KR20150013781A - 자화 가능한 재료를 포함하는, 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치 - Google Patents

자화 가능한 재료를 포함하는, 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 교류 전류가 도체 장치(26)를 통해 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측 전기 도체 장치(26), 및 전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층(1e-1f)을 포함한다. 필드 형성층(1e-1f)은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소(1e, 1f, 1g, 1h)를 포함하며, 인접한 요소(1a, 1b; 1a, 1c)는 서로 거리(갭 2)를 두고 위치된다.

Description

자화 가능한 재료를 포함하는, 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치{ARRANGEMENT FOR PROVIDING VEHICLES WITH ENERGY COMPRISING MAGNETIZABLE MATERIAL}
본 발명은 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다. 그 장치는 교류 전류가 도체 장치를 통해 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측(primary side) 전기 도체 장치 또는 조립체, 및 전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층을 포함한다.
또한, 본 발명은 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치를 제조하는 방법, 및 전기 도체 장치에 의해 생산된 전자기장의 자력선을 형성하도록 구성되는 수단에 관한 것이다.
자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 시스템의 작동 중, 1차측 전기 도체 장치에 의해 발생된 전자기장은 2차측(secondary side)(차량측) 상의 수용 장치에 의해 수용되며, 또한 전자기장 에너지는 자기 유도에 의해 다시 전기 에너지로 변환된다. 본 발명은 특히 이런 시스템의 1차측에 관한 것이다. 수용 장치는 "픽업(pick-up)"으로도 지칭되고 또한 차량의 일부인 반면에, 1차측 전기 도체 장치는 전형적으로 그라운드(ground)에 매립되거나 차량의 트랙(track)에 또는 차량이 정지할 수 있거나 주차될 수 있는 장소에 기계적으로 연결된다.
"1차측(primary side") 및 "2차측(secondary side)"이라는 용어는 변압기를 위해 사용되는 용어로서 사용된다. 실제로, 전기 에너지를 유도에 의해 차량 트랙으로부터 또는 차량 정지부로부터 차량으로 전달하기 위한 시스템의 전기 부분은 일종의 변압기를 형성한다. 통상적인 변압기와 비교한 차이점으로는 차량이 이동함에 따라 2차측이 이동할 수 있다는 사실뿐이다.
WO 2010/000495 A1호는 전기 에너지를 차량으로 전달하기 위한 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 에너지는 차량이 이동할 동안 차량으로 전달될 수 있다. 본 발명은 이런 시스템에 관할 것일 수 있지만, 이동하는 차량으로의 에너지의 전달에만 국한되지 않는다. 오히려, 에너지는 차량이 일시적으로 정지되어 있거나(버스 정류소의 버스처럼) 또는 차량이 주차되어 있을 동안 전달될 수 있다.
차량은 통상적인 철도 차량, 모노-레일 차량, 무궤도 버스(trolley bus), 및 다른 수단에 의해 트랙 상에 안내되는 차량과 같은 트랙 경계 차량을 포함하며, 임의의 육상 차량일 수 있다. 육상 차량의 다른 예는 트랙 경계 차량이 아닌 버스를 포함하여, 도로용 자동차(road automobile)이다. 예를 들어, 차량은 전기적으로 작동되는 추진 모터를 갖는 차량일 수 있다. 차량은 하이브리드 추진 시스템, 예를 들어 전기 에너지에 의해 또는 전기화학적으로 저장된 에너지 또는 연료(예를 들어, 천연 가스, 가솔린, 또는 석유)와 같은 다른 에너지에 의해 작동될 수 있는 시스템을 갖는 차량일 수도 있다.
WO 2010/000495 A1호는 전자기장을 생산하기 위해 1차측 상에 구불구불한 권선(winding)의 예를 개시하고 있다. 전기 전도성 재료가 교류 전류를 전달할 동안, 작동 중 전자기장을 생산하는 전기 전도성 재료로 제조되는, 본 발명의 1차측 도체 조립체는 동일한 또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 어떤 경우라도, 1차측 도체 조립체의 적어도 섹션 및/또는 부분은 길이 및 폭을 가질 수 있으므로, 1차측 도체 조립체는 횡방향 엣지를 포함한다. 예를 들어, WO 2010/000495 A1호에 개시된 바와 같이, 1차측 도체 조립체의 섹션은 1차측 도체 조립체의 반대측 상에 2개의 횡방향 엣지가 있도록 차량의 트랙을 따라 연장할 수 있다. 이동 방향으로 연장하는 가늘고 긴(elongate) 전기 도체, 여러 개의 권선을 갖는 전기 도체의 코일, 및 상이한 구성을 갖는 전기 도체의 장치와 같은 다른 구성도 가능하다.
전술한 설명에 개시된 1차측 도체 조립체의 특징은, 이 조립체가 차량의 보드(board) 상에 위치된다는 점을 제외하고는 2차측 도체 조립체에도 적용할 수 있다는 점이다.
어떤 경우라도, 1차측 도체 조립체는 1차측 도체 조립체에 의해 생산된 전자기장의 주변으로의 방출을 유발시킨다. 특히 전자기 또는 자기 필드 강도의 대응하는 한계치가 관찰되어야만 한다. 또한, 2차측 도체 조립체도 방출을 유발시킨다.
1차측 도체 조립체 및 2차측 도체 조립체는 효과적인 방식으로 서로 결합되어야만 한다.
따라서 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치를 제공하고, 이런 장치를 제조하는 방법을 제공하고, 또한 에너지가 1차측으로부터 2차측으로 효과적인 방식으로 전달될 수 있도록 또한 주변의 적어도 일부에서의 필드 강도가 감소되도록 적절한 수단을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
주변의 일부를, 특히 1차측 도체 조립체에 의해 생산된 전자기장(들)으로부터 1차측 도체 장치 아래의 영역을 차폐하기 위해, 자화 가능한 재료를 사용한다는 것이 본 발명의 기본 사상이다. 따라서 자화 가능한 재료를 포함하는 차폐 조립체가 도체 조립체와 조합된다. 바람직하게도, 차폐 조립체는 특히 자화 가능한 재료가 아닌 전기 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 그 예가 알루미늄이다. 특히, 전기 전도성 재료의 전기 전도도는 적어도 1,000 개의 팩터(factor)만큼, 바람직하기로는 적어도 10,000 개의 팩터만큼 자화 가능한 재료의 전기 전도도보다 높다. 예를 들어, 실제로 페라이트의 전기 전도도는 10-7 내지 1 A/(Vm)의 범위에 있을 수 있으며, 또한 전기 전도성 재료(예를 들어, 알루미늄과 같은 금속)의 전기 전도도는 106 내지 108 A/(Vm)의 범위에 있을 수 있다.
특히, 차폐 조립체 또는 상기 차폐 조립체의 일부는 도체 조립체의 레벨 아래에서 1차측 도체 조립체의 아래로 연장할 수 있다. 그 결과, 자화 가능한 재료를 지나 위치된 지역(도체 조립체에서 보는 경우)은 도체 조립체에 의해 생산된 전자기장으로부터 차폐된다.
또한, 전기 전도성 재료라면, 전기 에너지를 차량으로, 특히 도로 자동차 또는 경철도(light rail vehicle) 차량과 같은 트랙 경계 차량으로 전달하기 위한 시스템은 자기장을 생산하여 에너지를 2차측으로 전달하기 위해 1차측 전기 도체 장치를 포함할 수 있으며, 1차측 전기 도체 장치의 전류 라인 또는 라인들은 제1 높이 레벨로 연장하고, 자기장을 차폐하기 위한 전기적으로 도전성인 차폐물은 상기 제1 높이 레벨 아래로 연장하며, 또한 자화 가능한 재료는 차폐물 위의 제2 레벨로 연장한다. 이 배치는 추가로 또는 대안적으로 1차측 전기 도체 장치의 옆에서 사용될 수 있으며, 즉 전기 전도성 재료는, 도체 장치의 라인 또는 라인들로부터 보는 경우 자화 가능한 재료를 지나 위치된다. 이 장치는 자화 가능한 재료로 제조된 연속적인 층에 의해 자화 가능한 재료 요소로 구성된 자화 가능한 재료의 층을 대체함으로써 수정될 수 있다.
특히, 작은 전기 전도도를 갖는 자화 가능한 재료, 예를 들어 페라이트가 사용될 수 있다. 그 결과, 차폐 재료에 유도된 전류의 효과가 감소된다. 더 일반적으로 말하자면, 자화 가능한 재료는 강자성, 상자성(paramagnetic), 또는 페리자성(ferrimagnetic)일 수 있다. 자화 가능한 재료는 적어도 10, 바람직하기로는 적어도 50의 자화율(magnetic susceptibility)을 갖는 것이 바람직하다.
차폐 재료로서 자화 가능한 재료를 사용하는 것은 자기장의 자속선(flux line)이 재료 내로 유도된다는 장점을 갖는다. 따라서 재료는 그 재료를 형성하는 자력선(즉, 자속선)으로 특징지어질 수 있다. 차폐 재료가 존재하지 않는 상태와 비교하면, 자속선의 적어도 일부는 자화 가능한 재료를 투과할 수 없다. 대신에, 이들 자속선은 자화 가능한 재료의 연장부의 방향으로 재지향된다.
또한, 자화 가능한 재료는 1차측 도체 조립체와 2차측 수용 장치 사이의 영역에 필드의 자속선을 집중시키거나 다발로 만들 수 있다는 효과를 갖는다. 그러나 차량이 운전할 수 있거나 상이한 위치에 정지할 수 있기 때문에 수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치가 변할 수 있다. 자속선의 밀도(즉, 필드 강도)가 변할 수도 있기 때문에, 특히 차량 트랙의 횡방향 수평 방향으로 보인다면, 1차측으로부터 2차측으로 힘의 전달의 효율의 정도 또한 수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치에 따라 변한다. 그러나 이 종속성의 영향은 감소되는 것이 바람직하다.
따라서 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층을 사용할 것이 제안된다. 특히, 필드 형성층은 수용 장치에서 보았을 때(특히, 위에서 보았을 때), 1차측 도체 장치를 지나 위치된다. 트랙 또는 차량 정지부가 수평으로부터 연장한다면, 필드 형성층은 1차측 도체 장치 하의 구성으로 집적되는 것이 바람직하다. 특히, 이 구성은 철도 또는 자동차용 도로의 구성일 수 있다. 대안적으로, 상기 구성은 적어도 하나의 차량을 주차하기 위한 주차 영역의 구성일 수 있다.
수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치에 대한 힘 전달 효율의 종속성을 감소시키기 위해, 필드 형성층은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소를 포함할 것이 제안되며, 그 인접한 요소들은 서로 거리를 두고 위치된다.
특히, 하기의 장치가 제안된다.
자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치는,
- 교류 전류가 도체 장치를 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측 전기 도체 장치, 및
- 전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층을 포함하며,
필드 형성층은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소를 포함하며, 인접한 요소는 서로 거리를 두고 위치된다.
또한, 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치를 형성하는 방법에 있어서,
교류 전류가 도체 장치를 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측 전기 도체 장치가 제공되고, 및
전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층이 도체 장치의 주위에 배치되며,
필드 형성층은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소를 사용하여 배치되며, 인접한 요소는 서로 거리를 두고 위치된다.
특히, 요소는 타일(tile)의 형상일 수 있다. 따라서 타일은 평행한(부분적으로 평탄한) 상부 및 하부 표면을 포함할 수 있다. 따라서 타일을 통한 수직 횡단면은 타일의 직사각형 형상의 윤곽(outline)을 포함할 수 있으며, 상부 및 하부 표면은 윤곽의 평행한 상부 및 하부 직선형의 선형 섹션을 형성한다. 바람직하게도, 필드 형성층의 모든 요소 또는 적어도 요소의 대부분은 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 필드 형성층의 요소는 동일한 평면에 위치되는 것이 바람직하다. 층이 수평 평면으로 연장한다면, 층의 타일-형상의 요소의 상부 표면은 공통의 수평 평면에 위치되며, 또한 하부 표면에도 동일하게 적용된다. 그러나 서로 거리를 두고 위치된 복수의 요소를 포함하는 필드 형성층의 장점은 요소의 포지셔닝(positioning)에 대해 약간의 융통성이 있다는 것이다. 예를 들어, 그 위에 필드 형성층이 위치되는 베이스의 표면이 정확하게 매끄럽거나 평탄하지 않다면, 필드 형성층의 연장부도 평탄하지 않을 것이다. 필드 형성층의 제안된 구성의 다른 장점은 평면 내의 이상적인 위치로부터 요소의 이탈이 자속 밀도를 1차측 도체 장치를 단지 미세하게 지나 수정한다는 것이다.
본 발명에 따른 필드 형성층의 다른 장점은 1차측 도체 조립체 및 2차측 수용 장치를 포함하는 시스템의 결과적인 인덕턴스가 수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치에 민감하지 않다는 사실이다. 이것은 수용 장치의 수직 및 횡방향 변위에도 적용된다. 따라서 수용 장치가 공진으로(in resonance) 작동되도록 구성된다면, 상대 위치의 변화는 전력 전달의 효율성을 상당히 감소시키지 않을 것이다. 에너지를 1차측으로부터 2차측으로 전달하도록 구성된 전체 장치는, 수용 장치가 공진으로 작동되도록 1차측 및/또는 2차측의 전기 특성을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 그러나 적어도 일부 적용에 있어서, 이런 제어부는 더 이상 필요하지 않은데, 그 이유는 상기 장치가 상대 위치의 변화에 민감하지 않기 때문이다.
특히, 인접한 두 요소들 간의 거리는 거리를 횡단하는 방향으로 인접한 소자들의 연장부보다 작다. 바람직하게는, 거리는 적어도 5배, 및 바람직하게는 10배(즉, 배수×거리는 연장부와 동일함)만큼 적다.
특히, 층과 직교하는 방향으로 층의 개별적인 요소의 윤곽은 임의의 형상을 가질 수 있다. 윤곽은 인접한 요소들의 각각에 대한 거리가 동일한 크기를 가질 수 있는 방식으로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 윤곽 형상은 직사각형 또는 2차(quadratic) 형상이다. 그러나 예를 들어 규칙적인 6각형 윤곽(예를 들어, 벌집 구조와 같은 요소의 장치), 원형 윤곽, 타원형 윤곽, 또는 3각형 윤곽을 갖는 소자를 사용하는 것도 가능할 것이다.
장치의 제조의 관점에서, 즉 층의 요소를 소정 위치에 위치시키는 공정의 관점에서, 인접한 요소의 쌍들 사이의 갭들은 길이방향으로 연장하는 적어도 하나의 연속적인 직선형 갭이 있도록 및/또는 층의 길이방향과 직교하는 횡방향으로 연장하는 상이한 쌍들 사이의 적어도 하나의 연속적인 직선형 갭이 있도록, 인접한 요소들의 다른 쌍들의 갭과 정렬되는 것이 바람직하다. 따라서 요소의 윤곽은 직사각형 또는 2차 형상이고 또한 층의 요소들은 모두 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하므로, 층과 직교하는 방향에서 보았을 때, 요소들은 횡으로 그리고 열로(in columns and rows) 정렬될 수 있다. 또한, 직선형의 갭은 이 경우에 횡 및 열의 라인을 따른다.
층의 한쪽으로부터 반대쪽으로 연장하는 적어도 하나의 직선형의 연속적인 갭이 있다면, 또한 요소가 가요성 지지 재료상에 고정된다면, 층은 요소를 가요성 지지 재료상에 고정함으로써 또한 층을 직선형의 연속적인 갭을 따라 절첩(fold)시킴으로써 예비-제조(pre-fabricate)될 수 있다. 여러 개의 직선형의 연속적인 갭이 있다면, 예비-제조된 장치는 복합적으로 절첩될 수 있다. 예를 들어, 서로 평행하게 연장하는 다수의 직선형의 연속적인 갭이 있다면, 예비-제조된 장치는 이들 평행한 직선형의 갭을 따라 절첩될 수 있으며, 또한 예비-제조된 장치를 장치가 작동될 소정 위치상의 위치로 이송 중 요구되는 공간이 상당히 감소된다. 예를 들어, 예비-제조된 장치는 코일의 방식으로 또는 구불구불한 형태로 절첩될 수 있다.
하기에 있어서, 복합층은 전기 도체 장치에 의해 발생된 전자기장의 자력선을 형성하기 위한 수단으로서 설명된다. 이 복합층의 연속적인 지지층은 전술한 가요성 재료일 수 있다. 복합층은 자화 가능한 재료(바람직하기로는, 페라이트)로 제조되는 복수의 요소를 포함하며, 상기 요소는 서로 거리를 두고 위치되며 또한 지지층 상에 고정된다. 또한, 요소는 타일, 예를 들어 전술한 타일의 형상일 수 있다.
바람직하게도, 요소는 층의 길이방향으로 및/또는 횡방향으로 필드 형성층의 연장부 위에 균일하게 분포된다.
바람직한 실시예에 따라, 연속적인 지지층(예를 들어, 금속의 시트)은 전기 전도성 재료로 제조된다. 예를 들어, 전기 전도성 재료는 알루미늄일 수 있으며, 이것은 아닐링된(annealed) 알루미늄일 수 있으므로, 이것은 가요성이며 또한 적어도 하나의 직선형 갭으로 절첩될 수 있다.
바람직하게도, 전기 전도성 재료로 제조된 연속적인 지지층은 자화 가능한 재료로 제조된 요소보다 1차측 도체 장치로부터 더 멀리 위치된다.
전기 전도성 재료의 추가적인 층(전기 전도성 재료의 층이 자화 가능한 요소가 고정되는 층이 아닌 대안적인 실시예에서 동일하게 적용됨)은 이것이 추가적인 차폐 효과를 제공한다는 장점을 갖는다. 전기 전도성 재료를 지난 영역은 전자기장으로부터, 특히 1차측 도체 장치에 의해 생산된 필드로부터 효과적으로 차폐된다.
특히, 요소가 타일의 형상이라면, 또한 인접한 요소들의 각각의 쌍 사이에 거리 또는 갭이 있다면, 장치는 모자이크(mosaic)로 지칭될 수 있다. 타일은 바람직하게도 층의 연장부 위에 균일하게(즉, 동종의 방식으로) 분포된다.
예를 들어, 개별적인 요소는 캐스팅(casting)에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게도, 자화 가능한 재료는 이 경우 페라이트 재료이다.
특히, 자화 가능한 재료의 요소는 바람직하게도 역시 가요성인(지지 재료의 바람직한 실시예처럼) 추가적인 연결 재료를 사용하여, 지지층에 특히 전기 전도성 재료로 제조된 지지층에 고정될 수 있다. 연결 재료는 폴리머 또는 임의의 다른 플라스틱 재료와 같은 접착제일 수 있다. 결과적으로, 자화 가능한 재료의 요소는 지지 재료와 거리를 두고 위치된다. 지지 재료로서 금속 재료인 경우에, 차폐 효과가 개선되며, 또한 부식이 배제될 수 있다. 요소(예를 들어, 페라이트 요소)와 금속 지지층(예를 들어, 알루미늄으로 제조된) 사이의 거리는 수 밀리미터의 범위인 것이 바람직하다.
특히, 연속적인 지지층 및 요소를 포함하는 복합층은, 소정 위치상의 목표 영역의 일부에 제공 및 위치될 수 있으며 또한 목표 영역을 점유하도록 권취된 것이 풀리거나 절첩된 것이 펴질 수 있으며, 코일의 형태로 권취되거나 서로의 위의 섹션에 절첩될 것이다.
특히, 복합층의 경우에 있어서, 장치의 다른 실시예뿐만 아니라, 자화 가능한 재료는 전기 전도성 재료와 바람직하게 조합된다(전술한 바와 같이). 1차측 도체 장치에서 보았을 때, 자화 가능한 재료(요컨대, 자기층)의 요소를 포함하는 층이 있으며, 상기 인접한 요소들은 서로 거리를 두고 위치되며, 그에 따라 요소들 사이에 갭을 남긴다. 또한, 1차측 도체 장치에서 보았을 때, 전기 전도성 재료는 자기층을 지나 위치되며, 상기 전기 전도성 재료는 요소들 사이의 갭 뒤에 적어도 위치되며, 또한 바람직하기로는 자기층 뒤에 연속적인 층을 형성한다. 어떤 경우라도, 예를 들어 연속적인 층이 요소의 장치의 윤곽을 지나 연장한다면, 전기 전도성 재료는 요소의 장치의 윤곽의 외측의 영역 뒤에[즉, 마진(margin) 뒤에] 위치될 수도 있다. 그에 따라, 전기 전도성 재료는 적어도 갭을 덮으며, 상기 전기 전도성 재료는 오직 갭 또는 마진의 일부만 덮이도록 관통 구멍을 선택적으로 포함한다.
결과적으로, 자기층과 직교하는 직선형의 방향으로 1차측 도체 장치로부터 자기층을 향해 연장하는 가상의 선(ray)은 자화 가능한 재료의 요소들 중 하나 상에 충돌하거나 갭을 지나간다(또는 더 일반적으로 말해, 자화 가능한 재료가 없는 지역에 충돌한다). 자화 가능한 재료가 없는 지역에 충돌하는 선은 상기 지역을 지나가고 또한 전기 전도성 재료상에 충돌하거나 선택적으로 전기 전도성 재료의 관통 구멍을 지나간다. 물론, 실제로, 이들 가상의 선은 1차측 전기 도체 장치와 자기층 사이에서 장치의 임의의 다른 재료를 관통할 것이며, 또한 선택적으로 갭에서 및/또는 자기층과 전기 전도성 재료 사이에서 (자화 가능한 재료도 아니고 전기 전도성 재료도 아닌) 임의의 재료를 통과할 것이다. 그 결과, 자화 가능한 재료의 요소에 의해 점유된 자기층 내의 영역(개별적인 요소들의 윤곽에 의해 한정된 영역들의 총합임)은 1차측 도체 장치에 의해 보이는 전체 자기 영역으로서 계산될 수 있다. 또한, 전기 전도성 재료에 의해 점유된 자기 층 뒤의 영역은, 1차측 전기 도체 장치에 의해 보여진 전기적으로 도전성인 전체 영역으로서 산출될 수 있다. 전기 전도성 재료에 관통 구멍이 없다면, 자기층 내의 갭의 영역(임의의 마진의 영역을 더한, 전술한 바 참조)은 전기적으로 도전성인 전체 영역과 동일하다.
바람직한 실시예에 따라, 자기층의 전체 영역(즉, 전체 자기 영역과 자화 가능한 재료가 없는 지역의 영역의 총합)에 대한 전체 자기 영역의 비율은 적어도 70%, 바람직하기로는 적어도 81%, 가장 바람직하기로는 적어도 84%이다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 자기층의 전체 영역에 대한 전체 자기 영역의 비율은 97%보다 크지 않으며, 바람직하기로는 94%보다 크지 않으며, 가장 바람직하기로는 89%보다 크지 않다.
자기층의 전체 영역에 대한 전체 자기 영역의 이 비율은 수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치에 대해 에너지를 1차측 조립체로부터 2차측 수용 장치로 전달하기 위한 시스템의 결과적인 인덕턴스의 민감도가 특히 작다는 장점을 갖는다. 특히, 상기 비율은 자기층에 대한 1차측 도체 조립체의 거리에 의존한다. 바람직하게도, 이 거리는 20cm보다 크지 않다. 이 경우에, 비율은 이것이 적어도 81% 이도록, 바람직하기로는 적어도 84% 이도록 선택될 수 있으며 또한 이것이 94%보다 크지 않도록, 바람직하기로는 89%보다 크지 않도록 선택될 수 있다. 특히, 이들 한계치들이 충족되면, 전기 도체의 코일의 인덕턴스(하기 참조)는, 자기층에 대한 코일의 인덕턴스가 30cm에서 ±10cm만큼 변화되는 경우에 ±5%의 범위보다 크게 변하지 않는다.
더 일반적으로 말해, 자화 가능한 재료가 없는 필드 형성층 내의 지역을 포함하는 필드 형성층의 전체 영역에 대해 자화 가능한 재료로 제조된 요소가 차지하는 필드 형성층 내의 영역의 비율은 바람직하게도 이들 한계치 내에 있다. 전술한 복합층에 대해, 자화 재료가 없는 자기층 내의 지역을 포함하는 자기층 내의 전체 영역에 대해 자화 가능한 재료로 제조된 요소가 차지하는 자기층 내의 영역의 비율은 이 한계치 내에 있는 것이 바람직하다.
전기 전도성 재료에 의해 후방측 상에 덮인 요소들 사이의 갭을 떠나는 자화 가능한 재료의 조합은 전기 도체의 코일의 인덕턴스 상에 보상 효과를 가지며; 코일이 전기 전도성 재료에 더 가깝게 위치될수록 인덕턴스는 더 작아지며, 또한 코일이 자화 가능한 재료에 더 가깝게 위치될수록 인덕턴스는 더 커진다. 재료의 조합의 보상 효과는 수용 장치와 1차측 도체 조립체의 상대 위치에 대해 감소된 민감도에 대한 이유가 된다.
특히, 본 발명은 차량을 위한 루트(route)(철로 또는 도로와 같은)의 구성에 적용될 수 있다.
본 발명의 예 및 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 지지층 상에 횡으로 그리고 열로 배치되는 자화 가능한 재료로 제조된 복수의 요소를 포함하는 복합층의 개략적인 평면도이다.
도 2는 요소가 장치의 한쪽으로부터 반대쪽으로 연장하는, 도 1에 도시된 장치와 유사한 개략적인 평면도이다.
도 3은 점선 Ⅲ으로 마킹된 도 1에 도시된 장치의 영역의 확대도이다.
도 4는 차량이 이동할 수 있거나 정지할 수 있는 트랙 또는 도로의 표면, 매립된 1차측 도체 장치, 및 도 1에 도시된 층과 유사한 복합층을 포함하는 장치의 횡단면의 개략적인 도면이다.
도 5는 층이 요소들 사이의 3개의 직선형 갭을 따라 미세하게 절첩되는, 도 4의 복합층을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 장치는 자화 가능한 재료로 제조된 모두 60개의 요소를 포함하며, 그 요소의 일부가 도면부호 1로 도시되어 있다. 요소(1)는 각각 5개의 요소(1)의 횡으로 그리고 각각의 경우 12개의 요소(1)의 열로 배치된다. 횡 및 열당 요소의 개수는 단지 예일 뿐이며, 실제로는 원하는 구성, 특히 층의 원하는 치수에 따라 변하며 그리고 이에 따를 수 있다.
대응하는 갭(2)이 인접한 요소들(1) 사이에 존재하도록 인접한 요소들(1)의 각각의 쌍 사이에는 거리가 있으며(도 3 참조), 상기 갭은 자화 가능한 재료가 없다. 실제로, 이들 갭은 재료가 전혀 없을 수 있으며, 또는 다른(자화 가능한 재료가 아닌) 재료를 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.
요소(1) 아래에는 지지층(3)이 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지지층(3)의 윤곽은 거리(22)를 두고 지지층(3)의 윤곽 다음에 위치된 요소(1a, 1b, 1c)의 엣지로 연장한다.
2개의 인접한 요소들(1) 사이, 예를 들어 요소(1a)와 요소(1c) 사이의 갭은 도면부호 2와 그리고 인접한 요소를 표시하는데 사용된 문자로 표시된다[예를 들어, 인접한 요소들(1a, 1b) 사이의 갭이 도 3에 2a, 2b, 2c로 도시되어 있다]. 갭은 직선형의 연속적인 갭을 형성하도록 정렬된다. 특히, 인접한 요소의 모든 쌍들 사이의 갭은 동일한 폭을 갖는다(즉, 인접한 요소들 사이의 거리는 동일하다).
예를 들어, 도 1에 도시된 실시예의 경우에 있어서, 길이(도 1의 수평 방향으로) 및 폭(도 1의 수직 방향으로)은 동일할 수 있으며, 또한 10cm에 이를 수 있다. 이 경우에, 대응하는 갭(2)을 횡단하는 임의의 두 인접한 요소들(1) 사이의 거리는 0.75 내지 1.25cm의 범위, 바람직하기로는 0.9 내지 1.1cm의 범위에 있을 수 있으며, 또한 예를 들어 1cm에 이를 수 있다.
도 5와 관련하여 설명되는 바와 같이, 지지층은 연속적인 직선형 갭을 따라 절첩될 수 있다. 이것은 이 종류의 복합층이 바람직하지 않더라도 도 2에 도시된 수정된 장치에도 가능하다. 도 2에 도시된 장치의 요소(11)는 도 1에 도시된 장치에 비해 횡방향(도 2의 수직 방향)으로 더 넓다. 개별적인 요소(11)는 횡방향으로 한쪽으로부터 횡방향의 반대쪽으로 연장한다. 요소(11) 아래의 지지층이 13으로 표시된다.
예를 들어, 도 2에 도시된 실시예의 경우에 있어서, 요소(11)의 길이(도 1의 수평 방향)는 동일할 수 있으며 또한 10cm에 이를 수 있다. 이 경우에, 대응하는 갭을 횡단하는 임의의 두 인접한 요소들(11) 사이의 거리는 0.85 내지 1.35cm의 범위, 바람직하기로는 1.0 내지 1.2cm의 범위에 있을 수 있으며, 또한 예를 들어 1.1cm에 이를 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와는 달리, 위에서 보았을 때 그 거리는 요소(1; 11)의 엣지에 대한 지지층(3; 13)의 윤곽 사이의 거리가 아닐 수 있다.
도 4에 도시된 횡단면은 상이한 방식으로 해석될 수 있다. 하나의 경우에 있어서, 도 4의 수평 방향은 길이방향으로 연장하므로, 도 4의 영상 평면과 직교하는 방향은 횡방향이다. 이 경우에, 요소(1e, 1f, 1g)의 개수는 바람직하게도 길이방향으로 앞뒤로 배치되는 자화 가능한 재료로 제조되는 연속적인 요소의 전체 개수가 아니다.
도 4의 다른 해석에 따라, 도면의 수평 방향은 필드 형성층의 길이방향이 도 4의 영상 평면과 직교하여 연장하도록 횡방향이다. 이 경우에, 연속적인 방식으로 나란히 위치되는 4개의 요소(1e, 1f, 1g, 1h)의 개수는 요소의 전체 개수일 수 있다(그러나 실제로 횡방향으로 더 많은 연속적인 요소 또는 더 적은 요소가 있을 수 있다). 어떤 경우라도, 요소(1)는 지지층(23)에 의해 지지된다. 특히, 요소(1)는 예를 들어 접착제를 사용하여 지지층(23)의 상부 표면상에 고정될 수 있다. 접착제는 도시되지 않았으며, 또한 접착제의 존재로 인해 요소(1)는 수직 방향으로, 즉 지지층의 상부 표면 위로 거리(예를 들어, 수 밀리미터)를 두고 위치될 수 있다.
요소(1)의 상부 표면 위의 거리에, 작동 중 차량(도시되지 않음)의 수용 장치에 수용되는 전자기장을 생산하는 1차측 도체 장치(26)가 위치된다. 도 4의 예에 있어서, 1차측 도체 장치(26)는 그라운드에 매립되거나 차량의 트랙에 집적되며, 그리고 트랙의 표면은 도면부호 25로 표시된다.
일부 자속선(F)의 코스가 도 4에 도시되어 있다. 그러나 요소(1)의 영역에서 자속선(F)의 일부 섹션만 도시되었다. 자속선(F)은 요소(1) 위로부터 그 연장부를 따라 굴곡되는데, 그 이유는 요소(1)의 자화 가능한 재료가 자화 가능한 재료의 연장부를 따르기 위해 자속선(F)을 재지향시키기 때문이다. 도시된 자속선(F)은 단지 예에 지나지 않는다. 다른 자속선이 다른 위치에서, 예를 들어 요소(1)의 상부 표면에서 요소(1)의 재료에 들어갈 수 있다.
도 1 내지 도 4의 도시에 따라 필드 형성층의 수평 연장부가 바람직하지만, 1차측 도체 장치와 관련하여 필드 형성층을 사용하는 유일한 방법은 아니다. 예를 들어, 필드 형성층 또는 추가적인 필드 형성층은 수평 평면에 대해 경사질 수 있으며 및/또는 1차측 도체 장치의 횡방향으로 위치될 수 있다. 또한, 지지층 및 상기 지지층에 고정된 요소를 포함하는 동일한 복합층이 1차측 도체 장치의 아래로 및 옆으로(횡방향으로) 연장하는 것도 가능하다.
도 5는 예를 들어 복합층(23), 도 4의 1e 내지 1h 가 인접한 요소들(1) 사이의 갭을 따라 절첩될 수 있음을 도시하고 있다. 도 5에 도시된 상태에 있어서, 복합층은 3개의 갭(2ef, 2fg, 2gh)의 각각을 따라 절첩된다. 도 5에 도시된 절첩각(folding angle)은 20°이지만, 그러나 지지층(23)의 가요성에 따라 또한 인접한 요소들(1) 사이의 각각의 갭의 폭에 따라, 상기 절첩각은 더 클 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 장치는 코일을 형성하도록 또는 서로의 위에 적층되는 층 섹션을 형성하도록 절첩될 수 있다.

Claims (19)

  1. 교류 전류가 도체 장치(26)를 통해 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측 전기 도체 장치(26); 및
    전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)을 포함하는, 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치에 있어서,
    필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소(1)를 포함하며, 인접한 요소(1a, 1b; 1a, 1c)는 서로 거리를 두고 위치되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    2개의 인접한 요소들(1) 사이의 거리는 상기 거리를 횡단하는 방향으로 인접한 요소의 연장부보다 작은 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  3. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    자화 가능한 재료가 없는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f) 내의 지역을 포함하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 전체 영역에 대해 자화 가능한 재료로 제조된 요소가 차지하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f) 내의 영역의 비율은 적어도 70%이고 또한 97%보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    요소(1)는 타일의 형상인 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    요소(1)는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 길이방향으로 및/또는 횡방향으로 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 연장부 위로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    요소(1)는 연속적인 지지층(23)에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    연속적인 지지층(23)은 전기 전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치.
  8. 전기 도체 장치(26)에 의해 발생된 전자기장의 자력선을 형성하기 위한 복합층으로서;
    - 연속적인 지지층(23); 및
    - 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소(1)를 포함하며,
    상기 요소(1)는 서로 거리를 두고 위치되며, 또한 지지층(23)에 고정되는 것을 특징으로 하는 복합층.
  9. 청구항 8에 있어서,
    자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소(1)는 자기층을 형성하도록 배치되며, 자화 가능한 재료가 없는 자기층 내의 지역을 포함하는 자기층의 전체 영역에 대해 자화 가능한 재료로 제조되는 요소(1)가 차지하는 자기층 내의 영역의 비율은 적어도 70%이고 또한 97%보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 복합층.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    요소(1)는 타일의 형상인 것을 특징으로 하는 복합층.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 하나의 청구항에 있어서,
    요소(1)는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 길이방향으로 및/또는 횡방향으로 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 연장부 위로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 복합층.
  12. 청구항 8 내지 청구항 11 중 하나의 청구항에 있어서,
    연속적인 지지층(23)은 전기 전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 복합층.
  13. 교류 전류가 도체 장치(26)를 통해 흐를 동안 전자기장을 발생시키도록 구성된 1차측 전기 도체 장치(26)가 제공되고,
    전자기장의 자력선을 형성하도록 구성된 자화 가능한 재료를 포함하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)이 도체 장치(26)의 주위에 배치되는, 자기 유도에 의해 차량에 에너지를 제공하기 위한 장치를 형성하는 방법으로서,
    필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)은 자화 가능한 재료로 제조되는 복수의 요소(1)를 사용하여 배치되며, 인접한 요소(1)는 서로 거리를 두고 위치되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    자화 가능한 재료가 없는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f) 내의 지역을 포함하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 전체 영역에 대해 자화 가능한 재료로 제조된 요소(1)가 차지하는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f) 내의 영역의 비율은 적어도 70%이고 또한 97%보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)은 청구항 7 내지 청구항 10 중 하나의 청구항의 복합층으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 하나의 청구항에 있어서,
    인접한 요소(1)는 거리를 횡단하는 방향으로 상기 인접한 요소(1)의 연장부보다 작은 거리를 두고 서로 위치되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16 중 하나의 청구항에 있어서,
    요소(1)는 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 길이방향으로 및/또는 횡방향으로 필드 형성층(1a-1d; 1e-1f)의 연장부 위로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  18. 청구항 13 내지 청구항 17 중 하나의 청구항에 있어서,
    요소(1)는 연속적인 지지층(23)에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    연속적인 지지층(23) 및 요소(1)를 포함하며 코일의 형태로 권취되거나 서로의 위의 섹션에 절첩되는 복합층은 소정 위치상의 목표 영역의 일부에 제공 및 위치되어서, 상기 목표 영역을 점유하도록 권취된 것이 풀리거나 절첩된 것이 펴지는 것을 특징으로 하는 차량에 에너지를 제공하기 위한 방법.
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