KR20110004349A

KR20110004349A - 데이터 및 전력 전달용 하이브리드 케이블

Info

Publication number: KR20110004349A
Application number: KR1020107000224A
Authority: KR
Inventors: 클라우디오 알. 밸러드; 앤드류 피. 사전트; 제프리 엔. 시워드
Original assignee: 클라우디오 알. 밸러드
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2011-01-13
Also published as: JP2011522352A; EP2176868A2; JP5543337B2; CN101933102A; CN101933102B

Abstract

데이터를 전달하고, 전기적으로 전력 공급되는 디바이스에 동작 파워를 제공하는 하이브리드 케이블, 및 이러한 케이블을 사용하는 차량이 개시된다.

Description

데이터 및 전력 전달용 하이브리드 케이블{HYBRID CABLE FOR CONVEYING DATA AND POWER}

본 발명은 전기 또는 전자 디바이스 사이에서 디지털 신호를 전달하는 제1 세트의 전기 전도체 및 AC 및 DC 동작 전력을 전달하는 제2 세트의 전기 컨덕터에 관한 것이고, 특히 차량 또는 기타 인공 구조물의 전기 시스템을 구비하는 공간을 두고 이격된 디바이스 사이에 디지털 신호 및 동작 전력을 전달하는 데에 사용하는 하이브리드 케이블에 관한 것이다.

차량 또는 기타 인공 구조물의 전기 시스템 사이에 디지털 통신 및 전력 공급 모두를 핸들링하는 단일화된 네트워크를 제공하는 것이 다수의 개발자들의 목표이다. 네트워크화된 전기 시스템을 구비하는 다양한 전기/전자 디바이스를 연결하는 물리적 연결 소자의 특성은 매우 흥미로운 것이다. 바람직하게는, 물리적 연결 소자는 데이터 통신 및 전력 공급 측면 모두에 대해 네트워크화된 전기 시스템의 간편화된 구축, 유지관리, 및 변경을 용이하게 한다.

예를 들면, 자동차 생산에 사용되는 종래의 차량 전기 시스템은 일반적으로 각각의 개별적인 전기/전자 디바이스로부터 자신의 연관된 전원 및/또는 제어 스위치로 흐름이 연결된 전용 배선 회로를 특징으로 하는 배선 하니스를 이용하여 전원을 공급한다. 또한, 대부분의 종래 차량 배선 시스템은 물리적으로 독립적인 전원 컨덕터 및 (필요한 경우) 신호 컨덕터를 사용한다. 이러한 종래 배선 시스템은 일반적으로 모델에 특정하고, (사용하는 경우) 제한된 네트워킹 기능을 특징으로 하고, 전체적인 제어 및 데이터 수집 기능을 제공하지 못한다. 따라서, 이러한 배선 시스템은 통합된 네트워크 통신 및 전력 공급에 대해 용이하게 수정할 수 없다. 또한, 생산이 시작되면, 고정된 배선 하니스를 활용하는 배선 시스템을 변경하는 것은 매우 어렵고 고비용이 될 수 있다.

종래의 차량 전기 시스템의 또 다른 단점은 전기 회로용 공통적인 중성(즉, 접지) 연결부로서 차량의 섀시 또는 프레임을 이용하는 광범위한 관행(특히 자동차 분야에서 일반적인)에 있다. 이러한 관행은 자동차 개발의 초기로 되돌아가며, 비용 억제의 이유로 지속되어 온 경향이 있다. 그러나, 접지 또는 중성 연결부로서 차량의 프레임 또는 섀시를 이용하는 것은 문제를 야기할 수 있다. 우선, 차량 프레임 또는 섀시로의 접지 연결은 차량의 수명 동안 느슨하게 되는 경향을 가진다. 이러한 느슨한 접지 연결은 열화된 연결 전체에서 전압 강하를 야기하여, 시스템의 전력 공급 측면과 간섭을 일으킨다. 또한 느슨한 접지 연결은 또한 차량의 라디오 또는 음향 시스템과 같은 차량의 기타 서브시스템에 의한 "잡음"으로서 포착될 수 있는 전자기 잡음을 발생시킬 수 있다. 이러한 전자기 잡음은 또한 데이터 네트워크가 차량에 있을 때 네트워크 통신의 동작과 간섭할 수 있다.

마이크로 컨트롤러와 기타 전기/전자 컴포넌트들이 일반적으로 차량에서 상호연결된다는 점에서, 상호연결은 일반적으로 디바이스에 고유한 로컬 버스(예를 들면, 기기 패널을 통해) 또는 계측기 제어 통신망(CAN) 프로토콜을 이용하는 버스와 같은 전용 저속 버스를 통해 수행된다. 이러한 상호연결은 엔지니어들에게 고비용이며, 일반적으로 전용 아키텍처 및 소프트웨어에 의존적이다. 또한, 상기의 것들은 일반적으로 적어도 부분적으로 제한된 데이터 전송 속도에 기인하여, 통합된 진단, 고장 검출, 및 데이터 수집에 연관된 유지관리를 지원할 수 없다.

현대 차량에 사용되는 다수의 전기 디바이스, 센서 및 제어를 네트워크에 더 잘 통합시키기 위해, 더 높은 데이터 전송 속도가 요구된다. 보다 양질의 데이터 전송 속도는 또한 개별 디바이스가 고 레벨의 제어에 대해 연속하여 연결될(예를 들면, "데이지(daisy) 체인방식으로") 수 있고, 호스트 컴퓨터로 모니터링할 수 있도록 한다. 또한, 전자기 노이즈의 제거는 원하는 데이터 전송 속도를 달성하기 위해 중요하다.

컴퓨터의 고속 네트워킹이 폭넓게 사용되는 10Base-T, 100Base-T, 및 1000Base-T(기가비트 이더넷) 방법을 포함하는 "트위스트 페어를 통한 이더넷"과 같은 표준 네트워킹 물리적 연결 방법을 이용하여 공지되었지만, 이러한 물리적 연결 해결안은, 예를 들면, 자동차 생산과 같은 차량의 전기 시스템을 포함하는 대다수의 전기/전자 디바이스를 네트워킹하는데 적합하지 못하다. 이것은 그것들이 일반적으로 전력 공급 측면에서 만족스럽지 못하기 때문이다. 예를 들면, 일반적으로 10Base-T, 100Base-T, 1000Base-T의 물리적 연결에 사용되는 카테고리 5, 5e, 및 6 케이블은 본래부터, 예를 들면, 자동차의 DC 전기 모터, 전자기 클러치, 솔레노이드, 조명 등과 같은 차량에서 볼 수 있는 고전류 디바이스를 용이하게 핸들링하기에 충분하지 못한 제한된 전기 전력 용량을 가진다. 이더넷 전원 장치(POE)와 같은 개선된 전력 전달 방식조차 일반적으로 차량-범위의 네트워킹의 전력 시스템에 충분한 전력을 공급할 수 없다.

따라서, 네트워킹된 전기 시스템에서의 물리적 연결을 제공하고 네트워킹된 시스템의 데이터 통신 측면 및 전력 공급 측면 모두를 만족시키는 하이브리드 케이블에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 하나의 측면에서, 하이브리드 케이블은 적어도 하나의 신호 컨덕터의 트위스트 페어를 구비하는 신호 도전 코어를 포함한다. 제1 및 제2 편조된(braided) 금속 파워 컨덕터가 파워 컨덕터 사이에 배치된 절연층으로 신호 컨덕터의 둘레에 원주방향으로 배치된다. 외부 절연 커버는 제1 및 제2 편조된 금속 파워 도전 층 및 코어 둘레에 배치된다. 케이블의 하나의 끝단에 배치된 제1 커넥터는 신호 컨덕터 각각에 대해 컨택트 및 상기 편조된 금속 파워 컨덕터의 각각에 연결된 파워 컨택트를 구비하는 연결 핀 또는 소켓(receptacle) 중 하나를 포함한다. 하나의 변형에서, 하이브리드 케이블은 2개의 신호 컨덕터의 트위스트 페어를 포함하고, 10Mbits/sec 또는 100Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있다. 신호 도전 코어는 제 1 파워 컨덕터 내부에 배치된 절연 재료 또는 강화 부재 중 하나를 포함하고, 트위스트 페어 신호 컨덕터가 상기 코어에 배치된다. 하이브리드 케이블은 상기 케이블의 제2 끝단에 배치되는 제2 커넥터를 더 포함하고, 제1 편조된 파워 컨덕터, 제2 편조된 파워 컨덕터, 및 트위스트 페어 신호 컨덕터 각각이 제1 커넥터에서 제2 커넥터까지 연속하여 뻗어 있다.

또 다른 변형에서, 하이브리드 케이블은 신호 컨덕터 둘레에 배치된 금속 쉴드를 가진 적어도 하나의 트위스트 페어 신호 컨덕터를 포함한다. 제1 및 제2 금속 파워 컨덕터는 신호 컨덕터 둘레에 배치된 외부 절연 커버, 금속 쉴드 및 파워 컨덕터를 가진 신호 컨덕터와 거의 평행하게 배치된다. 케이블의 제1 끝단에 배치된 커넥터는 파워 도전층 각각에 연결된 신호 컨덕터 및 컨택트 각각을 위한 연결 핀 또는 소켓 중 하나를 포함한다. 하나의 변형에서, 하이브리드 케이블은 2개의 트위스트 페어 신호 컨덕터를 포함하고, 신호 컨덕터는 10Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있다. 다른 변형에서, 하이브리드 케이블은 4개의 트위스트 페어 신호 컨덕터를 포함하고, 상기 신호 컨덕터들은 1000Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있다. 케이블은 케이블의 제2 끝단에 배치된 제2 커넥터를 포함하고, 제1 금속 파워 컨덕터, 제2 금속 파워 컨덕터 및 트위스트 페어 신호 컨덕터 각각은 제1 커넥터로부터 제2 커넥터까지 연속하여 뻗어 있다.

또 다른 측면에서, 전기적으로 동작하는 센서 및 전력 공급되는 디바이스를 포함하는 전기 시스템을 구비한 차량은 데이터를 전달하는 신호 컨덕터와 전력을 공급하는 파워 컨덕터를 갖춘 적어도 하나의 하이브리드 케이블을 포함하고, 신호 컨덕터는 10Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있다. 외부 커버는 신호 컨덕터 및 파워 컨덕터 상에 배치되고, 복수의 전기 공급 디바이스들은 하이브리드 케이블에 의해 순차적으로 연결된다.

본 발명에 따른 하이브리드 케이블은 네트워킹된 전기 시스템에서의 물리적 연결을 제공하고, 네트워킹된 시스템의 데이터 통신 측면 및 전력 공급 측면 모두를 만족시킬 수 있다.

보다 완벽한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 하기의 설명을 참조한다.
도 1a는 본 발명에 따른 하이브리드 케이블의 개략도이다.
도 1b는 차량의 네트워킹된 전기 시스템에서의 물리적 연결을 제공하는 도 1a의 하이브리드 케이블의 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 케이블의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 케이블에 사용하는 케넥터의 단면도이다.
도 3은 도 2b의 선 3-3을 따라 취해진 도 2b의 커넥터의 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 케이블의 제1 대안의 실시예의 단면도이다.
도 5는 도 4에서의 하이브리드 케이블에 사용하는 커넥터의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 케이블의 제2 대안의 실시예의 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 케이블을 사용하는 차량의 개략적인 도면이다.

이제 유사한 참조번호가 수개의 도면에 걸쳐 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해 사용된 도면을 참조하면, 데이터 및 전력 전달용 하이브리드 케이블의 다양한 도면 및 실시예가 도시되고 서술되어 있으며, 다른 가능한 실시예도 서술된다. 도면은 반드시 축적에 따라 도시되지는 않았으며, 몇몇 경우에 도면은 단지 설명을 위해 과장되거나, 그리고/또는 단순화되었다. 당업자들은 가능한 실시예의 아래의 예를 기초로 한 변형 및 다수의 가능한 애플리케이션을 이해할 것이다.

이제 도 1a를 참조하면, 차량의 네트워크화된 전기 시스템 또는 본 발명에 따른 다른 인공 구조를 통해 디지털 신호 및 전력을 모두 전달할 수 있는 하이브리드 케이블(20)의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 이러한 애플리케이션의 목적을 위해, 용어 "차량"은 임의의 이동가능한 인공 구조를 의미하고, 자동차, 트럭, 모터사이클, 기차, 경전철 차량, 모노레일, 비행기, 헬리콥터, 보트, 배, 잠수함, 우주선 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 용어 "다른 인공 구조"는 이동 불가능한 인공적 구조를 의미하고, 사무용 빌딩, 상업용 빌딩, 창고, 거주용 다가구 주택, 및 거주용 단독주택 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

하이브리드 케이블(20)은 디지털 데이터를 전달하기 위한 제1 세트의 내부 컨덕터(예컨대, 도 2a의 컨덕터(114)), 및 전력(전류 및 전압)을 전달하기 위한 제2 세트의 내부 컨덕터(예컨대, 도 2a의 컨덕터(104, 108))를 갖춘 케이블 부(22)를 포함한다. 커넥터 부재(24)는 케이블 부(22)의 각각의 끝단에 제공되어 있다. 각각의 커넥터 부재(24)는 제1 세트의 내부 컨덕터 각각에 동작적으로 연결되어 있고, 커넥터 부재 위에 설치된 복수의 제1 전기 단자(26), 및 제2 세트의 내부 컨덕터 각각에 동작적으로 연결되어 있고, 커넥터 부재 위에 설치된 복수의 제2 전기 단자(28)를 포함한다. 커넥터 부재(24) 상의 제1 전기 단자(26) 및 제2 전기 단자(28)가 다른 커넥터 부재 상의 각각의 제1 및 제2 전기 단자와 연속적으로 전기적으로 접촉하므로, 케이블(20)이 한 끝단 상의 단자(26)로부터의 데이터 신호를 다른 끝단 상의 단자(26)로 전달하고, 그리고 한 끝단 상의 단자(28)로부터의 전력을 다른 끝단 상의 단자(28)로 전달하는 것을 가능하게 함을 이해할 것이다. 몇몇 실시예에서, 하이브리드 케이블(20)은 연결된 네트워크 디바이스에 튼튼한(rugged) 인터페이스를 제공하는 특별한 인그레스(ingress) 보호 표준을 충족하는 (도시되지 않은) 방수 커넥터(예컨대, IP-67로 인증되거나 유사한 레벨의 보호 시일)를 포함할 수 있다.

하이브리드 케이블(20)의 파워 컨덕터 및 파워 단자(28)에 의해 전달되는 전력은 원하는 전압 또는 전압 범위의 DC 전류 또는 AC 전류의 형태일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 하이브리드 케이블 구현은 12볼트 DC 파워 애플리케이션만 지원하면 되지만, 다른 구현은 더 높은 전압, 예컨대, 24볼트 DC, 48볼트 DC, 또는 50/60Hz의 110/220 VAC 등을 요구할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하이브리드 케이블의 전압/파워 등급은, 전력 호환이 불가능한 장비를 연결할 가능성을 제거하기 위해, 색상 코드화된 케이블 부(22) 또는 커넥터 부재(24), 및/또는 상이하게 구성되고 맞춤된 커넥터 부재(24) 및/또는 단자(26, 28)를 사용하여 식별된다.

아래에 상세히 서술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 하이브리드 케이블(20)의 데이터 컨덕터 및 데이터 단자(26)는 하나 이상의 고속 네트워크 통신 프로토콜을 지원하도록 구성된다. 예를 들어, 하이브리드 케이블(20)은 다양한 레벨의 이더넷(예컨대, 10baseT, 100baseT, 및 1000baseT)을 지원할 수 있다. 다른 실시예는 이더넷과 더불어 또는 그 대안으로서, 범용병렬버스(USB) 프로토콜, 파이어와이어(Firewire), CAN, 및 플렉스레이(Flexray)와 같은 프로토콜을 지원할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 커넥터 부재(24)는 가혹한 애플리케이션 환경에 적합한 온도 등급을 가진 내부식성 재료로 항공우주(aerospace) 표준에 따라 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 케이블 부(22)는 어울리는 자켓을 가질 수 있고, 혼선(crosstalk) 또는 다른 잡음을 네트워크 데이터 트래픽과 인터페이싱하지 않는 레벨로 유지하기에 충분한 쉴딩과 함께 피복(jacketed)될 수 있다.

몇몇 버전에서, 하이브리드 케이블(20)은 접지 루프를 방지하고, 잡음을 줄이고, 신뢰도를 향상시키기 위한 개념으로 단일 케이블로 중성 배선을 통합한다. 앞서 서술한 바와 같이, 자동차, 보트, 비행기, 및 유사한 환경은 전통적으로 DC 동작 전압에 대한 리턴 경로로서 차량의 금속 섀시를 사용하여 왔다. 이것은 주로 비용 절감을 위한 것이지만, 다운스트림 실패를 야기할 수 있다. 예를 들어, 접지로의 전기적 연결은 사용된 재료의 성분 및 마감에 따라 상이한 전류발생(galvanic) 전위에 있을 수 있고, 이는 이미 적대적인 동작 환경에서 부식을 가속시킬 수 있다. 회로의 전기적 저항력은 시간에 따라 변할 수 있고, 이는 동일한 공통 접지를 흐르는 전압을 변화시켜 종종 회로 경로 사이에 전기적 잡음을 유도한다. 따라서, 본 명세서에 서술된 하이브리드 케이블(20)을 사용하는 것은 기밀의 높은 신뢰도의 커넥션을 가진 보호된 접지선이 전기적 회로 리턴 경로를 격리시키고 유도된 전기적 혼선을 제거하거나 최소화하도록 설계되기 때문에 케이블의 구성으로 인한 이러한 문제를 최소화하거나 제거한다.

이제 도 1b를 참조하면, 차량의 네트워크화된 전기 시스템 내에서 물리적 연결을 제공하는 하이브리드 케이블(20)의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 전기 시스템(30)은 네트워크 컨트롤러(32), 하이브리드 데이터/파워 스위치(34), 및 3개의 디바이스 모듈(36, 38, 및 40)을 포함한다. 컨트롤러(32)는 디지털 데이터 신호(44)를 통해 컴퓨터(46) 또는 다른 제어 디바이스와 양방향 통신을 위한 복수의 데이터 단자(42)를 가진다. 컨트롤러(32)는 또한 전원(52)으로부터 전력(50)을 수신하는 복수의 파워 단자(48)를 포함한다. 컨트롤러는 또한 디지털 데이터 신호(44)를 송신/수신하는 수개의 단자, 및 전력(50)을 전송하는 다른 단자를 포함한다. 스위치(34)는 하나의 입력 포트(56), 3개의 출력 포트(58)를 포함하고, 각각의 포트는 디지털 데이터 신호(44)를 송신/수신하는 수개의 단자, 및 전력(50)을 수신(이 경우 입력 포트)하거나 전송(이 경우 출력 포트)하는 다른 단자를 갖춘 케이블 인터페이스(54)를 포함한다. 각각의 디바이스 모듈(36, 38, 40)은 네트워크 컨트롤러(32)가 디바이스(62, 62, 및 64)를 감시하고 조종할 수 있게 하는 저레벨 인터페이스를 제공하기 위해, 전기/전자 디바이스, 이 경우 광(60), 가스 게이지 전송기(62), 및 속도 지시계(64)에 각각 동작적으로 연결되어 있다.

여전히 도 1b를 참조하면, 하이브리드 케이블(20)은 각각의 네트워크 컴포넌트(32, 34, 36, 38, 및 40)의 케이블 인터페이스(54) 사이에 연결되어 있다. 케이블 인터페이스(54)의 물리적 구성은 케이블(20)의 각각의 끝단에 있는 디바이스의 적절한 데이터 단자 또는 파워 단자 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해, 하이브리드 케이블(20)의 끝단 부재(24)와 서로 맞춤되도록 선택된다. 이것은 네트워크의 디지털 데이터 통신 측면, 및 파워 분배 측면 모두를 위해, 즉, 데이터 통신 신호(44)가 컨트롤러(32)로부터 스위치(34)를 통해 디바이스 모듈(36, 38, 및 40)로(및 뒤로) 양방향으로 패싱되게 함과 동시에, 전력이 컨트롤러로부터 스위치를 통해 디바이스 모듈로 분배되고 하고, 최종적으로 이러한 동작을 위해 디바이스(60, 62, 및 64)에 공급되게 하도록, 네트워크에 걸쳐 물리적 연결을 제공한다.

이제 도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 다른 하이브리드 케이블의 케이블 부의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 케이블(100)은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 또는 테프론®과 같은 적합한 플라스틱으로 형성될 수 있는 외부 커버(102)를 포함한다. 제1 파워 컨덕터(104)는 커버(102) 안쪽에 배치된다. 하나의 변형에서, 파워 컨덕터(104)는 커버(102) 바로 아래의 케이블(100)의 안쪽 원주 둘레로 뻗어 있는 편조된 금속 시쓰(sheath)이다. 절연층(106)은 제1 편조된 컨덕터(104) 아래에 배치된다. 제2 파워 컨덕터(108)는 절연층(106) 아래에 동축으로 배치된다. 하나의 변형에서, 제2 파워 컨덕터(108)는 절연층(106) 아래의 케이블(100)의 내부 원주 둘레로 뻗은 제2 편조 금속 시쓰를 포함한다. 코어(103)는 제2 파워 컨덕터(108)의 안쪽에 위치된다. 하나의 변형에서, 코어(130)는 적합한 플라스틱으로 형성될 수 있는 커버(110)를 포함한다. 2개의 파워 컨덕터를 사용하는 것은 파워 컨덕터(104, 108) 중 하나가 중성 또는 접지 연결을 제공할 것이므로, 차량의 프레임 또는 몸체에 전원 공급되는 디바이스를 접지시킬 필요성을 제거한다.

트위스트 페어 신호 컨덕터(114)는 코어(130) 내에 배치되어 있다. 도시된 실시예에서, 2개의 트위스트 페어 신호 컨덕터(114)가 도시되어 있으나, 다른 변형에서, 하나의 트위스트 페어 신호 컨덕터가 사용될 수도 있고, 또는 2개 이상의 트위스트 페어 신호 컨덕터가 사용될 수도 있다. 트위스트 페어 구성은 직류 펄스가 컨덕터를 통해 흐르고 전자기 유도 현상을 일으킬 때, 발생할 수 있는 혼선을 줄이기 위한 목적으로 사용된다. 2개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터는 10BASE-T 또는 100BASE-T 물리적 연결을 사용하여 10Mbits/sec 또는 100Mbits/sec의 데이터를 전송할 수 있다. 4개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터는 1000BASE-T 물리적 연결로 1000Mbits/sec까지 전송하기 위해 사용된다. 하나의 변형에서, 절연 재료(112)는 코어(130)내의 트위스트 페어 신호 컨덕터(114) 둘레에 배치된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "파워 컨덕터"는 팬 모터, 창문(windshield) 와이퍼 모터, 차량 전조등, 후미등, 깜박이등, 및 유사한 전력 공급되는 디바이스와 같은, 디바이스에 동작 전류를 전달하는 컨덕터를 의미한다. 그러므로, 차량 파워 컨덕터는, 예컨대, 1amp 이상의 전류를 전달할 수 있다. 한편, 용어 "신호 컨덕터"는 디바이스 어드레스, 센서 판독 및 제어 신호와 같은, 데이터를 전달하기 위한 작은 전기 신호를 사용하는 컨덕터를 의미한다. 신호 컨덕터를 흐르는 전류는 전형적으로 밀리암페어 범위이다. 따라서, 파워 컨덕터를 통해 흐르는 전류는 신호 컨덕터를 통해 흐르는 전류보다 1000 내지 100,000배 더 클 수 있다.

도 2b는 케이블(100)과 함께 사용하기 위한 커넥터의 끝단 도면이다. 커넥터(116)는 적합한 비도전성 재료로 형성될 수 있는 하우징(118)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 원형의 금속 날(blade) 또는 갈래(prong)(120)가 하우징(118) 내에 고정된다. 날(120)은 제1 파워 컨덕터(104)에 연결되고, 파워 컨덕터를 통해 흐르는 전류에 대한 통로를 제공한다. 날(120)은 제2 커넥터 또는 소켓 내의 짝을 메이팅(mating) 또는 상보적인(complementary) 오목부로 삽입되도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 날(120)은 하우징(118)의 안쪽 원주 둘레에 연속적으로 뻗어 있다. 다른 변형에서, 날(120)은 하우징(118)의 안쪽 원주 둘레에 부분적으로 뻗을 수 있고, 또는 이격된 구간에 위치된 복수의 개별 컨택트로 분할될 수 있다.

환형 오목부(122)는 하우징(118) 내에 날(120)의 방사형 안쪽에 형성된다. 오목부(122) 내에 설치된 컨택트(124)는 제2 파워 컨덕터(108)에 연결된다. 컨택트(124)는 메이팅 커넥터에 제2 파워 컨덕터(108)를 연결하기 위한 전기적 컨택트를 제공한다. 도시된 실시예에서, 하나의 원형 컨택트(124)가 환형 오목부(122)에 의해 형성된 원둘레로 뻗어 있다. 다른 변형에서, 오목부(122)의 원둘레에 부분적으로만 뻗어 있는 하나의 컨택트(124)가 사용되거나, 복수의 컨택트(124)가 오목부(122)의 원둘레의 일정 간격으로 이격되어 있을 수 있다. 컨택트(124)는 제2 파워 컨덕터(108)에 연결된다.

도 3은 도 2b의 라인 3-3을 따라 취해진 커넥터(116)의 종단면도이다. 하나의 변형에서, 메이팅 커넥터에 커넥터(116)를 연결하고, 커넥터에 추가적인 보호를 제공하기 위해, 안쪽으로 나사가공된 금속 칼라(collar, 134)가 하우징(118) 위에 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 커넥터 핀(132) 및 핀 소켓(126)은 커넥터(116) 내의 환형 오목부(122)의 방사형 안쪽에 위치된다. 컨택트(128)는 핀 소켓(126) 안쪽에 위치된다. 핀(132) 및 컨택트(128)는 커넥터(116)를 통해 단일 경로를 제공한다. 핀(132) 및 컨택트(128)는 각각 트위스트 페어(114)의 컨덕터에 연결된다. 하나의 변형에서, 핀(132) 및 소켓(126)은 케이블(100) 내의 각각의 트위스트 페어 신호 컨덕터(114)에 대하여 제공될 수 있다.

알고 있는 바와 같이, 하이브리드 케이블 어셈블리(100)는 파워 및 데이터를 전달하는 통합된 수단을 제공한다. 파워는 파워 컨덕터(104 및 108)를 통해 전달되고, 제어 신호는 트위스트 페어 컨덕터(114)를 통해 전달된다. 파워 컨덕터(104 및 108)는 전자기 효과로부터 트위스트 페어 신호 컨덕터(114)를 차폐하고, 데이터 전송을 강화한다.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 케이블의 대안의 실시예의 단면도이다. 도 5는 도 4의 케이블(200)과 함께 사용하기 위한 커넥터의 끝부 도면이다. 도 1-3에 도시된 실시예와 유사하게, (도 4에 도시된) 케이블(200)은 커버(202), 제1 파워 컨턱터(204), 절연층(206), 및 제2 파워 컨턱터(208)를 포함한다. 제1 및 제2 파워 컨턱터(204, 208)는 편조된 금속 시쓰일 수 있다. 코어(230)는 제2 컨덕터(208) 내에 방사형으로 배치된다. 코어(230)는 적합한 비도전성 재료로 형성될 수 있는 커버(210)를 포함할 수 있다. 4개의 트위스트 페어 신호 컨덕터(214)가 코어(230) 내에 위치된다. 코어(230)는 또한 트위스트 페어 신호 컨덕터(214) 둘레에 배치된 절연 재료(212)를 포함할 수 있다. 하나의 변형에서, 코어(230)는 케이블 어셈블리(200)의 강도를 강화하고, 트위스트 페어 컨덕터(214)에 추가적인 보호를 제공하기 위해 강화 부재(236)를 포함할 수 있다. 강화 부재(236)는 와이어, 플라스틱 필라멘트 또는 스트랜드(strand) 및/또는 다른 적합한 섬유로 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 커넥터(216)는 도 2b 및 3에 도시된 커넥터(116)와 유사한 구조이다. 하우징(218)은 하우징(118)과 유사하고, 날(220)은 날(120)과 유사하고, 컨택트(224)는 컨택트(124)와 유사하다. 트위스트 페어 신호 컨덕터(214)는 도 1-3에 도시된 실시예와 연관지어 앞서 서술한 바와 같은 방식으로 핀 핀 소켓(226) 내의 핀(232) 및 컨택트(228)에 연결된다. 커넥터(216)를 메이팅 커넥터 또는 소켓에 연결시키고, 연결에 대한 보호를 제공하기 위해, 도 3의 칼라(134)와 같은 (도시되지 않은) 금속 또는 플라스틱 쉴드 또는 커버가 제공될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 제2의 대안의 하이브리드 케이블의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 하이브리드 케이블(300)은 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 및/또는 테프론®과 같은 적합한 플라스틱으로 형성될 수 있는 커버(302)를 포함한다. 하나의 변형에서, 숫(male) 커넥터(312)는 하이브리드 케이블(300)의 하나의 끝단에 고정된다. 도시된 바와 같이, 커넥터(312)는 파워 리드 또는 컨덕터(304 및 306)에 각각 연결되어 있는, 하우징(314), 및 제1 및 제2 파워 갈래(316 및 318)를 포함한다. 커넥터(312)는 또한 금속 쉴드(320) 안쪽에 설치된 복수의 신호 전달 핀(322)을 포함한다. 핀(322)은 도 1에 도시된 것과 유사한 트위스트 페어 컨덕터일 수 있는 신호 컨덕터(308)에 연결된다. 하나의 실시예에서, 신호 컨덕터(308)는 전자기 간섭으로부터 컨덕터를 차폐할 목적으로 쉴드(320)에 연결되어 있는 편조된 금속 시쓰(310)내에 내장된다. 신호 컨덕터(308)와 함께 파워 컨덕터(304, 306)가 커버(302)내에 내장된다. 하이브리드 케이블(300)은 하나의 통합된 케이블을 통해 파워 및 데이터 전송을 모두 제공한다. 도시된 실시예에서, 4개의 트위스트 페어 신호 컨덕터(308)가 도시되어 있으나, 더 적거나 많은 개수의 컨덕터가 사용될 수도 있다. 4개의 트위스트 페어 신호 컨덕터의 사용은 1,000Base-T 물리적 연결을 허용한다.

도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 케이블을 사용하는 차량(400)의 개략적인 도면이다. 하나의 변형에서, 전기 장비를 제어하고, 차량에 위치된 다양한 센서로부터의 입력을 수신하고 프로세싱하기 위해 호스트 컴퓨터(402)가 제공된다. 하나의 변형에서, 도 1a, 4 내지 6과 연관지어 서술한 바와 유사한, 하이브리드 케이블(408)이 호스트 컴퓨터(402)와 다양한 디바이스 및 센서를 연결하기 위해 사용된다. 예를 들어, 케이블(408)은 호스트 컴퓨터(402)와 창문 와이퍼 모터(404), 엔진 제어 모듈(406) 및 전조등(410)을 연결하기 위해 사용될 수 있다. 하이브리드 케이블(408)의 사용은 이러한 디바이스들이 "데이지 체인"에 순차적으로 연결될 수 있게 하고, 그로인해 각각의 디바이스를 위한 개별적인 배선에 대한 필요를 제거한다. 각각의 디바이스는 네트워크 어댑터와 함께 제공될 수 있고, 디바이스로부터 유래되거나 디바이스로 전달되는 신호를 식별할 목적으로 매체접근제어(MAC) 또는 이더넷 하드웨어 어드레스(EHA)와 같은 고유 어드레스가 할당될 수 있다. 하이브리드 케이블(408)을 사용하여 호스트 컴퓨터(402)에 연결될 수 있는 다른 디바이스는 압력 및 온도 센서, 차량 시트에 설치된 탑승자 존재 센서, 차량의 탱크 내의 연료량, 차량 엔진으로의 연료의 흐름을 감시하는 플로우 미터 및 레벨 센서를 포함한다. 하이브리드 케이블을 통해 전달되는 데이터는 차량의 작동 및 성능을 나타내는 정보를 모니터링하고 수집하기 위해 사용되고, 동시에 전력 공급되는 디바이스를 위한 동작 파워를 제공한다.

당업자들은 본 발명이 데이터 및 파워를 전달하는 하이브리드 케이블이 자동차와 같은 차량에 사용하기 적합한 파워 및 데이터를 전달하기 위한 하이브리드 케이블을 제공한다는 장점을 가짐을 이해할 것이다. 도면 및 상세한 설명은 제한적 방법이 아니라 설명을 위한 것으로 간주되어야 하며, 개시된 예 및 특수한 형태로 제한고자 한 것이 아니다. 그와는 반대로, 임의의 다른 수정, 변형, 및 재배열, 치환, 대안, 설계 선택, 및 아래의 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자들에게 명백할 수 있는 실시예를 모두 포함한다. 그러므로, 아래의 청구항은 이러한 모든 다른 변형, 수정, 재배열, 치환, 대안, 설계 선택, 및 실시예를 모두 포함하는 것으로 해석되도록 의도된 것이다.

Claims

하이브리드 케이블로서,
적어도 하나의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 포함하는 신호 도전 코어;
상기 신호 컨덕터 둘레에 원형으로 배치된 제1 편조된 금속 파워 컨덕터;
상기 제1 편조된 금속성 파워 컨덕터와 상기 신호 도전 코어 사이에 원형으로 배치된 제2 편조된 금속 파워 컨덕터;
상기 제1 편조된 금속 파워 컨덕터와 상기 제2 편조된 금속 파워 컨덕터 사이에 배치된 내부 절연층;
상기 제2 편조된 금속 파워 도전층 둘레에 배치된 외부 절연 커버; 및
상기 하이브리드 케이블의 끝단에 배치된 제1 커넥터;를 포함하고, 상기 제1 커넥터는 각각의 상기 신호 컨덕터를 위한 컨택트, 및 상기 편조된 금속 파워 컨덕터 각각에 연결된 파워 컨택트를 갖춘 연결 핀 또는 소켓 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 1 항에 있어서, 2개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 2 항에 있어서, 상기 신호 컨덕터는 10Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 2 항에 있어서, 상기 신호 컨덕터는 100Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 1 항에 있어서, 4개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 5 항에 있어서, 상기 신호 컨덕터는 1000Mbits/sec까지 데이터를 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 1 항에 있어서, 상기 신호 도전 코어는 상기 제1 파워 컨덕터 안쪽에 배치된 절연 재료 또는 강화 부재 중 하나를 더 포함하고, 상기 트위스트 페어의 신호 컨덕터는 상기 코어 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 1 항에 있어서, 상기 하이브리드 케이블의 제2 끝단에 배치된 제2 커넥터를 더 포함하고, 상기 제1 편조된 파워 컨덕터, 제2 편조된 파워 컨덕터, 및 트위스트 페어 신호 컨덕터는 각각 상기 제1 커넥터에서 상기 제2 커넥터까지 연속적으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
하이브리드 케이블로서,
적어도 하나의 트위스트 페어의 신호 컨덕터;
상기 신호 컨덕터 둘레에 배치된 금속 쉴드;
상기 신호 컨덕터와 실질적으로 평행하게 배치된 제1 금속 파워 컨덕터;
상기 신호 컨덕터와 실질적으로 평행하게 배치된 제2 금속 파워 컨덕터;
상기 신호 컨덕터, 금속 쉴드, 및 파워 컨덕터 둘레에 배치된 외부 절연 커버;
상기 하이브리드 케이블의 끝단에 배치된 커넥터;를 포함하고, 상기 커넥터는 상기 신호 컨덕터 각각, 및 상기 파워 컨덕터 층 각각에 연결된 컨택트를 위한 연결 핀 또는 소켓 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 9 항에 있어서, 2개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 더 포함하고, 상기 신호 컨덕터는 10Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 10 항에 있어서, 상기 신호 컨덕터는 100Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 9 항에 있어서, 4개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 더 포함하고, 상기 신호 컨덕터는 1000Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
제 9 항에 있어서, 상기 하이브리드 케이블의 제2 끝단에 배치된 제2 커넥터를 더 포함하고, 상기 제1 금속 파워 컨덕터, 제2 금속 파워 컨덕터, 및 트위스트 페어의 신호 컨덕터는 각각 상기 제1 커넥터에서 상기 제2 커넥터까지 연속적으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 케이블.
전기적으로 동작되는 센서 및 전기적으로 전력 공급되는 디바이스를 포함하는 전기 시스템;
10Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 데이터 전달을 위한 신호 컨덕터, 및 파워 전달을 위한 파워 컨덕터를 갖춘 적어도 하나의 하이브리드 케이블; 및
상기 신호 컨덕터 및 파워 컨덕터를 보호하는 외부 커버;를 포함하고,
복수의 전기적으로 전력 공급되는 디바이스는 상기 하이브리드 케이블을 수단으로 하여 순차적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량.
제 14 항에 있어서, 상기 하이브리드 케이블은,
적어도 하나의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 포함하는 신호 도전 코어;
상기 신호 컨덕터 둘레에 원형으로 배치된 제1 편조된 금속 파워 컨덕터;
상기 제1 편조된 금속성 파워 컨덕터와 상기 신호 도전 코어 사이에 원형으로 배치된 제2 편조된 금속 파워 컨덕터;
상기 제1 편조된 금속 파워 컨덕터와 상기 제2 편조된 금속 파워 컨덕터 사이에 배치된 내부 절연층;
상기 제2 편조된 금속 파워 도전층 둘레에 배치된 외부 절연 커버; 및
상기 하이브리드 케이블의 끝단에 배치된 제1 커넥터;를 포함하고, 상기 제1 커넥터는 상기 신호 컨덕터 각각에 대한 컨택트, 및 상기 편조된 금속 파워 컨덕터 각각에 연결된 파워 컨택트를 갖춘 연결 핀 또는 소켓 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 15 항에 있어서, 상기 하이브리드 케이블의 제2 끝단에 배치된 제2 커넥터를 더 포함하고, 상기 제1 편조된 금속 파워 컨덕터, 제2 편조된 금속 파워 컨덕터, 및 트위스트 페어의 신호 컨덕터는 각각 상기 제1 커넥터에서 상기 제2 커넥터까지 연속적으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 차량.
제 14 항에 있어서, 상기 신호 컨덕터는 100Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량.
제 14 항에 있어서, 4개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 더 포함하고, 상기 신호 컨덕터는 1000Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량.
제 14 항에 있어서, 상기 하이브리드 케이블은,
적어도 하나의 트위스트 페어의 신호 컨덕터;
상기 신호 컨덕터 둘레에 배치된 금속 쉴드;
상기 신호 컨덕터와 실질적으로 평행하게 배치된 제1 금속 파워 컨덕터;
상기 신호 컨덕터와 실질적으로 평행하게 배치된 제2 금속 파워 컨덕터;
상기 신호 컨덕터, 금속 쉴드, 및 파워 컨덕터 둘레에 배치된 외부 절연 커버;
상기 하이브리드 케이블의 끝부에 배치된 커넥터;를 포함하고, 상기 커넥터는 상기 신호 컨덕터 각각, 및 상기 파워 컨덕터 층 각각에 연결된 컨택트를 위한 연결 핀 또는 소켓 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 19 항에 있어서, 4개의 트위스트 페어의 신호 컨덕터를 더 포함하고, 상기 신호 컨덕터는 1000Mbits/sec까지 데이터를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량.