KR101325549B1 - wireless power transfer apparatus having magnetic field shielding function using transformer - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전자기장 차폐 강도 조정이 가능한 장치를 구비한 무선 전력전송 장치는 급전코일과 집전코일 사이에서 발생하는 자기장(EMF)을 차폐하여 외부로 유출되어 인체에 미치는 유해성을 차단한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 집전코일의 외곽에 집전코일과 소정의 거리를 이격하여 배치되며 집전코일의 일단을 연장하여 집전코일과 반대 방향으로 권선하여 집전코일 외곽에 역 방향의 자기장을 형성하여 집전코일 외곽의 자기장을 상쇄시켜 주고, 전류변압기를 설치하여 상쇄코일에 전류를 인가하거나 인가되는 전류를 변화시킬 수도 있다.Wireless power transmission device having a device capable of adjusting the electromagnetic shielding strength according to the present invention shields the magnetic field (EMF) generated between the feed coil and the current collector coil to block the harmful effects on the human body. In order to solve this problem, the present invention is disposed at a distance from the current collector coil at a predetermined distance from the outside of the current collector coil, and extends one end of the current collector coil to wind in a direction opposite to the current collector coil to form a magnetic field in a reverse direction outside the current collector coil. By offsetting the magnetic field outside the current collector coil, by installing a current transformer may apply a current to the offset coil or change the applied current.

Description

전류변압기 기반의 전자기장 차폐장치를 구비한 무선 전력전송 장치 {wireless power transfer apparatus having magnetic field shielding function using transformer}Wireless power transfer apparatus with current transformer-based electromagnetic shielding device {wireless power transfer apparatus having magnetic field shielding function using transformer}

자기 유도에 의하여 전력을 전달하는 무선 전력전송 장치는 급전코일과 집전코일 사이에서 발생하는 자기장(EMF)이 외부로 나와서 인체에 영향을 주는 문제를 가지고 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 상기의 자기장(EMF)을 감쇄시키는 방법에 관한 것이다.
A wireless power transmission device that transmits power by magnetic induction has a problem in that a magnetic field (EMF) generated between a feed coil and a current collector coil is emitted to the outside and affects the human body. The present invention relates to a method of attenuating the above magnetic field (EMF) to solve this problem.

본 발명은 정해진 궤도를 따라 움직이는 전기 철도 차량이나 지정된 장소에 주차, 정차되는 전기 자동차에 자기 유도에 의하여 무선으로 전력을 전달하는 무선 전력전송 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless power transmission apparatus for wirelessly transferring electric power by magnetic induction to an electric railway vehicle moving along a predetermined track or an electric vehicle parked and stopped at a designated place.

정해진 궤도를 따라 움직이는 기존의 철도 차량, 모노 레일 차량, 트롤리 버스와 같은 경우 기계적 수단이나 전기적 수단 등의 방법으로 차량의 추진에 필요한 에너지를 공급하였다. 기존의 전기 철도는 상부가선을 통해서 접촉식으로 에너지를 공급받는 구조로 도시 미관을 해치고, 유지 보수 및 고압라인의 노면 노출로 인한 감전 등의 사고위험을 가지고 있다. 일반 엔진 자동차를 대신하여 전기를 배터리에 저장하였다가 사용하는 전기자동차의 경우, 배터리를 충전하기 위하여 전기에너지를 공급하는 케이블의 커넥터를 전기자동차의 커넥터에 접속시키는 과정이 매우 번거로운 문제가 있다. 상기의 철도 차량 급전 및 전기 자동차의 충전 문제를 해결하기 위하여 전기적인 접촉을 하지 않고 정해진 궤도를 따라 움직이는 전기 철도 차량이나 지정된 장소에 주차, 정차된 전기 자동차에 자기 유도를 이용하여 무선으로 전력을 전달하는 무선 전력 전송 방식에 관심이 많아지고 있다.In the case of existing railroad cars, monorail cars, and trolley buses moving along a defined track, mechanical or electrical means are used to provide the energy required for the propulsion of the vehicle. Existing electric railroads are energized by means of contact through the upper wires, damaging the aesthetics of the city, and causing an accident such as electric shocks due to maintenance and exposure of roads on high-voltage lines. In the case of an electric vehicle that stores and uses electricity in a battery instead of a general engine vehicle, a process of connecting a connector of a cable for supplying electric energy to the connector of the electric vehicle is very troublesome. In order to solve the power supply problem of the railway vehicle and the charging of the electric vehicle, electric power is wirelessly transmitted by using magnetic induction to an electric railway vehicle moving along a predetermined track or an electric vehicle parked or stopped at a designated place without making electrical contact. There is a growing interest in wireless power transmission schemes.

그러나 무선 전력 정송 장치는 급전코일과 자기유도에 의하여 전력을 전달 받는 집전코일 사이에서 발생하는 자기장이 외부로 누출되어 인체에 유해한 영향을 주는 문제가 있다.
However, the wireless power transmission device has a problem in that a magnetic field generated between the power supply coil and the current collector coil that receives power by magnetic induction leaks to the outside and thus has a harmful effect on the human body.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명은 급전코일과 자기유도에 의해서 전력을 전달받는 집전코일 사이에서 발생하는 자기장의 외부 유출을 상쇄시킬 수 있는 전자기장 차폐 강도 조정이 가능한 장치를 구비한 무선 전력전송 장치를 제공함에 있다.
The present invention has been proposed in view of the above problems, and the present invention is provided with an apparatus capable of adjusting electromagnetic shielding strength that can offset the external outflow of the magnetic field generated between the power supply coil and the current collecting coil that receives electric power by magnetic induction. In one aspect, there is provided a wireless power transmission apparatus.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자기장 차폐 강도 조정이 가능한 장치를 구비한 무선 전력전송 장치는, 도로에 매설되거나 일정한 장소의 바닥면에 설치되어 외부에서 공급되는 고주파 교류 전류에 의해 고주파 자속을 발생하는 급전코일로부터, 자기 유도에 의해 전력을 전달받는 전자기장 차폐 강도 조정이 가능한 장치를 구비한 무선 전력전송 장치로서, 급전코일로부터 공간적인 거리를 가지고 급전코일과 평행하게 배치되며 자기 유도에 의하여 급전코일로부터 무선으로 전력을 전달받는 집전코일; 집전코일의 외곽에 집전코일과 소정 거리를 두고 소정 턴수로 권선되고, 집전코일에 발생하는 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장을 형성하여 집전코일로부터 발생하는 자기장을 상쇄시키는 상쇄코일; 집전코일과 절연되게 집전코일의 일단에 소정 턴수로 권선되어 집전코일로부터 상쇄코일에 전류를 인가하며, 집전코일에 권선된 턴수에 따라 상쇄코일에 흐르는 전류가 변하도록 하는 전류변압기;를 포함하여 구성된다.
고주파 교류 전류에 의해 고주파 자속을 발생하는 급전코일과 급전코일로부터 공간적인 거리를 가지고 급전코일과 평행하게 배치되며 자기 유도에 의하여 전력을 전달 받는 집전코일과 집전코일의 외곽에 상기 집전코일과 소정의 거리를 이격하여 배치되며 집전코일의 일단을 연장하여 집전코일과 반대 방향으로 소정의 턴수로 권선하여 집전코일 외곽에 역 방향의 자기장을 형성하여 집전코일 외곽의 자기장을 상쇄시켜 주는 자기장 상쇄코일을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a wireless power transmission device having a device capable of adjusting electromagnetic shielding strength according to the present invention is buried in a road or installed on the floor of a fixed place by a high frequency alternating current by high frequency alternating current supplied from the outside. A wireless power transmission device having a device capable of adjusting electromagnetic field shielding strength, which receives electric power from a feeding coil that generates power, by magnetic induction, wherein the wireless power transmission device has a spatial distance from the feeding coil and is disposed in parallel with the feeding coil, A current collecting coil which receives electric power wirelessly from the feeding coil; An offset coil wound around the current collector coil at a predetermined number of turns at a predetermined distance from the current collector coil to form a magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field generated in the current collector coil to offset the magnetic field generated from the current collector coil; A current transformer wound around the current collector coil at a predetermined number of turns so as to be insulated from the current collector coil, to apply a current to the offset coil from the current collector coil, and to change a current flowing in the offset coil according to the number of turns wound on the current collector coil. do.
The current collector coil and a predetermined distance are disposed parallel to the feed coil having a spatial distance from the feed coil and the feed coil which generate a high frequency magnetic flux by a high frequency alternating current and receive electric power by magnetic induction. A magnetic field offset coil is disposed to be spaced apart from each other and extends one end of the current collector coil to a predetermined number of turns in a direction opposite to the current collector coil to form a reverse magnetic field outside the current collector coil to offset the magnetic field outside the current collector coil. It is configured by.

본 발명의 상쇄코일은 자성을 갖는 코어 없이 구성 될 수도 있고, 코일 상면에 자성을 갖는 코어를 둘 수도 있다.The offset coil of the present invention may be configured without a magnetic core, or may have a magnetic core on the coil upper surface.

또한 본 발명의 상쇄코일은 집전코일의 전후(Y축), 좌우(X축) 방향의 자기장 차폐 강도를 조정하기 위해 집전코일과의 이격거리를 다르게 권선하는 것이 바람직하다.In addition, the offset coil of the present invention is preferably wound different distances from the current collector coil in order to adjust the magnetic field shielding strength in the front and rear (Y axis), left and right (X axis) direction of the current collector coil.

본 발명의 상쇄코일에 흐르는 전류가 집전코일에 흐르는 전류의 정수배가 아닌 임의의 전류를 필요로 할 때에 상쇄코일을 집전을 연장하여 사용하는 대신 집전코일의 일단에 별도의 변압기를 통해서 상쇄코일을 구성하는 것이 바람직하다.
When the current flowing through the offset coil of the present invention requires an arbitrary current that is not an integer multiple of the current flowing through the current collector coil, the offset coil is configured through a separate transformer at one end of the current collector coil instead of using the current collector to extend the current collector. It is desirable to.

본 발명에 따른 전자기장 차폐 강도 조정이 가능한 장치를 구비한 무선 전력전송 장치는, 자기 유도에 의하여 전력을 전달시 급전코일과 전력을 전달받는 집전코일 사이에서 발생하는 자기장의 외부 유출을 막아주는 효과가 있다.
Wireless power transmission apparatus having a device capable of adjusting the electromagnetic shielding strength according to the present invention, has an effect of preventing the external leakage of the magnetic field generated between the power supply coil and the current collector coil receives the power when the power is delivered by magnetic induction have.

[도 1]은 무선 전력전송 장치의 일반적인 구성도,
[도 2]는 하부 차폐판을 이용한 전자기장 차폐 구성도,
[도 3]은 측면 차폐판을 이용한 전자기장 차폐 구성도,
[도 4]는 본 발명의 전자기장 차폐 장치 구성도,
[도 5]는 본 발명의 전자기장 차폐 장치를 적용한 구성도,
[도 6]는 원형 코일 권선에 적용된 본 발명의 구성도,
[도 7]은 사각형 코일 권선에 적용된 본 발명의 구성도,
[도 8]은 원형 코일 권선에 적용된 본 발명의 전류변압기 구성도,
[도 9]은 사각형 코일 권선에 적용된 본 발명의 전류변압기 구성도,
[도 10]은 본 발명의 적용전과 적용후의 전자기장 강도를 비교한 그래프이다.1 is a general configuration of a wireless power transmission device,
2 is an electromagnetic shielding configuration using the lower shielding plate,
3 is an electromagnetic shielding configuration using the side shield plate,
4 is a configuration diagram of an electromagnetic shielding device of the present invention;
5 is a configuration diagram to which the electromagnetic shielding device of the present invention is applied;
6 is a configuration diagram of the present invention applied to a circular coil winding,
7 is a configuration diagram of the present invention applied to a rectangular coil winding,
8 is a configuration diagram of the current transformer of the present invention applied to a circular coil winding;
9 is a configuration diagram of the current transformer of the present invention applied to a rectangular coil winding;
10 is a graph comparing the electromagnetic field strength before and after the application of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment not limiting the present invention.

[도 1]은 무선 전력전송 장치의 일반적인 구성도를 나타낸다. 도로에 매설되거나 지상에 설치되는 급전코일(3), 급전코일과 평행하게 배치되며 자기 유도에 의하여 전력을 전달 받는 집전코일(2)과 집전 코어(1)로 구성된다.
급전코일(3)에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 고주파 자속은 집전코일의 상면에 있는 자성체인 집전 코어(1)를 거쳐서 다시 급전코일(3)로 돌아가게 된다. 급전코일(3)의 자속 크기는 급전코일(3)에서 멀어지면 약해지지만 집전코일(2)의 상면에 위치한 집전 코어(1)로 인해 급전코일(3)의 자속이 집전코일(2)과 쇄교하는 량이 급증하게 된다. 곧, 집전 코어(1)는 급전코일(3)과 집전코일(2)간의 자속 결합도을 증가시키는 효과가 있지만 자속에 의한 자기장의 영향을 더 넓게 확장시키는 역할도 한다.
[도 1]에서 보는 바와 같이 자속은 급전코일과 집전코일의 옆면을 타고 양쪽으로 퍼져 나가는 자속(F) 분포를 보여 주고 있다. 자속 라인간의 간격은 자속의 세기를 표시하는 것으로 자속이 조밀하게 표시되면 자속의 밀도가 높다는 것을 보여준다. [도 1]에서는 급전코일과 집전코일 사이의 자속이 넓은 범위까지 유출되는 것을 볼 수 있다. 기존에는 급전코일 및 집전코일사이에서 발생하는 자기장의 유출을 차폐하기 위해 [도 2]나 [도 3]의 방법을 사용하였다.1 shows a general configuration diagram of a wireless power transmission apparatus. The feed coil 3, which is embedded in the road or installed on the ground, is disposed in parallel with the feed coil, and includes a current collector coil 2 and a current collector core 1 that receive electric power by magnetic induction.
The high frequency magnetic flux generated by the high frequency current flowing through the feed coil 3 returns to the feed coil 3 via the current collector core 1, which is a magnetic body on the upper surface of the current collector coil. The magnetic flux of the feed coil 3 becomes weaker when it is moved away from the feed coil 3, but due to the current collector core 1 located on the top surface of the current coil 2, the magnetic flux of the feed coil 3 is separated from the current coil 2. The amount of exchange will increase. In other words, the current collector core 1 has the effect of increasing the magnetic flux coupling between the power supply coil 3 and the current collector coil 2, but also serves to widen the influence of the magnetic field by the magnetic flux.
As shown in FIG. 1, the magnetic flux shows the magnetic flux (F) distribution spreading on both sides of the feed coil and the collector coil. The spacing between the magnetic flux lines indicates the strength of the magnetic flux. If the magnetic flux is densely displayed, the magnetic flux density is high. In FIG. 1, it can be seen that the magnetic flux between the feed coil and the collector coil flows out to a wide range. Conventionally, the method of [FIG. 2] or [FIG. 3] was used to shield the leakage of the magnetic field generated between the feed coil and the collector coil.

[도 2]는 하부 차폐판을 이용한 전자기장 차폐 구성도이고, [도 3]은 측면 차폐판을 이용한 전자기장 차폐 구성도이다.
[도 2]에서는 전기 차량(5)의 하부에 전기 차량 상부로 일정 폭 만큼 위로 함몰되는 평판 형태로 끝단이 아래방향으로 곡면 형상을 하는 차폐판(4)을 장착하여 급전코일(3)과 집전코일(2)에 의한 자속의 영향을 차폐하였다.
[도 2]에서 지면에 설치되는 급전코일의 고주파 자속이 집전코일을 통과하여 다시 돌아오는 자속 중에서 옆으로 퍼져 나가는 자속은 비철금속 재질의 알루미늄으로 제작된 차폐판의 아래 방향으로 향하는 차폐판의 곡면 끝단으로 인해 자속의 누출이 차폐가 되지만 적용을 위해서는 전기 차량(5) 하부를 함몰해야 하는 문제가 있다.
[도 3]에서는 차폐판(4a)을 전기 차량의 측면에 부착하여 실제적으로 무선 전력 전송시 발생하는 자기장의 누출이 문제가 되는 전기 차량 부근의 자기장의 누출을 차단하는 방법이다. [도 3]에 적용한 측면 차폐판을 차량에 부착하고 운행하게 되면 운행중 여러 가지 문제가 발생하고 측면 차폐판을 상하 이동이 가능하게 하려면 별도의 기구가 필요로 하는 문제가 있다.2 is an electromagnetic shielding configuration diagram using a lower shield plate, and FIG. 3 is an electromagnetic shielding configuration diagram using a side shield plate.
In FIG. 2, a power supply coil 3 and a current collector are mounted on a lower portion of the electric vehicle 5 by mounting a shield plate 4 having a curved end in a downward direction in the form of a flat plate recessed upward by a predetermined width to the upper portion of the electric vehicle. The influence of the magnetic flux by the coil 2 was shielded.
In FIG. 2, the high-frequency magnetic flux of the feeding coil installed on the ground spreads laterally among the magnetic fluxes returning through the current-collecting coil returns to the curved end of the shielding plate facing downward of the shielding plate made of non-ferrous metal. Due to this leakage of magnetic flux is shielded, but there is a problem in that the lower portion of the electric vehicle (5) for application.
In FIG. 3, the shielding plate 4a is attached to the side of the electric vehicle to block the leakage of the magnetic field in the vicinity of the electric vehicle, in which the leakage of the magnetic field actually generated during wireless power transmission is a problem. When the side shield plate applied to [Fig. 3] is attached to the vehicle and operated, various problems occur during the operation, and there is a problem that a separate mechanism is required to enable the side shield plate to move up and down.


[도 4]는 본 발명의 전자기장 차폐 장치 구성도이고, [도 5]는 본 발명의 전자기장 차폐 장치를 적용한 구성도를 나타낸다.
[도 4]와 [도 5]를 참조하면, 본 발명은 도로에 매설되거나 일정한 장소의 바닥면에 설치되어 외부에서 공급되는 고주파 교류 전류에 의해 고주파 자속을 발생하는 급전코일(3)로부터 자기 유도에 의해 전력을 전달받는 집전코일(2)을 구비한 무선 전력전송 장치이다. 특히, 상쇄코일(8)과 전류변압기(14)를 포함하여 집전코일(2)의 자기장을 상쇄하도록 구성된다.
집전코일(2)은 급전코일(3)로부터 공간적인 거리를 가지고 급전코일(3)과 평행하게 배치되며 자기 유도에 의하여 급전코일(3)로부터 무선으로 전력을 전달받는다.
상쇄코일(8)은 집전코일(2)의 외곽에 집전코일(2)과 소정 거리를 두고 소정 턴수로 권선되고, 집전코일(2)에 발생하는 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장을 형성하여 집전코일(2)로부터 발생하는 자기장을 상쇄시킨다.
전류변압기(14)는 집전코일(2)과 절연되게 집전코일(2)의 일단에 소정 턴수로 권선되어 집전코일(2)로부터 유도된 전류를 상쇄코일(8)에 인가한다. 전류변압기(14)는 집전코일(2)과 반대 방향의 전류를 상쇄코일(8)에 인가함으로써 집전코일(2)에 발생하는 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장을 상쇄코일(8)이 형성하도록 구성된다.
이렇게 [도 4], [도 5]와 같은 차폐 구조를 적용하여 급전코일(3)과 집전코일(2)에 의한 자기장의 누출을 효율적으로 차폐한다.
급전코일(3)에 흐르는 고주파 전류에 의한 고주파 자속이 집전 코어(1)를 통과하여 다시 급전코일(3)로 돌아오면서 폐쇄형으로 권선된 집전코일(2)과 자속이 쇄교하게 된다.
[도 4]와 [도 5]에 도시된 상쇄코일(8)의 구조는 [도 6]에서와 같이, 집전코일(2)의 외곽에 집전코일(2)에서 소정의 거리(d1, d2)를 이격하여 배치하고 집전코일(2)의 일단을 연장하여 집전코일(2)과 반대 방향으로 권선한 상쇄코일(8)을 이용하여 집전코일(2) 외곽에 역방향의 자기장이 형성되도록 하여 집전코일(2) 외곽의 자기장을 상쇄시킨다.
[도 4]에서 보는 바와 같이 본 발명의 전자기 차폐 장치는, 집전코일(2)이 감긴 평판 형태로 자성을 갖는 집전 코어(1)와 집전 코어(1)의 상면에 적층된 상태로 집전 코어(1)와 외부를 절연시키고 집전 코어(1) 및 집전코일(2)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(10)와 절연 패드(10)의 상면에 적층되는 비철금속 재질의 알루미늄 고정판(9)과 집전코일(2)의 외곽에 집전코일(2)과 소정의 거리를 이격하여 배치되는 상쇄코일(8)을 포함하여 구성될 수도 있다.
4 is a configuration diagram of the electromagnetic shielding device of the present invention, and FIG. 5 is a configuration diagram to which the electromagnetic shielding device of the present invention is applied.
Referring to FIGS. 4 and 5, the present invention is magnetically induced from a feed coil 3 that is embedded in a road or installed on the bottom surface of a predetermined place to generate high frequency magnetic flux by high frequency AC current supplied from the outside. It is a wireless power transmission device having a current collector coil (2) receiving power by. In particular, the offset coil 8 and the current transformer 14 are configured to cancel the magnetic field of the current collector coil 2.
The current collector coil 2 is disposed in parallel with the power supply coil 3 at a spatial distance from the power supply coil 3 and wirelessly receives power from the power supply coil 3 by magnetic induction.
The offset coil 8 is wound around the current collector coil 2 at a predetermined number of turns at a predetermined distance from the current collector coil 2 to form a magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field generated in the current collector coil 2. The magnetic field generated from the coil 2 is canceled out.
The current transformer 14 is wound at a predetermined number of turns on one end of the current collector coil 2 so as to be insulated from the current collector coil 2, and applies a current induced from the current collector coil 2 to the offset coil 8. The current transformer 14 applies a current in a direction opposite to the current collector coil 2 to the offset coil 8 so that the offset coil 8 forms a magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field generated in the current collector coil 2. It is composed.
Thus, the shielding structure as shown in Figs. 4 and 5 effectively shields the magnetic field leakage caused by the feed coil 3 and the current collector coil 2.
The high frequency magnetic flux caused by the high frequency current flowing through the feed coil 3 passes through the current collecting core 1 and returns to the feed coil 3 again, and the magnetic flux is bridged with the current collector coil 2 wound in a closed manner.
The structure of the offset coil 8 shown in FIGS. 4 and 5 is a predetermined distance d1 and d2 from the current collector coil 2 outside the current collector coil 2, as shown in FIG. Spaced apart and extending one end of the current collector coil (2) using the offset coil (8) wound in the opposite direction to the current collector coil (2) to form a magnetic field in the reverse direction to the outside of the current collector coil (2) (2) Offset the outer magnetic field.
As shown in FIG. 4, the electromagnetic shielding apparatus of the present invention has a current collector core 1 in a state in which a current collector core 1 having magnetic properties is stacked on an upper surface of the current collector core 1 and a magnetic current collector core 2 wound around the current collector coil 2. 1) an insulating pad 10 which is insulated from the outside and discharges heat generated from the current collector core 1 and the current collector coil 2 to the outside and a non-ferrous metal aluminum fixing plate laminated on the top surface of the insulating pad 10 (9). ) And an offset coil 8 disposed at a distance apart from the current collector coil 2 at a distance from the current collector coil 2.

[도 4]에서 상쇄코일(8)의 전류 방향은 집전코일(2)의 전류 방향과 반대 방향이다. 이로 인해 집전코일(2)에 의한 자기장과 반대 방향의 자기장을 형성하게 되어 집전코일(2)과 상쇄코일(8)의 중간은 이전보다 자속 밀도가 증가하지만 집전코일(2)에서 멀어지는 측면에서의 자속 밀도는 급격히 감쇄된다. In FIG. 4, the current direction of the offset coil 8 is opposite to the current direction of the current collector coil 2. As a result, a magnetic field in a direction opposite to that of the magnetic field collected by the current collector coil 2 is formed, and the middle of the current collector coil 2 and the offset coil 8 increases in magnetic flux density than before, but at a side away from the current collector coil 2. The magnetic flux density is rapidly attenuated.

[도 5]에서는 본 발명의 차폐 장치를 적용한 구성도를 보여준다. [도 5]는 본 발명의 다른 실시예로 집전코일(2)이 감긴 평판 형태로 자성을 갖는 집전 코어(1)와, 그 집전 코어(1)의 상면에 적층된 상태로 집전 코어(1)와 외부를 절연시키고 집전 코어(1) 및 집전코일(2)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(10)를 구비한다.
또한, 본 실시예는 상쇄코일(8)이 감기는 평판 형태의 자성을 갖는 코어(11)와, 그 코어의 상면에 적층된 상태로 코어와 외부를 절연시키는 절연 패드(10)와 집전코일(2)의 절연 패드(10)와 상쇄코일(8)의 절연 패드(10)의 상면에 적층되는 비철금속 재질의 알루미늄 고정판(9)을 구비한다.
또한, 본 실시예는 상쇄코일(8), 코어(11), 절연 패드(10)를 집전코일(2)과 소정의 거리를 이격하여 배치하고 순차적으로 적층된 상쇄코일(8), 코어(11), 절연 패드(10)와 순차적으로 적층된 집전코일(2), 집전 코어(1), 절연 패드(10)의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리를 고정판의 하면 테두리에 맞물리는 케이스(도시하지 않음)를 포함하여 구성될 수 있다.5 shows a configuration diagram to which the shielding device of the present invention is applied. FIG. 5 illustrates a current collector core 1 having magnetic properties in a flat plate shape in which a current collector coil 2 is wound, and a current collector core 1 in a state of being stacked on an upper surface of the current collector core 1. And an insulating pad 10 that insulates the outside and the heat generated from the current collector core 1 and the current collector coil 2 to the outside.
In addition, in the present embodiment, the core 11 having a flat plate magnetic shape in which the offset coil 8 is wound, the insulating pad 10 and the current collector coil which insulate the core from the outside in a state of being laminated on the upper surface of the core ( An aluminum fixing plate 9 made of a non-ferrous metal material laminated on the upper surface of the insulating pad 10 of 2) and the insulating pad 10 of the offset coil 8 is provided.
In addition, in the present embodiment, the offset coil 8, the core 11, and the insulating pad 10 are disposed to be spaced apart from the current collector coil 2 by a predetermined distance, and the offset coil 8 and the core 11 sequentially stacked. ), A case in which the outer surface of the current collector coil 2, the current collector core 1, and the insulating pad 10 that are sequentially stacked with the insulating pad 10 is enclosed, and the edge is engaged with the bottom edge of the fixing plate. Not).

[도 5]에서 상쇄코일(8)의 전류 방향은 집전코일(20)의 전류 방향과 반대 방향이다. 이로 인해 집전코일(2)에 의한 자기장과 반대 방향의 자기장을 형성하게 되어 집전코일(2)과 상쇄코일(8)의 중간은 이전보다 자속 밀도가 증가하지만 집전코일(2)에서 멀어지는 측면에서의 자속 밀도는 급격히 감쇄됨을 알 수 있다. 또한 [도 5]에서는 집전코일(2) 외곽과 상쇄코일(8) 사이에 집중된 자속의 누출을 비철금속 재질의 알루미늄 고정판을 적층하여 자기장 누출을 차폐하게 된다.In FIG. 5, the current direction of the offset coil 8 is opposite to the current direction of the current collector coil 20. As a result, a magnetic field in a direction opposite to that of the magnetic field collected by the current collector coil 2 is formed, and the middle of the current collector coil 2 and the offset coil 8 increases in magnetic flux density than before, but at a side away from the current collector coil 2. It can be seen that the magnetic flux density is rapidly attenuated. In addition, in FIG. 5, magnetic flux leakage is concentrated by stacking a non-ferrous metal aluminum fixing plate to leak magnetic flux concentrated between the current collector coil 2 and the offset coil 8.

[도 6]는 원형 코일 권선에 대하여, [도 7]은 사각형 코일 권선에 대하여 본 발명을 적용한 구성도이다. [도 6]에서는 집전코일(2)이 원형으로 권선되어 있는 경우, 상쇄코일(8)의 배치에 대한 내용이다.
상쇄코일(8)의 전류 방향(13a)은 집전코일(2)의 전류 방향(13b)과 역방향이 되도록 집전코일(2)의 일단을 연장하여 집전코일(2)의 권선 방향과 반대 방향으로 권선한다.
전후(Y축), 좌우(X축)방향에 대하여 자기장의 차폐 강도를 조정하기 위해 집전코일(2)의 외곽선과 상쇄코일(8)의 간격(d1, d2)을 조정하여 권선한다. d1을 d2 보다 넓게 권선하게 되면 좌우(X축) 방향에 대한 자기장 차폐 강도가 증가하는 효과가 나타난다. 반대로 d2을 d1 보다 넓게 권선하게 되면 전후(Y축) 방향에 대한 자기장 차폐 강도가 증가하는 효과가 나타난다.
이런 효과는 [도 7]의 사각형 코일 권선 구조에서도 동일하게 나타난다. 동작은 다음과 같다. w1을 w2 보다 넓게 권선하게 되면 좌우(X축) 방향에 대한 자기장 차폐 강도가 증가하는 효과가 나타난다. 반대로 w2을 w1 보다 넓게 권선하게 되면 전후(Y축) 방향에 대한 자기장 차폐 강도가 증가하는 효과가 나타난다.FIG. 6 is a configuration diagram applying the present invention to a circular coil winding and FIG. 7 to a square coil winding. 6 shows the arrangement of the offset coil 8 when the current collector coil 2 is wound in a circular shape.
The current direction 13a of the offset coil 8 extends one end of the current collector coil 2 so as to be reverse to the current direction 13b of the current collector coil 2, and is wound in a direction opposite to the winding direction of the current collector coil 2. do.
In order to adjust the shielding strength of the magnetic field in the front-rear (Y-axis) and left-right (X-axis) directions, the distance d1 and d2 of the outline of the current collector coil 2 and the offset coil 8 are adjusted and wound. Winding d1 wider than d2 increases the magnetic shielding strength in the left and right (X-axis) directions. On the contrary, winding d2 wider than d1 increases the magnetic shielding strength in the front-rear (Y-axis) direction.
This effect is the same in the rectangular coil winding structure of FIG. 7. The operation is as follows. Winding w1 wider than w2 results in an increase in magnetic field shielding strength in the left and right (X-axis) directions. On the contrary, winding w2 wider than w1 increases the magnetic shielding strength in the front-rear (Y-axis) direction.

[도 8]은 원형 코일 권선에 적용된 본 발명의 전류변압기 구성도이고, [도 9]은 사각형 코일 권선에 적용된 본 발명의 전류변압기 구성도이다. [도 6]이나 [도 7]에서 보는 바와 같이, 상쇄코일(8)에 흐르는 전류의 크기는 집전코일(2)의 전류 크기의 정수배로 주어진다.
상쇄코일(8)에 흐르는 전류의 크기를 집전코일(2)에 흐르는 전류의 정수배가 아닌 임의의 크기의 전류가 흐르는 상쇄코일(8)은 집전코일(2)의 일단에 별도의 전류변압기(14)를 구비하여 구성한다.
[도 8] 및 [도 9]에서 보는 바와 같이, 집전코일(2)의 일단에 절연된 원형 코일 형태로 복수 권선을 감아 집전코일(2)에 흐르는 전류와 전류변압기(14)의 권선수에 의해 정해지는 전류가 상쇄코일(8)에 흐르게 된다. 전류변압기(14)를 이용한 상쇄코일(8)의 배치에 따른 자기장 차폐 강도 조정에 대한 내용은 [도 6]과 [도 7]의 내용과 동일하다.8 is a configuration diagram of the current transformer of the present invention applied to a circular coil winding, and FIG. 9 is a diagram of the configuration of the current transformer of the present invention applied to a square coil winding. As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the magnitude of the current flowing through the offset coil 8 is given by an integer multiple of the magnitude of the current of the current collector coil 2.
The offset coil 8, in which a current of any size flows, rather than an integer multiple of the current flowing in the current coil 2, is supplied to a separate current transformer 14 at one end of the current coil 2. ) Is configured.
As shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of windings are wound in the form of a circular coil insulated at one end of the current collector coil 2 to the current flowing through the current collector coil 2 and the number of windings of the current transformer 14. The current determined by the current flows through the offset coil 8. The contents of the magnetic field shielding strength adjustment according to the arrangement of the offset coils 8 using the current transformer 14 are the same as those of FIGS. 6 and 7.

[도 10]은 본 발명의 적용전과 적용 후의 전자기장 강도를 비교한 그래프이다. 무선 전력전송 장치의 전자기장 크기를 측정거리 175cm에 대하여 측정한 결과는 다음과 같다.
상쇄코일(8)이 없는 경우, 정격 부하 조건에서 측정 높이가 30cm(h1)이면 170mG, 50cm(h2)이면 141mG이 된다. 상쇄코일(8)이 없는 경우에는 부하가 증가하면 급전코일과 집전코일(2) 사이에서 누출되는 자기장의 세기가 EMF의 기준(62.5mG)을 초과하게 된다.
본 발명의 전자기장 차폐 장치를 구비한 경우, 정격 부하 조건에서 측정 높이가 30cm(h1)이면 30mG, 50cm(h2)이면 12mG이 되어 상쇄코일(8)을 적용시에는 EMF 기준치 이하가 되고 상쇄코일(8)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 역방향 자기장은 급전코일(3) 및 집전코일(2)에 의한 자기장을 차폐하는 효과가 있다.
10 is a graph comparing electromagnetic field strengths before and after application of the present invention. The result of measuring the electromagnetic field of the wireless power transmitter with a measurement distance of 175cm is as follows.
In the absence of the offset coil 8, the rated height is 170 mG when the measured height is 30 cm (h1) and 141 mG when the 50 cm (h2) is used. In the absence of the offset coil 8, when the load increases, the strength of the magnetic field leaking between the feed coil and the collector coil 2 exceeds the EMF standard (62.5 mG).
In the case of the electromagnetic shielding device of the present invention, the measured height is 30 mG at 30 cm (h1) and 12 mG at 50 cm (h2) under the rated load conditions. The reverse magnetic field generated by the current flowing through 8) has the effect of shielding the magnetic fields by the feed coil 3 and the current collector coil 2.

1 : 집전 코어 2 : 집전코일
3 : 급전코일 4, 4a : 차폐판
5 : 전기 차량
8 : 상쇄코일 9 : 고정판
10 : 절연 패드 11 : 코어
13a, 13b : 전류 방향 14 : 전류변압기
15 : 집전 장치 16 : 급전 장치
F : 자속 r, r1, r2 : 측정 거리
h1, h2 : 측정 높이 R : 원형 코일 직경
d1, d2, w1, w2, d1a, d2a, w1a, w2a : 집전코일과 상쇄코일간 거리1: current collector core 2: current collector coil
3: feed coil 4, 4a: shield plate
5: electric vehicle
8: offset coil 9: fixed plate
10: insulation pad 11: core
13a, 13b: current direction 14: current transformer
15 current collector 16 power supply unit
F: magnetic flux r, r1, r2: measuring distance
h1, h2: measuring height R: circular coil diameter
d1, d2, w1, w2, d1a, d2a, w1a, w2a: distance between current collector and offset coil

Claims (4)

도로에 매설되거나 일정한 장소의 바닥면에 설치되어 고주파 자속을 발생하는 급전코일(3)로부터 자기 유도에 의해 전력을 전달받고 전류변압기 기반의 전자기장 차폐장치를 구비하는 무선 전력전송 장치로서,
상기 급전코일로부터 이격되어 상기 급전코일과 평행하게 배치되며 자기 유도에 의하여 상기 급전코일로부터 무선으로 전력을 전달받는 집전코일(2);
상기 집전코일의 외곽에 상기 집전코일과 소정 거리를 두고 소정 턴수로 권선되며, 상기 집전코일에 발생하는 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장을 형성하여 상기 집전코일로부터 발생하는 자기장을 상쇄시키는 상쇄코일(8);
상기 집전코일과 절연되게 상기 집전코일의 일단에 소정 턴수로 권선되어 상기 집전코일과 반대 방향의 전류를 상기 집전코일로부터 유도하여 상기 상쇄코일에 인가하는 전류변압기(14);
를 포함하여 구성되는 전류변압기 기반의 전자기장 차폐장치를 구비한 무선 전력전송 장치.A wireless power transmission device having electric current shielding based on a current transformer and receiving electric power from a feeding coil 3 buried in a road or installed on a floor of a predetermined place to generate high frequency magnetic flux by magnetic induction,
A current collecting coil (2) spaced apart from the feeding coil and arranged in parallel with the feeding coil and receiving power wirelessly from the feeding coil by magnetic induction;
An offset coil wound around the current collector coil at a predetermined number of turns at a predetermined distance from the current collector coil to offset a magnetic field generated from the current collector coil by forming a magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field generated in the current collector coil ( 8);
A current transformer 14 wound around one end of the current collector coil to be insulated from the current collector coil to induce current in a direction opposite to the current collector coil from the current collector coil and to apply the current to the offset coil;
Wireless power transmission device having a current transformer-based electromagnetic shielding device configured to include. 청구항 1에 있어서,
상기 상쇄코일(8)은 자성을 갖는 평판 형태의 코어(11) 하면에 권선되는 것을 특징으로 하는 전류변압기 기반의 전자기장 차폐장치를 구비한 무선 전력전송 장치.The method according to claim 1,
The offset coil (8) is a wireless power transmission device having an electromagnetic shielding device based on the current transformer, characterized in that the winding on the lower surface of the core (11) having a magnetic plate shape. 삭제delete 삭제delete
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