KR20100082306A - 전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 태양 전지 등에 의해 얻어지는 전력을 부하에 효율적으로 전송하는 전송 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명은 코어(5)와, 서로 이간 배치되어서 거의 평행하게 병설되는 제 1, 제 2 라인(#1, #2), 이들 제 1, 제 2 라인에 그 일방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부를 제 1, 제 2 라인의 길이 방향에 형성하는 제 3 곡선 라인(#3) 및 상기 제 1, 제 2 라인에 그 일 방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부(P1~Pn)와 이들 제 1, 제 2 라인끼리의 내측(內側)에서 상기 제 3 도선과 교차하는 복수의 교차부(C1~Cn)를, 제 1, 제 2 라인의 길이 방향에 각각 형성하는 제 4 곡선 라인(#4)을 갖고, 상기 코어(5)에 감기는 전송 라인(4)을 구비하고 있다.

태양 전지, 전력, 부하, 코어, 전송 라인, 전송 장치

Description

전송 장치{TRANSMISSION APPARATUS}

본 발명은 전송 장치에 관한 것으로서, 특히 태양 전지로부터 얻을 수 있는 전력을 전송할 때의 위상 지연이나 진폭 감쇠(전압 강하)가 극히 적은 전송 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 신호나 전력을 전송로를 통해서 전송하는 경우에는, 전송로가 갖는 저항 성분이나 인덕턴스 성분에 기인해서 수신측이나 수전측(受電側)에서 수신한 신호나 전력은 송신 신호(입력)에 대하여 전압이 강하하고(진폭이 감쇠함), 또한 위상이 지연되어 전송 특성이 열화하는 것은 피할 수 없다. 이러한 위상 지연이나 전압의 저하를 최소한으로 하고, 전송 특성을 가장 좋게 하도록 전송로의 구성을 설계하는 것은 최대의 과제이다.

특히, 고주파 신호의 전송 시에는, 전송로에 존재하는 부유 용량이나 인덕턴스, 표피(表皮) 효과(skin effect)나 유전 손실 등에 의한 손실이나 주파수 분산 등의 영향이 커져 신호 열화가 현져해져서 장거리 전송의 경우에는 도중에 신호 증폭하는 중계기가 필요하게 된다.

이러한 신호 열화에 의한 문제를 개선하기 위해서, 종래, 송신측의 송신 파형을, 미리 손실에 의한 파형 열화를 고려하여, 그만큼을 보상한 파형으로 하기 위 한 이퀄라이저를 설치하는 구성이 실용화되어 있지만, 이퀄라이저로 인한 비용 상승, 구성의 복잡화가 문제가 된다.

또한, 신호를, 신호 열화가 현저한 고주파 성분과, 열화가 적은 저주파수 성분으로 분리하여 대응하는 제안도 되어 있다. 예를 들면, 송신 신호를 평면 패턴이 편평한 ㄷ자형을 나타내는 파형 열화 보상부에 의해 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리한다. 즉, 고주파 성분이 용량에 대하여 임피던스가 작아지는 것을 이용하여, 배선간 용량을 이용한 고주파 전송 경로를 형성하고, 이 고주파 전송 경로에 의해 고주파 성분을 분리하며, 한편, 저주파 성분에 관해서는, 그 경로를 ㄷ자형 도체 선로로 구성한 저주파 전송선 경로를 이용하여 분리하고, 고주파 전송 경로보다 소정량만큼 긴 저주파 전송선 경로측에 저주파 성분을 경유시킴으로써, 고주파 전송 경로와의 사이에 전송의 시간차를 형성하여, 저주파 성분보다 고주파 성분을 빠르게 전송함으로써 파형 열화를 보상한다(저주파 성분보다 전송 속도가 느린 고주파 성분의 지연을 거리차로 보상함). 이 결과를 합성함으로써 신호파형 열화를 보상하고 있다. 이러한 구성의 파형 열화 보상 전송로에 관해서는 특허문헌 1에 개시되어 있다.

이러한 신호 열화는, 집적 회로의 배선에서도 마찬가지이며, 예를 들면 기가헤르츠 이상의 클록 주파수에서 동작하는 집적 회로에서는 배선의 인덕턴스 성분만이 아니라 리턴 전류의 경로로서의 그라운드의 영향이 커지고, 즉, 저주파수 영역에서는 문제가 되지 않는 부유 용량이나 인덕턴스가 고주파수 영역에서는 큰 문제가 되며, 리턴 전류는 배선의 주파수 특성에 강하게 의존하게 되어, 반드시 그라운 드를 통과한다고는 할 수 없다. 그 결과, 전송로를 통해서 고주파수 신호가 전송될 때에는 전송 특성이 열화하여, 출력단에서의 전압 레벨의 저하나 위상의 지연이 더 생기게 된다.

이렇게, 신호 전송로를 전송되는 신호 품질은, 전송로 자체가 갖는 저항 성분, 용량 성분, 인덕턴스 성분의 영향을 받고, 특히 고주파 전송에서는, 이들 성분의 부유 성분이 큰 영향을 끼치기 때문에 신호의 진폭 감쇠(전압 강하), 위상 지연(지연)이 매우 커져, 전송 특성의 평가 파라미터로서의 아이패턴이 크게 무너져, 신호 전송의 최대의 과제로 되어 있다.

또한, 주로 전송로의 저항 성분에 기인하는 진폭 열화(전압 강하)에 대해서는, 예를 들면 전송 도중에서 중계기에 내장시킨 증폭기에 의해 진폭을 증폭시키는 방법이 있다.

예를 들면, 종래의 송전 시스템으로서는, 송전선에, 그 송전선에 흐르고 있는 전류에 대하여, 위상이 전기각(電氣角)에서 거의 90° 어긋난 전압을 발생시키는 직렬 보상 장치를 설치하고, 등가적으로 리액턴스에 의한 전압 강하분을 보상하는 전압을 발생시키는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

특허문헌 1: 일본 공개특허 2004-297538호 공보

특허문헌 2: 일본 공개특허 평11-299104호 공보

그러나, 특허문헌 2에 기재된 종래의 송전 시스템에서는, 송전선에 흐르고 있는 전류에 대하여, 위상이 거의 90° 어긋난 전압을 발생시키는 직렬 보상 장치가 필요하므로, 비용 상승을 초래하는 동시에, 외부 전력이 필요해서, 에너지 절약에 반한다는 과제가 있다.

그리고, 태양 전지에 의해 얻어진 전력을 부하로 전송하는 전송 매체로서는, 종래부터 선(線)이나 동축선(同軸線) 등의 전력 케이블이 알려져 있지만, 이들 전력 케이블에서는, 태양 전지의 구조나 내부 저항, 전력 케이블 자체의 저항 성분이나 인덕턴스 성분에 기인하여, 태양 전지 자체의 전력의 변환 효율이 현저하게 저하한다는 과제가 있다.

특히, 태양 전지에는 반도체인 다이오드 발진(發振)이 발생하고 있으므로, 이들 종래의 전력 케이블에서는, 고주파 성분의 전력의 전송 시에, 태양 전지의 내부 저항과 전송로에 존재하는 부유 용량이나 인덕턴스, 표피 효과나 유전 손실 등에 의한 손실이나 주파수 분산 등의 영향이 커져 신호 열화가 현저해진다는 과제가 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 그 목적은 태양 전지 등으로부터 얻어지는 전력을 부하 등에 효율적으로 전송하는 전송 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 전송 장치는, 자성체와, 서로 이간 배치되고 거의 평행하게 병설되는 제 1, 제 2 도선, 이들 제 1, 제 2 도선에 그 일 방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부를 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 형성하는 제 3 도선 및 상기 제 1, 제 2 도선에 그 일 방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부와 이들 제 1, 제 2 도선끼리의 내측에서 상기 제 3 도선과 교차하는 복수의 교차부를, 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 각각 형성하는 제 4 도선을 갖고, 상기 자성체에 감기는 전송 매체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전송 장치에 의하면, 신호나 전력의 전송 시의 당해 신호나 전력의 위상 지연이나 진폭 감쇠(전압 강하)를 대폭 저감할 수 있다.

또한, 상기 발명에서, 상기 제 3, 제 4 도선의 상기 각 얽힘부는, 상기 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 각각 교대로 배치되고, 상기 제 1, 제 2 도선의 한쪽과 상기 제 3, 제 4 도선의 각 얽힘부의 감김 방향이 각각 동일한 한편, 이들 제 1, 제 2 도선의 각 얽힘부끼리의 감김 방향이 서로 역방향이며, 상기 각 교차부에서의 상기 제 3 도선과 제 4 도선이 중첩되는 방향이 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에서 교대로 역방향인 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써, 전송 매체에 길이 방향의 인장 등의 외력이 부하되어도, 그 전체의 형상의 변화를 억제시킬 수 있으므로, 상기 위상 지연이나 진폭 감쇠의 저감 강하의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 상기 발명에서, 상기 제 1~제 4 도선은 이들을 흐르는 전류에 의한 전자기적 상호 작용이 작용하는 범위 내에 배설(配設)되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 제 3, 제 4 도선은 상기 제 1, 제 2 도선에 얽혀서 정현파(正弦波) 형상 또는 산(山) 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 제 1, 제 2 도선은 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되고, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 한쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 일단에 접속되고, 상기 제 3, 제 4 도선이 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되며, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 다른쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 타단에 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 제 1, 제 2 도선은 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되고, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 한쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 일단에 접속되고, 상기 제 3, 제 4 도선이 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되며, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 다른쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 타단에 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 전송 매체와 자성체를 수용하는 전기 절연성을 갖는 용기를 구비하고, 이 용기의 외면에는 상기 전송 매체의 입력측과 출력측에 전기적으로 접속된 입력 단자와 출력 단자를 배설하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 전송 매체의 복수가 서로 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 태양 전지가 결정계, 박막계, 화합물계 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발명에서, 상기 부하는 태양 전지로부터의 직류를 교류로 변환하는 인버터인 것이 바람직하다. 단, 부하는 인버터가 아니어도 되고, L, C, R 중 적어도 하나를 포함하는 전기 부하이면 된다.

또한, 상기 발명에서, 상기 자성체와 전송 매체는 태양 전지의 발진 주파수에 직렬 공진하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 장치의 구성과, 태양 전지와의 접속 방법의 일례를 나타내는 모식도.

도 2의 (a)는 동 전송 장치에 사용되는 전송 라인의 일부의 평면도, (b)는 이 전송 라인의 원리를 나타내는 모식도.

도 3은 도 2의 (a)에서 나타내는 전송 라인의 입력단측과 출력단측에서의 접속 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도.

도 4는 도 1과 도 2의 (a)에서 나타내는 전송 라인의 통전(通電)시의 전계 강도 분포를 나타내는 모식도.

도 5는 도 4에서 나타내는 전계 강도 분포 데이터를 수집하기 위한 전계 강도 분포 측정 실험에서, 루프 안테나를 전송 라인의 3방향(X, Y, Z)으로 이동시켰을 때의 이동 방향을 나타내는 모식도.

도 6은 도 4에서 나타내는 전계 강도 분포를 측정하기 위한 실험에서의 루프 안테나의 안테나면과 전송 라인에 의하여 이루는 각도를 각각 나타내고 있고, 그 각도를 나타내는 우단(右端)의 난(欄)은 루프 안테나의 각 각도에서의 사시도.

도 7은 구 형상 11OW형 태양 전지의 발전 전력을 도 1에서 나타내는 전송 장치에 의해 부하에 전송했을 때의 전송 전력의 1일의 변동을 나타내는 그래프.

도 8은 단결정 11OW형 태양 전지의 발전 전력을 도 1에서 나타내는 전송 장 치에 의해 부하에 전송했을 대의 전송 전력의 1일의 변동을 나타내는 그래프.

도 9는 도 1에서 나타내는 전송 장치에 의해 사용되는 다른 전송 라인의 일부의 평면도.

이하, 본 발명의 실시예를 복수의 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 또한, 이들 복수의 첨부 도면 중, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 첨부하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 장치(1)의 구성과, 이 전송 장치(1)와 태양 전지의 접속 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 전송 장치(1)는 그 1쌍의 입력 단자(1a, 1b)를, 2선식의 1쌍의 입력측 케이블(Cia, Cib)을 통해서 태양 전지(2)에 전기적으로 접속하는 한편, 그 1쌍의 출력 단자(1c, 1d)를 2선식의 1쌍의 출력측 케이블(Coa, Cob)을 통해서 부하의 일례인 인버터(3)에 전기적으로 접속하고 있다. 이들 각 쌍의 입력측 케이블(Cia, Cib)과 출력측 케이블(Coa, Cob)은 종래의 전력 케이블의 일종이고, 예를 들면 AWG 또는 KIV 등이다.

전송 장치(1)는 전송 매체의 일례인 도 2의 (a)에서 나타내는 전송 라인(4)을, 자성체의 일례인 페라이트제 등의 원통 형상 또는 원주 형상의 코어(5)의 외주면에, 소요 회수(예를 들면, 10턴) 감고 있다. 코어(5)는 전송 장치(1)가 태양 전지(2)의 발진 주파수와 직렬 공진을 발생시키는 투자율(透磁率)로 구성되어 있다. 이들 코어(5)와 전송 라인(4)은, 예를 들면 합성수지제 등 전기 절연성을 갖는 용기의 일례인 수용 박스(6) 내에 수용된다. 이 수용 박스(6)는 그 외면에 상기 입 력 단자(1a, 1b)와 출력 단자(1c, 1d)를 각각 배설하고 있다. 수용 박스(6)는 방수 수단이나 자기 차폐 수단을 구비한 밀폐 용기로 구성되어도 되고, 강제 냉각 가능하게 구성되어도 된다.

도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전송 라인(4)은, 소요의 간격(W)을 두고 거의 평행하게 병설된 직선 형상의 제 1, 제 2 도선인 제 1, 제 2 라인(#1, #2)과, 이들 제 1, 제 2 라인(#1, #2) 사이에, 거의 180도 상이한 위상으로 거의 8자 형상으로 각각 감기고, 그 감김이 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 길이 방향으로 반복되는 제 3, 제 4 도선인 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)을 구비하고 있다.

이들 각 라인(#1~#4)은 도선 표면이 절연막으로 피복되어 있다. 그러나, 절연막으로 피복하지 않아도 서로가 접촉하고 있지 않은 상태이면 된다. 각 라인(#1~#4)은 통상의 도전성 선재(線材)이면 되고, 구리, 알루미늄 등, 도전 재료이면 그 종류는 상관없다. 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 이격 거리(W)는, 예를 들면 대략 4㎜, 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)과의 얽힘 위치 간격(S)은 대략 5㎜이다. 단, 이들 치수는 전송 라인(4)의 용도 등에 따라 적절히 선정할 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 라인(#1, #2)은 반드시 직선이 아니어도 되고, 서로 거의 평행하게 병설되어 있으면 곡선이어도 된다.

전송 라인(4)은 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이, 예를 들면 직선 형상의 제 1, 제 2 라인(#1, #2)에 얽히는 얽힘부와, 짜임 구조에 하나의 큰 특징을 갖는다. 즉, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 산 형상이나 정현파 형상의 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)에 관해서는, 얽힘부인 얽힘 위치(P1)에서는, 제 3 곡선 라인(#3)이 도면 중 아래쪽의 제 2 라인(#2)에, 그 도면 중 앞쪽(즉, 상) 측으로부터 안쪽(즉, 하) 측으로 돌아들어가도록 절곡되어 얽히고, 인접하는 얽힘 위치(P2)에서는 도면 중 위쪽의 제 1 라인(#1)의 하측으로부터 상측으로 돌아들어가도록 절곡되어 얽힌다.

또한, 인접하는 얽힘 위치(P3)에서는 제 3 곡선 라인(#3)이 제 2 라인(#2)에, 그 상측으로부터 하측으로 절곡되도록 얽히고, 얽힘 위치(P4)에서는 도면 중 위쪽이 제 1 라인(#l)의 하측으로부터 상측으로 절곡되도록 얽히며, 얽힘 위치(P5)에서는 제 3 곡선 라인(#3)이 제 2 라인(#2)의 상측으로부터 하측으로 절곡되도록 얽히고, 이후, 동일한 얽힘 방법, 짜임 방법이 이루어진다. 이 때문에, 이들 곡선 라인(#3)의 얽힘 위치(얽힘부)(P1~P5)가 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 길이 방향에 반복된다.

한편, 도 2의 (a)에서, 제 4 곡선 라인(#4)에 대해서는, 얽힘 위치(P1)에서는 도면 중 위쪽의 제 1 라인(#1)에, 그 하측으로부터 상측으로 돌아들어가도록 절곡되어 얽히고, 얽힘 위치(P2)에서는 제 2 라인(#2)의 상측으로부터 하측으로 절곡되도록 얽힌다. 또한, 인접하는 얽힘 위치(P3)에서는 제 4 곡선 라인(#4)은 제 1 라인(#1)의 하측으로부터 상측으로 절곡되도록 얽히고, 얽힘 위치(P4)에서는 제 2 라인(#2)의 상측으로부터 하측으로 절곡되도록 얽히며, 얽힘 위치(P5)에서는 제 4 곡선 라인(#4)이 제 1 라인(#1)의 하측으로부터 상측으로 절곡되도록 얽히고, 이후, 동일한 얽힘 방법, 짜입 방법이 이루어진다. 이 때문에, 이들 제 4 곡선 라인(#4)의 얽힘 위치(P1~P5)가, 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 길이 방향에 반복된다.

그리고, 이들의 각 얽힘 위치(P1~P5)에서는, 제 1 라인(#1)측에서는 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이 제 1 라인(#1)의 하측으로부터 상측으로 돌아들어가도록 절곡되어 얽힌다. 한편, 제 2 라인(#2)측에서는 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이 제 2 라인(#2)의 상측으로부터 하측으로 돌아들어가도록 절곡되어 얽히고, 그 돌아들어가는 방향, 즉, 감김 방향이 제 1 라인(#1)과 제 2 라인(#2)에서는 역방향으로 되어 있다.

즉, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 도면 중 위쪽의 제 1 라인(#1)의 각 얽힘부(P0~Pn)에서는 곡선 형상의 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이 제 1 라인(#1)의 도면 중 하(안쪽)측으로부터 상(앞쪽)측으로 돌아들어가고, 또한 직각 등 소요 각도로 절곡되어 감겨 있다.

한편, 도 2의 (a) 중, 아래쪽의 제 2 라인(#2)의 각 얽힘부(P0~Pn)에서는, 곡선 형상의 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이 제 2 라인(#2)의 도면 중 상(앞쪽)측으로부터 하(안쪽)측으로 돌아들어가고, 또한 거의 직각 등 소요 각도로 절곡되어 감겨 있으며, 그 감긴(감김) 방향이 제 1 라인(#1)과는 역방향으로 되어 있다. 따라서, 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 이간 방향 중간점에서, 이들 제 1, 제 2 라인(#1, #2)과 평행하게 연장되는 수평 중심선(도시 생략)을 대칭축으로 했을 때, 이들 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 얽힘부(PO~Pn)의 감김 방향은 비대칭으로 된다.

그리고, 이들 각 라인(#1~#4)의 각 얽힘부(P0~Pn)의 길이 방향 각 중간부에서는, 제 3 곡선 라인(#3)과 제 4 곡선 라인(#4)이 직각 등 소요 각도로 교차하는 교차부(C1, C2, …, Cn)가 각각 형성된다. 이들 교차부(C1, C2, …, Cn)에서는, 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)의 한쪽이 다른 쪽의 상(앞쪽)측을 지나가고, 그 상하의 중첩 방향이 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 길이 방향으로 순서대로 반대가 되도록 교차되어 있다.

예를 들어, 도 2의 (a) 중 좌단(左端)의 교차부(C1)에서는 제 4 곡선 라인(#4)이 제 3 곡선 라인(#3)의 상측을 통과하고, 다음 교차부(C2)에서는 제 3 곡선 라인(#3)이 제 4 곡선 라인(#4) 상측을 통과하며, 이하의 교차부(C3~Cn)에서는 그 상측을 통과하는 라인이 제 4 곡선 라인(#4), 제 3 곡선 라인(#3)…으로 순서대로 역전한다.

도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 동 도 2의 (a)에서 나타내는 전송 라인(4)에, 그 얽힘부(P0)측의 입력(in)으로부터 출력(out)측을 향해서 전류(i)를 통전하면, 제 1 라인(#1)과, 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)에 의해 각각 둘러싸여 형성된 거의 삼각 형상의 각 공간(ma, ma, …ma)에, 예를 들면 N극의 수직 변동 자계(N)가 각각 형성된다.

또한, 제 2 라인(#2)과, 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)에 의해 각각 형성된 거의 삼각 형상의 각 공간(mb, mb, …, mb)에, 예를 들면 S극의 수직 변동 자계(S)가 각각 형성된다. 이들 N, S극의 수직 변동 자계는 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 길이 방향으로 순서대로 이동한다.

따라서, 이 전송 라인(4)에서는, 이들 수직 변동 자계(N, S)에 의해, 각 라인(#1~#4)을 흐르는 전류의 전자를 가속하는, 소위 자려식(自勵式)의 전자 가속 작용을 갖는다고 이해할 수 있다. 즉, 이 전송 장치(1)는 자려식 전자 가속기라고 환언할 수 있다. 또한, 이 다전송 라인(4)의 구성은, 본 출원인이 앞서 출원한 전송 매체(PCT/JP2008/066426)와 거의 동일한 구성이며, 그 작용 효과의 수리학적 이론적 고찰도 동일하다.

그리고, 도 3에도 나타낸 바와 같이, 전송 라인(4)은 그 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)의 입력단(IN)끼리와, 출력단(OUT)끼리를 각각 결합해서 1개의 왕로(往路)로 구성하고, 또한, 제 1, 제 2의 2개의 라인(#1, #2)의 입력단(IN)끼리와 출력단(OUT)끼리를 각각 접속, 결합해서 1개의 귀환로로 구성한다.

그리고, 이와 같이 구성된 전송 라인(4)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 왕로(#3, #4)와 귀환로(#1, #2)의 각 입력단(IN)을 1쌍의 입력 단자(1a, 1b)의 내단(內端)에 전기적으로 접속하고, 그 각 출구단(OUT)을 1쌍의 출력 단자(1c, 1d)의 내단에 전기적으로 접속하고 있다.

또한, 전송 라인(4)은 그 왕로(#3, #4)의 입력 단자(1a)를 입력측 케이블(Cia)에 의해 태양 전지(2)의, 예를 들면 ＋극(플러스극)의 전극에 접속하고, 귀환로(#1, #2)의 입력 단자(1b)를 입력측 케이블(Cia)에 의해 태양 전지(2)의 －극(마이너스극)의 전극에 전기적으로 접속하고 있다. 단, 이들 1쌍의 입력 단자(1a, 1b)가 접속되는 태양 전지(2)의 전극의 극성은 정부(正負) 반대여도 된다.

또한, 전송 라인(4)은 그 복수를 서로 병렬로 접속해서 코어(5)의 외주에 감아도 된다. 이에 따르면, 전송 라인(4)을 흐르는 전류량을 그 병렬 수만큼 증대시킬 수 있다. 또한, 전송 라인(4)의 각 도선(#1~#4)의 직경을 굵게 함으로써도 전류 용량을 증대시킬 수 있지만, 이것으로는, 도선이 굵은 만큼, 각 도선(#1~#4)을 짤 때에 필요한 힘이 증대하여, 곤란성이 증대하므로, 가는 도선에 의해 짜여진 복수의 전송 라인(4)끼리를 병렬로 접속한 편이 용이해진다.

도 4는 이 전송 라인(4)의 방사 전자파 강도의 분포를 측정했을 때의 실험 결과의 개요를 나타내는 모식도이며, 도면 중 R1~R5는 방사 강도(Vpp(mv))를 나타내고, R1이 가장 강하며, 가장 약한 R5까지 점차 약해져 가는 상태를 나타내고 있다. 단, 이들 강도 분포는 설명의 편의상, 가령 5단계(R1~R5)로 표시한 것에 지나지 않고, 현상적으로 강도 분포는 연속적으로 변화하고 있다.

다음으로, 이 실험 방법을 설명한다.

먼저,전송 라인(4)의 입력측(IN)에 신호원을 접속하는 한편, 그 출력측(OUT)에 부하로서 50Ω의 저항을 접속했다. 그 접속 방법은, 태양 전지(2)에서의 사용을 상정해서 접지하지 않는 밸런스 접속으로 했다.

다음으로, 신호원으로부터 소요의 신호, 예를 들면 정현파, 10V, 15~80㎒를 인가하고, 전송 라인(4)으로부터 방사되는 전자파의 강도를 오실로스코프에 접속한 소형의 루프 안테나에 의해 측정했다.

루프 안테나는 도 5에서 나타내는 전송 라인(4)의 3방향(X, Y, Z)과, 도 6에서 나타내는 루프 안테나(ANT)의 안테나면과의 각도(θ)에 대해서 자동 제어되고, 신호 전송 방향을 X, 라인 폭 방향을 Y, 안테나의 높이를 Z로 했다.

또한, X, Y의 측정 범위는 0≤X≤~130㎜, 안테나 높이(Z)는 전송 라인(4)의 상면으로부터 약 1~2㎜로 목시(目視)에 의해 설정했다. 안테나 각도(θ)는 안테나면이 X 방향에 대하여 평행할 때를 0°로 하고, 이하, 45°, 90°, 135°로 각각 측정했다. 또한, 도 6 중, 각 안테나 각도를 나타내는 난(欄)의 우단란(右端欄)은, 루프 안테나의 각 각도에서의 사시도를 나타낸다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 이 실험에서는, 전자파 강도가 전송 라인(4)의 각 교차부(C1~C5, Cn)의 중심부에서 각각 가장 강하게, 그 원심 방향 바깥쪽으로 감에 따라서 점점 약해져가는 상태가 판명되었다.

또한, 이들 방사 강도가 가장 강한 교차부(C1~Cn)의 중심부인 R5의 영역이, 이 영역의 외주(外周)를 거의 동심 형상으로 둘러싸고, 예를 들면 약 2단계 약한 R3과 R4의 양 영역으로 2중으로 둘러싸고, 이들 양 영역(R3, R4)의 전송 라인(4)의 길이 방향, 즉 신호의 전송 방향에서 각각 연결되어 있는 상태가 판명되었다.

또한, 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 바로 위 내지 그 주변의 전자기파 강도 분포가, 예를 들면 거의 제로에 가까운 정도로 약한 R4이며, 이 영역(R4)보다도 강한 영역(R1~R3)이 분포되어 있지 않은 상태도 판명되었다. 또한 제 1, 제 2 라인(#1, #2)보다 외측의 전자기파 강도가 거의 제로이므로, 각 교차부(C1~Cn)에서 발생한 가장 강한 전자기파 에너지는 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 외측으로 확산되지 않고, 즉, 리크(leak)하지 않고, 그 대부분이 교차부 C1측으로부터 Cn측의 전송 방향(X), 즉, 전송 라인(4)의 입력측으로부터 출력측으로 전송되고 있는 것이 판명되었다.

이 때문에, 도 2에서 나타내는 각 교차부(C1~Cn)의 상하에 발생하는 수직 변동 자계(N, S)가 강하여, 각 라인(#1~#4)에 흐르는 전류의 전자를 가속하는 전자 가속 작용도 향상된다.

그런데, 태양 전지(2)는 단결정이나 다결정 실리콘 등의 결정계, 박막계, 이 들의 하이브리드, CIGS(Cu·In·Ga·Se)나 CdFe 등의 화합물계 중 어느 하나를 사용해도 되고, 광전(光電) 변환 기능을 갖는 것이면 된다.

인버터(3)는 태양 전지(2)에 의해 얻은 전기를 직류로부터 교류로 변환하는 것이며, 전력 품질을 일정 레벨로 유지해서 계통 연계하는 기능을 부가한 파워 컨디셔너에 조립된 것이어도 된다.

그리고, 태양 전지(2)는 단순한 직류 전류원이 아니라, 예를 들면 13.5㎒ 등, 10㎒대 등의 고주파를 발진(다이오드 발진)하고, 이 고주파 성분을 직류 성분에 리플(ripple)로서 중첩시켜서 출력하고 있다.

이 고주파 성분은 표피 효과 때문에, 각 라인(#1~#4)의 표면측을 흐르므로, 그만큼, 수직 변동 자계(N, S)에 의한 전자 가속 효과도 더 향상된다. 이 때문에, 전송 전력의 진폭 감쇠(전압 강하)와 위상 지연을 함께 저감시켜, 그 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 종래와 같이 태양 전지(2)에 임피던스가 높은 전력 케이블을 접속하는 경우에는, 이 태양 전지(2)에 의해 얻어진 전력의 고주파 성분의 대부분이, 이 태양 전지(2) 자체의 내부 저항에 의해 열로 변환되므로, 전력의 전송 효율이 나쁘다.

그러나, 이 전송 장치(1)는 그 전송 라인(4)과 코어(5)의 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)를 태양 전지(2)의 발진 주파수에 공진하도록 선정하고 있어, 직렬 공진 하도록 구성되어 있다. 전송 장치(1)의 인덕턴스(L)는, 예를 들면 코어(5)의 투자율에 의해 조정할 수 있다. 이 때문에, 전송 장치(1)의 임피던스는 태양 전 지(2)로부터의 전력 중 발진 주파수의 고주파 성분에 대해서는 거의 제로로 저감하여 부하의 인버터(3)에 부여할 수 있다.

또한, 태양 전지(2)에서 발생한 고주파 성분을 전송 장치(1)에 의해 효율적으로 부하(3)에 전송할 수 있으므로, 이 고주파 성분이 태양 전지(2)의 내부 저항에 의해 열로 변환되는 열량을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 태양 전지(2)의 발열량을 억제할 수 있으므로, 태양 전지(2)의 온도 상승에 의한 발전 성능의 저하를 억제할 수 있다.

도 7, 도 8은 이 전송 장치(1)의 전력 전송 특성을 측정하기 위해서, 2008년 10월 28일, 나가노현 사쿠시에서 본 발명자들이 실시한 실험 데이터를 나타낸다. 도 7은 태양 전지(2)로서 구 형상 110W형 태양 전지(2)의 패널 1매를 사용하여, 이 전송 장치(1)를 조립했을 경우, 곡선(A)과, 전송 장치(1)를 삭제해서 입, 출력측의 케이블(Cia와 Coa, Cib와 Cob)끼리를 직결했을 경우, 곡선(B)에서, 인버터(3)에 전송된 전력의 1일간의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 7, 도 8에서, 조도 곡선(C)이란 태양광이 태양 전지(2)에 조사된 1일의 조도의 변화를 나타내는 그래프이다.

이 도 7의 곡선(A)에 나타낸 바와 같이, 태양 전지(2)와 인버터(3) 사이에 전송 장치(1)를 직렬로 삽입했을 경우의 전송 전력은, 이 전송 장치(1)를 삭제했을 경우의 특성 곡선(B)보다, 일조(日照) 중의 거의 전(全)시간역에서 상회하고 있다. 또한, 1시간당의 전송 전력에 대해서는, 전송 장치(1)를 가질 경우(A)가, 예를 들면 약 469[Wh], 전송 장치(1)를 삭제했을 경우(B)가 약 369[Wh]이며, 전자(A)가 후자(B)보다 전송 전력에서 약 25% 향상시키는 것이 판명되었다. 따라서, 이 태양 전지(2)의 복수 매의 패널을 직병렬로 적절하게 접속함으로써, 전송 전력을, 예를 들면 75% 향상시키는 등, 새로운 향상도 가능하다고 사료된다.

도 8은 태양 전지(2)로서 단결정 110W형의 패널 1매를 사용하고, 전송 장치(1)를 조립했을 경우의 전송 전력의 1일의 변동을 나타내는 특성 곡선(a)을, 전송 장치(1)를 삭제했을 경우의 특성 곡선(b)과 비교해서 나타내는 그래프이다. 이 도 8에도 나타낸 바와 같이, 전송 장치(1)를 가질 경우의 특성 곡선(a)은, 갖지 않는 특성 곡선(b)보다 일조 중의 거의 전시간역에서 상회하고 있다. 또한, 1시간 당의 전송 전력에 대해서는, 전송 장치(1)를 가질 경우(a)가 약 183[Wh]이며, 전송 장치(1)를 갖지 않는 경우(b)의 약 164[Wh]보다 약 11% 향상되어 있는 것이 판명되었다.

즉, 전송 장치(1)에 의하면, 태양 전지(2) 자체의 발전 효율을 향상시키는 동시에, 이 태양 전지(2)에 의해 얻어진 전력을 인버터(3) 등의 부하에 고효율로 전송할 수 있다.

또한, 전송 장치(1)는 그 전송 라인(4)(도 2 참조)을, 도 9에서 나타내는 전송 라인(4A)으로 치환해도 된다. 이 전송 라인(4A)은 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이, 직선 형상의 제 1, 제 2 라인(#1, #2)에 얽힐 때에는, 항상 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)이 제 1, 제 2 라인(#1, #2)의 하측(도 9의 도면 중 이면(裏面)측)으로부터 상측(동(同) 도면 중 표면측)으로 돌아들어가고나서 서로 교차하는 점에 특징이 있고, 이 이외의 구성은 도 2에서 나타내는 전송 라인(4)과 거의 동일하다.

이 전송 라인(4A)에서도, 상기 전송 라인(4)과 거의 마찬가지로, 제 3, 제 4 곡선 라인(#3, #4)끼리의 교차부(C1~Cn)과, 제 1, 제 2 라인(#1, #2)에 의해 각각형성되는 거의 삼각형의 각 공간부(ma, mb)에 수직 변동 자계(N, S)가 형성되므로, 소위 자려(自勵)의 전자 가속 기능을 갖는다. 이 때문에, 이 전송 라인(4A)에 의해도 상기 전송 라인(4)과 거의 마찬가지로, 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 태양 전지(2) 자체의 발전 효율을 향상시키는 동시에, 그 태양 전지(2)에 의해 얻어진 전력의 전송 효율의 향상 효과가 현저하게 나타난다.

또한, 상기 실시예에서는 전송 장치(1)의 신호원 및 전력원으로서 태양 전지(2)를 사용한 경우에 관하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 태양 전지(2) 이외의 신호원이나 전력원을 사용해도 관계없고, 단지 전력 전송에 사용해도 된다.

본 발명에 의하면, 전력 전송에 의한 전력의 진폭(전압) 감쇠와 위상 지연을 함께 저감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 태양 전지 자체의 발전 효율을 향상시키는 동시에, 이 태양 전지에 의해 얻어진 전력을 인버터 등의 부하에 전송할 경우의 전송 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 자성체와,

   서로 이간 배치되고 거의 평행하게 병설되는 제 1, 제 2 도선, 이들 제 1, 제 2 도선에 그 일 방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부를 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 형성하는 제 3 도선 및 상기 제 1, 제 2 도선에 그 일 방향으로부터 각각 교대로 얽히고 감겨 이루어지는 복수의 얽힘부와 이들 제 1, 제 2 도선끼리의 내측에서 상기 제 3 도선과 교차하는 복수의 교차부를, 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 각각 형성하는 제 4 도선을 갖고, 상기 자성체에 감기는 전송 매체

   를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3, 제 4 도선의 상기 각 얽힘부는, 상기 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에 각각 교대로 배치되고, 상기 제 1, 제 2 도선의 한쪽과 상기 제 3, 제 4 도선의 각 얽힘부의 감김 방향이 각각 동일한 한편, 이들 제 1, 제 2 도선의 각 얽힘부끼리의 감김 방향이 서로 역방향이며, 상기 각 교차부에서의 상기 제 3 도선과 제 4 도선이 중첩되는 방향이 제 1, 제 2 도선의 길이 방향에서 교대로 역방향인 것을 특징으로 하는 전송 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 4 도선은 이들을 흐르는 전류에 의한 전자기적 상호 작용이 작용하는 범위 내에 배설(配設)되어 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3, 제 4 도선은 상기 제 1, 제 2 도선에 얽혀서 정현파(正弦波) 형상 또는 산(山) 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1, 제 2 도선은 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되며, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 한쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 일단에 접속되고,

   상기 제 3, 제 4 도선이 입력단측과 출력단측에서 각각 공통 접속되며, 그 공통 입력단측이 태양 전지의 1쌍의 전극의 다른쪽에 접속되는 한편, 그 공통 출력단측이 부하의 타단에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 전송 매체와 자성체를 수용하는 전기 절연성을 갖는 용기를 구비하고, 이 용기의 외면에는 상기 전송 매체의 입력측과 출력측에 전기적으로 접속된 입력 단자와 출력 단자를 배설하고 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 전송 매체의 복수가 서로 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 태양 전지가 결정계, 박막계, 화합물계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전송 장치.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 부하는 태양 전지로부터의 직류를 교류로 변환하는 인버터인 것을 특징으로 하는 전송 장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 자성체와 전송 매체는 태양 전지의 발진 주파수에 직렬 공진하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전송 장치.

Images