KR20230042776A - 케이블의 EMI(Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체 - Google Patents
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Abstract
케이블의 전자기간섭(EMI, Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체는 길이방향에 대한 수직방향의 단면형상이 단면과 단면보다 큰 장면으로 이루어진 탄소섬유사 및 탄소섬유사의 외측면에 탄소섬유사의 길이방향에 대한 가로방향으로 금속박막을 횡권하여 이루어지는 금속차폐층을 포함한다.
Description
본 발명은 케이블의 EMI(Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EMI 차폐 성능을 강화하기 위한 케이블의 차폐 소재로 널리 쓰이는 동선에 대하여 유연성 및 경량화에 특성을 개선한 케이블의 EMI(Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체에 관한 것이다.
전자기기로부터 유해 전자파가 다량 방출되고, 이로 인해 각종 전자기기의 오작동 및 안전사고 발생 등이 사회적 문제가 되고 있다. 전자파를 차폐하는 연구가 진행되고 있으며 전자파를 차폐하기 위한 방법으로 전도성이 높은 금속재를 사용하였다. 그러나 금속재는 복잡한 패턴으로 가공하기 어렵고, 무겁다는 문제점이 있어 성형이 용이하고, 경제성이 우수한 열가소성 플라스틱에 탄소 섬유 등과 같은 가벼운 전도성 물질을 혼합하여 전자파 차폐용 소재로 사용하였다.
이러한 전자파 차폐체는 복수의 탄소섬유를 스프레딩한 후 탄소 섬유를 열경화성 수지에 함침하고 함침된 탄소 섬유 일면에 금속 테이프를 결합시켜 제조한다.
그러나 이렇게 제조된 전자파 차폐체는 복수의 탄소섬유가 절연층에 의해 코팅된 상태에서 스프레딩된 후 금속 테이프를 둘러싸서 제조되므로 인접한 탄소섬유가 인접하여 스프레딩된다고 해도 절연층 때문에 인접한 탄소섬유는 소정이 이격간격을 갖고 배치되므로 이 이격간격으로 전자파가 통과될 수 있으므로 전자파 차폐효율이 하락하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전자파 차폐체의 구조를 개선하여 전자파 차폐효율이 개선된 케이블의 EMI(Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 케이블의 EMI(Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체는, 길이방향에 대한 수직방향의 단면형상이 단면과 상기 단면보다 큰 장면으로 이루어진 탄소섬유사; 및 상기 탄소섬유사의 외측면에 상기 탄소섬유사의 길이방향에 대한 가로방향으로 금속박막을 횡권하여 이루어지는 금속차폐층을 포함한다. 탄소섬유사의 단면형상이 단면과 장면의 형상을 가지고 형성되어 기존에 인접한 탄소섬유가 이격간격을 갖는데 반해 탄소섬유사의 장면이 끊김없이 연장되어 형성되므로 전자파 차폐효율이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 탄소섬유사의 상기 장면은 상기 단면보다 적어도 2배 이상 길게 형성되면 전자파를 차폐하는 면적이 증가할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 금속차폐층은 상기 금속박막은 횡권되어 있는 상기 금속박막과 적어도 일영역이 중첩되며 횡권되어 이루어지면 금속차폐층이 안정적일 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 금속차폐층 금속박막의 두께는 0.02 내지 0.04mm이며, 폭은 0.18 내지 0.34mm이고, 피치는 1.5~2.5 mm로 이루어지면 차폐효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 금속차폐층의 금속박막은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지면 차폐효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 탄소섬유사의 단면형상이 단면과 장면의 형상을 가지고 형성되어 기존에 인접한 탄소섬유가 이격간격을 갖는데 반해 탄소섬유사의 장면이 끊김없이 연장되어 형성되므로 전자파 차폐효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 차폐 소재로 널리 쓰이는 동선 (Copper wire) 대비 탄소섬유사를 사용함으로써 유연성 및 경량화에 특성을 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 케이블의 전자기간섭(EMI, Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체가 적용된 전력 케이블의 단면 예시도이다.
도 2는 차폐구조체를 이용한 차폐구조물의 예시도이다.
도 3과 도 4는 금속차폐층의 변형 예시도이다.
도 5는 전도성 개선면적을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 차폐구조체를 이용한 차폐구조물의 예시도이다.
도 3과 도 4는 금속차폐층의 변형 예시도이다.
도 5는 전도성 개선면적을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 케이블의 전자기간섭(EMI, Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체(1)를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 케이블의 전자기간섭(EMI, Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체(1)가 적용된 전력 케이블의 단면 예시도이고, 도 2는 차폐구조체(1)를 이용한 차폐구조물의 예시도이며, 도 3과 도 4는 금속차폐층(20)의 변형 예시도이다.
차폐구조체(1)는 탄소섬유사(10)와 금속차폐층(20)을 포함한다.
탄소섬유사(10)는 유연성 및 경량화를 유지하면서 전자파 차폐성능을 향상시킬 수 있다. 탄소섬유사(10)는 길이방향에 대한 수직방향의 단면형상이 단면(11)과 단면(11)보다 큰 장면(12)으로 이루어진다.
기존의 동선 등의 금속 와이어를 활용한 편조 차폐 층의 경우, FA, 로봇용 케이블과 같이 기계적 특성 즉, 유자 밴딩이나, Torsion 평가 (좌우 비틀림) 등 반복적인 동작이 많을 경우, 끊어짐/부러짐 등의 내구성에 있어서 취약점이 있으며, 최근 급속히 성장중인 EV 등 E-Mobility를 포함하는 이송분야의 경우 배터리 등의 효율을 극대화시키기 위하여 경량화를 위한 다양한 케이블 소재를 적용 중이며, 이러한 경우에도 탄소섬유 특유의 인장강도와 함께 섬유 신소재의 유연성과 함께 경량화를 개선시킬 수 있다. 기존 섬유사를 중심으로 하는 틴셀의 경우, 부도체인 면사, 아리미드사를 사용하기에 중심사의 부도체적인 특성으로 차폐 성능의 감소를 탄소섬유의 전도성으로 또한 추가 개선할 수 있다.
탄소 섬유(carbon fiber)는 탄소 성분을 포함하는 섬유 형태의 재료를 의미하는 것으로서, 일반적인 금속 재료 대비 높은 탄성률, 길이 방향의 인장강도, 내열성 및 내충격성을 가질 수 있고, 일반적 인 금속 재료 대비 낮은 중량을 가질 수 있다. 따라서, 차폐구조체(1)가 전부 금속 재료로 형성되는 대신, 차폐구조체(1)에 탄소섬유사(10)가 포함되는 경우, 차폐구조체(1)의 유연성이 증가할 수 있고, 경량화가 이루어질 수 있다.
탄소섬유사(10)의 장면(12)은 단면(11)보다 적어도 2배 이상 길게 형성될 수 있다. 단면(11)과 장면(12)의 비율은 2 내지 12배로 구성될 수 있다. 바람직하게는 단면(11)과 장면(12)의 비율은 3 내지 7배 정도이다.
금속차폐층(20)은 탄소섬유사(10)의 외측면에 탄소섬유사(10)의 길이방향에 대한 가로방향으로 금속박막(21)을 횡권하여 이루어진다. 금속차폐층(20)은 금속박막(21)은 횡권되어 있는 금속박막과 적어도 일영역이 중첩되며 횡권되어 이루어질 수 있다. 금속차폐층(20)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질의 금속박막(21)로 이루어질 수 있으며, 금속박막(21)의 두께는 0.02 내지 0.04mm이며, 폭은 0.18 내지 0.34mm이다. 금속박막(21)의 피치는 1.5~2.5 mm로 이루어질 수 있다. 바람직하게 금속박막(21)의 피치는 1.85 내지 1.91mm 정도로 이루어질 수 있다.
도 2는 차폐구조체(1)를 이용한 차폐구조물의 예시도이다.
차폐구조체(1)를 이용한 차폐구조물은 직조작업을 통하여 직물형태의 차폐구조물로 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 직물형태의 차폐구조물로 내부도선을 감싸서 전자파를 차폐할 수 있다.
도 3은 금속차폐층(20)의 변형 예시도이다.
도 3 (a) 도 2의 설명에 이어 이렇게 직물형태의 차폐구조물로 제조되기 위해서 넓은 띠형상의 차폐구조체를 직물형태로 직조하여 차폐구조물을 제조하는데 기존에는 금속박막을 감싼 3가닥의 탄소섬유사를 스프레딩한 후 띠형상의 차폐구조체를 만든 후 직조를 하였다.
이렇게 차폐구조체를 직조하는 경우 하나의 탄소섬유사와 인접한 탄소섬유사는 금속박막에 의해 이격간격이 형성될 수밖에 없고 전자파가 이 이격간격으로 차단되지 않게 된다. 이에 전자파 차단효율은 떨어지게 된다.
도 3 (b) 도 3 (a)의 3가닥의 탄소섬유사가 배치된 상태에서의 단면전체를 탄소섬유사로 채워 만들면 좌우로 넓은 타원형상의 단면형상을 갖게 된다. 이에 의해 단면(11)과 장면(12)이 형성된다. 이렇게 넓은 타원단면형상의 탄소섬유사(10)를 이용하여 직조하여 차폐구조물을 제조하면 도 3 (a)의 차폐구조물보다 차폐효율이 향상될 수 있다.
도 4는 금속차폐층(20)의 변형 예시도이다.
도 4 (a) 횡권되어 있는 금속박막에 다른 금속박막을 적어도 일영역이 중첩되며 횡권되도록 한 형태이다. 중첩되게 횡권하는 경우 이에 의해 차폐성능이 개선될 수 있다.
도 4 (b) 횡권되어 있는 금속박막에 다른 금속박막을 중첩되지 않도록 하며 횡권되도록 한 형태이다. 중첩되지 않도록 횡권하는 경우 이에 의해 얇은 차폐구조체가 형성될 수 있다.
도 5는 전도성 개선면적을 설명하기 위한 예시도이다.
차폐구조체는 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3)와 금속박막(112-1, 112-2, 112-3)으로 이루어진다.
도 5 (a) 원형의 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3)와 금속박막(112-1, 112-2, 112-3)으로 이루어진 3개의 차폐구조체가 나란히 배치되어 있다.
도 5 (b) 도 5 (a)의 차폐구조체에서 전도성을 개선하는 경우 최소 전도성 개선면적(A)은 (합사수-1) * (4r2 - πr2)로 산출된다(r은 차폐구조체의 반지름이다). 원형의 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3) 전체를 하나의 금속박막으로 감싼 형태로 도 5 (a)보다 최소 전도성 개선면적(A)이 더 차폐될 수 있다.
도 5 (c) 도 5 (b) 차폐구조체의 전체 단면적과 같은 형태로 본 발명의 차폐구조체(1)이다. 도 5 (b) 차폐구조체는 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3) 3개가 나란히 배치된 구조이고, 본 발명의 차폐구조체(1)는 도 5 (b) 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3) 3개가 나란히 배치된 것이 아니고 전도성 개선면적(A)을 포함하여 탄소섬유사로 이루어져 있다. 이에 의해 도 5 (b)보다 더 차폐될 수 있다.
도 5 (d) 가장 바람직하게는 직사각형의 형태로 차폐구조체가 마련되는 것이 차폐효율이 가장 우수할 것이다. 전도성 개선면적(B)은 (합사수) * (4r2 - πr2)로 산출된다.
상기 도 5 (a), 도 5 (b), 도 5 (c) 및 도 5 (d)의 차폐구조체의 전도성 면적은 도 5 (a) ＜ 도 5 (b) = 도 5 (c) ＜ 도 5 (d) 순이다. 도 5 (b)는 도 5 (a)보다 (합사수-1) * (4r2 - πr2) 만큼 전도성 개선면적이 증가하며, 도 5 (d)는 도 5 (a)보다 (합사수) * (4r2 - πr2) 만큼 전도성 개선면적이 증가한다.
이를 바탕으로 개선된 차폐율을 살펴보면, 도 5 (a) ＜ 도 5 (b) ＜ 도 5 (c) ＜ 도 5 (d) 순일 수 있다. 도 5 (b)와 도 5 (c)는 전도성 면적이 동일할 수 있으나, 본 발명의 차폐구조체(1)는 도 5 (b) 탄소섬유사(111-1, 111-2, 111-3) 3개가 나란히 배치된 것이 아니고 전도성 개선면적(A)을 포함하여 탄소섬유사로 이루어져 있으므로 차폐면적은 도 5 (c)가 도 5 (b)보다 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 도 5 (d)는 직사각형의 형태를 가지고 있으므로 동일한 탄소섬유사가 타원형일 경우 도 5 (c)보다 차폐율이 높을 수 있다.
상기의 실시 예 이 외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.
상기의 탄소섬유사(10)의 장면(12)은 밋밋한 상면과 하면으로 이루어졌지만, 직조를 하여 탄소섬유사(10)의 길이방향의 가로방향으로 유연성을 더욱 가지게 할 수 있도록 탄소섬유사(10)의 길이방향을 따라 장면(12)의 외표면에서 함몰된 벤딩홈이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 탄소섬유사(10)의 길이방향의 가로방향으로 소정 이격간격을 가지고 장면(12)의 외표면에서 함몰된 벤딩홈이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기의 차폐구조체(1)로 인하여, 탄소섬유사(10)의 단면형상이 단면과 장면의 형상을 가지고 형성되어 기존에 인접한 탄소섬유가 이격간격을 갖는데 반해 탄소섬유사(10)의 장면이 끊김없이 연장되어 형성되므로 전자파 차폐효율이 향상될 수 있다.
1: 차폐구조체
10: 탄소섬유사 11: 단면
12: 장면
20: 금속차폐층 21: 금속박막
100: 전력 케이블
110: 내부도선 111: 도체
112: 절연층
120: 필러
130: 바인더층 131: 마이카테이프
132: 글라스테이프
140: 자켓
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132: 글라스테이프
140: 자켓
Claims (5)
- 케이블의 전자기간섭(EMI, Electromagnetic interference) 차폐를 위한 차폐구조체에 있어서,
길이방향에 대한 수직방향의 단면형상이 단면과 상기 단면보다 큰 장면으로 이루어진 탄소섬유사; 및
상기 탄소섬유사의 외측면에 상기 탄소섬유사의 길이방향에 대한 가로방향으로 금속박막을 횡권하여 이루어지는 금속차폐층을 포함하는 차폐구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 탄소섬유사의 상기 장면은 상기 단면보다 적어도 2배 이상 길게 형성되는 차폐구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속차폐층은, 상기 금속박막은 횡권되어 있는 금속박막과 적어도 일영역이 중첩되며 횡권되어 이루어지는 차폐구조체. - 제1 항에 있어서,
상기 금속차폐층 금속박막의 두께는 0.02 내지 0.04mm이며, 폭은 0.18 내지 0.34mm이고, 피치는 1.5~2.5 mm로 이루어지는 차폐구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 금속차폐층의 금속박막은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지는 차폐구조체.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210055180A (ko) | 2019-11-07 | 2021-05-17 | 엘에스전선 주식회사 | 자기말림 차폐튜브 |
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2021
- 2021-09-23 KR KR1020210125437A patent/KR20230042776A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20210055180A (ko) | 2019-11-07 | 2021-05-17 | 엘에스전선 주식회사 | 자기말림 차폐튜브 |
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