(57)【要約】【課題】ケーブル外径が細く、遮蔽の必要のない柔軟性に優れた電気自動車用充電ケーブルを提供する。【解決手段】給電線の導体断面積を均等に２分割して４本の給電線にし、同一極性の給電線を並列または対角に配置するケーブル構造にする。給電線導体断面積を均等に２分割し、４本の給電線にすることにより、ケーブル外径を細くすることができ、取扱い性や収納性の優れた柔軟性のある電気自動車用充電ケーブルが得られる。また、給電線の導体断面積２分割することにより、給電線外径が細くなるため、給電線の導体間距離が短くなることにより、給電線極性間の特性インピーダンスを低減させることができ、給電線から発生するノイズの外部への放出を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電力量から設定された給電線導体の断面積を均等に２分割して４本の給電線導体にし、前記導体の外側に絶縁被覆が形成されて成る４本の給電線と適宜必要な複数本の信号制御線を撚り合わせて構成される電気自動車用充電ケーブルにおいて、前記同一極性の給電線を並列または対角に配置し、そのケーブルの両端において、４本の給電線導体を２本ずつ合わせることによって、陽極(＋極)および陰極(−)の給電線にして充電側給電口と電気自動車の受電口に接続することを特徴とする電気自動車用充電ケーブル
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の充電用ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力源としてバッテリに蓄電された電力を用いて走行する電気自動車の実用化が進んでいる。これらの電気自動車は、各家庭に供給されている商用電源、または屋外の充電施設から電力供給を受けて、バッテリを充電している。
バッテリの充電には、電源供給口と車両搭載の電源バッテリとを接続する電気自動車用充電ケーブルが用いられている。
充電ケーブルは、一般的には陽極(＋極)および陰極(−)の２本の給電線と複数本の信号制御線から構成されている。この種の充電ケーブルの給電線には、大電流を安全に電気自動車のバッテリに供給して短時間で充電を完了するために、比較的断面積の大きな導体が用いられている。
【０００３】
また、給電線に大きな電流が流れることにより、これらの給電線に近接する信号制御線に対してのノイズを防止するため、信号制御線には確実に遮蔽を施されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような電気自動車のバッテリを充電するために用いられる充電ケーブルは、給電線の導体断面積が大きいために、ケーブル外径が大きくなり柔軟性が損なわれる。また、信号制御線に遮蔽を施すことによっても、ケーブルの剛性が高くなる。従って、取扱い性や収納性の点から柔軟性のある電気自動車用充電ケーブルの開発が望まれている。
【０００５】
従来技術の外径が大きく、剛性の高い電気自動車用充電ケーブルには、次のような問題がある。
(１)外径が大きく、剛性が高いため、充電ケーブルの長さを十分確保して、この長さ分の弾性を利用して取扱い性を良くしなければならない。
(２)充電作業をする際には、充電ケーブルを屈曲させるために大きな曲率半径が必要となり、大きな作業スペースを確保する必要がある。
(３)自動車のトランク内の充電ケーブル収納装置に充電ケーブルを巻き取る際に、充電ケーブル収納装置を大きくする必要がある。
(４)ケーブル外径を大きくする分だけコストが高くなり、また車両の重量増の一因になる。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、給電線の導体断面積が同一でもケーブル外径が小さく、柔軟性に優れ、使い勝手の良い、安価な充電ケーブルを提供することを目的とする。
【０００７】
さらに本発明は、遮蔽を施さなくても、電力供給源（インバータ、コンバータ）から給電線へ伝播する伝導ノイズが信号制御線に回り込むことによって起こる信号制御線に接続される電気機器の誤動作や、また給電線を伝播するノイズが給電線をアンテナとして放射ノイズとして放出され、信号制御線や近接した位置の電子機器に対してノイズとなることを防止する充電ケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電気自動車用充電ケーブルは、設定された給電線の導体断面積を均等に２分割して、同一な導体断面積の４本の給電線と適宜必要な複数本の信号制御線を撚り合わせて構成される集合体にシースを施すことにより、ケーブル外径を細くした電気自動車用充電ケーブルであって、前記充電ケーブルの両端において４本の給電線導体を２本ずつに合わせることによって、充電側給電口および電気自動車の受電口陽極の(＋極)および陰極(−)に接続することを特徴としている。
【０００９】
また、給電線導体を２分割することにより、外径を細くした４本の給電線の同一極性の給電線を並列または対角に配置することによって、導体断面積を２分割しない給電線の導体間距離よりも導体間距離を短くして、給電線極性間の特性インピーダンスを低減させることにより、給電線内のノイズを給電線外部に放出しないことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、給電線の導体断面積が同じでも、充電ケーブル外径を小さくすることが可能になり、剛性の小さい・柔軟性に優れた使い勝手の良い電気自動車用充電ケーブルを提供することができる。
【００１１】
また、給電線から漏れるノイズを確実に低減できるため、信号制御線の遮蔽やケーブル全体の遮蔽の必要がなくなることにより、剛性の小さい・安価な電気自動車用充電ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の同一極性の給電線を並列に配置した電気自動車用充電ケーブルの断面図
【図２】本発明の同一極性の給電線を対角に配置した電気自動車用充電ケーブルの断面図
【図３】従来の電気自動車用充電ケーブルの断面図
【図４】従来の電気自動車用充電ケーブルの信号制御線の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の電気自動車用充電ケーブルは、下記の２つの知見に基づいて創作されたものである。
【００１４】
本発明の電気自動車用充電ケーブルは図１および図２に示すように、給電線４本と複数本の信号制御線から構成され、同一極性の給電線を並列（図１）または対角（図２）に配置することによって、極性の異なる給電線導体間の距離を短くなるように配置したものである。
【００１５】
(１)給電線の導体断面積を均等に２分割して、給電線を４本にすることによる給電線集合撚り外径の細径化  
給電線の導体外径は、設定された導体断面積から次の式により導き出される。
Ａ＝πr＾2  より
ｄ＝２・√（Ａ/π）
ｄ：導体外径    Ａ：導体面積    ｒ：導体半径
【００１６】
給電線の絶縁体の厚さは、給電線に要求される絶縁抵抗から決定されるが、そのときの給電線外径は次の式から導き出される。
絶縁抵抗Ｒ=0.366ρlog（D/d）×10^-5
給電線外径Ｄ＝[10＾(R/（0.366ρ×10＾-5))］×ｄ
Ｒ：給電線の絶縁抵抗（Ω・km）
ρ：絶縁体材質の体積固有抵抗（Ω・cm）
Ｄ：給電線外径
ｄ：導体外径
【００１７】
給電線を撚り合わせた時の集合外径は、次の式から導き出される。
給電線の集合外径Ｄａ=〔(1+1/sin（π/n）〕×Ｄ
Ｄa：集合外径
ｎ：集合撚りの給電線の心数
Ｄ：給電線外径
【００１８】
上述の式より、給電線の導体断面積を２分割しない場合の断面積をＡ＝１とし（ケーブルの給電線本数２本）、均等に２分割した場合の断面積をＡ＝０．５（ケーブルの給電線本数４本）とし、給電線に要求される絶縁抵抗Ｒ＝５０×１０６Ω・kmおよび給電線に使用される材料の体積固有抵抗ρ＝５×１０１３Ω・cm（絶縁材料をＰＶＣにした時の値）として集合撚り外径を算出すると、
２分割しない場合の断面積Ａ＝１のとき
導体外径ｄ＝１．１３、  給電線外径Ｄ＝２．１２、  給電線集合撚り外径Ｄａ＝４．２３
２分割した場合の断面積Ａ＝０．５のとき
導体外径ｄ＝０．８０、  給電線外径Ｄ＝１．５０、  給電線集合撚り外径Ｄａ＝３．６１
になる。
【００１９】
上記の結果より、給電線の導体断面積を均等に２分割することによって、給電線集合撚り外径を約１５％細径化できる。このことにより、電気自動車用充電ケーブルの細径化が可能になる。
【００２０】
(２)給電線の導体断面積を均等に２分割し、給電線を細径化し、極性の異なる給電線導体間の距離を短くすることによるノイズ低減
電力源から充電ケーブルに供給される電力は、インバータやコンバータを介して、充電に適した電気成分（周波数・電圧など）に変換されて供給される。インバータやコンバータは、スイッチング制御によって電力変換をおこなっているため、スイッチングに起因するノイズが発生し易く、生じたノイズは、電力波形に重なる形で給電線を伝播する。
【００２１】
給電線を伝播するノイズは、様々な周波数成分からなり、給電線の絶縁体が持つ静電容量を介して外部へ放出され易い性質がある。
【００２２】
充電ケーブルにおいては、給電線の絶縁体が持つ静電容量がノイズの拡散に影響を与えており、この絶縁体の静電容量を介して異なる極性（逆方法へ流れる）を持った隣接する絶縁心線（他の給電線や信号制御線）へノイズを伝播させている。
【００２３】
給電線を伝播するノイズの拡散を防止する方策としては、極性の異なる（逆方向へ流れる）給電線間の静電容量を増加させることで、陽極（＋極）を伝播するノイズが陰極（ＧＮＤ）の給電線にリークし易くする。これによって、ノイズを給電線内でループさせ、給電線の外部へのノイズ放出を低減するということが効果的である。
【００２４】
静電容量は次の式で表される。
静電容量Ｃ＝（12.05ε）/〔log10(Ｄ１+√（Ｄ１2−ｋ2・ｄ2）/(ｋ・ｄ）〕
Ｃ：静電容量(ｎＦ/km)
Ｄ１：給電線の導体間距離(mm)
ｋ：導体実効外径係数
ｄ：導体径(mm)
ε：実効比誘電率
このことより、静電容量は、異なる極性の給電線の導体間隔が小さくなるほど、大きくなることがわかる。
【００２５】
また、給電線に電流が流れると、給電線の持つインダクタンスによって誘導起電力が生じる。誘導起電力は、電流の流れで生じた磁束により、電流の流れと逆方向に生じる電圧のことであり、電流の流れを阻害する。よって、陰極（ＧＮＤ）へリークさせたノイズを効率よく流すうえで、インダクタンスの低減が有効となる。
インダクタンスは次の式で表される。
インダクタンスＬ＝0.4loge（2Ｄ１/ｄ）＋0.1μ
Ｌ：インダクタンス（ｍH/km）
Ｄ１：導体間距離(ｍｍ)
ｄ：導体径(ｍｍ)
μ：導体の比透磁率(銅=１)
このことより、インダクタンスは、異なる極性の給電線の導体間隔が小さいほど、小さくなることがわかる。
【００２６】
上述したと静電容量Ｃとインダクタンスおよび特性インピーダンスＺ０には、次の関係がある。
Ｚｏ＝√（Ｌ／Ｃ）
効果的なノイズ低減効果を発揮するためには、静電容量Ｃが大きいほど、また、インダクタンスＬが小さいほど、上式に当てはめれば、特性インピーダンスＺ０が低いほどノイズ低減効果が高いことになる。
【００２７】
上述の原理に基づき、本発明は２本の給電線の導体断面積を均等に２分割して、給電線を４本として、給電線の外径を細径化することによって極性の異なる給電線同士の導体間距離を短くすることと、さらには同一極性の給電線を対角に配置して異なる極性の給電線を隣接させて、その導体間距離を短くすることによって、静電容量を大きく、インダクタンスを小さくし、特性インピーダンスＺ０を下げることによりノイズを低減するものである。
以下、本発明の実施形態に係わるケーブル構造について、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、給電線の導体断面積を３５．６ｍｍ２に設定した場合の本発明を適用した電気自動車用充電ケーブルの断面図であり、表１はこの充電ケーブルの構成および特性インピーダンス性能を示したものである。
【００２９】
図１において、給電線の導体は、素線径０．１８ｍｍの素線を７００本撚り合わせたもので、その断面積は、設定された給電線導体断面積の１／２の導体断面積のものである。この導体の外側に前述の式から算出された厚さのＰＶＣの絶縁被覆を形成した。そして、陽極の給電線１ａ・１ｂ（２本）と陰極の給電線２ａ・２ｂ（２本）を同一の極性の給電線が並列になるように配置し、対撚りされた遮蔽が施されていない信号制御線３とを合わせて、図１の断面図に示すような配置で撚り合わせ、その外側にシース４を形成した。この充電ケーブルの給電線導体径は５．５０ｍｍ、給電線外径９．１ｍｍ、集合撚り外径２２．３ｍｍであった。
なお、信号制御線３は、給電線の集合体に生じる空間に配置することにより、給電線の集合撚り外径に与える影響はない。
また、給電線極性間の特性インピーダンスはディジタルサンプリングオシロスコープ「テクトロニクス社製ＴＤＳ８２００」を用いてＴＤＲ方式で測定したところ４６Ωであった。
【実施例２】
【００３０】
陽極の給電線１ａ・１ｂ（２本）と陰極の給電線２ａ・２ｂ（２本）を、同一の極性の給電線が対角の位置に配置した以外は同じ条件で充電ケーブルを製作した。
この充電ケーブルの給電線導体径、給電線外径、集合撚り外径は実施例１と同じであった。
また、給電線極性間の特性インピーダンスを実施例１と同じくＴＤＲ方式で測定したところ２７Ωであった。
【比較例】
【００３１】
図３は、給電線の導体断面積を実施例と同じ３５．６ｍｍ２に設定した場合の従来の電気自動車用充電ケーブルの断面図であり、表１はこの充電ケーブルの構成および特性インピーダンス性能を示したものである。
【００３２】
図３において、給電線の導体は、素線径０．１８ｍｍの素線を１４００本撚り合わせたものである。この導体の外側に前述の式から算出した厚さのＰＶＣの絶縁被覆を形成した。そして、陽極の給電線５と陰極の給電線６および図４に拡大して示す遮蔽が施された対撚り信号制御線７を図３の配置で撚り合わせ、その外側にシース８を形成した。この充電ケーブルの給電線導体径は７．７７ｍｍ、給電線外径１２．９ｍｍ、集合撚り外径２６．１ｍｍであった。
なお、信号制御線７は、本発明の実施例の図１および図２の充電ケーブルと同様に、給電線の集合体に生じる空間に配置することにより、給電線の集合撚り外径に与える影響はない。
また、給電線極性間の特性インピーダンスを実施例１と同じくＴＤＲ方式で測定したところ７７Ωであった。
【００３３】
表１の実施例と比較例を対比してわかるように、同一導体断面積において、本発明の電気自動車用充電ケーブルは、従来の電気自動車用充電ケーブルに比べて、集合撚り外径を理論通り約１５％細径化できた
。
また、シースの厚さを、保護の目的から同一厚の３．６０ｍｍに設定した場合でも、本発明の充電ケーブル外径は２９．５ｍｍ、従来充電ケーブルは３３．３ｍｍになり約１１％の細径化が図れた。
【００３４】
異なる極性の給電線間の特性インピーダンスは、従来の電気自動車用充電ケーブルでは、７７Ωであったが、表１の実施例１は、４６Ωであった。これは、給電線の絶縁外径が細くなることにより、極性の異なる給電線の導体間隔が小さくなったことによる。
【００３５】
また、表１の実施例２では、異なる極性の給電線間のインピーダンスは、２７Ωであった。これは、
実施例１（図１）では、対角に配置されていた異なる極性の給電線が、実施例２（図２）では、隣接に配置されたことで、図１の１ａ−２ｂ間及び１ｂ−２ａ間の静電容量が大きくなり、インダクタンスが小さくなったことによる。
【００３６】
給電線が発生するノイズ量の比率は、給電線極性間の特性インピーダンスに反比例し、本発明の電気自動車用充電ケーブルでは、従来の電気自動車充電ケーブルから発生するノイズに比べて、実施例１では４０％の低減ができ、実施例２では６５％の低減ができた。
【００３７】
このことにより、従来の充電ケーブルの信号制御線７から遮蔽を省くことが可能になった。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は給電線の導体断面積３５．６ｍｍ２に限定されるものでなく、いかなる導体断面積のものにおいても本発明の趣旨を逸脱しない範囲で同様の効果が得られる。
【００３９】
【表１】
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【符号の説明】
【００４０】
１ａ  ２分割導体断面積の給電線（陽極）
１ｂ  ２分割導体断面積の給電線（陽極）
２ａ  ２分割導体断面積の給電線（陰極）
２ｂ  ２分割導体断面積の給電線（陰極）
３    遮蔽なし信号制御線
４    シース
５    ２分割していない導体断面積の給電線（陽極）
６    ２分割していない導体断面積の給電線（陰極）
７    遮蔽された信号制御線
８    シース
９    介在
１０  押さえ巻きテープ
１１  編組シールド
１２  アルミテープシールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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