KR101356030B1 - 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물 - Google Patents

집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물 Download PDF

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Abstract

집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물을 개시한다.
구비된 급전 전원으로부터 전력을 공급받고, 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어 및 상기 급전 코어에 권취되는 상기 급전 케이블을 포함하는 급전 유닛을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 장치; 및 상기 자속이 유기되는 집전 코어 및 상기 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 상기 급전 유닛과 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 상기 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 장치를 포함하되, 상기 급전 장치는 중앙 분리대 내부에 구현되며, 상기 집전 장치는 이동체의 측면에 구현되어 상기 중앙 분리대의 위치에 대응되게 구현되는 것을 특징으로 하는 집전 및 급전 시스템을 제공한다.

Description

집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물{System for Charging And Pick-up, Collector Device And Power Supply Structure Therefor}
본 실시예는 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전기로 구동될 수 있는 기차(Train), 크레인(Crane), 모토바이크(Motorbike) 또는 자동차(Vehicle) 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 운행에 필요한 전력을 공급받을 때 도로에 매설된 급전 케이블로부터 전력을 공급받는 것이 아니라, 도로의 중앙에 위치한 중앙 분리대 내부에 구현된 급전 케이블로부터 전력을 공급받도록 하는 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 전기차나 크레인 등 전기를 사용한 이동체를 구동하기 위해서는 탑재된 배터리를 충전해서 충전된 전력으로 운행한다. 이러한 이동체의 전력 충전을 위하여 사람 또는 충전을 보조하는 기계장치가 직접 충전용 전선을 이동체에 연결함으로써 충전을 하는 경우 불편함을 줄 뿐만 아니라 플러그를 손에 쥐고 이동체에 연결하는 과정에서 사용자가 감전될 위험이 있는 문제가 있다. 이와 같이 충전용 전선을 이용하여 이동체의 배터리를 충전시키는 방식은 사용자의 불편함을 초래하고 감전 위험이 있어, 무선으로 이동체의 배터리를 충전할 수 있는 효율적인 전력전달 방식이 요구되고 있다.
대한민국특허 제1038350호(2011.05.31)에는 전기자동차용 비접촉식 전력전송장치에 관한 기술이 개시되어 있는데, 이 특허에는 급전 장치의 급전 전원이 중앙분리대 내부에 구현되고, 급전 유닛이 중앙분리대 측면 또는 도로에 구현되는 기술이 고려되고 있지 않다.
또한, 일본등록특허 제3194470호(2001.06.01)에는 비접촉 유도 집전장치에 관한 기술이 개시되어 있는데, 이 특허에는 급전 장치의 급전 전원이 중앙분리대 내부에 구현되고, 급전 유닛이 중앙분리대 측면 또는 도로에 구현되는 기술이 고려되고 있지 않다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 실시예는, 전기로 구동될 수 있는 기차, 크레인, 모토바이크 또는 자동차 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 충전하여 운행에 필요한 전력을 공급받는 경우 도로에 매설된 급전 케이블로부터 전력을 공급받는 것이 아니라, 도로의 중앙에 위치한 중앙 분리대 내부에 구현된 급전 케이블로부터 전력을 공급받도록 하는 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 실시예의 일 측면에 의하면, 구비된 급전 전원으로부터 전력을 공급받고, 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어 및 상기 급전 코어에 권취되는 상기 급전 케이블을 포함하는 급전 유닛을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 장치; 및 상기 자속이 유기되는 집전 코어 및 상기 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 상기 급전 유닛과 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 상기 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 장치를 포함하되, 상기 급전 장치는 중앙 분리대 내부에 구현되며, 상기 집전 장치는 이동체의 측면에 구현되되 상기 중앙 분리대의 위치에 대응되게 구현되는 것을 특징으로 하는 집전 및 급전 시스템을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 전력을 공급하는 급전 전원; 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속의 경로를 제공하며, 서로 대향되게 배치되어 한 쌍으로 형성되는 급전 코어; 및 상기 급전 코어를 포함하고, 상기 급전 코어에 권취되는 급전 케이블을 포함하며, 상기 급전 코어 및 상기 급전 케이블을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 유닛을 포함하되, 상기 급전 전원 및 상기 급전 유닛은 중앙 분리대의 내부에 구현되는 것을 특징으로 하는 급전 구조물을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 급전 유닛과 자속에 의해 자기적으로 커플링되며, 구비된 집전 케이블을 통해 상기 급전 유닛으로부터 유도기전력을 전달받는 집전 코어; 상기 집전 코어 및 상기 집전 코어에 권취되는 상기 집전 케이블을 구비한 집전 유닛; 및 상기 집전 유닛으로부터 출력되는 상기 유도기전력을 변환하는 집전 회로를 포함하되, 상기 집전 유닛은 이동체의 측면에 구현되되 상기 급전 유닛의 위치에 대응되게 구현되며, 상기 집전 유닛과 상기 이동체는 로봇 암을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 집전 장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 구비된 급전 전원으로부터 전력을 공급받고, 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어 및 상기 급전 코어에 권취되는 상기 급전 케이블을 포함하는 급전 유닛을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 장치; 및 상기 자속이 유기되는 집전 코어 및 상기 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 상기 급전 유닛과 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 상기 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 장치를 포함하되, 상기 급전 전원은 중앙 분리대 내부에 구현되며 상기 급전 유닛은 도로의 바닥에 설치되며, 상기 집전 유닛은 이동체의 하면에 구현되되, 상기 급전 유닛의 위치에 대응되게 구현되는 것을 특징으로 하는 집전 및 급전 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전기로 구동될 수 있는 기차, 크레인, 모토바이크 또는 자동차 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 충전하여 운행에 필요한 전력을 공급받는 경우 도로에 매설된 급전 케이블로부터 전력을 공급받는 것이 아니라, 도로의 중앙에 위치한 중앙 분리대 내부에 구현된 급전 케이블로부터 전력을 공급받도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 중앙 분리대 마다 급전 코어 및 급전 전원으로 이루어진 급전 장치를 설치하여 급전 케이블을 여러 개의 세그먼트로 나누어 구현할 수 있으므로 자동차가 주행하지 않는 부분에도 급전 케이블에 전류가 흘러 불필요한 전력의 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 급전 케이블로 상의 많은 부분에 불필요한 자기장이 발생하는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 집전 및 급전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 2a는 본 실시예에 따른 급전 유닛 및 집전 유닛을 설명하기 위한 예시도,
도 2b는 본 실시예에 따른 급전 코어의 단면 형상을 도시한 예시도,
도 3은 본 실시예에 따른 집전 유닛, 로봇 암 및 이동체의 연결 관계를 나타낸 예시도,
도 4는 본 실시예에 따른 급전 구조물을 나타낸 예시도,
도 5는 본 실시예의 다른 측면에 의한 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 집전 및 급전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 실시예에 따른 집전 및 급전 시스템은 집전 장치(100), 급전 장치(200)를 포함하며, 집전 장치(100)는 집전 유닛(110), 로봇 암(120) 및 배터리(130)를 포함하며, 급전 장치(200)는 급전 유닛(210) 및 급전 전원(220)을 포함한다. 여기서, 집전 및 급전 시스템에 포함된 각 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
한편, 본 실시예에 따른 집전 및 급전 시스템을 적용할 요구가 많다고 여겨지는 분야로는, 전기 자동차 분야가 될 수 있다. 즉, 전기 자동차가 도로 위를 주행하는 중에 급전 장치(200)에 고주파의 전력이 공급되면 급전 장치(200)와 집전 장치(100) 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받게 되는 것이다.
즉, 본 실시예가 적용될 분야인 전자 자동차 분야에서, 도로에 매설된 급전 선로를 이용하는 것이 아니라 중앙 분리대에 매설된 급전 선로를 이용하여 전원을 공급받을 수 있는데, 도로에 매설된 급전 선로와 중앙 분리대에 매설된 급전 선로를 혼용하여 적용할 수도 있을 것이다. 즉, 매설된 급전 선로가 매설된 도로가 잘 정비된 지역에서는 도로를 이용하여 충전이 가능하지만, 도로가 잘 정비되지 않은 경우, 일시적인 구간만 중앙 분리대를 이용하여 충전할 수 있을 것이다. 이때, 이동체는 도로 및 중앙 분리대로부터 전력을 공급받기 위한 각각(복수 개)의 집전 장치(100)를 구비할 수 있을 것이다.
한편, 도 1은 집전 장치(100)와 급전 장치(200)를 횡으로 절단한 단면을 도시한 도면이다. 또한, 도 1에서 ⓧ 표시는 전류가 흘러 들어가는 방향임을 표시한 것이고, ⊙ 표시는 전류가 흘러 나오는 방향임을 예시한 것이다. 또한 ⓧ 표시 및 ⊙ 표시를 각각 하나만 하였으나 이것이 급전 장치(200)를 구성하는 도선이 반드시 하나만으로 이루어짐을 의미하는 것은 아니다. 도 1은 도로상을 주행하는 전기 자동차를 도로(주행로) 상을 횡으로 절단한 것으로 묘사하였으나 철로를 주행하는 열차를 횡으로 절단한 경우도 유사한 형태가 될 것이다.
집전 장치(100)는 급전 장치(200)에 의한 유도기전력을 형성하여 전기 자동차로 전원을 공급하는 장치를 말한다. 이러한, 집전 장치(100)는 이동체(예컨대 전기 자동차)에 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 이동체는 차량인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기로 구동될 수 있는 기차, 크레인 또는 모토바이크 등에 폭넓게 적용될 수 있을 것이다. 한편, 이동체에 결합되는 집전 장치(100)에는 전압 조절부(Regulator)가 탑재된다. 이때, 전압 조절부는 직류 전력을 얻기 위해서, 정류 소자로 정류한 후 부하(Load)에 맞게 전압 또는 전류를 조절한다.
여기서, 집전 장치(100)에 포함되는 집전 유닛(110)이란 주행 중인 전기 자동차에 전원을 공급하는 집전 장치의 일부를 말한다. 이러한, 전기 자동차에서의 집전 유닛(110)에 대해 간략히 설명하자면, 전기 자동차가 주행하는 중에 중앙 분리대 내부에 설치된 급전 장치(200)(전기 공급로)부터 전원을 공급받는다. 이러한 급전 장치(200)(전기 공급로)는 전기 자동차의 진행방향으로 일정한 간격을 두고 연속하여 설치되는 다수의 전선과, 서로 이웃하는 전선 사이의 간격에 배치되며 자성을 갖고 서로 이웃하는 전선을 전기적으로 절연시키는 절연 자성체를 구비한다.
본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 자속이 유기되는 집전 코어(310) 및 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320)을 포함하며 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛(110)을 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 여기서, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 이동체의 측면에 구현되되 중앙 분리대의 위치에 대응되게 구현된다.
이러한, 집전 장치(100)에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 집전 코어(310)는 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되며, 구비된 집전 케이블(320)을 통해 급전 유닛(210)으로부터 유도기전력을 전달받는다. 집전 유닛(110)은 집전 코어(310) 및 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320)을 구비한다. 집전 회로(330)는 집전 유닛(110)으로부터 출력되는 유도기전력을 직류로 변환한다. 배터리(130)는 집전 회로(330)에 의해 변환된 직류를 저장한다. 여기서, 집전 유닛(110)은 이동체의 측면에 구현되되 급전 유닛(210)의 위치에 대응되게 구현되며, 집전 유닛(110)과 이동체는 로봇 암(120)을 통해 연결된다. 이때, 집전 유닛(110)은 이동체의 측면과 평행한 방향으로 배치된다.
한편, 집전 장치(100)는 로봇 암(120)을 이동시키기 위해 구동부(410)와 제어부(420)를 추가로 포함할 수 있는데, 구동부(410)는 집전 유닛을 이동시키기 위한 동력을 제공하며, 제어부(420)는 구동부(410)의 위치와 이동을 제어한다. 제어부(420)는 집전 유닛(110)이 급전 유닛(210)으로부터 최대의 전력을 전달받을 수 있는 위치에 위치하도록 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 구동부(410)에 제공한다. 즉, 로봇 암(120)은 구동부(410)를 통해 수신된 동력과 제어부(420)를 통해 수신된 제어신호에 따라 집전 유닛(110)을 각각 직교하는 x, y, z 축 방향으로 이동시킨다.
급전 장치(200)는 중앙 분리대 내부에 구현될 수 있다. 이러한, 중앙 분리대는 콘크리트, 철근 및 플라스틱 중 어느 하나의 재질로 형성되는 구조물로서, 바닥면에 급전 전원(220)이 형성된다. 여기서, 급전 전원은 인버터를 말한다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 급전 전원(220)은 중앙 분리대 내부에만 포함되는 것이 아니라 차로(즉, 도로)의 내부인 아스팔트에 일부 매설될 수 있다. 물론 바람직하게는 급전 전원(220)이 중앙 분리대의 내부에만 설치되어 중앙 분리대를 이동하는 경우 함께 이동될 수 있을 것이다.
본 실시예에 기재된 급전 장치(200)를 중앙 분리대의 내부에 구현하는 경우에 다음과 같은 이점이 있다. 만약, 전체 도로 상에 하나의 급전 코어(340) 및 급전 전원(220)으로 이루어진 급전 장치(200)를 설치하여 전기 자동차의 운행에 필요한 전력을 충전하는 방식을 사용하는 경우, 전기 자동차가 주행하지 않는 부분에도 급전 케이블에 전류가 흘러 불필요한 전력의 낭비를 초래할 뿐만 아니라 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 급전 케이블로 상의 많은 부분에 불필요한 자기장이 발생하는 문제가 발생하게 된다. 하지만, 본 실시예와 같이 급전 장치(200)를 중앙 분리대 내부에 구현하는 경우, 급전 케이블을 여러 개의 세그먼트(Segment)로 나누어 중앙 분리대 내부에 구현하고 진행중인 전기 자동차에 전력을 공급할 수 있는 것이다.
본 실시예에 따른 급전 장치(200)는 구비된 급전 전원(220)으로부터 전력을 공급받고, 급전 전원(220)에 연결된 급전 케이블(350)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어(340) 및 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하는 급전 유닛(210)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 여기서, 본 실시예에 따른 급전 장치(200)는 중앙 분리대 내부에 구현된다.
급전 장치(200)에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 급전 전원(220)은 전력을 공급한다. 급전 코어(340)는 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속의 경로를 제공하며, 서로 대향되게 배치되어 한 쌍으로 형성된다. 급전 유닛(210)은 급전 코어(340)를 포함하고, 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하며, 급전 코어(340) 및 급전 케이블(350)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 여기서, 급전 전원(220) 및 급전 유닛(210)은 중앙 분리대의 내부에 구현된다. 여기서, 급전 코어(340)는 중앙 분리대 내부에 구현되기 위해 다음과 같은 형상을 갖출 수 있다. 즉, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)와 급전 본체(360)의 양단에서 직각으로 뻗은 급전 돌출부(362, 364)를 갖춘다. 또한, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)가 직립하여 대향되게 서로 배치된다. 이때, 급전 돌출부(362, 364)는 집전 장치(100)의 집전 유닛(110)과 자기결합하는 방향을 지향하도록 배치된다.
한편, 급전 유닛(210)은 중앙 분리대와 수직 방향으로 배치되되, 수직 방향과 직교를 이루는 방향으로 자기유도를 하도록 배치된다. 또한, 급전 유닛(210)은 급전 전원(220)과 수직으로 연결되어 설치된다. 이때, 급전 유닛(210)은 중앙 분리대의 상단부에 형성되고, 급전 전원(220)은 중앙 분리대의 하단부에 형성되되, 급전 유닛(210)과 급전 전원(220)은 급전 케이블(350)을 통해 전기적으로 연결된다.
도 2a는 본 실시예에 따른 급전 유닛 및 집전 유닛을 설명하기 위한 예시도이다.
본 실시예에 따른 집전 유닛(110)은 집전 코어(310), 집전 케이블(320), 집전 회로(330)를 포함하며, 급전 유닛(210)은 급전 코어(340), 급전 케이블(350)을 포함한다. 여기서, 급전 유닛(210) 및 집전 유닛(110)에 포함된 각각의 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예에 따른 급전 장치(200)는 급전 코어(340), 급전 케이블(350) 및 급전 전원(220)을 포함하여 구성할 수 있고, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 집전 코어(310), 집전 케이블(320), 집전 회로(330) 및 배터리(130)를 포함하여 구성할 수 있다.
집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체와, 집전 본체를 집전 코어(310)의 폭 방향 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부를 구비하고, 집전 돌출부의 돌출방향은 집전 코어(310)의 폭 방향 및 집전 코어(310)의 길이 방향 모두에 수직하여 집전 본체를 길이 방향에 수직하게 절단한 단면의 형상이 '∩' 형상을 하도록 한다. 이때, 집전 돌출부는 급전 돌출부(362, 364)와 서로 대향된 방향으로 돌출된다.
집전 케이블(320)은 집전 코어(310)의 집전 돌출부에 권취될 수 있으며, 경우에 따라서는 집전 본체에 권취될 수도 있다.
도 2a의 급전 케이블(350)에 급전 전원(220)이 인가되면 급전 케이블(350)에서 자기장이 발생하고 이 자기장에 유도되어 집전 케이블(320)에 유도기전력이 발생된다. 집전 코어(310) 좌우의 집전 돌출부에 권취되어 있는 집전 케이블(320)은 각각 병렬로 집전 회로(330)에 연결되어 원하는 레벨의 전압을 생성한 후 연결된 배터리(130)에 충전할 수도 있으며, 두 개의 집전 케이블(320)이 직렬로 집전 회로(330)에 연결되어 배터리(130)를 충전할 수도 있다. 참고로 집전 회로(330)는 정류기 및 레귤레이터를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2b는 본 실시예에 따른 급전 코어의 단면 형상을 도시한 예시도이다.
도 2b의 (a)에 도시된 바와 같이, 급전 코어(340)는 급전 본체(360), 급전 돌출부(362, 364)를 포함한다. 여기서, 급전 코어(340)에 포함된 각각의 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
급전 코어(340)는 소정의 폭과 길이를 갖는 급전 본체(360)와, 급전 본체(360)를 급전 코어(340)의 길이 방향에 수직하게 절단한 단면의 형상이 급전 코어(340)의 폭 방향 좌측 단부 및 우측 단부에 돌출된 급전 돌출부(362, 364)를 갖는다. 급전 돌출부(362, 364)는 급전 코어(340)의 폭 방향 및 급전 코어(340)의 길이 방향 모두에 수직하여 가져 급전 코어(340)의 형상이 '┗┛'자가 된다. 물론, 본 실시예에서 급전 코어(340)는 급전 본체(360)가 직립하여 배치 되므로 형상이 ']'자가 되며, 서로 대향되게 한 쌍으로 형성되므로, 형상이 ']['자가 될 것이다. 또한, 급전 코어(340)에 급전 돌출부(362, 364)를 구비함으로써 집전 장치(100)로 자기장이 전달되기 용이하도록 한다.
급전 케이블(350)은 급전 돌출부(362, 364)에 인접하여 급전 코어(340)의 길이 방향으로 급전 본체(360)의 좌측 단부에 권취될 수 있다. 경우에 따라서 한 쌍의 급전 케이블(350)은 좌우 급전 돌출부(362, 364)에 각각 권취될 수도 있다. 급전 코어(340)는 급전 코어(340)의 폭 방향과 평행한 복수 개의 절개부를 가져서 급전 코어(340)를 'E'자 형상(또는, '┗┛'자 형상)을 하는 복수 개의 코어조각으로 나누는 형상을 할 수도 있다. 또한, 한 쌍의 급전 케이블(350)은 급전 본체(360)의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 권취된다. 급전 케이블(350)은 급전 돌출부(362, 364)에 인접하여 급전 코어(340)의 길이 방향으로 급전 본체(360)의 좌측 또는 우측 단부에 권취될 수 있다. 경우에 따라서 한 쌍의 급전 케이블(350)은 좌우 급전 돌출부(362, 364)에 각각 권취될 수도 있다.
급전 코어(340)는 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속의 경로를 제공하며, 서로 대향되게 배치되어 한 쌍으로 형성된다. 급전 유닛(210)은 급전 코어(340)를 포함하고, 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하며, 급전 코어(340) 및 급전 케이블(350)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 급전 코어(340)는 급전 본체(360)와 급전 본체(360)의 양단에서 직각으로 뻗은 급전 돌출부(362, 364)를 갖춘다. 또한, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)가 직립하여 대향되게 서로 배치된다.
한편, 도 2b의 (b)에 도시된 바와 같이, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)의 폭 방향의 중앙부에 급전 돌출부(362, 364)와 동일한 방향으로 돌출된 중앙 돌출부를 추가로 포함함으로써 급전 코어(340)의 형상이 'E'자를 옆으로 뉘인 형상이 되도록 하여 'U'자형에 비해 집전 장치(100)에 전달되는 자기장의 전체 양을 증가시키도록 할 수도 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 집전 유닛, 로봇 암 및 이동체의 연결 관계를 나타낸 예시도이다.
즉, 도 3에서는 집전 유닛(110)을 이동시키기 위한 구동부(410)와 제어부(420)를 포함한다. 집전 장치(100)는 급전 유닛(210)과 자기적으로 커플링되어 전력을 전달받으며, 집전 코어(310) 및 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320)을 구비한 적어도 하나의 집전 유닛(110), 집전 유닛(110)으로부터 공급되는 전력을 변환하기 위한 집전 회로(330), 집전 유닛(110)을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동부(410) 및 구동부(410)의 위치와 이동을 제어하기 위한 제어부(420)를 구비한다. 여기에서, 집전 장치(100)는 집전 유닛(110)의 위치를 감지하기 위한 센서를 추가로 구비할 수 있으며, 집전 장치(100)는 집전 회로(330)의 직류 출력을 저장하는 배터리(130)를 추가로 포함할 수 있다.
급전 장치(200)는 전력을 공급하는 급전 전원(220), 자속의 경로를 제공하기 위한 급전 코어(340) 및 급전 전원(220)과 전기적으로 연결되어 급전 코어(340)의 주변에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하는 급전 유닛(210)을 적어도 하나 포함한다.
한편, 집전 장치(100)는 로봇 암(120)을 이동시키기 위해 구동부(410)와 제어부(420)를 추가로 포함할 수 있는데, 구동부(410)는 집전 유닛을 이동시키기 위한 동력을 제공하며, 제어부(420)는 구동부(410)의 위치와 이동을 제어한다. 제어부(420)는 집전 유닛(110)이 급전 유닛(210)으로부터 최대의 전력을 전달받을 수 있는 위치에 위치하도록 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 구동부(410)에 제공한다. 즉, 로봇 암(120)은 구동부(410)를 통해 수신된 동력과 제어부(420)를 통해 수신된 제어신호에 따라 집전 유닛(110)을 각각 직교하는 x, y, z 축 방향으로 이동시킨다.
도 4는 본 실시예에 따른 급전 구조물을 나타낸 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 중앙 분리대는 콘크리트, 철근 및 플라스틱 중 어느 하나의 재질로 형성되는 구조물로서, 바닥면에 급전 전원(220)이 형성된다. 여기서, 급전 전원은 인버터를 말한다.
이와 같은, 중앙 분리대가 도로의 중앙에 위치하는 경우, 도로를 통행하는 전기 자동차는 도로 상을 주행하는 중에 중앙 분리대 내부에 설치된 급전 장치(200)에 고주파의 전력이 공급되면 집전 장치(100) 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받게 되는 것이다. 즉, 본 실시예가 적용될 분야인 전자 자동차 분야에서, 도로에 매설된 급전 선로를 이용하는 것이 아니라 중앙 분리대에 매설된 급전 선로를 이용하여 전원을 공급받을 수 있는데, 도로에 매설된 급전 선로와 중앙 분리대에 매설된 급전 선로를 혼용하여 적용할 수도 있을 것이다. 즉, 매설된 급전 선로가 매설된 도로가 잘 정비된 지역에서는 도로를 이용하여 충전이 가능하지만, 도로가 잘 정비되지 않은 경우, 일시적인 구간만 중앙 분리대를 이용하여 충전할 수 있을 것이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 급전 전원(220)은 중앙 분리대 내부에만 포함되는 것이 아니라 차로(즉, 도로)의 내부인 아스팔트에 일부 매설될 수 있다. 물론 바람직하게는 급전 전원(220)이 중앙 분리대의 내부에만 설치되어 중앙 분리대를 이동하는 경우 함께 이동될 수 있을 것이다.
한편, 급전 장치(200)가 중앙 분리대의 내부에 구현하는 경우에 다음과 같은 이점이 있다. 만약, 전체 도로 상에 하나의 급전 코어(340) 및 급전 전원(220)으로 이루어진 급전 장치(200)를 설치하여 전기 자동차의 운행에 필요한 전력을 충전하는 방식을 사용하는 경우, 전기 자동차가 주행하지 않는 부분에도 급전 케이블에 전류가 흘러 불필요한 전력의 낭비를 초래할 뿐만 아니라 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 급전 케이블로 상의 많은 부분에 불필요한 자기장이 발생하는 문제가 발생하게 된다. 하지만, 도 4에 도시된 바와 같이 급전 장치(200)를 중앙 분리대 내부에 구현하는 경우, 급전 케이블을 여러 개의 세그먼트로 나누어 중앙 분리대 내부에 구현하고 진행중인 전기 자동차에 전력을 공급할 수 있는 것이다.
도 4와 같이 급전 코어(340)가 중앙 분리대 내부에 구현되기 위해 다음과 같은 형상을 갖출 수 있다. 즉, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)와 급전 본체(360)의 양단에서 직각으로 뻗은 급전 돌출부(362, 364)를 갖춘다. 또한, 급전 코어(340)는 급전 본체(360)가 직립하여 대향되게 서로 배치된다. 이때, 급전 돌출부(362, 364)는 집전 장치(100)의 집전 유닛(110)과 자기결합하는 방향을 지향하도록 배치된다.
한편, 급전 유닛(210)은 중앙 분리대와 수직 방향으로 배치되되, 수직 방향과 직교를 이루는 방향으로 자기유도를 하도록 배치된다. 또한, 급전 유닛(210)은 급전 전원(220)과 수직으로 연결되어 설치된다. 이때, 급전 유닛(210)은 중앙 분리대의 상단부에 형성되고, 급전 전원(220)은 중앙 분리대의 하단부에 형성되되, 급전 유닛(210)과 급전 전원(220)은 급전 케이블(350)을 통해 전기적으로 연결된다.
도 5는 본 실시예의 다른 측면에 의한 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 급전 장치(200)의 급전 전원(220)은 중앙 분리대 내부에 구현되며 급전 유닛(210)은 도로의 바닥에 설치될 수 있다. 또한, 집전 장치(100)는 이동체의 하면에 구현되되, 집전 유닛(110)은 급전 유닛(210)의 위치에 대응되게 구현될 수 있다.
이러한 구조에 대해 설명하자면, 급전 장치(200)는 중앙 분리대 내부에 구현된 급전 전원(220)으로부터 전력을 공급받고, 급전 전원(220)에 연결된 급전 케이블(350)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 급전 코어(340)를 통해 제공한다. 이때, 급전 코어(340)는 도 5에 도시된 바와 같이, 도로에 매설될 수 있으며, 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하는 급전 유닛(110)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 집전 장치(100)로 공급할 수 있다. 즉, 급전 장치(200) 중 급전 전원(220)만이 중앙 분리대 내부에 구현되고, 급전 유닛(210)이 도로상에 매설되는 구조를 가지게 된다.
집전 장치(100)는 이동체의 하면에 구현되되, 집전 코어(310)를 통해 자속이 유기되며, 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320)을 포함하며 급전 유닛(110)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛(110)을 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받을 수 있다. 이때, 집전 유닛(110)은 도로에 매설된 급전 유닛(110)의 위치에 대응되어 설치될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 집전 장치 110: 집전 유닛
120: 로봇 암 130: 배터리
200: 급전 장치 210: 급전 유닛
220: 급전 전원
310: 집전 코어 320: 집전 케이블
330: 집전 회로
340: 급전 코어 350: 급전 케이블
360: 급전 본체 362,364: 급전 돌출부
410: 구동부 420: 제어부

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  9. 급전 유닛과 자속에 의해 자기적으로 커플링되며, 구비된 집전 케이블을 통해 상기 급전 유닛으로부터 유도기전력을 전달받는 집전 코어;
    상기 집전 코어 및 상기 집전 코어에 권취되는 상기 집전 케이블을 구비한 집전 유닛; 및
    상기 집전 유닛으로부터 출력되는 상기 유도기전력을 변환하는 집전 회로
    를 포함하되, 상기 집전 유닛은 이동체의 측면에 구현되어 상기 급전 유닛의 위치에 대응되게 구현되며, 상기 집전 유닛과 상기 이동체는 로봇 암을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 집전 유닛은,
    상기 이동체의 측면과 평행한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 집전 유닛을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부의 위치와 이동을 제어하기 위한 제어부
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 집전 유닛이 상기 급전 유닛으로부터 최대의 전력을 전달받을 수 있는 위치에 위치하도록 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 상기 구동부에 제공하는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로봇 암은,
    상기 구동부를 통해 수신된 상기 동력과 상기 제어신호에 따라 상기 집전 유닛을 각각 직교하는 x, y, z 축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 집전 회로는,
    상기 유도기전력을 직류로 변환하는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 집전 회로에 의해 변환된 상기 직류를 저장하는 배터리를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 집전 장치.
  16. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3194470B2 (ja) * 1995-11-09 2001-07-30 財団法人鉄道総合技術研究所 非接触誘導集電装置
KR20100012562A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 변상복 전기자동차
KR101038350B1 (ko) * 2010-05-04 2011-05-31 (주)그린파워 전기자동차용 비접촉식 전력전송장치
KR20110073726A (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 한국과학기술원 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차용 집전장치의 승강장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3194470B2 (ja) * 1995-11-09 2001-07-30 財団法人鉄道総合技術研究所 非接触誘導集電装置
KR20100012562A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 변상복 전기자동차
KR20110073726A (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 한국과학기술원 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차용 집전장치의 승강장치
KR101038350B1 (ko) * 2010-05-04 2011-05-31 (주)그린파워 전기자동차용 비접촉식 전력전송장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108909478A (zh) * 2018-06-15 2018-11-30 湖南机电职业技术学院 一种绿色新能源电动汽车充电装置

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