KR20150098735A - 합산형 픽업장치 - Google Patents

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KR20150098735A
KR20150098735A KR1020140019994A KR20140019994A KR20150098735A KR 20150098735 A KR20150098735 A KR 20150098735A KR 1020140019994 A KR1020140019994 A KR 1020140019994A KR 20140019994 A KR20140019994 A KR 20140019994A KR 20150098735 A KR20150098735 A KR 20150098735A
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Abstract

합산형 픽업장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 급전코어와 복수의 급전코어에 권취되는 급전코일로 형성되어, 급전코일에 전류가 흐르면 자기장을 발생시켜 급전하는 급전부; 및 정류기에 병렬 연결되고, 집전코어와 집전코어에 권취되는 집전코일로 형성되어, 급전코일에서 발생한 자기장에 의해 유도기전력을 발생시켜 집전하는 복수의 집전부; 집전코일에 인접하여 형성된 캐패시터 회로; 및 캐패시터 회로의 상부 및 하부에 각각 배치된 금속판을 포함한다.

Description

합산형 픽업장치{Adding up type pick up apparatus}
본 실시예는 합산형 픽업장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
픽업장치는 하나의 집전부(집전코어에 집전코일이 권취된 구조임)를 구비하며, 집전코일은 인덕턴스(L)와 캐패시터(C)가 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 픽업채널(pick up channel)을 형성한다. 픽업채널의 유도기전력은 인덕턴스와 캐패시터의 연결방식에 따라 달라진다.
이와 같은 픽업장치의 집전코일에는 유도기전력으로 인하여 상호 인덕턴스가 많이 발생하기 때문에 집전부의 픽업전류 및 픽업전압을 제어하는 것이 어렵다. 또한, 집전코일의 인덕턴스와 캐패시터의 공진상태를 형성하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 집전코일의 각 픽업채널에서 발생된 유도기전력이 달라 집전전류를 밸런싱하는 것이 어렵다.
본 실시예는 집전부의 집전코일 간 상호 인덕턴스를 최소화하여 집전부의 픽업전류/픽업전압 제어를 용이하도록 하는 동시에 집전효율을 향상시키는 합산형 픽업장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 실시예는 집전코일의 인덕턴스와 캐패시터의 공진상태 형성 및 집전코일의 집전전류 밸런싱을 용이하게 하는 합산형 픽업장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 급전코어와 복수의 급전코어에 권취되는 급전코일로 형성되어, 급전코일에 전류가 흐르면 자기장을 발생시켜 급전하는 급전부; 정류기에 병렬 연결되고, 집전코어와 집전코어에 권취되는 집전코일로 형성되어, 급전코일에서 발생한 자기장에 의해 유도기전력을 발생시켜 집전하는 복수의 집전부; 집전코일에 인접하여 형성된 캐패시터 회로; 및 캐패시터 회로의 상부 및 하부에 각각 배치된 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치를 제공한다.
여기서, 복수의 집전코일에는 각각의 출력선이 연결되고, 출력선은 캐패시터와 정류기에 전기적으로 연결된다.
또한, 출력선은 공통선을 통해 정류기에 연결된다.
또한, 금속판은 집전코어의 상부 전체를 덮는다.
또한, 복수의 급전코어 및 복수의 집전부는 각각 동일한 간격으로 일렬로 배치된다.
또한, 급전코일은 복수의 급전코어의 중앙부에 권취되고, 집전코일은 각각 집전코어 각각의 중앙부에 권취된다.
또한, 커패시터 회로는 상기 집전코일의 상부에 형성되고, 금속판은 집전코일과 캐패시터 회로 사이 및 캐패시터 회로의 상부에 각각 배치된다.
또한, 급전코어 및 집전코어의 길이방향 양단에는 꺽임부가 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 집전부의 집전코일 간 상호 인덕턴스를 최소화하여 집전부의 픽업전류/픽업전압 제어가 용이하도록 하는 동시에 집전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 집전코일의 인덕턴스와 캐패시터의 공진상태 형성 및 집전코일의 집전전류 밸런싱을 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업장치가 공통선에 연결된 상태의 개략도이다.
도 6은 도 5의 캐패시터 간의 연결상태를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 픽업장치가 정류기에 병렬 연결된 구성을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 합산형 픽업장치는 급전부(110)와 복수의 집전부(120, 130, 140, 150, 160)를 포함한다.
급전부(110)는 복수의 급전코어(111)와 복수의 급전코어(111)에 권취된 급전코일(112)로 형성된다. 급전코일(112)은 케이블로 싸인 형태로 급전코어(111)에 권취된다. 급전코어(111)의 길이방향 양단에는 꺽임부(R11, R12)가 형성되어 있다. 양단의 꺽임부(R11, R12)는 서로 대칭을 이루어 집전부(120, 130, 140, 150, 160) 방향으로 꺽인 형상을 갖는다.
집전부(120, 130, 140, 150, 160)는 집전코어(121, 131, 141, 151, 161)와 집전코어(121, 131, 141, 151, 161)에 권취되는 집전코일(122, 132, 142, 152, 162)로 형성된다. 집전코일(122, 132, 142, 152, 162)은 케이블에 싸인 형태로 집전코어(121, 131, 141, 151, 161)에 권취된다. 집전코어(121, 131, 141, 151, 161)의 길이방향 양단에는 꺽임부(R21, R22)가 형성되어 있다. 양단의 꺽임부(R21, R22)는 서로 대칭을 이루어 급전부(10) 방향으로 꺽인 형상을 가지며, 급전코어(111)의 꺽임부(R11, R12)와 꺽임방향이 반대이다. 본 발명의 일 실시예에서는 집전부(120, 130, 140, 150, 160)를 5대로 하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 개수로 설계할 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 정면도이다. 도 2를 참조하면, 합산형 픽업장치를 정면에서 볼 때 상부에는 집전부(120)가 형성되고, 하부에는 급전부(110)가 형성된다.
집전부(120)는 ㄷ자 형태의 집전코어(121)와 집전코어(121)의 길이방향의 중앙부에 길이방향에 수직하게 권취되는 집전코일(122)로 형성되어 있다. 급전부(110)는 ㄷ자 형태의 급전코어(111)와 급전코어(111)의 중앙부에 권취되는 급전코일(112)로 형성되어 있다.
합산형 픽업장치를 정면에서 보면, 집전코어(121)와 급전코어(111)의 중앙부는 각각 집전코일(122)과 급전코일(111)로 가려져 있다. 집전코어(121) 및 급전코어(111)의 길이는 동일할 수 있다. 집전코어(121)의 꺽임부(R21, R22)와 급전코어(111)의 꺽임부(R11, R12)는 그 길이가 동일할 수도 있고, 꺽임방향은 서로 반대방향이며, 서로 마주보는 형태를 갖는다.
이와 같이 급전코어(111)에 꺽임부(R11, R12)가 형성되고 집전코어(121)에 꺽임부(R21, R22)가 형성됨으로써, 자기저항이 감소하고 급전코일(111)에서 집전코일(122)로 자속 전달이 잘 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 평면도이다. 도 3을 참조하면, 합산형 픽업장치를 상면에서 볼 때 중앙부에는 급전코일(112)이 형성되어 있고 급전코일(112)을 중심으로 급전코어(111)의 일측과 타측이 서로 대칭으로 형성되어 있다. 그리고, 급전코어(111)와 급전코일(112)로 형성된 급전부(110)의 상부에는 복수의 집전부(120, 130, 140, 150, 160)가 형성되어 있다. 집전코어(121, 131, 141, 151, 161)의 중앙부에는 집전코일(122, 132, 142, 152, 162)이 형성되어 있다.
복수의 급전코어(111) 및 복수의 집전부(120, 130, 140, 150, 160)는 각각 동일한 간격으로 급전코일(112)의 길이방향으로 일렬로 배치된다. 이렇게 하여, 복수의 집전부(120, 130, 140, 150, 160)에서 발생하는 유도기전력이 동일하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치의 측면도이다. 도 4를 참조하면, 합산형 픽업장치를 측면에서 볼 때 상부에는 복수의 집전부(120, 130, 140, 150, 160)가 형성되어 있고, 하부에는 급전부(110)가 형성되어 있다.
집전부(120, 130, 140, 150, 160)의 집전코어(111)는 사각형태를 갖는다. 집전부(120, 130, 140, 150, 160)의 집전코일(112)은 집전코어(111)의 상부를 ㄷ자 형태로 덮는 것처럼 보이는데, 이는 집전코어(111)의 꺽임부(R21, R22)에 의해 집전코일(112)의 일부를 가리기 때문이다.
급전부(110)의 급전코일(112)은 사각형태로 권취되어 있고, 급전코어(111)는 급전코일(112)의 전면 상부에 보인다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업장치가 공통선에 연결된 상태의 개략도이다. 도 5를 참조하면, 급전부(110)의 상부에는 집전부(210)가 형성되어 있고, 집전부(210)의 상부에는 커패시터(510)가 배치된다. 커패시터(510)의 바로 위와 아래에는 금속판(521, 522)이 배치된다.
급전부(110)는 급전코어(111)와 급전코어(111)에 권취되는 급전코일(112)로 형성되어, 급전코일(112)에 전류가 흐르면 자기장을 발생시켜 급전한다.
집전부(120)는 집전코어(121)와 집전코어(121)에 권취되는 집전코일(122)로 형성되어, 급전코일(112)에서 발생한 자기장에 의해 유도기전력을 발생시켜 집전한다. 예를 들면, 전기자동차가 도로 위를 주행하는 중에 급전부(110)에 고주파 전력이 공급되면, 급전부(110)와 집전부(120) 사이의 전자기유도의 원리에 의해 집전부(120)에 주행에 필요한 전력이 공급될 수 있다.
집전코일(122)과 캐패시터(510) 사이 및 캐패시터(510)의 상부에는 금속판 (521, 522)이 각각 배치된다. 즉, 집전코일(122)의 바로 위에는 금속판(521)이 배치되고, 금속판(521)의 바로 위에는 커패시터(510)가 배치되며, 커패시터(510)의 바로 위에는 금속판(522)이 차례로 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서는 집전코일(122)과 캐패시터(510) 사이 및 캐패시터(510)의 상부에 금속판(521, 522)이 각각 배치된 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않고 커패시터(510)와 인접한 위치라면 금속판(521, 522)의 위치를 얼마든지 다양하게 설정할 수 있다. 캐패시터(510)는 집전코일(122)과 직렬로 연결된다.
집전부(120)에 사용되는 캐패시터(510) 및 그에 연결되는 회로는 결선구조는 복잡하게 형성될 가능성이 높다. 이와 같은 경우 커패시터(510)의 바로 위와 아래에 금속판(521, 522)이 배치되어 있으면, 주변의 집전부(120) 또는 집전코일(122) 자체에 의해 발생한 자속이 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이 픽업장치(610, 620, 630, 640, 650)가 합산형으로 형성될 경우(픽업장치가 병렬로 공통선에 연결된 경우), 인접한 집전부(120)로 전달되는 자속을 최대한 차단하여 집전부(120) 사이의 상호 인덕턴스를 최소화할 수 있다. 집전부(120) 사이의 상호 인덕턴스를 최소화함으로써, 집전부(120)의 픽업전류/픽업전압 제어가 용이하며 집전효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 집전코일(122)의 인덕턴스와 캐패시터의 공진상태 형성 및 집전코일의 집전전류 밸런싱을 용이하게 한다. 금속판(521, 522)의 재질은 알루미늄일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 집전부(120) 사이의 상호 인덕턴스를 감소시킬 수 있는 재질의 금속판이라면 모두 가능하다.
금속판(521, 522)이 집전코일(122)을 상부에서 덮는 면적이 클수록 집전부(120) 사이에서 상호 인덕턴스의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 금속판(521, 522)이 집전코어(121)의 상부 전체를 덮는 것으로 하여 상호 인덕턴스의 영향을 받지 않도록 한다. 구체적으로는, 집전코어(121)의 길이방향 및 폭방향으로 금속판(521, 522)의 길이 및 폭은 각각 집전코일(122)이 집전코어(121)에 권취된 영역의 길이 및 폭의 1.5배 이상으로 한다. 또한, 금속판(521, 522)의 길이는 집전코어(121)의 길이보다 더 길도록 형성할 수 있다. 도 7에서는 금속판(521, 522)의 길이는 집전코어(121)의 길이와 동일한 것으로 도시되었으나, 금속판(521, 522)의 길이가 집전코어(121)의 길이보다 작지 않도록 실시예를 달리할 수 있다.
집전부(210)의 집전코일(122)은 출력선인 도선(531, 532)을 통해 공통선(541, 542)에 연결되어 있고, 도선(533, 534)을 통해 캐패시터(510)와 연결되어 있다. 집전코일(122)의 양단에는 도선(531, 532)이 2개씩 연결되는데, 집전코일(122)의 일측단에 연결된 도선은 (+)선이고, 타측단에 연결된 도선은 (-)선이다. 집전코일(122)의 출력전류는 도선(531, 532)을 통해 공통선(541, 542)으로 흘러 정류기(550)로 보내어진다(도 6 참조).
도 6은 도 5의 캐패시터 간의 연결상태를 도시한 개략도이다. 도 6을 참조하면, 캐패시터(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518)는 두 라인으로 일렬로 배열되어 있고, 캐패시터와 캐패시터 사이에는 부스바(B1, B2, B3)가 설치되어 있다. 부스바(B1, B2, B3)는 캐패시터(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518)와 연결되는 부위에 홀(h11, h12, h13, h14, h21, h22, h23, h24, h31, h32, h33, h34)이 형성되어 있다. 부스바(B1, B2, B3)의 홀(h11, h12, h13, h14, h21, h22, h23, h24, h31, h32, h33, h34)을 통해 나사(도시되지 않음)를 삽입하여 오른쪽으로 회전시키면 캐패시터(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518)와 부스바(B1, B2, B3)를 고정시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 픽업장치가 정류기에 병렬 연결된 구성을 나타낸 개략도이다. 도 5 및 도 7을 참조하면, 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 각 집전부(120)는 공통선(541, 542)을 통해 정류기(550)에 병렬 연결된다. 도 7에서는 각 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 병렬 연결된 것을 보이기 위한 것이므로, 복잡함을 피하기 위해 급전부(110)를 생략하였다.
픽업장치(710, 720, 730, 740, 750) 각각의 출력전류는 도선(531, 532)을 통해 공통선(541, 542)으로 흘러 합산되어 정류기(550)로 보내어진다. 본 발명의 일 실시예에서는 픽업장치를 5대로 하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 개수로 설계될 수 있다.
각 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 서로 병렬 연결일 때, 전체 픽업전류는 각 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 픽업전류의 합이고 전체 픽업전압은 각 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 픽업전압과 같다. 각 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 픽업전류, 픽업전압, 전체 픽업출력을 각각 I, V, P라 하자.
픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 1대일 경우 전체 픽업출력 P는 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
P = VI
5대의 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 병렬로 연결된 경우 전체 픽업출력 P는 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
P = V(I+I+I+I+I) = 5VI
수학식 1 및 수학식 2로부터 여러 대의 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 병렬로 연결된 경우, 전체 픽업출력 P는 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 대수만큼 배가됨을 알 수 있다. 일 예로, 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)가 5대일 때 각 집전부(120)가 60kW의 출력을 발생시킨다면, 합산되어 발생되는 전체 출력은 300kW이다. 사용자는 원하는 전체 출력을 계산하여 병렬로 연결할 픽업장치(710, 720, 730, 740, 750)의 대수를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합산형 픽업장치는 전기자동차와 같은 이동체 에 적용될 수 있고, 반드시 전기자동차에 한정되는 것은 아니며 전기로 구동될 수 있는 버스, 기차, 크레인 또는 모토바이크 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 합산형 픽업장치가 전기자동차에 설치되는 경우, 전기자동차가 도로 위를 주행하는 중 급전부에 고주파의 전력이 공급되면 급전부와 집전부 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받을 수 있다. 이때, 집전부의 집전코일 간 상호 인덕턴스를 최소화하여 집전부의 픽업전류/픽업전압 제어가 용이하도록 하는 동시에 집전효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 집전코일의 인덕턴스와 캐패시터의 공진상태 형성 및 집전코일의 집전전류 밸런싱(각 집전부를 독립시켜 집전코일간 상호 유도기전력을 차단하였기 때문임)을 용이하게 한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 급전부
111 : 급전코어
112 : 급전코일
120, 130, 140, 150, 160 : 집전부
121, 131, 141, 151, 161 : 집전코어
122, 132, 142, 152, 162 : 집전코일
210 : 집전부
510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518 : 캐패시터
521, 522 : 금속판
531, 532 : 도선
541, 542 : 공통선
550 : 정류기
710, 720, 730, 740, 750 : 픽업장치

Claims (8)

  1. 복수의 급전코어와 상기 복수의 급전코어에 권취되는 급전코일로 형성되어, 상기 급전코일에 전류가 흐르면 자기장을 발생시켜 급전하는 급전부;
    정류기에 병렬 연결되고, 집전코어와 상기 집전코어에 권취되는 집전코일로 형성되어, 상기 급전코일에서 발생한 자기장에 의해 유도기전력을 발생시켜 집전하는 복수의 집전부;
    상기 집전코일에 인접하여 형성된 캐패시터 회로; 및
    상기 캐패시터 회로의 상부 및 하부에 각각 배치된 금속판
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 집전코일에는 각각의 출력선이 연결되고, 상기 출력선은 상기 캐패시터 회로와 상기 정류기에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출력선은 공통선을 통해 상기 정류기에 연결된 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속판은 상기 집전코어의 상부 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 급전코어 및 상기 복수의 집전부는 각각 동일한 간격으로 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급전코일은 상기 복수의 급전코어의 중앙부에 권취되고, 상기 집전코일은 각각 상기 집전코어 각각의 중앙부에 권취되는 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커패시터 회로는 상기 집전코일의 상부에 형성되고,
    상기 금속판은 상기 집전코일과 상기 캐패시터 회로 사이 및 상기 캐패시터 회로의 상부에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 급전코어 및 상기 집전코어의 길이방향 양단에는 꺽임부가 형성된 것을 특징으로 하는 합산형 픽업장치.
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