entre los pares torcidos múltiples 21 del alambre de cabos retorcidos 22 y el blindaje EMI exterior 24. La efectividad del blindaje EMI exterior 24 se aumento mediante el envolver una capa delgada 24b de una cinta de mylar metalizada alrededor del material de rellenador 25 con su superficie metalizada de cara hacia el trenzado de cobre bañado de estaño 24a de el blindaje EMI 24. La inductancia del cable 20 también se minimizo mediante el torcido paralelo de los conductores para reducir la inductancia en serie.

Por tanto, se ha descrito un cable de energía eléctrica de alto voltaje de alta frecuencia que puede usarse con un sistema de cargador inductivo que carga los vehículos eléctricos. Deberá entenderse que la modalidad arriba descrita es meramente ilustrativa de algunas de las muchas modalidades específicas las cuales representan aplicaciones de los principios de la presente invención. Claramente, pueden diseñarse fácilmente numerosos y variados arreglos adicionales por aquellos expertos en el arte sin departir del alcance de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia que comprende: un cable coaxial para llevar señales de comunicación RF bidireccionales; una pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos aislados separadamente rodeando el cable coaxial; un blindaje EMI exterior que esta compuesto de una capa interior de mylar metalizado rodeada por una capa de entrenzado de cobre bañado de estaño; un material de rellenador de politetrafluoroetileno colocado alrededor del cable coaxial y una pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos y colocados dentro del blindaje EMI; y una cubierta exterior esta colocada alrededor del exterior del cable.

2. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque cada uno de los alambres de cabo retorcido tiene una cubierta de silicona exterior colocada alrededor de estos.

3. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque la pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos aislados separadamente comprende dos pares torcidos de alambre de cabos retorcidos.

4. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque los conductores de cada par retorcido de los alambres comprende 665 hilos de alambre de medición cuarenta.

5. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque el cable coaxial tiene una cubierta exterior y un conductor central de cabos retorcidos.

6. El cable tal y como se reivindica en la cláusula en la cláusula 5 caracterizado porque la cubierta exterior comprende silicona.

7. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque la pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos están arreglados en una arquitectura de alambre seudo-Litz rodeando el cable coaxial.

8. Un cable de energía eléctrica de alto voltaje y de alta frecuencia que comprende: un cable coaxial para llevar las señales de comunicación RF bidireccionales; dos pares torcidos del alambre de cabo retorcidos aislados separadamente colocados en una arquitectura de alambre seudo-Litz alrededor del cable coaxial; un blindaje EMI exterior que esta compuesto de una capa interna de mylar metalizado rodeada por una capa de trenzado de cobre bañado de estaño; un material de rellenador de politetrafluoroetileno colocado alrededor del cable coaxial y una pluralidad de pares torcidos de alambre de cabos retorcidos y colocados dentro del blindaje EMI exterior; y una cubierta exterior esta colocada alrededor del exterior del cable.

9. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 8 caracterizado porque cada uno de los alambres retorcidos tiene una cubierta de silicona exterior colocada alrededor.

10. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 8 caracterizado porque los conductores de cada par torcido de alambres comprende 665 hilos de alambre de medición cuarenta .

11. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 8 caracterizado porque los conductores de cada par torcido de alambres comprende 65 hilos de alambre de medición treinta y seis.

12. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 8 caracterizado porque el cable coaxial tiene una cubierta exterior y un conductor central de cabos retorcidos.

13. El cable tal y como se reivindica en la cláusula 11 caracterizado porque la cubierta exterior comprende silicona.