KR20180066834A - 무선충전시스템 - Google Patents

무선충전시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180066834A
KR20180066834A KR1020170157015A KR20170157015A KR20180066834A KR 20180066834 A KR20180066834 A KR 20180066834A KR 1020170157015 A KR1020170157015 A KR 1020170157015A KR 20170157015 A KR20170157015 A KR 20170157015A KR 20180066834 A KR20180066834 A KR 20180066834A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wireless charging
charging system
ferrite
core
amorphous
Prior art date
Application number
KR1020170157015A
Other languages
English (en)
Inventor
안승영
박범진
황가람
박재형
김동욱
김제독
안장용
이범선
Original Assignee
한국과학기술원
경희대학교 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 한국과학기술원, 경희대학교 산학협력단 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20180066834A publication Critical patent/KR20180066834A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • B60L11/182—
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/342—Oxides
    • H01F1/344—Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/103—Magnetic circuits with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials
    • 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
    • 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

Abstract

본 발명은 아멀포스 자성체를 사용한 급전코어와; 페라이트를 사용한 집전코어를 포함하고, 상기 아멀포스 자성체는 상기 페라이트보다 투자율과 포화자속밀도가 높은 무선충전시스템을 제공한다.

Description

무선충전시스템{Wireless charging system}
본 발명은 무선충전시스템에 관한 것이다.
기존 무선충전시스템은 전송효율을 높이기 위하여, 연자성(soft magnetic material) 재료를 이용한다. 연자성체는 외부 교류 자기장의 위상변화를 용이하게 하는 자성재료이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 무선충전시스템에서는 송신부인 급전장치에 구비된 급전코어(11)와 수신부인 집전장치에 구비된 집전코어(12)는 연자성체인 페라이트를 사용하여 대칭형 구조로 구성된다.
페라이트는 높은 전기비저항을 가져 무선충전시스템에서 사용되는 주파수에서 거의 와전류(eddy current) 손실 없이 작동할 수 있다. 그러나, 페라이트는 낮은 투자율(permeability)과 대면적의 평판(sheet)으로의 성형이 불가능하여 코어로 변형이 어렵다는 단점이 있으며, 낮은 포화자속밀도는 대용량(예를 들어, 1kW) 전력전송시스템에 적합하지 않다는 문제점 등이 있다.
특히 낮은 투자율은 송신부에 유도되는 전압 크기에 한계를 가지며, 누설되는 자기장이 많아지게 된다. 누설 자기장은 인체영향을 주며, 전력관점에서 효율감소는 대칭형 페라이트 코어구조가 가지는 약점이라고 할 수 있다.
본 발명의 과제는, 대칭형 페라이트 코어 구조 사용에 따른 전술한 문제점들을 개선하는 것에 있다.
본 발명은 아멀포스 자성체를 사용한 급전코어와; 페라이트를 사용한 집전코어를 포함하고, 상기 아멀포스 자성체는 상기 페라이트보다 투자율과 포화자속밀도가 높은 무선충전시스템을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 페라이트를 사용한 급전코어와; 아멀포스 자성체를 사용한 집전코어를 포함하고, 상기 아멀포스 자성체는 상기 페라이트보다 투자율과 포화자속밀도가 높은 무선충전시스템을 제공한다.
여기서, 아멀포스 자성체는 철이나 니켈계 금속합금을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 아몰퍼스(amorphous)와 페라이트로 구성된 비대칭형 코어를 사용함으로써, 아몰퍼스가 가지는 높은 투자율와 높은 포화자속밀도를 이용할 수 있어 무선충전시스템이 효과적으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 무선충전시스템의 대칭형 코어 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선충전시스템의 비대칭형 코어 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 무선충전시스템의 비대칭형 코어 구조를 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선충전시스템의 비대칭형 코어 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선충전시스템은 전력 송신부인 급전장치와 전력 수신부인 집전장치를 포함하고, 급전장치에는 급전코어(101)가 구비되고 집전장치에는 집전코어(102)가 구비된다.
이때, 급전코어(101)와 집전코어(102)는 연자성체의 비대칭형 구조로서 서로 다른 물질의 자성체로 구성된다.
이와 관련하여 예를 들면, 급전코어(101)는 아멀포스(amorphous) 자성체를 사용하여 형성되고, 집전코어(102)는 페라이트를 사용하여 형성될 수 있다.
여기서, 급전코어(101)를 형성하는 아멀포스 자성체는, 페라이트보다 높은 투자율과 포화자속밀도를 갖게 된다.
이와 같은 아멀포스 자성체는 금속합금으로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 철 또는 니켈계 금속합금으로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서 아멀포스 자성체를 사용함에 따라, 이의 높은 투자율로 인해 효율이 증가될 수 있고, 페라이트보다 포화자속밀도가 높아 대용량의 무선전력전송에도 유리한 특징을 갖게 된다.
따라서, 아멀포스 자성체를 이용한 비대칭형 코어 구조를 사용하게 되면, 아멀포스 자성체의 높은 투자율 및 포화자속밀도를 이용할 수 있게 되어, 무선충전시스템이 효과적으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 무선충전시스템의 비대칭형 코어 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선충전시스템의 급전코어(201) 및 집전코어(202)는, 앞선 제1실시예와는 반대되는 형태의 비대칭형 코어 구조를 갖게 된다.
이와 관련하여 예를 들면, 급전코어(201)는 페라이트를 사용하여 형성되고, 집전코어(202)는 아멀포스(amorphous) 자성체를 사용하여 형성될 수 있다.
이와 같은 아멀포스 자성체는 금속합금으로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 철 또는 니켈계 금속합금으로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서 아멀포스 자성체를 사용함에 따라, 이의 높은 투자율로 인해 효율이 증가될 수 있고, 페라이트보다 포화자속밀도가 높아 대용량의 무선전력전송에 유리한 특징을 갖게 된다.
따라서, 아멀포스 자성체를 이용한 비대칭형 코어 구조를 사용하게 되면, 아멀포스 자성체의 높은 투자율 및 포화자속밀도를 이용할 수 있게 되어 무선충전시스템이 효과적으로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같은 비대칭형 코어 구조는 다양한 형태의 무선충전시스템에 적용 가능하다. 예를 들면, 대용량(예를 들어, 1kW)의 차량용 무선충전시스템에 적용될 수 있으며, 특히 버스 및 기차용 시스템에 적합할 수 있다. 또한, 비대칭형 코어 구조에 따라 전력 용량이 증가하게 되므로 급속 무선충전시스템에 적용될 수 있다.
한편, 페라이트의 부피를 줄일 수 있어, 무선충전시스템의 소형화에도 유리하다.
그리고, 차량이나 철도 등의 경우에, 사람과 무선충전시스템 환경이 밀접하여 누설 자기장 차폐가 매우 중요한데, 이러한 대용량의 시스템에 유리하다.
또한, 자동차 등의 급속충전용 수신부의 코어의 부피를 줄일 수 있고, 송신부에 사용하게 되면 차체 경량화를 줄일 수 있어 충전시간의 단축뿐만 아니라 1회 완충으로 주행할 수 있는 거리도 늘릴 수 있는 등 다양한 가능성이 존재한다. 그리고, 전기자동차가 가지는 문제점에 대한 해결책이 될 수 있을 것이고, 더 나아가 배터리의 충전에 의해 구동되어지는 각종 산업용 장비까지 확대 적용이 가능하며 대용량 전력전송시스템의 경량화, 소형화를 이룰 수 있어 파급효과가 클 것으로 기대된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
101,201: 급전코어
102,202: 집전코어

Claims (3)

  1. 아멀포스 자성체를 사용한 급전코어와;
    페라이트를 사용한 집전코어를 포함하고,
    상기 아멀포스 자성체는 상기 페라이트보다 투자율과 포화자속밀도가 높은
    무선충전시스템.
  2. 페라이트를 사용한 급전코어와;
    아멀포스 자성체를 사용한 집전코어를 포함하고,
    상기 아멀포스 자성체는 상기 페라이트보다 투자율과 포화자속밀도가 높은
    무선충전시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    아멀포스 자성체는 철이나 니켈계 금속합금을 포함하는
    무선충전시스템.
KR1020170157015A 2016-12-09 2017-11-23 무선충전시스템 KR20180066834A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160167639 2016-12-09
KR1020160167639 2016-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180066834A true KR20180066834A (ko) 2018-06-19

Family

ID=62790477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170157015A KR20180066834A (ko) 2016-12-09 2017-11-23 무선충전시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180066834A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aditya et al. Design considerations for loosely coupled inductive power transfer (IPT) system for electric vehicle battery charging-A comprehensive review
US20200106304A1 (en) Wireless power transfer using multiple coil arrays
Nguyen et al. Feasibility study on bipolar pads for efficient wireless power chargers
EP2997642B1 (en) Wireless power transmission for battery charging
JP5075973B2 (ja) 多極コイル構造の非接触給電装置
EP2576274B1 (en) A wireless power receiving unit, a wireless power transferring unit, a wireless power transferring device and use of a wireless power transferring device
KR101057373B1 (ko) 무접점 전력송수신기
CN105720695B (zh) 感应式无线电力传输系统
US20150061402A1 (en) Power reception device, power transmission device and power transfer system
JP2009005475A (ja) 非接触電力伝送機器
JP2011010435A (ja) 非接触式電力供給装置および非接触式電力供給ユニット
JP2011045189A (ja) 無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽方法および装置並びに無線電力送電装置
TW201421848A (zh) 無線電力傳送裝置
JP2015220877A (ja) ワイヤレス給電システムおよびワイヤレス電力伝送システム
JP2013229988A (ja) アンテナ
CN105765678A (zh) 在通过铁磁性材料提供交流电时避免磁功率损耗的系统和方法
CN105720699B (zh) 感应式无线电力传输系统
KR101222137B1 (ko) 자기공진유도 방식 지향성 무선 전력 전송 장치
WO2014156014A1 (ja) 非接触充電装置
Yamaguchi et al. Using square wave input for wireless power transfer
Lee et al. Multiple dipole receiving coils for 2-D omnidirectional wireless mobile charging under wireless power zone
KR101964428B1 (ko) 누설 자기장 차폐 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템
KR20180066834A (ko) 무선충전시스템
JP2017195693A (ja) 外部消磁式の非接触給電装置
Romlie et al. Performance of inductive coupled power transfer versus the coil shape-Investigation using finite element analysis

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application