KR102611133B1 - 주행 중인 차량에 무선으로 전력을 전송하기 위한 편차에 강인한 급전장치 - Google Patents

주행 중인 차량에 무선으로 전력을 전송하기 위한 편차에 강인한 급전장치 Download PDF

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Abstract

4개의 급전코일을 구비하는 급전장치가 제공된다. 2개의 인접하는 급전코일을 구비하는 하부 코일과 2개의 인접하는 급전코일을 구비하는 상부 코일은 서로에 대하여 어긋나도록 배치된다. 각 급전코일은 서로 전기적으로 분리되어, 다른 위상을 갖는 전류가 제공될 수 있다.
이러한 급전장치에 의하여 원거리 편차에 강인한 급전구조를 갖는 급전장치 및 급전장치에 대한 제어 방법이 제공될 수 있다.

Description

주행 중인 차량에 무선으로 전력을 전송하기 위한 편차에 강인한 급전장치{Apparatus for wireless power transfer to a moving vehicle having robustness to deviation}
본 발명은 주행 중인 차량에 무선으로 전력을 전송하기 위한 급전장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 독립적으로 제어가능한 복수개의 급전코일을 구비하고 차량의 편차에 따라 각 급전코일을 제어함으로써 편차에 강인한 특성을 갖는 무선전력전송 급전장치에 관한 것이다.
주행 중인 무선충전 전기차량은 차량의 주행시 급전장치와의 정렬 편차에 따라 전력의 수급에 큰 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 전기차량의 주행시 차량에 설치된 집전장치가 급전장치로부터 멀어지는 경우에도 무선전력전송의 효율을 향상시킬 필요가 있다.
Design and Implementation of Shaped Magnetic-Resonance-Based Wireless Power Transfer System for Roadway-Powered Moving Electric Vehicles, Jaegue Shin. VOL. 61, NO. 3, MARCH 2014, 1179p에는 편차에 강인한 급전장치의 구조가 개시되어 있다. 개시된 급전장치는 모노타입 급전구조를 갖는다.
특허 제1182376호에는 주행중 편차에 강인한 무선충전 급전장치의 다른 구조 및 제어방법이 개시되어 있다. 개시된 급전장치는 위 문헌의 급전장치가 갖는 구조에 비하여 복잡화되었다.
KR 10-1182376 B
본 발명은 종래의 무선충전 급전장치에 비하여 원거리 편차에 강인한 급전구조를 갖는 급전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원거리 편차에 강인한 급전구조를 갖는 급전장치에 대한 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따라, 무선전력전송을 위한 급전장치로서, 제1 평면에 배치되는 제1 급전코일; 상기 제1 평면상에서 차량의 진행방향에 대하여 직교하는 방향(이하, '횡방향')으로 상기 제1 급전코일과 인접하여 배치되는 제2 급전코일; 상기 제1 평면의 위쪽에 위치하는 제2 평면에 배치되는 제3 급전코일; 및, 상기 제2 평면상에서 횡방향으로 인접하여 배치되는 제4 급전코일을 포함하되, 상기 각 급전코일은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 제1 급전코일과 상기 제2 급전코일에 대하여, 상기 제3 급전코일과 상기 제4 급전코일은 횡방향으로 어긋나도록 배치되는 무선전력전송을 위한 급전장치가 제공된다.
본 발명에 따라, 종래의 무선충전 급전장치에 비하여 원거리 편차에 강인한 급전구조를 갖는 급전장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따라 원거리 편차에 강인한 급전구조를 갖는 급전장치에 대한 제어 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 급전장치가 구비하는 급전코일의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 내지 도 4는, 도 1에 도시된 급전장치에서 각 급전코일에 인가되는 전류의 위상이 변화할 경우에 대응되는 자기장의 형상을 도시한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는 구체적인 사항들이 나타나 있는데 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1에는 본 발명에 따른 급전장치가 구비하는 급전코일의 급전구조가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 급전장치는 전기적으로 독립된 4개의 급전코일을 구비한다. 4개의 급전코일의 배치는 다음과 같다: 차량의 진행방향에 대하여 직교하는 방향(이하, '횡방향'이라고 함)으로 동일한 평면에서 좌우로 배치되는 하부좌측 코일(111) 및 하부우측 코일(112), 및 이들 하부 코일의 위쪽에서 동일한 평면에 배치되는 상부좌측 코일(121) 및 상부우측 코일(122). 도시된 실시예에서는, 각 코일의 횡방향 폭은 동일하다. 그러나, 각 코일의 횡방향 폭이 반드시 동일할 필요는 없으며, 요구되는 자기장의 형태에 따라 다르게 설계될 수도 있다.
하부코일(110)과 상부코일(120)은 서로 중심선이 어긋나도록 배치된다. 도시된 실시예에서는 상부코일(120)이 하부코일(110)에 대하여 우측으로 벗어나도록 배치되어 있다.
4개의 급전코일은 전기적으로 분리되어 있으므로, 각각 다른 전류원이 인가될 수 있다. 예를 들어, 각 급전코일에는 서로 위상이 다른 전류가 인가될 수 있다. 주행 중인 차량의 편차에 기초하여 각각의 급전코일에 흐르는 전류의 위상을 변경함에 따라, 급전장치에 의하여 형성되는 자기장이 형상이 변화한다. 이러한 자기장의 형상 변화를 통하여 주행 편차에 가장 알맞은 자기장의 형상을 형성시킬 수 있다.
주행 중인 차량과 급전장치 사이의 편차를 파악하기 위하여, 급전장치는 차량에 설치된 집전장치의 위치를 파악하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
도 2 및 3에는 도 1에 도시된 급전장치에서 각 급전코일에 인가되는 전류의 위상이 변경됨에 따라 형성되는 자기장의 형상이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2는 급전코일 중에서, 하부좌측 코일(111) 및 상부우측 코일(122)에 인가되는 전류 위상을 동일하게 하고, 하부우측 코일(112) 및 상부좌측 코일(121)의 전류 위상은 이에 대하여 180도의 차이를 갖도록 제어한 경우의 자기장 형상을 도시한 것으로서, 차량과 급전장치 사이의 편차가 작은 경우에 이러한 형상으로 자기장을 형성시키는 것이 바람직하다.
도 3은 하부좌측 코일(111), 하부우측 코일(112) 및 상부우측 코일(122)에 인가되는 전류의 위상을 동일하게 하고, 상부좌측 코일(121)에 인가되는 전류의 위상은 이에 대하여 180도의 차이를 갖도록 제어한 경우의 자기장 형상을 도시한 것으로서, 차량이 어느 한쪽으로 벗어난 상태로 주행하는 경우에는 이런 형상의 자기장을 형성하는 것이 바람직하다.
급전장치로부터 무선으로 전력을 공급받는 차량이 1대인 경우에는, 차량의 편차에 관한 정보를 실시간으로 제공받고, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같은 제어를 통하여 전력을 무선으로 원할하게 줄 수 있다.
한편, 급전장치로부터 무선으로 전력을 공급받는 차량이 2대 이상인 경우에는, 각 차량과 급전장치 사이의 편차가 차량마다 다르기 때문에, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같은 제어로 모든 차량의 편차에 강인하게 맞추기는 곤란하다. 이와 더불어, 급전장치의 인버터 측에서는 다수의 차량이 진입할 경우 다수의 차량 인덕턴스가 영향이 미침에 따라 인버터 내부의 전압 변동폭이 커지게 된다. 이러한 상황에서 각 차량 상황에 맞추어 급전코일에 인가되는 전류를 변경하게 되면, 더 큰 폭의 전압 변동폭을 다루어야 하는 큰 문제가 발생하게 된다.
따라서, 급전장치 상에 다수의 차량이 진입하면서 각 차량에 서로 다른 편차가 존재하는 경우에는 폭방향으로 넓은 자기장 형상을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하부좌측 코일(111)에 인가되는 전류의 위상은 90도, 하부우측 코일(112)에 인가되는 전류의 위상은 0도, 상부좌측 코일(121)에 인가되는 전류의 위상은 180도, 상부우측 코일(122)에 인가되는 전류의 위상은 270도 설정하면, 폭방향으로 넓은 자기장 형상을 얻을 수 있다. 이 경우 형성되는 자기상의 형상이 도 4에 도시되어 있다.
도 4에 도시된 자기장의 형상은 다수의 차량이 서로 다르게 좌측 또는 우측으로 편차를 갖더라도 모든 차량에 안정적으로 전력을 무선으로 전송할 수 있다. 또한, 이러한 자기장 형상에서는 차량이 정위치에 있는 경우와 편차를 갖는 경우의 유도전압의 차이가 작기 때문에 안정적으로 전력을 공급받을 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 급전장치
110: 하부 코일
111: 하부좌측 코일
112: 하부우측 코일
120: 상부 코일
121: 상부좌측 코일
122: 상부우측 코일

Claims (2)

  1. 무선전력전송을 제공하기 위한 급전장치로서,
    제1 평면에 배치되는 제1 급전코일;
    상기 제1 평면상에서 차량의 진행방향에 대하여 직교하는 방향(이하, '횡방향')으로 상기 제1 급전코일과 인접하여 배치되는 제2 급전코일;
    상기 제1 평면의 위쪽에 위치하는 제2 평면에 배치되는 제3 급전코일; 및,
    상기 제2 평면상에서 횡방향으로 상기 제3 급전코일과 인접하여 배치되는 제4 급전코일
    을 포함하되,
    상기 각 급전코일은 서로 전기적으로 분리되며,
    상기 제1 급전코일과 상기 제2 급전코일에 대하여, 상기 제3 급전코일과 상기 제4 급전코일은 횡방향으로 어긋나도록 배치되고,
    차량과 급전장치 사이의 편차가 작은 경우, 상기 제1 급전코일과 상기 제4 급전코일에 인가되는 전류의 위상이 서로 동일하고, 상기 제2 급전코일과 상기 제3 급전코일에 인가되는 전류의 위상은 서로 동일하고 상기 제2 급전코일 및 상기 제4 급전코일에 인가되는 전류의 위상과 180도 차이가 나는 제1 모드로 동작하도록 제어되고,
    차량이 어느 한쪽으로 벗어난 상태로 주행하는 경우, 상기 제1 급전코일 및 상기 제2 급전코일에 인가되는 전류의 위상과 상기 제3 급전코일 또는 상기 제4 급전코일 중의 어느 하나를 포함하는 3개의 급전코일에 인가되는 전류의 위상이 서로 동일하고, 나머지 하나의 급전코일에 인가되는 전류의 위상은 180도 차이가 나는 제2 모드로 동작하도록 제어되는
    무선전력전송을 위한 급전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    서로 다른 편차를 갖는 다수의 차량이 주행하는 경우, 상기 제1 급전코일에 인가되는 전류의 위상을 기준으로, 상기 제2 급전코일에는 90도 빠른 위상의 전류가 인가되고, 상기 제3 급전코일에는 90도 늦은 위상의 전류가 인가되며, 상기 제4 급전코일에는 180도 늦은 상의 전류가 인가되는 제3 모드로 제어되는
    것을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 급전장치.
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