KR101231853B1 - 불필요한 자속성분을 감쇄하기 위한 집전장치 및 급집전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 불필요한 자속성분을 감쇄하기 위한 집전장치 및 급집전장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 복수개의 주파수성분으로 전달되는 자속으로부터 유도기전력을 집전하기 위하여, 제1집전선; 상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속에 의하여 유도되는 기전력에 대하여 상기 제1집전선과 공진하도록 연결된 제1공진캐패시터; 상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속을 제외한 나머지 주파수성분의 자속을 각각 감쇄하기 위한 하나 이상의 상쇄전선; 및 상기 나머지 주파수성분의 자속에 의해 유도되는 기전력에 대응되어 각각의 상기 상쇄전선과 공진하도록 각 상쇄선로마다 각각 연결되는 하나 이상의 제2공진캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치 및 급집전장치를 제공한다.

Description

불필요한 자속성분을 감쇄하기 위한 집전장치 및 급집전장치{Power Collecting Apparatus and Transmission Apparatus for Attenuating Unnecessary Magnetic Flux Component}
본 발명의 일 실시예는 불필요한 자속성분을 감쇄하기 위한 집전장치 및 급집전장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 복수개 주파수성분의 자기장으로부터 집전에 필요하지 않은 주파수성분의 자속을 감쇄함으로써 외부로 불필요한 자속의 방출량을 줄이기 위한 불필요한 자속성분을 감쇄하기 위한 집전장치 및 급집전장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 자기장유도에 의한 전력전달 방법을 예시한 개념도이다.
최근 자기장을 이용하여 에너지전달(즉, 무선전력전송) 및 신호 전달(자기장 통신)이 이루어지도록 하는 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 도 1과 같은 자기장에 의한 에너지 전달 원리를 이용한 응용기술이 한국공개특허 10-2006-0049665(2006.05.19), 한국공개특허 10-1999-0070805(1999.09.15), 한국등록특허 10-0726710(2007.06.04) 등에 개시되어 있다.
도 1에 도시하듯이, 일반적으로 전력전달을 위하여 1차측에 주파수 f1의 전원(V1)을 공급하면 1차측에 코일(L1)에 자기장이 발생하고 이때 발생되는 자기장의 자속(B1) 변화량에 비례하여 2차측 코일(L2)에 유도기전력(V2)이 발생한다. 이때 공진캐패시터(C)를 통하여 주파수 f1에 공진을 맞추면 2차측 임피던스가 낮아져 2차측 유도전류가 커진다.
이때 1차측 코일(L1)에 자기장이 발생되면 2차측 코일(L2)에는 1차측 코일(L1)의 자속의 변화를 방해하는 방향으로 자기장이 발생하여 2차측 유도전류가 흐르게 된다. 이 경우 공진캐패시터(C)를 통하여 공진을 맞춘 f1주파수의 자속에 대하여는 역방향 자속에 의하여 감쇄가 이루어지나 1차측 전원(V1)에 f1 이외의 주파수 성분이 섞여서 공급되는 경우에는 f1 이외의 주파수 성분의 전류에 의한 자속은 감쇄가 되지 않는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예는, 복수개 주파수성분의 자기장으로부터 집전에 필요하지 않은 주파수성분의 자속을 감쇄함으로써 외부로 불필요한 자속의 방출량을 줄이는 데에 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 복수개의 주파수성분으로 전달되는 자속으로부터 유도기전력을 집전하기 위한 집전장치에 있어서, 제1집전선; 상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속에 의하여 유도되는 기전력에 대하여 상기 제1집전선과 공진하도록 연결된 제1공진캐패시터; 상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속을 제외한 나머지 주파수성분의 자속을 각각 감쇄하기 위한 하나 이상의 상쇄전선; 및 상기 나머지 주파수성분의 자속에 의해 유도되는 기전력에 대응되어 각각의 상기 상쇄전선과 공진하도록 각 상쇄선로마다 각각 연결되는 하나 이상의 제2공진캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치를 제공한다.
상기 상쇄전선에는 전원이 연결되지 않고, 상기 상쇄전선은 상기 제2공진캐패시터와 연결되어 폐회로를 형성할 수 있다.
상기 집전장치는 상기 상쇄전선에서 유도되는 기전력을 추출하기 위한 집전회로를 더 포함할 수 있다.
상기 집전장치는 상기 상쇄전선에 해당 주파수 성분의 자속을 상쇄하는 방향으로 상쇄자속을 발생하도록 해당 공진주파수의 전원을 공급하는 상쇄전원을 더 포함할 수 있다.
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전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 복수개의 주파수성분으로 자속을 발생하는 급전장치; 및 집전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치를 제공한다.
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 복수개 주파수성분의 자기장으로부터 집전에 필요하지 않은 주파수성분의 자속을 감쇄함으로써 집전장치 외부로 불필요한 자속의 발출량을 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명이 통신신호의 수신에 사용되는 경우 신호에 섞여있는 간섭을 제거하여 깨끗한 자기장 통신신호만 수신가능하게 되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 자기장유도에 의한 전력전달 방법을 예시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 급집전장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 상쇄자속을 발생하기 위하여 상쇄전원을 추가한 경우를 예시한 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 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 급집전장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시하듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 급집전장치(200)는 급전선(211), 급전캐패시터(212) 및 공급전원(213)을 구비하는 급전장치(210)와, 제1집전선(221), 제1공진캐패시터(222), 집전회로(223), 배터리(224), 상쇄전선(225), 제2공진캐패시터(226)를 구비하는 집전장치(220)를 포함한다. 여기서 실시예에 따라 일부 구성요소는 생략될 수 있다.
공급전원(213)에 복수의 주파수(예컨대 f1 및 f2)를 갖는 전원을 인가하는 경우 급전선(211)에는 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의한 자속(B0)이 발생한다. 여기서 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의한 자속(B0)은 급전전원(213)에 f1 및 f2의 주파수 성분의 전류를 강제적으로 인가함으로써 발생할 수도 있으나 급전전원(213)의 내부 회로의 노이즈 등으로 인하여 여러 주파수 성분의 전류가 발생할 수도 있다. 또한 공급전원(213)이 자기장통신을 위한 신호원인 경우에도 노이즈 등의 영향으로 여러 주파수 성분의 자속이 2차측(즉, 집전장치(220))으로 전달될 수 있음을 알 수 있다.
공급전원(213)의 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의한 자속(B0)은 집전장치(220)의 제1집전선(221) 및 상쇄전선(225)으로 전달된다.
제1집전선(221)으로 전달된 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의한 자속(B0)에 의해 제1집전선(221)에는 유도기전력이 발생한다. 이 경우, 제1공진캐패시터(222)와 제1집전선(221)이 f1의 주파수에 공진하도록 제1공진캐패시터(222)의 용량을 설정하는 경우에는 f1의 주파수에 대해서는 임피던스가 낮아져서 유도전류가 커진다. 따라서 f1의 주파수성분의 자속에 의해 유도되는 유도전류에 의한 상쇄자속(B1)에 의해 f1의 주파수성분의 자속은 상쇄된다. 이와 같이 상쇄자기장(B1)에 의해 상쇄되는 자속의 양은 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의한 자속(B0)의 양 중에서 f1 주파수 성분 전류에 의한 자속의 양과 동일하지는 않으나 제1집전선(221)에 유도되는 유도전류에 의해 상당 부분 감쇄될 수 있다.
집전장치(220)에서 유도되는 유도기전력은 저역필터 및 정류기 등을 포함하는 집전회로(223)를 거쳐 배터리(224)에 충전하는 방식을 사용할 수도 있고, 집전장치(220)가 자기장통신을 이용한 신호수신을 목적으로 사용되는 경우에는 집전회로(223) 대신 제1집전선(221)에 의해 유도되는 기전력으로 신호검출을 위한 신호검출회로(도시하지 않음)를 사용할 수도 있다.
이와 같이 제1집전선(221) 및 제1공진캐패시터(222)가 연결된 회로에 의해 f1 성분의 자속은 상쇄되지만 나머지 f2 성분의 자속은 상쇄되지 않는다. 하지만, f2 성분의 자속은 상쇄전선(225) 및 제2공진캐패시터(226)가 연결된 회로에 의해 감쇄될 수 있다.
상쇄전선(225)에는 다른 전원이 연결되지 않고 상쇄전선(225)과 제2공진캐패시터(226)와 연결되어 폐회로를 형성하고 제2공진캐패시터(226)의 용량을 f2 성분의 유도전류에 공진하도록 설정함으로써 상쇄전선(225)에 f2 성분의 자속에 의한 유도전류가 발생하고 f2 성분의 자속을 상쇄하는 자속(B2)을 발생한다.
따라서 상쇄전선(225)에 의해 f2 성분의 자속을 상쇄함으로써 공급전원(213)의 f1 및 f2의 주파수 성분 전류에 의해 발생하는 자속을 차폐할 수 있다.
또한 상쇄전선(225)에서 발생하는 유도되는 기전력 검출을 위한 제2집전회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상쇄전선(225)과 제2공진캐패시터(226)를 폐회로로 구성하여 상쇄자속을 발생하는데 그치지 않고 상쇄자속에 의한 기전력이 충분히 큰 경우에는 이를 집전회로를 통하여 원하는 전원 형태로 변환함으로써 에너지원으로 사용할 수도 있다.
도 3은 상쇄자속을 발생하기 위하여 상쇄전원을 추가한 경우를 예시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이 f2 주파수 성분의 자속을 감쇄하기 위하여 능동적으로 감쇄하기 위한 상쇄전원(227)을 추가하고 제2공진캐패시터(226)의 용량을 f2 성분의 전류에 공진하도록 설정한다.
한편, 도 2 및 도 3에서 상쇄전선(225)의 갯수는 하나인 것으로 도시하였으나 공급전원(213)의 입력에 포함된 주파수성분의 갯수에 따라 상쇄전선 및 대응되는 제2공진캐패시터의 갯수도 달라진다. 예를 들어, 공급전원(213)의 입력에 포함된 주파수성분이 f1, f2, f3라면 상쇄전선-제2공진캐패시터 회로도 f2, f3 성분의 자속을 각각 상쇄하도록 2개의 상쇄전선-제2공진캐패시터 회로를 구비한다.
이와 같이, 복수개 주파수성분의 자기장으로부터 집전에 필요하지 않은 주파수성분의 자속을 감쇄함으로써 집전장치 외부로 불필요한 자속의 방출량을 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명이 자기장 통신신호의 수신에 사용되는 경우 자기장 통신신호에 섞여있는 간섭을 제거하여 원하는 주파수의 깨끗한 자기장 통신신호만 수신가능하게 되는 효과가 있다.
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 복수개 주파수성분의 자기장으로부터 집전에 필요하지 않은 주파수성분의 자속을 감쇄함으로써 외부로 불필요한 자속의 방출량을 줄이는 효과가 있어 유용한 발명이다.

Claims (5)

  1. 복수개의 주파수성분으로 전달되는 자속으로부터 유도기전력을 집전하기 위한 집전장치에 있어서,
    제1집전선;
    상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속에 의하여 유도되는 기전력에 대하여 상기 제1집전선과 공진하도록 연결된 제1공진캐패시터;
    상기 복수개의 주파수성분의 자속 중에서 전력전송 주파수 성분의 자속을 제외한 나머지 주파수성분의 자속을 각각 감쇄하기 위한 하나 이상의 상쇄전선; 및
    상기 나머지 주파수성분의 자속에 의해 유도되는 기전력에 대응되어 각각의 상기 상쇄전선과 공진하도록 각 상쇄선로마다 각각 연결되는 하나 이상의 제2공진캐패시터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상쇄전선에는 전원이 연결되지 않고, 상기 상쇄전선은 상기 제2공진캐패시터와 연결되어 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 집전장치는,
    상기 상쇄전선에서 유도되는 기전력을 추출하기 위한 집전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 집전장치는,
    상기 상쇄전선에 해당 주파수 성분의 자속을 상쇄하는 방향으로 상쇄자속을 발생하도록 해당 공진주파수의 전원을 공급하는 상쇄전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  5. 복수개의 주파수성분으로 자속을 발생하는 급전장치; 및
    제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 집전장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치.
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