KR20080084107A - Power transformer using electric field - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치에 있어서, 전기장 유도 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an electric field induction device in the power converter according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치에 있어서, 다층 적층 구조를 이루고 있는 전기장 유도 장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an electric field induction device having a multilayer structure in a power converter according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 다양한 형상으로 구현한 개략도이다.4 is a schematic diagram of implementing a power converter according to an embodiment of the present invention in various shapes.
본 발명은 전기장을 이용하여 전력을 변환시키는 장치로서, 보다 구체적으로는 전기장에 의해 유도된 전하를 통해 전력을 변환시킴으로써, 에너지 변환효율이 높고 저비용으로 가벼우며 소형으로 제조할 수 있는 전력변환장치에 관한 것이다.The present invention is a device for converting power by using an electric field, more specifically, by converting power through the electric charge induced by the electric field, the power conversion device that can be manufactured with high energy conversion efficiency, low cost, light weight and compact It is about.
현재 사용되고 있는 전력변환장치의 일종인 변압기(power transformer)는 자기장을 이용하고 있다. 즉, 철심(core) 한쪽에 감긴 1차 코일에 교류 전류를 흘리면 철심을 통과하는 자속이 변화하게 되어 전자 유도 작용에 의한 유도 기전력이 2 차 코일에 발생하게 된다. 이때 유도 기전력은 자기 회로를 통과하는 자속의 변화속도와 양쪽에 감겨 있는 코일의 권수에 따라 달라진다.A power transformer, a type of power converter currently in use, uses a magnetic field. That is, when an alternating current flows through the primary coil wound around one of the cores, the magnetic flux passing through the iron cores is changed, so that induced electromotive force due to the electromagnetic induction action is generated in the secondary coils. The induced electromotive force depends on the rate of change of the magnetic flux passing through the magnetic circuit and the number of turns of the coil wound on both sides.
구체적으로, 종래의 변압기에 교류전압 V를 인가하여 N번 감으면 자기력Φ가 발생한다.Specifically, magnetic force Φ is generated when the AC voltage V is applied to the conventional transformer and wound N times.
1차 및 2차 코일에서 나타나는 현상은 다음과 같은 수식으로 나타내진다.The phenomenon occurring in the primary and secondary coils is represented by the following equation.
그리고, 현실적으로는 거의 불가능하지만 기술적으로 이상적인 상태일 때, 1차 및 2차 코일은 커플이 되면서 Φ1=Φ2 가 되며, 이 경우 다음과 같은 수식이 성립한다.And, in practically impossible but technically ideal state, the primary and secondary coils become Φ 1 = Φ 2 as a couple, in which case the following equation holds.
그런데 이 방법의 경우, 1차 코일의 전류를 금속 철심(core)에서 자기장으로 변환시켜 2차 코일에서 유도 기전력이 생기도록 하기 때문에, 첫째 에너지 측면에서 효율적이지 않으며, 둘째 자기장 발생을 위한 철심이 무겁고 부피가 큰 문제점이 있어, 휴대용 전자기기에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.In this method, however, the current in the primary coil is converted from the metal core to the magnetic field so that the induced electromotive force is generated in the secondary coil. Therefore, it is not efficient in terms of the first energy, and the iron core for generating the magnetic field is heavy. There is a problem that is bulky, there is a problem that is difficult to apply to portable electronic devices.
한편, 상기 코일을 사용하는 방법 이외에 반도체를 이용하는 전력변환장치는 그 구성이 복잡하고, 압전소자를 이용한 전압변환장치의 경우, 전기에너지→기계적에너지→전기에너지로 변환하기 때문에 코일변환과 유사한 문제점이 있을 수 있다.On the other hand, the power conversion device using a semiconductor in addition to the method using the coil is complicated in configuration, and in the case of a voltage conversion device using a piezoelectric element, there is a problem similar to the coil conversion because it converts from electrical energy to mechanical energy to electrical energy. There may be.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,1차 전원에 의해 대전 공간 사이에 발생한 전기장을 통해 2차 대전면에 유도하여 2차 전원을 발생시킴으로써, 에너지 변환효율이 높고 저비용으로 경박단소하게 적용될 제품의 형상에 맞추어 다양한 형상으로 제조할 수 있는 전력변환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, by generating a secondary power source by inducing the secondary charging surface through the electric field generated between the charging space by the primary power source, high energy conversion efficiency and low cost It is an object of the present invention to provide a power converter that can be manufactured in various shapes according to the shape of a product to be applied lightly and simply.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 외부 전원에 접속되는 1쌍의 1차 대전판과, 상기 1차 대전판 사이에 간격을 두고 배치되는 1쌍의 2차 대전판으로 이루어지며, 상기 1차 대전판에 인가된 외부 전기를 상기 2차 대전판을 통해 유도 전기로 변환하는 변환수단을 포함하는데 구성적 특징이 있는 전력변환장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a pair of primary charging plates connected to an external power source, and a pair of secondary charging plates disposed at intervals between the primary charging plates, and the primary It provides a power conversion device having a constitutional feature comprising a conversion means for converting the external electricity applied to the charging plate to induction electricity through the secondary charging plate.
1차 전원(외부 전원)에 의해 대전(帶電)된 1차 대전판의 표면에는 양과 음의 전하가 모여 전기장이 형성되며, 이 전기장 내에 2차 대전판을 설치하면 2차 대전판의 표면에는 전하가 유도되어 유도 전기가 흐르게 되며, 이와 같이 유도된 전기는 1차 전원에서 전류, 전압 등이 변환된 상태가 된다. 즉, 본 발명은 1차 전원에 의해 대전 공간 사이에 발생한 전기장을 2차 대전면에 유도하여 2차 전원을 발생시키는 것이다.Positive and negative charges collect on the surface of the primary charging plate charged by the primary power supply (external power source) to form an electric field. When the secondary charging plate is installed in the electric field, the surface of the secondary charging plate is charged. The induced electricity flows by being induced, and thus the induced electricity is in a state in which current, voltage, etc. are converted in the primary power source. That is, the present invention induces a secondary power source by inducing an electric field generated between the charging spaces by the primary power source to the secondary charging surface.
이와 같이, 2쌍의 대전판을 통해 전력변환을 하게 되면, 구성이 단순하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있을 뿐 아니라, 가볍고 소형으로 제조할 수 있어 휴대용 전원 기기에 적용하기 용이하고, 적용될 제품의 형상에 맞추어 다양한 형상으로 제조할 수 있어 제품의 형상 자유도가 높아 지게 된다.As described above, when power conversion is performed through two pairs of charging plates, the configuration is simple, and therefore, not only can be manufactured at low cost, but also light and compact, so it is easy to apply to a portable power device, and the shape of the product to be applied. It can be manufactured in a variety of shapes according to the increase in the degree of freedom of the shape of the product.
또한, 상기 1차 및 2차 대전판의 간극은 공기 외에 공지의 유전체와 같은 절연물질로 채워져 있는 것이 바람직하다.In addition, the gap between the primary and secondary charging plates is preferably filled with an insulating material such as a known dielectric in addition to air.
또한, 상기 대전판과 유도 대전판으로 이루어진 변환수단은 전력의 변환정도에 따라 복수 개로 적층되어 형성될 수 있다.In addition, the conversion means consisting of the charging plate and the induction charging plate may be formed in a plurality of stacked depending on the degree of power conversion.
또한, 상기 전력의 변환 정도는 상기 1차 대전판과 2차 대전판의 간격 또는 면적에 의해 조절되거나, 상기 절연물질의 물성에 의해 조절될 수도 있다.In addition, the degree of conversion of the power may be controlled by the interval or area of the primary and secondary charging plate, or may be controlled by the physical properties of the insulating material.
이하, 첨부된 도면을 기초로 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 전력변환장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치에 있어서, 전기장 유도 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치에 있어서, 다층 적층 구조를 이루고 있는 전기장 유도 장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 다양한 형상으로 구현한 개략도이다.1 is a conceptual diagram of a power conversion apparatus according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the electric field induction apparatus in the power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a power according to another embodiment of the present invention In the converter, it is a cross-sectional view of the electric field induction device forming a multi-layer laminated structure, Figure 4 is a schematic diagram of the power converter according to an embodiment of the present invention in various shapes.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치(1)는 전기변환장치(10)와, 정류기(20)로 이루어진다. 즉, 상기 전력변환장치(1)는 외부의 교류전기(1차 전기)이 1차 대전판에 인가되어 1차 대전판에 전하가 양-음으로 교번하여 대전될 때, 2차 대전판에 동일하게 음-양으로 전하가 대전되어 유도 전기가 흐르게 되고, 2차 대전판을 통해 유도된 교류전기(2차 전기)를 정류기를 통해 정류하여 원하는 직류 전원의 형태로 전환하도록 고안된 장치이다.As shown in FIG. 1, the
한편, 상기 전기변환장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 대전판(11a)과 1차 대전판(11b)의 사이에 배치되는 2차 대전판(12a,12b)과, 상기 각 대전판의 사이에 채워지는 절연층(13)으로 이루어져 있다. 상기 1차 대전판(11a,11b)과 2차 대전판(12a,12b)은 구리와 같은 공지의 전극재로 이루어진다. 한편 상기 절연층(13)은 필요로 하는 변환 정도에 따라 다양한 종류의 재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 강유전체를 사용한다.On the other hand, the
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 1차 대전판(110a,110b,110c)와 2차 대전판(120a,120b,120c,120d)이 차례로 적층되어 형성될 수 있으며, 이와 같이 대전판을 복수 층으로 적층하는 경우, 단위부피당 에너지 전환밀도를 높일 수 있기 때문에, 충분한 에너지 전환이 가능하면서도, 소형으로 전력변환장치를 제조할 수 있게 한다.In addition, as shown in Figure 3, according to another embodiment of the present invention, the first electrification plate (110a, 110b, 110c) and the second electrification plate (120a, 120b, 120c, 120d) to be formed in order In this case, when the charging plates are stacked in a plurality of layers, the energy conversion density per unit volume can be increased, thereby allowing a sufficient energy conversion and making the power conversion device compact.
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 판형, 사각형, 원뿔형, 원통형, 삼각형, 다각형 등 다양한 형태로 적층 제조될 수 있으므로, 휴대용 전자제품의 디자인에 맞추어 형상의 자유도를 높일 수 있다.On the other hand, the power conversion device according to the present invention, as shown in Figure 4, because it can be laminated and manufactured in various forms, such as plate, square, cone, cylindrical, triangle, polygon, the degree of freedom of shape according to the design of the portable electronic products Can increase.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전력변환장치는, 전기장을 이용하여 직접 전력을 변환시키기 때문에, 에너지 변환효율이 높다.As described above, since the power converter according to the present invention directly converts electric power by using an electric field, the energy conversion efficiency is high.
또한, 구조가 간단하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있으며, 부피가 작고 가벼우며 적용될 제품의 형상에 맞추어 다양한 형상으로 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the structure is simple, it can be manufactured at low cost, and there is an advantage that it can be manufactured in various shapes according to the shape of the product to be applied, which is small in volume and light in weight.
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