KR102167688B1 - 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치에 대한 것으로, 상기 수신코일은, 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 수신패드에 복수 열의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함하며, 상기 와이어의 단면은, i) 상기 수신패드의 일면과 평행하며 상기 와이어의 폭에 해당하는 x 방향 또는 y 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면폭과 ii) 상기 와이어의 높이에 해당하는 y 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면높이를 갖고, 상기 단면폭보다 상기 단면높이가 더 큰 값을 갖는 것인 수신코일을 포함한다.

Description

이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치{RECEIVING COIL FOR WIRELESS CHARGEMENT OF ELECTRIC VEHICLE AND WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 전기자동차 등 이동수단의 무선충전을 위한 수신코일과 전력수신장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한정적 넓이의 공간에 더 많은 코일의 회전수를 구현할 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선전력충전은 전자기 유도(Electromagnetic Induction)를 통해 전류를 흐르게 하여 배터리를 충전하는 방식으로서, 충전기의 1차 코일에 흐르는 전류에 의해 발생한 자기장이 배터리의 2차 코일에 유도전류를 발생시키고, 유도전류가 다시 화학적 에너지를 배터리에 충전시킨다.

이러한 기술은 접점이 노출돼 있지 않아 누전 등의 위험이 거의 없어 유선충전 방식만큼 안전하다.

최근 들어 전기자동차가 대중화되면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이미 가정용 충전기를 이용한 전기자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속충전장치, 무선충전장치 등 다양한 충전방식이 등장하고 있다.

향후 전기자동차의 보급이 늘어날 것으로 예상됨에 따라 충전시간을 단축시키고 편의성을 증대시킨 안전하고 빠른 충전방식이 요구되고 있으며, 이에 따라 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 무선전력충전방식도 다양하게 제시되고 있는 추세이다.

관련된 선행기술로서 한국 공개특허 제10-2012-0081051호, 한국 공개특허 제10-2013-0004416호 등이 무선전력 충전 기술로서 개시되어 있다.

선행기술에 개시된 무선전력 전송방식에 의하면 로드부(배터리) 부분의 코일에 유도되는 기전력을 바탕으로 전력을 전송하게 되는데, 이 기전력은 코일에 쇄교되는 자기장 다발(Magnetic flux)에 비례한다. 즉, 무선전력 충전을 위한 코일의 회전수가 증가할 경우 인덕턴스 값도 증가하므로 충전 성능을 높이기 위해서는 코일의 회전수를 증가시켜야 한다. 그러나, 전기자동차의 충전용 모듈은 한정적인 크기를 가지므로 코일의 회전수 또한 한정되고 그에 따른 인덕턴스 값도 한정되는 한계가 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한국 공개특허 제10-2012-0081051호 한국 공개특허 제10-2013-0004416호

본 발명의 목적은 무선충전을 위한 유도전류를 수신하는 수신코일을 구성하는 와이어가 복수 열 및/또는 복수 층을 이루면서 다른 와이어들 사이에 존재하는 이격공간을 감소시켜 서로 밀착되게 배치됨으로써 한정적 넓이와 공간에 더 많은 회전수의 와이어 배치를 구현할 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 전력수신장치를 제공하는 것이다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 와이어가 세로 방향으로 길게 형성되는 다각형 등의 단면으로 형성되어 서로 이웃하는 다른 층 및/또는 다른 열의 와이어와 밀착되게 배치됨으로써 한정된 폭의 공간에서 더 많은 회전수의 와이어 배치를 구현할 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 전력수신장치를 제시하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단에 포함되어, 상기 이동수단 외부에 위치하는 전력공급부에 의해 유도전류를 발생하는 수신코일로, 상기 수신코일은, 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 수신패드에 복수 열의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함하며, 상기 와이어의 단면은, i) 상기 수신패드의 일면과 평행하며 상기 와이어의 폭에 해당하는 x 방향 또는 y 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면폭과 ii) 상기 와이어의 높이에 해당하는 z 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면높이를 갖고, 상기 단면폭보다 상기 단면높이가 더 큰 값을 갖는 것으로, 상기 와이어의 외경을 기준으로 하는 총단면적 대비 상기 와이어에 포함되는 도전부의 단면적의 합이 0.4 내지 0.7인, 이동수단의 무선충전용 수신코일을 제공한다.

상기 와이어는 10 내지 10,000 개의 절연피복된 도전부를 포함하는 리츠 와이어일 수 있다.

상기 와이어는 그 단면이 원형인 와이어를 압연가공 또는 인발가공으로 상기 폭보다 상기 높이가 더 큰 값을 갖도록 가공된 와이어일 수 있다.

상기 수신코일은, 단면이 동일한 원형인 와이어와 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한 것일 수 있다.

상기 수신코일은, 단면이 동일한 원형인 와이어와 비교하여 인덕턴스가 8% 이상 증가한 것일 수 있다.

상기 와이어는 상기 수신코일의 단위폭인 5 mm를 기준으로 600 개 이상의 절연피복된 도전부를 포함할 수 있다.

상기 수신코일은 상기 수신패드에 복수열 및/또는 복수층의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함할 수 있다.

상기 이동수단은 전기차일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 양태는 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단에 포함되며, 상기 이동수단의 외부에 위치하며 전력을 공급하는 전력공급부에 의한 유도전류를 발생하는 것으로, 그 일면에 와이어가 위치하는 수신패드; 그리고, 상기 수신패드의 일면에 위치하는 위에서 설명한 무선충전용 수신코일;를 포함하는, 이동수단의 무선충전용 전력수신장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일 양태는 위에서 설명한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치를 포함하는, 이동수단을 제공한다.

본 발명의 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치는 와이어가 세로 방향으로 길게 형성되는 다각형 등의 단면으로 형성됨에 따라 복수 열 및/또는 복수 층을 이루면서 다른 와이어들과 이격 공간이 없거나 최소화되어 밀착될 수 있으므로, 제한된 폭의 공간에서 더 많은 회전수의 구현을 통해 높은 인덕턴스 값을 발휘할 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 전력수신장치를 제시할 수 있다. 또한, 와이어의 회전수에 대한 상대적인 부피를 감소시킴으로써 무선충전모듈의 전체적인 부피를 감소시킬 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 전력수신장치를 제시할 수 있다.

본 발명의 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치는 와이어가 세로방향으로 길게 형성되는 직사각형의 단면이나 사다리꼴 또는 삼각형의 단면으로 형성될 수 있으며, 특히 사다리꼴이나 삼각형의 단면으로 형성될 경우에는 이웃하는 다른 열의 와이어와 서로 뒤집어진 반대방향으로 밀착됨으로써 부피를 더욱 감소시킬 수 있는 전기자동차 등 이동수단의 무선충전용 수신코일 및 전력수신장치를 제시할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 이동수단의 일 예인 전기자동차의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 각각 도 3에 도시된 와이어의 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.

명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.

도 1은 일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 구성도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 사시도이며, 도 3 내지 도 6은 각각 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 종단면도이다. 이하, 상기 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전용 수신코일(200)은, 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단(1)에 포함되어, 상기 이동수단 외부에 위치하는 전력공급부에 의해 유도전류를 발생하는 수신코일(200)이다. 상기 수신코일(200)은, 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 수신패드(100)에 복수 열의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어(210)를 포함하며, 상기 와이어(210)의 단면은, i) 상기 수신패드(100)의 일면과 평행하며 상기 와이어(210)의 폭에 해당하는 x 방향 또는 y 방향에서 본 상기 와이어(210)의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면폭(Lw)와 ii) 상기 와이어(210)의 높이에 해당하는 z 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면높이(Lh)를 갖고, 상기 단면폭(Lw)보다 상기 단면높이(Lh)가 더 큰 값을 갖는 것이다.

도 1을 참조하면, 상기 이동수단(1)의 무선충전용 전력수신장치(10)는 전기차 등의 이동수단(1)에 설치되어 충전소 등의 전력공급부(2)에서 공급되는 유도전류를 수신하는 장치이다.

구체적으로, 전력공급부(2)는 이동수단(1)이 충전소나 도로 등의 표면에 설치되어 외부전력을 통해 전력수신장치(10)에 유도전류를 발생시키며, 전력수신장치(10)는 이동수단 (1)의 저면 등 미리 정해진 위치에 설치된 상태로 전력공급부(2)에 일정한 간격을 두고 대면하면서 전력공급부(2)에 의한 전자기유도현상을 통해 유도전류를 발생하여 이동수단(1)의 배터리를 무선충전시킬 수 있다. 여기서, 전력공급부(2)는 외부전력에 의한 전류를 이용하여 자기정의 변화를 발생시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이라도 만족한다. 여기서, 외부전력은 예컨대 상용전원에 의한 전력을 포함하는 전력이 제한없이 적용 가능하다.

도 2를 참조하면, 상기 무선충전용 전력수신장치(10)는 수신패드(100) 및 수신코일(200)을 포함할 수 있다. 상기 수신패드(100)는 이동수단(1)의 저면에 설치되어 전술한 전력공급부(2)와 대면하는 것으로, 전력공급부(2)에 의한 상호 전자기유도작용이 일어날 수 있도록 자성소재로 형성될 수 있다.

수신패드에 적용되는 사각원형 형태 등의 고리 형태로 와이어를 감아 놓는 경우, 일정한 두께의 와이어를 한정된 공간에 적용해야 하므로 적용되는 와이어의 턴수가 한정된다. 그러나, 와이어의 두께나 턴수는 무선전력충전에서 충전효율과 직결되는 파라미터로, 턴수가 증가할수록 인덕턴스 값이 증가하면서 자기유도작용의 세기가 증가될 수 있으므로, 이를 최대한 효율화 할 필요가 있다.

단면이 원형인 와이어를 한정된 공간에 감는 경우, 서로 이웃하는 와이어들 사이에 공간이 존재하게 되고, 이는 비효율을 가져온다. 본 발명에서는 이하 설명하는 방식으로 한정된 공간에서 서로 이웃하는 와이어들 사이에 공간을 최소화하여 동일한 도전부를 갖는 와이어의 턴수를 늘리는 등의 방법으로, 인덕턴스 값을 증가시켜, 한정된 넓이 내에서 효율을 극대화시킨 수신코일을 제공한다.

수신코일(200)은 소정의 길이를 가지며 절연층(211a)로 피복된 도전부(211, 도선)을 다수개 포함하는 와이어(210)를 1개 이상 포함할 수 있으며, 와이어(210)의 양단부는 미도시된 배터리에 연결된 상태로 수신패드(100)의 표면에 복수 층 및/또는 복수 열의 환형을 이루면서 수신코일(200)을 형성할 수 있다. 이러한 수신코일(200)은 수신패드(100)에 접착을 통해 고정될 수 있으며, 이와 달리 별도의 결속부재를 통해 수신패드(100)에 고정될 수 있다.

상기 와이어(210)는 리츠와이어를 포함할 수 있다. 상기 리츠와이어는 피복층(212) 내에 도전부(예: 구리선 등, 211)를 절연부(예: 에나멜 절연층, 211a)가 감싸는 형태의 전선이 다수 결합된 와이어이다. 상기 리츠와이어를 상기 와이어(210)에 적용시, 특히 전선에 교류전류를 인가할 경우 발생할 수 있는 와전류에 의한 표피효과를 감소시켜 코어의 온도상승을 방지할 수 있다.

상기 와이어(210)는, 상기 와이어의 외경을 기준으로 하는 총단면적 대비 상기 와이어에 포함되는 도전부(211)의 단면적의 합인 도전부비율이 0.4 내지 0.7일 수 있다. 상기 도전부비율이 0.4 미만인 경우에는 도전부가 지나치게 얇게 형성되어 선의 끊어짐이 발생하거나, 피복층(212)인 절연부의 두께가 너무 두꺼울 수 있고, 0.7 초과인 경우에는 열 손실이 커져 효율이 감소할 수 있다.

상기 와이어(210)는 10 내지 10,000 개의 절연피복된 도전부(211)를 포함하는 리츠 와이어일 수 있다. 상기 와이어(210)는 100 내지 8,000 개의 절연피복된 도전부(211)를 나란히 포함할 수 있다. 상기 와이어(210)는 500 내지 7,000 개의 절연피복된 도전부(211)를 나란히 포함할 수 있다.

상기 와이어(210)는 그 단면이 원형인 와이어를 압연가공 또는 인발가공으로 상기 폭보다 상기 높이가 더 큰 값을 갖도록 가공된 와이어일 수 있다.

상기 수신코일(200)은 그 단면이 타원형, 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형일 수 있다. 상기 타원형, 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형의 형상은 와이어의 특성상 완전한 상기 형상이 아니고 전체적으로 상기 형상을 갖는 것을 의미한다.

상기 수신코일(200)은, 상기 x 방향 또는 y 방향으로 나란히 위치하는 와이어(210)를 포함하고, 상기 와이어(210)는 서로 이웃하는 와이어의 옆면의 적어도 일부가 서로 접할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 와이어들은 서로 이웃하는 와이어들끼리 사이에 존재하는 공간을 최소화시키고, 와이어 내부에 위치하는 도선부의 숫자를 최대화시킬 수 있다.

상기 수신코일(200)은, 단면이 동일한 원형인 와이어와 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한 것일 수 있고, 턴수가 10% 이상 증가할 수 있다. 구체적으로 상기 수신코일(200)은, 단면이 원형인 와이어와 비교하여 턴수가 8 내지 20% 증가할 수 있고, 10 내지 20% 증가할 수 있다. 상기 턴수 증가는 36 mm 폭 이하의 와이어 패드를 갖는 사각 수신코일을 기준으로 평가한다.

상기 수신코일(200)은, 단면이 동일한 원형인 와이어와 비교하여 인덕턴스가 8% 이상 증가한 것일 수 있고, 인턱턴스가 10% 이상 증가할 수 있으며, 12 % 이상 증가할 수 있다. 구체적으로, 상기 수신코일(200)은, 단면이 원형인 와이어와 비교하여 인덕턴스가 8 내지 20% 증가할 수 있고, 10 내지 20% 증가할 수 있으며, 12 내지 20 % 증가할 수 있다. 상기 턴수 증가는 36 mm 폭 이하의 와이어 패드를 갖는 사각 수신코일을 기준으로 평가한다.

상기 와이어(210)는 상기 수신코일(200)의 단위폭인 5 mm를 기준으로 600 개 이상의 절연피복된 도전부(211)를 포함할 수 있고, 850 내지 1400개의 절연피복된 도전부(211)를 포함할 수 있으며, 900 내지 1200개의 절연피복된 도전부(211)를 포함할 수 있다. 이러한 와이어(210)는 단위폭을 기준으로 상당히 많은 수의 도전부를 포함하는 것으로, 수신패드(100)를 보다 효율화할 수 있다.

상기 수신코일(200)은 상기 수신패드(100)에 복수열 및/또는 복수층의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함할 수 있다. 상기 복수열은 서로 연결된 와이어가 서로 이웃하게 나란히 배치되는 것을 의미하며, 상기 복수층은 적어도 2층 이상으로 서려 연결된 와이어가 나란히 배치된 것을 의미한다. 상기 복수층은 서로 이웃하게 접하도록 배치될 수도 필요에 따라 각 층간에 일정 한 거리를 두고 배치될 수도 있다. 이렇게 복수열 또는 복수층으로 배치된 와이어는 서로 연결된 것일 수 있다.

도 3을 참조하면, 수신코일(200)을 구성하는 와이어(210)는 복수의 도전부 (211)와 도전부(211)의 외주면을 감싸는 절연층(212)을 포함하며, 수신패드(100)의 상면에 복수 열 및/또는 복수 층을 이루면서, 이웃하는 다른 열 또는 다른 층의 와이어(210)와 밀착된 상태로 배치될 수 있다.

상기 와이어(210)는 확대 도시된 바와 같이 원형이 아닌 다각형의 단면으로 형성됨으로써 다른 열의 와이어(210) 및/또는 다른 층의 와이어(210)와 서로 이격공간을 최소화하며 밀착되도록 배치될 수 있다. 상기 와이어(210)의 단면은 다각형으로 형성되되, 특히 세로방향(높이방향)으로 길게 형성되는 다각형으로 형성될 수 있다.

상기 와이어(210)의 단면은 다각형을 이루는 모서리 중, 수신패드(100) 또는 다른 층의 와이어(210)와 접하는 가로방향 모서리(a)의 폭이 다른 열의 와이어(210)와 접하는 세로방향 모서리(b)의 높이보다 좁게 형성될 수 있다. 구체적으로, 와이어(210)의 단면은 다각형의 단면을 이루는 모서리 중, 가로방향 모서리(a)가 세로방향 모서리(b)와 실질적으로 직각을 이루는 직사각형의 단면으로 형성될 수 있다. 상기 직사각형의 단면을 갖는 와이어(210)는 이웃하는 다른 와이어(210)와 이격공간이 실질적으로 없이 밀착됨으로써 한정된 공간에서 더 많은 회전수를 갖도록 배치될 수 있다.

상기 와이어(210)는 전술한 다각형의 단면을 이루는 가로방향 모서리(a)들 중 하나의 폭이 나머지 하나의 폭보다 좁게 형성되는 단면으로 형성됨으로써 전술한 세로방향 모서리(b)가 경사를 이루는 단면으로 형성될 수 있다. 상기 와이어(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 단면상 가로방향 모서리(a)들이 서로 다른 폭으로 형성되면서 서로 평행하게 형성되는 실질적으로 사다리꼴의 단면으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 오직 하나의 가로방향 모서리(a)를 갖는 실질적으로 삼각형의 단면으로 형성될 수도 있다. 여기서, 일 실시예에 따른 와이어(210)는 사다리꼴의 단면이나 삼각형의 단면으로 형성될 경우에는 단면상 세로방향의 모서리(b)가 경사로 형성되므로 복수 열 및 복수 층으로 배치될 경우 발생할 수 있는 이격공간은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 이웃하는 다른 열의 와이어(210)와 단면상 서로 반대방향으로 배치됨으로써 서로 밀착되게 배치될 수 있고 보다 효율적인 수신코일을 제공할 수 있다.

도 6을 참조하면, 수신코일(200)을 구성하는 와이어(210)는 복수의 도전부 (211)와 도전부(211)의 외주면을 감싸는 절연층(212)을 포함하며, 수신패드(100)의 상면에 복수 열 및 복수 층을 이루면서, 이웃하는 다른 열 및 다른 층의 와이어(210)와 밀착된 상태로 배치될 수 있다.

상기 와이어(210)는 확대 도시된 바와 같이 원형이 아닌 타원형의 단면으로 형성됨으로써 다른 열의 와이어(210) 및 다른 층의 와이어(210)와 서로 이격공간을 줄이고 비교적 밀착되도록 배치될 수 있다. 상기 와이어(210)의 단면은 타원형으로 형성되되, 특히 세로방향(높이방향)으로 길게 형성되는 타원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 와이어(210)는 단면높이(Lh)가 단면폭(Lw)보다 큰 것일 수 있다. 이렇게 단면높이를 더 크게 형성하는 경우, 일정한 폭의 와이어패드(120)에 상기 와이어(210)을 보다 많은 턴수로 배치할 수 있고, 무선충전 수신부의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 와이어(210)는 제작과정에서 다각형이나 타원형의 단면으로 제작될 수 있고, 미리 설정된 크기의 직경을 갖는 원형의 단면으로 제작된 후, 후가공에 의해 다각형 또는 타원형의 단면으로 가공될 수 있다. 예컨대, 와이어(210)는 원형단면의 와이어를 롤러 등의 가압수단을 적용해 압연가공하여 설정된 형태의 다각형 또는 타원형으로 형성할 수 있으며, 원형단면의 와이어를 설정된 모양의 다이스를 통해 인발가공하여 설정된 형태의 다각형 단면으로 형성할 수 있다.

상기 수신장치(10)는 아래 식 1로 표시되는 와이어비율(Wr)이 0.03 내지 0.40인 것을 하나의 특징으로 갖는다.

[식 1]

상기 식 1에서, Wr은 와이어 비율이고, Sw는 수신장치가 수신하는 전력(W)이며, Wn은 수신장치에 적용되는 수신코일에서 관찰한 와이어의 가닥 수이다.

이러한 범위의 와이어비율을 갖는 수신장치(10)는 도전부의 발열 등을 최소화하고 우수한 충전효율을 갖는 수신장치를 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 수신장치(10)는 와이어비율이 0.04 내지 0.35일 수 있고, 0.05 내지 0.31 일 수 있다. 이러한 와이어비율을 갖는 경우 보다 작은 크기를 갖는 수신장치로도 우수한 효율로 전력을 수신할 수 있다.

상기 수신장치(10)는 3 내지 30 kW의 전력을 수신하는 것일 수 있으며, 이러한 경우 이후 설명하는 가닥수로 와이어를 구성하는 것이 전력수신 효율 향상에 좋다.

구체적으로 상기 수신장치(10)가 3 내지 8 kW의 전력을 수신하는 경우 상기 와이어는 200 내지 2200 가닥수가 적용될 수 있고, 500 내지 1500 가닥수가 적용될 수 있다.

구체적으로 상기 수신장치(10)가 8 kW 초과 20 kW 이하의 전력을 수신하는 경우 상기 와이어는 500 내지 6500 가닥수가 적용될 수 있고, 600 내지 6200 가닥수가 적용될 수 있다.

상기 수신코일은 다수의 와이어를 포함하며, 상기 와이어의 직경이 0.15 mm이하일 수 있고, 구체적으로 0.05 내지 0.15 mm일 수 있다.

상기 와이어의 직경이 0.15 mm 이상으로 되면 표피효과에 의한 발열손실 등이 발생하여 효율이 감소할 수 있고, 0.05 mm 미만으로 적용시에 가공의 어려움이나 전기전도성층(금속선 등)의 끊김이 발생하기 쉬우며, 오히려 제조 단가가 상승할 수 있다.

상기 이동수단(1)은 전기차일 수 있다.

상기 전기차(electric vehicle, EV)는, 전기자동차용 자기유도방식을 이용하는 무선전력전송 시스템이 적용된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 전기차는 전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 포함한다.

상기 전기차는 자동충전 기능을 갖는 것일 수 있다. 자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량의 놓고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.

상기 수신코일(200)은 차량 어셈플리 내에 포함될 수 있다. 상기 차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 전력수신장치(10)는, 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단(1)에 포함되며, 상기 이동수단의 외부에 위치하며 전력을 공급하는 전력공급부(2)에 의한 유도전류를 발생하는 것으로, 그 일면에 와이어가 위치하는 수신패드(100); 그리고, 상기 수신패드의 일면에 위치하는 위에서 설명한 이동수단의 무선충전용 수신코일(200);를 포함한다.

상기 전력공급부, 상기 수신패드 등은 통상 적용되는 것이면 제한없이 적용 가능하며, 상기 수신코일에 대한 설명은 위에서 한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.

본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 이동수단(1)은, 위에서 설명한 무선충전용 전력수신장치(10)를 포함한다. 상기 무선충전용 전력수신장치에 대한 구체적인 설명은 위에서 한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

1. 수신패드의 제조

가로, 세로 각각 250 mm의 아크릴 판의 4 변의 안쪽으로 약 10 mm의 공간을 두고 36 mm의 와이어패드를 4면을 따라 위치시켰다. 직경이 3.5 mm인 원형의 단면을 갖는 리츠와이어를 한 모서리를 시작점으로 상기 4면을 순차로 돌며 와이어를 빈틈없이 2층으로 배치한 후 상기 리츠와이어가 상기 시작점의 모서리로 빠져나가도록 하였다. 이렇게 제조된 수신패드를 비교예의 수신패드로 하였다.

위와 동일하게 수신패드를 제조하되, 상기 리츠와이어를 압연하여 폭이 3.3 mm인 실질적으로 직사각형 형태의 와이어를 제조한 후 위와 동일한 방법으로 실시예의 수신패드를 제조했다.

2. 수신패드의 물성 평가

상기 와이어패드의 종단면에서 상기 와이어의 턴수 등과, HIOKI 3522-50 LCR Meter를 이용하여 측정한 인덕턴스를 측정하여 아래 표 1에 제시했다.

	단면폭(mm)	와이어 단면의 도선수	와이어 턴수	종단면 와이어패드(120)에서 도선수	인덕턴스[uH]
비교예	3.5	600	20턴 (10턴*2층)	12,000	205
실시예	3.3	600	22턴 (11턴*2층)	13,200	230

상기 표 1을 참조하면, 단면폭을 약 5.7 % 감소시켜 적용한 실시예의 경우, 단면의 도선수와 턴수의 면에서 비교예 대비 약 10 %를 향상시켰고, 인덕턴스의 경우도 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 인덕턴스의 변화는 제한된 공간에 설계해야 하는 수신코일을 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 이동수단 2: 전력공급부
10: 수신장치, 전력수신장치 100: 수신패드
120: 와이어패드
200: 수신코일 210: 와이어
211: 도전부 211a: 절연층
212: 피복층
a: 가로방향 모서리 b: 세로방향 모서리
Lh: 단면높이 Lw: 단면폭
Cw: 수신코일의 단위폭

Claims (10)

1. 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단에 포함되며, 상기 이동수단의 외부에 위치하며 전력을 공급하는 전력공급부에 의한 유도전류를 발생하는 것으로,
   그 일면에 와이어가 위치하는 수신패드; 그리고,
   상기 수신패드의 일면에 위치하는 이동수단의 무선충전용 수신코일;를 포함하고,
   상기 수신코일은, 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 수신패드에 복수열 또는 복수층의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함하며,
   상기 와이어의 단면은, i) 상기 수신패드의 일면과 평행하며 상기 와이어의 폭에 해당하는 x 방향 또는 y 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면폭과 ii) 상기 와이어의 높이에 해당하는 z 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 단면높이를 갖고, 상기 단면폭보다 상기 단면높이가 더 큰 값을 갖는 것으로,
   상기 와이어의 외경을 기준으로 하는 총단면적 대비 상기 와이어에 포함되는 도전부의 단면적의 합이 0.4 내지 0.7이고,
   상기 와이어는 상기 수신코일의 단위폭인 5 mm를 기준으로 900 내지 1200개의 절연피복된 도전부를 포함하고,
   상기 와이어는 그 단면이 원형인 와이어를 압연가공 또는 인발가공으로 가공된 와이어이고,
   상기 와이어는 그 단면이 원형인 와이어와 비교하여 턴수가 10 내지 20% 증가한 것이고,
   상기 와이어는 그 단면이 원형인 와이어와 비교하여 인덕턴스가 12 내지 20% 증가한 것이고,
   3 내지 8 kW 또는 8 초과 20 kW 이하의 전력을 수신하고,
   3 내지 8 kW의 전력을 수신하는 경우 상기 와이어는 500 내지 1500 가닥수가 적용되고,
   8 초과 20 kW 이하의 전력을 수신하는 경우 상기 와이어는 600 내지 6200 가닥수가 적용되고,
   상기 와이어의 직경은 0.05 내지 0.15 mm이고,
   상기 와이어의 단면은 사다리꼴 또는 삼각형이고, 이웃하는 다른 열의 와이어와 단면상 서로 반대방향으로 배치됨으로써 서로 밀착되게 배치되는, 이동수단의 무선충전용 전력수신장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 이동수단은 전기차인, 이동수단의 무선충전용 전력수신장치.
   
9. 삭제
10. 제1항에 따른 이동수단의 무선충전용 전력수신장치를 포함하는, 이동수단.
    

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