KR100332391B1

KR100332391B1 - 무접점 전기 에너지 전송용 장치

Info

Publication number: KR100332391B1
Application number: KR1019997003396A
Authority: KR
Inventors: 베른하트 에베르; 에버하트 폰호프
Original assignee: 울리히 프리쯔쉐; 밤플러 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2002-04-13
Also published as: JP3257799B2; CA2269243C; JP2000508160A; EP0932925A1; AU9339298A; WO1999009633A1; AU734998B2; US6265791B1; DE19735685A1; NZ334829A; KR20000068783A; CA2269243A1

Abstract

본 발명은 교류(2)가 흐르는 1차 전류 도선으로부터 복수의 2차 공진 부하 회로들(100, 200)로 에너지를 무접점 전송하기 위한 장치에 관한 것으로, 각각의 공진 부하 회로들은 전류 도선(2)의 전자기장으로부터 에너지를 끌어내는 적어도 하나의 코일(5)을 포함한다. 이 독창적인 장치는, 예를 들어, 산업 어셈블리 시스템이나 개인 여객 차량에 사용된다. 1차 회로로부터 에너지를 거의 끌어내지 않는 소비 장치는 1차 회로를 통해 전류 흐름을 방해하여, 다른 소비 장치들에게 공급한다. 알려진 해결책은 각 사용자에게 디커플링 장치를 요구한다. 그러므로 본 발명은 여러 사용자들에게 서로 단순하고 독립적인 에너지를 공급하도록 한다. 이를 위해서, 도선(8)은 여러 접속점들(10, 11)을 통해서 접속된 전류 도선(2)과 병렬로 배치된다. 게다가, 가감 저항기(45)는 두 개의 접속점들(10, 11) 사이에서 도선(8)의 적어도 한 섹션과 들어맞게 되고, 모니터링 장치(43)에 의해 제어된다.

Description

무접점 전기 에너지 전송용 장치{DEVICE FOR CONTACTLESS TRANSMISSION OF ELECTRIC ENERGY}

본 발명은 청구항 1항의 전문에 따른 에너지 전송 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 에너지 전송 장치는 1차 회로의 정상 전류 도선에서 이동 소비 장치(mobile consumer)의 2차 회로로 전기 에너지를 전송하는 데 사용된다. 가능한 응용 분야는, 예를 들어, 산업용 어셈블리 시스템 또는 여객 차량(passenger vehicles)이다.

이 경우에, 무접점 유도 에너지 전송이 유리하다. 이것은 마모되기 쉬운 미끄럼 접점의 생략을 가능하게 한다. 더욱이, 바닥 위에 전류 도선을 설치할 때 노출 도선의 보호의 어려움 및 오염된 도선으로 인한 불량 접촉이 사라진다. 바닥, 천장 또는 벽에 도선을 설치함으로써, 종래 전류 전송 레일의 트리핑(tripping)에 대한 위험이 제거될 수 있다.

공지 시스템은 여러 소비 장치(consumer)에 의한 동시 사용시 문제일 수 있다. 이것은 소비 장치와 정상 전류 도선간의 상호 작용 때문이다.

정규 동작에서, 교류는 1차 회로를 통해 흐른다. 소비 장치의 2차 회로는 코일을 통해 1차 회로와 결합되는 공진 회로를 형성하며, 1차 회로의 주파수로 공진한다.

소비 장치가 1차 회로로부터 에너지를 거의 끌어내지 않는다면, 이것은 부하 회로 내에 임피던스가 증가됨을 의미한다. 이러한 임피던스는 변압기 효과에 의해 1차 회로에 반사된다. 1차 회로에서의 임피던스의 증가로, 1차 회로를 통한 전류의 흐름이 방해되어 다른 소비 장치에 대한 공급도 방해된다. 에너지가 전혀 사용되지 않는다면, 소비 장치의 코일은 1차 도체 내에서의 전류의 흐름을 완전히 차단한다. 그러므로, 더이상 소비 장치는 제1 도선과 독립적으로 동작할 수 없고 그들의 전력 소비가 개별적으로 조절되지 않는다.

이와 같은 시도는 특허 PCT 92/17929에서 찾아 볼 수 있다. 이 경우에는, 전기 또는 기계적 디커플링 장치가 각각의 소비 장치 상에 설치된다. 그러나, 이러한 개념은, 예를 들어, 대규모의 디커플링 장치, 예컨대, 수력 피스톤(hydraulic piston)이 소비 장치 운반체 상에 수송되는 것을 필요로 한다.

WO 93/23909는 1차 회로가 진행 방향에서 서로 뒤에 배열된 가이던스 루프(guidance loops)를 갖는 시스템을 설명한다. 이들 가이던스 루프는 바이패스되므로 그 전계 내에 어떤 소비 장치도 없다면 전류에 의해 관통되지 않는다. 그러나, 이 경우에는, 사용되지 않은 도선의 일부가 끊어지지 않고, 그 대신에, 여러 소비 장치들이 1차 도선의 차단에도 불구하고 에너지를 공급받기 때문에, 상기 개념은 여러 소비 장치들의 동작에 대한 해결책을 제시하지 못한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 여러 소비 장치들에게 서로 독립적인 에너지를 용이하게 공급할 수 있는 에너지 전송 장치를 설계하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항을 특징으로 해결된다.

효과적 실시예들은 종속항들에서 찾아볼 수 있다.

실시예의 일례가 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 에너지 전송 시스템을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 에너지 전송 장치를 나타내는 도면.

종래 기술에 따른 에너지 전송 장치는 교류 전원(1)을 통해 에너지를 공급받는 전류 도선(2)을 갖는 1차 회로를 구비한다. 이 회로의 공진 동작을 위해서, 캐패시터들(3)이 특정 간격으로 전류 도선(2)내에 제공된다.

1차 회로로부터 에너지를 끌어내기 위해서, 전류 소모 장치들 (100 및 200) 각각은 예를 들어, U형 페라이트 코어(4)에 감겨진 코일(5)을 구비한다. 이 코일(5)은 전류 도선(6)을 통해 소비 저항(7)과 접속된다. 이러한 소비 저항(7)은, 예를 들어, 차량 모터 또는 조절 회로일 수 있다. 더욱이, 2차 회로는 소비 저항(7)에 병렬인 코일(5)에 적용되는 캐패시터와 같은 역할을 하는 장치를 갖는다. 이것은 2차 회로가 공진 회로를 형성할 수 있는 데 필요하다. 그러나, 명료함을 위해서, 이 캐패시터에 대한 설명은 생략한다.

고주파 교류 전압이 전원(1)에 인가되지 않는다면, 교류는 전류 도선(2)을 통해 흐른다. 전자기장은 상기 전류 도선(2) 주위에 형성된다. 이것은 U형 페라이트 코어의 자화로 인해 코일(5)에서 부하 이동(load shift)을 발생시킨다. 전류 도선(2)에서 전류 방향으로의 고주파 변화는 전자기장의 계속적인 반전(constantreversal)을 일으켜 코일(5)에서 부하 이동의 방향으로 공진 변화를 일으킨다. 이렇게 유도된 교류는 도선(6)을 통해 소비 저항(7)에 이르게 될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 에너지 전송 장치를 나타낸다. 이 시스템은 도 1의 종래 기술에 따른 소비 장치들 및 1차 회로의 일부를 사용한다. 동일한 성분은 도 1에서와 동일한 부호로 나타낸다.

이 시스템은 교류 전원(1)을 갖는 1차 전류 도선(2)을 포함한다. 보조 도선(8)이 전류 도선(2)과 병렬 배치되어 있다. 이 보조 도선(8)은 접속점(10)에서 특정 간격으로 전류 도선(2)과 접속된다. 본 예에서, 캐패시터들(3)이 접속점으로 선택되었다. 모니터링 장치(43)는 각각 두 개의 접속점 사이에서 보조 도선(8)내에 제공된다. 각각의 모니터링 장치(43)에 병렬이고, 스위치(41)를 갖는 전류 브랜치(42)가 배치되고, 모니터링 장치(43)를 통해 개폐될 수 있다.

소비 장치(100)가 전류 도선(2)으로부터 최대 전력을 필요로 한다면, 두 개의 인접한 접속점(10, 11) 사이에 있는 문제의 각 섹션의 모니터링 장치(43)는 개방상태로 스위치(41)를 스위치한다. 이러한 방법으로는, 전류가 보조 도선(8)을 통해 흐를 수 없는데, 이것은 모니터링 장치(43) 및 개방 스위치(41)가 도통하지 않기 때문이다. 이 경우에, 전체 전류는 오직 전류 도선(2)을 통해서, 그러므로 소비 장치(100)의 코일(5)을 따라서 흐른다.

소비 장치(100)가 낮은 전력 출력을 필요로 한다면, 모니터링 장치(43)는 스위치(41)를 폐쇄시킨다. 결과적으로, 전류는 전류 도선(2)을 통해서 뿐만 아니라 보조 도선(8) 및 브랜치 도선(42)을 통해서 흐른다. 이 방법으로, 전류는 제1 접속점(10)으로부터 전류 도선(2)을 통해, 그리고 보조 도선(8) 및 브랜치 도선(42)을 통해 다음 접속점(11)으로 흐를 수 있다. 따라서 전류 도선(2)의 전자기장은 덜 강하고 전력이 낮게 전송된다.

소비 장치의 전력을 지속적으로 조절하기 위해서, 스위치(41)는 시간제 방식(timed manner)으로 폐쇄될 수 있다. 펄스 주파수 또는 키잉 비율(keying ratio)을 조절함으로써, 출력값은 스위치가 지속적으로 개방될 때의 최대 전송과, 스위치가 지속적으로 폐쇄될 때의 최소 전송 사이에서 설정될 수 있다.

접속이 끊어진 소비 장치(100)에 의해 도선(2)이 차단되는 것은 방지하기 위해서, 스위치(41)는 영구히 폐쇄될 수 있다. 이 방법으로, 전체 전류는 섹션(10-11)에서 보조 도선(8) 및 브랜치 도선(42)을 거쳐 다음 접속점(11)으로 전송된다.

소비 장치에 의해 요구된 전력에서의 변화는 1차 회로에 반작용한다. 결과적으로, 스위치(41)는 국부 보조 도선 섹션(8)에서 전압 또는 최소 테스팅 전류 흐름을 측정함으로써 모니터링 장치(43)에 의해 제어될 수 있다. 미리 설정된 편차값에 대해, 모니터링 장치(43)는 스위치(41)에 스위칭 펄스를 발생시킨다.

스위치(41)를 제어하기 위한 다른 가능성은 소비 장치(100) 그 자체에서 모니터링 장치(43)로 신호를 전송하는 데 있다. 이 목적을 위해서, 무접점 데이터 전송 장치들이 소비 장치(100, 200) 및 모니터링 장치(43) 상에 제공된다. 이들은 무선을 통하거나, 또는 다른 공지 원리에 따라 유도적으로 동작할 수 있다.

이 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이 독립적인 모니터링 장치(43)가 각 도선 섹션(8)에 제공될 수 있다. 그러나, 또한 중앙 모니터링 장치로부터 여러 섹션들을 공동으로 제어할 수도 있다. 이를 달성하기 위해서, 소비 장치들(100, 200)은 예를 들어, 이들의 신호를 공통 모니터링 장치(43)에 전송할 것이다. 이 모니터링 장치는 각각의 스위치(41)를 필요 조건에 따라 스위치할 수 있다.

한 실시예에서, 스위치(41) 대신에 가변 조절 저항이 제공될 수 있다. 이 경우에, 보조 도선 섹션(8)을 경유하는 전류 흐름은 스위치를 개폐하지 않고 조절 가능 저항의 레벨을 조절하여 조절될 것이다.

기술된 전력 제어가 항상 한 섹션에 관련되기 때문에, 섹션의 크기를 소비 장치들(100, 200)의 크기에 맞추는 것이 바람직하다. 개별 소비 장치들(100, 200)의 독립 제어를 위한 다른 가능성은 충분한 동작 간격을 유지하는 것일 것이다.

Claims

교류가 흐르는 1차 전류 도선(2)에서, 상기 전류 도선(2)의 전자기장으로부터 에너지를 각각 끌어내는 적어도 하나의 코일(5)을 갖는 다수의 2차 공진 부하 회로(100, 200)로의 무접점 에너지 전송용 장치에 있어서,

제1 접속점(10)에서 보조 도선(8)을 거쳐 제2 접속점(11)으로 전류를 도통시킬 수 있도록, 보조 도선(8)이 상기 전류 도선(2)과 병렬로 배치되어 여러 접속점들(10, 11)을 통해 상기 전류 도선(2)에 접속되며,

접속이 끊긴 소비 장치(100, 200)에 의해 상기 도선(2)이 차단되는 것을 방지할 수 있도록, 적어도 상기 도선의 한 섹션내 두 접속점(10, 11) 사이에서 모니터링 장치(43)에 의해 제어되는 상기 보조 도선(8)에 조절 가능 저항(45)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 조절 가능 저항(45)은 상기 보조 도선(8)을 도통 또는 비도통 상태로 스위칭하기 위해 개폐될 수 있는 스위치(41)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 접속점(10, 11)은 캐패시터(3)의 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 스위치(41)는 상기 소비 장치(100, 200)의 전력 소비를 제어하기 위해 펄스 방식으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 모니터링 장치(43)는 적어도 한 도선 섹션의 상기 조절 가능 저항(45)에서 전압을 모니터링하여, 상기 전압의 특정 변화값에 대해 상기 조절 가능 저항(45)에 대한 제어 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 모니터링 장치(43)는 상기 1차 전류 도선(2)의 적어도 한 도선 섹션에서의 전류 흐름을 모니터링하여, 상기 전압의 특정 변화값에 대해 상기 조절 가능 저항(45)용 제어 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 모니터링 장치(43)는 상기 보조 도선(2)의 적어도 한 도선 섹션에서의 테스팅 전류 흐름을 모니터링하여, 상기 전압의 특정 변화값에 대해 상기 조절 가능 저항(45)용 제어 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 적어도 하나의 소비 장치(100, 200)가 상기 무접점 신호 전송용 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 모니터링 장치(43)가 무접점 방식으로 전송된 소비 장치(100, 200)로부터의 신호를 수신하여, 상기 신호에 따라 적어도 하나의 조절 가능 저항(45)에 대한 제어 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 모니터링 장치(43)는 여러 소비 장치(100, 200)로부터 신호를 수신하여 여러 조절 가능 저항(45)을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 국부 조절 가능 저항(45)을 제어하기 위한 독립적인 모니터링 장치(43)가 적어도 한 도선 섹션(8)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.