KR20150015473A - 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로 유도에 의한 전기 에너지 공급 - Google Patents

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봄바디어 트랜스포테이션 게엠베하
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Abstract

본 발명은 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 차량의 궤도에 배치된 및/또는 차량의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스보다 위에서 차량에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기 표류 자계를 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 2차측 전도체 조립체(21)와, 자화 가능 재료로 제조된 2차측 차폐 조립체(23)를 포함한다. 2차측 차폐 조립체(23) 또는 2차측 차폐 조립체(23)의 일부분은 2차측 전도체 조립체(21)와 동일한 수준에서 2차측 전도체 조립체(21)의 옆으로 연장하고, 이에 의하여 자화 가능 재료를 지나서 위치되어 있는 영역을 전자기 표류 자계로부터 차폐한다.

Description

육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로 유도에 의한 전기 에너지 공급{PROVIDING A LAND VEHICLE, IN PARTICULAR A RAIL VEHICLE OR A ROAD AUTOMOBILE, WITH ELECTRIC ENERGY BY INDUCTION}
본 발명은 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에 전기 에너지를 공급하는 장치(arrangement)에 관한 것이다. 전자기장은 소스(통상적으로 전기 전도체의 권선 및/또는 코일)에 의하여 차량의 궤도(track)에 배치된 및/또는 차량의 정류장에 배치된 1차측에서 생성된다. 전자기장의 자기 성분은 전자기장의 소스보다 위에서 차량에 탑재된 2차측에서 수용된다. 2차측에서의 자기 유도에 의하여, 전기 에너지가 생성된다. 본 발명은 또한 육상 차량에 전기 에너지를 공급하는 대응 방법에 관한 것이다. 더 나아가서, 본 발명은 상기 장치를 포함하는 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에 관한 것이다.
그러나, 본 발명의 전체가 아닌 일부 양태는 1차측 및 2차측을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 오히려, 본 발명의 하나의 양태는 단지 1차측에 관한 것이고, 본 발명의 다른 양태는 단지 2차측에 관한 것이다.
용어 "1차측(primary side)" 및 "2차측(secondary side)"은 변압기에서 사용되는 용어에 해당되어 사용되고 있다. 사실상, 전기 에너지를 차량 궤도 또는 차량 정류장으로부터 유도에 의하여 차량으로 전송하기 위한 시스템(유도 전력 전송 시스템, 약어: IPT 시스템)의 전기 부분은 일종의 변압기를 형성한다. 종래 전압기에 비하여 유일한 차이는 차량, 즉 2차측이 이동할 수 있다는 사실이다.
WO 2010/000495 A1호는 전기 에너지를 차량에 전송하기 위한 시스템 및 방법을 설명하고 있다. 차량이 이동하는 도중에 에너지가 차량에 전송될 수 있다. 본 발명은 그러한 시스템에 관한 것이지만, 에너지를 이동 차량에 전송하는 것으로 제한하지 않는다. 오히려, 차량이 일시적으로 정지(버스 정류장에 있는 버스와 같이 정지)해 있거나 차량이 주차되어 있는 동안 에너지가 전송될 수도 있다.
차량은 종래의 철도 차량, 모노레일 차량, 무궤도 버스 및 다른 수단에 의하여 궤도에서 안내되는 차량과 같은, 궤도 이동 차량(track bound vehicle)을 포함하는, 어떠한 육상 차량이라도 될 수 있다. 육상 차량의 하나의 실례는 궤도에 구속되지 않는 버스를 포함한 도로 자동차이다. 예를 들어, 이 차량은 전기 작동식 추진 모터를 갖는 차량이 될 수 있다. 차량은 또한 하이브리드 추진 시스템, 예로서 전기 에너지, 또는 전기화학적 저장 에너지 또는 연료(예로서 천연가스, 가솔린 또는 석유)와 같은 다른 에너지에 의하여 작동될 수 있는 시스템을 갖는 차량이 될 수도 있다.
WO 2010/000495 A1호는 전자기장을 생성하기 위한 1차측의 구불구불한 권선의 실례를 기재하고 있다. 본 발명의 1차측 전도체 조립체(이는 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기장을 생성하는 전기 전도성 재료로 제조되어 있다)는 동일하거나 다른 형태를 가질 수 있다. 어떤 경우에도, 1차측 전도체 조립체의 적어도 섹션(section) 및/또는 부품은 길이 및 폭을 가지므로, 1차측 전도체 조립체가 측방향 모서리를 포함하게 된다. 예를 들어, WO 2010/000495 A1호에 기재된 바와 같이, 1차측 전도체 조립체의 섹션은 상기 1차측 전도체 조립체의 양측면에서 2개의 측방향 모서리를 가지도록 차량의 궤도를 따라 연장할 수 있다. 이동 방향으로 연장하는 세장형 전기 전도체, 다수의 권선을 갖는 전기 전도체의 코일, 및 다른 형태를 갖는 전기 전도체의 배열과 같은 다른 형태도 가능하다.
위에 설명되어 있는 1차측 전도체 조립체의 형태는 또한 2차측 전도체 조립체에 적용될 수 있으며, 다만 2차측 전도체 조립체는 차량에 탑재된다는 것이 다르다.
어떤 경우에서는, 1차측 전도체 조립체와 2차측 전도체 조립체 사이에 1차측 전도체 조립체에 의해 생성되는 전자기장을 주변환경으로 방출되게 하는 갭이 있다. 또한, 전류가 작동 중에 2차측 전도체 조립체를 통해 흐르며, 이러한 전류가 또한 아래에서 "전자기 표류 자계(electromagnetic stray field)"로 지칭되어 있는 전자기장을 초래한다. 이러한 표류 자계는 또한 전자기 방사선을 주변환경으로 방출시킨다.
특히 전자기장 또는 자기장 강도의 대응하는 한계값이 관찰되어야 한다. 원칙적으로, 1차측과 2차측 사이의 갭이 클수록, 주변환경에서 자계 강도가 커진다.
본 발명의 목적은 육상 차량에 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하기 위한 시스템의 주변환경을 향하여 자기 방사선의 방출을 감소시키는 데 있다. 대안으로, 본 발명의 목적은 종래 시스템에 비하여 주변환경으로의 방출을 증가시키지 않고 1차측에서 2차측으로 향하는 전송 전력을 증가시키는 데 있다.
본 발명의 기본 기술 사상에 따라서, 자화가능 재료(magnetizable material)는 1차측 전도체 조립체에 의해 생성된 및/또는 2차측 전도체 조립체에 의해 생성된 전자기장(들)로부터 주변환경을 차폐하는 데 사용된다. 따라서, 자화가능 재료로 제조된 차폐 조립체는 전도체 조립체와 함께 조립된다. 차폐 조립체 또는 차폐 조립체의 일부분은 전도체 조립체와 동일한 높이 수준(약칭: "수준")에서 각자의 전도체 조립체의 옆에서 연장한다. 추가로 또는 대안으로서, 차폐 조립체 또는 차폐 조립체의 일부분은 각자의 전도체 조립체보다 위에서 및/또는 아래에서 연장한다. 그 결과, 자화가능 재료를 지나서(전도체 조립체로부터 바라보면) 배치되어 있는 영역들은 전도체 조립체에 의해 생성된 자기장으로부터 차폐된다.
전자기장으로부터 주변환경을 차폐하는 것은 특히 전자기장의 자기 성분의 강도를 감소시킴으로써 실시된다.
특히, 이하를 제안한다: 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 차량의 궤도에 배치된 및/또는 차량의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스보다 위에서 차량에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하는 장치로서, 상기 장치는
- 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기장을 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 1차측 전도체 조립체,
- 자화가능 재료로 제조된 1차측 차폐 조립체를 포함하고,
상기 1차측 차폐 조립체 또는 1차측 차폐 조립체의 일부분은 상기 1차측 전도체 조립체와 동일한 수준에서 상기 1차측 전도체 조립체의 옆에서 연장하고, 이에 의하여 자화가능 재료를 지나서 위치되어 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐한다.
추가로 또는 대안으로서, 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 차량의 궤도에 배치된 및/또는 차량의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스보다 위에서 차량에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하는 장치가 제안되고, 상기 장치는
- 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기 표류 자계를 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 2차측 전도체 조립체,
- 자화가능 재료로 제조된 2차측 차폐 조립체를 포함하고,
상기 2차측 차폐 조립체 또는 2차측 차폐 조립체의 일부분은 상기 2차측 전도체 조립체와 동일한 수준에서 상기 2차측 전도체 조립체의 옆으로 연장하고, 이에 의하여 자화가능 재료를 지나서 위치되어 있는 영역을 전자기 표류 자계로부터 차폐한다.
더 나아가서, 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 2차측에서 자기 유도에 의하여 전자기장의 소스보다 위에서 차량에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하기 위해, 차량의 궤도에 배치된 및/또는 차량의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성함으로써 전기 에너지를 공급하는 방법이 제안되고, 여기서
- 상기 전자기장은 전기 전도성 재료로 제조된 1차측 전도체 조립체를 통해 교류 전류를 전도하게 함으로써 생성되고,
- 상기 1차측 전도체 조립체의 옆에 배치되어 있는 영역들은, 상기 1차측 전도체 조립체와 동일한 수준에서 상기 1차측 전도체 조립체의 옆에서 연장하는 1차측 차폐 조립체 또는 1차측 차폐 조립체의 일부분을 사용하여 전자기장으로부터 차폐되고, 상기 1차측 차폐 조립체는 자화가능 재료로 제조된다.
추가로 또는 대안으로서, 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 차량의 궤도에서 및/또는 차량의 정류장에서 차량 아래에 배치된 1차측에서 생성된 전자기장의 자기 성분을, 차량에 탑재된 2차측에서 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도를 사용함으로써 전기 에너지를 공급하는 방법이 제안되고, 여기서
- 상기 전자기장은 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기 표류 자계를 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 2차측 전도체 조립체에 의해 수용되고,
- 상기 2차측 전도체 조립체의 옆에 배치되어 있는 영역은, 상기 2차측 전도체 조립체와 동일한 수준에서 상기 2차측 전도체 조립체의 옆에서 연장하는 2차측 차폐 조립체 또는 2차측 차폐 조립체의 일부분을 사용하여 전자기 표류 자계로부터 차폐되고, 상기 2차측 차폐 조립체는 자화가능 재료로 제조된다.
경우에 따라서는, 자화가능 재료로 제조된 1차측 차폐 조립체가 또한 1차측 전도체 조립체 아래에서 연장하는 것이 바람직하다. 추가로 또는 대안으로서, 자화가능 재료로 제조된 2차측 차폐 조립체가 2차측 전도체 조립체 위에서 또한 연장할 수 있다. 양호하게는, 1차측 전도체 조립체 및/또는 2차측 전도체 조립체의 측방향 모서리 모두가 위 또는 아래에 설명된 방법으로 1차측 또는 2차측 차폐 조립체에 의해 차폐되는 것이다. 특히, 자화가능 재료는 전도체 조립체의 하나의 측방향 모서리 바로 옆의 영역에서부터 다른 측방향 모서리(예로서 제1 측방향 모서리에 대향하여 배치된) 바로 옆의 영역까지 연속적으로 연장할 수 있다. 그 결과, 주변환경의 더 많은 영역이 전자기장으로부터 차폐된다.
양호하게, 1차측 차폐 조립체는 2차측 차폐 조립체와 동시에 또는 동일한 시스템에서 사용된다. 양쪽 차폐 조립체는 자화가능 재료로 제조되며 전도체 조립체 옆에서 각자의 전도체 조립체를 차폐한다.
양호하게, 1차측 차폐 조립체는 1차측 전도체 조립체의 옆에서부터 1차측 전도체 조립체의 측방향 모서리 수준보다 높은 수준으로 연장하며, 이에 의하여 또한 자화가능 재료를 지나서 측방향 모서리보다 더 높은 수준에 위치해 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐한다.
따라서, 주변환경의 차폐 영역이 확장되며, 이는 특히 1차측 전도체 조립체와 2차측 전도체 조립체 사이의 갭이 큰 경우에 유용하다. 동일한 장점이 2차측 차폐 조립체의 아래의 양호한 실시예, 즉 2차측 차폐 조립체가 2차측 전도체 조립체의 옆에서부터 2차측 전도체 조립체의 측방향 모서리 수준보다 낮은 수준까지 연장하며 이에 의하여 또한 자화가능 재료를 지나서 측방향 모서리보다 낮은 수준에 위치해 있는 영역을 전자기 표류 자계로부터 차폐하는 실시예에 적용된다.
가장 양호한 실시예에 따라서, 1차측 차폐 조립체는 1차측 전도체 조립체의 측방향 모서리보다 높은 영역 내로 연장하고, 이에 의하여 자화가능 재료를 지나서 측방향 모서리보다 높게 위치해 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐한다. "측방향 모서리보다 높게"라는 표현은 자화가능 재료가 또한 전도체 조립체의 측방향 모서리 바로 위에 즉, 수직방향에서 볼 때 위에 위치해 있는 것을 의미한다.
따라서, 1차측 전도체 조립체보다 위에 사선으로 위치해 있는 주변환경의 영역을 향한 전자기 방사선의 방출이 상당하게 감소된다. 이 실시예는 1차측 전도체 조립체와 2차측 전도체 조립체 사이의 갭이 매우 큰 경우에 특히 유용하다. 이러한 실시예는 그러한 측방향 모서리의 차폐가 2차측으로의 에너지 전달 효율을 약간 감소시키지만 주변환경으로의 방출을 상당하게 감소시킨다는 지견에 기초를 두고 있다. 따라서 2차측으로의 상당히 큰 전송 전력이 동일한 1차측 전도체 조립체를 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 상당하게 높은 전류가 1차측 전도체 조립체를 통해 흐를 수 있다.
동일한 장점이 2차측 차폐 조립체의 아래 실시예, 즉 2차측 차폐 조립체가 2차측 전도체 조립체의 측방향 모서리보다 낮은 영역 내로 연장하고, 이에 의하여 자화가능 재료를 지나서 측방향 모서리보다 낮게 위치해 있는 영역을 전자기 표류 자계로부터 차폐하는 실시예에 적용된다. 특히, 상당하게 높은 전류가 자기장에 대한 적용가능한 한계를 위반하지 않고 2차측 전도체 조립체를 통해 흐를 수 있다. "측방향 모서리보다 낮게"라는 표현은 자화가능 재료가 또한 전도체 조립체의 측방향 모서리 바로 아래에, 즉 수직방향에서 볼 때 아래에 위치해 있다는 것을 의미한다.
차폐 재료로서 자화가능 재료를 사용하면 자기장의 자속선이 재료 내에서 안내된다는 장점을 가지게 된다. 차폐 재료가 존재하지 않는 상황에 비하여, 자속선의 적어도 일부가 자화가능 재료를 침투할 수 없다. 대신에, 이러한 자속선은 자화가능 재료의 연장 방향으로 재지향된다.
특히, 자화가능 재료는 작은 전기 전도성을 갖는 재료, 예로서 페라이트가 사용될 수 있다. 차폐 재료에서 유발되는 전류의 효과가 감소된다.
보다 일반적으로 말해서, 자화가능 재료는 강자성, 상자성, 또는 페리자성(ferrimagnetic)을 가질 수 있다. 자화가능 재료는 자화율이 적어도 10, 양호하게는 적어도 50이다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 1차측 전도체 조립체 및/또는 2차측 전도체 조립체가 차폐 조립체에 의해 봉쇄되고, 여기서 전도체 조립체를 봉쇄하는 자화가능 재료로 제조된 외피(outer shell)가 개구부를 가지며, 이 개구부를 통해 1차측과 2차측 사이에서 전자기장이 전파된다. 특히 전도체 조립체의 측방향 모서리의 영역에서 외피가 본원의 어디에서든지 설명된 형태를 가질 수 있다.
1차측 또는 2차측의 전도체 조립체가 복수의 부품을 포함하는 경우, 여기서 각각의 부품이 작동 중에 전류를 운반하는 전기 전도체를 포함하는 경우에, 각각의 부품은 자화가능 재료로 제조된 별개의 차폐 조립체에 의해 차폐될 수 있다. 더구나, 1차측 또는 2차측의 차폐 조립체가 서로 기계적으로 연결되는, 즉 자화가능 재료가 전도체 조립체의 다른 부품의 전기 전도체를 따라 연장하는 것이 가능하다. 예를 들어, 개별 차폐 조립체는 단면 형상이 C 또는 U가 될 수 있고, 여기서 C-프로파일(profile) 또는 U-프로파일의 개구부는 1차측에서 2차측으로 유도에 의해 전기 에너지를 전송하기 위한 시스템의 다른 측면을 향하여 배향되어 있다. 예를 들어, 전도체 조립체의 2 부품이 서로 기계적으로 연결되어 있는 차폐 조립체들에 의해 차폐되어 있으면, 2 부품의 경우에 E-프로파일의 형상과 같은 다른 단면 형상도 가능하다. 다시, E의 개구부는 시스템의 다른 측면을 향하여 배향되어 있다. 어느 경우에도, 예로서 C, U, 또는 E의 경우에도, 차폐된 전도체 조립체의 측방향 모서리 옆에서 시스템의 다른 측면을 향하여 연장하는 차폐 조립체의 섹션이 시스템의 1차측과 2차측 사이의 갭 내로 더욱 연장하는 것이 (위에서 언급한 대로) 바람직하다. 예를 들어, C-프로파일의 경우에, C의 자유 단부들은 서로를 향하여 내부로 연장하여 서로간에 갭을 남기며, 이 갭은 상술한 외피의 개구부이다.
그러나, 전도체 조립체의 대향한 측방향 모서리들이 동일한 차폐 조립체에 의하여 차폐되거나 또는 차폐 조립체에 의하여 동일한 방법으로 차폐될 필요는 없다. 따라서, 단면 형상이 예를 들어 L-프로파일의 형상이 될 수 있으며, 여기서 L-프로파일의 림들(limbs) 중 하나가 시스템의 1차측과 2차측 사이의 갭 내에서 횡방향으로 연장할 수 있다. 대안으로서, L-프로파일의 두 림들중 하나가 전도체 조립체 뒤로(시스템의 다른 측면에 있는 전도체 조립체에서 바라보면) 연장할 수 있고 L-프로파일의 다른 림이 전도체 조립체의 옆에서 연장할 수 있다. 어느 경우에도, 자화가능 재료의 2개의 L-프로파일은 전도체 조립체의 대향한 측방향 모서리들을 차폐하는 데 사용될 수 있다.
기본적으로 기술에 공지된 바와 같이, 자화가능 재료의 형식은 교류의 주파수에 맞추어질 수 있으며, 따라서 시스템의 작동 중에 발생하는 전자기장의 주파수에 맞추어질 수 있다. 예를 들어, 주파수는 몇 kHz의 중간 주파수 범위에 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 자화가능 재료는 컷아웃(cut-out)될 수 있으며 또는 시스템의 동일한 측면에서 자화가능 재료 사이에 갭을 포함할 수 있다. 이러한 갭에도 불구하고, 자속선은 (전도체 조립체의 형태에 의존하여) 갭을 가로지르는 방향에서 또는 갭을 가로지르는 방향에 대해 횡방향에서 안내된다. 갭에도 불구하고, 전자기장의 아주 소량이 갭을 통해 주변환경으로 누설되며, 왜냐하면 자화가능 재료가 재료 내의 자속선을 안내하며 그리고 자속선의 형상이 자화가능 재료 부근의 갭에서 단지 약하게 변형할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 전도체 조립체의 측방향 모서리는 자화가능 재료에 의해 차폐될 수 있다. 1차측과 2차측을 연결하는 방향에 대해 횡방향으로 측방향 모서리의 연장부를 따라, 차폐 조립체의 자화가능 재료가 적어도 하나, 양호하게는 다수의 갭을 포함한다.
자화가능 재료의 부품들 사이의 갭은 자화가능 재료의 필요량이 감소되며 따라서 중량 및 비용이 감소된다는 장점을 가진다.
본 발명의 추가 양태에 따라서, 1차측에서부터 2차측으로 향하는 방향에 대해 횡방향으로 연장함으로써 전도체 조립체의 연장부가 종료하는 모서리를 형성하는, 1차측 전도체 조립체 및/또는 2차측 전도체 조립체는 자화가능 재료와 함께 조립된다. 이러한 자화가능 재료는 1차측 전도체 조립체에 의해 생성된 및/또는 2차측 전도체 조립체에 의해 생성된 전자기장으로부터 주변환경을 차폐한다. 추가로, 이러한 자화가능 재료는 각자의 전도체 조립체의 연장부를 따라 연장하며 또한 각자의 전도체 조립체의 모서리들 중 적어도 하나를 지나서 연장한다. 다시 말하면, 자화가능 재료는 주변환경에서 보면 전도체 조립체를 적어도 부분적으로 덮으며, 이 덮개가 전도체 조립체의 모서리를 지나서 연장한다. 용어 "덮개(cover)"는, 자화가능 재료가 2차측 전도체 조립체보다 위에 또는 1차측 전도체 조립체보다 아래에 위치해 있는 경우뿐만 아니라, 자화가능 재료가 전도체 조립체의 수평방향으로 위치해 있는, 즉 전도체 조립체와 동일한 수준에 위치해 있는 경우를 포함한다. 후자의 경우에, 모서리를 지나서 연장하는 것은 자화가능 재료가 수평방향 및/또는 수직방향에서 모서리를 지나서 연장하는 것을 의미한다.
각자의 모서리를 지나서 연장함으로 인하여, 차폐 효과가 향상된다. 자화가능 재료의 차폐 조립체가 길이방향으로 길어지게 되고 그리고 C 또는 U의 단면 형상을 가지며(위를 참고), 이에 의하여 전도체 조립체의 적어도 일부분을 봉쇄하면, 차폐 조립체가 길이방향에서 전도체 조립체의 모서리 또는 모서리들을 지나서 연장하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 여러 실시예에 대해 첨부 도면을 참고하여 설명될 것이다.
도 1은 1차측 전도체 조립체에 의해 발생하는 전자기장을 수용하기 위한 리시버(receiver)(종종 또한 픽업이라고 부름)를 포함하는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2는 1차측 또는 2차측 전도체 조립체를 포함하고 추가로 자화가능 재료로 제조된 차폐 조립체를 포함하는 장치를 도시한다.
도 3은 전도체 조립체 및 차폐 조립체를 포함하는 장치의 부분의 3차원 개략도를 도시한다.
도 4는 전도체 조립체 및 차폐 조립체를 포함하는 2차측 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 2차측 전도체 조립체 및 자화가능 재료로 제조된 차폐판을 포함하며, 여기서 차폐판은 전도체 조립체보다 위에 위치해 있는, 종래 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 자화가능 재료로 제조된 차폐 조립체를 포함하며, 여기서 차폐 조립체가 또한 전도체 조립체의 작동 중에 생성되는 전자기 표류 자계로부터 전도체 조립체의 옆에서 영역을 차폐하는, 도 5에 도시된 장치의 변경을 도시한다.
도 7은 차폐 조립체가 전도체 조립체의 모서리를 지나서 연장하는 것을 예시하며, 차폐 조립체에 의해 덮인 전도체 조립체의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 차량(4)은 궤도(2)에서 이동하는 바퀴(7a, 7b)를 포함한다. 예를 들어, 차량(4)은 도로 자동차(개인 승용차 또는 버스와 같은)가 될 수 있고 또는 철도 차량과 같은 궤도 이동 차량이 될 수 있다. 도로 또는 철도의 세부는 도 1에 도시되어 있지 않다.
궤도(2)과 조합된 (예로서 궤도 내에 매립된) 전기 전도성 재료의 장치가 있다. 예를 들어, 작동 중에 3상 교류의 3가지 위상을 운반하기 위한 3개의 위상 전도체(1a, 1b, 1c)가 있다. 궤도내에 매립되거나 또는 궤도(2)의 일부인 전기 전도성 재료는 1차측 전도체 조립체를 형성한다. 작동 중에, 1차측 전도체 조립체(1)는 전자기장을 생성한다. 자기장선(F)이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 자기장선(F)은 완전하게 도시되어 있지 않다. 오히려, 1차측과 2차측 사이의 갭에서 자기장의 거의 동질성 영역이 자속선으로 도시되어 있다.
차량(4)은 전자기장을 수용하며 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리시버(4b)를 포함한다. 이를 위하여, 리시버(4b)는 2차측 전도체 조립체(5)를 포함한다. 도시된 특정 실시예에서, 상기 2차측 전도체 조립체(5)는 3상 교류를 생성하기 위한 3개의 위상 라인(5a, 5b, 5c)를 포함한다. 위상 라인은 세장형 전기 전도체의 다수의 권선을 포함하는 코일이 될 수 있다. 선택사양으로, 각 위상 라인은 복수의 코일을 포함할 수 있다.
도 1은 또한 리시버(4b)에 의해 생성되는 전기 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치(4a)를 개략적으로 도시한다. 생성된 전기 에너지를 어떠한 전기 소비자에게로 공급하는 데 사용될 수 있는 차량(4)에 탑재된 다른 전기 및/또는 전자 부품은 도 1에 도시되어 있지 않다.
도 2는 전도체 조립체(8)와 자화가능 재료로 제조된 차폐 조립체(9)를 포함하는 1차측 또는 2차측 장치의 평면도 또는 하단도면을 개략적으로 도시한다. 도 2는 즉 자화가능 재료로 제조된 별개의 부품(9a - 9j)을 사용하는 본 발명의 양호한 실시예의 기본 아이디어를 도시하며, 여기서 부품(9a - 9j)은 이웃한 부품(9a - 9j)에 대해 일정 거리에 배치되어 있어서 부품(9a - 9j)들 사이에 갭이 있다. 동시에, 다른 부품(9a - 9j)은 전도체 조립체(8)가 부품(9a - 9j)에 의해 그리고 부품(9a - 9j)들 사이의 갭에 의하여 함께 봉쇄되도록 배열되어 있다.
도 2에 도시된 장치는 차량에 에너지를 유도적으로 전송하기 위한 시스템의 1차측에 있는 장치가 될 수 있으며 또는 차량에 탑재된 2차측 장치가 될 수 있다. 어떤 경우에도, 1차측과 2차측을 연결하는 방향은 도 2의 화상 면에 대해 수직으로 연장한다.
도 2에 도시된 전도체 조립체(8)의 형태는 단지 실례에 불과하다. 어떤 다른 형태가 차폐 조립체(9)에 의해 봉쇄될 수 있다. 도 2의 실례에서, 전도체 조립체(8)는 전기 라인의 3개의 코일(8a, 8b, 8c)을 포함한다. 예를 들어, 각 코일은 3상 교류의 다른 위상을 생성할 수 있으며 또는 작동 중에 3상 교류의 하나의 위상을 운반할 수 있다.
언급한 바와 같이, 차폐 조립체(9)의 부품(9a - 9j)은 전도체 조립체(8)를 봉쇄한다. 용어 "봉쇄(enclosed)"는 도 2에 도시된 장치의 평면도 또는 하단 도면을 언급하고 있다. 예를 들어 도 2의 도면이 1차측 장치의 평면도이면, 전도체 조립체(8) 뒤에(즉 아래에) 추가의 자화가능 재료가 있어서 전도체 조립체(8) 아래의 영역이 또한 전자기장으로부터 차폐되는 것이 바람직하다(그러나 요구되는 것은 아니다). 그러나, 차폐 조립체(9)는 시스템의 다른 측면을 향하는 개구부(10)를 포함하므로, 자속선이 1차측에서부터 개구부(10)를 통해 2차측 전도체 조립체로 연장할 수 있다.
도 3은 1차측 또는 2차측 전도체 조립체의 코일(11)의 일부분을 도시한다. 도면의 전경에서, 코일(11)의 제1 섹션(11a)은 우측에서 좌측으로 측방향 모서리를 향하여 연장하고, 여기서 코일(11)의 전기선이 재지향되어 역전된다. 결과적으로, 도 3의 배경은 제1 섹션(11a)과 평행하게 연장하는 코일(11)의 역전된 섹션(11b)을 포함한다.
코일(11)의 전기선이 역전되어 있는 코일(11)의 측방향 모서리는 3개의 측면, 소위 하단면, 수평방향의 측면 및 상단면에서 차폐 조립체(13)의 자화가능 재료에 의해 둘러싸여 있다. 도시된 실례에서, 차폐 조립체(13)는 코일(11)의 측방향 모서리의 이러한 3측면에서 평평한 평판형 부품(13a, 13b, 13c)을 포함한다. 차폐 조립체(13)는 U-프로파일의 단면 형상을 갖는다. 실제로, U-프로파일은 도 3에 도시된 것보다 도 3의 전경 및/또는 배경을 향하여 더 멀리 연장할 수 있다. 덧붙여, 차폐 조립체는 추가의 부품들, 즉 섹션(11a, 11b) 보다 위에 있는 영역 또는 섹션(11a, 11b) 보다 아래에 있는 영역을 차폐하는 부품을 포함할 수 있다.
도 4에 도시되어 있는 전도체 조립체(21)는 높이가 다른 수준에 있는 요소들(21a, 21b, 21c)을 포함한다. 전도체 조립체(21)는 도 4에 완전하게 도시되어 있지 않다. 그보다는, 요소(21a)가 우측을 향하여 더 멀리 연장할 수 있으며, 도 4의 좌측면에 도시된 측방향 모서리와 동일한 방법으로 또는 유사한 방법으로 구성되어 있는 측방향 모서리에서 끝날 수 있다. 요소들(21a, 21b, 21c)은 전도체 조립체(21)의 다른 위상 라인에 속할 수 있다.
도 4에 도시되어 있는 전도체 조립체(21)의 측방향 모서리는 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일한 방법으로 차폐 조립체(23)에 의하여 둘러싸여 있다. 자화가능 재료로 제조된 제1 요소(23a)는 전도체 조립체(21)의 측방향 모서리보다 위에 배치되고, 자화가능 재료의 제2 부품(23b)은 측방향 모서리의 좌측면(수평방향에서)에 배치되고, 자화가능 재료의 제2 부품(23c)은 측방향 모서리보다 아래에 배치된다. 부품들(23a, 23b, 23c)은 전기 절연재료(25)에 의하여 요소들(21a, 21b, 21c)에 기계적으로 연결될 수 있으며, 상기 전기 절연재료(25)는 요소들(21a, 21b, 21c)과 부품들(23a, 23b, 23c) 사이의 갭들 중 적어도 일부를 채운다. 차폐 조립체(23)의 제1 요소(23a)는 전도체 조립체(21)의 측방향 모서리를 지나서 수평방향으로 연장한다.
요소들(21b, 21c)의 우측면에서 시작하여 우측을 향하여 연장하는 영역(전도체 조립체(21)의 대향한 측방향 모서리가 배치될 수 있는)에서 요소(21a) 위에서 연장하는 자화가능 재료의 추가 부품(24)이 있다. 따라서 요소(21a) 위의 영역은 자기장으로부터 차폐된다. 결과적으로, 도 4에 도시된 장치는 2차측 장치이며, 1차측에서부터 2차측으로 향하는 방법은 도 4에서 하단에서부터 상단으로 연장한다. 그러나, 도 4에 도시된 것과 동일한 방법으로 1차측 장치를 구성할 수 있으며, 즉 이 구성은 도 4의 하단에 있는 수평 라인에 대해 대칭적이다. 이러한 수평 라인(도 4에 도시되지 않음)은 1차측 장치와 2차측 장치 사이의 갭을 2개의 동일한 절반으로 나눌 것이다.
도 4는 또한 차폐 조립체(23, 24)의 효과를 보여주고 있다. 단일 자속선이 도 4의 하단에서부터 요소(21a)를 향하여 연장하지만, 차폐 조립체(23, 24)에 의하여 방향을 바꾸어 전도체 조립체(21)의 측방향 모서리를 돌아가며 자화가능 재료의 부품(24)의 좌측에서 우측으로 연장부를 따라간다.
도 5에 도시된 2차측 장치는 좌측에서 우측으로 연장하는 넓은 선으로 개략적으로 표시되어 있는 전도체 조립체(21)를 포함한다. 전도체 조립체(21)의 측방향 모서리들(21b, 21c)은 전도체 조립체(21)의 중간 부품(21a)보다 더 높은 수준에 위치해 있다.
중간 섹션(21a) 보다 위에 있으며 차폐 조립체(23, 24)를 구성하는 자화가능 재료로 제조된 평판형 요소(23a)가 있다. 도 5에서 점선의 수평 라인(22)은 차량의 궤도의 표면을 가리키며 또는 1차측 장치(도 5에 도시되지 않음)와 2차측 장치 사이의 갭을 2개의 동일한 절반으로 분할하는 수평 라인을 가리킨다.
전도체 조립체(21)의 작동 중에 생성되는 전자기 표류 자계는 도 5의 우측면에서만 자속선(F)으로 표시된다. 이러한 2개의 자속선(F)은 전도체 조립체(21)의 옆에서 배치되어 있는 영역(26)을 통해 연장한다. 결과적으로, 전자기 표류 자계의 자계 강도는 영역(26)에서 높다.
본 발명에 따라, 도 5에 도시된 장치는 도 6에 도시된 차폐 조립체(23)의 추가 부품 또는 섹션으로 변경되어 있다.
전도체 조립체(21)의 측방향 모서리들(21b, 21c) 부근에는, 자화가능 재료의3개의 부품(23a, 23b, 23c)이 도 3 및 도 4에 도시된 바와 유사한 방법으로 측방향 모서리보다 위에, 옆에 그리고 아래에 위치해 있다. 덧붙여, 전도체 조립체(21)의 중간 부품(21a)보다 위의 중앙 부품(23a)이 자화가능 재료로 제조된 중간 부품 또는 섹션(23d)을 거쳐 상단 부품(23a)에 연결되어 있다.
그 결과, 전자기 표류 자계의 자속선(F)가 도 5의 상황과 다른 방법으로 연장한다. 결과적으로, 측방향 모서리 옆에 있는 영역(26)의 자계 강도가 더욱 작아진다.
도 7은 전도체 조립체(31)를 덮은 자화가능 재료로 제조된 차폐 조립체(33)의 직사각형 윤곽을 도시한다. 차폐 조립체(33)는 다른 영역들(33a, 33b, 33c)을 포함한다. 전도체 조립체는 전기 전도 라인의 섹션을 각각의 경우에 포함하는 다른 부품들 또는 영역들(31a, 31b, 31c, 31d)을 포함한다. 전도체 조립체(31)의 윤곽 및 그 부품들 또는 영역들(31a, 31b, 31c, 31d)의 제한사항들은 점선으로 도시되어 있고, 이는 전도체 조립체(31)가 차폐 조립체(33)를 통해 볼 수 없다는 것을 나타낸다.
도 7의 수평 방향은 예를 들어, 차폐 조립체(33)가 IPT 시스템의 2차측에서 전도체 조립체 위에서 연장할 수 있는 장치(31, 33)의 길이방향에 해당한다. 특히, 장치(31, 33)는 도 6에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 이 경우에, 전도체 조립체(31)의 영역들(31a, 31b, 31c, 31d)은 도 6에 도시된 전도체 조립체(21)의 섹션들(21a, 21b, 21c, 21d)에 해당하고, 차폐 조립체(33)의 영역들(33a, 33b)은 도 6에 도시된 차폐 조립체(23)의 부품들(23a, 23b)에 해당한다.
따라서, 차폐 조립체(23 또는 33)의 C-자형 프로파일은 전도체 조립체(31)의 모서리들(도 7에서 수직 점선으로 나타낸)을 지나서 길이방향으로 연장한다. 길이방향에서 전도체 조립체(31)의 모서리를 지나서 배치되어 있는 차폐 조립체(33)의 영역은 도 7에서 참고부호 33e, 33f로 지칭되어 있다. 양호하게는, 영역(33e, 33f)은 또한 C-자형 프로파일의 부분이고, 이것은 도 6에 도시된 부품들(23a, 23b, 23c)의 경우이고, 이에 의하여 3 측면에서 전도체 조립체의 모서리를 둘러싼다.
덧붙여, 도 4와 관련지어 위에서 언급한 바와 같이, 차폐 조립체(33)의 영역(33a)은 전도체 조립체(31)의 모서리(도 7에서 수평 점선으로 도시된)를 지나서 측방향으로 연장한다.
결과적으로, 주변환경은 매우 효율적인 방법으로 IPT 시스템에 의해 생성된 자계로부터 차폐된다.

Claims (13)

  1. 육상 차량(4), 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에, 차량(4)의 궤도에 배치되고 그리고/또는 차량(4)의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스보다 위에서 차량(4)에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하는 장치로서,
    - 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기장을 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 1차측 전도체 조립체(8; 11)와,
    - 자화 가능 재료로 제조된 1차측 차폐 조립체(9; 13)를 포함하고,
    상기 1차측 차폐 조립체(9; 13) 또는 1차측 차폐 조립체(9; 13)의 일부분은 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)와 동일한 수준에서 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 옆에서 연장하고, 이에 의하여 자화 가능 재료를 지나서 위치되어 있는 영역이 전자기장으로부터 차폐되는, 장치.
  2. 선행 청구항에 있어서,
    상기 1차측 차폐 조립체(9; 13)는 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 옆에서부터 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 측방향 모서리의 수준보다 높은 수준까지 연장하고, 이에 의하여 또한 자화 가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 높은 수준에 위치해 있는 영역이 전자기장으로부터 차폐되는, 장치.
  3. 선행 청구항에 있어서,
    상기 1차측 차폐 조립체(9; 13)는 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 측방향 모서리보다 높은 영역 내로 연장하고, 이에 의하여 상기 자화가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 높게 위치해 있는 영역이 전자기장으로부터 차폐되는, 장치.
  4. 육상 차량(4), 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에, 차량(4)의 궤도에 배치되고 그리고/또는 차량(4)의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스보다 위에서 차량(4)에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도에 의하여 전기 에너지를 공급하는 장치로서,
    - 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기 표류 자계를 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 2차측 전도체 조립체(5; 21)와,
    - 자화가능 재료로 제조된 2차측 차폐 조립체(23)를 포함하고,
    상기 2차측 차폐 조립체(23) 또는 2차측 차폐 조립체(23)의 일부분은 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)와 동일한 수준에서 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 옆으로 연장하고, 이에 의하여 자화가능 재료를 지나서 위치되어 있는 영역이 전자기 표류 자계로부터 차폐되는, 장치.
  5. 선행 청구항에 있어서,
    상기 2차측 차폐 조립체(23)는 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 옆에서부터 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 측방향 모서리의 수준보다 낮은 수준까지 연장하고, 이에 의하여 또한 자화 가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 낮은 수준에 위치해 있는 영역이 전자기 표류 자계로부터 차폐되는, 장치.
  6. 선행 청구항에 있어서,
    상기 2차측 차폐 조립체(23)는 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 측방향 모서리보다 낮은 영역 내로 연장하고, 이에 의하여 상기 자화가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 낮게 위치해 있는 영역이 전자기 표류 자계로부터 차폐되는, 장치.
  7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 청구항의 장치를 포함하는 육상 차량, 특히 철도 차량 또는 도로 자동차.
  8. 육상 차량(4), 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 2차측에서 자기 유도에 의하여 전자기장의 소스보다 위에서 차량(4)에 탑재된 2차측에서 전자기장의 자기 성분을 수용하기 위해, 차량(4)의 궤도에 배치된 및/또는 차량(4)의 정류장에 배치된 1차측에서 전자기장을 생성함으로써 전기 에너지를 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전자기장은 전기 전도성 재료로 제조된 1차측 전도체 조립체(8; 11)를 통해 교류 전류를 전도하게 함으로써 생성되고,
    - 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 옆에 배치되어 있는 영역들은, 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)와 동일한 수준에서 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 옆에서 연장하는 1차측 차폐 조립체(9; 13) 또는 1차측 차폐 조립체(8; 13)의 일부분을 사용하여 전자기장으로부터 차폐되고, 상기 1차측 차폐 조립체(9; 13)는 자화가능 재료로 제조되는, 방법.
  9. 선행 청구항에 있어서,
    상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 옆에서부터 상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 측방향 모서리의 수준보다 높은 수준까지 연장하는 상기 1차측 차폐 조립체(9; 13)는 또한 자화 가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 높은 수준에 위치해 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐하는 데 사용되는, 방법.
  10. 선행 청구항에 있어서,
    상기 1차측 전도체 조립체(8; 11)의 측방향 모서리보다 높은 영역 내로 연장하는 상기 1차측 차폐 조립체(9; 13)는 또한 상기 자화가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 높게 위치해 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐하는 데 사용되는, 방법.
  11. 육상 차량(4), 특히 철도 차량 또는 도로 자동차에게로, 차량(4)의 궤도에서 및/또는 차량(4)의 정류장에서 차량(4) 아래에 배치된 1차측에서 생성된 전자기장의 자기 성분을, 차량(4)에 탑재된 2차측에서 수용하고 그리고 2차측에서 자기 유도를 사용함으로써 전기 에너지를 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전자기장은 전기 전도성 재료가 교류 전류를 운반하는 작동 중에 전자기 표류 자계를 생성하는 전기 전도성 재료로 제조된 2차측 전도체 조립체(5; 21)에 의해 수용되고,
    - 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 옆에 배치되어 있는 영역은, 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)와 동일한 수준에서 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 옆에서 연장하는 2차측 차폐 조립체(23) 또는 2차측 차폐 조립체(23)의 일부분을 사용하여 전자기 표류 자계로부터 차폐되고, 상기 2차측 차폐 조립체(23)는 자화 가능 재료로 제조되는, 방법.
  12. 선행 청구항에 있어서,
    상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 옆에서부터 상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 측방향 모서리의 수준보다 낮은 수준까지 연장하는 상기 2차측 차폐 조립체(23)는 또한 자화 가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 낮은 수준에 위치해 있는 영역을 전자기 표류 자계로부터 차폐하는 데 사용되는, 방법.
  13. 선행 청구항에 있어서,
    상기 2차측 전도체 조립체(5; 21)의 측방향 모서리보다 낮은 영역 내로 연장하는 상기 2차측 차폐 조립체(23)는 또한 상기 자화가능 재료를 지나서 상기 측방향 모서리보다 낮게 위치해 있는 영역을 전자기장으로부터 차폐하는 데 사용되는, 방법.
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