KR100976319B1 - 비접촉급전장치를 이용한 연속급전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기인덕턴스 유도를 통해 상호 이격된 급전부와 수전부 간 전력을 전달하는 비접촉급전장치를 이용한 연속급전시스템에 관한 것으로서, 다수개의 급전부가 길이방향으로 연속적으로 배열되되, 각 급전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 급전부 코어와 상기 한 쌍의 급전부 코어 간을 연결하는 급전부 권선코어를 구비하여, 이웃하는 급전부를 따라 상기 한 쌍의 급전부 코어가 각기 일렬로 배치되는 이송라인과; 상기 이송라인을 따라 이송되며 상기 다수개의 급전부에 대응하여 수전부를 구비하며, 상기 수전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 수전부 코어와 상기 한 쌍의 수전부 코어 간을 연결하는 수전부 권선코어를 구비하는 이동매체를 포함하며, 상기 이동매체가 상기 이송라인을 따라 이동하는 과정에서도, 상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 한 쌍의 급전부 코어로부터 전력을 전달받는 것을 특징으로 한다.

Description

비접촉급전장치를 이용한 연속급전시스템{CONSECUTIVE POWER SUPPLY SYSTEM USING NON-CONTACT POWER SUPPLYING DEVICE}
본 발명은 이동매체와 이송라인을 구비한 시스템에 비접촉급전 방식을 적용하여 상기 이동매체에 급전이 가능하도록 한 것으로서, 특히 상기 파렛트가 이송 중인 경우에도 전력을 공급받을 수 있도록 한 연속급전시스템에 관한 것이다.
이송라인을 따라 이동매체, 특히 파렛트(pallet)가 이송되는 시스템에 따라서는, 특히 LCD(Liquid Crystal Display)의 물류라인에서는 이송 중인 파렛트에 전원이 마련될 필요가 있으며, 이 경우 상기 파렛트에 전원을 공급하기 위한 방법이 문제로 대두된다.
이미 제안된 방법 중 하나로서, 파렛트에 브러쉬를 마련하고 이송라인을 따라 AC 220[V]의 전원라인을 설치하여 파렛트가 이송되는 과정에서 상기 브러쉬가 전원라인을 긁고 지나가면서 전원을 공급받는 방법이 제안된 바 있다.
그러나, 이방법은 클린룸(clean room)에서 사용할 경우 분진을 발생시킨다는 문제가 있었다.
또한, 다른 방법으로서 비접촉급전장치를 이용한 전력공급 방법이 제안된 바 있는데, 이는 이송라인의 특정 개소에 급전부를 설치하고, 파렛트에 수전부를 설치하여 파렛트의 전원 공급이 필요한 경우 상기 급전부 상에 정지하여 전력공급을 받을 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 비접촉급전장치는 전자유도 작용에 의해 급전부의 코일로부터 수전부의 코일에 전력을 전달하는 장치로서, 여기에는 변압기의 원리가 적용되기는 하나 이와 다른 점은 1차측과 2차측의 코일과 코어가 서로 분리되어 공간의 자속변화에 의해 전력의 송수신이 이루어진다는 것이다.
그러나, 이러한 비접촉급전장치에 의한 전력공급 방식에 따르면, 이동매체인 파렛트는 이송을 멈추고 특정 위치에 정지된 상태에서 전원을 공급받아야 하기 때문에 LCD 제조와 같이 연속공정이 필요한 경우에는 생산성이 떨어진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 이동매체와 이송라인을 구비한 시스템에 비접촉급전 방식을 적용한 것으로서, 특히 상기 이동매체가 이송 중인 경우에도 전력을 공급받을 수 있도록 한 연속급전시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자기인덕턴스 유도를 통해 상호 이격된 급전부와 수전부 간 전력을 전달하는 비접촉급전장치를 이용한 연속급전시스템에 있어서, 다수개의 급전부가 길이방향으로 연속적으로 배열되되, 각 급전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 급전부 코어와 상기 한 쌍의 급전부 코어 간을 연결하는 급전부 권선코어를 구비하여, 이웃하는 급전부를 따라 상기 한 쌍의 급전부 코어가 각기 일렬로 배치되는 이송라인과; 상기 이송라인을 따라 이송되며 상기 다수개의 급전부에 대응하여 적어도 하나의 수전부를 구비하며, 상기 수전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 수전부 코어와 상기 한 쌍의 수전부 코어 간을 연결하는 수전부 권선코어를 구비하는 이동매체를 포함하며, 상기 이동매체가 상기 이송라인 상에서 정지된 상태 및 상기 이송라인을 따라 이동하는 과정에서, 상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 한 쌍의 급전부 코어로부터 전력을 전달받는 것을 특징으로 하는 연속급전시스템을 제공한다.
여기서, 상기 이송라인의 각 급전부는 해당 급전부 권선코어에 스위칭 주파수를 갖는 전압을 출력하는 급전부 제어유닛을 구비하고, 상기 이동매체의 수전부는 상기 스위칭 주파수를 검출하여 상기 수전부 권선코어에 수신되는 전압의 위상을 제어하는 수전부 제어유닛을 구비하고, 상기 이송라인의 각 급전부는 상기 스위칭 주파수의 동기신호를 출력하는 동기신호출력유닛과, 이웃하는 급전부로부터 상기 스위칭 주파수의 동기신호를 입력받는 동기신호입력유닛을 구비하며, 각 급전부의 급전부 제어유닛은 해당 동기신호입력유닛으로부터 입력받은 동기신호에 맞추어 해당 스위칭 주파수의 전압을 출력하도록 할 수도 있다.
이때, 상기 이송라인의 각 급전부는 장방형의 급전 케이스와, 상기 급전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 급전부 인쇄회로기판을 더 구비하고, 상기 한 쌍의 급전부 코어는 상기 급전 케이스의 상판 내측면에 길이방향으로 부착되며, 상기 급전부 인쇄회로기판은 상기 급전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 급전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 이동매체의 수전부는 장방형의 수전 케이스와, 상기 수전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 수전부 인쇄회로기판을 더 구비하고, 상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 수전 케이스의 하판 내측면에 길이방향으로 부착되며, 상기 수전부 인쇄회로기판은 상기 수전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 수전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되도록 할 수도 있다.
한편, 상기 급전 케이스와 상기 수전 케이스는 동일 형상으로 이루어지도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 급전부와 수전부의 각 코어는 페라이트 또는 아몰퍼스 재질로 이루어지도록 할 수도 있다.
한편, 상기 각 급전부는 상기 수전부의 유무를 감지하기 위한 감지센서를 구비하고, 상기 감지센서를 통해 상기 수전부를 감지한 경우에 한하여 대기모드에서 동작모드로 전환되도록 할 수도 있다.
상기 본 발명에 따른 연속급전시스템에 의하면, 비접촉급전장치의 급전부 코어가 이송라인을 따라 연속적으로 배열되고 이동매체에 구비된 수전부 코어가 상기 급전부 코어에 대응되게 마련됨으로써 상기 이동매체가 이송라인을 따라 이송되는 과정에서도 급전부와 수전부의 코어 간 전력 전달이 이루어질 수 있다.
특히, 이송라인을 따라 다수개로 마련되는 급전부 간에는 동기신호 입출력을 통해 각 급전부에서 출력하는 스위칭 주파수의 동기신호를 맞춤으로써 급전부 간을 이동하는 수전부에 안정적인 전력공급이 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속급전시스템을 구성하는 이송라인의 급전부를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속급전시스템을 구성하는 팔레트의 수전부를 개략적으로 도시한 사시도,
도 3 및 도 4는 상기한 도 1 및 도 2의 급전부와 수전부 간 위치관계를 개략적으로 도시한 사시도 및 정면도,
도 5는 도 1 및 도 2의 급전부와 수전부의 각 회로구성을 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연속급전시스템은, LCD(Liquid Crystal Display)의 물류라인에 해당되는 이송라인(도면 미도시)과, LCD를 적재하여 상기 이송라인을 따라 이송되는 이동매체인 파렛트(도면 미도시)를 포함한다.
이때, 상기 이송라인은 그 연장된 라인을 따라 다수개의 급전부가 연속적으로 배열되고, 상기 파렛트는 상기 급전부에 대응하여 수전부가 마련된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이송라인 측의 급전부(100)는 내부에 수용공간이 마련된 장방형의 케이스(110)를 포함하며, 그 내부의 수용공간에는 한 쌍의 코어(121)와 권선코어(122) 그리고 인쇄회로기판(130)이 수용되어 고정 지지된다.
한 쌍의 코어(121)는 케이스(110)의 상판 내측면에 부착된다.
각 코어(121)는 페라이트(ferrite) 또는 아몰퍼스(amorphous) 재질로 이루어져 두께가 얇은 막대 형상을 가지며, 케이스(110)의 길이방향으로 배치되어 코어(121) 간 가로방향으로 일정한 거리로 평행하게 유지된다.
권선코어(122)는 코일(137)이 권회된 코어로서 상기 한 쌍의 코어(121)를 가로지르도록 배치되어 양단부가 각 코어(121)에 부착된다.
인쇄회로기판(130)에는 권선코어(122)를 작동 및 제어하기 위한 일련의 소자를 포함한 제어유닛(도 5 참조)이 탑재된다.
급전부(100)는 상기 제어유닛의 구동으로 권선코어(122)가 작동됨으로써 한 쌍의 코어(121)를 통해 자속을 발생시킨다.
파렛트 측의 수전부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파렛트의 하단부에 구비되어 내부에 수용공간이 마련된 장방형의 케이스(210)를 포함하며, 그 내부의 수용공간에는 한 쌍의 코어(221)와 권선코어(222) 그리고 인쇄회로기판(230)이 수용되어 고정 지지된다.
여기서, 케이스(210)는 급전부(100)의 케이스(110)와 동일한 형상을 갖는다.
한 쌍의 코어(221)는 케이스(210)의 하판 내측면에 부착된다.
각 코어(221)는 상기 급전부(100) 측 코어(도 1의 121)와 마찬가지로 페라이트 또는 아몰퍼스 재질로 이루어져 두께가 얇은 막대 형상을 가지며, 케이스(210)의 길이방향으로 배치되어 코어(221) 간 가로방향으로 일정한 거리로 평행하게 유지된다.
코일(231)이 권회된 권선코어(222)는 상기 한 쌍의 코어(221)를 가로지르도록 배치되어 양단부가 각 코어(221)에 부착된다.
인쇄회로기판(230)에는 권선코어(222)를 제어하기 위한 일련의 소자를 포함한 제어유닛(도 5 참조)이 탑재된다.
수전부(200)는, 상기 파렛트가 이송라인 상의 정위치에 자리하게 되면, 상기 한 쌍의 코어(221)가 급전부(도 1의 100) 측 한 쌍의 코어(도 1의 121)에 소정 간격으로 일치 대응하게 된다.
이때, 급전부(100) 측 코어(121)로부터 발생된 자속은 수전부(200)의 코어(221)를 통과하게 되고, 이에 의해 수전부(200) 측 권선코어(222)의 코일에 전압이 발생하게 된다.
수전부(200)의 제어유닛은 권선코어(222)를 통해 급전받는 전압의 스위칭 주파수를 검출하고, 검출된 주파수에 따라 수신되는 전압의 위상을 제어한다.
본 실시예에 따른 연속급전시스템에 의하면, 이송라인에 파렛트가 배치된 상태에서, 상기한 급전부(100)의 코어(121, 122)와 수전부(200)의 코어(221, 222) 간에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 위치 관계를 갖는다.
즉, 이송라인을 따라 다수개의 급전부(100)가 연속적으로 배열되면, 이웃하게 되는 급전부(100)의 한 쌍의 코어(121)들이 좌우에서 각각 일렬로 배치되는 구조를 갖는다.
또한, 수전부(200)의 각 코어(221)는 상기 급전부(100)의 코어(121)와 상하 소정간격으로 이격된 상태에서 일렬로 다수 배치된 상기 코어(121) 상에서 좌우로 왕복 이송되는 구조를 갖는다.
따라서, 이와 같은 급전부(100)와 수전부(200) 간 코어(121, 221)의 배치관계에 의하면, 상기 수전부(200)가 다수의 급전부(100)를 따라 좌우로 이송되는 과정에서도 코어(121, 221) 간의 대면된 관계가 그대로 유지되므로 이들을 통해 급전부(100)로부터 전력을 공급을 받을 수 있다.
수전부(200)가 이웃하는 2개의 급전부(100)에 걸쳐 위치되는 경우에는, 이들 이웃하는 급전부(100)의 코어(121) 사이의 간격(d)만큼 수신되는 전력의 차가 발생한다.
한편, 본 실시예에서, 수전부(200)를 구비하는 이동매체로는 상기한 파렛트 뿐 아니라 전동자동차, 로보트 등이 될 수도 있다.
급전부(100)와 수전부(200)의 회로구성은 도 5에 도시된 바와 같다.
급전부(100)는 PFC 회로(131), 스위칭 주파수 및 급전부 제어회로(132), 스위칭 회로 드라이버(133, 134), PFC 출력 보호회로(135), 급전부 스위칭 회로(136), 코일(137), 동기신호 입력부(138) 및 동기신호 출력부(139)를 포함하여 구성된다.
PFC 회로(Power Factor Correction 회로, 131)는 교류의 입력 전압을 받아서 급전부(100)의 스위칭에 필요한 350V ~ 400V의 직류 전압으로 바꾸는 기능을 한다.
스위칭 주파수 및 급전부 제어회로(132)는 급전부(100)를 전체적으로 제어하는 곳으로서 급전부(100)의 스위칭에 필요한 주파수(20kHz ~ 60kHz)를 만들어내며, 위상 및 펄스폭 등을 제어한다.
스위칭 회로 드라이버(133, 134)는 스위칭 주파수 및 급전부 제어회로(132)에서 출력된 주파수를 스위칭에 필요한 전압으로 바꾸어 출력한다.
PFC 출력 보호회로(135)는 PFC 회로(131)의 출력으로 인해 과도한 전류가 공급되는 것을 방지하여 회로를 보호하는 기능을 한다.
급전부 스위칭회로(136)는 급전부(100)의 전력변환 스위칭 회로이며, 수전부(200)에 전력을 전달하기 위한 역할을 한다.
동기신호 입력부(138)는 외부의 스위칭 주파수 동기신호를 받아서 급전부(100)의 스위칭 동기를 맞추기 위해 필요하다.
동기신호 출력부(139)는 내부의 스위칭 주파수를 외부의 다른 기기에 전달하여 스위칭 동기를 맞추도록 하는데 필요하다.
여기서, 도 1을 참조하면, 급전부(100)는 상기 동기신호 입력부(138)를 케이스(110)의 좌측단에 마련하고 상기 동기신호 출력부(139)를 케이스(110)의 우측단에 마련함으로써, 이웃하는 급전부(100) 간 출력되는 스위칭 주파수의 동기신호를 맞출 수 있다(도 3 및 도 4 참조).
이에 따라, 이송라인을 따라 급전부(100) 사이를 이동하는 파렛트의 수전부(200)로의 전력공급이 일정하게 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
수전부(200)는 코일(231), 수전부 스위칭 회로(232), 위상검출 회로(233), 전력조절 회로(234), 스위칭 주파수 및 수전부 제어회로(235), FET 드라이버(236, 237), SMPS 회로(238), 보조전원 회로(239)를 포함하여 구성된다.
수전부 스위칭회로(232)는 급전부(100)의 전력을 비접촉으로 전달받기 위해 스위칭하는 회로이다.
위상검출 회로(233)는 급전부(100) 스위칭 주파수의 위상을 검출하여 수전부(200)의 스위칭 동기를 만들기 위한 회로이다.
전력조절 회로(234)는 수전부(200)의 출력 측에서 사용하는 전력량에 따라 수전부(200) 측 스위칭 주파수의 위상을 제어(shift)하여 효율적인 전력 사용이 이루어질 수 있도록 한다.
스위칭 주파수 및 수전부 제어회로(235)는 수전부(200)를 전체적으로 제어하는 회로로서 수전부(200) 측 스위칭에 필요한 주파수(20kHz ~ 60kHz)를 만들어내며, 위상 및 펄스폭 등을 제어한다.
스위칭회로 드라이버(FET 드라이버, 236, 237)는 스위칭 주파수 및 수전부 제어회로(235)에서 출력된 주파수를 스위칭에 필요한 전압으로 바꾸어 출력하는 회로이다.
SMPS 회로(238)는 수전부 스위칭회로(232)에서 공급받은 전력을 출력에 필요한 DC전압으로 변환하여 주는 기능을 담당한다.
보조전원 회로(239)는 수전부(200)의 회로에 필요한 전원을 만들어 내는 기능을 담당한다.
한편, 본 실시예에서는 포함되지 않았으나, 급전부(100) 측에는 수전부(200)의 유무를 감지하기 위한 감지센서(도면 미도시)가 구비되어, 이 감지센서를 통해 수전부(200)가 감지된 경우에 한하여 해당 급전부(100)가 동작모드가 되도록 하고, 수전부(200)가 감지되지 않은 다른 급전부(100) 측에서는 대기모드가 되도록 할 수도 있다.
이에 따르면, 다수개의 급전부(100)를 구동하는데 소요되는 전력의 불필요한 낭비를 막을 수 있다.
이상과 같이 설명된 연속급전시스템은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.
100: 급전부 110: 케이스
121: 코어 122: 권선코어
130: 인쇄회로기판 131: PFC 회로
132: 스위칭 주파수 및 급전부 제어회로 133, 134: 스위칭 회로 드라이버
135: PFC 출력 보호 회로 136: 급전부 스위칭 회로
137: 코일 138: 동기신호 입력부
139: 동기신호 출력부 200: 수전부
210: 케이스 221: 코어
222: 권선코어 230: 인쇄회로기판
231: 코일 232: 수전부 스위칭 회로
233: 위상검출 회로 234: 전력조절 회로
235: 스위칭 주파수 및 수전부 제어회로 236, 237: FET 드라이버
238: SMPS 회로 239: 보조전원 회로

Claims (7)

  1. 자기인덕턴스 유도를 통해 상호 이격된 급전부와 수전부 간 전력을 전달하는 비접촉급전장치를 이용한 연속급전시스템에 있어서,
    다수개의 급전부가 길이방향으로 연속적으로 배열되되, 각 급전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 급전부 코어와 상기 한 쌍의 급전부 코어 간을 연결하는 급전부 권선코어를 구비하여, 이웃하는 급전부를 따라 상기 한 쌍의 급전부 코어가 각기 일렬로 배치되는 이송라인과;
    상기 이송라인을 따라 이송되며 상기 다수개의 급전부에 대응하여 적어도 하나의 수전부를 구비하며, 상기 수전부는 상기 길이방향으로 연장되고 상호 일정 간격으로 배치되는 한 쌍의 수전부 코어와 상기 한 쌍의 수전부 코어 간을 연결하는 수전부 권선코어를 구비하는 이동매체를 포함하며,
    상기 이동매체가 상기 이송라인 상에서 정지된 상태 및 상기 이송라인을 따라 이동하는 과정에서, 상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 한 쌍의 급전부 코어로부터 전력을 전달받는 것을 특징으로 하며,
    상기 이송라인의 각 급전부는 해당 급전부 권선코어에 스위칭 주파수를 갖는 전압을 출력하는 급전부 제어유닛을 구비하고, 상기 이동매체의 수전부는 상기 스위칭 주파수를 검출하여 상기 수전부 권선코어에 수신되는 전압의 위상을 제어하는 수전부 제어유닛을 구비하고,
    상기 이송라인의 각 급전부는 상기 스위칭 주파수의 동기신호를 출력하는 동기신호출력유닛과, 이웃하는 급전부로부터 상기 스위칭 주파수의 동기신호를 입력받는 동기신호입력유닛을 구비하며,
    각 급전부의 급전부 제어유닛은 해당 동기신호입력유닛으로부터 입력받은 동기신호에 맞추어 해당 스위칭 주파수의 전압을 출력하고,
    상기 이송라인의 각 급전부는 장방형의 급전 케이스와, 상기 급전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 급전부 인쇄회로기판을 더 구비하고,
    상기 한 쌍의 급전부 코어는 상기 급전 케이스의 상판 내측면에 길이방향으로 부착되며,
    상기 급전부 인쇄회로기판은 상기 급전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 급전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 연속급전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동매체의 수전부는 장방형의 수전 케이스와, 상기 수전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 수전부 인쇄회로기판을 더 구비하고,
    상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 수전 케이스의 하판 내측면에 길이방향으로 부착되며,
    상기 수전부 인쇄회로기판은 상기 수전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 수전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 연속급전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송라인의 각 급전부는 장방형의 급전 케이스와, 상기 급전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 급전부 인쇄회로기판을 더 구비하고,
    상기 한 쌍의 급전부 코어는 상기 급전 케이스의 상판 내측면에 길이방향으로 부착되며,
    상기 급전부 인쇄회로기판은 상기 급전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 급전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되며,
    상기 이동매체의 수전부는 장방형의 수전 케이스와, 상기 수전부 제어유닛을 포함하여 탑재되는 수전부 인쇄회로기판을 더 구비하고,
    상기 한 쌍의 수전부 코어는 상기 수전 케이스의 하판 내측면에 길이방향으로 부착되며,
    상기 수전부 인쇄회로기판은 상기 수전 케이스의 내부에 상기 한 쌍의 수전부 코어와 소정거리 이격되게 고정 지지되며,
    상기 급전 케이스와 상기 수전 케이스는 동일 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속급전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급전부와 수전부의 각 코어는 페라이트 또는 아몰퍼스 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속급전시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    각 급전부는 상기 수전부의 유무를 감지하기 위한 감지센서를 구비하고, 상기 감지센서를 통해 상기 수전부를 감지한 경우에 한하여 대기모드에서 동작모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 연속급전시스템.
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