JP6584758B2 - 電磁コネクター - Google Patents

Description

関連出願との相互参照
[0001]本出願は、２０１３年５月２日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ」という発明の名称の米国特許出願第１３／８７５，８５８号、２０１１年１２月３０日に出願された「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ Ａ ＳＥＲＩＡＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＡＮＤ Ａ ＰＡＲＡＬＬＥＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ」という発明の名称の米国特許出願第１３／３４１，１７６号、２０１１年１２月３０日に出願された「ＳＷＩＴＣＨ ＦＡＢＲＩＣ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＳＥＲＩＡＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＡＮＤ Ａ ＰＡＲＡＬＬＥＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ」という発明の名称の米国特許出願第１３／３４１，１６１号、および、２０１１年１２月３０日に出願された「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ」という発明の名称の米国特許出願第１３／３４１，１４３号の米国特許法（３５ ＵＳＣ）第１２０条による一部継続出願である。また、本出願は、２０１２年１２月２８日に出願された「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ／ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ／ＳＷＩＴＣＨ ＦＡＢＲＩＣ ＷＩＴＨ ＳＥＲＩＡＬ ＡＮＤ ＰＡＲＡＬＬＥＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥＳ」という発明の名称の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０７２０５６号の一部継続出願である。米国特許出願第１３／８７５，８５８号、米国特許出願第１３／３４１，１７６号、米国特許出願第１３／３４１，１６１号、および米国特許出願第１３／３４１，１４３、ならびに、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０７２０５６号は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれている。

[0002]電気的なコネクターは、電気回路を完成させ、または、２つ以上の電気回路を接合するために使用される機械的なアッセンブリである。プラグおよびソケットタイプの電気的なコネクターは、一般的に、雄型プラグおよび雌型レセプタクルを含み、雄型プラグの中の複数のピンまたはプロング接触部は、雌型レセプタクルの嵌め合わせソケットの中の開口部の中へ挿入するように構成されている。マルチピンコネクターは、複数の金属ピンを用いている。したがって、嵌め合わせ金属部分（例えば、ピンおよびソケット）同士の間の接続は、良好な電気的接続を提供し、電気回路を完成させることができなければならない。例えば、マルチピンコネクターは、産業用制御システム（ＩＣＳ）／プロセス制御システム（ＰＣＳ）における相互接続部として使用され、入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを、パワーおよび／または通信信号伝送回路に接続する。そのような回路は、例えば、パワーバックプレーンによって使用することが可能であり、複数の電気的なコネクターが、共通の電源に並列に接続されている。他のタイプの電気的なコネクターは、イーサネット（登録商標）およびカテゴリー５（ＣＡＴ５）ケーブル用に使用される８極８芯（８Ｐ８Ｃ）モジュラーコネクター；Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｓｔａｎｄａｒｄ ２３２（ＲＳ−２３２）モデムシリアルポート、コンピューター、電気通信、テスト／測定計器、モニター、ジョイスティック、マウス、およびゲーム機用に使用されるＤサブミニチュアコネクター；デバイスにインターフェース接続するために使用されるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクター（タイプＡ、タイプＢ、Ｍｉｎｉ−Ａ、Ｍｉｎｉ−Ｂ、Ｍｉｃｒｏ−Ａ、およびＭｉｃｒｏ−Ｂコネクターを含む）；交流電流（ＡＣ）パワープラグおよびソケット（例えば、ソケット、レセプタクル、コンセント、パワーポイントなどの中の、適合するスロットおよび／または孔部の中へ嵌合する、突出するプロング、ブレード、および／またはピンを有するプラグ）、ならびに、直流電流（ＤＣ）コネクター（同軸パワーコネクターなど）などのような電力コネクター；ＲＦ信号を送信するための高周波（ＲＦ）コネクターなどを含む。

[0003]１つまたは複数の実装形態では、デバイスが開示されており、デバイスは、複数の電気回路と、電磁コネクターとを含み、電磁コネクターは、第１の磁気回路部分を形成するように構成されており、第１の磁気回路部分は、第１のコア部材と、第１のコア部材の周囲に配設されている複数のコイルとを含む。複数のコイルのそれぞれは、複数の電気回路のうちの対応する１つの電気回路に別々に接続するように構成されている。電磁コネクターは、第２の電磁コネクターと嵌め合わせるように構成されており、第２の電磁コネクターは、第２の磁気回路部分を形成するように構成されており、第２の磁気回路部分は、第２のコア部材と、第２のコア部材の周囲に配設されているコイルとを含む。電磁コネクターが第２の電磁コネクターと嵌め合わされると、第１のコア部材および第２のコア部材は、電磁コネクターの複数のコイルを、第２の電磁コネクターのコイルに連結するように構成されており、磁気回路は、第１の磁気回路部分および第２の磁気回路部分から形成される。磁気回路は、（例えば、パッシブハブ（ｐａｓｓｉｖｅ ｈｕｂ）の様式で）複数のコイルの第２のコイルが通電されると、複数のコイルの第１のコイル、および、第２の電磁コネクターのコイルの中に信号を誘導するように構成されている。

[0004]この概要は、簡易化された形態で、概念の選択を紹介するために提供されており、この形態は、以下に、詳細な説明でさらに説明されている。この概要は、特許請求されている主題の重要な特徴、または、本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、特許請求されている主題の範囲を決定することを助けるものとして使用されることも意図していない。

[0005]詳細な説明は、添付の図を参照して説明されている。説明および図において、異なる例の中の同じ参照数字の使用は、同様のまたは同一の事項を指示している可能性がある。

[0006]本開示の例示的な実施形態によるコネクターアッセンブリを図示する等角図であり、コネクターアッセンブリは、第２の電磁コネクターと嵌め合わされた第１の電磁コネクターを含み、第１の電磁コネクターは、第１のコア部材の周囲に配設されている第１および第２のコイルを含み、第２の電磁コネクターは、第２のコア部材の周囲に配設されている別のコイルを含み、第１および第２の電磁コネクターは、磁気回路を形成し、磁気回路は、（例えば、パッシブハブの様式で）第１の電磁コネクターの第２のコイルが通電されると、第１の電磁コネクターの第１のコイル、および、第２の電磁コネクターのコイルの中に信号を誘導するように構成されている。 [0007]本開示の例示的な実施形態による、複数の電気回路に別々に接続されている複数のコイルを含む電磁コネクターの説明図である。 [0008]本開示の例示的な実施形態によるシステムの部分図であり、システムが、図２に示されている電磁コネクターなどのような、電磁コネクターを使用して形成されているパッシブハブに接続されている複数の通信チャネルを含む。 [0009]本開示の例示的な実施形態によるシステムの部分図であり、システムが、プリント基板の上に製作される電気回路を含み、電気回路のそれぞれが、図２に図示されている電磁コネクターなどのような、プリント基板によって支持されている電磁コネクターに別々に接続されている。 [0010]本開示の例示的な実施形態による電磁コネクターを使用してバックプレーンに連結するように構成されているモジュール（例えば、産業用エレメント）を含むシステムの端面断面図である。 [0011]図５Ａに示されているシステムの部分端面断面図であり、電磁コネクターが嵌め合わされ、モジュールをバックプレーンに連結している。

概説
[0012]マルチピンコネクターは、典型的に、産業用制御システム／プロセス制御システムにおいて使用され、Ｉ／Ｏデバイスを、パワーバックプレーンに含まれるパワーおよび／または通信信号伝送回路に接続する。ピン相互接続は、高精度の信号分解能を提供し、かつ、金めっきが施された硬化鋼などのような、高品質の材料から構築されることが多い。様々なピンを曲げること、または、ミスアライメント状態にすることを回避するために、マルチピンコネクターを接続および取り外すときには、注意が払わなければならない。追加的に、産業用の環境（ｓｅｔｔｉｎｇｓ）において、および、現場の双方において、ピン相互接続は、腐食性物質および汚染物質に露出されることが多く、酸化およびコーティングを受け、間欠的な故障につながる可能性がある。故障の本質および原因の特定は、難しく、コストがかかる可能性がある。したがって、マルチピンコネクターは、一般的に、産業用制御システムハードウェアの高コストおよび高メンテナンスのコンポーネントである。

[0013]また、産業用制御システム／プロセス制御システムは、Ｉ／Ｏデバイス同士の間のガルバニック絶縁を必要とし、かつ、パワー伝送および制御機器に関連付けされる可能性がある。例えば、Ｉ／Ｏデバイスは、典型的に、信号伝送のために、変圧器および／または光学的な機器を使用し、Ｉ／Ｏデバイスを電気的に絶縁し、接地ループを防止するなどする。産業用システムは、パワーおよび／または通信信号伝送のためにバックプレーンを提供することが可能であり、プラグ着脱可能なＩ／Ｏデバイスが、バックプレーンに接続されている。それぞれのプラグ着脱可能なＩ／Ｏデバイスは、パワーおよび通信伝送の両方のために、マルチピンコネクターを使用することが可能であり、パルス幅変調（ＰＷＭ）／パルス持続期間変調（ＰＤＭ）およびパワー変圧器が、バックプレーンとＩ／Ｏデバイスとの間の絶縁を実現することを伴う。例えば、バックプレーンは、ＤＣ信号をＩ／Ｏデバイスへ送達するために、ＤＣ電源およびコネクターを使用することが可能である。次いで、それぞれのＩ／Ｏデバイスは、ＤＣ信号をＡＣ信号へ変換するためにＰＷＭを使用し、パワー／通信信号を回路へ送達するために変圧器を使用することが可能である。高品質のマルチピンコネクター、ＰＷＭ回路、およびパワー変圧器の使用は、Ｉ／Ｏデバイスのコストおよび複雑さを増加させる。

[0014]したがって、磁気回路の一部分を形成する電磁コネクターを用いる電磁コネクターアッセンブリが説明されている。電磁コネクターのうちの１つまたは複数は、コア部材と、コア部材の周囲に配設されている複数のコイルとを含む。実装形態では、電磁コネクターは、他の電磁コネクターと嵌め合わせるように構成されており、１つの電磁コネクターが別の電磁コネクターに嵌め合わされるときに、コネクターのコア部材が、第１のコネクターのコイルを、第２のコネクターの１つまたは複数のコイルに連結し、磁気回路を完成させるようになっている。複数のコイルのうちの１つのコイルが通電されると、磁気回路は、複数のコイルのうちの別のコイル、および、第２のコネクターの１つまたは複数のコイルの中に信号を誘導するように構成されている。さらに、第２のコネクターのコイルが通電されると、第１のコネクターの複数のコイルの中に、信号が誘導される。このように、電磁コネクターアッセンブリは、パッシブハブの様式で使用することが可能である。電磁コネクターが使用され、例えば、Ｉ／Ｏモジュールとバックプレーンとの間の通信を促進させることが可能である。

[0015]本開示にしたがって構成されている電磁コネクターは、緊密に連結されているコイルにリンクする磁気回路を完成させるために、必ずしも、正確な接触、圧力、および／または、アライメントを必要とはしない。実装形態では、電磁コネクターは、パワーバックプレーン／バス構成を有する産業用制御システムにおいて使用することが可能である。例えば、電磁コネクターは、ＰＷＭ、別々のパワー変圧器、および、関連のトランジスター（これは、使用しない場合、それぞれのＩ／Ｏモジュールが、Ｉ／Ｏモジュールとパワーバックプレーンとの間の隔離を維持することを必要とすることとなる）の代わりに、１つまたは複数のＩ／Ｏモジュールとともに使用することが可能である。また、電磁コネクターは、通信および／またはパワー信号伝送のために、マルチピンコネクターの代わりに使用することが可能である。複数のＰＷＭ、パワー変圧器、トランジスター、およびマルチピンコネクターを排除することは、このタイプの構成に関して、著しいコスト節約およびスペース節約を提供することを可能とし、これにはセンサーと制御コンポーネントとの間で強化されたガルバニック絶縁を伴う。さらに、信号伝送のための非接触式の相互接続は、より環境的にロバストな構造を提供し、腐食、ピンミスアライメントなどに起因する現場故障を低減させるか、または、排除することが可能である。

[0016]１つまたは複数の実装形態では、電磁コネクターアッセンブリが、ＡＣ信号を分配するためのバックプレーンを含むシステムの中で用いられる。システムは、バックプレーンに連結されている多数の電磁コネクターを含むことが可能である。本明細書で説明されているように、電磁コネクターは、（例えば、先述されているように、）コア部材と、コア部材の周囲に配設されている１つまたは複数のコイルとを含む。電磁コネクターのそれぞれは、別の電磁コネクターと嵌め合わせるように構成されており、別の電磁コネクターは、モジュールの中に含まれ得る。電磁コネクターが嵌め合わされると、コイルは、磁気回路を介して連結される。磁気回路は、バックプレーンのコイル、または、モジュールの別のコイルが通電されると、モジュールの１つまたは複数のコイルの中に信号を誘導するように構成されている。さらに、モジュールのコイルが通電されると、磁気回路は、バックプレーンの１つまたは複数のコイルの中に信号を誘導するように構成されている。バックプレーンが使用され、電力を供給し、および／または、モジュールの回路との通信を供給することが可能である。

[0017]システムは、マルチドロップパワーバックプレーン／バス構成を有する産業用制御システム／プロセス制御システムのために構成することが可能であり、マルチドロップパワーバックプレーン／バス構成は、ＤＣ−ＡＣ（ＤＣ／ＡＣ）変換回路および配電変圧器を使用して、高周波ＡＣパワーを送信し、電磁コネクターは、先述されているように構成されている。本開示にしたがって構成されているシステムは、それぞれのＩ／Ｏデバイスに関して別々のＰＷＭを使用することを排除し、複数のＰＷＭを、例えば、バックプレーンの上に位置付けされている単一のＰＷＭと交換することが可能である。したがって、典型的なコネクターおよびパワー変圧器構成は、磁気回路（例えば、緊密に連結されている変圧器）と交換することが可能である。それぞれの磁気回路は、変圧器の２つの部分（例えば、半分）として構成することが可能であり、変圧器の一方の部分（例えば、半分）は、それぞれのモジュールの中に位置付けされており、もう一方の部分（例えば、半分）は、バックプレーンの中に位置付けされている。バックプレーンの中の変圧器の部分は、例えば、一次コイル、および、コアの一部分を含むことが可能である。それぞれのモジュールの中の変圧器の部分は、二次コイル、および、嵌め合わせコアを含むことが可能である。一次コイルの中の電力は、二次コイルによって取り出され、次いで、整流されて使用され、それぞれのモジュールの中の回路に電力を供給し、および／または、それぞれのモジュールの中の回路と通信する。

[0018]本開示にしたがって構成されているシステムは、通信制御システムとして実装することが可能であり、通信制御システムは、シリアル通信インターフェース（例えば、マスターおよび複数のスレーブを有するシリアルバスまたはマルチドロップバス（ＭＤＢ））、および、パラレル通信インターフェース（例えば、クロススイッチを使用して実装されるパラレルバスまたはポイントツーポイントバスなど）を有するスイッチファブリックを含む。シリアル通信インターフェースおよびパラレル通信インターフェースは、複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュールを、通信／制御モジュールに接続するために、および、互いに接続するために使用することが可能である。

例示的な実装形態
[0019]図１から図５は、本開示の例示的な実装形態によるコネクターアッセンブリ１０２の例示的な電磁コネクター１００を図示している。電磁コネクター１００は、回路同士の間の隔離を維持しながら、電気信号および／または電力を一方の回路から別の回路へ送信するために、電気回路を一緒に連結することが望ましい任意の適用例において使用することが可能である。例えば、電磁コネクター１００は、必ずしもそれに限定されるわけではないが、産業用制御システム／プロセス制御システム（例えば、Ｉ／Ｏデバイスをパワーおよび／または通信信号伝送回路に接続するためのもの）、電気通信（例えば、オーディオ、ブロードバンド、ビデオ、および／または音声の伝送のためのもの）、情報／データ通信（例えば、イーサネット（登録商標）機器、モデムなどのような、コンピューターネットワーク機器を接続するためのもの）、コンピューターハードウェア相互接続（例えば、ジョイスティック、キーボード、マウス、モニターなどのような、周辺機器を接続するためのもの）、ゲーム機、テスト／測定計器、電力コネクター（例えば、ＡＣ電源からのパワー伝送のためのもの）などを含む、適用例において使用することが可能である。

[0020]電磁コネクター１００のそれぞれが、磁気回路部分１０４を形成するように構成されており、磁気回路部分１０４は、コア部材１０６と、コア部材１０６の周囲に（例えば、周囲に、および／または、中に）配設されている１つまたは複数のコイル１０８とを含む。本開示では、「コア部材」は、磁気コアの不完全な部分を参照するために使用され、この不完全な部分は、電磁コネクター１００が一緒に連結されているときに、別のコア部材によって完全にされるということが留意されるべきである。それぞれの電磁コネクター１００は、電磁コネクター１００を介して接続されているコンポーネント同士の間で、パワーおよび／または通信信号を送信するために、コネクターアッセンブリ１０２の別の電磁コネクター１００と嵌め合わせるように構成されている。例えば、電磁コネクター１００の第１のＩ字形状またはＥ字形状のコア部材１０６は、第１の電磁コネクター１００と第２の電磁コネクター１００との間で通信信号を送信するために、別の電磁コネクター１００の第２のＩ字形状またはＥ字形状のコア部材１０６と嵌め合わせるように構成されている。

[0021]一方のコア部材１０６が別のコア部材１０６に接触するように構成されている実装形態では、接触表面は、実質的に平坦であることが可能であるが、この構成は、単に例として提供されており、本開示を限定することを意味していない。したがって、他の実装形態を提供することが可能であり、他の実装形態は、コア部材同士の間の接触の表面積を増加させるように設計され、および／または、（例えば、別のコア部材の中へ挿入するために、一方のコア部材の一部分を構成させることによって）コア部材のセルフアライメントを提供するように設計された実装形態を含む。例えば、一方のコア部材は、別のコア部材のテーパー付きの孔部の中へ挿入するために構成されているテーパー付きのピンを含み、テーパー付きのピンの外周面および／または端部が、テーパー付きの孔部の内部壁部および／または底部表面の一部分に接触するように構成されている。いくつかの実施形態では、電磁コネクター１００は、締まり嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）構成を備え付けており、例えば、１つまたは複数のコイル１０８が、第１のコア部材１０６の周囲に配設されており、および、１つまたは複数の他のコイル１０８が、第２のコア部材１０６の中に配設されている。必ずしもそれに限定されるわけではないが、摩擦フィットのために、円錐形状の、同心円状の、偏心した、幾何学的な、傾斜した幾何学形状などを含む、幾何学形状を有するコネクターを使用することで、締まり嵌めを確立することが可能である。

[0022]本開示の実施形態では、第１のコア部材１０６は、第１の電磁コネクター１００が第２の電磁コネクター１００と嵌め合わされるときに、必ずしも、第２のコア部材１０６に接触するように構成されてはいない。１つまたは複数のギャップを、特定の組の嵌め合わせコア部材１０６の様々な点の間に、設けることが可能である。例えば、図１に図示されているように、２つのＩ字形状のコア部材１０６を備える実施形態では、エアギャップＡ_Ｇが、第１のＩ字形状のコア部材１０６と第２のＩ字形状のコア部材１０６との間に設けられている。例えば、第１のコア部材１０６は、必ずしも、第２のコア部材１０６に電気的接触をしないが、第２のコア部材１０６の近位に支持されている。さらに、Ｅ字形状のコア部材１０６を、Ｃ字形状のコア部材、Ｕ字形状のコア部材、Ｉ字形状のコア部材などと嵌め合わせることによって、エアギャップＡ_Ｇを設けることが可能である。例えば、一方のＥ字形状のコア部材の中間脚部は、平面的な巻き線を含む第１のコイルを備える第１の回路基板と、平面的な巻き線を含む第２のコイルを備える第２の回路基板の両方を通って延在するように構成することが可能であり、Ｅ字形状のコア部材の外側脚部は、別のＵ字形状のコア部材の脚部に接触するように構成されている。この構成では、Ｕ字形状のコア部材の周囲に配設されるコイルは、「Ｕ」の脚部同士の間に位置付けされ得る。しかし、平面的な巻き線は、単に例として提供されており、本開示を制限することを意味していない。したがって、コイル１０８は、コア部材１０６の周囲に、または、コア部材１０６の中に巻き付けられた絶縁銅巻き線などのような、他の巻き線を含むことが可能である。

[0023]コア部材１０６は、添付の図では、Ｉ字形状およびＥ字形状のものとして示されているが、これらの形状は、単に例として提供されており、本開示を限定することを意味していないということが留意されるべきである。したがって、コア部材１０６、および／または、２つの嵌め合わせコア部材１０６の組み合わせ形態は、必ずしもそれに限定されるわけではないが、「Ｃ」／「Ｕ」コア、「ＥＦＤ」コア、「ＥＰ」コア、「ＥＲ」コア、ポット（ｐｏｔ）コア、トロイダル（ｔｏｒｏｉｄａｌ）コア、リング／ビードコアなどを含む、他の形状および／またはコア幾何学形状を含むことが可能である。例えば、コア部材１０６の形状は、カップリング／動作周波数に基づいて選択することが可能である。さらに、コア部材１０６は、（例えば、平面的な巻き線とともに）平面的なコアとして実装することが可能である。実装形態では、コア部材１０６は、例えば、平面的な巻き線として形成されたコイル１０８に沿って、回路基板の中に、または、回路基板の上に形成することが可能であり、コア部材１０６が、回路基板の１つまたは複数の部分によって、コイル１０８から電気的に絶縁されるようになっている。

[0024]電磁コネクター１００の１つまたは複数のコア部材１０６は、鉄スラリー材料から形成することが可能である。しかし、この材料は、単に例として提供されており、本開示を限定することを意味していない。したがって、コア部材１０６は、コイル１０８によって発生させられる磁界を閉じ込めて案内するのに適切な透磁率を有する任意の材料を含むことが可能であり、それは、必ずしもそれに限定されるわけではないが、軟磁性の材料（すなわち、シリコン鋼などのような、低いヒステリシスを有する磁気的な材料）、強磁性の金属（例えば、鉄）、フェリ磁性体の化合物（例えば、フェライト）などを含む。

[0025]第１の電磁コネクター１００の１つまたは複数のコイル１０８は、第１の電磁コネクター１００の磁気回路部分１０４、および、第２の電磁コネクター１００の磁気回路部分１０４から形成される磁気回路を伴って、第２の電磁コネクター１００の１つまたは複数のコイル１０８に緊密に連結され得る。磁気回路は、第２の電磁コネクター１００のコイル１０８の１つまたは複数が通電されるときに、第１の電磁コネクター１００のコイル１０８の１つまたは複数の中に信号を誘導するように構成されており、および、第１の電磁コネクター１００のコイル１０８の１つまたは複数が通電されるときに、第２の電磁コネクター１００のコイル１０８のうちの１つまたは複数の中に信号を誘導するように構成されており、パワーおよび／または通信信号が、電磁コネクター１００を介して接続されているコンポーネント同士の間で送信されることを可能にする。実装形態では、コイル１０８は、緊密に連結されるか（例えば、鉄製コアを使用して、約１（１）のカップリング係数を提供する）、クリティカルに（ｃｒｉｔｉｃａｌｌｙ）連結されるか（例えば、通過帯域の中のエネルギー伝達が最適である）、または、オーバーカップルされ（ｏｖｅｒｃｏｕｐｌｅｄ）得る（例えば、二次コイルが、一次コイルの場を崩壊させるのに十分なほど、一次コイルに近づく）。

[0026]実装形態では、コア部材１０６および／またはコイル１０８のうちの１つまたは両方が、１つまたは複数の層の材料中に、少なくとも部分的に（例えば、完全にまたは部分的に）、機械的にケースに入れられ得る。さらに、いくつかの実施形態では、第１の電磁コネクター１００が第２の電磁コネクター１００と嵌め合わされるときに、第１のコア部材１０６を第２のコア部材１０６から分離させるために、１つまたは複数の層の材料（例えば、保護層１１０）が、第１のコア部材１０６の周囲に配設されている。保護層１１０は、薄膜プラスチック材料のコーティングなどのような、非導電性／絶縁材料から製作することが可能である。保護層（例えば、非導電性／絶縁材料）は、必ずしもそれに限定されるわけではないが、コーティング、ペインティング、蒸着などを含む技法を使用して、適用することが可能である。いくつかの実施形態では、保護層１１０は、０．１２７ｍｍ（１０００分の５インチ（０．００５インチ））の厚さのＬｅｘａｎの層を含む。本開示の実施形態では、保護層１１０は、電磁コネクター１００のコア部材１０６および／またはコイル１０８を、腐食、機械的な損傷（例えば、破壊）などから保護するように構成されている。コア部材１０６が脆性材料から構成されるときには、ケースに入れることは、特に有用である可能性がある。例えば、コア部材１０６は、プラスチック材料から形成される保護層の中に、緊密にケースに入れることが可能である。このように、コア部材に対する損傷（例えば、コア部材の中の亀裂または破損）が起こるとき、材料のピースは、ケーシングの中で、実質的に互いに接触した状態に維持され得る。したがって、コア材料に対する損傷は、著しくは性能を減少させないことが可能である。

[0027]図２から図５は、本開示の例示的な実装形態による、プロセス制御システム技術などとともに使用するために構成されているシステム１１２を図示している。例えば、コントローラーエレメントおよびサブシステムから構成される分散制御システムとともに使用され得るシステム１１２が図示されており、サブシステムが、システム全体にわたって分配されている１つまたは複数のコントローラーによって制御される。システム１１２は、スイッチファブリックを含むことが可能であり、スイッチファブリックは、１つまたは複数のバックプレーン１１４と１つまたは複数のモジュール１１６との間に通信を供給するために、シリアル通信インターフェースおよび／またはパラレル通信インターフェースを含む。それぞれのバックプレーン１１４は、多数の電磁コネクター１００を有しており、電磁コネクター１００のそれぞれは、（例えば、先述されているように、）コア部材１０６と、コア部材１０６の周囲に配設されている１つまたは複数のコイル１０８とを含む。バックプレーン１１４に含まれている電磁コネクター１００のそれぞれは、産業用エレメントなどのような、モジュール１１６に含まれている別の電磁コネクター１００と嵌め合わせるように構成されている。例えば、電磁コネクター１００が、産業用制御システム（ＩＣＳ）／プロセス制御システム（ＰＣＳ）の中で相互接続し、Ｉ／Ｏデバイスを、パワーおよび／または通信信号伝送回路に接続する状態で、システム１１２を実装することが可能である。

[0028]電磁コネクター１００が嵌め合わされると、バックプレーン１１４のコア部材１０６、および、モジュール１１６のコア部材１０６は、磁気回路を介してコイル１０８を連結するように構成されている。バックプレーン１１４のコイル１０８が通電されると（例えば、ＤＣ／ＡＣコンバーターからのＡＣ信号とともに）、磁気回路は、モジュール１１６の１つまたは複数のコイル１０８の中に信号を誘導するように構成されている。モジュール１１６のコイル１０８の中に誘導された信号が使用され、図２に示されているように、電力を供給し、および／または、１つまたは複数の電気回路１１８との通信を供給することが可能である。バックプレーン１１４は、モジュール１１６の中に信号を誘導するものとして説明されているが、この実装形態は、単に例として提供されており、本開示を制限することを意味していないということが留意されるべきである。したがって、また、モジュール１１６のコイル１０８が通電され、バックプレーン１１４との通信を供給すると、磁気回路は、バックプレーン１１４の１つまたは複数のコイル１０８の中に信号を誘導するために使用され得る。さらに、嵌め合わせ電磁コネクター１００に含まれるコイル１０８は、交互のシーケンスで（例えば、次々に）通電され、双方向通信などを提供することが可能である。

[0029]本開示の実施形態では、モジュール１１６および／またはバックプレーン１１４は、複数の電気回路１１８を含み、電気回路１１８のうちの２つ以上が、それぞれ、電磁コネクター１００のコア部材１０６の周囲に配設されているコイル１０８に別々に接続する。このように、バックプレーン１１４と１つまたは複数のモジュール１１６との間の通信は、パッシブハブ１２０の様式で実装され得る。例えば、バックプレーン１１４およびモジュール１１６は、複数の通信チャネル１２２を使用して通信することが可能であり、複数の通信チャネル１２２のそれぞれは、図３に示されているように、例えば、コントローラー１２４（例えば、マイクロコントローラー）を使用して実装することが可能である。バックプレーン１１４の中に配設されているコイル１０８が通電されると、信号が、モジュール１１６のそれぞれの通信チャネル１２２に関連付けされているそれぞれのコイル１０８の中に誘導される。さらに、モジュール１１６の中に配設されているコイル１０８が通電されると、信号が、バックプレーン１１４に関連付けされている１つまたは複数のコイル１０８の中に誘導される。このように、通信が、複数のコントローラー１２４の間に供給される。本開示の実施形態では、電気回路１１８のうちの２つ以上が、少なくとも実質的に同一であり（例えば、同一である、電気的に同等であるなど）、バックプレーン１１４および／またはモジュール１１６の中に冗長性を提供する。

[0030]いくつかの実装形態では、電気回路１１８は、図４に示されているように、単一のモノリシックのプリント基板（ＰＣＢ）１２６の中に実装されており、例えば、複数のＩ字形状および／またはＥ字形状のコア部材１０６、および、電磁コネクター１００のコイル１０８が、ＰＣＢ１２６によって支持されている。実装形態では、コア部材は、ＰＣＢ１２６から機械的に隔離され得る（例えば、ＰＣＢ１２６に触れていない）。しかし、この構成は、単に例として提供されており、本開示を制限するということを意味していない。いくつかの実施形態では、図５Ｂに示されているように、１つまたは複数の付勢部材１２８（例えば、ばね）が、コア部材１０６を付勢するために含まれている。例えば、図示されている実施形態では、コア部材１０６は、別のコア部材１０６に向かって付勢されている。しかし、他の実施形態では、コア部材１０６は、別のコア部材１０６から離れるように付勢され、別のコア部材１０６と整合するように付勢されるなどとなる。

[0031]システム１１２は、１つまたは複数のＩ／Ｏモジュール１１６を（例えば、スレーブデバイスとして）接続するために、ならびに、データをＩ／Ｏモジュール１１６とやりとりするために、構成することが可能である。Ｉ／Ｏモジュール１１６は、入力モジュール、出力モジュール、および／または、入出力モジュールを含むことが可能である。例えば、入力モジュールは、プロセスまたは現場の入力計器から情報を受信するために使用することが可能であり、一方、出力モジュールは、現場の出力計器へ命令を送信するために使用することが可能である。例えば、Ｉ／Ｏモジュール１１６は、ガスプラント、精製所などのための配管の中の圧力を測定するためのセンサーなどのような、プロセスセンサーに接続することが可能である。実装形態では、Ｉ／Ｏモジュール１１６が使用され、必ずしもそれに限定されるわけではないが、産業用プロセス（製造、生産、発電、製作、および精製など）、インフラストラクチャープロセス（水処理および配水、廃水収集および処理、油およびガスパイプライン、電力伝送および電力分配、ウィンドファーム、ならびに、大型通信システムなど）、建物、空港、船舶、および宇宙ステーションのための（例えば、冷暖房空調（ＨＶＡＣ）機器およびエネルギー消費を監視および制御するための）設備プロセス；大型キャンパスの産業用プロセスプラント（油およびガス、精製、化学薬品、医薬品、食品および飲料、水および廃水、紙パルプ、商用電力、鉱業、金属など）、ならびに／または、重要インフラストラクチャーを含む適用例において、データを収集し、システムを制御することが可能である。

[0032]実装形態では、Ｉ／Ｏモジュール１１６は、（例えば、アナログ−デジタルコンバーター（ＡＤＣ）回路などを使用して、）センサーから受信したアナログデータをデジタルデータへ変換するように構成することが可能である。また、Ｉ／Ｏモジュール１１６は、モーターに接続され、モーター速度、モータートルクなどのような、モーターの１つまたは複数の動作特性を制御するように構成することが可能である。さらに、Ｉ／Ｏモジュール１１６は、（例えば、デジタル−アナログ（ＤＡＣ）回路などを使用して）モーターへ伝送するために、デジタルデータをアナログデータへ変換するように構成することが可能である。実装形態では、Ｉ／Ｏモジュール１１６のうちの１つまたは複数は、イーサネット（登録商標）バス、Ｈ１フィールドバス、プロセスフィールドバス（ＰＲＯＦＩＢＵＳ）、ハイウェイアドレス可能遠隔トランスデューサ（ＨＡＲＴ）バス、モドバスなどのような、通信サブバスを介して通信するために構成された通信モジュールを含むことが可能である。さらに、Ｉ／Ｏモジュール１１６のうちの２つ以上が使用され、通信サブバスのために、耐故障性および冗長性の接続を提供することが可能である。

[0033]１つのＩ／Ｏモジュール１１６を別のＩ／Ｏモジュール１１６から区別するために、それぞれのＩ／Ｏモジュール１１６には、一意識別子（ＩＤ）が提供され得る。実装形態では、Ｉ／Ｏモジュール１１６は、システム１１２に接続されるときに、そのＩＤによって識別することが可能である。複数のＩ／Ｏモジュール１１６が、システム１１２とともに使用され、冗長性を提供することが可能である。例えば、２つ以上のＩ／Ｏモジュール１１６を、センサーおよび／またはモーターに接続することが可能である。それぞれのＩ／Ｏモジュール１１６は、ハードウェアへの物理的な接続を供給する１つまたは複数のポート１３０と、ＰＣＢ１２６などのような、Ｉ／Ｏモジュール１１６に含まれる回路とを含むことが可能である。

[0034]Ｉ／Ｏモジュール１１６のうちの１つまたは複数は、必ずしもそれに限定されるわけではないが、広域携帯電話ネットワーク（３Ｇセルラーネットワーク、４Ｇセルラーネットワーク、または、移動通信（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク用のグローバルシステムなど）、無線コンピューター通信ネットワーク（Ｗｉ−Ｆｉネットワーク（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワーク規格を使用して動作される無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）など）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５ネットワーク規格を使用して動作される無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ））、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、インターネット、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）などを含む、他のネットワークに接続するためのインターフェースを含む。さらに、Ｉ／Ｏモジュール１１６のうちの１つまたは複数は、Ｉ／Ｏモジュール１１６をコンピューターバスなどに接続するための接続部を含むことが可能である。

[0035]システム１１２によって送信されるデータは、パケット化することが可能であり、すなわち、データの個別部分は、データパケットへ変換することが可能であり、データの個別部分は、ネットワーク制御情報などを伴うデータ部分を含む。システム１１２は、ハイレベルデータリンク制御（ＨＤＬＣ）などのようなビット指向同期式データリンク層プロトコルを含む、データ伝送のために１つまたは複数のプロトコルを使用することが可能である。特定の場合には、システム１１２は、国際標準化機構（ＩＳＯ）１３２３９規格などにしたがって、ＨＤＬＣを実装することが可能である。さらに、２つ以上のシステム１１２が使用され、冗長性のＨＤＬＣを実装することが可能である。しかし、ＨＤＬＣは、単に例として提供されており、本開示を制限することは意味していないということが留意されるべきである。したがって、システム１１２は、本開示にしたがって、他の様々な通信プロトコルを使用することが可能である。

[0036]ここで図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、バックプレーン１１４およびモジュール１１６は、２つの（２）Ｅ−コアコネクターアッセンブリ１０２と、３つの（３）Ｉ−コアコネクターアッセンブリ１０２とを含む。Ｅ−コアコネクターアッセンブリ１０２は、実質的に同一であり、一方が、モジュール１１６のための主要電力源としての役割を果たしており、もう一方が、モジュール１１６のバックアップ電力源としての役割を果たしている。３つのＩ−コアコネクターアッセンブリ１０２を参照すると、１つが、バックプレーン１１４からモジュール１１６への高周波通信を提供し、１つが、バックプレーン１１４からモジュール１１６への高速通信を提供し、１つが、監視および／または管理機能のために、比較的に低周波の双方向通信を提供している。示されているように、モジュール１１６の中に配設されているそれぞれのＩ−コア電磁コネクター１００は、５つの（５）巻き線を有しており、１つの（１）巻き線が、バックプレーン１１４の中に配設されているＩ−コア電磁コネクター１００に含まれている。Ｉ−コア電磁コネクター１００は、コネクターアッセンブリ１０２を形成し、コネクターアッセンブリ１０２は、様々な負荷の間でバランスの取れたインピーダンスを有する多重巻き線変圧器を含む。しかし、２つの電磁パワー伝達アッセンブリ、および、３つの電磁通信アッセンブリの使用は、単に例として提供されており、本開示を限定することを意味していない。他の実施形態では、より少ない、または、より多い、そのようなアッセンブリが設けられる。

結論
[0037]主題が、構造的特徴および／またはプロセス動作に特有の言葉で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲で定義されている主題は、必ずしも、上記に説明されている特有の特徴または作用に限定されないということが理解されるべきである。むしろ、上記に説明されている特有の特徴および作用は、特許請求の範囲を実装する例示的な形態として開示されている。

１００ 電磁コネクター
１０２ コネクターアッセンブリ
１０４ 磁気回路部分
１０６ コア部材
１０８ コイル
１１０ 保護層
１１２ システム
１１４ バックプレーン
１１６ Ｉ／Ｏモジュール
１１８ 電気回路
１２０ パッシブハブ
１２２ 通信チャネル
１２４ コントローラー
１２６ プリント基板
１２８ 付勢部材
１３０ ポート

Claims (20)

1. パッシブハブの第１の磁気回路部分を形成するように構成されている電磁コネクターであって、前記電磁コネクターは、
   第１のコア部材と、
   前記第１のコア部材の周囲に配設されている複数のコイルであって、前記複数のコイルのそれぞれは、複数の電気回路のうちの対応する１つの電気回路に別々に接続するように構成されており、前記電磁コネクターは、第２の電磁コネクターと嵌め合わせるように構成されており、前記第２の電磁コネクターは、第２の磁気回路部分を形成するように構成されており、前記第２の電磁コネクターは、第２のコア部材と、前記第２のコア部材の周囲に配設されている少なくとも１つのコイルとを含み、前記第１のコア部材および前記第２のコア部材は、前記複数のコイルを前記少なくとも１つのコイルに連結するように構成されており、前記電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターに嵌め合わされると、前記第１の磁気回路部分および前記第２の磁気回路部分から磁気回路が形成され、前記磁気回路は、前記複数のコイルのうちの第２のコイルが通電されると、前記複数のコイルのうちの第１のコイル、および、前記少なくとも１つのコイルの中に情報信号を誘導するように構成されている、複数のコイルと
   を含む、電磁コネクター。
2. 前記複数の電気回路のそれぞれが、単一のプリント基板の上に製作されている、請求項１に記載の電磁コネクター。
3. 前記単一のプリント基板が、前記第１のコア部材および前記複数のコイルを支持するように構成されている、請求項２に記載の電磁コネクター。
4. 前記電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターと嵌め合わされるときに、前記第１のコア部材を前記第２のコア部材から分離させるために、前記第１のコア部材の周囲に配設されている少なくとも１つの材料の層をさらに含む、請求項１に記載の電磁コネクター。
5. 前記第１のコア部材が、Ｉ字形状のコア部材を含む、請求項１に記載の電磁コネクター。
6. 前記Ｉ字形状のコア部材が、第２のＩ字形状のコア部材と嵌め合わせるように構成されている、請求項５に記載の電磁コネクター。
   
   
7. 複数の電気回路と、
   パッシブハブの第１の磁気回路部分を形成するように構成されている電磁コネクターであって、前記電磁コネクターは、第１のコア部材と、前記第１のコア部材の周囲に配設されている複数のコイルとを含み、前記複数のコイルのそれぞれは、前記複数の電気回路のうちの対応する１つの電気回路に別々に接続するように構成されており、前記電磁コネクターは、第２の電磁コネクターと嵌め合わせるように構成されており、前記第２の電磁コネクターは、第２の磁気回路部分を形成するように構成されており、前記第２の電磁コネクターは、第２のコア部材、および、前記第２のコア部材の周囲に配設されている少なくとも１つのコイルを含み、前記第１のコア部材および前記第２のコア部材は、前記複数のコイルを前記少なくとも１つのコイルに連結するように構成されており、前記電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターに嵌め合わされると、前記第１の磁気回路部分および前記第２の磁気回路部分から磁気回路が形成され、前記磁気回路は、前記複数のコイルのうちの第２のコイルが通電されると、前記複数のコイルのうちの第１のコイル、および、前記少なくとも１つのコイルの中に情報信号を誘導するように構成されている、電磁コネクターと
   を含むデバイス。
8. プリント基板をさらに含み、前記複数の電気回路のそれぞれが、前記プリント基板の上に製作されている、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記プリント基板が、前記第１のコア部材および前記複数のコイルを支持するように構成されている、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記複数の電気回路のうちの少なくとも２つの電気回路が、少なくとも実質的に同一である、請求項７に記載のデバイス。
11. 前記第１の電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターと嵌め合わされるときに、前記第１のコア部材を前記第２のコア部材から分離させるために、前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも一方の周囲に配設されている少なくとも１つの材料の層をさらに含む、請求項７に記載のデバイス。
12. 前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも一方が、Ｉ字形状のコア部材を含む、請求項７に記載のデバイス。
13. 前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも他方が、前記Ｉ字形状のコア部材と嵌め合わせるように構成されている第２のＩ字形状のコア部材を含む、請求項１２に記載のデバイス。
14. 複数の電気回路と、第１の磁気回路部分を形成するように構成されている第１の電磁コネクターとを含む産業用エレメントであって、前記第１の電磁コネクターは、第１のコア部材と、前記第１のコア部材の周囲に配設されている複数のコイルとを含み、前記複数のコイルのそれぞれは、前記複数の電気回路のうちの対応する１つの電気回路に別々に接続するように構成され、前記産業用エレメントは複数のコントローラーを備えている、前記産業用エレメントと、
    第２の電磁コネクターを含むバックプレーンであって、前記第２の電磁コネクターは、第２の磁気回路部分を形成するように構成されており、前記第２の電磁コネクターは、第２のコア部材と、前記第２のコア部材の周囲に配設されている少なくとも１つのコイルとを含み、前記複数のコントローラーは、前記産業用エレメントと前記バックプレーンとの間、並びに、前記複数のコントローラーの各々の間で通信を行うように構成され、前記複数のコイルの各々一つは前記複数のコントローラーの各々一つに接続されている、前記バックプレーンと、
    前記第１の電磁コネクターを前記第２の電磁コネクターと嵌め合わせることによって形成されるパッシブハブであって、前記第１のコア部材および前記第２のコア部材は、前記複数のコイルを前記少なくとも１つのコイルに連結するように構成されており、前記第１の電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターに嵌め合わされると、前記第１の磁気回路部分および前記第２の磁気回路部分から磁気回路が形成され、前記磁気回路は、前記第１の電磁コネクターの前記複数のコイルのうち一つのコイルが、対応する一つのコントローラーによって通電されるとき、前記第１の電磁コネクターの前記複数のコネクターのうち他のコイルと前記第２の電磁コネクターの前記少なくとも１つのコイルとが、前記複数のコイルのうち前記一つのコイルから前記バックプレーンへと、前記複数のコイルのうち前記一つのコイルから前記複数のコイルのうち前記他のコイルへと、それぞれの対応するコネクターによって通信するように構成されている、前記パッシブハブと
    を含む、産業用制御システム。
15. プリント基板をさらに含み、前記複数の電気回路のそれぞれが、前記プリント基板の上に製作されている、請求項１４に記載の産業用制御システム。
16. 前記プリント基板が、前記第１のコア部材および前記複数のコイルを支持するように構成されている、請求項１５に記載の産業用制御システム。
17. 前記複数の電気回路のうちの少なくとも２つの電気回路が、少なくとも実質的に同一である、請求項１４に記載の産業用制御システム。
18. 前記第１の電磁コネクターが前記第２の電磁コネクターと嵌め合わされるときに、前記第１のコア部材を前記第２のコア部材から分離させるために、前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも一方の周囲に配設されている少なくとも１つの材料の層をさらに含む、請求項１４に記載の産業用制御システム。
19. 前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも一方が、Ｉ字形状のコア部材を含む、請求項１４に記載の産業用制御システム。
20. 前記第１のコア部材または前記第２のコア部材のうちの少なくとも他方が、前記Ｉ字形状のコア部材と嵌め合わせるように構成されている第２のＩ字形状のコア部材を含む、請求項１９に記載の産業用制御システム。

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