KR20140002152A - 고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치 - Google Patents

고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치 Download PDF

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Abstract

고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치를 개시한다.
구비된 급전 전원으로부터 전력을 공급받고, 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어 및 상기 급전 코어에 권취되는 상기 급전 케이블을 포함하는 급전 유닛을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 장치; 및 상기 자속이 유기되는 집전 코어 및 N 개로 분기되어 상기 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 상기 급전 유닛과 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 상기 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 장치를 포함하는 고출력 집전 및 급전 시스템을 제공한다.

Description

고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치{System for High Power Charging And Pick-up, High Power Collector Device Therefor}
본 실시예는 고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전기로 구동될 수 있는 모토바이크(Motorbike), 버스(Bus) 또는 자동차(Vehicle) 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 도로에 매설된 급전 케이블로부터 운행에 필요한 전력을 공급받을 때 고출력의 전력을 공급받기 위한 고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 전기차나 크레인 등 전기를 사용한 이동체를 구동하기 위해서는 탑재된 배터리를 충전해서 충전된 전력으로 운행한다. 이러한 이동체의 전력 충전을 위하여 사람 또는 충전을 보조하는 기계장치가 직접 충전용 전선을 이동체에 연결함으로써 충전을 하는 경우 불편함을 줄 뿐만 아니라 플러그를 손에 쥐고 이동체에 연결하는 과정에서 사용자가 감전될 위험이 있는 문제가 있다. 이와 같이 충전용 전선을 이용하여 이동체의 배터리를 충전시키는 방식은 사용자의 불편함을 초래하고 감전 위험이 있어, 무선으로 이동체의 배터리를 충전할 수 있는 효율적인 전력전달 방식이 요구되고 있다.
본 실시예는, 전기로 구동될 수 있는 모토바이크, 버스 또는 자동차 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 도로에 매설된 급전 케이블로부터 운행에 필요한 전력을 공급받을 때 고출력의 전력을 공급받기 위한 고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 자속이 유기되는 집전 코어; N 개로 분기되어 상기 집전 코어에 권취되고, 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 상기 집전 코어를 이용하여 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 케이블; 상기 집전 코어와 상기 집전 케이블을 포함하는 집전 유닛; 및 상기 집전 유닛으로부터 출력되는 상기 유도기전력을 변환하는 집전 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 및 급전 시스템과 그를 위한 고출력 집전 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전기로 구동될 수 있는 모토바이크, 버스 또는 자동차 등과 같은 이동체가 도로를 주행하면서 도로에 매설된 급전 케이블로부터 운행에 필요한 전력을 공급받을 때 고출력의 전력을 공급받을 수 있는 효과가 있다.
도 1a, 1b는 본 실시예에 따른 고출력 집전 및 급전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 2는 본 실시예에 따른 급전 유닛 및 집전 유닛을 설명하기 위한 예시도,
도 3a, 3b는 본 실시예에 따른 집전 코어의 단면 형상을 도시한 예시도,
도 4는 본 실시예에 따른 집전 회로에 포함되는 전기 회로를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 5는 본 실시예에 따른 집전 코어에 집전 케이블이 권취되는 방식을 나타낸 예시도,
도 6a, 도 6b는 본 실시예에 따른 전기 회로를 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a, 1b는 본 실시예에 따른 고출력 집전 및 급전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 1a에 도시된 본 실시예에 따른 고출력 집전 및 급전 시스템은 집전 장치(100), 급전 장치(200)를 포함하며, 집전 장치(100)는 집전 유닛(110) 및 배터리(120)를 포함하며, 급전 장치(200)는 급전 유닛(210) 및 급전 전원(220)을 포함한다. 여기서, 고출력 집전 및 급전 시스템에 포함된 각 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예에 기재된 급전 유닛(210)은 급전을 위한 급전 코어(340)와 급전 케이블(350)을 포함한 개념의 장치를 말하며, 급전 장치(200)는 급전 코어(340), 급전 케이블(350), 급전 전원(220)을 포함한 개념의 장치를 말한다. 한편, 본 실시예에 기재된 집전 유닛(110)은 집전을 위한 집전 코어(310)와 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함한 개념의 장치를 말하며, 집전 장치(100)는 집전 코어(310), 집전 케이블(320, 322, 324, 326), 집전 회로(330)를 포함한 개념의 장치를 말한다.
한편, 본 실시예에 따른 고출력 집전 및 급전 시스템을 적용할 요구가 많다고 여겨지는 분야로는, 전기 자동차 분야가 될 수 있다. 즉, 전기 자동차가 도로 위를 주행하는 중에 급전 장치(200)에 고주파의 전력이 공급되면 급전 장치(200)와 집전 장치(100) 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받게 되는 것이다. 즉, 본 실시예가 적용될 분야인 전자 자동차 분야에서, 도로에 매설된 급전 선로를 이용하여 전원을 공급받을 수 있을 것이다.
한편, 도 1a는 집전 장치(100)와 급전 장치(200)를 횡으로 절단한 단면을 도시한 도면이다. 또한, 도 1a에서 ⓧ 표시는 전류가 흘러 들어가는 방향임을 표시한 것이고, ⊙ 표시는 전류가 흘러 나오는 방향임을 예시한 것이다. 또한 ⓧ 표시 및 ⊙ 표시를 각각 하나만 하였으나 이것이 급전 장치(200)를 구성하는 도선이 반드시 하나만으로 이루어짐을 의미하는 것은 아니다. 도 1a는 도로상을 주행하는 전기 자동차를 도로(주행로) 상을 횡으로 절단한 것으로 묘사하였으나 철로를 주행하는 열차를 횡으로 절단한 경우도 유사한 형태가 될 것이다.
집전 장치(100)는 급전 장치(200)에 의한 유도기전력을 형성하여 전기 자동차로 전원을 공급하는 장치를 말한다. 이러한, 집전 장치(100)는 이동체(예컨대 전기 자동차)에 설치될 수 있다. 도 1a에 도시된 이동체는 차량인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기로 구동될 수 있는 버스, 기차, 크레인 또는 모토바이크 등에 폭넓게 적용될 수 있을 것이다. 한편, 이동체에 결합되는 집전 장치(100)에는 전압조절부(Regulator)가 탑재된다. 이때, 전압조절부는 직류 전력을 얻기 위해서, 정류 소자로 정류한 후 부하(Load)에 맞게 전압 또는 전류를 조절한다.
여기서, 집전 장치(100)에 포함되는 집전 유닛(110)이란 주행 중인 전기 자동차에 전원을 공급하는 집전 장치(100)의 일부를 말한다. 이러한, 전기 자동차에서의 집전 유닛(110)에 대해 간략히 설명하자면, 전기 자동차가 주행하는 중에 도로 내에 설치된 급전 장치(200)(전기 공급로)부터 전원을 공급받는다. 이러한 급전 장치(200)(전기 공급로)는 전기 자동차의 진행방향으로 일정한 간격을 두고 연속하여 설치되는 다수의 전선과, 서로 이웃하는 전선 사이의 간격에 배치되며 자성을 갖고 서로 이웃하는 전선을 전기적으로 절연시키는 절연 자성체를 구비한다.
집전 장치(100)는 자속이 유기되는 집전 코어(310) 및 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함하며 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛(110)을 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 이러한, 집전 장치(100)는 바람직하게는 이동체의 하부에 구현되되 급전 장치(200)의 위치에 대응되게 구현된다.
이러한, 집전 장치(100)에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 집전 코어(310)는 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되며, 구비된 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 통해 급전 유닛(210)으로부터 유도기전력을 전달받는다. 집전 유닛(110)은 집전 코어(310) 및 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 구비한다. 집전 회로(330)는 집전 유닛(110)으로부터 출력되는 유도기전력을 직류로 변환한다. 배터리(120)는 집전 회로(330)에 의해 변환된 직류를 저장한다. 여기서, 집전 유닛(110)은 이동체의 하부에 구현되되 급전 유닛(210)의 위치에 대응되게 구현된다.
급전 장치(200)는 바람직하게는 도로 내부에 구현될 수 있다. 도로 내부에는 급전 전원(220)이 형성된다. 여기서, 급전 전원(220)은 인버터(Inverter)를 말한다. 한편, 도 1a에 도시된 바와 같이 급전 전원(220)은 차로(즉, 도로)의 내부인 아스팔트에 일부 매설될 수 있다. 이러한, 급전 장치(200)는 구비된 급전 전원(220)으로부터 전력을 공급받고, 급전 전원(220)에 연결된 급전 케이블(350)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어(340) 및 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하는 급전 유닛(210)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 여기서, 본 실시예에 따른 급전 장치(200)는 도로에 매설될 수 있다.
급전 장치(200)에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 급전 전원(220)은 전력을 공급한다. 급전 코어(340)는 급전 전원에 연결된 급전 케이블(350)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속의 경로를 제공한다. 급전 유닛(210)은 급전 코어(340)를 포함하고, 급전 코어(340)에 권취되는 급전 케이블(350)을 포함하며, 급전 코어(340) 및 급전 케이블(350)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 여기서, 급전 전원(220) 및 급전 유닛(210)은 도로에 매설될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)에 대해 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 자속이 유기되는 집전 코어(310) 및 N 개로 분기되어 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함하며 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛(110)을 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 즉, 집전 코어(310)에는 자속이 유기되며, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 N 개로 분기되어 집전 코어(310)에 권취되고, 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 코어(310)를 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 여기서, 집전 코어(310)와 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함한 유닛을 집전 유닛(110)이라 칭한다. 이러한, 집전 유닛(110)은 차량 하부에 장착되는 것이 바람직하며, 무선으로 송신된 급전의 전력을 수신하는 장치를 말한다. 또한, 집전 유닛(110)은 집전 코어에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)의 턴수에 근거한 개수로 기 설정된 거리로 이격되어 이동체에 구비되어 집전 회로(330)와 연결된다.
한편, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)을 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)로 구분하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 포함되는 각 케이블에 대해 설명하자면, 제 1 케이블(320)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 2 케이블(322)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 3 케이블(324)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 4 케이블(326)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다.
집전 회로(330)는 집전 유닛(110)으로부터 출력되는 유도기전력을 변환한다. 또한, 집전 회로(330)는 유도기전력을 직류로 변환하며, 집전 회로(330)에 의해 변환된 직류는 배터리(120)에 저장되거나 모터로 전송된다. 한편, 집전 회로(330)는 복수의 전기 회로인 제 1 회로(410), 제 2 회로(420), 제 3 회로(430) 및 제 4 회로(440)를 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 전기 회로를 제 1 회로(410), 제 2 회로(420), 제 3 회로(430) 및 제 4 회로(440)로 구분하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 회로(410)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 1 케이블(320)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 2 회로(420)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 2 케이블(322)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 3 회로(430)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 3 케이블(324)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 4 회로(440)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 4 케이블(326)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 이러한 전기적인 회로는 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 독립적 보상값에 근거한 개수로 분기될 수 있다. 여기서, 독립적 보상값은 전기 회로에 구비된 인덕턴스(Inductance)에 직렬로 연결된 캐패시터(Capacitor)를 통해 무효전력(Reactive Power)을 제거할 때, 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 최대 전력 전송값에 대한 보상(공진)값을 말한다.
한편, 집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체(312), 집전 본체(312)를 집전 코어(310)의 폭 방향의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부(314, 315)를 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 권취되고, 우측 단부에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다. 또한, 집전 코어(310)는 집전 본체(312)의 폭 방향의 중앙부에 집전 돌출부(314, 315)와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부(316)를 추가로 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 교번하여 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다. 또한, 집전 회로(330)는 제 1 케이블(320)과 제 2 케이블(322)을 한 쌍으로 연결하는 제 1 정류기, 제 3 케이블(324)과 제 4 케이블(326)을 한 쌍으로 연결하는 제 2 정류기, 제 1 정류기와 제 2 정류기와 연결되는 전압조절부를 포함한다. 이러한, 제 1 정류기와 제 2 정류기는 차량 내부에 장착되는 것이 바람직하며, 집전 유닛(110)으로부터 교류 전력을 직류 전류로 변환한 후 전압조절기로 공급하는 장치를 말한다. 한편, 제 1 정류기 또는 제 2 정류기는 교류전력에서 직류전력을 얻기 위해 정류작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로 소자 또는 장치를 말하며, 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가진다. 한편, 전압조절부는 변동이 있는 각종 입력을 필요한 평활성과 레벨로 변환하여 출력하는 장치를 말한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 이동체인 버스의 하부에 탑재될 수 있다. 일반적으로 집전 장치가 급전 장치(200)에 의한 총 100 kW의 유도기전력을 형성하여 탑재된 버스로 전원을 공급하기 위해서는 버스 하부에 약 '5 개'의 집전 유닛을 탑재되어야 하는데 반해, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 총 100 kW의 유도기전력을 형성하여 탑재된 버스로 전원을 공급하기 위해서는 버스 하부에 약 '3 개'의 집전 유닛만으로도 가능하다.
즉, 일반적인 집전 장치의 경우 고출력의 유도기전력을 형성하기 위해서는 차량 하부에 장착되는 집전 유닛의 개수가 많아지게 되므로, 탑재된 차량의 무게가 증가하게 되며, 이러한 차량 무게로 인해 차량의 효율적인 에너지 소비를 할 수 없으며, 차량의 전복에 대한 위험 요소가 증대된다. 예컨대, 차량을 버스로 가정하는 경우, 버스라는 한정된 공간 내의 집전 유닛의 장착 개수가 많게 됨으로써 각 집전 유닛에 존재하는 각 회로들에 대한 상호 인덕턴스(Mutual Inductance) 영향이 커지게 되는데, 이러한 상호 인덕턴스는 공진을 이용하는 보상 시스템 내에서 튜닝(Tuning) 문제를 일으키게 됨으로써 무선 전력 전송의 출력 저감 요인이 될 수 있다.
즉, 일반적인 집전 장치의 경우 고출력화를 위해 급전 장치(200)에서 급전의 전류를 증가하더라도 일반적인 집전 회로에서는 일반적인 전압 조정기(M.700 Vdc 승압)의 벅(Buck) 기능 부재와 배터리 입력 전압(700 Vdc) 등의 문제를 해결하지 못하는 것이다. 하지만, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 기존 문제점인 EMF(Electro-Magnetic Field) 문제, 온도 문제, 누설 자계 문제를 증가시키지 않는 선에서 기존 문제점인 무게 문제, 크기 문제, EMF(Electro-Magnetic Field) 문제, 온도 문제, 누설 자계 문제, 전압 조절기의 벅 기능 문제, 배터리 입력 제한 문제 등에 대한 개선된 고출력 집전 설계가 적용된 것이다.
이하, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)와 일반적인 집진 장치에 대해 비교설명하도록 한다. 집전 장치(100)는 각각의 집전 유닛(110)에 흐르는 자속이 동일 하므로, EMF 및 누설 자계가 일반적인 집진 장치의 회로와 동일하다. 즉, 집전 장치(100)의 EMF 및 누설 자계는 자속에 비례함으로 전체 자속은 일반적인 집전 장치와 동일하며, 자속은 턴수와 집전 전류에 비례하게 된다. 또한, 집전 장치(100)에 대한 온도 문제 및 효율 문제의 경우, 실제로 손실은 철손으로 인한 손실이 집전 유닛(110)에 대부분을 차지하므로, 일반적인 집전 장치와 동일한 턴수와 집전 전류는 기존 온도문제 및 효율 문제에 있어서 큰 차이가 없게 된다.
또한, 집전 장치(100)에서 집전 출력을 높이려면 급전 장치(200)의 전류를 높이는 방법을 선택하여 집전 장치(100)에서의 유도기전력을 높게 형성시킬 수 있으나, 일반적인 집전 장치에서의 전압조절부에서는 벅기능 부재로 인해 고출력의 유도기전력을 형성하기 어렵다. 만약, 전압조절부에 벅기능을 추가하는 경우 해당 전압조절부의 손실이 증가하게 되어 집전 장치(100)의 전체적인 효율이 떨어지게 된다. 하지만, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 전압조절부에 벅기능을 추가하지 않더라도 각 회로를 분기 처리함으로써 급전의 전류를 증가시킬 경우 배터리 입력 전압(700 Vdc)을 얻을 수 있는 것이다. 즉, 집전 장치(100)에서는 집전 유도기전력을 형성하게 됨으로써 집전 회로(330) 내의 전압조절부의 벅 기능의 추가없이 기존 부스터(Boost) 기능만을 활용하여 높은 유도기전력의 형성이 가능하다. 예컨대, 일반적인 집전 장치의 경우 400 A의 급전 시 유도전압 1000 V로 전압조절부의 벅기능을 필요로 하나 이는 일반적인 전압조절부를 경유하여 배터리 손상을 야기하게 된다. 이에 본 실시예에 따른 집전 장치(100)의 경우, 하나의 집전 유닛에 'N 개(약 4 개)'의 회로에서 전류를 일반적인 집전 장치보다 약 두 배 가량 많이 이용하더라도 EMF, 온도, 효율 누설 자계 문제없이 집전이 가능하게 됨으로 출력면에서는 약 두 배 정도의 장점을 지니게 되는 것이다. 이러한, 두 배의 출력은 집전 유닛(110)의 장착 개수를 일반적인 집전 장치보다 적게 가져갈 수 있으므로, 무게 및 크기 면에서 장점을 지닌다. 또한, 집전 장치(100)의 유지보수의 설치된 집전 유닛(110)의 개수가 적으므로, 유지보수의 효율성이 증대될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따라 하나의 이동체에 탑재되는 집전 유닛(110)의 개수가 줄어들게 되므로, 줄어든 집전 유닛(110) 개수는 공진 튜닝 면에서 집전 유닛(110)들의 위치를 상대적으로 기 설정된 거리만큼 이격시킬 수 있으므로 일반적인 집전 유닛들이 지닌 상호 인덕터스를 통한 공진의 문제에 있어서 보다 자유로울 수 있다. 또한, 일반적인 차량(버스) 프레임 등 불요 자계에 노출되는 영역을 최소화하는 장점을 지니게 된다.
도 2는 본 실시예에 따른 급전 유닛 및 집전 유닛을 설명하기 위한 예시도이다.
본 실시예에 따른 집전 유닛(110)은 집전 코어(310), 집전 케이블(320, 322, 324, 326), 집전 회로(330)를 포함하며, 급전 유닛(210)은 급전 코어(340), 급전 케이블(350)을 포함한다. 여기서, 급전 유닛(210) 및 집전 유닛(110)에 포함된 각각의 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예에 기재된 급전 유닛(210)은 급전을 위한 급전 코어(340)와 급전 케이블(350)을 포함한 개념의 장치를 말하며, 급전 장치(200)는 급전 코어(340), 급전 케이블(350), 급전 전원(220)을 포함한 개념의 장치를 말한다. 한편, 본 실시예에 기재된 집전 유닛(110)은 집전을 위한 집전 코어(310)와 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함한 개념의 장치를 말하며, 집전 장치(100)는 집전 코어(310), 집전 케이블(320, 322, 324, 326), 집전 회로(330)를 포함한 개념의 장치를 말한다.
본 실시예에 따른 급전 장치(200)는 급전 코어(340), 급전 케이블(350) 및 급전 전원(220)을 포함하여 구성할 수 있고, 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 집전 코어(310), 집전 케이블(320, 322, 324, 326), 집전 회로(330) 및 배터리(120)를 포함하여 구성할 수 있다. 집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체와, 집전 본체를 집전 코어(310)의 폭 방향 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부(314, 315)를 구비하고 집전 픽업의 불요자장을 상쇄하기 위한 전선 권취방법으로 각 코일의 권취 방향을 코어의 각 돌출부 (314, 315)에 한쪽은 시계방향으로 다른 쪽은 반시계 방향으로 권취하도록 설계 되어질 수도 있다. 또한, 집전 돌출부의 돌출방향은 집전 코어(310)의 폭 방향 및 집전 코어(310)의 길이 방향 모두에 수직하여 집전 본체를 길이 방향에 수직하게 절단한 단면의 형상이 '∩' 형상을 하도록 한다. 이때, 집전 돌출부(314, 315)는 급전 돌출부와 서로 대향된 방향으로 돌출된다. 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 집전 코어(310)의 집전 돌출부(314, 315)에 권취될 수 있으며, 경우에 따라서는 집전 본체(312)에 권취될 수도 있다.
도 2의 급전 케이블(350)에 급전 전원(220)이 인가되면 급전 케이블(350)에서 자기장이 발생하고 이 자기장에 유도되어 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 유도기전력이 발생된다. 집전 코어(310) 좌우의 집전 돌출부에 권취되어 있는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 각각 병렬로 집전 회로(330)에 연결되어 원하는 레벨의 전압을 생성한 후 연결된 배터리(120)에 충전할 수도 있으며, 두 개의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)이 직렬로 집전 회로(330)에 연결되어 배터리(120)를 충전할 수도 있다. 참고로 집전 회로(330)는 정류기 및 전압조절부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 자속이 유기되는 집전 코어(310) 및 N 개로 분기되어 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함하며 급전 유닛(210)과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛(110)을 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 즉, 집전 코어(310)는 자속이 유기되며, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 N 개로 분기되어 집전 코어(310)에 권취되고, 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 코어(310)를 이용하여 급전 장치(200)로부터 형성된 유도기전력을 공급받는다. 여기서, 집전 코어(310)와 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함한 유닛을 집전 유닛(110)이라 칭한다. 이러한, 집전 유닛(110)은 차량 하부에 장착되는 것이 바람직하며, 무선으로 송신된 급전의 전력을 수신하는 장치를 말한다. 또한, 집전 유닛(110)은 집전 코어에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)의 턴수에 근거한 개수로 기 설정된 거리로 이격되어 이동체에 구비되어 집전 회로(330)와 연결된다.
한편, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)을 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)로 구분하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 포함되는 각 케이블에 대해 설명하자면, 제 1 케이블(320)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 2 케이블(322)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 3 케이블(324)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 4 케이블(326)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다.
집전 회로(330)는 집전 유닛으로부터 출력되는 유도기전력을 변환한다. 또한, 집전 회로(330)는 유도기전력을 직류로 변환하며, 집전 회로(330)에 의해 변환된 직류는 배터리(120)에 저장된다. 한편, 집전 회로(330)는 복수의 전기 회로인 제 1 회로(410), 제 2 회로(420), 제 3 회로(430) 및 제 4 회로(440)를 포함한다. 제 1 회로(410)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 1 케이블(320)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 2 회로(420)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 2 케이블(322)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 3 회로(430)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 3 케이블(324)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 4 회로(440)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 4 케이블(326)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 이러한 전기적인 회로는 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 독립적 보상값에 근거한 개수로 분기될 수 있다. 여기서, 독립적 보상값은 전기 회로에 구비된 인덕턴스에 직렬로 연결된 캐패시터를 통해 무효전력을 제거할 때, 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 최대 전력 전송값에 대한 보상값을 말한다.
집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체(312), 집전 본체(312)를 집전 코어(310)의 폭 방향의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부(314, 315)를 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다. 또한, 집전 코어(310)는 집전 본체(312)의 폭 방향의 중앙부에 집전 돌출부(314, 315)와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부(316)를 추가로 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 교번하여 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다. 또한, 집전 회로(330)는 제 1 케이블(320)과 제 2 케이블(322)을 한 쌍으로 연결하는 제 1 정류기, 제 3 케이블(324)과 제 4 케이블(326)을 한 쌍으로 연결하는 제 2 정류기, 제 1 정류기와 제 2 정류기와 연결되는 전압조절부를 포함한다. 이러한, 제 1 정류기와 제 2 정류기는 차량 내부에 장착되는 것이 바람직하며, 집전 유닛(110)으로부터 교류 전력을 직류 전류로 변환한 후 전압조절기로 공급하는 장치를 말한다. 한편, 제 1 정류기 또는 제 2 정류기는 교류전력에서 직류전력을 얻기 위해 정류작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로 소자 또는 장치를 말하며, 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가진다. 한편, 전압조절부는 변동이 있는 각종 입력을 필요한 평활성과 레벨로 변환하여 출력하는 장치를 말한다.
도 3a, 3b는 본 실시예에 따른 집전 코어의 단면 형상을 도시한 예시도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 집전 코어(310)는 집전 본체(312), 집전 돌출부(314, 315)를 포함한다. 여기서, 집전 코어(310)에 포함된 각각의 모듈은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체(312)와, 집전 본체(312)를 급전 코어(340)의 길이 방향에 수직하게 절단한 단면의 형상이 집전 코어(310)의 폭 방향 좌측 단부 및 우측 단부에 돌출된 집전 돌출부(314, 315)를 갖는다. 집전 돌출부(314, 315)는 집전 코어(310)의 폭 방향 및 급전 코어(340)의 길이 방향 모두에 수직하여 가져 집전 코어(310)의 형상이 '∩'자가 된다.
집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 집전 돌출부(314, 315)에 인접하여 집전 코어(310)의 길이 방향으로 집전 본체(312)의 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 권취될 수 있다. 단, 경우에 따라서 한 쌍의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 좌우 집전 돌출부(314, 315)에 각각 권취될 수도 있다. 집전 코어(310)는 'E'자 형상 또는, '∩'자 형상을 할 수 있다. 또한, 한 쌍의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 집전 본체(312)의 좌측 단부의 집전 돌출부(314) 및 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 각각 권취된다. 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 집전 돌출부(314, 315)에 인접하여 집전 코어(310)의 길이 방향으로 집전 본체(312)의 좌측 단부의 집전 돌출부(314) 또는 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 권취될 수 있다. 경우에 따라서 한 쌍의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 좌우 집전 돌출부(314, 315)에 각각 권취될 수도 있다.
집전 유닛(110)은 집전 코어(310)를 포함하고, 집전 코어(310)에 권취되는 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 포함하며, 집전 코어(310) 및 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다. 집전 코어(310)는 집전 본체(312)와 집전 본체(312)의 양단에서 직각으로 뻗은 집전 돌출부(314, 315)를 갖춘다. 집전 코어(310)는 집전 본체(312)의 폭 방향의 중앙부에 집전 돌출부(314, 315)와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부(316)를 추가로 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 교번하여 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 집전 코어(310)는 집전 본체(312)의 폭 방향의 중앙부에 집전 돌출부(314, 315)와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부(316)를 추가로 포함함으로써 집전 코어(310)의 형상이 'E'자를 옆으로 뉘인 형상이 되도록 설계 되어질 수도 있다. 즉, 집전 코어(310)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체(312), 집전 본체(312)를 집전 코어(310)의 폭 방향의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부(314, 315)를 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다.
도 4는 본 실시예에 따른 접전 회로에 포함된 전기 회로를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 실시예에 다른 집전 회로(330)에 포함되는 전기 회로는 일반적인 집전 회로 내에 동일한 공간에 형성되며, 단지 분기만 늘어나도록 구현된다. 즉, 집전 회로(330)는 복수의 전기 회로인 제 1 회로(410), 제 2 회로(420), 제 3 회로(430) 및 제 4 회로(440)를 포함한다. 제 1 회로(410)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 1 케이블(320)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 2 회로(420)는 집전 코어(310)의 일측에 권취된 제 2 케이블(322)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 3 회로(430)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 3 케이블(324)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 제 4 회로(440)는 집전 코어(310)의 타측에 권취된 제 4 케이블(326)로부터 전달받은 유도기전력을 수신한다. 이러한 전기적인 회로는 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 독립적 보상값에 근거한 개수로 분기될 수 있다. 여기서, 독립적 보상값은 전기 회로에 구비된 인덕턴스에 직렬로 연결된 캐패시터를 통해 무효전력을 제거할 때, 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 최대 전력 전송값에 대한 보상값을 말한다.
여기서, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)은 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)을 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 집전 케이블(320, 322, 324, 326)을 제 1 케이블(320), 제 2 케이블(322), 제 3 케이블(324) 및 제 4 케이블(326)로 구분하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 포함되는 각 케이블에 대해 설명하자면, 제 1 케이블(320)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 2 케이블(322)은 집전 코어(310)의 일측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 3 케이블(324)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다. 제 4 케이블(326)은 집전 코어(310)의 타측에 권취되며, 급전 장치(200)로부터 전달받은 유도기전력을 집전 회로(330)로 전달한다.
이하, 전술한 전기 회로의 구성으로 인해 일반적인 전기 회로와 차이점에 대해 설명하도록 한다. 만약, 급전 전류를 일반적인 200 A에서 증가시킬 경우(예컨대, 400 A(2턴))를 가정하여 설명하도록 한다. 즉, 일반적인 급전 장치의 전기 회로에서는 900 V × 20(A) × 2 (회로 개수)로 약 36 kW 예상되나 일반적인 전압조절부는 벅 기능 부재로 인해 해당 시스템(배터리 입력 전압 대략 700Vdc, 기존 픽업 무부하 전압 약 1kV 예상)에 적합하지 않다. 이로 인해, 일반적인 전압조절부에 벅 기능 추가시 전압조절부에 손실이 증가하게 된다. 또한, 일반적인 집전 유닛의 경우 집전 유닛 자체적으로도 내압으로 인한 문제 발생 확률이 증가한다. 한편, 일반적인 집전 유닛과 본 실시예에 따른 집전 유닛(110)은 모두 동일한 자속을 방출(모든 회로 전류(일반적인 집전 유닛 및 본 실시예에 따른 집전 유닛(110)) = 20 A 동일, 턴수 유지(자속은 턴수와 전류의 함수)) 한다.
즉, 이러한 전기 회로로 인해 본 실시예에 따른 집전 장치(100)는 벅 기능을 추가하지 않은 상태에서 고출력을 얻을 수 있는 회로 설계(추가적인 벅 기능 없이 배터리 입력전압 만족 가능한 설계)가 반영되어 차량에 탑재되는 집전 유닛(110) 개수를 줄일 수 있는 것이다. 또한, 이는 일반적인 집전 유닛의 튜닝의 어려움이나, 복수 개의 집전 유닛을 설치할 경우 생기는 각 집전 유닛의 상호 인덕터스로 인해 발생되는 튜닝의 문제를 해결할 수 있다. 즉, 차량에 설치되는 집전 유닛의 개수가 줄어들게 되므로, 상호 인덕턴스 영향을 줄이게 함으로써 튜닝의 문제에서 보다 자유로운 장점을 가진다. 또한, 차량에 탑재되는 집전 유닛의 개수를 줄임으로써 차량이 부담해야하는 무게 및 크기를 줄일 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 집전 코어에 집전 케이블이 권취되는 방식을 나타낸 예시도이다.
도 5는 'E'자 형상의 집전 코어(310)에 집전 케이블(320, 322, 324, 326)이 권취되는 방식을 나타낸다. 한편, 도 5에서는 설명의 편의상 제 1 케이블(320)과 제 2 케이블(322)의 권취방식에 대해서만 설명하도록 한다.
집전 코어(310)는 집전 본체(312)의 폭 방향의 중앙부에 집전 돌출부(314, 315)와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부(316)를 추가로 포함하되, 좌측 단부의 집전 돌출부(314)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 1 케이블(320)과 제 3 케이블(324)이 교번하여 권취되고, 우측 단부의 집전 돌출부(315)와 집전 중앙 돌출부(316) 간에 제 2 케이블(322)과 제 4 케이블(326)이 권취된다. 이에 대해 도 5를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 5에 도시된 ①과 같이 'E'자 형상의 집전 코어(310)의 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 제 1 케이블(320)이 권취된 후 ②와 같이, 제 1 케이블(320)이 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에서 집전 중앙 돌출부(316)로 연결된 후 집전 중앙 돌출부(316)에 제 1 케이블(320)이 권취되고, 이후 ③과 같이, 다시 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에 제 1 케이블(320)이 권취된 후 ④와 같이 좌측 단부의 집전 돌출부(314)에서 집전 중앙 돌출부(316)로 제 1 케이블(320)이 권취되며, ⑤와 같이 집전 중앙 돌출부(316)에 권취된 제 1 케이블(320)이 집전 회로(330)로 연결되는 것이다.
한편, 도 5에 도시된 ⑥과 같이 'E'자 형상의 집전 코어(310)의 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 제 2 케이블(322)이 권취된 후 ⑦과 같이, 제 2 케이블(322)이 우측 단부의 집전 돌출부(315)에서 집전 중앙 돌출부(316)로 연결된 후 집전 중앙 돌출부(316)에 제 2 케이블(322)이 권취되고, 이후 ⑧과 같이, 다시 우측 단부의 집전 돌출부(315)에 제 2 케이블(322)이 권취된 후 ⑨와 같이 우측 단부의 집전 돌출부(315)에서 집전 중앙 돌출부(316)로 제 2 케이블(322)이 권취되며, ⑩과 같이 집전 중앙 돌출부(316)에 권취된 제 2 케이블(322)이 집전 회로(330)로 연결되는 것이다. 여기서, 각 위치의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)이 집전 코어(310)와 상대적인 위치가 다르게 됨으로써 L 값이 달라질 수 있는 이러한 L 값이 달라지는 것에 대한 고려사항으로 도 5와 같은 배치를 선택할 수 있는 것이다.
도 6a, 도 6b는 본 실시예에 따른 전기 회로를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 전류 공급 후 양단간 전압 측정(수학식 1, 수학식 2)하면, 전압은 전류의 미분에 비례하며, 이때 비례 상수가 인덕턴스이고, 이를 인덕터라 칭한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
자속이 한쪽에서 다른 한쪽으로 이동시 상호 영향을 미친다. 이때, 결합계수(k)는 [수학식 3]과 같이 정의된다. 즉, k=1일 때 완전 변압기라 칭할 수 있다.
Figure pat00003
(M: 상호 인덕턴스 값)
한편, 도 6b에 도시된 바와 같이 직렬 접속이 있는 경우 직렬 접속된 전압은 [수학식 4]와 같다.
Figure pat00004
이때, 인덕턴스 값은 [수학식 5]와 같다.
Figure pat00005
이러한 전기적인 회로는 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 독립적 보상값에 근거한 개수로 분기될 수 있는데, 독립적 보상값은 전기 회로에 구비된 인덕턴스에 직렬로 연결된 캐패시터를 통해 무효전력을 제거할 때, 각각의 집전 케이블(320, 322, 324, 326)에 대한 최대 전력 전송값에 대한 보상값을 말한다.
이때의 독립적 보상값은 [수학식 6]과 같다.
Figure pat00006
즉, 인덕턴스에 전류 흘리면 무효전력(가상전력 - 피상전력의 일부)이 흐른다. 이때, LC가 직렬로 연결된 회로에 전류가 흐르면 전압이 발생하는데 이때 생기는 전압은 절대값은 같고 방향이 반대인 전압이 형성되어 보상을 하게 되는 것이다. 또한, 인덕턴스에 직렬로 캐패시터(C)를 달면 무효전력을 없앨 수 있다.
한편, 집전 유닛(110) 설계 시 결합이 되어있는 경우 실제로 양쪽에 전류를 가지 있는 공진 주파수는 [수학식 7]과 같다.
Figure pat00007
(
Figure pat00008
: 집전 케이블(320, 322, 324, 326)의 상호 간의 간섭을 고려한 기 설정된 주파수 값)
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 집전 장치 110: 집전 유닛
120: 배터리 200: 급전 장치
210: 급전 유닛 220: 급전 전원

Claims (10)

  1. 구비된 급전 전원으로부터 전력을 공급받고, 상기 급전 전원에 연결된 급전 케이블에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공하는 급전 코어 및 상기 급전 코어에 권취되는 상기 급전 케이블을 포함하는 급전 유닛을 이용하여 자기유도 방식으로 상기 전력을 공급하는 급전 장치; 및
    상기 자속이 유기되는 집전 코어 및 N 개로 분기되어 상기 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 상기 급전 유닛과 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 상기 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 장치
    를 포함하는 고출력 집전 및 급전 시스템.
  2. 자속이 유기되는 집전 코어;
    N 개로 분기되어 상기 집전 코어에 권취되고, 상기 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 상기 집전 코어를 이용하여 급전 장치로부터 형성된 유도기전력을 공급받는 집전 케이블;
    상기 집전 코어와 상기 집전 케이블을 포함하는 집전 유닛; 및
    상기 집전 유닛으로부터 출력되는 상기 유도기전력을 변환하는 집전 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전 케이블은,
    상기 집전 코어의 일측에 권취되며, 상기 급전 장치로부터 전달받은 상기 유도기전력을 상기 집전 회로로 전달하는 제 1 케이블;
    상기 집전 코어의 일측에 권취되며, 상기 급전 장치로부터 전달받은 상기 유도기전력을 상기 집전 회로로 전달하는 제 2 케이블;
    상기 집전 코어의 타측에 권취되며, 상기 급전 장치로부터 전달받은 상기 유도기전력을 상기 집전 회로로 전달하는 제 3 케이블; 및
    상기 집전 코어의 타측에 권취되며, 상기 급전 장치로부터 전달받은 상기 유도기전력을 상기 집전 회로로 전달하는 제 4 케이블
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 집전 회로는,
    상기 집전 코어의 일측에 권취된 상기 제 1 케이블로부터 전달받은 상기 유도기전력을 수신하는 제 1 회로;
    상기 집전 코어의 일측에 권취된 상기 제 2 케이블로부터 전달받은 상기 유도기전력을 수신하는 제 2 회로;
    상기 집전 코어의 타측에 권취된 상기 제 3 케이블로부터 전달받은 상기 유도기전력을 수신하는 제 3 회로; 및
    상기 집전 코어의 타측에 권취된 상기 제 4 케이블로부터 전달받은 상기 유도기전력을 수신하는 제 4 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 집전 코어는,
    소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체; 및
    상기 집전 본체를 상기 집전 코어의 폭 방향의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부
    를 포함하되, 상기 좌측 단부에 상기 제 1 케이블과 상기 제 3 케이블이 권취되고, 상기 우측 단부에 상기 제 2 케이블과 상기 제 4 케이블이 권취되는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 집전 코어는,
    상기 급전 본체의 폭 방향의 중앙부에 상기 급전 돌출부와 동일한 방향으로 돌출된 집전 중앙 돌출부
    를 추가로 포함하되, 상기 좌측 단부와 상기 집전 중앙 돌출부 간에 상기 제 1 케이블과 상기 제 3 케이블이 교번하여 권취되고, 상기 우측 단부와 상기 집전 중앙 돌출부 간에 상기 제 2 케이블과 상기 제 4 케이블이 권취되는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 집전 회로는,
    상기 제 1 케이블과 상기 제 2 케이블을 한 쌍으로 연결하는 제 1 정류기(Rectifier);
    상기 제 3 케이블과 상기 제 4 케이블을 한 쌍으로 연결하는 제 2 정류기; 및
    상기 제 1 정류기와 상기 제 2 정류기와 연결되는 전압조절부(Regulator)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전 유닛은 상기 집전 코어에 권취되는 상기 집전 케이블의 턴수에 근거한 개수로 기 설정된 거리로 이격되어 이동체에 구비되어 상기 집전 회로와 연결되는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전 회로는,
    상기 유도기전력을 직류로 변환하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 집전 회로에 의해 변환된 상기 직류를 저장하는 배터리를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 집전 장치.
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