KR20140116644A - 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 무선 전력전송 시스템의 급전체(40)에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(20)와; 상기 집전체(20)와 노면(30)의 거리를 측정하는 초음파 거리계(60)와; 상기 집전체(20)와 상기 급전체(40) 사이의 공극(50)을 일정하게 조절하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 공극 조절부(70)와; 상기 초음파 거리계(60)에서 측정된 거리 정보를 처리하고, 상기 공극 조절부(70)의 공극 조절 동작을 제어하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 제어부(80);를 포함하여 구성함으로서, 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법은 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지하여 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있게 되는 것이다.

Description

무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법{Apparatus and method for auto control of air gap in wireless power transmission system}
본 발명은 무선 전력전송 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지하기에 적당하도록 한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 전력전송 시스템은 전선을 사용하지 않고 전력을 보낼 수 있도록 하는 시스템이다. 무선으로 전기 에너지를 전력원에서 원하는 기기로 전달하는 무선 전력전송(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer) 시스템은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 이러한 무선 전력전송 시스템은 전자기파에 의한 원거리전송, 자기공명에 의한 근거리전송, 방사(radiative)에 의한 근거리전송, 자기유도에 의한 비접촉식 전송 기술 등이 개발되고 있다.
무선 전력전송 시스템은 무선으로 전력을 송신하는 급전장치와 전력을 수신하는 집전장치로 이루어지며, 버스나 철도 등 대전력이 필요한 무선 전력전송 장치에서는 공진이 제대로 맞추어지지 않을 경우 전력을 효율적으로 수신할 수 없어서 실용화에 적용할 수 없게 된다.
효율과 공진조건이 일정하게 유지되기 위해서는 급전장치와 집전장치 사이의 거리(공극/Air gap)가 일정하게 유지 되어야 하는데, 공기가 주입된 타이어를 사용하는 자동차 이를테면 버스나 승용차등은 타이어의 공기압에 의해서 급전장치와 집전장치 사이의 공극이 달라진다.
공기압은 계절변화나 타이어의 상태에 따라서 수시로 변하고 이는 공진조건의 변화와 함께 급집전 효율이 달라지는 결과로 이어진다.
도 1은 종래 무선 전력전송 시스템을 이용한 온라인 전기 자동차의 개념도이다.
여기서 참조번호 1은 온라인 전기 자동차이고, 2는 무선으로 전력을 공급받는 집전체이며, 3은 도로의 노면, 4는 전력을 공급하는 급전선로, 5는 급전선로와 집전체 사이의 공극이다.
이러한 종래 기술에서는 공극(5)이 수시로 변하기 때문에 공진조건이 변화하게 되고, 이에 따라서 급집전 효율이 변하여 원활하게 급집전이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
또한 전기 자동차(1)의 타이어에 급작스럽게 펑크가 발생하는 등의 상황에서는 공극(5)이 너무 가까워져 급집전 시스템에 전기적인 위험한 상황을 초래하는 문제점도 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지할 수 있는 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치의 개념도이고, 도 3은 도 2에서 공극조절부의 상세개념도이며, 도 4는 도 2의 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치에서 제어부의 상세블록도이다.
이에 도시된 바와 같이, 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 무선 전력전송 시스템의 급전체(40)에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(20)와; 상기 집전체(20)와 노면(30)의 거리를 측정하는 초음파 거리계(60)와; 상기 집전체(20)와 상기 급전체(40) 사이의 공극(50)을 일정하게 조절하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 공극 조절부(70)와; 상기 초음파 거리계(60)에서 측정된 거리 정보를 처리하고, 상기 공극 조절부(70)의 공극 조절 동작을 제어하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 제어부(80);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 공극 조절부(70)는, 상기 제어부(80)에서 초음파 거리계(60)를 이용하여 초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하도록 상기 제어부(80)의 제어에 의해 회전하는 모터(71)와; 가변 이음부(76)를 고정하는 오른나사 블록(72)과; 고정 이음부(75)를 고정하고, 상기 모터(71)의 작동에 따라 앞뒤로 움직여 상기 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 하는 왼나사 블록(73)과; 상기 모터(71)와 연결되고, 상기 오른나사 블록(72) 및 상기 왼나사 블록(73)과 스크류로 결합된 스크류 모터축(74)과; 꺽여진 중앙 부분은 상기 왼나사 블록(73)과 연결되고, 하부 말단은 하부판(78)과 고정되며, 상부 말단은 상부판(77)과 고정된 고정 이음부(75)와; 꺽여진 중앙 부분은 상기 오른나사 블록(74)과 연결되고, 하부 말단은 상기 하부판(78)에 형성된 홀에 연결되고, 상부 말단은 상기 상부판(77)에 형성된 홀에 연결되어, 상기 모터(71)의 작동에 따라 상기 하부판(78)의 홀과 상기 상부판(77)의 홀에 의해 상기 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 하는 가변 이음부(76)와; 상기 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 상기 고정 이음부(75)와 고정되고, 상기 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 하는 상부판(77)과; 상기 집전체(20)의 상부에 설치되고, 상기 고정 이음부(75)와 고정되고, 상기 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 하는 하부판(78);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(80)는, 초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 상기 공극 조절부(70) 내의 모터(71)의 동작을 제어하는 마이크로프로세서(81)와; 상기 마이크로프로세서(81)를 사용자가 조작할 수 있도록 하는 사용자 조작 스위치(82)와; 상기 마이크로프로세서(81)에서 모터 제어 명령을 받아 상기 모터(71)를 구동시키는 모터 드라이버(83);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 초음파 거리계(60)를 이용하여 노면(30)과의 거리를 측정하면, 제어부(80)는 미리 설정한 설정값과 측정값이 차이가 발생하는지 판별하는 단계(ST1, ST2)와; 상기 제어부(80)는 차이가 발생하면 공극 조절부(70) 내의 모터(71)를 제어하여 고정 이음부(75)와 가변 이음부(76)에 의해 집전체(20)를 상하로 움직여 미리 설정한 설정값으로 공극(50)이 유지되도록 하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 제어하는 단계(ST3);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법은 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있고 그에 따라서 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래 무선 전력전송 시스템을 이용한 온라인 전기 자동차의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치의 개념도이다.
도 3은 도 2에서 공극조절부의 상세개념도이다.
도 4는 도 2의 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치에서 제어부의 상세블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법은 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 거리를 일정하게 유지하고 그에 따라서 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지 하고자 한 것이다.
먼저 집전체(20)는 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 무선 전력전송 시스템의 급전체(40)에서 무선으로 전송되는 전력을 수신한다.
초음파 거리계(60)는 집전체(20)와 노면(30)의 거리를 측정하여 제어부(80)로 측정값을 전달한다.
공극 조절부(70)는 제어부(80)의 제어를 받아, 집전체(20)와 급전체(40) 사이의 공극(50)을 일정하게 조절하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 한다.
공극 조절부(70)에서 모터(71)는 제어부(80)에서 초음파 거리계(60)를 이용하여 초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하도록 제어부(80)의 제어에 의해 회전하게 된다.
왼나사 블록(73)은 가변 이음부(76)를 고정하는 오른나사 블록(72)과; 고정 이음부(75)를 고정하고, 모터(71)의 작동에 따라 앞뒤로 움직여 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 한다.
스크류 모터축(74)은 모터(71)와 연결되고, 오른나사 블록(72) 및 왼나사 블록(73)과 스크류로 결합된다.
고정 이음부(75)는 꺽여진 중앙 부분은 왼나사 블록(73)과 연결되고, 하부 말단은 하부판(78)과 고정되며, 상부 말단은 상부판(77)과 고정된다.
가변 이음부(76)는 꺽여진 중앙 부분은 오른나사 블록(74)과 연결되고, 하부 말단은 하부판(78)에 형성된 홀에 연결되고, 상부 말단은 상부판(77)에 형성된 홀에 연결되어, 모터(71)의 작동에 따라 하부판(78)의 홀과 상부판(77)의 홀에 의해 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 한다.
상부판(77)은 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 고정 이음부(75)와 고정되고, 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 한다.
하부판(78)은 집전체(20)의 상부에 설치되고, 고정 이음부(75)와 고정되고, 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 한다.
그래서 초음파 거리계(60)를 이용하여 노면(30)과의 거리를 측정하고, 측정된 거리에 따라서 제어부(80)에서 모터(71)를 제어하게 되는데, 왼나사 블록(73)과 오른나사 블록(72)은 모터의 축(74)에 함께 장착되어 있고, 모터(71)의 축(74)은 스크류(나사)로 되어 있어서 모터(71)의 회전에 따라서 왼나사 블록(73)과 오른나사 블록(72)이 가까워지거나 멀어지게 되는데, 그에 따라서 집전체(20)는 상하로 움직이게 된다.
제어부(80)는 초음파 거리계(60)에서 측정된 거리 정보를 처리하고, 공극 조절부(70)의 공극 조절 동작을 제어하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 한다.
이러한 제어부(80)에서 마이크로프로세서(81)는 초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 공극 조절부(70) 내의 모터(71)의 동작을 제어한다.
모터 드라이버(83)는 마이크로프로세서(81)를 사용자가 조작할 수 있도록 하는 사용자 조작 스위치(82)와; 마이크로프로세서(81)에서 모터 제어 명령을 받아 모터(71)를 구동시킨다.
그래서 마이크로프로세서(81)가 노면(30)과의 거리를 측정하기 위해서 초음파 거리계(60)의 초음파 송신부(61)에 신호를 주면 초음파를 송신하게 되고 그 초음파는 노면에 닿고 되돌아 오는데 되돌아 오는 초음파를 초음파 수신부(62)가 받아서 마이크로프로세서(81)에 전달한다. 마이크로프로세서(81)는 초음파를 송신하고 되돌아 오는데까지 걸리는 시간을 계산하여 노면(30)과의 거리를 측정하며, 측정된 거리와 설정된 공극(50)을 비교하여 모터(71)를 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전 시키게 된다.
그리고 공극(50)을 원하는 위치로 자동제어하거나 또는 사용자 조작 스위치(82)를 이용하여 수동 조절할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
먼저 초음파 거리계(60)를 이용하여 노면(30)과의 거리를 측정하면(ST1), 제어부(80)는 미리 설정한 설정값과 측정값이 차이가 발생하는지 판별한다(ST2).
그래서 제어부(80)는 차이가 발생하면 공극 조절부(70) 내의 모터(71)를 제어하여 고정 이음부(75)와 가변 이음부(76)에 의해 집전체(20)를 상하로 움직여 미리 설정한 설정값으로 공극(50)이 유지되도록 하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 제어한다(ST3).
이처럼 본 발명은 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치 및 그 방법은 무선 전력전송 시스템의 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 공극(Air gap)을 자동 또는 수동으로 제어하여 송신(급전)단과 수신(집전)단 사이의 거리를 일정하게 유지하고 그에 따라서 송수신(급집전) 효율과 공진조건을 일정하게 유지하여 하게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11 : 전기 자동차 하단부
20 : 수신단(집전체)
30 : 도로 또는 철로의 노면
40 : 급전체 (급전선로)
50 : 공극
60 : 초음파 거리계
61 : 초음파 송신부
62 : 초음파 수신부
70 : 공극 조절부
71 : 모터
72 : 오른나사 블록
73 : 왼나사 블록
74 : 스크류 모터축
75 : 고정 이음부
76 : 가변 이음부
77 : 상부판
78 : 하부판
80 : 제어부
81 : 마이크로프로세서
82 : 사용자 조작 스위치
83 : 모터 드라이버

Claims (4)

  1. 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 무선 전력전송 시스템의 급전체(40)에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(20)와;
    상기 집전체(20)와 노면(30)의 거리를 측정하는 초음파 거리계(60)와;
    상기 집전체(20)와 상기 급전체(40) 사이의 공극(50)을 일정하게 조절하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 공극 조절부(70)와;
    상기 초음파 거리계(60)에서 측정된 거리 정보를 처리하고, 상기 공극 조절부(70)의 공극 조절 동작을 제어하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 하는 제어부(80);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공극 조절부(70)는,
    상기 제어부(80)에서 초음파 거리계(60)를 이용하여 초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하도록 상기 제어부(80)의 제어에 의해 회전하는 모터(71)와;
    가변 이음부(76)를 고정하는 오른나사 블록(72)과;
    고정 이음부(75)를 고정하고, 상기 모터(71)의 작동에 따라 앞뒤로 움직여 상기 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 하는 왼나사 블록(73)과;
    상기 모터(71)와 연결되고, 상기 오른나사 블록(72) 및 상기 왼나사 블록(73)과 스크류로 결합된 스크류 모터축(74)과;
    꺽여진 중앙 부분은 상기 왼나사 블록(73)과 연결되고, 하부 말단은 하부판(78)과 고정되며, 상부 말단은 상부판(77)과 고정된 고정 이음부(75)와;
    꺽여진 중앙 부분은 상기 오른나사 블록(74)과 연결되고, 하부 말단은 상기 하부판(78)에 형성된 홀에 연결되고, 상부 말단은 상기 상부판(77)에 형성된 홀에 연결되어, 상기 모터(71)의 작동에 따라 상기 하부판(78)의 홀과 상기 상부판(77)의 홀에 의해 상기 집전체(20)의 높낮이가 조절되도록 하는 가변 이음부(76)와;
    상기 전기 자동차 하단부(11)에 설치되고, 상기 고정 이음부(75)와 고정되고, 상기 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 하는 상부판(77)과;
    상기 집전체(20)의 상부에 설치되고, 상기 고정 이음부(75)와 고정되고, 상기 가변 이음부(76)는 홀에 연결되도록 하는 하부판(78);
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부(80)는,
    초음파 송신부(61)에서 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(62)에서 초음파를 수신하여, 송신된 초음파가 노면(30)에 닿고 돌아오는 시간을 측정하여 노면(30)과의 거리를 계산하면, 노면(30)과의 거리에 따라서 일정한 공극(50)을 유지하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 상기 공극 조절부(70) 내의 모터(71)의 동작을 제어하는 마이크로프로세서(81)와;
    상기 마이크로프로세서(81)를 사용자가 조작할 수 있도록 하는 사용자 조작 스위치(82)와;
    상기 마이크로프로세서(81)에서 모터 제어 명령을 받아 상기 모터(71)를 구동시키는 모터 드라이버(83);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절장치.
  4. 초음파 거리계(60)를 이용하여 노면(30)과의 거리를 측정하면, 제어부(80)는 미리 설정한 설정값과 측정값이 차이가 발생하는지 판별하는 단계(ST1, ST2)와;
    상기 제어부(80)는 차이가 발생하면 공극 조절부(70) 내의 모터(71)를 제어하여 고정 이음부(75)와 가변 이음부(76)에 의해 집전체(20)를 상하로 움직여 미리 설정한 설정값으로 공극(50)이 유지되도록 하여 공진조건이 동일하게 유지되도록 제어하는 단계(ST3);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 공극 자동 조절방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101627798B1 (ko) * 2015-11-04 2016-06-13 (주)그린파워 무선충전 전기 자동차 및 무선충전 방법
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