KR100998392B1 - 두 이동식 구성요소간 전력 및 정보의 동시 전송부를 가진장치 - Google Patents

두 이동식 구성요소간 전력 및 정보의 동시 전송부를 가진장치 Download PDF

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시프라 페턴트엔트위크렁스-운트 베테일리강스게젤샤프트 엠베하
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    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Abstract

본 발명은 서로에 대해 이동식인 두 구성요소(가령, 고정식 요소와 이동식 요소)간에 전력 및 정보를 동시 전송하기 위한 전송부를 포함하는 장치에 관한 것이다. 발명에 따르면, 이 장치는 공통 전송부, 전력 공급부(35, 41, 59), 그리고 신호 수정 수단(71, 72)을 포함하고,
전력 및 정보의 전송을 위한 상기 공통 전송부 내의 상기 구성요소 중 하나에는 1차코일부가, 상기 구성요소 중 다른 하나에는 2차코일부가 장착되며,
1차코일부에 연결된 전력 공급부(35, 41, 59)는 펄스 폭 변조를 바탕으로 동작하고,
상기 신호 수정 수단(71, 72)은 전송될 정보에 따라 전력 공급부에 의해 발생되는 신호를 수정한다. 이 정보는 한 구성요소로부터 다른 한 구성요소로 전송될 수 있고 그 역도 가능하다.

Description

두 이동식 구성요소간 전력 및 정보의 동시 전송부를 가진 장치{Apparatus with two components being movable relative to each other and a device for simultaneous transfer of electric power and information between these components}
도 1은 발명에 따른 장치의 유도식 전송 장치에 대한 단면도.
도 2는 도 1의 라인 II-II을 따라 본 단면도.
도 3은 도 2의 화살표 x 방향의 전송 장치 측면도.
도 4는 발명에 따른 장치의 유도식 전송 장치의 제 2 실시예 단면도.
도 5는 도 4에 따른 전송 장치의 평면도.
도 6은 도 1~5에 따른 전송 장치의 일부분을 생략한 채로, 발명에 따른 장치의 실시예의 블록도표.
도 7~9는 도 6에 따른 장치의 선택된 노드의 펄스 파형.
도 10은 고정식 요소로부터 이동식 요소까지 도 6에 따른 장치에 의해 전송된 데이터를 회복시키기 위한, 단순화된 회로도(도 6에서 생략됨).
도 11은 도 10에 따른 회로의 선택된 노드의 펄스 파형도.
도 12는 이동식 요소로부터 고정식 요소까지 데이터를 전송하기 위한 단순화된 회로도(도 6에서 생략됨).
도 13과 14는 도 12에 따른 회로의 선택된 노드의 펄스 파형도.
도 15는 이동식 요소로부터 고정식 요소까지 도 5에 따른 장치에 의해 전송된 데이터를 회복시키기 위한, 단순화된 회로도(도 6에서 생략됨).
도 16은 도 15에 따른 회로의 선택 노드의 펄스 파형도.
본 발명은 청구범위 제1항 도입부에 명시된 종류의 장치에 관한 것이다.
전력 및 정보/데이터를 전송하기 위해 고정식 구성요소와 고정식 구성요소에 대한 이동식 구성요소를 가진 장치가 필요한 경우가 자주 있다. 가령, 상기 정보나 데이터는 디지털 전기 신호 형태로 존재한다. 이때의 전송은 고정식 구성요소로부터 이동식 구성요소로, 또는 역으로 이루어진다. 원형 편물기(circular knitting machine)의 경우에, 한편으로는 고정식 구성요소로부터 바늘 실린더까지 접촉없이 전달되는 정보의 도움으로 패턴에 따라 회전 바늘 실린더에 장착된 편물 바늘용 실렉터 자석(selector magnet)을 선택하고, 다른 한편으로는, 실렉터 자석을 동작시키기 위해 필요한 전력이 슬립 링(slip ring)의 도움으로 전달되는 방식 및 장치가 EP 0 431 674 A1 호에 소개되어 있다.
추가적으로, 기선택된 테이크 다운 장력을 구축하는 등의 목적을 위해, 고정식 제어 유닛으로부터 회전식 바늘 실린더와, 이와 함께 회전할 수 있는 (가령, 테이크 다운 및 와인딩 업) 장치까지 데이터를 전송할 필요가 있다(특히, 복잡한 대 형 자동식 원형 편물기의 경우). 이러한 경우에, 센서, 프로세서, 또는 회전식 부위에 위치한 장치 등에 의해 발생되는 측정 데이터를 고정식 제어 유닛에 전송하는 것이 바람직한 경우가 자주 있다. 이때 이 측정 데이터는 기계 상태를 모니터하기 위한 기능을 할 수 있고, 또는 조절 장치에서 실제 값으로 사용될 수도 있다. 이러한 양방향 데이터 전송을 위한 장치들이 이미 공개되어 있으며(EP 1 085 712 A2), 이 장치는 고정식 요소와 회전식 요소간에 접촉없는 유도식 결합을 통해 동작한다. 그러나 전력의 전송은 슬립 링의 도움으로 일상적인 발식으로 처리되어야 한다.
서두에 명시된 종류의 장치가 DE 44 12 958 A1에 또한 공지되어 있으며, 이 장치는 전력 및 전기적 정보의 비접촉식 유도형 전달 수단을 포함한다. 송신기 모듈과 수신기 모듈간 데이터 전송을 위해, 한 모듈에는 그 끝단에서 반사 없이 종료되는 전기선이 제공되고, 다른 하나의 모듈에는 상기 전기선에 유도적으로 연결되는 센서가 제공된다. 다른 한편, 전력의 전송은 전력공급원에 연결된 결합 루프를 이용하여 실행된다. 이 결합 루프는 상기 전기선과는 분리되어 있고, 변압기를 통해 공급될 출력(load)에 연결된다.
마지막으로, 서두에 언급한 종류의 장치가 DE 196 49 682 A1 호에서 공개되어 있으며, 이 장치는 반사없이 종료되는 라인(전기선)을 또한 가지지만, 전력 및 정보 전송은 이 라인 상에서만 가능하다. 이 데이터 전송은 전력 전송을 위한 최대 100 kHz의 주파수에 비해, 약 10 MHz로부터의 비교적 높은 주파수로 실행된다. 공통 전송 라인이 이러한 장치의 이용에 실제 존재한다. 그러나, 전력 및 정보의 전송을 위해 두개의 개별 시스템들이 필요하다.
첫번째로 언급한 장치들은 전력 전송을 위한 슬립 링이나, 끌려올라가는 케이블을 필요로하며, 이는 평평한 받침대 위에 놓인 편물기에 있어 공지되어 있다. 이들 중 어느 것도 최종적인 구조적 제한사항이나 피할 수 없는 마모로 인해 바람직하지 않다. 나중에 언급한 장치들은 전력 및 정보의 비접촉식 전송이 가능한 장점을 가지는 반면, 비현실적이지 않는 구조적 비용을 포함하기 때문에, 비용상의 이유로 평평한 받침대 위에 놓인 원형 편물기에서의 이용을 방해한다. 이는 회전식 로터를 가진 원형 브레이딩 머신(circular braiding machine)같은 다른 편물기, 방적기에서도 동일하게 작용한다.
이로부터 발전하여, 본 발명은 초기 언급된 종류의 장치를 설계하는 기술적 문제점을 바탕으로 하여, 전력 및 데이터의 비접촉식 전송이 구조적으로 간단한 수단으로 실행될 수 있고 동일한 구성요소들이 두 종류의 전송에 사용될 수 있도록 한다.
청구범위 제 1 항의 특징부는 이 문제를 해결하는 기능을 한다.
본 발명은 펄스 폭 변조(PWM)를 바탕으로 한 기존의 전력 공급부가 에너지/전력 전송과 정보/디지털데이터 전송 모두를 위해 변압기 형태로 형성되는 전송 장치와 조합되어 사용된다. 따라서, 두 종류의 전송 모두가 추가적 비용없이 공통 채널 상에서 구현될 수 있고, 데이터가 전력과 동시에 양방향으로 전송될 수 있도록 인터리빙(interleaved)되는 방식으로 두 종류의 전송 모두가 구현될 수 있다. 더욱이, 통합형 PWM 회로는 시장에서 대량으로, 또한 다수의 변종을 포함하여 판매되고 있으며, 따라서, 완전한 장치가 비교적 저렴하게 제작될 수 있다.
더욱이, 발명의 추가적인 장점들은 종속항에서 나타난다.
도 1~3은 변압기 형태로 만들어지는 발명에 따른 장치의 전송부를 도식적으로 전개한 도면이다. 전송부는 1차코일부(1)와 2차코일부(2)를 포함한다.
1차코일부(1)는 고주파용으로 적절한, 페라이트같은, 자성이 쉽게 바뀌고 높은 자성을 띠는, 자성물질로 된 제 1 코어 해프(core half)(3)를 포함한다. 코어 해프(3)는 본 실시예에서 고리 형태의 원형 디스크로 구성된다. 이때, 권선 공간으로 기능하는 원주형 그루브(4)가 넓은 쪽으로부터 푹 파여들어간다. 아래쪽으로 빠져들어가는 보조권선(5)이 이 그루브(4) 상에 배치되며, 그 위에 주권선(6)이 놓인다. 두 권선(5, 6)의 개별적인 감김선(turns)들은 코어 해프(3)의 중앙 장착 구멍(7) 둘레로 원형으로 감긴다.
2차코일부(2)는 제 2 코어 해프(8)를 포함하며, 이는 제 1 코어 해프(3)와 동일한 물질로, 그리고 동일한 종류의 구조로 만들어지는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 코어 해프(8)는 고리형 그루브(9)와 중앙 장착 구멍(12)을 포함하며, 그루브(9)에는 보조권선(10)과 주권선(11)이 위치한다.
두 코어 해프(3, 8)는 분리면(14)에 거울형 대칭으로 발명에 따른 장치에 배열되어, 그루브(4, 9)가 생기는 이 넓은 면들이 서로 마주보게 동축으로 배치되지만, 좁은 공기통로(15)에 의해 서로 분리된다. 따라서, 두 코어 해프(3, 8)는 공기 통로(15)를 따라 분리된, 변압기의 코어를 형성한다. 이때, 한 코어 해프(가령, 3) 가 고정식 요소(16)에 고정되고 다른 한 코어 해프(가령, 8)가 회전축(17)에 대해 회전할 수 있는 요소(18)에 고정되는 특징을 가진다. 고정식 요소(16)로는 가령 프레임부를 들 수 있고, 회전식 요소(18)로는 바늘 실린더, 또는, 바늘 실린더와 함께 회전하는 원형 편물기의 한 요소를 들 수 있다.
코어 해프(3, 8) 각각은 하우징(19)에 장착되며, 권선(5, 6, 10, 11)은 아래 설명되는 구성요소들에 표시물(20)처럼 연결된다. 이 구성요소들은 코어 해프(3, 8) 옆에 배열된 하우징 부에 장착된다. 이 구성요소들은 플러그 커넥터(21, 22)에 필요에 따라 연결되며, 전압 공급원, 전기 신호, 데이터 라인 등에 연결하기 위한 기능한다.
발명에 따른 전송 장치의 대안의 실시예가 도 4 및 5에 도시된다. 고정식 1차코일부(24)는 원형의 제 1 코어 해프(25)를 포함하며, 제 1 코어 해프(25)의 내측 원주면에는 그루브(26)가 형성된다. 다른 한편, 회전식 2차코일부(27)는 역시 원형의 제 2 코어 해프(28)를 포함하며, 제 2 코어 해프(28)의 외경은 제 1 코어 해프(25)의 내경보다 약간 작다. 제 2 코어 해프(28)에는 그루브(29)가 제공되며, 그루브(29)는 제 2 코어 해프(28)의 반경방향 외측 둘레면에서 빠져들어간다. 도 1에서 3까지에 비해, 제 2 코어 해프(28)는 제 1 코어 해프(25)의 중앙 구멍(31)의 회전축(30)에 동축인 장착 상태로 놓여서, 두 그루브가 열린면들이 마주보게 되고, 두 코어 해프(25, 28)가 회전축(30)과 동축인 공기통로(32)에 의해 서로로부터 분리된다. 따라서 2차코일부(27)는 1차코일부(24)에 비해 회전축(30)에 관해 회전할 수 있다. 도 1~3의 권선(4, 5, 10, 11)에 해당하는 전송부의 권선들은 단순화를 위 해 도시하지 않았다.
에너지/전력 및 정보/데이터/신호 전송에 대하여, 도 1~3에 따른 전송부에서와 동일한 원리가 적용된다. 왜냐하면, 두 경우 모두 1차권선부 및 2차권선부(1,2; 24, 27)가 제 2 코어 해프(8, 28)의 모든 회전식 위치에 변압기 방식으로 함께 유도식 연결되기 때문이다. 도 1~5의 경우에, 제 2 코어 해프(8, 28)는 고정식일 수 있고, 제 1 코어 패드(3, 25)가 회전식일 수 있다.
도 6과 7은, 1차코일부(1)의 주권선(6)과 보조권선(5)에 의해 도 6에 나타나는 고정식 요소로부터, 2차코일부(2)의 주권선(11)에 의해 나타나는 회전식 요소까지, 전력을 전송하기 위한 발명에 따른 장치를 도시한다.
이 장치는 약 50V의 DC 전압 V1을 전달하는 DC 전압 공급원(35)을 포함하며, 이 전압 공급원(35)의 양단자는 주권선(6)의 노드(36)에 연결된다. 전압 공급원(35)의 음단자는 접지된다. 주권선(6)의 제 2 노드(37)는 스위칭 트랜지스터같은 전기 스위치(38)와 저항(39)의 직렬 회로를 통해 접지 전위에 연결된다. 스위치(38)의 제어 입력은 잘 알려진 바와 같이 PWM 컨트롤러(41)의 출력(40)에 연결된다. 장방형 펄스 형태의 펄스/스위치신호(42)(도 7)가 출력부(40)에 나타나며, 이 신호들의 선택된 클럭 주파수가 본 실시예에서 변화할 수 있고(가령, 40~100 kHz), 가변적인 주기 T를 가질 수 있다. 더욱이 스위치 신호들은 각각 스위치(38)의 스위치-온 지속시간을 결정하는 폭 ton을 가진다. 두 스위치 신호(42) 사이에 길이 toff로 중지되는 동안, 스위치(38)는 오프된다. 주기 T = ton + toff는 PWM 컨트롤러(41) 사이클 길이를 결정한다.
2차코일부(2)의 주권선(11)의 제 1 단자는 제 1 노드(43), 저장 인덕터(44), 그리고 커패시터(45)를 통해 주권선(11)의 제 2 단자에 연결된다. 오옴식 저항 부하로 도시되는 부하(46)는 커패시터(45)와 병렬로 놓인다. 마지막으로, 제 2 다이오드(47)가 제공되며, 다이오드(47)의 양극은 주권선(11)의 제 2 단자에, 음극은 제 1 다이오드(43)와 저장 인덕터(44) 사이의 노드(48)에 연결된다. 따라서 스위치(38)의 단계 ton 동안, 전압 펄스(49)(도 7)는 스위치 신호(42)의 형태에 대응하는 형태로 노드(48)에서 발생된다. 더욱이 전류는 스위치(38)와 저항(39) 사이의 노드(50)로 흘러, 주권선(6)의 존재를 이유로 구간 ton에서 스위칭되는 동안 톱니형 파형을 가진다. 노드(50)는 PWM 컨트롤러(41)에 연결될 수 있고, 주권선(6)을 통한 전류가 임계값을 넘을 경우 스위칭 오프시키는 기능을 한다.
PWM 컨트롤러(41)는 기존의 PWM-기반 전력 공급 유닛, 즉, 소위 스위칭 모드 전력 공급 유닛을 전력 공급원(35)으로 형성한다. 그러나 공지된 장치에 비해, 이 전력 공급원에 의해 전송되는 전력은 두 권선(6, 11)에 의해 형성되는 변압기를 통해 부하(46)에 공급되며, 이 부하는 회전식 요소(18) 상에서 2차코일부와 함께 장착된다. 정상적인 PWM 컨트롤러에서처럼, 저장 인덕터(44)의 전기 에너지는 커패시터(45)의 스위치(38)의 구간 ton동안 저장되며, 이는 다이오드(47)가 차단 상태가 되어, 전류가 다이오드(43)와 저장 커패시터(44)를 통해 흐르기 때문이다(도 6의 화살표 51). 반면에, 스위치(38)의 구간 toff 동안에는, 저장된 에너지가 제 2 다이 오드(447)를 통해 흘러나갈 수 있고(도 6의 화살표 52), 이때 다이오드(43)는 차단된 상태이다. 다이오드(43)가 단순히 전도 상태이고, 다이오드(47)가 전도성이 될 때는 이미 다이오드(43)를 통해 흐르는 전류의 대부분이 이미 붕괴된 상태일 경우 위의 배열이 바람직하다.
스위치 신호(42)의 펄스 파형은 도 7에서 쇄선과 점선으로 도시된다. 전송될 전력이 실선으로 도시되는 상태보다 작을 경우 쇄선으로, 클 경우 점선으로 표시된다. 노드(50)에서의 전류와 스위치 신호(42)에 대한 점선들은 전송될 최대 전력을 표시하며, 이로부터, 최대 전력에서도, ton/T에 의해 형성되는 듀티 사이클이 비교적 작고, 0.5보다 작은 것이 바람직하며, 예를 들어 0.25 근처인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
마지막으로, 설명된 종류의 전력 공급원들은 부하(46)가 커지거나 작아질 경우, 듀티 사이클 ton/T가 이에 자동적으로 부합하도록 일반적으로 조절된다. 그래서, 부하(46)에서의 전압을 일정하게 유지한다. 부하(46)에서의 전압은 이 용도를 위한 실제값으로 사용되며, PWM 컨트롤러(41)에서의 설정값과 비교되어, 스위치 신호(42)의 값 ton의 상응하는 변경에 의해 일정값으로 유지된다. 본 실시예에서 부하(46)가 회전식 요소에 장착되기 때문에, 그 전압은 PWM컨트롤러(41)로 직접적으로 다시 피드백될 수 없다.
발명에 따르면, 1차코일부(1)의 보조권선(5)이 이 용도로 기능하며, 그 한 단자는 접지부에, 다른 한 단자는 정류 회로(54)를 통해 PWM컨트롤러(41)의 실제값 입력부에 연결된다. 상기 정류 회로(54)는 구성요소(43, 44, 45, 47)에 해당하는 구성요소들로 이루어질 수 있다. 권선(6, 11, 5)이 도이 동일한 코어(3, 8)에서 도 1에 따라 놓여있기 때문에, 주권선(11)의 전압 강하는 보조권선(5)에 대응하는 전압 변화를 일으킨다. 따라서, 2차 회로의 부하의 변화는 보조권선(5)의 출력 신호에 반영되어, 이것이 바람직한 제어를 위해 적절하다. PWM 컨트롤러(41)에 대한 전압 공급은 가령, DC 전압 공급원(55)의 도움으로 실행되고, 그 전압 V2는 가령, 약 14V에 달한다.
도 6에 도시되는 회로는 1차코일부의 주권선(6)에서 구간 ton동안 저장된 에너지의 소실이나 소멸을 추가로 요한다. 이는 가령 트랜지스터 스위치로 형성되는, 제 2 전기 스위치(56)(도 6)의 도움으로 실행된다. 이 스위치(56)는 노드(36, 37) 사이에서 커패시터(56)와 직렬 회로를 형성한다. 스위치(56)의 제어 단자는 제어 회로(59)의 제어 출력부(58)에 연결된다. 스위치 신호(60)는, 도 7에 따라, 제어 출력부(58) 상에 항상 나타난다(스위치(38)의 스위치 신호(42)가 오프나 차단 상태로 스위칭될 때마다). 스위치 신호(42)의 후미 네거티브 측부의 위치는 스위치 신호(60)의 선두 파지티브 측부 위치에 해당한다. 제어 회로(59)의 전압 공급은 전압 공급원(55)의 도움으로 실행된다.
스위치(56)를 스위칭 온하면, 앞서 충전된 주권선(6)이 방전된다. 인덕턴스의 정상적 행동양식에서, 스위치(38)를 스위칭 오프할 때 노드(37)에서 백 전압(back EMF)가 상승한다. 이는 전압 공급원(35)의 전압 V1보다 클 수 있고, 스 위칭 오프 동작에서 어떤 위험한 과전압도 발생할 수 없도록 제한되어야 한다. 과전압은 가령 스위치(38)에 손상을 가할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 그리고 이와 동시에 다음의 ton 구간의 시작시 백 전압이 완전히 소실되는 것을 보장하기 위해, 도 7에 도시되는 신호(61)가 단자(37)에서 나타나는 바와 같이, 커패시터(57)의 커패시턴스와 스위치(56)의 스위치-온 지속시간이 선택된다. 신호(61)는 전압 V1에 해당하는 구성요소(61)와, 백 EMF에 의해 유발되는 구성요소(61b )로 구성되며, 백 전압은 스위치(56)를 스위칭 오프할 때까지 완전히 사라진다.
스위치(38, 56)를 통한 단락 회로와 스위치 신호(42)의 네거티브 측부를 피하는 것과 동시에, 또는 그 직후에 어떤 인식가능한 상황하에서만 스위치 신호(61)가 발생하도록 하기 위해, PWM 컨트롤러(41)의 출력(40)이 라인(62)을 통해 제어 회로(59)에 연결된다. 제어 출력부(58)에서의 스위치 신호(42)는 제어 회로(59)로부터의 스위치 신호(42)의 네거티브 측부가 감지되었을 때만 동작한다. 이는 스위치(38)에 대한 스위치-온 시간 ton이 매번 얼마가 큰가 여부에 상관없이 적용된다.
똑같은 이유로, 어떤 인식가능한 상황 하에서 스위치(38)가 스위치-온으로 갱신될 때 스위치(56)가 다시 차단 상태에 놓이는 것을 보장하는 방식으로, 제어 출력부(58)에서 스위치 신호(60)의 네거티브 측부의 위치, 또는, 스위치(56)에 대한 스위치-오프 점을 선택하는 것이 바람직하다. 이는, 스위치 신호(42)의 최대 허용 펄스 폭 ton으로도, 값 toff 에 해당하는 값보다 작은 지정(일정한) 폭이 스위치 신호(60)에 부여되는 경우처럼, 달성될 수 있다. 이는 도 7에서 볼 수 있으며, 도 7에서는 짧은 신호 선택(61c)이 백-EMF에 의해 유발되는 신호 선택(61b)에 폭 t로 이어져서, 스위치 신호(42)의 후미 측부가 쇄선이나 점선으로 표시되도록 스위치(56)의 스위치-온 동작이 시작되었는 지 여부에 상관없이, 스위치(56)가 항상 스위치-오프 상태에 놓인다. 그러나, 신호 선택(61c)의 폭 t는 펄스 폭 ton에 상관이 없으며 고정된 것으로 설명될 수 있다.
시간 구간 t가 가능한 짧게 만들어지고 필요시 (아래 표시되는 데이터 전송에 또한 연결된) 변화하는 환경에 적응하도록 하기 위해, 구간 t를 조절할 수 있는 수단이 본 발명에 따라 전력 공급 장치에 제공된다. 도 6에 따르면, PWM 컨트롤러(41)의 두 출력(63, 64)이 저항(65)을 통해 함께 연결되고, 이와 동시에 출력(64)은 커패시터(66)를 통해 접지부에 연결된다. PWM 컨트롤러(41)에서 일상적 방식으로 발생되는 기준 전압 V3가 출력부(63)에서 나타나고, 출력부(64)는 PWM 컨트롤러(41)의 내부 클럭 주파수를 설정하고 이와 동시에 클럭 신호를 내보내는 역할을 한다. 이는, 커패시터(66)가 출력부(63)에서 기준 전압 V3의 장치 상에서 톱니식 방식으로 저항(65)을 통해 충전되고, PWM 컨트롤러(41)에서 결정된 한도값에 도달할 때 다시 방전되도록 일어난다. 출력부(64)에서 얻은 톱니 신호(67)가 도7에 도시되며, 제어 회로(59)의 입력부에 공급된다. 저항(65)과 커패시터(66)를 적절히 결정함으로서, PWM 컨트롤러(41)의 내부 클럭의 주기 T의 지속시간과 주파수가 결정되며, 그 결과, 출력부(40) 상의 스위치 신호(42)가 신호(67)에서와 같은 주파수 및 주기 T를 가진다. 스위치 신호(42)의 네거티브 측부는 보조권선(5)을 이용한 조 절에 의해 나타나는 바와 같이 시간 구간 ton의 경과 후 생성된다.
도 6에 따르면, 제어 회로(59)의 입력(69)이 저항(68)을 통해 출력부(63)에 또한 연결된다. 이 입력(69)은 조절가능한 저항(70)을 통해 접지부에 또한 연결된다. 두 저항(68, 70)의 직렬 회로는 출력부(63)에 존재하는 기준 전압 V3에 대한 전압 디바이더를 나타낸다. 도 6에 도시되는 바와 같이 전압 디바이더에 의해 얻은 DC 전압 V4는 비교기 등의 도움으로 톱니 신호(67)와 비교되고, 톱니 신호(67)의 진폭이 입력부(69) 상의 DC 전압 V3와 일치할 때마다, 출력부(58) 상에 나타나는 스위치 신호(60)의 네거티브 측부가 제어 회로(59)에 의해 생성된다. 이 네거티브 측부의 위치는 저항(70)의 조절에 의해 뜻하는 대로 변경될 수 있고, 신호(61)의 백 EMF의 신호 섹션(61c)의 폭 t가 가능한 작도록 선택될 수 있다. 그래서, 가능한 넓은 신호 섹션(61b) 내에서 백 EMF가 소실되며 과전압이 신뢰할 수 있을 정도로 방지된다. 다시 말해서, 신호(61)의 파지티브 측부가 스위치 신호(42)의 네거티브 측부에 의해 결정되고, 신호 섹션(61b)의 네거티브 측부가 전압 V4와 톱니 신호(67)의 교차점에 의해 결정된다.
추가적인 특성에 따라, 상술한 스위치-모드 전력 공급 장치는 듀티 사이클 ton/T을 변경시킬 수 있을 뿐 아니라 스위치 주파수의 주파수나 주기 T도 변경되어 두개의 서로 다른 값으로 설정될 수 있도록 본 발명에 따라 배열된다. 이를 위해, 제 3 전기 스위치(71)와 추가적 저항(72)의 직렬 회로가 도 6에 따라 저항(65)에 병렬로 연결된다. 스위치(71)의 제어 입력은 제어 라인(73)을 통해 회로(74)에 연 결되며, 그 중요성은 아래에 설명된다. 스위치 신호가 제어 라인(73) 상에서 스위치(71)에 공급될 때, 이는 저항(65, 72)의 병렬 연결을 도출하며, 저항(65, 72)에 의해 형성되는 병렬 회로의 감소가 나타난다. 따라서, 저항(72)이 없을 대보다 매번 보다 빠르게 커패시터(66)가 충전되며, PWM 컨트롤러(41)의 내부 한도가 이에 따라 빨리 얻어진다. 이로 인해, 톱니 클럭 신호(67)의 주기 T가 감소하며, 즉, 이 신호의 주파수가 증가하며, 이는 스위치(38)에 대한 스위치 신호(42)의 주파수가 이에 따라 증가함을 의미한다. 이와 동시에, 동일한 조건 하에서 동일한 전력을 전송하기 위해, 보조권선(5)의 도움으로 부하(46)상의 전압의 PWM 조절에 의해 스위치(38)의 스위치-온 시간 ton이 자동적으로 일부 감소된다.
신호(67)의 주파수 변화로 인해, 스위치(56)에 대한 스위치-오프 순간이 이에 따라 앞당겨진다. 즉, 증가된 주파수에 자동적으로 부합된다. 따라서, 스위치(71)나 저항(72)을 이용한 주파수 변화는 도 7의 시간 구간 t에 거의 영향을 미치지 않는다. 차라리, 주파수의 어떤 가능한 변화가 자동 적응을 불러일으킨다.
고정식 요소(16)로부터 회전식 요소(18)로의 정보/데이터 전송은 아래 설명되는 방식으로 발명에 따라 실행된다. "정보"나 "데이터"라는 개념은, 회전식 요소(*18)로부터 고정식 요소(16)로의 데이터 전송에서도 마찬가지로, 가장 일반적인 범주에서, 어떤 시리얼 비트 패턴에 배열되는 논리값 0 및 1 신호의 전송만이 일반적으로 포함되는 것을 의미한다.
전송될 데이터는 도 6에서 라인(78) 상에 직렬로 공급된다. 라인(78)은 적절 한 인터페이스(가령, RS 232 시리얼 인터페이스)를 이용하여 PC, 원형 편물기 컨트롤러, 등의 고정식 출력부에 연결된다. 데이터나 "0" 및 "1" 신호의 공급은 7800 비트/초의 보드속도(baud rate)로, 즉, 스위치 신호(42)의 주파수보다 작은 주파수에서 실행된다.
회로(74)의 입력부(79)에 데이터가 먼저 공급된다. 회로(74)는 제 2 입력부(80)를 또한 가진다. 제 2 입력부(80)는 PWM 컨트롤러(41)의 출력부(40)에 블록(81)을 통해 연결된다. 블록(81)은 출력부(40)의 스위치 신호(42)를 데이터 처리에 적절한 신호(82)(도 8)(적절히 낮은 값을 가짐)로 변환하는 역할을 한다. 전송되어 입력부(79)에 도달할 데이터가 신호 트레인(83)으로 도식적으로 도시되며, 이 경우에 높은 값 H의 신호가 논리값 "1"을 나타내고, 낮은 값 L의 신호가 논리값 "0"을 나타낸다. 데이터는 어떤 임의 코드나 기호 형태로 배열될 수 있고, 시작 및 종료 비트, 패러티 비트, 등을 포함한다. 데이터 입력은 비동기식으로 발생한다.
입력부(79)에 나타나는 데이터와 입력부(80)에 나타나는 신호(82)는, 가령, AND 함수를 이용하여, 회로(74)에서 검사된다. 신호 트레인(83)이 신호(82)의 파지티브 측부 순간에 낮은 값 L에 놓인다면, 이는 논리값 "0"으로 인식되며, 회로(74)(도 6 및 8)의 출력부(84)가 L로 설정된다. 이는 가령 도 8의 점(85)에서 표시되는 바와 같다. 그 결과, PNP 트랜지스터 형태의 스위치(71)가 스위치-온 또는 전도 상태로 유지되며, 따라서 두 저항(65, 68)에 영향이 미쳐, PWM 컨트롤러(41)가 높은 주파수, 또는 짧은 주기 T로 동작한다.
그러나 신호 트레인(83)이 신호(82)의 외양에서 높은 값 H에 놓일 때, 이는 논리값 "1"로 인식되고 회로(74)의 출력부(84)는 H로 설정된다(도 8의 신호(86). 이에 의해, 스위치(71)는 제어 라인(73)을 통해 차단된 비전도 상태로 스위칭된다(도 8, 점(87)). 따라서 저항(65)만이 이제 유효하며, 그래서 스위치(38)에 대한 스위치 신호(42)의 주기 T가 증가하여, 그 결과, 다음 스위치 신호(42)나 다음 신호(82)가 스위치 신호(42)의 이에 따라 증가한 주기(T)에 해당하는 만큼의 구간만큼 지연되는 것으로 나타난다. 이는 톱니 신호(67)(도 7)의 결과이며, 이 신호(67)는 스위치 신호(42)의 시작시에 시작된 바 있으며, 커패시터(66)의 충전 시간이 길어짐에 따라 이제 더 긴 주기 T를 가진다. 스위치(56)의 스위치-온 지속시간은 입력부(69) 상의 전압과 톱니 신호(67)의 도움으로 자동적으로 늘어난다. 출력부(84)에서의 신호가 어떤 순간에, 그리고 스위치 신호(42)의 시작시에 L로 재설정되면, 스위치 신호(42)는 스위치(71)의 스위칭-오프로 인해 짧은 주기 T를 다시 자동적으로 얻는다.
상술한 방식으로 얻은 스위치 신호(42)의 주파수나 주기 T 변경은 도 9에서 확대되어 도시된다. 회로(74)의 논리값 "0"의 인식은 스위치 신호(42a)의 짧은 주기 T1을 가진 높은 주파수에 해당한다. 그러나 논리값 "1"이 인식되면, 스위치 신호(42b)의 주파수가 감소된다. 즉, 주기가 값 T2로 증가한다. 전송될 데이터에 따라 PWM 컨트롤러(42)의 스위치 신호(42)가 이렇게 변경되는 것은 본 실시예에서 T1=24.7 마이크로초, T2=27.6 마이크로초이도록 선택된다. 따라서, 논리 회로(74)는 고정식 요소로부터 회전식 요소까지 전송될 정보에 따른 스위칭 모드 전력 공급의 클럭 주파수나 주기 T를 변경시키기 위한 고정식 요소에 장착되는 수단을 나타 낸다.
발명에 따르면, 회전식 요소는 수정된 스위치 신호(42)로부터 정보를 회복시키기 위한 수단을 포함한다. 이 신호들(42)은 도 6에 도시되는 방식으로 형성되며, 2차 회로의 노드(48)(도 6)에서 거의 동일하게 나타난다. 도 10에 따르면(도 6과 유사한 부분은 같거나 유사한 부호로 표시됨), 이 수단은 카운터(88)와 그 출력부에 연결된 평가 유닛(89)을 포함한다. 카운터(88)의 스위치 입력부(90)는 도 6의 노드(48)에 연결된다. 카운터(88)의 카운트 입력부는 클럭 제너레이터(91)에 연결되며, 클럭 제너레이터(91)는 스위치 신호(42)의 주파수보다 더 큰 주파수(가령, 16MHz)의 클럭 신호를 발생시킨다.
도 10에서 도시되는 바와 같이, 노드(48)에 나타나는 전압에 비해 감소된 전압이 카운터(88)의 입력부(90)에 공급되는 것이 바람직하다. 이 감소 전압은 직렬로 연결되어 전압 디바이더를 형성하는 두 저항(93, 94) 사이의 노드(92)에서 픽 오프되며, 전압 디바이더는 도 6의 제 2 다이오드(47)와 병렬로 연결된다. 다른 한편, 이 전압은 논리 데이터 처리에 적절한 값으로 도 6의 블록(81)에 해당하는 블록(95)에 의해 감소되어, 이 처리 형태로 스위치 입력부(90)에 공급된다. 이 주기에 관련하여, 이 신호들은 PWM컨트롤러(41)의 출력부(40)와 노드(48)과 비교하여 변경되지 않는다.
카운터(88)는 노드(92)에서의 전압이나 펄스(49)의 각각의 파지티브 측부에 의해 재설정되고 동시에 재시작된다. 그후 카운팅되는 클럭 제너레이터(91)의 클럭 펄스는 도 9의 스위치 신호(42a, 42b)의 주기 T1과 T2에 따라 좌우되는, 또는, 노 드(48, 92)에서 신호의 상응하는 주기에 따라 좌우되는, 카운터 상태를 매번 이끌게 된다. 16 MHz의 클럭 주파수로, 위 예에서, 24.7 마이크로초의 주기는 약 395의 카운터 상태에 해당하며, 27.6 마이크로초의 주기는 442의 카운터 상태에 해당한다. 따라서, 418보다 작은 카운터 상태에 대해 출력부(96)에서 논리값 "0"을 발급하고 418보다 큰 카운터 상태에 대해 논리값 "1"을 발급하도록 평가 유닛(89)이 설정될 수 있다.
카운터(88)의 입력부(90)에서의 신호와 평가 유닛(89)의 출력부(96)에서의 신호가 도 11에 도시된다. 이에 따르면, 입력부(90)에서의 제 1 신호(97a)는 출력부(96)에서 상태 H에 이른다(도 11의 신호 섹션(98a)). 입력부(90)의 신호(97b)는 출력부(96)에서 상태 L에 도달한다(신호 섹션(98b)). 동일한 방식이 입력부(90)의 신호(97c)에도 적용된다(출력부(96)의 신호 섹션(98c)). 마지막으로, 신호(97b)는 출력부(96)에서 신호 상태 H(신호 섹션(98d))에 도달한다. 신호(97, 98)간 비교에 의해, 서로에 대해 한주기만큼 변위되어 있음을 알 수 있다. 이는, 논리값 "0"이나 "1"이 여기 존재하는 지를 평가 유닛(89)을 통해 결정하도록, 가령 신호(97b)의 주기 T1이 카운터 상태가 구축되기 전에 먼저 경과되어야 함에 의해 발생된 것이다. 이에 따라, 신호(97d)는 상응하는 주기 T2의 만료 이후에만 출력부(96)에서의 상태 H가 이와 관련되어야 하는 결과를 가져온다. 약 한주기만큼의 이러한 변위가 출력부(96) 상의 모든 신호에 적용되기 때문에, 출력부(96)에서의 데이터 순서는 회로(74)의 입력부(79)에 나타나는, 도 8에 도시되는 데이터나 비트 순서와 진실한 대등관계를 나타낸다.
그러므로, 발명에 따르면, 전력 전송용과 동일한 유도식 전송부가 고정식 요소로부터 회전식 요소로의 데이터 전송에 사용된다. 즉, 스위치 모드 전력 공급원이나 PWM 컨트롤러(41)의 스위치 신호(42)가 주파수 변조의 종류에 따라 수정된다. 데이터 스트림이 이에 의해 비동기적으로 전송되기 때문에, 도 10의 출력부(96)에서의 상술한 변위는 중요하지 않다. 데이터 스트림에 존재할 수 있는 시작 및 정지 비트의 위치는 불변으로 유지된다. 이와는 별도로, 데이터 전송에 의해 유발되는 2차회로에서의 변화는 중요하지 않다. 왜냐하면, 부하(46)에 전력 전송이 이들이 큰 효과를 가지지 않기 때문이다.
회전식 요소(18)로부터 고정식 요소(16)로의 정보/데이터 전송은 아래 설명되는 방식으로 발명에 따라 실시된다. 이 역시 "0"과 "1"신호의 전송에 관한 것이다. 전송될 데이터는 도 12의 라인(101)에서 직렬로 공급된다. 도 12에서 도 6과 유사한 부분들은 같은 번호를 이용한다. 이 라인(101)은 회전식 요소(18) 상에 제공되는 컨트롤러 등의 출력부에 RS 232 인터페이스를 통해 연결된다. 데이터 공급은 스위치 신호(42)의 주파수보다 작은 주파수를 가진, 7800 비트/초의 보드 속도(baud rate)로 실행된다(일례임).
데이터는 회로(103)의 입력부(102)에 먼저 공급되고, 회로의 제 2 입력(104)에는 단자(92)(도 10)에서 발생한 신호가 필요한 논리 값만큼 블록(95)에서 감소된 후 공급된다. 따라서, 이 신호는 도 11의 신호(97)(참고, 도 13)에 대응한다. 이 신호들은 먼저 지연 회로(105)에서 지연 신호(106)(도 13)로 변환되어, 회로(109)의 입력부(108)에 공급된다. 지연 신호(106)로 인해, 펄스 제너레이터(도시되지 않 음)가 신호(97)의 네거티브 측부에 의해 트리거되며, 이들 각각에 대한 신호(106)를 발급한다.
회로(109)는 입력부(102)에 신호 트레인(110)(도 13) 형태로 나타나는 데이터의 논리 상태를 검사하는 기능을 한다. 즉, 회로(74)(도 6)와 같은 기능을 한다. 신호 트레인(110)은 도 13에 따르는 형태를 취하며, 이는 입력부(79)에서 신호 트레인(83)의 형태에 대응한다(도 6 및 8 참조). 신호 트레인(110)이 지연 신호(106)의 네거티브 측부의 순산에 레벨 L에 위치하면 논리값 "0"이 인식되고 펄스가 없다. 즉, 회로(109)(도 12, 13)의 출력부(111)에서 논리값 "0"이 발생된다. 도 13의 점(112)를 참고할 수 있다. 그러나, 신호 트레인(110)이 신호(106)의 네거티브 측부의 순간에 H 상태에 놓일 경우, 논리값 "1"이 인식되고, 논리값 "1"에 해당하는 스위치 신호(114)(도 13)가 회로(109)에 의해 발생된다.
회로(103)의 출력부(111)가 도 12에 따라, 가령 스위치 트랜지스터같은 전기 스위치(115)의 제어 입력부에 연결된다. 이 스위치(115)는 저항(116)의 제 1 단자와 접지부 사이에 연결되며, 저항(116)의 다른 한 단자는 커패시터(117)의 단자와 직렬로 연결된다. 커패시터(117)의 다른 한 단자는 회전식 요소에 장착된 2차코일부(2)(도 1)의 보조권선(10) 단자에 연결된다. 스위치(115)와 저항(116)간의 노드(118)는 전압 디바이더로 작용하는 저항(119)를 통해 접지된다. 도 1 및 2에 따르면, 보조권선(10)이 1차 및 2차코일부(1, 2)의 두 주권선(6, 11)에 유도식으로 연결된다.
신호(106)의 지연(이를 통해 신호 트레인(110)이 평가됨)은, 구간 toff동안 이 신호들(106)이 항상 발생하고 시간 구간 ton에서 2차코일부의 주권선(11)에 저장된 에너지가 크게 소실되고 따라서 2차코일부의 주권선이 1차코일부의 주권선(6)에 별 영향을 미치지 않을 때 항상 발생하도록, 선택된다. 그 결과, 스위치(115)(도 2)가 신호(114)(도 13)에 의해 전도 상태로 될 때마다 1차코일부의 주권선(6)으로부터 에너지가 빠져나간다. 왜냐하면, 전류가 보조권선(10), 커패시터(117), 그리고 저항(116)을 통해 흐르기 때문이다. 따라서, 주권선 상의 2차코일부의 주권선(11)으로부터 반응이 없기 때문에 보조권선(10) 상에 나타나는 전압이 주권선측에서 바로 측정될 수 있다.
노드(92, 104)에서의 신호(97)간에 펄스 중단이 존재할 때, 다시 말해서, 스위치(38)가 스위치 오프되고 스위치(56)(도 6)가 스위치 온될 때, 상술한 설명에 따라 신호(106)와 신호(114)(도 13)가 항상 발생된다.
도 12의 스위치(115)에서의 상술한 스위치-온은 도 14에서 도시되는 방식으로 노드(118)에서 작용한다. 스위치(115)가 출력부(111)에서 "0"에 해당하는 차단 상태일 때, 노드(118)의 신호(120)는 노드(37)(도 6, 7, 12)의 신호(61)의 경로와 유사한 경로를 따르며, 백 전압에 의해 야기된다. 그러나 스위치(115)가 출력부(111)에서 "1"에 해당하는 전도 상태에 놓일 경우, 보조권선(10)이 간단하게 로딩되어, 특성 노치(characteristic notch)(121)가 신호(120)의 선두 영역으로 된다. 이로부터 생기는 전체 신호(122)는 신호(120)와는 크게 다르다. 이에 해당하는 변화가 유도식 연결에 의해 고정식 요소에 위치한 노드(37)(도 12 및 14)에서 생기며, 이에 의해, 신호(61)(도 6)이 신호(123)(도 14)로 변환되고, 이는 선두 영역에서의 특성 전압 노치(124)의 특성을 가진다.
회전식 요소로부터 고정식 요소로의 데이터 전송에서, "0" 신호는 백 EMF로부터 생기는 도 7의 신호(61)를 불변으로 남기며, 이때, "1" 신호는 백 EMF를 변화시키며, 따라서, 신호(61)를 신호(123)로 변화시킨다. 이 변화는 도 15와 16을 참고하여 아래에 설명되는 고정식 요소에 장착된 수단에 의해 본 발명에 따라 측정되며, 변화한 백 EMF로부터 입력부(102)(도 12)에 공급되는 정보를 회복시키는 데 사용된다.
도 6과 유사한 부분이 같은 번호로 표시되는 도 15에 따르면, 차감 회로(127)가 노드(37)에 연결되어, 도 7을 참고하여 설명되는 DC 전압 성분(도 6의 전압 소스(35)의 전압 V1)을 도 14의 신호(61, 123)로부터 차감하는 기능을 하며, 이에 의해, 논리값 "1"에 해당하는 신호(128)와 논리값 "0"에 해당하는 신호(129)가 발생하며(도 16에 확대되어 도시됨), 이때, 신호(128)는 도 14의 신호(122, 123)와 유사한 노치(130)를 가진다. 신호(128, 129)는 도 13과 16에 나타나는 바와 같이 도 6이나 15의 스위치(38)의 toff 구간동안 항상 나타난다. 이 신호들(128, 129)을 평가하기 위해, 차감 회로(127)의 출력부(131)가 회로(132)의 입력부에 연결되며, 회로(132)는 병렬로 연결되는 8개의 비교기를 포함한다. 이 비교기들은 도 16에 도식적으로 전개되는 바와 같이 각각 다른 트리거 레벨(133~140)로 설정되며, 이 레벨을 넘을 때 신호(133a~140a)를 내보낸다. 이 신호들 역시 도 16에 도시된다. 따라서, 신호(128, 129)의 진폭이 지정된 작은 트리거 한도(133)을 넘자마자, 그리고 이를 넘는 동안 계속해서, H 상태에서 L 상태로 넘어가는 출력을 가지는 신호(133a)를 가지도록 제 1 비교기가 조절된다. 제 2 비교기에서는, 신호(128, 129)의 진폭이 어떤 보다 큰 한도(134)를 넘자마자, 그리고 이를 넘는 동안 계속해서, L 상태로 넘어가는 신호(134a)가 나온다. 도 16에 도시되는 바와 같이, 이 결과는 노치(130)를 고려할 때, 신호(134a)는 신호(128)의 한주기동안 상태 L에 두 번 도달하며, 그러나 이 상태 L 사이에서, H 상태가 가정된다. 반면에, 신호(129)의 한 주기 내에서는 신호(134a)가 상태 H로부터 상태 L로 한번만 도달한다. 신호(135a~139a)에 대해서도 마찬가지 원리가 적용된다. 본 예에서 신호(140a)는 신호(129)에서 H로부터 L로 한번만 전이되며, 신호(128)에서는 이러한 전이를 보이지 않는다.
회로(132) 비교기들의 출력 신호(134a~140a)는 대응하는 숫자의 출력부(142) 상에서 카운터 회로(143)에 공급된다. 카운터 회로(143)는 8개의 카운터를 가지며, 이 카운트 입력부는 출력부(142) 각각에 연결된다. 카운터는 파지티브 도 6에 역시 도시되는 회로(81)의 출력부에서 나타나는 신호들의 파지티브 측부에 의해 재설정되고 네거티브 측부에 의해 재시작된다. 이 신호들은 스위치 신호(42)(도 7)로부터 도출되는 신호(82)(도 8)에 대응하며, 이 신호들(82)은 입력부(80)에 또한 공급된다. 따라서 카운트 사이클은 스위치 모드 전력 공급 장치의 스위치 오프 사이클 toff 의 시작시에 항상 시작되며, 카운터는 각각 한 카운트 단계만큼 신호(133a~140a)의 네거티브 측부에 의해 앞서나간다.
카운터를 재설정할 때, 그 카운트 결과는 해당 숫자의 출력부(144)에서 논리 평가 유닛(145)으로 전달된다. 카운트 결과는 경우에 따라 0, 1, 또는 2의 값을 가질 수 있다. 신호(129)의 경우에, 모든 카운터는 "1"을 디스플레이할 것이고, 신호(128)의 경우에 신호(133a와 138a, 139a) 각각은 카운터 결과"1"을 이끌 것이며, 반면에, 신호(134a~137a) 각각은 "2"의 카운터 결과를 보일 것이다. 카운터 결과 "0"은 신호(128)를 평가하는 경우에 트리거 한도(139) 위에 놓인 트리거 한도(140)에 의해 얻어질 수 있다.
두개 이상의 카운터가 주기 T동안 카운터 상태 "2"를 가정할 때 논리 평가 유닛(145)은 출력부(146)에서 논리값 "1"을 내보내도록 만들어진다. 그러나 단 한개의 카운터만이 카운터 상태 "2"를 얻거나 어떤 카운터도 카운터 상태 "2"를 얻지 못할 경우, 또는, 카운터 상태 "1"만을 얻을 경우, 논리값 "0"이 출력부(146) 상에서 나온다. 따라서, 논리값 "1"은 신호(128) 인식에 있어 높은 확실성을 나타내며, 논리값 "0"은 신호(129) 인식에 있어 확실성이 높다는 것을 나타낸다. 다른 상황도 물론 평가를 위해 사용될 수 있고, 8개 이상이나 이하의 카운터가 사용될 수도 있다.
출력부(146)에 나타나는 신호 트레인이 도 16에 도시된다. 신호(128)가 지닌 논리값 "1"이 한 클럭 주기만큼 지연되어 출력부(146)에서 재생성된다(도 16의 신 호 섹션(147)). 왜냐하면, 상술한 평가 유닛(145)을 사용할 때 카운터 회로(143)에서 이 신호(128)가 이끌어낸 카운터 상태가 신호(128)의 종료부에서 결정되기 때문이다. "0" 신호(129)는 한 클럭 주기만큼 지연되어 출력부(146)에서 이에 따라 재생성된다(신호 섹션(148)). 한 클럭 주기만큼의 데이터 트레인의 이러한 변위는 유해하지 않으며, 선호되는 비동기식 데이터 전송으로 인해, 고정식 요소로부터 회전식 요소로 전달되는 데이터 트레인의 변위와 마찬가지다(유해하지 않다). 왜냐하면, 일반적으로 존재하는 시작 및 정지 비트 등이 소실되지 않기 때문이다.
2차측으로부터 1차측으로의 상술한 데이터 전송은 반대방향 동시 데이터 전송때문에, 도 15와 15의 스위치 신호(82)가 짧은 주기나 긴 주기(T1 또는 T2)(도 9)를 가지는 지에 상관이 없다. 또한, 스위치 신호의 펄스 중단 중 전송이 항상 일어나기 때문에, 순간적인 듀티 사이클 ton/T가 더 크거나 작은 지 여부에도 상관이 없다.
현재 최선이라고 간주되는 실시예에서, 시장에서 판매되는 다음의 JC 회로에 의해 여러 블록들이 구현된다.
블록 41 L 4990A
블록 59 L 6380
블록 88, 89, 103, 143, 145 IC 9572
블록 127 LM 6142
블록 132 MAX 942
블록 81, 95 74 HC 14
발명은 상술한 실시예들에 제한되지 않으며, 여러 방식으로 수정될 수 있다. 이는 상술한 평가 유닛에 특히 적용된다. 에를 들어, 고속 디지털 신호 프로세서를 가진 신호(128, 129)를 샘플링하고, 아날로그/디지털 컨버터로 다수의 점(149)(도 6)에서 그 진폭들을 측정하는 것이 가능하다. 이 측정값들은 노치(130)를 감지하는 데 사용될 수 있고, 따라서 논리값 "0"으로부터 논리값 "1"을 구별해내는 데 사용될 수 있다. 또한, 1차측으로부터 2차측으로 데이터 전송과 동시에 2차측으로부터 1차측으로의 데이터 전송을 함께 실행할 수 있다. 왜냐하면, 주파수나 백 전압의 상술한 변화가 서로 간섭하지 않기 때문이다. 따라서, 각각의 주기 T동안 "0"이나 "1"이 한 방향 및 다른 한 방향으로, 즉, 두방향 모두로 전달될 수 있다. 그 관련성이 임의적이라는 것은 명백하다. 즉, 도 11과 16에서, 신호(27a, 128)는 "0"으로 평가될 수 있고, 신호(97b, 129)는 논리값 "1"로 평가될 수 있다. 어느 경우에도, 동일한 스위치 모드 전력 공급과 동일한 전송부나 그 일부가 전력 및 정보를 전달하는 데 사용될 수 있고, 두 종류의 전달이 서로를 방해하지 않는다.
더욱이, 도 1~5를 참고하여 설명한 전송부는 상술한 권선과는 다르게 제공되도록 수정될 수 있다. 이는 평평한 받침대 위에 놓인 편물기같은 다른 편물기가 관련될 때 특히 적용된다. 이 경우에, 이동식 캐리지(movable carriage)가 제공되어, 바늘 받침대에 상대적 선형 움직임을 부여하고, 따라서, 상술한 1차 및 2차코일부간 유도식 연결이 전체 캐리지 스트로크에 대해 존재하여야 한다. "이동식(movable)"이라는 표현은 도 1의 두 구성요소(16, 18)간 모든 상대적 움직임을 포함하여야 할 것이며, 두 구성요소 모두 이동식일 수도 있다. 더욱이, "0"이 "1"과 구별될 수만 있다면 도 15와 16에 도시되는 트리거 단계의 수는 임의적이다. 이에 따라, 신호(128, 129)에 대한 인벨롭 곡선을 발생시킬 수 있으며, 각 경우에 백 EMF의 레벨로 트리거 한도를 자동적으로 조정하는 것도 가능하다. 더욱이, 주어진 주파수 및 전압이 넓은 한도 내에서 변할 수 있다. 더욱이, 상술한 전력 및 정보 전송의 구현을 위해 상술한 하드웨어/소프트웨어 요소와는 다른 요소가 사용될 수 있으며, 전송된 데이터의 평가가 전용 소프트웨어의 도움으로 독점적으로 행해질 수도 있다. 더욱이, 상술한 비동기식 데이터 전송 대신에, 동기식 데이터 전송이 자연스럽게 사용될 수 있다. 즉, 임의적으로 급속히 도달하는 데이터를 수용하기 위한 버퍼 저장소가 제공되며, 그후 이 데이터는 스위치 모드 전력 공급의 주파수나 클럭 사이클에서 버퍼 저장소로부터 판독된다.
본 발명은 초기 언급된 종류의 장치를 설계하는 기술적 문제점을 바탕으로 하여, 전력 및 데이터의 비접촉식 전송이 구조적으로 간단한 수단으로 실행될 수 있고 동일한 구성요소들이 두 종류의 전송에 사용될 수 있도록 한다.
청구범위 제 1 항의 특징부는 이 문제를 해결하는 기능을 한다.
본 발명은 펄스 폭 변조(PWM)를 바탕으로 한 기존의 전력 공급부가 에너지/전력 전송과 정보/디지털데이터 전송 모두를 위해 변압기 형태로 형성되는 전송 장치와 조합되어 사용된다. 따라서, 두 종류의 전송 모두가 추가적 비용없이 공통 채 널 상에서 구현될 수 있고, 데이터가 전력과 동시에 양방향으로 전송될 수 있도록 인터리빙(interleaved)되는 방식으로 두 종류의 전송 모두가 구현될 수 있다. 더욱이, 통합형 PWM 회로는 시장에서 대량으로, 또한 다수의 변종을 포함하여 판매되고 있으며, 따라서, 완전한 장치가 비교적 저렴하게 제작될 수 있다.
더욱이, 발명의 추가적인 장점들은 종속항에서 나타난다.

Claims (15)

  1. 서로에 대해 이동식인 두 구성요소(16, 18)와, 이 두 구성요소(16, 18)간에 비접촉식 유도 연결을 통해 전력 및 정보를 동시 전송하기 위한 전송부를 포함하는 전력 전송 장치로서,
    상기 전송부는 공통 전송부, 전력 공급부, 그리고 신호 수정 수단(71, 72, 또는 10, 115~119)을 포함하고,
    전력 및 정보의 전송을 위한 상기 공통 전송부 내의 상기 구성요소 중 하나(16)에는 1차코일부(1, 24)가, 상기 구성요소 중 다른 하나(18)에는 2차코일부(2, 27)가 장착되며,
    1차코일부(1, 24)에 연결된 전력 공급부는 펄스 폭 변조를 바탕으로 지정 클럭 주파수로 동작하고 지정 듀티 사이클을 가지며,
    상기 신호 수정 수단(71, 72, 또는 10, 115~119)은 전송될 정보에 따라 전력 공급부에 의해 발생되는 신호를 수정하는
    것을 특징으로 하는 전송부를 가진 전력 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 1차코일부와 2차코일부(1, 24; 2, 27)는 공기 통로(15; 32)에 의해 분리되는 두개의 코어 해프(3, 8; 25, 28)를 가진 공통 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 1차코일부와 2차코일부(1, 24; 2, 27) 각각은 주권선 및 보조권선(각각 6, 11, 그리고 5, 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 1차코일부(1)의 주권선(6)이 DC 전압 소스(35)와 전기 스위치(38)에 연결되며, 전력 공급부는 스위치(38)의 온 및 오프 스위칭을 위한 PWM 컨트롤러(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 1차코일부(1)의 보조권선(5)은 2차코일부(2)에 연결된 부하(46)의 값에 따라 듀티 사이클을 변경시키는 기능을 하는 신호를 발생시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 공급부에 의해 발생되는 신호의 신호 수정 수단(71, 72, 또는 10, 115~119)은, 한 구성요소(16)로부터 다른 한 구성요소(18)로 전송될 정보에 따라 클럭 주파수를 변경시키기 위해 한 구성요소(16)에 배치되는 수단(71, 72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 수정된 주파수로부터 정보를 회복시키기 위한 수단(88~96)이 상기 다른 한 구성요소(18)에 제공되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 다른 한 구성요소(18)로부터 상기 한 구성요소(16)로 전송될 정보에 따라 전력 공급부에 의해 발생되는 신호를 수정하기 위한 신호 수정 수단이 2차코일부(2)의 보조권선(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 전력 공급부의 동작시 1차코일부(1)의 주권선(6)에서 발생하는 백(back) EMF를 수정시키도록, 2차코일부(2)의 보조권선(10)이 배열되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 2차코일부(2)의 보조권선(10)이 스위치(115)와 직렬 회로를 형성하고, 이 스위치(115)는 상기 다른 한 구성요소(18)로부터 상기 한 구성요소(16)로 전송될 정보에 따라 스위칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 수정된 백 EMF로부터 정보를 회복시키기 위한 수단(127~146)이 상기 한 구성요소(16)에 제공되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  12. 제 1, 6, 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 공급부에 의해 발생된 신호를 수정하기 위한 신호 수정 수단은 전송부에서 정보가 양방향으로 동시에 전송될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 정보가 동기식으로 전송될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 한 구성요소(16)가 고정식 구성요소이고 상기 다른 한 구성요소(18)가 이동식 구성요소인 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.
  15. 제 1 항 내지 11 항, 제 13 항 및 제 14 항 중 어느 한 항에 따르는 전력 전송 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 원형 편물기(circular knitting machine).
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