KR101242735B1 - 자기장 차폐 물질 및 이를 이용한 급전장치 및 집전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기장 차폐 물질 및 이를 이용한 급전장치 및 집전장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 불요 자기장을 흡수함으로써 자기장을 차폐할 수 있는 물질 및 이를 표면에 도포함으로써 불요 자기장의 차폐 기능을 갖는 급전장치 및 집전장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 인체에 영향을 미치거나 주변 전자기기에 장애를 초래할 수 있는 불요 자기장을 효과적으로 차단하는 물질을 제공하고, 특히 자기유도방식의 무선 충전식 전기자동차를 위한 급전장치 및 집전장치에 그러한 물질을 도포함으로써 도로와 차량 주변에서 발생하는 불요 자기장을 차단하여 전기자동차의 탑승 승객이나 또는 탑승 대기 승객에게 미칠 수 있는 인체 영향과 혹은 그 주변 전자기기에 장애 및 오동작을 초래할 수 있는 경우를 사전에 상쇄할 수 있게 된다.

Description

자기장 차폐 물질 및 이를 이용한 급전장치 및 집전장치{MAGNETIC FIELD CANCELLATION MATERIAL, POWER SUPPLY AND PICKUP DEVICE USING THE MATERIAL}

본 발명은 자기장 차폐 물질 및 이를 이용한 급전장치 및 집전장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 불요 자기장을 흡수함으로써 자기장을 차폐할 수 있는 물질 및 이를 표면에 도포함으로써 불요 자기장의 차폐 기능을 갖는 급전장치 및 집전장치에 관한 것이다.

일반적으로 집전장치에 유도된 자기장은 대부분 구동 에너지 또는 배터리 충전 에너지로 사용되나 집전 시 코일과 집전 커패시터 사이에 완벽한 L/C 동기가 이루어지지 않으면 불요 자기장이 발생하게 된다. 실제 이런 불요 자기장은 항상 발생하고 있으며 100% L/C 동기를 맞추는 것은 물리적으로 불가능하다. 이 불요 자기장은 주변 사람의 인체에 영향을 미치거나 주변 전자기기에 장애를 초래할 수도 있으므로 집전장치에서 발생하는 불요 자기장을 효과적으로 제거하는 것이 필요하다. 종래의 자기장 차폐 기술 중의 하나는, 불요 자기장이 발생하는 방향과 수직으로 다른 코일을 감아 불요 자기장을 막는 방식이다. 그러나 자기장은 물과 같은 흐름의 특성을 가지고 있어 어느 한 부분을 막으면 다른 경로를 타고 흘러가게 되므로 효과적인 차폐가 어렵다는 문제점이 있어 왔다.

도 1은 전자통신연구원(ETRI)에서 제안한 전자파 차폐방법을 나타내는 사진이다. 불요 전자파가 발생하는 안테나(20)를 물(10)로 채워 놓으면 그렇게 하지 않았을 때보다 전자파 성분이 1/4로 줄어든다는 것이다. 그러나 전기자동차 등에서 집전장치 부분을 물로 채워 넣는 것은 구현하기가 매우 어렵고 실용화하는 것은 불가능하기 때문에, 이 원리를 적용하기 위해서는 물과 비유전율이 같은 물질을 찾아 도포하는 것이 본 출원에서 제공하는 발명의 핵심이라 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인체에 영향을 미치거나 주변 전자기기에 장애를 초래할 수 있는 불요 자기장을 효과적으로 차단하는 물질을 제공하고, 특히 자기유도방식의 무선 충전식 전기자동차를 위한 급전장치 및 집전장치에 그러한 물질을 도포함으로써 도로와 차량 주변에서 발생하는 불요 자기장을 차단하여 전기자동차의 탑승 승객이나 또는 탑승 대기 승객에게 미칠 수 있는 인체 영향과 혹은 그 주변 전자기기에 장애 및 오동작을 초래할 수 있는 경우를 사전에 상쇄하도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖는 급전장치는, 전류가 흐르는 급전선; 및 상기 급전선의 전류에 의해 발생된 자기장을 이동체에 부착된 집전장치로 전달하는 자극을 구비하는 급전코어를 포함하고, 상기 급전코어의 불요 자기장 발생 부위는 자기장 차폐물질로 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 급전코어는 단면이 'U'자형 또는 'W'자형이고, 상기 자기장 차폐물질은 상기 급전코어 좌우측 자극의 외측면에 도포될 수 있다.

상기 자기장 차폐물질은, 타이타늄산바륨(Barium Titanate) 및 망간(Mn)을 혼합한 물질로서 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖고, 이동체에 부착되는 집전장치는, 청구항 2의 급전코어 자극에서 발생된 자기장을 전달받는 자극을 구비하는 집전코어; 및 상기 자기장에 의해 유도된 전류가 흐르는 집전선을 포함하고, 상기 집전코어의 불요 자기장 발생 부위는 자기장 차폐물질로 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 집전코어는 단면이 'U'자형 또는 'W'자형이고, 상기 자기장 차폐물질은 상기 집전코어 좌우측 자극의 외측면에 도포될 수 있다.

상기 자기장 차폐물질은, 타이타늄산바륨(Barium Titanate) 및 망간(Mn)을 혼합한 물질로서 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 인체에 영향을 미치거나 주변 전자기기에 장애를 초래할 수 있는 불요 자기장을 효과적으로 차단하는 물질을 제공하고, 특히 자기유도방식의 무선 충전식 전기자동차를 위한 급전장치 및 집전장치에 그러한 물질을 도포함으로써 도로와 차량 주변에서 발생하는 불요 자기장을 차단하여 전기자동차의 탑승 승객이나 또는 탑승 대기 승객에게 미칠 수 있는 인체 영향과 혹은 그 주변 전자기기에 장애 및 오동작을 초래할 수 있는 경우를 사전에 상쇄하는 효과가 있다.

도 1은 전자통신연구원(ETRI)에서 제안한 전자파 차폐방법을 나타내는 사진이다.
도 2는 타이타늄산바륨과 망간을 혼합하여 전기자동차의 집전장치에 도포한 경우 예상되는 자기장 발생 패턴을 시뮬레이션한 결과이다.
도 3은 도로에 매설된 급전장치와 이로부터 자기유도방식으로 전력을 집전하는, 차량에 부착된 집전장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 급전장치와 집전장치에 타이타늄산바륨과 망간을 혼합하여 도포한 형태의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 타이타늄산바륨(Barium Titanate)과 망간(Mn)을 혼합하여 전기자동차의 집전장치에 도포한 경우 예상되는 자기장 발생 패턴을 시뮬레이션한 결과이다.

왼쪽 도면(210)은 타이타늄산바륨과 망간의 도포 전 시뮬레이션 결과이며, 오른쪽 도면(220)은 타이타늄산바륨과 망간의 도포 후 시뮬레이션 결과이다.

본 발명에 따른 무선충전식 전기자동차 집전장치의 불요 자기장의 발생 원인을 살펴보면 급전부에서 공급되는 자기장 성분이 100% 공진되어 집전장치로 유도되지 못하는 것이 주요 이유이다. 이는 집전 코일을 감는 패턴의 변화로 공진을 최대한 맞추면 어느 정도 제거할 수 있다. 그러나 이는 아무리 공진 포인트를 잘 맞춘다 해도, 100% 공진은 물리적으로 불가능하기 때문에 불요 자기장 발생 원인을 원천적으로 차단하는 것은 매우 어렵다. 따라서 발생하는 불요 자기장이 외부로 흘러 나가지 않도록 하는 것이 중요하고 또한 흘러 나가더라도 미소한 양만 흐르도록 해서 엄격한 전자파 인체보호기준을 만족하도록 해야만 한다. 이렇게 하려면 불요 자기장이 발생하는 집전장치의 표면에 차폐물질을 도포하는 방식을 취해야한다.

도 2는 이를 위해 타이타늄산바륨(Barium Titanate)과 망간(Mn)을 혼합하여 전기자동차의 집전장치에 도포한 경우 예상되는 자기장 발생 패턴을 시뮬레이션한 결과이며, 그 시뮬레이션 설정 환경은 다음과 같다.

먼저, 두 집전장치를 마주 보게 하고 마주보는 면에 타이타늄산바륨과 망간 조합 물질을 도포한다. 주파수는 20 kHz로 고정하고, 온도는 24±3℃를 유지한다. 한 쪽 집전장치에 200A, 20kHz의 전류를 흘리는 것으로 설정하고 다른 집전장치에 유도되는 자기장 발생 패턴을 분석한다. 타이타늄산바륨과 망간이 도포된 영역과 아닌 영역을 비교하면, 도포된 영역에는 발생 자기장이 상대적으로 많이 줄어 있음을 확인할 수 있다. 붉은색은 불요 자기장이 많이 유도된 상태를 의미하고, 푸른색에 가까울수록 불요 자기장 유도가 낮아져 차폐효과가 좋아졌다는 것을 의미한다.

즉, 물과 비유전율이 같은 물질을 찾아 도포하는 것이 본 출원에서 제공하는 발명의 핵심이라 할 수 있으며, 그 물질은 타이타늄산바륨과 망간이라는 것이 본 시뮬레이션 결과가 잘 보여주고 있다.

도 3은 도로(40)에 매설된 급전장치(110)와 이로부터 자기유도방식으로 전력을 집전하는, 차량(30)에 부착된 집전장치(120)를 측면에서 바라본 모식도이다.

급전장치는 급전코어(111) 및 급전코어 자극(112) 및, 좌우 벽 형태의 자극(112) 안쪽에 급전선(113)을 구비한다. 급전선(113)은 전술한 바와 같이 좌우 벽 형태의 자극(112) 안쪽에 배치되어 측면에서 보이지 않으나, 본 도면에서는 편의상 보이도록 도시하였다. 이러한 급전장치(110) 및 집전장치(120)에 대하여는 이하 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

도 4는 급전장치와 집전장치에 타이타늄산바륨과 망간을 혼합하여 도포한 형태의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

본 도면은 도 3에 도시된 급전장치(110)와 집전장치(120)를, 도로의 진행방향, 즉 정면으로 바라본 경우의 단면도이다. 급전장치(110)는 도로면 바로 밑에 매설되어 도로 진행방향을 따라 연장되어 설치되며, 집전장치(120)는 도로를 주행하는 차량 하부에 설치된다. 급전장치(110)는 도로를 따라 연장되는 급전선(113)과 급전코어(111)로 구성되며, 급전코어(111)에는 자극(magnetic pole)(112)이 도로의 진행방향에 수직으로 세워진 방향으로 3개 구비된다. 집전장치(120)는 집전선(123)과 집전코어(121)로 구성되고, 도로면에 직각으로 역시 3개의 자극(122)을 갖는다. 급전선(113)에 흐르는 전류에 의해 급전코어 자극(112)과 집전코어 자극(122)을 통하여 자기장(1)이 발생하고, 이 자기장에 의하여 집전선(123)에 전류가 유도되면서 집전장치(120)를 통하여 전력이 집전된다.

자기장(1)이 발생하는 급전코어 자극(112)의 상측면과 집전코어 자극(122)의 하측면에는 자기장이 통과해야 하므로 자기장 차폐물질을 도포하지 않는다.

그러나 급전장치(110)의 좌우측면에 발생하는 자기장은 누설 자기장, 즉 불요 자기장에 해당하므로 자기장 차폐물질(114)이 도포된다. 또한 집전장치(120)의 좌우측면에 발생하는 자기장 역시 누설 자기장, 즉 불요 자기장에 해당하므로 자기장 차폐물질(124)이 도포된다. 이와 같이 자기장 차폐물질(114,124)를 불요 자기장 발생면에 도포하여, 불요 자기장의 발생을 원천 차단할 수 있게 된다.

이러한 자기장 차폐물질(114,124)은 전술한 바와 같이 타이타늄산바륨과 망간의 혼합 물질을 사용하는 것이 효과적이다.

한편, 급전장치와 집전장치는 반드시 도 4와 같은 형상을 갖는 것은 아니며, 다양한 형태가 가능하다. 예를 들어 본 도면에서는 급전장치와 집전장치가 서로 매칭되는 세 쌍의 자극(112,122)을 구비하고 있지만('W'자형), 양 끝에 두 쌍의 자극만을 구비하는 경우도 가능하며('U'자형), 급전코어의 단면이 'I'자형이고 그 좌우로 급전선이 지나는 형태도 가능하다. 이에 따라 불요 자기장이 발생하는 면도 다양하게 정해질 수 있으며, 그 면에 타이타늄산바륨과 망간의 혼합 물질과 같은 자기장 차폐물질을 도포하여 불요 자기장의 발생을 원천 차단할 수 있게 된다.

210: 타이타늄산바륨과 망간의 도포 전 자기장 발생 패턴 시뮬레이션 결과
220: 타이타늄산바륨과 망간의 도포 후 자기장 발생 패턴 시뮬레이션 결과
30: 전기자동차 40: 도로
110: 급전장치 111: 급전코어
112: 급전코어 자극 113: 급전선
120: 집전장치 121: 집전코어
122: 집전코어 자극 123: 집전선
114,124: 자기장 차폐물질

Claims (7)

1. 삭제
2. 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖는 급전장치로서,
   전류가 흐르는 급전선; 및
   상기 급전선의 전류에 의해 발생된 자기장을 이동체에 부착된 집전장치로 전달하는 자극을 구비하는 급전코어
   를 포함하고,
   상기 급전코어의 불요 자기장 발생 부위는 자기장 차폐물질로 도포되어 있는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖는 급전장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 급전코어는 단면이 'U'자형 또는 'W'자형이고,
   상기 자기장 차폐물질은 상기 급전코어 좌우측 자극의 외측면에 도포되는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖는 급전장치.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 자기장 차폐물질은,
   타이타늄산바륨(Barium Titanate) 및 망간(Mn)을 혼합한 물질로서 구성되는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖는 급전장치.
5. 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖고, 이동체에 부착되는 집전장치로서,
   청구항 2의 급전코어 자극에서 발생된 자기장을 전달받는 자극을 구비하는 집전코어; 및
   상기 자기장에 의해 유도된 전류가 흐르는 집전선
   을 포함하고,
   상기 집전코어의 불요 자기장 발생 부위는 자기장 차폐물질로 도포되어 있는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖고, 이동체에 부착되는 집전장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 집전코어는 단면이 'U'자형 또는 'W'자형이고,
   상기 자기장 차폐물질은 상기 집전코어 좌우측 자극의 외측면에 도포되는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖고, 이동체에 부착되는 집전장치.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 자기장 차폐물질은,
   타이타늄산바륨(Barium Titanate) 및 망간(Mn)을 혼합한 물질로서 구성되는 것
   을 특징으로 하는, 자기장 차폐물질에 의한 불요 자기장 차폐기능을 갖고, 이동체에 부착되는 집전장치.
   

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