JP7118532B2 - コネクタ、及び、電力供給システム - Google Patents
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Description
本発明は、コネクタ、及び、電力供給システムに関する。
電力供給システム等に適用される従来のコネクタとして、例えば、特許文献１には、コイルを備えた基板が、プラグとレセプタクルのハウジングに夫々埋設され、互いに対応するコイルを非接触で対向させた非接触コネクタが開示されている。この非接触コネクタは、プラグのハウジングがレセプタクルのハウジング内に挿嵌された状態において、レセプタクルのコイルの方向に弾接される。
ところで、上述の特許文献１に記載の非接触コネクタは、例えば、組み付け性の向上の点で更なる改善の余地がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、組み付け性を向上することができるコネクタ、及び、電力供給システム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、本発明に係るコネクタは、非接触で電力を伝送可能である第１電力伝送コイル、非接触で信号を伝送可能である第１信号伝送コイル、及び、前記第１電力伝送コイルと第１信号伝送コイルとが設けられる第１ケースを有する第１コネクタ本体と、前記第１電力伝送コイルと非接触で電力を伝送可能である第２電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイルと非接触で信号を伝送可能である第２信号伝送コイル、及び、前記第２電力伝送コイルと第２信号伝送コイルとが設けられ前記第１ケースと嵌合可能である第２ケースを有する第２コネクタ本体とを備え、前記第１コネクタ本体と前記第２コネクタ本体とは、前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとが対向し、前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとが対向した位置関係で、当該第１ケースと当該第２ケースとが嵌合方向に沿った回転軸線周りに相対回転可能であることを特徴とする。
また、上記コネクタでは、前記第１ケース、又は、前記第２ケースの一方は、前記回転軸線を中心軸線とする円柱状に形成された嵌合凹部を有し、前記第１ケース、又は、前記第２ケースの他方は、前記嵌合凹部に嵌合可能でかつ前記回転軸線を中心軸線とする円筒状に形成されるものとすることができる。
また、上記コネクタでは、前記一方は、前記第１ケースであり、前記他方は、前記第２ケースであり、前記第２コネクタ本体は、前記第２ケースに設けられ前記嵌合方向に対して前記第２電力伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとの間に位置する磁性体を有するものとすることができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、電力の供給源であるマスタ側機器と、前記マスタ側機器からの電力の供給先であるスレーブ側機器と、前記マスタ側機器と前記スレーブ側機器とを接続するコネクタとを備え、前記コネクタは、非接触で電力を伝送可能である第１電力伝送コイル、非接触で信号を伝送可能である第１信号伝送コイル、及び、前記第１電力伝送コイルと第１信号伝送コイルとが設けられる第１ケースを有し、前記マスタ側機器又は前記スレーブ側機器の一方側に設けられる第１コネクタ本体と、前記第１電力伝送コイルと非接触で電力を伝送可能である第２電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイルと非接触で信号を伝送可能である第２信号伝送コイル、及び、前記第２電力伝送コイルと第２信号伝送コイルとが設けられる第２ケースを有し、前記マスタ側機器又は前記スレーブ側機器の他方側に設けられる第２コネクタ本体とを備え、前記第１コネクタ本体と前記第２コネクタ本体とは、前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとが対向し、前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとが対向した位置関係で、当該第１ケースと当該第２ケースとが嵌合方向に沿った回転軸線周りに相対回転可能であることを特徴とする。
本発明に係るコネクタ、及び、電力供給システムは、第１コネクタ本体が第１電力伝送コイル、第１信号伝送コイル、及び、第１ケースを有して構成され、第２コネクタ本体が第２電力伝送コイル、第２信号伝送コイル、及び、第２ケースを有して構成される。そして、コネクタは、第１ケースと第２ケースとが相互に嵌合した状態で、第１電力伝送コイルと第２電力伝送コイルとが対向し、第１信号伝送コイルと第２信号伝送コイルとが対向した位置関係となる。この構成により、コネクタは、第１電力伝送コイルと第２電力伝送コイルとが相互に非接触で電力を伝送することができ、第１信号伝送コイルと第２信号伝送コイルとが相互に非接触で信号を伝送することができる。この構成において、コネクタは、第１ケースと第２ケースとが相互に嵌合した状態で嵌合方向に沿った回転軸線周りに相対回転可能である。この構成により、コネクタは、第１ケースと第２ケースとの嵌合向きや位置合わせをしなくても、第１コネクタ本体と第２コネクタ本体とを、容易に電力、及び、信号を伝送可能な状態に接続することができる。この結果、コネクタ、及び、電力供給システムは、組み付け性を向上することができる、という効果を奏する。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、図３、図４は、第１ケースの一部を省略して図示している。
［実施形態］
図１に示す本実施形態のコネクタ１は、電力供給システム１００に適用される。電力供給システム１００は、電源からの電力を種々の電気負荷に伝送する際に、少なくとも一部分をワイヤレス化し、非接触電力伝送とするワイヤレス給電システムである。本実施形態の電力供給システム１００は、電源側の機器と電気負荷側の機器との間で、電力、及び、信号の双方を非接触で伝送する。コネクタ１は、電源側の機器と電気負荷側の機器とを、電力、及び、信号を非接触で伝送可能に接続する非接触コネクタを構成する。電力供給システム１００は、例えば、車両等に搭載されるがこれに限らない。以下、各図を参照してコネクタ１、及び、電力供給システム１００の各構成について詳細に説明する。
図１に示す本実施形態のコネクタ１は、電力供給システム１００に適用される。電力供給システム１００は、電源からの電力を種々の電気負荷に伝送する際に、少なくとも一部分をワイヤレス化し、非接触電力伝送とするワイヤレス給電システムである。本実施形態の電力供給システム１００は、電源側の機器と電気負荷側の機器との間で、電力、及び、信号の双方を非接触で伝送する。コネクタ１は、電源側の機器と電気負荷側の機器とを、電力、及び、信号を非接触で伝送可能に接続する非接触コネクタを構成する。電力供給システム１００は、例えば、車両等に搭載されるがこれに限らない。以下、各図を参照してコネクタ１、及び、電力供給システム１００の各構成について詳細に説明する。
具体的には、電力供給システム１００は、図１に示すように、マスタ側機器１０１と、スレーブ側機器１０２と、コネクタ１とを備える。マスタ側機器１０１は、スレーブ側機器１０２への電力の供給源である。マスタ側機器１０１は、上述の電源側の機器に相当し、言い換えれば、送電（給電）側機器に相当する。マスタ側機器１０１は、例えば、バッテリや発電機等の電源、当該電源からの電力を各部に分配する電源分配機能部品、電力供給や信号通信を制御する制御機能部品等を含んで構成される。スレーブ側機器１０２は、マスタ側機器１０１からの電力の供給先である。スレーブ側機器１０２は、上述の電気負荷側の機器に相当し、言い換えれば、受電側機器に相当する。スレーブ側機器１０２は、マスタ側機器１０１からの電力によって駆動する各種機器を含んで構成される。コネクタ１は、マスタ側機器１０１とスレーブ側機器１０２とを接続する接続機構である。本実施形態のコネクタ１は、上述したように、マスタ側機器１０１とスレーブ側機器１０２とを、電力、及び、信号を非接触で伝送可能に接続する。
本実施形態のコネクタ１は、第１コネクタ本体１０と、第２コネクタ本体２０とを備える。第１コネクタ本体１０は、マスタ側機器１０１又はスレーブ側機器１０２の一方側に設けられる。第２コネクタ本体２０は、マスタ側機器１０１又はスレーブ側機器１０２の他方側に設けられる。本実施形態の第１コネクタ本体１０は、マスタ側機器１０１側に設けられ、マスタ側コネクタ本体を構成する。本実施形態の第２コネクタ本体２０は、スレーブ側機器１０２側に設けられ、スレーブ側コネクタ本体を構成する。第１コネクタ本体１０は、電源線Ｌ１１、接地（ＧＮＤ）線Ｌ１２、通信線Ｌ１３等を介してマスタ側機器１０１と接続される。第２コネクタ本体２０は、電源線Ｌ２１、接地（ＧＮＤ）線Ｌ２２、通信線Ｌ２３等を介してスレーブ側機器１０２と接続される。電源線Ｌ１１、Ｌ２１は、各部を駆動させる電力を伝送するための配索体である。接地線Ｌ１２、Ｌ２２は、いわゆるアース（接地）をとるための配索体である。通信線Ｌ１３、Ｌ２３は、各種通信信号を伝送するための配索体である。
第１コネクタ本体１０は、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第１磁性体１３、第１電子回路１４、及び、第１ケース１５を有する。第２コネクタ本体２０は、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、第２磁性体２３、第２電子回路２４、及び、第２ケース２５を有する。第１コネクタ本体１０、第２コネクタ本体２０は、この他、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２等が設けられる部分を除いて、金属材料によって形成され電磁波（電磁力）を遮蔽することでノイズ対策部品として機能するシールド部材等を有して構成されてもよい。
第１電力伝送コイル１１は、第２電力伝送コイル２１と非接触で電力を伝送可能な導体コイルである。第２電力伝送コイル２１は、第１電力伝送コイル１１と非接触で電力を伝送可能な導体コイルである。つまり、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とは、相互間で非接触で電力を伝送可能である。第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１は、例えば、いわゆるスパイラル型の導体コイルによって構成されてもよいし、ソレノイド（ヘリカル）型の導体コイルによって構成されてもよい。スパイラル型の導体コイルは、導電性を有する素線が中心軸線を中心として当該中心軸線周りに渦巻状に巻き回されて形成される。一方、ソレノイド型の導体コイルは、導電性を有する素線が中心軸を中心として当該中心軸線周りに螺旋状に巻き回されて形成される。ここでは、第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１は、例えば、中心軸線Ｃ（図２、図３、図４等参照）周りに渦巻状に巻き回されて形成されたスパイラル型の導体コイルによって構成される。第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とは、互いに対向した状態で、電磁誘導方式、電磁界共鳴方式等、種々の方式によって非接触で電力を伝送することができる。第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とは、一方が電力を送電する送電コイルとなり、他方が電力を受電する受電コイルとなる。ここでは、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とは、典型的には、マスタ側コイルである第１電力伝送コイル１１が送電コイルとなり、スレーブ側コイルである第２電力伝送コイル２１が受電コイルとなる。
第１信号伝送コイル１２は、第２信号伝送コイル２２と非接触で信号を伝送可能な導体コイルである。第２信号伝送コイル２２は、第１信号伝送コイル１２と非接触で信号を伝送可能な導体コイルである。つまり、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とは、相互間で非接触で信号を伝送可能（無線通信）である。第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２は、例えば、いわゆるスパイラル型の導体コイルによって構成されてもよいし、ソレノイド型の導体コイルによって構成されてもよい。ここでは、第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２は、例えば、中心軸線Ｃ（図２、図３、図４等参照）周りに螺旋状に巻き回されて形成されたソレノイド型の導体コイルによって構成される。第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２は、高周波エネルギを電磁波（電波）として空間に放射（送信）したり、空間の電磁波（電波）を高周波エネルギへ相互に変換（受信）したりする通信アンテナを構成する。第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とは、互いに対向した状態で、種々の方式によって非接触で信号を伝送することができる。第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とは、一方が信号を送電する送信アンテナとなり、他方が信号を受電する受信アンテナとなる。
第１磁性体１３、第２磁性体２３は、第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１が発生させる磁束を通過させることで相対する第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１間の結合を強めるためのものである。また、第１磁性体１３、第２磁性体２３は、第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１からの磁束が第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２や後述の基板１４Ａ、２４Ａ等に届き難くする機能も有する。第１磁性体１３、第２磁性体２３は、例えば、酸化鉄を主成分にコバルト、ニッケル、マンガン等の金属材料を混合焼結したものである。第１磁性体１３、第２磁性体２３は、例えば、円状に形成される。第１磁性体１３は、第１電力伝送コイル１１と隣接して設けられる。第２磁性体２３は、第２電力伝送コイル２１と隣接して設けられる。
第１電子回路１４は、第１コネクタ本体１０の種々の機能を実現するための回路である。同様に、第２電子回路２４は、第２コネクタ本体２０の種々の機能を実現するための回路である。第１電子回路１４は、基板１４Ａ（図２、図３、図４等参照）、及び、当該基板１４Ａに実装され種々の機能を発揮する素子（電子部品）によって構成される。第１電子回路１４は、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、電源線Ｌ１１、接地線Ｌ１２、通信線Ｌ１３と電気的に接続されている。第２電子回路２４は、基板２４Ａ（図２、図４等参照）、及び、当該基板２４Ａに実装され種々の機能を発揮する素子（電子部品）によって構成される。第２電子回路２４は、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、電源線Ｌ２１、接地線Ｌ２２、通信線Ｌ２３と電気的に接続されている。基板１４Ａ、２４Ａは、例えば、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）や導電性の金属材料からなる回路体としてのバスバを絶縁性の樹脂材料で被覆し基板化したバスバプレート基板等によって構成される。
ここでは一例として、第１電子回路１４は、電源部１４ａ、トランシーバ１４ｂ、制御部１４ｃ、インバータ１４ｄ、ベースバンド部１４ｅ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／高周波）回路１４ｆ等を含んで構成される。電源部１４ａは、電源線Ｌ１１、接地線Ｌ１２、制御部１４ｃ、トランシーバ１４ｂ等に接続される。電源部１４ａは、マスタ側機器１０１から電源線Ｌ１１等を介して電力が供給され、トランシーバ１４ｂ、制御部１４ｃ等を動作させるための電力を生成し供給する。トランシーバ１４ｂは、通信線Ｌ１３、制御部１４ｃ等に接続される。トランシーバ１４ｂは、電気信号の送受信を行うための通信回路によって構成される。制御部１４ｃは、インバータ１４ｄ、ベースバンド部１４ｅ等に接続される。制御部１４ｃは、インバータ１４ｄ、ベースバンド部１４ｅ等を含む第１コネクタ本体１０の各部を制御するものであり、中央演算回路等を含むマイクロコンピュータを主体とする集積回路によって構成される。インバータ１４ｄは、電源線Ｌ１１、第１電力伝送コイル１１等に接続される。インバータ１４ｄは、複数のスイッチング素子等を含んで構成される。インバータ１４ｄは、電源線Ｌ１１からの直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し第１電力伝送コイル１１に供給する。また、第１電子回路１４は、インバータ１４ｄと第１電力伝送コイル１１との間に所定の電力伝送周波数に合わせて設計された共振コンデンサ１４ｇが実装されている。第１電子回路１４は、第１電力伝送コイル１１と共振コンデンサ１４ｇとによってＬＣ共振回路が構成される。ベースバンド部１４ｅは、制御部１４ｃ、ＲＦ回路１４ｆ等に接続され、ＲＦ回路１４ｆは、第１信号伝送コイル１２に接続される。ベースバンド部１４ｅ、ＲＦ回路１４ｆは、第１信号伝送コイル１２を介して送受信される近接無線通信のための電気信号に対して種々の処理を施す。第１コネクタ本体１０は、上記のように構成される第１電子回路１４によって、第１電力伝送コイル１１を介した電力伝送、及び、第１信号伝送コイル１２を介した信号伝送が制御される。
一方、第２電子回路２４は、ＡＣ／ＤＣ回路（整流回路）２４ａ、電源部２４ｂ、トランシーバ２４ｃ、制御部２４ｄ、ベースバンド部２４ｅ、ＲＦ回路２４ｆ等を含んで構成される。ＡＣ／ＤＣ回路２４ａは、第２電力伝送コイル２１、電源線Ｌ２１等に接続される。ＡＣ／ＤＣ回路２４ａは、複数の整流素子（ダイオード）等を含んで構成される。ＡＣ／ＤＣ回路２４ａは、第１コネクタ本体１０側から第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１等を介して伝送され、受電した交流電力を直流電力に変換、整流し、電源線Ｌ２１等を介してスレーブ側機器１０２に供給する。また、第２電子回路２４は、第２電力伝送コイル２１とＡＣ／ＤＣ回路（整流回路）２４ａとの間に所定の電力伝送周波数に合わせて設計された共振コンデンサ２４ｇが実装されている。第２電子回路２４は、第２電力伝送コイル２１と共振コンデンサ２４ｇとによってＬＣ共振回路が構成される。さらに、第２電子回路２４は、電源線Ｌ２１に電流モニタ２４ｈ、電圧モニタ２４ｉが接続されている。電流モニタ２４ｈ、電圧モニタ２４ｉは、それぞれ、ＡＣ／ＤＣ回路２４ａから電源線Ｌ２１を介してスレーブ側機器１０２に供給される電力の電流値、電圧値を検出し、検出した電流値、電圧値を制御部２４ｄに出力する。また、第２電子回路２４は、ＡＣ／ＤＣ回路（整流回路）２４ａの電源線Ｌ２１側には平滑コンデンサ２４ｊが実装されている。電源部２４ｂは、電源線Ｌ２１、ＡＣ／ＤＣ回路２４ａ、制御部２４ｄ、トランシーバ２４ｃ等に接続される。電源部２４ｂは、ＡＣ／ＤＣ回路２４ａで変換された直流電力が供給され、トランシーバ１４ｂ、制御部２４ｄ等を動作させるための電力を生成し供給する。トランシーバ２４ｃは、通信線Ｌ２３、制御部２４ｄ等に接続される。トランシーバ２４ｃは、電気信号の送受信を行うための通信回路によって構成される。制御部２４ｄは、ベースバンド部２４ｅ等に接続される。制御部２４ｄは、ベースバンド部２４ｅ等を含む第２コネクタ本体２０の各部を制御するものであり、中央演算回路等を含むマイクロコンピュータを主体とする集積回路によって構成される。ベースバンド部２４ｅは、制御部２４ｄ、ＲＦ回路２４ｆ等に接続され、ＲＦ回路２４ｆは、第２信号伝送コイル２２に接続される。ベースバンド部２４ｅ、ＲＦ回路２４ｆは、第２信号伝送コイル２２を介して送受信される近接無線通信のための電気信号に対して種々の処理を施す。第２コネクタ本体２０は、上記のように構成される第２電子回路２４によって、第２電力伝送コイル２１を介した電力伝送、及び、第２信号伝送コイル２２を介した信号伝送が制御される。
第１ケース１５、第２ケース２５は、それぞれ第１コネクタ本体１０、第２コネクタ本体２０の各部が組み付けられるものである。第１ケース１５は、第１電力伝送コイル１１と第１信号伝送コイル１２と第１磁性体１３と第１電子回路１４を構成する基板１４Ａとが設けられる第１筐体である。第２ケース２５は、第２電力伝送コイル２１と第２信号伝送コイル２２と第２磁性体２３と第２電子回路２４を構成する基板２４Ａとが設けられる第２筐体である。第１ケース１５、第２ケース２５は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料によって形成される。なお、基板１４Ａによって構成される第１電子回路１４、及び、基板２４Ａによって構成される第２電子回路２４は、一部の構成が第１ケース１５、第２ケース２５外に設けられていてもよい。
本実施形態の第１ケース１５と第２ケース２５とは、図２、図３、図４に示すように、相互に嵌合可能に構成される。そして、本実施形態の第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、第１ケース１５と第２ケース２５とが相互に嵌合した状態で第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とが対向し、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とが対向した位置関係で、当該第１ケース１５と当該第２ケース２５とが嵌合方向に沿った回転軸線Ｒ周りに相対回転可能である。
具体的には、第１ケース１５、又は、第２ケース２５の一方は、嵌合凹部１６を有し、第１ケース１５、又は、第２ケース２５の他方は、嵌合凹部１６に嵌合可能に形成される。本実施形態の嵌合凹部１６は、第１ケース１５に設けられ、第２ケース２５が嵌合凹部１６に嵌合可能に形成される。
嵌合凹部１６は、中心軸線Ｃを中心とした円柱状の空間部として形成される。嵌合凹部１６は、第２ケース２５が嵌合可能な空間部である。ここで、中心軸線Ｃは、典型的には、上述した第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２の中心軸線Ｃと略一致している。第１ケース１５と第２ケース２５との嵌合方向は、この中心軸線Ｃに沿った方向である。そして、第１ケース１５と第２ケース２５との相対回転における回転軸線Ｒは、この中心軸線Ｃと略一致している。つまり、嵌合凹部１６は、第１ケース１５において、回転軸線Ｒを中心軸線Ｃとする円柱状に形成される。なお、以下の説明では、中心軸線Ｃに沿った方向を「軸線方向Ｘ」といい、軸線方向Ｘと直交する方向を「径方向Ｙ」という場合がある。上記嵌合方向は、当該軸線方向Ｘに相当する。
第１ケース１５は、内部に収容空間部１５Ａが形成された箱状に形成され、当該箱状の外面に上記嵌合凹部１６が円柱凹部状に形成される。第１ケース１５は、収容空間部１５Ａ内に、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第１磁性体１３、及び、基板１４Ａを収容する。第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第１磁性体１３、及び、基板１４Ａは、収容空間部１５Ａに、保持部材等を介して位置決めされ、保持される。第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第１磁性体１３、及び、基板１４Ａは、接着剤等を介して各部に固定されてもよい。第１電力伝送コイル１１は、収容空間部１５Ａ内において、嵌合凹部１６の底部１６ａと軸線方向Ｘに沿って対向して位置する。底部１６ａは、嵌合凹部１６の軸線方向Ｘの一方側の奥部の端面（底面）であり、第２ケース２５が挿入される開口１６ｂと軸線方向Ｘに沿って対向する面である。第１信号伝送コイル１２は、収容空間部１５Ａ内において、嵌合凹部１６の側部１６ｃの径方向Ｙの外側に当該側部１６ｃの外周面に巻き付けられるようにして位置する。側部１６ｃは、嵌合凹部１６の軸線方向Ｘに沿った面であり、円筒形状の曲面を構成する部分である。第１磁性体１３は、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第１電力伝送コイル１１の一方側、ここでは、第１信号伝送コイル１２側とは反対側に当該第１電力伝送コイル１１と隣接して位置する。言い換えれば、第１磁性体１３は、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第１電力伝送コイル１１を挟んで第１信号伝送コイル１２側とは反対側に位置する。第１磁性体１３は、板厚方向が軸線方向Ｘとなるように位置する。基板１４Ａは、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第１磁性体１３の一方側、ここでは、第１電力伝送コイル１１側とは反対側に当該第１磁性体１３とは間隔をあけて位置する。言い換えれば、基板１４Ａは、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第１磁性体１３を挟んで第１電力伝送コイル１１側とは反対側に位置する。つまり、上述の第１磁性体１３は、軸線方向Ｘに対して第１電力伝送コイル１１と基板１４Ａとの間に位置する。第１コネクタ本体１０は、上記のように、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに沿って一方側から他方側に向けて、基板１４Ａ、第１磁性体１３、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２の順で並び、かつ、各部が中心軸線Ｃを中心として同軸で位置する。
第２ケース２５は、内部に収容空間部２５Ａが形成された筒状に形成される。第２ケース２５は、嵌合凹部１６に嵌合可能でかつ回転軸線Ｒを中心軸線Ｃとする円筒状に形成される。第２ケース２５は、軸線方向Ｘの両端部２５ａ、２５ｂが閉塞端面を構成し、軸線方向Ｘに沿った側部２５ｃが円筒形状の曲面を構成する。第２ケース２５は、収容空間部２５Ａ内に、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、第２磁性体２３、及び、基板２４Ａを収容する。第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、第２磁性体２３、及び、基板２４Ａは、収容空間部２５Ａに、保持部材等を介して位置決めされ、保持される。第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、第２磁性体２３、及び、基板２４Ａは、接着剤等を介して各部に固定されてもよい。第２電力伝送コイル２１は、収容空間部２５Ａ内において、第２ケース２５の端部２５ａと軸線方向Ｘに沿って対向して位置する。端部２５ａは、第２ケース２５の軸線方向Ｘの一方側の端部であり、電源線Ｌ２１、接地線Ｌ２２、通信線Ｌ２３等が挿通される端部２５ｂと軸線方向Ｘに沿って対向する面である。第２信号伝送コイル２２は、収容空間部２５Ａ内において、第２ケース２５の側部２５ｃの径方向Ｙの内側に当該側部２５ｃの内周面に巻き回されるようにして位置する。第２磁性体２３は、収容空間部２５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第２電力伝送コイル２１の一方側、ここでは、第２信号伝送コイル２２側に当該第１電力伝送コイル１１と隣接して位置する。言い換えれば、第２磁性体２３は、収容空間部１５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第２電力伝送コイル２１と第２信号伝送コイル２２との間に位置する。第２磁性体２３は、板厚方向が軸線方向Ｘとなるように位置する。基板２４Ａは、収容空間部２５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第２磁性体２３の一方側、ここでは、第２電力伝送コイル２１側とは反対側に当該第２磁性体２３とは間隔をあけて位置する。つまり、上述の第２磁性体２３は、軸線方向Ｘに対して第２電力伝送コイル２１と基板２４Ａとの間に位置する。さらに言えば、基板２４Ａは、収容空間部２５Ａ内において、軸線方向Ｘに対して第２信号伝送コイル２２の第２磁性体２３側とは反対側に当該第２信号伝送コイル２２とは間隔をあけて位置する。第２コネクタ本体２０は、上記のように、収容空間部２５Ａ内において、軸線方向Ｘに沿って一方側から他方側に向けて、基板２４Ａ、第２信号伝送コイル２２、第２磁性体２３、第２電力伝送コイル２１の順で並び、かつ、各部が中心軸線Ｃを中心として同軸で位置する。
上記のように構成される第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、第１ケース１５の嵌合凹部１６と第２ケース２５とが相互に嵌合した状態（以下、単に「嵌合状態」という場合がある。）で、第２ケース２５の略全体が嵌合凹部１６内に位置する。第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、第１ケース１５と第２ケース２５とが嵌合状態で保持される。第１ケース１５と第２ケース２５とは、嵌合状態で、底部１６ａと端部２５ａとが軸線方向Ｘに沿って対向し、当該対向する底部１６ａと端部２５ａとが共に当該径方向Ｙに沿って延在する。また、第１ケース１５と第２ケース２５とは、嵌合状態で、側部１６ｃが外側、側部２５ｃが内側に位置して当該側部１６ｃと当該側部２５ｃとが径方向Ｙに沿って対向し、当該対向する側部１６ｃと側部２５ｃとが共に当該軸線方向Ｘに沿って延在する。
そして、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、嵌合状態で、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とが軸線方向Ｘに沿って対向した位置関係となるように、第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１の位置が設定されている。第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とは、嵌合状態で、軸線方向Ｘに沿って、嵌合凹部１６の底部１６ａ、及び、第２ケース２５の端部２５ａを挟んで対向して位置する。この構成により、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、電力伝送の際に、第１電力伝送コイル１１の電磁界と第２電力伝送コイル２１の電磁界とが結合する結合軸方向（以下、「電力伝送時結合軸方向」という場合がある。）が軸線方向Ｘに沿った方向となる。
また、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、嵌合状態で第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とが径方向Ｙに沿って対向した位置関係となるように、第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２の位置が設定されている。第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とは、嵌合状態で、径方向Ｙに沿って、嵌合凹部１６の側部１６ｃ、及び、第２ケース２５の側部２５ｃを挟んで対向し、第２信号伝送コイル２２が第１信号伝送コイル１２の内側に位置する。この構成により、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、信号伝送の際に、第１信号伝送コイル１２の電磁界と第２信号伝送コイル２２の電磁界とが結合する結合軸方向（以下、「信号伝送時結合軸方向」という場合がある。）が径方向Ｙに沿った方向となる。
第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、上記のように構成されることで、電力伝送時結合軸方向と信号伝送時結合軸方向とが異なる方向となり、ここでは、相互に直交する位置関係となる。言い換えれば、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、電力伝送時結合軸方向と信号伝送時結合軸方向とが相互に直交する位置関係となるように、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２が配置される。この構成により、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、電力伝送時の第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１との結合、及び、信号伝送時の第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との結合が相対的に強くなるようにすることができる。その上で、この構成により、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、第１電力伝送コイル１１、第２電力伝送コイル２１と第１信号伝送コイル１２、第２信号伝送コイル２２との結合が相対的に弱くなるようにすることができる。この結果、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、効率の良い電力伝送、及び、品質の良い信号伝送を実現することができる。
そして、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、上記のように構成されることで、嵌合状態で、当該嵌合状態を維持しながら、第１ケース１５と第２ケース２５とが回転軸線Ｒ（中心軸線Ｃ）周りに相対回転することが可能となる。
以上で説明したコネクタ１、電力供給システム１００は、第１コネクタ本体１０が第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、及び、第１ケース１５を有して構成され、第２コネクタ本体２０が第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２、及び、第２ケース２５を有して構成される。そして、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５とが相互に嵌合した状態で、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とが対向し、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とが対向した位置関係となる。この構成により、コネクタ１は、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とが相互に非接触で電力を伝送することができ、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とが相互に非接触で信号を伝送することができる。この構成において、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５とが相互に嵌合した状態で嵌合方向に沿った回転軸線Ｒ周りに相対回転可能である。この構成により、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５との嵌合向きや位置合わせをしなくても、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とを、容易に電力、及び、信号を伝送可能な状態に接続することができる。つまり、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５との嵌合向きや位置合わせをすることなく、単に第２ケース２５を嵌合凹部１６に嵌合させるだけで、マスタ側機器１０１側とスレーブ側機器１０２側との間で、非接触給電、及び、無線通信が可能な構成を実現することができる。この結果、コネクタ１、及び、電力供給システム１００は、組み付け性を向上することができる。
また、以上で説明したコネクタ１、電力供給システム１００は、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との信号伝送において、通信距離が短い（例えば、１０ｍｍ以下程度）ＮＦＣのような近接無線通信を採用することで外部へのノイズ放出を抑制することができる。そしてこのことを利用し、コネクタ１は、例えば、第１ケース１５の嵌合凹部１６の深さ（軸線方向Ｘに沿った長さ）を上記通信距離よりも十分に長く確保することで、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との信号伝送による通信内容を、外部から傍受し難い構成とすることもできる。また、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５とが嵌合した状態でかつ第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１との電力伝送、及び、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との信号伝送が行われている状態で、第１ケース１５と第２ケース２５とが相対回転しても、当該電力伝送、及び、当該信号伝送を継続して行うこともできる。また、コネクタ１は、電気的な接点部が第１ケース１５、第２ケース２５の外側には露出しない構成とすることもできるので、簡易な構成で適正な防水性能を確保し易い構成とすることができる。
ここでは、以上で説明したコネクタ１、電力供給システム１００は、第１ケース１５が回転軸線Ｒを中心軸線Ｃとする円柱状に形成された嵌合凹部１６を有し、第２ケース２５が嵌合凹部１６に嵌合可能でかつ回転軸線Ｒを中心軸線Ｃとする円筒状に形成される。この構成により、コネクタ１は、第１ケース１５と第２ケース２５との関係において、回転軸線Ｒ（中心軸線Ｃ）周りに対して方向性のない形状とすることができる。この結果、コネクタ１、及び、電力供給システム１００は、上記のように、第１ケース１５と第２ケース２５とが嵌合した状態で回転軸線Ｒ周りに相対回転可能な構成を実現することができるので、組み付け性を向上することができる。
さらに、以上で説明したコネクタ１、電力供給システム１００は、第２コネクタ本体２０が軸線方向Ｘ（嵌合方向）に対して第２電力伝送コイル２１と第２信号伝送コイル２２との間に位置する第２磁性体２３を有する。この結果、コネクタ１は、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との信号伝送において、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１との電力伝送によって生じるノイズの影響を低減することができる。この結果、コネクタ１、電力供給システム１００は、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とによって電力伝送を適正に行った上で、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２との信号伝送の品質の低下を抑制することができる。
なお、上述した本発明の実施形態に係るコネクタ、及び、電力供給システムは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
以上の説明では、嵌合凹部１６は、第１ケース１５に設けられ、第２ケース２５が嵌合凹部１６に嵌合可能に形成されるものとして説明したがこれに限らない。嵌合凹部１６は、第２ケース２５に設けられ、第１ケース１５が嵌合凹部１６に嵌合可能に形成されてもよい。この場合、第１コネクタ本体１０と第２コネクタ本体２０とは、例えば、第１電力伝送コイル１１と第２電力伝送コイル２１とが入れ替わり、第１信号伝送コイル１２と第２信号伝送コイル２２とが入れ替わり、第１磁性体１３と第２磁性体２３とが入れ替わり、基板１４Ａと基板２４Ａとが入れ替わったような配置とされる。
以上の説明では、嵌合凹部１６、第２ケース２５の中心軸線Ｃは、第１電力伝送コイル１１、第１信号伝送コイル１２、第２電力伝送コイル２１、第２信号伝送コイル２２の中心軸線Ｃと一致しているものとして説明したがこれに限らず、相互に多少偏心していてもよい。
１ コネクタ
１０ 第１コネクタ本体
１１ 第１電力伝送コイル
１２ 第１信号伝送コイル
１３ 第１磁性体
１４ 第１電子回路
１５ 第１ケース
１６ 嵌合凹部
２０ 第２コネクタ本体
２１ 第２電力伝送コイル
２２ 第２信号伝送コイル
２３ 第２磁性体
２４ 第２電子回路
２５ 第２ケース
１００ 電力供給システム
１０１ マスタ側機器
１０２ スレーブ側機器
Ｃ 中心軸線
Ｒ 回転軸線
Ｘ 軸線方向（嵌合方向）
Ｙ 径方向
１０ 第１コネクタ本体
１１ 第１電力伝送コイル
１２ 第１信号伝送コイル
１３ 第１磁性体
１４ 第１電子回路
１５ 第１ケース
１６ 嵌合凹部
２０ 第２コネクタ本体
２１ 第２電力伝送コイル
２２ 第２信号伝送コイル
２３ 第２磁性体
２４ 第２電子回路
２５ 第２ケース
１００ 電力供給システム
１０１ マスタ側機器
１０２ スレーブ側機器
Ｃ 中心軸線
Ｒ 回転軸線
Ｘ 軸線方向（嵌合方向）
Ｙ 径方向
Claims (4)
- 非接触で電力を伝送可能である第１電力伝送コイル、非接触で信号を伝送可能である第１信号伝送コイル、及び、前記第１電力伝送コイルと第１信号伝送コイルとが設けられる第１ケースを有する第１コネクタ本体と、
前記第１電力伝送コイルと非接触で電力を伝送可能である第２電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイルと非接触で信号を伝送可能である第２信号伝送コイル、及び、前記第２電力伝送コイルと第２信号伝送コイルとが設けられ前記第１ケースと嵌合可能である第２ケースを有する第２コネクタ本体とを備え、
前記第１コネクタ本体と前記第２コネクタ本体とは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとが対向し、前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとが対向した位置関係で、当該第１ケースと当該第２ケースとが嵌合方向に沿った回転軸線周りに相対回転可能であり、
電力伝送の際に前記第１電力伝送コイルの電磁界と前記第２電力伝送コイルの電磁界とが結合する電力伝送時結合軸方向と、信号伝送の際に前記第１信号伝送コイルの電磁界と前記第２信号伝送コイルの電磁界とが結合する信号伝送時結合軸方向とが相互に直交する位置関係となるように、前記第１電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイル、前記第２電力伝送コイル、及び、前記第２信号伝送コイルが配置され、
前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記嵌合方向に沿って対向し、前記電力伝送時結合軸方向が当該嵌合方向に沿った方向となり、
前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記嵌合方向と直交する方向に沿って対向し、前記信号伝送時結合軸方向が当該嵌合方向と直交する方向に沿った方向となり、
前記嵌合方向に沿った前記回転軸線周りに螺旋状に巻き回されて形成されたソレノイド型の導体コイルによって構成されることを特徴とする、
コネクタ。 - 前記第１ケース、又は、前記第２ケースの一方は、前記回転軸線を中心軸線とする円柱状に形成された嵌合凹部を有し、
前記第１ケース、又は、前記第２ケースの他方は、前記嵌合凹部に嵌合可能でかつ前記回転軸線を中心軸線とする円筒状に形成される、
請求項１に記載のコネクタ。 - 前記一方は、前記第１ケースであり、
前記他方は、前記第２ケースであり、
前記第２コネクタ本体は、前記第２ケースに設けられ前記嵌合方向に対して前記第２電力伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとの間に位置する磁性体を有する、
請求項２に記載のコネクタ。 - 電力の供給源であるマスタ側機器と、
前記マスタ側機器からの電力の供給先であるスレーブ側機器と、
前記マスタ側機器と前記スレーブ側機器とを接続するコネクタとを備え、
前記コネクタは、
非接触で電力を伝送可能である第１電力伝送コイル、非接触で信号を伝送可能である第１信号伝送コイル、及び、前記第１電力伝送コイルと第１信号伝送コイルとが設けられる第１ケースを有し、前記マスタ側機器又は前記スレーブ側機器の一方側に設けられる第１コネクタ本体と、
前記第１電力伝送コイルと非接触で電力を伝送可能である第２電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイルと非接触で信号を伝送可能である第２信号伝送コイル、及び、前記第２電力伝送コイルと第２信号伝送コイルとが設けられる第２ケースを有し、前記マスタ側機器又は前記スレーブ側機器の他方側に設けられる第２コネクタ本体とを備え、
前記第１コネクタ本体と前記第２コネクタ本体とは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとが対向し、前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとが対向した位置関係で、当該第１ケースと当該第２ケースとが嵌合方向に沿った回転軸線周りに相対回転可能であり、
電力伝送の際に前記第１電力伝送コイルの電磁界と前記第２電力伝送コイルの電磁界とが結合する電力伝送時結合軸方向と、信号伝送の際に前記第１信号伝送コイルの電磁界と前記第２信号伝送コイルの電磁界とが結合する信号伝送時結合軸方向とが相互に直交する位置関係となるように、前記第１電力伝送コイル、前記第１信号伝送コイル、前記第２電力伝送コイル、及び、前記第２信号伝送コイルが配置され、
前記第１電力伝送コイルと前記第２電力伝送コイルとは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記嵌合方向に沿って対向し、前記電力伝送時結合軸方向が当該嵌合方向に沿った方向となり、
前記第１信号伝送コイルと前記第２信号伝送コイルとは、
前記第１ケースと前記第２ケースとが相互に嵌合した状態で前記嵌合方向と直交する方向に沿って対向し、前記信号伝送時結合軸方向が当該嵌合方向と直交する方向に沿った方向となり、
前記嵌合方向に沿った前記回転軸線周りに螺旋状に巻き回されて形成されたソレノイド型の導体コイルによって構成されることを特徴とする、
電力供給システム。
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