JP2013232375A

JP2013232375A - コネクタ、給電システム

Info

Publication number: JP2013232375A
Application number: JP2012104901A
Authority: JP
Inventors: Naomi Takahashi; 直美高橋
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】コネクタの大きさや外的環境に左右されない検出手段を用いて、導体同士の嵌合を直接検知する信頼性および安全性の高いコネクタを提供するとともに、該コネクタを用いた給電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】コネクタ３００には、雄コネクタ１００の先端に磁石５が設けられ、雌コネクタ２００の磁石５に対向する位置にホールＩＣセンサ２５が設けられている。雄コネクタ１００と雌コネクタ２００とを嵌合させて、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲内にあるときに、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなり、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００とが嵌合状態にあると検知される。これにより、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００の回路が通電される。
【選択図】図１

Description

本発明は、コネクタの嵌合状態を検知する検知手段を備えたコネクタと該コネクタを用いた給電システムに関する。

通常、コネクタでは、充電などの電気導通を安全に行うために、コネクタの嵌合検知手段を備えており、その技術が数多く提案されている。

例えば、装置本体のコネクタとは別体の嵌合検知用コネクタが組み込まれているものや、一対のコネクタにマイクロスイッチや光、磁気、圧電を利用した位置センサが組み込まれているものなど、機械的な嵌合検知の技術がある。

電気的な嵌合検知の技術としては、互いに嵌合可能な一対のコネクタケースを有するレバー式コネクタにおいて、レバーには嵌合検知用磁石が備えられ、コネクタケースのいずれか一方にはリードスイッチが設けられ、レバーが嵌合位置へ変位したときに嵌合検知用磁石からの磁力によってリードスイッチが作動状態となる技術がある（特許文献１）。

特開２００２−３４３５０２号公報

しかしながら、特許文献１のような電気的な嵌合検知手段の場合には、コネクタが大型化すると、磁石とリードスイッチ間の距離が大きくなり、強い磁力の磁石を具備しなければならず、微少信号に悪影響を及ぼす恐れがあった。

また、機械的な検知手段は、衝撃振動に弱く、検知手段が設置箇所から外れたり、誤作動する恐れがある。

特に、上記の技術はいずれもコネクタケース同士の嵌合検知であって、導体の嵌合そのものを検知するものではない。このため、何らかの原因により、導体同士の接触が外れても、コネクタケース同士が嵌合されていると判断されれば通電が行われて、アーク放電の発生や、放電による温度上昇およびコネクタ溶融などの危険な状況になることがある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、コネクタの大きさや振動等の外的環境に左右されない検出手段を用いて、導体同士の嵌合を直接検知する信頼性および安全性の高いコネクタを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、コネクタであって、互いに嵌合可能な一対の雄コネクタおよび雌コネクタを具備し、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタのいずれか一方には磁石が設けられ、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタの他方にはホールＩＣセンサが設けられ、前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させて、前記磁石と前記ホールＩＣセンサの距離が所定範囲内にあるときに、ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなり、前記雄コネクタと前記雌コネクタとの嵌合状態を検知可能であることを特徴とするコネクタである。

本発明にかかわるコネクタは、一対の雄コネクタと雌コネクタとにより構成されている。この雄コネクタと雌コネクタに直接設けられた一対の嵌合検知手段が磁石とホールＩＣセンサである。雄コネクタと雌コネクタは、磁石とホールＩＣセンサの距離が所定範囲内にあるときにのみホールＩＣセンサの出力がＯＮとなる特性を利用して、嵌合状態にあることが検知される。すなわち、雄コネクタと雌コネクタが半嵌合状態では、磁石とホールＩＣセンサの距離が所定範囲内に到らず、ホールＩＣセンサの出力がＯＦＦとなる。このように、雄コネクタと雌コネクタの嵌合状態を直接検知できるため、信頼性および安全性の高いコネクタを提供することができる。

また、磁石とホールＩＣセンサは、雌雄コネクタの挿抜、振動、衝撃、塵埃、湿度、水滴などの外的環境に強い。

さらに、磁石とホールＩＣセンサを雄コネクタと雌コネクタに直接設けることで、磁石とホールＩＣセンサの距離を近く配置することができ、磁力の小さな磁石を適用することができる。したがって、微少信号への影響を小さくすることができる。

また、前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させた状態において、前記ホールＩＣセンサがＯＮとなる状態における前記雄コネクタと前記雌コネクタとの最大距離よりも、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタの導体部同士が接触する状態における前記雄コネクタと前記雌コネクタとの最大距離の方が長くなるようにすることが望ましい。

上述したように、磁石とホールＩＣセンサは、その距離が所定範囲内にあるときにのみホールＩＣセンサの出力がＯＮとなる。この状態における雄コネクタと雌コネクタとの最大距離とは、すなわち、磁石とホールＩＣセンサの距離の最大距離である。この最大距離よりも、雄コネクタおよび雌コネクタの導体部同士が接触する状態における雄コネクタと雌コネクタとの最大距離が長いということは、必ず導体部同士が接触しているときに、嵌合状態が検知される。したがって、信頼性および安全性の高いコネクタを提供することができる。

また、前記磁石は、前記雄コネクタまたは前記雌コネクタの先端に配置されるとともに、前記ホールＩＣセンサは、前記雄コネクタまたは前記雌コネクタの前記磁石に対向する位置に配置されるとよい。

このように構成することで、雄コネクタおよび雌コネクタが嵌合状態にあるときの磁石とホールＩＣセンサの距離をきわめて近く配置することができ、磁力の小さな磁石を適用することができる。したがって、微少信号への影響を小さくすることができる。

また、本発明にかかわる給電システムは、上述したいずれかのコネクタを用い、前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させて、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなると、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタに通電することを特徴とする給電システムである。

このように上述したいずれかのコネクタを用いる給電システムにおいては、ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなるときには、雄コネクタと雌コネクタが嵌合状態にあると検知されたときである。このときに雄コネクタと雌コネクタに通電することで、導体部同士が接触する直前、もしくは離れた（非接触となる）直後に起こる放電による温度上昇やコネクタ溶融などの危険な状況になることを防ぐことができる。

また、上述した給電システムは、前記ホールＩＣセンサの出力により動作するスイッチが、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタに通電する回路に直列に接続され、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなることで、前記回路が通電し、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＦＦとなることで、前記回路の通電が遮断されるようにしてもよい。

このような給電システムによれば、雄コネクタおよび雌コネクタに通電する回路の導通は、ホールＩＣセンサの出力に基づくものである。また、ホールＩＣセンサの出力は、上述したように、必ず雄コネクタおよび雌コネクタの導体部同士の接触中に行われる。このため、導体同士が非接触状態において通電が行われることによる放電の発生等を防ぐことができる。

本発明によれば、コネクタの大きさや外的環境に左右されない磁石とホールＩＣセンサを用いて、導体同士の嵌合を直接検知する信頼性および安全性の高いコネクタを提供することができる。

コネクタ３００を示す斜視図。雌コネクタ２００の部分断面図。磁石５とホールＩＣセンサ２５による嵌合状態の検知を説明する図で、（ａ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が嵌合される前の状態を表す図、（ｂ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が嵌合されて、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなるときの状態を表す図、（ｃ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が接触されているが、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＦＦとなるときの状態を表す図。互いに嵌合可能な雄コネクタおよび雌コネクタを２つ備えたコネクタ４００を示す図。図４のコネクタ４００の上面断面図。本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）はコネクタ５００の側面断面図、（ｂ）は嵌合検知のための磁石を備えた部分を示す図。本発明の他の実施形態を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

はじめに、図１および図２を用いて、コネクタ３００の構成について説明する。図１は、コネクタ３００を構成する雄コネクタ１００および雌コネクタ２００の斜視図であり、図２は図１の雌コネクタ２００の部分断面図である。

コネクタ３００は、雌コネクタ２００と雄コネクタ１００とが嵌合される。雄コネクタ１００は、導体部１と電線３により構成されている。また、導体部１の先端には磁石５が設けられており、封止樹脂７により導体部１に接合されている。

雌コネクタ２００は、雄コネクタ１００が嵌合可能な導体部２１と電線２３により構成されている。導体部２１の内部にはホールＩＣセンサ２５が設けられており、封止樹脂２７により導体部２１に接合されている。引き出し電線２９は、ホールＩＣセンサ２５に接続された電線であり、雌コネクタ２００に形成された切り欠部３１から外部へ引き出され、導体部２１に接続された電線２３とは区別される。

雄コネクタ１００に設けられた磁石５と雌コネクタ２００に設けられたホールＩＣセンサ２５は、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００の嵌合状態を検知するためのものである。具体的には、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲内にあるときにのみホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなる特性を利用して、嵌合状態にあることが検知される。すなわち、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が半嵌合状態（単に接触している状態）では、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲内に到らず、ホールＩＣセンサの出力がＯＦＦとなる仕組みである。なお、所定範囲とは任意の距離であり、選択される磁石とホールＩＣセンサによって異なるものである。

続いて、図３を参照しながら、磁石５とホールＩＣセンサ２５による嵌合状態の検知について説明する。図３（ａ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が嵌合される前の状態を表す図で、図３（ｂ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００とが嵌合されて、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなるときの状態を表す図であり、図３（ｃ）は雄コネクタ１００と雌コネクタ２００とが接触されているが、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＦＦとなるときの状態を表す図である。

上述したように、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲内にあるときにのみホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなる。本発明にかかわるコネクタ３００は、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００とを嵌合させた状態において、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなる状態における雄コネクタ１００と雌コネクタ２００との最大距離よりも、雄コネクタ１００の導体部１および雌コネクタ２００の導体部２１とが接触する状態における雄コネクタ１００と雌コネクタ２００との最大距離の方が長くなるように構成されている。

ここで、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００との最大距離を、磁石５（雄コネクタ１００に設けられている）とホールＩＣセンサ２５（雌コネクタ２００に設けられている）の最大距離として比較することとする。

図３（ａ）において、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００は嵌合される前の、非接触状態であるので、ホールＩＣセンサ２５の出力はＯＦＦである。

図３（ｂ）において、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲内となり、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなる。このとき、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００は嵌合状態であると検知される。

一方、図３（ｃ）のように、雄コネクタ１００は雌コネクタ２００から引き抜かれる状態において、導体部１と導体部２１は接触してはいるものの、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離が所定範囲外であるため、ホールＩＣセンサ２５の出力はＯＦＦとなる。

このように本発明のコネクタ３００によれば、磁石５が雄コネクタ１００に設けられ、ホールＩＣセンサ２５が雌コネクタ２００に設けられ、必ず、導体部１と導体部２１が接触している間に、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなりＯＦＦとなる。すなわち、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００の嵌合状態を直接検知できるため、信頼性および安全性の高いコネクタ３００を提供することができる。また、磁石５とホールＩＣセンサ２５の距離がきわめて近いため、磁力の小さな磁石を適用することができる。したがって、微少信号への影響を小さくすることができる。さらに、磁石とホールＩＣセンサは、雌雄コネクタの挿抜、振動、衝撃、塵埃、湿度、水滴などの外的環境に強い。

引き続き、図３を参照しながら、このコネクタ３００を用いた給電システムについて説明する。

本発明にかかわる給電システムでは、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなると、雄コネクタ１００および雌コネクタ２００に通電する。より具体的には、図示は省略するが、ホールＩＣセンサ２５の出力により動作するスイッチが、雄コネクタ１００および雌コネクタ２００に通電する回路に直列に接続され、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなることで、回路が通電し、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＦＦとなることで、回路の通電が遮断される。

このような給電システムによれば、図３（ａ）では、ホールＩＣセンサ２５の出力はＯＦＦであり、回路は通電されていない。図３（ｂ）では、ホールＩＣセンサ２５の出力がＯＮとなり、回路が通電される。図３（ｃ）では、ホールＩＣセンサ２５の出力はＯＦＦとなり、通電が遮断される。

このように、必ず雄コネクタ１００の導体部１と雌コネクタ２００の導体部２１との接触中に回路の通電や通電の遮断が行われる。したがって、導体部１と導体部２１が接触する瞬間、もしくは離れる（非接触となる）瞬間に起こる放電の発生等を防ぐことができる。

なお、スイッチは、センサからの出力により、電磁コイル等によって動作する機械的なスイッチであってもよく、半導体素子等の電子スイッチであってもよい。センサからの出力によって回路を閉じることができ、出力が切れることで回路を開放することができればよい。

また、上述した構成のコネクタを図４および図５のように複数配置するようにしてもよい。

図４は、互いに嵌合可能な雄コネクタおよび雌コネクタを２つ備えたコネクタ４００を示す図であり、図５はその上面断面図である。なお、コネクタの詳細については、上述した説明と重複するので番号の付与と共に説明を省略する。

雄コネクタおよび雌コネクタを二つ備えたコネクタ４００は、雄コネクタケース３３および雌コネクタケース３５により構成されている。雄コネクタケース３３の内部には、雄コネクタ１０１と雄コネクタ１０３が設けられ、雌コネクタケース３５には、雌コネクタ２０１と雌コネクタ２０３が設けられている。そして、雄コネクタ１０１と雌コネクタ２０１とが嵌合し、雄コネクタ１０３と雌コネクタ２０３とが嵌合する。

このように、ケース内に複数の雌雄コネクタが設けられるようにすれば、例えば、大型機への充電など使用目的に合わせた対応が可能であり、使用範囲を拡げることができる。

続いて、図６を参照しながら、本発明にかかわる他の実施形態について説明する。図６（ａ）はコネクタ５００の側面断面図であり、（ｂ）は嵌合検知のための磁石４５を備えた部分を示す図である。本実施の形態においても、上述の構成と重複する部分については番号の付与および説明を省略する。

本実施形態においては、雄コネクタ１０５と雌コネクタ２０５の嵌合状態を検知するための磁石４５とホールＩＣセンサ４９が雌雄コネクタケースに設けられている点が異なる。

雄コネクタ１０５を備えた雄コネクタケース３７には、係止アーム４１が具備されている。係止アーム４１の先端には、係止爪４３が形成されており、係止爪４３の表面には磁石４５が設けられている。

一方、雌コネクタ２０５を備えた雌コネクタケース３９は、雄コネクタケース３７の係止爪４３と係合するための係止凸部４７が形成されている。また、係止凸部４７後方（図中左方向）の磁石４５と対向する位置にホールＩＣセンサ４９が設けられている。

このような構成において、雄コネクタケース３７と雌コネクタケース３９とが嵌合されると、磁石４５とホールＩＣセンサ４９とが対向する。その距離が所定範囲内であれは、嵌合状態であるとして、ホールＩＣセンサ４９の出力がＯＮとなり、回路が通電される。一方、距離が所定範囲外であれは、ホールＩＣセンサ４９の出力がＯＦＦとなり、回路の通電が遮断される。

次に、本発明にかかるさらに他の実施の形態について、図７を参照にしながら説明する。本発明のコネクタ６００は、クリップ式の雌コネクタ２０７に雄コネクタ１０７を差し込むものである。雄コネクタ１０７の先端には磁石５１が設けられ、雌コネクタ２０７の内部奥にはホールＩＣセンサ５３が設けられている。

このような構成においても、上述した第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、雄コネクタ１０７と雌コネクタ２０７との嵌合状態を磁石５１とホールＩＣセンサ５３との距離により検知して、ホールＩＣセンサ５３の出力をＯＮもしくはＯＦＦとする。これに基づき、雄コネクタ１０７と雌コネクタ２０７の回路の通電や遮断が行われる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了承される。

例えば、前述した実施形態において、磁石とホールＩＣセンサとの配置を逆にしてもよい。

１、２１………導体部
３、２３………電線
５、４５、５１………磁石
７、２７………封止樹脂
２５、４９、５３………ホールＩＣセンサ
２９………引き出し電線
３１………切り欠部
３３、３７………雄コネクタケース
３５、３９………雌コネクタケース
４１………係止アーム
４３………係止爪
４７………係止凸部
１００、１０１、１０３、１０５、１０７………雄コネクタ
２００、２０１、２０３、２０５、２０７………雌コネクタ
３００、４００、５００、６００………コネクタ

Claims

コネクタであって、
互いに嵌合可能な一対の雄コネクタおよび雌コネクタを具備し、
前記雄コネクタおよび前記雌コネクタのいずれか一方には磁石が設けられ、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタの他方にはホールＩＣセンサが設けられ、
前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させて、前記磁石と前記ホールＩＣセンサの距離が所定範囲内にあるときに、ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなり、前記雄コネクタと前記雌コネクタとの嵌合状態を検知可能であることを特徴とするコネクタ。
前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させた状態において、前記ホールＩＣセンサがＯＮとなる状態における前記雄コネクタと前記雌コネクタとの最大距離よりも、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタの導体部同士が接触する状態における前記雄コネクタと前記雌コネクタとの最大距離の方が長いことを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
前記磁石は、前記雄コネクタまたは前記雌コネクタの先端に配置されるとともに、前記ホールＩＣセンサは、前記雄コネクタまたは前記雌コネクタの前記磁石に対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ。
給電システムであって、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のコネクタを用い、
前記雄コネクタと前記雌コネクタとを嵌合させて、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなると、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタに通電することを特徴とする給電システム。
前記ホールＩＣセンサの出力により動作するスイッチが、前記雄コネクタおよび前記雌コネクタに通電する回路に直列に接続され、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＮとなることで、前記回路が通電し、前記ホールＩＣセンサの出力がＯＦＦとなることで、前記回路の通電が遮断されることを特徴とする請求項４記載の給電システム。