KR102306834B1

KR102306834B1 - 이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이를 포함하는 이동수단

Info

Publication number: KR102306834B1
Application number: KR1020200034360A
Authority: KR
Inventors: 박종휘; 김태경; 김나영; 최종학; 이승환
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-29
Also published as: KR20200112733A

Abstract

실시예의 이동수단의 무선전력 수신장치는 수신패드 및 수신코일을 포함하고, 상기 수신코일은 상기 수신패드의 일면에 위치하고, 상기 수신코일은 와이어를 포함하고, 상기 와이어는 양 단부가 배터리와 연결되고, 상기 수신코일은 고리 형상을 갖고, 상기 와이어는 절연층과 도전부를 갖는 전선을 다수 포함하고, 와이어비율(Wr)은 아래 식 1로 표시되고, 상기 와이어비율(Wr)이 0.03 내지 0.40이다.
[식 1]

상기 식 1에서, Wr은 와이어 비율이고, Sw는 상기 이동수단의 무선전력 수신장치가 수신하는 출력전력(W)이며, Wn은 상기 이동수단의 무선전력 수신장치에 적용되는 수신코일의 단면에서 관찰한 전선의 가닥수이다.
실시예의 이동수단은 상기 이동수단의 무선전력 수신장치를 포함한다. 이를통해 보다 효율적인 전력 충전이 가능하다.

Description

이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이를 포함하는 이동수단{RECEIVING APPARATUS FOR WIRELESS CHARGEMENT OF ELECTRIC VEHICLE AND ELECTRIC VEHICLE COMPRISING THE SAME}

실시예는 이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이를 포함하는 이동수단에 관한 것이다.

일반적으로 무선전력충전은 전자기 유도(Electromagnetic Induction)를 통해 전류를 흐르게 하여 배터리를 충전하는 방식이다. 무선전력충전은 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 없고 편리하다.

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 있다. 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 무선전력충전방식도 다양하게 제시되고 있다.

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. 전기자동차 등 전기력을 적용하는 이동수단에 적용되는 전력 송수신 모듈 특히 수신모듈의 경우에는 그 적용가능한 크기에 한계가 있고, 따라서 그 효율화가 중요하다.

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

실시예의 목적은 우수한 충전효율을 갖는 이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이를 포함하는 이동수단을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 이동수단의 무선전력 수신장치는 수신패드 및 수신코일을 포함하고, 상기 수신코일은 상기 수신패드의 일면에 위치하고, 상기 수신코일은 와이어를 포함하고, 상기 와이어는 양 단부가 배터리와 연결되고, 상기 수신코일은 고리 형상을 갖고, 상기 와이어는 절연층으로 감싸인 도전부를 갖는 전선을 다수 포함한다.

와이어비율(Wr)은 아래 식 1로 표시되고, 상기 이동수단의 무선전력 수신장치의 와이어비율은 0.03 내지 0.40이다.

[식 1]

상기 식 1에서, Sw는 상기 수신장치에 전달되는 출력전력(W)이고, Wn은 상기 수신코일의 단면에서 본 전선의 수이다.

상기 도전부의 직경은 0.05 내지 0.15 mm일 수 있다.

단면적 비율(Dr)은 아래 식 2로 표시된다.

[식 2]

상기 식 2에서, Wd는 도전부의 단면적의 합이고, Rd는 수신코일의 단면적이다.

상기 이동수단의 무선전력 수신장치의 단면적 비율은 0.2 내지 0.8일 수 있다.

상기 이동수단의 무선전력 수신장치는 3 내지 30 kW의 출력전력을 수신할 수 있다.

상기 이동수단의 무선전력 수신장치는 10 내지 100 kHz의 대역을 갖는 전력을 수신할 수 있다.

상기 수신코일은 서로 이웃하게 위치하는 100 내지 10,000 개의 상기 전선을 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 이동수단은 위에서 설명한 이동수단의 무선전력 수신장치를 전력수신장치에 포함한다.

상기 이동수단은 전기차 또는 드론일 수 있다.

실시예의 이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이동수단은 미리 정해진 공간과 면적 내에서 우수한 충전 효율을 확보할 수 있는 이동수단의 무선충전용 수신장치 및 이를 포함하는 이동수단을 제공한다.

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 4는 일 실시예에 적용되는 전선을 단면으로 설명하는 개념도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시에 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.

본 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.

본 명세서 전체에서, 이동수단은 전기를 동력으로 적용하여 위치를 이동하는 모든 수단을 의미하는 광의의 개념으로, 운전자 및/또는 탑승자를 이동시키는 협의의 이동수단(자동차, 오토바이, 비행기, 배 등), 재화(물건)의 물리적 위치 이동을 목적으로 하는 운송수단(트럭, 지게차 등 중장비, 비행기, 배, 철도 등)을 포함한다. 또한, 상기 이동수단은 운전자가 해당 이동수단 내에 위치하지 않은 상태에서 원격으로 또는 미리 준비된 프로그램으로 조정되는 이동수단을 포함한다.

발명자들은 전기자동차, 드론 등 이동수단에 적용되는 전력 송수신 모듈 특히 수신모듈의 경우에는 그 적용가능한 크기에 한계가 있고, 따라서 그 효율화가 중요하다는 점을 인식하였다. 또한, 전기자동차 등의 충전용 모듈에 적용되는 코일(수신코일), 와이어(리즈와이어), 도전부(금속선) 등의 특성에 따라 충전 효율이 달라질 수 있다는 점을 확인하였다. 또한, 특정한 와이어비율 등을 적용하면 충전 효율을 보다 향상시킬 수 있다는 점을 확인하여 본 명세서에서 구체적으로 제시한다.

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 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 종단면도이다. 도 4는 일 실시예에 적용되는 전선을 단면으로 설명하는 개념도이다.

이하, 상기 도 1 내지 도 4를 참고하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 이동수단의 무선전력 수신장치(10)는 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단(1)에 포함되어, 상기 이동수단 외부에 위치하는 전력공급부에 의해 유도전류를 발생시킨다.

상기 이동수단(1)은 대표적으로 전기차, 드론 등이 예시되나, 이에 한정되지 않는다.

상기 이동수단의 무선전력 수신장치(10)는 수신패드(100); 그리고, 수신코일(200);을 포함한다.

수신패드(100)는 일면과 타면을 갖는다.

수신코일(200)은 상기 수신패드의 적어도 일면에 위치하고, 이동수단의 무선충전시 전력수신코일로 작용한다.

상기 수신코일(200)은 와이어를 포함한다.

상기 와이어는 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 고리 형상으로 배치된다.

상기 수신코일(200)은 수신패드(100)의 적어도 일면에 복수 열의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함할 수 있다.

상기 수신코일은(200) 상기 수신코일의 단면에서 보았을 때, 그 내부에는 다수의 와이어(210)를 포함할 수 있다.

상기 와이어(210)는 각각 절연층(211a)으로 감싸인 도전부(211b)를 1 또는 2 이상 포함할 수 있고, 절연층으로 서로 구분되는 다수개의 도전부를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 이동수단(1)의 무선충전용 전력수신장치(10)는 전기차, 드론 등의 전기를 동력원으로 적용하는 이동수단(1)에 배치되어, 전기충전소 등에 배치된 전력공급부(2)에서 공급되는 유도전류를 수신한다.

전력공급부(2)는 충전소나 도로 등의 표면에 설치되고, 외부전력을 통해 전력수신장치(10)에 유도전류를 발생시킨다.

전력수신장치(10)는 이동수단 (1)에 배치되어 전력공급부(2)에 일정한 간격을 두고 대면한다. 이동수단의 저면 또는 측면에 배치되어 전력공급부와의 간격을 줄이는 것이 충전 효율 향상이 유리하다.

전력공급부(2)에 의해 발생하는 전자기유도현상은 전력수신장치(10)에 유도전류를 발생시키고 이동수단(1)의 배터리를 충전시켜, 이동수단의 무선 충전이 진행된다.

전력공급부(2)는 외부전력에 의한 전류를 이용하여 자기장의 변화를 발생시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이라도 적용될 수 있다. 예시적으로, 외부전력은 상용전원에 의한 전력을 포함해 제한없이 적용 가능하다.

도 2를 참조하면, 상기 무선충전용 전력수신장치(10)는 수신패드(100) 및 수신코일(200)을 포함한다.

상기 수신패드(100)는 전술한 전력공급부(2)와 대면하는 것으로, 전력공급부(2)에 의한 상호 전자기유도작용이 일어날 수 있도록 자성소재로 형성될 수 있다.

수신코일(200)은 와이어(210)를 포함한다.

와이어(210)는 와이어(210)의 양단부가 배터리(미도시)에 연결된 상태로 수신패드(100) 상에 복수 층 및/또는 복수 열로 배치되어 고리 형상을 가질 수 있다.

와이어(210)는 일 단부에서 타 단부까지 서로 연결된 것일 수 있다.

와이어(210)는 일 단부와 타 단부가 각각 배터리와 연결될 수 있다.

수신코일(200)은 고리 형상으로 배치될 수 있다.

와이어(210)는 일 단부부터 타 단부까지 연결되어 복수열로 감긴 고리 형상으로 배치될 수 있다.

와이어(210)는 일 단부부터 타 단부까지 연결되어 복수열과 복수층으로 감겨 고리 형상으로 배치될 수 있다.

와이어(210)는 리츠 와이어일 수 있다.

수신코일(200)은 고리형상으로 배치된 리츠 와이어를 포함할 수 있다.

리츠 와이어는 일 단부와 타 단부가 각각 배터리와 연결될 수 있다.

상기 고리 형상은 그 단면이 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다. 다만, 일 단부 또는 타 단부와 가깝게 위치하는 고리형상의 일 부분은 그 단면의 두께가 일정하지 않을 수 있다.

수신코일(200)은 수신패드(100)에 접착을 통해 고정될 수 있다.

수신코일(200)은 수신패드(100)에 별도의 결속부재(미도시)를 통해 고정될 수 있다.

리츠 와이어는 피복층(212) 내에 전선(211)이 다수개 배치된다.

전선(211)는 도전부(예: 구리선 등, 211b)와 절연층(예: 에나멜 절연층, 211a)를 포함하고, 절연층은 도전부의 표면을 감싼다.

리츠 와이어를 적용시, 교류전류를 인가할 경우 전선의 표면측에서 발생할 수 있는 와전류에 의한 표피효과를 감소시켜, 수신코일의 온도상승을 방지할 수 있다.

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

[식 1]

상기 식 1에서, Sw는 상기 수신장치에 전달되는 출력전력(W)이며, Wn은 상기 수신코일의 단면에서 본 전선의 가닥 수이다.

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

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

수신장치(10)는 3 내지 30 kW의 출력전력을 수신하는 것일 수 있다. 이러한 전력의 범위에서 상기 수신장치의 전력수신 효율이 보다 향상될 수 있다.

수신장치(10)가 3 내지 8 kW의 출력전력을 수신하는 경우, 좋게는 상기 수신코일은 200 내지 2200 가닥수의 전선(211)을 포함할 수 있고, 500 내지 1500 가닥수의 전선(211)을 포함할 수 있다.

수신장치(10)가 8 kW 초과 20 kW 이하의 출력전력을 수신하는 경우, 좋게는 상기 수신코일은 500 내지 6500 가닥수의 전선(211)을 포함할 수 있고, 600 내지 6200 가닥수의 전선(211)을 포함할 수 있다.

상기 수신코일이 포함하는 전선은 그 직경이 0.15 mm이하일 수 있고, 0.05 내지 0.15 mm일 수 있다.

상기 전선의 직경이 0.15 mm 이상이면 표피효과에 의한 발열손실 등이 발생하여 충전 효율이 감소할 수 있고, 0.05 mm 미만이면 가공의 어려움이나 전기전도성층(금속선 등)의 끊김이 발생하기 쉬우며, 오히려 제조 단가가 상승할 수 있다.

상기 수신장치(10)는 아래 식 2에 따른 단면적 비율(Dr)이 0.2 내지 0.8 인 것을 다른 일 특징으로 한다.

[식 2]

상기 식 2에서, Dr은 단면적 비율이고, Wd는 전선의 단면적이며, Rd는 수신코일의 단면적이다.

상기 단면적비율은 0.4 내지 0.8일 수 있고, 0.4 내지 0.7일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 수신코일을 수신장치에 적용하는 경우, 충전효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 수신장치는 10 내지 100 kHz의 대역에서 전력을 수신할 수 있고, 20 내지 90 kHz의 대역에서 전력을 수신할 수 있다.

수신코일은 서로 이웃하게 위치하는 100 내지 10,000 개의 전선을 포함할 수 있다. 이때, 전선의 숫자는 수신코일을 단면에서 관찰했을 때 1 또는 2 이상의 외이어 내에 포함되는 전선 숫자의 총합을 의미한다.

상기 수신코일(200)의 단면은 도 3에서 사각형(점선으로 표시)으로 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3에서 내부에 다수의 전선이 배치된 와이어(리츠 와이어)를 적용한 것을 예시하나 이에 한정되는 것은 아니다.

리츠 와이어는 원형인 것으로 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적으로 정해진 수신코일이 위치하는 공간을 보다 효율적으로 활용할 목적으로 단면이 원형이 아닌 실질적으로 타원형, 사각형, 사다리꼴, 삼각형 등의 형태를 갖는 리츠 와이어를 적용할 수 있다. 또한, 전선 자체의 단면 형상이 원형이거나, 실질적으로 타원형, 사각형, 사다리꼴, 삼각형 등의 형태를 갖는 것이 적용될 수도 있다.

수신코일(200)은 절연층(211a)로 피복된 다수의 도전부(211b)를 포함하는 전선 (211)을 포함한다.

수신코일(200)은 다수의 전선(211)이 다발을 이루는 리츠 와이어 형태의 와이어(210)을 포함할 수 있다. 수신코일(200)은 다발을 이룬 리츠 와이어를 포함할 수 있다.

와이어(210) 또는 리츠 와이어의 양단부는 미도시된 배터리에 연결될 수 있다.

와이어(210) 또는 리츠 와이어는 수신패드(100)의 표면에 복수 층 및/또는 복수 열의 환형으로 배치되어 수신코일(200)에 포함될 수 있고, 수신코일(200)을 구성할 수 있다.

수신코일(200)은 수신패드(100)에 별도의 결속부재를 통해 고정될 수 있다.

수신코일이 리츠 와이어를 포함하는 경우, 리츠와이어의 외경(Lh)을 기준으로 하는 리츠 와이어의 단면적 대비 도전부(211b)의 단면적의 합인 리츠 와이어의 도전부비율이 0.4 내지 0.7일 수 있다.

상기 도전부비율이 0.4 미만인 경우에는 도전부가 지나치게 얇게 형성되어 선의 끊어짐이 발생하거나, 절연층(211a) 및/또는 피복층(212)의 두께가 너무 두꺼울 수 있고, 0.7 초과인 경우에는 열 손실이 커져 전력전달 효율이 감소할 수 있다.

리츠 와이어는 10 내지 10,000 개의 절연층(211a)으로 피복된 도전부(211b)를 포함할 수 있다. 리츠 와이어는 100 내지 8,000 개의 절연 층(211a)으로 피복된 도전부(211b)를 나란히 포함할 수 있다. 리츠 와이어는 500 내지 7,000 개의 절연층(211a)으로 피복된 도전부(211b)를 나란히 포함할 수 있다.

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

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

이러한 경우, 상기 수신코일(200)은, 단면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한 것일 수 있고, 턴수가 10% 이상 증가할 수 있다. 상기 수신코일(200)은, 단면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 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.

수신코일(200)은 5 mm의 단위폭에 600 개 이상의 도전부(211b)를 포함할 수 있고, 850 내지 1400개의 도전부(211b)를 포함할 수 있으며, 900 내지 1200개의 도전부(211b)를 포함할 수 있다. 상기 도전부는 전연층으로 피복된 상태로 배치된다. 이러한 경우 수신패드(100)의 전력수신효율을 보다 향상시킬 수 있다.

수신패드(100)에 수신코일이 배치된 부분을 와이어패드(120)라 한다.

상기 단위폭은 와이어패드(120)의 폭 중 일부를 말한다.

상기 수신코일(200)은 상기 수신패드(100)에 복수열 및/또는 복수층이 고리 형상으로 감아져 있는 와이어를 포함할 수 있다.

상기 복수열은 서로 연결된 와이어가 서로 이웃하게 나란히 배치되는 것을 의미하며, 상기 복수층은 서로 연결된 와이어가 적어도 2층 이상으로 나란히 배치된 것을 의미한다.

상기 복수층은 서로 이웃하게 접하도록 배치될 수도 필요에 따라 각 층 간에 일정 한 거리를 두고 배치될 수도 있다. 이렇게 복수열 또는 복수층으로 배치된 와이어는 서로 연결된 것일 수 있다.

다른 일 실시예에 따른 이동수단(1)은 충전된 전력을 이용해 구동되는 이동수단 및/또는 운송수단이라면 적용되며, 예시적으로 전기차와 드론을 포함한다.

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.

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

상기 이동수단의 무선충전용 수신장치(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 이동수단(1)은 협의의 이동수단(자동차 등), 운송수단(트럭 등)을 포함하며, 무인으로 이동되는 드론 등을 포함한다.

상기 수신코일에 대한 설명은 위에서 한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.

이하, 실시예를 통해 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 3.1 mm인 원형의 단면을 갖는 리츠 와이어를 한 모서리(시작점)으로 상기 4면을 순차로 돌며 빈틈없이 2층으로 배치한 후 상기 리츠 와이어가 상기 시작점으로 빠져나가도록 하였다. 상기 리츠 와이어에 포함된 도전부의 굵기는 0.1 mm인 것으로 적용했다. 이렇게 제조된 수신패드를 실시예의 수신패드로 하였다.

위와 동일하게 수신패드를 제조하되, 직경이 6.3 mm인 리츠 와이어를 적용한 것을 제외하면, 위와 동일한 방법으로 비교예의 수신패드를 제조했다.

2. 수신패드의 물성 평가

상기 와이어패드의 종단면에서 상기 리츠 와이어의 단면직경, 도전부의 수 등을 확인하고 와이어비율과 단면적비율은 위의 식 1과 식 2를 각각 적용하여 계산하였다. 충전효율은 출력시 측정되는 출력전력W(출력전압과 출력전류)과 입력시 측정되는 입력전력W(입력 전압과 입력전류)을 Power Analyzer롤 측정하여 효율을 측정하여 출력W/입력W을 %로 계산하였다. 각각의 결과는 아래 표 1에 나타냈다.

	출력전력	리츠 와이어의 단면직경	수신코일 단면에서 전선 수 (가닥)	와이어비율 (Wr)	단면적비율 (Dr)	충전효율
실시예	3.3 kW	3.1 mm	600	0.18	0.62	85%
비교예	3.3 kW	6.3 mm	1400	0.42	0.35	74%

상기 표 1을 참조하면, 동일한 조건에서 실험 결과, 실시예의 경우가 충전효율이 비교예의 충전효율과 비교하여 약 10% 이상 우수하게 평가되었다.

3. 전력을 달리 적용하여 확인한 충전효율 등의 평가

아래 표 2에 제시된 것과 같이 수신코일 단면에서의 도전부의 수를 달리 적용한 것을 제외하면 위의 1.과 동일하게 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 그리고 비교예 2의 수신패드를 제조하였다.

위의 2.와 동일한 방법으로 수신패드의 물성을 평가하되, 출력전력을 변경했고, 충전효율, 와이어비율 등을 평가해서 아래 표 2에 나타냈다.

	출력전력	수신코일 단면에서 전선 수 (가닥)	와이어비율 (Wr)	충전효율
비교예 1	6.6 kW	100	0.01	70%
비교예 2	10 kW	100	0.01	62%
실시예 1	6.6 kW	1000	0.15	86%
실시예 2	10 kW	4000	0.4	88%

비교예 1과 실시예 1의 결과를 비교하면, 충전효율이 약 16% 상승했고, 비교예 2와 실시예 2의 결과를 비교하면, 충전효율이 약 26% 상승한 것을 확인할 수 있었다. 실시예에서 특정한 와이어 비율을 갖는 경우 보다 우수한 충전효율을 나타낸다는 점을 실험적으로 확인했다.

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, 리츠 와이어
211: 전선 212: 피복층
211b: 도전부 211a: 절연층

Claims

수신패드 및 수신코일을 포함하고,
상기 수신코일은 상기 수신패드의 일면에 위치하고,
상기 수신코일은 와이어를 포함하고,
상기 와이어는 양 단부가 배터리와 연결되고,
상기 수신코일은 고리 형상을 갖도록 배치되고,
상기 와이어는 절연층과 도전부를 갖는 전선을 다수 포함하고,
상기 절연층은 상기 도전부의 표면을 감싸고,
와이어비율(Wr)은 아래 식 1로 표시되고,
상기 와이어비율(Wr)이 0.03 내지 0.40인, 이동수단의 무선전력 수신장치;
[식 1]

상기 식 1에서, Sw는 상기 수신장치에 전달되는 출력전력(W)이고, Wn은 상기 수신코일의 단면에서 본 전선의 수이다.
제1항에 있어서,
상기 도전부의 직경은 0.05 내지 0.15 mm인, 이동수단의 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
아래 식 2에 따른 단면적 비율(Dr)이 0.2 내지 0.8 인, 이동수단의 무선전력 수신장치;
[식 2]

상기 식 2에서, Wd는 도전부의 단면적의 합이고, Rd는 수신코일의 단면적이다.
제1항에 있어서,
3 내지 30 kW의 출력전력을 수신하는, 이동수단의 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
10 내지 100 kHz의 대역을 갖는 전력을 수신하는, 이동수단의 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
상기 수신코일은 100 내지 10,000 개의 상기 전선을 포함하는, 이동수단의 무선전력 수신장치.
제1항에 따른 무선전력 수신장치를 포함하는 전력수신장치를 포함하는, 이동수단.
제7항에 있어서,
전기차 또는 드론인, 이동수단.