KR20120082767A - 인접한 코일간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 자기 차폐 막을 구비하는 무선전력 전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인접한 코일간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 자기 차폐 막을 구비하는 무선전력 전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 유도 방식의 무선전력 전송시 복수로 장착된 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 자기 방어벽을 설치하여, 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 발생하는 자기적 결합을 최소화하는 무선전력 전송 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 발생하는 자기적 결합을 최소화함에 따라, 1차 코일과 2차 코일간의 자기적 결합은 오히려 증가시키게 되어, 무선전력 전달 효율을 향상시키게 된다.

Description

인접한 코일간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 자기 차폐 막을 구비하는 무선전력 전송 장치{Wireless power transfer systems comprising magnetic shielding fence for reducing the magnetic coupling between adjacent coils}

본 발명은 인접한 코일간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 자기 차폐 막을 구비하는 무선전력 전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 유도 방식의 무선전력 전송시 복수로 장착된 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 자기 방어벽을 설치하여, 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 발생하는 자기적 결합을 최소화하는 무선전력 전송 장치에 관한 것이다.

전자 기기, 의료기기, 전기 자동차, 전차 등과 같이 전기를 동력원으로 구동 및 동작하는 기기들의 전력은 지금까지 전력선을 사용하여 전달 받았다. 이러한 전력선의 사용은 기기의 이동성을 저해 하거나 위치적 제약을 수반하였다. 이를 극복하기 위하여 무선전력 전송시스템의 개발이 이루어지고 있다. 특히, 대용량의 전력을 전달하기 위하여 전자기 유도 방식의 무선전력 전송 장치가 개발되어 있다.

이러한 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 장치는 트랜스포머(transformer)의 1차 코일과 2차 코일간의 전자기유도현상을 이용하여 전력을 전달한다. 이러한 전력 전달 장치에서 전력 전달의 위치적 제약을 완화하기 위하여 1차 코일을 복수로 사용하거나, 전력 전달 량을 증가 하기 위하여 2차 코일을 복수로 사용할 수 있다. 이와 같이 1차 코일 또는 2차 코일을 복수로 사용하는 경우, 1차 코일들 간의 또는 2차 코일들 간에 상호 전자기적 간섭이 발생하여 최적 전력 전달 조건 도출에 어려움을 주는 한편, 코일간의 균형을 깨뜨릴 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 발생하는 자기적 결합을 최소화함에 따라, 1차 코일과 2차 코일간의 자기적 결합은 오히려 증가시키도록 함으로써, 무선전력 전달 효율을 향상시키게 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 이동체에 자기유도방식으로 전력을 공급하는, 전자파 차폐기능을 갖춘 급전장치는, 인버터로부터 전력을 공급받아, 자기장을 발생시키기 위한 전류가 흐르는 둘 이상의 급전코일; 상기 급전코일 전류에 의해 발생되는 자기장을 집전장치로 전달하기 위한 자극을 구비하는 급전코어; 및 상기 둘 이상의 급전코일 사이에 배치되어 각 급전코일에 의하여 발생되는 자기장의 결합을 차단하는 자기 차폐 막을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동체의 진행경로를 따라 설치된 급전장치로부터 자기유도방식으로 전력을 공급받으면서 전자파 차폐기능을 갖는, 이동체에 설치된 집전장치는, 이동체 하단에 급전장치와 일정간격 이격되어 설치되며, 급전장치에서 발생한 자기장을 전달받는 자극을 구비하는 집전코어; 상기 집전코어에 루프형태로 설치되어, 상기 자기장에 의해 유도되는 전류가 흐르는 둘 이상의 집전코일; 및 상기 둘 이상의 집전코일 사이에 배치되어 각 집전코일에 의하여 발생되는 자기장의 결합을 차단하는 자기 차폐 막을 포함한다.

본 발명에 의하면, 1차 코일들 간 또는 2차 코일들 간에 발생하는 자기적 결합을 최소화함에 따라, 1차 코일과 2차 코일간의 자기적 결합은 오히려 증가시키게 되어, 무선전력 전달 효율을 향상시키게 되는 효과가 있다.

도 1은 1차 코일과 2차 코일간의 전력 전달을 구현하는 회로를 나타내는 도면.
도 2는 전력전달장치와 전력수신장치 간의 무선전력 전달을 나타내는 모식도.
도 3은 2개의 2차 코일을 사용한 전력 전달을 구현하는 회로를 나타내는 도면.
도 4는 급전장치와, 5개의 2차 코일을 구비하는 집전장치 간의 무선전력 전달을 나타내는 모식도.
도 5는 자기 차폐 막(fence)을 구비하는 급전장치의 모식도.
도 6은 자기 차폐 막(fence)을 구비하는 집전장치의 모식도.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 1차 코일과 2차 코일간의 전력 전달을 구현하는 회로를 나타내는 도면이다.

현재 개발되고 있는 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 장치는 도 1과 같이 1차측 코일(10)에서는 Cs와 Ls에 의한 직렬 공진을 이용하여 특정 주파수의 전력을 공급하고, 2차측 코일(20)에서 C_L와 L_L에 의한 직렬 공진(1차측의 공진 주파수와 일치시킴)을 이용하여 전력을 공급 받도록 설계되어 있다.

도 2는 전력전달장치와 전력수신장치 간의 무선전력 전달을 나타내는 모식도이다.

도 2는 자성 물질의 코어를 적용한 무선전력 장치의 모식도를 보여 주고 있다. 일 실시예로서, 본 도면은 1차 코일이 도로면에 매설되는 전기자동차 급전장치의 급전코일이고, 2차 코일이 전기자동차에 부착되는 집전장치의 집전코일인 경우의 자기유도 방식의 무선 전력 전송 장치의 두가지 실시예(210,220)가 도시되어 있다.

도 2에서와 같이 자성 물질의 코어를 적용한 경우 1차 코일인 급전코일(211,221)에 흐르는 전류가 H field를 발생시켜, 이에 의하여 급전코어(212,222)에 B field를 발생시킨다. 이렇게 생성된 B field가 집전코어(213,223)를 통하여 2차 코일인 집전코일(214,224)을 관통하도록 하여 집전코일(214,224)에 전류가 유도되고, 이에 의하여 집전장치에 전력을 전달하게 된다.

도 3은 1개의 1차 코일(310)과 2개의 2차 코일(320,330)을 사용한 전력 전달을 구현하는 회로를 나타내는 도면이며, 도 4는 급전장치(411)와, 5개의 2차 코일을 구비하는 집전장치(412) 간의 무선전력 전달을 나타내는 모식도이다.

도 3 및 도 4의 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 장치는 도시된 바와 같이 2차 코일을 복수로 설치하여 무선전력 전송의 전력전달 능력을 증가시키게 되는데, 필요에 따라 1차 코일도 복수로 사용하여 무선전력 전송 기기의 공간적인 제약 제거 및 편의성 향상을 이루도록 할 수도 있다. 도 4에서 아래 도면(420)은 위 도면(410)의 일부를 확대하여 도시한 것이다. 집전코어(422) 주위에 2차 코일인 집전코일(423)이 감겨있는 모습과, 1차 코일로서 급전장치(411)의 급전코일(421)이 도시되어 있다.

한편, 1차 코일을 복수로 사용하거나 2차 코일을 복수로 사용하는 경우에는 1차 코일과 2차 코일에 의한 전기적 결합으로 희망하는 전력 전달을 실행하는 것 이외에, 희망하지 않는 1차 코일간의 전기적 결합 또는 2차 코일간의 전기적 결합이 발생하여, 최대 전력 전달을 위한 전력 전달 장치의 제어가 어려워진다. 또한 전력 전달 장치 설계를 위한 독립되지 않은 설계인자가 발생하여 목적한 설계를 위하여 많은 시간과 노력이 필요하게 된다. 이에 따라 이하 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 해결방법을 제시한다.

도 5는 본 발명에 따른 자기 차폐 막(fence)을 구비하는 급전장치의 모식도이며, 도 6은 본 발명에 따른 자기 차폐 막(fence)을 구비하는 집전장치의 모식도이다.

도 5에서 급전장치의 급전코어(511), 1차 코일인 복수의 급전코일(512)이 도시되어 있고, 도 6에서 집전장치의 집전코어(611), 2차 코일인 복수의 집전코일(612)이 도시되어 있다.

또한 복수의 1차 코일(512) 사이 및 복수의 2차 코일(612) 사이에 자성재료를 사용한 자기 차폐 막(fence)(513,613)을 설치하여, 1차 코일 간의 또는 2차 코일 간의 자기적 결합을 최소화 하게 된다. 즉 도 5의 경우, 1차 코일인 급전코일 간에 자성재료에 의한 자기 차폐 막(513)을 설치하면, 제1 급전코일에서 발생한 H Field가, 자성 막에 의하여, 인접한 제2, 제3, 제4 급전코일로의 전달됨이 억제되게 되므로 인접한 1차 코일간의 자기적 결합을 차단하게 된다. 동일한 방법으로 도 6의 2차 코일인 집전코일에서도 자기 차폐 막(613)이 인접한 집전코일간의 자기적 결합을 차단하게 된다. 따라서, 이와 같은 자기 차폐 막은 인접한 1차 코일 간의 또는 2차 코일 간의 결합은 차단하는 한편, 1차 코일과 2차 코일간의 자기적 결합은 오히려 증가시키게 되어, 전력전달 능력을 향상시키게 된다.

10: 1차측 코일 20: 2차측 코일
210: 자기유도 방식의 무선 전력 전송 장치
211: 급전코일 212: 급전코어
213: 집전코어 214: 집전코일
220: 자기유도 방식의 무선 전력 전송 장치
211: 급전코일 212: 급전코어
213: 집전코어 214: 집전코일
310: 1차측 코일 320: 2차측 코일1
330: 2차측 코일2 411: 급전장치
412: 집전장치 421: 급전코일
422: 집전코어 423: 집전코일
511: 급전코어 512: 급전코일
513: 자기 차폐 막 611: 집전코어
612: 집전코일 613: 자기 차폐 막

Claims (2)

1. 이동체에 자기유도방식으로 전력을 공급하는, 전자파 차폐기능을 갖춘 급전장치로서,
   인버터로부터 전력을 공급받아, 자기장을 발생시키기 위한 전류가 흐르는 둘 이상의 급전코일;
   상기 급전코일 전류에 의해 발생되는 자기장을 집전장치로 전달하기 위한 자극을 구비하는 급전코어; 및
   상기 둘 이상의 급전코일 사이에 배치되어 각 급전코일에 의하여 발생되는 자기장의 결합을 차단하는 자기 차폐 막
   을 포함하는 전자파 차폐기능을 갖춘 급전장치.
2. 이동체의 진행경로를 따라 설치된 급전장치로부터 자기유도방식으로 전력을 공급받으면서 전자파 차폐기능을 갖는, 이동체에 설치된 집전장치로서,
   이동체 하단에 급전장치와 일정간격 이격되어 설치되며, 급전장치에서 발생한 자기장을 전달받는 자극을 구비하는 집전코어;
   상기 집전코어에 루프형태로 설치되어, 상기 자기장에 의해 유도되는 전류가 흐르는 둘 이상의 집전코일; 및
   상기 둘 이상의 집전코일 사이에 배치되어 각 집전코일에 의하여 발생되는 자기장의 결합을 차단하는 자기 차폐 막
   을 포함하는, 전자파 차폐기능을 갖춘 집전장치.
   

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