WO2018021401A1 - 給電ケーブル、及びコネクタ付給電ケーブル - Google Patents

給電ケーブル、及びコネクタ付給電ケーブル Download PDF

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佐藤　望
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株式会社フジクラ
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    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/003—Power cables including electrical control or communication wires

Definitions

  • the present invention relates to a power supply cable and a power supply cable with a connector.
  • a power supply cable capable of energizing a large current of, for example, about 250 A is demanded.
  • a temperature rise in the power supply cable and the surface of the power supply cable (hereinafter simply referred to as “inside and outside of the power supply cable”) due to energization of a large current becomes a problem.
  • the temperature inside and outside the power supply cable needs to be kept below a predetermined temperature in order to prevent the deterioration of the components and to comply with the standards (for example, IEC621966-16.5).
  • Patent Documents 1 and 2 describe a power supply cable including a conductor, a cooling pipe, and a sheath that covers the conductor and the cooling pipe. According to these power supply cables, the conductor that generates heat by energization can be cooled by the cooling pipe.
  • the conductor disposed away from the cooling pipe has a poor cooling effect, and temperature unevenness occurs inside and outside the power supply cable. Due to this temperature unevenness, locally high temperature portions are generated inside and outside the power supply cable. If it is attempted to improve the cooling capacity in order to keep the high temperature portion below a predetermined temperature, this leads to an increase in the diameter of the cooling pipe and an increase in the size of the refrigerant circulation device.
  • Patent Document 2 proposes a power feeding cable including a cooling pipe disposed inside a conductor and a cooling pipe spirally wound around a sheath.
  • this power supply cable since the conductor is cooled from the inside and the outside, temperature unevenness inside and outside the power supply cable can be eliminated.
  • the cooling pipe is wound around the sheath, the outer diameter of the entire power feeding cable is increased.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and is capable of efficiently cooling a conductor by suppressing temperature unevenness generated inside and outside the power supply cable while keeping the outer diameter of the power supply cable and the entire length of the cooling pipe small.
  • An object is to provide a cable and a power supply cable with a connector.
  • a power supply cable is a power supply cable used for power supply to an automobile, and has a flexible cooling pipe and a conductive surrounding the cooling pipe. A plurality of power lines that are twisted together and a sheath that covers the plurality of power lines.
  • each of the plurality of power lines has the cooling pipe and the conductor surrounding the cooling pipe. Therefore, the conductor in each power line is cooled by the cooling pipe from the inside. The Thereby, since the inside of the power line which is a heat generation source is cooled evenly, it is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness inside and outside the power feeding cable and to efficiently cool the conductor. Further, since the plurality of power lines are twisted together, the power lines can be appropriately moved each time the feeding cable is twisted or bent. As a result, local high tension and stress can be suppressed from acting on the power line. Therefore, even if the power supply cable is repeatedly twisted and bent, it is possible to suppress the occurrence of abnormality such as refrigerant leakage.
  • the power supply cable according to the second aspect of the present invention is the power supply cable according to the first aspect, wherein the power supply cable includes an even number of the power lines, and half of the cooling pipes among the cooling pipes that the even number of the power lines respectively have.
  • the pipe is used as a refrigerant forward path, and the remaining half of the cooling pipe is used as a refrigerant return path.
  • the refrigerant forward path and the return path are disposed in the power supply cable, it is not necessary to dispose a cooling pipe outside the power supply cable. Therefore, the outer diameter of the entire power supply cable can be suppressed.
  • a power supply cable according to a third aspect of the present invention is the power supply cable according to the first or second aspect, wherein the conductor is configured by winding a plurality of conductor wires around the cooling pipe. .
  • the entire conductor can be cooled more uniformly, and temperature unevenness inside and outside the power line and the power supply cable can be reliably suppressed.
  • the power supply cable according to a fourth aspect of the present invention is the power supply cable according to the third aspect, wherein the conductor wire is formed by twisting a plurality of strands.
  • the flexibility of the conductor wire itself is increased, the flexibility and durability of the power supply cable can be further improved.
  • the power supply cable according to the fifth aspect of the present invention is the power supply cable according to any one of the first to fourth aspects, wherein the cooling pipe is made of nylon or silicone resin.
  • the flexibility and durability of the power supply cable can be further improved by forming the cooling pipe with nylon or silicone resin having excellent flexibility and mechanical strength.
  • the power supply cable according to the sixth aspect of the present invention is the power supply cable according to any one of the first to fifth aspects, wherein the plurality of power lines have the same outer diameter.
  • each power line common, and it is possible to make the surface temperature of each power line uniform and to more reliably suppress the temperature unevenness inside and outside the feeder cable.
  • the power supply cable according to a seventh aspect of the present invention is the power supply cable according to any one of the first to sixth aspects, wherein the plurality of power lines pass through a central axis of the power supply cable in a cross-sectional view. They are arranged at positions symmetrical with respect to the straight line.
  • the seventh aspect since the structure inside the feeding cable is symmetric, the temperature unevenness inside the feeding cable and the sheath surface can be more reliably suppressed.
  • a power supply cable with a connector according to an eighth aspect of the present invention includes the power supply cable according to any one of the first to seventh aspects and a connector connected to the automobile.
  • the conductor can be reliably cooled while suppressing the outer diameter of the entire power supply cable, it is possible to provide a power supply cable with a connector that can supply power with a large current and has excellent operability. Can do.
  • a power feeding cable and a power feeding cable with a connector that can efficiently cool a conductor by suppressing temperature unevenness generated inside and outside the power feeding cable while keeping the outer diameter of the power feeding cable and the entire length of the cooling pipe small. Can be provided.
  • the power supply cable 1 includes a plurality of power lines 10, inclusions 2, a plurality of auxiliary lines 3, and a sheath 4.
  • the power supply cable 1 includes two (even number) power lines 10.
  • the power supply cable 1 is a power supply cable conforming to the CHAdeMO standard capable of rapidly charging a battery for an electric vehicle, for example.
  • a large current of, for example, about 250 A flows through the power line 10.
  • the user may directly touch the surface of the sheath 4, so the temperature of the surface of the sheath 4 needs to be kept within a predetermined range. Further, the power supply cable 1 may be accommodated by being partially wound when not in use. For this reason, the electric power feeding cable 1 as a whole is required to have durability against friction, durability against repeated bending and twisting, flexibility, and the like. It is also important to reduce the outer diameter and weight of the power supply cable 1 so that the user can easily handle the power supply cable 1.
  • the direction along the central axis O of the power feeding cable 1 is referred to as a longitudinal direction.
  • a cross section perpendicular to the central axis O is referred to as a transverse cross section, and a cross section along the central axis O is referred to as a vertical cross section.
  • a direction orthogonal to the central axis O is referred to as a radial direction, and a direction around the central axis O is referred to as a circumferential direction.
  • the plurality of power lines 10 and the plurality of auxiliary lines 3 are arranged at positions symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis O of the power feeding cable 1 in a cross-sectional view.
  • the plurality of auxiliary lines 3 are disposed at positions away from the central axis O in a cross-sectional view.
  • Each power line 10 and each auxiliary line 3 are disposed in the sheath 4 in a state of being twisted with each other around the central axis O.
  • the sheath 4 covers each power line 10 and each auxiliary line 3 integrally with the inclusion 2.
  • chloroprene rubber can be used as the sheath 4, for example, chloroprene rubber can be used.
  • the inclusion 2 is disposed around the power line 10 and the auxiliary line 3.
  • the inclusion 2 is used to adjust the shape of these contents into a cylindrical shape when the power line 10 and the auxiliary line 3 are covered with the sheath 4.
  • the inclusion 2 functions as a cushioning material that protects the power line 10 and the auxiliary line 3 from damage, for example, when the power supply cable 1 is stepped on the vehicle body.
  • the auxiliary line 3 is used for communication between a charger and a power supply target such as an electric vehicle.
  • it is used as a control line for the connector locking mechanism, an LED power line that is turned on when power is supplied, and a signal line when the connector has a temperature sensor.
  • a part of the auxiliary line 3 may be used as an auxiliary power supply line to the power supply object.
  • the power line 10 includes a cooling pipe 11, a conductor 12, and an insulator 13.
  • the plurality of power lines 10 are disposed in the sheath 4 at intervals in a cross-sectional view. Inclusions 2 are filled between the power lines 10.
  • the outer diameters of the plurality of power lines 10 are equal to each other.
  • the cooling pipe 11 is disposed at the center of the power line 10.
  • a tube made of nylon 12 can be used as the cooling pipe 11, for example. Since nylon 12 is excellent in heat resistance and insulation, it is suitable as a material for the cooling pipe 11 that contacts the conductor 12 that generates heat when energized. Further, since nylon 12 is excellent in flexibility and mechanical strength, it is suitable as a material in the power supply cable 1 that is required to have flexibility and durability.
  • other materials such as a silicone resin other than nylon 12, may be used as appropriate.
  • the inside of the cooling pipe 11 is filled with a refrigerant such as liquid refrigerant, air, water, and oil.
  • the refrigerant in the cooling pipe 11 flows by a circulation device (not shown).
  • the dimensions of the cooling pipe 11 of this embodiment are 3.2 mm for the outer diameter and 1.6 mm for the inner diameter. In order to cause the inside of the cooling pipe 11 having a small inner diameter to flow in this way, a low-viscosity refrigerant is suitable.
  • the electric power feeding cable 1 may be used in a cold region, the refrigerant
  • the dimensions of the cooling pipe 11 and the properties of the refrigerant are not limited to the above, and may be changed as appropriate.
  • the conductor 12 surrounds the cooling pipe 11.
  • the conductor 12 is configured by winding a plurality of conductor wires 12 b around the cooling pipe 11.
  • the conductor 12 in the present embodiment is configured by winding six conductor wires 12b around the cooling pipe 11 in a spiral shape.
  • the conductor wire 12b is constituted by 34 strands 12a being twisted together. As a result, the conductor 12 is disposed evenly around the cooling pipe 11.
  • a tin plating annealed copper wire can be used, for example.
  • the insulator 13 covers (surrounds) the conductor 12.
  • EP rubber can be used as a material of the insulator 13, for example.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the connector-attached power supply cable 30 including the power supply cable 1 cut along the central axis O.
  • the connector-attached power supply cable 30 includes a power supply cable 1 and a connector 20 disposed at one end of the power supply cable 1.
  • the connector 20 is connected to a power supply target such as an automobile.
  • each cooling pipe 11 in the two power lines 10 are connected to each other by a connecting pipe 11 a disposed in the connector 20. Further, at the end of the power supply cable 1 opposite to the connector 20, each cooling pipe 11 is connected to a charger (not shown) having a function of circulating the refrigerant. Thereby, the inside of each cooling pipe
  • the illustration of the connection portion between the feeding cable 1 and the above-described charger is omitted.
  • the connector 20 includes a case 21 and a plurality of connector terminals 22.
  • One end of the power supply cable 1 is accommodated in the case 21.
  • Each conductor 12 in each power line 10 is electrically connected to each connector terminal 22.
  • the cooling pipes 11 in each power line 10 are connected to each other in the case 21 by the connection pipe 11a described above. Thereby, since a refrigerant
  • coolant also passes through the case 21, the temperature rise of the case 21 can also be suppressed.
  • the connector 20 is connected to a connection part 40 included in the power supply object.
  • the connection unit 40 includes an inlet 41 and a plurality of inlet terminals 42.
  • the inlet terminal 42 is electrically connected to a battery as a power supply target.
  • the connector terminal 22 and the inlet terminal 42 are electrically connected. Thereby, the electric power output from the charger is input to the power supply object via the conductor 12, the connector terminal 22, and the inlet terminal 42 of the power line 10, and can be supplied to the power supply object.
  • the two conductors 12 When the power supply cable 1 is connected to the power supply target and power supply is started, the two conductors 12 generate heat.
  • a cooling pipe 11 is disposed inside the conductor 12, and the refrigerant flows in the cooling pipe 11, so that the conductor 12 is cooled from the inside.
  • the conductor wire 12b was comprised by mutually twisting 34 strands 12a which consist of a tin plating annealed copper wire. Furthermore, the conductor 12 was comprised by winding the six conductor wires 12b around the cooling pipe 11 in a spiral shape. Each strand 12a has a diameter of 0.44 mm. The cross-sectional area of the conductor 12 is 32 mm 2 .
  • a nylon 12 tube having an outer diameter of 3.2 mm and an inner diameter of 1.6 mm was used.
  • the power supply cable of the comparative example the one obtained by replacing the cooling pipe 11 of the example with the conductor wire 12b was used. That is, the power line of the power supply cable of the comparative example does not have the cooling pipe 11 and has seven conductor wires 12b.
  • the cross-sectional area of the conductor in the comparative example is 38 mm 2 .
  • the outer diameters of the above two types of power supply cables are the same at 29.0 mm. In this way, the cross-sectional area size of the power supply cable 1 of the example could be made equal to that of the power supply cable of the comparative example. This is because the outer diameter (3.2 mm) of the cooling pipe 11 in the example is almost the same as the outer diameter of the conductor wire in the comparative example.
  • the power supply cable of the example is lighter than the power supply cable of the comparative example. This is because one conductor wire in the comparative example was replaced with the cooling pipe 11 and the refrigerant (water), thereby reducing the weight of the entire power feeding cable.
  • FIG. 3 shows the results of measuring the transition of the temperature of each conductor by applying a direct current of 250 A for 90 minutes to the above two types of power supply cables.
  • shaft of the graph shown in FIG. 3 is a temperature rise value (degreeC), and shows the temperature rise value on the basis of room temperature.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 shows energization time (minutes). Note that the temperature of the conductor 12 of the power supply cable 1 according to the present embodiment is shown in FIG. 3 by measuring both the cooling pipe 11 on the inner side and the return path of the refrigerant. The temperature of the conductor 12 was measured by inserting a thermocouple from the outside of the power supply cable 1 and bringing it into contact with the conductor 12.
  • the power supply cable of the comparative example reaches a temperature rise value of 70 ° C. at 20 minutes after the start of energization, and the temperature continues to rise after that.
  • the test was stopped because the heat resistance temperature (80 ° C.) of the insulator (EP rubber) covering the conductor was exceeded when the temperature rise value exceeded 70 ° C. For this reason, the graph of the comparative example shown in FIG. 3 is interrupted on the way.
  • the temperature rise of the conductor 12 stops in about 20 minutes after the start of energization in both the forward path and the return path of the refrigerant, and thereafter the temperature rise value is kept almost constant. I'm leaning.
  • the temperature rise value of the conductor 12 is kept constant after reaching 20 ° C.
  • the temperature rise value of the conductor 12 is kept constant after reaching 24 ° C. This is considered to be because the heat generation of the conductor 12 and the cooling effect by the refrigerant reached an equilibrium state.
  • the temperature rise value of the conductor 12 in the return path of the refrigerant is about 24 ° C. at the maximum, which is a result well below the heat resistant temperature (80 ° C.) of the EP rubber used as the insulator 13 of the power line 10. ing.
  • the temperature of the conductor 12 on the return path is higher than that on the outbound path because the refrigerant heated in the outbound cooling pipe 11 flows in the return path cooling pipe 11 to slightly reduce the cooling effect. it is conceivable that.
  • FIG. 4 shows the result of measuring the temperature of the sheath surface under the same conditions as in FIG.
  • the temperature of the sheath surface was measured by bringing a thermocouple into contact with the sheath surface.
  • the increase value of the surface temperature of the sheath of the comparative example reaches 30 ° C. in 20 minutes from the start of energization.
  • the reason why the graph of the comparative example is interrupted is that the test was stopped because the temperature of the conductor reached the heat resistance temperature of the insulator as in FIG.
  • the rise value of the surface temperature of the sheath 4 of the embodiment rises to 10 ° C. in 20 minutes from the start of energization, but thereafter the temperature rise value remains at 10 ° C.
  • standards such as IEC621966-16.5 can be observed.
  • one end of the power supply cable 1 was used as a fixed end, and a portion 1 m away in the longitudinal direction around the fixed end was reciprocally swung within a range of ⁇ 180 °.
  • the rocking speed is 10 seconds per reciprocation.
  • this oscillation was performed 20,000 reciprocations.
  • the feeding cable 1 was bent 20,000 times in accordance with JIS-C-3005 with a bending radius of 5D.
  • the abnormality such as refrigerant leakage did not occur in the cooling pipe 11 even after the twisting test and the bending test.
  • the first reason for obtaining this result is that the cooling pipe 11 is formed of nylon 12 having excellent flexibility and mechanical strength.
  • the second reason is that the power line 10 and the auxiliary line 3 are arranged in the sheath 4 in a state where they are twisted together, so that the power line 10 moves appropriately every time it is twisted, and locally high tension and stress are applied to the power line 10. This is because the action was suppressed.
  • each of the two power lines 10 includes the cooling pipe 11 and the conductor 12 surrounding the cooling pipe 11.
  • the inner ten conductors 12 are cooled by the cooling pipe 11 from the inside.
  • the cooling pipes 11 are provided outside the power supply cable 1 by setting each cooling pipe 11 as a forward path or a return path of the refrigerant. It is possible to circulate the refrigerant without disposing. Thereby, the compact electric power feeding cable 1 which suppressed the outer diameter of the whole electric power feeding cable 1 and the full length of the cooling pipe 11 small can be provided.
  • the conductor 12 is configured by winding the plurality of conductor wires 12b around the cooling pipe 11, the conductor 12 can be disposed around the cooling pipe 11 without being biased. As a result, the entire conductor 12 can be cooled more uniformly, and temperature unevenness inside and outside the power line 10 and the power supply cable 1 can be reliably suppressed.
  • the outer diameters of the plurality of power lines 10 are equal to each other, it is possible to reduce the cost by making each power line 10 common, and also to make the surface temperature of each power line 10 uniform so that the temperature inside and outside the power supply cable 1 can be reduced. Unevenness can be suppressed more reliably.
  • the plurality of power lines 10 and the plurality of auxiliary lines 3 are disposed at positions symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis O of the power supply cable 1 in a cross-sectional view,
  • the temperature unevenness of the outer surface (the surface of the sheath 4) can be more reliably suppressed.
  • the plurality of auxiliary lines 3 are arranged at positions away from the power feeding cable 1 in a cross sectional view. Therefore, the effect of suppressing the application of excessive stress or tension to the auxiliary line by twisting the auxiliary line 3 in a spiral manner in the sheath can be more reliably achieved.
  • the conductor 12 comprised by winding the several conductor wire 12b around the cooling pipe 11 was used, this invention is not limited to this.
  • a conductor 12 configured by spirally winding a plurality of strands 12 a around a cooling pipe 11 may be employed.
  • the conductor 12 is disposed concentrically with the cooling pipe 11 as the center in a cross-sectional view.
  • a tin plated annealed copper wire having a diameter of 0.4 mm can be used as the strand 12a.
  • four power lines 10 of the present embodiment are arranged in the sheath 4. Further, the plurality of auxiliary lines 3 are arranged at positions away from the central axis O of the power feeding cable 1 in a cross-sectional view.
  • the power feeding cable 1 of the present embodiment since four power lines are arranged, a larger current can be applied.
  • four cooling pipes 11 are provided, two of these are respectively used as a refrigerant forward path or a return path so that the refrigerant is circulated without providing the cooling pipe 11 outside the power supply cable 1.
  • the plurality of auxiliary wires 3 are arranged at positions away from the center of the power supply cable 1, excessive stress and tension act on the auxiliary wires by twisting the auxiliary wires 3 in a spiral manner in the sheath. The effect of deterring this can be achieved more reliably.
  • the power supply cable 1 including two or four power lines 10 has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and may include six or more even number of power lines 10. Since the power supply cable 1 is provided with an even number of power lines 10, half of the cooling pipes 11 are used as the outward path of the refrigerant, and the other half of the cooling pipes 11 are used as the return path of the refrigerant. It is possible to circulate the refrigerant without disposing the cooling pipe 11.
  • SYMBOLS 1 Feeding cable, 2 ... Inclusion, 3 ... Auxiliary line, 4 ... Sheath, 10 ... Power line, 11 ... Cooling pipe, 12 ... Conductor, 12a ... Elementary wire, 12b ... Conductor wire, 13 ... Insulator, 20 ... Connector, 30 ... Feeding cable with connector

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Abstract

自動車への給電に用いられる給電ケーブルであって、可撓性を有する冷却管と、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、互いに撚り合わされた複数の電力線と、複数の前記電力線を被覆するシースと、を備える給電ケーブル。

Description

給電ケーブル、及びコネクタ付給電ケーブル
　本発明は、給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブルに関する。
　本願は、２０１６年７月２９日に、日本に出願された特願２０１６－１４９４０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、電気自動車などの普及に伴い、例えば２５０Ａ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内や給電ケーブル表面（以下、単に「給電ケーブル内外」と記す）の温度上昇が問題となる。給電ケーブル内外の温度は、構成部材の劣化防止や規格遵守（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内外の温度上昇を抑えるために、従来から、下記特許文献１、２に示されるような給電ケーブルが知られている。下記特許文献１、２には、導電体と、冷却管と、導電体および冷却管を被覆するシースと、を備えた給電ケーブルが記載されている。これらの給電ケーブルによれば、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ことができる。
日本国特開平１０－１０６３６２号公報 日本国特開２０００－１３３０５８号公報
　上記特許文献１に記載の給電ケーブルでは、冷却管から離れて配設された導電体については冷却効果がおよびにくく、給電ケーブル内外に温度むら生じる。この温度むらにより、給電ケーブル内外に局所的に温度の高い部分が生じる。この温度が高い部分を所定の温度以下に抑えるために冷却能力を向上させようとすると、冷却管の大径化や冷媒循環装置の大型化につながる。
　一方、上記特許文献２では、導電体の内側に配設された冷却管と、シースに螺旋状に巻きつけられた冷却管と、を備えた給電ケーブルが提案されている。この給電ケーブルによれば、導電体を内側および外側から冷却するため、給電ケーブル内外の温度むらを解消することができる。しかしながら、シースの表面を均一に冷却するためには、シースに短いピッチで冷却管を巻き付ける必要があるため、冷却管の全長が長くなる。また、冷却管がシースに巻きつけられているため、給電ケーブル全体の外径が大きくなる。
　本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、給電ケーブルの外径および冷却管の全長を小さく抑えつつ、給電ケーブル内外に生じる温度むらを抑制して効率よく導電体を冷却できる給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブル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、本発明の第１の態様に係る給電ケーブルは、自動車への給電に用いられる給電ケーブルであって、可撓性を有する冷却管と、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、互いに撚り合わされた複数の電力線と、複数の前記電力線を被覆するシースと、を備える。
　上記第１の態様によれば、複数の電力線がそれぞれ、冷却管と、冷却管を囲繞する導電体と、を有しているため、各電力線内の導電体がその内側から冷却管により冷却される。これにより、発熱源である電力線内が偏りなく冷却されるため、給電ケーブル内外に温度むらが生じるのを抑制するとともに、導電体を効率よく冷却することができる。
　さらに、複数の電力線同士が互いに撚り合わされていることで、給電ケーブルが捻回されたり屈曲したりするたびに電力線が適宜動くことができる。これにより、電力線に局所的に高い張力および応力が作用するのを抑えられる。従って、給電ケーブルが繰り返し捻回・屈曲されたとしても、冷媒の漏れなどの異常の発生を抑制することができる。
　本発明の第２の態様に係る給電ケーブルは、上記第１の態様に係る給電ケーブルが、偶数個の前記電力線を備え、偶数個の前記電力線がそれぞれ有する前記冷却管のうち、半数の前記冷却管は冷媒の往路として用いられ、残りの半数の前記冷却管は冷媒の復路として用いられる。
　上記第２の態様によれば、冷媒の往路および復路が給電ケーブル内に配設されるため、給電ケーブルの外側に冷却管を配設する必要が無い。従って、給電ケーブル全体の外径を抑えることができる。
　本発明の第３の態様に係る給電ケーブルは、上記第１または第２の態様に係る給電ケーブルにおいて、前記導電体は、複数の導体線が前記冷却管に巻きつけられることで構成されている。
　上記第３の態様によれば、導電体の全体をさらに均一に冷却することが可能となり、電力線内および給電ケーブル内外の温度むらを確実に抑制することができる。
　本発明の第４の態様に係る給電ケーブルは、上記第３の態様に係る給電ケーブルにおいて、前記導体線は、複数の素線が互いに撚り合わされることで構成されている。
　上記第４の態様によれば、導体線自体の可撓性が増すため、給電ケーブルの可撓性や耐久性をより向上させることができる。
　本発明の第５の態様に係る給電ケーブルは、上記第１～第４のいずれか１つの態様に係る給電ケーブルにおいて、前記冷却管は、ナイロンまたはシリコーン樹脂により形成されている。
　上記第５の態様によれば、可撓性や機械強度に優れるナイロンまたはシリコーン樹脂により冷却管を形成することで、給電ケーブルの可撓性や耐久性をより向上させることができる。
　本発明の第６の態様に係る給電ケーブルは、上記第１～第５のいずれか１つの態様に係る給電ケーブルにおいて、複数の前記電力線の外径が互いに同等である。
　上記第６の態様によれば、各電力線を共通化してコストダウンを図ることができるとともに、各電力線の表面の温度を均一にして、給電ケーブル内外の温度むらをより確実に抑えることができる。
　本発明の第７の態様に係る給電ケーブルは、上記第１～第６のいずれか１つの態様に係る給電ケーブルにおいて、複数の前記電力線は、横断面視において、前記給電ケーブルの中心軸線を通る直線に対して線対称な位置に配設されている。
　上記第７の態様によれば、給電ケーブル内部の構造が対称になるため、給電ケーブルの内部およびシース表面の温度むらをより確実に抑えることができる。
　本発明の第８の態様に係るコネクタ付給電ケーブルは、上記第１～第７のいずれか１つの態様に係る給電ケーブルと、前記自動車に接続されるコネクタと、を備える。
　上記第８の態様によれば、給電ケーブル全体の外径を抑えつつ確実に導電体を冷却することができるため、大電流による給電が可能で操作性に優れたコネクタ付給電ケーブルを提供することができる。
　本発明の上記態様によれば、給電ケーブルの外径および冷却管の全長を小さく抑えつつ、給電ケーブル内外に生じる温度むらを抑制して効率よく導電体を冷却できる給電ケーブル及びコネクタ付給電ケーブルを提供することができる。
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。 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。 第１実施形態および比較例の給電ケーブルについての通電昇温試験の結果を示すグラフであり、縦軸は導電体の温度上昇値を示している。 第１実施形態および比較例の給電ケーブルについての通電昇温試験の結果を示すグラフであり、縦軸はシース表面の温度上昇値を示している。 図１の給電ケーブルの変形例を示す横断面図である。 第２実施形態の給電ケーブルの構成を示す横断面図である。
（第１実施形態）
　以下、第１実施形態に係る給電ケーブルの構成を、図１、図２を参照しながら説明する。以下の説明に用いる各図面では、理解を容易にするため、縮尺および寸法を適宜変更している。
　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２５０Ａ程度の大電流が電力線１０内を流れる。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、屈曲および捻回が繰り返されることに対する耐久性、および可撓性などが求められる。また、使用者が給電ケーブル１を取扱い易くするために、給電ケーブル１の外径および重量を小さくすることも重要である。
（方向定義）
　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に直交する断面を横断面といい、中心軸Ｏに沿う断面を縦断面という。また、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から離れ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、互いに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。
　補助線３は、充電器と電気自動車などの給電対象物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。複数の電力線１０は、横断面視において、シース４内に間隔をあけて配設されている。複数の電力線１０同士の間には、介在物２が充填されている。複数の電力線１０同士の外径は、互いに同等である。
　冷却管１１は、電力線１０の中心部に配設されている。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。なお、冷却管１１の材質としてはナイロン１２の他、例えばシリコーン樹脂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、エアー、水、油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。本実施形態の冷却管１１の寸法は、外径が３．２ｍｍ、内径が１．６ｍｍとなっている。このように内径が小さい冷却管１１内を流動させるため、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に巻き付けられることで構成されている。本実施形態における導電体１２は、６本の導体線１２ｂを、冷却管１１の周囲に螺旋状に巻きつけることで構成されている。また、導体線１２ｂは、３４本の素線１２ａが互いに撚り合わされることで構成されている。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。導体線１２ｂを構成する各素線１２ａとしては、例えばすずメッキ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２５０Ａ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の数および材質は適宜変更することができる。
　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、例えばＥＰゴムを用いることができる。
　図２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２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コネクタ２０と、を備えている。コネクタ２０は、自動車などの給電対象物に接続される。
　図２に示すように、２本の電力線１０内の冷却管１１は、コネクタ２０内に配設された接続管１１ａにより、互いに接続されている。また、給電ケーブル１のコネクタ２０と反対側の端部において、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１１ａ内を冷媒が循環する。なお、図２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。
　図２に示すように、コネクタ２０は、ケース２１と、複数のコネクタ端子２２と、を備えている。給電ケーブル１の一方の端部は、ケース２１内に収容されている。各電力線１０内の導電体１２はそれぞれ、各コネクタ端子２２と電気的に接続される。各電力線１０内の冷却管１１は、ケース２１内において、前述した接続管１１ａによって互いに接続されている。これにより、冷媒がケース２１内も通過するため、ケース２１の温度上昇も抑制することができる。
　図２に示すように、コネクタ２０は、給電対象物が備える接続部４０に接続される。接続部４０は、インレット４１と、複数のインレット端子４２と、を備える。インレット端子４２は、給電対象物のバッテリーなどに電気的に接続されている。コネクタ２０が接続部４０に挿入されると、コネクタ端子２２よびインレット端子４２が電気的に接続される。これにより、充電器が出力した電力が、電力線１０の導電体１２、コネクタ端子２２、およびインレット端子４２を介して給電対象物に入力され、この給電対象物に給電することができる。
　給電ケーブル１が給電対象物に接続されて給電が開始されると、２本の導電体１２がそれぞれ発熱する。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。
（通電温度上昇試験）
　次に、本実施形態の給電ケーブル１および従来の給電ケーブルについて行った、通電温度上昇試験について説明する。表１は、本実施形態の給電ケーブル１（実施例）および従来の給電ケーブル（比較例）の仕様と試験結果を示したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　表１に示したように、この試験では、実施例の給電ケーブル１の冷媒として水を使用し、流速１ｍ／ｓｅｃで流通させた。また、すずメッキ軟銅線からなる３４本の素線１２ａを互いに撚り合わせることで、導体線１２ｂを構成した。さらに、６本の導体線１２ｂを、冷却管１１に螺旋状に巻き付けることで、導電体１２を構成した。各素線１２ａの直径は０．４４ｍｍである。この導電体１２の断面積は３２ｍｍ２である。冷却管１１は、外径が３．２ｍｍ、内径が１．６ｍｍのナイロン１２製のチューブを用いた。
　また、比較例の給電ケーブルとして、実施例の冷却管１１を、上記導体線１２ｂに置換したものを用いた。すなわち、比較例の給電ケーブルの電力線は、冷却管１１を有さず、上記導体線１２ｂを７本有する。比較例における導電体の断面積は３８ｍｍ２である。
　なお、表１に示されているように、上記２種類の給電ケーブル全体の外径は２９．０ｍｍで同じである。このように、実施例の給電ケーブル１の断面積サイズを比較例の給電ケーブルと同等にすることができた。これは、実施例における冷却管１１の外径（３．２ｍｍ）が、比較例における導体線の外径とほぼ同一であることによる。
　また、実施例及び比較例における給電ケーブルのケーブル重量（１ｍあたり）を比較すると、実施例の給電ケーブルの方が比較例の給電ケーブルよりも軽量化されている。これは、比較例における導体線１本が、冷却管１１と冷媒（水）に置き換わったことによって、給電ケーブル全体としての重量を小さくすることができたためである。
　上記２種類の給電ケーブルに対して、２５０Ａの直流電流を９０分間通電して、それぞれの導電体の温度の推移を測定した結果を図３に示す。なお、図３に示すグラフの縦軸は温度上昇値（℃）であり、室温を基準とした温度の上昇値を示す。図３に示すグラフの横軸は、通電時間（分）を示す。
　なお、本実施形態の給電ケーブル１の導電体１２の温度は、その内側の冷却管１１が冷媒の往路であるもの、および復路であるものの両者を測定して図３に示している。導電体１２の温度は、給電ケーブル１の外側から熱電対を挿入し、導電体１２に接触させることで測定した。
　図３に示すように、比較例の給電ケーブルは通電開始後２０分の時点での温度上昇値が７０℃に達し、それ以降も温度が上昇し続けている。比較例の給電ケーブルについては、温度上昇値が７０℃を超えた時点で導電体を覆う絶縁体（ＥＰゴム）の耐熱温度（８０℃）を超えてしまったため、試験を中止した。このため、図３に示す比較例のグラフは途中で途切れている。
　これに対して、実施例の給電ケーブル１では、冷媒の往路および復路のいずれについても、導電体１２の温度上昇が通電開始後２０分程度で止まり、それ以降は温度上昇値がほぼ一定に保たれている。例えば、往路の冷却管１１では、導電体１２の温度上昇値は２０℃に達したあと一定に保たれている。また、復路の冷却管１１では、導電体１２の温度上昇値は２４℃に達したあと一定に保たれている。これは、導電体１２の発熱と、冷媒による冷却効果とが平衡状態に達したためだと考えられる。このため、実施例の給電ケーブル１によれば、通電開始から２０分までは温度が上昇するものの、それ以降は温度が上昇せずに一定に保たれると考えられる。また、冷媒の復路における導電体１２の温度上昇値が最高で２４℃程度となっており、電力線１０の絶縁体１３として使用されるＥＰゴムの耐熱温度（８０℃）を十分に下回る結果となっている。なお、往路よりも復路の導電体１２の温度が高いのは、復路の冷却管１１には往路の冷却管１１内で加熱された冷媒が流動することにより、冷却効果が若干低下するためであると考えられる。
　図４は、図３と同様の条件において、シース表面の温度を測定した結果である。シース表面の温度は、シース表面に熱電対を接触させることで測定した。
　図４に示すように、比較例のシースの表面温度の上昇値は、通電開始から２０分で３０℃に達している。比較例のグラフが途中で途切れているのは、図３と同様に導電体の温度が絶縁体の耐熱温度に達したため試験を中止したことによる。
　これに対して、実施例のシース４の表面温度の上昇値は、通電開始から２０分で１０℃まで上昇するが、その後は温度上昇値１０℃のままで安定している。これにより、実施例の給電ケーブル１によれば、例えばＩＥＣ６２１９６－１－１６．５などの規格を遵守することができる。
（捻回・屈曲試験）
　次に、実施例の給電ケーブル１について実施した、捻回試験および屈曲試験の結果を説明する。以下の捻回試験および屈曲試験では、上記通電温度上昇試験に使用した実施例の給電ケーブル１と同様のものを使用した。
　捻回試験では、給電ケーブル１の一方の端部を固定端とし、その固定端を中心として、長手方向に１ｍ離れた部分を、±１８０°の範囲で往復して揺動させた。揺動の速度は、１往復あたり１０秒である。本捻回試験では、この揺動を２万往復実行した。
　屈曲試験については、ＪＩＳ―Ｃ―３００５に準拠し、曲げ半径を５Ｄとして２万回給電ケーブル１を屈曲させた。
　上記捻回試験および屈曲試験を経ても、冷却管１１に冷媒の漏れなどの異常は発生しなかった。この結果が得られた第１の理由は、冷却管１１を可撓性や機械強度に優れるナイロン１２により形成したことである。第２の理由は、電力線１０と補助線３とを互いに撚り合わせた状態でシース４内に配設したため、捻回のたびに電力線１０が適宜動き、電力線１０に局所的に高い張力および応力が作用するのが抑えられたことによる。
　以上説明したように、本実施形態の給電ケーブル１によれば、２本の電力線１０がそれぞれ、冷却管１１と、冷却管１１を囲繞する導電体１２と、を有しているため、各電力線内１０の導電体１２がその内側から冷却管１１により冷却される。これにより、発熱源である電力線１０内が偏りなく冷却されるため、給電ケーブル１内外に温度むらが生じるのを抑制するとともに、導電体１２を効率よく冷却することができる。
　さらに、給電ケーブル１内に、冷却管１１を有する２本の電力線１０が配設されているため、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。
　また、複数の導体線１２ｂが冷却管１１に巻き付けられることで導電体１２が構成されているため、冷却管１１の周囲に偏りなく導電体１２を配設することができる。これにより、導電体１２の全体をさらに均一に冷却することが可能となり、電力線１０内および給電ケーブル１内外の温度むらを確実に抑制することができる。
　また、複数の電力線１０の外径は互いに同等であるため、各電力線１０を共通化してコストダウンを図ることができるとともに、各電力線１０の表面の温度を均一にして、給電ケーブル１内外の温度むらをより確実に抑えることができる。
　また、複数の電力線１０および複数の補助線３が、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ため、給電ケーブル１の内部及び外表面（シース４の表面）の温度むらをより確実に抑えることができる。
　また、複数の補助線３が、横断面視において、給電ケーブル１から離れた位置に配設されている。従って、補助線３をシース内で螺旋状に撚り合わせることによる、補助線に過剰な応力や張力が作用するのを抑止する効果を、より確実に奏功させることができる。
　なお、上記実施形態では複数の導体線１２ｂを冷却管１１に巻き付けて構成された導電体１２を用いたが、本発明はこれに限られない。例えば、図５に示すように、複数の素線１２ａが冷却管１１に螺旋状に巻きつけられることで構成された導電体１２を採用してもよい。この場合、導電体１２は、横断面視において冷却管１１を中心とした同心環状に配設される。素線１２ａとしては、例えば直径０．４ｍｍのすずメッキ軟銅線を用いることができる。
（第２実施形態）
　次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
　本実施形態では、シース４内に配設される電力線１０の数および補助線３の位置が異なる。
　図６に示すように、本実施形態の電力線１０は、シース４内に４本配設されている。また、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から離れた位置に配設されている。
　本実施形態の給電ケーブル１によれば、電力線が４本配設されているため、より大きな電流を通電させることができる。また、冷却管１１が４本配設されているため、これらのうち２本ずつをそれぞれ冷媒の往路または復路とすることで、冷却管１１を給電ケーブル１の外部に設けることなく、冷媒を循環させることができる。
　また、複数の補助線３が給電ケーブル１の中心から離れた位置に配設されているため、補助線３をシース内で螺旋状に撚り合わせることによる、補助線に過剰な応力や張力が作用するのを抑止する効果を、より確実に奏功させることができる。
　なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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。
　例えば、前記実施形態では、２本または４本の電力線１０を備える給電ケーブル１について説明したが、本発明はこれに限られず、６本以上の偶数個の電力線１０を備えていてもよい。給電ケーブル１が偶数個の電力線１０を備えていることにより、そのうちの半数の冷却管１１を冷媒の往路とし、残りの半数の冷却管１１を冷媒の復路とすることにより、給電ケーブル１の外側に冷却管１１を配設することなく冷媒を循環させることができる。
　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…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、１２…導電体、１２ａ…素線、１２ｂ…導体線、１３…絶縁体、２０…コネクタ、３０…コネクタ付給電ケーブル

Claims (8)

  1. 　自動車への給電に用いられる給電ケーブルであって、
    　可撓性を有する冷却管と、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、互いに撚り合わされた複数の電力線と、
    　複数の前記電力線を被覆するシースと、
    　を備える給電ケーブル。
  2. 　偶数個の前記電力線を備え、
    　偶数個の前記電力線がそれぞれ有する前記冷却管のうち、半数の前記冷却管は冷媒の往路として用いられ、残りの半数の前記冷却管は冷媒の復路として用いられる、請求項１に記載の給電ケーブル。
  3. 　前記導電体は、複数の導体線が前記冷却管に巻きつけられることで構成されている、請求項１または２に記載の給電ケーブル。
  4. 　前記導体線は、複数の素線が互いに撚り合わされることで構成されている、請求項３に記載の給電ケーブル。
  5. 　前記冷却管は、ナイロンまたはシリコーン樹脂により形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の給電ケーブル。
  6. 　複数の前記電力線の外径が互いに同等である、請求項１から５のいずれか１項に記載の給電ケーブル。
  7. 　複数の前記電力線は、横断面視において、前記給電ケーブルの中心軸線を通る直線に対して線対称な位置に配設されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の給電ケーブル。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の給電ケーブルと、
    　前記自動車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。
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