KR20150105697A - U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치 - Google Patents

U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 무선전력전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차용 무선전력전송 장치에 포함되는 급전장치 또는 집전장치에 있어서 U자형 코어를 사용함으로써 자속을 집속시키며 외부로 누출되는 누설 자기장을 감소시키는 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, U자형 코어를 이용하여 급전장치 또는 집전장치를 형성함으로써, 무선전력전송 시스템의 효율을 증가시키며 외부로 유출되는 자기장을 충분히 차폐할 수 있다.

Description

U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치 {Wireless power transfer device for Electric vehicle using U-type core}
본 발명은 전기자동차용 무선전력전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차용 무선전력전송 장치에 포함되는 급전장치 또는 집전장치에 있어서 U자형 코어를 사용함으로써 자속을 집속시키며 외부로 유출되는 누설 자기장을 감소시키는 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자기유도방식을 사용하는 무선전력전송 시스템은 특정 주파수를 이용하여 전력을 발생시켜 자기장(자속)을 생성하는 급전장치, 급전장치로부터 생성된 자기장을 수신하는 집전장치 및 집전장치와 급전장치 사이에서 전달되는 자기장 중 전력전달에 기여하지 못하고 외부로 유출되는 자기장을 차폐하기 위한 차폐장치를 포함하여 구성된다.
여기서, 급전장치 또는 집전장치는 전류의 흐름에 의해 유도 자기장을 발생시키는 코일 및 코일에 의해 발생된 유도 자기장을 집속하여 자성을 띄게 되는 코어를 구비하였다. 또한, 전력전달에 기여하지 못하고 외부로 유출되는 자기장이 일정량 이상 외부로 유출되지 않도록 하기 위해서, 주로 알루미늄과 같은 비철금속 재질을 이용하여 차폐장치를 형성하였다.
그러나 이러한 무선전력전송 시스템을 구성하는 차폐장치의 경우, 저전류가 흐르는 경우, 즉 저전력이 생성되는 경우에는 국제적으로 적용되는 ICNIRP 가이드 라인 범위 내에서 자기장을 외부로 유출시키지만, 고전류가 흐르는 경우, 즉 고전력이 생성되는 경우에는 ICNIRP 범위 이상의 자기장을 외부로 유출시킬 가능성이 있었다. 이에, 전술한 차폐장치만을 이용하여서는 유출되는 자기장을 충분히 감소시킬 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, U자형 코어를 이용하여 급전장치 또는 집전장치를 형성함으로써, 무선전력전송 시스템의 효율을 증가시키며 외부로 유출되는 자기장을 충분히 차폐하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치의 일측면에 따르면,
무선전력전송 시스템에 있어서 급전장치는, 전류가 흐름으로써 유도자기장을 발생하는 급전코일; 및 상기 급전코일이 권취되거나 루프형태로 감겨 발생된 유도 자기장이 흐르는 경로를 생성하며 U자형으로 형성되는 급전코어;를 구비하며, 자기장의 수평성분과 수직성분을 각기 변환할 수 있고, 이를 통해 자기장을 먼 거리에 높은 밀도로 형성시킨다.
무선전력전송 시스템에 있어서 집전장치는, 상기 무선전력전송 시스템에서 발생된 유도자기장을 집속하여 자기장의 경로를 형성하며 U자형으로 구비되는 집전코어; 및 상기 집전코어를 권취하거나 로프형태로 감도록 구비되는 집전코일을 포함하는 U자형 집전장치;를 포함하며, 자기장의 수평성분과 수직성분을 각기 변환할 수 있고, 이를 통해 자기장을 먼 거리에 높은 밀도로 형성시킨다.
상기 무선전력전송 시스템의 U자형 급전코어 및 집전코어는, 상기 발생된 유도자기장의 대부분은 집전코어에 접속되어 집전코어들 사이에서 자기장의 경로를 형성하며, 상기 급전코어 및 집전코어가 구성하는 영역에서 형성된 경로에 의해 코어들의 양 끝단에서는 수직방향으로 자기장의 경로가 형성될 수 있다.
상기 발생된 유도자기장의 대부분은 집전코어에 접속되어 집전코어들 사이에서 자기장의 경로를 형성하며, 급전코어 또는 집전코어를 통해 형성된 경로에 의해 폐루프 형태의 흐름을 형성하도록 배치될 수 있다.
상기 무선전력전송 시스템은, 급전장치에서 발생되어 외부로 유출되는 전력량은 줄고, 급전장치로 전달되는 전력량이 증가될 수 있다.
본 발명에 의하면, U자형 코어를 이용하여 급전장치 또는 집전장치를 형성함으로써, 무선전력전송 시스템의 효율을 증가시키며 외부로 유출되는 자기장을 충분히 차폐하는 효과가 있다.
도 1는 평판형 코어를 사용한 급전장치 및 집전장치를 도시한 도면
도 2는 평판형 코어를 사용한 급전장치 및 급전장치에서 형성되는 자기장의 모습을 표시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의해 U자형 코어를 사용한 급전장치 및 집전장치를 도시한 도면
도 4는 본 발명에 의해 U자형 코어를 사용한 급전장치 및 집전장치를 도시한 도면
도 5는 본 발명에 의해 U자형 코어를 사용한 급전장치 및 급전장치에서 형성되는 자기장의 모습을 표시한 도면
도 6은 평판형 코어 또는 U자형 코어를 사용한 급전장치 또는 집전장치에서 거리에 따른 자속밀도를 나타내는 도면
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
급전장치(10)는 급전코어(11) 및 급전코일을 포함하고, 집전장치(20)는 집전코어(21) 및 집전코일을 구비한다. 이때, 급전코어(11) 및 집전코어(21)는 페라이트(ferrite)를 이용하여 제조하는데, 다만 이에 한정되지 아니하고 이와 동일 또는 유사한 특성을 갖는 재료라면 그 이외에 다양한 부재를 이용하여 제조할 수 있다. 페라이트는 산화철과 산화아연, 산화망간, 산화니켈 등을 혼합하여 소결(燒結)한 자성체를 재료로 하는데, 이는 일반적으로 전류에 의해 유도자기장을 잘 형성하고 수KHz ~ 수십KHz 정도의 주파수대에서 다양하게 사용될 수 있다는 특성이 있다. 또한, 비교적 사용 주파수대가 높아 용량에 비해 크기를 작게 형성할 수 있어서, 무게를 가볍게 제조할 수 있으며 높은 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있기 때문에, 급전코어(11) 또는 집전코어(21)를 제조하는 데에 주로 사용된다.
도 1는 종래 기술에 의한 평판형 코어를 사용한 급전장치(10) 및 집전장치(20)를 도시한 도면이다. 도 2는 종래 기술에 의한 평판형 코어를 사용한 급전장치(10) 및 급전장치(10)에서 형성되는 자기장의 모습을 표시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 급전장치(10)와 집전장치(20)는 각각 평판형 집전코어(21)로 형성되었다. 이때, 급전장치(10)에는 급전코일이 구비되는데, 급전코어(11)를 권취하거나 급전코어(11)의 상부면에 루프 형태로 감겨지도록 마련될 수 있다. 또한, 집전장치(20)에는 집전코일이 구비되는데, 집전코일은 집전코어(21)를 권취하거나 집전코어(21) 하부면에 루프 형태로 감겨지도록 마련될 수 있다.
이러한 경우에, 급전장치(10) 또는 집전장치(20)에서의 자기장은 급전코일에 흐르는 전류에 의해 유도되어 형성된 자기장의 대부분이 급전코어(11) 및 집전코어(21)를 통해 흐르는 것과 유사하게 경로가 형성된다. 또한, 급전코어(11) 또는 집전코어(21)를 통해 형성된 경로에 따라 코어들의 양 끝단에서는 수직방향으로 자기장의 경로가 형성된다. 도 2를 참조하면, 도면에서 적색으로 표시된 부분이 형성된 자기장이 강한 부분을 의미하며, 이는 전술한 바와 같이 급전코어(11) 및 집전코어(21)를 따라 자기장의 흐름이 주로 형성됨을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의해 U자형 코어를 사용한 급전장치(10) 및 집전장치(20)를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명에 의한 U자형 코어를 사용한 급전장치(10) 및 집전장치(20)를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명에 의한 U자형 코어를 사용한 급전장치(10) 및 급전장치(10)에서 형성되는 자기장의 모습을 표시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 급전장치(10)와 집전장치(20)는 수평으로 배치되는데, 급전코일에서 발생되는 자기장의 대부분은 집전코어(21)에 집속되며, 집전코어(21)들 사이에서 자기장의 경로를 형성하게 된다. 즉, 급전코일에 흐르는 전류에 의해 유도되어 형성된 자기장의 대부분이 급전코어(11) 및 집전코어(21)를 통해 흐르는 것과 유사하게 경로가 형성되는데, 급전코어(11) 또는 집전코어(21)를 통해 형성된 경로에 따라 코어들의 양 끝단에서는 수직방향으로 자기장의 경로가 형성된다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 급전장치(10) 또는 집전장치(20)에 U자형 급전코어(11) 또는 집전코어(21)를 사용한 경우에는 자기장의 수평성분과 수직성분을 각기 변환할 수 있으며, 이를 통해 자기장을 보다 먼 거리에 더 높은 밀도로 형성시킬 수 있게 된다. 또한, 대부분의 자기장이 집전코어(21) 및 급전코어(11)가 구성하는 영역에서 폐루프 형태로 흐름을 형성하도록 할 수 있다.
결국 전술한 바와 같은 U자형 코어를 이용하여 급전장치(10)와 집전장치(20)를 배열함으로써, 무선전력전송 시스템에서, 급전장치(10)에서 발생되어 외부로 유출되는 전력량은 줄어들고 집전장치(20)로 전달되는 전력량은 증가하게 된다. 도 5를 참조하면, 전술한 바와 같은 결과를 확인할 수 있다. 즉, 평판형 급전코어(11) 및 집전코어(21)를 사용한 경우에 후면으로 발생해 나가는 자기장의 경로가 U자형 코어를 사용하였을 경우에는 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 6은 평판형 코어 및 U자형 코어를 사용한 급전장치(10) 또는 집전장치(20)에서 거리에 따른 자속밀도를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 급전코어(11) 및 집전코어(21)의 중심부로부터 떨어진 거리에 따라 변화하는 자속밀도를 확인할 수 있다. 즉, 평판형 급전코어(11)를 이용한 경우에는 중심부에서 최초 약 1.5[mT] 정도의 자기장 세기를 나타내고, 중심부로부터 거리가 멀어짐에 따라 일정거리(대략 47.475mm)까지는 자기장의 세기가 꾸준히 증가하다가, 그 이후로는 거리의 증가에 따라 자기장의 세기가 급격히 감소하여 특정거리(대략 154.8mm)이후에는 중심부의 자기장 세기(약 1.5[mT])보다 더 작아지는 형태가 된다.
한편, U자형 급전코어(11)를 사용한 경우에는 중심부에서 최초 약 0.9[mT] 정도의 자기장 세기를 나타내며, 중심부로부터 거리가 멀어짐에 따라 일정거리(대략 83.25mm)까지는 자기장의 세기가 꾸준히 증가하다가, 그 이후로도 자기장 세기의 감소는 완만하게 이루어져 특정거리(대략 214.425mm)이후에도 중심부의 자기장 세기(약 0.9[mT])보다 강한 자기장(약 1.4[mT])이 관측된다. 다시 말하면, U자형 급전코어(11) 또는 집전코어(21)를 사용한 경우에는 평판형을 이용한 경우에 비하여 더 먼 거리에서 더 높은 밀도의 자기장이 형성되어 무선전력전송 시스템의 효율이 증가하고 외부로 유출되는 자기장이 줄어들게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 급전장치 11: 급전코어
20: 집전장치 21: 집전코어

Claims (5)

  1. 무선전력전송 시스템에 있어서,
    급전장치는,
    전류가 흐름으로써 유도자기장을 발생하는 급전코일; 및 상기 급전코일이 권취되거나 루프형태로 감겨 발생된 유도 자기장이 흐르는 경로를 생성하며 U자형으로 형성되는 급전코어;를 구비하며,
    자기장의 수평성분과 수직성분을 각기 변환할 수 있고, 이를 통해 자기장을 먼 거리에 높은 밀도로 형성시키는
    U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치.
  2. 무선전력전송 시스템에 있어서,
    집전장치는,
    상기 무선전력전송 시스템에서 발생된 유도자기장을 집속하여 자기장의 경로를 형성하며 U자형으로 구비되는 집전코어; 및 상기 집전코어를 권취하거나 로프형태로 감도록 구비되는 집전코일을 포함하는 U자형 집전장치;를 포함하며,
    자기장의 수평성분과 수직성분을 각기 변환할 수 있고, 이를 통해 자기장을 먼 거리에 높은 밀도로 형성시키는
    U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치.
  3. 청구항 1 및 청구항 2에 있어서,
    상기 무선전력전송 시스템의 U자형 급전코어 및 집전코어는,
    상기 발생된 유도자기장의 대부분은 집전코어에 접속되어 집전코어들 사이에서 자기장의 경로를 형성하며,
    상기 급전코어 및 집전코어가 구성하는 영역에서 형성된 경로에 의해 코어들의 양 끝단에서는 수직방향으로 자기장의 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치.
  4. 청구항 1 및 청구항 2에 있어서,
    상기 발생된 유도자기장의 대부분은 집전코어에 접속되어 집전코어들 사이에서 자기장의 경로를 형성하며,
    급전코어 또는 집전코어를 통해 형성된 경로에 의해 폐루프 형태의 흐름을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치.
  5. 청구항 1 및 청구항 2에 있어서,
    상기 무선전력전송 시스템은,
    급전장치에서 발생되어 외부로 유출되는 전력량은 줄고, 급전장치로 전달되는 전력량이 증가되는 것을 특징으로 하는 U자형 코어를 이용한 전기자동차용 무선전력전송 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11133711B2 (en) 2017-04-12 2021-09-28 Samsung Electronics Co., Ltd Wireless power transmitter, wireless power receiving electronic device, and method for operating the same

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