KR101222142B1 - 자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 제1레그 및 제2레그를 구비하되 상기 제1레그의 일단과 상기 제2레그의 일단이 연결되고 상기 제1레그 및 상기 제2레그는 대략 평행하도록 구성되는 코어; 상기 코어에 권취되는 권취전선; 및 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에서 발생하는 누설자속을 감쇄시키는 자속감쇄부를 구비하는 자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치를 제공한다.

Description

자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치{Apparatus for Transfering Power Engaging Magnetic Cable and Charging Apparatus Using Same}

본 발명의 일 실시예는 자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자기 코어에 감긴 권취전선에서 발생한 자속을 전달하기 위하여 자기 코어를 연장하고 자속이 발생하는 자기케이블의 일단부에 코어 및 집전선을 구비하여 전력을 수신하는 집전장치를 연결할 수 있도록 함으로써 전력을 전달하는 자기케이블 전력전달 장치 및 이를 이용한 충전장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 사무실 등에서 전기를 이용하여 동작되는 전기기기 및 전자기기로 전력을 공급하기 위해서는 전력회사에서 생산되는 전원과 연결된 콘센트에 전기기기 및 전자기기에 장착된 플러그를 접속함으로써 전력이 전달될 수 있다. 이런 경우, 플러그 및 콘센트는 상호 밀착되어 연결되어야 전력이 전달될 수 있다. 그런데, 플러그 또는 콘센트의 노후화가 진행됨에 따라 플러그가 콘센트가 꽂혀있는 상태에서도 플러그와 콘센트 사이에 스파크가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 화재가 발생할 가능성이 있는 문제가 있다. 또한, 사람이 플러그를 콘센트에 직접 꽂아 사용하는 경우가 일반적인데 플러그에 연결된 전선에 사람의 신체의 일부가 직접 닿을 가능성이 상존하고 있어 감전 위험이 생기는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 급전용 자기 코어에 감긴 권취전선에서 발생한 자속을 전달하기 위하여 자기코어를 연장하고 자속이 발생하는 급전용 자기코어의 일단부에 집전용 자기코어 및 집전선을 이용하여 전력을 수신하는 자기플러그와 같은 집전장치를 연결할 수 있도록 함으로써 전력을 안전하게 전달 가능하도록 하는 데 주된 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 자기케이블을 이용한 전력송수신 장치에 있어서, 제1레그 및 제2레그를 구비하되 상기 제1레그의 일단과 상기 제2레그의 일단이 연결되고 상기 제1레그 및 상기 제2레그는 간격을 두고 평행하도록 구성되는 코어; 상기 코어에 권취되는 권취전선; 및 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에서 발생하는 누설자속을 감쇄시키는 자속감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기케이블 전력송수신 장치를 제공한다.

상기 코어는, 상기 제1레그 및 상기 제2레그를 연결하는 레그연결부를 포함할 수 있다.

상기 권취전선은, 상기 제1레그, 상기 제2레그 및 상기 레그연결부 중에서 어느 하나에 권취될 수 있다.

상기 코어는, 원형, 타원형 및 다각형 중에서 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에 위치하도록 자속감쇄전선을 구비하되 상기 자속감쇄전선이 폐루프를 이루고 상기 폐루프를 이루는 면이 상기 제1레그 또는 상기 제2레그를 향하도록 위치할 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 자속감쇄전선에 직렬로 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에서 발생하는 누설자속을 감쇄하는 방향으로 자속을 발생시키도록 상기 자속감쇄전선에 직렬로 연결되는 감쇄전원을 포함할 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에 자속 주감쇄판을 구비하되 상기 자속 주감쇄판의 일면과 타면이 각각 상기 제1레그 및 상기 제2레그를 향하도록 위치할 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 자속 주감쇄판의 양측에 보조감쇄판을 구비하여 상기 제1레그 및 상기 제2레그의 길이방향의 단면에서 보았을 경우 H자 형상을 하여 상기 제1레그 및 상기 제2레그를 둘러싸도록 할 수 있다.

상기 양측에 위치한 보조감쇄판은, 상기 자속 주감쇄판과 일체로 상기 제1레그 및 상기 제2레그를 둘러싸고, 상기 제1레그를 둘러싸는 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제1절개부를 구비하고, 상기 제2레그를 둘러싸는 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제2절개부를 구비하고, 상기 제1레그를 기준으로 상기 제1절개부는 상기 제2레그의 반대방향에 위치하고, 상기 제2레그를 기준으로 상기 제2절개부는 상기 제1레그의 반대방향에 위치할 수 있다.

상기 자속감쇄부는, 상기 제1레그를 통 형상으로 둘러싸되 둘러싸는 통 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제1절개부를 구비하는 제1자속감쇄부; 및 상기 제2레그를 통 형상으로 둘러싸되 둘러싸는 통 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제2절개부를 구비하는 제2자속감쇄부를 포함할 수 있다.

상기 제1레그를 기준으로 상기 제1절개부는 상기 제2레그의 반대방향에 위치하고, 상기 제2레그를 기준으로 상기 제2절개부는 상기 제1레그의 반대방향에 위치할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 자기케이블을 이용한 전력송수신 장치에 있어서, 제1레그 및 제2레그를 구비하되 상기 제1레그의 일단과 상기 제2레그의 일단이 연결되고 상기 제1레그 및 상기 제2레그는 간격을 두되 그 길이는 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이의 간격에 비해 길게 구성되는 코어; 및 상기 코어에 권취되는 권취전선을 포함하되, 상기 코어의 재료는 유연성이 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기케이블 전력송수신 장치를 제공한다.

상기 자기케이블 전력송수신 장치는, 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이에 자기플러그가 연결가능하도록 하는 자기플러그 연결부를 하나 이상 포함할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 전력 충전 장치에 있어서, 제1레그 및 제2레그를 구비하되 상기 제1레그의 일단과 상기 제2레그의 일단이 연결되고 상기 제1레그 및 상기 제2레그는 간격을 두고 구성되는 코어; 상기 코어에 발생하는 자속에 의해 전력을 전달받도록 상기 코어에 권취되는 권취전선; 및 상기 권취전선의 양단에 연결되어 상기 권취전선에서 발생하는 전력을 저장하는 전력저장부를 포함하되, 상기 제1레그 및 상기 제2레그의 길이는 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이의 간격에 비해 길고, 상기 코어의 재료는 유연성이 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 충전 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 급전용 자기 코어에 감긴 권취전선에서 발생한 자속을 전달하기 위하여 자기코어를 연장하고 자속이 발생하는 급전용 자기코어의 일단부에 집전용 자기코어 및 집전선을 이용하여 전력을 수신하는 자기플러그와 같은 집전장치를 연결할 수 있도록 함으로써 안전하게 전력 전달이 가능해지는 효과가 있다.

또한, 자속감쇄부를 이용하여 누설자속을 효율적으로 감쇄시키는 효과가 있으며, 나아가 커패시터 또는 감쇄전원 등을 사용함으로써 더욱 효과적으로 누설자속을 감쇄할 수 있으며, 또한, 자속감쇄부로서 금속판이 코어를 둘러싸도록 하는 경우에도 효율적으로 누설자속을 감쇄함으로써 보다 높은 출력파워를 얻을 수 있다.

특히, 이러한 전력전달 장치를 보청기 또는 심장박동기와 같이 인체에 삽입되는 생체기기 등에 사용하는 경우, 외부로부터 생체기기의 전력충전을 가능하도록 함으로써 인체에 삽입된 생체기기의 배터리의 교체가 필요한 경우 수술할 필요없이 간편하게 충전가능하도록 함으로써 편의성을 획기적으로 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 자기케이블을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 수학식 1의 조건 하에서 도 1의 자기케이블 회로의 등가회로를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 A-A'을 따라 절단한 코어(110)의 단면을 바라본 도면이다.
도 4는 정량적인 누설자기저항을 구함에 있어서 누설자속의 구석효과(fringe effect)에 의한 등가 폭을 구하기 위해 두개의 선전하를 평판커패시터로 근사화하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치를 도시한 도면이다.
도 6은 자속감쇄부(530)에 커패시터를 구비하는 경우를 도시한 도면이다.
도 7은 자속감쇄부(530)에 감쇄전원(536)을 구비하는 경우를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치를 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(800)의 코어(810) 및 자속감쇄부(830)의 위치관계를 간략히 도시한 도면이다.
도 9b는 자속 주감쇄판(832)의 양측에 보조감쇄판(834)을 구비한 경우를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(800)에서 다른 형태로 보조감쇄판(834)을 구비한 경우를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10에서의 자속감쇄판(832)이 통 형상으로 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 각각 둘러싸도록 구현한 경우를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(500, 800)에 자기플러그를 삽입한 경우를 도시한 도면이다.
도 13은 자기플러그 연결부를 구비한 경우를 예시한 도면이다.
도 14는 인체 내부의 생체칩을 구동하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 충전 장치가 장착된 모습을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 자기케이블을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시하듯이, 자기케이블은 코어(110), 입력전선(120) 및 출력전선(130)을 포함한다.

코어(110)에 권취된 입력전선(120)에 입력전원(Vs)이 인가되면 권취된 입력전선(120)의 중앙에 수직방향으로 자속이 발생하고 이 자속은 코어(110)를 따라 권취된 출력전선(130)을 통과하여 출력전선(130) 양단에 전압을 유기시킨다. 한편, 코어(110)는 길이가 폭에 비해 아주 클 수 있으며, 유연성을 갖는 재료로 구성되어 구부러지기 쉬운 성질을 가질 수 있다.

도 1에서 입력전선(120)에 의해 발생된 입력 자속이 출력전선(130)으로 전달되는 코어의 자기저항을

, 출력전선(130)이 감긴 코어의 자기저항을

, 입력전원(Vs)과 입력전선(120)에 의해 발생된 자속이 전달되는 코어(110)의 양단 부분 사이의 누설자속이 발생하는 공기 중의 자기저항(누설 자기저항)을

라고 하면, 수학식 1의 조건을 만족하는 경우가 일반적이다. 즉,

<<

<<

이므로,

<<

을 만족하게 되어

대비

의 비율 γ는 (γ >> 1)을 만족한다.

도 2는 수학식 1의 조건 하에서 도 1의 자기케이블 회로의 등가자기회로를 도시한 도면이다. 즉, 도 2에서 A는 자속이 전달되는 코어(110) 사이에서 발생하는 누설자속에 의한 누설자기저항을 포함한 자기회로이고, B는 A를 근사화한 것이다. B에서, 입력 기자력(

)은 직렬연결된 자기저항

가 작고 병렬(

//

)의 자기저항이 클수록 자기저항

을 갖는 출력전선(130)에 전달되는 비율이 커진다. 따라서, 병렬(

//

)의 자기저항 크기는

*

/(

+

)이므로 누설 자기저항

가 클수록 입력 기자력(

)이 자기저항

을 갖는 출력전선(130)에 전달되는 비율이 커질 수 있다.

도 3은 도 1에서 A-A'을 따라 절단한 코어(110)의 단면을 바라본 도면이다.

도 3과 같은 구조를 갖는 코어에서 누설자속에 의한 누설자기저항을 해석적으로 계산하기는 쉽지 않다. 따라서 두 코어 선 사이의 누설자속의 모양이 두 선 전하 사이의 전기장의 모양과 흡사하다는 것을 이용하여 두 코어 선 사이의 누설자속에 의한 누설자기저항을 구함에 있어서 전기장의 이론을 차용하여 계산한다.

전기장 이론에서 1개의 선 전하의 전기장 및 전위는 수학식 2로 구할 수 있다.

여기서, Q: 전하량, E: 전기장, V: 전위, ε: 유전율, r: 선전하의 반지름 ℓ_s: 선전하의 길이를 각각 나타낸다.

따라서, 수학식 2를 이용하면, 반대되는 극성을 갖는 두개의 선 전하 사이의 전위차 및 커패시턴스는 수학식 3으로 구할 수 있다.

여기서, △V: 두 선전하 사이의 전위차, C: 두 선전하 사이의 커패시턴스, r₀: 선전하의 반지름, ℓ_s: 선전하의 길이, ε: 유전율, Q: 선전하의 전하량을 각각 나타낸다.

도 4는 정량적인 누설자기저항을 구함에 있어서 누설자속의 구석효과(fringe effect)에 의한 등가 폭을 구하기 위해 두개의 선전하를 평판커패시터로 근사화하여 도시한 도면이다.

수학식 3의 선전하 모델링을 이용하여 두 선전하 사이의 커패시턴스(C)를 도 4의 B와 같은 평판커패시터모델로 가정하여 C의 값을 구하면 수학식 4와 같이 구할 수 있다.

여기서, △V: 두 선전하 사이의 전위차, C: 두 선전하 사이의 커패시턴스, r₀: 선전하의 반지름, A_p: 평판커패시터의 면적, ℓ_s: 평판커패시터의 길이(또는, 선전하의 길이), ε: 유전율, Q: 전하량을 각각 나타낸다.

따라서, 수학식 4로부터 평판커패시터모델로 가정한 커패시턴스에서 전기장의 폭인 a는 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.

따라서, 수학식 5로부터 계산된 평판커패시터에서의 전기장의 폭(a)을 이용하면 수학식 6과 같이 자기저항

및

를 구하는 데 사용될 수 있다.

여기서, μ_s: 코어의 투자율, μ₀: 진공의 투자율, ℓ_s: 코어의 길이, A_s: 누설자속의 단면적(또는, 평판커패시터의 면적), r₀: 코어의 반지름, d: 코어 사이의 거리, a: 누설자속의 단면 폭을 각각 나타낸다.

따라서,

와

의 비율은 수학식 7과 같이 구할 수 있다.

따라서, 코어의 길이 ℓ_s가 2배 길어지면 수학식 7에서의 비율 γ를 유지하기 위하여 누설자속의 등가단면적 A_s는 4배 넓어져야 하며, 동일한 출력 자속을 얻기 위해서는 입력기자력(

)은 8배 증가해야 한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(500)는 코어(510), 권취전선(520) 및 자속감쇄부(530)를 포함한다. 여기서, 경우에 따라서 자속감쇄부(530)는 생략될 수도 있다.

코어(510)는 긴 형상의 제1레그(Leg)(512) 및 제2레그(Leg)(514)를 구비하되 제1레그(512)의 일단과 제2레그(514)의 일단이 연결되고, 제1레그(512) 및 제2레그(514)는 서로 간격을 두고 대략 평행하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1레그(512) 및 제2레그(514)의 길이는 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이의 간격보다 길게 구성될 수 있으며, 제1레그(512) 및 제2레그(514)의 재료는 유연성을 갖는 재료로 구성되어 구부러지기 쉽도록 할 수 있다. 여기서, 코어(510)는 제1레그(512) 및 제2레그(514)를 연결하는 레그연결부(516)를 포함한다. 한편, 코어(510)의 단면은 원형, 타원형 및 다각형 중에서 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

권취전선(520)은 코어(510)에 권취된다. 자기케이블 전력전달 장치(500)가 급전장치로 사용될 경우에는 권취전선(520)에는 입력전원이 연결될 수 있다. 한편, 자기케이블 전력전달 장치(500)가 집전장치로 사용되는 경우에, 권취전선(520)은 급전장치로부터 전달되는 자속에 의해 유도되는 유도기전력을 공진 커패시터, 저역필터 및 정류기 등을 포함하는 집전회로에 전달하고, 집전회로를 통하여 유도기전력을 전기기기 및 전자기기에 직접 사용하거나 배터리에 충전하도록 할 수 있다. 한편, 권취전선(520)은 제1레그(512) 및 제2레그(514)가 연결된 레그연결부(516)에 권취될 수 있다.

자속감쇄부(530)는 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이에 위치하도록 자속감쇄전선(532)을 구비하되 자속감쇄전선(532)이 폐루프를 이루고 폐루프를 이루는 면이 제1레그(512) 또는 제2레그(514)를 향하도록 위치한다. 도 5에서 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이에서 발생하는 누설자속에 의해 폐루프를 이루는 자속감쇄전선(532)에 전류가 유도된다. 자속감쇄전선(532)의 유도전류에 의해 발생하는 자속은 통상 누설자속의 방향과 반대방향이 되므로 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이에서 발생하는 누설자속이 상쇄되는 효과가 있다. 여기서 누설자속이 상쇄되는 효과를 극대화하기 위해서는 자속감쇄전선(532)의 폭이 누설자속 등가단면의 폭보다 큰 것이 바람직하다. 여기서 등가단면이란, 누설자속의 방향에 직각으로 누설자속이 이루는 단면을 의미한다.

도 6은 자속감쇄부(530)에 커패시터를 구비하는 경우를 도시한 도면이다.

도 6에 도시하듯이, 자속감쇄전선(532)에 직렬연결된 커패시터(534)를 구비하는 경우, 자속감쇄전선(532)의 인덕턴스 성분과 커패시터(534)의 성분이 공진되도록 하면 자속감쇄전선(532)에 유도되는 유도전류가 커져서 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이에서 발생하는 누설자속을 감쇄시키는 효과가 증대될 수 있다.

도 7은 자속감쇄부(530)에 감쇄전원(536)을 구비하는 경우를 도시한 도면이다.

도 7에 도시하듯이, 감쇄전원(536)을 구비하여 자속감쇄전선(532)에 누설자속과 반대방향의 자속이 발생하도록 전류를 흘려주면 누설자속을 상쇄시킬 수 있다. 특히, 자속감쇄전선(532)에 인가하는 감쇄전원(Vm)과 입력전원(Vs)의 크기와 위상차이를 적절히 조절하면 제1레그(512) 및 제2레그(514) 사이에서 발생하는 누설자속을 완전히 상쇄할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(800)는 코어(810), 권취전선(820) 및 자속감쇄부(830)를 포함한다.

코어(810)는 긴 형상의 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 구비하되 제1레그(812)의 일단과 제2레그(814)의 일단이 연결되고 제1레그(812) 및 제2레그(814)는 대략 평행하게 구성될 수 있다. 여기서, 코어(810)는 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 연결하는 레그연결부(816)를 포함한다.

권취전선(820)은 코어(810)에 권취된다. 자기케이블 전력전달 장치(800)가 급전장치로 사용될 경우에는 권취전선(820)에는 입력전원이 연결될 수 있다. 한편, 자기케이블 전력전달 장치(800)가 집전장치로 사용되는 경우에, 권취전선(820)은 급전장치로부터 전달되는 자속에 의해 유도되는 유도기전력을 공진 커패시터, 저역필터 및 정류기 등을 포함하는 집전회로에 전달하여, 집전회로를 통하여 유도기전력을 전기기기 및 전자기기에 직접 사용하거나 배터리에 충전하도록 할 수 있다. 권취전선(820)은 제1레그(812) 및 제2레그(814)가 연결된 레그연결부(816)에 권취될 수 있다.

자속감쇄부(830)는 제1레그(812) 및 제2레그(814) 제1레그 사이에 자속 주감쇄판(832)을 구비하되 자속 주감쇄판(832)의 평평한 면이 제1레그(812) 또는 제2레그(814)를 향하도록 위치한다. 도 8에서 제1레그(812) 및 제2레그(814) 사이에서 발생하는 누설자속에 의해 자속 주감쇄판(832)의 에지쪽을 돌며 흐르는 맴돌이 전류가 유도된다. 자속 주감쇄판(832)의 맴돌이전류에 의해 발생하는 자속은 통상 누설자속의 방향과 반대방향이 되므로 제1레그(812) 및 제2레그(814) 사이에서 발생하는 누설자속이 상쇄되는 효과가 있다. 여기서 누설자속이 상쇄되는 효과를 극대화하기 위해서는 자속 주감쇄판(832)의 폭(ℓ_ℓ)이 누설자속 등가단면의 폭(a)보다 큰 것이 바람직하다.

도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(800)의 직육면체형 코어(810)의 제1레그(812), 제2레그(814) 및 자속감쇄부(830)의 위치관계를 간략히 도시한 도면이고, 도 9b는 자속 주감쇄판(832)의 양측에 보조감쇄판(834)을 구비한 경우를 도시한 도면이다.

도 9a와 같이 자속 주감쇄판(832)에 흐르는 맴돌이전류에 의해 발생하는 자속이 누설자속을 감쇄시킬 수 있으나, 도 9b와 같이 자속 주감쇄판(832)의 양측에 보조감쇄판(834)을 구비하는 경우에 도 9a에 비해 자속 주감쇄판(832)의 폭(ℓ_ℓ)을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 더 효과적으로 누설자속을 감쇄할 수 있다. 이 경우, 자속 주감쇄판(832)의 양측에 보조감쇄판(834)을 구비하여 제1레그(812) 및 제2레그(814)의 단부에서 보았을 경우 H자 형상이 될 수 있다. 여기서는 누설자속을 상쇄하기 위하여 자속 주감쇄판(832)의 폭(ℓ_ℓ)이 누설자속 등가단면의 폭(a)보다 반드시 클 필요는 없다. 즉, 보조감쇄판(834)의 높이가 수학식 8을 만족하도록 설계하면 자속 주감쇄판(832)의 폭(ℓ_ℓ)이 누설자속 등가단면의 폭(a)보다 작아도 누설자속을 상쇄시킬 수 있다.

여기서, h_copper: 보조감쇄판(834)의 높이, h_core: 코어 다리부의 높이, h_d: 코어 제1레그 및 제2레그 사이의 간격을 각각 나타낸다.

따라서, 도 9와 같은 형태로 보조감쇄판(834)을 설치하는 경우, 자속 주감쇄판(832)으로 사용되는 중앙의 금속판의 폭을 좁게 할 수 있으므로, 중앙에만 금속판이 있는 경우보다 자기케이블의 부피가 작아질 수 있는 장점이 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(800)에서 다른 형태로 보조감쇄판(834)을 구비한 경우를 도시한 도면이다.

도 10에 도시하듯이, 자속 주감쇄판(832)의 양측에 위치한 보조감쇄판(834)은 자속 주감쇄판과 일체로 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 둘러싸도록 구성할 수도 있다. 이때, 보조감쇄판(834)은 제1레그(812)를 둘러싸는 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제1절개부(836)를 구비하고, 제2레그(814)를 둘러싸는 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제2절개부(838)를 구비할 수 있다. 또한, 이 경우, 제1절개부(836)의 위치는 제1레그(812)를 기준으로 제2레그(814)의 반대방향에 위치하고, 제2절개부(838)의 위치는 제2레그(814)를 기준으로 제1레그(812)의 반대방향에 위치할 수 있다.

도 10과 같은 형태로 보조감쇄판(834)을 설치하는 경우 보조감쇄판(834)이 누설자속의 발생방향을 최대한 둘러싸므로 자속 주감쇄판(832)으로 사용되는 중앙의 금속판의 폭을 더욱 좁게 할 수 있어서 중앙에만 금속판이 있는 경우보다 자기케이블의 부피가 더욱 작아질 수 있는 장점이 있다.

도 11은 도 10에서의 자속감쇄판(832)이 통 형상으로 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 각각 둘러싸도록 구현한 경우를 도시한 도면이다. 즉, 도 10에서의 자속감쇄판(832)의 기능을 구현하기 위하여 제1레그(812) 및 제2레그(814)를 각각 둘러싸는 제1자속감쇄부(1130) 및 제2자속감쇄부(1140)를 포함한다.

제1자속감쇄부(1130)는 제1레그(812)를 통 형상으로 둘러싸되, 둘러싸는 통 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제1절개부(1132)를 구비한다. 또한, 제2자속감쇄부(1140)는 제2레그(814)를 통 형상으로 둘러싸되, 둘러싸는 통 형상 중 일측이 길이 방향으로 절개된 제2절개부(1142)를 구비한다.

도 11과 같은 형태로 제1자속감쇄부(1130) 및 제2자속감쇄부(1140)으로 자속을 감쇄하는 경우, 원형 코어를 사용하는 자기케이블의 부피가 더욱 더 작게 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자기케이블 전력전달 장치(500, 800)에 자기플러그를 삽입한 경우를 도시한 도면이다.

도 12에 도시하듯이, 자기플러그(1200)는 플러그코어(1210), 집전선(1220) 및 집전회로(1230)를 포함할 수 있다.

자기플러그(1200)의 단부에 돌출된 플러그코어(1210)가 제1레그(512, 812) 및 제2레그(514, 814)로 이루어진 자기콘센트에 삽입되면, 입력전원(Vs)과 권취전선(520, 820)에 의해 발생되는 자속은 제1레그(512, 812)및 제2레그(514, 814)와 플러그코어(1210)를 통과한다.

집전선(1220)은 플러그코어(1210)에 권취되며, 제1레그(512, 812) 및 제2레그(514, 814)로부터 전달되는 자속에 의해 유도되는 유도기전력을 공진 커패시터, 저역필터 및 정류기 등을 포함하는 집전회로(1230)에 전달하고, 집전회로(1230)를 통하여 발생된 유도기전력은 배터리 또는 전기기기(1240)에 전달되어 배터리 충전 또는 전기기기 작동을 수행하도록 할 수 있다.

이와 같이 자기콘센트 및 자기플러그를 사용하면 전기플러그 및 전기콘센트를 사용하는 것에 비해 공기중 전기 방전이 일어나지 않으므로 고전력이 요구되는 기기를 안전하게 사용할 수 있으며, 자기콘센트와 자기플러그가 직접 접촉하지 않고 서로 가까이 위치하기만 일부의 전력공급이 유지되는 장점이 있다. 또한, 사람이 자속이 흐르고 있는 코어를 접촉하더라도 감전되지 않으므로 감전사고를 예방할 수 있다.

도 13은 자기플러그 연결부를 구비한 경우를 예시한 도면이다.

도 13에 도시하듯이, 코어(510, 810)에 하나 이상의 자기플러그 연결부(1318: 1318a, 1318b, 1318c, 1318d, 1318e, 1318f)를 구비할 수 있다. 어느 하나의 자기플러그 연결부(예컨대 1318a)에는 도 12와 같이 자기플러그(1200)의 코어(1210)의 돌출된 양단부가 삽입될 수 있다. 이러한 자기플러그 연결부(1318: 1318a, 1318b, 1318c, 1318d, 1318e, 1318f)는 복수개 구비할 수 있으며, 그 모양이 도 13에 도시된 형상에 한정되지 않으며 자기플러그(1200)를 고정할 수 있는 것이라면 어떤 형태로든 다양한 형상으로 구현할 수 있다.

도 14는 인체 내부의 생체칩(Bionic Microchip)을 구동하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 충전 장치가 장착된 모습을 도시한 도면이다.

도 14에 도시하듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 충전 장치(1400)는 코어(1410), 권취전선(1420) 및 전력저장부(1450)를 포함한다.

코어(1410)는 긴 형상의 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)를 구비하되 제1레그(1412)의 일단과 제2레그(1414)의 일단이 연결되고 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)는 대략 평행하도록 구성될 수 있다. 여기서, 코어(1410)는 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)를 연결하는 레그연결부(1416)를 포함할 수 있다. 한편, 코어(1410)의 단면은 원형, 타원형 및 다각형 중에서 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

여기서, 코어(1410)의 동작은 도 8 및 도 11에서의 코어(810)와 동일 또는 유사하므로 추가적인 설명은 생략한다.

권취전선(1420)은 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)에 의해 전달되는 자속에 의해 전력을 전달받도록 코어(1410)의 레그연결부(1416)에 권취될 수 있다.

전력저장부(1450)는 권취전선(1420)의 양단에 연결되어 권취전선(1420)에서 발생하는 전력을 저장하는 부분으로, 집전회로(1452) 및 배터리(1454)를 포함한다.

도 14에서, 입력전원에 연결된 급전선(도시하지 않음)에서 발생한 자속을 전달하는 코어를 생체칩(1510)으로부터 피부 표피 근처까지 연결된 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)에 가까이 하면, 입력전원에 의해 발생되는 자속이 자기플러그(1520)의 삽입부를 구성하는 코어를 통하여 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)로 전달된다. 권취전선(1420)은 제1레그(1412) 및 제2레그(1414)로 전달된 자속에 의해 유도되는 유도기전력을 공진 커패시터, 저역필터 및 정류기 등을 포함하는 집전회로(1452)로 전달하고, 집전회로(1452)를 통하여 발생된 유도기전력은 배터리(1454)에 충전되어 인체 내에 삽입된 생체칩(1510)을 구동하기 위한 전원으로 사용될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 급전용 자기 코어에 감긴 권취전선에서 발생한 자속을 전달하기 위하여 자기코어를 연장하고 자속이 발생하는 급전용 자기코어의 일단부에 집전용 자기코어 및 집전선을 이용하여 전력을 수신하는 자기플러그와 같은 집전장치를 연결할 수 있도록 함으로써 폭발성, 인화성 물질을 취급하는 작업장이나 습도가 높은 작업장, 의료용 기기등 특수한 환경에서 공기 중 방전으로 인한 화재사고나 감전사고 없이 안전하게 전력 전달이 가능해지는 효과가 있어 유용한 발명이다.

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13. 자기케이블을 이용한 전력송수신 장치에 있어서,
    인체 내부에 장착된 생체칩;
    상기 생체칩을 구동하는 배터리;
    제1레그 및 제2레그를 구비하되 상기 제1레그의 일단과 상기 제2레그의 일단이 연결되고 상기 제1레그 및 상기 제2레그는 간격을 두되 그 길이는 상기 제1레그 및 상기 제2레그 사이의 간격에 비해 길게 구성되어 자속을 전달하는 코어;
    상기 코어에 권취되어 상기 자속에 의해 유도기전력을 발생하는 권취전선;
    상기 권취전선으로부터 발생하는 유도기전력으로 상기 배터리를 충전하는 집전회로
    를 포함하되, 상기 코어의 재료는 유연성이 있는 재료를 포함하고,
    외부의 입력전원에 연결된 자기플러그에 의해 전달되는 상기 자속을, 상기 인체의 피부 표피까지 연결된 상기 제1레그 및 상기 제2레그에 전달하도록 자기플러그 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기케이블 전력송수신 장치.
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