KR20180002380A - 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조 - Google Patents

역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20180002380A
KR20180002380A KR1020160081823A KR20160081823A KR20180002380A KR 20180002380 A KR20180002380 A KR 20180002380A KR 1020160081823 A KR1020160081823 A KR 1020160081823A KR 20160081823 A KR20160081823 A KR 20160081823A KR 20180002380 A KR20180002380 A KR 20180002380A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power supply
line
magnetic field
reverse magnetic
reverse
Prior art date
Application number
KR1020160081823A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101879938B1 (ko
Inventor
임재하
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority to KR1020160081823A priority Critical patent/KR101879938B1/ko
Publication of KR20180002380A publication Critical patent/KR20180002380A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101879938B1 publication Critical patent/KR101879938B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L11/182—
    • B60L11/1829—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/38—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y02T90/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 자기유도방식에 의하여 비접촉으로 전력을 공급하고 외부로 누출되는 전자기장(EMF)을 차폐할 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 관한 것으로, 특정한 장소 또는 도로를 따라 이격되게 매설되는 급전코어와, 상기 급전코어에 배치되어 자기장을 형성하도록 하는 급전코일 및 다수개의 상기 급전코어에 길이 방향으로 걸쳐지며 배치되는 다수개의 역자기장선을 포함하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조를 제공한다.

Description

역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조 {Power Supply device for electric vehicle using lines of generating reverse magnetic field}
본 발명은 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 급전장치에 역자기장 선을 추가하여 전기자동차에 고용량의 전력을 비접촉으로 공급하면서도 전자기장(EMF)의 생체영향값을 낮출 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 관한 것이다.
전기자동차 중에는 전자기유도 원리를 이용하여 도로에 매설된 급전선선로로부터 비접촉 방식으로 전력을 전달 받아 정차 및 주행 중에 차량의 배터리를 충전할 수 있는 온라인 전기자동차가 있다.
이와 같은 온라인 전기자동차는 차량의 운행 중에 충전을 할 수 있기 때문에 기존 전기자동차 상용화에 있어서 가장 큰 문제였던 배터리용량에 대한 문제와 그에 따른 비용에 대한 문제를 해결할 수 있다.
온라인 전기자동차가 비접촉 방식으로 전력을 전달 받기 위해서는 먼저 차량에 전력을 공급할 급전장치가 도로에 매설되어 있어야 하는데, 이때, 급전장치의 코어 형상이나 급전선의 구조를 어떻게 하느냐에 따라 급전장치에서 발생하는 자기력선의 분포가 달라져 차량에 전달되는 전력량이 달라지고, 급전장치 부근에 형성되는 전자기장(EMF)의 세기도 달라져 생체에 미치는 영향도 달라진다. 일반적으로 급전장치의 급전출력이 높아지면 그에 따른 전자기장(EMF)의 세기도 커지게 되므로 인체에 해로운 영향를 줄 가능성도 그만큼 높아지게 된다.
특히, 오늘날 생활 주변의 전력선, 전기전자기기, 정보통신기기들로부터 발생되는 전자기장(EMF)이 인체에 해로운 영향을 주는 것에 대해 일반인의 관심도 점점 높아지고 있고, 학계에서는 많은 연구를 통해 전자기장(EMF)의 위해성 부분에 대한 입증을 위한 연구활동이 이루어지고 상황이다.
때문에, 온라인 전기자동차용 급전장치 부근에서 형성되는 전자기장(EMF)의 세기 또한 인체에 영향이 없는 친환경적으로 설계 생산하여야 한다. 보통 인체에 안전한 전자기장(EMF)의 세기를 정하는 국제 기준은 6.25uT 이하이므로 급전장치 부근에서 형성되는 전자기장(EMF)의 세기를 국제 기준이하로 맞춤과 동시에 급전출력을 높일 수 있는 방안들이 많이 연구되고 있다.
하지만, 급전장치 부근에서 형성되는 전자기장(EMF)의 세기를 국제 기준이하로 맞추기 위하여 급전장치의 출력을 낮추게 되면 온라인 전기자동차에 전송되는 전력은 낮아질 수밖에 없게 되고, 반대로 온라인 전기자동차에 충분한 전력을 전송하기 위하여 급전장치의 출력을 높이게 되면 급전장치 부근에서 형성되는 전자기장(EMF)의 세기가 국제 기준을 넘어서게 되는 문제점이 발생한다.
때문에, 급전장치 부근에서 형성되는 전자기장(EMF)의 세기를 국제 기준이하로 유지함과 동시에 고출력의 급전장치를 개발하는 데는 많은 어려움이 있으며, 현재까지 이 두 가지 상반된 목표를 달성한 기술이 많지 않다.
도 1은 비접촉 자기 유도 방식의 온라인 전기자동차의 충전을 위해 도로에 매설되어 있는 일반적인 듀얼 레일 급전장치를 나타낸 것으로, 듀얼 레일 급전장치는, 전력을 공급하는 급전라인(2)과 자기장의 형태를 인위적으로 조정하여 급전라인(2) 하부 측으로 자기력선속의 누설을 방지하고 자기력선속을 도로 위쪽으로 집중시키도록 하기 위하여 설치되는 페라이트 코어 모듈(1)을 포함하여 구성되되, 급전코어에 소요되는 페라이트의 양을 줄이기 위해서 막대 모양의 페라이트 코어 모듈(1)을 도로의 진행방향에 따라 일정 간격으로 배치하여 사용하였다.
그런데 종래의 일반적인 듀얼 레일 급전장치에서는 급전라인(2)이 페라이트 코어 모듈(1)의 좌우 양 끝에 위치하고 있기 때문에 급전라인(2)이 차도와 맞붙은 인도 쪽에 가깝게 되어 상술한 것처럼 급전장치의 출력을 높이게 되면 급전라인(2)에서 형성된 전자기장(EMF)이 페라이트 코어 모듈(1)을 넘어 인도로 누설되게 되는 문제점이 있다.
또한, 위와 같이 전자기장(EMF)이 인도 쪽으로 누설되는 것을 차단하기 위해서는 전자기장(EMF)을 발생시키는 급전라인(2)의 주위에 인도 쪽 방향으로 전자기장(EMF) 차폐물을 급전장치의 페라이트 코어 모듈(1)에 더 부가하여 설치하여야만 하지만 급전라인(2)이 폐라이트 코어 모듈(1) 좌우 양 끝에 위치하고 있어 차폐물을 설치할 공간이 부족한 문제점이 있고, 할 수 없이 듀얼 레일 급전장치의 외부에 차폐물을 설치게 되면 시공 상의 어려움과 관련 비용이 상승 되는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 10-2013-0033235호(공개일: 2013. 04. 03)가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 온라인 전기자동차의 급전장치 구조를 변경시켜 급전장치에서 집전장치로의 전력 공급 시 급전장치의 출력을 높이더라도 그에 따라 증가되는 전자기장(EMF) 중에서 외부로 누설되는 전자기장(EMF)의 양을 크게 낮출 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자기유도방식에 의하여 비접촉으로 전력을 공급하고 외부로 누출되는 전자기장(EMF)을 차폐할 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치는 특정한 장소 또는, 도로를 따라 이격되게 매설되는 다수개의 급전코어와 상기 급전코어부에 배치되어 자기장을 형성하도록 하는 급전코일 및 다수개의 상기 급전코어에 길이 방향으로 걸쳐지며 배치되는 하나 이상의 역자기장선을 포함한다.
구체적으로, 상기 급전코어는, 하부로의 자속누설을 방지하는 수평기판부 및 상기 수평기판부의 양단이 상측 방향으로 절곡되어 형성되어 외측면으로의 자속누설을 방지하는 수직기판부를 포함하는 기판부와 상기 수평기판부 중앙에 형성된 기둥부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선은, 상기 수평기판부의 절곡된 부위 내측에 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판은, 상기 수평기판부 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선은, 양쪽의 상기 추가기판부의 절곡된 부위 외측에 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선은, 상기 수평기판부의 절곡된 부위 내측에 더 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선은, 절연 전선을 여러 가닥 꼬아서 한 줄로 하고 그 위에 절연 피복을 한 리츠선(Litz wire)인 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선에 흐르는 전류량을 조절하여 역자기장 발생량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선의 설치개수를 증감시켜 역자기장 발생량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 기판부와 추가기판부의 이격거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 역자기장선 중에서 수평기판부 내측에 추가 배치된 역자기장 선의 전류방향을 조정하여 급전선으로 활용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는, 온라인 전기자동차의 급전장치 구조에서 급전코어에 형성되는 자기장과 반대 방향의 자기장을 형성할 수 있는 역자기장선을 급전코어의 양측에 추가하고 있기 때문에, 복잡한 코어 구조체나 차폐물 구조체를 추가로 설치하지 않고서도 급전코어에서 외부로 누설되는 전자기장(EMF)을 효과적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 역자기장선이 배치되는 방법에 따라 서로 다른 3가지 형태의 역자기장 구조를 구축하고 있기 때문에, 온라인 전기자동차의 급전장치가 설치될 현장 상황과 기존 급전시스템의 설치 조건 등에 따라 선택하여 설치가 가능하므로 본 발명을 용이하게 설치 현장에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 역자기장선에 흐르는 전류값을 조정하거나 또는 급전장치에 설치될 역자기장선의 개수를 조절하거나 또는 기판부와 추가 기판부의 이격거리를 조정 하여 역자기장의 발생량을 조절할 수 있기 때문에, 급전장치의 종류 및 설치 장소에 따라 달라지는 급전장치에 의한 누설 전자기장(EMF)을 효과적으로 상쇄 또는 감쇠시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 온라인 전기자동차용 급전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 역자기장선이 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 역자기장선의 배치 상태를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전기자동차용 급전장치에 형성되는 자기장 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 급전코어에 추가기판부가 추가된 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 역자기장선의 배치 상태를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 급전장치에 역자기장선이 더 추가된 것을 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 역자기장선의 배치 상태를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 전자기장(EMF)의 분포도를 시뮬레이션하기 위한 모식도이다.
도 10은 도 9에 도시된 모식도에 따른 시뮬레이션 결과 중 자기장 분포도를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 판자형 코어 구조체 및 이층 코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 연속형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 연속형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 혼합형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 혼합형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 단자극 연속형 코어 구조체 및 단선형(one-line) 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 판자형 코어구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 판자형 코어구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 판자형 코어 구조체 및 단선형(one-line형) 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 단선형(one-line형) 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 역자기장선이 배치된 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 역자기장선의 배치 상태를 상세히 나타낸 도면으로서, 자기유도방식에 의하여 비접촉으로 전력을 공급하고 외부로 누출되는 전자기장(EMF)을 차폐할 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는, 도로를 따라 이격되게 매설되어 하부로의 자속누설을 방지하는 수평기판부(111) 및 상기 수평기판부(111)의 양단이 상측 방향으로 절곡되어 형성되어 외측면으로의 자속누설을 방지하는 수직기판부(113)를 포함하는 기판부(110)와 상기 수평기판부(111) 중앙에 형성된 기둥부(120)를 포함하는 다수개의 급전코어(100)와, 상기 급전코어(100)에 배치되어 자기장을 형성하도록 하는 하나 이상의 급전코일(200) 및 상기 다수개의 급전코어(100)에 길이 방향으로 걸쳐지며 배치되는 하나 이상의 역자기장선(300)을 포함한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 적용될 급전코어(100)의 구조 및 급전코일(200)의 구조의 종류에 대해서 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명에 적용될 수 있는 급전코어의 구조 및 급전코일의 구조는 아래에 설명된 예에 한정되지 않고 자기유도방식에 따른 비접촉 전력 전송을 할 수 있는 전기자동차용 급전장치 구조에는 모두 적용이 가능하다.
급전코어(100)의 구성은, 수평기판부(111), 수직기판부(113)로 이루어지는 기판부(110) 및 기둥부(120)를 공통 요소로 갖는다.
수평기판부(111), 수직기판부(113)는 모두 급전코일(200)에서 발생되는 자기장의 모양을 형성하는 역할을 하는데, 수평기판부(111)는 하부로 자기장이 형성되는 것을 차단하고 수직기판부(113)는 횡방향, 즉 양측면으로 자기장이 퍼져나가는 것을 차단하는 역할을 한다.
수평기판부(111)의 가로 길이 또는 수직기판부(113)의 세로 높이는 변동될 수 있으며, 그 높이가 높아질수록 측면으로 누설되는 자속의 양을 줄일 수 있고 급전출력도 높일 수 있게 된다.
이러한 수평기판부(111), 수직기판부(113) 및 후술하게 될 추가기판부(115)를 포함하는 기판부(110)는 페라이트(ferrite)를 이용하여 제조할 수 있는데, 이에 한정하지 않고 강자성체의 특성을 갖는 재료라면 얼마든지 대체 사용이 가능하다. 페라이트(ferrite)는 강자성체이고 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 갖는데 보통 산화철을 포함한 자성체 세라믹을 총칭하는 것으로, 산화철과 산화아연, 산화망간, 산화니켈 등의 혼합물을 소결하여 제조한다.
위와 같이 구성되는 급전코어(100)에 있어서, 본 발명의 일실시예에서는 판자형 코어 구조체, 연속형 코어 구조체 및 복합형 코어 구조체, 단선형(one-line) 코어 구조체의 예를 들었다.
판자형 코어 구조체는, 직사각형 모양으로 된 판자 형상의 수평기판부(111)와 수평기판부(111)의 양측 종단부가 상측 방향으로 절곡된 수직기판부(113)로 이루어져 전체 기판부(110)의 모양이 ‘ㄷ’형상으로 형성되고 수평기판부(111) 중앙에 기둥부(120)가 형성된 것을 지칭한다. 그리고, 이웃하는 급전코어(100) 끼리는 이격되게 연속하여 도로나 특정장소에 매설되도록 한다. 여기서 특정장소로는 주차장 또는 충전소 등이 될 수 있다.
연속형 코어 구조체는, 막대 모양을 갖는 다수개의 수평기판부(111)와 수평기판부(111)의 양측 종단부가 상측 방향으로 절곡된 다수개의 수직기판부(113)로 이루어져 전체 기판부(110)의 모양이 ‘ㄷ’형상으로 형성되고 다수개의 수평기판부(111) 중앙에 걸쳐 기둥부(120)가 형성된 것을 지칭한다. 그리고 이웃하는 급전코어(100) 끼리는 이격되게 연속하여 도로 또는 특정 장소에 매설되도록 한다.
혼합형 코어 구조체는, 연속형 코어 구조체와 같은 막대 모양을 갖는 기판부(110)로 이루어지되, 막대 모양을 갖는 기판부(110)와 다수개와 기둥부(120)가 하나의 조가 되도록 이루어진 것을 지칭한다. 그리고, 이웃하는 조는 이격되게 연속하여 도로 또는 특정 장소에 매설되도록 한다.
급전코일(200)은 하나 또는 두 개의 급전코일(200)이 다수개의 급전코어(100)에 연속하여 배치되어 자기장을 형성하도록 하는데, 본 발명의 일실시예에서 이중 급전코일 구조 및 이층 급전코일 구조를 예를 들었다.
이중 급전코일 구조는, 급전코일(200)을 2개의 선으로 하여 첫 번째 급전코일(200)을 기둥부(120)에 먼저 감고 나머지 급전코일(200)을 그 표면 위에 이중으로 감은 구조를 지칭한다.
이층 급전코일 구조는, 기둥부(120)를 상하 부분으로 구역을 나누어 기둥부(120) 하단에는 2개의 급전코일(200) 중 첫 번째 급전코일(200)을 감고 기둥부(120) 상단에는 나머지 급전코일(200)을 감은 구조를 지칭한다.
구체적으로, 도 2 내지 도 3에는 급전코어(100)의 구조와 급전코일(200)의 구조를 설명하기 위해, 단자극 판자형 코어 구조체 및 이중 코일 구조를 기반으로 한 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조의 예를 들었다.
이와 같이 구성된 전기자동차용 급전장치 구조에서, 전자기장(EMF)의 방향은 기둥부(120)를 기준으로 하여 모두 상부 방향을 향하도록 형성되어 그 위를 지나가는 전기자동차의 집전장치로 전력 전송을 위한 전자기장(EMF)이 이어질 수 있도록 한다.
다시 말하면, 기둥부(120)에는 급전코일(200)이 솔레노이드 형태로 감겨져 있는데, 급전코일(200)에 전류가 흐르면 급전코일(200) 주위에 형성되는 자기장은 중첩되고, 중첩된 자기장은 앙페르의 오른손 법칙에 따라 기둥부(120) 상부에 N극 또는 S극의 자기장이 형성되도록 한다.
본 발명의 일실시예에서는 상부에 N극이 생성되도록 전류의 방향을 조절하는데, 각 기둥부(120)에 형성된 자기장의 극성은 이웃하는 기둥부(120) 끼리는 모두 동일하게 형성되도록 한다. 즉, 이웃하는 기둥부(120)에는 모두 N-N-N-... 과 같이 극성이 동일하게 형성되도록 할 수 있다.
그리고, 도 2 내지 도 3에는 상술한 바와 같이 각 기둥부(120)에 형성된 자기장의 극성이 이웃하는 기둥부(120) 끼리는 모두 동일하게 형성되도록 급전코일(200)을 위치시킨 단자극 판자형 코어 구조체 및 이중 코일 구조의 예를 들었지만, 이와는 달리 도 17 내지 도 22에는 각 기둥부(120)에 형성된 자기장의 극성이 이웃하는 기둥부(120) 간에 번갈아 가며 교번되도록 급전코일(200)을 위치시킬 수도 있다.
즉, 도 17 내지 도 22에서는, 기둥부에 위치한 급전코일(200)의 감기는 방향을 달리함으로써, 전자기장(EMF)의 방향이 다수개의 기둥부(120)를 번갈아 가며 변화되도록 할 수 있다. 다시 말하면 어느 하나의 기둥부(120)에 생성되는 전자기장의 방향이 상부 방향을 향하도록 형성되면 이웃하는 또 하나의 기둥부(120)에는 하부 방향을 향하도록 전자기장의 방향이 형성되며 이와 같은 현상이 반복되게 된다.
기둥부(120)에는 급전코일(200)이 솔레노이드 형태로 감겨져 있는데, 어느 하나의 기둥부(120)에 감기는 급전코일(200)이 시계방향으로 감긴다면, 이웃하는 또 하나의 기둥부(120)에 감기는 급전코일(200)은 반시계방향으로 감기도록 하여, 이를 반복하게 되면 각 기둥부(120)에 생성되는 전자기장의 방향이 교대로 달라지도록 할 수 있다.
예를 들면, 어느 하나의 기둥부(120) 상부에 N극이 생성되면, 이웃하는 기둥부(120) 상부에는 S극이 형성되어, 각 기둥부(120)에 형성된 자기장의 극성은 N-S-N-S-... 과 같이 교번되며 형성되도록 할 수 있다.
역자기장선(300)은, 도로에 매설된 다수개의 급전코어(100)에 길이 방향으로 걸쳐지며 배치된다. 역자기장선(300)은 수평기판부(111)가 수직기판부(113)와 이어지는 절곡된 부위 내측에 배치될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에서는 수평기판부(111)의 절곡된 부위 양쪽 내측에 배치된 것을 예로 나타내었다. 이 때 역자기장선(300)은 생성되어야 할 역자기장의 세기나 방향 등을 고려하여 하나 이상이 배치될 수 있다. 즉, 수평기판부(111) 양쪽에 모두 배치하거나, 또는 한쪽에만 배치할 수도 있다. 또한, 또한 다수개의 역자기장선을 한 조로 하여 배치할 수도 있다. 그리고, 역자기장선(300)이 수직기판부(113)와 이격되는 거리(d1)도 조절할 수 있다.
위와 같이 역자기장선(300)이 기판부(110)에 배치될 때 역자기장선(300)의 개수 및 설치 위치, 전류량을 조정할 수 있도록 함으로써, 전기자동차용 급전장치의 시공 시 공사 상황에 유연하게 대처할 수 있도록 하여 준다. 예를 들면, 인도 쪽에 인접한 기판부(100) 측에는 역자기장선(300)을 설치하고 인도 쪽과 먼 기판부(100) 반대측에는 역자기장선(300)의 설치를 생략할 수 있는 것과 같은 방식이다.
이러한 역자기장선(300)은 기둥부(120)의 급전코일(200)에서 형성된 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장을 형성할 수 있도록 하여 두 개의 자기장이 서로 상쇄 또는 감쇄되도록 함으로써 외부로 누설되는 전자기장(EMF)을 차단 또는 감쇄시키는 역할을 한다. 또는 역자기장 선의 전류 방향을 조절하여 급전코일(200)과 함께 전기자동차로 전력을 전송하는 보조 급전선으로서의 역할을 할 수도 있다.
다시 말하면, 역자기장선(300)에 흐르는 전류 방향을 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류 방향과 반대로 하여 주면 급전코일(200) 주위와 역자기장선(300) 주위에 형성되는 자기장의 방향은 반대 방향으로 형성되어 자기장은 서로 상쇄되게 되어 외부로 누설되는 전자기장(EMF)을 차단하는 역할을 하고, 반대로 역자기장선(300)에 흐르는 전류 방향을 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류 방향과 동일하게 하여 주면 전력 전송을 위한 급전코일(200)의 역할과 동일한 기능을 할 수 있게 된다.
그리고, 역자기장선(300)은, 절연 전선을 여러 가닥 꼬아서 한 줄로 하고 그 위에 절연 피복을 한 리츠선(Litz wire)일 수 있다.
도 4를 참조하여 위와 같이 구성된 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치에 있어서, 역자기장선(300)에 의해서 외부로 누설되는 전자기장(EMF)이 차단되는 과정과 전력 전송을 하는 과정을 상세히 설명하기로 한다.
도 4의 a를 참조하여 역자기장선(300)에 의해서 외부로 누설되는 전자기장(EMF)이 차단되는 과정을 설명한다.
급전코일(200)이 기둥부(120)를 시계방향으로 감으며 지나가고 급전코일(200)에 흐르는 전류는 화살표로 표시된 바와 같이 좌측의 급전코일(200)에서는 위에서 아래쪽으로 흐르고 우측의 급전코일(200)에서는 아래쪽에서 위로 전류가 흐르는 것을 예로 들었다.
기둥부(120)에 형성되는 자기장은 앙페르의 오른손 법칙에 따라 기둥부(120) 상부 방향으로 향하여 기둥부(120) 상부에 N극을 형성한다. 상부 방향으로 향하던 자기장은 양쪽으로 갈라져 포물선을 그리며 아래로 향한다.
기둥부(120) 사이에 위치한 좌측 급전코일(200)에는 정면에서 보아 급전코일(200) 주위에 반시계 방향으로 자기장이 형성되고, 기둥부(120) 사이에 위치한 우측 급전코일(200)에는 정면에서 보아 급전코일(200) 주위에 시계 방향으로 자기장이 형성된다.
이 때 급전장치의 출력을 높일수록 기둥부(120)와 기둥부(120) 사이에 위치한 급전코일(200)에 형성되는 자기장의 범위는 더 넓어지게 되고, 동시에 전자기장(EMF)이 급전코어(100)를 벗어나 외부로 누설되는 양도 많아지게 된다.
다음으로, 역자기장선(300)에 전류를 흐르게 하되, 기둥부(120)의 양측에 배치된 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류의 방향과 반대로 하여 준다. 즉, 좌측에 배치된 역자기장선(300)에는 아래에서 위쪽으로 전류가 흐르게 하고 우측에 배치된 역자기장선(300)에는 위쪽에서 아래로 전류가 흐르게 하면 역자기장선(300)에 형성되는 자기장은 급전코일(200)이 형성하는 자기장과 반대의 방향을 갖게 된다.
따라서 방향이 다른 두 자기장이 서로 겹치게 되고 자기장은 상쇄되어 그 세기는 작아지게 되므로 외부로 누출되는 자기장은 차폐되거나 감소될 수 있게 된다.
도 4의 b를 참조하여 역자기장선(300)에 의해서 전력 전송을 하는 과정을 설명한다.
급전코일(200)이 기둥부(120)를 시계방향으로 감으며 지나가고 급전코일(200)에 흐르는 전류는 화살표로 표시된 바와 같이 좌측의 급전코일(200)에서는 위에서 아래쪽으로 흐르고 우측의 급전코일(200)에서는 아래쪽에서 위로 전류가 흐르는 것의 앞의 예와 같다.
따라서, 기둥부(120)에 형성되는 자기장의 방향은 상술한 바와 같이 기둥부(120) 상부 방향으로 향하여 기둥부(120) 상부에 N극을 형성하고, 기둥부(120) 사이에 위치한 좌측 급전코일(200)에는 정면에서 보아 급전코일(200) 주위에 반시계 방향으로 자기장이 형성되고, 기둥부(120) 사이에 위치한 우측 급전코일(200)에는 정면에서 보아 급전코일(200) 주위에 시계 방향으로 자기장이 형성된다.
다음으로, 역자기장선(300)에 전류를 흐르게 하되, 기둥부(120)의 양측에 배치된 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류의 방향과 동일하게 한다. 즉, 좌측에 배치된 역자기장선(300)에는 위에서 아래로 전류가 흐르게 하고 우측에 배치된 역자기장선(300)에는 아래에서 위로 전류가 흐르게 하면 역자기장선(300)에 형성되는 자기장은 급전코일(200)이 형성하는 자기장과 동일한 방향을 갖게 된다.
따라서 방향이 다른 두 자기장이 서로 겹치게 되고 자기장은 커지게 되므로 전송되는 전력의 양을 증가시킬 수 있게 된다.
도 5는 도 2에 도시된 급전코어에 추가기판부가 추가된 것을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 역자기장선의 배치 상태를 상세히 나타낸 단면도로서, 상기 기판부(110)에는 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)를 더 포함할 수 있다.
추가기판부(115)는 수평기판부(111)로부터 연장된 형태이나 분리될 수 있고 자체적으로 또 하나의 수직기판을 형성하여서 급전 자기장이 양측면으로 퍼져나가지 않고 급전코어(100) 내부에서만 형성되도록 도와준다.
추가기판부(115)에 형성된 수직 부재의 높이 및 가로 길이는 변동될 수 있으며, 추가기판부(115)에 형성된 수직 부재가 수직기판부(113)와 이격되는 거리(d2) 또한 변경이 가능하다. 이것은, 추가기판부(115)에 형성된 수직 부재의 높이가 높아질수록 측면으로 누설되는 자속의 양을 줄일 수 있고 급전출력도 높일 수 있게 되는 효과를 가져온다.
역자기장선(300)은 추가기판부(115)가 형성된 기판부(110)에서 추가기판부(115)의 절곡된 부위 외측에 배치되도록 할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 배치되는 역자기장선(300)은 추가기판부(115)의 일측에만 설치되거나 또는 양측 모두에 설치될 수 있고, 하나의 선이 배치되거나 다수개가 한 조를 이루며 배치될 수도 있다. 그리고 추가기판부(115)의 수직 부재와 이격되는 거리(d3) 또한 조절할 수 있다.
역자기장선(300)에는 상술한 바와 같이 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류와 반대 방향의 전류가 흐르도록 하여 반대 방향의 자기장을 생성함으로써 외부로 누설되는 전자기장(EMF)을 차폐 할 수 있도록 하거나, 또는, 같은 방향의 전류가 흐르도록 하여 전력을 전송할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 과정은, 상술한 바와 같이 역자기장선(300)과 급전코일(200)에 의해 반대 방향의 자기장이 서로 겹쳐지면 자기장은 상쇄되어 그 크기가 작아져 그에 따라 양 측면 방향으로 누설되는 자기장을 차폐할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 전술하였으므로 생략하기로 한다.
다만, 추가기판부(115)를 더 추가함으로써 추가기판부(115)가 없을 때보다 생성되는 자기장이 더욱 더 급전코어(100) 내부 및 상부 방향으로 집중되도록 할 수 있다. 따라서, 측면 방향으로 누설되는 전자기장(EMF)은 더 적어지게 된다.
도 7과 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예로서 역자기장선(300)을 추가기판부(115)의 절곡된 부위 외측에 배치함과 동시에 수평기판부(111)의 절곡된 부위 내측에 각각 더 배치하여 총 4군데에 역자기장선(300)을 배치한 것을 나타내었다. 물론 상술한 바와 같이 역자기장선(300)은 기판부(110) 일측에만 배치되거나 양측 모두에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 역자기장선(300)이 하나의 조를 이루며 배치되도록 할 수도 있다.
이때, 역자기장선(300)이 수평기판부(111)의 절곡된 부위 내측에 배치될 때 역자기장선(300)과 수직기판부(113) 사이의 거리(d1), 추가기판부(115)의 수직부재와 수직기판부(113) 사이의 거리(d2), 역자기장선(300)이 추가기판부(115)의 절곡된 부위 외측에 배치될 때 역자기장선(300)과 추가기판부(115)의 수직부재 사이의 거리(d3) 및 추가기판부(115)의 절곡된 부위 외측에 배치된 역자기장선(300)과 수평기판부(111)의 절곡된 부위 내측에 배치된 역자기장선(300) 사이의 거리(d4)는 변경이 가능함은 물론이다.
총 4군데에 배치된 각각의 역자기장선(300)에 있어서, 각각의 역자기장선(300)에 전류의 흐르는 방향을 개별적으로 조절함으로써, 즉, 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류의 방향과 달리하거나 동일하게 함으로써 각각의 역자기장선(300)이 개별적으로 역할을 수행 하도록 할 수 있다.
다시 말하면, 상술한 바와 같이 어느 하나의 역자기장선(300)에 있어서, 역자기장선(300)에 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류와 반대 방향의 전류가 흐르면 역자기장선(300)에는 급전코일(200)에 생성되는 자기장의 방향과 반대 방향의 자기장이 생성되어서 급전 전자기장(EMF)이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 반대로 이웃한 급전코일(200)에 흐르는 전류의 방향과 동일한 방향의 전류가 흐르면 역자기장선(300)에는 급전코일(200)에 생성되는 급전자기장의 방향과 동일한 방향의 자기장이 생성되어서 전기자동차의 집전장치(500)로 전력을 전송할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 전자기장(EMF)의 분포도를 시뮬레이션하기 위한 모식도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 온라인 전기자동차의 집전장치(500)로 전력을 전송할 때의 전자기장(EMF)의 분포도를 알기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션의 조건은 아래와 같다.
먼저, 온라인 전기자동차의 버스 규격은, 길이 1627mm, 폭 2490mm, 높이 3030mm, 두께 4.65mm 로 가정하였다. 여기서 차량의 소재는 케이스가 없는 경우 및 금속 소재의 케이스가 있는 경우로 나누어 조건을 설정하였다. 그리고, 전자기장(EMF)의 측정 규격은 국제 전기 표준 회의(IEC) 규격을 따랐다.
다음으로, 첫째, 도2에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우와, 둘째, 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우와, 셋째, 도 7에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 두 개씩 4개가 배치된 경우에 대해서 각각 전력 전송 과정을 시뮬레이션 하여 전자기장(EMF)의 분포도를 측정하였다.
첫째, 도2에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우의 결과는 아래와 같다.
시뮬레이션의 조건들은, 영 번째 조건(case 0)은 급전장치 구조에 역자기장선(300)이 배치되지 않은 경우, 첫 번째 조건(case 1)은 역자기장선(300)이 반대 방향의 자기장을 생성하여 정상적으로 전자기장(EMF) 차폐 기능을 수행하는 경우, 두 번째 조건(case 2)은 역자기장선(300)이 모두 전력 전송 기능을 수행하는 경우이다.
위의 3가지 경우에 따라 차량하부가 목재이며 차량이 정지상태인 경우에 도 2의 구조에 대해 승객이 서있는 인도에서의 EMF양을 시뮬레이션 한 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
케이스
측정높이		 Case 0 Case 1 Case 2
0.5m 22.3μT 10.1μT 33.7μT
1.0m 15.3μT 7.1μT 23.8μT
1.5m 10.3μT 4.7μT 15.4μT
평균 16.0μT 7.3μT 24.3μT
역자기장 선이 정상동작하는 경우(case1)에는 역자기장선이 없을 때(case0)보다 EMF의 양이 16uT에서 7.3uT로 상당히 줄었음을 알 수 있다.
위의 3가지 경우에 따라 차량하부가 철재(철판두께 5mm)이며 차량이 정지상태인 경우에 도 2의 구조에 대해 시뮬레이션을 한 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
케이스
구분		 Case 0 Case 1 Case 2
자기장 4.3μT 1.7μT 6.7μT
위의 결과를 살펴보면, 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우의 시뮬레이션 결과를 전자기장(EMF) 인체 노출에 관한 국제 규격인 6.25μT와 비교하면, 차량 하부가 목재인 경우에는 어느 경우에도 6.25uT를 모두 초과하므로 국제 규격에 미달하나, 차량 하부가 철재인 경우에는 case 2를 제외한 나머지 case 0과 1에서 모두 국제 규격에 적합함을 알 수 있다.
이는 case2의 경우 역자기장선에 흐르는 전류가 급전출력으로 사용되어서 급전출력이 30%이상 증가되었으므로 EMF 관련 국제 기준을 만족시키지 못하는 것은 당연하다. 다만, 급전출력을 30%나 증가시켜도 국제 규격인 6.25를 약간 초과한 6.7uT를 기록한 것은 좋은 결과로 볼 수 있다.
예를 들어 급전출력을 30%가 아닌 20%정도만 증가시키면 EMF 관련 국제기준을 만족시킬 수 있을 가능성이 있으므로 역자기장선을 역자기장 발생용으로만 사용하는 것이 아니고 예를 들어, 주 급전선이 단선등이 되어서 고장상태일 때 긴급히 보조 급전용으로 사용하거나, 급전장치가 설치된 현장에서 일시적으로 급전출력증가가 요구될 때 역자기장선의 전류의 방향을 바꾸어서 급전용으로 사용하면 EMF 국제기준을 만족시키면서도 현장의 요구사항을 만족시킬 수 있게 된다.
둘째, 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우의 결과는 아래와 같다.
시뮬레이션의 조건들은, 첫번째 조건(case 1)은 역자기장선(300)이 급전선과 반대 방향의 역자기장을 생성하여 정상적으로 전자기장(EMF) 차폐 기능을 수행하는 경우, 두 번째 조건(case 2)은 역자기장선(300)이 모두 전력 전송 기능을 수행하는 경우이다.
위의 2가지 경우에 따라 도 5의 역자기장 발생구조에서 차량하부가 철판이며 차량이 정지상태인 경우에 시뮬레이션을 한 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
케이스
측정높이		 Case 1 Case 2
0.5m 2.57μT 14.51μT
1.0m 1.03μT 3.42μT
1.5m 0.52μT 1.54μT
평균 1.37μT 6.49μT
도 2의 구조보다 도 5의 구조가 차량하부가 철판인 경우에 역자기장선이 정상동작하는 경우 1.7uT에서 1.37uT로, 역자기장선을 보조 급전선으로 사용하는 경우 6.7uT에서 6.49uT로 EMF발생량이 최대 24% 줄어듬을 볼 수 있다. 도 5의 구조가 도 2의 구조보다 역자기장 발생과 효과면에서 더 효율적임을 알 수 있다.
위의 2가지 경우에 따라 도 5의 구조에서 차량하부가 목재이며 차량이 정지상태인 경우에 시뮬레이션을 한 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
케이스
측정높이		 Case 1 Case 2
0.5m 4.86 42.45
1.0m 3.47 28.73
1.5m 2.12 18.19
평균 3.48μT 29.79
위의 결과를 살펴보면, 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우의 시뮬레이션 결과를 앞의 도2에 도시된 급전장치 구조와 비교하면 아래와 같다.
차량 하부가 철재인 경우에 case 1(역자기장선이 정상동작하는 경우)은 도2에 도시된 급전장치 구조에서 측정된 자기장의 세기 1.7μT 보다 낮은 1.37μT이 도 5의 구조에서 나와서 국제 규격을 만족시키고 있다. 또한 최대 급전 출력도 시뮬을 해 보면 도 2의 구조보다 도5의 구조가 14%가량 더 높게 나온다.
차량 하부가 목재인 경우에는 case 1에서 도2에 도시된 급전장치 구조에서 측정된 자기장의 세기 7.3μT(표1의 case1) 보다 낮은 3.48μT(표4의 case1)가 도5의 구조에서 나와 국제 규격을 만족시키고 있다.
셋째, 도 7에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 두 개씩 4개가 배치된 경우의 결과는 아래와 같다.
시뮬레이션의 조건들은, 영 번째 조건(case 0)은 급전코어(100)의 가장 외측에 배치된 한 쌍의 역자기장선(300)이 역자기장을 생성하고 급전코어(100) 내측에 배치된 한 쌍의 역자기장선(300)이 배치되지 않은 경우로서 내측에서는 역자기장이 발생하지 않는 경우이고, 첫 번째 조건(case 1)은 외측의 역자기장선은 역자기장을 발생시키고 내측의 1쌍의 역자기장선(300)은 전력 전송 기능을 수행하는 경우, 두 번째 조건(case 2)은 내측과 외측의 두 쌍의 역자기장선(300)이 모두 역자기장을 생성하여 가장 강한 전자기장(EMF) 차폐 기능을 수행하는 경우이다.
위의 3가지 경우에 따라 차량하부가 철판이며 차량이 정지상태인 경우에 시뮬레이션을 한 결과를 아래의 표 8과 9에 나타내었다.
케이스
측정높이		 Case 0 Case 1 Case 2
0.5m 2.51μT 2.12μT 6.85μT
1.0m 1.06μT 0.43μT 1.89μT
1.5m 0.49μT 0.38μT 0.88μT
평균 1.35μT 0.97μT 3.21μT
위의 3가지 경우에 대해 차량하부가 목재이며 차량이 정지상태인 경우에 시뮬레이션을 한 결과를 아래의 표 6에 나타내었다.
케이스
측정높이		 Case 0 Case 1 Case 2
0.5m 4.94μT 10.41μT 16.43μT
1.0m 3.53μT 6.15μT 11.85μT
1.5m 2.18μT 3.64μT 7.57μT
평균 3.55μT 6.73μT 11.95μT
위의 결과를 살펴보면, 도 7에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 두 개씩 4개가 배치된 경우의 시뮬레이션 결과를 앞의 도5에 도시된 급전장치 구조와 비교하면 아래와 같다.
차량 하부가 철재인 경우에 case 1에서 도5에 도시된 급전장치 구조에서 측정된 자기장의 세기 1.35μT 보다 더 낮은 0.97μT이 나와서 국제 규격을 만족시키고 있고, 반면 최대 급전 출력은 도 5 구조의 1.95kV 보다 높은 2.88kV가 도 7의구조에서 나와서 도5에 도시된 급전장치 구조보다 EMF 감쇄 성능이나 급전출력 유지 성능이 우수함을 알 수 있다.
즉, case0은 도 5의 구조에 대한 시뮬레이션 case1의 결과로 볼 수 있다. 위의 결과를 보면 내측의 역자기장선이 보조 급전선 역할을 한 case1이 EMF감쇄가 가장 크고 급전출력도 별도의 시뮬레이션을 해보면 도 5의 구조보다 45%이상 높게 나타난다. 이것은 역자기장선에 의한 자기장이 급전자기장을 상쇄시켜 줄어드는 급전출력을 내측의 역자기장선이 보조급전을 함으로써 보완하고 인도측에 과도하게 영향을 미치던 외측선에 의한 역자기장의 EMF양을 내측의 선이 오히려 줄여 주기 때문에 EMF와 급전출력에 대한 결과가 가장 좋다. case2의 성능이 EMF면에서 case1보다 오히려 나쁜 이유는 주 급전선과 역자기장에 흐르는 전류의 양을 같게 하여 시뮬레이션을 했기 때문에 역자기장선이 모두 4개인 경우인 case2에서는 역자기장 발생량이 과도하게 많아져서 인도에서 측정된 EMF가 역자기장선에 의해 발생된 것으로 대체되어서 case1보다 오히려 EMF가 증가한 결과로 나온다. 또한 급전 출력도 과도하게 발생된 역자기장이 급전출력을 많이 상쇄시켜서 case1보다 오히려 적게 급전된다.
차량 하부가 목재인 경우에는 case 1에서 도5에 도시된 급전장치 구조에서 측정된 자기장의 세기가 도 7에 도시된 급전장치 구조에서 측정된 자기장의 세기보다 낮지만, 반면 최대 급전 출력은 도 7에 도시된 급전장치 구조에 더 크게 나왔음을 알 수 있다. 여기서 도 7에 도시된 급전장치 구조도 6.73uT로 국제 규격보다 조금 높으므로 역자기장선(300)에 흐르는 전류의 세기를 조정하면 전자기장(EMF)에 관한 국제 규격인 6.25uT를 만족시킬 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 모식도에 따른 시뮬레이션 결과 중에 자기장 분포도를 나타낸 것으로 특히, 도2에 도시된 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에서 역자기장선(300)이 급전코어(100) 양측에 하나씩 2개가 배치된 경우에 자기장 분포도를 나타낸 것이다.
도 11 부터 도 22는, 상술한 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 추가 기판부(115)가 추가된 급전코어(100)의 구조 및 4개의 역자기장선(300) 배치를 갖고 있을 때, 다양한 종류의 급전코어(100) 및 급전코일(200) 구조에 적용되는 것의 예시를 나타낸 것으로, 이하에서는, 4개의 역자기장선(300)을 내측에 위치한 두 개의 내측 역자기장선(310)과 외측에 위치한 두 개의 외측 역자기장선(320)으로 구분하여 설명하기로 한다.
여기서 다양한 종류의 급전코어(100) 및 급전코일(200) 구조에 있어서, 급전코어(100)의 기판부(110)에 추가기판부(113)가 추가된 것을 예시로 나타내었지만, 추가기판부(113)가 추가되지 않고 기판부(110)만으로 이루어진 급전코어(200)에도 역자기장선(300)이 적용될 수 있음은 물론이다.
그리고, 다양한 종류의 급전코어(100) 및 급전코일(200) 구조에 있어서, 급전코어(100)에 4개의 역자기장선(300)이 4개의 위치에 배치된 것을 예시로 나타내었지만, 상술한 바와 같이 역자기장선(300)이 급전코어(100)에 배치되는 위치는 하나 이상이 될 수 있고, 하나의 위치에 배치되는 역자기장선(300)의 선의 개수도 하나만이 배치 될 수 있고, 또는, 다수개가 모여 하나의 조를 이루며 배치될 수 있어 얼마든지 변경이 가능함은 물론이다.
구체적으로, 도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 판자형 코어 구조체 및 이층 코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 연속형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
여기서 연속형 코어 구조체는, 상술한 바와 같이 막대 모양을 갖는 다수개의 수평기판부(111)와 수평기판부(111)의 양측 종단부가 상측 방향으로 절곡된 다수개의 수직기판부(113)로 이루어져 전체 기판부(110)의 모양이 ‘ㄷ’형상으로 형성되고 다수개의 수평기판부(111) 중앙에 걸쳐 기둥부(120)가 형성된 것을 지칭하고, 이중 급전코일 구조는, 급전코일(200)을 2개의 선으로 하여 첫 번째 급전코일(200)을 기둥부(120)에 먼저 감고 나머지 급전코일(200)을 그 표면 위에 이중으로 감은 구조를 지칭한다.
또한, 연속형 코어 구조체의 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)가 추가된다.
위와 같이 이루어진 급전장치 구조에 있어서, 급전코어(100)의 4곳의 위치, 즉, 2개의 내측 역자기장선(310)과 2개의 외측 역자기장선(320)에 의해서, 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 외부로 누설되는 전자기파(EMF)를 감쇄하는 역할을 할 수 있게 되거나 보조 급전선으로 사용되어 전력 전송을 더 높이는 역할을 할 수 있게 된다.
다시 말하면, 연속형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 상술한 바와 같이 역자기장선(300)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 세기를 조절하거나 수평기판부(111)와 추가 기판부(115)간의 간격을 늘리거나 하여 전자기파(EMF) 감쇄를 할 수 있으며 또는 추가적인 전력 전송을 할 수 있게 된다.
도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 연속형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
여기서 연속형 코어 구조체는, 상술한 바와 같이 막대 모양을 갖는 다수개의 수평기판부(111)와 수평기판부(111)의 양측 종단부가 상측 방향으로 절곡된 다수개의 수직기판부(113)로 이루어져 전체 기판부(110)의 모양이 ‘ㄷ’형상으로 형성되고 다수개의 수평기판부(111) 중앙에 걸쳐 기둥부(120)가 형성된 것을 지칭하고, 이층 급전코일 구조는, 기둥부(120)를 상하 부분으로 구역을 나누어 기둥부(120) 하단에는 2개의 급전코일(200) 중 첫 번째 급전코일(200)을 감고 기둥부(120) 상단에는 나머지 급전코일(200)을 감은 구조를 지칭한다.
또한, 연속형 코어 구조체의 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)가 추가된다.
위와 같이 이루어진 급전장치 구조에 있어서, 급전코어(100)의 4곳의 위치, 즉, 2개의 내측 역자기장선(310)과 2개의 외측 역자기장선(320)에 의해서, 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 외부로 누설되는 전자기파(EMF)를 감쇄하는 역할을 할 수 있게 되거나 전력 전송을 더 높이는 역할을 할 수 있게 된다.
다시 말하면, 연속형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 상술한 바와 같이 역자기장선(300)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 세기를 조절하거나 수평기판부와 추가기판부(115) 간의 거리를 조절함으로써 전자기파(EMF) 감쇄 조절 또는 추가적인 전력 전송을 할 수 있게 된다.
도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 혼합형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
여기서, 혼합형 코어 구조체는, 연속형 코어 구조체와 같은 막대 모양을 갖는 기판부(110)로 이루어지되, 다수개의 막대 모양을 갖는 기판부(110)와 기둥부(120)가 하나의 조가 되어 이루어진 것을 지칭하고, 이중 급전코일 구조는, 급전코일(200)을 2개의 선으로 하여 첫 번째 급전코일(200)을 기둥부(120)에 먼저 감고 나머지 급전코일(200)을 그 표면 위에 이중으로 감은 구조를 지칭한다. 또한, 연속형 코어 구조체의 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)가 추가된다.
위와 같이 이루어진 급전장치 구조에 있어서, 급전코어(100)의 4곳의 위치, 즉, 2개의 내측 역자기장선(310)과 2개의 외측 역자기장선(320)에 의해서, 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 외부로 누설되는 급전 전자기파(EMF)를 감쇄하는 역할을 할 수 있게 되거나 전력 전송을 더 높이는 역할을 할 수 있게 된다.
다시 말하면, 혼합형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 상술한 바와 같이 역자기장선(300)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 세기를 조절함으로써 전자기파(EMF) 차단 또는 추가적인 전력 전송을 할 수 있게 된다.
도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 혼합형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
여기서, 혼합형 코어 구조체는, 연속형 코어 구조체와 같은 막대 모양을 갖는 기판부(110)로 이루어지되, 막대 모양을 갖는 기판부(110)와 다수개와 기둥부(120)가 하나의 조가 되어 이루어진 것을 지칭하고, 이층 급전코일 구조는, 기둥부(120)를 상하 부분으로 구역을 나누어 기둥부(120) 하단에는 2개의 급전코일(200) 중 첫 번째 급전코일(200)을 감고 기둥부(120) 상단에는 나머지 급전코일(200)을 감은 구조를 지칭한다. 또한, 연속형 코어 구조체의 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)가 추가된다.
위와 같이 이루어진 급전장치 구조에 있어서, 급전코어(100)의 4곳의 위치, 즉, 2개의 내측 역자기장선(310)과 2개의 외측 역자기장선(320)에 의해서, 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 외부로 누설되는 전자기파(EMF)를 차단하는 역할을 할 수 있게 되거나 전력 전송을 더 높이는 역할을 할 수 있게 된다.
다시 말하면, 혼합형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 상술한 바와 같이 역자기장선(310, 320)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 세기를 조절함으로써 전자기파(EMF) 감쇄 또는 추가적인 전력 전송을 할 수 있게 된다.
도 16에는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조가 단자극 연속형 코어 구조체 및 하나의 선으로 이루어진 급전코일 구조에 적용된 것을 나타낸 것이다.
여기서 연속형 코어 구조체는, 상술한 바와 같이 막대 모양을 갖는 다수개의 수평기판부(111)와 수평기판부(111)의 양측 종단부가 상측 방향으로 절곡된 다수개의 수직기판부(113)로 이루어져 전체 기판부(110)의 모양이 ‘ㄷ’형상으로 형성되고 다수개의 수평기판부(111) 중앙에 걸쳐 기둥부(120)가 형성된 것을 지칭하고, 하나의 선으로 이루어진 급전코일 구조라 함은, 급전코어(100)의 기둥부(120)에 감기며 배치되는 급전코일(200)이 하나의 선으로 이루어진 구조를 지칭한다.
또한, 연속형 코어 구조체의 수평기판부(111) 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부(115)가 추가된다.
위와 같이 이루어진 급전장치 구조에 있어서, 급전코어(100)의 4곳의 위치, 즉, 2개의 내측 역자기장선(310)과 2개의 외측 역자기장선(320)에 의해서, 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 외부로 누설되는 전자기파(EMF)를 감쇄하는 역할을 할 수 있게 되거나 전력 전송을 더 높이는 역할을 할 수 있게 된다.
다시 말하면, 연속형 코어 구조체 및 하나의 선으로 이루어진 급전코일 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예인 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 상술한 바와 같이 역자기장선(300)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 세기를 조절함으로써 전자기파(EMF) 감쇄 또는 추가적인 전력 전송을 할 수 있게 된다.
도 17 내지 도 22는 쌍자극형 이중 급전코일 구조와 쌍자극형 이층 급전코일 구조 각각이 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 적용된 것을 나타낸 도면이다.
즉, 앞의 실시예에서는 급전코일(200)이 각 기둥부(120)에 감길 때 각 기둥부(120) 간에 형성되는 자극이 모두 동일하게 되도록 감긴 단자극형 구조를 나타낸 것이고, 도 17 내지 도 22에 도시된 급전코일(200)은 기둥부(120)에 감길 때 각 기둥부(120) 간에 형성되는 자극이 N극과 S극이 교대로 나타나도록 감긴 쌍자극형 구조를 나타낸 것이다.
여기서, ‘쌍자극형’이라 함은 이웃하는 각 기둥부(120)에 급전코일(200)을 감을 때 각 기둥부(120) 마다 급전선이 감기는 방향을 교대로 다르게 한 것으로서, 이와 같은 방식으로 급전코일(200)을 기둥부(120)에 감게 되면 이웃하는 각 기둥부(120) 간에는 N극과 S극이 서로 교대로 형성된다.
도 17을 참조하면, 쌍자극형 이중 급전코일 구조가 판자형 코어 구조체에 적용된 것이 도시되어 있는데, 각 기둥부(120)에 급전코일(200)을 각각 이중으로 3회씩 감은 것을 나타내었고 전체 급전장치에서의 최종단 상태를 도시하였다.
여기서 급전코일(200)의 감긴 회수는 얼마든지 변경이 가능함은 물론이다. 그리고, 상술한 바와 같이 쌍자극형 이중 급전코일 구조는 앞의 실시예에 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
급전코일(200)이 감기는 방향은, 구체적으로, 전류 방향이 주행방향과 같은 급전코일(200)이 좌측 첫 번째 기둥부(120) 안쪽에 하부에서부터 상부로 감기되 시계반대 방향으로 감기고, 그 다음의 기둥부(120)에서는 급전코일(200)이 기둥부(120)의 반대 측면으로 엇갈려 들어가 안쪽에 시계 방향으로 감기고, 이와 같은 방식을 교대로 반복하여 최종단에 이르게 된다.
최종단에서 돌아 나오는 급전코일(200)은 안쪽에 감긴 급전코일(200) 외부에 상부로부터 하부로 감기되 시계 반대 방향으로 감기고, 그 다음의 기둥부(120)에서는 급전코일(200)이 기둥부(120)의 반대 측면으로 엇갈려 들어가 안쪽에 감긴 급전코일(200)의 외부에 상부로부터 하부로 감기되 시계 방향으로 감기고, 이와 같은 방식을 교대로 하여 최초의 입력단까지 이르게 된다.
즉, 쌍자극형 이중 급전코일(200) 구조는 급전코일(200)이 기둥부(120)에 2중으로 감기되, 각 기둥부(120)에서 감기는 방향을 달리하는 구조이다.
이와 같이 급전코일(200)이 기둥부(120)에 감기는 방향이 교대로 달라져서 그에 따른 전류 방향이 교대로 달라짐에 따라 이웃하는 기둥부(120) 마다 각각에 생성되는 자기장의 방향이 N극과 S극 교대로 형성된다. 즉, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 된다.
그리고, 각 기둥부에 형성된 자극에 따라 형성되는 급전 자기장의 방향이 교대로 기둥부마다 계속 바뀌므로 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌어야 한다. 그래서 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치되어야 한다.
좌측 급전코어(100)에 위치한 내측 역자기장선(310)을 기준으로 설명하면, 급전코어(100)에 위치한 내측 역자기장선(310)이 이웃한 우측의 급전코어(100)로 이어질 때는 대각선으로 가로 질러 반대편으로 옮겨가 다음의 급전코어(100) 위에 위치하고 이웃한 우측의 급전코어(100)로 이어질 때도 대각선으로 가로 질러 반대편으로 옮겨가 다음의 급전코어(100) 위에 위치하는 것을 반복한다.
이는, 또 다른 내측 역자기장선(310)이나, 외측 역자기장선(320) 또한 마찬가지의 방식으로 각 급전코어(100)에 위치한다.
이와 같이 역자기장선(300)이 위치를 번갈아 가며 위치함으로써 각 기둥부에 형성된 자극에 따라 형성되는 급전 자기장의 방향이 교대로 기둥부마다 계속 바뀌는 것에 따라서 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌게 된다.
도 18을 참조하면, 쌍자극형 이층 급전코일 구조가 판자형 코어 구조체에 적용된 것이 도시되어 있는데, 기둥부(120)에 급전코일(200)을 각각 이층으로 3회씩 감은 것을 나타내었고 전체 급전장치에서의 최종단 상태를 도시하였다. 여기서 급전코일(200)의 감긴 회수는 얼마든지 변경이 가능함은 물론이다. 그리고 상술한 바와 같이 쌍자극형 이층 급전코일 구조는 앞의 실시예에 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 전류 방향이 주행방향과 같은 급전코일(200)은 좌측 첫 번째 기둥부(120)에 좌측면에서부터 들어가 하부에서부터 상부로 감기되 시계반대 방향으로 중간 부분까지 감긴 후, 이웃한 다음의 기둥부(120)에서는 엇갈려서 우측면으로 들어가 같은 높이의 중간 부분부터 하부로 시계 방향으로 감기고, 다시 이웃한 다음의 기둥부(120)의 좌측면으로 이어져 같은 방식을 반복하여 최종단에 이르게 된다.
최종단에서 돌아 나오는 급전코일(200)은 하부에 감겨진 급전코일(200)과 중간 부분부터 이어져 상부로 감겨 올라가되 시계 반대 방향으로 감겨 우측면으로 돌아 나가고, 다시 그 다음의 기둥부(120)에서는 엇갈려서 좌측면으로 들어가 하부에 감겨진 급전코일(200)이 감긴 부분 다음부터 상부로 감겨 올라가되 시계 방향으로 감겨 좌측면으로 돌아 나가고, 다시 좌측 첫 번째 기둥부(120)의 우측면으로 들어가 하부에 감겨진 급전코일(200)이 감긴 부분 다음부터 상부로 감겨 올라가되 시계반대 방향으로 감겨 우측면으로 돌아 나가고, 이와 같은 방식을 교대로 하여 최초의 입력단까지 이르게 된다.
즉, 쌍자극형 이층 급전코일 구조는 급전코일(200)이 기둥부(120)의 하부에 감기고 일차로 감긴 후 다시 급전코일(200)이 이어서 그 상부에 감기며 각 기둥부(120)에서 급전선(200)이 감기는 방향은 각각의 기둥부(120)마다 교대로 달리하는 구조이다.
이와 같이 상술한 급전코일(200)이 기둥부(120)에 감기는 방향이 각각의 기둥부(120) 마다 교대로 달라지고 그에 따라 전류가 흐르는 방향이 교대로 달라짐에 따라 이웃하는 기둥부(120) 마다 생성되는 각각의 자기장의 방향도 자극이 교대로 형성된다. 즉, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 된다.
그리고, 각 기둥부에 형성된 자극에 따라 형성되는 급전 자기장의 방향이 교대로 기둥부마다 계속 바뀌므로 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌어야 한다. 그래서 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치되어야 한다. 이는 도 17의 설명에서 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 이중 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면으로서, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 되고, 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌도록 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치된 것을 나타내었다. 이에 대한 설명은 앞에서와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 이층 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 도면으로서, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 되고, 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌도록 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치된 것을 나타내었다. 이에 대한 설명은 앞에서와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 판자형 코어 구조체 및 단선형(one-line형) 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것으로서, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 되고, 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌도록 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치된 것을 나타내었다. 이에 대한 설명은 앞에서와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조로서 쌍자극 혼합형 코어 구조체 및 단선형(one-line형) 급전코일 구조에 적용되는 것을 나타낸 것을소, 이웃하는 각 기둥부(120) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 되고, 역자기장 발생선도 역자기장 발생방향이 기둥에 따라 교대로 바뀌도록 역자기장선(300)도 기둥부를 지날 때마다 교대로 바뀌면서 설치된 것을 나타내었다. 이에 대한 설명은 앞에서와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는, 온라인 전기자동차의 급전장치 구조에서 급전코어에 형성되는 자기장과 반대 방향의 자기장을 형성할 수 있는 역자기장선을 급전코어의 양측에 추가하고 있기 때문에, 복잡한 코어 구조체나 차폐물 구조체를 추가로 설치하지 않고서도 급전코어에서 외부로 누설되는 급전 전자기장(EMF)을 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 역자기장선이 배치되는 방법에 따라 서로 다른 3가지 형태의 역자기장 구조를 구축하고 있기 때문에, 온라인 전기자동차의 급전장치가 설치될 현장 상황과 기존 급전시스템의 설치 조건 등에 구애 받지 않고 본 발명을 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 역자기장선에 흐르는 전류값을 조정하거나 또는 급전장치에 설치될 역자기장선의 개수를 조정하거나 또는 기판부와 추가 기판부사이의 이격거리를 조절하여 역자기장의 발생량을 조절할 수 있기 때문에, 설치 장소와 설치 조건에 따라 급전장치에 의해 발생된 급전자기장에 의한 누설 전자기장(EMF)의 상쇄나 감소를 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 급전코어 110: 기판부
111: 수평기판부 113: 수직기판부
115: 추가기판부 120: 기둥부
200: 급전코일 300: 역자기장선
310: 내측 역자기장선 320: 외측 역자기장선
500: 집전장치 600: 차량

Claims (11)

  1. 자기유도방식에 의하여 비접촉으로 전력을 공급하고 외부로 누출되는 전자기장(EMF)을 차폐할 수 있는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조에 있어서,
    특정장소나 도로를 따라 이격되게 매설되는 다수개의 급전코어;
    상기 급전코어에 배치되어 자기장을 형성하도록 하는 하나 이상의 급전코일; 및
    다수개의 상기 급전코어에 길이 방향으로 걸쳐지며 배치되는 하나 이상의 역자기장선;을 포함하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 급전코어는,
    하부로의 자속누설을 방지하는 수평기판부 및 상기 수평기판부의 양단이 상측 방향으로 절곡되어 형성되어 외측면으로의 자속누설을 방지하는 수직기판부를 포함하는 기판부;와,
    상기 수평기판부 중앙에 형성된 급전선을 감을 수 있는 기둥부;를 포함하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 역자기장선은,
    상기 수평기판부의 절곡된 부위 내측에 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판부는,
    상기 수평기판부 종단부에서 수평 방향으로 연장되되 연장된 단면은 ‘ㅗ’형태를 이루는 추가기판부를 더 포함하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 역자기장선은,
    상기 추가기판부의 절곡된 부위 외측에 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 역자기장선은,
    상기 수평기판부의 절곡된 부위 내측에 더 배치되되, 하나 이상이 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 역자기장선은,
    절연 전선을 여러 가닥 꼬아서 한 줄로 하고 그 위에 절연 피복을 한 리츠선(Litz wire)인 것을 특징으로 하는 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 역자기장선에 흐르는 전류량을 조절하여 역자기장 발생량을 조절하는 것을 특징으로 하는 급전장치 구조
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 역자기장선의 설치개수를 증감시켜 역자기장 발생량을 조절하는 것을 특징으로 하는 급전장치 구조
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판부와 추가기판부의 이격거리를 조절하여 역자기장 발생량과 효과를 조절하는 것을 특징으로 하는 급전장치 구조,
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 역자기장선 중에서 수평기판부 내측에 추가 배치된 역자기장 선의 전류방향을 조정하여 급전선으로 활용하는 것을 특징으로 하는 급전장치 구조
KR1020160081823A 2016-06-29 2016-06-29 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조 KR101879938B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160081823A KR101879938B1 (ko) 2016-06-29 2016-06-29 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160081823A KR101879938B1 (ko) 2016-06-29 2016-06-29 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180002380A true KR20180002380A (ko) 2018-01-08
KR101879938B1 KR101879938B1 (ko) 2018-07-18

Family

ID=61003820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160081823A KR101879938B1 (ko) 2016-06-29 2016-06-29 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101879938B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108382220A (zh) * 2018-01-26 2018-08-10 清华大学 一种电动车用行进间无线充电磁耦合器
WO2023136662A1 (ko) * 2022-01-13 2023-07-20 주식회사 와이파워원 전기 차량 및 산업용 장비의 무선충전을 위한 다중 급전코일 및 그 제어방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4836344A (en) * 1987-05-08 1989-06-06 Inductran Corporation Roadway power and control system for inductively coupled transportation system
JP3399319B2 (ja) * 1997-10-17 2003-04-21 株式会社豊田自動織機 有軌道台車の非接触給電システム
KR20110031257A (ko) * 2009-09-19 2011-03-25 한국과학기술원 전기자동차용 급전장치 및 집전장치
KR101131581B1 (ko) * 2009-12-16 2012-03-30 한국과학기술원 모듈화된 전기자동차용 급전장치
KR101038759B1 (ko) * 2009-12-21 2011-06-03 한국과학기술원 Ｅｍｆ 능동차폐 기능을 포함하는 온라인 전기자동차용 집전장치
KR101221486B1 (ko) * 2010-06-03 2013-01-14 한국과학기술원 공간분할 다중 급집전 장치
KR101169035B1 (ko) * 2010-07-09 2012-07-27 한국과학기술원 Ｅｍｆ 능동상쇄 기능을 구비하는 집전장치
KR101156034B1 (ko) * 2010-07-15 2012-06-18 한국과학기술원 전기 자동차를 이용하는 운송 시스템의 급집전장치 설계 방법 및 장치
KR101172759B1 (ko) * 2010-08-25 2012-08-14 한국과학기술원 무선 전력전달 장치
KR20120082769A (ko) * 2011-01-14 2012-07-24 한국과학기술원 역방향 전류에 의한 전자파 차폐장치
KR101364185B1 (ko) * 2011-09-26 2014-02-20 한국과학기술원 루프형태의 전자파 차폐장치
US9050896B2 (en) * 2012-11-22 2015-06-09 Paramount Pictures Corporation Regenerative energy system for ground transportation vehicles
KR101572135B1 (ko) * 2014-02-28 2015-11-26 한국과학기술원 온라인 전기자동차용 몰드식 s형 급전모듈
KR101794186B1 (ko) * 2015-10-30 2017-11-08 한국기술교육대학교 산학협력단 전기자동차용 급전장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108382220A (zh) * 2018-01-26 2018-08-10 清华大学 一种电动车用行进间无线充电磁耦合器
WO2023136662A1 (ko) * 2022-01-13 2023-07-20 주식회사 와이파워원 전기 차량 및 산업용 장비의 무선충전을 위한 다중 급전코일 및 그 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101879938B1 (ko) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2854145B1 (en) Contactless electrical-power-supplying transformer for moving body
JP7194091B2 (ja) 誘導電力伝達装置
KR102058130B1 (ko) 자속 결합 디바이스 및 이를 위한 자기 구조물
JP5957976B2 (ja) 非接触給電装置
US20120153741A1 (en) Non-contact power feeding apparatus
CN104682573A (zh) 送电线圈单元以及无线电力传输装置
US10573445B2 (en) Electromagnetic field confinement
KR20140068391A (ko) 자기장의 자유도를 향상하기 위한 코일의 구조
US9793040B2 (en) Arrangement for providing vehicles with energy comprising magnetizable material
KR101879938B1 (ko) 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조
CN109861402A (zh) 一种应用于电动汽车无线供电系统的三极型磁耦合机构发射端及其磁耦合机构
CN106575886A (zh) 受电线圈装置以及非接触供电系统
CN107251174B (zh) 用于感应式功率传输的系统的功率传输单元、制造及操作功率传输单元的方法
JP2014053984A (ja) 移動給電式の非接触給電装置
CN109586418B (zh) 一种应用于移动设备动态无线供电的l型供电轨道
KR101794185B1 (ko) 전기자동차의 급전장치용 코어 구조체
CN205304323U (zh) 一种多工作模式无线充电线圈装置
CN109950228A (zh) 一种芯片及设备
CN107786005A (zh) 应用于电动汽车无线供电的磁耦合机构的双层屏蔽接收端
KR101794186B1 (ko) 전기자동차용 급전장치
US11756727B2 (en) Wireless power transfer coupling structures with reduced leakage flux
EP2250654B1 (en) Passive-shielding system of a meshed and conductive type with high magnetic coupling
KR20150102299A (ko) Ipt를 이용한 무선 전력전달 시스템에 있어서 emf 상쇄장치
CN103198919B (zh) 电感镇流器
CN110491649A (zh) 基于可重构初级线圈的无线电能传输系统及其切换方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant