KR20230025264A - 출력파워 증대를 위한 연결식 비접촉 전력 획득장치 - Google Patents
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Abstract
연결식 비접촉 전력 획득장치가 제공된다. 이 연결식 비접촉 전력 획득장치는 각각 반원통 형상의 제1하우징과 제2하우징이 힌지부에 의해 개방 및 폐쇄 가능하도록 구성되고, 제1하우징과 제2하우징이 폐쇄된 경우 내부에 형성된 중공부에 길이 방향으로 삽입된 전력선을 비접촉식으로 감싸도록 원통 형상으로 구현되며, 제1하우징 또는 제2하우징의 측부에 제1하우징과 제2하우징이 폐쇄된 상태를 고정하도록 하는 고정 결합부가 형성되며, 제1하우징 및 제2하우징의 내부에는 각각 제1하우징 및 제2하우징의 형상에 대응되도록 반원통 형상의 제1자기코어 및 제2자기코어를 가지고, 제1하우징 또는 제2하우징의 양단부들에는 제1자기코어 또는 제2자기코어에 권선된 코일의 양 말단들을 노출하되 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와 전기적으로 연결하기 위한 접속단자들을 가지고, 그리고 권선된 코일을 통해 전력선으로부터 전력을 생성한다.
Description
본 발명은 연결식 비접촉 전력 획득장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 대전력을 송전 및 배전하는 옥외용 전력선에 사용되며 옥외의 외부 환경에 노출되더라도 내구성, 통신 특성 및 안정적인 전력 공급을 유지하도록 하는 출력 파워 증대를 위한 연결식 비접촉 전력 획득장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력선 통신(Power Line Communication : PLC)은 전력을 공급하는 전력선을 매개로 음성과 데이터를 고주파 신호에 실어 통신하는 기술로서, 전력선만으로 초고속 인터넷(internet)과 인터넷 전화가 가능하며, 최근에는 홈 네트워킹(home networking), 홈 뱅킹(banking) 등 다양한 분야에까지 활용되고 있다.
이러한 전력선 통신을 기존 광 통신 케이블(cable)을 이용할 수 있어, 설치 비용이 저렴할 뿐만 아니라 통신 요금도 거의 들지 않는다는 장점을 가진다.
전력선 통신을 위해서는 기설치된 전력선에 인터넷 신호나 음성 신호 등과 같은 각종 신호를 실어주거나 또는 전력선으로부터 신호를 뽑아내야 하는데, 이를 위해 사용되는 것이 전력선 통신용 커플러(coupler)이다.
전력선 통신용 커플러는 접촉식과 비접촉식으로 구분되는데, 전력선의 절연 피복을 제거하고 직접 연결하는 접촉식 커플러는 안정성과 설치 공정 상의 문제점으로 인해 상용화가 어려워 현재에는 비접촉식 커플러가 주로 사용되고 있다.
이와 같이, 전력선 통신에서 사용하는 비접촉식 커플러는 전력선의 상용 주파수에 통신 신호를 실어 주거나, 전력선의 상용 주파수를 통해 전달되는 신호를 분리하는 역할을 하는 장치로서, 전력선 통신 환경을 구축하기 위해서는 필수적으로 필요한 장치이다.
또한, 비접촉식 커플러는 전력선으로부터 전력을 획득하는 기능도 가지고 있어, 획득된 전력을 이용하고자 하는 전자 장치의 전원 공급장치(Switched Mode Power Supply : SMPS)로 공급할 수 있다.
종래의 비접촉식 커플러는 옥내용이나 실내용으로 제작되어 있기 때문에, 낙뢰, 감전, 온도, 습도, 침수, 해풍 등 다양한 외부 환경의 변화에 그대로 노출되는 옥외용으로 사용하기에는 부적합하다. 특히, 수백 m에서 수 km의 장거리 전력선 통신에 적용하기 위해서는 옥외에 기구축된 전력선에 비접촉식 커플러를 결합하는 경우, 이러한 문제는 더욱 부각될 수 있다. 나아가, 장거리 전력선 통신의 경우, 중성선, 에어컨디셔너(air conditioner) 배관, 가스 배관 등과 같이 전력선과 다른 도체를 혼용하여 통신하는 경우에도 이러한 다른 도체에 직접 접촉해도 통신 특성의 성능 변화가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전력선에 설치되어 내구성의 확보, 통신 특성의 변화 방지 및 안정적인 전력 공급을 구현할 수 있는 연결식 비접촉 전력 획득장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 연결식 비접촉 전력 획득장치를 제공한다. 이 연결식 비접촉 전력 획득장치는 반원통 형상의 제1하우징, 제1하우징에 대해 힌지부를 매개로 개방 및 폐쇄 가능한 반원통 형상의 제2하우징, 제1하우징 또는 제2하우징 중 적어도 하나의 측부에 형성되어 제1하우징과 제2하우징을 폐쇄된 상태로 고정하는 고정 결합부, 및 제1하우징과 제2하우징의 내부에서 이들 하우징의 형상과 대응하는 반원통 형상으로 형성되어 코일을 권선하여 설치되는 제1자기코어와 제2자기코어를 포함하고, 제1하우징과 제2하우징은 폐쇄된 경우, 제1자기코어와 제2자기코어의 내부에 길이 방향으로 삽입되는 전력선을 비접촉식으로 감싸는 원통 형상의 중공부를 형성하며, 제1하우징 또는 제2하우징의 양단부들에는 제1자기코어 또는 제2자기코어에 각각 권선된 코일의 양 말단들을 외부에 노출하되, 노출된 코일에는 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와의 전기적인 연결 또는 외부의 전원 공급장치와의 전기적인 연결을 위한 접속단자들이 구비되고, 권선된 코일을 통해 전력선으로부터 전력을 생성하여 접속단자들을 매개로 외부의 전원 공급장치로 전력을 출력하도록 구성된다.
접속단자들 중 하나는 권선된 코일에 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.
접속단자들은 수 접속단자와 암 접속단자로 구성되고, 암 접속단자는 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합캡을 가질 수 있다.
접속단자들은 수 접속단자들로 구성되고, 수 접속단자에 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합단자부재를 가질 수 있다.
제1하우징과 제2하우징은 각각 폴리프로필렌 55~65 중량%, 유리 섬유 10~20 중량%, 데카브로모디페닐 에탄 15~20 중량%, 삼산화 안티몬 2~5 중량% 및 기타 불순물 1 중량% 이하를 포함하는 난연성 수지재료로 구성될 수 있다.
제1하우징과 제2하우징이 이루는 원통형상의 중공부 내면에 원통 형상의 카트리지가 삽입될 수 있다.
카트리지는 중공부에 삽입되는 전력선의 직경에 따라 직경이 변동되도록 탄성력과 절연성을 가질 수 있다.
제1자기코어 또는 제2자기코어 중 적어도 하나의 끝단부에 비자성 재료가 추가될 수 있다.
제1자기코어 및 제2자기코어는 니켈-아연계, 망간-아연계, 마그네슘-아연계 산화물 자성 재료 중 어느 하나를 포함하여 삽입 손실과 전송 손실이 적은 고주파 특성을 가지는 재료로 구성될 수 있다.
제1자기코어 및 제2자기코어 사이의 간격은 0.01~8 mm 범위로 설정될 수 있다.
제1하우징의 제1자기코어가 노출된 면 또는 제2하우징의 제2자기코어가 노출된 면 중 하나에는 테두리를 따라 제1하우징과 제2하우징 사이의 방수를 위한 탄성력 및 절연성을 갖는 밀봉부재가 추가되도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면, 연결식 비접촉 전력 획득장치는 자기코어(core)에 권선된 코일(coil)의 양 말단들을 노출하되, 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와 전기적으로 연결하기 위한 접속단자들을 가짐으로써, 복수의 연결식 비접촉 전력 획득장치들이 서로 전기적으로 연결될 경우 출력 파워(power)를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 이용하고자 하는 전자 장치의 전원 공급장치로 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있는 연결식 비접촉 전력 획득장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치는 외부에 금속 성분이 없기 때문에, 낙뢰에 강하고, 그리고 감전 위험이 없다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치는 온도, 습도, 침수, 해풍 등 다양한 외부 환경에서도 사용 가능하고, 중성선, 에어컨디셔너 배관, 가스 배관 등과 같은 다른 도체에 접촉해도 통신 특성의 성능 변화가 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위한 입체도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 도 1과는 다른 방향에서 본 입체도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 길이 방향의 일부를 절단한 절단 입체도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 제1하우징 및 제2하우징을 각각 설명하기 위한 내부 평면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들이 복수로 접속된 상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들의 접속 구조를 설명하기 위한 입체도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 도 1과는 다른 방향에서 본 입체도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 길이 방향의 일부를 절단한 절단 입체도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 제1하우징 및 제2하우징을 각각 설명하기 위한 내부 평면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들이 복수로 접속된 상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들의 접속 구조를 설명하기 위한 입체도이다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다. 또한, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위한 입체도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 도 1과는 다른 방향에서 본 입체도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치를 설명하기 위해 길이 방향의 일부를 절단한 절단 입체도이고, 그리고 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 제1하우징 및 제2하우징을 각각 설명하기 위한 내부 평면도들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)는 제1하우징(110)과 제2하우징(120)을 포함할 수 있다. 이들 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 각각 반원통 형상으로 구현된다. 제1 및 제2하우징들(110 및 120)의 내부에는 각각의 제1 및 제2하우징들(110 및 120)의 형상에 대응되도록 적어도 하나의 반원통 형상의 제1자기코어(111) 및 제2자기코어(121)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2자기코어들(111 및 121)은 복수의 자기코어들이 적층된 형태를 가질 수 있다.
제1자기코어(111) 및 제2자기코어(121)는 투자율 및 비저항 특성을 고려하여 우수한 전기적 특성을 발휘하기 위해 삽입 손실, 전송 손실이 적은 고주파 특성을 갖는 재료로 제작됨이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서 이들 제1 및 제2자기코어들(111 및 121)은 니켈(Ni)-아연(Zn)계, 망간(Mn)-아연(Zn)계, 마그네슘(Mg)-아연(Zn)계 산화물 자성재료 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)은 힌지(hinge)부(130)를 구비한다. 구체적으로, 힌지부(130)의 일단이 제1하우징(110)에 연결되고, 그리고 힌지부(130)의 타단이 제2하우징(120)에 연결되는 구조로 구성된다. 이러한 힌지부(130)에 의해 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 개방 또는 폐쇄 가능한 상태로 전환될 수 있다. 상기한 바와 같이, 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 각각 반원통 형상으로 구현되어 있기 때문에, 힌지부(130)에 의해 서로 폐쇄된 경우 중앙부의 내부, 즉 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121)의 내부에 길이 방향을 따라 중공부(10)가 형성된다.
이러한 중공부(10)에는 차후에 전력선이 삽입된다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)는 제1하우징(110)과 제2하우징(120)이 폐쇄된 경우, 원통 형상으로 구현되어 내부의 중공부(10)에 가로 방향(길이 방향)으로 삽입되는 전력선을 반원통 형상의 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121)가 외부에서 비접촉 방식으로 감쌀 수 있게 된다.
또한, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)은 폐쇄된 상태에서 제1하우징(110)과 제2하우징(120) 사이의 결합을 고정하여 유지할 수 있게 하는 고정 결합부(140)를 구비된다. 고정 결합부(140)의 일단은 제1하우징(110)에, 그리고 타단은 제2하우징(120)에 연결되는 구조로 구성되며, 바람직하게는 힌지부(130)의 반대편 위치에 설치될 수 있다.
제1하우징(110)의 양단부들에는 제1자기코어(111)에 권선된 코일(115)의 양 말단들이 외부에 노출될 수 있도록 배치되는 데, 외부로 노출된 코일(115)의 양 말단들에는 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치(도 6 및 도 7의 110-2 또는 110-3 참조)와 전기적으로 연결하기 위한 접속단자들(150f 및 150m)이 구비될 수 있다. 접속단자들(150f 및 150m) 중 하나는 권선된 코일(115)에 해당하고, 그리고 다른 하나는 권선된 코일(115)에 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.
하지만, 이와 같은 구조는 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 제2자기코어(121)에 코일(115)이 권선된 경우에는 제2하우징(120)의 양단부들에 제2자기코어(121)에 권선된 코일(115)의 양 말단들을 외부에 노출하되 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와 전기적으로 연결하기 위한 접속단자들(150f 및 150m)이 구비될 수 있다.
여기서, 접속단자들(150f 및 150m) 중 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와 전기적으로 연결되지 않는 접속단자(150f 또는 150m)는 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에서 획득된 전력을 이용하고자 하는 전자장치의 전원공급장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)는 자기코어(111 또는 121)에 권선된 코일(115)을 이용하여 중공부(10)의 내부에 배선되는 전력선의 상용 주파수에 통신 신호를 실어 주거나, 전력선의 상용 주파수를 통해 전달되는 신호를 추출하도록 하는 동시에, 전력선으로부터 전력을 생성할 수 있다.
접속단자들(150f 및 150m)은 수(male) 접속단자(150m)와 암(female) 접속단자(150f)로 구성되고, 암 접속단자(150f)는 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합캡(cap)(160)을 가질 수 있다. 여기서, 수 접속단자(150m)는 외주면에 나사산을 가지고, 그리고 방수결합캡(160)은 내주면에 이에 대응되는 나사산을 가져 이들 사이의 결합이 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 접속단자들(150f 및 150m)은 수 접속단자들(150m)로 구성되고, 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)는 수 접속단자(150m)에 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합단자부재(미도시)를 포함할 수 있다. 방수결합단자부재는 양단부들에 암 접속단자 형상을 가지면서, 내주면에 수 접속단자(150m)의 외주면에 형성된 나사산에 대응하는 나사산을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에는 제1하우징(110)의 제1자기코어(111)가 노출된 면 또는 제2하우징(120)의 제2자기코어(121)가 노출된 면 중 하나에는 테두리를 따라 제1하우징(110)과 제2하우징(120) 사이의 방수를 위한 탄성력 및 절연성을 갖는 밀봉부재(170)가 추가될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서 제1하우징(110)과 제2하우징(120)이 결합했을 때 이루는 원통 형상의 중공부(10)의 내면에 원통 형상의 카트리지(cartridge)(180)가 추가로 삽입된다. 이러한 카트리지(180)는 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 원통 형상의 중공부(10)의 내부에 배치되는 전력선이 비접촉식으로 결합될 때, 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)가 외부 환경으로 인한 유동성을 줄이고, 전력선과 연결식 비접촉 전력 획득장치(100) 사이의 절연을 유지하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 카트리지(180)는 전력선의 외주면과 원통 형상의 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)의 내주면에 접촉하여 설치된다. 유동성 방지와 절연성 효과를 내기 위해 카트리지(180)는 탄성력과 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 고무 등으로 구현될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 일 실시예에서 이러한 카트리지(180)는 제1하우징(110) 또는 제2하우징(120) 중 어느 하나에 고정 설치된다. 바람직하게는 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)가 전력선에 결합될 때 균형있는 형태를 유지하기 위해 제1하우징(110) 또는 제2하우징(120)에 모두 고정 설치될 수 있을 것이다.
카트리지(180)는 제1하우징(110) 또는 제2하우징(120) 중 적어도 하나에 결합되므로, 제1하우징(110) 또는 제2하우징(120)의 형상에 대응되도록 반원통 형상으로 구현된다. 카트리지(180)의 외주면에는 적어도 하나의 돌기부(미도시)가 형성된다. 이러한 돌기부의 위치에 대응되는 제1하우징(110) 및/또는 제2하우징(120)의 내주면에 각 외주면 방향으로 홈(미도시)이 각각 형성된다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 이러한 각 홈은 내주면에서 외주면으로 관통할 수도 있다. 이로써, 카트리지(180)의 돌기부는 각 홈에 끼워진다. 그러면 카트리지(180)는 제1하우징(110) 및/또는 제2하우징(120)에 고정 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 카트리지(180)의 길이, 두께 등은 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)가 설치되는 전력선의 규격(외경)에 따라 다르게 결정된다. 특히, 그 두께는 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 내면이 전력선의 외면에 밀착되도록 결정되어 외부환경에 의해 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 위치가 이동되지 않도록 해야 한다. 그뿐만 아니라 절연 효과도 있어야 하므로, 공지의 절연 재료로 구현되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에서 이러한 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 재료의 구성 성분이 중요하다. 왜냐하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)는 옥외용이므로 장거리 전력선 통신을 수행할 수 있음은 물론이고 낙뢰에 강하고 감전의 위험이 없어야 하므로, 금속 성분이 없어야 하며, 온도, 습도, 침수, 해풍 등 다양한 외부 환경에서도 사용 가능하고, 중성선, 에어컨디셔너 배관, 가스 배관 등과 같은 다른 도체에 접촉해도 통신 특성의 성능 변화가 없어야 한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 난연성 수지 재료를 포함한다. 구체적으로, 각각 폴리프로필렌(polypropylene) 55~65 중량%, 유리 섬유(glass fiber) 10~20 중량%, 데카브로모디페닐 에탄(DecaBromoDiPhenyl Ethane : DBDPE) 15~20 중량%, 삼산화 안티몬(antimony trioxide) 2~5 중량% 및 기타 불순물 1 중량% 이하를 포함한다. 이러한 유리 섬유는 폴리프로필렌에 기계적 성질을 좋게 하기 위해 첨가된다. 즉, 강성이 좋아져 딱딱해지고 성형 후 수축도 작아져 치수가 안정적이다. 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)은 외부 환경에 그대로 노출되기 때문에, 내구성이 우수해야 하고, 그리고 변형이 잘 되는 것이 좋으며, 낙뢰나 화재, 자외선 등으로부터 내부 장비들을 보호해야 하는 특성을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에서 제1자기코어(111) 또는 제2자기코어(121) 중 적어도 하나의 끝단부에 비자성 재료가 추가된다. 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 경우, 옥외용 배전 또는 송전 선로에 설치되므로 고전압, 고전류에도 통신 특성이 잘 유지되어야 한다. 즉, 대용량의 전류를 전송함과 동시에 통신도 잘 이루어져야 한다. 이와 같이 대전류에 의한 전기 특성 및 통신 특성을 잘 유지하기 위하여 본 발명에 따른 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 간에 소정의 간격이 존재하게 된다. 이러한 간격은 클수록 대전류에 견딜 수 있는 전류 특성이 증가하지만, 반대로 각종 신호의 전송 속도와 같은 통신 특성은 감소하기 때문에, 사용하는데 제약이 따른다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에서는 제1자기코어(111) 또는 제2자기코어(121)의 끝단부에 비자성 재료를 삽입하도록 한다. 이로써, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)이 힌지부(130)에 의해 폐쇄되어 서로 결합되는 경우에 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121)가 마주하는 적어도 한 부분에 비자성 재료를 추가할 수 있다. 이러한 비자성 재료로는 예컨대 고분자 재료, 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steel) 또는 고망간강 등이 될 수 있다. 이때, 비자성 재료의 두께는 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 사이에 삽입된 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)가 포화되지 않는 최대 허용 전류가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 이하에서 이를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에 사용되는 제1자기코어(111) 및 제2자기코어(121)는 비저항이 높아야 하고, 전력 손실이 낮아야 하며, 그리고 통신을 위해 전력선의 상용 주파수에서 공진 주파수가 형성되도록 설계되어야 한다.
하기 수학식 1에 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 삽입 손실은 와전류 손실에 비례하며, 인덕턴스(inductance)와 자속 밀도 및 단면적에 반비례한다는 것을 알 수 있다.
여기서, S21은 삽입 손실이고, tanδe는 와전류 손실이고, L은 인덕턴스이고, B는 자속 밀도이고, Ac는 단면적이며, 그리고 Kp는 결합 상수이다.
또한, 하기의 수학식 2에서와 같이 인덕턴스 값은 제1 및 제2자기코어들(111 및 121)의 투자율(μ), 코일의 권선수(N), 제1 및 제2자기코어들(111 및 121)의 단면적에 비례하고, 자로의 길이(le)에 반비례한다는 것을 알 수 있으며, 이에 인덕턴스 값을 높이기 위해서는 높은 투자율, 작은 자로 길이, 큰 단면적, 많은 권선수가 필요하다는 것을 알 수 있다.
그러나 코일에서의 최대 허용 전류(Imax)는 삽입 손실과는 반대로 투자율과 권선수에 반비례하며, 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 사이의 간격(A)과 최대 자속 밀도(Bm)에 비례한다는 것을 하기 수학식 3을 통해 알 수 있다.
여기서, Bm은 코일이 권선된 자기코어의 최대 자속 밀도, le는 권선된 코일에 의한 자로 길이, μ는 코일이 권선된 자기코어의 투자율, N은 권선된 코일의 권선수, A는 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 사이의 간격이다.
또한, 상기 수학식 3에서와 같이 최대 허용 전류(Imax)는 자로의 길이(le)에 비례함을 알 수 있다. 즉, 코일이 권선된 자기코어의 내경이 클수록 최대 허용 전류는 증가하지만 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 전체 크기가 증가하는 문제점이 발생한다. 따라서, 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 사이의 간격을 어느 정도 늘리면 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 크기 증가 없이 최대 허용 전류가 증가하게 된다. 하지만, 이러한 간격이 너무 커지면 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)의 자기 특성이 감소하여 통신 특성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치(100)에서 제1자기코어(111)와 제2자기코어(121) 사이의 간격은 0.8~1.2 mm로 설정함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 mm로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들이 복수로 접속된 상태를 설명하기 위한 회로도이고, 그리고 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치들의 접속 구조를 설명하기 위한 입체도이다.
도 6을 참조하면, 복수의 연결식 비접촉 전력 획득장치들(100-1, 100-2 및 100-3)이 접속된 상태의 회로도가 보인다. 도시된 것과 같이, 3개의 연결식 비접촉 전력 획득장치들(100-1, 100-2 및 100-3)은 서로 병렬로 연결된 상태일 수 있다.
도 7을 참조하면, 연결식 비접촉 전력 획득장치들(100-1 및 100-2)은, 하나의 연결식 비접촉 전력 획득장치(100-1)의 수 접속단자(도 1 및 도 1의 150m 참조)와 이웃하는 다른 하나의 연결식 비접촉 전력 획득장치(100-2)의 암 접속단자(도 1 및 도 2의 150f-1 참조)가 서로 전기적으로 연결되는 것일 수 있다. 이때, 수 접속단자와 암 접속단자의 결합은 방수결합캡(도 1 및 도 2의 160 참조)에 의해 완전하게 이루어질 수 있다.
이와 같이, 복수의 연결식 비접촉 전력 획득장치들(100-1, 100-2 및 100-3)이 서로 전기적으로 연결될 경우, 이용하고자 하는 전자 장치의 전원 공급장치로 충분히 활용할 수 있고, 그리고 안정적으로 전력 공급이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 연결식 비접촉 전력 획득장치는 자기코어에 권선된 코일의 양 말단들을 노출하되 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와 전기적으로 연결하기 위한 접속단자들을 가짐으로써, 복수의 연결식 비접촉 전력 획득장치들이 서로 전기적으로 연결될 경우 출력 파워를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 이용하고자 하는 전자 장치의 전원 공급장치로 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있는 연결식 비접촉 전력 획득장치가 제공될 수 있다.
10 : 중공부
100, 100-1, 100-2, 100-3 : 연결식 비접촉 전력 획득장치
110, 120 : 제1, 제2하우징
111, 121 : 제1, 제2자기코어 115 : 코일
130 : 힌지부 140 : 고정 결합부
150f, 150f-1 : 암 접속단자 150m : 수 접속단자
160 : 방수결합캡 170 : 밀봉부재
180 : 카트리지
100, 100-1, 100-2, 100-3 : 연결식 비접촉 전력 획득장치
110, 120 : 제1, 제2하우징
111, 121 : 제1, 제2자기코어 115 : 코일
130 : 힌지부 140 : 고정 결합부
150f, 150f-1 : 암 접속단자 150m : 수 접속단자
160 : 방수결합캡 170 : 밀봉부재
180 : 카트리지
Claims (11)
- 반원통 형상의 제1하우징;
상기 제1하우징에 대해 힌지부를 매개로 개방 및 폐쇄 가능한 반원통 형상의 제2하우징;
상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징 중 적어도 하나의 측부에 형성되어 제1하우징과 제2하우징을 폐쇄된 상태로 고정하는 고정 결합부; 및
상기 제1하우징과 상기 제2하우징의 내부에서 이들 하우징의 형상과 대응하는 반원통 형상으로 형성되어 코일을 권선하여 설치되는 제1자기코어와 제2자기코어를 포함하고,
상기 제1하우징과 상기 제2하우징은 폐쇄된 경우, 상기 제1자기코어와 상기 제2자기코어의 내부에 길이 방향으로 삽입되는 전력선을 비접촉식으로 감싸는 원통 형상의 중공부를 형성하며,
상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징의 양단부들에는 상기 제1자기코어 또는 상기 제2자기코어에 각각 권선된 코일의 양 말단들을 외부에 노출하되, 노출된 코일에는 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치와의 전기적인 연결 또는 외부의 전원 공급장치와의 전기적인 연결을 위한 접속단자들이 구비되고,
상기 권선된 코일을 통해 상기 전력선으로부터 전력을 생성하여 상기 접속단자들을 매개로 외부의 전원 공급장치로 전력을 출력하도록 구성되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 접속단자들 중 하나는 상기 권선된 코일에 병렬로 연결된 구조를 갖는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 접속단자들은 수 접속단자와 암 접속단자로 구성되고, 상기 암 접속단자는 상기 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합캡을 갖는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 접속단자들은 수 접속단자들로 구성되고, 상기 수 접속단자에 상기 다른 연결식 비접촉 전력 획득장치의 수 접속단자와의 결합 및 방수를 하기 위한 방수결합단자부재를 갖는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1하우징과 상기 제2하우징은 각각 폴리프로필렌 55~65 중량%, 유리 섬유 10~20 중량%, 데카브로모디페닐 에탄 15~20 중량%, 삼산화 안티몬 2~5 중량% 및 기타 불순물 1 중량% 이하를 포함하는 난연성 수지재료로 구성되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1하우징과 상기 제2하우징이 이루는 원통형상의 상기 중공부 내면에 원통 형상의 카트리지가 삽입되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 카트리지는 상기 중공부에 삽입되는 상기 전력선의 직경에 따라 직경이 변동되도록 탄성력과 절연성을 갖는 재질로 구성되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1자기코어 또는 상기 제2자기코어 중 적어도 하나의 끝단부에 비자성 재료가 추가되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1자기코어 및 상기 제2자기코어는 니켈-아연계, 망간-아연계, 마그네슘-아연계 산화물 자성 재료 중 어느 하나를 포함하여 삽입 손실과 전송 손실이 적은 고주파 특성을 가지는 재료로 구성되는 연결식 비접촉 전력 획득장치. - 청구항 9에 있어서, 상기 제1자기코어 및 상기 제2자기코어 사이의 간격은 0.01~8 mm 범위로 설정되는 연결식 비접촉 전력 획득장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1하우징의 상기 제1자기코어가 노출된 면 또는 상기 제2하우징의 상기 제2자기코어가 노출된 면 중 하나에는 테두리를 따라 상기 제1하우징과 상기 제2하우징 사이의 방수를 위한 탄성력 및 절연성을 갖는 밀봉부재가 추가되도록 구성되는 연결식 비접촉 전력 획득장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR101320253B1 (ko) | 2012-04-17 | 2013-10-23 | 김경연 | 콘덴서 정전용량을 활용한 전력선 통신용 비접촉 커플러 및 그 제작 방법 |
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