电缆以及具备该电缆的连接结构体、布线及系泊型移动体

摘要

本发明的目的在于提供可以实现电缆整体的重量的轻质化的电缆等，所述电缆用于至少进行系泊型移动体的系泊及供电。本发明的电缆(1)为下述电缆，其用于将系泊型移动体(2)连接于包含电源单元(5)的集合单元(6)而至少进行系泊型移动体向集合单元的系泊、以及从电源单元向系泊型移动体的供电，其中，构成电缆的导体的线束的至少一部分为高强度铝系导体。

说明书

技术领域

本发明涉及电缆以及具备该电缆的连接结构体、布线和系泊型移动体，所述电缆用于将系泊型移动体连接于包含电源单元的集合单元而至少进行前述系泊型移动体向集合单元的系泊、以及从电源单元向系泊型移动体的供电。

背景技术

移动体、例如无人机(通过远程操作、自律控制而在空中、水中移动的无人机)最初以军事目的被开发，但近年来，除了灾害救助以外，还开发了从空中拍摄影像或实施红外线照射而进行基础设施的缺陷调查的空中无人机、对在海中游泳的鱼进行拍摄或进行海洋探查的水下无人机等而被民用，已被用于各种各样的用途。

被民用的以往的(空中)无人机通常搭载例如电池(例如，将3.7V的锂电池串联地连接而由6个单元构成的电池)来进行驱动。无人机的规格各种各样，若列举在航拍中利用的无人机的情况作为一例，则机体重量为约10kg左右，可提起的重量为约5～6kg左右。

但是，对于以所搭载的电池为驱动源的无人机而言，其工作时间短，最多为20分钟左右，被限于短时间内的用途。

因此，如果能够使无人机无时间限制地工作，则可期待用途进一步扩大，例如能够持续地取得从上空拍摄的数据、或者活用于24小时的防止犯罪对策，等等。

作为用于使无人机无时间限制地工作的手段，例如如专利文献1所记载的那样，采用如下构成是有用的，所述构成具备设置于地上的地上部、第一端部被连接于地上部的复合电缆、以及连接于复合电缆的第二端部的飞行体，复合电缆具有两根供电用的导电线、一根或两根光纤、以及由一根以上的芳族聚酰胺纤维形成的张力元件，介由复合电缆将飞行体系泊于地上部，并且从地上部介由复合电缆向飞行体输电。

然而，在专利文献1中，作为构成复合电缆的导电线(导体)，使用了比重为8.9g/cm

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-74257号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供用于至少进行系泊型移动体的系泊及供电、且能够实现重量的轻质化的电缆；以及具备该电缆的连接结构体、布线及系泊型移动体。

用于解决课题的手段

本申请的发明人反复进行了深入研究，其结果，针对用于浮于远方的无人机的系泊及供电的电缆的优化进行了研究，结果发现：使用拉伸强度比以往的铝系导体更高的新型高强度铝系导体来代替软铜导体作为电缆的导体时，拉伸强度为与软铜导体的拉伸强度同等以上，同时电缆整体的重量显著变小，能够使无人机浮至远方，而且能够进行无人机的系泊及供电，由于与无人机的起飞和着陆相伴的电缆向电缆盘的反复释放(放卷)·收卷而产生的耐疲劳特性也优异，基于该见解而完成了本发明。

即，本发明的要旨构成如下所述。

(1)电缆，其特征在于，其用于将系泊型移动体连接于包含电源单元的集合单元而至少进行前述系泊型移动体向前述集合单元的系泊、以及从前述电源单元向前述系泊型移动体的供电，其中，构成该电缆的导体的线束的至少一部分为高强度铝系导体。

(2)根据上述(1)所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体的拉伸强度为180MPa以上。

(3)根据上述(1)或(2)所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体由8000系铝合金形成。

(4)根据上述(1)或(2)所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体由5000系铝合金形成。

(5)根据上述(1)或(2)所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体由6000系铝合金形成。

(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体具有晶粒沿着前述高强度铝系导体的延伸方向并齐延伸的纤维状金属组织，并且，在与前述延伸方向平行的截面中，前述晶粒的与长度方向垂直的尺寸的平均值为500nm以下。

(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体的线束直径为0.35mm以下。

(8)根据上述(1)～(7)中任一项所述的电缆，其中，前述高强度铝系导体被铜、镍、银或锡覆盖。

(9)根据上述(1)～(6)中任一项所述的电缆，其中，前述电缆的导体是使前述高强度铝系导体与其他导体进行合股加捻而构成的。

(10)根据上述(1)～(9)中任一项所述的电缆，其中，前述电缆还具有光纤。

(11)根据上述(1)～(10)中任一项所述的电缆，其中，前述电缆还具有张力元件。

(12)根据上述(1)～(11)中任一项所述的电缆，其中，前述集合单元还具有能够将前述电缆进行收卷和放卷的卷绕单元。

(13)连接结构体，其具备：上述(1)～(12)中任一项所述的电缆的导体；端子，其具有压接连接于该导体的末端的压接部、及与对侧端子连接的连接器部；和紫外线固化树脂，其将至少包含前述电缆导体与前述压接部被压接连接的部分的外表面区域覆盖。

(14)连接结构体，其具备：上述(1)～(12)中任一项所述的电缆；带接线筒和绝缘筒的端子，其通过分别利用前述接线筒和前述绝缘筒把持从该电缆去除绝缘覆盖而露出的导体部分和绝缘覆盖部分，从而与前述导体部分和前述绝缘覆盖部分一体地安装；和密封材料嵌入部，其跨越安装有前述端子的前述露出的导体部分和前述绝缘覆盖部分而形成，且由25℃下的固化时的弹性模量为0.55～0.72MPa的范围的液态硅橡胶形成。

(15)布线，其在上述(1)～(12)中任一项所述的电缆的末端压接有压接端子，前述压接端子具备允许针对该电缆的导体部分进行压接连接的压接部，其中，前述压接端子中，以由板材构成截面中空形状、并且在前述截面中空形状中将前述板材沿着长度方向进行焊接的方式构成前述压接部，在前述截面中空形状中的前述压接部的长度方向的一端侧具备密封部，所述密封部是在前述板材彼此重合成面状的状态下沿着与前述长度方向交叉的方向进行焊接而形成的。

(16)根据上述(15)所述的布线，其中，在位于与前述压接部的开口相对的位置的前述电缆的导体部分的表面区域具有疏水层。

(17)系泊型移动体，其具备上述(1)～(12)中任一项所述的电缆、上述(13)或(14)所述的连接结构体、或者上述(15)或(16)所述的布线。

发明的效果

根据本发明，提供下述电缆以及具备该电缆的连接结构体、布线及系泊型移动体，对于所述电缆而言，通过使构成电缆的导体的线束的至少一部分为高强度铝系导体，从而即使在使无人机浮至远方(例如距离地上为100米以上的高度位置)而成为长100米以上的电缆悬挂于无人机的状态的情况下，也具有足以将无人机系泊的拉伸强度(抗张力)，另外，由于与无人机的起飞和着陆相伴的电缆向电缆盘的反复释放(放卷)·收卷而产生的耐疲劳特性也优异，而且能够实现电缆整体的重量的轻质化。

附图说明

[图1]图1是示意性地表示使用本发明涉及的电缆进行系泊和供电、同时在悬停状态下利用摄像机进行航拍的系泊型移动体(空中无人机)的图。

具体实施方式

<本发明的电缆>

接下来，针对依照本发明的电缆的优选实施方式，在下文中进行说明。

图1是示意性地表示使用本发明涉及的电缆1对处于悬停状态的系泊型移动体即无人机2进行系泊及供电、同时利用摄像装置即摄像机3进行航拍的状态的图。

依照本发明的电缆1将一端连接于具有作为卷绕单元的电缆盘4及作为电源单元的电源装置5且被固定设置于地上的集合单元6，将另一端连接于无人机2，是用于至少进行无人机2向集合单元6的系泊、以及从电源装置5向无人机2的供电的电缆。

而且，对于本发明的电缆1而言，构成电缆1的导体的线束的至少一部分必须为高强度铝系导体，由此，拉伸强度高，耐疲劳特性优异，而且能够实现电缆整体的轻质化。

电缆盘4使收卷辊旋转而将电缆1收卷。例如在无人机2从远方接近集合单元6的周边的情况下，通过将从电缆盘4释放(放卷)的电缆1收卷于电缆盘4，从而可以使电缆1在集合单元6内的收纳节省空间。

此处，作为用于进行无人机2的系泊及供电的电缆1所需的特性，可举出：为了将无人机2系泊所需的拉伸强度(抗张力)、由于与无人机2的起飞和着陆相伴的电缆1从电缆盘4的解放(放卷)及收卷而产生的反复弯曲特性(耐疲劳特性)、用于传输数据的高频传输、导电性等。

需要说明的是，关于构成无人机2中使用的电缆1的导体的导电性，如果形成升压至比较高的电压(例如400V)来输送电力的构成，则能够减少流过电缆1的导体的电流，因此，具有某种程度的导电性(例如35％IACS以上)即可。

作为用于实现电缆1的轻质化的手段，例如，尝试了使用比重(2.7g/cm

但是，发现了如下问题：以往的铝系导体的拉伸强度即使高也最多为160MPa左右，比软铜导体的拉伸强度(230MPa左右)低，因此，通过反复进行伴随无人机2的起飞和着陆而发生的电缆1从电缆盘4的释放(放卷)及电缆1向电缆盘4的收卷，使得张力、弯曲力反复作用于构成电缆1的导体，构成导体的线束的一部分发生断裂，存在导体的电阻增加的倾向。基于这样的问题，本发明的电缆1中，构成电缆1的导体的线束的至少一部分为高强度铝系导体。

为了使无人机2浮于远方，需要加长电缆3的全长，但在以往的软铜绞线中，比重为8.9g/cm

作为搭载于无人机2的摄像机3，例如对于最近的高性能摄像机而言，性能提高至在距离地上的高度为100m的位置进行拍摄时的分辨率为3mm左右，因此可以从更高的地方进行拍摄，另一方面，摄像机3的重量大，而利用经轻质化的电缆1，可以在进行搭载有摄像机3的无人机2的系泊及供电的同时，使无人机2浮至远方(例如距离地上为100m以上的高度位置)并悬停(静止于空中的一点的工作状态)而在长时间内容易地执行航拍等作业，因此，从更高的地方进行利用无人机2的摄像机拍摄变得容易，在不使无人机2在大范围内移动的情况下就可以在短时间内取得涉及更大范围的信息，用途进一步扩大，从上述方面考虑是优选的。

另外，具有高强度铝系导体的线束的电缆1与以往的铝系导体相比，拉伸强度和耐疲劳特性更高，因此，可以抑制由于反复进行电缆1相对于电缆盘4的释放(放卷)和收卷所导致的线束的断裂、与其相伴的电缆1的电阻的增加。

从在无人机上浮时能够充分地对抗作用于电缆的张力而将无人机可靠地系泊的方面考虑，高强度铝系导体的拉伸强度为180MPa以上是优选的，更优选设为260MPa以上，进一步优选设为380MPa以上，特别优选设为500MPa以上。

对于高强度铝系导体的组成而言，只要具有180MPa以上的拉伸强度，就没有特别限定，可以是纯铝，也可以是铝合金，特别优选由5000系(Al-Mg系)、6000系(Al-Mg-Si系)或8000系(Al-Si-(Cu、Mg)系)的铝合金形成。

优选的是，高强度铝系导体具有晶粒沿着前述高强度铝系导体的延伸方向并齐延伸的纤维状金属组织，并且，在与前述延伸方向平行的截面中，前述晶粒的与长度方向垂直的尺寸的平均值为500nm以下。由此，可以使铝系导体的拉伸强度与以往的铝系导体相比显著变高。

从减少被弯曲的导体的表面附近的变形的方面考虑，高强度铝系导体的线束直径优选为0.35mm以下。

高强度铝系导体本身就充分地具备所期望的特性，因此，即使没有进行覆盖，也可以用作用于进行无人机等的系泊·供电的电缆。另外，为了赋予所期望的特性，高强度铝系导体优选被铜、镍、银或锡覆盖。在通过镀敷、包层等方法利用其他金属进行覆盖的情况下，具有良好的接合特性，并且与裸露材料的情况同样地，可以满足高拉伸强度、耐疲劳特性及导电性中的全部。而且，还能够实现接触电阻的减少、耐腐蚀性的提高等效果。在与导体的延伸方向垂直的截面中，覆盖率达到总面积的25％左右为宜。这是因为，若覆盖率过多，则轻质化效果降低。优选为15％以下，更优选为10％以下，进一步优选为5％以下。另外，高强度铝系导体可以利用以往所使用的已知材料进行覆盖。

电缆的导体优选使高强度铝系导体与其他导体进行合股加捻而构成。作为其他导体，可举出铜或铜合金、钢琴线材、软钢线材、硬钢线材、不锈钢线材。在需要特别高的电导率的情况下，优选使用软铜作为其他导体。

另外，在需要光传输搭载于无人机的摄像机的影像的情况下，电缆优选还具有光纤。

进而，在需要电缆整体的抗张力的情况下，电缆优选还具有张力元件。

<本发明的连接结构体>

从防止高强度铝系导体与端子之间的电腐蚀的方面考虑，优选：上述电缆在其导体的末端具有具备端子和紫外线固化树脂的连接结构体，所述端子具有压接连接于该导体末端的压接部、及与对侧端子连接的连接器部，所述紫外线固化树脂将至少包含电缆导体与压接部被压接连接的部分的外表面区域覆盖。

另外，从防止高强度铝系导体与端子之间的电腐蚀的方面考虑，优选：在电缆(的末端)具有连接结构体，所述连接结构体具备：带接线筒和绝缘筒的端子，其通过分别利用前述接线筒和前述绝缘筒把持从电缆去除绝缘覆盖而露出的导体部分和绝缘覆盖部分，从而与前述导体部分和前述绝缘覆盖部分一体地安装；和密封材料嵌入部，其跨越安装有端子的前述露出的导体部分和前述绝缘覆盖部分而形成，且由25℃下的固化时的弹性模量为0.55～0.72MPa的范围的液态硅橡胶形成。

<本发明的布线>

进而，从腐蚀、电腐蚀的方面考虑，优选：电缆在其末端压接压接端子而构成为布线，所述压接端子具备允许针对该电缆的导体部分进行压接连接的压接部，压接端子中，以由板材构成截面中空形状、并且在前述截面中空形状中将前述板材沿着长度方向进行焊接的方式构成压接部，在前述截面中空形状中的前述压接部的长度方向的一端侧具备密封部，所述密封部是在前述板材彼此重合成面状的状态下沿着与前述长度方向交叉的方向进行焊接而形成的。

进而，另外，从防止腐蚀、电腐蚀的方面考虑，优选：该布线在位于与压接部的开口相对的位置的电缆的导体部分的表面区域具有疏水层。

而且，优选本发明的系泊型移动体具备：具有上述构成的电缆、具有该电缆的连接结构体或布线。

<构成本发明的电缆的高强度铝系导体的特性>

[拉伸强度]

拉伸强度设为依据JIS Z2241：2011进行测定而得的值。详细的测定条件在后述实施例一栏中进行说明。

特别是在本发明的高强度铝系导体为线棒材的情况下，优选拉伸强度为180MPa以上。这样的拉伸强度超过ASTM INTERNATIONAL所示的导电用铝A1350的拉伸强度即60～170MPa(规格名：B230/B230M-07)。因此，例如，在将本发明的铝合金线棒材应用于电缆的情况下，具有在维持电缆的高张力的状态下将电缆的导体的截面积和重量减少10％的效果。另外，本发明的更优选的拉伸强度为260MPa以上，进一步优选的拉伸强度为300MPa以上。进一步更优选的拉伸强度为340MPa以上。这样的拉伸强度超过ASTM INTERNATIONAL所示的6000系铝合金A6201的拉伸强度即305～330MPa(规格名：B398/B398M-14)。进一步优选的拉伸强度为380MPa以上，特别优选为500MPa以上。

[耐疲劳特性]

关于耐疲劳特性，在反复进行电缆向直径为20cm的电缆盘的收卷和释放(放卷)的同时测定电阻，通过由变形引起的电阻的上升量达到初始电阻的10％以上时的反复次数来进行评价。

[电导率]

电导率还根据有无升压而不同，但优选为35％IACS以上，更优选为42％IACS以上。作为参考，电导率为35％IACS以上且截面积为0.75sq的导体的电导率为65Ω/km以下。

<本发明的系泊型移动体>

本发明的系泊型移动体可以应用于在系泊的状态下移动的各种移动体，即，不仅可应用于上述空中无人机，还可应用于在海或河川等的探查或摄影、海底电缆或海中电缆之类的设置在水中的各种电缆的监视等中使用的水下无人机、可从水中移动到空中的水空两用无人机等。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受上述实施方式的限制，包含本发明的概念及权利要求书中所含的所有方式，可在本发明的范围内进行各种改变。

接下来，试制作为具有本发明的电缆的系泊型移动体的空中无人机，并对性能进行评价，因此进行说明。需要说明的是，以下进行说明的本发明例只不过是为了具体表明本发明的效果而公开了一部分，本发明并不仅限于这些本发明例。

(本发明例1～7)

空中无人机使用了六旋翼飞行器(型号Matrice 600，DJI公司制)，其机体重量为8.9kg且搭载六个旋翼(螺旋桨)。无人机中，将旋转轴设为碳制，将螺旋桨的尺寸设为21英寸的直径，搭载每1伏的转速为130rpm/V的电动机，并且通过电子速度控制器来控制电动机的转速。另外，无人机还搭载了6kg的航拍用摄像机。

作为用于进行空中无人机的系泊和供电的电缆，使用为表1所示的电缆的结构、构成电缆的导体、张力元件等的材质、线径等的结构的电缆，电缆的全长为200米，电缆的绞线导体的面积为0.75sq。对每根导体设置聚丙烯制的覆盖。在其外侧设置聚乙烯制的护套。

电缆用于将无人机系泊，并且利用构成设置于地上的集合单元的电源单元向无人机侧供给使电压从100V升压至400V的电力。另外，流过电缆的电流在利用搭载于空中无人机的DC-DC转换器使电压从250V降低到22V后进行向无人机的供电。

关于电缆的质量，使用高强度铝合金作为导体的电缆为2.4kg(本发明例1～2、5～7)，使用软铜作为导体的电缆为4.4kg(比较例5)。在导体中使用了高密度铝合金和软铜的电缆为3.0kg(本发明例3)。

[评价]

使用带有上述各本发明例和各比较例的电缆的无人机，进行以下所示的特性评价。

[1]拉伸强度

关于所制作的各电缆中的绞线导体的拉伸强度，依据JIS Z2241：2011并使用精密万能试验机(株式会社岛津制作所制)来进行拉伸试验，测定拉伸强度(MPa)。本实施例中，将构成电缆的导体的拉伸强度为180MPa以上的情形设为合格水平。将护套及覆盖剥离，在仅为导体的绞线的状态下进行测定。将试验力的最大值除以试验前的线束的合计截面积，从而算出应力。

[2]耐疲劳特性

关于耐疲劳特性，在地上位置与高度为200m的位置之间反复进行起飞和着陆，测定导体电阻增加了5％时的反复次数，进行评价。需要说明的是，“导体电阻增加了5％时的反复次数”是指：在每次飞行时，若与向电缆盘的收卷和从电缆盘的释放、以及飞行相伴地向电线施加张力、弯曲，则其影响会使电缆(电线)的电阻发生变化，因此，在每次反复飞行时测定电阻，将由变形所致的电阻的上升量比初始电阻高10％以上时设为不能飞行，至此时为止所进行的起飞和着陆的反复次数。本实施例中，关于耐疲劳特性，将起飞和着陆的反复次数为10次以上的情形设为合格水平。

[3]绞线的电阻(电导率)

绞线的电阻在20±1℃下通过四端子法进行测定。本实施例中，将截面积为0.75sq的绞线的电阻为65Ω/km以下的情形设为合格水平。

根据表1的评价结果，对于本发明例1～7的电缆而言，拉伸强度、电导率(绞线的电阻)以及耐疲劳特性全部均为合格水平，与使用了软铜导体的比较例5相比，电缆的重量实现了2kg左右的轻质化。

另一方面，对于比较例1～4而言，构成电缆的导体使用了以往的铝导体，因此，电缆整体的重量变小，无人机能够浮至200m的高度位置，但是导体的拉伸强度不足，因此耐疲劳特性变差。另外，对于比较例5而言，构成电缆的导体使用了软铜导体，因此，电缆整体的重量变大，其结果，无人机无法浮至200m的高度位置，而只能到达中途的位置。

附图标记说明

1 电缆

2 系泊型移动体(或无人机)

3 摄像装置(或摄像机)

4 卷绕单元(或电缆盘)

5 电源单元

6 集合单元