JP4785740B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は電気コネクタ、特に非接触の電気コネクタすなわち導電体の間に直接接触がない電気コネクタに関する。

厳しい屋外環境、及び特に戦闘環境における兵士によるポータブル又は携帯型の電気機器の使用は一般的になっている。機器がその機能を実行でき、また使用されていない場合に収容することが可能なように、そのような機器が電源及び／又は他の電気機器に繰り返し接続され、また切り離されることは好ましく時には必須である。

現在戦闘環境で使用されている電気コネクタは、コネクタを保護するために直接の電気的接触及び密閉構造を用いている。通常は、密閉されたコネクタは円形であり、ねじ接続を使用する。これらの種類のコネクタの例はＭＩＬ規格１７６０及びＭＩＬ規格３８９９９のコネクタである。

これらの直接接触コネクタとは対照的に、本発明は非接触コネクタ、特に誘導で接続されるコネクタに関し、従ってこのタイプの技術に対する何らかの議論は有用である。

誘導コネクタでは一つのコネクタ部分から他方への電気エネルギーの直接の移動はない。代わりに、電気エネルギーは変圧器と同じ方法で一つのコネクタ部分から他方へと誘導で接続される。同様に、容量性のコネクタでは、電気エネルギーはコンデンサと同じ方法で一つのコネクタ部分から他方へ誘電体を渡って移送される。

非接触又は間接的な電磁結合の主役は、電気自動車と充電ステーションの間（国際公開第９８／３１０７３号パンフレット）、及び水中の電線間（米国特許第４，５３８，８６３号明細書及びＧＢ２，１３６，６３５）での電力の移送への使用である。

これらのコネクタは各々片側半分のコネクタに一個ずつの、それぞれが強磁性のコアの周りに導電性の巻線を有する対の誘導子を使用している。接続されたとき二つの誘導子が真向いの結合を生じるために、それら両半分のコネクタが向き合う方向になるよう誘導子はそれぞれ片半分のコネクタの端部に位置している。

コネクタの二つの部分は一般にボルト、ねじ、又は油圧アクチュエータによりしっかりと一緒に保持され、それによって堅固な固定と信頼性のある長期間の接続を確実にする。

誘導コネクタはまた伝送路からセンサーに測定信号を伝送するために使用され、そして再度真向いの方向が開示されている（ＵＳ２００２／０１０２８８４）。

個人、特に戦闘環境における兵士によって持ち運ばれ、又は装着されることになっている機器の一部として、厳しい屋外環境での使用に適した電気コネクタの準備はますます重要になっている。上記のように、これは例えば兵士又は他の軍人による電気機器の使用がますます一般的になって来ているからである。これらの環境において使用されるコネクタは、個人の可動性を妨害しないように十分軽くて小さいと同時に屋外環境の厳しさに耐えるように十分頑丈でなければならない。更に、コネクタによってなされた電気的接続は、問題の電気機器がその機能を実行できるように信頼性があり正確でなければならない。

本発明の発明者は、軍人によって訓練及び戦闘において行使されるような環境で使われるときに、従来の直接接触の電気コネクタは多くの欠点を有することが分かった。

第一に、直接接触の電気コネクタの繰り返し開閉は、特にコネクタが切り離される際にかなりの電力が該コネクタを通過する場合、これが接触面にアーク発生及び酸化を起こし得るため必然的に接触面の摩耗や裂け目を生じる。これは時間が経つにつれて性能低下をもたらし、コネクタ及び／又は機器の寿命期間を減少させ、そしてメンテナンス費用を増加させ得る。

第二に、電気コネクタがこれらの環境において開閉するとき、必然的にコネクタの一つ又は双方の片半分を汚染するいくらかの汚れ、埃、あるいは液体がある。簡単な直接接触導電コネクタでは、接触面上の如何なる埃又は汚れも、電気接続の効率を低下させ、その結果、機器が不正確、不十分に機能するか、或いは全く機能しないことがある。従来のコネクタは兵士が行使する環境、特に塩水中への浸漬、砂の侵入、及び化学兵器への汚染にうまく対処しない。

最も一般的には、本発明は電磁結合を維持すると同時にソケット内で舌の幾分かの動きが可能となるように、舌及びソケット内の電磁結合要素間の延長された重なりがコネクタの開閉される方向に提供される、二つの部分の舌及びソケットコネクタにおいて機械的強度と耐久性が提供され得ることを提案している。

一つの態様において、本発明は二部電気コネクタを提供し、前記コネクタは
基部及びそこから長手方向に延在する舌を有する、舌部分である第一の部分と、
基部及びそこから延在し舌をスライド可能に受けるソケットを画定する壁を有するソケット部分である第二の部分であって、該舌部分及びソケット部分が解除可能な互いの係合を可能にするロック手段を有し、前記ロック手段が、舌がソケット内に保持される第一の位置と、舌をソケットから取り外すことができる第二の位置との間を移動できるロック部材を含む、ソケット部分である第二の部分と、
舌に位置する一次結合要素と、
舌がソケットと係合されるときに非接触の電磁結合を提供する、少なくともソケット壁の一つに位置する二次結合要素と、を有する。

本発明者は例えば軍人によって厳しい屋外環境で使用されるコネクタが素早く開閉できる場合に、著しい利点があることに気付いた。この分野における従来の直接接触コネクタは、この機能性を備えていない。従来の設計は環境に対するシールを提供することに焦点を当てており、これはあらゆる種類の「クイック解除」の機能性を犠牲にしている。

これらの環境において使用されるコネクタは手荒い扱いや不断の打撃及び轟音にさらされる。従来のコネクタでは、片半分のコネクタの他方に対する如何なる動きも、直接の電気接続を破損することがある。

既知の直接接触コネクタは動きを防ぐため二つの片半分コネクタの間に非常に精細な公差を設定することにより、動きを最小化しているが、しかしこれは全体の設計を埃や汚れの問題、及び繰り返される開閉での避け難い摩耗や破損に対してより敏感にする。対照的に、望ましくは、本発明は二つの部分の幾らかの相対運動を可能にする。

本発明の利点は、それが一つのコネクタの中に機械的接続と電気的接続の機能を組み入れていることであり、それによって別々のストラップ・コネクタ（機械強度用）及びワイヤ・コネクタ（電気接続用）の必要性を取り除いている。

驚くべきことに、本発明の発明者は非接触の電気コネクタは、繰り返しのコネクタ開閉が要求され、またコネクタが個人によって持ち運ばれる機器のための機械的接続を形成すべき、厳しい屋外環境において使用可能であることを発見した。これは既知の非接触コネクタがこれらの環境において個人により持ち運ばれ、又は装着されるには全く不適切な大きさと設計であるために、驚くべきことである。更に、既知の非接触コネクタは強力な機械的接続も、またコネクタを手で素早くそして正確に開閉する能力も共に備えていない。その上重要なことには、既知の非接触コネクタはそれらが上記に議論されているタイプの環境において繰り返し開閉されねばならない場合には、汚れ、埃、及び液体の侵入に対して敏感である。

一次と二次結合要素は重なって少なくともソケット壁の一つに沿った電磁接続を提供することが望ましい。汚れや埃は舌が繰り返しソケットに入る動作のためにソケットの基部の所に集まる傾向があるため、この配置は結合要素がソケット部分の基部及び、舌の先端にそれぞれ位置する場合よりも、ソケット内へ導入される如何なる汚れ又は埃も結合を妨げるという可能性が低くなるという利点を有する。

それゆえ本発明は、従来の直接接触の導電コネクタと関連する既知の、及び以前に認識されていなかった欠点に取り組み、そして非接触電気コネクタに基づく技術を用いている。最も大筋として、本発明は兵士のような個人によって持ち運ばれ、又は装着され得る、厳しい屋外環境、特に埃や汚れが問題になることがある戦場の環境においてデータ及び／又は電力を伝送するための、二部非接触コネクタを提供する。

一次及び二次結合要素は舌がソケットと係合されるときに重なり、この重なりが電磁結合の生成を可能にすることが望ましい。該結合要素は例えば誘導子又はコンデンサの構造であり、従って結合要素間の重なりは各々磁束の重なり、又は誘電電荷の重なりと見なされ得る。

データ及び／又は電力は該コネクタを通じて、いずれか一方向又は両方向に伝送され得る。

二部コネクタは電気信号がそれらの間で伝送できるように通常は二本以上の電線を接続する。コネクタの第一部分及び第二部分はそれぞれ二本の電線の端部で接合されることが適切である。例えば多重データ信号を搬送している多重の電線が接続される所では、信号伝達は時間領域あるいは周波数又は位相領域において多重送信することにより達成され得ることが望ましい。代わりに、データ又は電力信号が同時に伝送されるように、二組以上の結合要素がコネクタ内に組み込まれてもよい。

代わりに、コネクタの一つの部分（例えば第一部分又は第二部分）は機器の部品に固定されてもよく、そして他の部分は固定部分によって係合されるように可動である。

コネクタが装着者の身体により快適に適合することができるように、コネクタは平らな外形を有することが望ましい。

二次結合要素はソケット内の舌の取付けにおける自由度を可能にするため、延長された重なりを提供するようにソケットに沿って延在することが望ましい。係合方向に延長された重なりがあるように、二次結合要素はソケットの壁に沿って長手方向に延在することが更に望ましい。これは特に有利である。なぜなら、コネクタは一般的に通常の使用において、特に、コネクタのいずれの側の電線、配線、又は帯にかかる力がコネクタに伝達され、その結果ソケットに対して舌が幾らか動く可能性が相当にあり得る箇所である係合の方向に沿って、かなりの応力に対応しなければならないためである。本発明は効率的な電磁結合を維持すると同時に、この動きを可能にする。この追加された融通性は、「クイック解除」の機能性を提供する単純なロック手段、例えばリュックサックに見られる把握‐解除配置が以下に述べる頑丈な「クイック解除」機械的結合を提供するために使用可能であることを意味する。係合方向の延長された結合部の重なりを伴う、単純な機械的結合と非接触電磁結合の組合せは厳しい屋外環境における使用のための頑丈で有用なコネクタを提供する。

電磁結合を維持すると同時に、使用の際に一次及び二次結合要素の重なりがソケット内で舌の横方向及び／又は長手方向の動きを可能にするように、一次結合要素は舌の外面に隣接して長手方向に、舌の表面に平行に延在することが望ましく、二次結合要素はソケットの壁の対応する内面に隣接して長手方向に、壁の表面に平行に延在することが望ましい。

「電磁結合の維持」により、それはデータ及び／又は電力の移送を可能にする電気接続を維持することを意味する。データ及び／又は電力信号は、実質的なデータ及び／又は電力の損失なしにコネクタにより伝送されることが望ましい。電力の移送の場合には、電力損失は望ましくは３５％以下、より望ましくは２５％以下、そして最も望ましくは１５％以下であるべきである。コネクタがデータ信号を移送する場合には、信号の損失は３０ｄＢ以下が適切であり、望ましくは２０ｄＢ以下、そして更に望ましくは１０ｄＢ以下である。

本発明は望ましくはコネクタの複雑さを減らし、別々の機械的及び電子結合を用意する必要性を取り除く。

このように本発明のコネクタは、望ましくは例えば持ち運ばれる機器の重量を支えることのできる、耐荷重の機械的結合を提供する機能を果たす。

コネクタはプラスチック材料から作製されることが望ましく、高い耐衝撃プラスチック材料から作製されることはより好ましい。コネクタは弾性材料から作製されることが適切である。コネクタは軍隊の戦闘環境において使用可能なように化学兵器及び汚染除去剤に耐性のある材料から作製されることが望ましい。コネクタのボデーを作るために使用し得る材料の例はナイロン６６である。材料は複合材料、例えばグラスファイバーで強化されたナイロンであることが適切である。

一般的に、コネクタ制御用の結合要素及び／又は電子回路は、コネクタがそこから形成される材料内に埋め込まれている。これは、コネクタの使用中にそれらの構成要素を保護することに役立つ。

コネクタの各端部に接合される電線及び／又はケーブルは、コネクタ及び電線が機器の重量を支えることができるように帯又は帯紐の部分であることが望ましい。電線は、例えば彼らの機器を持ち運ぶ兵士によって用いられる従来の帯又は帯紐の中に組み込まれ得ることが適切である。本発明は従って望ましくはここで記述されるような、電気機器が別々の帯／ハーネスならびに電線／ケーブルの不便さなしに電気機器が容易に持ち運びでき、操作できるように接続される、ケーブル又は電線がその中に組み込まれている帯及び／又はハーネスを有する、非接触コネクタもまた提供する。

望ましくは、本発明による機械的帯紐型バックルの形の非接触コネクタは、機械的留め具の強度を電力及びデータ移送の機能性と組み合わせる。

コネクタの本体は帯紐型電線の端末部の機械的接続機能及び、物理的保護を提供することが適切である。

望ましくは、本発明の非接触コネクタはラッチ、キャッチ、又は留め具などのロック手段を設けることによりコネクタの単純で素早い開閉を可能にする。該ロック手段は「クイック解除」の機能性を提供し、コネクタの素早く簡単な開閉を可能にすると同時に強力な機械的接続を確実にする。ロック手段の好適な例はリュックサックに見られる側面把握‐解除クリップである。別の好適な例は、中央の弾力的ラッチが舌の片側に設けられ、戻り止めが対応するソケットの壁に設けられるコネクタである。

ロック手段の準備は、効率的な電気結合を提供するため舌及びソケット部分が互いに対して正しく向いていることを確実にするのと同時に、コネクタを開閉する際に使用者が費やす時間を最小限にする。そのようなロック手段は使用者が手袋をはめているときでさえ、コネクタの開閉を可能にする。

上記のように、好適なコネクタの構造は外面的には一般的にリュックサックに見られる把握‐解除型プラスチック・バックルの構造である。内部的には、それは一次及び二次結合要素を含むために変更されたこのタイプの一般的な接続形態を使用する。更に、電気結合プロセスを制御する電子機器がバックルのボデー内に収容される。

コネクタは舌がソケット内に係合する作用によってソケットが清掃される「セルフクリーニング」構造を有することが望ましい。汚れや埃がそれによってソケットから除去される、そのような「セルフクリーニング」配置は、舌がソケット内に係合するときに汚れや埃をソケットから除去することを可能にする、ソケット壁の少なくとも一つに間隙、すき間、又は開口を設けることによって達成されることが望ましい。間隙はソケット部分の基部の近く、又はそれに隣接したソケット部分の後方に向いて位置することが適切である。望ましくは、この配置はソケットに入って行く舌の「ピストン作用」が汚れや埃を、設けられた間隙を通じて除去することができるソケット後部へと押し込むことを可能にする。

本発明のコネクタにおいて、結合要素はソケット壁及び舌に位置し、従って望ましくは、ソケット内に入り汚れや埃をソケット壁の間隙を通じて強制的にソケットから出す舌の「ピストン」運動は、ソケット壁に汚れ又は埃の集積がないことを確実にする。

ソケット壁の少なくとも一つにおける結合要素とセルフクリーニング構造、例えばソケット壁内の間隙又はすき間の具備との組合せは、汚れや屑をすき間を通じて除去することができるソケット部分の基部に向かって押し進められ、それによってソケット壁を汚れのない状態に置くため、厳しい屋外環境でさえも結合要素間での結合を可能にすることが望ましい。

「セルフクリーニング」構造はまた例えばソケットを通して汚れや埃を洗い流すために水ですすぐ等、ソケット部分を清掃しやすくするという追加の利点を有する。

特に好適な配置において、ソケット部分は舌をガイドするためのガイド経路を画定する、ソケット内に位置する二つの調節板を含み、該調節板は舌によってガイド経路内へと押された汚れや屑を、ソケットの基部と調節板との間の空間を通じてガイド経路から除去することができるように、ソケット端部の口から、ソケット部分の基部より離れた点まで延在する。

望ましくは、ソケット部分がそのような調節板又は内壁を含む場合に、舌部分は各部品がソケット壁及び、調節板又は内壁によって画定されるソケットの一部分の中にスライド可能に受け入れられるように、舌部分の基部から長手方向に延在する、二つ、三つ、又はそれ以上の部品を有する舌を含んでもよい。

結合要素は誘導又は容量性結合を提供することが望ましいが、電気導体の直接接触のない電磁結合を提供する如何なる近接場アンテナ配置が使用されてもよい。基本的に、コネクタが閉じたときアンテナが近くの近接場の中にあり、データ及び／又は電力の伝送を行なうことができるように、各々の片半分のコネクタに一つずつの、一対の電磁アンテナを設けることが可能であろう。

結合要素はデータ信号又は電力、あるいは双方の同時又は順次的な伝送を可能にすることが望ましい。

電磁結合は誘導結合により提供され、一次及び二次の結合要素は誘導子であることが望ましい。最も単純には、誘導子は一般に強磁性コアの周りに巻かれた伝導コイルを備えるが、他の誘導子により検出可能な磁束を発生できる如何なる伝導コイル及びコアの配置が用いられてもよい。

二次結合要素はソケット基部からソケット壁の少なくとも一つへと延在することが適切である。二次結合要素の強磁性コアはソケット内の延長された誘導重なり領域を提供するために、ソケット壁に沿ってソケット基部から延在する、二つ以上の延長アームを有することが望ましい。これは、二次誘導子に対する一次誘導子の位置についてはかなりの融通性があり、従ってソケット内での舌の幾らかの動きが可能であることを意味する。

好適なコネクタにおいて、ソケット壁は対応する形状の舌を受けるための実質的に立方体のソケットを画定し、二次コイルの延長アームは一次誘導子が誘導結合を提供するようにその中に位置できる誘導領域を提供するため、対向する壁に沿って延在する。この配置は様々なロック手段を提供するために適応でき、例えば舌の上面及びソケットの上部壁に位置するロック手段を提供するために、延長アームはソケットの対向する側壁に沿って延在してもよい。反対に、延長アームは舌の脇及びソケットの対応する側壁に位置するロック手段を提供するために、対向する上側と下側の壁に沿って延在してもよい。

一次誘導子はより大きな誘導子の重なりが達成されるように、舌に沿って長手方向に延在してもよい。

一次誘導子コアは舌に沿って長手方向に延在する二つ以上の延長アームを有することが望ましい。この配置において、一次コイル及びコイルに囲まれた一次コアは一般に舌の後部又は舌の基部に位置し、コアの延長アームは舌の前方部分に延在する。

好適な配置において、一次誘導子及び二次誘導子の双方は延長アームを有する。この配置では、二対の延長アームは上側と下側の壁をロック手段の提供なしにしたままで、舌及びソケットの側壁に位置してもよく、あるいは側壁をロック手段の提供なしにしたままで、舌及びソケットの上側と下側の壁に位置してもよい。

強磁性コアは「軟らかい」フェライト材から作製されることが適切であるが、例えばパーマロイ又はセラミックなどのあらゆる強磁性材料が使用され得る。使用される具体的な材料は誘導子の設計、例えば動作周波数及びコアの寸法に依存する。適切な材料は技術的に知られている。

望ましくは、本発明は誘導子コアが弾性マトリックス内に分散したフェライト粒子から作製される非接触誘導コネクタを提供する。弾性マトリックスはプラスチック材料が適切である。このタイプの機械的に弾性のある誘導子コアの使用は、コネクタが更に該コネクタの開閉を単純化し、そして構成部品の間の高度な公差の要求を緩和することによってコネクタのコストを削減する幾らかの融通性が提供され得ることを意味する。幾つかの実施形態において、この機械的に弾性のある材料から作製されるのは延長アームのみである。

本発明の好適な特徴は、コアの主要部分に対して延長アームの幾分かの独立した動きが可能であるように、延長アームが伝導コイルに囲まれた誘導子コアの主要部分から離れている、延長アームを有する誘導子コアの使用である。間隔のサイズは磁束がコアの主要部分と延長アームとの間で伝送されうるような大きさである。間隔のサイズはコネクタを使用してデータを移送するのか、あるいは電力を移送するのかに依存する。電力の移送はデータ移送よりも小さい間隔を必要とする。望ましくは、間隔は０．１ｍｍ未満、より好ましくは０．０５ｍｍ未満、最も好ましくは０．０１ｍｍ未満である。延長アームがコアの主要部分からこのように離れているところでは、アームは誘導子の構造に最適な機械的融通性を与えるために、上記のように機械的に弾性のある材料から作製されてもよい。

本発明の非接触電気コネクタは、舌がソケットと係合されるときに形成されるコンデンサ構造により電磁結合が提供される、容量性コネクタであってもよい。容量性コネクタにおいては、各々の片半分のコネクタは２分の１のコンデンサ構造を含む。

容量性コネクタは高い周波数、例えば１ＭＨｚ以上におけるデータ伝送に特に適する可能性がある。

舌及びソケット部分は各々、舌がソケットと係合されるときに二つの板がコンデンサ構造を形成するために重なるようなコンデンサ板を収容することが望ましい。別の好適な配置において、コンデンサ構造は舌がソケットと係合されるときに同心をなす、舌とソケット壁における導電リングにより提供される。舌がソケットと係合されるとき一次リングが二次リングの中に位置するように、一次結合要素は舌の外周のまわりに延在する導電性材料のリングを含み、そして二次結合要素はソケットの対応する内面の周りに延在する導電性材料のリングを含むことが適切である。

この項で一次又は二次構成要素、あるいは第一又は第二部品か構成要素に対して言及されているところでは、それは単に一例を意味し、問題の部品及び構成要素は実際に第一又は第二部品のいずれかであってよく、従って一次又は二次構成要素であり得る。

一次及び二次結合要素の駆動に好適に用いられる電子機器は、ソケットの基部部分及び舌部分に位置することが望ましい。誘導による電力移送の場合、リンクの一次側用の駆動回路はコネクタのボデー内に収容されることが望ましい。

制御電子機器はコネクタの他の部分にある仲間の回路の存在を自動的に検出するように設けられることが望ましい。これは例えば、二次結合要素の接近により生じる一次回路のインピーダンスの変化（又は逆もまた同様）を検出することにより達成され得る。これはまた二部コネクタが接続され、又は切り離されるときに、電流と電圧の間の位相（直角位相）の変化を検出することにより達成され得ることが適切である。制御電子機器は二次要素が認識されない場合には、一次結合要素に向けて「折り返す」か又は出力を減らすことが望ましい。

二次結合要素は、様々な従来の切り替え方式電源の原理を用いて調整された出力電圧を提供するような回路と接続され得ることが望ましい。

データ及び／又は電力移送のために磁気結合が用いられる場合、コネクタの第一部分に負荷インピーダンスをモニターする制御回路があることが望ましい。

一次誘導子の巻線はＤＣ給電の「チョッピング」により「方形波」を供給されることが望ましい。電力は１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、例えば約２００ｋＨｚで移送されることが望ましく、そしてデータは約１０ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、例えば約２００ｋＨｚで移送されることが望ましい。好ましくは、本発明はこれらの周波数において電力及び／又はデータを伝送するための、ここに記述されている二部電気コネクタの使用を提供する。正確な周波数はコア材料及び形状、ならびにコネクタを制御する電子機器の損失特性に基づいて、最適な効率を計算することにより決定される。これは例えば、「Ｈ」ブリッジを形成する４個の電界放出トランジスタ（ＦＥＴ）の既知の配列で達成され得る。

望ましくは、これは電流が磁気回路内で反転することを可能にし、従ってコアの飽和のしきい値を低減する。

誘導子のコアは、該コアが飽和に到達することなく対応できる磁束量を増加させるように、導電コイル内を流れる正味直流分ゼロの電流により動作することが望ましい。

データ及び／又は電力の移送は電圧波形及び電流波形を位相ロック・ループ（ＰＬＬ）へ送り込んでモニターすることにより制御されることが望ましい。ＰＬＬは望ましくは電流対電圧の位相を測定し、従って負荷の複素インピーダンスを測定する。

安全に動作する包絡線内に誘導子を保つため、及び二次誘導子が係合しているかどうかを判断するために、瞬時の電圧、電流、及び位相差（直角位相）を測定できる制御論理が用いられることが望ましい。

この測定に基づいて、「Ｈ」ブリッジを制御する回路は次に二次が存在するかどうか、従って全電圧を一次へ切り替えるべきか、あるいは二次が存在しない／又は故障の場合は「Ｈ」ブリッジの「オン」期間の振幅又は動作持続時間を制限するかを決定することが望ましい。

このようにコネクタの状態が「動作」モードか切断／故障モードのどちらにあるかを連続的にモニターすることにより、制御回路は簡単に正しい応答を選ぶことが可能である。

データは幾つかの方法で移送できることが望ましい。例えば、
ＤＣチョッピング周波数の変調、例えば２００ｋＨｚを超えての１０％の周波数変調は２０ｋＨｚの送信データリンクを備え、これは磁気回路の設計に殆ど影響を持たない。

代わりに、好ましくはＤＣ平衡方式用の標準プロトコル、例えば結合要素の飽和を避けるあらゆるＮＲＺ符号を使用することによって、動力駆動波形はそれ自体がデジタルのメッセージになり得る。

この接続は双方向性にすることが可能であり、例えば電力とデータは片方向又は双方向に移送し得る。移送は結合要素への時間多重化アクセスにより達成されることが望ましい。適切には、これはリンク及び望ましくは各々の片半分のコネクタ内の単純なマイクロコントローラを管理するためのプロトコルを必要とする。

二部コネクタ間の通信は、例えば上記で説明した送信信号用のＤＣチョッピング周波数の変調、及び例えばデータを第一部分のモニター回路へと反映するための、第二部分における回路インピーダンスの意図的な変調により行なうことができる。このモードが使用される場合には、一次回路の多くの要素が再使用できることが望ましく、例えば第一部分において「チョッパ」として用いられる「Ｈ」ブリッジ回路は、（電圧モニター回路及び制御論理により制御される）アクティブな同期整流器として利用可能である。二次側の制御論理は「Ｈ」ブリッジへのアクセスによって、第一部分の回路によりデータとして順次読むことができる負荷のインピーダンスを変調できることが望ましい。

望ましくは、この配置はデータがコネクタを渡って双方向に移送されることを可能にする。更に、該コネクタは電力を一方向に移送すると同時に、データを双方向に移送することを可能にする。

多重信号がコネクタにより移送される場合、データは時間、周波数、又は位相によって多重化されることが望ましい。コンポジット信号は適切には多重化なしに、コネクタを越えて直接移送されることができる。

本発明はここで添付図面を参照し、例のみを通じて説明される。

図１は本発明の非接触コネクタのソケット部分２を示す。コネクタはリュックサックにおいて一般に見られる把握‐解除クリップ又はバックルに類似した構造を有する（図２の舌部分４０を参照）。ソケット部分は基部４及び、ソケット７を画定するために基部から延在する壁６を有する。ソケット部分は個人によって装着されるか持ち運ばれるときに、それをより快適にする平面的な外形を有する。ソケットの壁は基部から延在する対向する上部壁８と下部壁１０、ならびにソケットの口からソケットの長さに沿ってほぼ中間まで延在する二つの対向する側壁１２を含む。この配置は基部４と側壁１２の間に、ソケットのそれぞれの側で間隙１４を提供する。これらの間隙は舌部分においてラッチ５６と協働する戻り止めとして作用する（図２参照）。該戻り止めは例えばソケットの壁のすき間又は開口部、あるいは例えばソケットの壁表面の窪み又は突起部にも設けられてもよい。望ましくはソケットの壁に間隙、すき間又は開口を設けることの更なる利点は、舌がソケットに係合する間にソケット内に集まり得る埃、汚れ、及び屑をすき間を通して除去することができるということである。

埋め込まれたワイヤを含む帯紐１６が基部に接合される。この帯紐は多くの利点を有する。特にそれは機械的強度と電気的伝導性を兼ね備える。電線は例えば帯の織り方の中に縦糸又は横糸として組み入れられてもよい。帯紐の他の例は、帯紐が電線の導管又は搬送体として作用するものである。基部内で帯紐はクランプ１８により固定される。基部は結合要素を駆動する電子回路２０及び、ソケットに係合されるときに舌部内の結合要素の存在を検出する回路２２もまた含む。埋め込み用樹脂２４が例えばコネクタ内で電線を囲むために使用されてもよい。

ソケット部２は主要部分２８及び延長アーム３０を有する強磁性コアを含む誘導結合要素２６を収容する。導線は導電コイル３２を形成するため主要部分２８の周りに巻かれている。主要部分２８及びコイル３２は基部４内に位置し、延長アーム３０は基部から上部ソケット壁８及び下部ソケット壁１０に沿って延在する。延長アーム３０は例えば基部とソケットの口の間のほぼ途中の点まで延在してもよい。幾つかの実施形態では延長アームはソケットの口まで延在し得る。

この配置は、ソケット内に延長された誘導域を提供する。舌の誘導要素がこの領域内に位置している場合には、データ及び／又は電力の移送を可能にするのに十分な電磁結合がある

コネクタは例えばソケットの口の近くから基部４より離れた点まで延在する、ソケット内の二つの内壁３４によって提供されるセルフクリーニング構造を有する。セルフクリーニング構造を提供するのと同様に、これらの内壁は例えば舌をソケット内に位置させるためのガイド経路を画定してもよい。内壁と基部の間には間隙３５があり、舌のピストン運動によりソケット内に入り込んだ如何なる屑も間隙３５を通じてガイド経路から取り除かれる。そのような如何なる屑もソケットの外壁内の間隙１４を通じてコネクタから除去することが可能であるのが好ましい。

図２は本発明の非接触誘導コネクタの舌部分４０を示し、それは図１に示すソケット部の他の片半分２と協働する。舌部分４０は帯紐を固定するためのクランプ４４を含む基部４２を収容する。舌４６は基部４２から延在して誘導子要素４８を含む。誘導子要素４８は舌の内部のどこに位置してもよく、例えば舌の前方部分又は、例えば舌の先端に近くでさえもよい。

誘導子は例えば円筒形ではあるが、望ましくは舌の上面から舌の下面までの舌の厚さを横断して延在する「ボビン」又は「糸巻き」の形状であってもよい強磁性コア５０を有する。コアの両端部は該コアが例えばプラスチック材料の層で保護されるように舌の表面の直下に位置してもよい。「ボビン」又は「糸巻き」の形状の場合、コアの両端部はコネクタの他の片半分の中で対応する誘導子コアとの重なりを最大限にするために適切に広げられる。広げられた両端部はソケット部内の誘導子との重なりを最適にするように成形されることが望ましく、例えばそれらは適切に丸くされたコーナーを有する正方形断面であってもよい。

コアの周りには導電コイル５２が巻かれている。上記のように、好適な実施形態ではコアの両端部は、ソケット壁の誘導子とのより大きな重なりがあるように、例えば舌の上面及び下面において大きな表面積を生み出すために広げられている。

舌がソケット７と係合されるとき、誘導子４８はソケット部分の二つの延長アーム３０の間に位置する。延長アーム３０と誘導子４８の寸法は、結合が保たれると同時に、ソケット７内で舌４６の位置に相当な自由度があるようになっている。延長アームと舌の中の誘導子の寸法はこの利点を最適化するために選定されてもよい。

一般的に舌４６は内壁３４によって画定されたガイド経路への進入を助けるため、僅かに丸くされた前方部分５４を有する。丸くされた表面５４はまた接続中のガイド経路からの屑の除去を容易にする。

ロック手段は舌の両側４０に位置し基部４２から延在する、二つのばね作用ラッチ５６を含み、該ラッチは「クイック解除」ロック手段を提供するためにソケット壁６の間隙１４と協調する。上記のように、この配置はリュックサックに見られる側面圧迫‐解除クリップに類似した機械的コネクタを提供する。

ラッチ５６は例えば弾力性のあるプラスチックから作製され、二つのラッチの使用時にばね作用を適切に与えるのはこの弾力性である。ラッチは舌がソケット突起５８で係合されるとき、舌４６をソケット７の中へ保持するためにソケット壁の中の間隙１４を介して拡幅するように、通常「ワイド」位置に偏倚される。舌を取り外すためには、舌が引き抜けるように突起５８を引っ込めるため、ラッチの偏倚に対抗して突起５８に力を加えることが必要である。

コネクタの二つの分離した部分が係合するとき、ソケットの壁６がラッチのカーブした外側面５８に作用してラッチを一緒に強制するため、舌４６はソケット７の中へ直接挿入されてもよい。一旦舌が完全に係合すると、ラッチ５６は間隙１４の中に「スナップ」して入り込み、舌４６をソケット７の中に保持する。

舌部分４０は誘導子コイル制御用の電気回路６０、例えばブリッジ整流器を含む。一般的に、この回路はむしろ切り替え方式の電源に見られる回路に類似している。

図３Ａ〜３Ｃはロック機構が一つのラッチを含む本発明の電気コネクタを示す。この実施形態は平らな外形を有し、「クイック解除」の機能性を提供するための中央ラッチ機構の使用を例示している。図３Ａ及び３Ｂに示すソケット部分７０は基部７２及び、ソケット７５を画定する四つの壁７４を有する。上側のソケット壁には開口７６がある。ソケット部分の基部近くには、ソケットの側壁にも又すき間７７があり、それを通じて埃や屑をソケットから除去することができる。

図３Ｃに示す舌部分７８は、舌８０がソケット７５と係合されるときソケットの壁における開口７６と協調する、一体形ばね作用ラッチ８２を有する舌８０を含む。ラッチ８２は例えば舌の折り返しの延長部として形成され、この配置は製作を単純化する。例えば、舌８０と舌８２はラッチに対してばね作用を与える弾性材料８３のボデーにより結合される。ラッチは「上」位置に偏倚される。舌とラッチは単一の部品であり同一の材料から作製されることが望ましい。

舌がソケットと係合されるとき、ラッチ８２はその偏倚により開口７６の中へ延在する。ソケットの壁７４はラッチ８２に対して舌８０を所定の位置に保持するよう作用する。舌８０をソケット７５から取り外すためには、ラッチ８２が開口７６から引っ込むように、ラッチ８２にその偏倚に対抗して下方向に力を加えることが必要であり、そこで舌８０はソケット７５から引き離される。

図１のソケット部分とは対照的に、この実施形態のソケット部分における誘導子はソケットの下側の壁に位置し、例えばコア８４の周りに巻かれた導電コイル８６を有する半環状の強磁性コア８４を備える。

舌８０は例えばソケット部分７０における誘導子と同じ半環状の形状を有する誘導子要素８８を含む。舌８０がソケットと係合されるとき、図３Ｃに示すように二つの半環状誘導子要素が、環状誘導子を提供するために重なる。この重なりは効率的な電気接続を維持すると同時に、舌に係合方向への幾らかの動きを可能にする。

このタイプの電気コネクタの付加的な利点は、舌８０とソケット７５が係合されるとき、図３Ｃに示すようにラッチ８２が例えばソケットの壁７４における、例えばソケット部分７０の肩部９０を押し、そしてこれが舌の下面９２をソケットの対応する内面９４に対して押し付ける効果を有することである。これは二つの面の間の密接な接触を確実にし、また汚れや埃を除去することを補助し、従って効率的な電磁結合を可能にする。

図４Ａ及び４Ｂはデータ及び／又は電力の伝送が容量性結合により達成される、本発明の電気コネクタの舌部分を示す。コネクタ全体の構造は図１及び図２に示され、また上記で議論されたものと類似の側面把握‐解除クリップである。

この実施形態において、電磁結合は誘導子よりもむしろコンデンサで達成される。多数のコンデンサ板１００が舌１０１の上、例えば舌１０１の表面直下に設けられ、そして多数の相補的な板１０２が例えばソケット壁１０４の対応する内面の表面直下に設けられる。舌がソケットと係合されるときには対の板が重なり、誘電性の層によって分離された二つの伝導板を備えるコンデンサ構造が形成される。

図５Ａ及び５Ｂは容量性結合を提供するための代替配置を示す。この実施形態において舌１１０は例えば実質的に長方形の断面を有し、そして舌の外周の周りに延在し、舌の表面直下に位置して舌の長さに沿って間隔を置いている四つのコンデンサ・リング１１２を含む。

ソケット部分は舌がソケットと係合されるとき、舌のコンデンサ・リングがソケットのコンデンサ・リングの内部に位置するように、例えばソケット又はガイド経路を画定する壁の内部に相補的なコンデンサ・リング１１４を含む。この同心のリング配置は多重のコンデンサ構造を提供し、ソケット内の舌の正確な位置に関しては幾分かの融通性を伴って電磁結合が達成できるという利点を有する。

図６はコネクタの片半分の制御に使用しうる制御回路の一例を示す。該回路はデータ及び／又は電力を伝送あるいは送信しているコネクタの部分を制御するのに適している。

例えば、コネクタが一次側から二次側に電力を伝達し、そしてデータ（例えばデジタルの連続メッセージ）が同じ方向に渡されることが必要な場合、そこで電力の移送が２００ＫＨｚの周波数でなされていたならば、該データは電力の伝達周波数を二つの別個の値、例えば１９５Ｈｚ及び２０５Ｈｚの間で交互にするようコード化されることが出来るであろう。これは二次側で検出され、データが抽出されることが好ましい。

代わりに、電力の搬送波形を連続コード（これはコアを飽和させないように、コードがバランスした平均的波形をもつことを要する）として伝送することにより、一次の駆動波形はメッセージ自体であり得る。

必要であれば、一次側の回路により次々にモニターし得る、二次側からのフィードバックが有効負荷の変調により行なわれることが可能であろう。

図７はコネクタの他の片半分により伝送されるデータ及び／又は電力を受けているコネクタの部分を制御するために使用され得る、単純な回路の一例を示す。

図８はコネクタの「受信」部分を制御するための、より複雑な制御回路の一例を示す。この種の回路はデータ抽出及びＤＣ出力の調整を可能にする。

本発明の非接触誘導コネクタのソケット部分を示し、図１Ａは図１Ｂの線Ａ‐Ａにおける断面である。 本発明の非接触誘導コネクタの舌部分を示し、図２Ｂは図２Ａの線Ａ‐Ａにおける断面である。 コネクタが中央にあるラッチのロック手段を有する誘導コネクタを示し、図３Ａはソケット部分の平面図、図３Ｂは幾分かの内部詳細を示すソケット部分の正面図、図３Ｃは組み立てられたコネクタの断面図である。 埋め込まれたコンデンサ板を有する本発明の容量性コネクタを示し、図４Ａは舌部分の斜視図、図４Ｂは組み立てられたコネクタの概略断面図である。 同心リングを有する本発明の容量性コネクタを示し、図５Ａは舌部分の斜視図、図５Ｂは組み立てられたリング構造の略図である。 一次誘導要素を駆動するために使用され得る電子回路を示す。 二次誘導要素を駆動するために使用され得る単純な電子回路を示す。 二次誘導要素を駆動するために使用され得るより複雑な電子回路を示す。

Claims (20)

1. 二部電気コネクタであって、
   基部（４２）及びそこから長手方向に延在する舌（４６）を有する、舌部分（４０）である第一の部分と、
   基部（４）及びそこから延在し前記舌（４６）をスライド可能に受けるソケットを画定する壁（６）を有する、ソケット部分（２）である第二の部分であって、前記舌（４６）をガイドするためのガイド経路を画定する、前記ソケットの壁（６）内に位置する二つの調節板（３４）を含み、前記調節板（３４）が前記ソケットの端部の口から前記ソケット部分の基部（４）へと長手方向に延在し、該延在終点と前記基部（４）との間に、前記第１の部分を前記舌（４６）を前記ガイド経路に沿って前記基部（４）に向けて前記第２の部分に進入させる際、前記舌（４６）によって前記ガイド経路内へ押込まれた汚れや屑を除去する隙間（３５）が形成されるとともに、前記舌部分（４０）及びソケット部分（２）が解除可能な互いの係合を可能にし、前記舌（４６）が前記ソケット内に保持される第一の位置と、前記舌を前記ソケットから取り外すことができる第二の位置との間を移動できるロック部材（１４、５６）を含むロック手段を有するソケット部分である第二の部分と、
   前記第１の部分の前記舌（４６）に位置する部分に設けられる一次結合要素（４８）と、
   前記第２の部分の前記ソケット壁（６）の少なくとも1つに位置する部分に設けられ、前記第１の部分が前記第一の位置まで進入して前記第２の部分と係合されるときに、前記一次結合要素（４８）との非接触の電磁結合を提供する二次結合素要素（２６）と
   を有する電気コネクタ。
2. 使用の際に前記一次及び二次結合要素の重なりが、電磁結合を維持すると同時に前記ソケット内で前記舌の横方向及び／又は長手方向の動きを可能にするように、前記一次結合要素が前記舌の外面近傍で長手方向に延在し、前記二次結合要素が前記ソケット壁の対応する内面近傍で長手方向に延在する
   請求項１に記載の二部電気コネクタ。
3. 前記一次及び二次結合要素がそれぞれ一次及び二次誘導子であり、各々が強磁性コアの周りに巻かれた導電コイルを含む
   請求項１あるいは２に記載の二部電気コネクタ。
4. 二次導電コイルがソケット基部に位置し、前記舌が前記ソケットと係合されるときに前記一次誘導子が二つのアームの間に位置するように、二次誘導子コアが前記ソケット壁へと延在する二つの延長アームを有する
   請求項３に記載の二部電気コネクタ。
5. 一次誘導子コイルが舌の後部に位置し、前記舌が前記ソケットと係合されるときに一次誘導子アームが二次誘導子アームの間に位置し、二次誘導子アームと重なるように、一次誘導子コアが舌の前方部分に延在する二つの延長アームを有する
   請求項４に記載の二部電気コネクタ。
6. 前記延長アームの少なくとも一つが、その他の部分のコアと電磁的通信をすると同時に、その他の部分のコアに対し延長アームの独立した動きを可能にするために、その他の部分のコアから離れている
   請求項４あるいは５に記載の二部電気コネクタ。
7. 前記一次及び二次コアがフェライト材から作製される
   請求項４〜６のいずれか一項に記載の二部電気コネクタ。
8. 前記一次コア及び前記二次コアが弾性マトリックス内に分散したフェライト粒子から作製される
   請求項７に記載の二部電気コネクタ。
9. 前記舌が前記ソケットと係合されるときに容量性結合を可能にするためコンデンサ構造が形成されるように、前記一次及び前記二次要素のそれぞれが２分の１のコンデンサ構造である
   請求項１あるいは２に記載の二部電気コネクタ。
10. 前記舌が前記ソケットと係合されるときに一次コンデンサ板と二次コンデンサ板との重なりがあるように、前記一次及び二次結合要素のそれぞれがコンデンサ板である
    請求項９に記載の二部電気コネクタ。
11. 前記ロック手段が弾性ラッチ及び、前記ラッチと協働する戻り止めを含む
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の二部電気コネクタ。
12. 前記弾性ラッチが前記舌に位置し、前記戻り止めが対応するソケット壁に位置する
    請求項１１に記載の二部電気コネクタ。
13. 前記舌部分が、前記舌のいずれの側からも横方向に隔てられ、いずれの側にも位置する二つの弾性ラッチを有し、前記ソケット部分が対応するソケット壁に位置する二つの戻り止めを有する
    請求項１２に記載の二部電気コネクタ。
14. 電気機器の間に電気信号を伝送する装置であって、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の二部電気コネクタ、及び前記コネクタの少なくとも一つの部分に接続された帯紐を含み、前記帯紐が前記コネクタ内の結合要素に電気的に接続された電線を含む装置。
15. 基部及びそこから長手方向に延在する舌と、前記舌内部に位置する電磁結合要素と、前記舌をソケット内で解除可能に保持するための、ソケット部分のロック手段と協働するロック手段とを含む、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の二部電気コネクタで使用するための舌部分。
16. 基部及びそこから長手方向に延在し、舌をスライド可能に受けるソケットを画定するソケット壁と、前記ソケット壁の少なくとも一つの中に位置する電磁結合要素と、前記舌を前記ソケット内で解除可能に保持するための、舌部のロック手段と協働するロック手段とを含む、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の二部電気コネクタで使用するためのソケット部分。
17. 電気信号を電気機器間で伝送するための、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の二部電気コネクタの使用。
18. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の二部電気コネクタ内の、前記一次及び二次結合要素の一つ又は双方における電流特性の変調方法であって、前記方法が前記コネクタの係合状態の検出と、検出された状態に応じた前記電流特性の調整とを含む方法。
19. 前記二部コネクタが接続されているか、又は切り離されているときに前記係合状態がインピーダンスの変化の検出によって検出される
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記二部コネクタが接続されているか、又は切り離されているときに前記係合状態が電流と電圧間の位相変化の検出によって検出される
    請求項１８あるいは１９に記載の方法。

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