KR100542137B1 - 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치의 구조와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 전력선 통신을 위해 전력선통신용 데이터 송수신 장치와 연결되어 전력선에 통신 신호를 커플링하는 자기 유도성 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치는 자성체, 통신용 단자, 신호선 등을 기본 구성으로 하고, 상기 자성체를 절연성, 내구성, 접지를 목적으로 고분자 수지나 금속을 이용한 외부 케이스에 삽입하거나 절단하여 제작하는 방법을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은, 상기 자기 유도성 장치에 대전류 특성을 향상시키는 목적으로 절단면에 갭이나 얇은 물질을 삽입하여 전력선에 비접촉식으로 설치되고, 단상 혹은 다상의 저압 및 고압 전력선에 자기 유도성을 이용하여 캐리어신호를 고압 전력선에 송신하고, 고압 전력선의 캐리어신호를 상기 데이터 송수신 장치에 수신하는 커플링을 목적으로 응용된다.

전력선 통신, 커플러, 고전압, 고주파

Description

전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치의 구조와 그 제조 방법{Structure and Fabrication of Inductive Clamp-Coupler for the Power Line Commucation}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치의 개략도

도 2는 도 1의 회로도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치를 전력선에 설치한 상태를 예시한 도면

도 4는 도 1에 도시된 자성체의 제 1 실시예에 따른 구조 및 고분자 수지를 이용한 코팅 형상을 예시한 도면

도 5는 도 1에 도시된 자성체의 제 2 실시예에 따른 구조 및 이를 삽입하기 위한 외부 금속 케이스의 구조를 예시한 도면

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 자기 유도성 장치를 전력선에 설치한 상태 및 신호선을 권선하는 방법을 예시한 도면

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 자기 유도성 장치를 전력선에 설치한 상태 및 신호선을 권선하는 방법을 예시한 도면

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치의 측정된 신호전송 특성도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 자기 유도성 장치 10 : 전력선

20 : 자성체 30 : 신호선

40, 41 : 연결단자 50 : 데이터 송수신 장치

본 발명은 광대역 전력선 통신을 위해 전력선통신용 데이터 송수신 장치와 연결되어 전력선에 통신 신호를 커플링하는 비접촉식 자기 유도성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성체, 통신용 단자, 신호선 등을 기본 구성으로 하고, 전력선에 비접촉식으로 설치되어 캐리어신호를 고압 전력선에 송신하고, 고압 전력선의 캐리어신호를 상기 데이터 송수신 장치에 수신하는 자기 유도성 장치의 구조와 제조방법에 관한 것이다.

현재 본 발명에서 제시하는 수 백 암페어(A)급의 고전압에서 안정적이고 우수한 신호전달 특성을 갖는 자기 유도성 장치는 전력선의 절연피복을 제거하고 직접 연결하는 접촉식 커플러가 개발되어 있지만, 안정성과 복잡한 설치과정의 문제점 때문에 상용화가 어려운 실정이다.

전력선 통신(Power Line Communication)은 기존 포설된 망 중에서 가장 넓은 분포도를 갖는 전력선을 이용하여 통신신호를 전달하는 것으로써, 전력선이 전용 통신 선으로 설계, 설치 및 운용되고 있지 않기 때문에 다양한 종류의 전기부하들이 복잡하게 연결됨에 따라 전력 전달 시 생성되는 간섭현상과 변압기를 통해 데이터를 전송하는데 핵심적인 문제점을 가지고 있다.

또한, 전력선을 이용한 통신기술의 발전으로 인하여 새로운 통신망으로 관심을 받게 되었고, 각 가정의 홈 네트워크나 전력소비 감시제어 또는 인터넷 통신 등의 여러 응용분야에 적용되어 별도의 통신선을 사용하지 않고 초고속 통신망을 구축할 수 있기 때문에 향후 전력선 통신은 더욱 발전될 전망이다.

따라서 본 발명의 목적은, 광대역 전력선 통신을 위해 전력선통신용 데이터 송수신 장치와 연결되고 전력선에 비접촉식으로 설치되어 캐리어신호를 전력선에 송신하고, 전력선의 캐리어신호를 상기 데이터 송수신 장치에 수신하는 자기 유도성 장치의 구조와 제조방법을 제공함에 있다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치는 자성체, 통신용 단자, 신호선 등을 기본 구성으로 하고, 상기 자기 유도성 장치에 접지, 저항이나 콘덴서를 추가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치는 상기 자성체를 절연성, 내구성, 접지를 목적으로 고분자 수지나 금속을 이용한 외부 케이스에 삽입하거나 절단하여 제작하는 방법을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력선 통신용 자기 유도성 장치는 대전류 특성을 향상시키는 목적으로 절단면에 갭이나 얇은 물질을 삽입하여 전력선에 비접촉식으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기의 전력선 통신용 자기 유도성 장치를 단상 혹은 다상의 저압 및 고압 전력선에 자기 유도성을 이용하여 1 kHz ~ 100 MHz 범위의 통신 신호를 커플링하는 목적으로 응용되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치의 구조 및 제조방법에 대해서 상세하게 설명기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치의 개략도로써, 본 발명에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)는 한 개의 자성체(20)를 전력선(10)에 결합하고, 이 자성체(20)에 신호선을 권선하여 BNC나 SMA 형태의 연결단자(40)를 구성하고 전력선 통신용 데이터 송수신 장치(50)의 신호단자(41)와 연결되는 구조를 갖는다.

본 발명에서 고안된 자성체(20)는 토로이드(Toroid)형상으로서, 그 내경부에 전력선(10)이 관통하는 형태로 설치되며, 주파수 1 kHz에서 50 MHz범위에서 20 이상의 투자율과 0.4 T 이상의 자속밀도의 특성을 갖는 자성재료가 이용된다.

본 발명에서 고안된 자성체(20)는 신호선(30)을 통해서 인가되는 데이터 송수신 장 치(50)의 전기신호를 전력선(10)에 유도기전력(렌쯔의 법칙)을 이용하여 통신 주파수를 송신할 수 있게 한다.

또한 전력선(10)에 인가되어 있는 통신신호를 상기 언급한 방법으로 신호선(30)에 유도하여 데이터 송수신장치에 수신할 수 있게 한다.

도 2는 도 1에 도시된 전력선 통신용 자기 유도성 장치의 회로도로서, 동 도면에서는, 본 발명에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)는 전력선 통신용 데이터 송수신 장치(50)에 연결되는 신호선(30) 뿐만 아니라 상기의 유도성 장치(1)와 데이터 송수신 장치(50)를 보호할 수 있는 접지 단자(120)가 포함되어 있는 구조를 나타냈다.

그리고, 상기 전력선 통신용 데이터 송수신 장치(50)와 임피던스를 매칭하기 위해서 신호선에 저항, 커패시터(130)등과 같은 수동소자를 직렬, 혹은 병렬로 접합하여 신호전송특성(S₂₁)을 향상시킬 수 있도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)를 고압전력선(10)에 설치한 상태를 예시한 도면으로서, 본 발명에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)는 고압전력선(10)에 비접촉식으로 설치될 수 있으며, 상기의 자기 유도성 장치(1)에 포함된 신호선(30)을 이용하여 데이터 송수신 장치(50)와 연결되어 수용가의 옥내에서 송신된 통신신호가 저압전력선(101)을 거쳐 주상 혹은 지중 변압기를 통과하지 않고 자성체의 유도기전력을 이용하여 전력선에 커플링 될 수 있도록 설치된다.

또한 전력선(10)에 인가되어 있는 통신신호를 상기 언급한 방법으로 신호선(30)에 유도하여 데이터 송수신장치에 수신하고, 저압 전력선에 송신할 수 있게 한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)의 자성체(20) 구조 및 고분자 수지(110)를 이용한 자기 유도성 장치를 예시한 도면이다.

여기서, 자성체(100)는 절연성과 내구성을 향상시키기 위해서 고분자 수지(110)로 코팅하였고, 그 내경부에 고압전력선(10)이 관통하여 설치가 용이하도록 높이 방향(z축)으로 절단하여 분리되는 구조로 이루어져 있다.

그리고, 신호선(30)은 고분자 수지(110)로 코팅된 자성체(100)의 한쪽 개구부를 통해서 내경부로 인입하고, 다른 한쪽의 개구부를 통해 자성체(100)의 외경부로 인출되어 BNC나 SMA 형상의 연결단자(40)와 결합된다.

상기의 유도성 장치(1)와 데이터 송수신 장치(50)를 보호할 수 있는 접지 단자(120)는 전도성이 우수한 금속선이나 금속박을 이용하여 자성체에 연결하고, 상기의 자성체와 동시에 고분자 수지로 코팅하여 본 발명의 자기 유도성 장치(1)에 고정될 수 있도록 하였다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)의 자성체(20) 구조 및 이를 삽입하기 위한 외부 금속 케이스의 구조를 예시한 도면이다.

도 4의 제 1 실시예에 따른 자기 유도성 장치(1)의 기본적인 구성과 동일하게 자성체(100)는 절연성과 내구성을 향상시키기 위해서 고분자 수지(110)로 코팅하였고, 그 내경부에 전력선(10)이 관통하여 설치가 용이하도록 높이 방향(z축)으로 절단하여 분리되는 구조로 이루어져 있다.

그러나, 본 발명의 제 2 실시예에서 신호선의 구성은 전도성이 우수한 금속재질을 이용하여 고분자 수지(110)로 코팅된 자성체(100)의 외부, 하부나 상부의 한쪽, 내부를 둘러싸는 금속 케이스(111)를 이용하여 구성하였다.

또한, BNC나 SMA 형상의 연결단자(40)를 별도의 신호선 없이 금속 케이스에 직접 접합(400, 401)하고, 자성체(100)와 함께 고분자 수지(110)로 코팅하여 상기의 자기 유도성 장치(1)에 고정될 수 있다.

상기의 유도성 장치(1)와 데이터 송수신 장치(50)를 보호할 수 있는 접지 단자(120)는 전도성이 우수한 금속을 이용하여 자성체와 고분자 수지를 둘러싸고 있는 금속 케이스(111)에 접합하여 본 발명의 자기 유도성 장치(1)에 고정될 수 있도록 하였다.

도 6은 도 4에 도시된, 고분자 수지(110)로 코팅하고 높이 방향(z축)으로 절단하여 분리된 자성체(100)를 결합하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)를 전력선에 설치한 상태 및 신호선을 권선하는 방법을 나타내는 도면이다.

도시되고 있는 바와 같이, 상기의 자기 유도성 장치(1)는 내경부에 전력선(10)과 신호선(30)을 수용하고 절연테이프로 고분자 수지(110)로 코팅된 자성체(100)의 외경부를 여러 겹 둘러싸서 절단된 두 개의 자성체(100)가 유동되지 않도록 고정하였다.

또한, 절단하여 분리된 두 개의 자성체(100)가 내경부에 전력선(10)과 신호선(30)을 함유하고 결합되었을 때, 결합면에 높은 평탄도를 유지하여 자성체(100)에서 생 성된 자속의 누설이 최소화 될 수 있게 구성되며, 전력선(10)에 대전류가 통전되는 조건에서도 우수한 전자기적 특성을 유지하기 위해서 분리된 두 개의 자성체(100) 결합면에 얇은 물질(예컨대, 절연테이프 등)을 삽입하여 자성체의 포화전류 특성을 증가시키는 것이 가능하도록 이루어져 있다.

도 7은 도 5에 도시된, 자성체(100)를 결합하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)를 전력선에 설치한 상태 및 신호선을 권선하는 방법을 나타내는 도면이다.

도시되고 있는 바와 같이, 상기의 자기 유도성 장치(1)는 내경부에 전력선(10)을 수용하고 신호선(30)으로 사용되고 있는 금속 케이스(111)의 외경부를 절연테이프로 여러 겹 둘러싸거나, 금속 케이스(111)에 경첩(hinge)과 걸쇠(catch)를 장착하여 절단된 두 개의 자성체(100)가 유동되지 않도록 고정할 수 있다.

또한, 절단하여 분리된 두 개의 자성체(100)가 내경부에 고압전력선(10)을 함유하고 결합되었을 때, 결합면에 높은 평탄도를 유지하여 자성체(100)에서 생성된 자속의 누설이 최소화 될 수 있게 구성되며, 고압전력선(10)에 대전류가 통전되는 조건에서도 우수한 전자기적 특성을 유지하기 위해서 분리된 두 개의 자성체(100) 결합면에 얇은 물질(예컨대, 절연테이프 등)을 삽입하여 자성체의 포화전류 특성을 증가시키는 것이 가능하도록 이루어져 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치(1)의 신호전송 특성을 네트워크 어낼라이저(Network Analyzer)를 이용하여 측정한 결과도로써, 1 kHz ~ 30 MHz에서는 -5 dB 이상, 30 MHz ~ 50 MHz에서는 -7 dB 이상의 우수한 특성 을 갖고 있다.

따라서, 본 발명에서 제시하는 광대역 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치는 데이터 송수신 장치와 연결되어 통신신호를 전력선에 커플링 함에 있어서 높은 효율의 신호전송 특성을 나타낼 것으로 판단된다.

위에서 설명하고 있는 본 발명에 따른 전력선 통신용 자기 유도성 장치는, 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 자성체의 유도기전력(렌쯔의 법칙)을 이용하여 통신 주파수를 송수신할 수 있도록 구성되기 때문에, 전력선 통신용 데이터 송수신 장치를 전력선에 직접 접촉시키지 않고 설치할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은, 신호선을 전력선에 직접 납땜하여 접합하는 설치 공정 없이, 고압 전력선을 내경부에 수용하고 절단하여 분리된 자성체를 결합하여 설치완료 할 수 있기 때문에 설치 공정의 단순화 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 전도성이 우수한 금속 케이스를 신호선으로 이용하고, BNC나 SMA 형상의 신호연결 단자를 접합하여 자성체와 함께 고분자 수지로 코팅하여 자기 유도성 장치에 고정함으로써 자성체, 신호선, 연결단자를 일체화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 주파수 1 kHz에서 50 MHz범위에서 20 이상의 투자율과 0.4 T 이상의 자속밀도의 특성을 갖는 토로이드 형상의 자성체를 이용하여 그 내경부에 전력선이 관통하고, 신호선을 자성체의 한쪽 개구부를 통해서 내경부로 인입하고, 다른 한쪽의 개구부를 통해 자성체의 외경부로 인출하여 권선하고 양쪽 끝을 BNC나 SMA 형태의 단자와 연결하고 전력선 통신용 데이터 송수신 장치의 입출력 단자에 부착하여 전력선에 통신 신호를 커플링하는 비접촉식 자기 유도성 장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 장치는 자성체, 자성체를 권선하고 있는 신호선, 신호선 양쪽 끝을 연결하는 통신용 단자를 기본 구성으로 하고, 여기에 저항이나 콘덴서, 인덕터를 신호선에 직, 병렬로 추가 연결하여 임피던스 매칭을 통한 1 kHz ~ 100 MHz의 주파수 범위에서 감쇠율이 0 ~ -15dB의 특성을 발휘하도록 구성하는 비접촉식 자기 유도성 장치
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자성체를 절연성, 내구성, 접지를 목적으로 고분자 수지나 금속을 이용한 케이스에 삽입하고 자성체와 케이스 내부면과의 공간에 고분자 수지를 몰딩하여 자성체와 케이스를 고정하고, 상기 장치를 높이 방향(Z축)으로 절단하여, 운용되고 있는 저압 및 고압 전력선의 절단없이 내경부를 관통할 수 있도록 제작하는 방법을 특징으로 하는 비접촉식 자기 유도성 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   자성체를 권선하는 신호선으로 이용하기 위한 목적으로 유도성 장치를 구성하는 자성체의 외부, 하부나 상부의 한쪽, 내부를 둘러싸도록 연결된 전도성이 우수한 금속 케이스를 사용하여 신호선에서 발생하는 감쇠를 최소화 하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   제시한 방법으로 제작한 장치에 대전류 특성을 향상시키는 목적으로, 절단하여 분리된 두 개의 자성체 결합면에 갭이나 얇은 물질(예컨대, 절연테이프 등)을 부착하여 결합면에 공극을 형성함으로써 자성체의 포화전류 특성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 장치를 구성하고 있는 자성체의 내경부를 관통하고 있는 전력선과 신호선을 통하여 신호선에 인가되어 있는 데이터 송수신 장치의 전기신호를 자성체의 유도기전력(렌쯔의 법칙)을 이용하여 전력선에 1 kHz ~ 100 MHz 범위의 통신 신호를 송신하고, 전력선에 인가되어 있는 통신 신호를 신호선에 유도하여 데이터 송수신장치에서 수신하는 것을 목적으로 응용되는 전력선 통신용 비접촉식 자기 유도성 장치.

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