KR20190012285A - 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템 - Google Patents

고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압배선선로(C)에 유기되는 자기장을 통해 충전DC전원을 수득하여 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)을 구동시킬 수 있도록 하며, 센서모듈(10)에서 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 게이트웨이(20)에 전송케 하고, 게이트웨이(20)에서는 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 중앙서버(30)에 전송하면, 중앙서버(30)에서는 시그널을 분석하여 저장하고 디스플레이시키면서 스마트공장 내의 현황을 모니터링할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것이다.

Description

고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템{MANAGING SYSTEM OF SMART PLANT THROUGH NO POWER SUPPLIER USING THE MAGNETIC FIELD OF HIGH VOLTAGE CABLE}
본 발명은 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있고, 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있으며, 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것이다.
일반적으로 스마트공장은 기존의 제조 및 생산 시스템과 스마트 센서 무선네트워크 사물 인터넷 빅 데이터 분석 등의 ICT(Information and Communication Technology) 분야를 융합하여 유기적으로 감지 판단 수행의 각 기능을 수행할 수 있도록 하는 공장이라 할 수 있다.
스마트공장 구현의 핵심은 제조 IoT(Internet of Things) 기술을 기반으로 공장 내 외부 관리 자원을 연결하고 제조 및 서비스 최적화를 위한 플랫폼의 구성이며 플랫폼의 기술 구성은 생산 및 안전관리 데이터의 실시간 수집 생산 빅 데이터의 분석 및 응용이 기본이 된다.
도 1은 선행기술문헌(대한민국 공개특허 제2017-0064291호)의 실시예에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 다수의 NFC 태그(10), 근로자 스마트 디바이스(20), 슈퍼바이저(관리감독자) 스마트 디바이스(30), 네트워크(40), 스마트 안전 공정 서버(50), 외부 전문가 단말(60), 그리고 위임자 스마트 디바이스(70)를 포함한다.
각 기업 또는 업체마다 매우 상이한 작업공정 프로세스가 있지만, 크게 구분하여 생산공정을 구분하면, '입고공정→제조공정→검사공정→출하공정'과 같이 4개의 카테고리로 구분된 공정으로 요약할 수 있다.
다수의 NFC 태그(10)는 예와 같은 4개의 공정의 작업 상황을 전문가와 기업의 담당자가 위험성 평가를 통해 위험요인을 분석하고 이를 예방할 수 있는 예방 대책을 세울 수 있도록 하기 위해 구분된 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 및 근무공정 정보(각 근무공정별 작업 순서 및 방식 등을 포함) 등을 저장한다.
이에 따라 각 NFC 태그(10)는 구분된 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 정보를 NFC 태그 전송 방식을 통해 근로자 스마트 디바이스(20) 및 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)로 제공하기 위해 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저의 확인 및 점검이 수반되는 필요 장소인 공장 시설에 각각 부착된다.
슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저(관리감독자)는 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 이용한 각 NFC 태그(10)에 대한 NFC 리더 기능을 이용한 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 정보 및 근무공정 정보를 확인한 뒤, 근로자 스마트 디바이스(20)를 운영하는 근로자에 의한 각 NFC 태그(10)에서 요구하는 작업상황을 수행인지를 확인할 수 있다.
한편, 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저의 관리 감독의 대상이 되는 근로자는 근로자 스마트 디바이스(20)의 NFC 리더 기능을 활용하여, 각 근무공정과 매칭되는 공장 시설에 부착된 NFC 태그(10) 별 표준작업 안전수칙 정보를 확인할 수 있다.
슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)는 현장에서 슈퍼바이저에 의해 수행되는 업무 결과를 자체적인 앱(어플리케이션) 또는 스마트 안전 공정 서버(50)의 웹 서비스를 통해서, 스마트 안전 공정 서버(50)로 전송하여 결과 보고서가 작성되도록 한다. 이러한 결과 보고서는 빅데이터 형태로 수집되어 산업안전 관리 활동의 중요 데이터로 사용될 수 있다.
또한, 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)는 네트워크(40)와 연결된 스마트 안전 공정 서버(50)를 통해 기업 내에서 이루어지고 있는 산업안전 활동을 외부 전문가에 의해 운영되는 외부 전문가 단말(60)로 동시 전송이 되어 산업안전 관리 활동의 문제점을 재조정하도록 함으로써, 평가 조정기능을 수행할 수 있다.
근로자 스마트 디바이스(20)는 각 NFC 태그(10) 별로 저장된 근로자가 수행해야 하는 '근로자 작업 안전수칙'을 NFC 리더 기능을 활용해 획득하여 출력함으로써, 근로자가 작업 전 스스로 자율적인 산업안전 관리 활동이 될 수 있도록 하며, 근로자 작업 안전수칙의 일 예로, 유기용제 등 화학물질에 대한 취급 정보일 수 있다.
그런데, 선행기술문헌에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템 및 이를 이용한 스마트 안전 공정 관리방법은 다수의 NFC 태그(10)가 상용전원을 활용하므로 인하여 전력소비를 피할 수 없는 한계를 안고 있다.
대한민국 공개특허 제2017-0064291호 - IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템
본 발명의 목적은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 고전압배선선로 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈과 게이트웨이간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능한 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능한 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 무전원공급장치를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 MCU에서 안정적으로 구동할 수 있도록 센서측 정전압정류기(LDO; Low Drop Out Regulator)에서 구동DC전원[예를 들어 MCU가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 센서노드에서는 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하고, 이렇게 감지된 시그널을 MCU에서 무선트랜시버를 통해 게이트웨이로 전송할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 무전원공급장치를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 CPU에서 안정적으로 구동할 수 있도록 게이트측 정전압정류기(LDO; Low Drop Out Regulator)에서 구동DC전원[예를 들어 CPU가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 저전력광대역무선통신트랜시버를 통해 센서모듈의 시그널을 무선컨센트레이터로 받아들인 후 CPU에서 연산처리하여 eMMC 또는 RAM에 기억시키면서 이더넷 또는 모바일통신을 통해 중앙서버로 교신할 수 있도록 하는 것이고, 중앙서버에서는 게이트웨이를 통해 수신된 시그널을 분석 및 저장하면서 디스플레이이되도록 하여 스마트공장 내의 환경을 살펴볼 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭으로 트랜스포머의 2차 코일로 승압되는 AC전원을 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항에서 소진토록 하여 충전배터리를 보호할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일을 동작시켜 코어의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일로 흐르도록 하여 고전압배선선로로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템은,
고전압배선선로를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈과,
상기 센서모듈에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이와,
상기 게이트웨이를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버와,
상기 고전압배선선로에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 상기 게이트웨이를 비롯한 상기 센서모듈에 공급하는 무전원공급장치를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상용 전원과 연결될 필요가 없기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집장치는 어디에든 설치가 가능하며 이로써 무선네트워크 인프라 활용도 및 설치 용이성을 극대화시킬 수 있고 추가적인 배터리를 사용하지 않기 때문에 유지보수 비용 절감을 실현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 충전배터리로 전원을 공급할 수 있기 때문에 반영구적인 수명을 가지며 그로 인해 유지 보수비용 절감이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 고전압배선선로 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 하는 효과가 있다.
본 발명은 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈과 게이트웨이간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능한 효과가 있다.
본 발명은 사회적 측면에서, 전 세계에 걸쳐 화석 에너지 고갈과 지구온난화 등이 전 세계적인 환경 문제로 대두됨에 따라 지속 가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 대두됨 따라 공기 중으로 방사되어 사라지는 자기장 에너지를 수확하여 전기 에너지를 생산하여 친환경적으로 에너지 공급 문제를 해결하기 위한 기술적 가능성을 보일 수 있고 폐건전지로 인한 환경적 문제도 저감시킬 수 있고, 공장의 안전성을 유지하기 위한 센서네트워크를 동작시키는 전원을 제공하는데 있어 제안하는 시스템은 매우 편리하기 때문에 적극적 사고 예방이 가능하며 이로 인한 산업재해를 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고전압배선선로로부터 유기되는 자기장에 의한 AC전원은 전압이 극히 낮으므로 트랜스포머의 코어에 권선된 1차 코일 및 2차 코일을 통해 승압시키고, 정류부를 통해 DC전원으로 변환시킨 후 DC/DC 전원부로서 충전DC전원으로 다시 변환시켜 충전배터리에 충전될 수 있도록 하고, 이어서 센서모듈에 충전DC전원을 공급할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭으로 트랜스포머의 2차 코일로 승압되는 AC전원을 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항에서 소진토록 하여 충전배터리를 보호할 수 있도록 함으로써 수명을 보장케 하는 효과가 있다.
본 발명은 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일을 동작시켜 코어의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일로 흐르도록 하여 고전압배선선로로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 선행기술문헌의 실시예에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 나타내는 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 구조도.
도 6a는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.
도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 등가회로도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.
본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템을 나타내는 구조도이다.
본 발명은 스마트공장 내 무선네트워크 인프라 구축을 위해 별도의 전원 공급을 위한 공사작업 없이 공장 내 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 활용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 개발을 목표로 하며, 이를 위하여 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 고전압배선선로(C)를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈(10)과, 센서모듈(10)에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이(20)와, 게이트웨이(20)를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버(30)와, 고전압배선선로(C)에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)에 공급하는 무전원공급장치(40)를 포함한다.
본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있도록 하며, 예를 들어 스마트공장 내의 배전반의 과전류로 인한 화재가 발생할 경우 대형사고를 초래할 수 있고, 이로 인하여 생산시설이 멈춤으로써 경제적 손실을 초래하고 마는데, 본 발명에서는 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈(10)로서 과전류를 실시간 감지토록 하는 것이다.
나아가, 무선네트워크 인프라 구축을 위해 상용전원을 연결해 주는 것과 달리 본 발명에서는 고전압배선선로(C)의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치 구동을 가능하게 한다.
상용 전원과 연결될 필요가 없기 때문에 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치는 어디에든 설치가 가능하며 이로써 무선네트워크 인프라 활용도 및 설치 용이성을 극대화시킬 수 있고 추가적인 배터리를 사용하지 않기 때문에 유지보수 비용 절감을 실현할 수 있다.
그리고, 개발 대상 기술 제품의 중요성과 파급 효과로서 전원 공급의 편리성 증대로 인한 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 활용도를 극대화시킬 수 있다.
한편, 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치에 전원을 공급해 주기 위해 상시 전원을 연결 해주던 종래의 방식에서는 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치가 상시 전원과 인접해 있어야 한다는 물리적인 제한으로 인해 활용도가 떨어지는 데 반하여 본 발명에서는 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로(C)를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있으며, 반영구적인 수명으로 인한 유지 보수비용을 절감시킬 수 있다.
그리고, 물리적인 제한을 극복하기 위해 통상의 배터리로 전원을 공급해 주는 경우에는 배터리의 수명을 고려해서 주기적으로 배터리를 교체해주어야 하는데, 이는 유지 보수비용이 증가한다는 문제가 있어 본 발명에서는 충전배터리(44)로 전원을 공급할 수 있기 때문에 반영구적인 수명을 가지며 그로 인해 유지 보수비용 절감이 가능하다.
버려지는 에너지를 활용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)으로 인한 에너지 절약전류가 흐르는 고전압배선선로(C) 주위에는 자기장이 유도되며 일반적인 경우 이 자기장 에너지는 방사되어 사라지는데, 본 발명에서는 고전압배선선로(C) 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 한다.
나아가, 본 발명은 고압배전선로로부터의 수득된 충전DC전원을 이용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치 개발하고, 생산 현장별 적합한 센서네트워크 구성 설치 배포 용이성 등 다양한 요구사항을 충족하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 개발을 통해 공장 내 다양한 정보를 추출할 수 있도록 하며, 저전력 동작 및 원거리 전송 통신이 가능하여 센서모듈(10)과 게이트웨이(20)간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험을 개선 다양한 센서네트워크 및 IoT(Internet of Things) Application에서 안정적인 통신 환경을 제공할 수 있게 된다.
기술적 측면에서, 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈(10)이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈(10)과 게이트웨이(20)간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능하게 된다.
경제적 산업적 측면에서, 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 본 발명을 통해 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로(C)부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능하다.
사회적 측면에서, 전 세계에 걸쳐 화석 에너지 고갈과 지구온난화 등이 전 세계적인 환경 문제로 대두됨에 따라 지속 가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 대두됨 따라 본 발명에서는 공기 중으로 방사되어 사라지는 자기장 에너지를 수확하여 전기 에너지를 생산하여 친환경적으로 에너지 공급 문제를 해결하기 위한 기술적 가능성을 보일 수 있고 폐건전지로 인한 환경적 문제도 저감시킬 수 있고, 공장의 안전성을 유지하기 위한 센서네트워크를 동작시키는 전원을 제공하는데 있어 제안하는 시스템은 매우 편리하기 때문에 적극적 사고 예방이 가능하며 이로 인한 산업재해를 크게 감소시킬 수 있다.
최종 목표로서, 스마트공장 내 고전압배전선로로부터의 자기장을 이용한 무전원 전력 추출 및 전력 변환 공급 장치와 이를 이용하여 동작하는 과전류 감지를 위한 무전원 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치를 제안하고자 하는 것이다.
이러한 본 발명의 최종 목표를 구현하기 위하여 고전압배선선로(C)에 유기되는 자기장을 통해 충전DC전원을 수득하여 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)을 구동시킬 수 있도록 하며, 센서모듈(10)에서 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 게이트웨이(20)에 전송케 하고, 게이트웨이(20)에서는 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 중앙서버(30)에 전송하면, 중앙서버(30)에서는 시그널을 분석하여 저장하고 디스플레이시키면서 스마트공장 내의 현황을 모니터링할 수 있도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈(10)을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 무전원공급장치(40)의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 센서측 정전압정류기(11)와, 센서측 정전압정류기(11)의 구동DC전원으로 구동되면서 센서노드(12)를 통해 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 무선트랜시버(13)를 통해 게이트웨이(20)에 전송하는 MCU(14)를 포함한다.
무전원공급장치(40)를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 MCU(14)에서 안정적으로 구동할 수 있도록 센서측 정전압정류기(LDO: Low Drop Out Regulator; 11)에서 구동DC전원[예를 들어 MCU(14)가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 센서노드(12)에서는 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하고, 이렇게 감지된 시그널을 MCU(14)에서 무선트랜시버(13)를 통해 게이트웨이(20)로 전송할 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게, 센서모듈(10)은 추가의 센서노드(12)의 접속을 위한 익스터널 센서 커넥터(External Sensor Connector; 15)를 더 포함하여 스마트공장 내 환경 체크를 위한 다양한 요구사항에 부응할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이(20)를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 무전원공급장치(40)의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 게이트측 정전압정류기(21)에 의해 구동되며 저전력광대역무선통신트랜시버(LPWAN Transceiver: Low Power Wide Area Network Transceiver; 22)를 통해 센서모듈(10)의 시그널을 무선컨센트레이터(23)로 받아들인 후 CPU(24)에서 연산처리하여 eMMC(Embedded Multi Media Card; 25) 또는 RAM(Random Access Memory; 26)에 기억시키면서 이더넷(Ethernet; 27) 또는 모바일통신(28)을 통해 중앙서버(30)로 교신하는 구성으로 이루어진다.
무전원공급장치(40)를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 CPU(24)에서 안정적으로 구동할 수 있도록 게이트측 정전압정류기(LDO: Low Drop Out Regulator; 21)에서 구동DC전원[예를 들어 CPU(24)가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 저전력광대역무선통신트랜시버(22)를 통해 센서모듈(10)의 시그널을 무선컨센트레이터(23)로 받아들인 후 CPU(24)에서 연산처리하여 eMMC(25) 또는 RAM(26)에 기억시키면서 이더넷(27) 또는 모바일통신(28)을 통해 중앙서버(30)로 교신할 수 있도록 하는 것이고, 중앙서버(30)에서는 게이트웨이(20)를 통해 수신된 시그널을 분석 및 저장하면서 디스플레이이되도록 하여 스마트공장 내의 환경을 살펴볼 수 있도록 하는 것이다.
이때, 게이트웨이(20)는 센서모듈(10)의 시그널 용량에 맞추어 메모리 저장영역을 넓혀주는 SDCARD(Secure Digital Memory Card; 29)를 더 포함하여 스마트공장 내에 더 많은 센서모듈(10)을 통해 유입되는 시그널을 원활하게 저장하면서 처리할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 구조도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이고, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 등가회로도이다.
본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 5 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 고전압배선선로(C)로부터 유기되는 자기장에 커플링되어 AC전원을 승압시키는 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)이 권선된 코어(41c)를 구비한 트랜스포머(41)와, 트랜스포머(41)에 의해 승압된 AC전원을 정류시켜 DC전원으로 변환시키는 정류부(42)와, 정류부(42)를 통해 정류된 DC전원을 충전DC전원으로 변환시키는 DC/DC 전원부(43)와, DC/DC 전원부(43)의 충전DC전원을 충전한 후 센서모듈(10)에 공급하는 충전배터리(44)를 포함한다.
고전압배선선로(C)로부터 유기되는 자기장에 의한 AC전원은 전압이 극히 낮으므로 트랜스포머(41)의 코어(41c)에 권선된 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)을 통해 승압시키고, 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변환시킨 후 DC/DC 전원부(43)로서 충전DC전원으로 다시 변환시켜 충전배터리(44)에 충전될 수 있도록 하고, 이어서 센서모듈(10)에 충전DC전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다.
이때, 정류부(42)에 의해 정류된 DC전원을 평활시켜 DC/DC 전원부(43)로 공급하는 평활콘덴서(45)를 더 포함하여 안정된 DC전원이 만들어지도록 하고, DC/DC 전원부(43)의 충전DC전원을 충전커패시터(46)를 통해 충전배터리(44)에 안정적으로 공급할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 7에 도시된 바와 같이 정류부(42) 및 DC/DC 전원부(43) 사이에 구비되어 충전배터리(44)의 충전 완료시 FET 스위치(47)의 스위칭에 의해 2차 코일(41b)로 승압되는 AC전원을 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진토록 하는 소진저항(Dissipative Resistor; 48)을 포함한다.
충전배터리(44)가 충전이 완료된 후에도 충전DC전원이 지속적으로 공급될 경우 과부하에 따른 손상이 불가피하게 되므로 본 발명의 제1실시예에서는 충전배터리(44)의 충전 완료시 FET 스위치(47)의 스위칭으로 트랜스포머(41)의 2차 코일(41b)로 승압되는 AC전원을 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항(48)에서 소진토록 하여 충전배터리(44)를 보호할 수 있도록 함으로써 수명을 보장케 하는 것이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 8에 도시된 바와 같이 DC/DC 전원부(43) 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)을 출력부하라 했을 때, 코어(41c)에 권선되며 충전배터리(44)의 충전 완료시 바이어스 전류에 의해 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시켜 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류의 손실을 방지케 하는 가변임피던스코일(49)을 포함한다.
충전배터리(44)가 충전이 완료된 후에도 충전DC전원이 지속적으로 공급될 경우 과부하에 따른 손상이 불가피하게 되므로 본 발명의 제2실시예에서는 DC/DC 전원부(43) 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)을 출력부하라 했을 때, 충전배터리(44)의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일(49)을 동작시켜 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로(C)의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
고전압배선선로(C)에서 센서모듈(10)을 구동하기 위한 충전DC전원을 추출하기 위한 는 무전원공급장치(40)는 도 6a에 같고, 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b) 내부를 통하는 자기장의 변화에 따라 고전압배선선로(C)에 기전력이 유도되며 그 크기는 식 1과 같다.
[식 1]
Figure pat00001
Iprit(t)는 고전압배선선로(C) 흐르는 전류[고전압배선선로(C) 전류], Lm은 유도기전력을 수득하기 위해 사용되는 트랜스포머(41)의 코어(41c)에 의한 자화 인덕턴스, n은 코어(41c)에 권선된 1차 코일(41a) 대비 2차 코일(41b)의 턴 수를 의미한다.
이때, 고전압배선선로(C)에 무전원공급장치(40), 즉 트랜스포머(41)의 코어(41c)를 커플링하고, 코어(41c)의 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)에 이어 평활콘덴서(45) 및 정류부(42)와, DC/DC 전원부(43)를 거쳐 충방전커패시터에 의해 충전배터리(44)를 충전하는 구조이다.
최종적으로 충전배터리(44)에서 센서모듈(10)로 충전DC전원을 공급하여 준다.
도 6a에서 DC/DC 전원부(43), 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)를 출력부하라 할 때, 도 6b와 같이 출력부하 등가저항(Req)으로 표현될 수 있다.
도 6b에서 1차 코일(41a)과 2차 코일(41b)에 의한 트랜스포머(41)로 연결되어 있는데, 보다 분명하고 간편하게 해석하기 위하여 1차 코일(41a)로 등가시켜 바라본 등가회로도는 도 6c와 같다.
출력부하 등가저항인 Rac_pri는 2차 코일(41b)의 턴 수인 n과 Req에 의해 아래의 식 2와 같은 관계를 가지게 된다.
[식 2]
Figure pat00002
도 6c를 통해 전체 회로도는 고전압배선선로(C)에 흐르는 전류인 Ipri(t), 코어(41c)의 자화 인덕턴스 Lm과, 1차 코일(41a)로 투영된 등가저항인 Rac_pri의 병렬로 구성됨을 알 수 있고, 결국, Ipri(t)는 Lm 와 Rac_pri의 임피던스 비교를 통해 더 적은 임피던스를 갖는 경로로 전류가 흐르게 됨을 알 수 있다.
또한, Rac_pri에 흐르는 전류의 크기에 따라 전력 추출량이 결정되므로 효과적으로 전력을 추출하기 위해서는 다량의 Ipri(t) 가 Rac_pri로 흘러야 함을 알 수 있다.
한편, 고전압배선선로(C)로부터 최대한 많은 충전DC전원을 추출해야 하지만(즉, 많은 유도기전력을 충전배터리(44)에 충전해야 하지만) 만일 충전배터리(44)가 완충되어 있는 경우에는 더 이상 충전을 할 수 없는 상황이 발생하게 된다.
이러한 경우 더 이상 충전배터리(44)에 충전을 할 수 없는 상태가 되기 때문에 충전배터리(44)로 가는 도통 경로를 끊어줘야 한다.
본 발명의 제1실시예에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 충전배터리(44)가 완충된 시점을 감지하여 2차 코일(41b)을 회로로부터 개방시키고 대신 소진저항(Dissipative Resistor; 48)을 통해 2차 코일(41b)로 전달되는 전력을 소진시켜 충전배터리(44)를 보호케 할 수 있도록 하는 것이다.
다만, 이 경우 충전배터리(44)의 과충전 문제는 해결할 수 있지만, 2차 코일(41b)로 넘어가는 전력을 모두 소진저항(48)으로 소진시켜 버림으로써 고전압배선선로(C)로의 전력 효율을 떨어뜨리는 한계를 감안하여야 한다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따라 충전배터리(44)의 과충전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고전압배선선로(C)로의 전력손실을 막을 수 있도록 코어(41c)의 자화 인덕턴스를 바꿔 코어(41c)의 임피던스를 제어함으로써 충전배터리(44)로의 과충전은 방지하면서도 고전압배선선로(C)의 전력손실을 없앨 수 있도록 할 수 있다.
도 6c에서 설명하였듯이 Ipri(t) 는 Lm와 Rac_pri의 임피던스 비교를 통해 더 작은 도통 경로로 다량의 전류가 흐르게 된다. 따라서 충분한 전력을 효과적으로 추출하기 위해서는 도 8에 도시된 바와 같이 Lm의 임피던스보다 Rac_pri의 임피던스를 더 작게 설계함으로써 대부분의 전류를 Rac_pri로 흐를 수 있도록 유도해야 한다.
하지만, 충전배터리(44)의 과충전을 방지하기 위해서는 Rac_pri에 전류가 흐르지 않도록 해야 하며 결국 바이어스 전류에 의해 구동되는 가변임피던스코일(49)을 통해 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시켜 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류의 손실을 방지케 할 수 있도록 Lm의 임피던스를 Rac_pri의 임피던스보다 훨씬 작게 바꿔줌으로써 대부분의 전류가 Lm으로 흐르게 되고 따라서 Rac_pri에 전류가 흐르지 않아 전력 손실 없이 충전배터리(44)의 과충전을 방지할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 스마트공장 내의 환경을 모니터링하면서 개선토록 할 수 있는 산업분야에 이용될 수 있다.
C : 고전압배선선로 10 : 센서모듈
11 : 센서측 정전압정류기 12 : 센서노드
13 : 무선트랜시버 14 : MCU
15 : 익스터널 센서 커넥터 20 : 게이트웨이
21 : 게이트측 정전압정류기 22 : 저전력광대역무선통신트랜시버
23 : 무선컨센트레이터 24 : CPU
25 : eMMC 26 : RAM
27 : 이더넷 28 : 모바일통신
29 : SDCARD 30 : 중앙서버
40 : 무전원공급장치 41 : 트랜스포머
41a : 1차 코일 41b : 2차 코일
41c : 코어 42 : 정류부
43 : DC/DC 전원부 44 : 충전배터리
45 : 평활콘덴서 46 : 충전커패시터
47 : FET 스위치 48 : 소진저항
49 : 가변임피던스코일

Claims (10)

  1. 고전압배선선로를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈과,
    상기 센서모듈에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이와,
    상기 게이트웨이를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버와,
    상기 고전압배선선로에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 상기 게이트웨이를 비롯한 상기 센서모듈에 공급하는 무전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서모듈은
    상기 무전원공급장치의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 센서측 정전압정류기와,
    상기 센서측 정전압정류기의 구동DC전원으로 구동되면서 센서노드를 통해 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 무선트랜시버를 통해 상기 게이트웨이에 전송하는 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서모듈은 추가의 센서노드의 접속을 위한 익스터널 센서 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 상기 무전원공급장치의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 게이트측 정전압정류기에 의해 구동되며 저전력광대역무선통신트랜시버(LPWAN Transceiver; Low Power Wide Area Network Transceiver)를 통해 상기 센서모듈의 시그널을 무선컨센트레이터로 받아들인 후 CPU에서 연산처리하여 eMMC(Embedded Multi Media Card) 또는 RAM(Random Access Memory)에 기억시키면서 이더넷(Ethernet) 또는 모바일통신을 통해 상기 중앙서버로 교신하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 상기 센서모듈의 시그널 용량에 맞추어 메모리 저장영역을 넓혀주는 SDCARD(Secure Digital Memory Card)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무전원공급장치는
    상기 고전압배선선로로부터 유기되는 자기장에 커플링되어 AC전원을 승압시키는 1차 코일 및 2차 코일이 권선된 코어를 구비한 트랜스포머와,
    상기 트랜스포머에 의해 승압된 AC전원을 정류시켜 DC전원으로 변환시키는 정류부와,
    상기 정류부를 통해 정류된 DC전원을 충전DC전원으로 변환시키는 DC/DC 전원부와,
    상기 DC/DC 전원부의 충전DC전원을 충전한 후 상기 센서모듈에 공급하는 충전배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정류부에 의해 정류된 DC전원을 평활시켜 상기 DC/DC 전원부로 공급하는 평활콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 DC/DC 전원부의 충전DC전원을 상기 충전배터리에 안정적으로 공급하는 충전커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 정류부 및 DC/DC 전원부 사이에 구비되어 상기 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭에 의해 상기 2차 코일로 승압되는 AC전원을 상기 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진토록 하는 소진저항(Dissipative Resistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 상기 코어에 권선되며 상기 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류에 의해 상기 코어의 자속을 포화상태로 전환시켜 상기 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 상기 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 상기 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 상기 1차 코일로 흐르도록 하여 상기 고전압배선선로로 흐르는 전류의 손실을 방지케 하는 가변임피던스코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
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