KR20060076796A

KR20060076796A - Contactless power supply

Info

Publication number: KR20060076796A
Application number: KR1020040115143A
Authority: KR
Inventors: 김종무; 구대현; 강도현
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-07-05

Abstract

비접촉 전원 공급 장치가 개시되어 있다. 본 발명은, 1차측 누설 인덕턴스, 2차측 누설 인덕턴스, 및 자화 인덕턴스로 구성되는 비접촉 변압기와; 상기 1차측 누설 임피던스를 상쇄시키기 위해 상기 1차측 누설 인덕턴스와 직렬로 형성된 캐패시터를 포함하는 직렬 공진 회로와; 2차측의 부하 변동에 따른 일정한 출력 특정을 획득하기 위해 상기 2차측 누설 인덕턴스와 병렬로 형성된 캐패시터를 포함하는 병렬 진공 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하여, 양질의 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있다.A contactless power supply is disclosed. The present invention relates to a non-contact transformer comprising a primary leakage inductance, a secondary leakage inductance, and a magnetization inductance; A series resonant circuit comprising a capacitor formed in series with said primary side leakage inductance to cancel said primary side leakage impedance; It is characterized in that it comprises a parallel vacuum circuit including a capacitor formed in parallel with the secondary leakage inductance in order to obtain a constant output specification according to the load variation of the secondary side, it is possible to supply a stable power of good quality to the load. .

비접촉 변압기, 비접촉 전원 공급 장치, 이중 공진, 누설 임피던스Contactless transformer, contactless power supply, double resonance, leakage impedance

Description

Non-Contacting Power Supply Unit

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 공진 구조 방식의 비접촉 변압기 장치에 대한 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing the configuration of a non-contact transformer device of the dual resonant structure method according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하에 따른 이중 공진 구조의 비접촉 변압기의 출력 특성 곡선을 나타낸 도면이다.2 is a view showing an output characteristic curve of a non-contact transformer of a dual resonant structure according to a load according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 비접촉 변압기 200 : 제1 캐패시터100: non-contact transformer 200: first capacitor

300 : 제2 캐패시터 400 : 제1 출력 전압 특성 그래프300: second capacitor 400: first output voltage characteristic graph

500 : 제2 출력 전압 특성 그래프 600 : 중부하시 출력 특성 곡선500: second output voltage characteristic graph 600: output characteristic curve at heavy load

700 : 50% 부하시 출력 특성 곡선 800 : 경부하시 출력 특성 곡선700: Output characteristic curve at 50% load 800: Output characteristic curve at light load

본 발명은 이중 공진 구조를 가진 비접촉 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직선 왕복 운동을 하는 이동체에 비접촉으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact power supply having a double resonant structure, and more particularly to a power supply for supplying power in a non-contact manner to a moving object in a linear reciprocating motion.

일반적으로 전원 공급 장치는 특정 장치의 전력 전송을 위하여 비접촉 변압기가 필요하게 된다. 그러나 비접촉 변압기는 이동의 변위에 따라 길게는 수십 M의 자기 결합이 이루어지지 않는 자속의 누설 부분이 발생한다. 이를 극복하기 위하여 1차측을 직렬 공진 회로를 구성하여 원하는 출력을 얻기 위해서 2차측의 출력 전압을 1차측으로 피드백하여 1차측 인가 전원의 크기와 주파수를 조정하였다. Generally, a power supply requires a contactless transformer for power transmission of a specific device. However, the non-contact transformer generates a leakage portion of magnetic flux that does not have magnetic coupling of several tens of meters depending on the displacement of the movement. In order to overcome this problem, in order to obtain a desired output by constructing a series resonant circuit on the primary side, the output voltage of the secondary side was fed back to the primary side, and the magnitude and frequency of the primary applied power were adjusted.

특히 2차측 부하가 변동되는 경우는 회로의 특성상 2차측 출력 전압이 크게 변동되어 2차측 전원 안정화 회로를 두어 일정한 출력 전압을 얻었다. 이를 경우 부하 용량에 따라서 2차측 안정화 회로의 용량도 증대되고 소자의 전압 내압도 증가하여 시스템의 신뢰성은 낮아지고 상기 시스템을 구축하는데 소요되는 비용은 증가한다는 문제점이 있어 왔다.In particular, when the secondary load is fluctuated, the secondary output voltage fluctuates greatly due to the characteristics of the circuit, and a secondary output power stabilization circuit is provided to obtain a constant output voltage. In this case, the capacity of the secondary side stabilization circuit is increased according to the load capacity, and the voltage withstand voltage of the device is also increased, thereby lowering the reliability of the system and increasing the cost of constructing the system.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비접촉으로 전원을 공급하는 전원 장치에 있어서 1차측과 2차측에 모두 공진회로를 구성한 이중 공진 회로를 구성함으로써, 비접촉으로 양질의 안정된 전원을 부하에 공급하기 위한 이중 공진 구조의 비접촉 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-contact, high-quality circuit by forming a double resonant circuit in which a resonant circuit is formed on both a primary side and a secondary side in a power supply apparatus that supplies power in a non-contact manner. It is to provide a non-contact power supply of a dual resonant structure for supplying a stable power to the load.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치는, Non-contact power supply of the present invention for achieving the above object,

1차측 누설 인덕턴스, 2차측 누설 인덕턴스, 및 자화 인덕턴스로 구성되는 비접촉 변압기에 있어서,In the non-contact transformer composed of the primary leakage inductance, the secondary leakage inductance, and the magnetizing inductance,

상기 1차측 누설 임피던스를 상쇄시키기 위해 상기 1차측 누설 인덕턴스와 직렬로 형성된 캐패시터를 포함하는 직렬 공진 회로; 및A series resonant circuit comprising a capacitor formed in series with said primary side leakage inductance to cancel said primary side leakage impedance; And

2차측의 부하 변동에 따른 일정한 출력 특정을 획득하기 위해 상기 2차측 누설 인덕턴스와 병렬로 형성된 캐패시터를 포함하는 병렬 진공 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a parallel vacuum circuit including a capacitor formed in parallel with the secondary leakage inductance in order to obtain a constant output specification according to the load variation on the secondary side.

바람직하게는, 1차측의 누설 임피던스를 상쇄시키기 위한 직렬 공진 회로와 2차측의 부하 변동에 따른 일정 출력 특성을 얻기 위한 병렬 진공 회로를 구성하여 근접한 두 공진 주파수의 중간 주파수에서 운전을 하면 2차측의 부하 변동에도 안정된 일정한 출력 전압을 얻을 수 있는 비접촉 전원 공급 장치를 구성할 수 있다.Preferably, a series resonant circuit for canceling the leakage impedance on the primary side and a parallel vacuum circuit for obtaining a constant output characteristic according to load variation on the secondary side are constructed to operate at intermediate frequencies of two adjacent resonance frequencies. It is possible to configure a non-contact power supply that can obtain a stable constant output voltage even under load fluctuations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 이중 공진 구조를 가진 비접촉 변압기의 등가 회로에 대한 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of an equivalent circuit of a non-contact transformer having a double resonant structure according to the present invention.

본 발명에 따른 이중 공진 구조의 비접촉 변압기를 포함하는 비접촉 전원 공급 장치는 비 접촉 변압기(100), 제1 캐패시터(200), 및 제2 캐패시터(300)를 포함하여 구성된다.The non-contact power supply device including the non-contact transformer of the dual resonant structure according to the present invention includes a non-contact transformer 100, a first capacitor 200, and a second capacitor 300.

상기 비 접촉 변압기(100)는 1차측의 큰 누설 인덕턴스(110), 2차측의 작은 누설 인덕턴스(120), 및 자화 인덕턴스(130)로 구성된다.The non-contact transformer 100 includes a large leakage inductance 110 on the primary side, a small leakage inductance 120 on the secondary side, and a magnetization inductance 130.

상기 제1 캐패시터(200)는 1차측의 직렬 공진 회로를 구성하기 위해 상기 비 접촉 변압기(100)의 상기 1차측의 큰 누설 인덕턴스(110)와 직렬로 연결되며, 상기 제2 캐패시터(300)는 2차측과 병렬 공진을 하기 위해 상기 2차측의 작은 누설 인덕턴스(120)와 병렬로 연결된다.The first capacitor 200 is connected in series with the large leakage inductance 110 on the primary side of the non-contact transformer 100 to form a series resonance circuit on the primary side, and the second capacitor 300 is In parallel with the secondary side, a small leakage inductance 120 of the secondary side is connected in parallel.

상기 이중 공진 구조에서는 1차측에 공급하고자 하는 전원 주파수의 아래 주파수에 1차측 직렬 공진점을 설정하고 2차측 병렬 공진점은 전원 주파수와 1차측 공진 주파수의 차를 더한 주파수에 공진점을 두어 시스템을 설계하여 운전 주파수에서 2차측의 부하 변동에 따른 안정된 출력 전압을 얻는다.In the dual resonant structure, the primary side series resonance point is set to the frequency below the power source frequency to be supplied to the primary side, and the secondary side parallel resonance point is designed by operating the system by putting the resonance point at the frequency plus the difference between the power source frequency and the primary side resonance frequency. A stable output voltage is obtained according to the load variation on the secondary side at the frequency.

도 2에 도시 된 바와 같이, 2차측의 부하 변동에 따라 1차측의 직렬 공진에 의한 2차측의 제1 출력 전압 특성 그래프(400)와 2차측의 병렬 공진에 의한 2차측의 제2 출력 전압 특성 그래프(500)를 나타내며, 또한 부하에 따른 특성 그래프를 함께 나타낸다. As shown in FIG. 2, the first output voltage characteristic graph 400 of the secondary side due to the series resonance of the primary side and the second output voltage characteristic of the secondary side due to the parallel resonance of the secondary side according to the load variation of the secondary side A graph 500 is shown, and a characteristic graph according to the load is also shown.

참조 번호 600은 2차측 부하가 정격 부하이고 1차측에서 일정한 전압의 전원을 공급한 상태에서 주파수만 가변 하였을 경우, 2차측의 출력 단의 출력 전압 특성 그래프(600)를 나타낸다. 또한, 참조 번호 700은 50% 부하인 경우 2차측 출력 전압 특성 그래프(700)를 나타내고, 참조 번호 800은 10%의 경부하인 경우 2차측 전압 특성 그래프(800)를 나타낸다.Reference numeral 600 denotes an output voltage characteristic graph 600 of the output stage of the secondary side when the secondary load is the rated load and only the frequency is changed in the state of supplying a constant voltage power supply from the primary side. Also, reference numeral 700 denotes a secondary output voltage characteristic graph 700 at 50% load, and reference numeral 800 denotes a secondary voltage characteristic graph 800 at light load of 10%.

도 2의 전원 주파수 및 부하에 따른 2차측의 출력 전압 특성 그래프를 살펴보면 근접한 두 공진점의 중간 주파수에서 부하에 따른 2차측의 출력 전압이 큰 변동 없이 안정된 특성을 보인다. 이 운전점을 1차측 전원 회로의 동작 주파수로 설 정하고 운전을 하면 2차측에서 큰 부하 변동에 대해 일정 범위의 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있게 된다. 따라서, 1차측과 2차측 간의 전원 안정을 위한 피드백 루프를 구성하지 않아도 되어 시스템이 간략화 된다.Referring to the output voltage characteristic graph of the secondary side according to the power source frequency and the load of FIG. If the operation point is set to the operating frequency of the primary power supply circuit and operated, the secondary side can supply a stable range of stable power to the load against large load fluctuations. Therefore, it is not necessary to configure a feedback loop for power supply stability between the primary side and the secondary side, thereby simplifying the system.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 이중 공진 구조의 비접촉 전원 공급 장치는 반도체 제조 공정의 이송 장비나 자기 부상 열차, 항만 크레인, 군수 장치 및 기타 선형 전동기 시스템의 전원 공급 장치로서 광범위하게 적용할 수 있다.The non-contact power supply device of the dual resonant structure according to the present invention made as described above can be widely applied as a power supply device for transfer equipment of a semiconductor manufacturing process or a maglev train, a port crane, a munition device and other linear electric motor systems. .

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 비접촉 전원 공급 장치에 의하면, 이중 공진 구조의 비접촉 전원 회로를 구성하여 2차측의 부하 변동에 대해 일정 범위의 안정된 출력 전압을 얻어서 기존 방식의 시스템에 비해 신뢰성을 높여 빠른 출력의 과도 응답 특성 개선과 양호한 품질의 출력 특성을 얻을 수 있으며, 피드백 루프를 제거하여 종래에 비해 장치의 설치 및 유지 보수가 용이하고 전체적이 구성의 단순화로 제작, 설치 비용의 절감과 고장률의 감소로 고신뢰성의 전원 장치 기술을 확보할 수 있다는 효과를 갖게 된다.As described in detail above, according to the non-contact power supply device of the present invention, by constructing a non-contact power supply circuit of a dual resonance structure to obtain a stable range of output voltage for the load variation of the secondary side, compared to the conventional system It is possible to improve the transient response characteristics of fast output and to obtain good quality output characteristics, and to eliminate the feedback loop, it is easier to install and maintain the device compared to the conventional one. As a result, the high reliability power supply technology can be obtained.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims. Anyone skilled in the art will have the technical idea of the present invention to the extent that various modifications or changes are possible.

Claims

In the non-contact transformer composed of the primary leakage inductance, the secondary leakage inductance, and the magnetizing inductance,

A series resonant circuit comprising a capacitor formed in series with said primary side leakage inductance to cancel said primary side leakage impedance; And

And a parallel vacuum circuit including a capacitor formed in parallel with the secondary side leakage inductance to obtain a constant output specification according to the load variation on the secondary side.

The method according to claim 1, wherein the magnetizing inductance

A first winding connected to the primary leakage inductance and

A second winding connected to the secondary leakage inductance;

And wherein the first and second windings have a turns ratio of 1: N.

The method according to claim 1 or 2, wherein the first frequency set in the series resonant circuit is set to a frequency less than a power supply frequency supplied to the first difference side,

And a second frequency set in the parallel resonant circuit is set to a frequency obtained by adding the difference between the power frequency and the first frequency to the power frequency.