KR20170130956A - 무접점 전력 전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원 공급부와 1차 코일 사이의 전송 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시켜서 인덕턴스의 값을 일정하게 유지하여 전력을 전송할 수 있는 무접점 전력 전송 장치에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치는, 전원 공급부; 1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부; 2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부; 상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부; 및, 상기 전원 공급부와 상기 트랜스부를 연결하는 선로에 의한 인덕턴스의 크기가 일정하게 유지되도록, 상기 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시키는 더미 코일부를 포함한다.

Description

무접점 전력 전송 장치{Non-contact power transferring device}

본 발명은 무접점 전력 전송 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전원 공급부와 1차 코일 사이의 전송 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시켜서 인덕턴스의 값을 일정하게 유지하여 전력을 전송할 수 있는 무접점 전력 전송 장치에 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 있다.

더욱이, 최근 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 전까지는 프로그램의 확정이 어려우며 이로 인한 현장에서의 수정 변경이 많아지게 되었고, 다품종 소량생산 및 생산기술의 발전으로 인해 시스템의 변경이 빈번해 짐에 따라 전송 선로의 변경이나 시스템 전체의 재제작이 이루어져야 하는 구조적 결점을 가지고 있다.

한편, 전송 선로의 길이가 변경되면, 전송 선로에 의해 생기는 인덕턴스(Inductance) 값이 변경되고, 이에 따라 공진 주파수 f(=2π*1/√LC)의 값이 변경되어 전력 수신측의 공진 주파수와 공명을 이루지 못하게 되어 전송 효율이 저하된다. 이 경우, 전력 수신측의 인덕턴스 값을 조절하여 다시 공명을 이루게 할 수는 있으나, 이미 구축된 시스템의 재제작이 필요하여 많은 비용 및 시간이 소요된다.

한편, 한국공개특허 10-2004-0106763호에는, 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 무접점 전원 전달장치를 개시하고 있다.

상기 특허에 의하면, 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 있으나, 전송 선로의 길이가 변경되는 경우, 기 구축된 시스템의 재제작없이는 적절한 효율을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이에 본 출원인은 전송 선로의 길이가 변경되더라도, 기 구축된 시스템의 재제작없이 송신측과 수신측의 공진 주파수가 공명을 이루도록 하는 무접점 전력 전송 장치를 제안한다.

한국공개특허 10-2004-0106763호

본 발명은 전원 공급부와 1차 코일 사이의 전송 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시켜서 인덕턴스의 값을 일정하게 유지하여 전력을 전송할 수 있는 무접점 전력 전송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치는,

전원 공급부; 1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부; 2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부; 상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부; 및, 상기 전원 공급부와 상기 트랜스부를 연결하는 선로에 의한 인덕턴스의 크기가 일정하게 유지되도록, 상기 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시키는 더미 코일부를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 더미 코일부는, 시스템 세팅에 필요한 선로의 길이값을 입력하는 선로 길이 입력 모듈과, 입력한 선로 길이값으로부터 변경된 인덕턴스 값을 산출하는 인덕턴스값 산출 모듈과, 더미 코일을 삽입하여 변경된 인덕턴스 값을 보충하는 더미 코일 결합 모듈을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 더미 코일부는, 상기 인덕턴스값 산출 모듈에 의해 산출된 인덕턴스 값을 표시하는 디스플레이를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 더미 코일 결합 모듈은, 단위 더미 코일을 포함하며, 상기 단위 더미 코일이 삽입되는 삽입구를 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 전원 공급부와 1차 코일 사이의 전송 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시켜서 인덕턴스의 값을 일정하게 유지하여 전력을 전송할 수 있는 무접점 전력 전송 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 무접점 전력 전송 장치가 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치가 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치의 더미 코일부가 도시된 블록도이다.
도 4는 더미 코일부의 더미 코일 결합 모듈이 도시된 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 접점 전력 전송 장치를 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 무접점 전력 전송 장치가 도시된 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치가 도시된 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치의 더미 코일부가 도시된 블록도이다. 도 4는 더미 코일부의 더미 코일 결합 모듈이 도시된 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치는, 전원 공급부(100)와, 트랜스부(200)와, 픽업부(300)와, 전원부(400)와, 더미 코일부(500)를 포함한다.

전원 공급부(100)은 소정 크기의 전압 전원, 또는 전류 전원을 공급한다. 예를 들어, 125A의 전류를 공급한다. 이를 위해 전원 공급부(100)은 외부에서의 전원을 끌어오기 위해 별도의 전원 입력선(미도시)을 포함할 수 있다.

트랜스부(200)은 상기 전원 공급부(100)에 의해 생성된 전력을 자기유도 또는 자기공명 방식으로 픽업부(300)로 전송하기 위해 1차 코일을 구비한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 저항(R)과, 커패시터(C)가 마련되어 있다.

픽업부(300)은 상기 트랜스부(200)에서 송신되는 전력을 수신하기 위해 1차 코일과 커플링되는 2차 코일을 구비한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 필터, 정류회로 및 평활회로 등을 포함한다.

본 발명의 무접점 전력 전송 장치는 자기유도 현상 또는 자기공명 현상을 이용한 것으로, 1차측인 트랜스부(200)과 2차측인 픽업부(300)은 공간적으로 상호 분리되어 형성된다.

동작원리는 1차측 트랜스부(200)에 형성된 1차 코일에 전류를 흘릴 경우 발생되는 자계에 의해서 2차측 픽업부(300)의 2차 코일에 전류가 유도되어 흐르는 원리로 일반 트랜스포머와 동일하기는 하나, 공극을 분리시킴으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있는 장점이 있다.

전원부(400)는 상기 픽업부(300)에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급한다.

더미 코일부(500)는 상기 전원 공급부(100)과 상기 트랜스부(200)을 연결하는 선로에 의한 인덕턴스의 크기가 일정하게 유지되도록, 상기 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄한다.

예를 들어, 규모가 큰 작업 공간에서 작은 작업 공간으로의 변경, 현장에서 요구되는 설계 변경 등에 의해 전원 공급부(100)과 트랜스부(200) 사이의 선로 길이가 짧아지면 이에 따라 선로에 의해 생기는 인덕턴스 값이 줄어들게 된다. 인덕턴스 값이 줄어들게 되므로, 공진 주파수 f(=2π*1/√LC)의 값이 변경되어 픽업부(300)측의 공진 주파수와 공명을 이루지 못하게 되어 전송 효율이 저하된다.

더미 코일부(500)는 줄어든 인덕턴스 값을 가지는 더미 코일을 전원 공급부(100)과 트랜스부(200) 사이에 추가하여 전체적으로 원래의 공진 주파수가 유지되도록 한다. 따라서, 이미 구축된 시스템을 변경, 수정 등의 재제작을 하지 않아도 최적의 전송 효율을 유지할 수 있게 된다.

더미 코일부(500)는 시스템 세팅 결과 줄어든 선로 길이에 해당하는 인덕턴스 값을 가지는 더미 코일 그 자체일 수 있으며, 더미 코일을 수동으로 선로에 연결하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 전력 전송 장치를 구현할 수도 있다.

다른 실시예에 따르면, 더미 코일부(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 선로 길이 입력 모듈(510), 인덕턴스값 산출 모듈(520), 더미 코일 결합 모듈(530)을 포함할 수 있다.

선로 길이 입력 모듈(510)은 작업자가 시스템 세팅에 필요한 선로의 길이를 입력하는 모듈이다. 픽업부(300) 측의 공진 주파수가 고정된 상태에서, 트랜스부(200)측의 선로가 변경되는 경우, 작업자는 원래의 선로 길이에서 변경될 선로 길이를 입력한다. 예를 들어, 기존의 선로 길이가 100m이고, 시스템 세팅에 의해 선로 길이가 50m로 줄어들 필요가 있는 경우, 작업자는 기존 선로 길이와 변경 후 선로 길이를 입력한다. 한편, 길이 이외에 인덕턴스에 영향을 주는 다른 파라미터 값들을 입력할 수도 있으나, 본 명세서에서는 다른 파라미터의 변경없이 선로 길이만 변경되는 경우를 예시하여 설명한다. 물론, 선로 길이 변경에 한정되는 것은 아니다.

인덕턴스값 산출 모듈(520)은 작업자가 입력한 선로 길이 변경값으로부터 변경된 인덕턴스 값을 산출하고, 이를 별도의 디스플레이를 표시한다. 예를 들어, 상기의 예에서 줄어든 50m에 대응하는 인덕턱스값을 산출하여 표시한다. 여기서, 선로 길이와 이에 대응하는 인덕턴스값은 실험 또는 계산에 의해 미리 획득되는 데이터일 수 있으며, 인덕턴스값 산출 모듈(520)은 이러한 데이터를 참조하여 변경된 인덕턴스값을 산출한다. 이때, 인덕턴스값 산출 모듈(520)은 변경된 인덕턴스값이 아니라, 보충이 필요한 인덕턴스값도 함께 산출할 수 있다. 즉, 줄어든 인덕턴스값을 산출하여 표시할 수 있다.

더미 코일 결합 모듈(530)은 더미 코일을 삽입하여 줄어든 인덕턴스값을 보충하도록 한다. 더미 코일 결합 모듈(530)은, 도 4에 도시된 바와 같이 슬롯 형태의 삽입구(531)를 구비한다. 더미 코일 결합 모듈(530)은 부속품으로 단위 용량을 갖는 다수의 더미 코일을 포함한다. 예를 들어, 1H(헨리), 100mH, 10mH 등 일정 크기의 값을 갖는 다수의 단위 더미 코일을 포함하며, 인덕턴스값 산출 모듈(520)에 의해 산출된 값을 보충하도록 필요한 개수의 단위 더미 코일을 삽입구(531)에 삽입할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들에 따른 무접점 전력 전송 장치의 사용 방법을 설명한다.

작업자는 선로 길이 입력 모듈(510)에 변경될 선로 길이값을 입력하면, 인덕턴스값 산출 모듈(520)이 변경된 선로 길이에 대응하는 인덕턴스값을 산출하고, 별도의 모니터 등을 통해 그 값을 표시한다.

작업자는 표시된 값을 확인하고, 줄어든 인덕턴스값에 해당하는 단위 더미 코일을 적어도 하나 선택하여 더미 코일 결합 모듈(530)의 삽입구(531)에 삽입하여, 트랜스부(200)측의 공진 주파수와 픽업부(300)측의 공진 주파수가 공명을 이루도록 한다.

이렇게 함으로써 전송 선로의 길이가 변경되더라도, 기 구축된 시스템의 재제작없이 송신측과 수신측의 공진 주파수가 공명을 이루도록 할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 전원 공급부 200 : 트랜스부
300 : 픽업부 400 : 전원부
500 : 더미 코일부

Claims (4)

1. 전원 공급부;
   1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부;
   2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부;
   상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부; 및,
   상기 전원 공급부와 상기 트랜스부를 연결하는 선로에 의한 인덕턴스의 크기가 일정하게 유지되도록, 상기 선로의 길이가 변함에 따라 생기는 인덕턴스의 변화량을 상쇄시키는 더미 코일부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력 전송 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 더미 코일부는,
   시스템 세팅에 필요한 선로의 길이값을 입력하는 선로 길이 입력 모듈과, 입력한 선로 길이값으로부터 변경된 인덕턴스 값을 산출하는 인덕턴스값 산출 모듈과, 더미 코일을 삽입하여 변경된 인덕턴스 값을 보충하는 더미 코일 결합 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력 전송 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 더미 코일부는,
   상기 인덕턴스값 산출 모듈에 의해 산출된 인덕턴스 값을 표시하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력 전송 장치.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 더미 코일 결합 모듈은,
   단위 더미 코일을 포함하며, 상기 단위 더미 코일이 삽입되는 삽입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력 전송 장치.

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