KR101325551B1 - 무선 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 충전 장치, 특히 자기유도를 통해 전기자동차를 충전함에 있어서 일정한 장소의 바닥면에 설치된 급전 패드와 전기자동차에 탑재된 집전 패드가 임계 범위 내에서 전후좌우 및 상하 편차가 생기는 경우에도 충전 효율을 일정하게 유지할 수 있는 것으로, 본 발명은 배터리가 내장된 전기자동차의 하부에 장착되고, 집전 코일(21)이 감긴 패드 형태로서 자기유도를 통하여 외부로부터 전력을 전달받는 집전 패드(20); 급전 코일(11)이 감긴 패드 형태로서 집전 패드에 자기유도에 의해서 전력을 전달하기 위해 일정한 장소의 지상 바닥면(E)에 설치되며, 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 불일치되는 경우에도 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일치하는 경우와 동일한 정도의 전력 전달 특성을 갖도록 집전 패드의 좌우 폭보다 상대적으로 넓게 형성되는 급전 패드(10); 전기자동차의 주차시 집전 패드와 급전 패드의 전후 방향 얼라인먼트 확보를 위하여 급전 패드와 일정 거리 이격되게 지상에 설치되는 스토퍼(30);를 포함하여 구성된다.

Description

무선 충전 장치 {wireless charging apparatus}

본 발명은 전기자동차용 무선 충전 장치에 관한 것으로, 일정한 장소의 바닥면에 설치되는 급전 패드의 폭을 전기자동차에 탑재되는 집전 패드의 좌우 폭보다 상대적으로 크게 형성하고 급전 패드를 상하 방향으로 일정 거리 이동 가능하게 구성함으로써 급전 패드와 집전 패드가 임계 범위 내에서 얼라인먼트가 불일치 하는 경우에도 충전 효율을 일정하게 유지할 수 있는 개선된 구조의 무선 충전 장치에 관한 것이다.

최근 기후변환협약 등 대기오염 문제가 전 세계적으로 대두됨에 따라서 매연을 많이 발생시키는 화석연료를 사용하는 일반 엔진 자동차를 대신하여 전기를 배터리에 저장하였다가 사용하는 전기자동차에 대한 연구개발 및 상용화가 활발하게 진행되고 있다.

그런데, 전기자동차의 1회 충전으로 운행할 수 있는 거리는 일반 자동차에 비해 상당히 짧고 배터리를 충전하는 시간은 일반 연료를 급유하는 시간에 비하여 매우 길어 배터리를 자주 충전하여야 하는데, 접촉식 충전 장치를 적용하는 경우에는 배터리를 충전하기 위하여 전기에너지를 공급하는 케이블의 커넥터를 전기자동차의 커넥터에 접속시키는 과정이 매우 번거롭다는 것과 같은 여러가지 문제점들이 산재해 있다.

이를 해결하기 위하여 자기유도를 통해 전기자동차에 탑재된 배터리를 충전하는 기술들이 종래로 소개되었는데, 구체적으로는 전기자동차가 일정한 장소에 정차된 상태에서 주차장의 바닥면에 설치된 급전 장치와 전기자동차에 탑재된 집전 장치가 상호 자기유도를 통해 전기자동차의 배터리를 충전하는 방식을 주로 채택하였다.

그러나 위와 같은 타입의 자기유도를 통해 충전하는 방식은 그 충전 시스템의 구조나 방법에 따라 충전 효율에 큰 차이점을 나타내게 되는데, 기존의 자기유도에 의한 충전 방식은 주차장의 바닥면에 설치된 급전 장치와 전기자동차에 장착되는 집전 장치의 얼라인먼트가 되지 않은 경우 충전 효율이 급격히 떨어져 충전 시간이 많이 걸리는 문제점이 있어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 급전 장치와 집전 장치의 얼라인먼트를 전후(X)좌우(Y) 및 상하축 방향 모두 맞춰 주어야 하고 이를 위해 별도의 보정 장치를 채택하기에 이르렀는데, 이러한 별도의 보정 장치는 위치 검출 정보 등을 획득하기 위해 고가의 부대 시설 투자비용이 너무 많이 드는 단점이 있다.
[관련기술문헌]
1. 전기자동차 충전기의 정전압 보정장치(특허출원 10-1996-0027006)
2. 전기 자동차의 역률 표시 및 보정 시스템(특허출원 10-2004-0086434)

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 자기유도를 통해 전기자동차를 충전함에 있어서 일정한 장소의 바닥면에 설치된 급전 패드와 전기자동차에 탑재된 집전 패드가 일정 범위 내에서 전후좌우 및 상하 편차가 생기는 경우에도 충전 효율을 일정하게 유지할 수 있는 무선 충전 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 충전 장치는, 배터리가 내장된 전기자동차의 하부에 장착되고, 집전 코일이 감긴 패드 형태로서 자기유도를 통하여 외부로부터 전력을 전달받는 집전 패드; 급전 코일이 감긴 패드 형태로서 집전 패드에 자기유도에 의해서 전력을 전달하기 위해 일정한 장소의 지상 바닥면에 설치되며, 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 불일치되는 경우에도 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일치하는 경우와 동일한 정도의 전력 전달 특성을 갖도록 집전 패드의 좌우 폭보다 상대적으로 넓게 형성되는 급전 패드; 전기자동차의 주차시 집전 패드와 급전 패드의 전후 방향 얼라인먼트 확보를 위하여 급전 패드와 일정 거리 이격되게 지상에 설치되는 스토퍼;를 포함하여 구성된다.

이때, 본 발명에서의 급전 패드는 급전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 급전 코어; 급전 코어의 하면에 적층되어 급전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드; 절연 패드의 하면에 적층된 상태로 하부를 마감하는 고정판; 순차적으로 적층된 급전 코일, 급전 코어, 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 고정판의 상면 테두리에 맞물리는 케이스;를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에서의 집전 패드는 집전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 집전 코어; 집전 코어의 상면에 층층이 쌓이어 집전 코어와 외부를 절연시키고 집전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드; 절연 패드의 상면에 적층된 상태로 전기자동차의 하면에 부착되는 고정판; 순차적으로 적층된 집전 코일, 집전 코어, 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 고정판의 하면 테두리에 맞물리는 케이스;를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 무선 충전 장치에 따른 급전 패드의 하부에는 급전 패드와 집전 패드의 공극을 일정하게 유지하기 위해서 급전 패드의 높이를 조정하는 제1 조절수단을 장착하거나, 집전 패드의 상부에는 급전 패드와 집전 패드의 공극을 일정하게 유지하기 위해서 집전 패드의 높이를 조정하는 제2 조절수단이 장착됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 급전 패드와 집전 패드간의 공극을 일정하게 유지하기 위해서 집전 패드가 부착된 전기자동차 차체의 높낮이 조절이 가능하도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명의 무선 충전 장치는 급전 패드에 연결되는 급전 회로부와 집전 패드에 연결되는 집전 회로부를 구비하며, 이들 회로부는 급전 패드와 집전 패드의 공극 변화에 따른 특성 변화를 보정하기 위해 상호 LC 파라미터의 변경이 가능하도록 구성된다.

본 발명에 따른 무선 충전 장치는,

첫째, 일정한 장소의 바닥면에 설치되는 급전 패드를 전기자동차에 탑재되는 집전 패드의 폭보다 크게 형성함으로써 전기자동차의 정차시 집전 패드와 급전 패드의 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 불일치하는 경우에도 얼라인먼트가 일치하는 경우와 동일한 정도로 자기유도를 통한 전력 전달율이 유지되는 장점이 있다.

둘째, 자기유도를 통한 기존 충전 방식에 있어서 충전 효율을 양호하게 하기 위해 급전 장치와 집전 장치의 얼라인먼트를 맞추는 별도의 보정 장치를 배제함으로써 고가의 부대 시설 투자비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 무선 충전 장치의 개략도,
[도 2]는 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드의 예시도,
[도 3]은 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드간 전후좌우 얼라인먼트 편차를 나타낸 예시도,
[도 4]는 [도 3]에 따른 전력 전달율 예시도,
[도 5]는 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드의 상하 편차를 나타낸 예시도,
[도 6]은 [도 5]의 공극에 따른 인덕턴스 및 공진주파수 변화를 나타낸 그래프,
[도 7]은 본 발명에 따른 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트 편차 예시도,
[도 8]은 본 발명에 따른 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트 편차에 따른 전력 전달율을 나타낸 그래프,
[도 9]는 본 발명의 스토퍼를 통한 급전 패드와 집전 패드의 전후 방향 얼라인먼트를 도시한 사용상태도,
[도 10]은 본 발명의 급전 패드와 집전 패드를 도시한 구성도,
[도 11]은 본 발명의 조절수단을 통한 급전 패드와 집전 패드의 공극을 조정하는 예시도,
[도 12]는 본 발명의 급전 회로부와 집전 회로부를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

[도 1]은 본 발명에 따른 무선 충전 장치의 개략도를 나타낸다. [도 1]을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 충전 장치는 급전 패드(10), 집전 패드(20), 스토퍼(30)를 포함하여 구성된다.

급전 패드(10)는 주차장 등 전기자동차(V)가 정차 또는 주차가 가능한 장소의 바닥면(E)에 설치되며, 상세하게 급전 코일(11)이 감긴 패드 형태로서 상기 집전 패드에 자기유도에 의해서 전력을 전달하기 위해 일정한 장소의 지상 바닥면(E)에 설치된다.

또한 급전 패드(10)는, 전기자동차의 하부에 장착되어 자기유도를 통해 전력을 전송하는 집전 패드(20)와 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 불일치되는 경우에도 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일치하는 경우와 동일한 정도의 전력 전달 특성을 갖도록 집전 패드의 좌우 폭보다 상대적으로 넓게 형성됨이 바람직하다.

그리고 급전 패드(10)는 전기자동차에 무선으로 전력을 전달하는 수단으로서 전기자동차의 주차나 정차의 한계를 가이드하는 스토퍼의 위치를 고려하여 설치되는데, 구체적으로는 전기자동차의 주차시 전기자동차의 하부에 장착된 집전 패드의 위치가 주차장 바닥면에 설치된 급전 패드의 중앙에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

일반적인 차량이 주자창에 주차하는 경우 차량의 앞바퀴 또는 뒷바퀴가 맞물리도록 하는 스토퍼와 같은 구조로 배치됨이 바람직하다.

또한 급전 패드(10)는 차량의 하부에 대향하게 배치되어야 하므로 평판 형태로 형성됨이 바람직하며, 급전 패드에 자속(flux) 생성을 하기 위해 외부로부터 공급되는 고주파 전류를 폐쇄형 급전 코일(11)에 흐르게 하는데, 이를 위해 급전 패드(10)에는 급전 코일(11)이 권선됨이 바람직하다. 급전 코일(11)의 상세한 권선 형태는 아래의 [도 10]에 대한 설명에서 확인할 수 있다.

즉, 급전 패드(10)는 전기자동차(V)의 정차 한계를 표시하는 스토퍼(S)로부터 일정거리 이격되게 지상에 설치되며, 급전 코일(11)이 감긴 평판 형태로서 자기유도를 통해 외부에 전력을 인가하게 된다.

집전 패드(20)는 충전 배터리가 내장된 전기자동차(V)의 하면에 장착됨이 바람직하다. 이로 인해 주차장의 바닥면(E)에 설치된 급전 패드(10)와 상호 대향하도록 배치되며, 이를 통해 효율적인 자기유도를 구현할 수 있게 된다. 보다 바람직하게는 스토퍼를 기준으로 전기자동차의 주차시 집전 패드의 위치가 주차장 등 바닥면에 설치된 급전 패드의 중앙에 위치하도록 전기자동차의 하부에 장착됨이 바람직하다.

나아가, 집전 패드(20)는 그 좌우 폭이 급전 패드(10)의 좌우 폭보다 작게 형성됨이 바람직하다. 집전 패드(20)의 좌우 폭을 급전 패드(10)보다 상대적으로 작게 형성함으로써 전기자동차의 정차시 급전 패드(10)와 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 어느 정도 불일치하는 경우라도 급전 패드(10)와 좌우 방향 얼라인먼트가 일치하는 경우와 실질적으로 별다른 차이없이 자기유도를 통해 전력 전달을 구현할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 스토퍼(30)는 전기자동차의 주차시 집전 패드와 급전 패드의 전후 방향 얼라인먼트 확보를 위하여 급전 패드와 일정 거리 이격되게 지상에 설치되며, 이를 통해 급전 패드와 집전 패드의 전후 방향 얼라인먼트에 대한 편차 범위를 한정한다.

한편, [도 2]는 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드의 예시도로서, [도 2]의 (a)는 일반적인 급전 패드(10')와 집전 패드(20')의 개략적인 형태를 평면상에 도시한 것이고, [도 2]의 (b)는 [도 2]의 (a)에 대한 측단면을 나타낸다.

위에서 설명한 바와 같이, 전력을 공급하는 급전 패드(10')와 전력을 공급받는 집전 패드(20')는 상호 일정 거리 갭(gap)을 유지하게 배치된다.

그리고 급전 패드(10')는 자성을 띠는 급전 코어(12')와, 이 급전 코어(12')에 도전성 급전 코일(11')이 권선되며, 집전 패드(20')도 자성을 띠는 집전 코어(22')와, 이 집전 코어(22')에 도전성 집전 코일(21')이 권선되는 구조로 이루어진다.

이와 같은 급전 패드(10')와 집전 패드(20')가 상호 이격된 상태에서 급전 패드(10')에 권선된 급전 코일(11')에 외부로부터 고주파 교류 전류를 흐르게 하면 급전 코일에 자속(flux)이 발생되고, 이 자속은 일정 거리 이격된 상태로 인접한 집전 코일을 관통하여 쇄교함으로써 집전 코어(22')에 기전력이 유기된다.

집전 코일(21')에 쇄교된 자속으로 인해 자기유도 원리로 집전 패드(20')에 무선으로 전력이 전달되고, 집전 패드(20')에 공급된 전력은 정류부를 거쳐 전기자동차에 탑재된 배터리에 충전된다.

다른 한편, 급전 코어(12')에 권선된 급전 코일(11')에 의해서 발생된 자속(flux)은 집전 코어(22')를 거치지 않고(집전 코일에 유도전류가 생성되지 않음), 급전 코어 자체적으로 돌아가는 누설 자속(leakage flux)이 발생되게 되는데, 급전 코일(11')에 의해서 발생된 자속(flux)이 집전 코어(22')를 거친 후(집전 코일에 유도전류가 생성됨), 다시 급전 코어(12')로 돌아오는 쇄교 자속(linkage flux)이 있다.

누설자속은 전력 전달에 전혀 기여하지 못하는 반면 쇄교자속은 집전 코어에 감긴 집전 코일에 유도전류를 생성하여 전기자동차의 배터리를 통해 온전히 전력 전달에 기여한다.

급전 패드와 집전 패드 상호 간 쇄교자속의 결합도를 나타내는 결합계수는 급전 코어와 집전 코어의 구조나 상호 이격거리에 따라 현저히 달라지게 되는데, 결합계수가 증가할수록 집전 코일에 유기되는 기전력의 크기가 증가하는 것을 감안하면, 급전 코어를 구성요소로 하는 급전 패드와 집전 코어를 구성요소로 하는 집전 패드 상호 간의 결합계수가 높아지도록 이들의 형태 및 스토퍼의 배치구조가 본 발명의 기술분야에서 핵심기술이라고 할 수 있다.

그리고 [도 3]은 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드간 전후좌우 얼라인먼트 편차를 나타낸 예시도이고, [도 4]는 [도 3]에 따른 전력 전달율 예시도를 나타낸다.

상세하게 [도 3]의 (a)는 급전 패드(10')와 집전 패드(20')의 넓이가 동일한 경우 얼라인먼트가 일치하는 경우를 나타내고, [도 3]의 (b)는 급전 패드(10')와 집전 패드(20')의 넓이가 동일한 경우 전후좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 어긋나 불일치하는 경우를 나타낸다.

[도 3]의 (b)에 따른 급전 패드와 집전 패드간의 전력 전달율 변화를 [도 4]에 나타내었다. 얼라인먼트의 불일치, 즉 편차가 커질수록 전력 전달율이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.

[도 5]는 일반적인 무선 충전 장치에 대한 급전 패드와 집전 패드의 상하 편차를 나타낸 예시도이고, [도 6]은 [도 5]의 공극에 따른 인덕턴스 및 공진주파수 변화를 나타낸 그래프를 나타낸다.

보통 차량에서는 지상으로부터 차체 하면까지의 높이를 지상고(H)라고 하는데, 지상고는 차종에 따라서 많이 차이가 난다. 그로 인해 급전 패드(10')와 집전 패드(20')의 공극(gap)은 많이 달라지게 된다.

이렇게 차량(전기자동차)의 종류에 따른 지상고의 차이, 전기자동차의 상태에 따른 주차장 바닥면과 전기자동차 하면의 공간 거리인 공극의 차이는 [도 6]과 같이 인덕턴스와 공진주파수의 변화를 유발하게 되는데, 이와 같은 인덕턴스와 공진주파수의 변동은 급전 패드(10')와 집전 패드(20')의 전력 전달율을 감소시키게 된다.

[도 7]은 본 발명에 따른 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트 편차 예시도이고, [도 8]은 본 발명에 따른 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트 편차에 따른 전력 전달율을 나타낸 그래프이다.

상세하게 [도 7]의 (a)는 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트가 일치하는 경우이고, [도 7]의 (b)는 급전 패드에 대해 집전 패드가 좌측으로 쏠려 얼라인먼트가 불일치하는 경우이며, [도 7]의 (c)는 급전 패드에 대해 집전 패드가 우측으로 쏠려 얼라인먼트가 불일치하는 경우를 나타낸다.

즉 [도 7]의 (a),(b),(c)는 일정한 거리의 좌우 편차에도 불구하고 급전 패드로부터 집전 패드로 자기유도에 의해 유효한 전력전달이 이루어지는 실시예를 나타낸다.

그리고 상세하게 [도 8]의 (a)는 급전 패드와 집전 패드의 좌우 얼라인먼트가 일치하는 경우이고, [도 8]의 (b)는 급전 패드의 영역내에서 집전 패드가 우측으로 일정거리 쏠려 얼라인먼트가 불일치하는 경우이며, [도 8]의 (c)는 급전 패드의 영역을 일부 벗어나 집전 패드가 우측으로 쏠려 얼라인먼트가 불일치하는 경우이고, [도 8]의 (d)는 [도 8]의 (a),(b),(c)의 경우에 있어서 각 편차에 따른 전력 전달율을 나타낸다.

[도 7],[도 8]에서 보는 바와 같이, 본 발명의 급전 패드(10)는 집전 패드(20)보다 좌우 폭을 상대적으로 크게 형성함으로써, [도 8]의 (d)에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 급전 패드와 집전 패드에 대한 얼라인먼트의 불일치에 대해서도 넓은 편차 범위에서 전력의 임계 전달율 이상을 유지할 수 있게 됨을 확인할 수 있으며, 이와 같은 본 발명은 전력 전달율에 있어서 기존의 일반적인 무선 충전 장치에서의 얼라인먼트 허용 편차보다 현격히 넓은 허용 편차를 보장하는 것을 확인할 수 있다([도 4] 참조).

상세하게 급전 패드(10)와 집전 패드(20)에 대한 얼라인먼트의 불일치에 대해서 전력의 임계 전달율 이상을 유지하는 편차 범위는, 바람직하게 대략 ± 15cm(좌우 15cm)가 되도록 급전 패드(10)의 좌우 폭을 집전 패드(20)보다 좌우 폭을 상대적으로 크게 형성함으로써, 기존의 일반적인 무선 충전 장치에서 대략 ± 5cm(좌우 5cm) 정도의 허용 편차 범위보다 상대적으로 현격히 넓은 허용 편차를 보장하게 된다.

[도 8]에서는 우측(+) 방향의 편차 범위에 대한 전력 전달율만 나타내었다. 급전 패드의 좌우 폭을 D1, 집전 패드의 좌우 폭을 D2라고 하면, 일정한 전력 전달율을 나타내는 임계 범위는 다음과 같다([도 10] 참조).

( D1 - D2 ) / 2

[도 9]는 본 발명에서 스토퍼를 사용하여 급전 패드와 집전 패드의 전후 방향 얼라인먼트를 도시한 사용상태도이다. 구체적으로 살펴보면, 전기자동차가 충전을 위해 급전 패드(10)가 설치된 곳에 주정차하는 경우 전기자동차의 바퀴와 스토퍼(30)가 상호 맞물린 상태로 급전 패드(10)가 집전 패드(20)의 중앙에 위치하면서 급전 패드(10)와 집전 패드(20)의 전후 방향 얼라인먼트가 일치하도록 스토퍼(30)를 설치함이 바람직하다.

[도 10]은 본 발명의 급전 패드와 집전 패드를 도시한 구성도로서, 상세하게 [도 10]의 (a)는 사시도이고, [도 10]의 (b)는 측단면도를 나타낸다.

[도 10]을 참조하면, 급전 패드(10)는 급전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 급전 코어(12); 급전 코어의 하면에 적층되어 급전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(13); 절연 패드의 하면에 적층된 상태로 하부를 마감하는 알루미늄 재질의 고정판(14); 순차적으로 적층된 급전 코일, 급전 코어, 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 고정판의 상면 테두리에 맞물리는 케이스(15);를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

급전 코어의 하면에 적층되어 급전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(13)는 급전 패드(10) 내부의 급전 코어와 알루미늄 재질의 고정판을 서로 절연시키고, 급전 코일 및 급전 코어에서 발생하는 열을 고정판으로 전달하는 기능을 수행한다.

[도 10]에서 보는 바와 같이, 집전 패드(20)는 집전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 집전 코어(22); 집전 코어의 상면에 적층된 상태로 집전 코어와 외부를 절연시키고 집전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(23); 절연 패드의 상면에 적층된 상태로 전기자동차의 하면에 부착되는 알루미늄 재질의 고정판(24); 순차적으로 적층된 집전 코일, 집전 코어, 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 고정판의 하면 테두리에 맞물리는 케이스(25);를 포함하여 구성된다.

집전 코어의 상면에 적층되어 집전 코어와 외부를 절연시키고 집전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(23)는 집전 패드(20) 내부의 집전 코어와 알루미늄 재질의 고정판을 서로 절연시키고, 집전 코일 및 집전 코어에서 발생하는 열을 고정판으로 전달하는 기능을 수행한다.

[도 11]은 본 발명의 조절수단을 통한 급전 패드와 집전 패드의 공극을 조정하는 예시도를 나타낸다.

상세하게 [도 11]의 (a)는 급전 패드(10)가 바닥면에 밀착되고 집전 패드(20)는 전기자동차의 하면에 밀착된 상태를 나타낸다.

그리고 [도 11]의 (b)는 본 발명의 급전 패드와 집전 패드간의 전력 전달율을 일정한 수준으로 유지하기 위해 급전 패드(10) 하부에 급전 패드와 집전 패드의 공극을 조정하는 제1 조절수단(40)이 장착된 상태를 나타낸다. 즉, 급전 패드(10)와 집전 패드(20)의 공극을 목적하는 수준으로 조정함으로써, [도 5] 및 [도 6]에서와 같은 인덕턴스와 공진주파수의 변동을 보정하여 이로 인한 급전 패드와 집전 패드 간의 전력 전달율을 일정한 수준으로 유지할 수 있게 된다.

[도 11]의 (c)는 본 발명의 급전 패드와 집전 패드간의 전력 전달율을 일정한 수준으로 유지하기 위해 집전 패드(20)의 상부에 급전 패드와 집전 패드의 공극을 조정하는 제2 조절수단(50)이 장착된 상태를 나타내며, 제2 조절수단(50)은 제1 조절수단(40)과 선택적으로 또는 동시에 작동될 수 있다.

[도 11]의 (d)는 본 발명의 급전 패드와 집전 패드간의 전력 전달율을 일정한 수준으로 유지하기 위해 집전 패드가 장착된 전기자동차의 차체가 높낮이 조절이 가능하도록 상하방향으로 일정 범위 움직이는 상태를 나타내며, 이러한 높낮이 조절 기능으로 인해 급전 패드와 집전 패드간의 공극을 목적하는 일정한 수준으로 유지할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 급전 패드(10)와 집전 패드(20) 사이를 차지하는 갭(gap)은 급전 패드(10)와 집전 패드(20) 상호간 자속 결합도를 나타내는 결합계수와 밀접한 관계가 있기 때문에 전기자동차의 종류에 따라 제각각 다른 지상고(H)에 대응하여 일정한 갭이 유지되도록 하는 것은 급전 패드와 집전 패드 간의 결합계수를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 물론 급전 패드(10)와 집전 패드(20) 사이의 갭(gap)은 위에서 설명한 바와 같이 제1 조절수단(40)과 제2 조절수단((50)을 이용하여 조정하게 된다.

[도 12]는 본 발명의 급전 회로부와 집전 회로부를 도시한 개략도를 나타낸다. [도 12]를 참조하면, 본 발명은 급전 패드에 연결되는 급전 회로부(100)와 집전 패드에 연결되는 집전 회로부(200)를 구비하며, 이들 회로부(100,200)는 급전 패드와 집전 패드의 공극 변화에 따른 특성 변화, 즉 공진주파수의 변화를 보정하는 기능을 하며, 급전 회로부와 집전 회로부 내에 각각 구비된 급전용 LC 파라미터와 집전용 LC 파라미터의 변경을 통해 급전 패드와 집전 패드간의 전력 전달율을 목적하는 수준으로 유지할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10,10' : 급전 패드 11,11' : 급전 코일
12,12' : 급전 코어 13,13' : 절연 패드
14,14' : 고정판 15,15' : 케이스
20,20' : 집전 패드 21,21' : 집전 코일
22,22' : 집전 코어 23,23' : 절연 패드
24,24' : 고정판 25,25' : 케이스
30 : 스토퍼 40 : 제1 조절수단
50 : 제2 조절수단 100 : 급전 회로부
200 : 집전 회로부 V : 전기자동차
E : 바닥면 H : 지상고

Claims (7)

1. 배터리가 내장된 전기자동차의 하부에 장착되고, 집전 코일(21)이 감긴 패드 형태로서 자기유도를 통하여 외부로부터 전력을 전달받는 집전 패드(20);
   급전 코일(11)이 감긴 패드 형태로서 상기 집전 패드에 자기유도에 의해서 전력을 전달하기 위해 일정한 장소의 지상 바닥면(E)에 설치되며, 상기 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일정 범위 내에서 불일치되는 경우에도 상기 집전 패드와 좌우 방향 얼라인먼트가 일치하는 경우와 동일한 정도의 전력 전달 특성을 갖도록 상기 집전 패드의 좌우 폭보다 상대적으로 넓게 형성되는 급전 패드(10);
   전기자동차의 주차시 상기 집전 패드와 상기 급전 패드의 전후 방향 얼라인먼트 확보를 위하여 상기 급전 패드와 일정 거리 이격되게 지상에 설치되는 스토퍼(30);
   상기 급전 패드에 연결되고, 변경 가능한 급전용 LC 파라미터를 구비하며, 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극 변화가 생길 때 상기 급전용 LC 파라미터가 변경되면서 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극 변화에 따른 특성 변화를 보정하는 급전 회로부(100);
   상기 집전 패드에 연결되고, 변경 가능한 집전용 LC 파라미터를 구비하며, 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극 변화가 생길 때 상기 집전용 LC 파라미터가 변경되면서 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극 변화에 따른 특성 변화를 보정하는 집전 회로부(200);
   를 포함하여 구성되는 무선 충전 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 급전 패드(10)는
   상기 급전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 급전 코어(12);
   상기 급전 코어의 하면에 적층되어 상기 급전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(13);
   상기 절연 패드의 하면에 적층된 상태로 하부를 마감하는 고정판(14);
   순차적으로 적층된 상기 급전 코일, 상기 급전 코어, 상기 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 상기 고정판의 상면 테두리에 맞물리는 케이스(15);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 집전 패드(20)는
   상기 집전 코일이 감긴 평판 형태로서 자성을 갖는 집전 코어(22);
   상기 집전 코어의 상면에 적층되어 상기 집전 코어와 외부를 절연시키고 상기 집전 코어로부터 발생하는 열을 외부로 방출하는 절연 패드(23);
   상기 절연 패드의 상면에 적층된 상태로 전기자동차의 하면에 부착되는 고정판(24);
   순차적으로 적층된 상기 집전 코일, 상기 집전 코어, 상기 절연 패드의 외표면을 감싸는 형태로 마감하며 테두리부가 상기 고정판의 하면 테두리에 맞물리는 케이스(25);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 급전 패드(10)의 하부에는 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극을 일정하게 유지하기 위해서 급전 패드의 높이를 조절해주는 제1 조절수단(40)이 장착된 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 집전 패드(20)의 상부에는 상기 급전 패드와 상기 집전 패드의 공극을 일정하게 유지하기 위해서 집전 패드의 높이를 조절해주는 제2 조절수단(50)이 장착된 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 급전 패드와 집전 패드간의 공극을 일정하기 유지하기 위해서 상기 집전 패드가 부착된 전기자동차 차체의 높낮이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
   
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