KR20170031128A - 전기 차량들에 적절한 유도 전력 시스템 - Google Patents

전기 차량들에 적절한 유도 전력 시스템 Download PDF

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KR20170031128A
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존 탈보트 보이스
그랜트 앤쏘니 코빅
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오클랜드 유니서비시즈 리미티드
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Abstract

자기 플럭스 커플링 장치(109)를 통전시키기 위한 회로는 전력을 유도적으로 수신하기 위한 픽-업 코일(103), 수신 전력으로부터 에너지를 저장하기 위한 저장 커패시터(124), 및 저장 커패시터로부터 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하기 위한 인버터(125)를 갖는다. 회로는 플럭스 커플링 장치에 의해 부하에 공급될 전력 전송이 픽-업으로부터 수신된 전력을 초과하는 것을 허용한다.

Description

전기 차량들에 적절한 유도 전력 시스템{INDUCTIVE POWER SYSTEM SUITABLE FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 유도 전력 전송을 위한 시스템들에 관한 것이다. 본 발명은 차량들이 이동하는 도로부터 전기 차량들에 전력을 공급하는 특정 애플리케이션을 갖는다. 다른 무선 전력 애플리케이션들에 또한 적용 가능하다.
순수 전기 차량들 (EV들) 즉 전기 에너지에만 의존하는 전기 차량들과 관련된 주행거리 불안을 극복하기 위해서 도로를 따라서 움직이는 차량들과 같은 움직이는 오브젝트들에 유도적으로(inductively) 전력을 제공하는 문제는 다년간 논의되어 왔다. 차량이 이동하는 동안 전력을 연속적으로, 또는 적어도 충분하게 자주 제공하는 능력은, 많은 장점들을 가진다. 이들은 : 온-보드 에너지 저장 및 차량 중량의 최소화; 및 이용 가능한 전원들이 분산된 때 요구되고 EV의 전력 서플라이가 낮을 때 단지 사용되는 긴 충전 시간들의 배제를 포함한다.
도로로부터 유도적으로 전기 차량들을 충전하거나 또는 전력을 공급하는 것은 페이퍼 간행물들에 이전에 제안되었다. 도로 전력공급 전기 차량 (RPEV) 시스템을 제공하기 위해 제안된 해결책들은 도로의 작은 섹션들이 충전이 필요한 차량이 근접한 것으로 결정된 때 통전(energise)될 수 있는 내장된 유도성 루프들을 포함하는 수단들을 논의한다. 이것은 하이웨이의 큰 섹션들에 전력을 공급하는 요구를 배제하고 시스템의 효율을 증가시킨다. 모든 경우들에서 많은 유도성 루프들은 하이웨이를 따라서 간격되지만 그러나 그것들은 전력 서플라이에 직접 연결된다.
예를 들어, Bolger에 US 특허들 4331225 및 4836344은 유도성 하이웨이를 따라서 차량이 이동할 때 전기화학 배터리가 충전될 수 있는 수단들을 설명한다. US 특허 4836344에서 제어 가능한 릴레이(relay)들은 차량이 도로 표면을 따라서 움직일 때 차량에 전력을 전달하기 위해 약 3m 길이의 하이웨이 송신기 모듈들의 온 및 오프 섹션들을 스위치하기 위해 사용된다. 유도성 도로 모듈들은 가늘고 길고(elongate), 도로의 방향으로 길이 방향으로 배향되고, 도로의 중앙을 따라서 엔드 투 엔드(end to end)로 배치된다. 차량에 전력 제어는 필요할 때 도로 전력 모듈들 일시적으로 스위칭 온 및 오프함으로써 간단하게 도로 사이드로부터 행해진다. 동일 작가에 의한 US 특허 4331225 는 차량 픽-업 수신기와 도로 유도성 트랙 사이의 에어-갭이 동작 동안 가능한 한 작은 것을 보장하기 위해서 희망하는 차량 수신기가 더 작아지는 수단들을 설명하고, 동시에 커패시터 스위칭 수단들이 또한 픽-업 튜닝을 변경하기 위해 사용되어 운전 동안에 임의의 리액턴스(reluctance) 변동들을 보상한다 (및 그렇게 함으로써 보상된 수신 코일의 출력 전압을 조절한다).
차량들을 이동시킴으로써 시스템상에 도입된 부하(load)들은 예컨대 차량의 사이즈, 그것의 충전 상태, 도로를 이용하는 차량들의 볼륨, 그것들이 이동하는 속도 및 차량들 사이의 분리 거리에 의존하여 크게 가변적일 수 있다. 예를 들어, 도로는 대체로 가벼운 차량들에 상대적으로 저전력 레벨들을 공급하는 것을 단지 요구할 수 있지만, 그러나 간헐적으로 큰 빨리 움직이는 트럭을 수용하는 것을 요구할 것이다. 트럭은 큰 양의 플럭스(flux)를 매우 빠르게 생성하는 모듈을 필요로 할 수 있고, 그래서 시스템은 전체로서 그것이 상대적으로 드물다 하더라도 이 피크 부하에 대처하도록 디자인되어야 한다. 이들 피크 부하들에 대처하기 위한 전력 서플라이들과 같은 인프라스트럭처(infrastructure)와 같은 비용은 시스템 비용들을 크게 추가한다.
개선된 전력 서플라이 회로, 유도 전력 전송을 위한 장치 또는 방법, 또는 전기 차량 시스템, 또는 차량에 전력을 공급하는 도로 또는 이런 시스템과의 사용을 위한 도로를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 대안적으로 이전 제안들에 유용한 대안을 제공하는 것이 목적이다.
일 측면에서 상기 개시된 내용은 자기 플럭스 커플링 장치를 통전시키기 위한 회로를 제공하고, 상기 회로는 :
전력을 유도적으로 수신하기 위한 픽-업 코일,
수신된 상기 전력으로부터 에너지를 저장하기 위한 저장 커패시터,
상기 저장 커패시터로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하기 위한 인버터,를 포함하고,
상기 플럭스 커플링 장치에 의해 부하에 공급될 전력 전송은 수신된 상기 전력을 초과할 수 있다.
상기 저장 커패시터는 복수개의 커패시터들을 포함할 수 있다. 각각의 인버터가 하나 이상의 자기 플럭스 커플링 장치를 제공하는 복수개의 인버터들가 제공될 수 있다.
일 실시예에서 상기 자기 플럭스 커플링 장치에 제공되는 전력을 조절하기 위해 전력 레귤레이터(regulator)가 제공된다. 상기 전력 레귤레이터는 상기 저장 커패시터와 상기 인버터 사이에, 또는 상기 픽-업 코일과 상기 저장 커패시터 사이에 제공될 수 있다.
다른 측면에서 상기 개시된 내용은 유도 전력의 전송 방법을 제공하고, 상기 방법은 :
전력을 유도적으로 수신하는 단계;
수신된 상기 전력으로부터 저장 수단들에 에너지를 저장하는 단계, 및;
부하에 유도적으로 이용 가능한 전력을 만들기 위해 상기 저장 수단들로부터 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서 상기 개시는 자기 플럭스 커플링 장치를 통전시키기 위한 회로를 제공하고, 상기 회로는 :
전력을 유도적으로 수신하기 위한 수단들;
수신된 상기 전력으로부터 에너지를 저장하기 위한 저장 수단들, 및
상기 저장 수단들로부터 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하기 위한 공급 수단들을 포함한다.
바람직하게는 상기 저장 수단들로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급된 상기 에너지는 수신된 상기 전력과는 독립적으로 공급된다.
바람직하게는 상기 공급 수단들은 상기 장치에 의해 공급되는 픽-업의 한계치(limitation) 또는 전력 소요량(power requirement)에 의존하여 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급되는 전력의 레벨을 조절하기 위한 수단들을 포함한다. 상기 레벨 또는 전력을 조절하는 상기 수단들은 상기 저장 수단들의 업스트림 또는 다운스트림에 제공될 수 있다. 일 실시예에서 상기 전력의 레벨은 벅(buck), 부스트(boost), 또는 벅-부스트 컨버터를 이용하여 조절된다.
일 실시예에서 복수개의 자기 플럭스 커플링 장치가 상기 저장 수단들에 의해 공급된다.
다른 측면에서 본 발명은 광범위하게 복수개의 자기 플럭스 커플링 디바이스들로부터 이동가능한 픽-업에 전력을 공급하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은 :
상기 선행 문장(statement)에 따른 복수개의 회로들, 및
상기 픽-업에 의해 요구되는 상기 전력에 의존하여 상기 플럭스 커플링 디바이스들 중 하나이상에 전력을 선택적으로 공급하는 제어 수단들을 포함한다.
일 실시예에서 상기 수신 전력은 차량 이동 표면과 관련된 주 전도성 경로(primary conductive path)로부터 수신된다.
상기 선행하는 문장들 중 하나의 회로는 상기 주 전도성 경로에 유도적으로 결합된 상기 도로에 또는 상기 도로상에 제공된 복수개의 전력 송신 모듈들과 관련될 수 있고, 상기 또는 각각의 전력 송신 모듈은 상기 차량이 해당 전력 송신 모듈의 영역의 상기 차량 이동 표면 위에 있을 때 적어도 하나의 전기 차량에 유도적으로 전력을 공급하는 것이 가능하다.
상기 차량 이동 표면은 도로(roadway)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 주 전도성 경로는 제 1 주파수에서 통전되고 상기 전력 송신 모듈들은 제 2 주파수에서 통전된다. 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 더 클 수 있다.
상기 차량이 상기 모듈로부터 전력을 수신하기 위해 상기 모듈에 충분히 가까이 있을 때 각각의 모듈이 차량에 이용 가능한 유도 전력을 만드는 것을 선택적으로 허용하기 위한 제어기가 각각의 전력 송신 모듈에 대하여 제공될 수 있다. 일 실시예에서 상기 제어기는 상기 차량에 이용 가능한 전력의 양을 제어한다.
상기 이용 가능한 전력은 전력이 공급되는 차량의 전력 수요량 카테고리(demand category)에 기초하여 또는 전력이 공급되는 차량의 유형에 기초하여, 또는 상기 차량이 사용 중에 이동할 수 있고 및/또는 상기 차량을 지지하는 차량 표면의 섹션 상에 차량들의 수에 의존하여 결정될 수 있다.
하나 이상의 코일들은 바람직하게는 차량에 유도 전력 전송을 위한 자기장을 제공하기 위해 각각의 전력 송신 모듈에 제공된다.
일 실시예에서 상기 전력 송신 모듈들은 각각의 모듈에 인접한 상기 주 전도성 경로의 섹션이 그것의 리액턴스를 실질적으로 보상하도록 동조(tune)된다.
상기 주 전도성 경로는 상기 차량 표면내에 또는 상기 차량 표면에 인접하여 매립(bury)될 수 있다.
다른 측면에서 상기 개시는 전기 차량 유도 전력 시스템을 위한 도로 유닛(roadway unit)을 제공하고, 상기 유닛은 상단 표면, 상기 상단 표면 아래에 있고 그리고 사용중에 상기 상단 표면 위로 연장되는 자기장을 제공하도록 구성된 전기적으로 전도성 재료의 적어도 하나의 코일, 및 상기 코일을 통전시키기 위해 상기 선행 문장에 따른 회로부터 전력을 수신하기 위한 연결 수단들을 포함한다.
상기 저장 수단들은 재생 가능한 소스들로부터의 에너지를 저장할 수 있다.
상기 저장 수단들은 하나 이상의 커패시터들 또는 슈퍼 커패시터들을 포함할 수 있다.
상기 시스템은 양방향(bi-directional)일 수 있고, 상기 에너지 저장 수단들은 픽-업 디바이스로부터 수신된 에너지를 저장하기 위해 사용될 수 있다.
다른 측면에서 상기 개시는 전기 차량 시스템에 전력을 공급하는 도로를 제공하되:
복수개의 유도 전력 송신 모듈들을 갖는 도로, 각각의 모듈은 상기 선행 문장들 중 임의의 하나에 따른 회로를 포함하거나 또는 회로와 관련된다.
다른 측면에서 상기 개시는 유도 전력의 전송 방법을 제공하고, 상기 방법은 :
전력을 유도적으로 수신하는 단계;
수신된 상기 전력으로부터 저장 수단들에 에너지를 저장하는 단계, 및
상기 저장 수단들로부터 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 저장 수단들로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급된 상기 에너지는 수신된 상기 전력과는 독립적으로 공급된다.
바람직하게는 상기 공급 수단들은 상기 장치에 의해 공급되는 픽-업의 한계치(limitation) 또는 전력 소요량(power requirement)에 의존하여 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급되는 전력의 레벨을 조절하기 위한 수단들을 포함한다.
다른 측면에서 본 발명은 광범위하게 복수개의 자기 플럭스 커플링 디바이스들로부터 이동가능한 픽-업에 전력을 공급하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 :
전력을 유도적으로 수신하는 단계;
복수개의 저장 엘리먼트들에 수신된 상기 전력을 저장하는 단계로서, 각각의 엘리먼트는 플럭스 커플링 디바이스와 관련되는, 상기 저장하는 단계, 및
상기 픽-업이 플럭스 커플링 디바이스들 위에서 및/또는 상기 플럭스 커플링 디바이스들 사이에서 움직일 때 저장 엘리먼트로부터 상기 플럭스 커플링 디바이스들 중 하나이상에 전력을 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 전력은 상기 픽-업에 의해 요구되는 전력에 의존하여 공급된다.
추가로 본 발명의 측면들은 상기 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들의 예들이 첨부한 도면들을 참고로 하여 이하에 설명될 것이다:
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 전력 공급되는(roadway powered) 전기 차량 시스템의 개략도이다;
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 많은 유도 전력 송신 모듈들을 포함하는 도로의 개략도이다;
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 토폴로지의 회로도이다;
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 토폴로지의 회로도이다;
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절을 구현하기 위한 회로도이다;
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 조절을 구현하기 위한 회로도이다;
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 토폴로지의 회로도이다.
비록 이하의 설명은 지배적으로 도로 및 전기 차량 애플리케이션들에 관한 것이지만, 본 발명에 관련한 기술분야의 통상의 기술자들은 내용은 또한 일반적으로 IPT 시스템들에 대한 애플리케이션을 가지며 예를 들어 재료들 핸들링과 같은 애플리케이션들에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 발명을 구현하기 위한 추가 정보는 컨텐츠들이 참조로서 본 출원에 통합된 국제 특허 공보 WO 2011/016736에서 발견될 수 있다.
일 실시예에서 (예시의 방식으로 도면들 1a 및 1b에 도시된), 일련의 전력 서플라이들 (101)이 도로 (100) 옆에 두개의 그룹들로 제공되고, 약 200 미터 떨어져서 간격된다. 각각의 전력 서플라이 (101)는 라인 대 라인 50/60 Hz 400/480 V에서 세개의 위상 유틸리티 서플라이에 연결되고 도로의 100 미터 섹션을 피드(feed)한다. 비록 이 문서는 주로 로드(road)를 지칭하기 위해서 용어 도로(roadway)를 사용하지만, 일반적으로 차량들 또는 유사한 움직일 수 있는 오브젝트들을 지탱하거나 또는 지지하는 표면들 - 예를 들어 차고 바닥들, 주차장, 버스 정류장 등을 포함 -을 포함하도록 의도된다.
도면들 1a 및 1b에 도시된 실시예에서, 각각의 전력 서플라이 (101)는 100 kW에서 등급이 정해지지만 그러나 실제로 중단되지 않은 가늘고 긴 주 전도성 루프 (102)에 20 kHz의 주파수에서 공칭의(nominally) 125 A 전류를 유도하는 단일 위상 출력을 제공한다. 이 전류는 애플리케이션에 의존하여 대략 100A로부터 250A까지 변화할 수 있다. 도면들 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 각각의 루프 (102)는 대략 100m 길이여서 도로의 하나의 100m섹션을 따라서 연장된다.
각각의 전력 서플라이 (101)는 일련의 자기 플럭스 커플링 디바이스들을 구동시키고, 이는 본 출원에서 전력 송신 패드들 또는 모듈들 (111)로 언급된다. 모듈들 (111)은 도로 내에 또는 도로 위에 제공되고, 유도적으로(inductively), 즉 무선으로, 루프 (102)에 결합된다. 이하에 설명되는 전력 전송 모듈들은 자기 플럭스 생성 또는 링키지(linkage)가 유도 전력 전송의 목적이 달성되는 것을 허용하고 전기 차량 애플리케이션들에 대하여 특별한 장점들을 가진다. 설명된 모듈들은 필요하면 휴대용일 수 있고, 하나의 패드가 접지 표면에 또는 그 위에 그리고 차량내 다른 곳에 제공되는 전기 차량 충전과 같은 애플리케이션들에 그것들이 사용될 수 있도록 제 3 차원에 비하여 2 차원으로 더 큰 크기(extent)를 전형적으로 갖는 이산 유닛(discrete unit)의 형태로 통상 (비록 반드시는 아니지만) 제공된다. 모듈들은 하나 이상의 와인딩(winding)들을 각각 포함할 수 있다. 이들 패드들 또는 모듈들에 대하여 사용될 수 있는 일부 와인딩 배열들이 국제 특허 간행물들 WO2008/140333, WO2010/090539, WO2011/016737 에 설명되거나 또는 컨텐츠들은 참조로서 본 출원에 통합된다.
유도성 커플링은 전력 모듈이 요구되는 곳이면 어디든 배치되는 픽-업 코일들 (103)과 전력 서플라이 (101)로부터 125 A 피드(feed)를 위한 두개의 와이어 송신 시스템을 이용하여 (둘 모두의 도면들 1a, 1b에 도시된 바와 같이) 달성된다. 픽-업(pick-up) 장치 (103)는 여러 가지 형태들을 취득할 수 있다. 설명된 실시예에서 픽-업 (103)의 형태는 컨텐츠들이 참조로서 본 출원에 포함되는 국제 특허 공보 WO2006/118474에 설명된 것과 같은 것이다. 이 형태의 픽-업은 비대칭 코어 자기 구조를 가지며 S-픽-업으로 편의상 이 문서에서 지칭된다. 그러나, 다른 형태들의 유도 전력 픽-업이 사용될 수 있다. 예를 들어, 대칭 "E" 형상의 코어, 또는 "H" 코어, 또는 다른 알려진 형상들 또는 배열들을 갖는 픽-업이 사용될 수 있다.
일 실시예에서 (예컨대 도 1b에 도시된) 전력 송신 모듈들은 약 0.5m 길이이지만, 그러나 그것들은 2m 만큼 길고, 약 750mm 폭 및 40-150mm 두께일 수 있다. 모듈들은 사용중에 자기 플럭스가 차량 표면에 관하여 길이 방향으로 또는 횡방향으로 정렬된 패턴으로 이동하도록 배열될 수 있다. 각각의 송신 모듈은 구리 와이어의 코일을 봉입하고 일부 페라이트(ferrite)는 접합연결(piece)되어 그것이 도로 위에 위치될 때 그리고 그것의 전력 서플라이로부터 구동될 때 도로 아래의 와이어들 파이프들, 케이블들 등이 그것들에 유도된 전압들 또는 전류들을 갖지 않도록 모듈 아래에서는 최소의 필드를 갖고 지배적으로 도로 표면 위에 자기장을 생성할 수 있다. 따라서 125A 피더(feeder) 및 전력 송신 모듈은 서로 전혀 간섭하지 않는다. 모듈에 의해 제공된 자기장은 도로를 가로질러 즉 일 측면으로부터 다른 측면으로 연장될 수 있다. 다른, 덜 선호되는, 실시예에서 송신 모듈에 의해 제공된 필드는 도로를 따라서 길이 방향으로 연장될 수 있다. 전력 송신 모듈은 예를 들어 콘크리트와 같은 적절한 재료로 봉입(encase)됨으로써 도로 유닛내에 제공될 수 있다. 일 실시예에서 유닛은 두개의 개구들을 포함하고, 각각의 개구는 가늘고 긴(elongate) 주 전도성 루프의 일 측면을 수용하도록 적응되고, 수신기 코일 및 코어 (103)는 수신기 코일이 주 전도성 루프으로부터 전력을 유도적으로 수신할 수 있도록 유닛내에 배열된다. 이런 식으로 도로내 트렌치의 측벽들에 인접한 위치에 적응된 측벽들, 및 추가 유닛들의 말단 벽(end wall)들에 대응하여 인접하여 위치하도록 적응된 말단 벽들을 포함하는 도로 유닛들은 제공될 수 있어서 모듈식 해결책이 제공된다.
도로를 위한 대안의 일 실시예에서, 더 넓은 측면 허용 오차를 제공하기 위해서 하이웨이를 따라서 운전할 때, 각각 70-100 kW 사이에 등급된 두개 이상의 전력 서플라이들이 사용될 수 있고 우선적으로 규칙적인 간격들에서 200 m 떨어져 간격된다. 각각의 서플라이는 위상당 50/60 Hz 400/480 V에서 세개의 위상 유틸리티 서플라이에 연결되고 대략 100 미터 구동한다. 여기서 다시 각각의 서플라이는 중단되지 않은(unbroken) 트랙 루프에 20 kHz의 주파수에서 대략 125A의 전류를 구동시키도록 디자인된다. 그러나, 이 제 2 실시예에서 각각의 전력 서플라이의 출력은 동기화되고(동기화된) (각각의 정의된 위치에 다른 서프라이들), 출력 전류의 위상이 미리 정의된 간격(separation)을 갖는 것을 보장하기 위해 제어된다. 일 실시예에서 서플라이들/ 트랙들 및 제어기들의 수를 최소화하기 위해 단지 두개의 위상 시스템이 희망되고, 그런다음 각각의 송신 라인에 전류가 90 도 역위상(out of phase)에 있도록 제어되는 것을 요구할 것이다. 만약 일부 실시예들에서 세개의 위상 시스템이 바람직한 것으로 알게 된다면, 그러면 세개의 전력 서플라이들 및 세개의 송신 라인들은 주파수 및 각각의 전류의 위상이 120도만큼 간격 되도록 제어된 위상 둘 모두에서 동기화된 각각의 출력 전류들이 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 루프 (102)는 도로의 측면을 따라서 제공될 수 있고, 케이블링(cabling)은 픽-업 장치 (103)로부터 모듈(들)로 도로를 가로질러 (및 바람직하게는 도로 표면 아래로) 연장될 수 있다.
코일로부터의 보정 쇼트 회로 전류(correct short circuit current)를 보장하기 위해서 픽-업 (103)으로부터의 출력은 직렬(series) 커패시터 (104)를 이용하여 부분적으로 직렬 동조된다. (103) 및 (104)의 조합은 이 실시예에 대하여 20kHz의 동작 주파수에서의 커패시터 (105)를 이용하여 병렬 동조된다. 주 서플라이 트랙 (102)상으로 거꾸로 반사된 이 동조된 LC 조합의 임피던스는 도로내 125A 피드의 섹션의 (픽-업 (103)이 결합된)의 해당 리액턴스가 쇼트 회로 상에서 실질적으로 보상되도록 된다. 이 특성은 정상 동작 상태들 (이하에서 추가 설명될)하에서, 전형적으로 단지 전력 송신 모듈들의 20% 또는 그 미만이 임의의 시간에 전력을 공급하고 있기 때문에 선택된다. 나머지는 불활성(inactive)이고, 쇼트 회로 상태에 있다. 결과적으로, 보통 50-200m 길이들을 피드하는 산업용 애플리케이션들에서의 케이스인 것 처럼 루프 (102)의 리액턴스는 정확한 길이와 무관한 공칭 값으로 디자인되거나 또는 제어될 수 있고 서플라이 전압을 제한하기 위해서 추가의 직렬 보상 커패시터들로 중단될 필요가 없다. 루프의 중단되지 않은 성질(unbroken nature)는 정전용량성 보정을 추가하기 위해 메인 도로 피드에 존재하는 추가 문제의 종단(termination)들이 갑는 문제를 제거한다. 이런 종단들은 손실을 추가하고(조인트 종단으로부터 그리고 임의의 추가된 정전 용량에서 손실 양쪽 모두) 그리고 에이징 정전 용량에서의 고장, 접지 움직임(ground movement) 또는 열악한 구성 및 에이징(aging) 때문에 조인트 종단들의 고장의 위험을 추가한다. 종단들은 또한 만약 존재한다면 고장을 일으킬 수 있는 열적 순환이 있는 정전용량성 보정(correction)의 영역들로 수분이 케이블링과 보호용 시스(sheath)들 사이에 전송되는 것을 방지하는 어려움 때문에 문제들을 추가한다. 종단들의 부존재는 또한 모듈들이 간단하게 그리고 용이하게 인스톨, 제거 및 교환되는 것을 허용한다.
도 1a에 관련하여, 병렬 LC 픽-업 ((103,104) 및 (105)의)의 출력은 도로 (100) 위에 지지되거나 또는 도로내에 내장되는 완전 직렬 보상 전력 모듈 (111) (도 1a에 (108) 및 (109))을 구동시키는 전력 제어 회로 (107)에 제공된다. 전력 모듈 (111)의 인덕턴스는 인덕턴스 (109)에 의해 표시된다. 이 실시예에서 컴포넌트들 (108) 및 (109)의 조합을 보면 리액턴스는 본질적으로 제로(0)이다. 따라서 컴포넌트들, 예를 들어 스위치들상에 최저의 가능한 전압 스트레스(voltage stress)가 있다.
이하에서 추가로 설명될 바와 같이, 전력 제어 회로 (107)는 트랙 (102) 위에 해당 과도 전류(transient)를 강요하지 않고 자기 플럭스 커플링 모듈의 일시적인 부하 요건들이 충족되는 것을 가능하게 한다. 전력 제어 회로 (107)는 또한 커패시터 (108)를 통과하는 전류를 조절함으로써 필요할 때 그것이 완전히 턴 오프되는 또는 턴 온 되거나 또는 가변될 수 있도록 모듈 (109)의 자기장을 제어하는 능력을 포함하여 다른 기능들을 가진다. 인접한 모듈들은 인접한 모듈들간에 원치않는 전력 전송을 방지하기 위해 시간상 순차적으로 및 위상에서 동기되어 통전(energise)시키도록 제어된다. 제어기 (107)의 동작이 이하에 추가로 설명된다.
자동차, 버스 또는 트럭을 충전하기 위해 요구되는 보정 필드 세기(correct field strength)는 도로를 사용할 수 있는 상이한 유형들 또는 카테고리들의 차량에 대한 전력 소요량들 또는 수요량들에 대응하는 미리 결정된 레벨들로 커패시터 (108)내 전류를 제한함으로써 간단하게 결정될 수 있다. 일 실시예에서 필드 세기는 두개, 세개의, 또는 그 이상 레벨들로 제어될 수 있고, 각각의 레벨은 도로를 따라서 이동하는 차량들의 전력 수요량 카테고리에 대응한다. 예를 들어, 일 실시예에서 차량들은 고유의 전기 전력 수요량에 따라 카테고리화된다. 따라서, 비-전기 차량은 제로(0) 전력 수요량을 갖고, 작은 전기 차량 예컨대 승용차(car)는 저전력 수요량을 갖고 큰 전기 차량 예컨대 트럭 또는 버스는 고 전력 수요량을 갖는다. 다른 실시예에서, 카테고리화(categorisation)는 고유의 차량 전력 소요량들보다는 차량 유저가 요구하는 것에 기반될 수 있다.
각각의 차량에 공급되는 전력 레벨을 결정하기 위한 제어 정보는 일 실시예에서 각각의 차량의 온-보드 전력 수신기와 관련된 RFID 태그에 내장될 수 있고 제어기 (107)에 모니터링되는 도로내 각각의 전력 송신 모듈의 앞에 또는 옆에 배치된 추가의 센서들을 이용하여 판독할 수 있다. 다른 실시예에서 제어 정보는 드라이버가 지불하려고 하는 비용에 관한 드라이버로부터의 응답에 기초하여 제어기 (107)에 통신수단들을 통하여 발송될 수 있다. 다른 실시예들에서 차량의 존재는 다른 방법들로 예컨대 차량이 각각의 모듈 위를 지나갈 때 전력 송신 모듈들내 코일들의 인덕턴스에 변화를 감지하는 센서를 이용함으로써 감지될 수 있다.
따라서 제어기 (107)는 전력을 선택 레벨들에서 선택적으로 이용 가능하는 것을 허용한다. 예를 들어, 차량들은 비-전기, 광 전기 및 중 전기(heavy electric) 유형들로 카테고리화될 수 있다. 그런다음 센서는 차량 카테고리 (이하에서 추가 설명될 것처럼)를 감지할 수 있고, 제어기 (107)는 그런다음 해당 차량에 이용 가능한 필드를 제어한다. 그래서 만약 차량이 비-전기이면, 어떤 필드도 이용 가능하지 않다. 만약 차량이 전기 버스 예를 들어, (즉, 중 전기 차량)이면, 그러면 고 필드 세기가 제공된다.
도 2에 관련하여, 가늘고 긴 루프 (102)로부터 하나 이상의 모듈들로 전력 서플라이를 위한 회로가 도시된다. 이 실시예에서, 모듈 (401)은 도면들 1a 및 1b의 모듈들 (111)중 하나를 나타낸다. 도 1a의 제어 회로 (107)는 컴포넌트들 (120)-(127)를 포함한다. 모듈 (401)이 두개의 와인딩들을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이들은 단일 픽-업 (103)으로부터의 각각의 와인딩을 구동하기 위해 사용되는 별개의 인버터(125)를 갖는 국제 특허 공보 WO2011/016737에 설명된 대로 배열된다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 배열들이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 별개의 픽-업 (103)이 각각의 인버터 (125)에 대하여 사용될 수 있다. 또한, 하나의 와인딩은 WO 2008/140333에 개시된 대로 사용될 수 있고, 또는 두개의 와인딩들은 WO2010/090539에 따라 사용될 수 있고, 예를 들어 하나의 인버터 (125)에 구동된다.
도 2 에 도시된 회로는 주 전력 서플라이 (101)로부터 차량에 더블 IPT 변환의 일부로서 주파수 변화를 제공한다. 비록 주파수 변화는 20kHz 내지 85kHz에 있는 것으로 아래에 논의되지만, 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 주파수들이 사용될 수 있고, 그리고 주파수가 동일하게 유지될 수 있거나, 또는 심지어 축소될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서 전력 차량에 전력의 공급을 위한 고 주파수는 20kHz 보다 더 크고 140kHz 까지 일 수 있지만 그러나 바람직하게는 85kHz일 수 있다. 85kHz로 주파수 증가는 모듈들에서 필드가 ICNIRP 요건들을 충족시킬 가능성이 더 있고, 및 고 효율성들이 인버터로부터 송신 모듈 또는 패드로 짧은 송신 거리상에서 획득될 수 있다는 장점을 가진다. 제 1 변환에서 전력 서플라이 (101)는 3-위상 유틸리티로부터 전력을 취하고 연장된 루프 (102)의 형태로 로드 아래에 매립된 와이어로 전파되는 출력 전류 125A를 생성한다. 이 단일 와이어 루프는 상기에서 설명된 것 처럼 픽-업 (103)에 결합된다.
회로는 다이오드 브리지 (120)에 의해 DC로 정류되는 20 kHz에서의 입력을 갖고 85kHz에서 IPT 시스템내 전력 패드 또는 모듈을 구동시키기 위해서 하나 이상의 인버터들 (125)에 의해 85kHz에서 다시 AC로 역전된다. 이 주파수에서 미터당 전압 강하는 매우 높아서 도로를 따라서 그것을 사용하는 것은 비현실적이지만 그러나 여기서 85kHz는 도로를 따라서 사용되고 85kHz는 단지 수 밀리미터의 임피던스 변환 네트워크들 (126,127) 및 (108)로부터 패드 (401)로 매우 짧은 연결이다. 최종 스테이지에서 고 주파수의 이 사용은 증가된 효율의 장점을 가질 수 있다.
이 주파수 변화 회로의 추가 장점은 정류기가 리액티브 VAR 흐름(flow)를 효율적으로 차단하기 때문에 20kHz에서 동작하는 트랙 (102)이 85kHz 회로에 존재하는 임의의 VAR 변동들을 보이지 않는다는 것이다. 결과적으로, 트랙 (102)은 이상적으로 동조될 수 있고 필요한 곳이 활성보다는 정적(static) 튜닝 컴포넌트들을 이용하여 보상된다.
도 2에 관련하여, 그리고 이전 실시예에서 처럼, 전력 모듈들 (411)은 각각의 송신 시스템 (102)에 유도적으로 결합된다. 두개의 위상 시스템 (여기에서 선호되는)의 경우에서 전력 모듈 (411)의 코일 및 페라이트 배열 (401)은 두개의 위상 와인딩 인덕턴스들 (403)을 포함하고 - 각각은 바이폴라(bipolar) 방식으로 간격되고 중첩되는 리츠 와이어로 만들어진 같은 N 권선수(turns)를 가져서 전기적으로 0, +90, +180 및 +270도 간격되어 네개의 와이어들의 그룹들로 효율적으로 귀결된다. 도 2 에 도시된 전체적 전력 서플라이 배열은 단일 위상 패드 구성들을 공급하기 위해 또한 사용될 수 있다.
예시된 실시예에서 네개의 그룹들의 와이어들은 도로를 가로질러 즉, 일 측면으로부터 다른 측면으로부터 방향에서 횡방향으로 정렬된다. 그러나, 와이어들의 그룹들은 덜 선호되는, 다른 실시예에서 도로를 따라서 길이 방향으로 즉, 도로를 따라서 이동 방향에 평행하게 향할 수 있다. 단 대 단(end on end)으로 배치된 페라이트의 피스(piece)들을 이용함으로써 만들어진 페라이트 스트립들 (402)은 코일들 (403)이 놓여 있는 전력 모듈의 뒷부분에 걸쳐서 배치된다. 페라이트는 도로내 쇼트 회로 및 임의의 다른 잠재적인 플럭스 경로들 둘 모두로 동작하지만 또한 로드 위에 플럭스를 증강시킨다.
모듈 부분 (401)내 각각의 위상 와인딩(phase winding) (403)은 적절한 픽-업을 포함하는 그것 자체의 제어 회로로부터 구동된다. 모듈 (411)은 일부 실시예들에서 단순히 별개로 제공된 부분 (401), 제어 및 튜닝 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 멀티위상(multiphase) 모듈은 공칭으로 0.75m 내지 1.5m 폭(width) 이도록, 그리고 0.5m 내지 2m의 길이를 갖도록 구성될 수 있고 (비록 5m 긴 섹션들 또는 더 큰 것이 일부 애플리케이션들에 대하여 적절할 수 있다) 그것이 도로 유닛 단일 위상 실시예에 관련하여 상기에서 설명된 도로 유닛내에 포함되는지 여부에 의존하여 모듈의 깊이는 또한 40-150mm인 것으로 예상된다. 이런 도로 모듈 또는 유닛은 바람직하게는 하이웨이 중앙을 따라서 위치될 것이지만, 그러나 일부 애플리케이션들에서는 전체 레인(lane)에 걸쳐 배치될 수 있다.
도 2의 회로에서, 전력은 수신기 (103)를 이용하여 트랙 (102)로부터 20kHz에서 결합되고 커패시터들 (104) 및 (105)를 이용하여 동조된다. 이 병렬 공진 회로는 그런다음 DC 인덕터 (121), 다이오드 (123) 및 디커플링 스위치 (122)를 이용하여 커패시터 (124)를 가로질러 전압을 제어하는 정류기로 입력된다. 국제 특허 공보 WO2010/030195에 설명된 AC 위상 제어 접근법이 대안적으로 커패시터 (124)로 제어되는 전압을 공급하는 다른 수단들로서 이 중간 섹션내 전력 흐름에 대하여 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
그런다음 커패시터 (124)를 가로지르는 DC 전압은 85kHz에서 동작하는 두개의 표준 공진 인버터들 (125)을 이용하여 스위치되고, 각각은 바이폴라 패드내에 엘리먼트들 (126,127,108) 및 인덕터 (403)을 포함하여 85kHz에서 LCL 컨버터 공진을 유도한다. 각각의 인버터 (125)는 바람직하게는 비록 만약 요구된 크기 및 또는 위상을 맞추기 위해 가변시킬 수 있지만 앞에서 설명된 대로 90 도 위상 편이를 갖는 별개의 패드 와인딩들에 전류를 유도하기 위해 동기화될 것이다. 일부 실시예들에서 단일 인버터가 예를 들어 단일 위상 패드 구성을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
만약 패드의 와인딩들 (403)이 직렬로 연결되면 그러면 그것은 전력 커플링에 적절한 단일 위상 시간 가변 필드를 생성하기 위해 단일 인버터를 이용하여 이것을 동작시키는 것이 또한 가능하다. 도 2에서, 만약 필요하면 인버터들 (125)에 대하 입력 앞에 DC 인덕터가 제공될 수 있다.
일 실시예에서 커패시터 (124)는 에너지 저장 엘리먼트로서 사용되어서 그것은 그렇지 않으면, 트랙 (102)에 의해 공급되지 않을 수 있는 일시적인 부하 요구(load demand)들을 공급할 수 있다. 만약 시스템이 양방향이면, 그러면 커패시터 (124)는 유사하게 다른 차량으로 리턴하기 위해 또는 서플라이로 리턴하기 위해 차량으로부터 수신된 에너지를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 커패시터 (124)는 이하에 추가로 설명될 것 처럼 상당한 시간들에 거쳐 전력 입력 과 전력 출력사이에 상당한 변화들이 있을 수 있도록 충분하게 큰 것으로 선택될 수 있다.
커패시터 (124)를 크게 만드는 것은 또한 그것이 정류기 및 제어기 (122) (상기에서 설명된 대로 상기에서 설명된 AC 위상 제어 배열을 포함할 수 있다)로부터의 고조파(harmonic)들의 추가 전파를 방지하는 장점을 갖는다.
큰 커패시터들 (124)의 형태에 에너지 저장수단을 갖는 시스템의 사용이 이제 추가로 도 3을 참고로 하여 설명된다. 해당 도면과 관련하여, 근접 센서(proximity sensor) (이 문서에 어디 다른 곳에서 설명된)는 움직일 때 코일 또는 코일들 (109), (401)에 전력을 공급하기 위해서 인버터 (125)상의 스위치들 및 하나 이상의 정적상태 코일들 (109) 또는 (401)에 픽-업 코일 (110)이 충분하게 정렬된 것을 감지한다.
(110)으로부터 결합된 전력은 만약 필요하면 보조 제어기 (도면들 27 - 38b을 참고로 하여 설명된)로 제어될 수 있고 EV에 전력을 공급하고 및/또는 부하 (507)에 의해 표시된 그것의 배터리들을 충전하기 위해 사용된다.
이들 이벤트들이 일어나는 프로세스가 도 3 에 도시된다. 여기 도로를 따라서 제공되는 주 도전체 루프는 페이지에 수직이다. 커패시터들 (124)의 수직 스트링은 모두 충전되어 준비된다. 도 40b의 상단에 회로내 인버터 (125)는 충전된 커패시터 (124)로부터 코일 (109)로 전력을 공급하고 해당 전력은 자기적으로 차량에 전송된다.
차량이 이동 방향 (126)으로 이동할 때, 코일들 (109) 및 (110)은 그것들의 정렬상태를 상실하고 코일 (103)은 잔존하는 상태를 위해 커패시터 (124)를 재충전하고 동시에 도로상의 다음 커플링 회로 (즉, 도 3에 페이지 아래 다음 회로)는 코일들이 차량에 전력 흐름을 계속하기 위해 충분하게 정렬된 후 스위치 온된다. 커패시터들 (124)은 충전 회로들을 턴 온 및 오프하고 슈퍼-커패시터들을 그것들의 작동 전압(working voltage) 에서 유지시키기 위해 디커플링 스위치들 (122)을 이용하여 충전된 채로 유지된다. 방전에서 전압 차이가 매우 작을 때 그것들 사용되고 있을 때 동시에 커패시터들은 충전될 수 있다는 것을 알수 있을 것이다.
차량을 구동시키는 전력은 도로를 따라서의 일련의 저장 커패시터들 (124) 로부터 나오고 몇몇의 패드들은 해당 커패시터가 충전되기 전에 하나의 커패시터로부터 구동될 수 있다. 예를 들어, 큰 트럭은 각각이 하나 이상의 코일들 (110)을 포함하는 5 패드들을 가질 수 있다. 차례 차례로 각각의 이들 패드들은 각각의 도로 코일 (109) 위를 통과하고 각각의 코일 (109)은 커패시터 (124)에 저장된 에너지로부터 차량으로 전력을 전송하여서 모든 5 패드들이 주 도전체 루프 (102)로부터 재충전되는 것을 필요로 하는 패드 배열 없이 각각의 도로 패드에 의해 전부 전력 공급된다. 이 실시예에서 커패시터 (124)는 이것을 달성하기 위해서 충분하게 커야만 한다.
일 실시예를 예로서 고려하여, 만약 각각의 패드가 그것 위를 통과할 때 커패시터 (124)가 10ms동안 20 kW를 공급하면 그러면 해당 커패시터상에 총 부하는 50 ms동안 20 kW 이고, 이는 1000 주울(Joule)이다. 300 V에서의 슈퍼-커패시터에 대하여 저장된 에너지에서의 변화는
Δ(1/2 CV2 )=1000J 가정하면:
CV ΔV = 1000 그러므로 ΔV=1000/CV 일 것이다.
300V, 1F 커패시터를 갖는 실제 애플리케이션에서, 이 시나리오에서 전압에서의 변화 ΔV 는 1000/300 = 3.3 볼트 또는 1% 방전일 것이고, 이는 완벽한 실제 결과이다.
10A의 실제 충전 전류에 대하여 대체될 전하는 Q=CV = 1x3V = 3 쿨롱이고, 이는 0.3 초동안 10A 전류로 저장될 수 있다. 시스템은 대안적으로 4A 전류로 동작될 수 있고 그에 의한 재충전 시간은 0.75 초일 것이다. 슈퍼- 커패시터에 저장된 에너지는 1/2CV2 = 45,000 주울 또는 0.0125 kWH일 것이다. 비교의 방법으로 전형적인 전기 차량 (예를 들어, 상표 Nissan Leaf로 판매된 차량)은 아마 $10,000 또는 $370/kWH의 대체 비용으로 그것의 에너지를 저장하기 위해 27 kWH 배터리를 사용한다. 따라서 인수 10의 배터리와 비교되는 슈퍼-커패시터에 대한 비용 편차를 가정하여 유사한 비용의 0.0125 kWH 슈퍼-커패시터는 $46.00인 슈퍼-커패시터이다. 따라서 상기 옵션은 경제적으로 및 기술적으로 생존 가능하다. 비록 에너지 저장은 배터리를 이용하여 달성될 수 있지만, 이는 사이클 라이프가 매우 높아야 하지만 - 그러나 방전 깊이(discharge depth)는 매우 작을 것이고 - 전형적으로 1%보다 작을 것이기 때문에 본 출원에서 실행가능하지 않을 것이다. 대안은 다수의 전해질 커패시터들을 병렬로 사용하는 것이다.
이 예에서 트랙 루프 (102)의 입력 주파수는 21.25 kHz이다. 따라서 이 주파수가 접지 패드에 입력될 때 간단한 아날로그 배율기 회로는 신호를 제곱함으로써 42.5 kHz를 그런다음 그것을 다시 제곱함으로써 85 kHz 생성할 수 있다. 이 신호는 그런다음 하나의 패드와 다음 패드사이에서 ‘맥놀이(beating)'가 없도록 완벽하게 주파수상에서 그리고 동일하게 위상되는 파형들을 제공하도록 인버터에 클럭을 제공(clock)하기 위해 사용된다.
차량에 이용 가능하게 만드는 전력의 양은 요인들에 의존하여 예컨대: 차량의 충전 상태, 차량의 순간적인 전력 소요량, 및 도로 및 차량상에 존재하는 자기 커플링 구조들 또는 코일들간에 결합 계수 k에 의존하여 차량마다 상당히 변화될 필요가 있을 수 있다. 도로로부터 차량에 이용 가능한 만든 필드는 각각의 도로 코일 (109)에 전류에 의존한다. 이 전류는 인버터 (125)의 동작에 의해, 예를 들어 제어함으로써 인버터 스위치들의 듀티 사이클(duty cycle)를 제어함으로써 제어될 수 있다. 그러나, 실제로 이 접근법은 그것이 원치않는 고조파들을 도입하기 때문에 이상적이지 않다. 따라서, 일 실시예에서 벅, 부스트, 또는 벅-부스트 컨버터가 커패시터 (124)와 인버터 (125) 사이에 사용된다. 개략적인 회로가 도 4 에 도시된다.
도 4에 관련하여, 스위치 (128), 다이오드 (129) 및 인덕터 (130)를 포함하는 벅 컨버터 (127)가 도시된다. 스위치는 인버터에 의한 사용을 위해 제어되는 더 낮은 (또는 만약 부스트 컨버터가 사용된다면 그러면 더 높은) 전압을 공급하는 알려진 방법으로 제어될 수 있다. 인버터에 걸친 전압은 패드 와인딩(들)에 전류 흐름을 결정하고, 패드에 의해 전달되는 전력은 와인딩 전류의 제곱에 비례한다. 이런 식으로, 도로 패드들로부터 이용가능하게 만들어진 전력은 각각의 차량의 요건들에 의존하여 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 벅-부스트 컨버터가 인버터에 의한 사용을 위해 더 높은 또는 더 낮은 전압들을 제공하기 위해 대신 사용될 수 있다.
당해 기술분야의 통상의 기술자들은 본 출원에 도시된 토폴로지를 이용하여 도로를 따라서 하나 초과의 주 루프 (102)를 놓는(및 전력공급) 비용없이 단일 또는 멀티위상 플럭스 송신 패드 또는 모듈이 제공되는 것을 허용한다는 것을 인식할 것이다. 따라서 심지어 어떤 주파수 변화가 채용되지 않을지라도 상기 토폴로지는 유익하다. 긴 거리들에 걸쳐 작용하는 것을 허용하는 저 주파수에서 - 말하자면 20 kHz - 루프 (102)를 통전시키는 능력은 분명히 유익하여서 하나의 프라이머리(primary)는 도로의 상당한 길이를 커버할 수 있고, 동시에 도로 모듈들은 자기장들에 노출 및 패스 사이즈를 줄이기 위해서 더 높은 주파수에서 장점들을 획득하기 위해 그리고 전기 차량들을 충전하기 위해 사용될 수 있는 주파수들에 대한 국제 표준들을 만족시키기 위해 85 kHz에서 통전될 수 있다. 게다가, 도로 패드들에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 엘리먼트들의 사용은 일시적인 수요가 충전된 커패시터들 (124)에 의해 공급될 수 있기 때문에 루프 (102)를 위한 주 전력 서플라이가 더 낮게 등급(rate)될 수 있다는 것을 의미한다. 에너지 저장수단의 사용은 또한 시스템이 솔라 또는 윈드(wind) 전력과 같은 재생 가능한 에너지의 사용을 더 잘 하게 하는 것을 허용한다. 따라서 일 실시예에서 로컬 솔라 패널 및/또는 윈드 제너레이터가 예를 들어 주 루프 (102)에 직접 전력을 공급할 수 있다.
다른 실시예에서, 다수의 인버터들 (125), 및/또는 다수의 패드들 또는 와인딩들 (109,401)이 단일 커패시터 (124)로부터 전력 공급될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 스위치 (122)를 이용하여, 또는 커패시터 (124)상에 제공된 전압에 대한 제어를 제공하기 위해서 적절한 활성(active) 회로 토폴로지로 해당 스위치를 대체함으로써 중간 전압 조절 섹션이 제공될 수 있다. 예를 들어 벅, 부스트 또는 벅-부스트 컨버터를 표현하는 기능을 구현하기 위해 따라서 커패시터 (124)에 존재하는 전압에 대한 제어를 제공하기 위해 회로부가 업스트림에 즉 커패시터 (124) 앞에 제공될 수 있다. 이것은 도 4를 참고로 하여 설명된 회로의 대안으로서 또는 그것에 추가하여 사용될 수 있다. 스위치 (122)는 (103) 및 (105)에 의해 형성된 회로의 공진 주파수 아래 또는 위의 주파수들에서 동작될 수 있다.
이제 도 5를 참고로 하여, 도 4의 벅 컨버터가 도시되지만, 그러나 이번에는 인버터 (125)에 입력에 커패시터 (131)가 있다. 컨버터 (131)는 컨버터에 요구된 전압을 제공하기 위해 커패시터 (131)상에 전압을 제어하고, 따라서 플럭스 커플링 장치 (즉, 전력 패드)의 와인딩들에 요구된 전류를 제공하기 위해 사용된다. 커패시터 (131)는 그것을 가로질러 전압에서 상대적으로 빠른 변화들을 허용하도록 선택되어서 패드내 전류는 자기 플럭스의 상이한 요구된 레벨들이 생성되는 것을 허용하기 위해 충분하게 빠르게 변화될 수 있다. 따라서, 추가 커패시터 (131)는 전형적으로 커패시터 (124)보다 작다.
도 6에서, 인접한 커패시터들 (124)이 도로를 따라서 그룹들로 병렬로 연결된 대안 실시예가 도시된다. 그룹된 커패시터들은 하나 또는 다수의 픽-업들 (103)에 의해 공급될 수 있다. 비록 각각의 인버터 (125)와 관련되어 하나의 커패시터 (124)로서 도시되었지만, 더 많거나 또는 더 적은 커패시터들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서 커패시터들 (124)은 다섯개의 그룹들로 연결되지만, 그러나 다른 그룹화들이 사용될 수 있다. 만약 대략 5 미터의 거리에 걸쳐 (즉, 커패시터들이 일 미터 이격된다) 다섯개의 커패시터들 (124)이 병렬로 연결되면, 그러면 우리는 각각의 커패시터에 적절한 사이즈가 300V에서 1000 마이크로패럿(microFarads)인 것을 알 것이다. 이는 선행하는 실시예들에 언급된 사이즈들보다 훨씬 더 작지만, 그러나 그룹이 전력 패드에 의해 요구되는 일시적인 부하 수요에 응답하여 충분한 에너지 저장 수단을 제공하고, 반면에 단일 큰 커패시터들을 이용하는 것보다 비용이 훨씬 작게 든다는 장점을 가진다. 제한된 그룹화 사이즈는 고장 (예를 들어 케이블이 사용중에 쇼트되거나 또는 단락된)의 이벤트에서 고장 전류가 안전한 레벨로 제약될 것이라는 장점을 또한 가진다.
일 실시예에서 루프 (102) 및 픽-업 (103)은 인덕터 (130) (도면들 4 및 5 참조)까지 컴포넌트들과 함께 도로 옆에 위치될 수 있다. 그런다음 DC 케이블이 도로의 측면에서 장치로부터, 전력 패드 구조와 함께 제공될 수 있는 커패시터 (131) 및 인버터 (125)로 도로 아래로 연장될 수 있다. DC 케이블은 별개의 유도성 컴포넌트의 요구없이 인덕턴스 (130)를 제공할 수 있다. 이 실시예는 큰 정전 용량 (124), 상당한 양의 부품이, 그것이 액세스 가능하고 따라서, 서비스가능한 길가(roadside)에 위치된다는 장점을 가진다.
사용중에, 도 6에 토폴로지는 도로 위에 차량이 그룹의 제 1 전력 패드에 접근할 때, 병렬 연결된 커패시터들 (124)에 저장된 에너지가 그룹내 제 1 패드의 인버터에 대하여 커패시터 (131)로 요구된 전압 레벨에서 공급될 수 있다는 것을 의미한다. 커패시터 (131)는 빠르게 충전할 수 있어서, 그래서 전압 레벨은 주 트랙 루프 (102)상에 이 일시적인 수요를 강제하지 않고서 일시적인 부하 수요를 충족시키기에 충분할 것이다. 일단 일시적인 부하가 만족되었다면, 에너지는 그런다음 트랙 (102)로부터 커패시터들 (124)로 대체될 수 있다.
또한 상기에서 논의된 실시예들은 움직이는 픽-업 디바이스가 있는 임의의 IPT 시스템 에 적용가능하고 즉, 개시가 단지 도로 또는 EV 애플리케이션들에 제한되지 않는다는 것이 명확할 것이다.

Claims (15)

  1. 자기 플럭스 커플링 장치를 통전(energise)시키기 위한 회로로서, 상기 회로는:
    전력을 유도적으로 수신하기 위한 픽-업 코일(pick-up coil),
    수신된 상기 전력으로부터 에너지를 저장하기 위한 저장 커패시터,
    상기 저장 커패시터로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하기 위한 인버터,를 포함하되,
    상기 플럭스 커플링 장치에 의해 부하에 공급될 전력 전송은 수신된 상기 전력을 초과할 수 있는, 회로.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 저장 커패시터는 복수개의 커패시터들을 포함하는, 회로.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 각각의 인버터가 하나 이상의 자기 플럭스 커플링 장치를 제공하는 복수개의 인버터들을 포함하는, 회로.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 자기 플럭스 커플링 장치에 제공되는 전력을 조절하기 위한 전력 레귤레이터를 더 포함하는, 회로.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 전력 레귤레이터는 상기 저장 커패시터와 상기 인버터 사이에 제공되는, 회로.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 전력 레귤레이터는 상기 픽-업 코일과 상기 저장 커패시터 사이에 제공되는, 회로.
  7. 청구항 4 내지 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 전력 레귤레이터는 상기 장치에 의해 공급되는 픽-업의 한계치(limitation) 또는 전력 소요량(power requirement)에 의존하여 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급되는 전력의 레벨을 조절하는, 회로.
  8. 청구항 4 내지 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 전력 레귤레이터 또는 상기 인버터와 관련된 추가 커패시터를 더 포함하는, 회로.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 추가 커패시터는 상기 저장 커패시터의 정전 용량보다 작은 정전 용량을 갖는, 회로.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 저장 수단들로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급된 상기 에너지는 수신된 상기 전력과는 독립적으로 공급되는, 회로.
  11. 유도 전력의 전송 방법에 있어서, 상기 방법은 :
    전력을 유도적으로 수신하는 단계;
    수신된 상기 전력으로부터 저장 수단들에 에너지를 저장하는 단계, 및
    부하에 유도적으로 이용 가능한 전력을 만들기 위해 상기 저장 수단들로부터 자기 플럭스 커플링 장치로 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함하는, 유도 전력의 전송 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 저장 수단들에 에너지를 저장하는 단계는 복수개의 커패시터들에 에너지를 저장하는 단계를 포함하는, 유도 전력의 전송 방법.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 저장 수단들로부터 상기 자기 플럭스 커플링 장치로 공급된 상기 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 유도 전력의 전송 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 공급된 전력을 조절하는 단계는 인버터에 제공되는 전압을 조절하는 단계를 포함하는, 유도 전력의 전송 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 인버터와 관련된 커패시터의 전압을 조절하는 단계를 더 포함하는, 유도 전력의 전송 방법.
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