KR20220000590A - 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적인 차폐장치를 구비하지 않고서도 노출되는 자기장의 방향을 제어할 수 있어 구조를 단순화하고 그에 따라 용이하게 설치할 수 있는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선전력전송장치에서 급전부를 구성하는 무선전력전송용 케이블에 있어서, 자기장을 형성하기 위한 중심도체와, 상기 중심도체의 외측에 절연되도록 구비되는 외부도체와, 상기 외부도체의 일측에 형성되어 중심도체에 의해 형성되는 자기장을 외부로 노출하는 개방부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블{wireless power charging cable for shielding magnetic field}

본 발명은 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적인 차폐장치를 구비하지 않고서도 노출되는 자기장의 방향을 제어할 수 있어 구조를 단순화하고 그에 따라 용이하게 설치할 수 있는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것이다.

철도용 무선급전시스템은 지상에 인버터, 급전선로로 구성되고 차상에 집전장치 등으로 구성된다. 그중에 지상에 설치되는 급전선로는 인버터에서 고주파 전류를 받아 공간에 자기장을 형성해주는 역할을 하는데, 급전선로에 의해 형성되는 자기장의 세기에 따라 집전장치에서 받는 에너지가 달라지므로 많은 전력전송을 위해서는 큰 자기장을 만들어주게 된다.

여기서, 급전선로에 의해 생성되는 자기장은 암페어의 오른나사법칙에 의해 폐회로를 구성하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 집전장치에 도달한 자기장은 외부로 빠져나와 외부 자기장을 형성하고 근처의 사물 등에 영향을 줄 수 있다.

특히, 자기장은 인체에 영향을 줄 수 있기 때문에 국제적으로 인체영향을 주지 않는 자기장 세기를 규정하고 있으며 제품 상용화시에 이 EMF(Electro magnetic field) 노출제한 규정을 철저히 지키도록 하고 있다.

예를 들어, 국내에서 개발한 60kHz 철도용 무선급전시스템은 ICNIRP규정에 따라 사람이 접근할 수 있는 위치에는 6.25μT 이하의 자기장 세기를 만족해야 한다.

기존에는 이러한 자기장 노출 규정을 만족시키기 위해 코어를 이용한 방법과 선로폭을 조절하는 방법과 파라메터 최적화 방법 등을 사용하여 급전선로에 의해 외부로 노출되는 자기장의 세기를 조절하였다.

그 중에서 도 2에 도시된 바와 같이, 코어를 이용한 방법은 급전선로 아래와 측면에 E형 혹은 U형의 마그네틱 코어를 같이 설치하여 선로에서 생성된 자기장 대부분이 코어쪽에 집중되게 하여 차폐하는 방법인데, 이 방법은 효과적인 차폐가 가능하나 급전선로 단가를 증가시키고 코어의 내구성이 약한 단점이 있다.

그리고, 선로폭을 조절하는 방법은 급전선로의 폭이 좁을수록 자기장이 외부로 덜 뻗어나가는 원리를 이용한 방법인데, 이 방법은 외부 누설 자기장을 줄일 수 있지만 집전장치에 도달하는 자기장의 세기도 줄어들어 집전장치와의 간격을 줄여야하거나 전송효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 파라메터 최적화 방법은 선로폭 뿐만 아니라 급집전 코일의 턴수, 간격, 크기 등을 종합적으로 분석하여 급전선로 외부로 빠져나오는 자기장의 세기가 규정을 만족하도록 설계하는 방법으로서, 이 방법은 최대한의 효과를 얻을 수 있는 방법이나 기존 물리적인 한계를 극복하지는 못하였다.

한국공개특허 10-2015-0037137(2015.04.08.공개) 한국공개특허 10-2017-0027979(2017.03.13.공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 급전선로에 자기장을 형성하기 위한 중심도체와 중심도체의 외측에 일정거리 이격되도록 구비되는 외부도체로 형성하되, 상기 외부도체의 일측에 개방부를 형성함으로써, 외부도체가 위치한 부분에는 중심도체와의 상호 작용에 의해 자기장이 외부로 누출되지 않게 하고, 개방부가 형성된 부분에만 자기장이 외부로 노출되도록 하여 차폐구조를 단순화할 수 있고 그에 따라 설치를 용이하게 할 수 있어 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 중심도체와 중심도체의 외부에 구비되는 외부도체 사이에 절연체를 구비하거나 중심도체와 외부도체의 표면에 절연피복을 형성하여 단순한 구조로 절연상태를 유지할 수 있으며 케이블 표면에 형성되는 절연피복에는 개방부에 대응되도록 표시부를 형성함으로써, 설치시에 개방된 부분의 위치를 알 수 있어 용이하게 설치할 수 있는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

무선전력전송장치의 급전장치를 구성하는 무선전력전송용 케이블에 있어서, 자기장을 형성하기 위한 중심도체와, 상기 중심도체의 외측에 절연되도록 구비되는 외부도체와, 상기 외부도체의 일측에 형성되어 중심도체에 의해 형성되는 자기장을 외부로 노출하는 개방부로 이루어지고, 상기 중심도체와 외부도체는 전류의 흐름이 반대로 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 외부도체의 외측에는 제1절연피복이 더 형성되고, 상기 제1절연피복의 표면에는 상기 개방부에 대응되도록 표시부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 외부도체는 파이프형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부도체는 상기 중심도체를 기준으로 한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 외부도체는 상기 중심도체를 기준으로 한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선다발로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 외부도체 및 중심도체를 구성하는 전선의 표면에는 제2절연피복이 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 중심도체와 외부도체는 전류의 흐름이 반대로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 급전선로에 자기장을 형성하기 위한 중심도체와 중심도체의 외측에 일정거리 이격되도록 구비되는 외부도체로 형성하되, 상기 외부도체의 일측에 개방부를 형성함으로써, 외부도체가 위치한 부분에는 중심도체와의 상호 작용에 의해 자기장이 외부로 누출되지 않게 하고, 개방부가 형성된 부분에만 자기장이 외부로 노출되도록 하여 차폐구조를 단순화할 수 있고 그에 따라 설치를 용이하게 할 수 있어 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 중심도체와 중심도체의 외부에 구비되는 외부도체 사이에 절연체를 구비하거나 중심도체와 외부도체의 표면에 절연피복을 형성하여 단순한 구조로 절연상태를 유지할 수 있으며 케이블 표면에 형성되는 절연피복에는 개방부에 대응되도록 표시부를 형성함으로써, 설치시에 개방된 부분의 위치를 알 수 있어 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 급전선로와 집전장치 사이에 형성되는 자기장을 보여주는 개념도이다.
도 2는 종래의 급전선로에서 자기장을 차폐하기 위한 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에서 자기장이 누출되는 상태를 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블을 사용하여 급전선로를 형성한 상태를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에서 자기장이 누출되는 상태를 보여주는 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블을 사용하여 급전선로를 형성한 상태를 보여주는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블의 개념도이다.

본 발명은 무선전력전송장치의 급전장치를 구성하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것으로 급전장치는 인버터와 급전선로로 이루어지고, 상기 급전선로는 상기 인버터로부터 고주파 전류를 공급받아 공간에 자기장을 형성하여 집전장치로 전력을 공급하게 된다.

여기서, 본 발명의 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 급전선로에 자기장을 형성하기 위한 중심도체(100)와 상기 중심도체(100)의 외측에 절연되도록 구비되어 상기 중심도체(100)에 의해 형성되는 자기장이 외부로 누출되는 것을 차단하는 외부도체(200)로 이루어진다.

이때, 상기 외부도체(200)의 일측에는 개방부(210)가 형성되는데, 상기 개방부(210)를 통하여 상기 중심도체(100)에 의해 형성되는 자기장이 외부로 노출되게 된다.

그래서, 본 발명의 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블은 상기 중심도체(100)에 의해 형성되는 자기장을 상기 외부도체(200)에 의해 차단하면서 상기 외부도체(200)에 형성되는 개방부(210)를 통하여 자기장을 외부로 노출시키기 때문에 노출되는 자기장의 방향을 조절할 수 있게 된다.

즉, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 급전장치를 구성하는 급전선로의 외측에 추가로 차폐를 위한 코어를 설치하여야 하고, 자기장이 노출되는 방향도 조절하여야 하므로 설치에 상당한 노력과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

그런데, 본 발명에서는 급전선로를 구성하기 위한 케이블을 중심도체(100), 외부도체(200), 개방부(210)로 형성하여, 노출되는 자기장의 방향을 조절할 수 있기 때문에 단순한 구조로 용이하게 급전선로를 형성할 수 있어 설치시간을 단축시킬뿐만 아니라 설치비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 무선전력전송용 케이블을 구성하는 중심도체(100)와 상기 중심도체(100)의 외측에 구비되는 외부도체(200)에 흐르는 전류는 서로 반대방향으로 흐르도록 형성된다.

즉, 상기 중심도체(100)와 외부도체(200)는 급전장치를 구성하는 인버터의 두 단자와 각각 연결되는데, 본 발명의 무선전력전송용 케이블의 끝단에 캐패시터를 구비하거나 단락으로 종단하여 상기 중심도체(100)와 외부도체(200)의 단부가 연결되도록 한다.

그래서, 상기 중심도체(100)와 외부도체(200)에 흐르는 전류는 항상 반대방향으로 흐르게 된다.

그에 따라 상기 중심도체(100)와 외부도체(200) 사이에 형성되는 중심도체(100)와 외부도체(200)의 자기장은 동일한 방향으로 형성되기 때문에 보강 간섭을 일으키게 되고, 상기 외부도체(200)의 외측에 형성되는 중심도체(100)와 외부도체(200)의 자기장은 서로 반대방향으로 형성되기 때문에 상쇄간섭을 일으키게 된다.

따라서, 본 발명의 무선전력전송용 케이블의 외측에는 상기 중심도체(100)와 외부도체(200)에 의해 형성되는 자기장의 상쇄간섭 때문에 자기장이 누출되지 않게 되고 상기 개방부(210)가 형성된 부분에만 상기 중심도체(100)에 의해 형성되는 자기장이 누출되게 된다.

이때, 상기 외부도체(200)에 형성되는 개방부(210)는 하나만 형성될 수도 있고, 설치되는 급전선로의 상황에 따라 다수개가 형성될 수도 있으며, 개방부(210)의 크기 역시 급전선로의 특성에 따라 적절하게 조절되는데, 개방부(210)의 크기에 따라 자기장의 뻗어나가는 정도가 달라지게 된다.

그러므로 상기 외부도체(200)에 형성되는 개방부(210)의 크기와 방향에 따라 자기장의 외부 누설량과 누설 방향을 조절할 수 있게 되어 용이하게 자기장의 차폐 작업을 수행할 수 있게 된다.

즉, 무선급전장치는 집전장치쪽으로 자기장의 누설량을 크게 하고 나머지 부분은 차폐하여 외부 자기장 누설량을 최소화하여야 하므로 누설되는 방향을 조절하여 집전장치쪽으로만 자기장이 누설되도록 한다.

한편, 급전선로는 설치되는 무선급전장치용 케이블의 갯수를 조절하여 자기장의 세기를 조절할 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 무선전력전송용 케이블만으로 형성될 수도 있고, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 두개의 무선전력전송용 케이블을 사용하거나 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 세개의 무선전력전송용 케이블을 사용하여 형성할 수도 있으며, 갯수는 이에 한정되지 않고 상황에 따라 적절하게 조절하여 설치할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시 예로 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 외부도체(200)의 외측에는 제1절연피복(320)이 형성되는데, 상기 제1절연피복(320)은 본 발명의 무선전력전송용 케이블의 외측을 커버하여 외부로부터 이물질의 유입이나 외부도체(200)에 쇼트가 발생하는 것을 방지하게 된다.

여기서, 상기 제1절연피복(320)의 표면에는 표시부(322)가 형성되는데, 상기 표시부(322)는 상기 개방부(210)에 대응되는 위치에 형성되어 개방부(210)의 위치를 정확하게 확인할 수 있게 된다.

따라서, 급전선로를 형성할 때, 본 발명의 무선전력전송용 케이블을 절단하지 않더라도 개방부(210)의 위치를 확인할 수 있어 보다 용이하게 급전선로를 설치할 수 있게 된다.

한편, 본 발명인 무선전력전송용 케이블을 구성하는 외부도체(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 형상이 파이프 형상으로 형성될 수도 있고, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 외부도체(200')는 상기 중심도체(100)를 기준으로 한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선으로 이루어질 수도 있고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 외부도체(200")는 상기 중심도체(100)를 기준으로 한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선다발로 이루어질 수도 있다.

여기서, 상기 중심도체(100)와 외부도체(200) 사이는 도 3에 도시된 바와 같이, 절연체(310)를 구비하여 절연 상태를 유지할 수도 있고, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 중심도체(100) 및 외부도체(200)를 구성하는 전선의 표면에 제2절연피복(미도시)을 형성하여 추가적인 절연체를 구비하지 않고 제2절연피복만으로 절연상태를 유지할 수도 있다.

이때, 상기 제1절연피복(320)과 제2절연피복은 절연 특성 뿐만 아니라 수분의 유입을 방지하는 방수 특성도 띄도록 하여 수분이 중심도체(100) 및 외부도체(200)와 접하는 것을 방지하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적인 차폐장치를 구비하지 않고서도 노출되는 자기장의 방향을 제어할 수 있어 구조를 단순화하고 그에 따라 용이하게 설치할 수 있는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블에 관한 것이다.

100 : 중심도체 200,200',200" : 외부도체
210 : 개방부 310 : 절연체
320 : 제1절연피복

Claims (6)

1. 무선전력전송장치의 급전장치를 구성하는 무선전력전송용 케이블에 있어서,
   자기장을 형성하기 위한 중심도체와,
   상기 중심도체의 외측에 절연되도록 구비되는 외부도체와,
   상기 외부도체의 일측에 형성되어 중심도체에 의해 형성되는 자기장을 외부로 노출하는 개방부로 이루어지고,
   상기 중심도체와 외부도체는 전류의 흐름이 반대로 형성되는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 외부도체의 외측에는 제1절연피복이 더 형성되고,
   상기 제1절연피복의 표면에는 상기 개방부에 대응되도록 표시부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부도체는 파이프형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 외부도체는 상기 중심도체를 기준으로한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 외부도체는 상기 중심도체를 기준으로 한 원주방향을 따라 연속되도록 구비되는 다수의 전선다발로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   
6. 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부도체 및 중심도체를 구성하는 전선의 표면에는 제2절연피복이 구비되는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 무선전력전송용 케이블.
   

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