KR20040106763A

KR20040106763A - 무접점 전원 전달장치

Info

Publication number: KR20040106763A
Application number: KR1020030037600A
Authority: KR
Inventors: 서완석
Original assignee: 위니아만도 주식회사
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-12-18
Also published as: US20050018452A1; CN1574588A

Abstract

본 발명은 무접점 전원 전달장치에 관한 것으로서, 장치본체와; 주전원을 공급받는 전원입력부와, 복수의 직류 컨버터를 갖는 스위칭회로와, 1차트랜스를 가지고 상기 장치본체 내의 일측에 배치되는 1차측 회로부와; 상기 장치본체 내에서 상기 1차측 회로부에 대해 소정거리 이격배치되며 상기 1차트랜스에 의한 전원을 무접점으로 공급받는 2차트랜스와, 제공된 상기 전원을 필터링한 후 정류하는 주변회로와, 정류된 전원을 소정의 컨트롤 시스템으로 공급하는 전원공급부를 갖는 2차측 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 무접점 방식으로 전원을 전달함으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있을 뿐만 아니라 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있게 되는 것이다.

Description

무접점 전원 전달장치{Contactless power supply}

본 발명은 무접점 전원 전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무접점 방식으로 전원을 전달함으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있을 뿐만 아니라 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있도록 한 무접점 전원 전달장치에 관한 것이다.

종래의 모터나 전동기의 브레이크 시스템, 혹은 배터리의 충전시스템 등을 보면 종래에 유접점 회로를 채용한 유접점 전원 전달장치가 대부분 채용된 것을 알 수 있다.

이러한 유접점 전원 전달장치는 비교적 단순하고 저렴한 장점을 가지고 있으나 그 수명에 한계가 있고 제어 환경의 변화시 모든 회로를 다시 만들어야 하는 단점으로 인하여 점차 그 사용이 축소되고 있는 현실에 있다.

더욱이, 근자에 들어 반도체 기술의 비약적으로 발전됨에 따라 자동화를 위한 시퀀스 제어를 무접점 회로를 갖는 무접점 전원 전달장치로 채용하고 있는 실정이다.

그러나, 이와 같은 무접점 전원 전달장치는, 현장의 기계에 연결하여 동작을 확인하기 전 까지는 프로그램의 확정이 어려우며 이로 인한 현장에서의 수정변경이 많아지게 되었고, 다품종 소량생산 및 생산기술의 발전으로 인해 시스템의 변경이 빈번해 짐에 따라 결선의 변경이나 시스템 전체의 재 제작이 이루어져야 하는 구조적 결점을 가지고 있는 것이 사실이다.

이에, 본 출원인은 예를 들어, 모터에 마련된 모터회전부로 전원을 안정되게 정류하여 공급하기 위한 수단으로써의 무접점 전원 전달장치를 개발하기에 이르렀다.

이러한 무접점 전원 전달장치는 비단 모터뿐만 아니라, 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 무접점 방식으로 전원을 전달함으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있을 뿐만 아니라 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있도록 한 무접점 전원 전달장치를 제공하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 무접점 전원 전달장치의 정면도 및 배면도,

도 2는 본 발명에 따른 무접점 전원 전달장치의 개략적인 회로도,

도 3a 및 도 3b는 1차 및 2차트랜스의 코어에 코일이 권선되는 방식을 실시예로써 도시한 도면,

도 4는 실시예로써 1차 및 2차트랜스의 코어에 대한 단면적을 상이하게 도시하여 자속의 형상을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 장치본체 20 : 1차측 회로부

21 : 전원입력부 22 : 스위칭회로

23 : 1차트랜스 30 : 2차측 회로부

31 : 2차트랜스 32 : 주변회로

33 : 전원공급부 40 : 1차코어

45 : 1차코일 50 : 2차코어

55 : 2차코일

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 장치본체와; 주전원을 공급받는 전원입력부와, 복수의 직류 컨버터를 갖는 스위칭회로와, 1차트랜스를 가지고 상기 장치본체 내의 일측에 배치되는 1차측 회로부와; 상기 장치본체 내에서 상기 1차측 회로부에 대해 소정거리 이격배치되며 상기 1차트랜스에 의한 전원을 무접점으로 공급받는 2차트랜스와, 제공된 상기 전원을 필터링한 후 정류하는 주변회로와, 정류된 전원을 소정의 컨트롤 시스템으로 공급하는 전원공급부를 갖는 2차측 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전원 전달장치를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 1차 및 2차트랜스는 각각 UU 코어(Core)로 이루어져 있는 것이 유리하다.

상기 UU 코어의 양쪽 기둥 또는 중심부에는 보빈이 장착되어 있으며, 상기 보빈에는 코일이 각기 병렬로 권선되어 있다.

상호 대향하는 제1 및 제2차트랜스의 코어 중, 상기 제2차트랜스 측의 코어 단면적은 상기 1차트랜스 측의 코어 단면적에 비해 같거나 크게 형성될 수도 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하며, 각 실시예의 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하도록 한다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 무접점 전원 전달장치의 정면도 및 배면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무접점 전원 전달장치의 개략적인 회로도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무접점 전원 전달장치는, 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있도록 하기 위해 사용된다.

일 예로써, 도 1a 및 도 1b에는 본 발명의 무접점 전원 전달장치가 도시 않은 모터회전부에 전원을 인가함으로써, 모터(M)를 작동시킬 수 있도록 하고 있다. 이러한 무접점 전원 전달장치는, 자기유도 현상을 응용한 고안으로 1차측회로부(20)와 2차측 회로부(30)가 상호 공간적으로 분리(H) 설계된다.

동작원리는 1차측 회로부(20)에 설계된 1차코일(45)에 전류를 흘릴 경우 발생되는 자계에 의해서 2차측 회로부(30)의 2차코일(55)에 전류가 흐르는 원리로 일반 트랜스포머와 동일하기는 하나, 공극(H, 공간적)을 분리시킴으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있는 장점이 있다.

무접점 전원 전달장치는, 크게, 장치본체(10)와, 1차측 회로부(20) 및 2차측 회로부(30)로 이루어져 있다.

상기 장치본체(10)의 외측에는 본 무접점 전원 전달장치가 하나의 시스템 내에 장착될 경우, 장치본체(10)를 시스템에 결합시키기 위한 수단으로 복수의 결합부재(10a)가 마련되어 있다

도 2에 도시된 바와 같이, 1차측 회로부(20)는, 주전원을 공급받는 전원입력부(21)와, 복수의 직류 컨버터를 갖는 스위칭회로(22)와, 1차트랜스(23)를 갖는다.

상기 전원입력부(21)로는 예를 들어, DC 23V의 주전원이 제공된다.

따라서, 상기 전원입력부(21)에는 별도의 전원입력선(21a)이 결합되어 있다.

상기 스위칭회로(22)는, 전원입력부(21)와 1차트랜스(23)를 포함하여 하나의 회로를 구성하게 되며, 그 내부에는 Q1을 포함하여, R1, R2, R3의 저항이 구비되어 있고, C1, C2의 커패시터가 마련되어 있다.

상기 2차측 회로부(30)는, 장치본체(10) 내에서 1차측 회로부(20)에 대해 소정거리(H) 이격 배치된다.

이러한 상기 2차측 회로부(30)는, 1차트랜스(23)에 의한 전원을 무접점으로공급받는 2차트랜스(31)와, 제공된 전원을 필터링하고 정류하는 주변회로(32)와, 정류된 전원을 소정의 컨트롤 시스템으로 공급하는 전원공급부(33)를 포함한다.

상기 주변회로(32)는, 필터, 정류회로 및 평활회로 등을 포함하는데, 이에는 C1, C2, C3, C4의 커패시터와 BD1의 브리지가 마련되어 있다.

이에, 상기 1차측 회로부(20)를 통해 무접점 방식으로 전달된 전원이 2차측 회로부(30)에서 정류되면, 전원공급부(33)를 통해 모터회전부로 제공하여 모터(M)를 작동시킨다.

이때, 상기 전원공급부(33)를 통해 모터(M)로 공급되는 전원은 DC 3V 정도가 되며 별도의 전원공급선(33a)을 통해 모터(M)로 제공된다.

한편, 상기 1차 및 2차트랜스(23,31)는 각각 코어(40,50)로 이루어져 있다.

상기 제1 및 제2코어(40,50)에는 각각 제1 및 제2코일(45,55)이 감기게 되는데, 1차 및 2차코일(45,55)을 설계함에 있어, 그 결합계수를 높이기 위해서는 적절한 코어(Core)를 선정하여야 한다.

물론, 상호 대향하는(마주보는) 1차코어(40)와 2차코어(50)의 단면적이 클수록 결합계수는 커지지만 공간적인 제약을 받을 수밖에 없는 바, 그 단면적을 무한히 증대시킬 수는 없다.

이에, RM, EE, POT, Troidal, UU 등의 종류를 갖는 코어(Core) 중에서, 투자율이 큰 코어를 선정할 수록 자속(A)의 세기를 크게 할 수 있는 점을 고려할 때, 본 발명에서는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 U자형 단면을 갖는 UU 코어(40,50, Core)를 채용하고 있다.

이러한 상기 UU 코어(40,50)는 그 구조상 다른 형상의 코어보다 자속(A)의 누설을 줄일 수 있는 이점을 가진다.

이처럼, 상기 UU 코어(40,50, Core)를 채용하여 1차 및 2차트랜스(23,31)를 설계하게 되면, 자속(A)의 누설을 줄일 수 있다.

그러나, 상기 1차코어(40) 및 2차코어(50)에 감기는 1차 및 2차코일(45,55)의 권선 위치 및 권선 방법에 의해서도 그 결합 계수가 차이가 난다.

예를 들어, 도 3a와 같이, 제1 및 제2코어(40,50)의 중앙부(40b,50b)에 제1 및 제2코일(45,55)을 권선할 때와 도시하고 있지는 않으나 제1 및 제2코어(40,50)의 한쪽의 기둥에 권선할 때보다는 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2코어(40,50)의 양쪽 기둥(40a,50a)에 제1 및 제2코일(45,55)을 권선할 때, 가장 큰 결합계수를 얻을 수 있다.

이때의 권선 방법은 제1 및 제2코어(40,50)의 양쪽 기둥(40a,50a)에 보빈(미도시)을 장착한 후, 제1 및 제2코일(45,55)을 상호 병렬로 권선 연결시키면 된다.

만일, 상기 1차측 회로부(20)에서 발생되는 자속(A)을 효과적으로 쇄교시키기 위한다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차코어(40)의 단면적에 비해 2차코어(50')의 단면적 크기를 좀 더 크게 설계하면 된다.

그 이유는, 마주 보이는 2차코어(50')의 단면적이 넓을수록 누설 자속(A)이 적어지기 때문에 결합계수를 높일 수 있는 원인에 기인한다.

이에, 상기 1차측 회로부(20)의 전원입력부(21)로 DC 23V의 주전원이 입력되면, 스위칭회로(22)에 의해 정류된 후, 1차트랜스(23)를 통해 2차측 회로부(30)의2차트랜스(31)로 전달된다.

물론, 상기 1차측 회로부(20)와 2차측 회로부(30)는 상호 이격(H)되어 있기 때문에 무접점 방식으로 전달된다.

즉, 상기 1차트랜스(23)를 형성하는 1차코어(40)의 1차코일(45)로 전원이 공급되면, 전원 공급에 의해 발생되는 자계로 인해 2차코어(50)의 2차코일(55)에는 전류가 흐르게 된다.

이렇게 상기 2차코일(55)에 전류가 발생되면, 전류는 주변회로(32)를 통해 필터링 및 정류된 후, 전원공급부(33)로 향한다.

그리고, 정류된 DC 3V 정도의 전원이 전원공급부(33)에 인가되면, 전원공급선(33a)을 통해 모터회전부에 전원을 전달함으로써 모터(M)가 작동될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 무접점 방식으로 전원을 전달함으로써, 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있도록 한 무접점 전원 전달장치가 제공된다.

전술한 실시예에서는 무접점 전원 전달장치로 모터(M)를 구동시키는 것에 관해 설명하였지만, 모터(M) 외에도 전동기의 브레이크 시스템, 혹은 배터리의 충전시스템 등 다양한 컨트롤 시스템에 본 발명의 사상을 그대로 적용할 수도 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 무접점 방식으로 전원을 전달함으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있을 뿐만 아니라 사용수명이 길고 작동불량이 전혀 발생치 않으며 부하측 전원의 컨트롤 시스템을 보다 다양화하여 여러 가지 용도로서 병용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

장치본체와;

주전원을 공급받는 전원입력부와, 복수의 직류 컨버터를 갖는 스위칭회로와, 1차트랜스를 가지고 상기 장치본체 내의 일측에 배치되는 1차측 회로부와;

상기 장치본체 내에서 상기 1차측 회로부에 대해 소정거리 이격배치되며 상기 1차트랜스에 의한 전원을 무접점으로 공급받는 2차트랜스와, 제공된 상기 전원을 필터링한 후 정류하는 주변회로와, 정류된 전원을 소정의 컨트롤 시스템으로 공급하는 전원공급부를 갖는 2차측 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전원 전달장치.
제1항에 있어서,

상기 1차 및 2차트랜스는 각각 UU 코어(Core)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 무접점 전원 전달장치.
제2항에 있어서,

상기 UU 코어의 양쪽 기둥 또는 중심부에는 보빈이 장착되어 있으며, 상기 보빈에는 코일이 각기 병렬로 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 무접점 전원 전달장치.
제3항에 있어서,

상호 대향하는 제1 및 제2차트랜스의 코어 중, 상기 제2차트랜스 측의 코어 단면적은 상기 1차트랜스 측의 코어 단면적에 비해 같거나 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 무접점 전원 전달장치.