KR200303762Y1 - 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치 - Google Patents

전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치에 관한 것으로서, 전선(10)에 흐르는 전류에 의해서 주변에 발생되는 자기장의 유도 현상을 이용하여 전원부(20)에 기자력(起磁力, magnetomotive force)을 공급하기 때문에, 전원부(20)의 입력용 전선이 필요 없다는 장점을 갖는다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서, 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용할 때, 사용자 주변에 설치된 전류가 흐르는 전선(10)을 이용하여 전기적인 접촉이나 연결 없이 손쉽고 간편하게 전기전자 기기나 계측기(40) 등에 전원을 공급하는 이점을 제공하기 위한 목적으로 고안되었다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용하고자 할 때 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째; 별도 장소에서 전원을 끌어오거나 전원 설비를 마련하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 둘째; 별도의 전원을 끌어오거나 전원 설비를 갖추는데 필요한 자재나 설비비를 절약할 수 있으며, 셋째; 별도의 전원을 끌어오거나 전원 설비를 설치할 때 발생할 수 있는 다양한 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용하고자 할 때, 별도의 전원설비를 설치하는데 소요되는 시간, 경비를 절감하고 전원설비 설치시 발생할 수 있는 위험으로부터 사용자를 보호 할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 위와 같이 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 환경에서 계측기나 전기전자 기기(40)의 사용이 장시간 지속될 때, 즉 계측기나 전지전자 기기(40)에 사용되는 밧데리 사용시간 이상으로 장시간 전기전자 기기를 사용할 때에 특별히 유용하게 사용될 것으로 기대 된다.

Description

전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치 {Wireless power supply using induced electromotive force }
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서, 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용할 때, 사용자 주변에 설치된 전류가 흐르는 전선(10)을 이용하여 전기적인 접촉이나 연결 없이 손쉽고 간편하게 전기전자 기기나 계측기 등에 전원을 공급하는 이점을 제공하기 위한 목적으로 고안되었다.
본 발명과 연관된 종래의 기술로는 "회전설비의 무선전원공급장치"가 있는데, 이 발명은 회전기기의 고정부에 교류전압 발생 장치를 설치하고, 회전기기의 회전부에 유도코일을 설치하여 전자기 유도 현상에 의한 무선 전원 공급 장치를 구성한 것이다. 이 경우는 본 발명과는 달리 회전기기에 국한된 내용으로 전류가 흐르는 도선의 전자기 유도를 이용한 본 발명과는 다른 범주에 속하는 것이다.
본 발명은 계측기, 전기전자기기에 전자기 유도 현상을 이용하여 무선으로 전원을 공급하기 위한 장치로서 기존의 발명과는 전자기 유도를 위한 구성방식과 사용 목적 등에서 차별이 된다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서, 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용할 때, 사용자 주변에 설치된 전류가 흐르는 전선(10)을 이용하여 전기적인 접촉이나 연결 없이 손쉽고 간편하게 전기전자 기기나 계측기 등에 전원을 공급하는 이점을 제공하기 위한 목적으로 고안되었다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용하고자 할 때 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째; 별도 장소에서 전원을 끌어오거나 전원 설비를 마련하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 둘째; 별도의 전원을 끌어오거나 전원 설비를 갖추는데 필요한 자재나 설비비를 절약할 수 있으며, 셋째; 별도의 전원을 끌어오거나 전원 설비를 설치할 때 발생할 수 있는 다양한 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있다.
예를 들어 최근 다양하게 제기되고 있는 송배전 선로의 제어/모니터링 설비에 본 발명을 적용할 경우 다음과 같은 장점을 갖는다. 첫째, 송배전 선로에 설치되는 제어/모니터링 설비를 동작시키기 위한 별도의 전원 공사에 소요되는 시간을 절약 할 수 있다. 둘째, 제어/모니터링 설비를 동작시키기 위한 별도의 전원 공사에 투입되는 장비, 자재, 인력 등을 절약 할 수 있어 경비를 절감 할 수 있다. 셋째, 송배전 선로에 제어/모니터링 설비를 동작시키기 위한 별도의 전원 공사를 할 경우 발생할 수 있는 다양한 형태의 위험으로부터 사용자를 보호 할 수 있다.
도 1 : 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치 개념도
도 2 : 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치 외부 설치도
도 3 : 전원부 구성도
< 주요 부분에 대한 부호 설명 >
10 : 전선(電線, Power cable), 전류의 통로가 되는 전력 케이블
20 : 유도 기전력(誘導起電力, Induced electromotive force) 발생부(20), 전선(10)에 흐르는 전류의 전자기 유도에 의해 기전력을 발생시키는 부분
21 : 자기회로(磁氣回路, Magnetic circuit)(21), 전선(10)에 흐르는 전류에 의해서 발생된 자속(magnetic flux)의 자기적 통로가 되는 물성체
22 : 자기회로내부 공간(22), 전선(10)이 통과되거나, 자기회로(21)를 중심으로 전선이 임의의 권수로 감길수 있게하는 공간
23 : 유도 코일(Induction coil), 자기 회로(21)를 통해서 형성되는 교번자속에 의해 유도 기전력을 발생시키는 임의의 권수를 갖는 코일
24 : 자기회로 개폐(開閉) 장치, 전류가 흐르는 전선을 자기회로 내부에 위치시키거나, 자기회로를 중심으로 전선(10)을 임의의 권수로 감아 사용할 때 자기회로(21)의 개폐를 위해 사용하는 잠금 장치
25 : 유도기전력 출력 단자, 유도코일(23)에서 발생된 유도기전력을 전원부(30)에 연결해주는 기능을 하는 단자.
30 : 전원부, 유도기전력 발생부(20)에서 공급되는 유도기전력을 입력으로 이용하여 전기전자 기기(40)의 전력을 공급하는 전원 공급 장치
31 : 보호회로(31) : 전원부(30)에 유입되는 이상 전압, 외부 노이즈, 서지 등으로부터 전원부를 보호하는 기능을 하는 회로
32 : 전류/전압 변환 회로(Current to voltage converter), 유도코일(23)에서 발생된 유도기전력에 의해서 유도기전력 발생부(20)로 부터 전원부(30)로 유입되는 유도전류를 전압으로 변환하는 회로
33 충전 회로, 전류/전압 변환회로(32)에서 출력되는 전압을 충전하여, 전원부(30)에 유입되는 유도 전압(Vin2)의 변동 시에도 안정된 전원부 출력전압(Vout2)을 유지하기 위한 회로.
34 : DC-DC 컨버터, 충전회로(33)에서 공급되는 전압을 입력으로 하여 임의의 전기 전자기기(40)가 요구하는 전원의 형태로 변환하는 장치
35 : 전원관리 회로, 충전회로(33)의 충전상태와 부하 전류 등을 고려하여 전원부 출력 전압(Vout2)의 운영을 담당하고, 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 Display부(37)에 제공하는 기능을 하는 회로
36 : 보정회로, DC-DC 컨버터(34)의 출력 전압 변동과 부하 전류를 감지하여, DC-DC 컨버터(34)와 충전 회로(33)에 피드백 신호를 공급하여 DC-DC 컨버터 출력전압을 안정화시키는 기능을 하는 회로. 주변 온도를 감지하여 DC-DC 컨버터와 충전회로에 온도 보상과 관계된 피드백 신호를 공급하는 기능을 하는 회로.
37 : Display부, 충전회로(33)로부터 충전 상태와 관련된 신호를 제공받고, 전원관리 회로로(35)부터 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 제공 받아, 충전회로 충전상태, 전원부 출력전압 상태, 부하 전류 상태 등을 표시하는 기능을 하는 회로.
40 : 전기전자 기기, PDA, 핸드폰, 계측기 등 소전력의 전원을 필요로 하는 다양한 형태의 전기전자 기기
Vout1 : 유도기전력 발생부 출력 전압
Vin2 : 전원부 입력 전압
Vout2 : 전원부 출력 전압
본원 발명은 도2에 도시된 바와 같이 임의의 전선(10)에 흐르는 전류의 전자기 유도와 기타 다양한 형태의 전자기 유도에 의해서 발생되는 자속(magnetic flux)의 자기적 통로가 되도록 투자율이 높은 물성체의 폐쇠 구조를 갖는 자기 회로(21)와 자기 회로(21)를 통해서 형성되는 교번자속에 의해 유도 기전력을 발생시킬 수 있도록 임의의 권수를 갖는 유도코일(23)을 주요 구성 요소로 하는 유도 기전력 발생부(20)와, 유도기전력 발생부(20)에서 공급되는 유도기전력을 입력으로 이용하여 전기전자 기기(40)의 전력을 공급할 있도록 전원공급을 위한 다수의 회로를 갖는 전원부(30)로 구성되는 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치에 관한 것이다.
상기 유도 기전력 발생부(20)는 자기 회로(21)내로 전선(10)이 통과되거나 전선(10)이 임의의 권수로 감길 수 있게 하도록 자기회로 내부 공간(22)이 형성되고, 이 내부공간(22)에 유도 기전력이 발생되는 임의의 권수의 유도코일(23)과 전류가 흐르는 전선(10)이 위치되고, 상기 유도코일(23)에서 발생된 유도기전력을 전원부(30)로 연결하는 유도기전력 출력단자(25)로 구비되며, 자기회로(21)를 중심으로 전선(10)을 임의의 권수로 감도록 자기회로(21)를 개폐하는 자기회로 개폐장치(24)가 자기회로(21)에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전원부(30)는 도3에 도시된 바와 같이 이상 전압, 외부 노이즈, 서지 등으로부터 전원부를 보호하는 기능을 하는 보호회로(31)와, 유도기전력 발생부(20)로부터 전원부(30)로 유입되는 유도전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환 회로(32)와, 전류/전압 변환회로(32)에서 출력되는 전압을 충전하여 전원부(30)에 유입되는 유도 전압(Vin2)의 변동 시에도 안정된 전원부 출력전압(Vout2)을 유지하기 위한 충전회로(33)와, 이 충전회로(33)에서 공급되는 전압을 입력으로 하여 임의의 전기 전자기기(40)가 요구하는 전원의 형태로 변환하는 DC-DC 컨버터(34)와, 충전회로(33)의 충전상태와 부하 전류 등을 고려하여 전원부 출력 전압(Vout2)의 운영을 담당하고, 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 Display부(37)에 제공하는 기능을 하는 전원관리 회로(35)와, DC-DC 컨버터(34)의 출력 전압 변동과 부하 전류를 감지하여 DC-DC 컨버터(34)와 충전 회로(33)에 피드백 신호를 공급하여 DC-DC 컨버터 출력전압을 안정화시키고 또한 주변 온도를 감지하여 DC-DC 컨버터(34)와 충전회로(33)에 온도 보상과 관계된 피드백 신호를 공급하는 기능을 하는 보정회로(35)와, 충전회로(33)로부터 충전 상태와 관련된 신호를 제공받고, 전원관리 회로로(35)부터 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 제공 받아, 충전회로(33) 충전상태, 전원부 출력전압(Vout2) 상태, 부하 전류 상태 등을 표시하는 기능을 하는 Display부(37)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 장소에서 계측기, 전기전자 기기(40) 등을 사용하고자 할 때, 별도의 전원설비를 설치하는데 소요되는 시간, 경비를 절감하고 전원설비 설치시 발생할 수 있는 위험으로부터 사용자를 보호 할 수 있는 효과을 갖는다. 본 발명은 위와 같이 전원 설비가 없거나 전원의 사용이 불편한 환경에서 계측기나 전기전자 기기(40)의 사용이 장시간 지속될 때, 즉 계측기나 전지전자 기기에 사용되는 밧데리 사용시간 이상으로 전기전자 기기를 사용할 때에 특별히 유용하게 사용될 것으로 기대 된다.

Claims (3)

  1. 임의의 전선(10)에 흐르는 전류의 전자기 유도와 기타 다양한 형태의 전자기 유도에 의해서 발생되는 자속(magnetic flux)의 자기적 통로가 되도록 투자율이 높은 물성체의 폐쇠 구조를 갖는 자기 회로(21)와, 자기 회로(21)를 통해서 형성되는 교번자속에 의해 유도 기전력을 발생시킬 수 있도록 임의의 권수를 갖는 유도코일(23)을 주요 구성 요소로 하는 유도 기전력 발생부(20)와, 상기 유도기전력 발생부(20)에서 공급되는 유도기전력을 입력으로 이용하여 전기전자 기기(40)에 전력을 공급하는 전원공급 회로를 갖는 전원부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유도 기전력 발생부(20)는 자기 회로(21)내로 전선(10)이 통과되거나 전선(10)이 임의의 권수로 감기도록 자기회로 내부 공간(22)이 형성되고, 이 내부공간(22)에 유도 기전력이 발생되는 임의의 권수의 유도코일(23)과 전류가 흐르는 전선(10)이 위치되고, 상기 유도코일(23)에서 발생된 유도기전력을 전원부(30)로 연결하는 유도기전력 출력단자(25)가 구비되며, 자기회로(21)를 중심으로 전선(10)을 임의의 권수로 감도록 자기회로(21)를 개폐하는 자기회로 개폐장치(24)가 자기회로(21)에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전원부(30)는 이상 전압, 외부 노이즈, 서지 등으로부터 전원부를 보호하는 기능을 하는 보호회로(31)와, 유도기전력 발생부(20)로부터 전원부(30)로 유입되는 유도전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환 회로(32)와, 상기 전류/전압 변환회로(32)에서 출력되는 전압을 충전하여 전원부(30)에서 유입되는 유도 전압(Vin2)의 변동 시에도 안정된 전원부 출력전압(Vout2)을 유지하기 위한 충전회로(33)와, 이 충전회로(33)에서 공급되는 전압을 입력으로 하여 임의의 전기 전자기기(40)가 요구하는 전원의 형태로 변환하는 DC-DC 컨버터(34)와, 상기 충전회로(33)의 충전상태와 부하 전류 등을 고려하여 전원부 출력 전압(Vout2)의 운영을 담당하고 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 Display부(37)에 제공하는 기능을 하는 전원관리 회로(35)와, 상기 DC-DC 컨버터(34)의 출력 전압 변동과 부하 전류를 감지하여 DC-DC 컨버터(34)와 충전 회로(33)에 피드백 신호를 공급하여 DC-DC 컨버터 출력전압을 안정화시키고 또한 주변 온도를 감지하여 DC-DC 컨버터(34)와 충전회로(33)에 온도 보상과 관계된 피드백 신호를 공급하는 기능을 하는 보정회로(35)와, 충전회로(33)로부터 충전 상태와 관련된 신호를 제공받고 전원관리 회로(35)로부터 전원부 출력 전압(Vout2)과 부하전류와 관련된 신호를 제공받아 충전회로 충전상태, 전원부 출력전압 상태, 부하 전류 상태 등을 표시하는 기능을 하는 Display부(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 무선 전원공급장치.
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