KR101104476B1 - 비접촉 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉으로 전원을 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 고주파 전력 변환 장치와 고주파 급전선이 변압기를 통해 연결되며, 변압기는 1차측에 돌입전류를 감쇄하기 위한 감쇄부가 연결되고 2차측이 접지되어 있다.
본 발명에 따르면 고주파 급전선에 발생되는 정전기를 제거할 수 있으며, 고주파 노이즈가 감소되며, 지락 사고 발생시 대형 사고로 이어지는 것을 방지할 수 있다.

Description

비접촉 전원 공급 장치 {Non-contact power supply apparatus}
본 발명은 비접촉으로 전원을 공급하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고주파 전력 변환 장치와 고주파 급전선이 변압기를 통해 연결되며, 변압기는 1차측에 돌입전류를 감쇄하기 위한 감쇄부가 연결되고 2차측이 접지되어 있는 비접촉 전원 공급 장치에 관한 것이다.
오늘날 물건이나 사람을 실어 나르기 위한 많은 이동 대차가 사용되고 있다. 이러한 이동 대차에 전원을 공급하기 위해서 이동 대차에 직접 전선을 연결하거나 슬라이드 접촉 방식이 이용된다. 그러나 직접 전선을 연결하는 것은 이동 대차의 운행에 많은 제약이 따르고, 슬라이드 접촉 방식은 접촉 불량이 발생할 우려가 있으며 슬라이드에 따른 마모와 먼지 등이 발생되어 클린룸 같은 환경에서는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 이동 대차에 비접촉으로 전원을 공급하기 위한 장치가 제안되었다. 도 1은 종래의 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 비접촉 전원 공급 장치(100)는 고주파 전력 변환 장치(110), 고주파 급전선(120), 수전부(130)를 구비한다. 고주파 전력 변환 장치(110)는 외부에서 인가되는 교류전원을 고주파 전력으로 변환하는 장치이다. 고주파 급전선(120)은 이동 대차의 이동 구간에 포설되어 고주파 전력 변환 장치(110)로부터 변환된 고주파 전력을 공급 받는다. 수전부(130)는 고주파 급전선(120)과 이격되어 이동 대차에 설치된다. 이동 대차가 이동함에 따라 수전부(130)는 고주파 급전선으로부터 자기유도 방식으로 전원을 공급 받는다.
종래의 비접촉 전원 공급 장치(100)는 고주파 전력 변환 장치(110)와 고주파 급전선(120)이 직접 연결되어 있으며, 따라서 고주파 급전선(120)을 접지할 수 없다. 이에 따라 고주파 급전선(120) 자체에서 정전기가 발생되는 경우 이로 인해 기기에 손상이 발생할 수 있으며, 고주파 노이즈가 과다 발산되고, 지락 사고 발생시 대형 사고로 이어질 수 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 고주파 급전선에 발생될 수 있는 정전기를 제거하고, 고주파 노이즈를 감소시키며, 지락 사고 발생시 대형 사고로 이어지지 않도록 할 수 있는 비접촉 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 변압기에 발생되는 돌입전류에 의한 손상을 방지할 수 있는 비접촉 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변압기의 누설 리액턴스를 높여 과전류를 제거할 수 있는 비접촉 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치는 고주파 전력 변환 장치, 고주파 급전선, 변압기, 수전부를 포함한다. 고주파 전력 변환 장치 외부의 교류전원을 인가받아 고주파 전력으로 변환한다. 고주파 급전선은 이동 대차의 이동 구간에 포설된다. 변압기는 1차측이 고주파 전력 변환 장치와 연결되며 2차측이 고주파 급전선과 연결된다. 변압기의 2차측은 접지되어 있다. 수전부는 고주파 급전선과 일정 간격을 유지하면서 이동 대차에 장착된다. 수전부는 이동 대차의 이동에 의해 고주파 급전선으로부터 자기유도 방식으로 전원을 공급받는다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 변압기는 1차측에 돌입전류를 감쇄하기 위한 감쇄부가 연결될 수 있다. 감쇄부는 1차측의 입력에 연결된 인덕터와 1차측 출력에 연결된 커패시터를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치는 고주파 급전선에 커패시터를 병렬로 연결하여 트랩회로를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 변압기는 지지부, 한 쌍의 자속부, 코일 권선부, 폐쇄부를 구비할 수 있다. 한 쌍의 자속부는 지지부의 양 측면에서 지지부에 대해 수직으로 돌출된다. 코일 권선부는 한쌍의 자속부 사이에서 지지부로부터 수직으로 돌출되며, 1차측의 코일과 2차측의 코일이 서로 이격되어 권선된다. 폐쇄부는 지지부와 대향하여 위치하며 한 쌍의 자속부의 끝단과 접하고 코일 권선부와는 미세한 공극을 유지한다.
본 발명의 비접촉 전원 공급 장치는 고주파 전력 변환 장치와 고주파 급전선이 변압기를 통하여 연결되며, 변압기의 2차측이 접지되어 있다. 따라서 고주파 급전선에 발생되는 정전기를 제거할 수 있으며, 고주파 노이즈가 감소되며, 지락 사고 발생시 대형 사고로 이어지는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치는 변압기가 감쇄부를 구비하므로 변압기에 발생되는 돌입전류에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치는 변압기의 코일 권선부와 폐쇄부가 공극을 유지하면서 결합되므로 변압기의 누설 리액턴스를 높여 과전류를 제거할 수 있으며, 지지부와 한 쌍의 자속부 및 폐쇄부가 폐루프를 형성하므로 자기장이 외부로 누설되지 않는다.
도 1은 종래의 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수전부를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치(1000)는 고주파 전력 변환 장치(1100), 고주파 급전선(1200), 변압기(1300), 수전부(1400)를 포함한다.
고주파 전력 변환 장치(1100)는 외부의 3상 교류전원을 인가받아 고주파 전력으로 변환하여 공급한다. 고주파 전력 변환 장치(1100)는 3상 교류전원을 입력단에 연결하는 스위치(SW1, SW2, SW3)와, 노이즈 제거를 위한 인덕터(L1, L2, L3), 그 후단에 연결된 퓨즈(F1, F2, F3)와 정류기(D1), 전압 보상을 위한 커패시터(C1), 고주파 성분으로 바꾸는 스위칭 소자(TR1)를 구비한다.
고주파 급전선(1200)은 이동 대차(2000)의 이동 구간에 포설된다. 고주파 급전선(1200)은 리츠 케이블(Litz cable)일 수 있다. 리츠 케이블은 지름 0.1mm 정도의 가는 에나멜선 또는 폴리우레탄선 등을 수십 내지 수백 가닥을 각각 1가닥씩 특수한 절연체로 도포하거나 견사(絹絲)로 감은 전선이다. 리츠 케이블은 표면적을 물리적으로 크게 하기 위한 것으로, 전기적으로는 표피 효과를 작게 하여 주파수 특성을 개선한다.
고주파 급전선(1200)에는 트랩회로가 연결될 수 있다. 트랩회로는 커패시터(C3, C4)를 병렬로 연결하여 형성할 수 있다. 트랩 회로는 전체 고주파 급전선(1200)의 인덕턴스 성분과 커패시터 소자의 조합으로 전체 공진 회로를 꾸미게 되며, 이 경우 각 소자 값은 수전부(1400)와 전체 시스템에 따라 적절히 선택할 수 있다.
고주파 전력 변환 장치(1100)와 고주파 급전선(1200)은 변압기(1300)를 통해 연결된다. 구체적으로는 변압기(1300)의 1차측이 고주파 전력 변환 장치(1100)와 연결되고, 2차측이 고주파 급전선(1200)과 연결된다. 고주파 급전선(1200)이 변압기(1300)를 통해 고주파 전력 변환 장치(1100)와 연결되면, 고주파 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있다.
고주파 전력을 공급 받는 고주파 급전선(1200)은 자체에서 정전기가 발생될 수 있는데, 이러한 정전기로 인해 각 소자에 심각한 손상이 발생할 수 있다. 또한 고주파 급전선(1200)에서는 고주파 노이즈가 과다 발산되는 문제가 있다. 또한 고주파 급전선(1200)은 이동 대차(2000)의 이동 구간에 포설되는데, 이동 대차(2000)의 이동 구간은 상당히 긴 거리이다. 따라서 고주파 급전선(1200)의 지락 사고가 발생하면 대형 사고로 이어질 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하고자 변압기(1300)의 2차측을 접지시킨다. 2차측을 접지시키면, 고주파 급전선(1200)에서 발생된 정전기가 그라운드(ground)로 흘러가 각 소자의 파손을 방지할 수 있으며, 고주파 노이즈도 감소하게 되고, 지락 사고가 대형 사고로 이어지는 것을 방지할 수 있다.
변압기(1300)의 1차측에는 감쇄부(1310)가 연결될 수 있다. 감쇄부(1310)는 스위칭 소자(TR1)의 동작에 의해 발생될 수 있는 돌입 전류를 감쇄시켜 급격한 전류 변화를 막는다. 따라서 변압기(1300)의 2차측에 손상을 방지할 수 있다. 감쇄부(1310)는 1차측의 입력에 연결된 인덕터(L4)와 1차측 출력에 연결된 커패시터(C2)를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서는 인덕터 또는 커패시터만을 연결하여 감쇄부(1310)를 형성할 수 있으며, 소자들을 다른 조합으로 구성하여 감쇄부(1310)를 형성할 수도 있다.
수전부(1400)는 고주파 급전선(1200)과 일정 간격 이격되어 이동 대차(2000)에 장착된다. 수전부(1400)는 이동 대차(2000)의 이동에 의해 고주파 급전선(1200)으로부터 자기유도 방식으로 전원을 공급받는다. 즉, 수전부(1400)는 고주파 급전선(1200)과 접촉하지 않으면서 전원을 공급받는다. 이를 위해 수전부(1400)는 인덕터(L5)를 구비한다.
수전부(1400)는 전압 안정 조정기(1500)를 더 구비할 수 있다. 전압 안정 조정기(1500)는 그 입력단에 직렬로 두 개의 커패시터(C5, C6)를 연결하고 여기에 다시 병렬로 커패시터(C7)를 연결하여 인덕터(L5)와 공진회로를 형성하도록 구성한다. 따라서 평상시 대기상태에서는 공진 전류를 낮출 수 있게 되며, 또한 부하가 커질 때 직렬 연결된 커패시터에 의해 전압의 하강을 줄일 수 있으므로 부하에 의한 전압 변동율을 줄여 수전부(1400)의 전체 시스템을 훨씬 더 안정화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변압기(1300)는 지지부(1320), 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b), 코일 권선부(1340), 폐쇄부(1350)를 구비한다.
한 쌍의 자속부(1330a, 1330b)는 지지부(1320)의 양 측면에서 지지부(1320)에 대해 수직으로 돌출된다. 본 실시예에서 지지부(1320)는 바(bar) 형상이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 코일 권선부(1340)는 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b) 사이에서 지지부(1320)로부터 수직으로 돌출된다. 바람직하게는 코일 권선부(1340)는 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b)의 가운데 위치한다. 코일 권선부(1340)에는 1차측의 코일(1342)과 2차측의 코일(1343)이 서로 이격되어 권선된다. 지지부(1320), 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b), 코일 권선부(1340)에 의해 형성되는 모양은 'E'와 같은 형상이 될 수 있다. 폐쇄부(1350)는 지지부(1320)와 대향하여 위치하며, 양 끝단이 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b)의 끝단과 접하고, 코일 권선부(1340)와는 미세한 공극(1341)을 유지한다. 즉, 폐쇄부(1350)에 의해 변압기(1300)는 폐루프를 형성하게 된다. 따라서 변압기(1300)가 주변 자기장에 의해 영향을 받지 않으며, 변압기(1300)의 자기장이 외부로 누설되지 않는다. 일 실시예에서는 코일 권선부(1340)에 코일(1342, 1343)을 쉽게 감도록 하기 위해 폐쇄부(1350)가 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b)에 착탈이 가능하다.
코일 권선부(1340)와 폐쇄부(1350)가 접하지 않고 미세한 공극(1341)을 유지하도록 하기 위해서는 코일 권선부(1340)의 길이가 한 쌍의 자속부(1330a, 1330b) 보다 약간 짧은 것이 바람직하다. 코일 권선부(1340)와 폐쇄부(1350) 사이에 미세한 공극(1341)이 유지되므로 변압기(1300)의 누설 리액턴스를 높여 과전류를 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수전부를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수전부(1400)는 기저부(1410), 제1 및 제2 측면부(1420a, 1420b), 분리부(1430)를 구비한다. 기저부(1410)와 분리부(1430)에는 코일이 감긴다. 본 실시예에서 고주파 급전선(1200)은 두 가닥이 포설된다. 각각의 고주파 급전선(1200)은 제1 측면부(1420a), 기저부(1410) 및 분리부(1430)에 의해 형성된 제1 영역과, 제2 측면부(1420b), 기저부(1410) 및 분리부(1430)에 의해 형성된 제2 영역에 위치한다. 제1 및 제2 측면부(1420a, 1420b), 분리부(1430)는 끝단에 돌기부가 형성되어 폐루프를 형성하여 자기장의 손실을 효과적으로 방지할 수 있다.
고주파 급전선(1200)은 수전부(1400)와 이격되어 위치한다. 고주파 급전선(1200)은 급전선 커버 장치(1210)에 삽입되어, 급전선 포설 장치(1220)에 의해 지지되면서 포설될 수 있다. 급전선 커버 장치(1210)는 고주파 급전선(1200)을 둘러 감싸는 형태로 커버링하는 급전선 포설홀(1211)과, 급전선 포설홀(1211)의 하부를 지지하여 고정하는 고정부(1212)를 형성하여, 고주파 급전선(1200) 포설시 급전선 포설홀(1211)에 고주파 급전선(1200)을 넣어 커버링할 수 있도록 구성한다. 고주파 신호를 전달하는 고주파 급전선(1200)은 포설시 작은 상처에도 민감하게 되나 이런 보조수단을 사용함으로써 안전하게 포설할 수 있다.
급전선 포설 장치(1220)는 급전선 커버 장치(1210)의 고정부(1212)를 끼워 넣을 수 있는 형상의 고정부 삽입홀(1221)과, 급전선 커버 장치(1210)에 의해 커버링 및 지지된 고주파 급전선(1200)을 지정된 포설 위치에 안정적으로 고정시키고 금속과의 적정 이격거리를 유지하는 포설 지지대(1222)를 형성하여, 급전선 커버 장치(1210)를 견고하게 고정시킬 수 있도록 하여 고주파 급전선(1200)이 정확한 위치에 안전하게 포설될 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치(1000)의 전체적인 동작은 다음과 같다. 우선 고주파 전력 변환 장치(1100)에서 외부의 3상 교류전원을 인가받아 고주파 성분의 전력으로 변환하고, 변압기(1300)를 통해 고주파 급전선(1200)에 전달한다. 이동 대차(2000)에는 고주파 급전선(1200)과 일정 간격 이격되어 위치하는 수전부(1400)가 장착된다. 이동 대차(2000)가 이동하면 수전부(1400)는 고주파 급전선(1200)으로부터 비접촉 자기유도 방식으로 전원을 공급받는다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 비접촉 전원 공급 장치 1100 : 고주파 전력 변환 장치
1200: 고주파 급전선 1210 : 급전선 커버 장치
1220 : 급전선 포설 장치 1300 : 변압기
1310 : 감쇄부 1320 : 지지부
1330a, 1330b : 자속부 1340 : 코일 권선부
1350 : 폐쇄부 1400 : 수전부
1410 : 기저부 1420a, 1420b : 제1 및 제2 측면부
1430 : 분리부 1500 : 전압 안정 조정기
2000 : 이동 대차

Claims (5)

  1. 외부의 교류전원을 인가받아 고주파 전력으로 변환하는 고주파 전력 변환 장치;
    이동 대차의 이동 구간에 포설되는 고주파 급전선;
    1차측이 상기 고주파 전력 변환 장치와 연결되며 2차측이 상기 고주파 급전선과 연결되는 변압기; 및
    상기 고주파 급전선과 일정 간격 이격되어 상기 이동 대차에 장착되며, 상기 이동 대차의 이동에 의해 상기 고주파 급전선으로부터 자기유도 방식으로 전원을 공급받는 수전부;를 포함하고,
    상기 변압기는 지지부, 상기 지지부의 양 측면에서 상기 지지부에 대해 수직으로 돌출된 한 쌍의 자속부, 상기 한쌍의 자속부 사이에서 상기 지지부로부터 수직으로 돌출되며 1차측의 코일과 2차측의 코일이 서로 이격되어 권선되는 코일 권선부, 및 상기 지지부와 대향하여 위치하며 양 끝단이 상기 한 쌍의 자속부와 접하고 상기 코일 권선부와는 미세한 공극을 유지하는 폐쇄부를 구비하며, 2차측이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변압기는 1차측에 돌입전류를 감쇄하기 위한 감쇄부가 연결되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감쇄부는 1차측의 입력에 연결된 인덕터와 1차측 출력에 연결된 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 급전선에 커패시터를 병렬로 연결하여 트랩회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 급전선이 삽입되며 하부에 고정부가 형성된 급전선 커버 장치; 및
    상기 급전선 커버 장치의 고정부가 삽입 고정되는 고정부 삽입홀이 형성된 포설 지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치.
KR1020100044746A 2010-05-13 2010-05-13 비접촉 전원 공급 장치 KR101104476B1 (ko)

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