KR20240068019A - 이동형 전기차 무선 충전 로봇 - Google Patents

이동형 전기차 무선 충전 로봇 Download PDF

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KR20240068019A
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이중규
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피에이치에이 주식회사
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Abstract

본 발명의 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 패드; 패드에 서로 다른 타입으로 형성되는 복수 개의 코일; 및 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일의 타입에 따라 패드의 배치 위치를 조정하여 코일이 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일과 동일한 타입으로 정렬되도록 하는 코일 위치 조정부를 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 다양한 타입의 전력전달코일을 구비하여 여러 타입의 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일에 범용적으로 사용될 수 있도록 한 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 다양한 타입의 전력전달코일을 구비하여 여러 타입의 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일에 범용적으로 사용될 수 있도록 한 이동형 전기차 무선 충전 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 패드; 상기 패드에 서로 다른 타입으로 형성되는 복수 개의 코일; 및 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일의 타입에 따라 상기 패드의 배치 위치를 조정하여 상기 코일이 상기 충전기의 충전코일 또는 상기 전기차의 집전코일과 동일한 타입으로 정렬되도록 하는 코일 위치 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 자기적으로 서로 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 패드의 서로 다른 면에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 원형 타입, DD 타입, 양극성 타입, 및 회전 타입 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 패드의 제1면에 원형 타입의 코일이 배치되고, 상기 패드의 제2면에 DD 타입이나 양극성 타입의 코일이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 패드의 제2면에 상기 DD 타입 또는 상기 양극성 타입의 코일이 수직으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일 위치 조정부는 상기 충전기의 충전코일 또는 상기 전기차의 집전코일의 타입에 따라 상기 패드를 회전시키는 패드 수직 회전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 충전기의 충전코일의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 위치 측정부는 상기 코일의 중심에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 충전기로부터 상기 코일에 전달된 전력을 로봇 배터리에 충전하고, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 변환하여 상기 코일을 통해 상기 전기차에 전달하는 전력 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 패드; 및 상기 패드에 서로 다른 타입으로 형성되는 복수 개의 코일을 포함하고, 상기 코일은 상기 패드의 제1면과 제2면에 서로 다른 타입으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 패드의 제1면에 원형 타입이 배치되고, 상기 패드의 제2면에 DD 타입 또는 양극성 타입의 코일이 수직으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 다양한 타입의 코일을 구비하여 여러 타입의 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일에 범용적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 로봇의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 배터리 충전을 위한 집전 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 충전을 위한 충전 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 위치 조정부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수평방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 회전시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 패드 회전과 이에 따라 코일 타입을 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 타입의 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일과 위치 측정부의 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 타입 코일의 전력 변환부를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 타입 코일의 전력 변환부를 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 전기차 무선 충전 로봇의 블럭 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 로봇은 로봇 배터리(100), 전력 변환부(200), 코일(300), 코일 위치 조정부(400), 이동체(500), 프로세서(600), 및 위치 측정부(700)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 복수 개가 구비될 수 있으며, 자기적으로 서로 분리되어 독립성을 유지한다.
코일(300)은 서로 다른 타입일 수 있다. 예컨대, 코일(300)은 원형 타입(Circular type), DD 타입, 양극성 타입(Bipolar type), 및 회전 타입(Rotating type)일 수 있다. 코일(300)의 타입은 특별히 한정되는 것은 아니다.
각 코일(300)은 후술하는 패드(410)의 서로 다른 면에 배치될 수 있다. 따라서, 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 상기한 타입의 코일(300) 중 어느 하나가 선택되어질 수 있다.
여기서, 패드(410)는 코일(300)을 지지한다. 패드(410)는 판형으로 형성될 수 있다. 패드(410)의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 패드(410)의 제1면(Top side)에 원형 타입의 코일(300)이 배치될 수 있다. 패드(420)의 제2면(Bottom side)에 DD 타입 또는 양극성 타입의 코일(300)이 배치되거나, DD 타입 또는 양극성 타입의 코일(300)이 서로 수직으로 서로 다른 중첩되게 배치될 수 있다.
코일 위치 조정부(400)는 동작모드에 따라 코일(300)의 위치를 조정한다. 즉, 코일 위치 조정부(400)는 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 패드(410)의 배치 위치를 조정한다. 이를 통해 코일 위치 조정부(400)는 복수 개의 코일(300) 중 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입과 동일한 코일(300)을 정렬시킨다.
동작 모드에는 집전 모드, 충전 모드, 및 주행 모드가 포함된다.
주행 모드시, 코일 위치 조정부(400)는 패드(410)를 수직방향으로 배치한다.
충전 모드 또는 집전 모드시, 코일 위치 조정부(400)는 패드(410)의 위치를 수평방향으로 조정하여 코일(300)이 충전기 코일(141) 또는 전기차 코일(21)에 정렬될 수 있도록 한다.
특히, 충전 모드 또는 집전 모드시, 코일 위치 조정부(400)는 수평으로 배치되어 충전기(10)의 충전코일(11)로부터 무선으로 전력을 전달받고, 전기차(10)의 집전코일(21)에 무선으로 전력을 전달한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 배터리 충전을 위한 집전 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 충전을 위한 충전 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 충전기(10)의 충전코일(11)과 동일한 타입의 코일(300)이 충전기(10)의 충전코일(11)로부터 전력을 전달받는다.
도 3을 참조하면, 전기차(10)의 집전코일(21)과 동일한 타입의 코일(300)이 전기차(20)의 집전코일(21)에 전력을 전달한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 위치 조정부의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수평방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 회전시키는 예를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일을 수직방향으로 이동시키는 예를 나타낸 도면이며, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 패드 회전과 이에 따라 코일 타입을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 코일 위치 조정부(400)는 패드 수평 이송부(420), 패드 수직 회전부(430), 패드 수직 이송부(430), 및 패드 회전부(450)를 포함한다.
패드 수평 이송부(420)는 패드(410)를 수평방향으로 이송시켜 코일(300)을 충전 또는 집전에 적합한 위치로 정렬시킨다.
여기서, 패드(410)는 지지부(453)에 회전 가능하게 설치된다.
지지부(453)는 패드(410)가 내부에서 회전 가능하도록 관통형성된다. 지지부(453)에는 패드(410)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(451)이 구비된다. 따라서, 패드(410)가 지지부(453)의 내부에 회전축(451)에 의해 회전 가능하게 배치되게 된다. 지지부(453)에 대해서는 후술한다.
패드 수평 이송부(420)는 수평 이송용 스크류(421) 및 수평 이송 모터(422)를 포함한다.
수평 이송용 스크류(421)는 일측이 패드 수직 회전부(430)에 설치되고 타측이 지지부(453)에 연결되어 수평 이송 모터(422)의 구동에 의해 회전함으로써, 패드(410)가 수평 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
수평 이송용 스크류(421)는 지지부(453)에의 양측에 각각 배치되어 패드(410)를 지지함과 더불어 패드(410)를 수평 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
수평 이송 모터(422)는 수평 이송용 스크류(421)의 단부에 설치된다.
수평 이송 모터(422)는 수평 이송용 스크류(421)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다. 수평 이송용 스크류(421)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라, 지지부(453)가 전후방으로 이동하여 패드(410)가 충전 또는 집전에 적합한 위치에 배치될 수 있다.
패드 수평 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.
패드 수직 회전부(430)는 패드(410)를 수직방향으로 회전시킨다.
패드 수직 회전부(430)는 수평 이송용 스크류 회전부(431), 및 수직 회전 모터(432)를 포함한다.
수평 이송용 스크류 회전부(431)는 이동체(500)에 수직방향으로 회전 가능하게 설치된다. 수평 이송용 스크류 회전부(431)에는 수평 이송용 스크류(421)가 회전 가능하게 삽입된다.
수직 회전 모터(432)는 수평 이송용 스크류 회전부(431)의 일측에 설치된다.
수직 회전 모터(432)는 수평 이송용 스크류 회전부(431)를 회전시킨다. 수직 회전 모터(432)가 수평 이송용 스크류 회전부(431)를 회전시켜 수평 이송용 스크류(421)가 수직으로 회전하게 됨으로써, 패드(410)가 수직방향으로 배치될 수 있게 된다.
패드 수직 이송부(440)는 패드(410)를 수직방향으로 이송시켜 코일(300)을 충전 또는 집전에 적합한 위치로 정렬시킨다.
패드 수직 이송부(440)는 수직 이송용 스크류(441) 및 수직 이송 모터(442)를 포함한다.
수직 이송용 스크류(441)는 일측이 수평 이송용 스크류 회전부(431)에 설치되어 수직 이송 모터(442)의 구동에 의해 수직으로 이동함으로써, 패드(410)가 수직 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
수직 이송용 스크류(441)는 수평 이송용 스크류 회전부(431)의 양측에 각각 배치되어 수평 이송용 스크류 회전부(431)를 지지함과 더불어 수평 이송용 스크류 회전부(431)가 수직 방향으로 이송될 수 있도록 한다.
수직 이송 모터(442)는 수직 이송용 스크류(441)의 단부에 설치된다.
수직 이송 모터(442)는 수직 이송용 스크류(441)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다. 수직 이송용 스크류(441)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라, 수평 이송용 스크류 회전부(431)가 수직 방향으로 이동하여 충전 또는 집전에 적합한 위치에 배치될 수 있도록 한다.
또한, 패스 수직 이송부(440)는 패드(410)를 수직 방향으로 이송시킴으로써, 패드(410)가 회전할 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 한다.
패드 수직 이송부(440)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 패드(410)를 수직방향으로 이동시킬 수 있는 구조나 방식이라면 모두 채용될 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서는 수직 이동 모터(442)를 이용하여 패드(410)를 이송시키는 것을 예시로 설명하였으나, 유압으로 실린더를 이동시켜 패드(410)를 이송시키는 것도 채용될 수 있다.
패드 회전부(450)는 패드(410)를 회전시킨다. 이에 따라, 패드(410)에 배치된 코일(300) 중 어느 하나가 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21) 중 어느 하나와 마주보게 되면서 정렬된다.
패드 회전부(450)는 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 패드(410)를 회전시켜 코일(410)의 타입과 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입을 일치시킨다.
패드 회전부(450)는 회전축(451), 회전 모터(452), 및 지지부(453)를 포함한다.
지지부(453)는 패드(410)가 내부에서 회전 가능하도록 관통형성된다. 지지부(453)에는 수평 이송용 스크류(421)가 설치되어 수평 이송용 스크류(421)의 회전에 따라 수평방향으로 이송된다.
회전축(451)은 지지부(453)에 설치되어 패드(410)를 회전 가능하도록 지지한다. 따라서, 패드(410)가 지지부(453)의 중심에서 회전축(451)에 의해 회전하게 된다.
회전 모터(452)는 회전축(451)을 회전시킨다. 회전 모터(452)의 구동에 의해 회전축(451)이 회전하여 패드(410)를 회전시킨다. 이에 따라, 패드(410)의 제1면과 제2면에 각각 배치된 코일(300) 중 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입과 동일한 타입의 코일(300)이 선택될 수 있게 된다.
이에, 코일 위치 조정부(400)는 충전 또는 집전시에는 패드(410)의 위치를 수직방향으로 위치하여 코일(300)이 충전기 코일(141) 또는 전기차 코일(21)과 정렬될 수 있도록 한다. 이때, 코일 위치 조정부(400)는 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 패드(410)를 회전시켜 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)과 동일한 타입의 코일(300)이 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)과 마주보도록 한다.
한편, 코일 위치 조정부(400)는 이동체(500) 이동시에는 패드(410)의 위치를 수직방향으로 배치하여 이동체(500) 이동이 용이하도록 한다.
한편, 패드(410)에는 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 다양한 타입의 코일(300)이 배치될 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 타입의 예를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일과 위치 측정부의 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 10에는 기본형 코일으로서 원형 타입의 코일(300)이 도시되었다.
원형 타입의 코일(300)은 패드(410)의 제1면에 배치될 수 있다.
도 11에는 DD 타입 또는 양극성 타입의 코일(300)이 도시되었다.
도 12에는 DD 타입의 코일(300)이 수직으로 중첩되거나 양극성 타입의 코일(300)이 서로 다른 레이어(Layer1, Layer2)에 수직으로 중첩되게 배치되는 회전 타입의 코일(300)이 도시되었다.
DD 타입 또는 양극성 타입의 코일(300), 또는 회전 타입의 코일(300)은 패드(410)의 제2면에 배치될 수 있다.
여기서, 회전 타입의 코일(300)은 DD 타입 또는 양극성 타입의 코일(300)이 수직으로 중첩되게 배치된 것으로서, 어느 하나의 DD 타입의 코일(300) 또는 어느 하나의 양극성 타입의 코일(300)만 충전 또는 집전에 이용될 수 있다. 또는 수직으로 중첩되게 배치된 2개의 DD 타입 코일(300) 모두 충전 또는 집전에 이용되거나, 수직으로 중첩되게 배치된 2개의 양극성 타입 코일(300) 모두 충전 또는 집전에 이용될 수 있다.
위치 측정부(700)는 충전기(10)의 충전코일(11)의 위치를 측정한다.
위치 측정부(700)는 레이더 센서일 수 있으나, 위치 측정부(700)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
위치 측정부(700)는 코일(300)의 중심에 설치될 수 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 패드(410)의 제1면에 배치된 원형 타입의 코일(300) 중심에 설치되거나, 제2면에 배치된 회전 타입의 코일(300)의 중심에 설치될 수 있다.
위치 측정부(700)의 설치 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다.
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 양방향 인버터(210), 및 구동부(220)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.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 타입 코일의 전력 변환부를 나타낸 도면이다.
원형 타입의 코일(300)에 대한 전력 전달을 위해, 양방향 인버터(220)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. 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 코일(300)의 일측에 연결되고, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 노드는 코일(300)의 타측에 연결된다. 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 노드는 코일(300) 사이에는 커패시터가 설치된다.
구동부(220)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 스위칭하여 전력을 변환한다.
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.
또한, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 구동부(220)에 의해 선택적으로 스위칭되어 전력송수신부(210)로부터 전달받은 전력을 정류하여 로봇 배터리(100)를 충전할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 타입 코일의 전력 변환부를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 회전 타입의 코일(300)에 대한 전력 전달을 위해, 양방향 인버터(220)는 제1 스위치(S1) 내지 제8 스위치(S8)를 포함한다.
제1 스위치(S1) 내지 제8 스위치(S4)로는 MOSFET가 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 코일(300)의 일측에 연결되고, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 노드는 코일(300)의 타측에 연결된다. 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 노드는 코일(300) 사이에는 커패시터가 설치된다.
구동부(220)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 스위칭하여 전력을 변환하여 코일(300)에 교류 전압을 인가한다.
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.
또한, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 구동부(220)에 의해 선택적으로 스위칭되어 전달받은 전력을 정류하여 로봇 배터리(100)를 충전할 수 있다.
제5 스위치(S5), 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)는 브릿지 형태로 배치될 수 있다.
즉, 제5 스위치(S5)와 제6 스위치(S6)가 직렬 연결되고 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8)가 직렬 연결된다. 제5 스위치(S5)와 제6 스위치(S6) 사이의 노드는 코일(300)의 일측에 연결되고, 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 사이의 노드는 코일(300)의 타측에 연결된다. 제5 스위치(S5)와 제6 스위치(S6) 사이의 노드는 코일(300) 사이에는 커패시터가 설치된다.
구동부(220)는 제5 스위치(S5), 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)를 스위칭하여 전력을 변환하여 코일(300)에 교류 전압을 인가한다.
여기서, 제5 스위치(S5)와 제8 스위치(S8)가 동일하게 스위칭되고, 제6 스위치(S6)와 제7 스위치(S7)가 동일하게 스위칭된다. 예컨대, 제5 스위치(S5)와 제8 스위치(S8)가 동시에 턴온 및 턴오프되고, 제6 스위치(S6)와 제7 스위치(S7)가 동시에 턴온 및 턴오프된다. 제5 스위치(S5)와 제8 스위치(S8)가 턴온되면 제6 스위치(S6)와 제7 스위치(S7)는 턴오프되며, 제5 스위치(S5)와 제8 스위치(S8)가 턴오프되면 제6 스위치(S6)와 제7 스위치(S7)가 턴온된다.
또한, 제5 스위치(S5), 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)는 구동부(220)에 의해 선택적으로 스위칭되어 전달받은 전력을 정류하여 로봇 배터리(100)를 충전할 수 있다.
여기서, non-bipolar DD 코일이 독립적으로 구동되면, 원형 타입으로 전환될 수 있다. 즉, 구동부(220)는 DD 타입의 코일을 원형 코일로 전환하기 위해서는 2쌍의 H 브릿지를 동일한 위상으로 구동한다.
또한, 양극성 DD 코일은 2개가 구동될 수 있으며, 이때, 구동부(220)는 각각의 양극성 DD 코일은 직교하는 위상으로 구동되어 회전 가계를 생성할 수 있다. 즉, 회전 자계를 형성하기 위해, 구동부(220)는 각각의 H 브릿지를 90도 위상 차이를 가지도록 구동한다. 이 경우 DD 코일은 차동 구조를 가지는 차동 코일일 수 있다.
차동 코일은 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, 차동코일은 2개의 단부로 이루어지고 서로 교차되게 와인딩됨으로써, 일측은 정방향의 기전력을 발생시키고 타측은 역방향의 기전력을 발생시켜 서로 다른 위상의 전압을 출력한다.
이와 같이, 하나의 인버터(210)를 이용하더라도, 원형 타입(Circular type), DD 타입, 양극성 타입(Bipolar type), 및 회전 타입(Rotating type)의 코일(300)을 통해 전력 전달이 가능하다.
프로세서(600)는 동작 모드에 따라 이동체(500)를 제어하여 주행을 제어함과 더불어, 전력 변환부(200)와 코일 위치 조정부(400)를 제어한다.
주행 모드시, 프로세서(600)는 코일 위치 조정부(400)를 제어하여 패드(410)를 수직방향으로 배치한다.
또한, 충전 모드 또는 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.
또한, 충전 모드 또는 집전 모드시, 프로세서(600)는 코일 위치 조정부(400)를 통해 패드(410)의 위치를 수평방향으로 조정하여 충전기(10)의 충전코일(11)로부터 무선으로 전력을 전달받고, 전기차(10)의 집전코일(21)에 무선으로 전력을 전달한다.
특히, 충전 모드 또는 집전 모드시, 프로세서(600)는 코일 위치 조정부(400)를 제어하여 패드(410)를 수직 방향으로 이송시킴으로써, 패드(410)가 회전할 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 한다.
한편, 프로세서(600)는 충전 모드 또는 집전 모드시, 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입에 따라 코일 위치 조정부(400)를 통해 패드(410)를 회전시켜 코일(410)의 타입과 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)의 타입을 일치시킨다. 즉, 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)과 동일한 타입의 코일(300)이 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)과 마주보도록 한다. 이에 따라, 다양한 타입의 충전기(10)의 충전코일(11) 또는 전기차(20)의 집전코일(21)과 전력 전달이 가능하게 된다.
이와 함께, 프로세서(600)는 상기한 전력 변환부(200)를 제어하여 해당 코일(300)의 타입에 따른 전력을 전달하여 집전 또는 충전 기능을 수행한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 전기차 무선 충전 로봇은 다양한 타입의 코일을 구비하여 여러 타입의 충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일에 범용적으로 사용될 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 수평 이송부
430: 패드 수직 회전부 440: 패드 수직 이송부
450: 패드 회전부 500: 이동체
600: 프로세서 700: 위치 측정부

Claims (12)

  1. 패드;
    상기 패드에 서로 다른 타입으로 형성되는 복수 개의 코일; 및
    충전기의 충전코일 또는 전기차의 집전코일의 타입에 따라 상기 패드의 배치 위치를 조정하여 상기 코일이 상기 충전기의 충전코일 또는 상기 전기차의 집전코일과 동일한 타입으로 정렬되도록 하는 코일 위치 조정부를 포함하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일은
    자기적으로 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코일은
    상기 패드의 서로 다른 면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코일은
    원형 타입, DD 타입, 양극성 타입, 및 회전 타입 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패드의 제1면에 원형 타입의 코일이 배치되고,
    상기 패드의 제2면에 DD 타입이나 양극성 타입의 코일이 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 패드의 제2면에 상기 DD 타입 또는 상기 양극성 타입의 코일이 수직으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코일 위치 조정부는
    상기 충전기의 충전코일 또는 상기 전기차의 집전코일의 타입에 따라 상기 패드를 회전시키는 패드 수직 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전기의 충전코일의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위치 측정부는 상기 코일의 중심에 설치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  10. 제1항에 있어서, 상기 충전기로부터 상기 코일에 전달된 전력을 로봇 배터리에 충전하고, 상기 로봇 배터리에 충전된 전력을 변환하여 상기 코일을 통해 상기 전기차에 전달하는 전력 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  11. 패드; 및
    상기 패드에 서로 다른 타입으로 형성되는 복수 개의 코일을 포함하고,
    상기 코일은 상기 패드의 제1면과 제2면에 서로 다른 타입으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
  12. 제11항에 있어서, 상기 코일은
    상기 패드의 제1면에 원형 타입이 배치되고, 상기 패드의 제2면에 DD 타입 또는 양극성 타입의 코일이 수직으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 전기차 무선 충전 로봇.
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