JP2014160637A - 電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】機器の損傷または誤動作を起こさない電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールを提供する。
【解決手段】同心円状のパターン電極110とパターン電極部マグネット130を含むパターン電極部モジュール100と、複数のピン端子211〜215と、ピン端子部マグネットとを含むピン端子部モジュール200と、からなるマグネチックコネクタモジュールであって、前記パターン電極部マグネット130と前記ピン端子部マグネットが磁気的に結合することで前記パターン電極110と前記複数のピン端子211〜215を接触させ、前記複数のピン端子211〜215に含まれる接地電力端子GNDと信号端子Sが電気的に短絡状態のときにのみ電力供給を許容する電力供給遮断回路260がピン端子部モジュール200に含まれる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールに関し、より詳細には、電子機器に電力を供給するマグネチックコネクタモジュールにおいて、パターン電極部の電極とピン端子部のピン端子が正確に接触したときにのみ電力を供給する電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールに関する。
通常、各種の電気/電子機器(以下、「電子機器」とする)に直流電源を供給する際に雌コネクタと雄コネクタを用いる方式を主に利用しているが、このような方式は、雌コネクタと雄コネクタの連結過程でコネクタの損傷をもたらす恐れがあり、機器に設けられた雌コネクタを探し出して雄コネクタを垂直に抜き差しする必要があるなど、様々な不都合がある。
このような不都合を改善するためにマグネチックコネクタを利用する技術が従来開発されて、日本公開特許公報S63−274070号(公開日:1988.11.11.発明の名称:コネクタ装置)、米国公開特許第2010−0080563号(公開日:2010.04.01.発明の名称:MAGNETIC CONNECTOR WITH OPTICAL SIGNAL PATH)、米国公開特許第2012−0021619号(公開日:2012.01.26.発明の名称:PROGRAMMABLE MAGNETIC CONNECTORS)、韓国登録特許第1116159号(登録日:2012.02.07.発明の名称:端子連結モジュールおよびこれを備えた端子連結装置)などに開示されている。
しかし、このような充電装置は、電子機器を任意の角度で自由に着脱および回転することができないという問題点がある。このような問題点を解決するために、韓国登録特許第1204510号(登録日:2012.11.19.発明の名称:モバイル端末の充電装置)には、電子機器を任意の角度で自由に着脱および回転できるようにするためのマグネチックコネクタを含む充電装置を開示している。
しかし、前記公開されたマグネチックコネクタは、マグネチックコネクタを連結する際に、連結が安定化する前に瞬間的に連結が誤った状態が発生することがあり、機器の損傷または誤動作を起こすという問題点がある。
既存の充電装置にも過電流が流れる際に電流を制限する回路は設けられているが、マグネチックコネクタを連結する際に、連結が安定化する前に瞬間的に連結が誤った状態が発生する場合には効果がない。
本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明で解決しようとする課題は、マグネチックコネクタを連結する際に、連結が安定化する前に瞬間的に連結が誤った状態が発生してもその瞬間には電力の供給が制限されて機器の損傷または誤動作を起こさないマグネチックコネクタモジュールを提供することである。
前記のような課題を解決しようとする本発明に係る電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールは、パターン電極部モジュールと、ピン端子部モジュールと、からなるマグネチックコネクタモジュールであって、前記パターン電極部モジュールは、同心円状のパターン電極と、パターン電極部マグネットと、パターン電極部コネクタと、を含み、前記ピン端子部モジュールは、複数のピン端子と、ピン端子部マグネットと、ピン端子部コネクタと、を含み、前記パターン電極部マグネットと前記ピン端子部マグネットが磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させ、前記複数のピン端子は、電力端子VCCと、接地電力端子GNDと、信号端子Sと、を含み、前記パターン電極のうち接地電力端子GNDに接触する電極と、信号端子Sに接触する電極と、は電気的に短絡されており、接地電力端子GNDと信号端子Sが電気的に短絡状態のときにのみ電力端子VCCに電力供給を許容する電力供給遮断回路がピン端子部モジュールに含まれることを特徴とする。
前記複数のピン端子は、データ端子D+と、データ端子D−と、をさらに含むことができる。
前記ピン端子部モジュールは、データ端子D+またはデータ端子D−の電圧が所定基準電圧以上の場合に、データ端子D+およびデータ端子D−へのデータ出力を中断させる回路をさらに含むことができる。
前記ピン端子部モジュールは、データ端子D+の電圧が所定電圧以上の場合に、データ端子D+へのデータ出力を中断させ、データ端子D−の電圧が所定基準電圧以上の場合に、データ端子D−へのデータ出力を中断させる回路をさらに含むことができる。
前記パターン電極のうち接地電力端子GNDに接触する電極と、信号端子Sに接触する電極と、は一体に形成され、リング状であることができる。
前記ピン端子は、ピン端子部モジュールに内蔵された板ばねの一部が孔を介して突出した形態であることができる。
前記ピン端子は、ピン端子部モジュールに内蔵された線形ばねの一部が孔を介して突出した形態であることができる。
前記パターン電極部マグネットは前記パターン電極の内側に内蔵され、前記ピン端子部マグネットは前記ピン端子の内側に内蔵されることができる。
前記パターン電極部マグネットは、前記パターン電極の周辺に前記パターン電極の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置され、前記ピン端子部マグネットは、前記ピン端子の周辺に前記ピン端子の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置されることができる。
前記パターン電極部マグネットは、前記パターン電極の内側に内蔵される第1マグネットと、前記パターン電極の周辺に前記パターン電極の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置される第3マグネットと、を含み、前記ピン端子部マグネットは、前記ピン端子の内側に内蔵される第2マグネットと、前記ピン端子の周辺に前記ピン端子の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置される第4マグネットと、を含み、第1マグネットは第2マグネットと磁気的に結合し、第3マグネットは第4マグネットと磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させることができる。
前記ピン端子部コネクタはUSBコネクタであることができる。
前記のような課題を解決しようとする本発明に係る電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールは、パターン電極部モジュールと、ピン端子部モジュールと、からなるマグネチックコネクタモジュールであって、前記パターン電極部モジュールは、同心円状のパターン電極と、パターン電極部マグネットと、パターン電極部コネクタと、を含み、前記ピン端子部モジュールは、複数のピン端子と、ピン端子部マグネットと、ピン端子部コネクタと、を含み、前記パターン電極部マグネットと前記ピン端子部マグネットが磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させ、前記複数のピン端子は、電力端子VCCと、接地電力端子GNDと、信号端子Sと、を含み、接地電力端子GNDと信号端子Sが対応する電極と正確に接触するときにのみ電力端子VCCに電力供給を許容する電力供給遮断回路がピン端子部モジュールに含まれることができる。
本発明に係る電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールによれば、マグネチックコネクタを連結する際に、連結が安定化する前に瞬間的に連結が誤った状態が発生してもその瞬間には電力の供給が制限されてデータラインの連結が遮断され、機器の損傷または誤動作を起こさない。
本発明に係るマグネチックコネクタモジュールを含む電子機器の斜視図である。 本発明に係るパターン電極部モジュールの平面図である。 本発明に係るパターン電極部モジュールの底面図である。 本発明に係るピン端子部モジュールの平面図である。 本発明に係る板ばねの側面図である。 本発明に係るマグネチックコネクタモジュールの内部回路図である。 本発明に係る電力供給遮断回路の具体的な回路図である。 本発明に係るマグネチックコネクタモジュールの他の実施例の斜視図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュールについてより詳細に説明する。
図1は本発明に係るマグネチックコネクタモジュールを含む電子機器の斜視図であり、図2は本発明に係るパターン電極部モジュールの平面図であり、図3は本発明に係るパターン電極部モジュールの底面図であり、図4は本発明に係るピン端子部モジュールの平面図である。
電子機器Aには同心円状のパターン電極110を含むパターン電極部モジュール100が設けられ、電子機器Aは充電装置(図示せず)に連結されるピン端子部モジュール200から電力の供給を受ける。
マグネチックコネクタモジュールは、パターン電極部モジュール100と、ピン端子部モジュール200と、からなる。
パターン電極部モジュール100は、同心円状の電極111〜114が形成されたパターン電極110と、パターン電極部本体120と、パターン電極部マグネット130と、導線が形成されたFPCB140と、パターン電極部コネクタ150と、を含む。
パターン電極部本体120の上面にはパターン電極110が設けられ、パターン電極部本体120の底面にはパターン電極部マグネット130が設けられる。
パターン電極110の電極は、FPCB140上の導線によってパターン電極部コネクタ150に連結され、パターン電極部コネクタ150は、電子機器の内部のコネクタ(図示せず)に接続することができる。
本実施例では、パターン電極部モジュール100がFPCB140を含んでいるが、パターン電極部コネクタ150がパターン電極部本体120に設けられてもよく、FPCB140は省略してもよい。
パターン電極部本体120には多数の固定孔121〜124が形成されており、その固定孔121〜124にねじを挿入する方式でパターン電極部本体120を電子機器Aに固定することができる。パターン電極部本体120は他の方式によって電子機器Aに固定してもよく、多数の固定孔121〜124は省略してもよい。
ピン端子部モジュール200は、多数のピン端子211〜215が形成されたピン端子部210と、ピン端子本体部220と、ピン端子ケーブル240と、ピン端子部コネクタ250と、を含む。
ピン端子本体部220の一面にはピン端子部210が形成され、ピン端子部210は複数のピン端子211〜215を含む。また、ピン端子部210の内側にはピン端子部マグネット(図示せず)が設けられる。
ピン端子部210において、複数のピン端子211〜215は、ピン端子ケーブル240を介してピン端子部コネクタ250に連結され、ピン端子部コネクタ250は、充電装置のコネクタ(図示せず)に連結されることができる。
ピン端子部コネクタ250はUSBコネクタからなっていてもよく、ピン端子部コネクタ250がUSBコネクタからなると、USBコネクタが設けられた様々な装置に連結することができるという利点がある。
ピン端子部コネクタ250は、USBコネクタ以外の様々なコネクタに実現することができる。
パターン電極110とピン端子部210との距離が近くなれば、パターン電極部マグネット130とピン端子部マグネット(図示せず)との間には引力が作用することになり、その力によってパターン電極110の電極111〜114がピン端子部210のピン端子211〜215に接触する。より具体的に説明すると、電極111はピン端子211に接触し、電極112はピン端子212に接触し、電極113はピン端子213に接触し、電極114はピン端子214およびピン端子215に接触する。ピン端子部210は、ピン端子部210の表面に形成された5個の孔にそれぞれのピン端子211〜215が露出した形態となっている。
それぞれの電極がそれぞれのピン端子に接触して電気的に連結されるにあたり、ピン端子は、押圧力により押し込まれ、押圧力がなくなると弾性によって跳ね返る弾性構造で製造することが好ましい。そのような弾性構造であればすべての電極が対応するピン端子に接触することができるためである。
弾性構造で製造するために円筒状のピン端子とコイルばねを用いる構造を利用すると、ピン端子部が厚くなって装置の小型化に不利である。
そのため、ピン端子は板ばねなどで実現することが好ましい。
図5は本発明に係る板ばねの側面図である。薄くて長い長方形の材料が図5に示したような側面図の形状を有するように折り曲げられて突出した中央部分がピン端子部210の孔に露出すると、ピン端子部が非常に薄い弾性構造を実現することができる。
板ばねの側面図を図5のように保持したまま幅を極めて狭くすれば、そのばねは線形ばねになる。すなわち、板ばねは、図5に示したような側面図の形状に金属線を折り曲げることで製造される。
弾性構造を実現するにあたり線形ばねを利用すれば、ピン端子部の軽量化および小型化に有利である。
パターン電極部マグネット130とピン端子部マグネット(図示せず)との間に引力が作用するためには対向するマグネットの極性が互いに反対の極性でなければならない。
図6は本発明に係るマグネチックコネクタモジュールの内部回路図である。ピン端子211とピン端子214は、電力を供給するための電力端子VCCと電力端子GND(接地電極)に該当する。ピン端子212とピン端子213は、データを伝送するためのデータ端子D+とデータ端子D−である。ピン端子215は電気的な短絡(ショート)を検出するための信号端子Sである。
パターン電極部モジュール100とピン端子部モジュール200が結合する際に、ピン端子211〜214は、それぞれパターン電極111〜114に接触し、ピン端子215はパターン電極114に接触する。
したがって、パターン電極部モジュール100とピン端子部モジュール200が安定的に結合すると、ピン端子214とピン端子215は短絡(ショート)される。
ピン端子214とピン端子215が短絡されると、短絡検出回路260がこれを検出してスイッチ265をON状態に変える。スイッチ265がON状態となると端子211に電力を供給することができる。
万が一、ピン端子214とピン端子215がパターン電極114に接触しなくなると、スイッチ265がOFF状態となり、端子211への電力供給が中断される。
短絡検出回路260とスイッチ265は電力供給遮断回路を構成する。電力供給遮断回路は様々な方法によって実現されることができ、そのうち一つの方法は、図7に示した回路によっても実現されることができる。
図7は本発明に係る電力供給遮断回路の具体的な回路図である。
ピン端子214とピン端子215が短絡されていない状態ではピン端子215が電力供給線V+と同じ電圧になるためハイ(high)状態となる。これにより、Q1(PチャネルMOS−FET)はOFF状態となり、端子211には電力が供給されない。
しかし、ピン端子214とピン端子215が短絡されると、ピン端子215はロー(low)状態となる。これにより、Q1はON状態となり、ピン端子211に電力供給線V+の電力が供給される。
電力が供給されている状態でピン端子214とピン端子215の連結が遮断されると、ピン端子215は電力供給線V+と同じ電圧になるためピン端子211には電力が供給されない。
短絡検出回路260とスイッチ265により、ピン端子214とピン端子215がパターン電極114に接触すると、電力供給が開始する。したがって、パターン電極111〜114とピン端子211〜215が正確な位置に接触した後に電力供給が開始するため、瞬間的に連結が誤った状態が発生してもその瞬間には電力供給が制限されて機器の損傷または誤動作を起こさない。
電力供給遮断回路は、ピン端子本体部220に設けられてもよく、ピン端子部コネクタ250に設けられてもよい。
ピン端子211の高い電圧がピン端子212とピン端子213に流れ込む場合が時々あるが、この際には誤動作および損傷を防止するためにピン端子212とピン端子213へのデータライン(Data line;信号線)の連結を中断させる必要がある。より具体的に説明すると、ピン端子212とピン端子213の電圧は、USB通信の場合には3.3Vを超えないが、基準電圧(例えば、3.7)を超える場合にはデータラインの連結を分離して、異常電圧が機器のUSB通信のためのデジタル回路に伝達されることを防止する。USB通信以外のデータ通信の場合には電圧の範囲が変わるため、基準電圧が変わり得る。
図6の演算増幅器271〜272は、ピン端子212とピン端子213の電圧が基準電圧以上の場合にスイッチ275をOFFさせて、ピン端子212とピン端子213へのデータ出力を中断させる。この際、端子212の電圧または端子213の電圧が基準電圧以上の場合には端子212と端子213へのデータ出力をすべてOFFさせる方式で実現してもよく、端子212の電圧が基準電圧以上の場合には端子212へのデータ出力をOFFさせ、端子213の電圧が基準電圧以上の場合には端子213へのデータ出力をOFFさせる方式で実現してもよい。
演算増幅器の出力値に応じてスイッチをONまたはOFFさせることは、通常の知識を有する者であれば必要に応じて容易に実現することができるため、詳細な説明は省略する。また、演算増幅器は同一機能が行える比較器に代えることができる。
ピン端子212とピン端子213の電圧が非正常に高い場合には、ピン端子212とピン端子213にデータ出力を中断させる回路は、ピン端子本体部220に設けられてもよく、ピン端子部コネクタ250に設けられてもよい。
パターン電極部マグネットとピン端子部マグネットは一対に実現されることもでき複数対に実現されることもできる。
図8は本発明に係るマグネチックコネクタモジュールの他の実施例の斜視図である。
図8のマグネチックコネクタモジュールは、パターン電極部モジュール300と、ピン端子部モジュール400と、からなる。パターン電極部モジュール300は、同心円状のパターン電極310と、パターン電極310の内側に設けられる第1マグネット(図示せず)と、4個の第3マグネット361〜364と、を含む。ピン端子部モジュール400は、ピン端子部410と、ピン端子部410の内側に設けられる第2マグネット(図示せず)と、4個の第4マグネット461〜464と、を含む。
第1マグネットは第2マグネットと磁気的に結合し、第3マグネット361〜364は第4マグネット461〜464とそれぞれ磁気的に結合することで、パターン電極310の電極をピン端子部410のピン端子に接触するようにして電気的に連結させる。第1マグネットと第2マグネット、第3マグネット361〜364と第4マグネット461〜464が磁気的に結合するためには、対向するマグネットの極性が互いに反対の極性でなければならない。
この際、第3マグネット361〜364は、パターン電極の周辺に前記パターン電極の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置され、第4マグネット461〜464は、前記ピン端子の周辺に前記ピン端子の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置されており、パターン電極部モジュール300を回転させてピン端子部モジュール400に付着することができる。
パターン電極部モジュール100、300とピン端子部モジュール200、400を磁気力を利用して結合するためには、少なくとも1対以上のマグネットが必要である。マグネットは、図8の第3マグネット361〜364、第4マグネット461〜464のように製品の表面に露出していてもよく、第1マグネット、第2マグネットのように製品の内側に内蔵されていてもよい。
図1および図8において、パターン電極110、310は、4個の同心円で形成されているが、データを伝送するための電極を除き、2個の同心円で実現してもよく、他の用途のための電極を追加してより多い数の同心円で実現してもよい。すなわち、パターン電極は2個以上の同心円で実現することができる。
図1および図8に示した実施例では、パターン電極部モジュールが電子機器に設けられ、ピン端子部モジュールが充電装置に連結されることにより電力供給遮断回路がピン端子部モジュールに設けられるが、ピン端子部モジュールが電子機器に設けられ、パターン電極部モジュールが充電装置に連結される場合には電力供給遮断回路がパターン電極部モジュールに設けられてもよい。

Claims (12)

  1. パターン電極部モジュールと、ピン端子部モジュールと、からなるマグネチックコネクタモジュールであって、
    前記パターン電極部モジュールは、同心円状のパターン電極と、パターン電極部マグネットと、パターン電極部コネクタと、を含み、
    前記ピン端子部モジュールは、複数のピン端子と、ピン端子部マグネットと、ピン端子部コネクタと、を含み、
    前記パターン電極部マグネットと前記ピン端子部マグネットが磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させ、
    前記複数のピン端子は、電力端子VCCと、接地電力端子GNDと、信号端子Sと、を含み、
    前記パターン電極のうち接地電力端子GNDに接触する電極と、信号端子Sに接触する電極と、は電気的に短絡されており、
    接地電力端子GNDと信号端子Sが電気的に短絡状態のときにのみ電力端子VCCに電力供給を許容する電力供給遮断回路がピン端子部モジュールに含まれることを特徴とする、電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  2. 前記複数のピン端子は、データ端子D+と、データ端子D−と、をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  3. 前記ピン端子部モジュールは、データ端子D+またはデータ端子D−の電圧が所定基準電圧以上の場合に、データ端子D+およびデータ端子D−へのデータ出力を中断させる回路をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  4. 前記ピン端子部モジュールは、データ端子D+の電圧が所定電圧以上の場合に、データ端子D+へのデータ出力を中断させ、データ端子D−の電圧が所定基準電圧以上の場合に、データ端子D−へのデータ出力を中断させる回路をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  5. 前記パターン電極のうち接地電力端子GNDに接触する電極と、信号端子Sに接触する電極と、は一体に形成され、リング状であることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  6. 前記ピン端子は、ピン端子部モジュールに内蔵された板ばねの一部が孔を介して突出した形態であることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  7. 前記ピン端子は、ピン端子部モジュールに内蔵された線形ばねの一部が孔を介して突出した形態であることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  8. 前記パターン電極部マグネットは前記パターン電極の内側に内蔵され、前記ピン端子部マグネットは前記ピン端子の内側に内蔵されることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  9. 前記パターン電極部マグネットは、前記パターン電極の周辺に前記パターン電極の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置され、前記ピン端子部マグネットは、前記ピン端子の周辺に前記ピン端子の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置されることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  10. 前記パターン電極部マグネットは、前記パターン電極の内側に内蔵される第1マグネットと、前記パターン電極の周辺に前記パターン電極の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置される第3マグネットと、を含み、
    前記ピン端子部マグネットは、前記ピン端子の内側に内蔵される第2マグネットと、前記ピン端子の周辺に前記ピン端子の中心から同一距離に同一角度の間隔で配置される第4マグネットと、を含み、
    第1マグネットは第2マグネットと磁気的に結合し、第3マグネットは第4マグネットと磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  11. 前記ピン端子部コネクタはUSBコネクタであることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
  12. パターン電極部モジュールと、ピン端子部モジュールと、からなるマグネチックコネクタモジュールであって、
    前記パターン電極部モジュールは、同心円状のパターン電極と、パターン電極部マグネットと、パターン電極部コネクタと、を含み、
    前記ピン端子部モジュールは、複数のピン端子と、ピン端子部マグネットと、ピン端子部コネクタと、を含み、
    前記パターン電極部マグネットと前記ピン端子部マグネットが磁気的に結合することで前記パターン電極と前記複数のピン端子を接触させ、
    前記複数のピン端子は、電力端子VCCと、接地電力端子GNDと、信号端子Sと、を含み、
    接地電力端子GNDと信号端子Sが対応する電極と正確に接触するときにのみ電力端子VCCに電力供給を許容する電力供給遮断回路がピン端子部モジュールに含まれることを特徴とする、電力供給遮断回路を備えたマグネチックコネクタモジュール。
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