KR20110131934A - 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈 - Google Patents

비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 코어부를 E자 형상으로 형성하며, 코어부에 비자성체가 삽입될 수 있는 공극을 적어도 하나 형성한다. 또한 코어부의 한 쌍의 측면 돌출부와 중간 돌출부는 하단에 각각 기저부의 폭 방향으로 돌출된 하단 돌기가 형성된다.
본 발명에 따르면 수전 모듈이 동시에 두 개의 고주파 급전선으로부터 전원을 공급받을 수 있으며, 코어부를 길게 제작하는 것이 가능하고, 냉각 효과와 수전 효율이 개선된다.

Description

비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈 {Power receiving module for non-contact power supply apparatus}
본 발명은 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 E자 형상의 코어부에 비자성체가 삽입될 수 있는 공극이 적어도 하나 형성되어 코어부를 길게 제작하는 것이 가능하며 냉각 효과와 수전 효율이 우수한 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈에 관한 것이다.
최근에는 물건이나 사람을 실어 나르기 위한 이송 장치는 전기 에너지를 이용하는 경우가 많다. 특히 반도체나 의약품 등과 같이 청정 환경에서 정밀한 제품생산을 필요로 하는 경우 먼지 등의 발생을 줄이기 위해서 자기부상 이송장치가 사용된다. 자기부상 이송장치는 바퀴 없이 레일과 직접 접촉하지 않고 움직이므로 마찰저항이 거의 없으며 그로 인해 소음과 진동이 매우 적고 낮은 동력으로도 높은 속도를 얻을 수 있다.
이러한 이송 장치의 전원공급은 일반적으로 비접촉 방식이 이용된다. 즉, 이송 장치는 픽업 코일이 구비된 수전 모듈이 구비하며, 수전 모듈은 이송 장치의 이동 구간을 따라 포설된 고주파 급전선을 통해 자기유도 방식으로 전원을 공급 받는다.
도 1은 종래의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(10)은 고주파 급전선(20)과 이격되어 위치한다. 고주파 급전선(20)은 이송장치의 이동 구간을 따라 길게 포설된다. 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(10)은 코어(11)와 코어(11)에 권선된 픽업 코일(12)로 이루어진다.
코어(11)는 기저부(11a)와 기저부(11a)의 좌우측에 돌출부(11b, 11c)가 각각 형성된 구성을 갖는다. 픽업 코일(12)은 기저부(11a) 중앙에 권선된다. 고주파 급전선(20)은 기저부(11a) 및 돌출부(11b, 11c)에 의해 형성된 공간에 위치하며, 고주파 급전선(20)에 전류가 흐를 경우 픽업 코일(12)에 유도 전류가 발생되어 비접촉으로 전력을 공급받게 된다.
이러한 종래의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 수전 용량을 증가시키기 위해 코어(11)의 길이를 길게 하려고 하는 경우 많은 열이 발생되며, 비용이 증가되는 문제점이 있다. 또한 종래의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 자기장이 외부로 쉽게 누설되는 구조로 형성되어 자기장 손실이 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방열성과 수전 효율을 향상시킬 수 있고 제조단가를 낮출 수 있으며 제조가 용이한 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 제공하기 위한 것이다.
위와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 코어부와 픽업 코일을 포함한다. 코어부는 기저부, 한 쌍의 측면 돌출부, 중간 돌출부를 구비한다. 기저부는 폭과 길이를 갖는다. 한 쌍의 측면 돌출부는 기저부의 폭 방향으로 양측 부분에 각각 수직으로 하향 돌출된다. 중간 돌출부는 기저부의 폭 방향으로 한 쌍의 측면 돌출부 사이에서 하향 돌출된다. 픽업 코일은 기저부 및 중간 돌출부 중 적어도 하나에 길이 방향으로 감긴다. 코어부는 포설된 고주파 급전선과 이격되어 위치하고, 고주파 급전선에 전류가 흐르면 픽업 코일에 유도 전류가 발생된다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 코어부는 길이 방향으로 적어도 하나의 공극이 형성된다. 공극에는 비자성체가 삽입될 수 있다. 공극의 간격은 고주파 급전선으로부터 코어부까지의 거리보다 작다.
본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 한 쌍의 측면 돌출부와 중간 돌출부는 하단에 각각 기저부의 폭 방향으로 돌출된 하단 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 E자 형상으로 동시에 두 개의 고주파 급전선으로부터 전원을 공급받을 수 있으므로 수전 용량이 증가된다.
또한 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 코어부를 여러 개의 단위체로 분할하여 공극을 형성함으로써, 발생되는 열을 잘 냉각시켜 방열성을 더욱 좋게 할 수 있으며 코어부를 길게 제작하는 경우 신축성이 있어 제작이 용이하다. 이 경우 공극에는 비자성체를 삽입시켜 방열성을 개선할 수 있으며, 코어부의 안정감을 높일 수 있고, 재료비를 절감하여 제조 단가를 낮출 수 있다.
또한 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈은 한 쌍의 측면 돌출부와 상기 중간 돌출부는 하단에 기저부의 폭 방향으로 돌출된 하단 돌기를 이용하여 폐루프를 형성함으로써 발생하는 자기장의 손실을 방지하여 수전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명이 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 폭 방향 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 길이 방향 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 부분적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위해 설명을 생략할 수 있다.
한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 2는 본 발명이 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치(1000)는 고주파 전력 변환 장치(1100), 고주파 급전선(1200), 변압기(1300), 수전 모듈(1400)을 포함한다.
고주파 전력 변환 장치(1100)는 외부의 3상 교류전원을 인가받아 고주파 전력으로 변환하여 공급한다.
고주파 급전선(1200)은 이송 장치(2000)의 이동 구간에 포설된다. 고주파 급전선(1200)은 리츠 케이블(Litz cable)일 수 있다. 리츠 케이블은 지름 0.1mm 정도의 가는 에나멜선 또는 폴리우레탄선 등을 수십 내지 수백 가닥을 각각 1가닥씩 특수한 절연체로 도포하거나 견사(絹絲)로 감은 전선이다. 리츠 케이블은 표면적을 물리적으로 크게 하기 위한 것으로, 전기적으로는 표피 효과를 작게 하여 주파수 특성을 개선한다. 고주파 급전선(1200)에는 트랩회로가 연결될 수 있다. 트랩회로는 커패시터를 병렬로 연결하여 형성할 수 있다. 트랩 회로는 전체 고주파 급전선(1200)의 인덕턴스 성분과 커패시터 소자의 조합으로 전체 공진 회로를 꾸미게 되며, 이 경우 각 소자 값은 수전 모듈(1400)과 전체 시스템에 따라 적절히 선택할 수 있다.
고주파 전력 변환 장치(1100)와 고주파 급전선(1200)은 변압기(1300)를 통해 연결된다. 구체적으로는 변압기(1300)의 1차측이 고주파 전력 변환 장치(1100)와 연결되고, 2차측이 고주파 급전선(1200)과 연결된다. 고주파 급전선(1200)이 변압기(1300)를 통해 고주파 전력 변환 장치(1100)와 연결되면, 고주파 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있다.
고주파 전력을 공급 받는 고주파 급전선(1200)은 자체에서 정전기가 발생될 수 있는데, 이러한 정전기로 인해 각 소자에 심각한 손상이 발생할 수 있다. 또한 고주파 급전선(1200)에서는 고주파 노이즈가 과다 발산되는 문제가 있다. 또한 고주파 급전선(1200)은 이송 장치(2000)의 이동 구간에 포설되는데, 이송 장치(2000)의 이동 구간은 상당히 긴 거리이다. 따라서 고주파 급전선(1200)의 지락 사고가 발생하면 대형 사고로 이어질 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하고자 변압기(1300)의 2차측을 접지시킨다. 2차측을 접지시키면, 고주파 급전선(1200)에서 발생된 정전기가 그라운드(ground)로 흘러가 각 소자의 파손을 방지할 수 있으며, 고주파 노이즈도 감소하게 되고, 지락 사고가 대형 사고로 이어지는 것을 방지할 수 있다.
변압기(1300)의 1차측에는 감쇄부(1310)가 연결될 수 있다. 감쇄부(1310)는 고주파 전력 변환 장치(1100)의 스위칭 소자의 동작에 의해 발생될 수 있는 돌입 전류를 감쇄시켜 급격한 전류 변화를 막는다. 따라서 변압기(1300)의 2차측의 손상을 방지할 수 있다. 감쇄부(1310)는 인덕터 또는 커패시터만을 연결하여 구성할 수 있으며, 소자들을 다른 조합으로 구성하여 감쇄부(1310)를 형성할 수도 있다.
수전 모듈(1400)은 고주파 급전선(1200)과 일정 간격 이격되어 이송 장치(2000)에 장착된다. 수전 모듈(1400)은 고주파 급전선(1200)에 전류가 흐르는 경우 이송 장치(2000)의 이동에 의해 고주파 급전선(1200)으로부터 자기유도 방식으로 전원을 공급받는다. 즉, 수전 모듈(1400)은 고주파 급전선(1200)과 접촉하지 않으면서 전원을 공급받는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 폭 방향 단면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈의 길이 방향 단면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈을 부분적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(1400)은 코어부(1410)와 픽업 코일(1420)을 포함한다. 코어부(1410)는 기저부(1411), 한 쌍의 측면 돌출부(1412), 중간 돌출부(1413)를 구비한다. 코어부(1410)는 페라이트와 같은 강자성체로 이루어진다.
기저부(1411)는 소정의 폭과 길이를 가진다. 기저부(1411)에는 측면 돌출부(1412)와 중간 돌출부(1413)가 결합되고, 픽업 코일(1420)이 감기는 토대를 제공한다. 도 3에서 도면부호 'W'와 'L'은 각각 기저부(1411)의 폭 방향과 길이 방향을 나타낸다.
측면 돌출부(1412)는 좌우측 한 쌍으로 이루어진다. 즉, 측면 돌출부(1412)는 기저부(1411)의 폭 방향(W)으로 좌우측 끝부분에 각각 수직으로 하향 돌출된다. 중간 돌출부(1413)는 기저부(110)의 폭 방향(W)으로 한 쌍의 측면 돌출부(1412) 사이에서 수직으로 하향 돌출된다. 따라서 코어부(1410)는 전체적으로 E자 형태를 이룬다.
코어부(1410)는 본 실시예와 같이 일체형으로 제작될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 기저부(1411)와 측면 돌출부(1412) 및 중간 돌출부(1413)는 도 6에 도시된 다른 실시예처럼 서로 별도로 제작된 후 나사(1414) 혹은 접착제 등과 같은 체결수단에 의해 서로 결합될 수도 있다. 또한, 기저부(1411)와 측면 돌출부(1412) 및 중간 돌출부(1413)를 일체형으로 제작하지 않고 별도로 제작하여 결합시키는 경우, 측면 돌출부(1412)와 중간 돌출부(1413)를 길이 방향(L)으로 여러 개의 단위체로 분할하여 제작할 수 있다. 이와 같이 함으로써 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(1400)의 제조가 훨씬 용이해질 수 있다.
픽업 코일(1420)은 기저부(1411) 및 중간 돌출부(1413) 중 적어도 하나에 길이 방향(L)으로 권선된다. 즉, 픽업 코일(1420)은 기저부(1411)에만 권선되거나, 중간 돌출부(1413)에만 권선되거나, 기저부(1411)와 중간 돌출부(1413) 모두에 권선될 수 있다. 특히, 기저부(1411)는 측면 돌출부(1412)와 중간 돌출부(1413)에 의해 좌측 영역(1411-1)과 우측 영역(1411-2)으로 구분되며, 이 영역마다 각각 픽업 코일(1420)이 권선된다.
고주파 급전선(1200)은 코어부(1410)와 이격되어 위치한다. 본 실시예에서는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(1400)이 두 개의 고주파 급전선(1200)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위해 각각의 고주파 급전선(1200)은 중간 돌출부(1413)에 의해 나누어지는 코어부(1410)의 제1 영역(1410-a)과 제2 영역(1410-b)에 위치한다. 또한 각각의 고주파 급전선(1200)은 서로 반대 방향으로 전류가 흐른다. 이와 같이 두 개의 고주파 급전선(1200)으로부터 전원을 공급받으면 하나의 고주파 급전선으로부터 공급받는 경우보다 수전 용량이 증가된다.
또한, 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(1400)은 코어부(1410)에 길이 방향으로 적어도 하나의 공극(1415)이 형성될 수 있다. 공극(1415)에는 비자성체가 삽입될 수 있다. 공극(1415)에 비자성체를 삽입함으로써 코어부(1410)가 안정적으로 고정될 수 있다. 공극(1415)은 코어부(1410)의 길이 방향으로 일단에 전체적으로 형성될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 측면 돌출부(1412) 및 중간 돌출부(1413) 중 적어도 하나에 형성될 수도 있다.
비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈(1400)은 수전 용량을 증가시키기 위해서는 길이를 길게 할 필요가 있다. 그러나 길이를 길게 하면 열이 많이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 발열 문제를 해결하기 위해서 본 실시예에서는 코어부(1410)에 공극을 형성한다. 공극(1415)이 형성되면 비접촉으로 전원을 공급하는 과정에서 발생되는 열을 잘 방출시킬 수 있다. 또한 코어부(1410)를 여러 개의 단위체로 분할하여 제조하는 것이 가능하며, 이 경우 공극(1415)이 신축성이 있어 제작이 용이하다. 비용적인 측면에서 살펴보면, 코어부(1410)의 재질은 페라이트와 같은 강자성체로 이루어지지만 공극(1415)에는 비자성체인 플라스틱 등이 삽입되는데, 일반적으로 비자성체가 강자성체에 비해 비용이 저렴하므로, 일부라도 코어부(1410)에 비자성체를 사용하면 전체 제조 단가를 낮출 수 있다.
공극(1415)의 간격은 고주파 급전선(1200)과 코어부(1410) 사이의 거리보다 작은 것이 바람직하다. 여기서 고주파 급전선(1200)과 코어부(1410) 사이의 거리는 고주파 급전선(1200)과 코어부(1410)의 거리 중 최단거리를 의미한다. 공극(1415)의 간격이 너무 넓으면, 자속의 누설 현상이 발생되어 전원 공급이 원활하지 않을 수 있다.
코어부(1410)의 측면 돌출부(1412)와 중간 돌출부(1413)는 각각 하단에 기저부(1411)의 폭 방향으로 돌출된 하단 돌기(1412a, 1412b, 1413a)가 형성된다. 보다 구체적으로는 한 쌍의 측면 돌출부(1412)는 각각 하단 돌기(1412a, 1412b)가 중간 돌출부(1413)를 향해 돌출되며, 중간 돌출부(1413)는 하단 돌기(1413a)가 양 측으로 돌출된다. 즉, 하단 돌기(1412a, 1412b, 1413a)는 측면 돌출부(1412) 및 중간 돌출부(1413)와 함께 고주파 급전선(1200)을 둘러싸는 형태를 만든다. 이러한 하단 돌기(1412a, 1412b, 1413a)에 의해 폐루프가 형성되므로 자속의 누설을 방지할 수 있고 따라서 수전 효율이 더욱 좋아진다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 비접촉 전원 공급 장치 1100 : 고주파 전력 변환 장치
1200 : 고주파 급전선 1300: 변압기
1400 : 수전 모듈 1410 : 코어부
1411 : 기저부 1412 : 측면 돌출부
1413 : 중간 돌출부 1414 : 나사
1415 : 공극 1420 : 픽업 코일

Claims (5)

  1. 폭과 길이를 가지는 기저부와, 상기 기저부의 폭 방향으로 양측 부분에 각각 수직으로 하향 돌출되는 한 쌍의 측면 돌출부와, 상기 기저부의 폭 방향으로 상기 한 쌍의 측면 돌출부 사이에서 하향 돌출되는 중간 돌출부를 구비하는 코어부; 및
    상기 기저부 및 상기 중간 돌출부 중 적어도 하나에 길이 방향으로 감기는 픽업 코일;을 포함하며,
    상기 코어부는 포설된 고주파 급전선과 이격되어 위치하고, 상기 고주파 급전선에 전류가 흐르면 상기 픽업 코일에 유도 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어부는 길이 방향으로 적어도 하나의 공극이 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공극에는 비자성체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 공극의 간격은 상기 고주파 급전선으로부터 상기 코어부까지의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 측면 돌출부와 상기 중간 돌출부는 하단에 각각 상기 기저부의 폭 방향으로 돌출된 하단 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전원 공급 장치의 수전 모듈.
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