KR20050013572A - 전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력의 유도전송 목적의 시스템을 위한 1차 컨덕터 배열(1)에 관한 것이다. 상기 컨덕터 배열은, 적어도 섹션들에서 서로 평행하게 위치하면서 전류 공급원(4)에 연결될 수 있어 전류가 작용할 수 있는 인출선(2)과 복귀선(3)을 포함한다. 본 발명의 1차 컨덕터 배열은 1차 컨덕터 배열을 따라 치환될 수 있는 컨슈머에 가능한 한 넓은 범위를 제공하며, 컨덕터 배열(1)을 다수의 인접 섹션(A, B, C, D, E, F, G, H)으로 분할함으로써 전체 배열을 따라 되도록 균일하게 자기장 분포를 제공할 수 있다. 각 섹션은 인출선과 복귀선(2; 3) 및 인출선과 복귀선을 연결하는 연결선(5)을 포함한다. 상기 섹션들은 연속하는 두 섹션들이 연결선(5)에 가까운 구역(7)에서 겹쳐지는 방식으로 배치된다.

Description

전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열{Primary Conductor Arrangement for a System for Inductive Transmission of Electric Power}

1차 회로가 서로 약간의 간격을 두고 평행한 두 도선에 의해 형성되는, 전력을 비접촉의 유도전송하기 위한 컨덕터 배열은, 독일특허공개 제 197 46 919 A1호와 같은 종래 기술에 의하여 이미 공지된 사실이다. 육상 수송수단과 같은 2차 회로를 가지는 가동 컨슈머(movable consumer)는 상기 1차 컨덕터 배열을 따라 치환될 수 있으며, 상기의 2차 회로는 전류수송 1차 회로에 의해 발생된 자기장으로부터 전기 에너지를 유도적으로 수신하는 역할을 한다.

공지의 1차 컨덕터 배열은 라인 세그먼트(line segment)를 따라 장착된 컨덕터 루프(conductor loop)에 의해 형성되어 전류 공급원에 연결된다. 그 결과, 컨덕터 루프는 서로 약간의 간격을 두고 평행하게 뻗어있는 인출선(outgoing line) 및 복귀선(return line)을 포함한다. 전류 공급원은 이렇게 형성된 1차 회로에 전류를 공급하고, 인출선과 복귀선 내에는 서로 반대 방향으로 전류가 흐른다.

인출선 및 복귀선의 길이 제한과 같이 컨덕터 배열이 제한된 범위를 갖게 되면, 1차 회로에 의해 발생된 자기장의 충분한 에너지 밀도는 통상의 전류 공급원을 가지는 컨덕터 배열을 따라서만 달성될 수 있게 된다. 그러나, 특히 육상 수송수단에 적당한 범위의 유도성 전기 에너지를 공급하는데 있어서는, 임의의 컨덕터 배열 길이가 필수적이다. 또한, 1차 회로를 따라 대부분 균일한 자기장 세기 분포를 실현하는 것, 다시 말해 1차 회로에 의해 발생된 자기장의 밀도가 대부분 균일하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 1차 컨덕터 배열을 따라 치환가능한 컨슈머에 되도록 최대의 범위를 부여하는 가동 컨슈머로 전기 에너지를 유도전송하기 위한 1차 컨덕터 배열을 개발하기 위함이며, 전류가 흐르게 되면, 상기 1차 컨덕터 배열을 따라 거의 균일한 자기장 세기 분포가 발생되도록 하기 위함이다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따르는 전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시태양을 참고로 하여 이하에 보다 상세하게 기술된다.

도 1은 1차 컨덕터 배열의 배선도이다.

도 2는 도 1에 도시된 1차 컨덕터 배열에서 두 섹션 사이의 겹쳐진 구역에 대한 상세한 사시도이다.

도 3은 겹쳐진 구역 근처에 두 개의 전류 공급원을 가진, 도 1에 도시된 1차 컨덕터 배열에서 두 섹션 사이의 겹쳐진 구역에 대한 상세한 사시도이다.

도 4는 겹쳐진 구역 근처에 한 개의 전류 공급원을 가진, 도 1에 도시된 1차컨덕터 배열에서 두 섹션 사이의 겹쳐진 구역에 대한 상세한 사시도이다.

도 5는 도 1에 따른 1차 컨덕터 배열 사이의 교차점에 대한 사시도이다.

도 6은 인출선 및 복귀선 내로 동조 커패시터가 각각 삽입된, 도 1에 도시된 1차 컨덕터 배열 섹션의 인출선 및 복귀선에 대한 상세한 사시도이다.

발명의 상세한 설명

도 1은 본 발명의 1차 컨덕터 배열(1)에 의해 만들어진 전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 회로를 도식적으로 보여주며, 상기 시스템은 1차 컨덕터 배열(1)을 따라 치환될 수 있는 컨슈머로 전력을 전송하는 데에 사용된다. 1차 컨덕터 배열(1)은 다수의 인접한 섹션(A-H)으로 분할된다. 이러한 섹션들(A-H) 각각은 인출선(2), 복귀선(3) 및 인출선과 복귀선을 연결하는 연결선(5)을 포함한다. 섹션들(A-H)의 인출선, 복귀선 및 연결선들은 각각 도 1에서 2X, 3X 및 5X와 같은 참조기호로 구분되며, X는 각 컨덕터 섹션(A-H)을 지칭한다.

인출선(2) 및 복귀선(3)은 각 섹션(A-H) 내에서 서로 평행하게 배열되어 있으며, 연결선(5)은 인출선(2)과 복귀선(3) 사이의 전이를 형성한다. 본 명세서에서 인출선과 복귀선의 평행한 배열이란 용어는 인출선(2)과 복귀선(3)이 일정한 거리로 서로 떨어져 있음을 의미한다. 각각의 선들은 섹션 A, C, E 및 G에 도시된 바와 같이 직선으로 연장되거나 섹션 B, D, F 및 H에 도시된 바와 같이 곡선을 형성하기 위해 휘어질 수 있다. 1차 컨덕터 배열(1)을 구성하는 도선들은 한 묶음의 컨덕터 형태로 실현된다. 1차 컨덕터 배열(1)의 각 섹션(A-H)은 인출선(2), 연결선(5) 및 복귀선(3)에 의해 형성된 각 섹션의 컨덕터 루프에 전류를 공급하기 위한 전류 공급원(4)을 포함한다. 도 1의 참조기호 A로 구별된 섹션에서 인출선(2A)은 공급선(8A) 및 공급선(9A)을 통해 전류 공급원(4A)과 연결되어 있다. 공급선(8A, 9A)은 인출선(2A)에 대해 거의 수직으로 뻗어있다.

이와 같은 방식으로 다른 섹션 B 내지 H는 각각 전류 공급원(4B 내지 4H)으로부터 전류를 공급받으며, 각 전류 공급원들은 인출선(2) 또는 복귀선(3)에 연결되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 인출선(2) 및 복귀선(3) 각각의 연장선을 형성하도록 각각의 인접 섹션은 컨덕터 배열의 각 섹션 양옆에 위치한다. 예를 들어, 섹션 B는 섹션 A의 우측에 위치하고, 섹션 H는 섹션 A의 좌측에 위치한다. 인접한 섹션들은 각 연결선(5) 근처의 겹쳐진 구역(7)에서 서로 겹쳐지도록 배열되어 있다. 이렇게 겹쳐지게 되면, 한 섹션의 인출선(2X)은 겹쳐진 구역(7)에서 인접한 섹션의 대응 인출선(2X+1) 위로 밀접하게 인접하여 연장된다. 이러한 방식은 겹쳐진 구역(7) 내에서 인접 섹션의 복귀선(3)들에도 적용된다.

도 2는 두 인접 섹션 A, B 사이의 겹쳐진 구역(7)에 대한 상세한 사시도이다. 도 2는 겹쳐진 구역(7)에서의 인출선 및 복귀선의 세로방향 길이와 반구모양으로 휘어진 각각의 연결선(5A 및 5B) 길이가 거의 일치함을 보여준다. 이로 인해, 위에서 보았을 때 컨덕터 배열은 원형으로 감긴 형태를 갖게 된다. 그러나, 겹쳐진 구역(7)이 더 커질 수도 있는데, 예를 들어, 연결선 길이의 2배 정도가 될 수도 있다.

또한, 도 3은 두 인접 섹션 A, B 사이의 겹쳐진 구역(7)을 나타내며, 각각의 섹션 A와 B의 인출선(2A 및 2B)에 전류를 공급하기 위한 전류 공급점은 겹쳐진 구역(7) 근처에서 제공된다. 이러한 전류 공급점은 각각의 인출선(2A 및 2B)을 분기하는 공급선(8A, 9A 및 8B, 9B)에 의해 각각 형성되어 전류 공급원(4)에 연결된다. 각각의 공급선(8A, 9A 및 8B, 9B)은 각각의 인출선(2A 및 2B)에 대하여 거의 수직이다. 공급선(8 및 9)은 플라스틱 튜브(10) 내에서 서로 밀접하게 인접되어 있다. 플라스틱 튜브(10) 대안으로서, 전선 끈(cable tie)으로 공급선(8 및 9)이 밀접하게 인접하도록 장착시킬 수 있다. 인출선(2)에 대하여 공급선(8 및 9)이 수직으로 배열되어 있기 때문에, 인출선 또는 복귀선의 세로방향으로 상기 공급선에 의한 바람직하지 않은 자기 간섭장(magnetic interference field)은 발생하지 않는다. 공급선(8 및 9)으로부터 대응하는 인출선(2)과 복귀선(3)으로의 전이를 형성하는 각진 또는 휘어진 섹션은 가능한 한 짧게 만들어지며, 케이블의 꼬임 없이 가능한 한 최소의 반지름으로 휘어진다. 도면에 도시되지 않은 다른 실시태양에서, 두 개의 공급선(8 및 9)은 휘어진 구역에서 서로 겹겹이 포개지도록 장착된다. 이와 같은 방식으로 전류 공급점 근처에서 전류 전도 컨덕터 배열에 의해 발생된 자기장이 거의 균일한 자기 분포를 나타내게 된다.

도 4는 섹션 B의 전류 공급점이 겹쳐진 구역(7) 근처에 배열되는 실시태양을 보여준다. 대조적으로, 인접한 섹션 A의 공급점은 겹쳐진 구역(7)으로부터 더 큰 거리로 떨어져 있어서 도 4에 나타나지 않는다.

도 5는 두 개의 1차 컨덕터 배열(1a 및 1b)의 교차를 보여준다. 도 5에 따르면, 두 개의 1차 컨덕터 배열(1a 및 1b)에서의 두 섹션 B_1a및 B_1b의 인출선과 복귀선은 교차구역(11)에서 교차한다. 상기 1차 컨덕터 배열(1a 및 1b) 각각의 인접섹션 A_1b및 A_1a와 겹쳐지는 구역(7)은 바람직하게는 교차구역(11)으로부터 충분한 거리로 떨어져 위치한다. 본 명세서에서 충분한 거리라 함은, 가동 컨슈머 에너지 수신부에서 2차 와인딩(winding)의 적어도 전기적으로 유효한 거리를 의미한다.

2차 와인딩을 공진시키는 가동 컨슈머의 에너지 수신부가 1차 컨덕터 배열과 동조하도록 하기 위하여, 하나 이상의 동조가능한 커패시터(12)가 1차 컨덕터 배열의 각 섹션(A-H)에 설치되어 있다. 도 6은 1차 컨덕터 배열의 한 섹션에 대한 상세한 사시도이다. 각 동조가능한 커패시터(12)는 분지선(13, 14 또는 15, 16)을 통하여 인출선(2) 및 복귀선(3)에 각각 삽입되어 있다. 복귀선(3)의 분지선(15, 16)에 비하여 인출선(2)의 분지선(13, 14)은 1차 컨덕터 배열을 따라 어느 정도의 거리로 서로에 대해 떨어져 있는 배열을 하고 있으며, 상기 거리는 가동 컨슈머에서 에너지 수신부의 전기적 유효 거리와 최소한 동일하거나 더 크다.

발명의 요약

청구항 1의 전제부를 따르는 1차 컨덕터 배열에서, 본 발명의 목표는 청구항 1에 개시된 특징들을 갖는 1차 컨덕터 배열에 의해 달성된다. 본 발명의 구체적인 장점들은 종속항에 개시되어 있다.

본 발명은 다수의 인접한 섹션 내로 컨덕터 배열을 분할하고 있으며, 각 섹션은 인출선 및 복귀선을 연결하는 연결선과 인출선 및 복귀선을 포함하고, 연속적인 두 개의 섹션들이 그들의 연결선 근처에서 서로 겹쳐지도록 배열되어 있다. 다수의 섹션들로 1차 회로를 분할하면, 전류 공급원에 의해 각 섹션에 전류가 개별적으로 흐를 수 있기 때문에, 전체 컨덕터 배열을 따라 충분히 높은 자기장 밀도가 발생할 수 있다. 인접한 섹션들이 그들의 가장자리에서 겹쳐지게 되면, 이러한 전이지역(transition area)에서 균일한 자계강도(field strength)가 분포하게 된다. 한 섹션에서 인접한 섹션으로 거의 균일한 자계강도의 분포를 전이시키는 것은, 1차 회로의 라인 세그먼트를 따라 가동 컨슈머로 균일한 에너지를 공급할 뿐만 아니라, 1차 회로의 자기장이 라인 세그먼트를 따라 가동 컨슈머를 트랙킹(tracking)하는 데에 동시에 이용될 경우에도 필요하다.

Claims (10)

1. 서로 평행하게 뻗어 있으며 전류를 공급받기 위하여 전류 공급원(4)에 연결될 수 있는 인출선(outgoing line; 2) 및 복귀선(return line; 3)을 포함하는, 전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열(1)에 있어서,

   컨덕터 배열(1)이 다수의 인접한 섹션(A, B, C, D, E, F, G, H) 내로 분할되고, 각 섹션은 인출선 및 복귀선을 연결하는 연결선(5)과 인출선 및 복귀선을 포함하며, 인접하는 두 섹션들이 그들의 연결선(5) 근처 구역(7)에서 겹쳐지도록 상기 섹션들이 서로에 대하여 배열된 것을 특징으로 하는,

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 겹쳐진 구역(7)의 길이 L이 연결선(5)의 길이와 거의 일치하는 것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 인접하는 섹션들이 1차 컨덕터 배열(1)의 세로방향으로 겹쳐지는것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   한 섹션의 인출선 및 복귀선은 겹쳐진 구역(7) 내에서 인접 섹션의 인 출선 및 복귀선 위에 놓이는 것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   각 섹션의 인출선 또는 복귀선의 자유단(free end; 6)은 인출선 또는 복귀선을 전류 공급원(4)에 연결하기 위한 한 쌍의 공급선(8, 9)에 연 결되어 있으며, 상기 공급선(8,9)은 인출선 또는 복귀선에 대하여 거 의 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
6. 제 5항에 있어서,

   쌍을 이루는 한 섹션의 두 공급선(8, 9)은 각각 직선 구간 및 인접한곡선 구간을 포함하며, 상기 직선 구간에서는 평행하게 연장되어 서로 밀접하게 인접하고, 상기 곡선 구간에서는 서로의 위에서 교차됨을 특 징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템을 위한 1차 컨덕터의 배열.
7. 1차 컨덕터 배열(1)을 따라 치환될 수 있는 컨슈머로 전기 에너지를 전송하기 위한 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 의한 1차 컨덕터 배열(1)을 가지며, 이때 상기 컨슈머는 1차 컨덕터 배열(1)에 의해 발생된 자기장으로부터 전기 에너지를 유도수신하기 위한 에너지 수신부를 포함하는 것인, 전력을 유도전송하는 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   1차 컨덕터 배열(1)의 각 섹션(A, B, C, D, E, F, G, H)은 개별적인 전류 공급원(4)에 의해 전류를 공급받는 것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,

   제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 의한 두 개의 교차하는 1차 컨덕 터 배열(1a, 1b)을 가지며, 각 컨덕터 배열(1a, 1b) 섹션의 겹쳐진 구 역(7)이 교차 구역(11) 바깥에 위치하는 것을 특징으로 하는

   전력을 유도전송하는 시스템.
10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 동조가능 커패시터(11, 12)를 컨덕터 배열의 각 섹션의 인출선(2) 및 복귀선(3)으로 각각 삽입함으로써 공진동조(resonance tuning)가 실현되고, 상기 동조가능 커패시터는 분지선(13, 14; 15, 16)에 의해 인출선 또는 복귀선으로 연결되며, 1차 컨덕터 배열에 대 한 세로방향으로 컨슈머의 에너지 수신부의 전기적 유효 거리와 적어 도 같거나 큰 거리 A만큼 떨어지도록, 인출선의 분지선(13,14) 및 복 귀선의 분지선(15,16)이 서로에 대하여 배열하고 있는 것을 특징으로 하는

    전력을 유도전송하는 시스템.