KR101213771B1 - 나선형으로 감긴 전기 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그룹 헬릭스(group helix)(1)를 형성하도록 함께 감긴 적어도 두 개의 그룹(P1,P2)을 포함하는 나선형으로 감긴 전기 케이블에 관한 것으로, 각 그룹은 적어도 두 개의 서로 꼬인 도체 전선(FC11,FC12,FC21,FC22)을 포함한다. 본 발명의 케이블은 그룹 헬릭스의 피치(L1,L2,L3)가 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에서 나선형으로 감긴 전기 케이블을 따라 변하는 것을 특징으로 한다.

Description

나선형으로 감긴 전기 케이블{A HELICALLY-WOUND ELECTRIC CABLE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형으로 감긴 전기 케이블를 도시한 도면; 및

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제조 장치를 도시한 도면이다.

본 발명은 나선형으로 감긴 전기 케이블에 관한 것이다.

전기 케이블은 꼬인 도체 전선 그룹을 하나 이상 포함한다. 일반적으로 하나의 그룹은 두 개의 함께 꼬인 도체 전선으로 구성되며, 이 경우 이는 "쌍(pair)"이라고 불린다. 하지만, 둘 이상의 함께 꼬인 도체 전선들을 또한 포함할 수도 있다.

나선형으로 감긴 전기 케이블은 헬릭스를 형성하도록 함께 감긴 다수의 그룹들을 포함한다.

"누화(cross-talk)"라는 용어는 주어진 전기 케이블에 속한 그룹들 사이의 전자기 간섭을 의미한다. 누화 현상은 자료 전송과 관련하여 문제를 자주 발생시킨 다.

누화를 줄이기 위하여, 주어진 그룹의 도체 전선이 다른 그룹의 도체 전선 사이에 끼어드는 것을 방지하도록, 도체 전선들을 그룹마다 서로 다른 피치로 헬릭스로 꼬는 방법이 알려져 있다.

미국 특허 No. 6 318 062에는 한 쌍 내의 꼬임 피치를 다양하게 하는 방법이 기술되어 있다. 이 방법은 또한 주어진 그룹의 도체 전선들이 다른 그룹의 도체 전선들 사이에 끼어드는 것을 방지함으로써 도체 전선들이 케이블을 따라 서로 거의 평행하게 되는 것을 방지하도록 한다.

또한, EP-A-1 174 886에는 그룹 헬릭스를 형성하도록 함께 감긴 적어도 두 개의 그룹을 포함하는 나선형으로 감긴 전기 케이블으로서, 각 그룹은 적어도 두 개의 서로 꼬인 도체 전선을 포함하고, 그룹 헬릭스의 피치는 그 케이블을 따라 변하는 나선형으로 감긴 전기 케이블이 개시되어 있다.

그러나, 오늘날에는 나선형으로 감긴 전기 케이블에 의해 전달되는 주파수들이 증가하기 때문에 누화 현상을 더욱더 줄이는 것이 필요하다.

본 발명은 그룹 헬릭스를 형성하도록 함께 감긴 적어도 두 개의 그룹을 포함하고, 상기 각 그룹은 적어도 두 개의 서로 꼬인 도체 전선들을 포함하는 나선형으 로 감긴 전기 케이블을 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 그룹 헬릭스의 피치는 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에서 나선형으로 감긴 전기 케이블을 따라 변한다.

누화와 관련하여, 두 쌍 사이의 주요 연결 메카니즘은 상호 인덕턴스이고, 이는 쌍 피치 및 케이블을 따라 변하는 케이블 피치의 주기 함수이다. 결과적으로, 전송하는 쌍에 의해 전달된 신호와 수용하는 쌍에서 반대 방향으로 전파되는 누화 신호 사이에서는 증가된 상호 간섭이 발생할 수 있다; 이러한 현상은 상기 주기 함수의 주기와 전파 속도와 산수 관계에 있는 주파수들에서 발생한다. 주파수의 함수로 측정된 누화 그래프에서 특정 피크는 이런 메카니즘에서 그 기원을 가지고, 주어진 케이블 길이 이상에서 케이블의 구조가 더 균일하고 반복적일수록, 피크의 크기 및 너비는 더 증가한다. 이러한 피크의 크기는 케이블의 형상을 변화시킴으로써 줄일 수 있고, 본 발명에서는 소정의 또는 임의의 함수의 응용으로 케이블-감김 피치를 변화시킴으로써 이러한 목적을 달성한다.

그룹 헬릭스의 피치 변화는 도체 전선들 사이의 평행을 최소화하고, 따라서 누화를 감소시킨다.

본 발명의 나선형으로 감긴 전기 케이블은 적어도 하나의 추가 그룹 헬릭스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 나선형으로 감긴 전기 케이블은 단일 그룹 헬릭스를 포함할 수 있다.

각 그룹 헬릭스는 두 그룹 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 나선형으로 감긴 전기 케이블은 약 10개의 함께 감긴 그룹으로 만들어진 그룹 헬릭스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 그룹 헬릭스는 정확히 두 그룹을 포함할 수 있다.

본 발명의 나선형으로 감긴 전기 케이블은 다수의 그룹 헬릭스를 포함할 수 있으며, 각 그룹 헬릭스는 다른 수의 그룹, 또는 사실상 같은 수의 그룹을 가진다.

함께 꼬인 도체 전선 그룹은 둘 이상의 도체 전선을 포함할 수 있다.

선택적으로, 도체 전선의 각 그룹은 정확히 두 개의 도체 전선을 포함할 수 있다: 이는 "꼬인 쌍(twisted pair)"으로 알려져 있다.

도체 전선들은 나선형으로 또는 "SZ" 방식으로 알려진 다른 방식으로 서로 꼬일 수 있다.

그룹들은 모두 같은 수의 도체 전선들을 가질 수 있고, 또는 도체 전선의 수는 그룹마다 다를 수도 있다.

바람직하게는, 그룹 헬릭스의 피치는 주기 함수, 예컨대 사인 함수의 응용으로 변할 수 있다.

물론, 이러한 특징은 제한적이지 않으며, 헬릭스의 피치는 예를 들어 임의의 방식으로 변할 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 나선형으로 감긴 전기 케이블의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 그룹 헬릭스를 형성하도록 두 그룹을 함께 감는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 이 그룹들은 같은 부호를 가진 두 제한 속도 사이에서 변화하는 속도로, 상기 그룹 헬릭스의 피치가 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에서 케이블을 따라 변하도록 함께 감긴다.

상기 두 제한 속도 사이에서 변하는 속도는 두 그룹이 중심선 둘레에 감기는 각속도일 수 있고, 상기 중심선은 일정한 선속도로 병진 이동한다.

바람직하게는, 상기 두 제한 속도에서 변화하는 속도는 상기 중심선의 병진 이동의 선속도이고, 상기 두 그룹은 일정한 각속도로 중심선 둘레에 감긴다. 이러한 방법을 통하여 감김의 각속도가 변하는 것을 방지할 수 있고, 이는 특히 권선 장치의 관성이 비교적 높을 때 유리할 수 있다.

본 발명의 방법은 또한 물리적인 중심선 없이도 실행될 수 있는데, 이에 의해, 가변 속도의 중심선 없는 나선형으로 감긴 전기 케이블을 제조할 수 있다. 상기 가변 속도는 감김의 각속도 또는 병진 이동의 선속도이다.

더 일반적으로, 본 발명은 본 제조 방법이 실행되는 방식에 제한되지 않는다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법을 실행함으로써 나선형으로 감긴 전기 케이블을 제조하는 장치를 제공한다. 본 장치는 그룹 헬릭스를 형성하도록 두 개의 그룹을 감기 위한 수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 본 장치는 그룹 헬릭스의 피치를 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에서 변화시키는 수단을 더 포함한다. 그룹 헬릭스의 피치를 변화시키는 수단은:

ㆍ상기 권선 수단의 상류 및 하류에 위치하고, 각각 중심선의 변하는 길이를 계속 유지할 수 있는 무빙 드럼을 가진 두 개의 어큐뮬레이터; 및

ㆍ각 무빙 드럼의 위치를 제어하는 제어 수단;을 포함한다.

본 발명은 그룹 헬릭스의 피치를 변화시키는 수단의 특징에 의해 제한되지 않는다.

바람직하게는, 본 발명의 제조 장치는 권선 수단의 입구에서 중심선의 강성(stiffness)을 측정하는 수단을 포함하며, 이 강성 측정 수단은 제어 수단에 연결된다. 상기 강성 측정 수단은 그룹 헬릭스 피치 값을 더 잘 제어할 수 있게 하지만, 본 발명은 어떤 식으로든지 이에 제한되지 않는다.

권선 수단은 바람직하게는:

- 각각 꼬인 도체 전선 그룹 중 하나를 공급하는 두 개의 릴;

- 상기 릴이 세로축을 둘레를 회전하도록 하는 회전 구동 수단;

- 각각 꼬인 도체 전선 그룹 중 하나를 수용하는 두 개의 가장자리 개구 및 중심선을 수용하는 중심 개구를 가진 분배판(distribution plate); 및

- 상기 분배판의 출구에 배치되는 다이(die);를 포함하는

본 발명은 물론 권선 수단의 특징에 의해 제한되지 않는다.

바람직하게는, 상기 제조 장치는 다이의 출구에 바인더를 적용하는 수단, 즉 두 개의 캐터필러식 인장기(caterpillar-type pullers)를 더 포함한다. 이러한 특징은 제한적이지 않다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 나선형으로 감긴 전기 케이블은 그룹 헬릭스(1)를 형성하도록 함께 감긴 네 개의 그룹(P1,P2,P3,P4)을 포함한다. 각 그룹 Pi(i는 1 내지 4를 나 타냄)는 두 개의 서로 꼬인 도체 전선(FCi1 및 FCi2)을 포함하고, 따라서 "쌍"으로 언급된다.

각 쌍(Pi)의 경우, 도체 전선들(FCi1 및 FCi2)은 나선형으로 함께 꼬이지만, 그 피치는 쌍마다 다르다. 즉, 첫 번째 쌍(P1)의 피치는 두 번째 쌍(P2)의 피치보다 짧다.

나선형으로 감긴 전기 케이블은 또한 그룹 헬릭스(1)를 보호하는 외부층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.

그룹 헬릭스(1)의 피치는 두 제한값 사이에서 나선형으로 감긴 전기 케이블을 따라 변한다. 도 1에 도시된 전기 케이블의 사인 곡선 단편에서, 그룹 헬릭스의 피치는 첫 번째 값(L1), 두 번째 값(L2) 및 세 번째 값(L3)으로 도시된다.

따라서, 여러 쌍(P1,P2,P3,P4)의 도체 전선들은 서로 거의 평행하지 않으며, 평행하더라도 비교적 짧은 거리에 대해서만 평행하다.

도 2는 이러한 케이블의 제조 장치의 일 예를 도시한다. 이 제조 장치(11)는 중심선(9) 둘레에 두 그룹(18a,18b)을 감기 위한 권선 수단(6)을 포함한다. 상기 중심선(9)은 입구 캐터필러(2)와 출구 캐터필러(3) 사이에서 병진 이동한다.

각 그룹(18a,18b)은 다수의 서로 꼬인 도체 전선들, 예를 들어 구리선을 포함한다.

본 실시예에서, 권선 수단(6)은 릴(reel)(21a,21b)을 가진다. 각 릴(21a,21b)는 그룹(18a,18b) 중 어느 하나를 공급하는 역할을 한다. 회전 구동 수단(도시하지 않음)은 릴(21a,21b)이 중심선(9) 둘레를 회전하도록 한다. 따라서 두 그룹(18a,18b)은 그룹 헬릭스(20)를 형성하도록 감긴다.

권선 수단(6)은 또한 두 개의 가장자리 개구(23a,23b) 및 중심 개구(24)를 가진 분배판(5)을 포함한다. 각 가장자리 개구(23a,23b)는 각각 그룹(21a,21b) 중 의 하나를 수용한다. 중심 개구(24)는 중심선(9)을 수용한다. 권선 수단은 또한 분배판(5)의 출구에 다이(4)를 포함할 수 있다.

다이(4)의 출구에서는, 바인더 적용 수단(3)이 감긴 그룹을 제 위치에 고정하도록 바인더를 적용한다.

그룹들(18a,18b)은 거의 일정한 각속도, 예를 들어 분당 50 회전(rpm)으로 중심선(9) 둘레에 감긴다. 대조적으로, 중심선(9)의 선속도는 적어도 권선 수단(6)에서는 시간에 따라 변하여, 그룹 헬릭스(20)는 이렇게 제조된 나선형으로 감긴 전기 케이블을 따라 변하는 피치를 나타낸다.

중심선(9)의 선속도는 제조 장치(11)의 상류 및 제조 장치(11)의 하류에서 시간에 따라 거의 일정하며, 예컨대 초당 0.1 m/s 이다. 중심선(9)의 선속도는 권선 수단(6)을 통과할 때 변한다.

상기 제조 장치(11)는 그룹 헬릭스의 피치를 변화시키는 수단을 포함하며, 이 수단은 권선 수단(6)의 상류 및 하류에 각각 배치된 두 어큐뮬레이터(2,8)를 포함한다. 각 어큐뮬레이터(2,8)는 중심선(9)의 변화하는 길이를 계속 유지할 수 있는 무빙 드럼(16,17)을 포함한다. 중심선(9)의 선속도는 무빙 드럼(16,17) 중 하나 또는 다른 하나의 위치가 변할 때마다 변한다.

상기 제조 장치(11)는 또한 각 무빙 드럼(16,17)의 위치를 제어하기 위한 제 어 수단(10)을 포함한다. 상기 제어 수단(10)은 어큐뮬레이터(2,8)에 연결된다. 각 무빙 드럼(16,17)의 위치는 제어 수단(10)에 의해 발생되는 대응 제어 신호(S1,S2)의 전압 크기 함수이다.

예를 들어, 첫 번째 제어 신호(S1)가 거의 0일 때, 대응하는 첫 번째 무빙 드럼(16)은 첫 번째 어큐뮬레이터(8)의 절반 높이에 있다. 첫 번째 제어 신호(S1)가 양의 크기를 가질 때, 첫 번째 무빙 드럼(16)은 첫 번째 어큐뮬레이터(8)의 상부 반(25) 높이에 놓인다. 첫 번째 제어 신호(S1)가 음의 크기를 가질 때, 첫 번째 무빙 드럼(16)은 첫 번째 어큐뮬레이터(8)의 하부 반(26) 높이에 놓인다.

두 번째 어큐뮬레이터(2)에서 두 번째 무빙 드럼(17)의 위치는 두 번째 제어 신호(S2)의 크기에 따라 같은 방식으로 이동한다.

첫 번째 및 두 번째 신호(S1,S2)는 항상 그 값이 서로 반대로 생성될 수 있다. 따라서, 각 어큐뮬레이터(2,8)의 중간 높이에서 중간선에 대해서 첫 번째 및 두 번째 무빙 드럼(16,17)의 위치는 서로 반대이다.

무빙 드럼(16,17)이 이동할 때, 권선 수단(6)을 통과하는 중심선의 선속도는 변한다.

따라서, 권선 수단(6)을 통과하는 중심선(9)의 선속도는 변화 기간(variation term)에 의해 증가된 제조 장치(11) 상류의 중심선의 선속도와 거의 동일하다. 변화 기간은 첫 번째 제어 신호의 첫 번째 결과에 거의 비례한다. 따라서 변화 기간은 시간에 따라 양, 음 또는 제로일 수 있다.

그룹 헬릭스(20)를 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에 한정되도록 하기 위 하여, 제어 신호(S1,S2)는 너무 빨리 변하지 않아야 한다. 예를 들어, 중심선(9)의 선속도는 약 0.075 ㎧ 내지 0.12 ㎧ 사이에서 변할 수 있다. 이러한 제한 선속도 및 약 50 rpm의 각속도에서, 그룹의 나선 피치는 약 0.9 m 내지 약 0.14 m 사이에서 변한다. 물론 이러한 값들은 단지 예시적으로 주어진 것이다.

그룹 헬릭스(20)의 피치는 예컨대 사인 함수의 응용으로 변할 수 있다: 이 경우, 제어 신호들(S1,S2)도 유사하세 사인 곡선적으로 변한다.

상기 제조 장치(11)는 또한 중심선(9)의 강성을 측정하는 수단(7)을 포함할 수 있다. 강성 측정 수단(7)은 제어 수단(10)에 연결되어, 권선 수단(6)의 입구에서의 중심선 선속도가 권선 수단(6)의 출구에서의 중심선 선속도와 거의 동일하게 되도록, 제어 신호를 조절할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 나선형으로 감긴 전기 케이블은 누화 현상을 더욱더 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 그룹 헬릭스(20)를 형성하도록 두 개의 그룹(18a,18b)을 감기 위한 권선 수단(6)을 포함하고, 상기 두 개의 그룹은 각각 두 개의 서로 꼬인 도체 전선들을 구비하는, 나선형으로 감긴 전기 케이블을 제조하는 장치(11)에 있어서,

   그룹 헬릭스의 피치를 같은 부호를 가진 두 제한값 사이에서 변화시키는 수단을 더 포함하며, 상기 수단은 각각 상기 권선 수단의 상류 및 하류에 위치한 두 개의 어큐뮬레이터(2,8)를 포함하고, 상기 어큐뮬레이터는 각각 중심선(9)의 변하는 길이를 계속 유지할 수 있는 무빙 드럼(16,17)과 각 무빙 드럼의 위치를 제어하는 제어 수단(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 장치(11).
8. 제7항에 있어서,

   상기 권선 수단(6)의 입구에서 중심선(9)의 강성을 측정하는 수단(7)을 더 포함하고, 상기 강성을 측정하는 수단은 상기 제어 수단(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 제조 장치(11).
9. 제7항에 있어서,

   상기 권선 수단(6)은:

   - 각각 꼬인 도체 전선 그룹(18a,18b) 중 하나를 공급하는 두 개의 릴(21a,21b);

   - 상기 릴이 세로축을 둘레를 회전하도록 하는 회전 구동 수단;

   - 각각 꼬인 도체 전선 그룹 중 하나를 수용하는 두 개의 가장자리 개구(23a,23b) 및 중심선을 수용하는 중심 개구(24)를 가진 분배판(5); 및

   - 상기 분배판의 출구에 배치되는 다이(4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 장치(11).

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