KR20150089345A - 전기자동차용 초전도 무선충전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온 냉각용기와 초전도 송신 코일을 결합하여, 자기공명방식으로 전력을 무선 충전할 수 있는 전기자동차용 초전도 무선충전기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 주차장의 바닥 또는 벽면에 설치되어, 특정 공진 주파수에서 공명하여, 전자기파를 발산하는 송신 코일 및 전기자동차의 하부면 또는 측면에 장착되어, 상기 송신 코일과 동일한 특정 공진 주파수에서 전력을 전달받아 전기자동차의 부하에 전달하는 수신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일은 초전도 물질로 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

전기자동차용 초전도 무선충전기{Wireless charger for electric cars}

본 발명은 전기자동차용 무선충전기에 관한 것으로, 더 상세하게는 극저온 냉각용기와 초전도 송신 코일을 결합하여, 자기공명방식으로 전력을 무선 충전할 수 있는 전기자동차용 초전도 무선충전기에 관한 것이다.

최근 고유가 및 환경오염 등으로 전기자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그러나 전기자동차의 배터리 성능, 배터리 크기, 충전방식, 충전거리, 충전시간, 충전 요금, 주행 거리 등에서 효율성이 낮은 상태이므로 전기자동차의 개발은 현재 초기 단계에 있다고 볼 수 있다.

최근에 개발된 플러그-인(plug-in) 하이브리드 자동차는 기존의 하이브리드 자동차와 달리 2차 전지를 주 엔진으로 사용한다. 또한 전기자동차의 충전을 위해서는 충전 커넥터를 콘센트에 꽂아서 충전을 진행해야 하는 불편함이 발생한다.

이러한 문제점을 해소하고자 대한민국 공개특허 공보 제10-2011-0068621호(2011. 06. 22)에 개시된 바와 같이, 자기유도 방식을 이용하여, 전기자동차를 무선 충전하는 방식이 다양하게 개발되고 있는 실정이다.

하지만 종래 전기자동차용 무선충전기는 충전 거리가 매우 짧은 단점이 있으며, 송신 코일과 수신코일의 위치가 틀어지면 충전 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.

대한민국 공개특허 공보 10-2011-0068621A, 2011. 06. 22, 5쪽 내지 7쪽.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기의 목적은, 초전도 물질로 형성된 송신 코일을 제공하여, 무선 충전 거리를 확보할 수 있는 전기자동차용 무선충전기를 제공하는데 있다.

다른 목적은, 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 송수신 코일을 형성하여, 자기 공명 방식으로 전력을 무선 전달하는데 있다.

또 다른 목적은, 극저온 냉각기를 더 포함하여, 임계 온도에서 저항을 최소화하는데 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 주차장의 바닥 또는 벽면에 설치되어, 특정 공진 주파수에서 공명하여, 전자기파를 발산하는 송신 코일 및 전기자동차의 하부면 또는 측면에 장착되어, 상기 송신 코일과 동일한 특정 공진 주파수에서 전력을 전달받아 전기자동차의 부하에 전달하는 수신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일은 초전도 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기에 있어서, 송신 코일 및 상기 수신 코일은 헬리컬 형태 또는 스파이럴 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 송신 코일을 수용하여, 상기 송신 코일을 급랭하는 극저온 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 송신 코일과 상기 송신 코일에 전력을 전달하는 무선전력시스템을 연결하는 접합점을 인듐으로 접합시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기에 있어서, 송신 코일은 전기자동차의 하부면 및 측면에 적어도 두 개 이상 형성되어, 상기 수신 코일과 인접한 위치의 송신 코일이 활성화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 전기자동차의 주차 여부에 따라 상기 극저온 냉각기의 구동을 제어하는 냉동 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 초전도 물질로 형성된 송신 코일을 제공함으로써, 무선 충전 거리를 확보할 수 있으며, 이를 통해 전기자동차의 충전 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 송수신 코일을 형성함으로써, 자기 공명 방식으로 전력을 무선 전달하기 용이한 효과가 있다.

또한, 극저온 냉각기를 더 포함함으로써, 임계 온도에서 저항을 최소하여, 전력 전송 및 저장 효율 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 전기자동차의 충전 시간을 단축시키고, 안정적인 충전 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기의 전체 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기에 있어서, 송신 코일의 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기에 있어서, 권선틀을 이용하여, 송신 코일 및 수신 코일을 스파이럴 방식으로 권선한 모습을 나타내는 도면.
도 4는 초전도 코일과 상전도 코일의 거리에 따른 효율변화를 나타내는 실험 결과 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기의 사용 상태를 나타내는 사용 상태도.

이하, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기를 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기의 전체 구성을 나타내는 구성도로, 크게 송신 장치(10) 및 수신 장치(20)를 포함한다.

상기 송신 장치(10)는 주차장의 바닥 또는 벽면에 설치되어, 특정 공진 주파수에서 공명하여, 전자기파를 발산하는 송신 코일(11)을 포함한다.

본 발명에 따른 상기 송신 코일(11)은 초전도 물질로 형성되며, 본 발명의 실시예에서 상기 초전도 물질은 이트륨 바륨 구리산화물을 사용하였다.

무선 전력 전송에 있어서, 전송 효율을 향상시키기 위해서 송신 코일(11)과 수신 코일(21) 간에 큐(Quality-factor) 값이 커야 하는데, 큐는 다음 [수학식 1]로 산출된다.

즉, 큐 값을 향상시키기 위해서는 저항(R)이 낮아야 하고, 인덕턴스(L)는 높아야 하는데 기존의 상전도 코일은 자체 저항이 상당히 존재하고, 전류 흐름의 한계로 인덕턴스도 상대적으로 낮으므로 전력 전송 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 송신 코일(11)을 초전도 물질로 형성함으로써, 저항이 매우 낮고 인덕턴스를 높여 큐 값을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 초전도 물질의 코일은 상전도 코일에 비해 많은 에너지 저장 능력을 가지고 있으므로, 높은 전류 밀도로 전기에너지를 무선전송 및 저장이 가능한 효과가 있다.

이러한 초전도체의 송신 코일은 극저온의 임계 온도에서 저항이 0이 되는데 이러한 임계 온도를 유지하기 위해 본 발명에 따른 상기 송신 코일(11)은 극저온 냉각기(13)를 적용한다.

본 발명에 따른 상기 극저온 냉각기(13)는 상기 송신 코일(11)을 수용 시, 내부 공간을 최소화하여, 부가적인 열손실을 막는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 상기 송신 장치(10)는 주차장의 바닥 또는 벽면에 설치되되, 차량의 주차 위치를 고려하여, 일정 간격으로 다수의 송신 장치(10)를 배치하는 것이 바람직하며, 주차장 내부 기둥의 측면에도 배치가 가능하다.

상기 수신 장치(20)는 전기자동차의 하부면 또는 측면에 장착되며, 본 발명에 따른 상기 수신 장치(20)는 상기 송신 코일(11)과 동일한 특정 공진 주파수에서 전력을 전달받아 전기자동차의 부하에 전달하는 수신 코일(13)을 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 송신 코일(11) 및 상기 수신 코일(21)은 도 2에 도시된 바와 같이, 헬리컬 형태 또는 스파이럴 형태로 형성하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 권선틀을 이용하여, 상기 송신 코일(11) 및 상기 수신 코일(21)을 스파이럴 방식으로 권선하였다.

도 4는 초전도 코일과 상전도 코일의 거리에 따른 효율변화를 나타내는 실험 결과 그래프로 초전도 코일을 이용할 경우, 상전도 코일보다 긴 송전 거리를 확보할 수 있음을 확인할 수 있으며, 이를 통해 전기자동차의 주차 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기의 사용 상태를 나타내는 도면으로, 상기 송신 장치(10)는 전기자동차의 주차 여부에 따라 상기 극저온 냉각기(13)의 구동을 제어하는 냉동 제어 장치(17)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 송전 코일(11)의 전송 효율을 꾸준히 유지하기 위해서는 극저온 상태를 지속하는 것이 바람직하지만 주차장(1)의 이용 시간대 또는 주차 구역별 전기자동차의 주차 여부에 따라 상기 극저온 냉각기(13)의 동작을 가변 제어하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 초전도 무선충전기는 초전도 물질로 형성된 송신 코일을 제공함으로써, 무선 충전 거리를 확보할 수 있으며, 송신 코일을 극저온 상태로 유지하여, 전기자동차의 충전 효율을 높이고, 충전 시간을 단축할 수 있는 효과가 있으며, 나아가 전기자동차의 사용 편의성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 누릴 수 있다.

이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 전기자동차용 초전도 무선충전기로 구현할 수 있다.

1 : 전기자동차
3 : 주차장
10 : 송신 장치
11 : 송신 코일
13 : 극저온 냉각기
15 : 접합점
17 : 냉동 제어 장치
20 : 수신 장치
21 : 수신 코일

Claims (6)

1. 주차장의 바닥 또는 벽면에 설치되어, 특정 공진 주파수에서 공명하여, 전자기파를 발산하는 송신 코일;
   전기자동차의 하부면 또는 측면에 장착되어, 상기 송신 코일과 동일한 특정 공진 주파수에서 전력을 전달받아 전기자동차의 부하에 전달하는 수신 코일을 포함하고,
   상기 송신 코일은 초전도 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 송신 코일 및 상기 수신 코일은
   헬리컬 형태 또는 스파이럴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 송신 코일을 수용하여, 상기 송신 코일을 급랭하는 극저온 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 송신 코일과 상기 송신 코일에 전력을 전달하는 무선전력시스템을 연결하는 접합점을 인듐으로 접합시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 송신 코일은 전기자동차의 하부면 및 측면에 적어도 두 개 이상 형성되어, 상기 수신 코일과 인접한 위치의 송신 코일이 활성화되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.
   
6. 제3항에 있어서,
   전기자동차의 주차 여부에 따라 상기 극저온 냉각기의 구동을 제어하는 냉동 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 초전도 무선충전기.

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