JPH1118307A - 電気自動車充電用コネクタ - Google Patents

電気自動車充電用コネクタ

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JPH1118307A
JPH1118307A JP9170704A JP17070497A JPH1118307A JP H1118307 A JPH1118307 A JP H1118307A JP 9170704 A JP9170704 A JP 9170704A JP 17070497 A JP17070497 A JP 17070497A JP H1118307 A JPH1118307 A JP H1118307A
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connector
light
light emitting
emitting element
charging
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JP9170704A
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Heiji Kuki
平次 九鬼
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車側と充電用コネクタ側との間で光
通信で情報を授受するとともに、電気自動車内の通信プ
ロトコルにも対処可能とする。 【解決手段】 受電部30とコネクタ10とには、両者
間で光通信するために、発光素子及び受光素子がそれぞ
れ備えられている。また、コネクタ10は、自身の発光
素子17から放射した固有の識別用光信号を自身の受光
素子18で受信でき、かつ、その識別用光信号は受電部
30とコネクタ10の両者の発光素子17,24が同時
送信した場合に別の信号となる。これに基づき、コネク
タ10は、同時送信を検知し、所定の優先順位に従って
情報を授受するから両発光素子17,24からの充電情
報が重なり合って送信エラーとなることを防止でき、通
信回路の相互間の優先順位に従って情報を授受する通信
プロトコルへの対応が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の充電
用コネクタに関する。
【0002】
【従来の技術】電気自動車を充電するためには、外部充
電用電源に連なる充電用コネクタを電気自動車の受電部
に装着して電気自動車の蓄電装置に送電する。このと
き、蓄電装置の充電状況等を監視しつつ充電を制御する
ことが好ましいから、電気自動車側と外部充電用電源側
との間で情報の授受が必要となる。このための通信手段
としては、従来より無線通信方式が検討されていた。こ
れは、充電用コネクタに通信用アンテナを内蔵させると
共に、電気自動車の受電部にもアンテナを配置し、両ア
ンテナ間で例えば900MHz 帯の高周波による無線通
信を行うのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の無線
通信方式では、電波法等による各種の規制を受けるか
ら、送信出力を大きく設定することができず、ノイズに
弱いという欠点がある。特に、電気自動車の充電方式と
して、コネクタ側に設けた一次コイルに高周波電流を流
して電気自動車側の二次コイルに電力を送電するという
電磁誘導方式を採用している場合には、通信周波数と送
電周波数とが相違するとはいえ送電電力が桁違いに大き
いため、充電用のインバータ装置からのノイズも無視で
きなくなり、誤動作も憂慮される。しかも、無線通信回
路の設計に当たっては、コネクタ側のアンテナの形状及
び配置だけでなく、電気自動車側のアンテナの形状及び
配置も実験的に決定して設計を進めることが必要で、そ
の工数は相当なものとなる。
【0004】一方、上述の不利を避けるために、例え
ば、赤外線を利用した光通信も考えることができるが、
このような場合、電気自動車内の通信プロトコルに対応
できるようにすることが好ましい。
【0005】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、光通信方式を採用することによってノ
イズの影響を受け難く安定的な情報伝達が可能であり、
しかも、電気自動車内の通信プロトコルにも対処できる
電気自動車充電用コネクタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、電気自動車の蓄電装置を充電す
るために相手コネクタにコネクタ装着されるものであっ
て、相手コネクタに設けられた相手発光素子及び相手受
光素子との間で蓄電装置の充電に関する情報を授受する
発光素子及び受光素子を備え、その発光素子から出力さ
れた光信号が受光素子にも入射するように構成すると共
に、発光素子に相手発光素子との識別用光信号を充電情
報の前に出力させ、この識別用光信号が相手発光素子が
出力した識別用光信号と同時に出力されて相互に重なる
と別の信号が形成されるように設定してあり、この別の
信号が受光素子に投射された場合に、所定の優先順位に
従って充電情報を発光素子から出力させるようにしたと
ころに特徴を有する。
【0007】請求項2の発明は、請求項1記載の電気自
動車充電用コネクタにおいて、発光素子及び受光素子を
併せて収容可能な素子配置室を設けるとと共に、その素
子配置室の内壁表面に光反射処理を施すことにより発光
素子から出力された光信号が受光素子に入射するように
構成したところに特徴を有する。
【0008】
【発明の作用・効果】請求項1の発明によれば、本コネ
クタと相手コネクタとは、光通信方式によって充電に関
する情報の授受を行う。このため、無線通信方式に比べ
てノイズの影響を受けにくく安定した通信を行うことが
できる。しかも、電波法等による法規制を受けることが
ないので設計の自由度が高く、しかも無線通信回路に比
べて回路設計コストを大幅に低減することができる。
【0009】そして、本コネクタは、充電情報の前に自
身の発光素子から出力した固有の識別用光信号を自身の
受光素子で受信し、その受信した光信号が出力した識別
用光信号と別の信号の場合に、自身の発光素子と相手発
光素子とが同時送信したことを検出する。そして、これ
に基づき所定の優先順位に従って情報を授受するから、
両発光素子からの充電情報が重なり合って送信エラーと
なることを防止できる。これにより、通信回路の相互間
の優先順位に従って情報を授受する通信プロトコルへの
対応が可能となる。
【0010】また、請求項2の構成とすれば、光信号が
素子配置室の内壁の光反射処理面で反射するから、本コ
ネクタ自身の発光素子からの光信号を自身の受光素子で
受信できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図1ないし図8を参照して説明する。電気自動車の車
体外側面には、外向きに開放する受電部30が形成さ
れ、その開放面が蓋35によって開閉可能にされ、内部
に二次ユニット20が配置されるとともに、後述する充
電用コネクタ10(以下、「コネクタ10」という)を
矢印A方向に沿って挿入して装着できるようになってい
る。
【0012】二次ユニット20は、例えばフェライト製
の二次コア21に二次コイル22を巻装して構成されて
おり、二次コイル22の出力端子は、電気自動車の動力
用の蓄電装置である動力用バッテリ41(図5にのみ示
す)を充電するための充電回路42に接続されていて、
二次コイル22に誘導される高周波起電力を整流してそ
の動力用バッテリ41を充電できる。なお、図5に示す
ように充電回路42には受電制御回路43が接続され、
これにて動力用バッテリ41の充電状態を検出できるよ
うになっている。
【0013】上記二次コア21は、図1に示したように
側方から見てL字形状をなすが、コネクタ10の装着方
向A(同図において左右方向)に沿ったL字の横辺は横
断面が円形の円柱部21Aとなり、これと直交するL字
の縦辺は横断面が四角形の角柱部21Bとなっている。
また、円柱部21Aの先端面(接合面)はコネクタ10
の装着方向Aに対して垂直に交差するようになってお
り、角柱部21Bの側面(接合面)も同じく装着方向A
に対して垂直に交差するようになっている。そして、前
記二次コイル22は、例えばリッツ線を一層巻きで複数
回巻回して構成され、二次コア21のうち前記装着方向
Aに沿った円柱部21Aに設けられており、従って、コ
イル巻回軸がコネクタ10の装着方向Aに沿った形態で
ある。なお、二次コア21及び二次コイル22は、合成
樹脂製の保護ケース23内に収容され、その保護ケース
23を受電部30に取り付けることで固定されている。
そして、その保護ケース23には二次コア21の円柱部
21Aの先端面及び角柱部21Bの先端部側面を露出さ
せるための開口23A及び23Bが形成されており、円
柱部21Aの先端部が開口23Aから僅かに突出してい
る。
【0014】一方、前記コネクタ10は、一次コア11
及び一次コイル12を備え、これらがハンドル13を備
えたコネクタハウジング14内に収容されている。この
コネクタ10は、図5に示すように商用電源1を電源と
したインバータ装置2に接続され、そのインバータ装置
2によって一次コイル12に高周波電流が流される。な
お、そのインバータ装置2は後述するようにCPUを備
えた給電制御回路3からの信号を受けて一次コイル12
に供給する電圧を制御できるようになっている。一次コ
ア11は前記二次コア21と同一のものを使用してお
り、その円形断面を有する円柱部11Aをコネクタハウ
ジング14の前後方向(コネクタ10の装着方向)に沿
わせた形状でコネクタハウジング14に固定され、角柱
部11Bが下向きに延びている。また、一次コア11の
円柱部11Aの先端面(接合面)は、やはりコネクタ1
0の装着方向Aに対して垂直に交差するようになってお
り、角柱部11Bの側面(接合面)も同じく装着方向A
に対して垂直に交差するようになっている。そして、一
次コイル12は、前述の二次コイル22と同様に、円柱
部11Aにリッツ線を一層巻きで複数回巻回して構成さ
れており、二次ユニット20と同様に、コイル巻回軸が
コネクタ10の装着方向Aに沿った形態となっている。
また、このコネクタ10は二次ユニット20と同様に保
護ケース15内に収容されてコネクタハウジング14に
固定され、その保護ケース15に設けた開口15A及び
15Bから一次コア11の一部が露出している。
【0015】なお、コネクタハウジング14の先端より
の左右両側面にはガイド突起16が突設される一方、受
電部30の内側面には両ガイド突起16に対応してガイ
ド溝36が形成され、そのガイド溝36の先端部分は斜
め下向きに傾斜している。また、特に図示はしないが、
コネクタ10を受電部30内に機械的にロックするロッ
ク機構が設けられていてコネクタ10の装着時における
不用意な脱落が防止されている。
【0016】さて、コネクタ10のうちコネクタハウジ
ング14の前面下部には図1に示すように前面が開放す
る薄型横長の素子配置室19が形成され、図2に示すよ
うに内部の奥壁19Aにコネクタ側の光通信素子に相当
する赤外線型の発光素子17及び受光素子18が前方を
指向して取り付けられている。そして、これらの素子1
7,18の前方では素子配置室19が開口して電気自動
車側との通信用開口19Bが形成されており、ここに板
状のシャッタ部材19Cが上縁部をを開閉回動可能に設
けられている。このシャッタ部材19Cは図示しないね
じりコイルバネによって常時は閉鎖方向に付勢されてお
り、跳ね上がるように回動すると、素子配置室19の天
井壁に形成した凹所19D内に嵌りこむようになってい
る。また素子配置室19の内壁は、光反射処理に相当す
る鏡面仕上げを施した反射面19Eとなっており、発光
素子17から出力された光信号が素子配置室19の反射
面19Eで反射して受光素子18に入射するようになっ
ている。
【0017】一方、受電部30には、その内底部に前面
開放面側に向かって延びる扁平な角筒状の素子収容筒3
7が突設され、その内部に電気自動車側光通信素子に相
当する発光素子24及び受光素子25(図5にのみ図
示)が配置されている。この素子収容筒37はシャッタ
部材19Cを開放させるための開放連動機構としても機
能するようになっており、コネクタ10が受電部30に
装着されるとコネクタ10の素子配置室19内に進入し
てシャッタ部材19Cを蹴り上げるように開放回動させ
る。また、受電部30側の発光素子17はコネクタ10
側の受光素子25と向かい合い、かつ、受電部30側の
受光素子18はコネクタ10側の発光素子24と向かい
合うようになっている。
【0018】そして、電気的には図5に示すように、受
電部30側の発光素子24及び受光素子25はそれぞれ
送信回路47及び受信回路48を介して受電制御回路4
3に接続されており、一方、コネクタ10側の発光素子
17及び受光素子18が送信回路4及び受信回路5を介
して給電制御回路3に接続されている。
【0019】送信に関しては、以下のようである。即
ち、制御回路3,43から所定の内容の情報がデジタル
信号として送信回路4,47に出力され、これが、送信
回路4,47で次述のフレームフォーマットのシリアル
信号に変換される。そして、そのシリアル信号に応じた
駆動信号が出力されて発光素子17,24をパルス点灯
するようになっている。
【0020】上記シリアル信号のフレームフォーマット
は、図6に示されており、4つの領域F1〜F4を連ね
て構成されている。領域F1と領域F4は、フレームの
始まりと終わりを示すSOF(Start Of Fr
ame)とEOF(EndOf Frame)となって
いる。また、領域F2は、両発光素子17,24を識別
するための識別コードとなっており、その識別コード
は、2ビットで構成されていて、受電部30側の発光素
子24が2進表示で「10」、コネクタ10側の発光素
子17が2進表示で「01」となっている。そして、領
域F3は、充電に関する情報を組み込むための領域とな
っていて、その内容及び長さを自由に変更できるように
なっている。
【0021】このフレームフォーマットの各領域F1〜
F4には、図7に示されたビットフォーマットが適用さ
れている。この図は、発光素子を点灯させる時間と消灯
させる時間との組み合わせを示したものであり、同図に
おいて実線が高位にある状態が点灯状態を示し、下位に
ある状態が消灯状態を示している。また、同図において
横軸は、シリアル信号の送信順序を同図左側から順に示
すとともに、その送信時間の最小単位を1タイム区間
(例えば、1タイム区間=10μsec程度)として示
してある。
【0022】具体的には、領域F1と領域F4とは、図
7(A)及び図7(D)に示すように6タイム区間から
なっている。そして、領域F1は、4タイム区間点灯後
に2タイム区間消灯し、これをもってSOFを示す。ま
た、領域F4では、は6タイム区間消灯し、これをもっ
てEOFを示す。
【0023】領域F2及び領域F4のデータの1ビット
は、3タイム区間から構成されており、ビットのデータ
が「1」の場合は、図7(B)に示すように、2タイム
区間点灯後に1タイム区間消灯し、データが「0」の場
合は、1タイム区間点灯後に2タイム区間消灯する。そ
して、両送信回路4,47はそれぞれ固有の識別コード
を領域F3に組み込んでシリアル信号を形成する。より
詳細には、前記した通り領域F2は2ビットからなり、
ここに、受電部30側の送信回路4は識別コード「1
0」を組み込み、コネクタ10側の送信回路47は識別
コード「01」を組み込む。これにより、各発光素子1
7,24から放出される光信号は、図8(A)及び図8
(B)に示すように、領域F2の点灯及び消灯パターン
が異ったものが出力される。そして、両発光素子17,
24が同時に光信号を送信した場合には、以下のように
なる。即ち、両発光素子17,24が共に点灯している
状態と、一方のみが点灯している状態とは区別されずに
実施形態18,25に受信されるから、両発光素子1
7,24からの光信号の識別コード「01」と識別コー
ド「10」とが重なり合うと図8(C)に示すように、
別のコード「11」となり、両発光素子17,24が同
時送信したことを判別できる。
【0024】受信に関しては、以下のようである。即
ち、受光素子18,25に光信号が入射すると光電変換
され、その電気信号は受信回路5,48にて増幅される
とともにデジタル信号化されて制御回路3,43に与え
られる。また、各制御回路3,43には、受信した光信
号(以下「受信信号」という)の領域F2を解読するた
めのマップ(図9参照)を記録したROMと、このRO
Mの内容と受信信号の内容とを比較して、以下の作用で
詳細説明する処理を行うCPUとが備えられている。
【0025】本実施形態の作用は以下のようである。電
気自動車の充電を行うには、受電部30の蓋35を開放
し、ここにコネクタ10の先端部を挿入する。すると、
コネクタ10の一次コア11の円柱部11Aの先端面が
二次コア21の角柱部21Bの先端側面に当接し、か
つ、二次コア21の円柱部21Aの先端面が一次コア1
1の角柱部11Bの先端側面に当接し、もって両コア1
1,21にて四角枠状をなす閉ループの磁気回路が構成
される。また、受電部30側の素子収容筒37が素子配
置室19内に進入するから、素子収容筒37によってシ
ャッタ部材19Cが開放回動させられ、通信用開口19
Bが開放してコネクタ側の発光素子17が受電部30の
受光素子25に対向し、コネクタ側の受光素子18が受
電部30の発光素子24に対向した状態となる。この状
態で給電制御回路3に備えられたスタートスイッチ9を
オン操作すると、給電制御回路3から充電開始に関する
情報がデジタル信号として送信回路4に出力される。そ
して、これを送信回路4が所定のフレームフォーマット
のシリアル信号にして発光素子17を駆動させ、光信号
を出力する。すると、この光信号は、受電部30の受光
素子25に入射すると共に、素子配置室19の内壁が鏡
面仕上げされた反射面19Eとなっているから、その反
射面19Eで反射してコネクタ10側の受光素子18に
も入射する。各受光素子18,25に入射された光信号
は光電変換され、受信回路5,48にて増幅されるとと
もにデジタル信号化されて制御回路3,43に出力され
る。
【0026】そして、コネクタ10側の制御回路3にお
いては、受信信号のフレームフォーマットにおける領域
F2の識別コードとROMに記録されたコード「01」
に関する情報(図9参照)から、自身の発光素子17か
ら送信した光信号が自身の受光素子18に受信された旨
を認識する。また、このことにより、発光素子17及び
受光素子18が正常に機能して正しく光信号が送信さ
れ、かつ、受信されたことを確認でき、充電作業が続行
される。なお、発光素子17を駆動したが、受光素子1
8に光信号が入射されなかった場合は、光通信回路に異
常が発生したものとして、図示しない異常表示灯を点灯
させる。
【0027】一方、受電部30側の受電制御回路43で
は、やはり受信信号の領域F2のコードとROMの情報
から、受信信号がコネクタ10からのものであることを
確認すると共に、領域F3の充電情報(充電を開始に関
する情報)を取り込んで、これに基づき以下の処理を行
う。即ち、受電制御回路43は動力用バッテリ41の充
電容量を検出して所定のバッファに記録しておき、コネ
クタ10側からEOFの信号を受け取った後に、前記バ
ッファ内の信号を送信回路47に出力する。そして、こ
れが送信回路47によって所定のフレームフォーマット
のシリアル信号に変換され、発光素子24から光信号と
して出力される。この光信号も、やはり両受光素子1
8,25に入射される。以下同様にして、両制御回路
3,43が相手側の発光素子が送信した充電情報に応じ
た処置を行う。
【0028】さて、コネクタ10と受電部30との間
で、充電に関する情報を授受する際に、両発光素子1
7,24が同時に光信号を放出した場合には以下のよう
になる。即ち、両発光素子17,24から放出されら光
信号の領域F2にはそれぞれ固有の識別コード(「0
1」,「10」)が組み込まれていて、両発光素子1
7,24が光信号が重なり合うと領域F2のコードは
「11」となる。そして、この領域F2のコードが「1
1」の光信号が、両受光素子18,25に入射し、各制
御回路3,43に出力されると、制御回路3,43に備
えた各CPUが、各ROMに記録されたコード「11」
の内容(図9参照)に基づき、両発光素子17,24が
同時送信したことを認識する。
【0029】ここで、本実施形態の通信プロトコルでは
受電部30側を優先して送信するように定めてある。こ
の通信プロトコルに従い、コネクタ10側では、先に受
電部30からの信号を受け取るために、給電制御回路3
が送信回路4に停止命令を出力し、発光素子17の駆動
を停止して待機状態にする。これにより、領域F3以降
のデータが発光素子17から放出されず、受電部30か
ら光信号のみを受信する。そして、CPUに受電部30
からのEOFの信号が取り込まれたら、待機状態を解除
して、再度フレームフォーマットの領域1から光信号を
放出する。
【0030】一方、受電部30側では、優先順位が高い
から同時送信と認識しても光信号の送信を続行し、フレ
ームフォーマットにおける領域F3、領域F4のデータ
も送信する。また、受電制御回路43のCPUは、コネ
クタ10側が待機状態となっている旨を所定のレジスタ
に記録しておき、これに基づき発光素子24がEOFを
発信した後に、コネクタ10側の発光素子17からの光
信号を待つ。
【0031】これにより、コネクタ10と受電部30と
の間で、充電情報が重なるこを回避して送受信を自由に
行うことができ、給電制御回路3が動力用バッテリ41
の充電容量に応じてインバータ装置2の出力電圧を制御
することでバッテリ41の適切な充電が行われる。
【0032】そして、動力用バッテリ41の充電が完了
すると、これが受電制御回路43によって検出され、受
電部30側の発光素子24から光信号がコネクタ10側
の受光素子18に与えられるので、給電制御回路3はイ
ンバータ装置2に停止信号を出力して充電動作を終了さ
せる。
【0033】このように本実施形態によれば、コネクタ
10側と受電部30側とは赤外線を介した通信によって
充電に関する情報を授受する構成であるから、無線通信
方式に比べてノイズの影響を受けにくく安定した通信を
行うことができる。しかも、電波法等による法規制を受
けることがないので設計の自由度が高く、また、無線通
信回路に比べて回路設計コストを大幅に低減することが
できる。
【0034】そして、両発光素子17,24が同時発信
したことを認識でき、これに基づき、所定の優先順位に
従って情報を授受するから、充電情報が重なり合って送
信エラーとなることを防止できる。これにより、通信回
路の相互間の優先順位に従って情報を授受する通信プロ
トコルにも対応できる。さらに、本実施形態では、送信
する信号をその送信元の回路に帰還させる構成として、
回路に電気的なバイパスを設けた構成とせずに、コネク
タ及び受電部が自分が放出した光信号を自分で受信して
回路に帰還させる構成としてあるから、送信回路、発光
素子、受光素子及び受信回路からなる光通信回路が正常
に機能しているか否かの自己診断を、コネクタ及び受電
部の各で行うことができる。
【0035】<他の実施形態>本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲
に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更して実施することができる。 (1)前記実施形態では、発光素子を駆動するための信
号と受光素子から得られた信号とを制御回路に備えたC
PUによっていわゆるソフトウエア的に比較する構成と
したが、これに限らず、比較回路を設けていわゆるハー
ドウエア的に比較する構成としてもよい。 (2)上記実施形態では電磁誘導を利用して非接触で送
電する誘導充電方式のコネクタに適用した例を示した
が、これに限らず、コネクタ側の端子金具と受電部30
側の端子金具とを接触させて送電するタイプの充電シス
テムにも本発明の光通信方式を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す受電部及び充電用
コネクタの縦断面図
【図2】同じく充電用コネクタの正面図
【図3】同じく光通信素子の配置部分を示す拡大縦断面
【図4】同じく光通信素子の配置部分を示す拡大横断面
【図5】同じくブロック図
【図6】光信号のフレームフォーマット模式図
【図7】光信号のビットフォーマットの模式図
【図8】光信号が重なった状態を示すビットフォーマッ
トの模式図
【図9】ROMに記録されたマップを示す概念図
【符号の説明】
10…充電用コネクタ 17…発光素子 18…受光素子 19…素子配置室 24…発光素子(相手発光素子) 25…受光素子(相手受光素子) 30…受電部(相手コネクタ) 41…動力用バッテリ(蓄電装置)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気自動車の蓄電装置を充電するために
    相手コネクタにコネクタ装着されるものであって、前記
    相手コネクタに設けられた相手発光素子及び相手受光素
    子との間で前記蓄電装置の充電に関する情報を授受する
    発光素子及び受光素子を備え、その発光素子から出力さ
    れた光信号が前記受光素子にも入射するように構成する
    と共に、 前記発光素子に前記相手発光素子との識別用光信号を充
    電情報の前に出力させ、この識別用光信号が前記相手発
    光素子が出力した識別用光信号と同時に出力されて相互
    に重なると別の信号が形成されるように設定してあり、 この別の信号が前記受光素子に投射された場合に、所定
    の優先順位に従って充電情報を前記発光素子から出力さ
    せるようにしたことを特徴とする電気自動車充電用コネ
    クタ。
  2. 【請求項2】 前記発光素子及び前記受光素子を併せて
    収容可能な素子配置室を設けるとと共に、その素子配置
    室の内壁表面に光反射処理を施すことにより前記発光素
    子から出力された光信号が前記受光素子に入射するよう
    に構成したことを特徴とする請求項1記載の電気自動車
    充電用コネクタ。
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