KR20180120820A

KR20180120820A - 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치

Info

Publication number: KR20180120820A
Application number: KR1020170054033A
Authority: KR
Inventors: 임재하; 전양배; 강성주
Original assignee: 임재하; 전양배
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-11-07

Abstract

본 발명은 도로나 특정장소에 매설되어 자기유도 방식과 자기공진 방식에 의하여 무선으로 전기자동차에 전력을 공급하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에 관한 것으로, 자기장을 일정 형상으로 형성할 수 있게 하는 급전코어와 상기 급전코어에 배치되어 전력이 전송될 수 있는 하나의 급전선으로 이루어지는 급전모듈을 포함하되, 상기 급전모듈의 급전코어는, 하측으로의 자속누설을 방지하는 수평기판부와, 측면으로의 자속누설을 방지하고 상기 수평기판부의 양단에 상측 방향으로 절곡되어 형성되며 10cm 내지 100cm 의 높이를 갖는 수직기판부 및 기둥 형상으로 이루어지고 상기 수평기판부 중앙에 배치되어 상기 급전선이 감길 수 있는 기둥부를 포함하여, 상기 급전모듈에서 생성되는 자기장이 상기 기둥부를 중심으로 상측으로 향하는 형상으로 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 제공한다.

Description

전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치{The short range wireless power transfer for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 배터리 충전을 위해 도로하부에 이격되게 매설되어 자기유도방식과 자기공진방식으로 전기자동차에 무선으로 전력을 공급할 수 있도록 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에 관한 것이다.

전 세계적으로 환경 규제가 강화되면서 최근 자동차업계는 석유를 연소하여 엔진을 가동하는 기존의 내연기관에서 벗어나 전기자동차에 눈을 돌리고 있다. 전기자동차는 전기 모터와 전기 배터리를 이용하기 때문에 친환경적이고 소음이 없고 유해물질도 배출되지 않기 때문에 친환경 자동차로 각광을 받고 있다. 그러나, 전기 자동차는 배터리 용량의 과도한 요구, 이로 인한 차량 무게와 부피가 증가, 긴 충전시간, 배터리의 낮은 충전효율, 비용증가 등으로 인한 문제점이 꾸준히 제기되어 왔다.

그런데, 이러한 전기자동차 중에는 도로에 매설된 급전선로로부터 전자기유도(Magnetic induction)와 자기공진(Magnetic resonance) 원리에 의해 비접촉 방식으로 전력을 전달 받아 정차 및 주행 중에 배터리를 충전할 수 있는 온라인 전기자동차가 있다. 이와 같은 온라인 전기자동차는 차량의 운행이나 정차 중에 충전을 할 수 있으므로 기존 전기자동차 상용화의 가장 큰 문제였던 배터리용량과 비용에 대한 상술한 문제점 등을 해결할 수 있다.

일반적으로 온라인 전기자동차는 내부에 집전장치를 구비한 후 도로에 매설된 급전장치로부터 비접촉 방식으로 전력을 전달 받게 된다. 이때 도로에 매설된 급전장치는 코어 형상이나 급전선의 구조에 따라 발생하는 자기력선의 분포가 달라지기 때문에 전력 전송에 영향을 미치는 점을 고려해야 하고, 온라인 전기자동차의 집전장치와 도로표면과의 간격이 불규칙하거나 커지더라도 전력을 잘 전달할 수 있는 구조가 필요하며, 온라인 전기자동차가 도로에 매설된 급전장치 부근을 어느 정도 벗어나더라도 원활한 집전이 이루어져 온라인 전기자동차가 일반도로를 자유롭게 주행할 수 있어야 한다.

구체적으로, 온라인 전기자동차의 성능지표로는 급전용량, 급전효율, 좌우조향편차 허용폭, 온라인 전기자동차 근처에 있는 사람에게 미치는 자기장의 강도인 EMF 허용치 등이 있다.

그런데, 급전용량과 급전효율에 있어서 종래의 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템의 경우에 급전선의 포설 개수를 늘리거나 급전전류를 증가시켜 급전용량을 높였는데, 이 때 급전선의 포설 개수를 늘리게 되면 급전시스템의 가격이 올라가게 되어 고비용의 문제점이 발생하고 현장에서의 시공 시 설치에 어려움을 발생시키게 된다.

또한, 좌우조향편차 허용폭과 EMF 허용치에 있어서 종래의 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템의 경우에 급전선이 도로의 좌우로 치우쳐 배치되기 때문에 좌우조향편차 허용폭이 적어지게 되는 문제점과 EMF 수치가 높아지게 되는 문제점이 발생하였다.

또한, 기존 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템은 정차 중 급전을 위한 것이 아니라 주행 중 급전을 위한 장거리 급전방식을 목적으로 하고 있기 때문에, 도로에 매설된 수십 미터 이상의 길이를 갖는 하나의 기존 급전 구간은 설치되는 급전선의 길이가 길어지게 되고, 이와 같이 길어진 급전선으로 인하여 인덕턴스 값도 높아지므로 자기공진을 위해 필요한 대용량의 캐패시터를 별도로 추가 매설 및 유지해야 하는 문제점이 발생한다.

즉, 기존 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템은 실용화를 위해서는 급전장치와 집전장치와의 간격을 15센티미터 이상으로 해야 하고 이를 위해 자기공진과 자기장 성형 기술을 사용하는데, 상술한 것처럼 길어진 급전선에 의해 높아진 인덕턴스 값을 고려하게 되면 급전장치와 집전장치와의 이격 간격 유지를 위해 필요한 자기공진을 위한 캐퍼시터의 용량이 비현실적으로 커지게 되는 문제점과 이러한 파손되기 쉬운 대용량의 캐퍼시터를 도로에 추가적으로 매설해야만 하는 문제점이 발생한다.

또한, 기존 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템은 각종 교통센서들이 복잡하게 매설된 스마트 도로나 인터넷선이나 도시가스관이 매설된 도로하부근처에서 온라인 자동차의 충전을 위한 급전을 하면 급전에 의한 강력한 자기장이 발생되고 자기장에 민감한 교통센서나 고속인터넷선등에서는 오류가 발생할 가능성이 있고 가스관도 자기장에 의한 유도가열로 온도가 상승할 수 있기 때문에 이런 장치나 센서 근방에 설치될 때는 별도로 급전출력을 대폭 낮추는 것이 필수적인데, 기존 상용화된 급전시스템은 하나의 세그먼트(segment) 내에서는 자기장에 민감한 센서근처의 일부분의 구역만 급전출력을 낮추기 어려우므로 급전시스템의 설치를 포기하거나, 필요한 급전출력을 내지 못하거나 하나의 세그먼트(segment) 전체가 출력을 저감하여 운용하여야 하는 설치 및 운영상의 문제점이 있다.

다시 말하면, 기존 상용화된 온라인 전기자동차의 급전시스템은 하나의 세그먼트(segment) 내에서는 어느 지점에서나 모두 같은 급전용량을 제공하게 되므로 각 급전 지점별로 민감한 센서 등이 있는 곳에서는 독립적으로 최대 급전전력용량과 최소 급전전력용량 사이에서 자유롭게 급전전력량을 결정하여 급전전력을 지리적 지점별로 다르게 온라인전기자동차의 집전장치에 제공할 수 없다는 문제점이 있다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 10-1226525호(등록일: 2013. 01. 21)가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 온라인 전기자동차의 급전장치에서 급전 코어의 구조를 개선하여 급전 코어에서 생성되는 자기장이 급전모듈의 중앙부에서 상측으로 향하는 형상을 하도록 함으로써 종래의 급전선의 포설 개수나 급전전류를 증가시키지 않고서도 급전용량과 급전효율을 높일 수 있고, 좌우조향편차 허용폭을 폭넓게 허용할 수 있으며, 온라인 전기자동차 근처에 있는 사람에게 미치는 자기장의 강도인 EMF 값을 낮출 수 있는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 도로나 특정장소에 매설되어 자기유도 방식과 자기공진 방식에 의하여 무선으로 전기자동차에 전력을 공급하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는, 자기장을 일정 형상으로 형성할 수 있게 하는 급전코어와 상기 급전코어에 배치되어 전력이 전송될 수 있는 하나의 급전선으로 이루어지는 급전모듈을 포함하되, 상기 급전모듈의 급전코어는, 하측으로의 자속누설을 방지하는 수평기판부와, 측면으로의 자속누설을 방지하고 상기 수평기판부의 양단에 상측 방향으로 절곡되어 형성되며 10cm 내지 100cm 의 높이를 갖는 수직기판부 및 기둥 형상으로 이루어지고 상기 수평기판부 중앙에 배치되어 상기 급전선이 감길 수 있는 기둥부를 포함하여, 상기 급전모듈에서 생성되는 자기장이 상기 기둥부를 중심으로 상측으로 향하는 형상으로 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수평기판부의 가로폭은 200cm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급전모듈은 도로 하부에 하나 이상이 이격 또는 연속되게 매설되되 그 간격은 독립적으로 변경 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급전모듈은 도로 하부에 매설되는 개수가 25개 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수평기판부 또는 수직기판부는 직사각형의 판자 형상을 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수평기판부 또는 수직기판부는 일정 간격으로 배치된 일정 개수의 막대(bar)로 이루어진 형상을 하고, 상기 기둥부는 상기 수평기판부를 이루는 다수개의 막대 상부면에 걸쳐지며 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 기둥부는 상단부가 밀폐되고 중심부는 길이 방향으로 공동이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수평기판부의 가로폭과 세로폭, 또는, 상기 수직기판부의 높이와 가로폭, 또는, 상기 기둥부의 직경과 높이는 각각 독립적으로 변경 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 상기 급전선이 상기 기둥부에 감기는 방향은 이웃하는 기둥부끼리 모두 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 상기 급전선이 상기 기둥부에 감기는 방향은 이웃하는 기둥부끼리 교번으로 달라지는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 종단에 매설된 급전모듈의 기둥부에 감긴 급전선이 다수개의 수평기판부 내부 또는 외부에 배치되어 역자기장선으로 기능하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 도로에 일정 간격으로 이격하여 설치되는 급전모듈들로 이루어지도록 하되 상기 급전모듈은 기둥 형상을 하는 기둥 코어와 판자나 막대기 형태의 기판 코어로 이루어지도록 하고 상기 기둥 형태의 기둥 코어에는 급전선을 감아 솔레노이드 구조를 갖도록 함으로써 기둥 코어에서 생성되는 자기장이 급전모듈의 중앙부에서 상측으로 향하는 형상을 하도록 하고 자기장의 세기를 급전모듈의 중앙부 위치에서 극대화하고 있기 때문에 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 급전용량과 급전효율을 대폭 높일 수 있고 좌우조향편차 허용폭을 폭넓게 허용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 독립적인 급전출력을 갖는 이격된 각각의 급전모듈들로 이루어져 있기 때문에 실제 도로에 설치 시 도로의 굴곡에 따라 손쉽게 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈의 기판 코어를 수평기판과 상기 수평기판의 양종단부에 연결되는 수직기판으로 이루어지도록 하고 있기 때문에 최적의 급전 자기장 모습으로 성형이 가능하며 대폭 증가된 급전전력에 의해 대량 발생되는 불요자기장의 누설을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈 각각의 기둥 코어에 급전선이 감기는 횟수를 조절하여 급전출력용량을 조절할 수 있기 때문에 급전용량을 증가시키기 위하여 급전선의 굵기를 늘리지 않아도 되어 급전 시스템의 전체 설치비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 하나의 독립된 구조체인 급전모듈들이 다수개가 모여서 구성되고 상기 급전모듈 각각의 기둥 코어에 급전선이 감기는 횟수를 달리 할 수 있기 때문에 각각의 급전모듈별로 급전용량을 독립적으로 최적화해서 설정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 하나의 세그먼트(segment) 내에서도 각 급전 기판별로 독립적으로 최대 급전전력용량과 최소 급전전력용량 사이에서 자유롭게 급전전력량을 결정하여 급전전력을 기판별로, 지리적 지점별로 틀리게 온라인전기자동차 집전장치에 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치와 집전장치를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치와 집전장치의 정면도이다.
도 1c는 도 1a에 도시된 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치와 집전장치의 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대연속형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 정면도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 측면도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대연속형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대이격형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 이하에서 설명되는 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 '1 라인 판자이격형-단자극형', '1 라인 막대연속형-단자극형', '1 라인 막대이격형-단자극형', '1 라인 판자이격형-쌍자극형', '1 라인 막대연속형-쌍자극형', '1 라인 막대이격형-쌍자극형'과 같은 명칭으로 구분되어 사용될 수 있다.

'1 라인'이라 함은 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에 사용되는 급전선(120)이 하나의 선으로 이루어지는 것을 의미한다.

'판자이격형'이라 함은 수평기판부(111)와 수직기판부(112)가 사각형의 판자로 이루어지고 이러한 수평기판부(111)와 수직기판부로(112)로 구성된 급전코어(110) 다수개가 서로 일정간격 이격되며 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 구성하는 것을 의미한다.

'막대연속형'이라 함은 수평기판부(111)와 수직기판부(112)가 일정 개수의 막대로 이루어지고 이러한 수평기판부(111)와 수직기판부로(112)로 구성된 급전코어(110) 다수개가 연속적으로 이어지며 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 구성하는 것을 의미한다.

'막대이격형'이라 함은 수평기판부(111)와 수직기판부(112)가 일정 개수의 막대로 이루어지고 이러한 수평기판부(111)와 수직기판부로(112)로 구성된 급전코어(110) 다수개가 서로 일정간격 이격되며 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 구성하는 것을 의미한다.

'단자극형'이라 함은 기둥부(113)의 상부에 형성되는 자기장의 극성이 이웃하는 기둥부(113) 끼리 모두 동일한 것을 의미하며, '쌍자극형'이라 함은 기둥부(113)의 상부에 형성되는 자기장의 극성이 이웃하는 기둥부(113) 끼리 교번하며 달라지는 것을 의미한다.

따라서, 일예로서 상술한 '1 라인 판자이격형-단자극형'이라 함은 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에서 급전선(120)이 급전코어(110)에 하나만이 배치되고, 급전코어(110)는 사각형 형상의 수평기판부(111)와 수직기판부(112)로 이루어지되 다수개의 급전코어(110) 끼리 서로 이격되도록 하고, 기둥부(113)의 상부에 형성되는 자기장의 극성은 이웃하는 기둥부(113) 끼리 모두 동일하다는 것을 의미하게 된다. 나머지 또한 모두 같은 방식으로 설명될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치와 집전장치를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 정면도이고, 도 1c는 측면도로서, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는, 자기장을 일정 형상으로 형성할 수 있게 하는 급전코어(110)와 상기 급전코어(110)에 배치되어 전력이 전송될 수 있는 하나의 급전선(120)으로 이루어지는 급전모듈을 포함할 수 있다.

본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 도로나 특정장소에 매설되어 자기유도 방식과 자기공진 방식에 의하여 무선으로 전기자동차에 전력을 공급하는 장치로서 급전코어(110)의 구조에 의해 상기 급전모듈(100)에서 생성되는 자기장이 기둥부(113)를 중심으로 상측으로 향하는 형상으로 형성될 수 있도록 하여 특정 형상의 자기장 쉐이핑(Shaping)이 가능하도록 함과 동시에 급전모듈(100)에 배치되는 급전선(120)은 하나의 선만으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

급전모듈(100)의 급전코어(110)는, 하측으로의 자속누설을 방지하는 수평기판부(111)와, 측면으로의 자속누설을 방지하고 상기 수평기판부(111)의 양단에 상측 방향으로 절곡되어 형성되며 10cm 내지 100cm 의 높이를 갖는 수직기판부(112) 및 기둥 형상으로 이루어지고 상기 수평기판부(111) 중앙에 배치되어 급전선(120)이 감길 수 있는 기둥부(113)를 포함할 수 있다.

수평기판부(111)는 특정장소나 도로 하부에 수평하게 배치되어 급전코어(110)에서 발생되는 자기장이 급전코어(110)의 하부로 형성되는 것을 차단함으로써 수직기판부(112)와 함께 자기장이 급전코어(110)의 중심에서 상부로 향하는 형상으로 자기장 쉐이핑(Shaping)이 가능하도록 하는 기능을 한다. 또한, 급전모듈(100)이 특정장소나 도로에 매설될 때 급전모듈(100)을 지지하기 위한 구조물이나 기타 통신선 등과 같은 주위의 구조물 등에 자기장이 유도되는 것을 방지하는 기능도 한다.

수평기판부(111)는 200cm 이하의 가로폭(w)을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 일반적으로 차량이 다닐 수 있는 차로의 경우에 대략 그 폭이 3.0m 내지 3.5m의 크기를 갖고 있으므로 급전모듈(100)이 차로의 하부에 매설되어 그 위를 지나는 전기자동차에 전력을 전달하기 위해서는 차량의 가로폭과 차로의 가로폭보다 작도록 급전모듈(100)의 폭이 되는 수평기판부(111)의 가로폭(w)의 길이가 200cm 이하가 되도록 하는 것이 바람직하기 때문이다. 물론 본 발명에서 상기 수평기판부(111)의 가로폭(w)이 위의 수치에만 한정되는 것은 아니고 얼마든지 변경이 가능하다.

수평기판부(111)의 가로폭(w)과 세로폭은 모두 변경이 가능한데, 다수개의 급전모듈(100)이 특정장소나 도로에 설치될 때 각각의 급전코어(100)의 수평기판부(111) 마다 개별적으로 가로폭(w)과 세로폭이 변경 가능하도록 할 수도 있다. 그렇게 함으로써 급전모듈(100)이 설치되는 주위 환경에 적절하게 대응하며 용이하게 설치될 수 있도록 한다.

수직기판부(112)는 수평기판부(111)의 양단에 상측 방향으로 절곡되어 형성되되 특정장소나 도로 하부에 수직하게 배치되어 급전코어(110)에서 발생되는 자기장이 급전코어(110)의 측면으로 형성되는 것을 차단함으로써 수평기판부(111)와 함께 자기장이 급전코어(110)의 중심에서 상부로 향하는 형상으로 자기장 쉐이핑(Shaping)이 가능하도록 하는 기능을 한다. 즉, 특정 장소나 도로에 매설된 급전모듈(100)에서 발생되는 자기장이 대부분 상부 방향으로 향할 수 있도록 함으로써 자기장이 주위로 누설되지 않고 특정 장소나 도로 위를 지나는 전기자동차에만 자기장이 이어질 수 있도록 하게 된다.

수직기판부(112)는 10cm 내지 100cm 의 높이(h)를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 급전모듈(100)이 일반적인 도로에 매설된다고 가정했을 때 설치 상의 어려움이나 그 위를 지나가는 전기자동차에 전력을 공급할 수 있는 효율 등을 고려하면 너무 깊게 매설되거나 너무 얕게 매설되면 곤란하기 때문이다. 물론 본 발명에서 상기 수직기판부(112)의 높이가 위의 수치에만 한정되는 것은 아니고 얼마든지 변경이 가능하다.

이 때, 수직기판부(112)의 높이(h)가 높아질수록 급전 자기장의 쉐이핑(Shaping)이 잘되어서 보도가 있는 측면 방향으로 누설되는 자속의 양을 줄여 EMF양을 줄일 수 있고 전기자동차의 집전장치가 위치한 방향으로 자기장을 집중시킬 수 있으므로 집전장치에 유도되는 급전출력을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.

수직기판부(112)의 높이(h)와 가로폭은 모두 변경이 가능한데, 다수개의 급전모듈(100)이 특정장소나 도로에 설치될 때 각각의 급전코어(100)의 수직기판부(112) 마다 개별적으로 높이(h)와 가로폭이 변경 가능하도록 할 수도 있다(도 4 참조). 그렇게 함으로써 급전모듈(100)이 설치되는 주위 환경에 적절하게 대응하며 용이하게 설치될 수 있도록 한다.

결과적으로 위와 같이 수평기판부(111)와 수직기판부로(112)로 구성되는 급전코어(110)는 정면에서 바라 볼 때 '

' 와 같은 형상을 갖게 된다.

기둥부(113)는 기둥 형상으로 이루어지고 상기 수평기판부(111) 중앙에 배치되어 급전선(120)이 감길 수 있는 구조를 갖는다.

기둥부(113)는 그 단면의 모양이 원형 또는 다각형이 될 수 있고, 기둥부(113)는 중심 부분이 길이 방향으로 비어 있는 도너츠 형태가 될 수도 있고 속이 꽉 찬 형태가 될 수도 있다. 즉, 기둥부(113)의 단면 중앙에 일정 크기의 직경을 갖는 구멍이 뚫려서 전체적으로 보면 속이 빈 기둥 형태가 된다.

기둥부(113)는 위와 같이 속이 빈 기둥 형태가 될 때 기둥부(113)의 상단부가 밀폐되고 중심부는 길이 방향으로 공동이 형성되도록 할 수 있다. 이와 같이 기둥부(113)를 형성하면 자속밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

기둥부(113)는 높이와 직경, 그리고 속이 빈 기둥 형태일 때의 외경, 또는 내경의 크기가 얼마든지 변경이 가능하다. 또한, 상술한 바와 같이 다수개의 급전모듈(110)이 있을 때 각각의 급전모듈(100)마다 상술한 기둥부(113)의 각각의 크기는 독립적으로 변경이 가능하다. 따라서 상기 기둥부(113)의 각각의 크기 등을 조건에 따라 얼마든지 변경을 가함으로써 현장에서의 설치가 용이하도록 하게 한다.

일예로서, 기둥부(113)의 각각의 크기는 수평기판부(111) 크기가 가로 720mm, 세로 300mm, 수직기판부(113)의 절곡된 부분 높이가 80mm라고 한다면, 기둥부(113)의 외경은 150mm, 내경은 20mm,높이 80mm로 할 수 있다.

그리고, 기둥부(113)의 높이와 수직기판부(112)의 양쪽 절곡된 구조의 높이의 관계에 있어서, 기둥부(113) 높이와 수직기판부(112)의 높이가 동일하게 변경되도록 하는 경우 페라이트 재질로 이루어진 수직기판(111)의 양쪽 절곡된 구조의 높이가 높아질수록 급전출력은 증가되고 유해한 전자기장(EMF)은 감소되는 경향이 있다

반면, 기둥부(113)의 높이를 변경하지 않고 수직기판(112)의 양쪽 절곡된 구조의 높이만을 변경하였을 경우에는 유해한 전자기장(EMF)의 값은 큰 변동이 없지만, 기둥부(113)와 전기자동차의 집전장치와의 이격거리가 커지게 되므로 급전출력은 현저히 낮아지게 된다. 반대로 수직기판(112)의 양쪽 절곡된 구조의 높이 변경 없이 기둥부(113)의 높이만을 증가시키면 급전출력은 증가되지만 보도가 있는 측면 방향으로 누설되는 자기장의 양이 증가하여 유해한 전자기장(EMF) 값이 증가 되는 경향을 확인 할 수 있었다.

위와 같이 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치와 집전장치에서 수평기판부(112)의 가로폭(w)와, 수직기판부(112)의 높이(h)와, 기둥부(113)의 높이를 변경하면서 누설되는 유해한 전자기파(EMF) 및 급전출력을 대한 시뮬레이션 결과를 아래의 표 1과 표 2에 나타내었다.

먼저, 비교를 위하여 현재 상용화되어 설치 및 운용중인 종래의 전기자동차용 단거리 급전장치에서(급전선을 2개 사용하는 Dual line 구조) 폭을 720mm, 높이를 80mm하고 200A의 급전 전류를 흘린 후, 현재 실제 운용중인 급전픽업을 모델링하여 급전출력과 전자기파(EMF)를 계산하였더니, 각각 33kW 와 28.58μT로 계산되었다.

다음으로, 도 1의 도시된 1 라인 판자이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치(100)에서 급전선(120)을 기둥부(113)에 3회 감고, 수평기판부(111)의 가로 길이와 수직기판부(112)의 높이를 변화시켜 가며 급전출력을 측정하여 아래의 표 2 나타내었고, 누설되는 유해한 전자기파(EMF)의 양을 측정하여 아래의 표 3에 나타내었다. 단위는 각각 kW 및 μT 이다.

그리고 측정도구로는 맥스웰 자기장 시뮬레이션 툴(Ansys_Maxwell 16.0)을 사용하였고, Magnetic B-Field 분석과 Induced Voltage를 이용한 예상 출력값을 계산하였다.

수평기판 가로 폭과 수직기판 높이에 따른 급전출력

가로 높이	720mm	620mm	520mm	420mm
80mm	42.084	40.014	37.080	34.092
90mm	42.300	40.086	37.386	33.984
100mm	42.624	40.554	37.512	33.588
110mm	43.236	40.842	37.566	33.462
120mm	43.902	41.094	36.198	33.822

3턴의 경우에 수평기판 가로 폭과 수직기판 높이에 따른 EMF값

가로 높이	720mm	420mm
80mm	28.16	28.41
90mm	28.18	28.56
100mm	28.12	28.55
110mm	27.92	28.23
120mm	27.88	28.38

이상과 같이 급전모듈(100)에서 급전코어(110)의 수평기판부(111), 수평기판부(112), 또는 기둥부(113)의 규격을 달리함으로써 급전출력 향상과 전자기파(EMF) 감소 및 다양한 설치 환경에 대응되어 최적화된 급전장치를 도로에 용이하게 매설할 수 있는 장점이 있다.

급전선(120)은 기둥부(113)에 감겨서 솔레노이드 구조를 만들고 기둥부(113)는 상기 솔레노이드 구조로 감긴 급전선(120)의 중심축이 되어 자기 코어의 역할을 한다.

급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 횟수에 따라, 즉, 솔레노이드 내부에서 생성되는 자기장의 크기는 단위 길이당 도선이 감기는 횟수에 비례하게 되는데, 본 발명의 일실시예에서는 상기 기둥부(113)에 하나의 급전선(120)이 1회 내지 30회 감기는 것을 예로 들었다.

이것은, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치 구조가 1라인 구조를 갖는 다는 것을 의미하고, 상기 감기는 횟수 또한 일반적으로 전기자동차의 충전 시스템에 사용되는 전력선의 굵기 등의 수치를 고려한 것으로 감기는 횟수가 많아져 급전선(120)이 너무 길어지게 되면 그에 따라 인덕턴스 값도 증가하기 때문에 적절한 길이가 되도록 하는 것이 중요하다. 물론 본 발명이 상술한 급전선(120)의 감기는 횟수에만 한정되는 것이 아니고 얼마든지 변용이 가능함은 당연하다 할 것이다.

급전선(120)은 급전 전류가 들어가고 나오는 전선으로서 강자성체인 기둥부(113)에 감겨서 급전모듈(100)에는 급전선(120)이 감긴 방향에 따라 상부 또는 하부로 향하는 자기장이 생성된다.

단 급전선(120)에 흐르는 전류가 교류일 때, 교류는 순간적으로 전류의 방향이 변화하므로 그때마다 자기장의 방향도 변화한다. 즉, 기둥부(113)에 솔레노이드 형태로 감긴 급전선(120)에 전류가 흐르면 전선에 생성되는 자기장이 중첩되어 기둥부(113)의 상부에 일정한 극성을 띄는 자기장이 형성되도록 한다.

다시 말하면 급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 방향이 모두 시계 반대 방향이고 전류가 어느 한 시점에서 기둥부(113) 주위를 시계 반대 방향으로 돌아서 흘러 나가게 되며 기둥부(113)의 상부는 N극이 되고, 곧이어 또 다른 어느 한 시점에서는 전류의 방향이 바뀌어 기둥부(113)의 상부는 S극이 된다.

그리고 각각의 급전모듈(100) 사이에 배치된 급전선(120)에는 급전선(120)을 감싸며 어느 한 순간에 밖에서 안쪽으로 원을 그리며 자기장이 형성 되고, 기둥부(113)에 형성된 자기장과 함께 중첩되며 급전 출력을 더욱 향상시킬 수 있다.

급전모듈(100)의 급전코어(110)를 구성하고 있는 수평기판부(111), 수직기판부(112), 기둥부(113)는 본 발명의 일실시예에서 페라이트(ferrite)를 이용하여 제조할 수 있는데 상기 페라이트(ferrite)는 강자성체의 특성을 갖는 재료이다. 물론 본 발명의 급전코어(110)의 재질은 위의 페라이트(ferrite)에 한정하지 않고 강자성체의 특성을 갖는 재료라면 얼마든지 대체 사용이 가능하다 할 것이다.

여기서, 페라이트는 강자성체이고 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 갖는데 보통 산화철을 포함한 자성체 세라믹을 총칭한다. 제조방법으로는 산화철과 산화아연, 산화망간, 산화니켈 등의 혼합물을 소결하여 제조할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 급전모듈(100)은 도로나 특정장소에 하나 이상이 매설되어서 전기자동차에 전력을 공급하게 되는데, 본 발명의 일실시예에서 상기 급전모듈(100)은 도로 또는 특정장소 하부에 하나 이상이 이격 또는 연속되게 매설될 때 그 간격은 독립적으로 변경 가능하도록 할 수 있다.

이것은 도로 또는 특정장소에 매설되는 다수개의 급전모듈(100) 사이의 간격은 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치로 유입되는 전력의 크기, 설치되는 장소, 그 밖의 다양한 설치 조건에 따라 유동적으로 변하는 것이 바람직하기 때문이다.

가령, 주변에 고속 인터넷 선이나 도로 교통 신호등 제어선 등과 같이 자기장의 영향을 받는 시설물이 있을 때는 급전모듈(100)의 매설 간격을 넓혀서 자기장의 세기를 약하게 하여 주위의 영향을 최소화 할 수 있도록 하고, 그 외의 주위의 영향을 받는 시설물이 없는 도로에서는 간격을 좁혀서 자기장의 세기를 강하게 하여 급전효율을 높이는 방식으로 대응할 수도 있다.

본 발명의 일실시예에서 급전모듈(100)이 도로 하부에 매설되는 개수가 25개 이하가 되도록 하는 것을 예로 들었는데, 이는 본 발명이 전기자동차가 정차 중 에 충전을 위한 단거리 무선전력전송 급전장치이므로 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 전체 길이는 대략적으로 15m 이하가 되도록 설계한 것을 토대로 계산된 것이다. 물론 이는 본 발명의 일실시예에 따른 것으로 여건에 따라 얼마든지 변용이 가능함은 당연하다 할 것이다.

이하에서는, 위와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 다양한 실시예에 대해서 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈(100)이 하나 이상, 즉, 다수개가 모여서 이루어지는 것을 가정하였다. 따라서 하나의 급전모듈(100)은 이웃한 또 다른 급전모듈(100)과의 관계에서 다양한 실시예를 갖게 된다.

그리고, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에서 급전코어(110)는 상술한 바와 같이 수평기판부(111)와 수직기판부(112)가 정면에서 바라 볼 때 '

' 와 같은 형상으로 결합되고, 수평기판부(111)의 중심부에는 일정 크기의 직경을 갖는 기둥부(113)가 결합된 형상을 갖게 된다.

그리고, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에서 각각의 급전모듈(100)에 배치되는 급전선(120)은 하나의 선이 배치되는 1 라인 구조를 갖는다. 이와 같이 하나의 선만으로 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 구성하게 되면 실제 설치현장에서 급전선(120)을 기둥부(113)에 감는 작업이 매우 쉬워지고 남은 1개의 급전선(113)은 전자기장(EMF)를 줄이기 위한 역자기장선으로 사용할 수 있게 하는 효과가 있다. 구체적으로, 급전모듈(100)이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 종단에 매설된 급전모듈(100)의 기둥부(113)에 감긴 급전선(120)이 돌아 나올 때 다수개의 수평기판부(111) 내부 또는 외부에 배치되어 역자기장선으로 기능하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 도시한 것으로, 급전코어(110)를 구성하는 상기 수평기판부(111) 또는 수직기판부(112)는 직사각형의 판자 형상을 하고, 각각의 급전코어(110)는 일정간격 이격되어 있고, 각각의 기둥부(113)에는 급전선(120)이 감기되 이웃하는 기둥끼리는 모두 동일한 방향으로 감기도록 함으로써 상기 기둥부(113)의 상부에 형성되는 극성이 이웃하는 기둥부(113)끼리 모두 동일한 단자극을 갖도록 하였다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서 각각의 기둥부(113)에 급전선(120)이 모두 시계반대방향으로 감기는 것을 예시하였고, 전력이 좌측에서부터 급전선(120)으로 유입된다고 했을 때 결과적으로 각각의 기둥부(113)의 상부에는 모두 N극이 형성된 것을 표시하였다.

도 1b과 도 1c를 참조하면, 각각의 급전모듈(100)에 배치된 급전선(120)에 흐르는 전류의 방향과 그에 따른 자기장의 흐름 및 극성을 각각 정면도와 측면도에 화살표로 나타내었다. 즉, 단자극형의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 각 기둥부(113)에 생성되는 자기장의 방향이 모두 상부로 향하게 도시된다. 그리고 여기서 자기장의 방향이 동일하게 형성된다는 것은 인가되는 전류가 교류라고 할 때 어느 한 시점에서 N극 또는 S극이 형성될 수 있는 것을 말하는 것이고, 각각의 기둥부(113)에 형성되는 자극이 일정 시점에서 N-N-N... 또는 S-S-S...이 되는 것을 말한다.

이와 같이 하나 이상의 급전모듈(100)에 모두 단일한 자극이 형성된 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치인 경우에는 집전장치에 유도되는 최고전압은 후술하게 될 쌍자극형보다 낮지만 유도된 전압의 리플(Ripple) 값이 적어서 상대적으로 집전장치의 레귤레이터(Regulator) 설계가 용이하다는 효과가 있다.

이어서, 급전코어(110)는 상기 수평기판부(111) 또는 수직기판부(112)가 일정 간격으로 배치된 일정 개수의 막대(bar)로 이루어진 형상을 할 수 있고, 상기 기둥부(113)는 상기 수평기판부(111)를 이루는 다수개의 막대 상부면에 걸쳐지며 결합되도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대연속형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 도시한 것으로, 상술한 바와 같이 일정한 개수의 막대(bar)로 이루어진 급전코어(110) 다수개가 연속되며 배치되고, 각각의 기둥부(113)에는 급전선(120)이 감기되 이웃하는 기둥끼리는 모두 동일한 방향으로 감기도록 함으로써 상기 기둥부(113)의 상부에 형성되는 극성이 이웃하는 기둥부(113)끼리 모두 동일한 단자극을 갖도록 하였다.

도 2a를 참조하면 본 발명의 일실시예에서 각각의 기둥부(113)에 급전선(120)이 모두 시계반대방향으로 감기는 것을 예시하였고, 전력이 좌측에서부터 급전선(120)으로 유입된다고 했을 때 결과적으로 각각의 기둥부(113)의 상부에는 모두 N극이 형성된 것을 표시하였다.

도 2b과 도 2c를 참조하면, 각각의 급전모듈(100)에 배치된 급전선(120)에 흐르는 전류의 방향과 그에 따른 자기장의 흐름 및 극성을 각각 정면도와 측면도에 화살표로 나타내었다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 도시한 것으로, 상술한 바와 같이 일정한 개수의 막대(bar)로 이루어진 급전코어(110) 다수개가 일정 간격 이격되며 배치되고, 각각의 기둥부(113)에는 급전선(120)이 감기되 이웃하는 기둥끼리는 모두 동일한 방향으로 감기도록 함으로써 상기 기둥부(113)의 상부에 형성되는 극성이 이웃하는 기둥부(113)끼리 모두 동일한 단자극을 갖도록 하였다.

이와 같이 급전코어(110)를 일정한 개수의 막대(bar)로 하고 각각의 급전코어를 이격되게 배치한 1 라인 막대이격형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 도 2에 도시된 1 라인 막대연속형-단자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치보다는 급전출력은 2.5 % 정도 떨어지지만 건설단가를 낮출 수 있고 곡선도로에 적합하다는 효과가 있다.

도 3a를 참조하면 본 발명의 일실시예에서 각각의 기둥부(113)에 급전선(120)이 모두 시계반대방향으로 감기는 것을 예시하였고, 전력이 좌측에서부터 급전선(120)으로 유입된다고 했을 때 결과적으로 각각의 기둥부(113)의 상부에는 모두 N극이 형성된 것을 표시하였다.

도 3b를 참조하면, 각각의 급전모듈(100)에 배치된 급전선(120)에 흐르는 전류의 방향과 그에 따른 자기장의 흐름 및 극성을 각각 측면도에 화살표로 나타내었다.

이상과 같이 도 1 내지 3에 도시된 단자극형의 1라인 급전장치의 기판종류별 급전출력(KW) 시뮬레이션 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.

구체적으로는 급전코어(110)에서 수평기판부(111)는 가로 720mm와 세로 300mm 로 하고, 수직기판부(112)는 높이 490mm와 가로 300mm로 하고, 급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 횟수는 14회로 한 후, 복수개의 급전모듈(100)들 사이의 간격은 300mm로 하였다.

형태 구분	판자이격형	막대연속형	막대이격형
Turn 수(14 t)	단자극형	단자극형	단자극형
유도된 급전 전압	14.2754kV	12.7332kV	12.4053 kV
급전출력	228kW	203kW	198 kW

위의 표에 나타난 바와 같이 급전코어(110)의 수평기판부(111)와 수직기판부(112)를 판자이격형으로 구성하면 예상되는 급전 출력이 막대연속형보다는 12 %가량 높고, 막대이격형보다 15 %정도 높아지는 것을 알 수 있다.

도 4 내지 도 6에는 도 1 내지 3에서 예시한 1 라인 판자이격형, 1 라인 막대연속형, 1 라인 막대이격형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치 각각에서 급전모듈(100)이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 상기 급전선(120)이 상기 기둥부(113)에 감기는 방향은 이웃하는 기둥부(113)끼리 교번으로 달라지도록 한 쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 예시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 판자이격형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도로서, 급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 방향이 이웃한 기둥마다 교대로 달라져서 그에 따른 전류 방향이 교대로 달라지게 되고 이웃하는 기둥(113) 각각에 생성되는 자기장의 방향이 N극과 S극이 교대로 형성됨을 화살표로 표시하였다. 즉, 이웃하는 각 기둥(113) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 됨을 알 수 있다.

이와 같이 급전장치(100)에 자극이 교대로 형성된 쌍자극형의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치인 경우에는 상대적으로 집전장치에 유도되는 최고전압은 단자극형보다 높아서 급전전력량은 크지만 정차위치가 정확한 위치에 위치해야 하며 집전장치의 레귤레이터(Regulator) 설계가 유도된 급전전압의 리플(Ripple) 값이 크므로 까다롭다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대연속형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도로서, 이 또한 상술한 바와 마찬가지로 급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 방향이 이웃한 기둥마다 교대로 달라져서 그에 따른 전류 방향이 교대로 달라지게 되고 이웃하는 기둥(113) 각각에 생성되는 자기장의 방향이 N극과 S극이 교대로 형성됨을 화살표로 표시하였다. 즉, 이웃하는 각 기둥(113) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 됨을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 1 라인 막대이격형-쌍자극형 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 나타낸 사시도로서, 이 또한 상술한 바와 마찬가지로 급전선(120)이 기둥부(113)에 감기는 방향이 이웃한 기둥마다 교대로 달라져서 그에 따른 전류 방향이 교대로 달라지게 되고 이웃하는 기둥(113) 각각에 생성되는 자기장의 방향이 N극과 S극이 교대로 형성됨을 화살표로 표시하였다. 즉, 이웃하는 각 기둥(113) 마다 생성되는 자기장의 방향은 N극과 S극이 교대로 형성되어 N-S-N-S... 와 같은 형태가 됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치를 도로에 일정 간격으로 이격하여 설치되는 급전모듈들로 이루어지도록 하되 상기 급전모듈은 기둥 형상을 하는 기둥 코어와 판자나 막대기 형태의 기판 코어로 이루어지도록 하고 상기 기둥 형태의 기둥 코어에는 급전선을 감아 솔레노이드 구조를 갖도록 함으로써 기둥 코어에서 생성되는 자기장이 급전모듈의 기둥부인 중앙부에서 상측으로 향하는 형상을 하도록 하고 자기장의 세기를 급전모듈의 중앙부 위치에서 최대화하고 있기 때문에 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치의 급전용량과 급전효율을 대폭 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존 상용화된 급전장치는 급전장치의 좌우 양단에서 자기장을 발생시키나 본 발명은 기존과 달리 자기장을 발생시키는 부분이 급전장치의 중앙에 위치하므로 기하학적 구조상 보도까지의 거리가 최대로 멀어지게 되고 급전자기장은 거리의 제곱에 반비례하여 감쇄되므로 강력한 급전자기장이 중앙에서 발생됨에도 불구하고 보도까지의 실제 거리가 멀어져서 보도에서의 EMF측정양은 기존 상용화된 급전장치보다 오히려 줄어들게 되는 효과가 있다.

또한 급전모듈 중앙에서 급전 자기장이 발생되므로 전기차량의 집전장치가 급전장치와 일직선상이 아닌 좌우로 이격되어 치우쳐 정차해도 즉, 좌우조향편차가 커져도 집전장치의 집전코일에 대부분의 자기장이 항상 집속되는 구조이므로 좌우 조향 허용 편차값도 커지게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈들로 이루어져 있기 때문에 실제 도로에 설치시 설치환경이나 도로의 굴곡 정도에 따라 손쉽게 최적의 형태를 선택해서 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈의 기판 코어를 수평기판과 상기 수평기판의 양종단부에 연결되는 수직기판으로 이루어지도록 하고 있기 때문에 대폭 증가된 급전전력에 따라 대량 발생된 EMF의 누출을 수직기판의 길이를 변경 및 최적화하거나 수평기판의 폭등을 최적화화 하여 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 급전모듈 각각의 기둥 코어에 급전선이 감기는 횟수를 조절하여 급전모듈별로 급전용량을 조절할 수 있기 때문에 급전용량을 증가시키기 위하여 값비싼 고가의 굵은 급전선을 사용하지 않아도 되어 급전 시스템의 전체 설치비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치는 하나의 세그먼트(segment) 내에서도 각 급전 기판별로 독립적으로 최대 급전전력용량과 최소 급전전력용량 사이에서 자유롭게 급전전력량을 결정하여 급전전력을 급전모듈별로, 지리적 지점별로 틀리게 설정하여 온라인전기자동차 집전장치에 제공할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 집전장치
100: 급전모듈 110: 급전코어
111: 수평기판부 112: 수직기판부
113: 기둥부 120: 급전선

Claims

도로나 특정장소에 매설되어 자기유도 방식과 자기공진 방식에 의하여 무선으로 전기자동차에 전력을 공급하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치에 있어서,
자기장을 일정 형상으로 형성할 수 있게 하는 급전코어;와 상기 급전코어에 배치되어 전력이 전송될 수 있는 하나의 급전선;으로 이루어지는 급전모듈을 포함하되,
상기 급전모듈의 급전코어는,
하측으로의 자속누설을 방지하는 수평기판부;
측면으로의 자속누설을 방지하고 상기 수평기판부의 양단에 상측 방향으로 절곡되어 형성되며 10cm 내지 100cm 의 높이를 갖는 수직기판부; 및
기둥 형상으로 이루어지고 상기 수평기판부 중앙에 배치되어 상기 급전선이 감길 수 있는 기둥부;를 포함하여,
상기 급전모듈에서 생성되는 자기장이 상기 기둥부를 중심으로 상측으로 향하는 형상으로 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수평기판부의 가로폭은 200cm 이하인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 급전모듈은 도로 하부에 하나 이상이 이격 또는 연속되게 매설되되 그 간격은 독립적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 급전모듈은 도로 하부에 매설되는 개수가 25개 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수평기판부 또는 수직기판부는 직사각형의 판자 형상을 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수평기판부 또는 수직기판부는 일정 간격으로 배치된 일정 개수의 막대(bar)로 이루어진 형상을 하고,
상기 기둥부는 상기 수평기판부를 이루는 다수개의 막대 상부면에 걸쳐지며 결합되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기둥부는 상단부가 밀폐되고 중심부는 길이 방향으로 공동이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수평기판부의 가로폭과 세로폭, 또는, 상기 수직기판부의 높이와 가로폭, 또는, 상기 기둥부의 직경과 높이는 각각 독립적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 상기 급전선이 상기 기둥부에 감기는 방향은 이웃하는 기둥부끼리 모두 동일한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 상기 급전선이 상기 기둥부에 감기는 방향은 이웃하는 기둥부끼리 교번으로 달라지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 급전모듈이 도로 하부에 다수개가 매설될 때 종단에 매설된 급전모듈의 기둥부에 감긴 급전선이 돌아 나올 때 다수개의 수평기판부 내부 또는 외부에 배치되어 역자기장선으로 기능하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 단거리 무선전력전송 급전장치.