KR20030029908A

KR20030029908A - 전기 에너지의 유도적 전달을 위한 장치

Info

Publication number: KR20030029908A
Application number: KR10-2003-7003181A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 뷔러; 로란드 윈터할터; 마티아스 왜히린; 루돌프 메크
Original assignee: 웜프러 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2003-04-16
Also published as: ATE290270T1; EP1407561B1; JP3560967B2; DE10131905A1; CN1511383A; WO2003005380A2; ES2236528T3; TW565863B; US7019620B2; DE50202386D1; PT1407561E; JP2004534466A; US20040183640A1; DE10131905B4; AU2002314180B2; WO2003005380A3; KR100472589B1; CN100442678C; WO2003005380B1; EP1407561A2

Abstract

본 발명은, 유도적 결합을 통해 적어도 하나의 이차측 이동형 소비자에서 에너지를 공급 받을 수 있으며, 서로 평행하게 안내되는 두 개의 절연 도체를 포함하는 일차측 파워 라인을 갖는, 전기적 에너지의 유도적 전달을 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명에서는 소비자로의 또는 소비자로부터의 데이터의 추가적인 유도적 전달을 위해 일차측에는 서로 평행하게 안내된 두 개의 절연 도체를 포함하는 데이터 라인이 제공된다. 또한 데이터 라인의 양측 절연 도체는 파워 라인의 양측 절연 도체 중 하나에 인접하게 배치되고, 양측 절연 도체는 파워 라인의 이웃한 절연 도체의 도체 횡단면의 대칭 기준면에서 대칭적으로 배치된다. 이렇게 함으로써 파워 라인과 데이터 라인 사이의 유도적 결합이 매우 약하게 유지되며, 동시에 이차측에서 데이터 라인과의 자기적 결합을 위한 유도성이 에너지 전달 기능을 하는 소비자 내에서 통합되거나 또는 이 소비자에서 형성되는 것이 가능하다. 이 데이터 라인은 파워 라인에 고정되거나 또는 이 파워 라인과 함께 공동의 코팅부 내에서 통합될 수 있다.

Description

전기 에너지의 유도적 전달을 위한 장치{DEVICE FOR THE INDUCTIVE TRANSMISSION OF ELECTRICAL POWER}

예를 들어 WO 92/17929호에 공지된 바와 같이 이런 종류의 장치는 기계적 또는 전기적 접촉 없이 전기적 에너지를 적어도 하나의 이동 가능한 소비기기에 전달하는 기능을 한다. 이 장치는 변압기의 원리와 유사하게 전자기적으로 연결된 일차 부품과 이차 부품을 포함한다. 일차 부품은 일정 구간에 걸쳐 배선된 도체 루프(conductor loop)와 전자 전원 공급 장치를 포함한다. 하나 또는 복수의 소비자 및 이에 속하는 소비자 전자장치는 이차 부품을 형성한다. 일차 부품과 이차 부품이 서로 가능한 한 밀착되게 결합되는 변압기와는 달리 전술된 유형의 장치는 헐겁게 결합된 시스템이다. 이런 헐거운 결합은 상대적으로 높은 킬로 헤르쯔 범위의 전압을 통해 가능하다. 이렇게 함으로써 몇 센티미터에 달하는 넓은 에어 갭(air gap)의 극복이 가능하다. 운전 주파수는, 소비자 코일에 대해 캐패시터(capacitor)를 병렬로 연결함으로써 형성된 병렬 공진 회로(parallel resonant circuit)의 공명주파수(resonant frequency)로서 이차측에서 결정된다.

이런 유형의 에너지 전달 방식의 이점으로는, 특히 마모가 발생하지 않고 유지보수가 필요치 않다는 점 외에도 접촉 안전성 및 우수한 가용성(availability)을 들 수 있다. 전형적인 적용 분야는 제조 기술 분야의 자동 원료 운반 시스템이지만 승강기나 전기 구동식 버스와 같은 승객 운송 시스템에도 사용될 수 있다. 이런 적용 분야의 대부분에서는 특히 소비기기의 원격 조정을 위해 중앙 제어 장치와 이동식 소비기기 사이의 통신 연결에 대한 필요성이 제기된다. 또한 복수의 이동식 소비기기를 포함하는 시스템에서는 예를 들어 소비기기의 동작을 자체적으로 제어하고 충돌을 방지하기 위해 소비기기 상호간에 통신이 이루어지는 것이 바람직하다. 종래 기술에서는 이런 통신이 일반적으로 무선 통신의 형태로 이루어진다.

본 발명은 제1청구항의 상위 개념에 따른 전기 에너지의 유도적 전달을 위한 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 장치의 도식적 종단면도.

도2는 도1에 따른 장치의 제1 실시예에 대한 도식적 종단면도.

도3은 도1에 따른 장치의 다른 실시예에 대한 도식적 종단면도.

도4A 내지 도4C는 본 발명에 따른 특수 케이블의 복수의 실시예에 대한 도식적 종단면도.

본 발명의 목적은, 전기적 에너지의 유도적 전달을 위한 장치에서 이동식 소비기기로의 정보 전달을 위한 새로운 방법을 제시하고 이에 적합한 케이블을 제공하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라 제1청구항에 따른 특징을 갖는 장치 및 제14청구항에 따른 특징을 갖는 케이블을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항인 제2청구항 내지 제13청구항 또는 제15청구항 내지 제18청구항에 기술되어 있다.

본 발명은, 유도적 결합의 원리가 데이터 전달 뿐 아니라 에너지 전달에도 적용 가능하며, 일차 도체 루프의 배선 작업 시 이 루프에 대해 병렬로 진행되는 데이터 라인의 배선에 적은 추가 비용만이 소요된다는 사실을 활용한다. 이런 컨셉의 문제점은, 데이터 라인이 이동식 소비기기에서 해당 송수신 장치와 충분히 밀착되게 유도적으로 결합되어야 하는 반면, 동시에 가능한 한 파워 라인으로부터 이격되어야 한다는 것이다. 본 발명에서는 이런 문제점이 파워 라인에 대해 데이터 라인을 특수한 기하학적 형태로 배치함으로써 해결된다.

데이터 라인과 파워 라인의 본 발명에 따른 조합을 위해 최적화된 케이블을 사용하는 것이 매우 바람직한데, 이런 케이블을 사용함으로써 양측 라인의 공동 설치에 소요되는 비용 및 배선 결함의 위험이 현저하게 감소된다. 양측 라인이 통합된 이런 케이블의 다른 이점은, 두 개의 분리된 케이블에 비해 우수한 굴곡강도(flexural strength)인데, 현수 배치 시 이런 우수한 굴곡강도로 인해 규정된 최대 새그비(sag ratio)의 유지를 위해 필요한 고정점을 줄일 수 있다.

도 1에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전기 에너지의 유도적 전달을 위한 시스템은 전자 전원 공급 장치(1), 파워 라인(power line)(2) 및 하나 또는 복수의 이동식 소비자(3A, 3B, 3C)를 포함하는데, 여기에서 도1에 도시된 3이라는소비자(3A, 3B, 3C)의 수는 단지 예를 들기 위한 것이다. 전자 전원 공급 장치(1)는 교류 전류를 루프 형태로 안내된 파워 라인(2)으로 공급하며, 각 소비자(3A, 3B, 3C)는 이 파워 라인과 유도적으로 결합된다. 각 소비자(3A, 3B, 3C)는 파워 라인(2)을 따라 이동이 가능한 소비기기의 구성 요소이며, 소비자는 전술된 유도적 결합을 통해 이 소비기기에 교류 전압을 공급한다. 이 상황은 필요에 따라서 소비기기 내에서 변형될 수 있다. 예를 들어 여기에서 정류자 및 회로 제어기를 통해 이미 공지된 방식에 따라 원하는 크기의 직류 전압이 발생될 수 있다.

본 발명에서는 전자 전원 공급 장치(1) 측에서 직접 조합식 송수신 장치(5)에 연결되는 데이터 라인(2)이 파워 라인(1)에 평행하게 진행되는데, 이 송수신 장치는 다음에서 트랜시버(transceiver)로서 표기된다. 마찬가지로 각 소비자(3A, 3B, 3C) 측에도 데이터 라인(4)과 유도적으로 결합된 트랜시버(6A, 6B, 6C)가 장착된다. 트랜시버(5)와 트랜시버(6A, 6B, 6C) 사이에서는 쌍방향으로 정보가 직렬로 전달되는데, 예를 들어 제어 명령의 형태로 이동식 소비기기에 전달되거나 또는 상태 메시지의 형태로 각 소비기기에서부터 전달된다. 쌍방향 통신이 중요한 의미를 갖지 않는 경우에는, 원칙적으로 순수한 송신 장치가 일측면에 장착되고 대응측에는 하나 또는 복수의 순수한 수신 장치가 장착되는 조합적 형태도 물론 가능하다. 또한 쌍방향 트랜시버(6A, 6B, 6C)는 고정식 트랜시버(5)와만 통신하는 것이 아니라 상호간에도 통신이 가능하다. 최종적으로 직렬 데이터 버스를 위한 전달 매체가 데이터 라인(4)을 통해 제공되는데, 복잡한 임의의 데이터가 적합한 프로토콜 상에서 이 데이터 버스에 연결된 장치, 고정식 트랜시버(5) 또는 이동식 트랜시버(6A, 6B, 6C)를 통해 전달될 수 있다.

정보 시그널의 유도적 전달은 예를 들어 저항 변환 또는 전압 분리를 위한 변환기(transformer)가 사용되는 통신 공학분야에서 이미 오래 전에 알려진 반면, 본 발명에서 나타나는 이 변환기 사용과 관련된 특이점은, 일차측 및 이차측이 고정되지 않고 긴 구간을 따라 상대적인 상호 이동이 가능하며, 거의 동일한 구간(distance)에 걸쳐 유도적 에너지 전달과 동시에 정보 전달이 이루어지는 것이다.

에너지 전달을 위해 선택된 자계(field)는 정보 전달을 위해 선택된 자계보다 현저히 큰 자속 밀도(magnetic flux density)를 가져야 하는 정황으로 인해, 양측 라인(2, 4)의 병렬 진행 중에 우선적으로 파워 라인(2)에서 데이터 라인(4)로의 누화(cross- talk), 즉 전달되는 정보 시그널의 장애가 발생된다. 이런 장애를 거의 완전하게 억제하기 위해 본 발명에서는 양측 라인(2, 4) 또는 각 절연 도체(2A, 2B, 또는 4A, 4B)를 도2에서 단면으로 도시된 바와 같이 기하학적으로 배치한다.

각 라인(2, 4)은 루프 형태로 안내된다. 이로서 임의의 시점에 에너지 전달을 위해 라인(2)의 일차측에 공급된 전류는 예를 들어 절연 도체(2A)에서 전자 전원 공급 장치(1)로부터 이격되게(멀어지는 방향으로) 흐르고, 다른 절연 도체(2B)에서는 전자 전원 공급 장치 방향으로 흐르거나 또는 그 역방향으로 흐른다. 이에 상응한 방식으로 트랜시버(5)에서 라인(4)으로 공급되거나 또는 트랜시버(6A, 6B, 6C) 중 하나에서 라인(4)으로 유도된 전류는 임의의 시점에서 예를 들어 절연 도체(4A)에서 트랜시버(5)로부터 멀어지는 방향으로 흐르고 다른 절연 도체(4B)에서는 트랜시버(5) 방향으로 흐르거나 또는 그 역방향으로 흐른다. 이것을 기하학적으로 달리 설명하자면, 한편으로는 절연 도체(2A, 2B)와 다른 한편으로는 절연 도체(4A, 4B)가 각각 소비자(3A, 3B, 3C)의 이동 구간의 단부에서 루프 형태로 서로 중첩되거나 또는 여기에서 차단 부재를 통해 전기 전도성으로 서로 결합되는 것을 의미한다. 도2에서 절연 도체(2B)를 통해 도시된 바와 같이 파워 라인(2)의 양측 절연 도체(2A, 2B)는 절연재(8)에 의해 코팅된 금속 도체(7)를 각각 포함한다. 이와 유사하게 도2에서 절연 도체(4B)를 통해 도시된 바와 같이 데이터 라인(4)의 양측 절연 도체(4A, 4B)는 절연재(10)로 코팅된 금속 도체(9)를 각각 포함한다.

에너지 전달에 의한 정보 전달의 장애를 가능한 한 최소한으로 억제하기 위해, 양측 라인(2, 4) 사이의 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 가능한 한 낮게 억제되어야 한다. 이런 억제는, 전류에 의해 파워 라인(2) 내에서 발생된 자기 흐름이 데이터 라인(4)과 가능한 한 중첩되지 않아야 한다는 것, 즉 양측 절연 도체(4A, 4B)의 연결면이 가능한 한 작게 형성되어야 한다는 것을 의미한다. 전체 흐름 중에서 절연 도체(2B) 내의 전류에 의해 야기되는 부분(비중, quota, portion)에 대해서는 이런 억제가 도2에 따른 배치 상태에서 이상적으로 이루어지는데, 그 이유는 횡단면에서 직선형 전류의 자계선이 알려진 바와 같이 접선 방향으로 진행하며, 본 발명에서 전제되는 반경 대칭적(radial symmetric) 전류 분포 조건에서는 전류의 자계선이 절연 도체(2B) 내에서 절연 도체(2B)의 중심축을 중심으로 동심성의 원이기 때문이다. 따라서 결과적으로 자속(magnetic flux)은 절연 도체(4A, 4B)의 연결면에 의해 영(zero)으로 나타난다. 이것은 절연 도체(2B)를기준으로 양측 절연 도체(4A, 4B)를 대칭적으로 배치함으로써 도달된다.

자계선이 절연 도체(2A)의 중심축을 중심으로 동심성 원인 다른 절연 도체(2A)의 자계는 절연 도체(4A, 4B)의 연결면 상에서 사라지지 않는 자속 부분을 발생시키지만, 큰 의미를 갖지 않는데, 그 이유는 절연 도체(2A)가 절연 도체(2B)보다 상당히 이격되어 있기 때문이다. 절연 도체(4A, 4B)가 절연 도체(2A)로부터 멀어지고 절연 도체(4A, 4B)가 근접할수록 이 자속 부분이 작아지는 것은 당연하다. 하지만 절연 도체(2A)로부터의 거리를 그 이상으로 증가시킴으로써 자속 부분을 감소시키는 경우에는, 라인(2)을 라인(4)과 함께 동일한 채널에 설치할 수 없고 도2에 도시된 바와 같이 트랜시버(6A)를 소비자(3A)와 함께 하나의 유닛에 설치하지 못하는 문제점이 나타난다. 후자는 절연 도체(2A)에 의해 발생된 자속과의 연결을 최소화하는 것과 관련해 최상의 선택일 수 있는, 절연 도체(2B)의 중심축을 중심으로 한 양측 절연 도체(4A, 4B)의 시계 방향으로의 90°회전에 대해서도 적용된다. 분리 설치된 데이터 라인(4) 및/또는 소비자(3A)와 완전히 분리 배치된 트랜시버(6A)는 현저히 높은 시스템 비용을 발생시킨다. 다른 한편으로 절연 도체(4A, 4B) 상호간의 거리를 그 이상 감소시킴으로써 자속 부분을 감소시키는 경우에는, 이로 인해 불가피하게 라인(4)과 트랜시버(6A) 사이의 자기적 결합이 감소될 수 있는 문제점이 나타난다. 이로서 절연 도체(2B)의 매우 인접한 위치에서의 데이터 라인(4)의 대칭적 배치는 데이터 라인(4) 상으로의 파워 라인(2)의 누화 억제와 관련하여 일종의 절충안이다. 데이터 라인(4)과 트랜시버(6A) 사이의 자기적 결합의 최대화를 위해서는, 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B)에 대한 데이터라인(4)의 대칭성과 관련해 동등한 수준의 모든 배치 형태 중에서, 데이터 라인(4)이 트랜시버(6A)에 가능한 한 근접하게 위치하는 배치 형태를 선택하는 것이 적합하다. 도2에 도시된 바와 같이 트랜시버(6A)를 소비자(3A)에 내장하는 경우에는 트랜시버(6A)가 이차측에서 가능한 한 절연 도체(2B)에 인접하게 배치되어야 하며, 따라서 데이터 라인(4)에 인접하게 배치되어야 한다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

도2에 도시된 배치 형태에 대해 대안적으로 데이터 라인(4)의 양측 도체는, 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B) 뿐 아니라 이격된 절연 도체(2A)에 대해서도 동일한 대칭성이 나타나도록, 배치될 수도 있다. 이와 같은 배치 형태에 대한 예가 도3에 도시되어 있는데, 여기에서는 데이터 라인(4)의 양측 절연 도체(4A, 4B)가 도2에 따른 배치 형태와는 달리 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B)의 중심축을 중심으로 시계 방향으로 90°회전된 상태이다. 이런 배치 형태에서는 데이터 라인(4)이 이격된 절연 도체(2A)에 의해 발생된 자속과 중첩되지 않으므로, 이론적으로는 유도성 누화가 전혀 나타날 수 없다.

따라서 도2에 도시된 위치와 동일한, 도3에 도시된 트랜시버(6A)의 위치가 최적 위치가 아니라는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 도2에 도시된 트랜시버(6A)에서 최대 감도의 방향은 데이터 라인(4)의 양측 절연 도체(4A, 4B)의 중심축을 통해 정의된 면에 대해 수직으로 진행한다고 가정한다면, 즉 도2에서 트랜시버(6A)의 최적의 상태로 배치한다고 가정한다면, 도3에 도시된 바와 같이 데이터 라인(4)을 시계 방향으로 90°회전시킨 배치 형태에서는 절연 도체(4A, 4B)의 우측으로 트랜시버(6A)를 동일한 각도로 회전시킨 배치 형태가 최적의 배치 형태일 것이다.하지만 일반적으로 파워 라인(2)의 분기선의 실현 가능성과 관련하여 이런 배치 형태는 제공될 수 없으므로, 도3에 따른 실시 형태에서도 트랜시버(6A)는 파워 라인(2)의 상단에 배치되어야 한다. 여기에서 트랜시버(6A)를 측방에 배치시키는 것이 소비자(3A)의 내부 또는 측면에 조립 또는 부착하기 위해 제공되는 공간과 유도적 결합 사이의 절충안으로 간주된다.

또한 트랜시버(6A)의 송수신 코일(transmit receive coil)은 트랜시버 내에서 트랜시버 하우징의 외벽에 대해 경사진 구간에 조립될 수 있고 이런 방식으로 최대 감도의 방향이 하우징을 회전시키지 않고도 변경될 수 있다. 이런 조립 형태는 파워 라인(2)의 상부에 배치된 트랜시버(6A)를 도3에 따른 데이터 라인의 측방 배치에 적응시킬 수 있는 추가적인 자유성을 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 라인(2, 4)의 횡단면 형태로 제한되지 않는다. 예를 들어 파워 라인(2)의 절연 도체(2A, 2B)는 직각 형태의 횡단면을 가질 수 있는데, 이런 횡단면 형태는 도체(7)의 횡단면에 따라 결정된다. 이런 실시예에서는 도체(7)의 횡단면이 두 개의 대칭면을 가지며, 데이터 라인(4)의 양측 절연 도체(4A, 4B)는 절연 도체(2B) 내의 전류에 의해 발생되는 자속 부분을 제거하기 위해 이런 대칭면 중 하나의 대칭면을 기준으로 대칭적으로 배치되어야 한다.

또한 소비자(3A)도 다른 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 소비자는 T자 형태 또는 E자 형태로 형성될 수 있는데, T자 형태의 경우에는 양측 절연 도체(2A, 2B) 사이로 T자의 수직 막대가 삽입되고, E자 형태인 경우에는 E자의 중앙 레그(leg)가 절연 도체(2A, 2B) 사이로 삽입되며, 양측의 외측 레그는 이 절연 도체를 외측에서 감싼다. 이에 상응하게 트랜시버(6A)도 도2에 도시된 횡단면과 다른 횡단면을 가질 수 있다.

또한 완전 복신방식(full duplex operation)에 의한 통신을 실현하기 위한 제2 데이터 라인(4)을 제공하기 위해, 데이터 라인(4)의 본 발명에 따른 배치가 파워 라인(2)의 양측 절연 도체(2A, 2B)에도 동시에 적용될 수 있다. 이를 위해 일차측 뿐 아니라 이차측에서도 양측 데이터 라인(4) 중 하나를 위한 상응하는 트랜시버(6A, 6B, 6C)가 필요하다. 하지만 완전 복신방식에 의한 통신은 양측 전송 방향을 주파수대로 분리함으로써 도2 및 도3에 도시된 바와 같은 하나의 데이터 라인(4) 만으로도 실현 가능하다.

도2 및 도3에서 알 수 있듯이, 데이터 라인(4)은 파워 라인(2)과 별도로 형성될 수 있다. 이 경우에는 트랜시버(6A)에 대한 데이터 라인(4)의 확정된 위치를 유지하기 위해 데이터 라인(4)을 파워 라인(2)의 절연 도체(2B)에 고정하는 것이 적합하다. 이런 고정은 예를 들어 일반적으로 시중에서 판매되는 접착제를 이용해 접착함으로써 이루어질 수 있다. 친조립성의 관점에서 볼 때, 적합한 고정 방법은 고정 클램프(clamp)를 라인(2, 4)을 따라 일정한 간격으로 배치하는 것인데, 여기에서 클램프는 간단한 조작으로 라인(2, 4)이 클램프와 분리될 수 있는 형태로 형성된다. 양측 라인(2, 4)은 특수 라인의 전체 구간에서 하나의 번들(bundle)로 정렬될 수 있는데, 이렇게 함으로써 배선 과정이 매우 간소화된다.

도4A, 도4B 및 도4C에는 이런 특수 라인의 가능한 변형에 대한 횡단면이 도시되어 있다. 도4A에 따른 변형에서는 함께 데이터 라인(4)을 형성하는 양측 절연도체(104A, 104B)의 원형링 형태의 절연재(110A, 110B)가 웨브(web)(111A, 111B)를 통해 파워 라인(2) 절연 도체(102B)의 원형링 형태의 절연재(108)와 일체형으로 결합된다. 각 부(108, 110A, 110B, 111A, 111B)를 포함하는 절연재 전체는 단 한번의 작업 공정에서 도체(107, 109A, 109B)의 둘레로 압출된다. 비대칭적인 외측 형태로 인해 도체(109A, 109B)의 위치는 외부에서 도체(107)와 쉽게 구분되므로, 배선 작업 시 방향 설정과 관련된 오류는 거의 발생되지 않는다.

도4A, 도4B 및 도4C에 도시된 모든 변형에서 파워 라인(2)의 각 도체(107, 1207, 307)는 리츠(litz), 즉 서로 절연되고, 중앙 절연재(112, 212, 313)를 중심으로 나선형으로 감겨져 있는 복수의 와이어를 포함하는데, 여기에서 나선형 권선은 도4A, 도4B 및 도4C의 단면도에 도시되어 있지 않다. 이로서 도체(107, 207, 307)의 횡단면은 도2 및 도3에 도시된 것과 같은 원형이 아님에도 불구하고 전류 분포는 거의 반경 대칭적인 것으로 간주될 수 있다. 따라서 도2 및 도3을 통해 설명된, 도체(7) 내에서의 전류의 자계에 대한 진술은 도4A, 도4B 및 도4C에 도시된 라인 변형의 도체(107, 207, 307)에도 동일하게 적용된다. 또한 파워 라인(2)에서 리츠 사용의 합목적성은, 각 운전 변수(전류 및 주파수)에서 반경 방향으로의 전류 변위(current displacement) 정도에 따라 결정된다. 리츠를 사용하지 않고 도2 및 도3에서와 같이 원형의 횡단면을 갖는 도체를 사용하는 변형도 가능하다.

도4A에 따른 변형에서 웨브(11A, 11B)가 비교적 얇게 형성되어 있으므로, 양측 절연 도체(104A, 104B)는 적은 힘으로도 절연 도체(102B)와 분리가 가능하다. 이런 얇은 형태는, 도1에서 알 수 있듯이, 파워 라인(2)이 자신의 초기부에서 전자전원 공급 장치(1) 연결되어야 하고, 반면 데이터 라인은 트랜시버(5)에 연결되어야 하므로 매우 바람직하다. 또한 전자 전원 공급 장치(1)에 의해 설정된 운전 주파수에서 파워 라인(2)을 공명시키기 위해, 여기에는 도시되지 않은 동조 콘덴서(tuning capacitor)가 파워 라인(2)의 진행 방향으로 설치되어야 하는 반면, 데이터 라인(4)에는 이러한 동조 콘덴서가 필요치 않다. 따라서 다른 특수한 시스템 부품과는 무관하게 각각의 양측 라인에 연결하기 위해, 데이터 라인(4)을 큰 비용을 들이지 않고 파워 라인(2)로부터 분리하는 것이 일반적으로 이점으로 작용한다.

도4B에 따른 라인 변형은, 파워 라인(2)의 도체(207) 및 데이터 라인(4)의 양측 도체(209A, 209B)의 일체형 공동 절연재(213)의 단면이 직각형이라는 점에서 도4A에 따른 라인 변형과 상이하다. 양측 도체(209A, 209B)는 절연재(213)의 일 측면(214)을 한정하는 두 개의 모서리에 배치된다. 전술된 측면(214)에서부터 이 측면에 대해 수직으로 도체(209A, 209B)에 이웃하게 라인의 종방향으로 두 개의 홈(215A, 215B)이 형성되므로, 측면(214)은 외부에서부터 확인이 가능하다. 홈(215A, 215B)의 깊이에 상응하는 위치에서 측면(214)에 이웃한, 절연재(213)의 양측 면에 라인의 종방향으로 각각 하나의 압입부(216A, 216B)가 형성된다. 각 압입부(216A, 216B)는 이웃한 각 홈(215A, 215B)과 함께, 도4A에 따른 변형의 웨브(111A, 111B)에 상응하며 데이터 라인(4)과 파워 라인(2)의 용이한 분리를 가능케하는, 목표 파쇄점(211A, 211B)을 결정한다.

도4C에 따른 제3의 라인 변형은 전술된 변형과 달리 특수 공구를 통한 전체절연재의 일체형 압출을 전제로 하지 않는다. 이 변경에서는 파워 라인(2) 및 데이터 라인(4)이 우선적으로 분리된 상태로 형성되고 차후에 서로 결합된다. 또한 도체(307)와 이에 속하는 원형링 형태의 절연재(308)를 포함하는 파워 라인(2)의 횡단면 형태는 도4A에 따른 파워 라인의 횡단면 형태와 동일하다. 데이터 라인(4)은 각각 하나의 원형링 형태의 절연재(310A, 310B)를 갖는 두 개의 도체(309A, 309B)를 포함한다. 원형링 형태의 절연재는 하나의 웨브(317)를 통해 일체형으로 서로 결합된다. 주로 웨브(317)를 통해 도체(309A, 309B) 상호간의 간격, 특히 데이터 라인(4)의 종방향에서의 간격이 일정하게 유지된다. 데이터 라인(4)은 구조면에서 일반적인 종래 형태의 300Ω 안테나 라인과 유사하다. 원칙적으로 데이터 라인(4)로서 두 개 이상의 절연 도체를 포함하는 플랫 라인(flat cable)을 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 이 절연 도체 중 단지 두 개만이 데이터 전송을 위해 사용된다.

양측 라인의 기계적 결합을 위해 데이터 라인(4)이 파워 라인에 부착되며, 이 경우 도4C에 도시된 바와 같이 데이터 라인(4)을 파워 라인(2)의 형태에 적응시킬 수 있도록 하기 위해 유연한 재질의 웨브(317)를 사용하는 것이 바람직하다. 그 다음 바람직하게도 직물 재질 또는 직물 강화 재질로 이루어진 공동 코팅부(318)를 파워 라인과 데이터 라인이 코팅된다. 이 변형에서 파워 라인에 대한 데이터 라인의 위치가 라인의 외부에서 파악되지 않으므로, 이 위치를 예를 들어 데이터 라인(4)의 중앙을 나타내는 표시선(319)과 같은 컬러 마크를 통해 코팅부(318)의 외측면에 표시하는 것이 바람직하다. 특히 필요한 라인의 전체 길이로인해 일체형 절연재의 압출을 위한 비용이 과도하게 상승하는 경우에 도4C에 따른 변형을 사용하는 바람직하다.

정보 시그널이 파워 시그널보다 높은 주파수대를 가질 경우, 예를 들어 메가헤르쯔대의 주파수를 가질 경우에는 주파수를 통해 구분하는 것이 바람직하다. 디지털 정보를 인가(impression)하기 위해 예를 들어 주파수 편이 변조(FSK; frequency shift keying)와 같은 이미 알려진 형태의 변조 방식이 사용될 수 있다. 전송율에 대한 개략적인 근사값은 10 내지 150kbit/s이며, 반송 주파수(carrier frequency)는 알려진 방식에 따라 적응되어야 한다. 전원 공급이 이루어져야 하는 소비기기의 이동 구간의 길이에 해당하는 전송 구간의 길이는 적용 범위에 따라서 매우 가변적일 수 있다. 즉 약 몇 미터에서 수 백 미터에 달할 수 있다.

Claims

유도적 결합을 통해 적어도 하나의 이차측 이동형 소비자에서 에너지를 공급 받을 수 있으며, 서로 평행하게 안내되는 두 개의 절연 도체를 포함하는 일차측 파워 라인을 갖는, 전기적 에너지의 유도적 전달을 위한 장치에 있어서,

소비자(3A, 3B, 3C)로의 또는 소비자(3A, 3B, 3C)로부터의 데이터의 추가적인 유도적 전달을 위해 일차측에는 서로 평행하게 안내된 두 개의 절연 도체(4A, 4B)를 포함하는 데이터 라인(4)이 제공되며, 데이터 라인의 양측 절연 도체(4A, 4B)는 파워 라인(2)의 양측 절연 도체(2B) 중 하나에 인접하게 배치되고, 양측 절연 도체는 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B)의 도체(7) 횡단면의 대칭 기준면에서 대칭적으로 배치되는 장치.
제1항에 있어서,

파워 라인(2)의 이격 배치된 절연 도체(2A)를 기준으로 한 데이터 라인(4)의 대칭성이 이웃한 절연 도체(2B)를 기준으로 한 대칭성과 동일한 장치.
제2항에 있어서,

데이터 라인은 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B)의 측면, 즉 다른 절연 도체(2A)의 대응측에 배치되는 장치.
제1항에 있어서,

데이터 라인(4)은, 이차측 소비자(3A, 3B, 3C)가 이동식으로 배치된 공간과 파워 라인(2)의 이웃한 절연 도체(2B) 사이의 사이공간 내에 배치되는 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

데이터 라인(4)은 파워 라인(2)에 고정되는 장치.
제5항에 있어서,

파워 라인(2)으로의 데이터 라인(4)의 고정이, 양측 라인(2, 4)을 따라 배치되며 이 양측 라인과 함께 고정되는 복수의 결합 부재를 통해 이루어지는 것을 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

데이터 라인(4)이 파워 라인(2)과 함께 하나의 공동 케이블 내에 통합되는 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

이차측 소비자(3A, 3B, 3C) 내에 또는 측방에 데이터 라인(4)과 자기적으로 결합된 유도성(inductivity)이 형성되는 장치.
제8항에 있어서,

소비자(3A, 3B, 3C)의 운전 위치에서 데이터 라인(4)에 이웃한 파워 라인(2)의 절연 도체(2B)에 대한 데이터 라인(4)과 동일한 형태의 대칭성이 유지될 수 있도록, 데이터 라인(4)과 자기적으로 결합된 소비자측 유도성이 소비자(3A, 3B, 3C) 내에 또는 측방에 배치되는 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

한편으로는 일차측 데이터 라인(4)을 따라 형성된 적어도 하나의 위치에서 또는 동일 구간의 일측 단부에서, 또는 다른 한편으로는 이차측 소비자(3A, 3B, 3C) 내에서 또는 측방에서 적어도 하나의 송신 장치(5) 및 적어도 하나의 수신 장치(6A, 6B, 6C)가 장착되며, 이 송신 장치와 수신 장치 사이에서 데이터 라인(4) 및 이 데이터 라인과 자기적으로 결합된 유도성을 통해 정보 시그널이 전달 가능한 장치.
제10항에 있어서,

일차측 뿐 아니라 이차측에도 데이터 라인(4)을 통한 쌍방향 통신이 가능한 조합형 송수신 장치가 각각 장착되는 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

파워 라인(2)의 양측 절연 도체(2A, 2B)의 각각에 이웃하게 각각 하나의 데이터 라인(4)이 배치되는 장치.
제12항에 있어서,

완전 복신방식(full duplex operation)의 통신을 실현시키는, 각 데이터 라인(4)에 상응하는 송수신 장치(5; 6A, 6B, 6C)가 일차측 및 이차측에 배치되는 장치.
절연재에 의해 코팅된 거의 대칭적 횡단면의 도체를 가지며, 전기적 에너지를 적어도 하나의 이동식 소비자에게 유도적으로 전달하기 위한 장치의 일차측 루프에 사용되는 케이블에 있어서,

소비기기에서부터 및/또는 소비기기로 데이터를 동시에 유도적으로 전달하기 위해 현저히 작은 횡단면을 갖는 두 개의 다른 도체(109A, 109B; 209A, 209B; 309A, 309B)가 제1 도체(107, 207, 307)에 대해 평행하게 그리고 이 도체의 횡단면의 대칭면에 대해 대칭적으로 배치되며, 다른 도체(109A, 109B; 209A, 209B; 309A, 309B)는 절연재(110A, 110B,; 213; 310A, 310B)에 의해 각각 코팅되고 제1 도체(107; 207; 307)와 견고하게 결합되며, 두 개의 다른 도체(109A, 109B; 209A, 209B; 309A, 309B)의 각도 위치가 제1 도체(107; 207; 307)를 기준으로 케이블의 형태 및/또는 표시 마크(319)를 통해 식별 가능한 케이블.
제14항에 있어서,

두 개의 다른 도체(1090A, 109B; 209A, 209B; 309A, 309B)가 이 도체의 해당 절연재(110A, 110B; 213; 310A, 310B)와 함께 절연재(108; 213; 308)의 파손 없이 제1 도체(107; 207; 307)로부터 분리 가능한 케이블.
제14항 또는 제15항에 있어서,

두 개의 다른 도체(109A, 109B; 209A, 209B)의 절연재(110A, 110B; 213)가 제1 도체(107; 207)의 절연재(108; 213)와 일체형으로 형성되며 이 절연재와 목표 파쇄점(111A, 11B; 211A, 211B)을 통해 결합되는 케이블.
제14항 또는 제15항에 있어서,

두 개의 다른 도체(309A, 309B)가, 제1 도체(307)의 절연재(308)에 접하고 이 절연재에서 공동의 코팅부(318)를 통해 고정되며, 제1 도체(307) 및 이 도체의 절연재(308)와 분리된 절연형 플랫 케이블의 구성 요소인 케이블.
제17항에 있어서,

공동의 코팅부(318)가 추가적으로 부착된, 직물 재질 또는 직물 보강 재질을 포함하는 케이블.