KR20130029198A - 전기자동차 충전 및 발전장치 - Google Patents

전기자동차 충전 및 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차 충전 및 발전장치에 관한 것으로서, 레일부(10)는 도로상에 고정되며, 레일부(10)에는 롤러(20)가 회전운동하면서 레일부(10)를 타고 이동가능하며, 롤러(20)의 샤프트(22)에는 이동포스트(25)가 고정되고, 이동포스트(25)에는 급전바아(30)가 힌지식으로 연결되어, 레일부(10)와 직각 방향과 평행한 방향으로 회전가능하게 되며, 급전바아(30)는 차량(100)이 미는 것이며, 홀더(62)는 브라켓(55)의 측면 또는 급전바아(30)의 측면에 연결되어 와이어(60)를 지지하고, 전선케이스(45) 내에는 전선(47)이 삽입되고, 전선(47)은 이동포스트(25)의 이동에 따라 전선유지부(49)와 함께 이동되며, 급전바아(30)에는 전선(47)과 연결된 송전부(32)에 의해 차량(100)에 장착된 수전부(102)로 전기를 무선으로 공급하게 된다.

Description

전기자동차 충전 및 발전장치{CHARGING AND GENERATING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차 충전 및 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 전기자동차 전용 차선을 두고 전기자동차가 주행하면서 충전할 수 있고, 또한 전기자동차의 주행력으로 발전이 가능한 전기자동차 충전 및 발전장치에 관한 것이다.
현재 전기자동차의 보급은 하이브리드 자동차를 중심으로 급속하게 늘어나고 있다. 전기로만 가는 버스가 도로를 질주하고 있다. 그러나, 전기자동차의 구동 전력인 배터리의 용량 문제로 전기자동차의 속도 한계와 오랜 배터리 충전 시간으로 인하여, 전기자동차가 고속도로를 질주하지 못하는 상황에 처해 있다.
도 1을 참조하면, 이에 국내의 KAIST 에서는 온라인 전기자동차로서 차량에 장착된 배터리를 통하여 전력을 공급받아 운행되는 기존 전기자동차와는 다르게 차량에 장착된 고효율 집전장차를 통해 주행 및 정차 중 도로에 설치된 급전라인으로부터 무선으로 전력을 공급받아 운행하며, 자동차의 배터리는 급전이 불가능한 비상시에만 사용하도록 한다.
그러나, 이러한 온라인 전기자동차는 급전라인이 도로에 노출되므로 무상으로 충전을 제공할 수 밖에 없으므로 운영비가 막대하게 소요되고, 휘발유 차량과의 형평성에 어긋나게 되며, 급전라인을 통하여 전력 도난에 무방비 상태가 된다. 더욱이, 도로에 급전라인을 설치하면서 전자파의 피해 및 전기 안전에 확실한 보장책이 없다는 문제점이 있다. 더욱이, 도로에 매몰되므로 설치시 도로를 파헤쳐야 하고, 공사중에 차량 통행이 제한되며, 보수시에 다시 도로를 파 헤쳐야하는 문제점이 있다. 더욱이 도로에 매몰되므로 급전라인이 어디에 설치되어 있는지를 모르는 경우가 있게 된다. 한편, 이 기술에서는 무선 전력 공급에 대한 기술 성과를 이루어 내었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 도로에 급전라인을 설치하지 않고, 무한궤도 라인에 급전바아를 설치하여 차량이 급전바아를 밀고 가면서 무선 충전될 수 있는 전기자동차 충전 장치 및 차량이 급전바아를 밀고 가면서 무선 충전될 수 있음과 동시에 급전바아의 무한 궤도 운동으로 발전이 가능한 전기자동차 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 전기자동차 충전 및 발전장치의 일예로서, 도로상에 고정되며, 도로의 형상에 따라 하나의 라인으로 이루어지는 레일부와; 회전운동하면서 상기 레일부를 타고 이동가능한 롤러와; 상기 롤러를 지지하는 샤프트에 고정된 이동포스트와; 상기 이동포스트에 힌지식으로 연결되어 레일부와 직각 방향과 평행한 방향으로 회전가능하게 되는 급전바아와; 상기 이동포스트와 함께 이동되는 홀더에 의해서 지지되며, 무한궤도 운동을 하는 와이어 또는 체인의 연결수단과; 레일부에 연결 또는 도로에 직접 고정되므로 도로에 대한 고정체가 되고, 이동포스트를 바라보는 부분에는 폭방향으로 절취되어 일부 개방되고, 내부에는 전선이 삽입되는 전선케이스와; 일단은 전선중에서 이동포스트를 바라보는 부분에 연결 고정되고, 타단은 이동포스트에 연결 고정되어, 전선이 이동포스트와 함께 이동되도록 하는 전선유지부와; 상기 급전바아에서 차량에 장착된 수전부로 전기를 무선으로 공급하도록 전선과 연결된 송전부로 구성되어, 차량이 급전바아를 밀고 주행하면, 이동포스트, 전선, 연결수단과 함께 이동되면서 차량에 전기를 무선으로 공급한다.
와이어 또는 체인의 연결수단이 무한궤도 운동을 하도록 드럼 또는 스프라켓이 구비되고, 상기 드럼 또는 스프라켓의 회전축은 발전기에 연결되어 발전이 이루어진다.
급전바아에는 근접센서가 전선 사이의 스위치에 연결되어 차량의 접근시에만 스위치가 온되어 송전부에 전기를 공급하게 하고, RFID를 설치하여 각각의 급전바아를 인식할 수 있다.
급전바아가 차선을 점유하는 것을 방지하기 위하여 급전바아를 레일부와 평행하게 접히도록 스톱퍼가 레일부측 또는 도로에 고정되어, 직각으로 펼쳐진 급전바아가 스톱퍼에 의해 접히게 되며, 접혀진 급전바아를 직각으로 펼치기 위해서, 급전바아에 설치된 RFID를 인식한 피스톤장치가 작동하여 급전바아를 밀어 직각으로 펼쳐지게 한다.
차량이 급전바아를 강하게 또는 충격적으로 밀때, 급전바아가 직각 상태에서 더 이상 밀리지 않도록 브라켓을 이동포스트의 후면에 설치한다.
본 발명에 따른 전기자동차 충전 및 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.
1. 도로 하부에 설치되는 것이 아니라 도로상에 설치되므로 설치시 교통 혼잡을 방지할 수 있고, 설치 및 철거가 간단하게 된다.
2. RFID 를 이용하여 미리 인증된 차량만이 충전할 수 있도록 할 수 있다. 이것에 의해서 과금 체계도 정할 수 있다.
3. 버스 전용 차량에 설치되는 경우 버스의 주행 속도는 대개 일치하므로, 급전바아의 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 전기버스의 대중화를 이루어낼 수 있다.
4. 차량이 급전바아를 밀고나가는 일(work)을 하므로 전기자동차의 충전과 더불어 발전이 가능하게 된다.
5. 급전바아와 차량간의 간격이 작으로므로 무선 충전의 효율이 높게 된다.
6. 도로에서 전기 충전을 하지만 전자파나 전기 안정 사고를 충분히 방지할 수 있다.
7. 설치비가 적게 든다.
8. 레일부가 연속적으로 도로 끝까지 연결될 필요가 없고, 각 구간 마다 설치되어도 되므로, 시공이 편리하게 된다.
여기에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전기자동차 충전 및 발전장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 본 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 온라인 전기자동차 충전시스템의 개요도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 충전 및 발전장치의 단면도
도 3은 도 2의 실시예에 따른 적용 평면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 충전 및 발전장치의 단면도
도 5는 도 4의 실시예에 따른 적용 평면도
도 6은 도로에 적용한 상태의 평면도
도 7은 도 2 및 도 4의 일부 확대도
도 2 및 도 3을 참조하여 제1실시예를 설명한다. 레일부(10)는 도로상에 고정되며, 도로의 형상에 따라 하나의 라인으로 이루어지며, 중앙선 분리대 대신으로 설치하는 것도 좋으며, 끝차선의 바깥쪽에 설치할 수도 있다.
레일부(10)에는 롤러(20)가 회전운동하면서 레일부(10)를 타고 이동가능하며, 롤러(20)의 샤프트(22)에는 이동포스트(25)가 고정되어, 롤러(20)와 함께 이동된다. 레일부(10)와 롤러(20)의 구성은 다양한 방식이 가능하다. 예를들어 I 형레일부에 롤러가 2개 장착되는 것등이다.
이동포스트(25)에는 급전바아(30)가 힌지식으로 연결되어, 레일부(10)와 직각 방향과 평행한 방향으로 회전가능하게 된다. 급전바아(30)는 차량(100)이 미는 것인데, 급전바아(30)가 직각 상태에서 차량이 밀어도 더 이상 회전되지 않고, 차량(100)이 뒤에서 밀면(또는 정지된 차량에 급전바아(30)가 밀면) 레일부(10)와 평행하게 접히게 된다.
차량(100)이 급전바아(30)를 강하게 또는 충격적으로 밀때, 급전바아(30)가 직각 상태에서 더 이상 밀리지 않도록 브라켓(55)을 이동포스트(25)의 후면에 설치할 수 있다.
홀더(62)는 브라켓(55)의 측면 또는 급전바아(30)의 측면에 연결되어 와이어(60)를 지지한다. 와이어(60)는 레일부(10)와 거의 같은 길이를 가지며, 이동포스트(25)와 함께 이동되며, 드럼(80)에 의해서 무한궤도 운동을 하게 된다. 드럼(80)은 다수개 설치될 수 있다.
특히 도 7을 참조하면, 전선케이스(45)는 레일부(10)에 연결 또는 도로에 직접 고정되므로 도로에 대한 고정체가 되고, 레일부(10)와 같은 길이를 가지며, 이동포스트(25)를 바라보는 부분에는 폭방향으로 절취되어 일부 개방된다. 전선케이스(45) 내에는 전선(47)이 삽입되고, 전선(47)은 레일부(10)와 거의 같은 길이를 가지며, 이동포스트(25)를 바라보는 부분에는 전선유지부(49)의 일단이 연결 고정되고, 전선유지부(49)의 타단은 이동포스트(25)에 연결 고정되므로, 전선(47)은 이동포스트(25)의 이동에 따라 전선유지부(49)와 함께 이동되므로, 전선(47)도 함께 이동된다. 전선케이스(45)의 일부에는 외부 전력이 공급된다. 이 경우 이동하는 전선(47)에 외부 전력이 마찰식으로 공급된다.
급전바아(30)에는 전선(47)과 연결된 송전부(32)에 의해 차량(100)에 장착된 수전부(102)로 전기를 무선으로 공급하게 된다. 무선전력전송의 기술방식에는 전자기유도, 자기공명, 전자기파 등의 방식이 있으며 음파, 레이저를 이용하는 방식 등 다양한 기술이 존재하고, 본 발명에서는 어느 것을 선택하여도 무방하다.
급전바아(30)에는 근접센서(34)가 전선(47) 사이의 스위치(36)에 연결되어 차량(100)의 접근시에만 스위치(36)가 온되어 송전부(32)에 전기를 공급하게 되므로, 전기 절감을 이루게 된다. 한편, 급전바아(30)에는 RFID(37)를 설치하여 각각의 급전바아(30)를 인식할 수 있도록 하여, 급전바아(30)를 중앙에서 제어하든지 각종 제어를 할 수 있게 된다.
레일부(10)가 중앙분리대를 대신하던지 중앙에 설치된 경우, 도 3에서와 같이, 상행선에는 급전바아(30)를 차량이 밀고 나가게 하고, 하행선에는 차량의 흐름을 감안하여 급전바아(30)를 사용하지 않을 경우, 급전바아(30)가 차선을 점유하는 것을 방지하기 위하여 급전바아(30)를 레일부(10)와 평행하게 접히도록 스톱퍼(82)가 레일부(10)측 또는 도로에 고정되어, 직각으로 펼쳐진 급전바아(30)가 스톱퍼(82)에 의해 접히게 된다. 한편, 접혀진 급전바아(30)를 직각으로 펼치기 위해서, 급전바아(30)에 설치된 RFID(37)를 인식한 피스톤장치(85)가 작동하여 급전바아(30)를 밀어 직각으로 펼쳐지게 한다. 전술한 바와같이, 급전바아(30)는 이동포스트(25)에 힌지식으로 장착되므로 펼쳐지거나 접히는 작동이 원활하게 이루어진다. 다른 예로서, 급전바아(30)가 각각 모터(도시 않음)가 구비되어 접히거나 펼쳐지게 될 수 있다.
이상의 실시예는 전기자동차의 충전 방식 구성만을 설명한 것으로, 그 작동을 살펴보면, 도 3을 기준으로 상행선을 주행하는 차량이 상기 충전 장치에 도착하면, 급전바아(30) 뒤로 차량(100)을 진입하게 된다. 급전바아(30) 뒤로 안전하게 차량이 진입하기 위해서 신호등(110)이 진입로에 설치될 수 있다. 또는 차량(100)이 옆차선에서 급전바아(30)와 함께 주행하면서 급전바아(30) 뒤로 진입할 수 있다. 급전바아(30)의 간격은 도로의 상황에 따라 정해진다. 예를들어 고속도로인 경우에는 그 간격이 가장 길게 된다. 또한, 급전바아(30)는 접히게 되므로, 중간에 차량이 급정지하거나 사고로 정지하면, 진행하는 급전바아(30)는 차량 후미에 접촉하면서 접히게 되므로 안전 사고를 방지하게 된다. 또한, 급전바아(30) 외피는 충격을 흡수하고 차량 충돌시 차량에 손상을 주지 않도록 쿠션재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
차량(100)이 급전바아(30)를 밀고 주행하면, 이동포스트(25), 전선(47), 와이어(60)가 함께 이동된다. 급전바아(30) 뒤에 차량이 진입하면, 근접센서(34)에 의해서 스위치(36)가 온되어 송전부(32)로부터 차량(100)의 수전부(102)로 전기가 공급된다. RFID(37)를 이용하여 이용가능한 차량(100)인지를 구별하여 스위치(36) 작동을 제어할 수도 있다.
와이어(60)는 드럼(80)에 의해서 무한궤도 운동을 하게 되고, 급전바아(30)는 하행선에서도 차량(100)이 밀도록 할 수도 있고, 접히게 되어 아무런 역할을 하지 않도록 할 수도 있다.
드럼(80)은 와이어(60) 사이에 여러개 설치될 수 있고, 각 드럼(80)의 중심축에 발전기(200)가 연결되어 자체 전기를 발생할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 제2실시예를 설명한다. 제2실시예는 제1실시예와 같은 구성인데, 와이어(60) 대신 체인(160)이 체인홀더(162)에 의해서 지지된 점이 다르다. 또한 체인(160)의 무한궤도 운동을 위하여 드럼(80) 대신에 스프라켓(180)이 구비된다. 스프라켓(180)은 다수개 설치하고, 각 스프라켓(180) 마다 발전기(200)를 연결하여 발전이 이루어지게 한다.
본 제2실시예에서 체인(160)과 스프라켓(180)을 채택하여도 모든 작동 방식은 제1실시예와 같으므로 동일한 구성 및 작동에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제2실시예는 체인(160) 구동방식이므로 스프라켓(180)의 회전이 작은 부하로서도 이루어지므로 전기 발전이 잘 이루어지게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 제1실시예와 제2실시예의 전기자동차 충전 및 발전장치가 중앙분리대 역할을 하면서 상행선과 하행선 양측에서 급전바아(30)를 이용하는 실시예를 도시하고 있다.
10 : 레일부 20 : 롤러 22 : 샤프트
25 : 이동포스트 30 : 급전바아 32 : 송전부 34 : 근접센서 36 : 스위치 37 : RFID
45 : 전선케이스 47 : 전선 49 : 전선유지부
55 : 브라켓 62 : 홀더 60 : 와이어
80 : 드럼 82 : 스톱퍼 85 : 피스톤장치 100 : 차량 102 : 수전부 110 : 신호등
160 : 체인 162 : 체인홀더 180 : 스프라켓 200 : 발전기

Claims (5)

  1. 도로상에 고정되며, 도로의 형상에 따라 하나의 라인으로 이루어지는 레일부와,
    회전운동하면서 상기 레일부를 타고 이동가능한 롤러와,
    상기 롤러를 지지하는 샤프트에 고정된 이동포스트와,
    상기 이동포스트에 힌지식으로 연결되어 레일부와 직각 방향과 평행한 방향으로 회전가능하게 되는 급전바아와,
    상기 이동포스트와 함께 이동되는 홀더에 의해서 지지되며, 무한궤도 운동을 하는 와이어 또는 체인의 연결수단과,
    레일부에 연결 또는 도로에 직접 고정되므로 도로에 대한 고정체가 되고, 이동포스트를 바라보는 부분에는 폭방향으로 절취되어 일부 개방되고, 내부에는 전선이 삽입되는 전선케이스와,
    일단은 전선중에서 이동포스트를 바라보는 부분에 연결 고정되고, 타단은 이동포스트에 연결 고정되어, 전선이 이동포스트와 함께 이동되도록 하는 전선유지부와,
    상기 급전바아에서 차량에 장착된 수전부로 전기를 무선으로 공급하도록 전선과 연결된 송전부로 구성되어,
    차량이 급전바아를 밀고 주행하면, 이동포스트, 전선, 연결수단과 함께 이동되면서 차량에 전기를 무선으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 및 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 또는 체인의 연결수단이 무한궤도 운동을 하도록 드럼 또는 스프라켓이 구비되고, 상기 드럼 또는 스프라켓의 회전축은 발전기에 연결되어 발전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 및 발전장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급전바아에는 근접센서가 전선 사이의 스위치에 연결되어 차량의 접근시에만 스위치가 온되어 송전부에 전기를 공급하게 하고, RFID를 설치하여 각각의 급전바아를 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 및 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 급전바아가 차선을 점유하는 것을 방지하기 위하여 급전바아를 레일부와 평행하게 접히도록 스톱퍼가 레일부측 또는 도로에 고정되어, 직각으로 펼쳐진 급전바아가 스톱퍼에 의해 접히게 되며, 접혀진 급전바아를 직각으로 펼치기 위해서, 급전바아에 설치된 RFID를 인식한 피스톤장치가 작동하여 급전바아를 밀어 직각으로 펼쳐지게 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 및 발전장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    차량이 급전바아를 강하게 또는 충격적으로 밀때, 급전바아가 직각 상태에서 더 이상 밀리지 않도록 브라켓을 이동포스트의 후면에 설치하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 및 발전장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220101824A (ko) * 2021-01-12 2022-07-19 주식회사 펌프킨 전기차 충전을 위한 곡선 이동식 팬터그래프 자동 충전장치

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