KR100739344B1 - 극판용량식 전기에너지 전송장치 - Google Patents

Abstract

전기 접점이나 자기유도를 이용하지 않고, 본 발명에 의한 축전기(capacitor) 용량(capacitance)으로 전기 에너지를 전송하는 장치이다. 그 장치는 이동형 또는 휴대형 디바이스의 배터리 충전 또는 전원 공급용으로 발명된 것으로 종래 전기 접점으로 에너지를 공급할 경우 그 접점의 오염, 손상 및 접점간의 부적절한 결합 문제 등을 개선하고자 함이다. 그 장치는 대표도와 같이 일정 주파수를 갖는 교류전력을 발생하는 변환부(111)와 상기 변환부의 출력에 연결된 복수 축전기(131, 132)의 제1극판(1311, 1321) 및 상기 제1극판과 밀착 분리가 가능한 복수의 제2극판(1312, 1322)을 포함함을 특징으로 한다. 상기 두 극판은 밀착되었을 때 그 접촉에 상관없이 그 축전기의 용량에 의해서 전기 에너지가 통과할 수 있는 것이다. 종래의 접점에 의해 전력을 공급할 경우 그 접점의 오염 손상 또는 부적절한 결합으로 인한 문제점들이 발생 했는데 본 발명에 의하면 접점으로 에너지를 전송하는 것이 아니므로 이러한 문제점들이 해결된다. 또한 수전부는 송전부에 밀착 또는 분리가 가능하도록 제작되어, 에너지의 공급 차단을 용이하게 시행할 수 있을 뿐만 아니라 수전부에 구비된 제2극판들은 일정 면적만 필요한 것이므로 체적을 소형화 할 수 있고 따라서 디바이스를 소형화할 수 있다.

Description

극판용량식 전기에너지 전송장치 {Electrical energy supplying apparatus by employing plates capacitance}

도1은 본 발명에 의한 극판용량식 전기에너지 전송 장치의 외형 구조와 동작 개요를 설명하기 위한 개념도이다.

도2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 전기적인 계통도이다.

도3은 축전기의 기본 구조와 축전기를 접점 대용으로 사용하는 개념을 설명하는 것이다.

도4는 본 발명의 전기적인 회로와 축전기를 접점 대용으로 사용 할 수 있는 원리를 교류적 등가회로로 설명한 것이다.

도5는 본 발명을 실증하기 위한 실시 일예를 보인 것으로 디바이스로 백열등을 사용한 경우이다.

도6은 본 발명을 이동전화기 충전에 적용 할경우 수전부의 제2극판을 배터리 후면에 간단히 부착할 수 있음을 보여주는 것이다.

도 7은 극판의 여러 가지 배치 모양을 예시한 것이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

131:제1축전기 132:제2축전기

1311:제1축전기의 제1극판 1321:제2축전기의제1극판

1312:제1축전기의 제2극판 1322:제2축전기의제2극판

511,512: 제1극판 521,522: 제2극판

531,532: 유전체

본 발명은 이동형 기기를 위한 축전기 극판용량식 전기 에너지 전송 장치 관련 기술이다. 이 기술은 축전기의 교류적 특징인 '축전기의 임피던스가 주파수에 반비례 한다' 는 것과 '축전기는 그 구조가 간단하므로 두 극판을 밀착 분리가 용이 하도록 응용 제작하는 것이 가능하다' 는 데 착안한 것이다. 즉 송전부와 수전부 사이의 접점을 축전기의 극판으로 대체하고 공급 전력을 상기 축전기를 통과하기에 적합한 주파수의 교류에너지로 변환해서 그 변환된 교류전력을 디바이스에 공급할 때는 송전부와 수전부를 밀착시키고 차단할 때는 분리하는 것이다.

종래에는, 전력을 공급받는 디바이스가 이동형이어서, 전력 공급 장치와의 접속 차단의 횟수가 빈번한 경우 접점에 의존하는 경우가 대부분이었다. 그러나 접점에 의한 전력 전송은 접점의 오염이나 손상에 의한 전기 저항의 증가 또는 접점의 결합상태 불량 등의 문제가 있었다. 종래의 무접점 기술은 전기 에너지 형태의 변환으로 이루어졌고 그 주종을 이루고 있는 것이 전기에너지를 자기에너지로 변환하고, 그 자기에너지를 자기유도 즉 전기 접점을 자기유도로 대치하고, 다시 자기에너지를 전기에너지로 변환하는 방식으로 수행 하는 것이었다. 이 전자기 유도에 의한 전력전송은 효율을 높이기가 번거로울 뿐 아니라 유도 코일의 체적을 무시할 수 없기 때문에 공급받는 디바이스가 이동형 임을 감안할 때 특히 전력용량이 클 경우 그 사용이 매우 제한적일 수밖에 없었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이동형 디바이스(Device)의 전기공급에 채용했던 전기 접점을 축전기로 대체하여 극판용량식으로 전기에너지를 전송 하는 전기에너지 전송장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전력 전송과 차단 조작이 간편하고 확실하도록 개선된 전기에너지 공급장치를 제공 하려는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전송계통 특히 전력을 공급받는 디바이스 측의 수전부를 소형화 간편화 할 수 있는 전기에너지 공급장치를 제공 하려는 것이다.

상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 전기에너지 전송 장치는 일정 주파수를 갖는 교류전력을 발생하는 변환부; 상기 변환부의 출력에 연결된 복수의 제1극판; 및 상기 제1극판과 밀착 및 분리가 가능한 복수의 제2극판으로 구성된다.

상기 일정 주파수는 축전기를 통하여 교류전력의 일정량 이상이 전달되도록 결정되는 것이다.

상기 제1극판과 상기 제2극판은 밀착상태에서 축전기로서 동작하고, 이때 그 축전기의 용량은 교류전력의 제 2극판으로의 전송 수단이 된다. 상기 축전기의 분 리 상태에서는 교류전력의 전송은 중단된다.

상기 제2극판은 제2극판에 의해 공급된 전력을 이용하여 구동되는 디바이스와 일체가 되어 사용되는 것이 바람직 하다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 극판용량식 전기 에너지 전송장치에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 다만 후술되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수도 있다. 그러므로 당해 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도1은 본 발명에 의한 극판용량식 전기 에너지 전송 장치의 구조와 사용 개념을 보여주고 있다. 수전부 전면의

표시는 수전부의 상 하를 구별하기위한 표시이다.

그 실용 개념상으로는 도1의(a) 와 같이 전기 에너지 전송을 위해 전원(112)의 전력을 일정 주파수를 갖는 전기 에너지로 변환하는 변환부(111)와 두 축전기(131, 132)의 제1극판(1311, 1321)을 포함하는 송전부(110)와, 제1극판(1311, 1321)의 에너지를 받아 디바이스(122)로 전송하기 위한 제2극판들(1312, 1322)과 디바이스(122)와 그 전원(121)을 포함하는 수전부(120)의 2 부분으로 구성된다.

도1의(b) 는 에너지 공급상태일 때 수전부를 송전부 위에 얹어놓아 두개 축전기의 제1,제2극판들을 밀착 상태로 한 경우이고, 도1의(c)는 디바이스 즉 수전부를 분리해서 전기 에너지를 차단한 상태이다.

전기적 계통을 설명하기 위해서 도2 전기적 계통도에 보인 것과 같이 에너지 전송은, 상용전기를 공급받아 디바이스에 에너지를 전송하기 위해 전원부(211)의 전력을 이용하여 일정 주파수를 갖는 전기에너지를 발생하는 변환부(210)와, 종래의 접점식 전력 전달 장치에서의 접점을 대체하는 두 개의 축전기(220, 230)와, 에너지를 공급받는 디바이스(240)와 그 전원(241) 3 부분으로 구성 된다.

전기에너지는 상용전기→송전부전원(211)→변환부(210)→축전기제1극판(221,231)→축전기제2극판(222,232)→디바이스전원(241) 의 계통으로 전송 된다.

상기의 극판용량식 전기 에너지 전송장치를 더 상세히 설명하기 위해서 축전기의 특성과 송전부와 수전부의 관계를 설명한다.

축전기(capacitor)는 도 3에서와 같이 두 개의 도체극판 즉 제1극판(31)과 제2극판(32)을 나란한 평면상에 대면해서 배치 한 구조이다. 전기적으로 축전기는 직류는 흐를 수 없고 교류는 흐를 수 있는 성질이 있는데 그 통과율은 임피던스(impedance)로 규정하고 있으며 그 임피던스 Z는 다음의 수학식을 이용하여 산출된다.

[수학식1]

(여기서 f는 교류전기의 주파수, C 는 축전기의 용량임)

수학식1에서 C는 다음의 수학식을 이용하여 산출된다.

[수학식2]

(여기서 A는 극판의 넓이, d는 극판사이의 간격임)

수학식 1에서 임피던스 Z는 축전기의 용량 C가 일정할 때 f 가 매우 큰 수에 접근하면, 다시 말해서 주파수가 매우 높으면 0에 가깝게 된다. 즉 축전기는 주파수가 높은 교류전기에 대해서는 도체와 같은 전류를 흘릴 수 있다. 이러한 축전기의 성질을 본 발명에 적용해서 접점을 축전기로 대체한 것이다.

수학식 2에서 축전기의 용량 C는 극판넓이 A가 일정할 때, 두 극판 사이의 간격 d 에 반비례 한다. 즉 도 3의(a)처럼 두 극판을 가까이 배치하면 d가 작아져서 용량 C가 커지고 임피던스가 작아져서 교류전류를 쉽게 통과하므로 접점을 닫은(close) 것 같은 효과이다. 도3의(b)처럼 제1극판(31)과 제2극판(32)을 분리하면 d가 너무 크기 때문에 용량 C는 작아서 임피던스가 무한히 커지므로 전류가 차단되어 접점을 연(open) 효과가 있다.

송전부의 전기에너지가 수전부로 전달되는 원리를, 도1, 도2, 도3으로 설명한다.

도2 전기적 계통도에서 두개의 축전기 (220,230)는 변환부의 교류 에너지를 디바이스로 전달하는 본 발명의 과제를 성취하는 가장 중요한 부분이다.

여기서 축전기의 역할은 첫째, 접점을 대신해서 전기 에너지를 전송하고 둘째, 송전부와 수전부의 결합 분리가 용이해야 하고 셋째, 송전부와 수전부에 부담 없이 설치할 수 있도록 간단해야 한다. 본 발명에서의 축전기는 상기 3 조건을 만족 시켜야 한다.

도2와 같은 계통은 시판하는 일반 축전기로서도 위의 첫째 조건을 만족시킬 수는 있다. 그것은 도4의 등가회로로 설명할 수 있다. 도4의 (a)는 도2 계통도의 전기적 회로도이다. 도4의(b)는 변환부가 임의의 주파수를 발생하는 경우이며 도4의(a)의 축전기(411및412)는 도4의(b) 처럼 변환부와 디바이스 간을 저항(411및412)으로 결합시킨 것 같은 등가회로가 된다. 도4의(c)는 변환부의 주파수가 높아질 경우 축전기(411및412)는 도4의(c)처럼 임피던스가 거의 영이 되어 변환부와 디바이스 사이를 도체(411및412)로 연결한 것처럼 에너지를 디바이스에 전달 할 수 있다.

그러나 시판하는 일반 축전기로는 둘째 셋째의 조건을 만족시킬 수 없다. 도3은 이러한 목적을 이루기 위해 본 발명에 의해 제작한 축전기의 모형이다. 도1은 도3의 상기 축전기를 채용해서 도2의 계통도와 같은 회로를 만족시고 위의 둘째 셋째 조건도 만족시킬 수 있는 발명품의 모형도이다.

도5는 도 1의 디바이스를 백열전구로 대치해서 본 발명을 실증한 시제품의 개념도이다. 도5의 (a)는 수전부를 송전부 위에 얹어놓아 에너지 송전 상태 즉 백열등이 켜진 상태이고 도5의 (b)는 수전부를 분리해 놓은 상태로 에너지가 공급되지 않아 백열등이 꺼져있는 상태이다. 유전체(531및532)는 제1극판(511,512)과 제2극판(521,522) 사이에 유전체를 배치한 것이다. 유전체는 제1 제2 두 극판이 밀착될 때 그 두 극판 사이의 간격 d를 최소한으로 유지하고 용량 C를 크게 하는 효과가 있다. 본 발명의 시제품에서는 편의상 락카 페인트를 극판에 칠해서 유전체를 대신했는데 유전율은 좋지 않은 물질이지만 전기 에너지가 도체의 접촉에 의존하지 않고 유전체 즉 전기적 절연물질을 사이에 두고 용량으로도 전기에너지를 통과시킬 수 있음을 확증 할 수 있었다.

도6은 휴대전화의 충전에 본 발명품을 적용해 본 경우이다. 도6의(a)는 휴대전화를 충전기에 얹어놓아 충전하는 상태이다. 그림에서 610은 본 발명의 송전부로서 충전기의 역할을 한다. 620은 수전부에 속하는 휴대전화기이며 도6의 (b)는 수전부에 속하는 배터리(621)의 뒷면에 제2극판(6312,6322)을 간단히 부착할 수 있음을 보여주고 있다.

도 7은 본 발명의 두 축전기 극판을 배치한 모양이다. 도7의(a)는 두개 축전기의 제1 또는 제2 극판들을 직사각형 평면상에 배치한 것이고 도7의(b)는 동축원 평면에 배치한 것이다. 이 경우 두 극판 (721, 722)의 면적은 동일하도록 설계한다. 도7의(c)는 두 축전기 각각의 극판을 정 사각형의 평면에 배치한 것이다. 제1축전기의 한 극판을 7311과 7312 두 부분으로 나누어 전기적으로 연결되어 한 개 축전기의 극판이 되고 7321과 7322가 다른 한 축전기 극판이 되게 배치 한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전기에너지 전송은 두 극판으로 구성된 축전기의 용량에 의해 수행되는 것이므로, 본 발명은 접점에 의한 공급 장치의 결점인 접촉면의 오염 손상 또는 접점간의 결합 불량 등으로 도통 상태가 불안한 문제를 해결한다.

또한 본 발명에 의한 전기에너지전송장치는 그 축전기의 구조상 전력전송과 차단이 디바이스를 송전부에 올려놓거나 내려놓는 것만으로 수행할 수 있어서 전력의 전송과 차단이 간단하고 확실하다.

뿐만 아니라 전달계통은 본 발명에 의한 구조의 축전기로서 두 극판 즉 제1극판과 제2극판 뿐 이므로 일정 면적만 필요하고 체적은 거의 무시할 정도이고 특히 휴대용 또는 이동형 디바이스에는 도체 박막판 형태로 간단하게 부착할 수 있으므로 소형 간편한 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 일정 주파수를 갖는 교류전력을 발생하는 변환부;

   상기 변환부의 출력에 연결된 복수의 제1 극판; 및

   상기 제1 극판과 밀착 및 분리가 가능한 복수의 제2 극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 전송 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 주파수는 상기 교류전력의 일정량 이상이 상기 제2 극판에 전달되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 전송 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 밀착시 상기 제1극판과 상기 제2극판은 축전기로서 동작하고, 상기 축전기의 용량은 상기 교류전력의 상기 제2 극판으로의 전송 수단이 되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 전송창치.
4. 제1항에 있어서, 상기 교류전력의 상기 제2극판으로의 전송은, 상기 밀착시 가능하고 상기 분리시 불가능한 것을 특징으로 하는 전기에너지 전송장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2극판은, 상기 제2극판을 통해 공급된 전력을 입력하여 구동되는 디바이스와 일체화되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지전송장치.

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