KR101114601B1 - 전기 자동차용 급전 레일 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기 자동차용 급전 레일 장치는 평판 형상을 갖고 도로의 길이 방향을 따라 연장되는 급전 코어; 평판 형상을 갖고 상기 급전 코어의 위쪽에 배치되는 급전선; 및 상기 급전 코어와 급전선을 서로 절연시킨 상태로 함께 수용하는 하우징을 구비한 급전 유닛이 일정한 간격을 두고 수평으로 배열된 급전 유닛 수평 배열; 상기 급전 유닛의 수평 배열의 양 측부에서 상기 급전 유닛이 도로 표면을 향해 일정한 간격을 두고 배열되는 한 쌍의 급전 유닛 수직 배열; 상기 급전 유닛의 수평 배열의 적어도 일부의 급전 유닛의 상부에 배치되며 반원형 단면을 갖는 보호 부재; 및 상기 급전 유닛 수평 배열 및 급전 유닛 수직 배열의 급전 유닛들 사이의 간격을 채우며 압축 하중을 지지하는 재료로 이루어진 하중 지지 부재를 포함한다. 본 발명에 의하면, 도로에 매설되는 급전 레일이 중간 지지대를 갖거나 보강판을 삽입한 샌드위치 구조, 혹은 아치형 보강판을 사용한 급전 레일 구조를 적용함으로써 도로에 인가되는 집중 하중이나 변형에 강인하고, 수직 코어를 사용함으로써 자계를 좀 더 높은 곳까지 전달할 수 있는 효과가 있다. 또한, 도로의 하중에 강인한 급전 레일은 콘크리트 혹은 기타의 강인한 구조물로 된 지지대를 가지도록 함으로써 유리섬유강화플라스틱(FRP)의 두께를 감소시켜 비용 절감이 가능하다.

Description

전기 자동차용 급전 레일 장치{POWER SUPPLY DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차용 급전 레일 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로에 매설되어 도로에 가해지는 수직 하중을 효율적으로 분산시키고, 급전 코어로부터 방출되는 자계가 최저 지상고인 12cm 이상까지 전달할 수 있는 모노 레일 또는 듀얼 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 휘발유와 경유와 같은 연료를 공급받아 운행되지만 매연을 발생시켜 공기를 오염시킨다. 이러한 공기 오염을 방지하고자 최근에는 휘발유나 경유와 같은 연료 대신 차량에 배터리를 장착하여 배터리를 주기적으로 충전하는 방식에 의해 운행되는 전기 자동차가 개발 추세에 있다. 그러나, 배터리 충전 방식의 전기 자동차는 과도한 배터리 용량과 이로 인한 차량 무게나 부피, 비용증가, 긴 충전시간 또는 낮은 충전효율, 배터리 수명단축 등의 문제점이 있었다. 전기 자동차의 다른 형태로서, 주행 중에 도로에 매설된 급전장치로부터 차량 내에 설치된 집전장치로 전기가 공급되어 운행되는 전기 자동차가 있다. 이러한 급전/집전장치 구조의 전기 자동차는 본 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허출원번호 10-2009-0029671호(명칭: 전기자동차용 초박형 급전장치와 집전장치)에 개시되어 있다. 이에 대해 첨부된 도 1을 참조하여 간략히 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 초박형 급전장치의 구조를 나타내는 도면으로서, 초박형 급전장치(80)는 초박형의 급전 코어(82), 절연체(83), 급전선(84)이 적층되어 하우징(85)으로 감싸진 급전코일선(track)(81), 급전코일선(81)의 상부에 배치되어 급전코일선(81)을 보호하기 위한 보호 덮개(86), 및 보호 덮개(86)를 고정하는 다수개의 고정핀(87)을 구비한다. 복수개의 급전코일선(81)은 일정한 간격을 두고 평행하게 도로에 매설되며, 1cm 이내의 두께를 갖는 초박형 구조로서 기존의 아스팔트 도로를 깊게 파지 않고 얕게 갈아내어 매설할 수 있다. 또한, 몰딩 구조이기 때문에 별도의 지지구조물이 없이도 도로상에서 큰 하중의 차량바퀴나 충격에도 강인한 특성을 가지며, 급전코일선(31)은 수백 미터(meter) 길이 단위의 롤(roll) 형태로 일체형으로 제작하여 현장에 운반할 수 있으므로 별도의 조립공정 없이 현장에서 즉시 설치가 가능하다. 여기서는 듀얼 방식의 초박형 급전장치에 대해서 설명하였으나 모노 방식의 초박형 급전장치도 동일한 방식으로 구성이 가능하다. 그러나, 도로에 급전선을 매설하는 방식에서는 예를 들어, 10톤 이상의 차량이 급전선이 매설된 도로 위를 통과하거나, 지표면에 처짐이 발생되는 경우에는 이로 인하여 지표면의 아스팔트 하부에 매설된 급전 코어 및 급전 코일에 손상이 가해져 급전선이 정상적으로 급전 기능을 수행할 수 없으며, 급전 코어로부터 방출되는 자계를 최저 지상고 이상으로 전달할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 도로에 매설되는 급전 레일 장치에서 도로에 수직으로 가해지는 하중을 효율적으로 분산시키고, 수직 방향의 급전 코어를 설치하여 최저 지상고 이상으로 자계가 전달될 수 있도록 한 모노 레일 또는 듀얼 레일 방식의 전기 자동차용 급전 레일 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차에 비접촉으로 전력을 공급하는 급전 레일 장치의 일 측면에 따르면, 평판 형상을 갖고 도로의 길이 방향을 따라 연장되는 급전 코어; 평판 형상을 갖고 상기 급전 코어의 위쪽에 배치되는 급전선; 및 상기 급전 코어와 급전선을 서로 절연시킨 상태로 함께 수용하는 하우징을 구비한 급전 유닛이 일정한 간격을 두고 수평으로 배열된 급전 유닛 수평 배열; 상기 급전 유닛의 수평 배열의 양 측부에서 상기 급전 유닛이 도로 표면을 향해 일정한 간격을 두고 배열되는 한 쌍의 급전 유닛 수직 배열; 상기 급전 유닛의 수평 배열의 적어도 일부의 급전 유닛의 상부에 배치되며 반원형 단면을 갖는 보호 부재; 및 상기 급전 유닛 수평 배열 및 급전 유닛 수직 배열의 급전 유닛들 사이의 간격을 채우며 압축 하중을 지지하는 재료로 이루어진 하중 지지 부재를 포함한다.

상기 보호 부재는 플라스틱 또는 비닐 재질로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 도로에 매설되는 급전 레일이 중간 지지대를 갖거나 보강판을 삽입한 샌드위치 구조, 혹은 아치형 보강판을 사용한 급전 레일 구조를 적용함으로써 도로에 인가되는 집중 하중이나 변형에 강인하고, 수직 코어를 사용함으로써 자계를 좀 더 높은 곳까지 전달할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도로의 하중에 강인한 급전 레일은 콘크리트 혹은 기타의 강인한 구조물로 된 지지대를 가지도록 함으로써 유리섬유강화플라스틱(FRP)의 두께를 감소시켜 비용 절감이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 초박형 급전장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 모노 레일 방식의 급전 레일은 아스팔트층(1)의 하부 콘크리트층(2)에 매설된다. 콘크리트층(2)의 상부에는 소정의 길이를 갖는 유리섬유강화플라스틱(FRP) 재질의 보호대(3)가 설치되며, 보호대(3)의 양 끝단부는 앵커(anchor)(4)에 의해 고정된다. 보호대(3)의 하부에는 보호대(3)와 소정의 간격을 두고 중간이 타공된 형태의 급전 코일판(5)과 급전 코어(8)가 적층된다. 급전 코일판(5)은 상부면과 하부면이 각각 상부 몰딩 부재(6)와 하부 몰딩 부재(7)에 의해 몰딩되며, 급전 코어(8)는 상부면과 하부면이 각각 상부 절연 부재(9)와 하부 절연 부재(10)에 의해 절연된 구조를 갖는다. 특히, 중간 타공부에는 보호대(3)를 지지하는 콘크리트가 채워져 중간 지지대(11)가 형성된다. 이러한 급전 레일 구조에서, 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우, 하중이 보호대(3)과 중간 지지대(11)에 의해 분산되며, 중간 지지대(11)의 사용으로 인하여 보호대(3)의 두께를 최소화시켜 이에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 급전 레일은 아스팔트층(12)의 하부 콘크리트층(13)에 매설된다. 콘크리트층(13)의 상부에는 소정의 길이를 갖는 보호대(14)가 설치되며, 보호대(14)의 양 끝단부는 앵커(anchor)(15)에 의해 고정된다. 보호대(14)의 하부에는 급전 코일판(16)과 급전 코어(19)가 적층된다. 급전 코일판(16)은 상부면과 하부면이 각각 상부 몰딩 부재(17)와 하부 몰딩 부재(18)에 의해 몰딩되며, 급전 코어(19)는 상부면과 하부면이 각각 상부 절연 부재(20)와 하부 절연 부재(21)에 의해 절연된 구조를 갖는다. 특히, 보호대(14)와 급전 코일판(16)의 상부 몰딩 부재(17)간의 간격을 제로(zero)로 함으로써 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 보호대(14)와 급전 코일판(16) 및 급전 코어(19)가 분담하여 부담하게 된다. 또한, 샌드위치 구조의 몰딩으로 인해 시공 시간 및 비용이 절감된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 급전 레일은 아스팔트층(22)의 하부 콘크리트층(23)에 매설된다. 콘크리트층(23)의 상부에는 소정의 길이를 갖는 제1 보호판(24)이 설치되며, 제1 보호대(24)의 양 끝단부는 제1 앵커(anchor)(25)에 의해 고정된다. 제1 보호대(24)의 하부에는 각 파이프(26)가 위치하며, 각 파이프(26)의 양 끝단부에는 제1 급전 코어(27)가 수직으로 몰딩된다. 각 파이프(26)의 하부에는 소정의 길이를 갖는 제2 보호대(28)가 설치된다. 제2 보호대(28)의 하부에는 급전 코일판(29)과 제2 급전 코어(32)가 적층된다. 급전 코일판(29)은 상부면과 하부면이 각각 상부 몰딩 부재(30)와 하부 몰딩 부재(31)에 의해 몰딩되며, 제2 급전 코어(32)는 상부면과 하부면이 각각 상부 절연 부재(33)와 하부 절연 부재(34)에 의해 절연된 구조를 갖는다. 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 제1 보호판(24)과 각 파이프(26) 및 제2 보호대(28)가 분담하여 부담하게 된다. 특히, 제1 보호대(24)와 제2 보호대(28) 사이에 각 파이프(26)를 사용함으로써 수직 하중으로 인한 처짐을 방지할 수 있다. 또한, 각 파이프(26)의 양 끝단부에 수직으로 몰딩된 제1 급전 코어(27)에 의해 좀더 높은 곳까지 자계 전달이 가능해진다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노 레일 방식의 급전 레일은 아스팔트층(35)의 하부 콘크리트층(36)에 매설된다. 콘크리트층(36)의 상부에는 소정의 길이를 갖는 아치형 보호대(37)가 설치되며, 아치형 보호대(37)의 양 끝단부는 앵커(anchor)(38)에 의해 L형 지지대(39)에 고정된다. 아치형 보호대(37)의 하부에는 아치형 보호대(37)와 소정의 간격을 두고 급전 코일판(40)과 급전 코어(43)가 적층된다. 급전 코일판(40)은 상부면과 하부면이 각각 상부 몰딩 부재(41)와 하부 몰딩 부재(42)에 의해 몰딩되며, 급전 코어(43)는 상부면과 하부면이 각각 상부 절연 부재(44)와 하부 절연 부재(45)에 의해 절연된 구조를 갖는다. 이러한 급전 레일 구조에서는 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 아치형 보호대(37)에 의해 가해지는 하중을 효율적으로 감당할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 레일 방식의 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 레일 방식의 급전 레일은 아스팔트층(46)의 하부 콘크리트층(47)에 매설된다. 콘크리트층(47)의 상부에는 소정의 길이를 갖는 제1 보호대(48)가 설치되며, 제1 보호대(48)의 양 끝단부는 제1 앵커(anchor)(49)에 의해 고정된다. 제1 보호대(48)의 하부에는 각 파이프(50)가 위치하며, 각 파이프(50)의 양 끝단부에는 제1 급전 코어(51)가 수직으로 몰딩된다. 각 파이프(50)의 하부에는 소정의 길이를 갖는 제2 보호대(52)가 설치된다. 제2 보호대(52)의 하부에는 듀얼 레일 방식의 급전 레일이 상호간에 소정의 간격을 두고 설치된다. 이러한 급전 레일은 급전 코일판(53)과 제2 급전 코어(56)가 적층된다. 급전 코일판(53)은 상부면과 하부면이 각각 상부 몰딩 부재(54)와 하부 몰딩 부재(55)에 의해 몰딩되며, 제2 급전 코어(56)는 상부면과 하부면이 각각 상부 절연 부재(57)와 하부 절연 부재(58)에 의해 절연된 구조를 갖는다. 특히, 급전 레일의 양 끝단부에는 제3 급전 코어(59)가 수직으로 몰딩된다. 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 제1 보호대(48)와 각 파이프(50) 및 제2 보호대(52)가 분담하여 부담하게 된다. 또한, 각 파이프(50)의 양 끝단부에 수직으로 몰딩된 제1 급전 코어(51)와, 급전 레일의 양 끝단부에 수직으로 몰딩된 제3 급전 코어(59)에 의해 지면으로부터 좀 더 높은 곳까지 자계 전달이 가능해진다.

하기에서 설명될 도 7 및 도 8의 실시예는 본 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허출원번호 10-2009-0029671호(명칭: 전기자동차용 초박형 급전장치와 집전장치)에 개시된 격자모양의 초박형 급전장치(도 14 참조)를 개량한 발명으로서, 이에 대해 첨부된 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 급전 레일은 기존의 아스팔트(60)에 소정의 깊이를 갖는 'ㄷ'자 형상의 홈을 형성하여 홈 내부의 아스팔트(61)의 하부 콘크리트(62)에 매설된다. 홈 내부에 새롭게 매설되는 콘크리트(62)는 소정의 깊이를 갖는 'ㄷ'자 형상의 홈을 갖도록 형성되며, 홈 내부에는 고강도 절연재질의 하우징(63)이 삽착된다. 하우징(63)의 내부에는 구리 또는 알미늄 재질의 급전선(64)과 페라이트 재질의 급전 코어(65)가 내장된다. 하우징(63)의 상부에는 하우징(63)과 소정 간격을 두고 급전코일을 보호하기 위한 FRP 재질의 급전코일 보호대(66)가 형성된다. 급전코일 보호판(66)의 하부에는 급전코일 보호대(66)를 지지하기 위한 급전코일 보호판 지지기둥(67)이 동일한 간격으로 다수개가 설치된다. 이러한 급전 레일 구조에서는 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 급전코일 보호대(66)가 하중을 부담하게 된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온라인 전기 자동차용 급전 레일의 구조를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 레일은 기존의 아스팔트(68)에 소정의 깊이를 갖는 'ㄷ'자 형상의 홈을 형성하여 홈 내부의 아스팔트(69)의 하부 콘크리트(90)에 매설된다. 기존의 아스팔트(68)의 홈 내부에 새롭게 매설되는 콘크리트(90)에는 격자 형태의 급전 레일이 매설된다. 하기에서는 격자 형태의 급전 레일 구조에 대해 설명하기로 한다. 새롭게 매설되는 콘크리트(90)의 하부에는 급전 유닛(70)이 동일한 간격을 두고 수평 방향으로 매설되며, 다수개의 급전 유닛(70)의 사이에는 새롭게 매설되는 콘크리트(90)에 의해 채워진다. 급전 유닛(70)은 평판 형상을 갖고 도로의 길이 방향을 따라 연장되는 급전 코어(73)와, 평판 형상을 갖고 급전 코어(73)의 위쪽에 배치되는 급전선(72) 및 급전 코어(73)와 급전선(72)을 서로 절연시킨 상태로 함께 수용하는 고강도 절연재질의 하우징(71)을 구비한다. 급전 코어(73)는 페라이트 재질로 이루어지며, 급전선(72)은 구리 또는 알미늄 재질로 이루어진다. 다수개의 급전 유닛(70)의 상부에는 각각 급전선(72)과 급전 코어(73)를 보호하기 위한 플라스틱 또는 비닐 재질의 반원형 부재(74)가 형성되어, 아스팔트 표면에 수직 방향으로 10톤 이상의 하중이 가해지는 경우 반원형 부재(74)가 하중을 부담하게 된다. 또한, 기존의 아스팔트(68)의 내부 홈에 새롭게 매설된 콘크리트(90)의 양 측면부에는 상기 수평 방향으로 매설된 다수개의 급전 유닛(70)과 수직이 되는 방향으로 다수개의 수직 방향의 급전 유닛(100)이 매설된다. 다수개의 수직 방향의 급전 유닛(100)의 사이에는 새롭게 매설되는 콘크리트(90)에 의해 채워진다. 수직 방향의 급전 유닛(100)은 평판 형상을 갖고 도로 표면을 향해 일정한 간격을 두고 배열되는 급전 코어(76)와, 평판 형상을 갖고 급전 코어(76)의 내측부에 배치되는 급전선(77) 및 급전 코어(76)와 급전선(77)을 서로 절연시킨 상태로 함께 수용하는 고강도 절연재질의 하우징(75)을 구비한다. 이러한 수직 방향의 급전 코어(76)는 수직 방향의 하우징(75)을 관통하여 새롭게 매설된 신규 아스팔트(69)의 상부까지 연장되어 지면으로부터 좀 더 높은 곳까지 자계 전달이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

68,69 : 아스팔트 70 : 급전 유닛
71,75 : 하우징 72,77 : 급전선
73,76 : 급전 코어 74 : 반원형 부재
90 : 콘크리트 100 : 급전 유닛

Claims (2)

1. 도로에 매설되어 전기자동차에 비접촉으로 전력을 공급하는 급전 레일 장치로서,
   평판 형상을 갖고 도로의 길이 방향을 따라 연장되는 급전 코어; 평판 형상을 갖고 도로의 길이 방향을 따라 상기 급전 코어의 위쪽에 배치되는 급전선; 및 상기 급전 코어와 급전선을 서로 절연시킨 상태로 함께 수용하는 하우징을 구비한 급전 유닛이 일정한 간격을 두고 수평으로 배열된 급전 유닛 수평 배열;
   도로의 길이 방향을 따라 상기 급전 유닛의 수평 배열의 양 측부에서 상기 급전 유닛이 도로 표면을 향해 일정한 간격을 두고 배열되는 한 쌍의 급전 유닛 수직 배열;
   도로의 길이 방향을 따라 상기 급전 유닛의 수평 배열의 적어도 일부의 급전 유닛의 상부에 배치되며 반원형 단면을 갖는 보호 부재; 및
   상기 급전 유닛 수평 배열 및 급전 유닛 수직 배열의 급전 유닛들 사이의 간격을 채우며 압축 하중을 지지하는 재료로 이루어진 하중 지지 부재를 포함하는 급전 레일 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보호 부재는 플라스틱 또는 비닐 재질로 이루어진
   것을 특징으로 하는 급전 레일 장치.

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