JP6920957B2

JP6920957B2 - 回路保護デバイスを有する電力ケーブルアセンブリ

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Publication number: JP6920957B2
Application number: JP2017198151A
Authority: JP
Inventors: リースラッシュロジャー; ディレーニイオブライエンショーン; マイケルバナストーマス
Original assignee: TE Connectivity Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: EP3297011A1; CN207588156U; CA2979189A1; US20180076616A1; JP2018046741A; US10236681B2

Description

本明細書の主題は、一般に、電力ケーブルアセンブリに関する。

電力ケーブルは、電気自動車の充電を含む多くの適用分野で使用される。電力ケーブルは、典型的には、充電デバイスなどの電力構成要素に高い電圧を供給する。したがって、電力ケーブルは、故障または誤使用の場合に感電を防止するための安全機能を組み込んでいる。たとえば、いくつかの知られている電力ケーブルは、電力ケーブル内に接地事故回路遮断（ＧＦＣＩ）回路を組み込んでいる。ＧＦＣＩ回路は、「中性線（neutral line）」ではなく接地を通って「活線（hot line）」から過電流が流れた場合に電力を切断する。

しかしながら、ＧＦＣＩ回路を有する従来の電力ケーブルは、高い短絡電流に耐えることができない。従来の電力ケーブルのＧＦＣＩ回路は、電気自動車充電デバイスで使用されるような高出力の適用分野で使用されると故障する。たとえば、これらの回路には、アーク発生の問題があり、これは回路を損傷するおそれがある。
高出力の短絡状態に耐えることが可能な電力ケーブルが、依然として必要とされている。

この解決策は、本明細書に開示する電力ケーブルアセンブリによって提供される。この電力ケーブルアセンブリは、第１の端部と第２の端部との間に延び、活性導体（hot conductor）および中性導体（neutral conductor）を有する電力ケーブルを含む。電力ケーブルアセンブリは、電力ケーブルに沿って第１の端部と第２の端部との間に位置する回路保護デバイスを含む。回路保護デバイスは、活性導体および中性導体の電流差を感知してトリガイベントを開始するように構成された接地事故回路遮断（ＧＦＣＩ）デバイスを有する。回路保護デバイスは、ＧＦＣＩデバイスに接続された高出力リレーデバイスを有する。高出力リレーデバイスは、活性導体に接続され、ＧＦＣＩデバイスによってトリガイベントが開始されると活線を開くように構成される。

本発明について、添付の図面を参照して例として次に説明する。

例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリを示す図である。別の例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリを示す図である。例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリの回路保護デバイスの部分断面図である。例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリの回路保護デバイスの部分断面図である。高出力リレーデバイスを示す回路保護デバイスの一部分の断面図である。

図１は、例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリ１００を示す。図２は、別の例示的な実施形態による電力ケーブルアセンブリ１００を示す。
電力ケーブルアセンブリ１００は、電力ケーブル１０２と、電力ケーブルアセンブリ１００のための安全機能である回路保護デバイス１０４とを含む。回路保護デバイス１０４は、電力ケーブル１０２に沿って設けられる。回路保護デバイス１０４は、システム内の電流をオンおよびオフに迅速に切り換えて回路を保護するために使用される。
回路保護デバイス１０４は、過電流が感知された場合、たとえば短絡状況にあるとき、システム内の電力を切断する。回路保護デバイス１０４は、電力ケーブルアセンブリ１００の故障または誤使用の場合に感電を防止することができる。例示的な実施形態では、回路保護デバイス１０４は、電力ケーブルアセンブリ１００の故障または損傷を防止するために、非常に高い短絡電流に耐える。

電力ケーブル１０２は、第１の端部１１０と第２の端部１１２との間に延びる。電力ケーブルアセンブリ１００は、第１の端部１１０と第２の端部１１２との間に、活性導体１１４、中性導体１１６、および接地導体１１８を含む。電力ケーブルアセンブリ１００は、第１の端部１１０に位置する第１のコネクタ１２０と、第２の端部１１２に位置する第２のコネクタ１２２とを含む。

図１は、第１のコネクタ１２０と第２のコネクタ１２２との間で電力ケーブル１０２と一直線の回路保護デバイス１０４を有する一実施形態を示す。たとえば、回路保護デバイス１０４は、第１のコネクタ１２０から離れており、また第２のコネクタ１２２から離れている。回路保護デバイス１０４と第１のコネクタ１２０との間に電力ケーブル１０２の長さが設けられ、回路保護デバイス１０４と第２のコネクタ１２２との間に電力ケーブル１０２の長さが設けられる。
対照的に、図２に示す実施形態は、第２のコネクタ１２２などのコネクタの１つと一体化された回路保護デバイス１０４を示す。たとえば、回路保護デバイス１０４および第２のコネクタ１２２は、共通のハウジングを有する。図２に示す実施形態では、回路保護デバイス１０４と第２のコネクタ１２２との間には、電力ケーブル１０２の長さが設けられない。

例示的な実施形態では、第１のコネクタ１２０は、壁のコンセントに電気的に接続するように構成されたプラグである。第１のコネクタ１２０は、標準的な３極プラグである。代替実施形態では、他のタイプのコネクタを第１の端部１１０に設けることもできる。任意選択で、第１のコネクタ１２０は、電源と一体化することができ、たとえば建物の配線システム内へ直接一体化することができる。
第２のコネクタ１２２は、別の構成要素に電気的に接続するように構成され、たとえばそのような構成要素に電力を供給するように構成されたソケットまたはプラグとすることができる。たとえば、第２のコネクタ１２２は、標準的な３極レセプタクルコネクタである。
他の様々な実施形態では、第２のコネクタ１２２は充電コネクタである。たとえば、第２のコネクタ１２２は、電気自動車向けの充電コネクタとすることができる。第２のコネクタ１２２は、電気自動車に電気的に接続して電気自動車を充電するように構成された電気自動車充電インターフェース１２４を有することができる。代替実施形態では、他のタイプのコネクタを設けることもできる。

例示的な実施形態では、回路保護デバイス１０４は、様々な構成要素および／または回路を保持して回路保護デバイス１０４を画定するハウジング１３０を含む。たとえば、例示的な実施形態では、回路保護デバイス１０４は、回路保護を提供するために使用される接地事故回路遮断（ＧＦＣＩ）デバイス１３２を含む。例示的な実施形態では、回路保護デバイス１０４は、回路保護を提供するように構成された第１の高出力リレーデバイス１３４を含む。例示的な実施形態では、回路保護デバイス１０４は、回路保護を提供するように構成された第２の高出力リレーデバイス１３６を含む。回路保護デバイス１０４は、電力ケーブルアセンブリ１００に回路保護を提供するために使用される他の回路保護デバイスを含むこともできる。

様々な実施形態では、第１の高出力リレーデバイス１３４は、活性導体１１４に接続することができ、第２の高出力リレーデバイス１３６は、中性導体１１６に接続するように構成される。第１の高出力リレーデバイス１３４は、活性導体１１４によって画定される活線を開閉することができる。第２の高出力リレーデバイス１３６は、中性導体１１６によって画定される中性線を開閉するように構成することができる。任意選択で、高出力リレーデバイス１３４、１３６の制御は、ＧＦＣＩデバイス１３２によって制御することができる。他の様々な実施形態では、高出力リレーデバイス１３４、１３６の制御は、ＧＦＣＩデバイス１３２とは別個の制御回路などの他のデバイスによって制御することもできる。

例示的な実施形態では、動作中、ＧＦＣＩデバイス１３２は、活性導体１１４および中性導体１１６の電流差を感知し、差動電流が感知されるとトリガイベントを開始するように構成される。トリガイベントが感知されると、ＧＦＣＩデバイス１３２は、回路保護モードを開始することができる。たとえば、ＧＦＣＩデバイス１３２は、トリガイベントが感知されると、高出力リレーデバイス１３４、１３６を開くことができる。

図３は、例示的な実施形態による回路保護デバイス１０４の部分断面図である。図４は、例示的な実施形態による回路保護デバイス１０４の部分断面図である。図３および図４は、ハウジング１３０内に配置されたＧＦＣＩデバイス１３２および高出力リレーデバイス１３４、１３６を示す。ＧＦＣＩデバイス１３２および高出力リレーデバイス１３４、１３６を示すために、ハウジング１３０の一部分は除去されている。

図３および図４に示す実施形態は、異なる向きの高出力リレーデバイス１３４、１３６および異なる向きのＧＦＣＩデバイス１３２を示す。ＧＦＣＩデバイス１３２および高出力リレーデバイス１３４、１３６を収容するために異なる形状を有するハウジング１３０が示されている。
たとえば、図３は、電力ケーブル１０２と水平方向で一直線に配置された高出力リレーデバイス１３４、１３６を示し、高出力リレーデバイス１３４、１３６の上にＧＦＣＩデバイス１３２を示す。図４は、垂直に向けられた高出力リレーデバイス１３４、１３６を示し、ＧＦＣＩデバイス１３２は、高出力リレーデバイス１３４、１３６間に位置決めされている。代替実施形態では、回路保護デバイス１０４の構成要素は、他の向きを有することもできる。

ハウジング１３０は、第１の端部１４０と第２の端部１４２との間に延びる。任意選択で、ハウジング１３０は、第１の端部１４０および第２の端部１４２に、第１の端部１４０のケーブル入口１４４および第２の端部１４２のケーブル出口１４６を画定する開口を含む。電力ケーブル１０２は、ハウジング１３０の第１の端部１４０から電力ケーブル１０２の第１の端部１１０（図１に示す）へ延びる。図示の実施形態では、電力ケーブル１０２は、ハウジング１３０の第２の端部１４２から電力ケーブル１０２の第２の端部１１２（図１に示す）へ延びる。他の様々な実施形態では、第２のコネクタ１２２を第２の端部１４２に設けることができ、または第１のコネクタ１２０を第１の端部１４０に設けることもできる。

ＧＦＣＩデバイス１３２は、ハウジング１３０内に少なくとも部分的に収容される。任意選択で、ＧＦＣＩデバイス１３２の様々な構成要素は、ハウジング１３０から離れた位置、たとえば異なるハウジング内など、ハウジング１３０の外に配置することができる。図示の実施形態では、ＧＦＣＩデバイス１３２は、活性導体１１４および中性導体１１６の電流差を感知するように構成された差動変圧器１５０を含む。任意選択で、差動変圧器１５０は、開口１５２を含む。活性導体１１４および中性導体１１６は、開口１５２を通過し、差動変圧器１５０は、差動変圧器１５０を通過する活性導体１１４および中性導体１１６の電流差を感知するように構成される。

例示的な実施形態では、ＧＦＣＩデバイス１３２は、回路保護デバイス１０４を制御するための制御回路１５６を有する回路基板１５４（または複数の回路基板１５４）を含む。回路基板１５４は、差動変圧器１５０に電気的に接続される。差動変圧器１５０からの信号は、回路基板１５４へ伝送することができる。たとえば、活性導体の電流および中性導体１１６の電流に関する信号、または活性導体１１４および中性導体１１６の電流差に関する信号を、回路基板１５４へ伝送することができる。

回路基板１５４は、活性導体１１４および中性導体１１６の電流の監視ならびに／または導体１１４、１１６内の電流の差の監視を行うために、制御回路１５６を含むことができる。たとえば、回路基板１５４の制御回路１５６は、差動変圧器１５０からの電圧を感知することができる。この電圧は、活性導体１１４内の磁場と中性導体１１６内の磁場とが異なるときに発生する。たとえば、これらの磁場は、電流が活線から中性導体１１６ではなく接地導体１１８を通って流れたときに異なることがあり、それにより活性導体１１４と中性導体１１６とに電流の差が生じる。

制御回路１５６は、電流差が感知されたときおよび／または閾値電流差を超過したときなどに、トリガイベントを開始することができる。制御回路１５６は、回路保護デバイス１０４に電力ケーブルアセンブリ１００の動作モードを変化させることができる。たとえば、制御回路１５６は、回路保護デバイス１０４を、電力ケーブルアセンブリ１００によって伝送される電力が低減または遮断されるセーフモードまたはオフモードにすることができる。

例示的な実施形態では、制御回路１５６は、高出力リレーデバイス１３４、１３６の動作を制御する。たとえば、制御回路１５６は、第１の高出力リレーデバイス１３４に電気的に接続することができ、かつ／または第２の高出力リレーデバイス１３６に電気的に接続することができる。制御回路１５６がトリガイベントを開始すると、高出力リレーデバイス１３４、１３６が開かれて、回路保護デバイス１０４および電力ケーブル１０２を通る電力の流れを遮断する。

例示的な実施形態では、電力ケーブルアセンブリ１００は、活線１６０および中性線１６２を含む。活線１６０は、第１の端部１４０からケーブル入口１４４に入って第１の高出力リレーデバイス１３４に終端される活性導体１１４と、第１の高出力リレーデバイス１３４に電気的に接続されて第２の端部１４２のケーブル出口１４６を通って外へ延びる他の活性導体１１４とによって画定される。中性線１６２は、第１の端部１４０からケーブル入口１４４に入って第２の高出力リレーデバイス１３６に終端される中性導体１１６と、第２の高出力リレーデバイス１３６に電気的に接続されて第２の端部１４２のケーブル出口１４６を通って外へ延びる他の中性導体１１６とによって画定される。このように、高出力リレーデバイス１３４、１３６は、それぞれ電力ケーブルアセンブリ１００の活線１６０および中性線１６２の一部分を形成する。

高出力リレーデバイス１３４、１３６は、活線１６０および中性線１６２を開閉するスイッチとして動作する。例示的な実施形態では、高出力リレーデバイス１３４、１３６は、開閉状態を電気的に切り換えるために使用される接触器である。任意選択で、リレーデバイス１３４、１３６は、常時開とすることができ、動作中はＧＦＣＩデバイス１３２によって閉じたまま保持することができる。たとえば、制御回路１５６は、高出力リレーデバイス１３４、１３６のそれぞれに駆動電流を供給して、活線１６０および中性線１６２を閉じ、電力が電力ケーブル１０２を通って流れることを可能にすることができる。トリガイベントが感知されると、高出力リレーデバイス１３４、１３６を閉じている駆動電流をオフに切り換えて、高出力リレーデバイス１３４、１３６を開く。例示的な実施形態では、リレーデバイス１３４、１３６は、電力ケーブル１０２を通過する高電流を取り扱うことが可能である。高電流は、活性導体１１４および中性導体１１６をリレーデバイス１３４、１３６に直接終端させることによって、ＧＦＣＩデバイス１３２を迂回することができる。電力ケーブル１０２の高電流は、回路基板１５４または制御回路１５６を通過しない。

図５は、第１の高出力リレーデバイス１３４を示す回路保護デバイス１０４の一部分の断面図である。任意選択で、第２の高出力リレーデバイス１３６（図３に示す）は、第１の高出力リレーデバイス１３４に類似または同一とすることができ、したがってこれ以上詳細には説明しない。

高出力リレーデバイス１３４は、入力端子１７０と、出力端子１７２と、入力端子１７０および出力端子１７２に係合して電気的に接続し、リレー回路１７６を形成するように構成された可動コンタクト１７４とを含む。高出力リレーデバイス１３４は、可動コンタクト１７４を動かしてリレー回路１７６を開閉するように構成された駆動コイル１７８を含む。駆動コイル１７８は、ＧＦＣＩデバイス１３２の制御回路１５６からの制御電流に基づいて駆動される。例示的な実施形態では、高出力リレーデバイス１３４は、高出力リレーデバイス１３４内の開口１８２内に可動に受け取られたプランジャ１８０を含む。プランジャ１８０から、シャフト１８４が延びる。可動コンタクト１７４は、プランジャ１８０とは反対側のシャフト１８４の端部などで、シャフト１８４に接続される。戻しばね１８６がシャフト１８４を取り囲み、プランジャ１８０に結合される。戻しばね１８６は、プランジャ１８０に接して押し下げ、可動コンタクト１７４を開位置で保持する。

動作中、駆動コイル１７８に通電して、プランジャ１８０を閉方向（たとえば、図示の実施形態で見ると上方）に動かす。プランジャ１８０が上方へ駆動されると、シャフト１８４もプランジャ１８０とともに動いて、可動コンタクト１７４を閉位置へ動かす。閉位置で、可動コンタクト１７４は、入力端子１７０および出力端子１７２に係合する。入力端子１７０と出力端子１７２との間に、可動コンタクト１７４を通って電気経路が生成される。例示的な実施形態では、両端子１７０、１７２に活性導体１１４が電気的に接続される。可動コンタクト１７４が閉じると、活線１６０も閉じ、したがって電力が活線１６０を通って流れることが可能になる。

動作中、駆動コイル１７８が切断されたとき（たとえば、トリガイベントが感知され、制御回路１５６からの駆動電流が遮断されたとき）、戻しばね１８６は、プランジャ１８０を下方へ押し、開位置まで動かす。可動コンタクト１７４は、端子１７０、１７２から係合解除されて、活線１６０を開く。高出力リレーデバイス１３４が開かれると、電力は活線１６０を通って流れることができなくなる。このように、高出力リレーデバイス１３４は、ＧＦＣＩデバイス１３２の動作に基づいて活線１６０を開閉するように、活線１６０と一体化される。

上記の説明は、限定ではなく例示を目的とすることを理解されたい。たとえば、前述の実施形態（および／またはそれらの態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。加えて、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正を加えることができる。本明細書に記載する寸法、材料のタイプ、様々な構成要素の向き、ならびに様々な構成要素の数および位置は、特定の実施形態のパラメータを規定することを意図しており、決して限定的なものではなく、例示的な実施形態にすぎない。特許請求の範囲の精神および範囲内の多くの他の実施形態および修正形態が、上記の説明を読めば当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。

Claims

第１の端部（１１０）と第２の端部（１１２）との間に延び、活性導体（１１４）および中性導体（１１６）を有する電力ケーブル（１０２）と、前記電力ケーブルに沿って前記第１の端部（１１０）と前記第２の端部（１１２）との間に位置する回路保護デバイス（１０４）と、を備える電力ケーブルアセンブリ（１００）であって、
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記活性導体（１１４）および前記中性導体（１１６）の電流差を感知してトリガイベントを開始するように構成された接地事故回路遮断デバイス（１３２）を有し、
前記回路保護デバイスは、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）に接続された高出力リレーデバイス（１３４）を有し、
前記高出力リレーデバイス（１３４）は、前記活性導体（１１４）に接続され、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）によって前記トリガイベントが開始されると活線（１６０）を開くように構成されており、
前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）は、前記活性導体（１１４）および前記中性導体（１１６）の電流差を感知するように構成された差動変圧器（１５０）と、前記差動変圧器（１５０）に電気的に接続された回路基板（１５４）とを含み、
前記活性導体（１１４）および前記中性導体（１１６）は、前記差動変圧器（１５０）が前記活性導体（１１４）および前記中性導体（１１６）の電流差を感知するように前記差動変圧器（１５０）を通過する、
電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）は常時開であり、
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記電力ケーブルアセンブリ（１００）の動作中は前記高出力リレーデバイス（１３４）を閉じており、前記トリガイベントが感知されると、前記高出力リレーデバイス（１３４）が開くことを可能にする、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）および前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）は、前記電力ケーブル（１０２）と一直線である、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）および前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）は、共通のハウジング（１３０）内に収容されている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記電力ケーブル（１０２）は、前記第１の端部（１１０）に位置する第１のコネクタ（１２０）と、前記第２の端部（１１２）に位置する第２のコネクタ（１２２）とを含み、
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記第１のコネクタ（１２０）または前記第２のコネクタ（１２２）の一方と一体化されている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記電力ケーブル（１０２）は、前記第１の端部（１１０）に位置する第１のコネクタ（１２０）と、前記第２の端部（１１２）に位置する第２のコネクタ（１２２）とを含み、
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記電力ケーブル（１０２）に沿って前記第１のコネクタ（１２０）と前記第２のコネクタ（１２２）との間に位置する別個のハウジング内に収容されている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記電力ケーブル（１０２）は、電気自動車に電気的に接続されて前記電気自動車を充電するように構成された電気自動車充電インターフェース（１２４）を有する充電コネクタを含む、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）は、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）の動作に基づいて前記活線（１６０）を開閉するように、前記活線（１６０）と一体化されている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記差動変圧器（１５０）は、前記活性導体（１１４）および前記中性導体（１１６）が通過する開口（１５２）を含む、
請求項１から８のいずれか一項に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）は、
入力端子（１７０）と、
出力端子（１７２）と、
前記入力端子（１７０）および前記出力端子（１７２）に係合して電気的に接続し、リレー回路（１７６）を形成するように構成された可動コンタクト（１７４）と、
前記可動コンタクト（１７４）を動かして前記リレー回路（１７６）を開閉するように構成された駆動コイル（１７８）と、を含み、
前記駆動コイル（１７８）は、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）からの制御電流に基づいて駆動される、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記高出力リレーデバイス（１３４）は、第１の高出力リレーデバイスであり、
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）に接続された第２の高出力リレーデバイス（１３６）をさらに備え、
前記第２の高出力リレーデバイス（１３６）は、前記中性導体（１１６）に接続され、前記接地事故回路遮断デバイス（１３２）によって前記トリガイベントが開始されると、中性線（１６２）を開くように構成されている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。
前記回路保護デバイス（１０４）は、前記接地事故回路遮断デバイスおよび前記高出力リレーデバイス（１３４）を保持するハウジング（１３０）を含み、
前記ハウジングは、前記ハウジングの第１の端部（１４０）に位置するケーブル入口（１４４）と、前記ハウジングの第２の端部（１４２）に位置するケーブル出口（１４６）とを有し、
前記電力ケーブル（１０２）は、前記ハウジング（１３０）の前記第１の端部（１４０）から前記電力ケーブル（１０２）の前記第１の端部（１１０）へ延び、かつ、
前記電力ケーブル（１０２）は、前記ハウジング（１３０）の前記第２の端部（１４２）から前記電力ケーブル（１０２）の前記第２の端部（１１２）へ延びている、
請求項１に記載の電力ケーブルアセンブリ（１００）。