单位变流器单元及用于线性调节利用其的输出电力的电磁感应方式的电源供给装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单位变流器单元及电磁感应方式的电源供给装置，尤其，涉及可根据 以具有特定共振频率的方式形成的单位变流器单元的数量来线性调节输出电力的电磁感 应方式的电源供给装置。
【背景技术】
[0002] 通常，利用产生于配电线路的磁场来产生电力的变流器的方法中，由于配电线路 的线路电流并非实时恒定，尤其根据位置所变化的幅度大，因而应根据设置场所来考虑变 流器的特性如变流器的大小及容量来单独设计并制作。
[0003] 尤其，存在随着所需的输出电量的增加，变流器的大小变大的趋势，尤其，如分离 型变流器，通过增加变流器的大小来增加输出电量将产生很多费用并需做很多工作。
[0004]即使在可设计并制作这种分离型变流器的情况下，由于制作可收容上述变流器的 外箱将产生很多技术问题并花费很多费用，因而在体现利用分离型变流器的电源供给装置 方面需花费很多费用并存在局限性。
[0005] 尤其，大部分的变流器主要用作传感器，而不是发电机，因而增加电力输出量大部 分仅从改善信号与杂音的比例的观点进行研究，在电源供给装置方面对分离型磁芯的研究 至今仍处于微不足道的状态。
[0006] 另一方面，由于根据设置环境，配电线路存在多种最小线路电流，因而可由利用变 流器的电源供给装置产生的电力存在局限性，由于这种原因，需要分别不同地设计基于各 环境的变流器。并且，由于变流器的大小基于使用所需的最小电量的系统而不同，因而为了 得到所需的电量，则需要多的时间和费用。
[0007] 以下，参照图1及图2来察看电磁感应方式的电源供给装置的功率设计的难点。图 1为配电线路用电源供给装置的示意图，图2为分离型磁芯的立体图。
[0008] 如图1所示，配电线路用电源供给装置包括：变流器（CurrentTransformer)，借 助从流经配线线路上的第一电流I来感应出交流电流；整流器，用于将与从变流器（CT)感 应出的交流电流相对应的感应电压转换成直流电压。此时，输出电压Vo可根据变流器的磁 芯的大小来决定。
[0009] 另一方面，考虑便于设置及去除配线线路，变流器可使用分离型磁芯，如图1的 (b)部分所示，也有使用多个相同或类似的磁芯的方法。例如，图1的（c)部分示出内径为 44mm、外径为75mm以及长度为90mm的分离型磁芯，图1的（d)部分示出两个内径为44mm、 外径为75mm以及长度为45mm的分离型磁芯，若相合这两个磁芯，就成为与图1的（c)部分 的分离型磁芯相同的大小。
[0010] 并且，如图1的（a)部分或图1的（c)部分所示，优选地，为了随着所需的输出电 力的增加来增加基于分流器的感应电力，尽可能使用大小更大的如长度更长的磁芯，但是 这将产生如下问题。
[0011] 首先，察看磁芯的普遍特性，由以下数学公式1及数学公式2求得借助线路电流来 在磁芯产生的自感（L)及此时变流器的共振频率（f)。
[0012] 数学公式1
[0016]其中，h为磁芯的相对磁导率（relativepermeability)，1为磁芯内的磁场回 路的长度，n为卷绕于磁芯的线圈的卷绕数，S为磁芯的截面积。
[0017] 由数学公式1及数学公式2可知，为了增加感应于磁芯的磁场，需要增加线圈 的卷绕数、磁芯的尺寸如磁芯的截面积及磁芯的相对磁导率。但是，这将导致自感和电 容的增加，从而使共振频率（f)减少，尤其当取得电源时，接近作为线路电流的频率的 60Hz(50Hz)，因而将失去作为电源供给装置的功能。
[0018] 并且，在制作磁芯方面，也是磁芯的大小越大，制作成本将大大增加，因此，外箱的 设计费用也将大大增加。因此，将磁芯制作成具有将共振频率考虑在内的图2的（d)部分 中的磁芯的大小，来得到与图2的（c)部分相同的效果，将更加经济。即，优选地，将图2的 (d)部分的大小的变流器作为单位大小来制作变流器，从而增加电力。但是，即使在这种情 况下，由于输出电力并不随着追加单位大小的变流器来成比例增加，因而难以设计适合适 当的功率大小的系统。
[0019] 对此，进一步察看，由数学公式3来表示激发包围着磁芯的线圈的磁通量 (Magnetic Flux)的大小（伞）。
[0020] 数学公式3
[0022] 其中，W为磁芯的宽度，h为磁芯高度，^为磁芯的相对磁导率，真空磁导率为y。 =4JT10 7 (H/m) 〇
[0023] 此时，由数学公式4来表示在线圈的端子感应的电压。
[0024] 数学公式4
[0026] 其中，N为线圈的卷绕数。
[0027] 由数学公式5表示通过利用数学公式3及数学公式4来感应的电压的均方根 (RMS,rootmeansquare)值。
[0028] 数学公式5
[0030] 其中，f为感应电流的频率。
[0031] 上述多个数学公式未包括对在分离型磁芯的截面产生的空隙（AirGap)的建模， 但可充分分析变流器的整体动作。
[0032] 此时，由数学公式6表示配线线路的线路电流I，由数学公式7表示借助线路电流 的磁芯的感应电流。
[0033] 数学公式6
[0034] I=I0Cos (2 JT ft)
[0035] 数学公式7
[0036] i = i0cos (2JTft+ 9)
[0037] 其中，0意味着激发电压和激发电流的相位差，这是由于线圈在交流（AC)线路上 起到感应性及容量性负荷的作用，来使激发电压和激发电流具有互不相同的相位。
[0038] 最终，由以下数学公式8表示在线圈感应的电力。
[0039] 数学公式8
[0040] P=v〇i〇U rcos(9)
[0041] 其中，配线线路的电流的感应电压及感应电流的最大值（^、〇根据使用人员的 使用程度实时变化，由此，也将发生变化，并且在磁芯感应的磁通量的大小（(6)也将发 生变化，最终，所感应的电压及电流的大小以及相位差（0)也将发生变化。因此，即使简单 地增加磁芯的功率，但是由于所感应的电压及电流的大小以及相位的差异，输出电力也无 法增加到两倍。
[0042] 图3为示出以往的基于串联的变流器的数量的输出电力的曲线图。
[0043] 如图3所示，在简单地将磁芯串联的情况下，虽然输出电量随着配线线路的电流 的增加来增加，但是未呈现出输出电量对所串联的磁芯的数量成比例增加。
[0044] 为了解决这种问题，即使排除至少因线路电流的大小的变化率来使感应电压及感 应电流的最大值产生变化，也需要防止因电压和电流的相位差而产生的最大功率的减少。 [0045]另一方面，使用利用磁场的感应电力的分离型磁芯方式的电源供给装置其本身就 是电源供给装置，通常为了增加功率，可增加磁芯的大小或串联多个小型芯来实现。但是如 现有韩国特许申请第10-2009-0088179号中的记载，即使增加磁芯的数量，感应电压和输 出电力并未成比例增加。
[0046] 因此，为了利用分离型磁芯来体现电源供给装置，需满足如下条件。
[0047] (1)可容易应对基于配线线路的电流大小的输出电量。
[0048] (2)与配线线路的最小电流大小无关地仅通过追加变流器来容易实现所需的输出 电力。
[0049] (3)与所需的输出量无关地容易设计外箱，并且容易制作分离型变流器。
[0050] (4)将分离型变流器的大小确定为不受共振频率的影响的程度的大小。
【发明内容】
[0051] 技术问题
[0052] 为了解决如上所述的现有技术问题，本发明提供由于可根据需要容易向配线电路 追加或去除单位变流器单元，因而可线性调节输出电力的单位变流器单元。
[0053] 并且，本发明的另一目的在于，提供通过利用单位变流器单元来使得容易设计输 出电力，并且无需制作单独的外箱或可将追加制作最小化的用于线性调节输出电力的电磁 感应方式的电源供给装置。
[0054] 解决问题的手段
[0055] 为了解决上述问题本发明的特征在于，包括：变流器，以电磁感应方式从流经线路 的第一电流感应出第二电流，上述变流器具有比上述第一电流的频率大两倍以上的共振频 率；以及转换部，用于将上述变流器的功率转换成直流电。
[0056] 在一实施例中，上述变流器可具有满足上述共振频率的磁芯的截面积、长度、相对 磁导率及回路的圈数。
[0057] 在一实施例中，上述变流器可具有满足上述共振频率的最小大小。
[0058] 在一实施