KR20240038542A - 이동형 전기차 무선 충전 로봇 - Google Patents

이동형 전기차 무선 충전 로봇 Download PDF

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KR20240038542A
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이중규
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Abstract

본 발명의 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 전력을 충방전하는 로봇 배터리; 코일; 충전기로부터 무선으로 코일에 전달된 전력을 로봇 배터리에 충전하고, 로봇 배터리에 충전된 전력을 변환하여 코일을 통해 무선으로 전기차에 전달하는 전력 변환부; 및 동작 모드에 따라 전력 변환부를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동형 전기차 무선 충전 로봇{MOBILE CHARGING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 이동형 전기차 무선 충전 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전기로부터 내부의 로봇 배터리를 충전하고 로봇 배터리에 충전된 전력을 전기차 배터리에 전달하여 전기차 배터리를 충전하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 자율 주행 로봇(Autonomous Mobile Robot, AMR)은 GPS 장치, 카메라, 레이저 등을 활용하여 스스로 주변을 살피고 장애물을 감지하면서 바퀴나 다리를 이용하여 최적 경로를 선택하여 목적지까지 찾아간다.
자율 주행 로봇은 물류에서부터 전기차 충전까지 다양한 분야에서 활용되고 있다.
특히, 자율 주행 로봇 중 자율 주행하면서 전기차를 스스로 충전하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 부족한 충전 인프라를 보충하기에 매우 적합하고, 전기차 사용자들이 전기차의 배터리를 직접 충전하여야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2020-0046724호(2020.05.07)의 '이동형 전기차 무선 충전 로봇 및 이의 제어 방법'에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 충전기로부터 내부의 로봇 배터리를 충전하고 로봇 배터리에 충전된 전력을 전기차 배터리에 전달하여 전기차 배터리를 충전하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 전력을 충방전하는 로봇 배터리; 코일; 충전기로부터 무선으로 상기 코일에 전달된 전력을 상기 로봇 배터리에 충전하고, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 변환하여 상기 코일을 통해 무선으로 전기차에 전달하는 전력 변환부; 및 동작 모드에 따라 상기 전력 변환부를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 상기 동작 모드가 집전 모드이면, 상기 충전기로부터 무선으로 상기 코일에 전달되는 전력을 상기 전력 변환부를 통해 정류하여 상기 로봇 배터리에 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 상기 동작 모드가 충전 모드이면, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 상기 전력 변환부를 통해 교류로 변환하여 상기 코일을 통해 무선으로 상기 전기차에 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 코일의 위치를 조정하는 코일 위치 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일 위치 조정부는 상기 코일을 지지하는 패드; 상기 패드를 수평방향으로 이송시키는 패드 이송부; 및 상기 패드를 수직방향으로 회전시키는 패드 회전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 상기 동작 모드가 집전 모드 또는 충전 모드이면, 상기 패드 회전부를 통해 상기 패드를 수평으로 배치하고 상기 패드 이송부를 통해 상기 패드를 수평방향으로 이송시켜 상기 코일의 위치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 상기 동작 모드가 주행 모드이면, 상기 패드 회전부를 통해 상기 패드를 수직으로 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 충전기의 충전기 코일의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 충전기로부터 내부의 로봇 배터리를 충전하고 로봇 배터리에 충전된 전력을 전기차 배터리에 전달하여 전기차 배터리를 충전한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 양방향 인버터와 코일을 이용하여 충전과 집전을 모두 수행할 수 있어 간단한 구조로 제조단가를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환부의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 위치 조정부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수평방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 회전시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 배터리 충전을 위한 집전 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 충전을 위한 충전 상태를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환부의 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 로봇 배터리(100), 전력 변환부(200), 코일(300), 코일 위치 조정부(400), 이동체(500), 및 프로세서(600)를 포함한다.
로봇 배터리(100)는 충전기(10)로부터 전달된 전력을 저장하고, 전기차 배터리 충전시에 내부에 저장된 전력을 공급한다.
이동체(500)는 바퀴를 구비하여 프로세서(600)의 제어신호에 따라 스스로 주행한다. 예컨대, 이동체(500)는 로봇 배터리(100)를 충전하기 위해 충전기(10)와 인접한 위치로 이동할 수 있다. 이동체(500)는 전기차(20)를 충전하기 위해 전기차(20)와 인접한 위치로 이동할 수 있다.
이동체(500)는 충전기(10)와 전기차(20)로 이동할 수 있는 다양한 장치 및 구조가 채용될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
코일(300)은 충전기(10)로부터 무선으로 전력을 전달받아 전력 변환부(200)에 전달한다. 또한, 코일(300)은 전력 변환부(200)로부터 전달받은 전력을 무선으로 전기차(20)에 전달한다. 즉, 코일(300)은 충전기(10)로부터 무선으로 전력을 전달받아 전력 변환부(200)에 전달하는 집전코일로서의 기능과, 전력 변환부(200)로부터 전달받은 전력을 전기차(20)에 전달하는 충전코일로서의 기능을 모두 수행할 수 있다.
코일(300)은 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)을 포함한다.
여기서, 코일(300)은 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)로 이루어진 2 코일 구조이며, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)에 커패시터(C21) 및 커패시터(C22) 직렬 연결된 공진 구조로 이루어진다.
먼저, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)이 전기차(20)를 충전하는 충전코일로서 동작하는 예를 설명한다.
차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 전력 변환부(200)의 양방향 인버터(220)로부터 입력된 전력으로 정상 또는 역상의 자계를 형성한다. 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력(Electro motive force;EMF)을 발생시키는 네가티브 루프부 및 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력을 발생시키는 포지티브 루프부를 포함한다. 즉, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 2개의 단부로 이루어지고 서로 교차되게 와인딩됨으로써, 일측은 정방향의 기전력을 발생시키고 타측은 역방향의 기전력을 발생시켜 서로 다른 위상의 전압을 출력한다.
차동코일(DC21)과 제2 차동코일(DC22)은 복수의 턴수로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 전력송수신부(220)의 출력단, 즉 커패시터(C21)의 입력단의 전압을 크게 감소시킬 수 있다. 이는 커패시터와 코일(300)이 서로 반대 방향의 임피던스를 형성하여 전체 임피던스가 서로 상쇄되기 때문이다.
차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 전체 또는 일부가 오버랩되어 직교방향으로 배치될 수 있다.
예컨대, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 전체가 오버랩되거나 일부가 오버랩될 수 있는데, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 전체가 오버랩되는 것이 전력전달에 더욱 유리하다.
다음으로, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)이 충전기(10)로부터 공급된 전력을 집전하는 집전코일로서 동작하는 예를 설명한다.
차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 충전기(10)로부터 공급된 전력에 따라 정상 전압 또는 역상 전압을 출력함으로써 큰 전압을 얻을 수 있도록 한다. 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 네가티브 루프부에는 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력(Electro motive force;EMF)을 발생시키고, 포지티브 루프부에는 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력을 발생시킨다. 즉, 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)은 2개의 단부로 이루어지고 서로 교차되게 와인딩됨으로써, 일측은 정방향의 기전력을 발생시키고 타측은 역방향의 기전력을 발생시켜 서로 다른 위상의 전압을 출력한다.
참고로, 본 실시예에서는 코일(300)이 차동코일로 구성되는 것을 예시로 설명하였으나, 특별히 차동코일로 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태와 구조로 채용될 수 있다.
전력 변환부(200)는 전기차 충전부로부터 전달받은 전력을 로봇 배터리(100)에 공급하고, 로봇 배터리(100)에 저장된 전력을 교류전력으로 변환하여 코일(300)을 통해 전기차(20)에 전달한다.
전력 변환부(200)는 전력송수신부(210), 양방향 인버터(220), 및 양방향 인버터 구동부(230)를 포함한다.
양방향 인버터(220)는 코일(300)에 의해 형성된 전류를 정류하여 로봇 배터리(100)를 충전한다. 또한, 양방향 인버터(220)는 로봇 배터리(100)에 충전된 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력송수신부(210)에 전달하여 코일(300)을 통해 전기차(20)에 전력을 전달하도록 한다.
양방향 인버터(220)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치(Q4)를 포함한다.
제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치(Q4)로는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)가 채용될 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치(Q4)는 브릿지 형태로 배치될 수 있다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 직렬 연결되고 제3 스위치(Q3)와 제4 스위치(Q4)가 직렬 연결된다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이의 노드는 코일(300)의 일측에 연결되고, 제3 스위치(Q3)와 제4 스위치(Q4) 사이의 노드는 코일(300)의 타측에 연결된다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이의 노드는 코일(300) 사이에는 커패시터가 설치된다.
양방향 인버터 구동부(230)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치(Q4)를 스위칭하여 전력을 변환하여 코일(300)에 교류 전압을 인가한다.
여기서, 제1 스위치(Q1)와 제4 스위치(Q4)가 동일하게 스위칭되고, 제2 스위치(Q2)와 제3 스위치(Q3)가 동일하게 스위칭된다. 예컨대, 제1 스위치(Q1)와 제4 스위치(Q4)가 동시에 턴온 및 턴오프되고, 제2 스위치(Q2)와 제3 스위치(Q3)가 동시에 턴온 및 턴오프된다. 제1 스위치(Q1)와 제4 스위치(Q4)가 턴온되면 제2 스위치(Q2)와 제3 스위치(Q3)는 턴오프되며, 제1 스위치(Q1)와 제4 스위치(Q4)가 턴오프되면 제2 스위치(Q2)와 제3 스위치(Q3)가 턴온된다.
또한, 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치(Q4)는 양방향 인버터 구동부(230)에 의해 선택적으로 스위칭되어 전력송수신부(210)로부터 전달받은 전력을 정류하여 로봇 배터리(100)를 충전할 수 있다.
본 실시예에서, 양방향 인버터는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전력을 양방향으로 전달할 수 있는 것이라면 모두 채용될 수 있다.
전력송수신부(210)는 회전자계를 통해 충전기(10)로부터 전력을 전달받고 회전자계를 발생시켜 전기차(20)에 전력을 전달한다.
전력송수신부(210)는 커패시터(C21), 및 커패시터(C22)를 포함한다.
커패시터(C21)는 일측이 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이의 노드에 연결되고 타측이 차동코일(DC21)에 직렬 연결되며, 양방향 인버터(220)로부터 공급되는 전력을 충전하여 코일(300)에 방전하고, 코일(300)로부터 전달된 전력을 충전하여 양방향 인버터(220)에 전달한다.
커패시터(C22)는 일측이 제3 스위치(Q3)와 제4 스위치(Q4) 사이의 노드에 연결되고 타측이 차동코일(DC22)에 직렬 연결되며, 양방향 인버터(220)로부터 공급되는 전력을 충전하여 코일(300)에 방전하고, 코일(300)로부터 전달된 전력을 충전하여 양방향 인버터(220)에 전달한다.
한편, 상기한 바와 같이 코일(300)이 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)로 형성되는 경우, 충전기(10)도 차동코일(DC21)과 차동코일(DC22)과 동일한 형태의 차동코일을 통해 전력을 전달할 수 있다. 이 경우, 충전기(10)는 전력공급부(11), 인버터(12), 전력공급 제어부(13), 및 전력전달부(14)를 포함할 수 있다.
전력공급부(11)는 직류전압을 인버터(12)에 공급한다.
전력공급부(11)는 직류전압을 공급하는 DC 전압원과 DC 전압원으로부터 공급된 전압의 역률을 보상하는 PFC(power factor corrector)를 포함한다. DC 전압원과 PFC는 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
인버터(12)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.
인버터(12)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 포함한다.
제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)로는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)가 채용될 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 브릿지 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 직렬 연결되고 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 직렬 연결된다. 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 노드는 전력전달부(14)의 커패시터(C12)에 연결되고, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 노드는 전력전달부(14)의 커패시터(C11)에 연결된다. 또한, 제2 스위치(S2)와 제4 스위치(S4)는 게이트와 드레인이 다이오드 커넥션으로 연결될 수 있다.
제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 인버터 구동부(131)의 제어신호, 즉 직교신호에 의해 스위칭될 수 있다.
여기서, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 동일하게 스위칭되고, 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)가 동일하게 스위칭된다. 예컨대, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 동시에 턴온 및 턴오프되고, 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)가 동시에 턴온 및 턴오프된다. 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 턴온되면 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)는 턴오프되며, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 턴오프되면 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)가 턴온된다.
전력전달부(14)는 회전자계를 발생시켜 전력송수신부(210)에 전력을 전달한다.
전력전달부(14)는 충전기 코일(141)과 커패시터(C11) 및 커패시터(C12)를 포함한다.
충전기 코일(141)은 직교 배치되는 차동코일(DC11)과 차동코일(DC12)을 포함한다.
충전기 코일(141)은 인버터(12)로부터 공급된 전력으로 회전 자계를 발생시켜 코일(300)에 유도전류가 흐르도록 한다.
차동코일(DC11)과 차동코일(DC12)은 인버터(12)로부터 입력된 전력으로 정상 또는 역상의 자계를 형성한다. 차동코일(DC11)과 차동코일(DC12)은 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력(Electro motive force;EMF)을 발생시키는 네가티브 루프부 및 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력을 발생시키는 포지티브 루프부를 포함한다.
차동코일(DC11)과 차동코일(DC12)은 복수의 턴수로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 인버터(12)의 출력단, 즉 커패시터(C11)의 입력단의 전압을 크게 감소시킬 수 있다. 이는 커패시터와 코일(300)이 서로 반대 방향의 임피던스를 형성하여 전체 임피던스가 서로 상쇄되기 때문이다.
코일 위치 조정부(400)는 코일(300)의 위치를 조정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 위치 조정부의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수평방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 회전시키는 예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 배터리 충전을 위한 집전 상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 충전을 위한 충전 상태를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 코일 위치 조정부(400)는 패드(410), 패드 이송부(420), 및 패드 회전부(430)를 포함한다.
패드(410)는 코일(300)을 지지한다.
패드(410)는 판형으로 형성되어 코일(300)을 하부에서 지지할 수 있다. 패드(410)의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 패드 이송부(420)는 패드(410)를 수평방향으로 이송시켜 코일(300)을 충전 또는 집전에 적합한 위치로 정렬시킨다.
패드 이송부(420)는 이송용 스크류(421) 및 수평 이송 모터(422)를 포함한다.
이송용 스크류(421)는 일측이 패드 회전부(430)에 설치되고 타측이 패드(410)에 연결되어 수평 이송 모터(422)의 구동에 의해 회전함으로써, 패드(410)가 수평 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
이송용 스크류(421)는 패드(410)의 양측에 각각 배치되어 패드(410)를 지지함과 더불어 패드(410)가 수평 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
수평 이송 모터(422)는 이송용 스크류(421)의 단부에 설치된다.
수평 이송 모터(422)는 이송용 스크류(421)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다. 이송용 스크류(421)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라, 패드(410)가 전후방으로 이동하여 충전 또는 집전에 적합한 위치에 배치될 수 있다.
패드 이송부(420)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 패드(410)를 수평방향으로 이동시킬 수 있는 구조나 방식이라면 모두 채용될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 수평 이동 모터(422)를 이용하여 패드(410)를 이송시키는 것을 예시로 설명하였으나, 유압으로 실린더를 이동시켜 패드(410)를 이송시키는 것도 채용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 패드 회전부(430)는 패드(410)를 수직방향으로 회전시킨다.
패드 회전부(430)는 이송용 스크류 회전부(431), 및 수직 회전 모터(432)를 포함한다.
이송용 스크류 회전부(431)는 이동체(500)에 수직방향으로 회전 가능하게 설치된다. 이송용 스크류 회전부(431)에는 이송용 스크류(421)가 회전 가능하게 삽입된다.
수직 회전 모터(432)는 이송용 스크류 회전부(431)의 일측에 설치된다.
수직 회전 모터(432)는 이송용 스크류 회전부(431)를 회전시킨다. 수직 회전 모터(432)가 이송용 스크류 회전부(431)를 회전시켜 이송용 스크류(421)가 회전하게 됨으로써, 패드(410)가 수직방향으로 배치될 수 있게 된다.
코일 위치 조정부(400)는 충전 또는 집전시에는 패드(410)의 위치를 수평방향으로 위치하여 코일(300)이 충전기 코일(141) 또는 전기차 코일(21)과 정렬될 수 있도록 한다. 코일 위치 조정부(400)는 이동체(500) 이동시에는 패드(410)의 위치를 수직방향으로 배치하여 이동체(500) 이동이 용이하도록 한다.
위치 측정부(700)는 충전기(10)에 구비된 충전기 코일(141)의 위치를 측정한다. 위치 측정부(700)는 복수 개가 구비될 수 있다.
일 예로, 위치 측정부(700)는 충전기 코일(141)로부터 전달된 자력의 세기를 검출하여 충전기 코일(141)의 위치를 측정할 수 있다. 이를 통해 코일(300)과 충전기 코일(141)의 위치가 정렬될 수 있다.
프로세서(600)는 동작 모드에 따라 전력 변환부(200)와 코일 위치 조정부(400)를 제어한다.
동작 모드에는 집전 모드, 충전 모드, 및 주행 모드가 포함된다.
주행 모드시, 프로세서(600)는 이동체(500)의 이동에 용이하도록 코일 위치 조정부(400)를 제어하여 패드(410)를 수직방향으로 배치한다.
집전 모드시, 프로세서(600)는 코일 위치 조정부(400)를 제어하여 패드(410)의 위치를 수평방향으로 조정하여 코일(300)이 충전기 코일(141) 또는 전기차 코일(21)에 정렬될 수 있도록 한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 주행 모드시, 프로세서(600)는 패드 회전부(430)를 제어하여 패드(410)를 수직방향으로 배치한다. 이 상태에서, 프로세서(600)는 이동체(500)를 제어하여 충전기(10)를 향해 이동한다. 이때, 프로세서(600)는 이동체(500)가 충전기(10)로부터 전력을 전달받을 수 있는 위치로 이동할 수 있도록 한다.
충전기(10)로부터 전력을 전달받을 수 있는 위치로 이동함에 따라, 프로세서(600)는 패드 회전부(430)를 제어하여 패드(410)를 수평방향으로 배치하여 코일(300)이 충전기 코일(141)과 평행하게 배치한다.
이때, 위치 측정부(700)는 충전기 코일(141)의 자력의 세기에 따라 패드 이송부(420)를 제어하여 코일(300)의 위치를 조정하여 코일(300)이 충전기 코일(141)과 정렬하도록 한다.
이어, 프로세서(600)는 전력 변환부(200)를 제어하여 충전기(10)로부터 전달된 전력을 로봇 배터리(100)에 충전한다. 이때, 인버터 구동부(131)는 인버터(12)를 제어하여 전력공급부(11)로부터 공급된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력전달부(14)에 전달하여 회전 자계를 형성한다.
이러한 회전 자계에 의해 전력송수신부(210)에 전력이 전달되고, 양방향 인버터 구동부(230)는 양방향 인버터(220)를 스위칭 제어하여 교류 전압을 직류 전압으로 정류한 후, 로봇 배터리(100)에 충전한다.
한편, 상기한 과정을 통해 로봇 배터리(100)에 충전이 완료되면, 프로세서(600)는 패드 회전부(430)를 제어하여 패드(410)를 수직방향으로 배치하고, 이동체(500)를 제어하여 충전하고자 하는 전기차(20)로 이동한다.
전기차(20)에 전력을 전달할 수 있는 위치에 도달하면, 프로세서(600)는 패드 회전부(430)를 제어하여 패드(410)를 수평방향으로 배치하고, 패드 이송부(420)를 통해 전기차(20)를 충전시킬 수 있는 위치로 코일(300)을 위치시킨다.
이때, 코일(300)이 전기차 코일(21)과 정렬되면, 프로세서(600)는 양방향 인버터(220)를 제어하여 로봇 배터리(100)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력 송수신부(210)에 입력하여 전력송수신부(210)를 통해 전기차 코일(21)에 전력을 전달한다. 이에 따라, 전기차(20)는 전력 송수신부로부터 전달받은 전력으로 전기차(20) 배터리를 충전한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 충전기로부터 내부의 로봇 배터리를 충전하고 로봇 배터리에 충전된 전력을 전기차 배터리에 전달하여 전기차 배터리를 충전한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 양방향 인버터와 코일을 이용하여 충전과 집전을 모두 수행할 수 있어 간단한 구조로 제조단가를 줄일 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
100: 로봇 배터리 200: 전력 변환부
300: 코일 400: 코일 위치 조정부
410: 패드 420: 패드 이송부
430: 패드 회전부 500: 이동체
600: 프로세서 700: 위치 측정부

Claims (8)

  1. 전력을 충방전하는 로봇 배터리;
    코일;
    충전기로부터 무선으로 상기 코일에 전달된 전력을 상기 로봇 배터리에 충전하고, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 변환하여 상기 코일을 통해 무선으로 전기차에 전달하는 전력 변환부; 및
    동작 모드에 따라 상기 전력 변환부를 제어하는 프로세서를 포함하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 동작 모드가 집전 모드이면, 상기 충전기로부터 무선으로 상기 코일에 전달되는 전력을 상기 전력 변환부를 통해 정류하여 상기 로봇 배터리에 충전하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 동작 모드가 충전 모드이면, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 상기 전력 변환부를 통해 교류로 변환하여 상기 코일을 통해 무선으로 상기 전기차에 전달하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코일의 위치를 조정하는 코일 위치 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코일 위치 조정부는
    상기 코일을 지지하는 패드;
    상기 패드를 수평방향으로 이송시키는 패드 이송부; 및
    상기 패드를 수직방향으로 회전시키는 패드 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 동작 모드가 집전 모드 또는 충전 모드이면, 상기 패드 회전부를 통해 상기 패드를 수평으로 배치하고 상기 패드 이송부를 통해 상기 패드를 수평방향으로 이송시켜 상기 코일의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  7. 제5항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 동작 모드가 주행 모드이면, 상기 패드 회전부를 통해 상기 패드를 수직으로 배치하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전기의 충전기 코일의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
KR1020220148091A 2022-09-15 2022-11-08 이동형 전기차 무선 충전 로봇 KR20240038542A (ko)

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