專利名稱：電動汽車充電用的電纜的制作方法
技術領域：
本發明涉及采用電磁感應對電動汽車進行充電的充電用的電纜。
就采用電磁感應對電動汽車內部的電池進行充電的聯接器(connector)來說，由于它可對機動車在不通過電接點的情況下以非接觸的方式提供電能，故其具有多種優點，并且人們設計了各種結構。如日本特開平5-258962號文獻，日本特開平5-260671號文獻，日本特開平6-14470號文獻等中所描述的那樣，其基本結構采用的是變壓器的原理，該原理為分別在初級線圈鐵芯和次級線圈鐵芯上卷繞線圈，在進行電動汽車充電時，使交流電流流過初級線圈，通過在次級線圈中的電磁結合，產生電動勢。
但是，在上述的充電方式中，由于充電時鐵芯或線圈會發熱，所以為了增加充電的容量，則必須采用冷卻水等冷卻劑將上述熱量去除。
然而，當相對電能供給用電纜單獨設置使冷卻劑產生流動的管路時，在增加電纜的根數后，則很難進行操作，或容易產生因不小心而拌腳，另外很容易使冷卻用管路受到損傷，從而發生冷卻劑泄漏的事故。
本發明是針對上述情況而設計的，其目的在于提供一種可以使用制冷劑強制冷卻，同時操作簡便，并可防止制冷管路損傷的電動汽車用充電電纜。
用于實現上述目的的第一種結構本發明涉及下述的電動汽車充電用的電纜，其外層內部設置有導電線，它設置于安裝有電動汽車上的感應充電用充電聯接器和外部充電用電源之間，其中導電線和柔性冷卻管設置在該電纜的外層內側，該冷卻管用于使冷卻劑在上述充電聯接器內部進行循環。
第二種結構的本發明是在第一種結構的基礎上，上述冷卻管以螺旋狀設置于上述外層內部。
第三種結構的本發明，是在第一種或第二種結構的基礎上，上述導電線由內芯線和外芯線構成，該內芯線設置于共用的外層內部，它是由多根絞合線絞合形成，該絞合線由多根絕緣線成束形成，上述外芯線由多根絞合線形成，它按照下述方式與上述內芯線同軸設置，該方式為該外芯線包覆在設置上述內芯線的外周面上的層間絕緣層的外面。
第四種結構的本發明是在第三種結構的基礎上，上述冷卻管設置于上述內芯線內部。
第五種結構的本發明是在第三種或第四種結構的基礎上，構成上述外芯線的絞合線以螺旋狀設置于上述層間絕緣層的外面，另外上述冷卻管與構成外芯線的絞合線一起按照并行的方式以螺旋狀設置。
第六種結構的本發明是在上述第一種至第五種結構中任一種的基礎上，上述冷卻管與設置于上述外部充電用電源上的冷卻裝置相連接，從而通過上述冷卻管而進行循環的冷卻劑在上述冷卻裝置中放熱。
按照第一種結構的本發明，由于在電纜內部設置有導電線和用于使冷卻劑產生循環的冷卻管，這樣可采用一根電纜便可對電動式機車進行充電，以及對線圈或鐵芯等部件進行冷卻。另外，由于與獨立于充電用的電纜的方式配備冷卻管的場合相比較，很容易進行操作，并且冷卻管接納于外層內部，這樣可防止出現因懸掛或摩擦等對冷卻管造成損傷的現象。
按照第二種結構的本發明，由于冷卻管以螺旋狀設置于電纜內部，這樣在電纜彎曲時，冷卻管的阻力很小，從而很容易使電纜彎曲。因此，在電動汽車充電，或收藏時容易進行操作。
按照第三種結構的本發明，由于每根芯線由絞合線構成，很少產生高頻電流流動的場合的集膚效應產生的阻抗增加的情況，從而通電損失較小。另外，由于外芯線按照同軸方式包覆于內芯線外面，這樣即使在沒有設置屏蔽層的情況下，由于流過每個芯線的電流所產生的磁場相互抵消，磁通不會泄漏到外部，這樣仍可防止上述芯線變成噪音源。
當采用第三種結構的本發明那樣的同軸結構時，則會產生內芯線產生的熱量不易散開的傾向，但是按照第四種結構的本發明，由于冷卻管設置于內芯線內部，這樣很容易實現內芯線和冷卻劑之間的熱交換，從而可確實防止電纜溫度的上升。
按照第五種結構的本發明，由于冷卻管在電纜內部，按照與構成外芯線的絞合線并行的方式以螺旋狀設置，這樣與其按照直線狀設置的場合相比較，很容易使電纜彎曲，從而可提高電纜使用，或收藏時的操作性。
此外，由于在制作外芯線時，在與絞合線一起設置冷卻管的同時，制作電纜，這樣很容易制作電纜。
按照第六種結構的本發明，由于冷卻劑可通過冷卻裝置冷卻，同時進行循環，這樣不會白白地使用冷卻劑，從而很經濟。
圖1為電動汽車充電時的狀態側面圖；圖2為第1實施例中的充電聯接器和電動汽車一側的接納部的縱向剖面圖；圖3為上述實施例中的導電管連接部的放大側面圖；圖4為上述實施例中的充電用的電纜的局部剖開的透視圖；圖5為上述實施例中的充電用的電纜的局部剖開的透視圖；圖6為第2實施例中的充電用的電纜的局部剖開的透視圖；圖7為上述實施例中的充電用的電纜的剖面圖；圖8為第3實施例中的充電用的電纜的剖面圖；圖9為另一實施例(1)的充電用的電纜的剖面圖；圖10為另一實施例(2)的充電用的電纜的剖面圖；圖11為另一實施例(3)的充電用的電纜的局部剖開的透視圖。
下面參照圖1～5對本發明的第1實施例進行描述。
在對本發明的充電用的電纜40說明之前，首先通過圖1和圖2對電動汽車EV進行充電時的狀態進行描述。在電動汽車EV的車體外部形成有可通過蓋11實現開閉的接納部12，該接納部12按照下述方式設置，該方式為可將后面將要描述的充電聯接器30插入該接納部12中。本發明的充電用的電纜40的一端與充電聯接器30連接，其另一端與充電裝置50連接。充電裝置50中設置有高頻電源51，該電源51相當于可輸出100KHz的高頻電壓的外部電源，另外上述充電裝置50還設有風冷式冷卻裝置52及其氣冷風扇53，上述冷卻裝置52對作為后面將要描述的冷卻水放出的熱量進行冷卻。
在上述電動汽車EV中的接納部12中安裝有聯接器存放盒13，該盒13具有凹部13a，該凹部開口朝向外側，在其內設置有次級線圈單元20。上述次級線圈單元20是這樣形成的，即在鐵氧體形成的次級線圈鐵芯21上繞制次級線圈22，它通過設置于車內的氣冷風扇53進行冷卻。次級線圈22的輸出端子與下述的充電電路連接，該充電電路用于對作為電動汽車EV的動力蓄電裝置的動力電池(圖中未示出)進行充電，它是通過對由次級線圈22感應產生的高頻電動勢進行整流而對電池進行充電的。
上述次級線圈鐵芯21呈將截面為方形的柱彎曲成L形后的形狀，該L形狀的長邊沿橫向延伸，它固定于電纜接納盒13中，上述L形狀的短邊向下延伸，其端部穿過電纜接納盒13而在凹部13a內部稍稍伸出。另外，L形狀的長邊的前端通過形成于接納盒13的前端的開口13b，而朝向凹部13a內部露出。此外，在上述接納盒13的凹部13a的底部設置有板形彈簧14，該彈簧14的彈力將插入凹部13a內部的充電聯接器30朝向上方(次級線圈裝置20一側)推動。
充電聯接器30是這樣構成的，即在外殼31中接納有初級線圈32和初線圈鐵芯33。該初級線圈鐵芯33采用與上述次級線圈鐵芯21相同的材料形成，其按照下述形狀固定于外殼31中，該形狀為其L形狀中的長邊沿外殼內部延伸，上述L形狀中的短邊在外殼31的底部朝向上方延伸，該短邊的頂面穿過外殼31而伸出到外部。另外，L形狀中的長邊的前端通過形成于外殼31前端的開口31a，而在上面露出。因此，當上述充電聯接器30插入電動汽車EV中的接納盒13的凹部13a內部時，初級線圈鐵芯33的長邊的前端頂面處于與次級線圈鐵芯21中的短邊的底端面相對的狀態，并且初級線圈鐵芯33的短邊的頂面處于與初級線圈鐵芯21中的長邊的前端底面相對的狀態。另外，由于設置于接納盒13中的凹部13a的底面上的板形彈簧14的彈力將充電聯接器30朝向上方推動，這樣兩個鐵芯21，33的相對面基本處于接觸狀態，從而形成由兩個鐵芯21，33關閉的單一環的磁性回路。
通過在次級線圈鐵芯33的短邊上纏繞多圈導電管34，便可形成初級線圈32。按照本實施例，該導電管34由銅合金形成，其直徑為5mm，其壁厚度為0.5mm，上述導電管34的纏繞內徑為25mm左右。另外，在上述初級線圈32的內表面，在該內表面與初級線圈鐵芯33之間敷設有傳熱性硅潤滑脂35等材料，這樣與在初級線圈鐵芯33和初級線圈32之間不敷設上述硅潤滑脂35的情況相比較，可提高熱傳導性，從而初級線圈32處于可以可傳導熱量的方式纏繞于初級線圈鐵芯33上的狀態。另外，雖然圖中未示出，但是在導電管34的內外兩個表面上形成有搪瓷涂層，以便進行絕緣。
圖4和5表示本發明第1實施例的充電用的電纜40。該充電用的電纜40的結構為按照下述方式形成的雙芯的結構，該方式為以將內芯線41的外緣面包住的方式設置由聚氯乙烯(下面簡稱為PVC)形成的層間絕緣層42，以將該絕緣層42的外緣面包住的方式設置外芯線43，在外芯線43的外側仍然設置由PVC形成的外側絕緣層44，以及位于該絕緣層44外側的PVC形成的外層45。
內芯線41是將19根絞合線46絞合形成的(另外，在圖4或圖5中，圖示的情況為省略了部分絞合線的情況)。絞合線46為將多根絕緣線47成束捆起的一般結構，雖然該絕緣線47的種類，或根數等根據所要求的通電容量，或頻率等確定，但是按照本實施例，該絕緣線47由直徑為0.18mm的聚氨基甲酸乙酯絕緣銅線絞合形成。
外芯線43由與構成內芯線41的絞合線46相同的絞合線58構成，它按照通過19根絞合線58以并排螺旋形狀包住層間絕緣層42的外緣面方式設置。另外，在構成外芯線43的絞合線58之間以與上述絞合線58的螺旋相并行的方式設置有2根冷卻管48，49，該冷卻管48，49在圓周上的相對位置構成上管路和下管路。上述冷卻管48，49由下述的絕緣硅樹脂等合成樹脂形成，該合成樹脂具有耐熱性，并且具有較大的柔性，該管48，49的截面基本呈橢圓形。
此外，捆扎帶59按照下述方式以與每個絞合線58和冷卻管48，49的螺旋相反的螺旋形狀卷繞，該方式為上述扎緊帶覆蓋于上述芯線43中的每個絞合線58的外緣面。還有，在外側絕緣層44的內緣面上形成保持槽57，該槽57沿絞合線58和冷卻管48，49的螺旋形狀的設置方向延伸，上述絞合線58和冷卻管48，49以嵌合方式保持于上述保持槽57內部。
另外，在充電裝置50一側，上述充電用的電纜40中的每個芯線41，43與高頻電源51的輸出端子連接，上述上管路上的冷卻管48與充電裝置50內部的循環泵54相連接，上述下管路上的冷卻管48與冷卻裝置52相連接。
圖3表示初級線圈32和充電用的電纜40的連接結構。即，冷卻管48與導電管34的端部相嵌合，該管48通過管夾持件36以可防水的方式與導電管34相連接。另外，在上述冷卻管48的連接端部成整體形成有多個防水罩56，這樣即使在由于在導電管34上結露而水滴從導電管34一側向另一側流動，或反之，水滴從冷卻管48一側向另一側流動的情況下，仍可通過上述防水罩56將上述水滴朝向相反側的流動隔斷。另外，在上述兩根冷卻管48，49中，位于上管路上的冷卻管與構成的初級線圈32的內緣面的導電管34的端部相連接，而位于下管路上的冷卻管49與構成初級線圈32的外緣面的導電管34的端部相連接，這樣冷卻水可從初級線圈32的內緣面朝向外緣面流動。
另外，在導電管34中的其與冷卻管48相連接的部位附近，通過焊接等方式設置有通電用端子37，該端子37上以鉚接方式固定有充電用的電纜40中的內芯線41。此外，在充電聯接器30上，充電用的電纜40穿過下述的筒部38而伸出，該筒部38同時用作手柄，該手柄相對外殼31的底部以成整體連接的方式伸出。
本實施例的結構為上述的形式，下面對其作用進行描述。在對電動汽車EV進行充電時，首先，將充電聯接器30插入車體的接納部12內部。之后，將充電聯接器30插入到接納盒13內部的最深處，因此在聯接器接納盒13內部，由于板形彈簧14的作用，將充電聯接器30推向初級線圈單元20一側，兩個鐵芯21，33處于接合狀態，從而形成閉合環形的磁性回路。于是，當按下充電裝置50中的圖中未示出的電源開關時，循環泵54和氣冷風扇53啟動，高頻電源51動作而與充電用的電纜40接通，從而對初級線圈32外加高頻電壓。由于對初級線圈32勵磁，在次級線圈22中產生電動勢，根據該電動勢，便可對電動汽車EV的動力用電池進行充電。
由于在初級線圈32中會有高頻電流流動，這樣構成該線圈32的導電管34本身和次級線圈33發熱。但是，由于循環泵54按照上述方式操作，這樣會形成下述的冷卻劑的循環流動，即冷卻水通過充電用的電纜40中的位于上管路上的冷卻管48，流入導電管34內部，之后其再次通過充電用的電纜40中的位于下管路上的冷卻管49，最后從冷卻裝置52返回循環泵54。因此，即使在于充電過程中產生焦耳值很大的熱量的情況下，由于導電管34直接受到冷卻，這樣可可靠防止次級線圈32升到很高的溫度。另外，因磁滯損耗，或渦流而在初級線圈鐵芯33中產生的熱量會傳遞給構成初級線圈32的內緣面的導電管34，之后仍然是在流過該導電管34的冷卻水作用下，該熱量會通過充電用的電纜40內部的位于下管路上的冷卻管49而排到冷卻裝置52中。因此，還可可靠防止初級線圈33產生熱量。
此外，次級線圈單元20中產生的熱量會在車體內的氣冷風扇23的作用下得到冷卻。
如果按照上述方式采用本發明，則可獲得下述的效果。
由于冷卻管48，49按照下述方式與充電用的電纜40成整體成形，該方式為該冷卻管包覆在層間絕緣層42的外緣面的外面，這樣采用一根充電用的電纜40，便可對電動汽車EV進行充電，并且對線圈等進行冷卻。另外，由于與相對充電用的電纜來說單獨配備冷卻管的場合相比較，更容易操作，冷卻管48，49接納于外層45內側，這樣可防止因懸掛或摩擦等原因造成對冷卻管的損傷。
在高頻電流流過內芯線41和外芯線43的場合，即使在線圈34，鐵芯33，或充電用的電纜40等發熱的情況下，由于在同時冷卻劑在冷卻管48，49中流動，這樣仍可對上述部件產生的熱量進行冷卻。
由于冷卻管48，49中設有冷卻上管路和下管路，這樣可按照可使冷卻劑產生循環的方式對上述上管路和下管路進行設定，由于在充電用的電纜40的一端設置有循環泵54，這樣可使冷卻劑在整個充電用的電纜40中產生循環。此外，由于通過冷卻裝置52對冷卻水進行冷卻，同時使其產生循環，這樣不會對冷卻劑造成浪費，從而很經濟。還有，由于冷卻裝置52設置于充電裝置50的內部，這樣可減小整個充電設備的體積。
另外，由于兩根冷卻管48，49按照與構成外芯線43的絞合線58并行的方式呈螺旋形狀設置于充電用的電纜40內部，這樣很容易使充電用的電纜產生彎曲，從而可提高使用或接納充電用的電纜40時的操作性。此外，在形成外芯線時，由于在一起設置絞合線58和冷卻管48，49的同時，可形成充電用的電纜40，這樣很容易制造充電用的電纜40。
由于在充電用的電纜40中設置有兩個芯線41，43，這樣可使電流流過上述每個芯線41，43，僅僅采用一根充電用的電纜40便可對電動汽車EV進行配電。此外，由于每個芯線41，43由絞合線46，58形成，這樣使高頻電流流過的場合中的集膚效應產生的阻抗增加的情況幾乎不會發生，從而通電損失較小。還有，由于外芯線43以按照同芯狀將內芯線41包住的方式設置，這樣即使在不設置屏蔽層的情況下，由于流過每個芯線41，43的電流所產生的磁通相互抵消，這樣磁通仍不會向外部泄漏，從而可防止產生噪音源。
另外，由于兩個芯線41，43按照同軸方式設置，這樣空間使用效率很高，可減小整體的直徑的大小。順便提一下，在將與上述實施例中的相同的絞合線46，58僅僅按照一根電纜捆扎而形成平行的雙芯芯電線的場合，上述電纜的外徑為20mm左右，但是按照本實施例同軸設置，則上述電纜的直徑為18mm左右，從而可在相同的通電容量的情況下同時使直徑和重量減小。
按照本實施例，由于構成外芯線43的絞合線58按照螺旋狀設置，這樣即使在每根絞合線58中的電流分布會產生標準差的情況下，由于整個充電用的電纜40保持均勻，這樣仍可獲得可可靠防止磁通泄漏的效果。
下面參照圖6和圖7對本發明的第2實施例進行描述。
在本實施例和第1實施例中，相同的部件采用相同的標號，故在這里略去對其的說明。
本實施例與第1實施例的不同點在于冷卻劑用的流路的位置。按照本實施例，設置于充電用的電纜62內部的兩根冷卻管60、61中的每一個均按照與內芯線41并行的方式設置。
本實施例也可獲得與第1實施例相同的作用和效果。
另外，充電用的電纜62中的內外芯線41，43的焦耳熱的產生熱量基本相等，但是內芯線41中的熱量不易散開。根據上述情況，按照本發明，由于在內芯線41內部設置有兩根冷卻管60，61，從而很容易在內芯線41和冷卻劑之間進行熱交換，從而可可靠防止充電用的電纜62溫度的上升。
下面參照圖8對本發明的第3實施例進行描述。
在本實施例和第1實施例中，與第1實施例相同的部件采用相同的標號，故在這里略去對其的說明。
本實施例與第1實施例的不同點在于冷卻用的流路的位置。按照本實施例，設置于充電用的電纜70內部的兩根冷卻管71，72中的，位于上管路上的冷卻管71位于內芯線41的中間部，位于下管路上的冷卻管72與外芯線43并行設置。
本實施例也可獲得與第1實施例相同的作用和效果。
另外，由于如第2實施例中所描述的，內芯線41的結構比外芯線43更難散熱，這樣將位于低溫冷卻劑流過的上管路上的冷卻卻管71沿內芯線41設置，而位于較高的冷卻劑流過的下管路上的冷卻管72沿放熱性較好的外芯線43從該線43中穿過。因此，由于可高效地對內芯線41進行冷卻，這樣可更加可靠地防止充電用的電纜70溫度的上升。
圖9～11表示本發明的其它實施例。
圖9和圖10中，與第1實施例相同的部件采用相同的標號，故在這里略去對其的說明。
(1)在圖9中，充電用的電纜80中的兩根冷卻管81，82呈直線狀設置于外側絕緣層44和外層45之間，上述結構具有下述效果，即很容易制作充電用的電纜80。
另外，冷卻管81，82還可以螺旋狀設置于外層45內部，當采用上述方式時，很容易使充電用的電纜80彎曲。
(2)在圖10中，充電用的電纜85中的兩根冷卻管86，87的外層側按照同時用作外層45的套管的形狀形成，在兩根冷卻管86，87之間設置有隔壁88，從而上管路和下管路中的冷卻劑不會混合。按照上述方式，由于可采用流過冷卻管86，87的較大量的冷卻劑，這樣可大大增加冷卻效果。
(3)在圖11中，充電用的電纜90設有兩根作為芯的芯線91，在每根芯線91的外緣面分別沿相反的螺旋狀纏繞有下述的兩根冷卻管93，94，該冷卻管通過絕緣層92構成上管路和下管路，在冷卻管93，94的外緣形成有外層95，使上述整個結構成整體成型。另外，冷卻管93，94由下述的硅樹脂等合成樹脂形成，該合成樹脂具有耐熱性，并且具有一定柔性。
本發明不必限上述的實施例，下面的描述的內容也包括在本發明的技術范圍之內。
①冷卻管不必僅僅限于兩根，其也可為多根，另外，也可按照圖10所示的方式使上管路，或下管路呈套管狀。
②冷卻管也可不呈螺旋狀，而呈直線狀設置于充電用的電纜內部。
③在冷卻管內部進行循環的冷卻劑不必限于水，它也可采用各種油，氟碳制冷劑等烴類溶劑等。另外，當冷卻劑采用具有較低沸點的溶劑時，可使液體在位于上管路上的冷卻管中進行循環，使氣體在位于下管路上的冷卻管中進行循環，可通過冷卻裝置在使氣體變回液體的同時，實現循環。如果采用上述結構，則可提高冷卻效果。
④如果通過防水結構將冷卻管和次級線圈單元連接，則可在對汽車側的線圈單元進行冷卻的同時，對該汽車進行充電。此時，冷卻管也可采用4根以便用于初級線圈和次級線圈。
⑤在電纜內部也可設置導電線和冷卻管各一根，采用兩根電纜對電動式機車進行充電。
權利要求
1.一種電動汽車充電用的電纜，其外層內部設置有導電線，該電纜設置于安裝于電動汽車上的感應充電用充電聯接器和外部充電用電源之間，其特征在于在該電纜中的外層內側設置導電線和柔性冷卻管，該冷卻管用于使冷卻劑在上述導電線和上述充電聯接器內部進行循環。
2.根據權利要求1所述的電纜，其特征在于上述冷卻管以螺旋狀設置于上述外層內部。
3.根據權利要求1或2所述的電纜，其特征在于上述導電線由內芯線和外芯線構成，該內芯線設置于共用的外層內部，它是由多根絞合線絞合形成，該絞合線由多根絕緣線成束形成，上述外芯線由多根絞合線形成，它按照下述方式與上述內芯線同軸設置，該方式為該外芯線包覆在設置上述內芯線的外周面上的層間絕緣層的外面。
4.根據權利要求3所述的電纜，其特征在于上述冷卻管設置于上述內芯線內部。
5.根據權利要求3或4所述的電纜，其特征在于構成上述外芯線的絞合線以螺旋狀設置于上述層間絕緣層的外面，同時上述冷卻管與構成外芯線的絞合線一起按照并行的方式以螺旋狀設置。
6.根據權利要求1～5中任一項所述的電纜，其特征在于上述冷卻管與設置于上述外部充電用電源上的冷卻裝置相連接，通過上述冷卻管而進行循環的冷卻劑在上述冷卻裝置中散熱。
全文摘要
一種電動汽車充電用的電纜,采用冷卻劑進行強制冷卻,操作容易,可防止冷卻管路受到損傷。在由絞合線46絞合形成的內芯線41的外周面上設置層間絕緣層42,絞合線58以螺旋狀包在該層42的外面,并設置外芯線43。冷卻管48,49與構成外芯線43的絞合線58并行呈螺旋狀設備。充電用電纜40設置于外部的高頻電源51和充電聯接器30之間。在充電過程中,冷卻水在冷卻管48,49中進行循環,使發熱的線圈34、鐵芯33被快速冷卻。
文檔編號H01F38/14GK1175777SQ9711855
公開日1998年3月11日 申請日期1997年8月7日 優先權日1996年8月7日
發明者渡辺邦彥, 九鬼平次, 有坂秋司, 田俊郎, 義村昌伸, 金川收一, 出口洋成 申請人:住友電裝株式會社, 住友電氣工業株式會社