KR101438394B1 - 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치 - Google Patents

차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101438394B1
KR101438394B1 KR1020120130929A KR20120130929A KR101438394B1 KR 101438394 B1 KR101438394 B1 KR 101438394B1 KR 1020120130929 A KR1020120130929 A KR 1020120130929A KR 20120130929 A KR20120130929 A KR 20120130929A KR 101438394 B1 KR101438394 B1 KR 101438394B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
core
coil
feed
sub
main
Prior art date
Application number
KR1020120130929A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140065637A (ko
Inventor
조동호
정구호
송보윤
신승용
이석환
신재규
김양수
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020120130929A priority Critical patent/KR101438394B1/ko
Publication of KR20140065637A publication Critical patent/KR20140065637A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101438394B1 publication Critical patent/KR101438394B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/005Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles without mechanical contact between the collector and the power supply line
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12Inductive energy transfer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치를 개시한다.
전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급집전장치에 있어서, 선형의 주급전 코어 및 상기 주급전 코어에 수직으로 부급전 코어를 복수개 평행하게 교차하여 연결하고, 상기 부급전 코어의 양단 및 상기 주급전 코어와의 교점에 상기 주급전 코어 및 상기 부급전 코어와 수직으로 급전단을 연결하고, 상기 주급전 코어에 급전선이 권취되는 급전부; 및 상기 급전 코어의 길이방향으로 2 이상의 급전단과 자기적으로 결합되어 전력을 공급받는 집전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치를 제공한다.

Description

차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치{Power Rail and Pickup Robust to Direction of Vehicle at Stop and Move}
본 실시예는 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 일정방향의 균일한 자기장을 발생시키는 급전선로와 균일한 자기장에서 방향에 무관하게 일정한 전력을 집전할 수 있는 집전장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
도 1은 기존의 고출력 집전 및 급전장치을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다. 자기장을 발생시키는 인덕턴스 사이에서는 접촉 없이 전력을 전송할 수 있다는 점에 착안하여 인덕턴스를 집전장치로 가진 운송매체의 이동경로를 따라 급전선로(100)을 막대(BAR) 형태로 배치하여 연속적인 급전이 가능하도록 구성하고 있다. 기본적인 구성은 급전선로(100)와 집전장치로 구성되며 급전선로(100)는 일단에 교류전원(110)이 연결된다. 집전장치는 집전 코어(170)에 코일(140)을 감아서 급전선로(100)에서 생성된 자기장(120)을 내부로 통과시킨다. 이때 형성된 자기장 폐루프(130)에서 자기장의 크기 변화를 통해 유도 기전력을 집전한다. 집전장치는 코일에 유도된 기전력을 수집하는 집전회로(150)와 배터리(160)를 포함하는 것이 일반적이다.
이때 자기장은 환형으로 형성되고 위치에 따라 방향과 강도가 변하기 때문에 집전장치는 정해진 이동경로를 따라 움직여야 하고 방향이 바뀐 경우 집전이 전혀 이루어지지 않을 수 있는 문제가 있다.
따라서 특정방향으로 균일한 자기장을 형성하는 급전장치와 방향에 관계없이 비교적 일정한 기전력을 집전하는 집전장치를 필요로 한다.
본 실시예는, 집전장치가 방향에 따라 집전되는 전력이 편중되는 문제를 해결하여 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급집전장치에 있어서, 선형의 주급전 코어 및 상기 주급전 코어에 수직으로 부급전 코어를 복수개 평행하게 교차하여 연결하고, 상기 부급전 코어의 양단 및 상기 주급전 코어와의 교점에 상기 주급전 코어 및 상기 부급전 코어와 수직으로 급전단을 연결하고, 상기 주급전 코어에 급전선이 권취되는 급전부; 및 상기 급전 코어의 길이방향으로 2 이상의 급전단과 자기적으로 결합되어 전력을 공급받는 집전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 집전 코어; 및 상기 집전 코어에 제1 코일 및 제2 코일을 지면에 대하여 수직 방향으로 감되, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 수직인 방향으로 감고, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일에 연결되어 각각의 코일에 유도된 전류를 정류하여 가산하는 것을 특징으로 하는 집전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제2항에 있어서, 상기 집전 코어는, 중앙이 비어있는 사각형 형상이고, 상기 제1 코일은 상기 집전 코어의 마주보는 두 변을 권취하고, 상기 제2 코일은 나머지 두 변을 권취하는 것을 특징으로 하는 집전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제2항에 있어서, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일에 연결되어 각각의 코일에 유도된 전류를 정류하여 집전하는 집전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 코일이 감긴 선형 급전 코어에 수직으로 부급전 코어를 반복해서 평행하게 교차 연결하는 것을 특징으로 하는 급전 장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제5항에 있어서, 상기 부급전 코어는 일정한 간격으로 상기 급전 코어에 연결된 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제5항에 있어서, 상기 부급전 코어는, 상기 부급전 코어의 양단에 상기 급전 코어 및 상기 부급전 코어에 수직으로 돌출된 부분을 가진 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제7항에 있어서, 상기 부급전 코어는, 상기 부급전 코어와 상기 급전 코어의 교점에 상기 급전 코어 및 상기 부급전 코어에 수직으로 돌출된 부분을 가진 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제8항에 있어서, 상기 부급전 코어는, 상기 부급전 코어의 말단과 상기 급전 코어와의 교점 사이에 상기 돌출된 부분을 추가로 가진 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 집전장치에 일정한 방향에 균일한 자기장을 인가하고 집전장치는 수직으로 집전할 수 있는 모듈을 구비함으로써 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치를 구현할 수 있다.
도 1은 기존의 고출력 집전 및 급전장치을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 교류전력이 인가되는 코일과 페라이트 코어가 삽입된 코일의 자기장을 함께 나타낸 자기력선도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 교류전력이 인가되는 코일이 권취된 ㄷ 형상의 페라이트 코어의 자기력선도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 자기력선 병렬연결을 나타낸 페라이트 코어의 자기력선도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향이 일정하고 균일한 자기장을 생성하기 위한 급전장치의 자기력선도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치의 자기회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치의 상부에 페라이트 코어가 포함된 집전장치가 있는 경우, 급전장치와 집전장치의 자기력선도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 균일한 자기장 하에서 집전장치를 나타낸 자기력선도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 균일한 자기장 하에서 방향에 강인한 집전장치를 나타낸 사면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 지면과 평행하고 일정한 방향으로, 집전장치에 대하여 비교적 균일한 자기장을 생성하고, 지면에 수직이고 서로 수직인 2방향으로 코일을 감은 면을 생성한 집전장치를 통해 방향에 강인한 급/집전 시스템을 형성하였다.
따라서 급전장치가 비교적 균일한 방향과 강도의 자기장을 생성하는 원리를 먼저 설명하고 균일한 자기장 속에서 방향에 강인한 집전이 가능한 집전장치를 설명한다.
본 발명을 이해하기 위해 필요한 당업자에게 자명한 지식은 자기저항에 대한 명확한 개념이다. 자기저항에 대해 자세한 설명을 하기보다 본 발명에서 필요한 관념만을 설명한다. 자기저항에 대한 이해를 기반으로 자기회로의 병렬연결을 설명하고 본 발명의 구조 및 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 교류전력이 인가되는 코일과 페라이트 코어가 삽입된 코일의 자기장을 함께 나타낸 자기력선도이다.
코일만 있는 경우와 페라이트 코어가 삽입된 코일은 자기력선의 크기와 밀집도가 다르다. (a)의 경우 자기력선은 코일 중간에서 밖으로 새는 자기력선이 많이 생성된다. 그러나 (b)의 경우 페라이트 코어가 자기력선을 집중하여 양단에서 자기력선을 방출하는 것을 볼 수 있다. 페라이트 코어와 같은 상자성체는 자기장이 인가되었을 때 추가로 자기장을 유도하는 역할을 할 수 있다는 관점에서 이해할 수도 있으나 일반적으로 전기저항의 개념을 차용한 자기저항(Magnetic Reluctance)이라는 개념으로 설명한다.
자기저항이란 자기회로에서 자기력선속에 대하여 생기는 자기저항력으로, 전기회로에서의 전기저항과 대응된다. 즉 물질에 따라 자기장이 생성되는 정도를 나타낸다. 페라이트 코어가 코일 내부의 공기보다 자기저항이 낮기 때문에 자기력선이 페라이트 코어를 통해 쉽게 생성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 교류전력이 인가되는 코일이 권취된 ㄷ 형상의 페라이트 코어의 자기력선도이다.
(a)는 페라이트 코어(320)에 코일(310)을 감아 자기력선(330)이 유도된 경우 페라이트 코어(320)의 양단을 휘고 평행하게 연장하여 ㄷ 형상으로 만든 경우 자기력선(330)이 유도된 모습이다. 공기 중을 통해 코일(310)의 일단과 코일(310)의 타단 사이에 최단거리로 자기력선이 생성되기보다 페라이트 코어(320)를 통해 자기력선(330)이 생성되는 편이 자기저항이 더 작다면 그 방향으로 더 많은 자기력선(330)이 생성된다.
(b)는 (a)에서 묘사한 코일(310)이 권취된 ㄷ 형상의 페라이트 코어(320)의 양단 사이에 또 다른 코일이 권취된 페라이트 코어(320)를 두었을 때의 자기력선도이다. 코일이 권취된 페라이트 코어(320)는 렌츠의 법칙에 따라 권취되지 않은 페라이트 코어보다 자기저항이 증대되지만, 공기보다 자기저항이 낮으므로 더 많은 자기장이 유도된다. 다시 말해 자기장이 집중되는 양단 사이에 자기저항이 낮은 물질로 일종의 브리지를 형성하여 자기장을 집중시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 자기력선 병렬연결을 나타낸 페라이트 코어의 자기력선도이다.
도 3의 (b)에서 묘사한 페라이트 코어(320)에 있어서, 평행하게 연장된 페라이트 코어(320)의 양단부의 중간에 서로 마주보도록 돌출부를 만들어서 자기저항을 줄인 제2 루트(440)를 생성했다. 따라서 A점과 B점을 잇는 루트는 페라이트 코어를 통과하여 연결되는 제1 루트(450)와 공기를 통과하는 제2 루트(440)가 병렬로 연결된다. 이 경우 각각의 자기저항의 역수에 비례하여 자기장이 생성되어 마치 전기회로의 병렬연결처럼 자기회로가 생성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향이 일정하고 균일한 자기장을 생성하기 위한 급전장치의 자기력선도이다.
코일이 권취된 페라이트 코어의 한쪽 끝을 코일이 감긴 부분을 중심으로 T자 모양으로 길게 늘인다. 이를 바닥에 놓았을 때 T자의 윗변에 해당하는 부분(520)에 일정한 간격마다 지면에 수직으로 페라이트 코어를 연장한다. 코일이 권취된 페라이트 코어의 다른 쪽 끝을 위와 같은 요령으로 페라이트 코어를 연장한다. 이때 양쪽 끝에 지면과 수직으로 연장된 부분이 평행하게 구성되어야 한다. 이러한 구성을 통해 지면과 수직으로 세워진 페라이트 코어의 끝단 각각은 마주보는 페라이트 코어의 끝단과 사이의 공기를 매개로 한 병렬연결이 형성된다.
이때 코일이 권취된 페라이트 코어를 주급전 코어(510), T자의 윗변에 해당하는 부분을 부급전 코어(520), 지면과 수직으로 연장된 부분을 급전단(530)으로 한다.
물론 이때 급전단(530)이 생략된 형태인 주급전 코어(510)와 부급전 코어(520)만을 포함하는 구조도 유사하게 동작할 수 있다.
이렇게 양쪽 끝이 갈퀴 모양으로 구성된 페라이트 코어를 주급전 코어(510)의 권선 방향으로 반복해서 배열하면 도 5의 (a)와 같은 구조가 형성된다. 각각의 병렬연결 구간은 자기력선이 존재하는 것처럼 묘사하였다.
이때 급전장치의 지면과 수직으로 세워진 끝단으로 이루어진 평면(500)에 일정한 방향으로 비교적 균일한 자기장이 생성된다. 이는 도 5의 (b)에 묘사하였다. 이들 급전단(530)의 끝단과 주급전 코어(510)의 코일이 감긴 부분을 자기회로로 나타낼 수 있다. 이 자기회로에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치의 자기회로의 회로도이다.
도 5에 기입한 영문자와 자기회로에 기입된 영문자는 동일한 위치를 나타낸다. 공기는 자기저항이 크므로 각각의 급전단의 끝단 사이는 고저항 또는 열린 스위치(640)로 나타낼 수 있다. 자기력선을 유도하는 코일로 권취된 부분은 전기회로의 전압원(620)으로 나타낼 수 있다. 코일로 권취된 부분이 반복해서 배열되므로 직렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 따라서 도 5에 묘사한 자기장이 유도되는 구조의 자기회로는 전압원들이 서로 직렬로 연결되고 각각의 전압원에 대하여 스위치가 병렬로 연결되며 직렬로 연결된 전압원의 양끝에 저항이 연결된 것으로 표현할 수 있다. 저항은 공기를 통해 연결된 자기장을 표현한 것이다. 이때 급전단의 끝단과 끝단 사이에 페라이트 코어와 같은 브리지가 연결된다면 도3의 (b)와 같은 원리로 더 많은 자기장이 유도된다. 이는 자기회로에서 스위치가 닫히는 것으로 볼 수 있으며 자기장의 폐루프(630)가 형성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치의 상부에 페라이트 코어가 포함된 집전장치가 있는 경우, 급전장치와 집전장치의 자기력선도이다.
도 6에서 ON이 된 스위치는 도 7에서 급전장치의 끝단 위에 집전장치의 페라이트 코어(700)가 존재하여 자기력선이 강력하게 유도된 경우를 의미한다. 코일이 감긴 부분의 일단, 급전단의 끝단, 페라이트 코어, 다른 급전단의 끝단, 코일이 감긴 부분의 타단으로 연결되는 폐루프가 형성되기 때문이다. 본 설명에서는 집전장치의 페라이트 코어(700)가 급전단의 끝단(f지점)과 급전단의 또 다른 끝단(i지점) 사이에 걸쳐있는 것을 표현하였다. 그러나 절반만 걸쳐있거나 2 내지 3개의 급전장치의 끝단에 연결되어 있어도 자기저항의 변화에 따라 결정된 자기장이 생성된다.
따라서 급전단이 조밀하게 배치되었다면 자기장은 급전장치의 상부에 위치한 페라이트 코어 또는 페라이트 코어를 포함한 집전장치의 움직임에 따라 변화되어 어디에서도 페라이트 코어 또는 페라이트 코어를 포함한 집전장치에 비교적 균일한 자기장이 동일한 방향으로 존재하는 것처럼 작용한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 균일한 자기장 하에서 집전장치를 나타낸 자기력선도이다.
일반적으로 코일에 유도되는 기전력은 코일이 만든 면에 수직으로 투과되는 자속의 양에 비례한다. 이는 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012095006490-pat00001
여기서 φ는 쇄교 자속, B는 인가되는 자속 밀도, A는 코일이 만든 면의 단면적, Ø는 코일이 만든 단면과 인가되는 자속 밀도가 만든 각을 나타낸다.
이 경우 집전장치의 방향이 바뀌면 Ø가 바뀌기 때문에 방향에 따라 집전율이 달라진다. 따라서 코일이 만든 면에 수직으로 면이 생성되도록 코일을 감은 집전장치를 추가로 구현한다면 Ø의 증감에 따른 sinØ값의 변화를 보상하는 cosØ값을 생성할 수 있다.(sin(90-Ø)는 cosØ이므로)
이때 쇄교 자속수는 [수학식 2]와 같다.
Figure 112012095006490-pat00002
φ1은 제1 코일과의 쇄교 자속, φ2은 제2 코일과의 쇄교 자속, B는 인가되는 자속 밀도, A1은 제1 코일이 만든 면의 단면적, A2는 제2 코일이 만든 면의 단면적, Ø는 제1 코일이 만든 단면과 인가되는 자속 밀도가 만든 각을 나타낸다.
제1 코일과 제2 코일을 각각 정류회로를 통해 정류하여 가산부를 통해 합산하여 충전한다면 방향이 바뀌어도(Ø가 변해도) 비교적 균일한 집전이 가능하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 균일한 자기장 하에서 방향에 강인한 집전장치를 나타낸 사면도이다.
직육면체 모양의 페라이트 코어에서 지면에 수직으로 제1 코일을 감고 지면에 수직이며 감아놓은 코일 방향에도 수직이 되도록 제2 코일을 감는 방법으로도 도 8에서 소개한 방법을 구현할 수 있다. 그러나 윗면과 아랫면의 코일이 중첩되므로 이를 피하기 위하여 중앙이 빈 도넛 모양의 사각 페라이트 코어의 마주보는 변에 각각 제1 코일을 감고 남은 두 변에 각각 제2 코일을 감아서 집전하는 집전장치를 구현하였다. 집전장치의 핵심부분은 권취된 페라이트 코어이나 구체적인 실시 방법을 위해 정류 및 집전 역할을 하는 부분과 집전된 전압을 충방전하는 배터리가 필요하다. 그러나 기타 구성요소는 당업자에게 자명한 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
본 설명에서 사용된 페라이트 코어는 일반적으로 상용화된 자기저항이 낮은 물질을 지칭한 것이지 코일의 코어에 들어갈 물질의 종류를 제한하기 위하여 사용한 용어는 아니다.
본 실시예에서는 코일이 권선된 부분이 중앙에 배치된 형태이나 이는 양측에 병렬로 연결된 자기회로에 대칭적인 자기저항을 형성하기 위한 바람직한 형태일 뿐 이에 제한하여 실시되어야 하는 것은 아니다.
본 실시예의 도면에서는 급전단이 일정한 간격으로 3개 연결된 경우를 예로 들었으나 급전단의 밀도는 많을수록 좋으며 반드시 일정한 간격일 필요는 없다.
본 실시예에서는 집전장치가 급전단의 상부에 위치하는 경우를 예로 들었으나 급전단의 말단에 가까이 배치되면 족한 것으로 옆에 있어도 자기 브리지 역할을 할 수 있음은 쉽게 알 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.
510: 주급전 코어 520: 부급전 코어
530: 급전단

Claims (9)

  1. 전자기 유도 원리를 이용하여 운송체의 이동경로 상에 무선으로 전력을 공급하기 위한 급집전장치에 있어서,
    상기 이동경로의 길이 방향으로 배치되는 선형의 주급전 코어, 상기 주급전 코어에 수직으로 교차하여 상기 주급전 코어에 연결되고 서로 평행하게 구비되는 복수의 부급전 코어, 상기 주급전 코어와 상기 복수의 부급전 코어와의 복수의 교점과 상기 부급전 코어의 양단에 각각 상기 주급전 코어의 길이 방향 및 상기 부급전 코어의 길이 방향에 수직한 방향으로 연결되는 복수의 급전단, 및 상기 주급전 코어에 권취되되 서로 인접하는 상기 교점 사이마다 권취되는 복수의 급전선을 구비하는 급전부; 및
    상기 주급전 코어의 길이 방향으로 상기 복수의 급전단과 자기적으로 결합되어 전력을 공급받는 집전부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치.
  2. 집전 코어; 및
    상기 집전 코어에 제1 코일 및 제2 코일을 지면에 대하여 수직 방향으로 감되,
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 수직인 방향으로 감고, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일에 각각 연결되어 각각의 코일에 유도된 전류를 정류하여 가산하여 집전하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집전 코어는,
    중앙이 비어있는 사각형 형상이고, 상기 제1 코일은 상기 집전 코어의 서로 마주보는 두 변에 각각 권취되고, 상기 제2 코일은 나머지 두 변에 각각 권취되는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일에 연결되어 각각의 코일에 유도된 전류를 정류하여 집전하는 집전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전장치.
  5. 운송체의 이동경로 상에 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서,
    상기 이동경로의 길이 방향으로 배치되는 선형의 주급전 코어;
    상기 주급전 코어에 수직으로 교차하여 상기 주급전 코어에 연결되고 서로 평행하게 구비되는 복수의 부급전 코어;
    상기 주급전 코어와 상기 복수의 부급전 코어와의 복수의 교점과 상기 부급전 코어의 양단에 각각 상기 주급전 코어 길이 방향 및 상기 부급전 코어의 길이 방향에 수직한 방향으로 연결되는 복수의 급전단; 및
    상기 주급전 코어에 권취되되 서로 인접하는 상기 교점 사이마다 권취되는 복수의 급전선
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 급전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부급전 코어는 일정한 간격으로 상기 주급전 코어에 연결된 것을 특징으로 하는 급전장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    상기 부급전 코어는,
    상기 부급전 코어와 상기 주급전 코어와의 교점과 상기 부급전 코어의 양단 사이에 상기 급전단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 급전장치.
KR1020120130929A 2012-11-19 2012-11-19 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치 KR101438394B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120130929A KR101438394B1 (ko) 2012-11-19 2012-11-19 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120130929A KR101438394B1 (ko) 2012-11-19 2012-11-19 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140065637A KR20140065637A (ko) 2014-05-30
KR101438394B1 true KR101438394B1 (ko) 2014-09-17

Family

ID=50892427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120130929A KR101438394B1 (ko) 2012-11-19 2012-11-19 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101438394B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101056169B1 (ko) * 2009-12-22 2011-08-11 한국과학기술원 비접촉 자기 유도 충전 방식 전기자동차의 급전장치용 페라이트코어 모듈
KR20120008549A (ko) * 2010-06-16 2012-01-31 한국과학기술원 전기자동차용 집전장치
KR101182376B1 (ko) * 2011-04-26 2012-09-12 한국과학기술원 좌우편차를 고려한 자기유도식 급전장치, 집전장치 및 전력전달장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101056169B1 (ko) * 2009-12-22 2011-08-11 한국과학기술원 비접촉 자기 유도 충전 방식 전기자동차의 급전장치용 페라이트코어 모듈
KR20120008549A (ko) * 2010-06-16 2012-01-31 한국과학기술원 전기자동차용 집전장치
KR101182376B1 (ko) * 2011-04-26 2012-09-12 한국과학기술원 좌우편차를 고려한 자기유도식 급전장치, 집전장치 및 전력전달장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140065637A (ko) 2014-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Choi et al. Ultraslim S-type power supply rails for roadway-powered electric vehicles
JP2020004990A (ja) 誘導電力伝達装置
US10600564B2 (en) Inductive power transfer system primary track topologies
Kim et al. A three-phase wireless-power-transfer system for online electric vehicles with reduction of leakage magnetic fields
JP5941046B2 (ja) 誘導性電力受信機装置
JP6003565B2 (ja) 非接触給電装置
CN103578704A (zh) 线性电磁装置
US20120025603A1 (en) Inductive power transfer apparatus
CN108431913A (zh) 线圈装置
CN103733460A (zh) 用于感应功率传输系统的磁结构的互操作性
CN104011815A (zh) 感应式无线充电系统
KR101438394B1 (ko) 차량 방향에 강인한 급전선로 및 집전장치
US20160028240A1 (en) Inductive power transfer apparatus
KR101356030B1 (ko) 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 집전 장치, 급전 구조물
KR101172757B1 (ko) 비접촉 방식의 전력 중계장치, 중계집전 장치 및 급집전장치
KR101587126B1 (ko) 급전 선로에 따른 급전 장치 및 그를 이용한 급집전 장치
KR101210436B1 (ko) 비접촉식 전원 공급 장치
Shimode et al. A study of coil structure of inductive power collection system for moving vehicle
US11798736B2 (en) Conductor arrangement, system and methods for an inductive power transfer
KR101377431B1 (ko) 집전장치 소형화를 위한 급전장치, 집전장치 및 급집전장치
KR101307807B1 (ko) Emf를 최소화하는 집전장치 및 이를 이용한 급집전장치
KR20150097011A (ko) 무선 전력공급장치
Jiang et al. Design and analysis of cubical compact coils for wireless power transfer
JP6424710B2 (ja) 非接触電力伝送用コイルおよび非接触電力伝送装置
KR20150032414A (ko) 무선 전력공급장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170825

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190826

Year of fee payment: 6

R401 Registration of restoration