KR0180047B1 - 유도 전력 배전 시스템 - Google Patents

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KR0180047B1
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pickup
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죤 탤보트 보이스
앤드류 윌리엄 그린
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파이퍼 제임스 윌리엄
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Abstract

본 발명은 전원과 상기 전원에 접속된 1차도전경로와 상기 1차도전경로와 연결하여 사용하기 위한 전기장치를 포함하여 구성되며, 상기 각 장치는 전력을 상기 1차도전경로와 관련한 자기장으로부터 유도하여 사용할 수 있으며, 상기 각 장치는 픽업코일과 그 픽업코일내에 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 출력부하를 가지는 유도전력 배전 시스템에 있어서, 상기 픽업코일은 픽업 공진 주파수를 가지는 공진회로를 포함하여 구성되며, 제1유도경로로부터 상기 픽업코일을 부분적으로 해제하는 수단을 가지는 유도전력 배전시스템에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
유도 전력 배전 시스템
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 하나 또는 그 이상의 전기장치로, 무선유도 수단에 의하여 공간을 통한 전력의 전송 및 배전을 하는 것에 관한 것이다. 이러한 장치는 대부분의 경우에 있어서, 그러한 장치가 위치될 수 있는 영역 또는 경로를 따라서 배치되는 고정 콘덕터로부터 적어도 어느 정도의 전력을 뽑아 쓸수 있는 이동식 또는 휴대용 전력소모품(차량, 휴대용 가전제품, 전기 수공구, 휴대용 전기기계, 충전기, 또는 휴대용 조명기구)들이다.
특히 본 발명은, 상기 콘덕터와 관련된 경로를 따른 여러 지점에서 정지 또는 이동할 수 있는 다수개의 차량으로 유도전력이 배전되는 유도전력 전송시스템에 관한 것이다.
[발명의 배경]
비록 본 발명은 다양한 상황에 적용될 수 있으나, 그의 주된 적용분야는 몇몇 차량상의 전력을 필요로 하는 차량 또는 특히 전기구동 차량에 관련될 것으로 기대된다. 물류 시스템 및 특히 모노레일과 콘베이어시스템에 관한 본 발명의 적용은 세계에서 가장 대규모의 콘베이어 및 물류시스템 제조업자중의 하나로 여겨지는 일본국 오오사카후 오오사카가시 니시요도가와구 미테지마 3쵸오메 2-11에 소재하는 다이후쿠 가부시키가이샤에 대하여 실시권이 설정되었다.
유도차량기술은 자동화창고, 로보트 및 컴퓨터제어 조립라인등에서 점차 중요성이 증대되고 있다. 전기적인 승객운송수단은 여러 해에 걸쳐서 광범위하게 사용되어 왔으나, 통상의 오버헤드형 콘덕터는 미학적, 위험성, 비용적, 설치성, 보수유지를 포함하는 많은 문제를 내재하고 있으며, 움직이는 차량에 부착된 콜렉터(팬토그래프 또는 카본블록 장치)는 종종 도선을 절단하고 다른 교통수단을 방해한다.
그러한 도선에 연결된 차량은 다른 것들을 통과시킬 수 없다. 닳아지는 표면 접점들은 오염의 결과로 단절되기 쉽다.
유도전력 전송은 이론상 스파크의 위험성이나 잘못된 접점과 관련된 기계적인 문제점들을 제거함으로써 팬토그래프나 브러쉬 접점장치에 대한 대체물을 제공하는 것으로 나타나고 있다. 그러나, 종래의 기술은 전기차량에 실제적인 전력의 배전을 하고 있지는 못하고 있다.
[선행기술]
19세기에 있어서, 이동하는 철도차량등으로부터 레일측의 콘덕터로의 전기 (전신)신호를 유도전송하는 것에 관련한 많은 특허가 발행되었다. 이들은 상당한 양의 에너지의 전송은 관련하고 있지 아니하다. 고전압 용량수단에 의하여 동력에너지의 전송을 다룬 다수의 특허(테슬라, 미합중국 특허 제514,972호)가 있으나, 이러한 것에 관련된 역사적인 특허는 1894년의 후틴과 르블랑(미합중국, 527,857 호)의 것으로, 대략 3KHz 교류의 유도가 제안되어 있다. 보다 최근에는, 1974년의 오토(OTTO)의 이론적 작업(뉴질랜드, 167,222 호)이 있으며, 여기에서는 4 내지 10KHz의 범위에서 운용되는 버스와 같은 차량용으로 직렬 공진 2차권선의 사용이 제안되었다.
[목적]
본 발명의 목적은 전력의 배전 및 전송을 위한 개선된 시스템을 제공하거나, 또는 적어도 유용한 선택으로써 공중에게 제공함에 있다.
[발명의 개시]
한 실시형태에 의하면, 본 발명은 전원과: 상기 전원에 접속된 1차도전 경로와; 상기 1차도전경로와 연결하여 사용하기 위한 전기장치를 포함하여 구성되며; 상기 각 장치는 전력을 상기 1차도전경로와 관련한 자기장으로부터 유도하여 사용할 수 있으며; 상기 각 장치는, 픽업코일과, 그 픽업코일내에 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 출력부하를 가지는 유도전력 배전시스템에 있어서, 상기 픽업코일은 픽업 공진주파수를 가지는 공진회로를 포함하여 구성되며, 제1 유도경로로부터 상기 픽업코일을 부분적으로 해제하는 수단을 가지는 유도전력 배전시스템이 제공된다.
본 발명의 한 형태에 의하면, 1차도전경로와 픽업코일사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은, 상기 전기장치에 장착되거나, 또는 전기장치가 하나이상인 경우에는, 각 장치마다 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보다 바람직한 형태에 의하면, 1차도전경로와 픽업코일 사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 1차도전경로와 픽업코일 사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단을 포함하여 구성된다.
바람직하게는 상기 전기장치는 이동식 또는 휴대용 장치이다. 본 발명의 임의적인 1 실시형태에 있어서, 출력부하는 1 또는 그 이상의 배터리에 전력을 공급하는 배터리 충전기를 포함하여 구성된다.
가장 바람직한 실시형태에 있어서 본 발명은 1차도전경로를 따라서 이동할 수 있는 1 또는 그 이상의 차량에 관련한다.
다른 실시형태에 있어서 본 발명은 : 전원과 ; 상기 전원에 접속된 1차도전경로와 ; 상기 1차도전경로와 관련하여 사용하기 위한 1 또는 그 이상의 차량을 포함하여 구성되며 ; 상기 차량은 적어도 그의 일부 전력을 상기 1차도전경로와 관련한 자기장으로부터 유도할 수 있으며 ; 상기 차량은, 픽업 공진주파수를 가지는 공진회로를 포함하여 구성되는 적어도 1개의 픽업코일과, 픽업코일내에서 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 적어도 1개의 전기 모우터를 가지는 유도전력 분배시스템에 있어서, 1차도전경로와 픽업코일 사이에 결합된 전력을 제어하기 위한 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 유도전력 전송시스템을 제공한다. 바람직하게는 1차도전경로는 1차 공진회로를 포함하여 구성된다. 바람직하게는 전송시스템에는, 교류가 공급되는 1쌍의 간격을 둔 평행한 콘덕터로부터, 상기 1쌍의 평행 콘덕터를 따라서 주행할 수 있는 차량상의 픽업코일로 유도적으로 결합된 전력을 공급하기 위한 수단이 제공되며, 상기 픽업코일은 픽업코일과 평행콘덕터 내의 교류사이에 결합된 전력을 최대화하도록 동조되는 것을 특징으로 한다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은, 교류가 공급되는 1쌍의 간격을 둔 평행한 콘덕터로부터, 상기 1쌍의 평행 콘덕터를 따라서 주행할 수 있는 차량상의 픽업코일로 유도적인 전력을 공급하기 위한 수단을 제공하며, 상기 픽업코일은 픽업코일과 평행콘덕터 내의 교류사이에 결합된 전력을 최대화하도록 동조되고, 1쌍의 평행 콘덕터와 픽업코일의 사이의 차량상에 2차 차폐분리 코일이 임의로 마련되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 스위치가 차폐코일상에 마련됨으로써, 만약 스위치가 차단되면 1쌍의 평행콘덕터와 픽업코일의 사이의 결합을 감소시키기 위하여, 분리코일은 쇼트회로로 될 수 있다. 선택적으로, 스위치는 공진전류가 주(主) 픽업코일에 흐르는 것이 허용 또는 방지되도록 주 픽업코일상에 마련될 수 있다. 바람직한 구성에 있어서, 스위치는 픽업코일내의 캐패시터와 병렬로 됨으로써, 만약 스위치가 차단되면 전력결합을 감소하고 픽업코일을 규정하기 위하여 캐패시터가 쇼트회로로 될 수 있다.
덜 바람직한 구성에 있어서, 스위치는 직렬로 될 수 있어서, 스위치가 개방되었을 때 공진회로가 작용하지 않게 될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에는 고정된 1차 콘덕터의 전류/전압비, 구성 및 배치를 최적화하기 위한 수단이 마련된다. 특정 실시형태에 있어서, 본 발명에는 전기적으로 동조 가능한, 공진 DC-AC 콘버터에 의하여, 비교적 전자기 방사가 없는 사인파 교류 파형으로 된 전력을 발생하기 위한 수단이 마련된다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 공진 2차권선 및 유도원리에 의하여 상기 1차 콘덕터로부터 차량의 판상에 전력의 유효량을 유도하기 위한 수단이 마련된다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 고주파 공진 DC-AC 전력 콘버터를 제공한다.
바람직하게는, 전원은 50Hz 및 1MHz 사이의 지정 주파수에서 전원공급을 교류로 변환하기 위한 수단이 마련되며, 상기 변환수단은 공진부하와 함께 사용되도록 채택된다. 보다 바람직하게는 지정주파수는 1KHz와 50KHz의 사이이며, 실시예에 있어서는 10KHz의 현재 가장 바람직한 주파수를 참조로 하였다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에는 유도적인 픽업코일로부터의 전력을 변환할 수 있는 최대전력 AC-DC 콘버터가 마련된다.
또한, 특정 실시형태에 있어서 본 발명은 평균 코일전압이 미리 설정된 드레쉬호울드 아래에 있으면서 코일로부터의 전류의 연속적인 누출을 금지하고 출력 코일전압을 감지하기 위한 수단에 의하여 상기 공진 2차 권선으로부터 최대화된 전력전송을 위한 수단이 마련된다.
본 발명의 적용은 창고용의 레일을 기초로 하는 저장시스템등에서 기대될 수 있다. 본 발명을 구체화하는 시스템은 많은 적용분야에 있어서 종래의 콘베이어 벨트시스템에 대한 직접적인 경쟁자로서 보일수도 있으나, 예를들면 염가, 제어 탄력성 및 원활한 운용과 같은 중용한 장점을 가진다. 부가적으로, 이것은 위험한 이동 벨트가 없으며, 노출된 콘덕터가 없고, 스파크가 일어나지 않는 구성이며, 수분침투에 대한 완벽한 밀폐의 잠재성 등에 힘입어 위험한 환경에서의 운용에 적합하다. 레일저장시스템의 다수개(가능하게는 수백개)의 레일상을 주행하는 자기추진식 차량으로 구성되며, 각 차량은 그의 전력을 제1도에서 나타낸 바와같이 레일에 평행하고 차량의 측면에 위치하는, 고주파에서 에너지를 얻는 도전루프로부터 유도결합을 통하여 뽑아쓴다. 비차량적인 적용예로서는, 살아있는 전기 콘덕터와의 직접적인 접촉이 없이 가전제품 또는 기계에 에너지를 부여할 필요가 있는 예를 포함한다. 예를들면 이것은 전자파 방출이 없이 장비를 편리하게 집어들고 즉시 사용가능한 상태로 내려놓는 것이 바람직한 극장에서 사용하는 장비 또는 사진작가의 스튜디오에서 사용하는 조명스탠드와 같은 휴대용 물건을 포함한다. 조명은 밀폐된 에너지 부여용 도전루프가 장착된 수영장에 놓일 수도 있다. 이들 적용분야에 있어서는 안전이 중요한 포인트이다.
[도면의 간단한 설명]
이하의 내용은, 첨부된 도면을 기초로 하여 예시적인 목적으로만 주어진 본 발명의 바람직한 형태의 기술내용이다.
[일반사항]
제1도는 유도적으로 전력이 인가된 모노레일 콘베이어를 나타낸다.
제2도는 기본적인 직선레일 저장시스템으로서 구체화된 본 발명의 변형예의 도면.
[전원]
제3도는 본 발명의 공진 DC-AC 전력콘버터의 1예를 나타내는 회로도.
제4도는 본 발명의 공진 DC-AC 전력콘버터용 한류(限流) 제어기의 1예를 나타내는 회로도.
제5도는 본 발명의 공진 DC-AC 전력콘버터용 공진제어기의 1 예를 나타내는 회로도.
제6도는 분리된 출력을 가지는, 본 발명의 공진 DC-AC 전력 콘버터 또는 스위칭 전원의 다른 실시예의 원리를 나타내는 회로도.
제7도는 전기적 명령에 의하여 DC-AC 전력콘버터의 공진주파수가 변경될 수 있는 것을 나타내는 도면.
[트랙]
제8도는 상이한 길이의 트랙을 일정한 인덕턴스, 및 일정한 공진주파수에 적합시키기 위한 유도동조수단을 나타내는 도면.
제9도는 제8도의 AA선의 확대단면도.
제10도는 모노레일 시스템의 1차 콘덕터 및 차량의 관계를 나타낸다.
[차량]
제11도는 본 발명의 최대전력 AC-DC 콘버터의 원리를 나타내는 회로도.
제12도는 본 발명의 코일제어기 AC-DC 콘버터 및 스위치 모드전원의 제어회로를 나타내는 회로도.
제13도는 본 발명의 최대전력 AC-DC 콘버터용 제어회로를 나타내는 회로도.
제14도는 단순화된 상태의 제12도의 회로를 나타낸다.
제15도는 본 발명의 1 실시예에서 사용된 브러쉬리스 DC 모우터구동의 원리를 나타내는 회로도.
제16도는 전송선 및 동조된 픽업코일을 나타낸다.
제17도는 전송선과 동조된 회로사이의 상호결합을 나타낸다.
제18도는 상호결합의 효과를 모식적으로 나타낸다.
제19도는 부가적인 쇼트회로로 된 코일의 효과를 나타낸다.
제20도는 트랙내에 장착된 제어권선의 효과를 나타낸다.
제21도는 트랙의 일부에 증가된 전력을 제공하는 수단을 나타낸다.
제22도는 1차도전경로내의 전력을 분기 트랙이나 기타 보조장비에 공급하는 수단을 나타낸다.
제23도는 픽업코일의 캐패시터와 병렬상태의 스위치를 나타낸다.
제24도는 픽업코일의 캐피시터와 직렬상태의 스위치를 나타낸다.
제25도는 상호보완적인 부하회로를 나타낸다.
제26도는 배터리 충전기를 나타낸다.
제27도는 백열광 조명설비를 나타낸다.
제28도는 형광 조명설비를 나타낸다.
[일반적인 바람직한 실시예]
본 명세서내에 기술된 신규한 원리들은, 공통적으로 공간을 통하여 고정된 1차 콘덕터로부터 항상 충전이 되지 않은 상태인 것만은 아닌 하나 또는 그 이상의 2차 픽업코일 및 부속 전력이용기구로 유도전력전송을 하는 다수의 방식에 적용될 수 있다. 많은 적용분야는 차량으로의 동력의 공급에 관련된 것이지만, 조명이나, 다른 방식의 모우터 구동방식 및 배터리의 충전에도 사용가능하다.
장치는 적어도 1의 공진 또는 비공진 1차 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 각 1차 회로는 연장된 루프의 형태로 된 1쌍의 평행한 콘덕터를 포함하여 구성되거나, 또는 개방루프내의 단일 콘덕터를 포함하여 구성될 수 있다. 대부분의 경우에, 차량내에서의 간헐적인 이용가능성(예를 들면 버스 정류장)및 간헐적인 에너지 저장도 대안으로서 채택될 수 있는 것일지라도, 1차 콘덕터는 차량에 의하여 채택된 트랙 또는 지정경로를 따라서 연속적으로 깔려있는 것이다.
트랙은 철도트랙, 콘베이어 벨트 또는 모노레일과 같은 실제적인 구조물을 포함하여 구성될 수 있으며, 또는 철도 또는 노상내에 숨겨진 1 또는 그 이상의 콘덕터로부터 방사되는 전자장에 의하여 사용되는 것으로 규정된 눈에 보이지 않는 경로로 될 수도 있다.
본 발명의 원리는 50Hz 내지 1MHz의 보다 널은 주파수범위에 적용가능한 것이지만, 현재 사용가능한 솔리드-스테이트 스위치의 한계와, 또한 콘덕터 손실에 의하여 부과되는 제한을 반영할 때, 바람직한 운용주파수는 10 내지 50KHz의 범위내가 일반적이다.
시제품은 10KHz 급의 운용주파수와 150 W 및 500 W의 가용전력수준으로 만들어 졌으며, 상기 주파수는 500V로 공급되고 165미터 길이의 트랙에 에너지를 부여할 수 있는 것이다.
2차 픽업코일은 바람직하게는 공진코일이며, 특히 가변부하의 경우에는, 전력 조정수단, 즉 최대전력 변환장치, 보다 바람직하게는 한류(限流)출력과 함께 결합된 픽업코일 해제장치를 통하여 부하에 접속된다. 이들 장치는 약하게 부하가 걸린 코일이 그의 위치를 통과하는 전력전송상에 방해효과를 미치기 때문에 공진 및 비공진 1차 콘덕터의 양자에 대해서 공히 적절하다.
보다 대형의 설비도, 전력취급 전자회로부문과, 차량 또는 모우터의 수와, 각각에 있어서의 모우터 구동회로를 규모를 크게 함으로써, 여기에서 기술되는 신규한 개념을 벗어나지 않고서 구성이 가능하다. 실제적인 전압의 한계가 주어진다면, 장거리 트랙은 여러개의 부분들로 분할 될 수 있다; 이들의 각각은 다수개의 별도의 전원중의 하나로부터 전력이 공급된다. 기타 사양들은 제2도에 나타내었다.
[바람직한 실시예 1]
제1 의 바람직한 실시예는 스위치 전원에 의하여 에너지를 얻고 공진전류를 전송하는 1차 케이블의 옆에 - 제1도에서 나타낸 바와같이 - 외팔보지지된 트랙을 따라서, 한 개의 차량 또는 여러개의 유사한 차량을 이동하도록 탑재된 유도모우터를 사용하는 중간 크기의 500 W의 시제품을 특별히 기술하고 있다. 이 시스템은, 165미터까지의 적절한 트랙길이와 함께, 60A 급의 순환공진 전류와 500V 급의 공급전압을 가지지만, 전체 1차 케이블은 사출된 플라스틱 케이스내의 밀폐물에 의하여 더욱 절연된다. 따라서 정류 스파크가 없고, 광산에서와 같은 발화성 분위기에서도 받아들여질 수 있다.
제1도에 있어서, 부호 (1100)는 평평한 베어링면(1101)과, 일측면상의 흠으로 지지된 1쌍의 평행한 콘덕터(1102) 및 (1103)를 가지는 I자 단면의 알루미늄 대들보로 구성된 외팔보지지되는 트랙이다. 부호(1104)는 전체 차량이며, 구동모우터(1105)와, 지지 및 구동바퀴 (1106) 및 (1107)을 포함하여 구성된다. 차량용 픽업코일은 구동모우터(1105) 및 콘덕터(1102) 및 (1103)에 인접하여 위치되며, 눈에 보이지 않는다(이에 대한 상세한 내용은 예를들면 제10도를 참조).
제2도는 전력배전시스템에 대한 여러가지 사양을 나타낸다. 제1형태(2100)는 2개의 차량(2101) 및 (2102)을 운행하는 시스템에 관한 것이다. 이들 차량은 트랙(2103) 및 (2104)상에 플랜지된 바퀴로 주행한다. 1차 콘덕터의 유출 및 유입루프(2105) 및 (2106)는 한쪽 끝단이 캐패시터(2107) (장거리트랙에 적합한 임의적 장치임)에 접속되고 다른 끝단은 캐패시터(2108)에 접속되며, 외부 동력에 의하여 구동되는 고주파 전원인 교류발전기(2109)에도 접속된다.
제2 형태 (2200)는 단 한개의 차량(2201)을 가진 것을 나타낸 것이다 이 형태는 비공진적이다; 여러 권선의 케이블을 포함하여 구성될 수 있는 그의 1차 인덕터는 스텝-다운(step-down) 트랜스포머(2203)를 통하여 스위칭 전원(2202)으로 구동된다. 1차 인덕터(2204)내의 전류는 비삼각파형이다.
제3 형태 (2300)는 단 한개의 차량(2301)을 가진 것이다 이 형태는 공진적이다; 이는, 캐패시터(2303) 및 독립된 트랜스포머(2304)의 1차측으로서도 기능하는 인덕턴스(2304)를 포함하여 구성되는 동조회로를 포함하는 스위칭 전원(2302)으로 구동된다. 이 경우에, 순환전류가 캐패시터(2303) 내와 트랜스포머(2304)내에 존재하므로, 사용가능한 전력이 공진회로로 공급되거나 또는 빼내어지도록함과 함께, 트랜스포머는 1차 콘덕터(2305)내에서 순환하는 공진전원을 수용할 수 있는 VA 비를 가질 필요가 있다. 공진회로내를 순환하는 전력은 실질적으로 사인파이다. 비록 본 시스템의 1차 인덕터는 어떠한 교류전원으로도 구동될 수 있으나, 모든 관련된 동조회로의 평균 공진주파수로 보내지는 사인파형 전류의 사용이 바람직하다. 사인파형의 전류는 고조파에 의한 무선-주파수의 방출을 최소화하며 종속적인 동조회로 순환전류를 전송하는 효율을 증가시킨다.
바람직한 제4 형태 (2400)는 마찬가지로 단 한개의 차량을 가진 것을 나타낸 것이다. 본 실시형태에 있어서, 1차 인덕터(2405)의 고유인덕턴스와 캐패시터(2403)는 공진회로를 구성하며, 전원(2404)의 모든 기타의 구성부분은 단지 공급전원용으로만 규격이 정해질 필요가 있으며, 더 큰 수준의 공진전원용일 필요는 없다. 공진회로 내의 전원은 실질적으로 사인파형을 가진다. 제8도에서 나타낸 바와같이, 상이한 길이의 장치들 사이에서 일정한 인덕턴스를 유지하기 위하여 전원과 트랙사이에 부가적인 인덕터가 삽입될 수도 있다. 더긴 트랙용으로, 부가적인 캐패시턴스가 트랙의 끝단에 포함될 수 있다. 트랙(2405)의 공진주파수에 종속적인 스위칭 전원과 캐패시터(2403)를 포함하여 구성되는 전원(2402)은 다음 장에서 보다 상세하게 기술한다.
제5 형태는 말단 캐패시터가 생략되어 있는 점을 제외하고는 제4 형태와 유사하다. 본 구성은 비용을 절감하기 위하여 단거리 트랙장치에 바람직할 수 있다.
[스위칭 전원 또는 공진 DC-AC 콘버터에 의한 고주파 DC-AC 전력변환]
[출력특성]
이동차량에 전력을 전송하기 위한 공진시스템은 구성부품의 크기를 최소화하기 위하여 고주파에서 운용되도록 만들어지지만, 주파수가 상승함에 따라 예를들면 배전된 1차 콘덕터내에 효율을 떨어뜨리고 전자파 장애를 일으키는 복사, 인접-콘덕터 에디전류 및 표면효과손실들도 마찬가지로 상승하게 된다. 현재의 상용 반도체에 있어서는, 비록 유일하게 가능한 선택으로 간주되는 것은 아니지만, 10KHz가 합당한 설계치이다. 주파수는 50KHz 까지 상승할 수 있으나, 이 주파수를 넘어서면 콘덕터내의 표면효과 손실이 비교적 현저해진다. 어떠한 경우, 특히 항공산업에 있어서는 산업표준인 400Hz 전력을 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 분야에서는 기타의(공항의 지상 수송장치에 있어서와 같이) 운항 또는 통신장비와 간섭을 일으키는 고조파를 가지고 있지 않은 28.5KHz 와 같은 특정주파수가 선택될 수 있다. 상한 운용전압치는 현재로서는 특히 약 600 V로 한정되는데, 이는 캐패시터비 및 반도체에 있어서의 전압 제한 때문이다.
본 장치에 대한 회로는 제3도 내지 제7도에 도시되어 있으며, 여기에서 제3도 내지 5도는 제2도에서 나타낸 (2402)에 대응하는 실시예에 대한 회로도이며, 제6도 및 제7도는 다른 실시예를 도시한다.
제3도에 있어서, (3100)은 DC 전력의 전원을 나타내며, 이 경우에는 3 상브리지 정류기는 스텝-다운 트랜스포머 (3105)를 경유하여 400 V 메인 전원으로부터 공급을 받는다. 또한 트랜스포머는 메인 전원으로부터의 1차 콘덕터의 전기적 절연을 제공한다. 인덕터 (L1) 및 (L2)는 입력전력의 역률을 개선하고 고주파부(3101)로부터 전달되는 도전된 혼신에 대하여 보호한다. 부호(3101)는 전원장치(Q3)를 포함하는 소프트-스타트 장치이며, (3102)는 다이오드(3106) 및 인덕터(L3)를 포함하는 콘버터로서, 그의 전원(3108)과 함께 한류제어기(3107)로 제어된다. LEM 장치는 공급된 DC 전류를 감지한다.
본 시스템의 1차 공진회로는, 주파수-조정 보조캐패시터(제7도 참조)를 포함할 수 있는 캐패시터(C2)와, 임의의 부가적인 인덕턴스와 함께 바람직하게는 전체 인덕턴스가 133 마이크로헨리인 1차 유도배전 콘덕터 자체를 포함하여 구성된다. 60A 급의 순환하는 공진전류는 1차 인덕터와, 전원에 대한 접점 및 (C2)를 통하여만 흐른다. (L4) (약 수 mA의 AC 전류만이 사용시에 측정되는)를 통하여는 흐르지 않으며, 이와 같은 균형잡힌 위상-분할 트랜스포머는 에어갭(air gap)이 없이 구성될 수 있다. 부가된 전력의 DC 성분이상은 전달되지 않기 때문에 비교적 소량이다. 공진전류는 스위칭 트랜지스터 (Q1) 및 (Q2)를 통하여는 흐르지 않지만, 이들 게이트절연 바이폴라 트랜지스터(IGBT)들은 트랙상의 쇼트 회로와 같은 오류의 발생초기 단계에서의 과도치로서의 순환에너지를 흡수할 수 있다.
비록 콘버터는 공진 또는 탱크회로로의 접속을 이유로 하여 1차적인 전원제어소자로서 1쌍의 온/오프 스위치를 포함하지만, 실제로는 사인파 교류출력을 가지는 DC-AC 콘버터이다. 이것은, 캐패시터 전압이 0 일때[입력(301) 및 (302)를 통하여 검출된], 낮은 임피던스상태에서 높은 임피던스 상태로 상호 보완적인 방식으로 (Q1) 및 (Q2)를 스위칭함으로써 공진전류를 유지한다. 특별한 스타스업(start-up) 및 특별한 파워-다운(power-down) 모드의 경우와는 별도로, 스위칭 콘버터는 특정한 주파수(소자 물리학의 결과로서 주파수 상한치로 되는)를 공진전류에 부가하지는 않는다; 콘버터는 단순히 회로의 자연링깅(ringing)주파수에서 작동하는 종속구동기일 뿐이다.
스타트업 및 파워-다운 상황은, 제어회로에 대한 전원내의 보유전하를, 변환용 메인 에너지원의 저장전하를 예견하여 그보다 오래 지속되도록 함으로써 관리되며, 따라서 제어기들은 트랙내에 공진전력이 존재하기 전후에 작용하게 되며, 이때 공진전력 제어기는 그의 클록활동에 기초하여 10KHz의 펄스를 방출한다.
트랙상의 부하는 운용주파수가 설계주파수에서 현저하게 변하도록 할 수 있으며, 따라서 유도결합의 효율을 감소하므로, 운용시에 공진주파수를 동조하는 임의적인 수단이 제7도에서 나타낸 바와 같이 마련될 수 있다. 메인 스위칭 트랜지스터는 (S1) 및 (S2)로 표시되어 있다. 부호(Ca,Ca',Cb,Cb',Cc 및 Cc')는, 일련의 쌍을 이루고 바람직하게는 매칭된 캐패시터를 나타내며, 이들은 동반된 솔리드 스위치인(S20),(S20'),(S21),(S21'),(S22) 및 (S22')에 인가된 제어신호에 의하여 연속적으로 회로의 안팎으로 스위칭 될 수 있다. 명백히, 이들 장치는 순환전류의 일부를 전달하며 적절한 열 싱크(sink)를 가지며, 또한 이러한 적용을 위하여 적절한 전압비를 가질 필요가 있다. 부가적으로, 제8도는 설치시에 공진회로를 트리밍하기에 적절한 유도적인 동조설비구성을 나타낸다.
제4도는 한류(限流) 제어기를 나타낸다. 하부(4102)는 소프트 스타트부이며, 한류부는 (4101)이다. 소프트 스타트부에 있어서, 저항(R11) 및 캐패시터(C4)는 시간지연을 설정한다. 제1 비교기(4103)는 전원인가후 (C4)의 전하가 (-)입력에 인가되는 10V 기준전압을 초과하는 순간을 결정한다. 제1 비교기(4103)의 출력은 제3도의 트랜지스터(Q3)와 동일한 트랜지스터(Q3)의 게이트에 인가된다. 한류부(4101)는 LEM 전류-감지장치로 부터의 신호를 수납 및 증폭하고, 그것을 비교기(4105) 및 비교기(4104)의 배선된 OR 출력에 의하여 변형된, 히스테리시스를 제공하기 위한, 약 5 볼트 드레쉬호울드에 대하여 비교되도록 비교기(4104)로 입력한다. 제4 의 비교기(4106)는 상기 출력을 반전하고, 이것을 너무 많지 않은 전류하에 제3도의 트랜지스터(Q4)의 게이트로 저항(R15)을 경유하여 인가하기 위하여 트랜지스터(Q1) 및 (Q2)의 구동회로에 인가한다.
제5도에 있어서, 부호(5100)는 인덕터내의 공진전류에 의하여 형성된 전압을 검지하기 위한 부분을 나타낸다. 이것은 반대입력에 공급된 상반되는 전압과 함께 (LM319) 비교기의 1/2를 구성한다. 따라서 출력은 (-)입력의 보수(補數)에 더해진 (+)입력의 반전으로 된다. 부호(5101)는 공진 캐패시터 전압의 진폭을 결정하고, 또한 진폭이 낮으면(예를들면 스타트-업과 같은 상황), (5102)로부터의 설계치 중앙주파수에서 내부적으로 발생된 펄스의 공급이 가능 하도록 하는 부분을 나타낸다. 입력신호는 다이오드(D3), (D2)에서 정류되고 기준전압과 비교된다. 만약 검지된 교류가 너무 작으면, 내부 클록(5102); 2진 분할기근처의 간단한 RC 오실레이터가 작동된다. 부호(5103)은 전원 스위칭 트랜지스터 또는 공통 IGBT 장치(제2도의 2Q1 및 2Q2)를 제어하는 상호 보완적인, 위상결합된 전류로 한쌍의 ICL7667 게이트 드라이브 장치를 구동하기 위한 게이트를 나타낸다.
[1차 인덕터 케이블-동조]
1차공진회로의 유도부로서 실제적인 트랙의 바람직한 사용을 위하여는, 차량과 같은 공급받는 모듈용의 바람직한 공진주파수가 있게 되도록 하기 위하여, 트랙의 공진주파수가 실질적으로 장치들 사이에서 일정해야 함을 필요로 한다. 133 마이크로헨리의 인덕턴스값이 실제적인 트랙길이와 관계없이 바람직하다. 제8도 및 제9도는 트랙을 특정한 공진주파수로 동조하기 위한 시스템을 나타낸다. 트랙 길이를 상이하게 하는 결과가 없도록 하기 위하여, 일련의 개별적 또는 모듈적 인덕턴스(8100)가 전원측(8101)과 (8103) 및 트랙측(8102) 및 (8104)의 사이에 설치될 수 있으며, 이들은 포화상태를 피하기 위하여 낮은 투자율의 다수개의 개별적인 갭(gap)을 가지는 토로이드형 강자성체 코어(8105)일 수 있다. 이와 같은 토로이드는 40mm의 바람직한 두께와, 20mm의 내부 직경 및 60mm의 외부직경을 가진다. 에어갭(9106)은 바람직하게는 0.67mm이다(9108은 지지판이다). 하나의 콘덕터(9107)의 근처에 놓여졌을때 각 토로이드는 트랙의 1미터와 동일한 인덕턴스를 가진다. 설치시에 트랙의 길이가 측정되고, 그것이 165미터 이하라면 트랙의 인덕턴스는 트랙길이내의 부족분에 대하여 미터당 1토로이드를 통하여 각 리츠(Lits) 와이어 콘덕터를 끼워넣음에 의하여 상승될 수 있다 작동에 있어서, 실제적인 공진주파수가 측정될 수 있으며, 공진주파수를 그의 목표치에 미세하게 동조시키기 위하여 토로이드체인이 보충 및 감소될 수 있다.
1차 유도루프는 10KHz의 주파수에서 60A 급의 큰 순환교류를 전달할 수 있다. 이러한 높은 변화율의 전류로부터 방출되는 유도적인 에너지(자기플럭스)는 특히 자기장내의 강자성체와 도전체내 및 콘덕터내의 에디(eddy) 전류를 발생시키는 경향이 있다. 이동하는 차량에 의하여 사용되도록 경로를 따라 전력을 배전하는데 사용되는 1차 루프는, 표면 효과 및 특히 인접한 콘덕터의 에디전류 도전손실을 감소하기 위하여 복수개의 얇은 절연와이어[일반적으로 리첸드라트(Litzendraht) 또는 리츠(Lite) 와이어로 알려진]로 구성된 케이블로 바람직하게 각각 형성된 별도의 평행한 케이블쌍[제1도 참조, (1101) 및 (1102)]으로 구성된다.
상업적으로 제조되는 리츠와이어의 바람직한 한 형태는 약 13mm의 직경내에 40게이지의 에나멜처리된 동선 10,240 스트랜드(strand)로 만들어진 것이다. 기타 사양은 복수의 절연된 콘덕터를 가지는 방식의 전화선을 사용하는 것이다. 케이블의 간격을 두는 것은 바람직하다. 만약 케이블이 상호간에 너무 근접하면, 그들의 전자장이 상호간에 상쇄되고 차량의 픽업코일에 대한 결합이 약해지게 된다. 반대로, 이들이 너무 떨어져 있으면, 트랙의 인덕턴스가 현저하게 상승하며, 더 큰 구동전압을 필요로 하게 되고 픽업코일손실이 불필요하게 상승하게 되며, 전자장에 의하여 차단되지는 않지만 픽업코일 전송전류의 현저한 브리징(bridging) 부분이 있게 된다.
장치의 비율에 의하여 판단할때, 600 볼트의 실질적인 제한전압이 60 A 트랙의 200미터를 구동한다. 이러한 길이는 제2도의 (2100) 및 (2400) 에서 나타낸 바와 같이, 전력필요를 감소하기 위하여 케이블내에 제2 의 직렬 캐패시터를 위치시킴으로써 대략 2배로 될 수 있다.
편리하게는, 리츠와이어(10110) 및 (10111)는 제10도의 단면도에서 나타낸 바와같이, 받침달린 컵형상의 단면을 가지는 플라스틱 사출물로 구성된 덕트내에 담길 수 있다.
제10도는 본 실시예의 실제적인 1차측-공간-2차측 관계를 단면으로 나타내는 도면이다. 본도면의 축척은 강자성체의 E자형 단면 (10102)의 뒤쪽을 따라서 약 120mm이며, 제1도의 외팔보 지지된 모노레일은 이 부분에 기초를 두게된다.
부호(10100)는 차량의 바퀴가 굴러가는 상부 부하지지면(10103)을 가지며 전형적으로는 I자형인 알루미늄 압출물로 된 강한 지지부재(10101)의 조합을 나타낸다. 측면(10104)은 지지부재를 장착하기 위하여 연장부(10106) 및 (10107)가 채택된다. 측면(10105)은 1차 콘덕터의 지지물을 끼우도록 채택된다. 부호(10110) 및 (10111)는 바람직하게는 리츠와이어로 만들어진 2개의 평행한 1차 콘덕터이다. 이들은 제10도에서 나타낸 바와같이 스탠드오프(standoff:10112 및 10113)위의 덕트내에 지지된다. 스탠드오프들은 시이트(10114)상에 지지 된다.
바람직하게는 모든 재료들은 플라스틱과 같은 비도전성이거나, 또는 알루미늄과 같은 비강자성금속이다. 만약 강자성 재료가 차량의 2차픽업코일이나 하나 또는 그 이상의 1차 콘덕터의 근처에 위치되어야 한다면, 그러한 강자성재료를 수 밀리미터 깊이의 알루미늄 피막으로 차폐하는 것이 유리하며, 그에 의하여 사용시에 발생된 에디전류는 자기 플러스의 통과를 차단하도록 기능하며, 따라서 강자성재료내의 히스테리시스에 의한 에너지의 손실을 최소화한다.
픽업코일의 바람직한 강자성 코어(10102)는, 중앙축에 볼트로 고정된 판(10117)과 함께 다수개의 적층된 E자형 강자성체 블록으로 구성된다. 가운데 가지부는 바람직하게는 두께가 20mm 이며 픽업코일 조립체의 전체길이는 전형적으로는 260mm이다. 바람직하게는 예비적인 블록이 적층체로부터 제거되어 사용시의 20A의 순환전류를 전송할 수 있는 2차코일의 공기냉각을 하게 된다. 부호(10116)와 같은 하나 또는 그 이상의 보조적인 코일과 함께 픽업코일(10115)은 강자성 코어의 중앙 가지부 주위에 감겨있다. 1차 콘덕터(10110) 및 (10111)으로부터 강자성체로의 플럭스의 결합은, 1차 콘덕터가 강자성체에 의하여 거의 완전히 밀폐됨에 따라 비교적 효율적으로 된다.
차량(도시않됨)은 강자성체(10102)의 왼쪽에 있게 되며, 가변하는 플럭스가 실질적으로 강자성체 자체내에 실질적으로 담겨있기 때문에, 볼트등(주철로 만들어진 경우에도)에 의하여 직접 부착될 수 있다.
주어진 차량에 하나 또는 그 이상일 수 있는 픽업 코일은, 1차 유도루프의 설계주파수에서 공진하는 동조회로를 포함하여 구성된다. 바람직하게는 픽업코일은 강자성재료로 구성된 코어의 중앙 가지부주위에 감겨진 다수개의 리츠와이어를 포함하여 구성되며, 코어에는 유도적인 결합의 효율을 증진시키기 위하여 플럭스-집중 기능이 제공된다. 사용시에, 콘덕터의 복수 권선과 함께 높은 공진전류의 존재는 코일의 근방에서 높은 자장을 발생시킨다. 바람직하게는 공진 캐패시터(공진 주파수를 조정하기 위하여 부가적인 캐패시턴스 유니트가 마련될 수 있다)는 코일과 병렬 접속되며, 정류수단(바람직하게는 고속 파워 정류다이오드)은 캐패시터를 가로지르는 부하와 직렬로 배선된다. 더 많은 전력을 추출할 수 있기 때문에 높은 Q의 픽업코일을 가지는 것이 바람직하지만, 코일의 Q가 증가하면 그의 크기와 가격이 증가되는 경향이 있기 때문에 절충이 필요하다. 더우기, 높은 Q의 픽업코일은 운용주파수에 있어서의 작은 변화에 대한 동조의 문제점을 부과할 수도 있다.
권취수 및 관련된 공진캐패시터는 다음의 회로에 가장 적합하게 매칭시키는데 필요한 전압/전류비로 선택될 수 있다. 제11도에서 나타낸 바와같이, 픽업코일용 코어는 1차 루프로부터의 자기 플럭스의 차단을 최대화하도록 위치된다.
메인 픽업코일을 자기 플럭스로부터 차폐하기 위한 해제수단으로서 기능하는 강자성 적층상에 2차 픽업코일이 설치될 수 있다. 그의 작용은 제어기와 관련하여 기술된다(후술하는 동조된 픽업코일 및 기능적 특징참조).
바람직하게는 메인 픽업코일과 결합하지 않는 영역에, 보조 픽업코일이 마련되어, 내장 전자회로에 개별적으로 에너지를 부여할 수 있다.
[스위치 모드 전원의 상세한 내용-제12도 및 제14도]
스위치 모드 제어기의 단순화된 모식도를 제14도에 나타내었다. 코일 동조캐패시터(14112)에 걸리는 전압은 DC 전압을 발생하기 위하여 다이오드(14114)에 의하여 정류되고 소자 (14121) 및 (14122)에 의하여 필터링된다. 비교기(14117)는 이 전압을 감시하고 기준전압(14118)과 비교한다. 만약 부하 전력이 픽업코일로부터 발생될 수 있는 최대전력치 이하이면, 캐패시터 전압이 증가한다. 이는 비교기가 스위치(14113)를 턴온하도록 하고, 그에 의하여 픽업코일을 효과적으로 쇼트시킨다. 다이오드(14112)는 DC 출력 캐패시터가 마찬가지로 쇼트되는 것을 방지한다. 이러한 동작의 결과는 픽업코일로부터 전달된 전력이 실질적으로 0으로 되도록 하는 것이다. 따라서, 캐패시터(14115)에 걸리는 DC 전압은 비교기가 스위치를 다시 턴오프하는 시점까지 감소된다. 이러한 스위칭이 일어나는 비율은 비교기, 캐패시터 (14115)의 크기 및 부하전력과 최대 코일출력 전력 사이의 차이에 관한 히스테리시스에 의하여 결정된다.
제12도는 스위치 모드 제어기를 보다 상세히 나타낸다.
본 도면에 있어서, 픽업코일은 단자(1) 및 (3)사이에서 코넥터(P1)에 접속된다. 캐패시터(CT1), (CT2) 및 기타 직렬로 연결된 것들(1.1μF 이 되려면 전형적으로 5개가 필요하다)은 공진캐패시터들이다. 4개의 다이오드(D4) 내지 (D7)로 구성된 브리지 정류기는, 캐패시터(C7) 및 (C8)에 대한 쵸크-입력 필터를 구성하는 인덕턴스(L1)로의 입력전력을 정류한다. DC 전력은 코넥터(P2)의 단자(1) 및 (3)에서 부하로 공급된다. DC 전압은 (R1)으로 감시되고 (IC1:A)으로 완충된다. 만약 전압이 (REF3)에 의하여 결정된 기준치를 초과하면, 비교기(IC1:B)는 픽업코일을 쇼트회로로 하도록 기능하는 고전류 FET장치(T1)를 턴온한다. 이러한 스위칭 작용의 바람직한 비율은 명목상으로는 30Hz이다. (T2)는 FET에 대한 한류 보호를 제공하며, 바리스터(12V1)는 전압보호를 제공한다.
만약 부하전력이 픽업코일로부터 가능한 최대치를 초과하면, 출력전압은 항상(REF3)에 의하여 설정된 기준치를 밑돌게 되며, 스위치(T1)는 항상 오프로 된다. 만약 부하가 인버터 구동되는 AC 모우터라면, 이러한 일은 높은 가속률로 발생된다. 제12도에 나타낸 제어기는 그의 가속률을 감소하도록 인버터에게 지령을 내리는데 사용될 수 있는 임의의 결합된 제어신호를 발생함으로써 그러한 경우에 최대전력 전송을 유지할 수 있는 수단을 제공한다. 신호는(REF3)에 의하여 설정된 기준치의 바로 아래쪽으로 부과된 삼각파 캐리어와 코넥터(P2)에서의 전압을 비교함으로써 발생된다. 삼각파 캐리어는 오실레이터(IC1:C)에 의하여 발생되고, 반면에 (IC:D)는 비교를 행한다. 광학적 분리는 (IC2)에 의하여 마련된다.
따라서, 제12도의 회로는 상한과 하한사이에서 출력전압을 유지하도록 하며, 상한치 아래로 픽업코일내의 공진전류를 유지한다.
[동조 픽업코일 및 기능적 특징]
1차 루프가 공진상태에 있는 구성에서는, 특히 가볍게 부하가 걸린 차량은 그 가볍게 부하가 걸린 차량에서 멀리 떨어진 차량으로 도달하는 전력을 차단하는 것이 발견되었다. 이러한 효과는 가볍게 부하가 걸린 픽업코일을 통하여 순환하는 높은 레벨의 전류의 결과로서 나타나는 것으로, 1차 인덕터내의 공진 전력과 상호 작용한다. 따라서 제어기 또는 차량 전력 콘디쇼너는 2개의 별도의 기능을 결합하여 개발되었다 ; 그 2개의 기능은, 코일출력전압이 미리 설정된 드레쉬호울드 값을 넘어 상승할때 마다 픽업코일의 해제 또는 분리를 하는 것과, 출력전류의 누출이 제2의 드레쉬호울드 값을 넘어설때 마다 출력전류의 한정을 하는 것이다. 이러한 시스템은 최대전력 제공방법과는 달리, 80%이상의 변환효율을 제공하므로 바람직한 전력제어방법이다.
픽업코일의 해제는, 코일을 최적 (1차 콘덕터에 접근한 위치)위치로부터 물리적인 분리를 행함으로써 기계적으로 제공될 수 있다. 또한 해제는 전기적으로 제공될 수도 있다. 예를들면 전류의 흐름을 인터럽트하도록 개방될 수 있는 공진회로내의 직렬스위치에 의하여 수행될 수 있다. 운용상의 목적으로, 이는 반복적으로 개방될 수 있으며(예를들면 20 내지 100Hz 근방에서), 목표치 근방에서의 출력전압변동이 있게 된다. 이동제어의 목적상, 임의의 기간동안 개방된 채로 유지될 수도 있다. 이와 같은 접근방식은, 양방향 스위치여야하는 스위치가 픽업코일내의 공진전류레벨에서 2V 이상의 직렬 전압강하를 나타낸다는 단점을 가지며, 약 50 내지 100W의 손실을 초래한다. 제2의, 바람직한 사양은, 캐패시터에 걸린 스위치를 폐쇄함으로써 픽업코일을 쇼트시키고, 그에 의하여 시스템으로부터 공진소자를 제거하는 것이다. 이러한 폐쇄된 스위치는 많은 전류를 전달할 수 없는데, 왜냐하면 회로가 더 이상 공진적이 아니기 때문이며, 따라서 손실도 적고 어떠한 경우에도 부하-전달 모우드에 해를 주지 않기 때문이다. 스위치를 폐쇄할 패에 공진회로내에 저장된 전하는 적다. 만약 의도적인 출력이 고전류, 저전압이라면 쇼트로 되었을때에 이 스위치내에 상당한 손실이 있게 된다. 따라서 비교적 큰 수의 코일권취수를 가지는 2차 픽업코일을 제공하는 제3의 바람직한 실시예가 있게 된다. 그러한 코일이 쇼트되었을때, 스위치를 통하는 전류는 비교적 작다.
유도픽업을 사용한 차량시스템의 작동에 있어서, 모우터로부터 요구되는 출력전력은 광범위하게 변화될 수 있다. 결론적으로, 전력수요도 매우 광범위하게 변화할 수 있다. 약하게 부하가 걸린 적용예에 있어서, 병렬 전송선에 반영되는 임피던스가 광범위하게 변화될 수 있기 때문에, 문제가 발생한다. 본 예에 있어서, 상기에서 기술한 병렬콘덕터의 쌍은 제16도에서 나타낸 바와같이 전송선으로서 간주되어야 한다.
제16도에 있어서, 부호(Reff)는 픽업코일의 동조회로에 나타난 효율적인 모우터의 부하를 나타낸다. 이는 제13도의 유도픽업코일에 해당한다. 만약 전송선이 전압원에 의하여 구동된다면, 효과적인 상호결합은 제17도에서 나타낸 바와같은 회로에 의하여 표시된다.
상호결합(M)의 효과는 1차측으로 등가저항을 전달하는 것이며, 이것은 제18도에서 나타낸 회로에 의하여 표시된다. 제9도에 있어서, 만약 ω 가 높으면, 낮은 M 값(즉, 낮은 결합비)이 사용될 수 있으며, 양호한 전력 전달능력이 허용된다.
과부하가 걸린 모우터는 Reff=무한대에 대응하는 것이며, 약하게 부하가 걸린 모우터는 Reff가 0 인 것에 해당한다. 따라서 과부하된 경우에 있어서 ω2M2/Reff-00이면, 어떠한 전력도 전달되지 않고, 반면에 약하게 부하가 걸린 경우 ω2M2/Reff-무한대이면, 병렬와이어 전송선내의 전류를 유지하는 것은 점점 어렵게 된다. 이러한 마지막 특징은 매우 바람직하지 않은 것으로서, 약하게 부하가 걸린 차량은 동일 선상에서 다른 차량으로 흘러들어가는 전력을 차단할 수 있기 때문이다.
고주파 교류가 전송선에 공급되는 것이 바람직하다. 그와 같은 고주파전류는 고주파 교류발전기, 또는 보다 바람직하게는 상술한 바와 같은 전원 전자회로에 의하여 발생될 수 있다. 전원 전자회로의 경우에, 발진주파수는 링크상의 연속적인 반응부하에 의하여 결정될 수 있으며, 약하게 부하가 걸린 차량은 10KHz 의 바람직한 운용주파수로 부터 수백 헤르츠정도의 변위가 있도록 한다. 그와 같이 함에 있어서, 비동조된 회로가 낮은(반응적인)임피던스를 반영하기 때문에 ω2M2/Reff - 무한대로 되는 문제를 해결하지만, 비동조특성은 다시 기타 차량으로의 전원의 흐름을 제한하게 된다.
이와 같은 문제는 전송선과 동조된 픽업코일 사이의 결합을 감소시킴으로써 최소화될 수 있다. 이와 같은 해결방법은, ω2M2/Reff 항이 근본적으로는 2개의 자기회로 사이의 결합인자에 상당하는 상호 인덕턴스라는 단 한개의 변수만을 가진다는 관찰에 근거한다. 만약 통상적으로는 일정한 것으로 간주되는 이 같은 결합인자가 실질적으로 감소될 수 있다면, 상호작용도 감소될 수 있다.
하나의 제안된 해결방법이 제19도에 나타나 있다. 부가적인 코일이 전송선과 픽업코일 사이에 놓여진다. 이 부가적인 코일은 스위치 S를 가지며, 만약 그것이 개방수단이라면 부가적인 코일은 아무런 효과가 없다. 그러나 만약 스위치 S 가 닫혀있다면, 쇼트회로가 된 코일은 플럭스의 경로가 그것을 가로질러 결합이 감소하고, M을 감소하게 되는 것을 방지한다. 부가적인 코일의 위치선정은 약간의 플럭스를 가로챌 수만 있다면, 중요한 것이 아니며, 대개 작동이 가능하다. 가능한한 인덕턴스에는 작게 영향을 미치면서, 부가적인 코일이 플럭스를 가로채는 것이 특히 바람직하다. 실제에 있어서, 이것은 달성하기 어려운 일이 아니다. 스위치(5)는 다수개의 주지된 구성으로 된 전원 전자스위치일 수 있다.
작용에 있어서, 동조된 회로를 가로지르는 전압 VT 은 감시될 수 있으며, 만약 이것이 너무 높으면, 회로에는 너무 적게 부하가 걸리고, 스위치 S 가 그것을 감소하도록 동조된다. 만약 전압 VT 이 낮으면 스위치 S 는 개방된 채로 남게 된다.
본 회로는 정류기의 제어를 수행하는 과부하가 걸린 회로와 호환가능하다.
[바람직한 실시예 2-150W 형]
본 바람직한 실시예는, 10KHz에서 운용되는 1차 케이블상의 트랙을 따라서, 차량 또는 몇개의 유사한 차량을 움직이기 위한 브러쉬리스 DC모우터를 채택한 소규모 150W 시제품을 특별히 기술한다. 이 전체시스템은 따라서 스파크가 없으며, 광산과 같은 인화성 분위기에도 적합하다.
[고주파 DC-AC 전력 변환]
이 장치를 위한 전원용 회로는 제6도에 나타내었다.
고주파 케이블(6101) 및 (6102)내로 공급되는 전류는 거의 완벽한 10KHz의 삼각파형을 발생하기 위하여 공진모우드에서 작동되는 솔리드-스테이트 스위칭 콘버터(6100)를 사용하여 발생된다. 따라서, 전력의 고주파 성분이 1%이하로 낮기 때문에 콘덕터로부터 전달되는 무선-주파간섭은 무시될 수 있으며, 시스템은 공항에서와 같은 통신이 빈발한 장소에서도 작동되기에 적절하다.
본 실시예내의 공진회로는 전원내의 캐패시터(C1) 및 센터탭(center-tapped) 인덕터(11)내에 담겨있어서, 이들 구성성분은 공진회로의 강도를 지지할 수 있는 것이어야 한다. 유도적인 콘덕터는 바람직하게는 동일한 주파수에서도 마찬가지로 공진적이다. 왜냐하면 이러한 설계는 트랜스포머(L1)에서 전기적인 분리를 제공하기 때문에, 특히 안전이 중요시되는 소규모 시스템에 적절하며, (Edc)로부터의 비교적 높은 공급전압이 상이한 전압으로 변환될 수 있다.
트랙내의 필요한 설정전류를 제공하고, 콘버터의 운용주파수상의 부하변화의 효과를 최소화하기 위하여, 강자성체 포트-코어드(pot-cored) 고주파 트랜스포머의 권취수 비율은 본 바람직한 실시예에서는 2차측상에 단 하나의 권취수를 놓음으로써 높게 만들어질 수 있다. 주파수상의 부하의 효과를 최소화하기 위하여, 고주파 동조된 회로의 임피던스는 신중하게 낮게되도록 만들어진다. 그러나, Z를 선택할 때는 타협이 필요한데, 왜냐하면 이 값이 낮으면 1차 순환전류를 높게 하고, 높은(C1) 캐패시턴스가 필요하기때문에 콘버터의 비용 및 크기를 증가시키고 효율을 떨어뜨린다. 1차측 트랜스포머 권선(L1)은 표면효과에 기인한 손실을 감소하기 위하여 다수개의 스트랜드의 절연된, 좁은 직경의 와이어로 구성되어야 하는 반면, 입력 인덕터(Ls)는 기본적으로 단지 DC 전류가 흘러 들어가도록 통상의 단단한 와이어로 감길 수 있다.
제6도에서 모식적으로 나타낸 공진 콘버터는, 제5도에서 나타낸 바와 같은 회로를 사용하는 인덕턴스(L1) 및 캐패시턴스(C1) 의 링깅주기의 180도에 대하여 2개의 스위치(S1) 및 (S2)를 교대적으로 게이팅함으로써 제어된다. 만약 입력전압(6Edc)이 특정치(스타트업시에 발생하는 바와같은)아래이면,회로에 대한 공진주파수에서 운용되는 오실레이터에 의하여 게이팅이 제어된다. 일단 전압(Edc)이 이 설정수준을 초과하고 수 밀리초의 시간이 경과되면, 고정오실레이터가 스위치 아웃되고 (S1) 및 (S2)는 그때에 (C1)전압을 검지하고 스위칭함으로써 감소된 공진주파수에서 대신 게이트된다.
이는, 모든 부하 조건하에서 (S1) 및 (S2)를 가로지르는 0전압으로 턴온 및 턴오프하고, 2개의 장치내의 스위칭손실을 최소화한다.
2개의 파워스위치(S1) 및 (S2)는 MOSFET로서 나타내었으나, 바이폴라 트랜지스터로도 동일하게 가능하며, IGBTS 또는 GT0(게이트 턴오프 다이리스터), 또는 기타 특정 적용물에 필요할 수 있는 전력수준을 취급하도록 설계된 솔리드-스테이트 스위치일 수 있다. 그들의 게이트는 제5도에서 나타낸 바와같은 제어기에 의하여 구동될 수 있다.
제7도와 관련하여 상술한 용량성 동조 과정이, 이러한 타입의 공진제어기에도 마찬가지로 적용된다.
[고주파 케이블]
또한 본 실시예에서, 이동하는 차량에 의하여 취해지는 경로를 따라서 전력을 배전하는 고주파 케이블은 표면효과 및 인접-콘덕터 용량 손실을 감소하기 위하여 리츠 와이어로서 알려진 방식의 복수의 얇고 절연된 와어어로 각각 구성된 분리되고 평행한 케이블의 쌍으로 구성된다. 상업적으로 제조되는 리츠 와이어의 하나의 바람직한 형식은 저렴한 대략 13mm 의 직경을 가지는 10,000스트랜드의 40 게이지 에나멜처리된 동선을 포함한다. 케이블의 사이를 떨어뜨리는 것은 특별히 필수적인 것은 아니지만, 만약 이들이 너무 가깝다면 그들의 전자장이 서로를 감소하게 되며 차량 픽업코일에 대한 결합이 빈약하게 된다. 반대로, 이들이 너무 멀리 떨어져 있으면 픽업코일의 손실이 불필요하게 높아지게 되는데, 이는 전자장에 의하여 차단되지 않은 상당부분의 픽업코일 반송전류가 있기 때문이다 부가적으로, 트랙의 인덕턴스가 증가하는데, 이는 필요한 전류를 순환시키기 위하여 그것을 가로질러서 더 많은 전압이 걸려야 함을 의미한다. 이러한 문제는 제2도에서 나타낸 바와 같이 반응전력의 필요성을 감소시키기 위하여 케이블내에 직렬 캐패시터를 놓음으로써 어느 정도는 경감될 수 있으며, 이는 케이블에 부가적인 비용을 추가하게 된다.
[유도적인 픽업 코일]
픽업코일의 한 형식은 폭이 고주파 케이블과 대략 동일한, 바람직하게는 사각형의 비강자성체 코일상에 다수개의 스트랜드 와이어의 수개의 턴을 포함한다. 복수개의 스트랜드 와이어는 바람직하게는 리츠 와이어(상술한 바와 같이)이다. 본 실시예에 있어서는, 강자성 코어는 사용되지 않았다. 코일은 배전된 전력의 주파수(즉 10KHz)에 코일을 동조시키고 공진회로를 만들도록 선택된 값의 캐패시터와 병렬로 접속된다.
픽업코일은 높은 Q값을 가지는 것이 바람직한데, 더 많은 전력이 추출될 수 있기 때문이다. 코일의 Q가 증가하면, 그의 크기 및 가격이 증가하는 경향이 있고, 동조시의 어려움도 있기 때문에, 타협이 필요하다.
[최대 전력 AC-DC 콘버터]
원칙적으로, 적절한 전력의 변환단계가 최대출력 콘버터의 다음에 추가 된다면, 인덕션 모우터와 같은 AC 모우터를 포함하여 어떠한 적절한 모우터도 트롤리를 구동하는데 사용될 수 있다. 하나의 시제품 시스템내에서 시험된 모우터는 가격이 저렴하고, 중량이 가벼우며, 보수유지가 적은 장점을 가지며, 위험한 환경에서의 작업에 적절한 브러쉬리스 DC 방식이다. 최대출력 AC-DC 콘버터는, 제11도에 나타낸 것이 일반적이며, 그의 제어기의 상세는 제13도에 나타내었다.
낮은 것으로부터 중간정도 까지의 Q 조건하에서, 픽업코일로부터 최대 전력전송을 조달하기 위하여, 부하가 걸려있는 픽업코일(L2)이, 부하가 걸려있지 않은 상태에서의 Q 칼의 절반이하로는 절대로 되지 않는 Q 를 가지도록 하는 방식으로 제13도에서 모식적으로 나타낸 바와같은 벅(BUCK)타입 콘버터가 채택된다. 부호(S3)(제14도에서 주어진 회로)에 대한 제어기는 최대전력을 보내는 레벨에서 피이크 전압(V1)을 유지하기 위하여 스위치된다. 만약 V1 이 V1ref (제11도에서)를 초과하고, 장치(S3)가 다음에 턴온되면 (C2)에 걸리는 전압이 0으로 된다. 만약 반주기 동안에 (V1)이 V1ref 을 초과하지 않으면, 다음 0 크로싱(S3)이 턴오프된다, 이러한 적분 반주기 제어를 채택함으로써 스위칭 손실이 최소화되며 방출되는 무선주파수 간섭도 최소화된다.
제13도는 출력구동기(13102)를 경유하여 (S3)의 게이트를 구동할 수 있는 제어회로(ICL17667)를 나타낸다. (13106)은 (13101)에서 10V출력을 발생하는 보조코일에 의하여 공급되는 전원이다.
(13104)는 0 크로싱 탐지기이며, 탐지된 고주파전류의 위상으로 고정되어 있다. 그의 출력은, 스파이크(spike)로 변환하기 위하여 펄스-성형회로(13105)를 통과하고, 비교기(13100)가 전원이 스타트업 모드 드레쉬호울드(그의 입력에서 시간이 일정함)상태에 있는 한, 그후 게이트 구동기에 힘을 부여하는 D-플립플롭(13107)을 폐쇄하며, 그에 의하여 제어펄스가 게이트(13108)를 통하도록 허용한다. 부호(13103)는 코일 전압레벨의 1차 센서이며, (13109)를 인에이블한다.
[모우터 구동]
제15도는 DC가 공급될 수 있고, 공급된 15Vo에 비례하여 출력 토르크를 공급하는 모우터 구동의 한 방식을 나타낸다(원칙적으로, 적절한 전력변환단계가 최대-전력콘버터의 다음에 추가될 수 있다면, 차량을 구동하기 위하여 인덕숀모우터와 같은 AC 모우터를 포함하여 어떠한 적절한 모우터도 사용될 수 있다. ) 하나의 시제품 시스템내에서 시험된 모우터는 가격이 저렴하고, 중량이 가벼우며, 적은 메인티넌스의 장점을 가지며, 위험한 환경에서의 작업에 적절한 브러쉬리스 DC방식이다. 감속 기어박스는 감소된 속도로 유용한 구동 토르크를 생산할 수 있도록 모우터를 차량바퀴에 결합시킨다. 바람직한 실시예에 있어서, 차량의 관성은, 모우터의 스피드가 규정된 총효율주기에 따라서 모우터 정류스위치(S4),(S5) 및 (S6)를 단순히 제한함으로서 제어될 수 있도록 된다. 속도제어회로는 본 명세서의 범위를 벗어나는 것이며, 명세서의 일부에 포함되지 않는다. 결합된 전형적인 차량은 모우터를 역전시키기 위하여, 트랙의 각 끝단에서 단순한 스위치를 제한한다.
부호(15101)는 전자 브레이크를 포함한다; 이는, 다이오드(15102)를 통하여 모우터 권선을 함께 묶는 것을 의미한다.
[트랙내외로의 전력제어]
차량이 수행해야 하는 임무를 달성하기 위하여, 전력을 차량상에서 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 트랙으로부터의 제어가 유용한 경우도 있다. 0에 가까운 사용가능 전력용으로, 제어배선은 제21도에 나타낸 바와 같이 트랙과 관련하여 밀접하게 또는 트랙상에 장착될 수 있다. 스위치 S 가 오픈회로로 되었을 때는 아무런 효과가 없다. 스위치가 폐쇄되었을 때, 차량은 트랙의 그 부분을 통과할 수 없다.
트랙의 일부에서 증가된 전력을 위하여, 제21도에서 나타낸 바와같이 코일이 사용되고 에너지를 얻을 수 있다. 이 코일상을 통과하는 트롤리는 트랙전류의 2배 2I를 나타내며, 따라서 2배의 전력레벨에서 운용된다. 2이상의 값은 용이하게 달성될 수 있다.
이와같은 또는 다른 단순한 방법에서, 트랙주위의 단순한 루프 및 코일은 차량을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 만약 스위치 S가 오픈회로로 되면 차량이 코일을 덮을 때 출력전압이 증가되기 때문에, 제20도에서 나타낸 바와 같이 차량을 감지하는데 코일이 사용될 수 있다.
이때, 필요하다면 정확한 지점에서 차량을 정지시키기 위하여 스위치가 폐쇄될 수 있다. 이러한 단순한 기술에는 많은 다른 연장들이 사용될 수 있는데, 예를 들면 차량을 교차로에서 제어하기 위하여 감지코일이 사용될 수 있으며, 따라서 충돌이 발생하지 않도록 할 수 있다.
[변형]
제22도는, 2차 트랙콘덕터에 직접 접속된 픽업코일을 사용하여 1차 트랙(2212)로부터 어떻게 2차트랙(2210),(2211)이 전력을 얻고, 1차 트랙콘덕터에 유도적으로 결합되는지를 나타내는 도면이다. 만약 상이한 전류량 또는 주파수가 2차트랙내에 필요하다면, (2213)으로 나타낸 바와같은 부가적인 전력 콘버터가 사용될 수 있다.
제23도는 픽업코일(2303)의 캐패시터(2302)와 병렬로 된 스위치(2301)를 나타낸다. 스위치(2301)를 폐쇄하면 회로를 비공진 상태로 하고, 따라서 1차(도시않됨)과 픽업코일(2303)사이에 결합된 전력을 감소한다.
스위치의 동작을 적절히 제어함으로써, 픽업코일에 의하여 받아들여진 전력의 양이 제어될 수 있다.
제24도는 스위치(2401)가 캐패시터(2402) 및 인덕터(2403)와 직렬로 되어 있는 덜 바람직한 구성상태를 나타내며, 스위치가 개방되었을 때, 공진전류가 흐르는 것을 방지하게 된다.
제25도는 상호보완적인 부하회로를 나타낸다. 이는 메인장치(2503)(예를 들면 전기모우터)로 DC 출력을 공급하는 제어기(2502)를 가지는 픽업코일(2501)을 가진다.
저항(2504)의 형태로 되어 있는 상호보완적인 부하는 스위치(2505)에 의하여 제어된다. 이는 시간량을 제어하는 펄스폭 변조장치로 될 수 있어서, 메인장치(2503)가 가볍게 부하가 걸려있어도 픽업코일이 완전한 부하를 항상 꺾을 수 있도록 저항(2504)이 스위치 온 된다. 이와 같은 구성은 낮은 전력 인가형태에 적절하지만, 1차 전원이 항상 충분한 전력을 공급해야하므로 높은 전력 인가형태에서는 비효율적일 수 있다.
제26도 내지 제28도는, 배터리 충전기(제26도), 백열조명 장치(제27도) 및 형광조명 장치(제28도)를 포함하는 기타 변형예를 나타낸다. 1차 콘덕터(2601), (2701), (2801)는, 각 장치에 결합된 전력을 충전하도록 1차 콘덕터를 향하여, 또는 그로 부터 이동될 수 있는 이동식 장치(2602),(2702),(2802)에 전력을 공급한다.
배터리 충전기는 상술한 차량제어기와 동일할 수 있는 제어기(2604)의 수단에 의하여 배터리(2603)에 공진전류를 제공할 수 있다.
유사하게, 제27도는 배터리 대신에 백열등(2703)를 나타낸다. 등은 지방메인(AC)전압에 상당하는 필요한 DC 전압이 공급될 수 있다.
따라서 지방 230V AC 전원에 적합한 조명장치에 사용할 수 있도록 만들어진 뉴질랜드용 230V DC로 출력이 설정될 수 있다.
백열등에는 전원주파수에서 램프의 인덕턴스로 발생할 수 있는 문제점을 피하기 위하여 DC가 공급되는 것이 바람직하다. 조명장치를 1차측을 향하여, 또는 그로부터 이동시킴으로써, 픽업코일에 결합된 전력량이 변화될 수 있다.
제28도는 픽업코일(2802)에 의하여 수납된 고주파 AC가 공급되는 형광조명기구(2801)를 나타낸다.
이하의 특허청구의 범위에서 기술되는 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (44)

  1. 전원(2402)과; 상기 전원(2402)에 접속된 1차 도전경로(2405)와; 상기 1 차 도전경로(2405)와 연결하여 사용하기 위한 전기장치(2101,2102,2401)를 포함하여 구성되며 ; 상기 각 장치(2401)는 전력을 상기 1차 도전경로와 관련한 자기장으로부터 유도하여 사용할 수 있으며; 상기 각 장치는, 픽업코일(23103,24103,2501)과, 그 픽업코일내에 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 출력부하를 가지는 유도전력 배전시스템에 있어서, 상기 픽업코일(23103,24103,2501)은 픽업 공진주파수를 가지는 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되며, 제1유도경로(2405)로부터 상기 픽업코일을 부분적으로 해제하는 수단을 가지는 유도전력 배전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 해제수단은 상기 픽업코일(23103,24103)을 해제하기 위한 수단(23101,24101)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 픽업코일(23103,24103,2501)이 해제되지 않는 각 주기는 상기 공진회로(23102,23103)의 공진주파수의 다수 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기적 장치(2101,2102,2401)는 이동식 또는 휴대용 장치인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 해제수단은 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(2313,24103,2501)사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단(23101,24101,19S)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 출력부하는 배터리(2603)에 전력을 공급하는 배터리 충전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 1차 도전경로(2405)는 픽업 공진주파수와 동일한 1차 공진주파수를 가지는 공진회로(2403,2405)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(23103,24103,2501)사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 상기 전기장치(2401)에 장착되거나, 또는 전기장치(2401)가 하나이상인 경우에는, 각 장치(2101,2102)마다 장착되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(23103,24103,2501)사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 픽업코일을 1차 도전경로(2405)를 향하여 또는 그로부터 떨어지도록 물리적으로 이동하는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(1902) 사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 분리코일(1901)을 포함하여 구성되며, 상기 분리코일은 코일을 오픈회로와 쇼프회로 사이에서 전환하기 위한 스위치(19S)를 가지며, 그 스위치(19S)가 한 상태에서 다른 상태로 전환되었을 때, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(1902)사이에 결합된 전력이 변화되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 분리코일(1901)은 1차 도전경로(2405)상에 또는 그의 근방에 인접하여 장착되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 분리코일은 각 장치(2401)에 장착되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  13. 제5항에 있어서, 픽업공진회로(23102,23103)는 캐패시터 및 인덕터를 포함하여 구성되며, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(24103) 사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 회로(24102,24103)를 공진회로와 오픈회로 사이에서 전환하기 위한 캐패시터와 직렬로 된 스위치(24101)를 포함하여 구성되며, 스위치가 오픈회로로 되었을 때, 공진전류가 픽업코일(24013)내로 흐르는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  14. 제5항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(23103)사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 픽업코일을 공진회로(23102,23103)와 쇼트회로 사이에서 전환하기 위하여 픽업코일(23103)을 가로지르는 스위치를 포함하여 구성되며, 코일(23103)이 쇼트회로로 되었을 때, 공진전류가 픽업코일(23103)내로 흐르는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  15. 제5항에 있어서, 전원(2102)은 전기적으로 동조가능한 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  16. 제7항에 있어서, 1차 공진회로(23102,23103)와 조합된 전원은 1차 공진주파수와 실질적으로 동일한 주파수의 사인파 교류를 발생하도록 채택된 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 전원(2102)은 한개의 스위치와, 공진 1차 도전경로(2405)내의 전력의 위상을 검지하기 위한 수단 및, 상기 공진 1차 도전경로내의 위상을 검지하기 위한 수단에 접속된 상기 스위치를 제어하기 위한 수단을 포함하여 구성되며, 사용시에, 스위치는 공진 1차 도전경로(2405)내의 공진전력의 위상에 대하여 고정된 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 전원(2402)은 단상원전(2304)이며, 상기 스위치는 한쌍의 상호보완적 스위치(2302)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  19. 제5항에 있어서, 픽업 공진회로는 인덕터 및 캐패시터를 가지는 직렬 공진회로인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  20. 제5항에 있어서, 픽업공진회로(23102,23103)는 인덕터(23103) 및 캐패시터(23102)를 가지는 병렬공진회로인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 인덕터는 투자성(透磁性) 코어를 가지는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  22. 제5항에 있어서, 상기 장치(2401)는, 차량, 가전제품, 전기 수공구, 전기 기계, 배터리 충전기, 또는 조명장치를 포함하여 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  23. 전원(2402)과; 상기 전원(2402)에 접속된 1차 도전경로(2405)와; 상기 1차 도전경로(2405)와 연결되어 사용하기 위한 차량을 포함하여 구성되며; 상기 차량은 그의 일부 전력을 상기 1차 도전경로(2405)와 관련한 자기장으로부터 유도할 수 있으며; 상기 차량은, 픽업공진회로(23103,24103,2501)과, 픽업코일(23103,24103,2501)내에서 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 출력부하를 가지는 유도전력 배전 시스템에 있어서, 상기 픽업코일(23103,24103,2501)은 픽업공진주파수를 가지는 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되며, 1차 도전경로(2405)로부터 상기 픽업코일을 부분적으로 해제하기 위한 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 출력부하는 상기 차량(2401)에 장착된 전기제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 출력부하는 상기 차량을 상기 1차 도전경로(2405)에 대하여 부상시키는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  26. 제23항에 있어서, 출력부하는 상기 차량상의 전기모우터(2503)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 픽업 공진회로는 캐패시터 및 인덕터를 가지는 직렬 공진회로인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 픽업 공진회로(23102,23103)는 캐패시터(23102) 및 인덕터(23103)를 가지는 병렬공진회로인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(1902)사이에 결합된 전력을 변화하기 위한 수단은 차량(2401)상의 분리코일(1901)을 포함하여 구성되며, 상기 분리코일은 그 분리코일을 오픈회로와 쇼트회로 사이에서 전환하기 위한 스위치(19S)를 가지며, 그 스위치(19S)가 한 상태에서 다른 상태로 전환되었을 때, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(1902)사이에 결합된 전력이 변화되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 스위치(19S)를 제어하기 위한 수단과, 캐패시터(14112) 및 인덕터(14111)에 걸리는 전압을 감시하기 위한 수단(14117)이 마련됨으로써, (a) 만약 그 전압이 미리 설정된 상한치를 초과하면, 제어수단은 그 전압이 미리 설정된 상한치 아래가 되도록 스위치를 오픈회로상태에서 쇼트회로 상태로 전환하고, 또는 (b) 만약 그 전압이 미리 설정된 하한치를 밑돌면, 제어수단은 스위치를 쇼트회로 상태에서 오픈회로 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  31. 제28항에 있어서, 1차 도전경로(2405)와 픽업코일(23103,24103,2501)사이에 결합된 전력을 변화하는 수단은, 공진상태와 비공진상태 사이에서 픽업코일을 전환하기 위한 픽업코일내의 스위치(23101,24101)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 스위치(14113)를 제어하기 위한 수단과, 캐패시터 및 인덕터에 걸리는 전압을 감시하기 위한 수단(14117)이 마련됨으로써, (a) 만약 그 전압을 미리 설정된 상한치를 초과하면, 제어수단(14117)은 그 전압을 미리 설정된 상한치 아래로 떨어지도록 회로(14111,14112)를 공진상태에서 비공진상태로 전환하고, 또는 (b) 만약 그 전압이 미리 설정된 하한치를 밑돌면, 제어수단(14117)은 회로(14111,14112)를 비공진상태로부터 공진상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 스위치(24101)는 상기 캐패시터(24102) 및 상기 인덕터(24103)와 직렬인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  34. 제31항에 있어서, 스위치(23101)는 상기 캐패시터(23102) 및 상기 인덕터(23103)와 병렬인 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  35. 제23항에 있어서, 1차 도전경로(2405)는 단일 1차 콘덕터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  36. 제23항에 있어서, 1차 도전경로(1100)는 한쌍의 간격을 둔 병렬 콘덕터(1102,1103)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 각 1차 콘덕터는 고주파전류의 전송에 유용한 비교적 큰 표면적을 가지는 가늘게 연장된 도전성 재료(9107)의 스트랜드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 1차 도전경로(2405)는 부가적인 1차 콘덕터를 가지는 영역을 가지며, 사용할 때에 상기 영역은 증가된 자기장을 가지는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  39. 제23항에 있어서, 1차 도전경로(2405)는 픽업 공진주파수와 동일한 1차 공진주파수를 가지는 1차 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되며, 상기 1차 공진회로(23102,23103)는 폐쇄된 루프를 형성하는 캐패시터에 접속된 한쌍의 간격을 둔 가늘고 긴 콘덕터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 1차 도전경로(2105)는 부가적인 캐패시터(2107)에 의하여 종단(終端)되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  41. 제39항에 있어서, 1차 도전경로(2305)는 도전성 회로요소에 의하여 종단되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  42. 제39항에 있어서, 1차 공진주파수를 특정주파수에 동조시키기 위한 수단이 마련되며, 상기 동조수단은 1차 공진회로(23102,23103)의 인던턴스를 변화시키기 위하여 1차 도전경로(9107)의 근방을 향하여 또는 그로부터 멀어지게끔 이동할 수 있는 투자체(透磁體:9105)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전력 배전 시스템.
  43. 가변전류가 공급되는 1차 도전경로(2405)와 관련된 자기장으로부터 전력의 일부를 유도할 수 있으며, 픽업 공진주파수를 가지는 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되는 픽업코일(23103,24103,2501)과, 그 픽업코일(23103,24103,2501)내에 유도된 전력에 의하여 구동가능한 출력부하(2503)를 가지는 차량에 있어서, 상기 픽업공진회로(23103,24103,2501)은 공진주파수를 가지는 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되며, 상기 픽업코일(23103,24103,2501)을 1차 도전경로(2405)로부터 부분적으로 해제하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
  44. 전원(2402)과; 상기 전원(2402)에 접속된 1차 도전경로(2405)와; 상기 1차 도전경로(2405)와 연결하여 사용하기 위한 다수개의 전기장치(2101,2102,2401)를 포함하여 구성되며; 상기 각 장치(2401)는 전력을 상기 1차 도전경로(2405)와 관련한 자기장으로부터 유도하여 사용할 수 있으며; 상기 각 장치는, 픽업코일(23103,24103,2501)과, 그 픽업코일내에 유도되는 전력에 의하여 구동될 수 있는 출력부하를 가지는 유도전력 배전 시스템에 있어서, 상기 픽업코일(23103,24103,2501)은 픽업 공진주파수를 가지는 공진회로(23102,23103)를 포함하여 구성되며, 각 장치(2101)는 상기 제1유도경로(2405)와 상기 픽업공진회로(23103,24103,2501)사이의 결합을 가변하기 위한 제어 수단을 가지는 유도전력 배전 시스템.
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