KR101511568B1

KR101511568B1 - 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR101511568B1
Application number: KR20130115175A
Authority: KR
Inventors: 박태성; 김경열; 김희동; 공태식; 김범수; 손태하
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-14
Also published as: KR20150035055A

Abstract

픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치가 제공된다. 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치는, 모재를 흐르는 전류의 크기에 비례하는 자속이 통과하는 철심과 철심을 통과하는 자속의 세기에 비례한 전압을 유도하는 픽업 코일을 포함하며, 철심은, 모재를 감싸도록 구성됨으로써, 배터리와 같은 별도의 외부 전원 없이도 센서 모듈에 전압을 공급할 수 있다.

Description

픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치{APPARATUS FOR SUPPLYING POWER USING PICKUP COIL}

본 출원은, 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차단기, 변압기, 발전기와 같은 대용량 전력 설비에는 센서 모듈의 설치가 필수적이며, 이러한 센서 모듈을 통해 온도, 진동이나 전류 등을 센싱함으로써 과열, 과진동, 과전류 등 이상 상황으로부터 대용량 전력 설비를 보호할 필요가 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 과열, 과진동, 과전류 등 이상 상황을 감지하기 위해 차단기인 모재(110)에 센서 모듈(111)을 설치하여 차단기의 온도, 진동, 전류 등을 측정하고 측정된 값들을 외부로 전송하게 된다. 이때 차단기의 특정 부위(즉, 돌출 부위)는 그 접촉부위인 타측(미도시)에 완전히 삽입되게 된다.

상술한 종래 기술에 의한 센서 모듈(111)의 신호 처리(예컨대, 수신된 신호의 처리 및 무선 송신)를 위해서는 함께 삽입되는 별도의 배터리를 통해 전원을 공급해 주어야 한다. 하지만, 설치 공간이 협소하여 별도의 배터리를 설치하기가 쉽지 않다. 또한, 센서 모듈(111)은 무정전으로 연속하여 모니터링한 차단기의 온도 등을 실시간으로 신호 처리하여 외부로 전송하여야 하기 때문에 전력 소모가 많아 배터리의 용량이 이를 감당하기 어렵다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2010-0121644(공개일: 2010년 11월 18일)

본 출원은, 배터리와 같은 별도의 외부 전원 없이도 센서 모듈에 전압을 공급할 수 있는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 모재를 흐르는 전류의 크기에 비례하는 자속이 통과하는 철심; 및 상기 철심을 통과하는 자속의 세기에 비례한 전압을 유도하는 픽업 코일을 포함하며, 상기 철심은, 상기 모재를 감싸도록 구성되는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전원 공급 장치는, 상기 생성된 자속과 역방향의 자속을 형성시켜 상기 생성된 자속을 감쇄시킴으로써, 상기 픽업 코일에 유도되는 전압의 크기를 제한하는 전압 제한 코일을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전원 공급 장치는, 미리 설정된 기준 전압 및 상기 픽업 코일에 유도된 전압에 기초하여, 상기 전압 제한 코일에 인가할 전류의 크기를 제어하기 위한 전류 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전류 제어부는, 상기 픽업 코일에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과, 상기 픽업 코일에 유도된 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우 미리 설정된 크기의 전류를 상기 전압 제한 코일에 인가하는 전류 인가부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전류 제어부는, 상기 픽업 코일에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압의 오차를 연산하는 오차 연산부; 및 상기 연산된 오차에 비례하는 전류를 상기 전압 제한 코일에 인가하는 전류 인가부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전원 공급 장치는, 상기 픽업 코일 및 상기 전압 제한 코일이 그 외주면에 권선되는 보빈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 픽업 코일 또는 상기 전압 제한 코일은, 상기 생성된 자속 또는 상기 역방향의 자속이 그 권선되는 면에 수직하게 통과되도록 상기 보빈의 외주면에 권선될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 픽업 코일에 유도되는 전압은, 상기 모재의 온도, 상기 모재의 진동, 상기 모재의 전류를 신호 처리하는 프로세서 또는 송신 모듈에 공급될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 모재는, 적어도 차단기, 변압기, 발전기를 포함하는 전력 설비를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 차단기와 같은 모재에 흐르는 전류를 이용하여 픽업 코일에 전압을 유도시키고 이렇게 유도된 전압을 센서 모듈에 공급함으로써, 배터리와 같은 별도의 외부 전원 없이도 센서 모듈에 전압을 공급할 수 있다.

도 1은 차단기(모재)에 설치되는 센서 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 3은 실제 차단기(모재)에 탑재된 전원 공급 장치를 구비한 센서 모듈을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 픽업 코일을 이용한 전원 공급 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치(200)의 구성도이며, 도 3은 실제 차단기(모재)에 탑재된 전원 공급 장치(200)를 구비하는 센서 모듈(300)을 도시한 도면이다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치를 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 모재(S)는 차단기, 변압기, 발전기와 같은 대용량 전력 설비의 대전류(I)가 흐르는 부재일 수 있으며, 모재(S)의 둘레를 따라 감싸도록 철심(211)이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 철심(211)을 모재(S)의 둘레를 감싸도록 하고 있는데, 이와 같이 철심(211)을 모재(S)의 둘레를 감싸도록 함으로써, 픽업 코일(212)에는 하기의 표 1에서 도시된 바와 같이, 충분한 크기의 전압이 유도될 수 있다.

실험 전류(A)	전압 A	전압 B (본 발명)
1	0.5mV	6.5mV
10	5mV	85mV
100	40mV	560mV
200	50mV	600mV
500	53mV	800mV

상술한 표 1은 모재(S)에 각기 다른 크기의 전류(I)를 흐르게 한 후 픽업 코일(212)에 유도되는 전압을 측정한 것으로, 좌측의 전압 A는 철심(211)이 모재(S)의 둘레를 감싸지 않는 경우에 픽업 코일(212)에 유도된 전압이고, 우측의 전압 B는 철심(211)을 모재(S)의 둘레를 감싸도록 한 후 측정한 픽업 코일(212)의 유도 전압이다.

철심(211)은, 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)이 흐르는 통로로, 흐르는 전류(I)의 크기에 비례하는 자속(B)이 흐를 수 있다. 상술한 철심(211)은 철손을 감소시키기 위하여 규소가 포함된 박강판을 적층시킨 구조일 수 있다.

한편, 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)이 그 권선되는 면에 수직하게 통과될 수 있도록(도 2 참조), 보빈(214)의 외주면에는 픽업 코일(212)이 다수회 권선될 수 있으며, 자속(B)의 세기가 시간에 따라 변할 때 픽업 코일(212)에는 자속(B)의 세기에 비례한 전압이 유도될 수 있다.

픽업 코일(212)에 유도된 전압은 차단기(모재)의 온도를 측정하기 위한 센서 (예컨대, RTD(Resistance Temperature Detector) 센서), 차단기(모재)의 진동을 측정하기 위한 센서(예컨대, 가속도 센서), 차단기(모재)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 센서(예컨대, 홀 센서) 등을 포함하는 모듈에 전원을 공급하거나 측정된 차단기(모재)의 온도, 진동, 전류를 외부의 서버로 전송하기 위한 송신 모듈(예컨대, 지그비 통신 모듈) 등에 전원을 공급하는데 사용될 수 있다.

그리고, 보빈(214)의 외주면에는 픽업 코일(212)에 인접하게 전압 제한 코일(213)이 다수회 감길 수 있다. 상술한 전압 제한 코일(213)은, 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)과 역방향이 되도록 자속을 형성시켜 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)을 감쇄시킴으로써, 결과적으로 픽업 코일(212)에 유도되는 전압의 크기를 제한할 수 있다. 픽업 코일(212)과 마찬가지로, 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)이 그 권선되는 면에 수직하게 통과될 수 있도록 보빈(214)의 외주면에 전압 제한 코일(213)이 다수회 권선될 수 있다.

한편, 전류 제어부(220)는, 미리 설정된 기준 전압 및 픽업 코일(212)에 유도된 전압에 기초하여, 전압 제한 코일(213)에 인가할 전류의 크기를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전류 제어부(220)는, 픽업 코일(212)에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교기(221)와, 비교 결과, 픽업 코일(212)에 유도된 전압이 기준 전압을 초과하는 경우 미리 설정된 크기의 전류를 전압 제한 코일(213)에 인가하는 전류 인가부(222)를 포함할 수 있다.

즉, 도면부호 221은 일종의 비교기(comperator)로, 도면부호 222는 정전류원으로 동작하며, 픽업 코일(212)에 유도된 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우 디지털 신호 "1"을 출력하며, 이에 따라 전류 인가부(222)는 일정한 크기의 전류를 전압 제한 코일(213)에 인가할 수 있다.

이와 같이 인가된 전류에 의해 생성된 자속은 전류(I)에 의해 생성된 자속(B)을 감쇄시킴으로써, 결과적으로 픽업 코일(212)에 유도되는 전압의 크기를 제한할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 전류 제어부(220)는, 픽업 코일(212)에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압의 오차를 연산하는 오차 연산부(221)와, 연산된 오차에 비례하는 전류를 전압 제한 코일(213)에 인가하는 전류 인가부(222)를 포함할 수 있다.

즉, 도면부호 221은 오차 증폭기(Error AMP)로, 도면부호 222는 가변 전류원으로 동작하며, 픽업 코일(212)에 유도된 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 전류 인가부(222)는 하기의 수학식 1과 같이 그 초과하는 양에 일정한 상수를 곱한 값만큼의 전류를 전압 제한 코일(213)에 인가할 수 있다.

[수학식 1]

A= K×(B-C)

여기서, A는 전압 제한 코일(213)에 인가할 전류의 크기, K는 상수, B는 픽업 코일(212)에 유도된 전압, C는 미리 설정된 기준 전압을 의미한다.

도 3은 실제 차단기(모재)(S)에 탑재된 센서 모듈(300)을 도시한 도면으로, 상술한 센서 모듈(300) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같은 전원 공급 장치(200)와, 온도, 진동, 전류를 측정하기 위한 센서 모듈과 측정된 값들을 외부로 전송하기 위한 송신 모듈이 포함될 수 있다. 위에서 모재는 차단기를 예를 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 변압기나 발전기와 같이 대전류가 흐르는 전력 설비가 포함될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 차단기와 같은 모재에 흐르는 전류를 이용하여 픽업 코일에 전압을 유도시키고 이렇게 유도된 전압을 센서 모듈에 공급함으로써, 배터리와 같은 별도의 외부 전원 없이도 센서 모듈에 전압을 공급할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 픽업 코일을 이용한 전원 공급 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 픽업 코일을 이용한 전원 공급 방법을 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 2 내지 도 3과 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 우선 전류 제어부(220)는, 픽업 코일(212)의 유도 전압을 입력받으며, 입력된 픽업 코일(212)의 유도 전압은 미리 설정된 기준 전압과 비교될 수 있다(S401).

비교 결과, 픽업 코일(212)의 유도 전압이 미리 설정된 기준 전압보다 큰 경우에, 전류 제어부(220)는 전압 제한 코일(213)에 인가할 전류의 크기를 제어할 수 있다(S402).

즉, 도면부호 221은 오차 증폭기(Error AMP)로, 도면부호 222는 가변 전류원으로 동작하며, 픽업 코일(212)에 유도된 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 전류 인가부(222)는 상술한 수학식 1과 같이 그 초과하는 양에 일정한 상수를 곱한 값만큼의 전류를 전압 제한 코일(213)에 인가할 수 있다.

본 출원은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

110, S: 차단기(모재) 111, 300: 센서 모듈
200: 전원 공급 장치 211: 철심
212: 픽업 코일 213: 전압 제한 코일
214: 보빈 220: 전류 제어부
221: 비교기, 오차 연산부 222: 전류 인가부
S: 모재(차단기)

Claims

모재를 흐르는 전류의 크기에 비례하는 자속이 통과하는 철심; 및
상기 철심을 통과하는 자속의 세기에 비례한 전압을 유도하는 픽업 코일을 포함하며,
상기 철심은, 상기 모재를 감싸도록 구성되는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
상기 생성된 자속과 역방향의 자속을 형성시켜 상기 생성된 자속을 감쇄시킴으로써, 상기 픽업 코일에 유도되는 전압의 크기를 제한하는 전압 제한 코일을 더 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
미리 설정된 기준 전압 및 상기 픽업 코일에 유도된 전압에 기초하여, 상기 전압 제한 코일에 인가할 전류의 크기를 제어하기 위한 전류 제어부를 더 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제3항에 있어서,
상기 전류 제어부는,
상기 픽업 코일에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교기; 및
상기 비교 결과, 상기 픽업 코일에 유도된 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우 미리 설정된 크기의 전류를 상기 전압 제한 코일에 인가하는 전류 인가부를 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제3항에 있어서,
상기 전류 제어부는,
상기 픽업 코일에 유도된 전압과 미리 설정된 기준 전압의 오차를 연산하는 오차 연산부; 및
상기 연산된 오차에 비례하는 전류를 상기 전압 제한 코일에 인가하는 전류 인가부를 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
상기 픽업 코일 및 상기 전압 제한 코일이 그 외주면에 권선되는 보빈을 더 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제6항에 있어서,
상기 픽업 코일 또는 상기 전압 제한 코일은,
상기 생성된 자속 또는 상기 역방향의 자속이 그 권선되는 면에 수직하게 통과되도록 상기 보빈의 외주면에 권선되는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 픽업 코일에 유도되는 전압은,
상기 모재의 온도, 상기 모재의 진동, 상기 모재의 전류를 신호 처리하는 프로세서 또는 송신 모듈에 공급되는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 모재는,
적어도 차단기, 변압기, 발전기를 포함하는 전력 설비를 포함하는 픽업 코일을 이용한 전원 공급 장치.