JP2018026218A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ内部での過熱からコネクタひいては電気機器及び外部電源を保護することができる電気機器を提供する。【解決手段】電気機器１は、外部の直流電源１０１から直流電力の供給を受けるコネクタ２と、直流電力によって駆動される負荷３と、コネクタ２の電力出力端での直流電圧を検出する電圧検出手段４と、電圧検出手段４によって検出された直流電圧に基づいて、コネクタ２の接続状態を監視する接続監視手段５と、接続監視手段５がコネクタ２の接続不良を検出したとき、負荷３への直流電力の供給を遮断する遮断手段６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、外部の直流電源から直流電力の供給を受ける電気機器に関するものである。

上記電気機器は、ケーブルを介して外部の直流電源と接続されて、直流電力の供給を受ける。ケーブルの先端にはプラグコネクタが、電気機器の側面等にはレセプタクルコネクタがそれぞれ設けられ、両者が接続される。

近年の電気機器では、コネクタの小型化が推進されているため、コネクタ内部に微細な異物が混入した場合、その影響を受けやすい傾向にある。例えば、直流電力を供給する端子間に導電性の異物が付着した場合、端子間での電気抵抗が大きくなり、そのジュール熱によってコネクタが過熱するおそれがある。

特開２０１４−１２０４６４号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、コネクタ内部での過熱からコネクタひいては電気機器及び外部電源を保護することができる電気機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、部の直流電源から直流電力の供給を受けるコネクタと、前記直流電力によって駆動される負荷とを備えた電気機器であって、前記コネクタの電力出力端での直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された前記直流電圧に基づいて、前記コネクタの接続状態を監視する接続監視手段と、前記接続監視手段が前記コネクタの接続不良を検出したとき、前記負荷への前記直流電力の供給を遮断する遮断手段とをさらに備え、前記接続監視手段は、前記直流電圧が所定の閾値以下であるとき、前記コネクタの接続が不良であると判定することを特徴とする。

本発明に係る前記電気機器において、前記接続監視手段は、前記直流電圧の降下が所定の閾値以上であるとき、前記コネクタの接続が不良であると判定することが望ましい。

本発明に係る前記電気機器において、前記コネクタは、電気信号を伝送する信号伝送端子を有し、前記電気信号には、前記コネクタの電力入力端に印加される直流電圧に関する情報に相当する信号が含まれることが望ましい。

本発明に係る前記電気機器において、前記接続監視手段は、前記情報に相当する信号に基づいて、前記閾値を決定することが望ましい。

本発明に係る前記電気機器において、前記遮断手段は、前記コネクタと前記負荷とを接続する給電ラインに設けられたスイッチを有することが望ましい。

本発明に係る前記電気機器において、前記遮断手段が前記負荷への前記直流電力の供給を遮断したとき、前記負荷に直流電力を供給する２次電池をさらに備えることが望ましい。

本発明に係る前記電気機器において、前記接続監視手段が前記コネクタの接続不良を検出したとき、前記コネクタの接続状態に関する警告を出力する警告手段をさらに備えることが望ましい。

本発明の電気機器によれば、接続監視手段がコネクタの電力出力端での直流電圧に基づいて、コネクタの接続状態を監視する。例えば、コネクタ内部への異物混入等により直流電圧が通常よりも低下した場合、遮断手段が負荷への直流電力の供給を遮断する。これにより、コネクタ内部の端子間への異物の付着に起因するジュール熱の生成が停止する。従って、ジュール熱による過熱からコネクタひいては電気機器及び外部電源を保護することが可能となる。また、コネクタの接点が劣化に起因して接触抵抗が増加する場合にも、上記と同様に接続監視手段及び遮断手段が機能してコネクタ等を保護する。さらに、接続監視手段は、直流電圧が所定の閾値以下であるとき、コネクタの接続が不良であると判定するので、コネクタの接続状態を迅速かつ正確に判断できる。

本発明の一実施形態による電気機器及びその外部に接続される機器の概略構成を示すブロック図である。 上記電気機器の詳細なブロック図である。

本発明の一実施形態によるコネクタについて図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の電気機器１及びその外部に接続される電気機器１００の概略構成を示している。電気機器１と電気機器１００とは、ケーブル２００を介して接続される。

電気機器１は、電気機器１００から直流電力の供給を受けるコネクタ２と、直流電力によって駆動される負荷３とを備える。電気機器１の例としては、例えば、近年スマートフォンと称される多機能携帯電話や、タブレット型又はノート型のパーソナルコンピュータが挙げられる。

コネクタ２は、ケーブル２００と接続される。コネクタ２は、例えば、電気機器１の回路基板に実装されるレセプタクルコネクタである。コネクタ２及びケーブル２００を介して、直流電力及び各種の電気信号が伝送される。

負荷３は、電気機器１００から供給を受けた直流電力によって駆動される。電気機器１が多機能携帯電話である場合、負荷３として液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display）、無線信号を送受信するための送受信回路等が挙げられる。

電気機器１００は、直流電源１０１とコネクタ１０２とを有する。電気機器１００の例としては、例えば、デスクトップ型又はノート型のパーソナルコンピュータの他、電気機器１の２次電池を充電するためのいわゆるＡＣアダプター等が挙げられる。

直流電源１０１は、例えば、商用の交流電力を直流電力に変換し、電気機器１００の内部又は電気機器１に供給する。電気機器１００がノート型のパーソナルコンピュータ等の２次電池が内蔵された携帯情報端末である場合、上記２次電池が直流電源１０１に相当する。このような電気機器１００には、直流電源１０１をモニタするための管理回路（図示せず）が設けられている。

管理回路は、例えば、ＩＣ等を含んで構成され、直流電源１０１の出力電圧及び出力電流等を検知する。管理回路は、直流電源１０１を構成する２次電池のセル毎に、上記出力電圧及び出力電流等を検知可能である。管理回路によって検知された上記出力電圧及び出力電流等は、例えば、電気機器のメモリ（図示せず）に記憶される。

コネクタ１０２は、ケーブル２００と接続される。コネクタ１０２は、例えば、電気機器１００の回路基板に実装されるレセプタクルコネクタである。コネクタ１０２及びケーブル２００を介して、直流電力及び各種の電気信号が伝送される。

ケーブル２００は、ケーブル本体２０１と、コネクタ２１１及び２１２とを有する。

ケーブル本体２０１は、電気機器１００から電気機器１に直流電力を供給するための一対の電力供給ケーブル２０２及び２０３と、電気機器１００と電気機器１の間で各種の電気信号を伝送するための少なくとも一本の信号伝送ケーブル２０４とを有する。

コネクタ２１１は、ケーブル本体２０１の一端に設けられ、コネクタ２と接続される。コネクタ２１２は、ケーブル本体２０１の他端に設けられ、コネクタ１０２と接続される。すなわち、コネクタ２１１及びコネクタ２１２は、ケーブル本体２０１の両端に設けられるプラグコネクタである。コネクタ２１１及びコネクタ２１２は、同一の形状であってもよく、異なる形状であってもよい。

本実施形態の電気機器１は、電圧検出手段４と、接続監視手段５と、遮断手段６とをさらに備える。

電圧検出手段４は、コネクタ２の電力出力端での直流電圧を検出する。すなわち、電圧検出手段４は、コネクタ２と負荷３との間で、給電ライン７、８間の直流電圧を検出する。

接続監視手段５は、電圧検出手段４によって検出された直流電圧に基づいて、コネクタ２１１とコネクタ２との接続状態を監視する。例えば、コネクタ２１１とコネクタ２との接続において、給電ライン７、８に接続されている端子間に異物が混入した場合、給電ライン７、８間の直流電圧が降下する。従って、接続監視手段５は、電圧検出手段４によって検出された直流電圧を定期的に参照することにより、コネクタ２１１とコネクタ２との接続状態を監視する。

そして、電圧検出手段４によって検出された直流電圧が通常よりも低い場合、コネクタ２１１とコネクタ２との接続状態が不良であって、両者の間で通常よりも大きいジュール熱が発生しているおそれがある。この場合、接続監視手段５は、遮断手段６を制御して給電ライン７、８に流れる直流電流を遮断する。

遮断手段６は、電気機器１の内部でコネクタ２と負荷３とを接続する給電ライン７、８に設けられている。遮断手段６は、給電ライン７、８に流れる直流電流を制御する。接続監視手段５が、コネクタ２の接続不良を検出したとき、遮断手段６は、給電ライン７、８に流れる直流電流を遮断する。これにより、負荷３への直流電力の供給が遮断され、これに伴い、コネクタ２内部の端子間への異物の付着に起因するジュール熱の生成が停止する。従って、ジュール熱による過熱からコネクタ２ひいては電気機器１及び外部の直流電源１０１を保護することが可能となる。

コネクタ２の接続不良には、上述した異物の混入の他、コネクタ２の接点に酸化皮膜が形成された場合及びコネクタ２の接点の摩耗が進行した場合等、コネクタ２の接点に劣化が生じた場合も含まれる。コネクタ２の接点に劣化が生じた場合、接触抵抗が大きくなり、コネクタ２内部に異物が混入した場合と同様に、ジュール熱が増加する。本電気機器１では、コネクタ２の接点に上記劣化が生じた場合でも、遮断手段６が給電ライン７、８に流れる直流電流を遮断することにより、ジュール熱の生成が停止する。

接続監視手段５によるコネクタ２の接続状態の監視には、種々の手法を適用することができる。例えば、電圧検出手段４によって検出された直流電圧が所定の閾値（第１閾値）よりも低い場合、コネクタ２の内部に異物が混入しているおそれがあるとして、コネクタ２の接続不良が生じていると判定できる。

また、接続監視手段５は、コネクタ２１１とコネクタ２との間での直流電圧の降下が所定の閾値（第２閾値）以上であるとき、コネクタ２の接続不良が生じていると判定できる。直流電圧の降下は、規格等によってコネクタ２の電力入力端（コネクタ２１１の電力出力端）に印加される電圧が既知である場合、電圧検出手段４によって検出された直流電圧に基づいて容易に計算されうる。また、コネクタ２１１とコネクタ２とが接続されたときに電圧検出手段４によって検出された直流電圧が、前回の接続時に電圧検出手段４によって検出された直流電圧よりも所定の閾値以上低い場合、上記と同様に、コネクタ２の接続不良が生じていると判定できる。

図２は、電気機器１の構成を示している。本実施形態では、接続監視手段５として、電気機器１の各部の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）５１が適用されている。ＣＰＵ５１は、各種の演算処理、情報処理等を実行する。ＣＰＵ５１の動作を司るプログラム及び各種の情報（例えば、上記閾値及び前回の接続時に電圧検出手段４によって検出された直流電圧等）は、メモリ５２等に記憶されている。ＣＰＵ５１及びメモリ５２は、負荷３の一部ともなる。

また、本実施形態では、遮断手段６としては、コネクタ２と負荷３とを接続する給電ライン７に設けられたスイッチ６１が適用されている。スイッチ６１の開閉動作は、ＣＰＵ５１によって制御される。スイッチ６１には、機械的な接点を有するスイッチの他、半導体スイッチ等の各種開閉器が適用されうる。

なお、本実施形態では、電圧検出手段４として、抵抗４１、４２が適用されている。給電ライン７、８間の直流電圧は、抵抗４１、４２によって分圧され、ＣＰＵ５１に入力される。ＣＰＵ５１は、抵抗４１と抵抗４２との間の電位と基準電位とを比較して、給電ライン７、８間の直流電圧を検出する。

本実施形態の電気機器１では、負荷３に直流電力を供給する２次電池９をさらに備えるのが望ましい。２次電池９は、電気機器１がコネクタ２を介して直流電力の供給を受けていないとき、負荷３に直流電力を供給する。従って、遮断手段６が負荷３への直流電力の供給を遮断したとき、２次電池９は負荷３に直流電力を供給する。これにより、コネクタ２の過熱を防止しつつ、電気機器１の動作が継続され、電気機器１の使い勝手が向上する。なお、外部の直流電源１０１から供給される直流電力が負荷３の消費電力よりも大きい場合、その余剰電力は、２次電池９の充電に用いられる。

コネクタ２は、負荷３に直流電力を供給するための一対の給電端子２１、２２と、電気信号を伝送する少なくとも一本の信号伝送端子２３とを有する。給電端子２１、２２は給電ライン７、８を介して負荷３に接続され、信号伝送端子２３は、ＣＰＵ５１と接続される。

信号伝送端子２３を介して伝送される電気信号には、コネクタ２の電力入力端に印加される直流電圧に関する情報に相当する信号が含まれる。この信号は、電気機器１００のＣＰＵ（図示せず）等から送信される。このような電気信号には、主に電気機器１００の上記管理回路が検知した直流電源１０１の出力電圧の値に関する情報が含まれ、さらに、電気機器１００のメモリ等に記憶された直流電源１０１の出力電圧、出力電流値等の情報の時間的な変化の履歴を統合することができる。

上記信号を受信したＣＰＵ５１は、上記情報に基づいて、直流電圧の第１閾値又は直流電圧の降下の第２閾値を決定できる。例えば、直流電圧の第１閾値は、電気機器１によってコネクタ２の電力入力端に印加される直流電圧の８０％〜９５％の範囲で決定でき、また、直流電圧の降下の第２閾値は、コネクタ２の電力入力端に印加される直流電圧の５％〜２０％の範囲で決定することができる。すなわち、直流電圧の第１閾値及び直流電圧の降下の第２閾値は、いずれもコネクタ２の電力入力端に印加される直流電圧に関する情報に基づいて、決定されうる。

さらに、ＣＰＵ５１は、上記情報の時間的な変化に基づいて、スイッチ６１の開閉動作を制御できる。例えば、上記情報の時間的な変化を利用することにより、電圧検出手段４によって検出された直流電圧の低下の原因が、コネクタ２の接続不良によるものか、直流電源１０１を構成する２次電池の消耗によるものか、を判別できる。例えば、直流電源１０１の出力電圧が低下している場合、電圧検出手段４によって検出された直流電圧の低下は、直流電源１０１を構成する２次電池の消耗によるものと判断できる。さらにこの場合、電気機器１００側の２次電池のさらなる消耗を抑制するために、スイッチ６１を開いて給電ライン７、８に流れる電流を遮断する等の設定ができる。これにより、負荷３及び２次電池９への電力の供給が停止され、電気機器１００側の２次電池のさらなる消耗が抑制されうる。

電気機器１は、警告手段１０をさらに備えるのが望ましい。警告手段１０は、コネクタ２の接続状態に関する警告を出力する。例えば、ＣＰＵ５１がコネクタ２の接続不良を検出したとき、警告手段１０は、コネクタ２の内部に異物が混入しているおそれがある、又は、コネクタ２の接点が劣化しているおそれがあるとして、コネクタ２の接続状態に関する警告を出力する。上記直流電源１０１の出力電圧、出力電流値等の上方の時間的な変化を利用する場合、コネクタ２の接続状態を正確に判定することが可能となり、警告手段１０による誤報を抑制できる。

警告は、音声、光又は振動によって実行されうる。従って、警告手段１０には、音声を出力するスピーカー、画像を出力する液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、電気機器１を振動させるモーター等が適宜適用されうる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、種々の変形が可能であり、少なくとも、外部の直流電源１０１から直流電力の供給を受けるコネクタ２と、直流電力によって駆動される負荷３とを備えた電気機器であって、コネクタ２の電力出力端での直流電圧を検出する電圧検出手段４と、電圧検出手段４によって検出された直流電圧に基づいて、コネクタ２の接続状態を監視する接続監視手段５と、接続監視手段５がコネクタ２の接続不良を検出したとき、負荷３への直流電力の供給を遮断する遮断手段６とをさらに備えていればよい。

また、ＣＰＵ５１は、入力された直流電圧が所定の閾値以上である場合、コネクタ２の電力入力端に定格を超える直流電圧が印加されたおそれがあるとして、スイッチ６１を開放し、給電ライン７、８を流れる電流を遮断するように構成されていてもよい。この場合、コネクタ２ひいては電気機器１の安全性をより一層高めることが可能となる。

１ 電気機器
２ コネクタ
３ 負荷
４ 電圧検出手段
５ 降下検出手段
６ 遮断手段
９ ２次電池
１０ 警告手段
２３ 信号伝送端子
６１ スイッチ

Claims (7)

1. 外部の直流電源から直流電力の供給を受けるコネクタと、前記直流電力によって駆動される負荷とを備えた電気機器であって、
   前記コネクタの電力出力端での直流電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段によって検出された前記直流電圧に基づいて、前記コネクタの接続状態を監視する接続監視手段と、
   前記接続監視手段が前記コネクタの接続不良を検出したとき、前記負荷への前記直流電力の供給を遮断する遮断手段とをさらに備え、
   前記接続監視手段は、前記直流電圧が所定の閾値以下であるとき、前記コネクタの接続が不良であると判定することを特徴とする電気機器。
2. 前記接続監視手段は、前記直流電圧の降下が所定の閾値以上であるとき、前記コネクタの接続が不良であると判定する請求項１記載の電気機器。
3. 前記コネクタは、電気信号を伝送する信号伝送端子を有し、
   前記電気信号には、前記コネクタの電力入力端に印加される直流電圧に関する情報に相当する信号が含まれる請求項１又は２に記載の電気機器。
4. 前記接続監視手段は、前記情報に相当する信号に基づいて、前記閾値を決定する請求項３記載の電気機器。
5. 前記遮断手段は、前記コネクタと前記負荷とを接続する給電ラインに設けられたスイッチを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の電気機器。
6. 前記遮断手段が前記負荷への前記直流電力の供給を遮断したとき、前記負荷に直流電力を供給する２次電池をさらに備える請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機器。
7. 前記接続監視手段が前記コネクタの接続不良を検出したとき、前記コネクタの接続状態に関する警告を出力する警告手段をさらに備える請求項１乃至６のいずれかに記載の電気機器。

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