JP2015176813A

JP2015176813A - コネクタ付きケーブル

Info

Publication number: JP2015176813A
Application number: JP2014053798A
Authority: JP
Inventors: 平野　光樹; Mitsuki Hirano; 光樹平野; 裕紀安田; Hironori Yasuda
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-10-05

Abstract

【課題】電力線の小径化が可能であり、ケーブル全体の小径化を可能とするコネクタ付きケーブルを提供する。
【解決手段】電力信号の伝送用の電力線３と信号伝送用の信号線４とを有するケーブル２と、ケーブル２の両端部に設けられたコネクタ５と、を備えたコネクタ付きケーブルであって、コネクタ５の一方に、電力線３を介して送信または受信する電力信号を昇圧する昇圧回路７を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、コネクタ付きケーブルに関するものである。

従来より、電力信号の伝送用の電力線と信号伝送用の信号線とを有するケーブルと、ケーブルの両端部に設けられたコネクタと、を備えたコネクタ付きケーブルが知られている。コネクタ付きケーブルとしては、例えば、ＵＳＢ（Uuniversal Serial Bus）ケーブルやＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）ケーブル等が広く知られている。

信号線としては、高速信号の伝送用の高速信号線や、低速信号である制御信号の伝送用の制御信号線等が適宜用いられる。

長距離伝送に用いられるコネクタ付きケーブルでは、高速信号線では損失を小さくすることが求められる。高速信号線として光ファイバを用いたり、補正回路を用いることで、小径でかつ低損失の高速信号線が実現可能である。

同様に、長距離伝送においては、制御信号線では、静電容量を小さくすることが求められる。絶縁体として発泡絶縁体を用いたり、補正回路を用いることで、小径でかつ静電容量の小さい制御信号線が実現可能である。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。

特開２００６−３１０１９７号公報特開２０１３−５８３３５号公報

しかしながら、電力線では、長距離伝送に対応する場合、その導体径を太くするしかなく、ケーブル全体の大径化を招いてしまうという問題があった。

より詳細には、例えば、送信側が供給する最小電圧をＶ₀、受信側で必要な最小電圧をＶ₁、電力線を流れる電流をＩ、電力線の抵抗をＲとすると、下式（１）
Ｒ＝（Ｖ₀−Ｖ₁）／Ｉ・・・（１）
の関係を満たすことになる。式（１）より、（Ｖ₀−Ｖ₁）が小さい場合、あるいは電流Ｉが大きい場合には、電力線の抵抗Ｒをより小さくする必要があり、導体径が大きい太い電力線を用いる必要があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電力線の小径化が可能であり、ケーブル全体の小径化を可能とするコネクタ付きケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、電力信号の伝送用の電力線と信号伝送用の信号線とを有するケーブルと、該ケーブルの両端部に設けられたコネクタと、を備えたコネクタ付きケーブルであって、前記コネクタの一方に、前記電力線を介して送信または受信する電力信号を昇圧する昇圧回路を設けたコネクタ付きケーブルである。

前記昇圧回路が、ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。

電力信号の送信側の前記コネクタに、前記昇圧回路を設けてもよい。

電力信号の受信側の前記コネクタに、受信した電力信号を降圧する降圧回路をさらに設けてもよい。

前記電力線と前記信号線は、一方の直径が他方の直径の８５％以上１１５％以下であってもよい。

本発明によれば、電力線の小径化が可能であり、ケーブル全体の小径化を可能とするコネクタ付きケーブルを提供できる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るコネクタ付きケーブルの概略構成図であり、（ｂ）はその電源供給端からの距離に対する電圧の特性を示すグラフ図、（ｃ）は電源供給端からの距離に対する電流の特性を示すグラフ図である。図１のコネクタ付きケーブルに用いるケーブルの一例を示す横断面図である。（ａ）は、本発明の一変形例に係るコネクタ付きケーブルの概略構成図であり、（ｂ）はその電源供給端からの距離に対する電圧の特性を示すグラフ図、（ｃ）は電源供給端からの距離に対する電流の特性を示すグラフ図である。（ａ）は、本発明の一変形例に係るコネクタ付きケーブルの概略構成図であり、（ｂ）はその電源供給端からの距離に対する電圧の特性を示すグラフ図、（ｃ）は電源供給端からの距離に対する電流の特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施形態に係るコネクタ付きケーブルの概略構成図であり、図１（ｂ）はその電源供給端からの距離に対する電圧の特性を示すグラフ図、図１（ｃ）は電源供給端からの距離に対する電流の特性を示すグラフ図である。

図１（ａ）に示すように、コネクタ付きケーブル１は、電力信号の伝送用の電力線３と信号伝送用の信号線４とを有するケーブル２と、ケーブル２の両端部に設けられたコネクタ５と、を備えている。コネクタ付きケーブル１は、例えば、ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルである。

図２に示すように、ケーブル２は、例えば、電力線３と信号線４を含む７本の心線を撚り合わせ、その外周にジャケット２１を設けて構成されている。信号線４は、例えば、高速信号の伝送用の高速信号線と、低速信号である制御信号の伝送用の制御信号線と、からなる。高速信号線としては、光ファイバを用いてもよい。なお、ケーブル２の具体的な形状や心線の本数等はこれに限定されるものではない。

コネクタ５には、外部の機器等へ接続するための図示しない電気コネクタ部（プラグまたはレセプタクル）が設けられている。また、コネクタ５には、制御用のＩＣ６が搭載されている。コネクタ５には、信号線４の信号を補正する補正回路等を搭載するようにしてもよい。

さて、本実施形態に係るコネクタ付きケーブル１では、コネクタ５の一方に、電力線３を介して送信または受信する電力信号を昇圧する昇圧回路７を設けている。

ここでは、電力信号の受信側のコネクタ５ｂに、昇圧回路７を設けた。電力信号の送信側のコネクタ５ａにおいては、機器に接続される電気コネクタ部と電力線３とが直結されている。

昇圧回路７としては、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるとよい。ＤＣ−ＤＣコンバータとしては、効率が９０％以上のものを用いることが望ましい。

コネクタ５ｂに昇圧回路７を設けることで、図１（ｂ）に示すように、たとえ電力線３の抵抗が大きく電圧が低下した場合であっても、その低下した電圧を昇圧し、所望の電圧の出力を得ることが可能になる。なお、図１では、電圧供給端となるコネクタ５ａに入力される電圧をＶ₀、昇圧回路７に入力される電圧をＶ₀’、コネクタ５ｂから出力される電圧をＶ₁、コネクタ５ａへ入力される電流をＩ₀、コネクタ５ｂから出力される電流をＩ₁としている。

つまり、昇圧回路７を備えることで、小径の電力線３を用いることが可能になり、ケーブル２全体の小径化が可能になる。例えば、図２のような７本撚りのケーブル２においては、電力線３と信号線４の直径をφ１．５ｍｍ、ジャケット２１の厚さを０．５ｍｍとすると、ケーブル２全体の直径はφ５．５ｍｍになるが、電力線３と信号線４の直径をφ１．０ｍｍに小径化することで、ケーブル２全体の径を４．０ｍｍと小径にすることが可能になる。

ここで、一例として、電力線３の全長が１００ｍ、電力線３を流れる電流Ｉ₀’が５０ｍＡである場合に、抵抗４Ω（１００ｍあたり）のφ１．５ｍｍの電力線３を、抵抗３０Ω（１００ｍあたり）のφ１．０ｍｍの電力線３に変更する場合を考える。この場合、φ１．５ｍｍの電力線３では、電力線３での電圧降下が０．２Ｖとなる。他方、φ１．０ｍｍの電力線３では、電力線３での電圧降下が１．５Ｖになるので、昇圧回路７にて１．３Ｖ程度昇圧するようにすれば、両者で同等の出力電圧が得られることになる。

ところで、図１（ｃ）に示すように、コネクタ付きケーブル１では、昇圧回路７で電流が低下するので、昇圧回路７の後段で所望の大きさの電流Ｉ₁が得られるように、大きめの電流Ｉ₀を供給する必要がある。つまり、コネクタ付きケーブル１では、電力線３に比較的大きい電流Ｉ₀を流す必要があり、電力線３における損失が比較的大きくなってしまうという課題がある。

そこでこの課題を解決するために、図３に示すコネクタ付きケーブル３１のように、電力信号の送信側のコネクタ５ａに昇圧回路７を設けるようにしてもよい。昇圧回路７では、電圧が大きくなると共に電流が小さくなるため、コネクタ５ａに昇圧回路７を設けることで、電力線３に流れる電流が小さくなり、電力線３での損失を小さくすることが可能になる。その結果、電力線３をより小径とすることが可能になる。

さらに、図４に示すコネクタ付きケーブル４１のように、電力信号の受信側のコネクタ５ｂに、受信した電力信号を降圧する降圧回路４２をさらに設けるようにしてもよい。このような構成とすることで、昇圧回路７と降圧回路４２の間の区間における電流Ｉ₀’をさらに小さくすることが可能となり、電力線３での損失をさらに小さくすることが可能になる。

降圧回路４２としては、ＤＣ−ＤＣコンバータや、レギュレータ回路、抵抗分圧回路、ショットキーダイオードを用いた降圧回路（降圧チョッパ回路など）を用いることができる。ノイズが少ない環境においては、効率の高いＤＣ−ＤＣコンバータを降圧回路４２として用いることが望ましく、ノイズが多い環境においては、ノイズに対する安定性が高い抵抗分圧回路等を降圧回路４２として用いることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係るコネクタ付きケーブル１、３１，４１では、コネクタ５の一方に、電力線３を介して送信または受信する電力信号を昇圧する昇圧回路７を設けている。

コネクタ５に昇圧回路７を設けることで、小径で抵抗が大きい電力線３を用いた場合でも、所望の電圧の出力を得ることが可能になる。その結果、電力線３の小径化が可能になり、ケーブル２全体の小径化が可能になる。

信号線４は補正回路等を設けることにより従来より小径化が可能であったが、本実施形態によれば、さらに電力線３を小径化できるため、電力線３の直径を信号線４の直径に近づけ、ケーブル２の断面形状の偏りを抑制することも可能になる。つまり、本実施形態によれば、小径の信号線４を用いた場合でもケーブル２の断面形状の偏りを抑制可能であり、断面形状の偏りが小さく外観が良好であり、かつ小径のケーブル２を実現できる。

電力線３の導体径を大きくする従来方法では、電力線３の径が大きくなるため、ケーブル２の断面形状の偏りを抑制するために、信号線４の外皮を厚くしたり、多くの介在を用いる必要があった。これに対して、本実施形態では、電力線３の直径と信号線４の直径を同程度にすることが可能であり、信号線４の外皮を厚くしたり介在を用いたりすることなく、ケーブル２の断面形状の偏りを抑制可能になり、ケーブル２のさらなる小径化が可能である。

断面形状の偏りを抑制する観点からは、電力線３と信号線４の直径の差は１５％以下であるとよい。つまり、電力線３と信号線４は、一方の直径が他方の直径の８５％以上１１５％以下とすることが望ましい。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１コネクタ付きケーブル
２ケーブル
３電力線
４信号線
５コネクタ

Claims

電力信号の伝送用の電力線と信号伝送用の信号線とを有するケーブルと、
該ケーブルの両端部に設けられたコネクタと、
を備えたコネクタ付きケーブルであって、
前記コネクタの一方に、前記電力線を介して送信または受信する電力信号を昇圧する昇圧回路を設けた
ことを特徴とするコネクタ付きケーブル。
前記昇圧回路が、ＤＣ−ＤＣコンバータである
請求項１記載のコネクタ付きケーブル。
電力信号の送信側の前記コネクタに、前記昇圧回路を設けた
請求項１または２記載のコネクタ付きケーブル。
電力信号の受信側の前記コネクタに、受信した電力信号を降圧する降圧回路をさらに設けた
請求項３記載のコネクタ付きケーブル。
前記電力線と前記信号線は、一方の直径が他方の直径の８５％以上１１５％以下である
請求項１〜４いずれかに記載のコネクタ付きケーブル。