KR20170045317A - 자기장을 수신하고, 자기 유도에 의해 전기에너지를 생성하기 위한, 특히 차량용 수신장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기장을 수신하고 자기유도에 의해 전기 에너지를 생산하는, 특히 차량용 수신장치(200)에 있어서, - 상기 수신장치(200)는 상기 수신장치가 작동하는 동안에 적어도 하나의 전기 라인으로 이루어진 적어도 하나의 코일(131)에서 자기장이 전압을 유도하는, 상기 적어도 하나의 코일(131)을 포함하고, - 상기 수신장치(200)와 상기 적어도 하나의 코일(131)은 상기 수신장치(200)의 수신측으로부터 자기장을 수용하기에 적합하고, - 상기 수신장치(200)는 자기력선들을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치(185)를 포함하고, - 상기 제1 필드 성형 장치(185)는 상기 수신장치(200)의 수신측으로부터 보았을 때, 상기 적어도 하나의 코일(131)의 뒤에 배치되고, - 상기 수신장치(200)는 상기 적어도 하나의 코일(131)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 커패시터(115)를 포함하는 커패시터 장치(211)를 포함하고, - 상기 커패시터 장치(211)는 상기 수신장치(200)의 수신측으로부터 보았을 때, 상기 제1 필드 성형 장치(185)의 뒤에 배치되고, - 상기 수신장치(200)는 상기 수신장치(200)를 냉각시키기 위해서 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제1 냉각 구조물(181)을 포함하며, - 상기 제1 냉각 구조물(181)은 상기 제1 필드 성형 장치(185)와 상기 커패시터 장치(211) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 수신장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자기장을 수신하고, 자기 유도에 의해 전기 에너지를 생산하기 위한, 특히 차량용 수신 장치에 관련된 것이다. 그렇지만, 이 수신장치가 차량에만 사용되는 것으로 한정되지 않는다. 본 발명은 또한, 이러한 수신 장치를 제조하는 방법 및 이러한 수신 장치의 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 차량(예컨대 도로 주행 자동차, 버스, 레일 차량)에 무선으로 에너지를 전송하는 분야에 적용될 수 있다. 특히, 이 수신 장치는 적어도 킬로와트 단위(예를 들어, 20kW)의 속도로 전력을 생산하기에 적합할 수 있다.
특허문헌 GB 2501482 A호는 육상차량, 특히 레일 차량 또는 도로주행 자동차에 대하여, 차량의 트랙에 그리고/또는 차량의 정류장에 배치되는 1차측(primary side)에서 전자기장을 생성하고, 전자기장의 소스 위에 있는 차량에 탑재된 2차측(secondary side)에서 전자기장을 수신하고, 2차측에서 자기 유도를 발생시킴으로써, 차량에 전기 에너지를 공급하는 장치를 설명한다. 2차측 도체 조립체는 장치가 작동하는 동안 표유 전자기장(electromagnetic stray field)을 생성하는 전기 전도성 재료로 만들어지며, 이 전기 전도성 재료는 교류 전류를 운송한다. 자화 가능한 재료로 이루어진 2차측 차폐 조립체는 표유 전자기장으로부터 자화 가능한 재료를 넘어서는 곳에 위치하는 영역들을 차폐한다.
특허문헌 GB 2501482 A호에서 설명된 바와 같이, 2차측 도체 조립체 및 2차측 차폐 조립체는 1차측으로부터 자기장을 수신하는 동일한 수신 장치의 일부일 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 도체 조립체에 전기적으로 연결되는, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 장치를 포함하는, 특허문헌 GB 2501482 A호에 게시된 것과 같은 수신 장치와 관련될 수 있다.
유도 전력 전송(IPT) 시스템에서, 전기 전도체인 권선들 (예를 들어, 3-위상 권선들) 2세트를 사용하여 전력 전송이 수행된다. 제1 세트는 1차측에(예를 들어, 지면에) 설치되어, 도로변의 전력 컨버터에 의해 제공될 수 있다. 제2 권선 세트(전기라인으로 된 적어도 하나의 코일을 포함함)는 2차측에(예컨대 차량에) 설치된다. 예를 들어, 제2 권선 세트는 차량의 밑면에 장착될 수 있다. 제2 권선 세트를 포함하는 장치는 종종 픽업 또는 리시버(receiver)로 지칭된다. 특히, 제1 권선 세트 및 제2 권선 세트는 2차측으로 전기 에너지를 전송하기 위해 중간 주파수(예를 들어, 1kHz 내지 200kHz의 범위 내의 주파수) 변압기를 형성한다. 이는 정적인 상태(1차측 및 2차측 간에 움직임이 없는 경우)와 동적인 상태(2차측, 예를 들어 차량이 움직이는 상태)에서 수행될 수 있다.
종래의 변압기에 비해 비교적으로 큰 1차 권선 및 2차 권선 사이의 간격(clearance) 또는 간극(gap)에 의해, 변압기의 작동 동작 (operational behavior)은, 무시 가능한, 또는 작은 공극을 갖는 폐쇄형 자기 코어를 구비하는 종래의 변압기의 동작과 상이하다. 간극이 클수록 더 작은 상호 유도결합 및 더 큰 누설 인덕턴스를 야기한다.
높은 파워레벨로 에너지를 전송할 수 있도록 하기 위해, 작동 주파수(예를 들어, 중간 주파수 영역에 있는 주파수)에서 인덕터의 리액턴스를 보상하기 위해서 커패시터 장치가 사용된다. 인덕턴스 및 커패시턴스의 조합은 공진회로를 형성한다. 공진회로의 공명 주파수가 1차측 권선에 흐르는 교류 전류의 주파수와 동일하도록 인덕턴스 및 커패시턴스의 임피던스 값이 선택되면, 임피던스가 완전히 상쇄된다. 이러한 공진회로는 조정된다.
요약하면, 2차측 리시버의 커패시터 장치의 목적은 이 커패시터 장치의 커패시턴스와 권선들의 인덕턴스에 의해 정의되는 공진 주파수를 갖는 전기회로를 형성하는 것이다.
시스템이 작동하는 동안, 리시버의 전기적 특성에 중요한 변화가 관찰되었다. 이는 자화 가능한 재료의 자기적 특성들뿐만 아니라, 권선들의 인덕턴스 및 커패시터 장치의 커패시턴스를 포함하는, 전기 라인과 커패시터 장치의 전기적 특성들을 지칭한다. 이러한 전기적 특성들의 변화는 공진 주파수에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은 자기장을 수신하고, 자기 유도에 의해 전기 에너지를 생산하는 수신 장치와 이러한 수신 장치를 제조하는 방법, 그리고 전기적 특성들이 일정하게 유지되도록 하는 이러한 수신 장치를 작동시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 리시버의 전기 라인들과 커패시터 장치의 커패시터(들)이 열을 발생시킨다는 연구결과에 기초한다. 이는 리시버의 자화 가능한 재료로 제조된 차폐 조립체에도 동일하게 적용된다. 자기장은 작동 주파수로 자화 가능한 재료의 분극을 반전시킨다. 특히 공진회로의 경우, 작동 온도를 사전에 정해진 온도범위 내에 유지하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 리시버의 전기적 특성들, 따라서 공진 주파수가 달라진다. 이는 에너지 전송의 효율성을 상당히 감소시킬 것이다. 따라서, 수신 장치의 온도를 일정하게 유지하거나, 정의된 온도 범위 내에 유지하도록 제안된다. 또 다른 이점은, 더 낮은 작동 온도에 의해 커패시터 장치의 적어도 하나의 커패시터의 수명이 늘어난다는 것이다. 더욱이, 작동하는 중에 온도의 변화가 작으면 수명이 늘어난다.
실제로, 온도를 일정하게 유지하는 대응 수단은 효과적이어야 하고, 아주 작은 공간을 필요로 해야 한다.
본 발명의 기본 사상에 따르면, 수신 장치를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 흐름을 안내하는 도관들을 포함하는 제1 냉각 구조물이 수신 장치 내에서 사용된다. 제1 냉각 구조물은 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치(field shaping arrangement)와 커패시터 장치 사이에 배치된다. 이로 인해, 제1 냉각 구조물이 제1 필드 성형 장치 및 커패시터 장치 모두를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 특히, 제1 냉각 구조물은 두 가지 장치 모두에 직접적으로 기계적 접촉을 하여, 제1 냉각 구조물에 효과적으로 열이 전달될 수 있다. 어떠한 경우에라도, 두 가지 장치 모두에 제1 냉각 구조물을 사용하면, 냉각 시스템을 제공 및 작동하는데 요구되는 수고가 줄고, 아주 작은 공간이 필요로된다.
특히, 자기장을 수신하고, 자기 유도에 의해 전기 에너지를 생산하기 위한, 특히 차량용 수신 장치가 제안되는 바,
- 적어도 하나의 전기 라인으로 이루어진 적어도 하나의 코일을 포함하는 수신 장치로, 수신장치가 작동하는 동안 자기장은 수신 장치에 에너지를 전송하기 위해 적어도 하나의 코일에 전압을 유도하고,
- 수신 장치 및 적어도 하나의 코일은 수신 장치의 수신측으로부터 자기장을 수신하기에 적합하고,
- 수신 장치는 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치를 포함하고,
- 제1 필드 성형 장치는 수신 장치의 수신측으로부터 보았을 때, 적어도 하나의 코일의 뒤에 배치되고,
- 수신 장치는 코일에 전기적으로 연결되는, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 장치를 포함하고,
- 커패시터 장치는 수신 장치의 수신측으로부터 보았을 때, 제1 필드 성형 장치의 뒤에 배치되고,
- 수신 장치는 수신 장치를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 흐름을 안내하는 도관들을 포함하는 제1 냉각 구조물을 포함하며,
- 제1 냉각 구조물은 제1 필드 성형 장치 및 커패시터 장치 사이에 배치된다.
본 발명은 수신 장치를 제조하는 대응 방법과 수신 장치를 작동하는 대응 방법도 포함한다.
커패시터 장치가 제1 필드 성형 장치의 뒤쪽에 배치되기 때문에, 수신 장치는 소형의 공간 절약적인 구성을 가지며, 커패시터 장치는 IPT 시스템의 1차측으로부터 수신 장치에 의해 수신되는 자기장의 영향으로부터 보호된다.
제1 냉각 구조물은 냉각 유체를 전달하는 도관들을 포함하는 전기 전도성 재료로 이루어진 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 플레이트의 폭 및 길이는 플레이트로부터 수신측으로의 방향을 가로지르는 방향으로 측정되고, 플레이트로부터 수신 장치의 방향으로 측정되는 플레이트의 두께는 그 폭과 길이보다 작다. 제1 냉각 구조물이 제1 필드 성형 장치 및 커패시터 장치 사이에 배치되기 때문에, 전기 전도성 재료는 전자기장으로부터 제1 냉각 구조물을 넘어서는 영역(수신 장치의 적어도 하나의 코일로부터 보았을 때)을 차폐한다. 이는 제1 필드 성형 장치에 의해 제공되는 차폐효과를 향상시키거나, 제1 필드 성형 장치의 두께를 감소시킨다.
특히, 제1 냉각 구조물은 수신 장치의 어떠한 자기 또는 전기 전도성 부품으로부터라도 전기적으로 절연된다.
제1 냉각 구조물이 제1 필드 성형 장치를 완전히 커버하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 냉각 효율이 향상된다.
수신측으로부터 보았을 때, 제1 필드 성형 장치의 반대쪽 영역이 자기장으로부터 차폐되어야 하므로, 제1 필드 성형 장치는 적어도 하나의 코일의 뒤쪽에 배치된다. 바람직한 실시예에 따르면, 수신 장치는 수신 장치를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 흐름을 안내하는 도관들을 포함하는 제2 냉각 구조물을 더 포함하며, 제2 냉각 구조물은 적어도 하나의 코일과 제1 필드 성형 장치 사이에 배치된다. 제2 냉각 구조물이 적어도 하나의 코일과 제1 필드 성형 장치 사이에 배치되기 때문에, 냉각 효율이 더 향상되고 수신 장치가 소형 구성을 갖는다. 바람직하게는, 제2 냉각 구조물은 적어도 하나의 코일 및/또는 제1 필드 성형 장치와 직접적으로 기계적으로 접촉한다. 그 결과, 열 전달 효율이 향상된다.
특히, 제2 냉각 구조물은 도관들을 포함하는, 전기적으로 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 이루어진 플레이트를 포함한다. 따라서, 제1 필드 성형 장치의 자성 차폐 특성은 영향을 받지 않는다. 이 실시예는 자기력선들이 적어도 하나의 코일과 자화 가능한 재료 사이에 있는 냉각 구조물에 의해 영향을 받지 않아야 한다는 점을 해결한다.
특히, 특허문서 GB 2501482 A호에 기재된 바와 같이, 적어도 하나의 코일은 적어도 하나의 코일의 서로 반대편 측면에 측단부들을 포함할 수 있으며, 이 측단부들은 측단부들 사이의 중앙 영역에서 연장하는 적어도 하나의 코일의 전기 라인들에 의해 연결될 수 있다. 측단부들은 이 영역들의 바깥쪽 옆면을 포함하여 이 영역들의 적어도 두 면이, 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제2 필드 성형 장치에 의해 (각 측단부에 대하여) 둘러싸이며, 수신 장치를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 흐름을 안내하는 도관들을 포함하는 제3 냉각 구조물이 측단부의 바깥쪽 옆면에 배치된다.
제3 냉각 구조물은 냉각 유체를 전달하기 위한 도관들을 포함하는 전기 전도성 재료로 이루어진 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 제3 냉각 구조물은 전술된 제1 냉각 구조물에 대한 특징들 중 적어도 하나를 보유한다. 전기 전도성 재료는 전자기장으로부터 (측단부으로부터 보았을 때) 제3 냉각 구조물을 넘어선 영역을 차폐한다. 이는 제2 필드 성형 장치에 의해 제공되는 차폐효과를 향상시키거나, 제2 필드 성형 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 수신 장치를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 흐름을 안내하는 도관들을 포함하는 제4 냉각 구조물이, 각각 제2 필드 성형 장치와 적어도 하나의 코일의 측단부 사이에 배치된다.
특히, 측단부들의 3면이 제2 필드 성형 장치에 의해 둘러싸여, 제2 필드 성형 장치의 단면이 C자 또는 U자 형상일 수 있다. 3면은 수신측으로부터 보았을 때 측단부의 앞, 뒤쪽 그리고 바깥쪽 옆면이다. 특히, 제4 냉각 구조물은 측단부의 3면을 둘러쌀 수 있으며, 제4 냉각 구조물의 단면은 제2 필드 성형 장치의 형상에 대응하여, C자 또는 U자 형상일 수 있다. 선택적으로, 제2 필드 성형 장치는 제2 필드 성형 장치의 형상에 대응하는 C자 또는 U자 형상의 단부를 갖는 (특히 금속, 예컨대 알루미늄으로 제조된) 열 전도성 재료에 의해 봉입될 수 있다. 이러한 열 전도성 재료는 제3 냉각 구조물뿐만 아니라, 리시버의 주변부 및/또는 하우징으로의 열 전달을 향상시킨다. 금속 또는 또 다른 전기 전도성 재료는 IPT 시스템의 전자기장으로부터 외부의 차폐도 향상시킨다.
특히, 제4 냉각 구조물은 도관들을 포함하는, 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 된 플레이트를 포함한다. 이로 인해, 제2 필드 성형 장치의 자성 차폐 특성들은 영향을 받지 않는다. 다시 말해, 자기력선은 적어도 하나의 코일의 전기 라인들과 자화 가능한 재료 사이의 냉각 구조물에 의해 영향을 받지 않는다.
냉각 유체를 전달하기 위한 긴 도관은 냉각 유체의 상당한 압력 강하를 유발할 수 있으며, 도관을 통해 냉각 유체를 펌핑하기 위해 이에 상응하는 높은 전력이 요구될 수 있다. 또한, 냉각 유체 유입구 근처의 냉각 유체 유동은 난류(turbulent)일 수 있으며, 압력 강하 때문에 냉각 유체 배출구 근처의 냉각 유체 유동은 층류일 수 있다. 결과적으로, 냉각 유체로의 열 전달이 상당히 다를 것이다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해서, 전술된 냉각 구조물들 중 적어도 하나를 냉각 구조물 안에 있는 복수의 도관으로 분기되는 유체 유입구에 연결하고, 복수의 도관들 내의 냉각 유체의 유동을 재통합시키는 유체 배출구에 냉각 구조물을 연결하도록 제안된다. 이 분리 및 재통합하는 도관 영역들은 냉각 구조물 내부 및/또는 냉각 구조물의 외부에 위치될 수 있다. 결과적으로, 냉각 유체의 유동에 대한 총 단면적이 증가한다. 단면적이 큼에도 불구하고, 냉각 유체 유동은 냉각 구조물의 도관들 내에서 난류인 것이 바람직하다. 예를 들어, 원형 단면적을 갖는 개별적 도관들의 지름은 동일한 냉각 구조물 내의 모든 도관들에 대해서 동일할 수 있으며, 5 내지 7mm 범위, 특히 6mm 일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 동일한 유체 유입구로부터 분리되고 유체 배출구에 의해 재통합되는 도관들의 수는 4 내지 8개, 특히 6개일 수 있다. 냉각 구조물의 복수의 도관들에 공통적이고, 복수의 도관으로 분기되는 유체 유입 튜브의 단면적은 16 내지 24mm2 범위, 특히 20mm2 일 수 있다. 따라서, 이 특정한 예에 한정되지 않고, 복수의 도관들로 분기함으로써 단면적을 감소시킬 수 있고, 유동이 난류가 되도록 할 수 있다.
특히, 수신장치의 적어도 하나의 냉각 구조물은 수신장치의 외부에 있는 열 교환기와 결합되어, 적어도 하나의 전방 도관 및 하나의 복귀 도관에 의해 연결되는 적어도 하나의 냉각 구조물과 열 교환기를 통해 냉각 유체가 순환할 수 있으며, 복귀 도관을 통해 열 교환기에 복귀하는 냉각 유체의 열이 열 교환기에 의해, 특히 주변 공기로 전달될 수 있다.
특히, 복수의 도관들은 도관들이 서로에 대하여 기계적으로 평행하게 배치되지 않더라도, 수력학적으로 평행한 도관들로 여겨질 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 수력학적으로 평행한 도관들의 단면은 형상 및 크기가 동일하여, 단일 도관의 단면적에 수력학적으로 평행한 도관들의 수를 곱한 것은 냉각 구조물을 통해 냉각 유체가 전달될 수 있는 총 단면적과 같다. 이러한 방식으로, 각각의 도관은 동일하게 유체 유동 및 열 전달에 기여할 수 있다.
리시버에는 다른 영역보다 온도가 높은 영역들이 있을 수 있다. 이러한 영역들은 핫스팟으로 지칭될 수 있다. 예시로, 커패시터 장치의 각각의 커패시터의 영역이 있다. 또 다른 예시는, 적어도 하나의 코일의 전선들의 수가 다른 영역보다 많은 영역인데, 이는 전선들을 통하는 전류가 옴 저항에 의해 열손실을 발생시키기 때문이다. 반면에, 일반적으로 유입구로부터 배출구로 가면서 냉각 유체의 온도가 증가하기 때문에, 냉각 유체의 열 흡수능력은 유입구로부터 배출구로 가면서 감소된다. 이는 일반적으로 핫스팟으로부터 배출구 근처의 냉각 유체로의 열전달이 유입구 근처로부터의 열전달보다 덜 효율적이라는 뜻이다.
따라서, 적어도 하나의 냉각 구조물의 적어도 하나의 도관은 냉각 유체를 안해하기 위한 전방 섹션과, 전반 섹션으로부터 유체 배출구로 냉각 유체를 안내하기 위한 복귀 섹션을 포함하도록 제안되며, 전방 섹션 및 복귀 섹션은 서로에 대하여 나란히 연장하고, 적어도 하나의 도관을 지지하기 위한 제1 냉각 구조물의 지지 재료에 의해 서로 기계적으로 연결된다. 전방 섹션 및 복귀 섹션이 지지 재료에 의해 서로 연결되어있기 때문에, 두 섹션은 나란히, 하지만 서로에게서 거리를 두고 연장한다. 특히, 전방 섹션 및 복귀 섹션의 길이방향 축들은 서로 평행하다. 지지 재료는 예를 들어 금속, 특히 알루미늄과 같이 열전도율이 높은 재료인 것이 바람직하다. 열 전도율이 높은 이러한, 또는 다른 재료들은 본 실시예의 관점에서뿐만 아니라, 일반적으로 그 재료가 전기 전도성 재료라면 바람직하다.
전방 섹션과 복귀 섹션을 나란히 배치함으로써, 유체 배출구에 가까운 더 따뜻한 유체로부터 유체 유입구에 가까운 더 차가운 유체로 열이 전달될 수 있도록 한다. 따라서, 본 실시예는 냉각 유체의 온도를 균일하게 하는 경향이 있고, 유체 배출구에 가깝게 위치되는 핫스팟들로부터의 열전달이 향상된다. 핫스팟의 영역에서는 열이 전방 섹션에 있는 냉각 유체에 전달될 수 있고, 그 외 영역에서는 복귀 섹션으로부터 전방 섹션으로 열이 전달될 수 있다. 결과적으로, 냉각 유체의 열용량을 포함하여 냉각 구조물의 총 열용량의 활용 및 냉각 유체의 열 전달능력의 활용이 향상된다.
특히, 각 전방 섹션에 대하여 하나의 복귀 섹션이 냉각 구조물 내에 존재할 수 있고, 복귀 섹션은 동일한 도관의 전방 섹션의 옆에 배치될 수 있으며, 즉 두 섹션은 도관을 지지하는 재료에 의해 연결되고, 그 사이에 다른 전방 또는 복귀 섹션이 존재하지 않는다.
바람직하게는, 냉각 유체는 예컨대 기름과 같은 액체이며, 선택적으로 부동제와 혼합된 물을 함유할 수 있다. 냉각 유체로는 유전체이고, 따라서 이로 인해 특히 kHz 범위의 주파수를 갖는 자기장에 간섭하지 않는 액체가 사용되는 것이 바람직하다.
자화 가능한 재료는 철 또는 바람직하게는 페라이트일 수 있다. 자화 가능한 재료는 재료에 개입하는 자기력선의 방향을 전환시킨다. 이는 강자성 물질 및/또는 (예컨대, 페라이트와 같은) 페리 자성체일 수 있다. 일반적으로, 실제로 사용되는 페라이트는 열전도율이 높다는 이점이 있다. 그러나 페라이트 엘리먼트들 사이 및/또는 페라이트 재료와 냉각 구조물 사이의 간극은 모두 예컨대 열 전도성 페이스트와 같은 충전재로 채워지는 것이 바람직하다.
자화 가능 재료 뒤(적어도 하나의 코일로부터 보았을 때)에 있는 냉각 구조물(들)의 플레이트의 재료는 금속, 특히 알루미늄 또는 합금일 수 있다. 도관들은 동일 또는 다른 금속, 특히 구리로 제조된 튜브일 수 있다.
상응하는 냉각 구조물의 비-전기전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 플레이트 재료는 세라믹 재료(예를 들어, 알루미늄 산화물로 구성되거나 알루미늄 산화물을 포함하는 세라믹 재료)인 것이 바람직하다. 대안적으로, 이는 전기전도율이 아주 작은 어떤 플라스틱 재료일 수 있다. 도관들은 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 또는 예컨대 폴리 염화비닐과 같은 다른 플라스틱으로 제조된 튜브일 수 있다.
이러한 특성들을 갖는 냉각 구조물에 사용될 수 있는 많은 비-전기전도성 및 비-자성 재료들은 전기전도성의 금속에 비해 열도전성이 약하다. 따라서, 코일과 필드 성형 장치 사이 영역에 비-전기전도성, 비-자성 재료로 제조된 냉각 구조물을 적어도 하나 사용/구비하고, 코일로부터 보았을 때 필드 성형 장치를 넘어서는 영역에 전기적으로 비-전도성의 냉각 구조물의 재료보다 높은 열 도전율을 갖는 전기 전도성 재료로 제조된 냉각구조물을 적어도 하나 사용/구비하는 것이 바람직하다. 특히, 전기적으로 비-전도성인 냉각 구조물과 전기적으로 전도성인 냉각 구조물 내의 도관들을 통해 동일한 냉각 유체가 연속하여 유동될 수 있다. 전기적으로 비-전도성인 냉각 구조물에 의해 제공되는 냉각은 전기적으로 전도성인 냉각 구조물에 의해 제공되는 냉각에 비해 효과적이지 않을 수 있으나, 전기적으로 비-전도성인 냉각 구조물은 수신장치의 중심 영역으로부터 열을 제거한다. 반면에, 전기적으로 전도성인 구조물에 의해 제공되는 냉각은 적어도 하나의 코일과 직접적으로 접촉하지 않지만 수신장치를 효과적으로 냉각시킬 것이다.
또한, 리시버는 예컨대 금속, 특히 알루미늄과 같은 열 전도성 재료로 제조된 하우징을 포함하여, 하우징을 통해 주변으로 자연대류에 의해 열전달이 향상될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 리시버의 적어도 하나의 구조물 및/또는 장치 - 예를 들어, 커패시터 장치, 적어도 하나의 코일의 전선들을 지탱하는 지탱 구조물, 제3 냉각 구조물 및/또는 제2 필드 성형 장치의 자화 가능한 재료(예컨대 페라이트) - 는 하우징의 내부면에 접촉될 수 있다. 이는 하우징으로의 열전달을 향상시킨다.
하우징에 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 필드 성형 장치로부터 보았을 때 커패시터 장치 뒤에, 냉각 유체를 안내하기 위한 적어도 하나의 도관을 포함하는 추가적인 냉각 구조물이 있을 수 있다. 이는 수신측에 위치되는 영역, 즉 적어도 하나의 코일과 IPT 시스템의 1차측 사이에 IPT 시스템의 동작 중에 동일하게 적용될 수 있다. 대안적으로, 이(들) 추가적인 냉각 구조물(들)은 도관들을 포함하지 않을 수 있다. 특히, 커패시터 장치는 도관들을 구비하는 또는 구비하지 않는 두 개의 냉각 구조물 사이에 샌드위치처럼 끼워지는 것이 바람직하다. 이 샌드위치 형상의 냉각 구조물들 중 하나는 커패시터 장치와 제1 필드 성형 장치 사이에 배치된다. 샌드위치 형상의 냉각 구조물들 중 또 다른 하나는 커패시터 장치와 수신장치의 수신측과 반대되는 측 사이에 배치된다. 특히, 커패시터 장치와 함께 샌드위치를 형성하는, 커패시터 장치의 서로 반대편에 있는 냉각 구조물들은 각각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 특히, 커패시터 장치의 커패시터들은 냉각 구조물들 - 이들 중 적어도 하나는 전기적으로 전도성인 냉각 구조물임 - 에 대하여 전기적으로 절연될 수 있다. 커패시터 장치는 커패시터 장치의 서로 반대되는 양면에 있는 각각의 냉각 구조물과 재료 접촉(material contact)하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어, 이러한 목적으로 커패시터 장치의 커패시터들과 냉각 구조물들 사이에 전기적으로 절연성이지만 열전도성인 재료(예를 들어, 패드)가 제공될 수 있다.
리시버용 냉각 구조물을 제조하는 방법들 중 하나는 홈이 있는 열 전도성 재료로 된 플레이트를 제공하여, 바람직하게는 각각의 홈 안에 단일 도관을 삽입함으로써 홈 안에 도관들을 삽입하는 것이다. 도관들은 도관과 홈 표면 사이의 간극들을 채우는 충전재에 내장될 수 있다. 충전재는 페이스트 또는 예컨대 2-혼합물 접착제(two-compound adhesive) 및/또는 열 활성화 접착제와 같은 접착제일 수 있다. 냉각 구조물 내의 도관들은 일반적으로 원형 단면을 가질 수 있다. 선택적으로, 도관벽은 냉각 구조물의 표면에서 (둥근 형상의 도관 벽이 평평해지도록) 납작하게 만들어질 수 있다. 이 경우, 냉각 구조물의 표면은 국부적으로 평평한 도관 벽에 의해 형성될 수 있으며, 그 외는 충전재에 의해 형성될 수 있다.
리시버는 전술된 바와 같이 차량의 일부일 수 있다. 또한, 리시버에 의해 수신되는 자기장을 생성하기 위한 1차측 장치와 리시버를 포함하는 시스템은 리시버를 냉각시킴으로써 개선될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태는 리시버를 포함하는 차량과 시스템에 관련된다.
수신장치의 냉각 구조물들 중 적어도 하나는 수신장치의 초기단계 동안 수신장치를 예열하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 초기단계란 자기유도에 의해 전기 에너지가 생성되기 전 및/또는 그 시작단계일 수 있다. 특히, 제1 냉각 구조물은 수신장치를 작동하는 초기단계 동안에 제1 필드 성형 장치 및 커패시터 장치를 예열하는 데에 사용된다. 따라서, 냉각 구조물은 수신장치를 냉각시킬 뿐만 아니라 초기 작동단계에서 상승된 작동 온도를 제공한다. 이 실시예는 온도가 아주 낮음에도 불구하고, 전기적 특성들, 그리고(이로 인해) 공진 주파수가 정상 작동상태와 다를 수 있다는 연구결과에 기초한다.
적어도 하나의 냉각 구조물을 통해 유동하는 냉각 유체는 펌핑되는 것이 바람직하다. 따라서, 냉각 유체는 적어도 하나의 펌프를 작동시킴으로써 도관들을 통해 흐르게 된다. 각 냉각 구조물에 대하여 개별적인 펌프가 있을 수 있다. 대안적으로, 동일한 펌프가 동일한 리시버의 복수의 냉각 구조물들을 통해 유동하는 냉각 유체를 펌핑할 수 있다.
펌프 또는 펌프들 중 적어도 하나는 제어기에 의해 제어되고, 펌프에 의해 생성되는 냉각 유체의 압력 또는 압력 증가는 제어기에 의해 조정되고 변경될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 수신장치는, 냉각 구조물 또는 펌프와 관련된 냉각 구조물에 의해 냉각되는 장치 또는 디바이스에 장착되는 적어도 하나의 온도센서를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 적어도 하나의 온도 센서는 핫스팟에 장착될 수 있다. 수신장치가 작동하는 동안, 온도센서에 의해 측정된 온도가 상승하면, 또는 (다른 실시예에 따라) 온도가 사전에 정해진 임계치까지 상승하면, 또는 (또 다른 실시예에 따라) 온도가 사전에 정해진 임계치보다 상승하면, 제어기는 펌프에 의해 생성되는 유체 압력 또는 압력 상승이 상승하도록 펌프를 제어한다. 특히, 커패시터 장치에 하나의 온도센서가 부착될 수 있다. 하나의 온도센서 또는 또 다른 온도센서가 코일 장치의 다른 영역에서보다 더 많은 전기 라인들을 갖는(특히, 더 높은 밀도의 전기 라인들을 갖는) 코일 장치의 영역에 부착될 수 있다.
만약 적어도 하나의 온도센서에 의해 측정된 온도가 하락하는 경우, 또는 사전에 정해진 임계치보다 낮은 경우(또는 초과하지 않는 경우), 펌프에 의해 생성된 유체의 압력 또는 압력 상승이 바람직하게 감소되거나, 유체의 압력 또는 압력 상승의 가능한 범위의 더 낮은 영역에 있다.
특히 수신장치를 작동시키는 초기단계 동안에, 외부 가열 장치 (예컨대 전기 가열)가 적어도 하나의 냉각 구조물에 냉각 유체를 전달하는 전방 도관에 접촉될 수 있다. 제어기는 유체 압력 또는 압력 상승이 적합하도록, 그리고 수신장치에 운반되는 열이 제어되도록 펌프를 제어할 수 있다. 예를 들어, 열력(heat power)은 초기단계의 후반과 비교하여 초기단계의 시작에서 더 작도록 제어될 수 있다.
본 발명의 예시들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면에 대한 설명은 다음과 같다.
도 1은 한 예시적인 수신장치의 하우징(즉, 케이스)의 삼차원도이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이스의 측면도이다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 하우징을 구비하는 수신장치의 분해도이며, 특정 실시예에 따른(즉, 내부 구성요소는 변형될 수 있음) 수신장치의 내부 구성요소들을 도시한다.
도 4는 코일들의 배열에 대한 예시이며, 특히 도 3에 도시된 특정 배열을 나타낸다.
도 5는 수신장치의 내부 구성요소들을 배치 및/또는 고정하기 위한, 구성요소들의 배열에 대한 특정 실시예를 나타내는 도 3의 리시버의 베이스 부분의 특정 예이다.
도 5는 수신장치를 냉각시키기 위한 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 냉각 구조물(수신장치의 제1 또는 제2 냉각 구조물일 수 있음)을 개략적으로 도시한다.
도 6은 커패시터들 및 연결 라인들의 배열의 분해도이다.
도 7은 도관들이 매립되는 홈이 있는 플레이트형 캐리어 재료를 구비하는 냉각 구조물의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 도관의 복귀 섹션 내의 냉각 유체로부터 전방 섹션 내의 냉각 유체로의 열전달과 핫스팟으로부터 냉각 유체로의 열전달을 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 9는 제1 냉각 구조물 내 도관들의 전방 섹션 및 복귀 섹션이 수신장치의 적어도 하나의 코일의 측단부들 옆에 배치될 제3 냉각 구조물의 전방 섹션들 및 복귀 섹션들에 연결되는, 자화 가능한 재료와 커패시터 장치 사이에 배치될 제1 냉각 구조물을 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 제3 냉각 구조물의 한 요소 및 도관들을 도시한다.
도 11은 제1 내지 제4 냉각 구조물들을 구비하는 수신장치의 또 다른 실시예의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 수신장치의 우측 영역의 변형을 도시한다.
도 13은 자기장을 수신하는 수신장치가 차량의 바닥에 통합된 도로 자동차 및 그 도로 자동차에 유도적으로 에너지를 전달하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1은 한 예시적인 수신장치의 하우징(즉, 케이스)의 삼차원도이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이스의 측면도이다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 하우징을 구비하는 수신장치의 분해도이며, 특정 실시예에 따른(즉, 내부 구성요소는 변형될 수 있음) 수신장치의 내부 구성요소들을 도시한다.
도 4는 코일들의 배열에 대한 예시이며, 특히 도 3에 도시된 특정 배열을 나타낸다.
도 5는 수신장치의 내부 구성요소들을 배치 및/또는 고정하기 위한, 구성요소들의 배열에 대한 특정 실시예를 나타내는 도 3의 리시버의 베이스 부분의 특정 예이다.
도 5는 수신장치를 냉각시키기 위한 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 냉각 구조물(수신장치의 제1 또는 제2 냉각 구조물일 수 있음)을 개략적으로 도시한다.
도 6은 커패시터들 및 연결 라인들의 배열의 분해도이다.
도 7은 도관들이 매립되는 홈이 있는 플레이트형 캐리어 재료를 구비하는 냉각 구조물의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 도관의 복귀 섹션 내의 냉각 유체로부터 전방 섹션 내의 냉각 유체로의 열전달과 핫스팟으로부터 냉각 유체로의 열전달을 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 9는 제1 냉각 구조물 내 도관들의 전방 섹션 및 복귀 섹션이 수신장치의 적어도 하나의 코일의 측단부들 옆에 배치될 제3 냉각 구조물의 전방 섹션들 및 복귀 섹션들에 연결되는, 자화 가능한 재료와 커패시터 장치 사이에 배치될 제1 냉각 구조물을 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 제3 냉각 구조물의 한 요소 및 도관들을 도시한다.
도 11은 제1 내지 제4 냉각 구조물들을 구비하는 수신장치의 또 다른 실시예의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 수신장치의 우측 영역의 변형을 도시한다.
도 13은 자기장을 수신하는 수신장치가 차량의 바닥에 통합된 도로 자동차 및 그 도로 자동차에 유도적으로 에너지를 전달하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 수신장치(1)는 베이스 플레이트(2) 및 상부 또는 커버(3)를 구비하는 케이스를 포함한다. 베이스 플레이트(2)는 하측(케이스에 의해 하우징되는 수신장치의 수신측)이 평면으로 형성되는 반면, 커버(3)에 의해 형성되는 상부면은 전체적으로 평평하지는 않지만, 평평한 영역들을 포함한다. 커버(3)는 상측(케이스 또는 수신장치의 수신측과 반대 측)으로 돌출하는 3개의 기다란 돌출부(5, 6a, 6b)를 구비한다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 커버(3)는 케이스(1)의 측부 표면의 가장 큰 부분을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 케이스는 평평한 상부를 구비할 수 있고, 외부 표면들을 형성하는 2개 이상의 파트들을 포함할 수 있으며, 그리고/또는 측부 표면의 더 많은 파트들이 도 1 및 도 2의 베이스 플레이트(2)에 대응하는 베이스 부분에 의해 형성될 수 있다.
정면에서 케이스의 측부 표면들은 냉각 유체 유입 개구(8a) 및 냉각 유체 배출 개구(8b)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 특정한 실시예에 따르면, 커버(3)의 돌출된 부분들(5, 6a, 6b)은 가늘고 길며, 즉 돌출된 부분들은 각각 그들이 연장하는 길이방향 축을 포함한다. 중앙 돌추부(5)는 도 2에 도시된 측면에 개구를 구비하며, 이 개구는 커패시터들과 적어도 하나의 코일의 전기 라인들을 전기적으로 연결하기 위해서 전기적 연결 라인들(electric connection lines) 및 케이블들을 수용하는데 사용될 수 있는 관형 연결파트(7)에 개방된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 변형, 예컨대 상부에 돌출부가 없는 케이스와 같은 변형들이 가능하다.
도 3의 분해도는 수신장치의 구성요소들이 도 1 및 도 2에 도시된 케이스에 의해 하우징되는 수신장치의 특정한 실시예를 도시한다.
케이스의 베이스 부분(2)은 수신장치의 다양한 내부 구성요소들, 특히 3개의 위상의 각 위상당 2개의 코일들을 형성하는 전기 라인들을 고정하기 위한 홀딩장치(12)를 구비한다. 또한, 홀딩장치(12)는 수신장치의 코일들 위에 배치되는 구성요소들을 분리, 지탱 및/또는 고정하기 위한 복수의 기둥을 포함한다. 케이스의 커버(3)가 케이스의 베이스 플레이트(2)에 장착될 때, 커버(3)의 외측 테두리는 홀딩장치(12)의 외주에 위치하여 베이스 플레이트(2)의 테두리에 의해 지탱되는 씰링(11)에 인접한다.
홀딩장치(12)에 의해 사전에 정의된 수신하는 공간들 내에 코일 장치(31)가 배치된다. 교류 전류의 다양한 위상들을 생성하기 위한 다양한 전기 라인들(위상 라인들)이 상부에서(커버(3)에서) 보았을 때 서로 중첩되는 코일들을 형성하기 때문에, 적어도 2개의 위상의 위상 라인들은 코일 장치의 길이방향 측면들 바로 옆에서 쌓아 올려져, 위상 라인들이 길이방향 측면을 따라 서로 겹쳐지도록 한다. 이 영역들은 핫스팟이 될 수 있다. 이러한 종류의 특정 실시예에 대한 세부사항은 도 4에 도시되며, 나중에 설명된다.
자화 가능한 재료, 특히 페리 자성의 재료 또는 대체적으로는 강자성 재료의 배열(61, 71)이 코일들 위에 배치된다. 자화 가능한 재료의 타일들(61)은 서로 적층될 수 있다. 자화 가능한 재료의 높이는 달라질 수 있으며, 이 높이는 그 보다 더 위에(즉, 뒤에) 배치되는, 코일 장치(31)의 전기 라인들의 밀도(길이당 개수)가 높은 영역들보다 클 수 있다. 이 경우, 자성 재료의 높이가 더 작은 곳에 보상재료(71)가 배치되어, 자성 재료와 보상 재료의 배열의 전체 높이가 일정하도록, 또는 적어도 자화 가능한 재료의 높이보다 작은 범위내에서 차이나도록 한다.
제1 냉각 구조물(81)은 자화 가능한 재료의 배열과 커패시터 장치(111) 사이에 배치되며, 커패시터 장치(111)는 자화 가능한 재료의 뒤에 (도시된 예에서는 위에) 배치된다.
선택적인 특징으로서, 자화 가능한 재료의 배열과 코일들 사이에 제2 냉각 구조물(51)이 배치된다. 이 제2 냉각 구조물(51)은 전기적으로 비-전도성이고 비-자화 재료로 제조된다.
제1 냉각 구조물(81)의 상부에 전기 절연성 재료로 제조되는 절연층(91)이 선택적으로 배치될 수 있다. 절연층(91)은 절개부(95, 96)를 구비하여, 홀딩장치(12) 및 전기 연결부(38, 39, 40)(도 4 참조)의 기둥들이 절개부(95, 96)들을 통해 연장할 수 있도록 한다.
커패시터 장치(111)는 예컨대 종래의 회로 기판과 같은 시트형 캐리어(101)에 배치된다. 캐리어(101)에는 절개부(100)가 있어, 커패시터 장치(111)와 코일 장치(31) 사이의 전기 연결부들(38, 39, 40)이 절개부(100)를 통해 연장할 수 있도록 한다. 특히, 커패시터 장치(111)는 예를 들어 접착함으로써 캐리어(101)에 고정될 수 있으며, 홀딩장치(12)는 예컨대 접착 또는 나사로 고정시킴으로써 케이스의 베이스 플레이트(2)에 고정될 수 있다. 캐리어(101)를 홀딩장치(12)의 기둥에 고정하는 데에도 나사가 사용되는 것이 바람직하다.
코일 장치(31)의 바람직한 실시예가 도 4에 도시된다. 코일 장치는 6개의 코일들(33a, 33b, 35a, 35b, 37a, 37b)로 구성되며, 3개의 위상에서 각 위상 라인(32, 34, 36) 당 2개의 코일로 구성된다. 각 위상 라인의 코일들은 수신장치에서 동일한 높이 수준에서 서로 옆에 배치된다. 도 4는 코일 장치(31)의 분해도를 나타낸다.
한 위상당 2개의 코일을 형성하기 위해, 각각의 위상 라인(32, 34, 36)은 제1 코일의 한 단부에서 시작하여 제1 코일을 형성하도록 덮어질 영역 주위로 권취되고, 나아가 제2 코일을 형성하도록 제2 코일들에 의해 덮어질 영역 주위로 권취된다. 도 4에 도시된 예시에서, 각각의 코일은 2개 내지 5개의 권선을 포함할 수 있다. 위상 라인들(32, 34, 36)의 권선의 수는 도면에는 도시되지 않는다.
서로 다른 위상의 코일들은 코일 장치(31)의 중앙 영역에서 부분적으로 서로 겹쳐진다. 위상 라인들(32, 34, 36)은 코일들이 겹쳐지는 곳에 서로의 위로 잇따라 배치된다. 서로 다른 위상 라인(32, 34, 36)의 가로로 연장하는 섹션들(이 섹션들은 길이방향 면을 연결한다)이 완성된 코일 장치(31)에서 동일한 높이 수준에 배치되기 때문에, 적어도 위상 라인들(34, 36)은 코일들의 길이 방향 면들에 나란히, 연장부를 따라 쌓아 올려진다. 홀딩장치(12)는 위상 라인의 이러한 가로방향으로 연장하는 섹션들을 수용하기 위한 공간들을 정의하며, 이 공간들은 동일한 높이 수준에 있다.
위상 라인(32, 34, 36)의 표면은 전기적으로 절연처리 되는 것이 바람직하지만, 서로 다른 위상의 코일들(33, 35, 37)은 디스턴스 피스(distance piece)(41, 42, 43)를 사용하여 서로의 위에 배치될 수 있다. 이 디스턴스 피스들은 서로의 위에 배치되는 위상 라인들(32, 34, 36) 사이에 배치된다. 바람직하게는, 디스턴스 피스들은 높은 열전도 계수를 갖는 재료로 제조되며, 예를 들어 금속의 열전도 계수의 순서로 제조된다.
제1 위상의 코일(33b)의 길이방향 섹션은 제2 위상의 코일(35a, 35b)들에 의해 완전히 중첩된다. 코일들(35a, 35b)이 코일들(33a, 33b)의 위에 배치되면, 코일(35b)의 측면에 있는 가로방향으로 연장하는 섹션은 제1 위상의 제2 코일(33b)에 의해 커버되는 영역의 외측에 배치된다. 제2 위상의 가로방향으로 연장하는 섹션들 중 제1 코일(35a)과 제2 코일(35b)의 가로방향으로 연장하는 섹션을 포함하는 섹션은, 제1 위상의 제2 코일(33b)의 위상 라인(32)이 둘레로 연장하는 영역 내에 배치된다. 제2 위상의 제1 코일(35a)의 가로방향으로 연장하는 섹션은 제1 위상의 제1 코일(33a)이 둘레로 연장하는 영역 내에 배치된다. 이에 해당하는 배치는 도 3으로부터 알 수 있으며, 코일들의 가로방향으로 연장하는 섹션들은 이웃하는 다른 코일의 가로방향으로 연장하는 섹션으로부터 이격되어 분리된다. 중앙 영역에는 수신장치의 내부 부품들을 서로 기계적으로 연결하기 위한 2개의 분리된 기둥(15)이 있다. 각각의 기둥(15)은 2개의 이웃하는 가로방향으로 연장하는 섹션 사이에 배치된다.
제2 위상의 코일들(35)과 제3 위상의 코일들(37)은 제1 위상과 제2 위상과 서로 유사한 방식으로 시프트 되지만, 제2 위상과 제3 위상의 길이방향으로의 시프트 길이는 제1 및 제2 위상의 시프트 길이의 2배이다. 그 결과, 제3 위상의 제1 코일(37a)의 측면에 있는 가로방향으로 연장하는 섹션은 제1 위상의 제1 코일(33a)의 위상 라인(32)이 둘레로 연장하는 영역의 외측에 배치된다. 반면에, 제1 위상에 대한 제3 위상의 길이방향으로의 시프트 길이는 제1 위상과 제2 위상의 시프트 길이와 동일하지만, 제1 위상 코일 배열로부터 보았을 때 반대 방향으로 향하도록 배치된다.
각 위상의 코일들을 형성하는 위상 라인(32, 34, 36)의 적어도 한 단부는 코일들로부터 위쪽으로 연장하는 라인 섹션에 연결되거나 또는 이러한 라인 섹션을 형성한다. 각각의 위쪽으로 연장하는 섹션(38, 39, 40)은 도 4에 도시된다. 위상 라인(32, 34, 36)의 다른 단부는 직접적으로 서로 연결되어(도 4에 도시되지 않음), 전기적 접점(electrical star point)을 형성한다. 각 위상 라인(32, 34, 36)의 적어도 한 단부가 위쪽으로 연장하는 섹션(38, 39, 40)에 연결되기 때문에, 코일 장치는 자화 가능한 재료의 뒤에, 그리고 적어도 냉각 구조물(81) 뒤에 배치되는 커패시터 장치(111)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 위쪽으로 연장하는 섹션들(38, 39, 40)은 각각 도 3에 도시된 커패시터 장치의 적어도 하나의 커패시터에 연결된다.
도 5에 개략적으로 도시된 냉각 구조물(141)은 도 3에 도시된 제1 냉각 구조물(81) 또는 제2 냉각 구조물(51)일 수 있다. 단일 플레이트(143)는 플레이트(143)에 내장된 복수의 도관(145, 146)을 위한 경로(channel)를 한정한다. 특히, 플레이트(143)는 도관(145, 147)을 위한 홈들을 포함한다. 복수의 도관(145, 147)은 수력학적으로 서로 평행하게 연결될 수 있다. 이는 도관들(145, 147)의 전방 섹션(146a, 148a)이 동일한 냉각 유체 유입구(도 5에 도시되지 않음)에 연결된다는 뜻이다. 도관들(145, 147)의 복귀 섹션(146b, 148b)은 동일한 유체 배출구(도시되지 않음)에 연결된다. 실제로, 각각의 플레이트형 냉각 구조물은 도 5에 도시된 바와 같이 더 많은 도관들을 포함할 수 있다. 도관들의 전방 및 복귀 섹션은 곡선 섹션(149, 150)에 의해 연결되어, 전방 섹션을 통해 흐르는 냉각 유체가 방향 전환되어 복귀섹션으로 들어가게 된다. 수신장치 내에서의 냉각 구조물의 위치에 따라, 그리고 그로 인해 수신장치에 에너지를 전달하기 위한 자기장의 존재에 따라, 플레이트(143)의 재료는 금속 또는 세라믹 중 하나일 수 있다. 세라믹 재료의 대안으로서, 전기적으로 비-전도성이고 비-자화인 다른 재료가 사용될 수 있다.
도 6은 커패시터 장치(111)의 확대도 이다. 복수의 블록형 커패시터(115)들이 있으며, 이들 중 일부는 플레이트형 전기 연결부(116)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 커패시터(115)들은 캐리어(101)에 의해 지탱되고, 바람직하게는 캐리어(101)에 고정된다. 또한, 커패시터(115)들은 특히, 도 4에 도시된 위쪽으로 연장하는 연결 섹션들(38, 39, 40)을 통해 각각의 코일에 전기적으로 연결되며, 연결 라인들(112, 113, 114)을 통해 외부장치, 특히 수신장치에 의해 생성된 교류전류를 정류하는 정류기에 전기적으로 연결된다. 이 외부 연결 라인들(112, 113, 114)은 도 1 및 도 2에 도시된 연결부(7)를 통해 유도될 수 있다.
도 7은 도 5의 플레이트(143)일 수 있는 플레이트 영역을 절단한 단면도를 나타낸다. 이 영역은 각각 하나의 도관, 즉 튜브(155, 156)가 내장되는 2개의 홈(151, 152)을 구비한다. 홈(151, 152)과 튜브(155, 156) 사이의 간극은 충전재(153)로 채워진다. 튜브(155)의 경우, 충전재(153)가 튜브(155)를 완전히 둘러싸서 봉입하여 냉각 구조물의 표면을 형성한다. 튜브(156)는 튜브(155)의 변형이다. 튜브(156)는 냉각 구조물의 표면을 형성하는 평평한 벽 섹션(157)을 구비한다. 튜브(156)의 그 외 벽 부분은 원형이다. 평평한 벽 섹션은 냉각 구조물과 접촉하는 장치들로부터 평평한 벽 섹션(157)을 통해 튜브(156) 내부의 냉각 유체로의 열 전달을 향상시킨다. 실제로, 동일한 냉각 구조물의 도관들은 모두 튜브(155)의 구성 또는 튜브(156)의 구성 중 하나를 갖는 것이 바람직하다.
도 8은 도 5의 도관(145)일 수 있는 단일 도관을 도시한다. 냉각 구조물이 작동하는 동안, 전방 섹션(146a)을 통해 유동하는 냉각 유체에 열이 전달되어, 유동하는 동안 냉각 유체의 온도가 상승한다. 따라서, 복귀 섹션(146b)을 통해 유동하는 냉각 유체의 온도는 전방 섹션(146a)을 통해 유동하는 냉각 유체의 온도보다 높다. 결과적으로, 전방 및 복귀 섹션들은 나란히 배치되기 때문에, 복귀 섹션(146b) 내의 냉각 유체로부터 전방 섹션(146a) 내의 냉각 유체로 열이 전달된다. 유체 유입구 및 배출구 근처의 화살표들(도 8의 좌측)과 전방 및 복귀 섹션들을 연결하는 곡선 섹션(149) 근처의 화살표들의 길이로 표시되었듯이, 유체 유입구 및 배출구 근처에서의 열 전달은 곡선 섹션(149) 근처에서의 열 전달보다 더 크다. 그 이유는 유체 유입구와 배출구 근처의 온도차가 크기 때문이다.
전방 및 복귀 섹션의 중앙 영역과 전방 및 복귀 섹션의 사이에는, 수신장치의 다른 영역들보다, 그리고 도관(145)의 임의의 섹션에 있는 냉각 유체보다 높은 온도를 갖는 핫스팟(144)이 존재한다. 결과적으로, 열은 핫스팟(144)으로부터 전방 섹션(146a) 및 복귀 섹션(146b)으로 전달된다.
도 9는 수신장치의 자화 가능한 재료와 커패시터 장치 사이에 배치될 제1 냉각 구조물(181)의 3차원도를 나타낸다. 따라서, 냉각 구조물(181)은 도관들이 내장되는, 전기 전도성 재료로 만들어진 플레이트(143)를 포함할 수 있다. 특히, 도 3의 제1 냉각 구조물(81)은 도 9의 제1 냉각구조물(181)로 대체될 수 있다.
플레이트(143)에는 유체 유입구와 배출구가 결합된 유닛(161)이 부착된다. 유닛(161)의 유체 유입구 연결부(162)는 유닛(161) 내에서 복수의 유체 주입 도관(100a)으로 분기되며, 이 도관들은 각각 플레이트(143) 내에 있는 유체 도관들의 전방 섹션들 중 하나에 연결된다. 플레이트(143)에 역시 내장되는 복귀 섹션들은 각각 유닛(161)의 하나의 배출 도관에 연결되고, 복수의 배출 도관들을 유닛(161)의 유체 배출구 연결부(163)에 연결하는 유닛의 콜렉터에 의해 재통합된다. 유닛(161)은 유체 주입 도관들과 유제 배출 도관들 사이에 기계적 접촉을 제공하기 때문에, 배출 도관들로부터 주입 도관들로 열이 전달될 것이고, 도 8과 관련하여 전술된 효과, 즉 배출구에서의 냉각 유체의 온도가 하락하고 냉각 구조물(들) 내의 온도차가 감소한다.
제1 냉각 구조물(181)에 내장되는 전방 및 복귀 섹션들은 유닛(161)의 측면으로부터 플레이트(143)의 반대쪽으로 연장한다. 일부 전방 섹션들 및 복귀 섹션들은 반대쪽에 있는 튜브 연결 장치(166a, 166b)에 의해 두 개의 분리된 요소(165a, 165b)를 구비하는 제3 냉각 구조물에 연결된다. 각 요소(165)는 수신장치의 적어도 하나의 코일의 측단부의 옆에 배치되어야 한다. 각 요소(165)는 냉각 유체 도관들의 적어도 하나의 전방 섹션과 적어도 하나의 복귀 섹션이 내장된 플레이트(167a, 167b)를 구비한다. 튜브 연결 장치(166a, 166b)는 각 요소(165)의 전방 섹션을 제1 냉각 구조물(181)의 하나의 전방 섹션에 연결하고, 각 요소(165)의 복귀 섹션을 제1 냉각 구조물(181)의 하나의 복귀 섹션에 연결한다. 따라서, 냉각 유체는 유체 유입구 연결부(162)로부터 제1 냉각 구조물(181) 내에 있는 전방 섹션들 중 적어도 일부를 지나 튜브 연결 장치(166)를 통해 제3 냉각 구조물의 전반 섹션까지 유동하며, 방향전환 섹션(169a, 169b)에 의해 제3 냉각 구조물의 복귀 섹션으로 방향이 전환된다. 제3 냉각 구조물의 복귀 섹션을 통과한 냉각 유체는 튜브 연결 장치(166)를 지나 제1 냉각 구조물(181)의 복귀 섹션들로 환류하며, 유닛(161)의 콜렉터에 의해 모아진다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 냉각 구조물은 제3 냉각 구조물의 플레이트에 내장되지 않은 추가적인 냉각 유체 도관들(170, 171)을 선택적으로 포함할 수 있다. 이 추가적인 도관들(170, 171)은 제4 냉각 구조물의 도관들일 수 있으며, 적어도 하나의 코일의 측단부들의 영역에서 자기장으로부터 환경을 차폐하기 위해서 적어도 하나의 코일의 측단부과 자화 가능한 재료 사이에 있는 플레이트에 내장될 수 있다.
도 11은 내부에 냉각 구조물들을 구비하는 수신장치(200)의 제2 실시예를 도시한다. 수신장치가 작동하는 동안, 전자기장은 아래로부터 수신된다. 결과적으로, 수신측은 하우징의 하부(202)가 있는 바닥에 위치한다. 복수의 위상 라인(도시된 예시에서는 3개의 위상 라인)을 형성하는 복수의 코일(131)은 하우징의 하부(202)에 근접하게, 전술된 가로방향으로 연장하는 라인 섹션들에 대응하는 중앙 및 측면 연결 섹션으로 연장한다. 수신장치가 작동하는 동안, 이 코일들(131)에서 자기유도에 의해 전압이 유도된다.
위상 라인들이 복수이기 때문에, 코일들(131)이 수신장치(200)의 반대되는 측면들에서 측면 단부 섹션들(132a, 132b)을 형성한다. 이들 측면 단부 섹션(132)은 각각 자화 가능한 재료로 C자 형상으로 제조되는 하나의 (제2) 필드 성형 장치(186a, 186b)에 의해 3면으로 둘러싸인다.
코일(131)들의 중앙 연결 영역 또한 자화 가능한 재료로 제조된, 코일(131)들의 중앙 영역을 거의 완전히 덮는 (제1) 필드 성형 장치(185)에 의해 커버된다. 자화 가능한 재료는 수신측으로부터 보았을 때, 코일(131)들의 중앙 영역 뒤의 영역에 위치된다.
제1 필드 성형 장치(185)의 뒤에, 커패시터 장치(211)가 배치되고, 커패시터들은 코일(131)들에 전기적으로 연결된다. 커패시터 장치(211)는 캐리어 플레이트(201)에 의해 지탱되거나 그리고/또는 캐리어 플레이트(201)와 기계적으로 접촉할 수 있으며, 캐리어 플레이트(201)는 예컨대 알루미늄과 같은 열 전도성이 높은 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
수신장치가 작동하는 동안 수신장치(200)를 냉각시키기 위해서, 수신장치(200)는 각각 캐리어 재료부에 내장된 복수의 도관들을 구비하는 4개의 냉각 구조물(165, 181, 182, 183)을 포함한다. 제1 냉각 구조물(181)은 제1 필드 성형 장치(185)와 커패시터 장치(211) 사이에 배치된다. 제1 냉각 구조물(181)은 전기 전도성 재료로 제조되어 제1 필드 성형 장치(185)에 의해 제공되는 필드 형성 기능을 향상시킨다. 제1 냉각 구조물(181)은 냉각 유체 도관들이 내장되는 플레이트를 포함한다. 플레이트는 제1 필드 성형 장치(185)와 커패시터 장치(211) 사이에서 연장한다. 플레이트 하부 표면은 전체적으로 제1 필드 성형 장치(185)의 상부 표면과 접촉한다. 플레이트의 상부 면에는 하부 표면이 예를 들어 캐리어 플레이트(201)로 형성되는 커패시터 장치(211)의 하부 표면이 제1 냉각 구조물(181)의 상부 표면과 연속적으로, 그리고 완전히 기계적으로 접촉한다. 커패시터 장치(211)의 상부 표면은 하우징의 상부(203)와 완전히 기계적으로 접촉하는 것이 바람직하다.
전기적으로 비-전도성, 비-자화 재료로 제조되는 제2 냉각 구조물(182)은 코일들(131)의 중앙 영역과 제1 필드 성형 장치(185)의 하부 표면 사이에 배치된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 냉각 구조물(182)의 서로 반대쪽에 있는 측면 영역들은 제1 필드 성형 장치(185)의 측방향 표면과 선택적으로 기계적 접촉을 할 수 있다. 이 경우, 제2 냉각 구조물(182)은 그릇형(trough) 구조를 갖는다.
수신장치의 하우징 내부의 서로 반대되는 측면들에 2개의 분리된 요소들(165a, 165b)을 포함하는 제3 냉각 구조물은 C자 형상의 제2 필드 성형 장치들(186a, 186b)을 냉각시키기 위해 제공된다. 제3 냉각 구조물의 요소들(165a, 165b)과 제1 냉각 구조물은 도 9에 도시된 방식으로 배치될 수 있다. 도관들 및 연결용 튜브 장치들은 도 9 및 도 10에 도시된 것과 동일한 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.
요소들(165a, 165b)의 안쪽 면의 표면은, 선택적으로 예컨대 알루미늄(도 12에 도시된 특별한 실시예 참조)과 같은 열 전도성 재료층을 통해 C자 형상의 제2 필드 성형 장치(168a, 186b)의 외부 표면과 완전히 접촉한다.
도시된 단면에서 역시 C자 형상을 갖는 제4 냉각 구조물(183a, 183b)은 코일들(131)의 측단부 섹션(132a, 132b)과 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)의 사이에 제공된다. 제4 냉각 구조물은 그 외부 면이 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)와 완전하게 기계적으로 접촉한다. 도 12는 제4 냉각 구조물의 또 다른 변형을 도시한다.
도 11에 도시된 실시예의 변형 또한 가능하다. 예를 들어, 바람직하지 않으나, 제2 필드 성형 장치 및/또는 제4 냉각 구조물은 코일들의 각각의 측단부의 한 면 또는 두 면만 둘러쌀 수 다. 예를 들어, 제2 필드 성형 장치와 제4 냉각 구조물은 각 측단부의 바깥쪽 옆면과 상부 면에서 연장하는 L자 형상이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 냉각 구조물 및/또는 제4 냉각 구조물은 생략될 수 있다. 또한, 제3 냉각 구조물은 제2 필드 성형 장치의 외부 측면뿐 아니라 상부 면 및/또는 하부 면에 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 냉각 구조물의 각 요소는 L자 형상 또는 C자 형상일 수 있다.
도 12는 냉각 구조물의 배치의 변형과 함께, 도 11의 우측에 있는 코일들의 측단부(132a)를 도시한다. 도면 참조부호 232로 표시된 3개의 직사각형 영역은, 위에서 또는 밑에서 보았을 때 3-위상 교류 전류의 서로 다른 위상들을 지니는 전기 라인들이 서로 교차할 수 있는 영역들을 개략적으로 나타낸다. 도 11과 유사하게, 측단부(132a)는, 예를 들어 페라이트로 된 C자 형상의 필드 성형 장치(283a)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 필드 성형 장치는 각각 측단부(132a)의 한 면에 배치되는 판 형태의 여러 개의 파트로 구성될 수 있다. 필드 성형 장치(286a)의 내측에, 코일들의 측단부(132a) 쪽에 제4 냉각 구조물이 배치된다. 제4 냉각 구조물은 전기 절연성 재료로 제조되며, 3개의 파트(284, 285, 287)를 포함한다. 제1 파트(284)는 측단부(132a)의 상부에 배치되며, 내부에 도관들(217)을 구비하는 냉각 플레이트를 포함한다. 제2 파트(285)는 측단부(312a)의 바깥 측면에 배치되며, 공간을 절약하기 위해 냉각 유체를 안내는 내부 도관들을 구비하지 않는 플레이트를 포함한다. 대안적으로, 제2 파트(285)는 내부 냉각 도관들을 포함할 수 있다. 제3 파트(287)는 측단부(132a)의 바닥에 배치되며, 내부 도관들(217)을 구비하는 냉각 플레이트를 포함한다.
필드 성형 장치(286a)는 C자 형상의 전기 전도성, 열 전도성 재료(특히, 금속, 바람직하게는 알루미늄)층(221)에 의해 둘러싸인다. 이는 측단부(132a) 영역의 전자기장으로부터 외부를 차폐하기 위한 추가적인 실드이다. 또한, 이는 필드 성형 장치(286a)와 하우징 커버(218) 사이의 열 접촉을 제공하며, 하우징 커버(218)는 열 전도성 재료(특히 금속, 바람직하게는 알루미늄)으로 제조되는 것이 바람직하다. 이는 또한, 필드 성형 장치(286a)와 내부에 유체 안내 도관들(214)을 포함하는 제3 냉각 구조물(265a) 사이에 열 접촉을 제공한다. 제3 냉각 구조물(265a)은 알루미늄으로 제조될 수 있다.
하우징 바닥의 수신측은 전기 절연처리된 바닥 커버(219)로 커버된다.
도 13은 수신장치를 구비하는 로드 차량(241)을 도시한다. 수신장치의 위치는 차량의 바닥에 있는 블록(243)으로 개략적으로 표시된다. 정류기는 또 다른 블록(244)으로 개략적으로 표시된다. 특히, 수신장치는 로드 차량(241)의 차체 바닥 면에 수신장치에 대응하여 형성되는 오목부에 배치될 수 있다. 차량(241)에 무선으로 에너지를 전송하는 동안, 도로 또는 주차장의 표면에 있는 발생장치(242)는 특히, 교류 전자기장을 발생시킴으로써 자기장을 발생시킨다. 자기장은 3개의 곡선으로 표시된다. 인버터(inverter) 및/또는 AC/AC 컨버터를 포함할 수 있는 대응 장치(245)로부터 발생장치(242)에 전류가 공급된다.
Claims (26)
- 자기장을 수신하고 자기유도에 의해 전기에너지를 생성하는, 특히 차량(241)용 수신장치(1;200)에 있어서,
- 상기 수신장치(1; 200)는, 상기 수신장치(1; 200)가 작동하는 동안에 적어도 하나의 전기 라인으로 이루어진 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에서 자기장이 전압을 유도하는, 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37, 131)을 포함하고,
- 상기 수신장치(1; 200) 및 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)은 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 자기장을 수용하기에 적합하고,
- 상기 수신장치(1; 200)는 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치(61; 185)(field shaping arrangement)를 포함하고,
- 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)는 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)의 뒤에 배치되고,
- 상기 수신장치(1; 200)는 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 커패시터(115)를 포함하는 커패시터 장치(111; 211)를 포함하고,
- 상기 커패시터 장치(111; 211)는 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)의 뒤에 배치되고,
- 상기 수신장치(1; 200)는, 상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들(145, 147)을 포함하는 제1 냉각 구조물(81; 181)을 포함하며,
- 상기 제1 냉각 구조물(81; 181)은 상기 제1 필드 성형 장치(61; 181)와 상기 커패시터 장치(111; 211) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항에 있어서,
상기 수신장치(1; 200)는, 상기 수신장치(1; 200)를 냉각하기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제2 냉각 구조물(51; 182)을 포함하고, 상기 제2 냉각 구조물(51; 182)은 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)과 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 냉각 구조물(51; 182)은 도관들을 포함하는, 전기적으로 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일(131)은 상기 적어도 하나의 코일(131)의 서로 반대편인 측면에 측단부들(132a, 132b)을 포함하고, 상기 측단부들(132a, 132b)은 상기 측단부들(132a, 132b) 사이의 중앙 영역에서 연장하는 상기 적어도 하나의 코일(131)의 전기 라인들에 의해 연결되고, 각각의 상기 측단부(132a, 132b)은, 상기 측단부(132a, 132b)의 바깥쪽 옆면을 포함하여 적어도 2면이 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)에 의해 둘러싸이며, 상기 수신장치(200)를 냉각시키기 위해 냉각 매체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제3 냉각 구조물이 각각의 상기 측단부의 바깥쪽 옆면에 배치되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제4항에 있어서,
상기 수신장치(200)를 냉각시키기 위해 냉각 매체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제4 냉각 구조물(183a, 183b)이 각각 상기 제2 필드 성형 장치(186a; 186b)와 상기 적어도 하나의 코일(131)의 측단부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제5항에 있어서,
상기 제4 냉각 구조물(183a, 183b)은 도관들을 포함하는, 전기적으로 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(81; 181)은 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)를 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(81; 181)은 도관들을 포함하는 전기 전도성 재료로 된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(181)은 상기 제1 냉각 구조물(181) 내에 있는 복수의 도관들(145, 147)로 분기되는 유체 유입구(162)에 연결되며, 상기 제1 냉각 구조물(181)은 상기 복수의 도관들(145,147) 내의 냉각 유체의 유동을 재통합시키는 유체 배출구(163)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(141; 181) 내에 있는 적어도 하나의 도관은 유체 유입구로부터 들어오는 냉각 유체를 안내하는 전방 섹션(146a, 148a)과, 상기 전방 섹션(146a, 148a)으로부터 유체 배출구까지 냉각 유체를 안내하는 복귀 섹션(146b, 148b)을 포함하며, 상기 전방 섹션(146a, 148a)과 상기 복귀 섹션(146b, 148b)은 서로 나란히 연장하고, 상기 적어도 하나의 도관을 지지하는 상기 제1 냉각 구조물(141; 181)의 지지 재료(supporting material)에 의해 서로 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수신장치. - 자기장을 수용하고 자기유도에 의해 전기 에너지를 생성하는, 특히 차량용 수신장치(1; 200)를 제조하는 방법에 있어서,
상기 방법은:
- 상기 수신장치(1; 200)가 작동하는 동안에 적어도 하나의 전기 라인으로 이루어진 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에서 자기장이 전압을 유도하고, 상기 수신장치(1; 200)와 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)은 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 자기장을 수용하기에 적합한, 상기 적어도 하나의 코일을 제공하는 단계와;
- 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치(61; 185)를 제공하는 단계와;
- 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때, 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)의 뒤에 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)를 배치하는 단계와;
- 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 커패시터(115)를 포함하는 커패시터 장치(111; 211)를 제공하는 단계와;
- 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때, 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)의 뒤에 상기 커패시터 장치(111; 211)를 배치하는 단계와;
- 상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해서 냉각 매체의 유동을 안내하는 도관들(145, 147)을 포함하는 제1 냉각 구조물(81; 181)을 제공하는 단계와;
- 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)와 상기 커패시터 장치(111; 211) 사이에 상기 제1 냉각 구조물(81; 181)을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해서 냉각 매체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제2 냉각 구조물(51; 182)이 제공되며, 상기 제2 냉각 구조물(51; 182)은 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)과 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제2 냉각 구조물(51; 182)은 도관들을 포함하는, 전기적 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일(131)은 상기 적어도 하나의 코일(131)의 서로 반대편인 측면에 측단부들(132a, 132b)을 포함하고, 상기 측단부들(132a, 132b)은 상기 측단부들(132a, 132b) 사이의 중앙 영역에서 연장하는 상기 적어도 하나의 코일(131)의 전기 라인들에 의해 연결되고, 각각의 상기 측단부(132a, 132b)는, 상기 측단부(132a, 132b)의 바깥쪽 옆면을 포함하여 적어도 2면이 자기력선을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)에 의해 둘러싸이며, 상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제3 냉각 구조물(165a, 165b)이 각각의 상기 측단부의 바깥쪽 옆면에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제4 냉각 구조물(183a, 183b)이 각각의 상기 제2 필드 성형 장치(186a; 186b)와 상기 적어도 하나의 코일(131)의 측단부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 제4 냉각 구조물(183a, 183b)은 도관들을 포함하는, 전기적 비-전도성, 비-자성, 그리고 비-자화 재료로 된 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)는 상기 제1 냉각 구조물(81; 181)에 의해 완전히 덮어지는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(181)은, 유체 유입구(162)가 상기 제1 냉각 구조물(181) 내에 있는 복수의 도관들로 분기하는 방식으로 상기 유체 유입구(162)에 연결되며, 상기 제1 냉각 구조물(181)은 상기 복수의 도관들(145,147) 내의 냉각 유체의 유동을 재통합시키는 유체 배출구(163)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(141; 181) 내에 있는 적어도 하나의 도관에 유체 유입구로부터 들어오는 냉각 유체를 안내하는 전방 섹션(146a, 148a)과, 상기 전방 섹션(146a, 148a)으로부터 유체 배출구로 냉각 유체를 안내하는 복귀 섹션(146b, 148b)이 제공되며, 상기 전방 섹션(146a, 148a)과 상기 복귀 섹션(146b, 148b)은 서로 나란히 배치되고, 상기 적어도 하나의 도관을 지지하는 상기 제1 냉각 구조물(141; 181)의 지지 재료에 의해 서로 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법. - 자기장을 수신하고 자기유도에 의해 전기 에너지를 생성하는, 특히 차량용 수신장치를 작동하는 방법에 있어서,
상기 방법은:
- 적어도 하나의 전기 라인을 갖는 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에서 자기장이 전압을 유도하고, 상기 수신장치(1; 200)와 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)은 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 자기장을 수신하는, 상기 수신장치(1; 200)의 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)과;
- 자기력선들을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제1 필드 성형 장치(61; 185)로, 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)의 뒤에 배치되는 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)와;
- 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 커패시터(115)를 포함하는 커패시터 장치(111; 211)로, 상기 수신장치(1; 200)의 수신측으로부터 보았을 때 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)의 뒤에 배치되는 커패시터 장치(111; 211)와; 그리고
- 상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들(145, 147)을 포함하는 제1 냉각 구조물(81; 181)로, 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)와 상기 커패시터 장치(111; 211) 사이에 배치되는 상기 제1 냉각 구조물(81; 181)을 사용하는 것을 특징으로 하는 수신장치 작동 방법. - 제20항에 있어서,
상기 수신장치(1; 200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제2 냉각 구조물(51; 182)로, 상기 적어도 하나의 코일(33, 35, 37; 131)과 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185) 사이에 배치되는 상기 제2 냉각 구조물(51; 182)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일(131)은 상기 적어도 하나의 코일(131)의 서로 반대편의 측면에 측단부들(132a, 132b)을 포함하고, 상기 측단부들(132a, 132b)은 상기 측단부들(132a, 132b) 사이의 중앙 영역에서 연장하는 적어도 하나의 코일(131)의 전기 라인들에 의해 연결되고, 상기 측단부들(132a, 132b)은 자기력선들을 성형하기에 적합한 자화 가능한 재료를 포함하는 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)에 의해 상기 측단부의 바깥쪽 옆면을 포함하여 적어도 2면이 둘러싸이며, 상기 수신장치(200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제3 냉각 구조물(165a, 165b)로, 각각의 상기 측단부의 바깥쪽 옆면에 배치되는 상기 제3 냉각 구조물(165a, 165b)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항에 있어서,
상기 수신장치(200)를 냉각시키기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하는 도관들을 포함하는 제4 냉각 구조물(183a, 183b)에 있어서, 각각 상기 제2 필드 성형 장치(186a, 186b)와 상기 적어도 하나의 코일(131)의 측단부 사이에 배치되는 상기 제4 냉각 구조물(183a, 183b)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(81; 181)은 상기 수신장치(1; 200)의 초기 작동 단계 동안에 상기 제1 필드 성형 장치(61; 185)와 상기 커패시터 장치(111; 211)를 예열하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 유체는 상기 제1 냉각 구조물(141; 181) 내의 복수의 도관들(145, 147)로 분기되는 유체 입구(162)로부터 안내되어, 상기 복수의 도관들(145, 147)로부터 상기 제1 냉각 구조물(141; 181)에 연결되는 유체 출구(163)로 재통합되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각 구조물(141; 181)을 통과하는 냉각 유체는 상기 제1 냉각 구조물(141; 181) 내에 있는 도관의 전방 섹션(146a, 148a)을 통해 안내되어, 상기 전방 섹션(146a, 148a)으로부터 도관의 복귀 섹션(146b, 148b)을 지나 유체 배출구로 안내되며, 상기 전방 섹션(146a, 148a)과 상기 복귀 섹션(146b, 148b)은 서로 나란히 배치되고, 상기 적어도 하나의 도관을 지지하기 위한 상기 제1 냉각 구조물(141; 181)의 지지 재료에 의해 서로 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
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