WO2011093224A1

WO2011093224A1 - コネクタ及び電力給電システム

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Publication number: WO2011093224A1
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Inventors: 田島　茂; 眞理雄所
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Abstract

　電流供給型配電システムでは，既存の電圧供給型配電システムで用いられているコネクタによって電力の供給を受けることができないという問題があった。本発明のコネクタは電流源（１０）に対して直列に設けられ，プラグ（１００）が着脱自在に接続される接続部を有する。該接続部は電極（２１ａ，２１ｂ）を有する。前記接続部にプラグ（１００）が接続されていない場合には電極（２１ａ，２１ｂ）はお互いに接触されて電流源（１０）からの電流を短絡させる。前記接続部にプラグ（１００）が接続される場合には前記短絡が解除されてプラグ（１００）に電流源（１０）からの電流を流す。前記接続部からプラグ（１００）の接続が解除されると電極（２１ａ，２１ｂ）は再びお互いに接触されて電流源（１０）からの電流を短絡させる。こうすることで，電流源（１０）からの電流の瞬断をなくし，電流型負荷（３０）の接続や取り外しが可能となる。

Description

コネクタ及び電力給電システム

　本発明は、コネクタ及び電力給電システムに関する。

　現在、家庭内で使用されている１００Ｖの交流配電においては、入力は低インピーダンスの電圧電源であり、この電圧電源からの電力を対の導線を用いることで並列に配電している。この交流配電方式は、電源が電圧源である時は極めて自然であり、負荷に対しては一定電圧を供給し、電力値は負荷の電流により決定される。

　一方、現在使用されている機器やデバイスには、電圧で駆動されるよりも、電流で駆動される方が適しているものがある。電流で駆動される方が適しているものの代表的なものはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）である。ＬＥＤはその名の通りダイオードであるために、定電圧素子である。従って、ＬＥＤの電力量制御（つまり明るさの制御）は、端子電圧ではなく電流の増減によって行われる。また、白色ＬＥＤの実用化により、ＬＥＤ照明は今後も用途を拡大していく。このようなＬＥＤ照明を現在の交流定電圧システムに接続するためには、デバイスの内部で交流／直流変換が行われた後に定電流駆動が行われている。

　また、現在、直流による送配電が見直されている（例えば特許文献１，２等参照）。ここでは直流配電の優位性等については触れないが、上述の理由により直流配電は例えばＬＥＤ照明に適していることは明らかである。

　従って、直流配電を行う電流供給型配電システムは、すべての電気機器に対して必ずしも有効となるものではないが、ある電流駆動型の機器に対しては、電流供給型配電システムが有効となりうる。電流供給型配電システムでは、電流源と負荷は直列接続が原則であり、電流を一定にして、（供給源の）電圧を負荷の数によって変化させ、また負荷は自分の端子電圧を適当に設定することで電力の増減を行う形となる。

特開２００１－３０６１９１号公報特開２００８－１２３０５１号公報

　電流供給型配電システムは、交流配電を行う電圧供給型配電システムの双対と考えられるので、いくつかの点において比較すると次のようになる。

　まず、電源は電圧供給型配電システムでは電圧源であるが、電流供給型配電システムでは電流源である。一定値とするパラメータは、電圧供給型配電システムでは電圧であるが、電流供給型配電システムでは電流である。負荷の接続は電圧供給型配電システムでは並列接続であるが、電流供給型配電システムでは直列接続である。そして、コネクタ電極は、電圧供給型配電システムでは電圧に対して常時オープンであるが、電流供給型配電システムでは電流に対して常時クローズにする必要があり、機器スイッチを投入するには、電圧供給型配電システムではスイッチをオープンにするが、電流供給型配電システムではスイッチをクローズとする必要がある。

　このように、電圧供給型配電システムと電流供給型配電システムでは違いがあり、既存の電圧供給型配電システムで用いられているコネクタによって電力の供給を受けることが出来ないという問題があった。

　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、負荷同士を直列に接続して電源から電力供給を受ける、新規かつ改良された電力給電システム、及び当該電力給電システムでの使用に適合する、新規かつ改良されたコネクタを提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電流源に対して直列に設けられ、プラグが着脱自在に接続される接続部を備え、前記接続部は、前記電流源からの電流を流す導線と接続され、前記接続部にプラグが接続されていない場合にはお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させ、前記接続部にプラグが接続される場合にお互いの接触が解除されることで該短絡が解除されて該プラグへ前記電流源からの電流を流し、前記接続部からプラグの接続が解除されると再びお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させる第１の端子及び第２の端子と、を備える、コネクタが提供される。

　上記コネクタは、前記接続部にプラグが接続されている場合には該プラグの脱着を防止し、前記接続部からプラグの接続が解除される際に前記第１の端子及び前記第２の端子を接触させるコンタクト部をさらに備えていてもよい。

　上記コネクタは、前記第１の端子及び前記第２の端子の組がプラグに対して異なる向きで複数設けられていてもよい。

　上記コネクタは、前記第１の端子及び前記第２の端子の組が、それぞれ異なる長さで複数設けられていてもよい。

　前記電流源からは直流の電流が供給されていてもよい。

　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電流を流す電流源と、前記電流源からの電流の供給を受ける受電装置と、前記電流源からの電流を、接続される前記受電装置に供給するコネクタと、を備え、前記受電装置は、前記コネクタにプラグを接続して前記電流源からの電流の供給を受け、前記コネクタは、前記プラグが着脱自在に接続される接続部を備え、前記接続部は、前記電流源からの電流を流す導線と接続され、前記接続部にプラグが接続されていない場合にはお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させ、前記接続部にプラグが接続される場合にお互いの接触が解除されることで該短絡が解除されて該プラグへ前記電流源からの電流を前記受電装置へ流し、前記接続部からプラグの接続が解除されると再びお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させる第１の端子及び第２の端子と、を備える、電力給電システムが提供される。

　前記受電装置及び前記電流源は、前記導線を用いて相互に情報の送受信を実行してもよい。

　上記電力給電システムは、前記電流源から直流の電流が供給されていてもよい。

　上記電力給電システムは、前記電流源から電流が供給されている際に、前記コネクタに接続して電流を補う着脱可能電流源をさらに備え、前記着脱可能電流源は、前記コネクタに接続する時点では電圧が０であり、接続後所定の時間が経過した後に所定の電圧に変化するスイッチング動作を実行するようにしてもよい。

　以上説明したように本発明によれば、負荷同士を直列に接続して電源から電力供給を受ける、新規かつ改良された電力給電システム、及び当該電力給電システムでの使用に適合する、新規かつ改良されたコネクタを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の概略構成を示す説明図である。図２は、コネクタ２０及びプラグ１００の構造例を示す説明図である。図３は、プラグ１００をコネクタ２０に接続する際の推移を示す説明図である。図４は、電源スイッチを備える電流型負荷３０の構成例を示す説明図である。図５は、コネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図６は、図５に示したプラグ１００ａを正面から見た場合の説明図である。図７は、コネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図８は、コネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図９は、コネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図１０は、コネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図１１は、電力給電システム１の応用例を示す説明図である。図１２は、本発明の第２の実施形態にかかる電力給電システム２の構成を示す説明図である。図１３は、一般的な定電流回路の例を示す説明図である。図１４は、電流を切らずに電圧の増加を実行する回路を半導体によって実現する場合の例を示す説明図である。図１５は、本発明の第３の実施形態にかかる電力給電システム３の構成を示す説明図である。図１６は、図１５に示した電圧源４００を含む回路ユニットが、電力給電システム３に適宜接続可能であることを示す説明図である。図１７は、本発明の第４の実施形態にかかる電気自動車５００の構成を示す説明図である。

　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　＜１．第１の実施形態＞
　［１－１．電力給電システムの構成］
　［１－２．コネクタ及びプラグの構成例］
　［１－３．電力給電システムの応用例］
　＜２．第２の実施形態＞
　＜３．第３の実施形態＞
　＜４．第４の実施形態＞
　＜５．まとめ＞

　＜１．第１の実施形態＞
　［１－１．電力給電システムの構成］
　まず、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システムの構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の概略構成を示す説明図である。

　図１に示したように、電力給電システム１は、電流源１０と、コネクタ２０と、電流型負荷３０と、を含んで構成される。電流源１０は、交流または直流の電流を出力する電源である。なお、図１に示したような電力給電システム１を構成するには、電流源１０からは直流の電流を出力することが実用上好ましい。

　コネクタ２０は、電流型負荷３０を電力給電システム１に接続するためのものであり、プラグ１００が差し込まれる接続部を有する。かかる接続部は、電極２１ａ、２１ｂを含んで構成される。電極２１ａ、２１ｂは、コネクタ２０に電流型負荷３０が接続されていないときにはクローズ状態となる電極である。これは、負荷（機器）が接続されていないときは電極がオープン状態となっている電圧供給型配電システムとは異なるものである。

　電流形負荷３０は、電力給電システム１に接続するためのプラグ１００を有する。プラグ１００をコネクタ２０の接続部に挿し込むことで、プラグ１００は電極２１ａ、２１ｂと接触し、電流源１０からの電力を受電することができる。なお、プラグ１００は、電極（図１には図示せず）のショートを防ぐための絶縁物１１０を含んで構成される。

　電力供給システム１に負荷が複数接続されるときは、図１に示したように、電流源１０に対して直列接続となる。電流源１０は、電力供給システム１に接続される負荷の数が増減しても一定の電流となるように制御する定電流源が用いられることが望ましい。

　［１－２．コネクタ及びプラグの構成例］
　次に、コネクタ２０及びプラグ１００の構造について詳細に説明する。

　図２は、コネクタ２０及びプラグ１００の構造例を示す説明図である。図２（Ａ）は、コネクタ２０及びプラグ１００の構造例を断面図で示す説明図である。図２（Ｂ）は、プラグ１００を正面から見た説明図である。図２（Ａ）にも示したように、コネクタ２０は電極２１ａ、２１ｂを含んで構成される。そして、プラグ１００は、電極１０１ａ、１０１ｂと、電極１０１ａ、１０１ｂのショートを防ぐ絶縁物１１０と、を含んで構成される。

　このように構成されたプラグ１００がコネクタ２０に接続される際の推移について説明する。図３は、図２に示したプラグ１００をコネクタ２０に接続する際の推移を示す説明図である。なお、図３には図示しないが、プラグ１００には、電流源１０からの電流を必要とする何らかの負荷が接続されている。

　図３（Ａ）は、プラグ１００がコネクタ２０に接続されていない状態を図示したものである。図３（Ａ）に示したように、プラグ１００がコネクタ２０に接続されていない状態では、コネクタ２０の電極２１ａ、２１ｂは短絡された状態となっている。

　図３（Ｂ）は、プラグ１００がコネクタ２０に途中まで挿入された状態を図示したものである。図３（Ｂ）に示したように、プラグ１００がコネクタ２０に途中まで挿入された状態では、電極１０１ａは電極２１ａに、電極１０１ｂは電極２１ｂに、それぞれ接続されているが、電極２１ａ、２１ｂは依然として短絡された状態となっている。

　図３（Ｃ）は、プラグ１００がコネクタ２０に完全に挿入された状態を図示したものである。図３（Ｃ）に示したように、プラグ１００がコネクタ２０に完全に挿入された状態では、電極１０１ａは電極２１ａに、電極１０１ｂは電極２１ｂに、それぞれ接続され、さらに電極２１ａ、２１ｂの短絡が解除されている。

　図２（Ａ）に示したようにコネクタ２０及びプラグ１００を構成することで、電力給電システム１における電流源１０からの電流供給ループにおける電流の瞬断をなくし、電力給電システム１に電流型負荷３０を接続し、または電力給電システム１から電流型負荷３０を取り外すことが可能となる。なお、電力給電システム１における電流源１０からの電流供給ループにおける電流の瞬断が発生しても差し支えない場合にはコネクタ側の電極の構造を簡素化できる。

　なお、電力給電システム１に接続する機器には、電流源１０から供給される電力の受電を制御するための電源スイッチが必要となる場合も多い。図４は電源スイッチを備える電流型負荷３０の構成例を示す説明図である。図４に示した電流型負荷３０には、電流源１０から供給される電力の受電を制御するための電源スイッチ３１が設けられている。電源スイッチ３１は、図４から分かるように、短絡した状態では、電流源１０から供給される電力の、電流型負荷３０の内部への供給を遮断し、オープンの状態では、電流源１０から供給される電力が電流型負荷３０の内部へ供給される。

　なお、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの構成は、上述したものに限られないことは言うまでもない。以下、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例について説明する。

　図５は、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図５には、コネクタ２０ａ及びプラグ１００ａを図示している。図５に示したコネクタ及びプラグの構成例は、メス側のコンタクトとなるコネクタ２０ａを複数（図５の例では２つ）に分割し、これらを並列に接続したものである。

　図６は、図５に示したプラグ１００ａを正面から見た説明図である。このように、プラグ１００ａは、電極１０１ａ、１０１ｂと、電極１０１ａ、１０１ｂのショートを防ぐ絶縁物１１０との組が２つ備わった構成を有している。

　そしてコネクタ２０ａは、図２（Ａ）に示したように電極２１ａ、２１ｂを含んで構成され、電極２１ａ、２１ｂの組が２つ備わった構成を有している。プラグ１００ａが挿入されていない場合は電極２１ａ、２１ｂは短絡状態となり、プラグ１００ａの挿入により電極２１ａ、２１ｂの短絡が解除される。

　図７は、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図７（Ａ）には、コネクタ２０ｂ及びプラグ１００ｂを図示している。図７（Ａ）に示したコネクタ及びプラグの構成例は、メス側のコンタクトとなるコネクタ２０ｂを複数（図５の例では２つ）に分割し、これらを並列に接続して、さらにメス側のコンタクトとなる電極の長さを異なるようにしたものである。

　図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、コネクタ２０ｂの内部に設けられる電極の構造を示す説明図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示したコネクタ２０ｂの上側に設けられる電極２１ａ、２１ｂを図示したものであり、図７（Ｃ）は図７（Ａ）に示したコネクタ２０ｂの下側に設けられる電極２１ｃ、２１ｄを図示したものである。

　このように、長さが異なる電極をコネクタ２０ｂの内部に設けることで、コネクタ２０ｂにプラグ１００ｂを挿入する際の電流の瞬断を機構的に防ぐことができる。

　図５及び図７に示したコネクタ２０ａ、２０ｂは、電極がそれぞれ有する弾性による圧接力によって電極同士のショートを実現していた。この電極同士のショートをさらに効率良く実現するための構成例を示す。

　図８（Ａ）は、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図８（Ａ）には、コネクタ２０ｃ及びプラグ１００ｃを図示している。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示したコネクタ２０ｃの電極２２の断面を示す説明図である。

　図８（Ａ）に示したプラグ１００ｃには絶縁物からなる突起１１１が備わっている。この突起１１１は、コネクタ２０ｃの短絡用コンタクト２３を押し出すような作用を有する。コネクタ２０ｃは、プラグ１００ｃが引き抜かれた際に電極同士をショート状態にするためのバネ２４が備わっている。従って、コネクタ２０ｃまたはプラグ１００ｃには、このバネ２４の復帰力に打ち勝つためのラッチ機構やロック機構を備えていることが望ましい。

　図１に示した電力給電システム１のような直列給電に際しては、コネクタやプラグに極性を付けておくことが望ましい。

　図９（Ａ）は、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図９Ａには、コネクタ２０ｄ及びプラグ１００ｄを図示している。図９（Ａ）に示したコネクタ２０ｄは、図８（Ａ）に示したコネクタ２０ｃの内、片方の電極を、長手方向を軸にして９０度回転させたものであり、プラグ１００ｄは、この片方の電極の回転に伴って片方の電極を同じく長手方向を軸にして９０度回転させたものである。

　図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示したコネクタ２０ｄのカバーの形状の一例を示す説明図であり、コネクタ２０ａを正面から図示したものである。

　このように、片方の電極の向きを変えることで極性を明示的に定義することができる。なお、極性を明示的に定義するためには、電極の配置はかかる例に限られないことは言うまでもない。

　図１０は、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの他の構成例を示す説明図である。図１０には、コネクタ２０ｄ及びプラグ１００ｄを図示している。

　図１０に図示したコネクタ２０ｄ及びプラグ１００ｄは、従来からヘッドホン等に多用されてきたスイッチ付きジャック及びプラグであり、ジャック側の配線を図１０に図示したコネクタ２０ｄの配線とすることで、直列給電のコネクタとして使用することができる。

　図１０に図示したコネクタ２０ｄにプラグ１００ｄが挿入されていないときは、電極２１ａと電極２１ｂとがショートした状態となっている。コネクタ２０ｄにプラグ１００ｄを挿入すると、電極２１ａと電極２１ｂとのショートが解除され、コネクタ２０ｄの電極２８がプラグ１００ｄの電極１１４と導通する。なおプラグ１００ｄは、コネクタ２０ｄへの挿入時に電極２１ａとロックする接続部１１２と、接続部１１２と電極１１４との間に設けられ、接続部１１２と電極１１４とのショートを防ぐ絶縁物１１３とを備える。

　図１０に図示したコネクタ２０ｄ及びプラグ１００ｄは、構成を小型にできる点、極性を設けることができ、電極２１ａとロックする接続部１１２によりプラグ１００ｄに自己保持力が備わるという効果がある。

　以上、電力給電システム１に接続して電力の供給を受けるためのコネクタ及びプラグの構成例について説明した。次に、本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の具体的な応用例について図面を参照しながら説明する。

　［１－３．電力給電システムの応用例］
　図１１は、本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の応用例を示す説明図である。図１１には、電流源１０と、コネクタ２０と、電流型負荷としてＬＥＤ照明２００と、ＬＥＤ照明２００を電力給電システム１に接続するためのプラグ１００と、を図示している。ＬＥＤ照明２００やコネクタ２０、プラグ１００は適当な数が存在しているものとする。

　図１１に示した本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の応用例では、電流値は電流源１０によって設定される。また、ＬＥＤ照明２００の両端の電圧はＬＥＤの物理特性で決まり、１つあたりおおよそ２～４Ｖ程度である。

　従って、任意の数のＬＥＤ照明２００を接続あるいは切断したとしても、ＬＥＤ照明２００に流れる電流は変化せず、それぞれのＬＥＤ照明２００の明るさは変化しない。そして、ＬＥＤ照明２００の数が任意に変化したとしても特定のＬＥＤ照明２００に過大電力が供給されることはない。

　仮に、本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の電源が電圧源である場合は、電圧源の電圧は、直列接続される全てのＬＥＤ照明２００により決まる電圧とほぼ等しくせねばならず、ＬＥＤ照明２００の数を変更すると、電圧をその変更の都度再調整する必要があり現実的ではない。結局は、この電圧源をもとに定電流源とせねばならない。

　ＬＥＤ照明２００をいくつか直列に接続したユニットとした場合も、（このユニットの定格電圧は変化するが）同様に任意の数のＬＥＤを同じ明るさで駆動することができる。もちろん、これらＬＥＤユニットにスイッチを接続する場合には、図４に図示したような電源スイッチ３１を設けることができる。

　図１１に示した本発明の第１の実施形態にかかる電力給電システム１の応用例に限らず、定電流供給においては、負荷端の電圧の合計が増加すると、その定電流性を維持するために、電流源１０の出力端電圧を増加することになる。従って、ある一定電圧を超えるともはや定電流供給は出来なくなり、電流が減少する。これは、定電圧供給システムで、合計電流量が規定値を超えると、それ以上定電圧性が維持できなくなるのと同様である。

　また、負荷がすべてオープンになった場合には（基本的にはこれは故障した状態であるが）、電流ループが切れることになり、これに対して定電流を供給するためには無限大の電圧は発生することになってしまう。実用的には、電圧の最大値を決め、この最大値以上に電圧が上昇しないようにすることが望ましい。これは、既存の電力供給グリッドにおいて、定電圧供給の際に最大電流値にリミッタをかけることに相当するものである。さらに、電流源１０の電流値を可変にし、ユーザによる制御を可能とすることで、照明の明るさをコントロールすることが極めて簡単に実現できる。

　＜２．第２の実施形態＞
　上述した本発明の第１の実施形態では、電流源から電力が供給される電力供給システムについて説明した。上述した特許文献２等に記載されているように、電力を消費する負荷に対して、単純に電力を供給するだけでなく、情報を重畳し、負荷に対して通信を行う方法がある。本発明の第２の実施形態では、主システムが電流供給型で、負荷に対して外部との通信を実施する場合について示す。

　図１２は、本発明の第２の実施形態にかかる電力給電システム２の構成を示す説明図である。図１２に示したように、本発明の第２の実施形態にかかる電力給電システム２は、電流源１０と、コネクタ２０と、電流型負荷３００と、電流型負荷３００を電力給電システム２に接続するためのプラグ１００と、を図示している。

　そして、電流型負荷３００は、変換回路３０１と、負荷制御回路３０２と、負荷３０３と、主スイッチ３０４と、通信回路３１０と、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、を含んで構成される。

　変換回路３０１は、内部に電流型負荷３００の各部に供給する電力を蓄えておくためのバッテリを備え、コネクタ１００からの電流（両端に発生する電圧）を変換して負荷制御回路３０２や通信回路３１０等の回路に電源電圧を供給するものである。

　この変換回路３０１は、現在一般に入手できる汎用アナログＩＣやマイクロプロセッサ等は電圧駆動デバイスであるという理由で設けるものであり、原理的には、電流駆動型デバイスも設計できるが、そのようなデバイスは現状存在しないし、将来的にも出現する可能性は極めて低い。従って、本実施形態にかかる電流型負荷３００は、このような変換回路３０１を備えて電圧駆動型デバイスへの電源電圧の供給に対応する。また、変換回路３０１自体の設計は容易であるし、負荷制御回路３０２や通信回路３１０等の電圧電源型デバイスも省電力（＝小電流）のものが開発されているので、これら電圧型デバイスを用いることに不都合はない。

　負荷制御回路３０２は、負荷３０３に対する各種制御を実行するものであり、負荷３０３を制御するだけでなく、負荷３０３の状態を外部に通信する機能も有している。負荷３０３は、電流駆動型の負荷であり、バッテリ３０１または電流源１０から供給される電力を消費するものである。主スイッチ３０４は、負荷３０３への電力供給を制御するためのものであり、主スイッチ３０４がクローズの状態では負荷３０３への電力供給は行われず、主スイッチ３０４がオープンの状態では負荷３０３への電力供給が行われることになる。

　通信回路３１０は、電力給電システム２の導線による通信を可能とするものであり、オペアンプ３１１と、増幅器３１２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を含んで構成される。インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３は電流型の結合回路であり、通信回路３１０による通信に用いられるものである。図１２には図示しないが、電流源１０にも通信回路３１０と同様の通信機能を有しており、電流源１０と、任意に接続された電流型負荷３００との間で通信を実行することで、負荷３０３の状態を制御したり、負荷３０３の状態を電流源に知らせたりすることができる。

　具体的には、電流型負荷３００は、主スイッチ３０４をオープンにして負荷３０３に電力を供給する前に、電流源１０とその供給内容に対してネゴシエーションを実行する。ネゴシエーションする内容としては、例えば、負荷３０３は電流駆動型であるので、負荷３０３が必要とする電圧の情報であってもよい。ネゴシエーションが完了した時点で、電流源１０は電流型負荷３００に電力供給を開始する。従って、負荷制御回路３０２は、負荷３０３の少なくとも動作開始時の条件や規格を記憶していることが望ましい。なお、実際のネゴシエーションプロトコルや、その具体的例については、上述の特許文献２等において記載しているので、詳細な説明は省略する。

　＜３．第３の実施形態＞
　上述した本発明の第２の実施形態では、主システムが電流供給型で、負荷に対して外部との通信を実施する場合について説明した。

　上記各実施形態では、負荷を直列に接続する場合について述べてきたが、負荷の数が増えると、それぞれの負荷に定電流を供給するため、供給側の電源電圧が上昇する。従って、負荷の数が増えると、定電流装置の電源電圧自体の不足が発生し得る。これは定電圧電源において電流容量が不足することに相当する。

　一方、定電流方式の場合、基本的には電流を切るというのは望ましくなく、電流を切らずに電源の電圧を加減する手段が望ましい。

　そこで、本発明の第３の実施形態では、電流を切らずに電源の電圧を加減できる電力給電システムについて説明する。

　まず、一般的な定電流回路において、電流を切らずに電源の電圧を加減しようとする際の問題点を説明する。図１３は、一般的な定電流回路の例を示す説明図である。図１３には、電流源１０と、スイッチ１１と、複数の（ここでは３つの）負荷４０と、を図示している。

　このような定電流回路で、電流源に、電圧源を直列にするためには、いったん回路をオープンにしてから電圧源を挿入する必要がある。例えば図１３に示すように電流源１０および負荷４０が接続されているような回路で、電流源１０の電圧が不足する場合、電圧源１２を回路に挿入したいが、直列のスイッチ１１をいったん切らないと挿入できない。もしスイッチ１１がオンの状態のまま電圧源１２を接続すると、スイッチ１１により電圧源１２を短絡してしまう。

　そのため、直列方式給電において、電流を切らずに電圧の増加を実行するためには、あらかじめ、電圧がゼロであり、ある所定の電圧に変更できるような回路を入れておくことが望ましい。

　図１４は、そのような回路を半導体によって実現する場合の例を示す説明図である。図１４のＡは、ＮＰＮトランジスタＴＲ_１と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とを使用したものであり、図１４のＢはＰＮＰトランジスタＴＲ_２と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とを使用したものである。どちらも抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の値を適当に選ぶことで、電圧源１２と等価な電圧を発生させることができる。なお、図１４に示した矢印は電流の向きを現している。ただし、図１４のＡ、Ｂのいずれも、自ら電圧を発生させるものではなく、外部に電源があり、矢印のように電流が供給されると電圧源１２のように見えるというだけである。そして、図１４に示した各回路でＲ１２を無限大とすると、トランジスタＴＲ_１、ＴＲ_２はいずれもダイオードに見える。

　この図１４に示した回路を用いることで、直列方式給電において、電流を切らずに電圧の増加を実行することができる。図１５は、本発明の第３の実施形態にかかる電力給電システム３の構成を示す説明図である。図１５に示したように、本発明の第３の実施形態にかかる電力給電システム３は、電圧源１２と、負荷４０と、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、ＮＰＮトランジスタＴＲ_０及びオペアンプ５０とからなる定電流回路と、を含んで構成されている。

　図１５に示した電力給電システム３において、負荷４０がさらに増えた場合、もしくは負荷４０の消費電力が増加した場合、電圧源１２の電圧不足が発生し得る。そこで、回路を切らずに新しい電圧源４００を接続する方法を述べる。

　図１５に示したように、電圧源４００は、スイッチ４０１、４０２と、電圧源４１０と、ＰＮＰトランジスタＴＲ_２と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を含んで構成される。

　スイッチ４０１、４０２は当初はオープン状態である。スイッチ４０１、４０２がオープン状態である場合には、ＰＮＰトランジスタＴＲ_２とは単にダイオードに見え、電圧源４００は全体として殆ど電圧を発生しない。

　この状態からスイッチ４０２が投入されると、ＰＮＰトランジスタＴＲ_２は電圧源４１０と同じ電位差を持つ回路として動作する。そこで、続いてスイッチ４０１が投入されることで、電圧源４１０が有効となる。最後にスイッチ４０２をオフとすることで、この電力給電システム３に電圧源４１０が接続される。なお、この時に４０２をオフにすると、電圧源４１０のためにＰＮＰトランジスタＴＲ_２には逆バイアスがかかり、ＰＮＰトランジスタＴＲ_２はダイオードには見えなくなる。

　なお、この操作は電圧源４００によりある電圧を消費するので、負荷４０等による電圧不足が発生する前に実施しないと、定電流性が維持できない。

　図１６は、図１５に示した電圧源４００を含む回路ユニットが、電力給電システム３に適宜接続可能であることを示す説明図である。電圧源４００は内部にスイッチ４０１、４０２を備えており、電力給電システム３に接続する前はどちらもオープン状態とする。このユニットには直列接続するためのプラグ１００が用意されていて、電力給電システム３に接続すると、プラグ１００の両端にダイオード１つ分の電位差が発生する。その後にスイッチ４０２をオンにすることで、プラグ１００の両端の電位差は電圧源４１０に相当する電位となり、さらにその後、スイッチ４０１をオンにすることで、実際の電圧源４１０が電力給電システム３に接続される。

　従って、電圧源４００は、コネクタ（例えば図１に示すコネクタ２０）に接続した後に、シーケンシャルにスイッチ４０１、４０２の開閉制御を行う必要がある。例えば、プラグ１００をコネクタに挿入した後で回転させることにより、スイッチ４０１、４０２をシーケンシャルに動作するような構造を設けても良い。

　＜４．第４の実施形態＞
　ホイール内に駆動モータを内蔵した電気自動車は、そのホイール駆動のために最低でもモータが２個必要となる。前後輪とも駆動する場合には４個必要となり、その数は駆動させるべきホイールの数に応じて変化する。

　これらのインホイール型駆動の電気自動車の場合、左右一対の車輪のモータは、片側のモータのみ故障して回転を停止すると、進行方向に対して大きな影響を与えることが発生し得て、危険である。このような影響を回避する一番簡単な方法は、左右の対になる車輪駆動用モータの主回路結線を直列とすることである。直列にしたモータに対して、定電圧駆動あるいは定電流駆動が可能であるが、少なくともどちらか一方のモータの駆動結線が切断されると、左右の車輪対に対する駆動力は同時に消滅する。

　インホイールモータによる駆動においては、進行方向の変更に際し、左右の車輪の回転数の変更制御も必要になり、単純にモータを直列に接続した場合にはこの回転数の変更制御ができない。従って、左右のホイール内のモータに対しては、例えばロータがマグネットであるようなブラッシュレスのモータを用いた場合、固定子巻き線に補助巻き線を用意し、この電流を加減して左右モータの測度調整を行う。この調整は左右別々となるので、モータの直列接続は原則的に不適であるが、調整量は主結線の電流量に比較すれば小さい。

　従って、主結線を直列にして、モータ電力線が切断したときの安全性を確保しながら、左右のホイールに対して（ある程度の）速度差制御ができる。

　図１７は、本発明の第４の実施形態にかかる電気自動車５００の構成を示す説明図である。図１７には、実用性を考慮したモータおよび制御回路間の結線が示されている。

　図１７に示した電気自動車５００において、前輪５０１ａ、５０１ｂ及び後輪５０１ｃ、５０１ｄは、左右一対でペアとなる駆動部分である。前輪５０１ａ、５０１ｂ及び後輪５０１ｃ、５０１ｄにはそれぞれモータが内蔵され、実用的には３相ブラシレスモータが用いられるが、ここでは説明を簡略にするために２線による電力供給のＤＣモータで駆動するものとする。

　電力供給ライン５０２ａ、５０２ｂは、それぞれ前輪５０１ａ、５０１ｂに対応するものであり、これらは駆動用インバータ５１０の内部で直列接続される。また、電力供給ライン５０２ｃ、５０２ｄは、それぞれ後輪５０１ｃ、５０１ｄに対応するものであり、これらは駆動用インバータ５１０の内部で直列接続される。もちろん、駆動用インバータ５１０の外部で直列接続しても構わないが、実用的な結線を考えると、全ての駆動ユニットからの動力ラインは共通仕様で設計するのが得策であり、図１７に示したように駆動用インバータ５１０のように接続することが効率的である。

　駆動用インバータ５１００は電力出力部５２０を備えており、電力出力部５２０は、前輪駆動用出力部５２１と、後輪駆動用出力部５２２と、を含んで構成される。ここでは主駆動部分のみを表すこととするので、前輪駆動用出力部５２１及び後輪駆動用出力部５２２は電圧駆動型であってもよく、電流駆動型であってもよく、これらを組み合わたものであってもよい。つまり、前輪駆動用出力部５２１及び後輪駆動用出力部５２２の駆動方式は電圧駆動型であるか電流駆動型であるかを問わない。

　図１７に示した電気自動車５００では、電力供給ライン５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄのどれかが切断されたとしても、左右の車輪間での駆動力のアンバランスは発生しない。従って、走行中に電力供給ライン５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄのいずれかが断線した場合であっても、ステアリングの不安定さは発生しない。

　本実施形態においては、モータは定電圧でも定電流でも駆動可能であり、またモータとインバータの接続は永久接続が原則である。従って、本実施形態は、定電流駆動に適した直列接続という意味はなく、主駆動接続線の断線時対策が主眼である。

　＜５．まとめ＞
　以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、任意の数の電流型負荷、電流型電力源が直列に接続されるような電力供給システムにおいて、負荷はコネクタにより接続、切断可能であり、かつ全体の電流ループを切る事無く接続、切断可能なコネクタを備える。これにより、負荷の接続や切断の際に電流ループを切る事無く接続、切断することが可能となる。

　電力供給に使用する一対のコネクタ、プラグにおいては、プラグが接続されていない時はコネクタ内部の電極は短絡しており、プラグが接続されるとまず、プラグの両端とコネクタ電極が接続され、その後コネクタの短絡が解除されるような３段階の状態を有する。これにより、任意の数の電流型負荷、電流型電力源が直列に接続されるような電力供給システムにおいて、負荷の接続や切断の際に電流ループを切る事無く接続、切断することが可能となる。

　また、任意の数の電流型負荷、電流型電力源が直列に接続されるような電力供給システムにおいて、負荷、電力源とも、電力供給ループに重畳される通信手段を有することで、負荷、電力源間でこの通信によりシステムの状態を決定することができる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　１　　電力給電システム
　１０　　電流源
　２０　　コネクタ
　２１ａ、２１ｂ　　電極
　３０　　電流型負荷
　１００　　プラグ
　１０１ａ、１０１ｂ　　電極

Claims

　電流源に対して直列に設けられ、プラグが着脱自在に接続される接続部を備え、
　前記接続部は、前記電流源からの電流を流す導線と接続され、前記接続部にプラグが接続されていない場合にはお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させ、前記接続部にプラグが接続される場合にお互いの接触が解除されることで該短絡が解除されて該プラグへ前記電流源からの電流を流し、前記接続部からプラグの接続が解除されると再びお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させる第１の端子及び第２の端子を備える、コネクタ。
　前記接続部にプラグが接続されている場合には該プラグの脱着を防止し、前記接続部からプラグの接続が解除される際に前記第１の端子及び前記第２の端子を接触させるコンタクト部をさらに備える、請求項１に記載のコネクタ。
　前記第１の端子及び前記第２の端子の組がプラグに対して異なる向きで複数設けられる、請求項１に記載のコネクタ。
　前記第１の端子及び前記第２の端子の組が、それぞれ異なる長さで複数設けられる、請求項１に記載のコネクタ。
　前記電流源からは直流の電流が供給される、請求項１に記載のコネクタ。
　電流を流す電流源と、
　前記電流源からの電流の供給を受ける受電装置と、
　前記電流源からの電流を、接続される前記受電装置に供給するコネクタと、
を備え、
　前記受電装置は、前記コネクタにプラグを接続して前記電流源からの電流の供給を受け、
　前記コネクタは、
　前記プラグが着脱自在に接続される接続部を備え、
　前記接続部は、前記電流源からの電流を流す導線と接続され、前記接続部にプラグが接続されていない場合にはお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させ、前記接続部にプラグが接続される場合にお互いの接触が解除されることで該短絡が解除されて該プラグへ前記電流源からの電流を前記受電装置へ流し、前記接続部からプラグの接続が解除されると再びお互い接触されて前記電流源からの電流を短絡させる第１の端子及び第２の端子と、
を備える、電力給電システム。
　前記受電装置及び前記電流源は、前記導線を用いて相互に情報の送受信を実行する、請求項６に記載の電力給電システム。
　前記電流源からは直流の電流が供給される、請求項６に記載の電力給電システム。
　前記電流源から電流が供給されている際に、前記コネクタに接続して電流を補う着脱可能電流源をさらに備え、
　前記着脱可能電流源は、前記コネクタに接続する時点では電圧が０であり、接続後所定の時間が経過した後に所定の電圧に変化するスイッチング動作を実行する、請求項６に記載の電力給電システム。