KR20120010323A - 비접촉식 전원 공급 장치 - Google Patents

비접촉식 전원 공급 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120010323A
KR20120010323A KR1020100071763A KR20100071763A KR20120010323A KR 20120010323 A KR20120010323 A KR 20120010323A KR 1020100071763 A KR1020100071763 A KR 1020100071763A KR 20100071763 A KR20100071763 A KR 20100071763A KR 20120010323 A KR20120010323 A KR 20120010323A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
power supply
primary
primary coil
coil segment
Prior art date
Application number
KR1020100071763A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101210436B1 (ko
Inventor
강경호
윤영득
노민섭
Original Assignee
현대로템 주식회사
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 현대로템 주식회사 filed Critical 현대로템 주식회사
Priority to KR1020100071763A priority Critical patent/KR101210436B1/ko
Publication of KR20120010323A publication Critical patent/KR20120010323A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101210436B1 publication Critical patent/KR101210436B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0045—Contactless power transmission, e.g. by magnetic induction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • Y—GENERAL 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/01—Mobile robot
    • Y—GENERAL 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/30—End effector
    • Y10S901/40—Vacuum or mangetic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 비접촉식 전원 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비접촉식 전원 공급 장치는 인접하는 1차측 자성체들마다 상호 반대방향으로 교번적으로 권선된 1차 코일들로 이루어진 1차 코일 세그먼트 및 상기 1차 코일 세그먼트로 1차측 전원을 공급하는 고주파 전원부를 포함하는 1차측 전원장치 및 상기 1차 코일 세그먼트와의 전자기 유도에 따라 교류전력을 전달받기 위한 2차 코일, 상기 2차 코일이 전달받은 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 전력 변환부 및 상기 직류전력을 저장하기 위한 전력 저장부를 포함하는 2차측 전원장치를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 보행형 로봇의 중량을 저감하고 운용시간을 획기적으로 늘릴 수 있고, 제조비용을 저감할 수 있는 비접촉식 전원 공급장치가 제공되는 효과가 있다.

Description

비접촉식 전원 공급 장치{CONTACTLESS POWER SUPPLY APPARATUS}
본 발명은 비접촉식 전원 공급 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 보행형 로봇의 중량을 저감하고 운용시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 비접촉식 전원 공급 장치에 관한 것이다.
기존에 적용되고 있는 근력지원 로봇이나 보행형 로봇의 경우 로봇 외측에 장착된 고용량 배터리를 통해 전원을 공급함으로써, 배터리부의 중량이 로봇 시스템의 부하로 작용한다는 문제점이 있다.
또한, 로봇의 운용 시간을 늘리기 위해서는 배터리의 전류용량을 증가시켜야하기 때문에 전체 시스템 중량이 결과적으로 증가할 수밖에 없어 고 에너지 밀도를 가진 고가의 배터리를 적용해야 하며, 이에 따라 제조비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 보행형 로봇의 중량을 저감하고 운용시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 비접촉식 전원 공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 보행형 로봇의 제조비용을 저감하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 전원 공급 장치는 인접하는 1차측 자성체들마다 상호 반대방향으로 교번적으로 권선된 1차 코일들로 이루어진 1차 코일 세그먼트 및 상기 1차 코일 세그먼트로 1차측 전원을 공급하는 고주파 전원부를 포함하는 1차측 전원장치 및 상기 1차 코일 세그먼트와의 전자기 유도에 따라 교류전력을 전달받기 위한 2차 코일, 상기 2차 코일이 전달받은 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 전력 변환부 및 상기 직류전력을 저장하기 위한 전력 저장부를 포함하는 2차측 전원장치를 포함하여 구성된다.
상기 1차측 전원장치는 바닥에 설치되어 있고, 상기 2차측 전원장치는 상기 바닥을 보행하는 보행형 로봇의 족부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 1차측 전원장치는 상기 1차 코일 세그먼트의 상부에 설치되어 상기 1차 코일 세그먼트를 보호하기 위한 비자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차 코일 세그먼트는 전선 또는 버스바(bus bar)를 매개로 상기 고주파 전원부에 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 코일의 권선 방향은 상기 1차 코일들의 권선 방향과 직각을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 보행형 로봇의 중량을 저감하고 운용시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 비접촉식 전원 공급장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 보행형 로봇의 제조비용이 저감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치를 회로적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치의 단면도이다.
도 4는 1차 코일 세그먼트의 연결 및 배치 구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 1차 코일 세그먼트와 2차 코일이 정렬되지 않는 경우 자속(Magnetic Flux)의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 1차 코일 세그먼트와 2차 코일이 정렬되는 경우 자속의 분포와 전자기 유도를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 1차 코일 세그먼트와 2차 코일간의 정렬의 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치를 회로적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 전원 공급 장치는 1차측 전원장치(10) 및 2차측 전원장치(20)로 이루어진다. 후술하겠지만, 2차측 전원장치(20)는 전자기 유도를 통하여 1차측 전원장치(10)로부터 전력을 전달받는다.
이하에서는 1차측 전원장치(10)는 바닥에 설치되어 있고, 2차측 전원장치(20)는 바닥을 보행하는 보행형 로봇의 족부에 설치되어 있는 경우를 예로 들어 설명한다. 여기서 바닥은 예를 들어, 공장 등의 각종 시설의 바닥일 수 있다.
1차측 전원정치는 1차 코일 세그먼트(100), 고주파 전원부(110), 비자성체(120) 및 버스바(bus bar, 130)를 포함하여 구성된다.
1차 코일 세그먼트(100)는 1차측 자성체들(102, 104, 106, 108)과 이 1차측 자성체들(102, 104, 106, 108)에 권선되어 있는 1차 코일들(101, 103, 105, 107)의 배열로 이루어진다.
1차 코일 세그먼트(100)를 구성하는 인접하는 1차측 자성체들(102, 104, 106, 108)에는 1차 코일들(101, 103, 105, 107)이 상호 반대방향으로 교번적으로 권선되어 있다. 이를 1차 코일 세그먼트(100)의 연결 및 배치 구조의 예를 나타낸 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 1차측 자성체 102에 권선된 1차 코일 101의 권선 방향과 1차측 자성체 104에 권선된 1차 코일 103의 권선 방향은 서로 반대 방향인 것을 알 수 있다. 이러한 권선 방향에 의하여 1차측 자성체 102가 N극으로 작용하는 경우 1차측 자성체 104는 S극으로 작용하며, 1차 코일 101에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자속의 방향과 1차 코일 103에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자속의 방향은 서로 반대가 된다.
고주파 전원부(110)는 1차 코일 세그먼트(100)로 고주파의 교류 전원인 1차측 전원을 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 고주파 전원부(110)에서 발생되는 전력은 단상의 형태를 가지며 주파수는 수백 Hz ~ 수 kHz까지 변조된다.
비자성체(120)는 1차 코일 세그먼트(100)의 상부에 설치되어 1차 코일 세그먼트(100)를 보호하기 위한 수단이다.
버스바(130)는 1차 코일 세그먼트(100)와 고주파 전원부(110)를 전기적으로 연결하여 고주파 전원부(110)로부터 1차 코일 세그먼트(100)를 구성하는 각각의 1차 코일로 고주파 전원이 공급되도록 하기 위한 수단이다. 버스바(130)를 대체하여 전선을 사용할 수도 있다.
1차 코일 세그먼트(100)는 전선 또는 버스바(bus bar, 130)를 매개로 고주파 전원부(110)에 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
2차측 전원장치(20)는 2차 코일(201), 전력 변환부(220) 및 전력 저장부(230)를 포함하여 구성된다. 앞에서도 설명하였지만, 2차측 전원장치(20)의 구성요소중 적어도 2차 코일(201)과 2차측 자성체(202)는 보행형 로봇의 족부에 설치된다.
2차 코일(201)은 1차 코일 세그먼트(100)와의 전자기 유도에 따라 교류전력을 전달받기 위한 수단이며, 2차 코일(201)의 권선 방향은 1차 코일들의 권선 방향과 직각을 이루는 것이 바람직하다.
이하에서는 도 5와 도 6을 참조하여 2차 코일(201)이 1차 코일 세그먼트(100)로부터 전자기 유도에 따른 교류 전력을 전달받는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 1차 코일 세그먼트와 2차 코일이 정렬되지 않는 경우 자속(Magnetic Flux)의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 1차 코일 세그먼트로 1차측 전원이 공급되면 이에 따른 자속은 생성되어 있으나, 2차 코일이 설치되어 있는 로봇의 족부가 1차 코일 세그먼트에 정렬되지 않기 때문에, 2차 코일로의 전자기 유도는 발생되지 않는다.
도 6은 1차 코일 세그먼트와 2차 코일이 정렬되는 경우 자속의 분포와 전자기 유도를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 1차 코일 세그먼트와 2차 코일간의 정렬의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 1차 코일 세그먼트로 1차측 전원이 공급되어 이에 따른 자속이 생성되어 있는 상태에서 2차 코일이 설치되어 있는 로봇의 족부가 1차 코일 세그먼트에 정렬되면, 1차 코일 세그먼트에 생성되어 있는 자속이 2차측 자성체(202)를 통하여 흐르기 때문에 이 2차측 자성체(202)에 권선되어 있는 2차 코일에 전자기 유도에 의한 전류가 생성된다.
이러한 과정을 통하여 2차 코일은 1차 코일 세그먼트로부터 교류전력을 전달받는다.
전력 변환부(220)는 2차 코일(201)이 전달받은 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 수단이며, 전력 저장부(230)는 직류전력을 저장하기 위한 수단이다. 이 전력 저장부(230)는 2차전지 또는 울트라 커패시터일 수 있다. 또한, 이 전력 변환부(220)와 전력 저장부(230)도 공간적인 마진이 있는 경우 로봇의 족부에 설치될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 로봇의 중량을 저감하고 운용시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 비접촉식 전원 공급장치가 제공되는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 시설 내에서 운용되는 인 하우스(in house) 용도의 보행형 로봇은 비접촉의 형태로 전원을 지속적으로 공급받을 수 있고, 로봇의 보행 위치에 독립적으로 전원 공급이 가능하기 때문에 로봇의 운용 시간을 사용자가 원하는 만큼 늘릴 수 있고, 2차전지의 에너지 용량을 최적화하여 로봇의 중량을 소형화하는 것이 가능하다. 또한, 2차 전지의 중량 한도로 인해 제한되었던 전원의 출력 밀도 한계를 증대시켜, 적용된 액츄에이터의 출력을 증대시킬 수 있으므로 로봇에서 발생되는 힘 또는 토크 한계치를 증가시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 1차측 전원장치
20: 2차측 전원장치
100: 1차 코일 세그먼트
101, 103, 105, 107: 1차 코일
102, 104, 106, 108: 1차측 자성체
110: 고주파 전원부
120: 비자성체
130: 버스바(bus bar)
201: 2차 코일
202: 2차측 자성체
220: 전력 변환부
230: 전력 저장부

Claims (5)

  1. 비접촉식 전원 공급 장치에 있어서,
    인접하는 1차측 자성체들마다 상호 반대방향으로 교번적으로 권선된 1차 코일들로 이루어진 1차 코일 세그먼트 및 상기 1차 코일 세그먼트로 1차측 전원을 공급하는 고주파 전원부를 포함하는 1차측 전원장치; 및
    상기 1차 코일 세그먼트와의 전자기 유도에 따라 교류전력을 전달받기 위한 2차 코일, 상기 2차 코일이 전달받은 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 전력 변환부 및 상기 직류전력을 저장하기 위한 전력 저장부를 포함하는 2차측 전원장치를 포함하는, 비접촉식 전원 공급 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 1차측 전원장치는 바닥에 설치되어 있고,
    상기 2차측 전원장치는 상기 바닥을 보행하는 보행형 로봇의 족부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 비접촉식 전원 공급 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 1차측 전원장치는 상기 1차 코일 세그먼트의 상부에 설치되어 상기 1차 코일 세그먼트를 보호하기 위한 비자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비접촉식 전원 공급 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 1차 코일 세그먼트는 전선 또는 버스바(bus bar)를 매개로 상기 고주파 전원부에 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 비접촉식 전원 공급 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 2차 코일의 권선 방향은 상기 1차 코일들의 권선 방향과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는, 비접촉식 전원 공급 장치.
KR1020100071763A 2010-07-26 2010-07-26 비접촉식 전원 공급 장치 KR101210436B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100071763A KR101210436B1 (ko) 2010-07-26 2010-07-26 비접촉식 전원 공급 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100071763A KR101210436B1 (ko) 2010-07-26 2010-07-26 비접촉식 전원 공급 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120010323A true KR20120010323A (ko) 2012-02-03
KR101210436B1 KR101210436B1 (ko) 2012-12-10

Family

ID=45834831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100071763A KR101210436B1 (ko) 2010-07-26 2010-07-26 비접촉식 전원 공급 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101210436B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101488249B1 (ko) * 2014-01-27 2015-01-30 연세대학교 산학협력단 공심코일을 이용한 무선 이족 보행 장치
WO2022176359A1 (ja) * 2021-02-18 2022-08-25 株式会社デンソー ロボット

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009159675A (ja) * 2007-12-25 2009-07-16 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触給電用パネル
KR100944113B1 (ko) * 2009-02-27 2010-02-24 한국과학기술원 전기자동차용 전원공급 시스템 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101488249B1 (ko) * 2014-01-27 2015-01-30 연세대학교 산학협력단 공심코일을 이용한 무선 이족 보행 장치
WO2022176359A1 (ja) * 2021-02-18 2022-08-25 株式会社デンソー ロボット

Also Published As

Publication number Publication date
KR101210436B1 (ko) 2012-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105745810B (zh) 无线电力正交极化天线阵列
JP6671287B2 (ja) 道路上の電気自動車に電力を供給するシステムおよび方法
JP5941046B2 (ja) 誘導性電力受信機装置
JP5437650B2 (ja) 非接触給電装置
US9349532B2 (en) Turning joint for electric excavator
US20170264130A1 (en) Bi-plane wireless power transmission pad
JP6079878B2 (ja) 給電装置、および非接触給電システム
KR102612910B1 (ko) 엘리베이터 무선 전력 전달 시스템
JP6179375B2 (ja) コイルユニット
NZ589865A (en) Inductive power transfer pick-up with separate AC and DC outputs
Gupta et al. Energy harvesting from electromagnetic energy radiating from AC power lines
WO2017023180A1 (en) Hybrid inductive power transfer system
CN104285264A (zh) 集成电感器装置
Boys et al. IPT fact sheet series: no. 1–basic concepts
JP2010040699A (ja) 非接触給電装置
KR101393580B1 (ko) 급전측 코일과 집전측 코일 간의 상대적 위치에 둔감한 무선전력 전송시스템
KR101210436B1 (ko) 비접촉식 전원 공급 장치
AU2015413687B2 (en) Method and device for obtaining power intended to supply a consuming appliance from a conductor traversed by an alternating electrical current
CN204230992U (zh) 用于感应式能量传输的系统以及系统的组成部分
Al-Attar et al. Wireless power transfer for toys and portable devices
Sharma Application of wireless power transfer for home appliances using inductive resonance coupling
KR101172757B1 (ko) 비접촉 방식의 전력 중계장치, 중계집전 장치 및 급집전장치
Choi et al. Power stage design for a surface wireless power transmission system using a coupled electric field
Huang Basic research in wireless inductive power transfer
JP6239375B2 (ja) 耐水型非接触供給装置

Legal Events

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

Payment date: 20151118

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161125

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171129

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181128

Year of fee payment: 7