WO2017073937A1 - 전기자동차용 급전장치 - Google Patents

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WO2017073937A1
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전양배
강성주
임재하
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한국기술교육대학교 산학협력단
전양배
강성주
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Definitions

  • the present invention relates to a power feeding device for an electric vehicle, and more particularly, to a power feeding device for an electric vehicle capable of supplying a higher capacity electric power than a conventional power feeding device by changing the configuration method and arrangement of the power supply feeding coil for the electric vehicle. It is about.
  • an online electric vehicle that can receive electric power from a feeder line embedded in a road in a non-contact manner based on an electromagnetic induction principle to charge a battery while stopping and driving.
  • a feeder In order for an electric vehicle to receive electric power in a non-contact manner, a feeder must be embedded in the road first, and the distribution of the magnetic field lines generated by the feeder varies depending on the core shape of the feeder and the structure of the feeder. Consideration should be given to this. In addition, even if the distance between the current collector and the road surface of the online electric vehicle is irregular or large, a structure that can transfer power well is needed. Electric vehicles must be able to drive freely on the roads.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional E-type electric vehicle power supply module 10 and the current collecting module 20, the power supply module 10 is extended along the road is embedded spaced apart on the base structure provided on the floor of the road.
  • the feed module 10 has a pair of feed coils 12 installed on the E-shaped feed core 11, and the current collector module 20 has a feed coil 22 installed on the E-shaped collector core 21. 10) Recharges the battery of the online electric vehicle by receiving power from electromagnetic induction method.
  • the power supply core 11 is provided with three magnetic poles perpendicular to the traveling direction of the road, and the current collector core 21 is provided with three magnetic poles corresponding to the traveling direction perpendicular to the traveling direction, and thus the electromagnetic induction generated between these magnetic poles.
  • the current collecting module 20 receives power from the power feeding module 10.
  • the distance between the power feeding module 10 and the current collecting module 20 may vary due to the weight change or shaking of the electric vehicle, and may be shifted in the left and right directions.
  • the magnetic field formed in the power supply module 10 and the center of the current collector coil 22 of the current collector module 20 do not exactly coincide with each other, and thus there is a problem in that the power transmission efficiency is sharply lowered.
  • FIG. 2 is a device in which a power supply device is installed on a general road and an electric bus and a passenger car current collector are installed in June and August 2009, even if the gap between the power supply device and the current collector increases.
  • gap spacing 73 more than 16 cm, the power transmission efficiency was achieved more than 70%, and the width
  • the reason why the gap gap 73 can be increased in the ultra-thin power feeding devices 40 and 60 and the current collectors 30 and 50 according to FIG. 2 is that the feed rail width 76 is about twice or more than the gap gap 73. It is because. If the feed rail width 76 is set to 30 cm or less, the magnetic flux 71 from one magnetic pole of the feeders 40 and 60 is not transmitted to the current collectors 30 and 50, and the Immediately entering another stimulus, the power transfer efficiency is drastically reduced. That is, one magnetic pole and another magnetic pole are formed in the horizontal width direction of the power feeding device 40, 60, and the direction of the magnetic field is also formed in the horizontal width direction, so that the current collector rail width 79 is enlarged by a certain degree or more, so that one magnetic pole is formed. The magnetic flux from must not be introduced immediately into another stimulus.
  • the total feed device width 76 also needs to be increased accordingly.
  • the width 76 of the power feeding device becomes too large in this way, the material cost such as cores 42 and 62 used in the power feeding devices 40 and 60 and the road construction cost when installing the power feeding device are increased.
  • the problem also arises that the strength of the electromagnetic field in the lateral direction of the electric vehicle is also increased, making it difficult to satisfy the limit value (62.5 mG or less at 20 kHz).
  • the width 79 of the current collector corresponding to the power feeding devices 40 and 60 also needs to be increased.
  • the width 79 of the current collector must be larger than the width 76 of the power supply device, because the left and right steering deviation of the electric vehicle must be taken into account. Increasing the width 79 of the current collector in order to satisfy such conditions leads to a problem that the overall length of the conventional bus is reached and cannot be mounted in a passenger car.
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and by changing the structure of the power supply coil in the electric vehicle power feeding device, while increasing the overall system power delivery capacity of electric power feeding and distribution of an online electric vehicle, one segment that is impossible with the conventional method.
  • the power supply output can be set separately for each power supply core in the power supply, and the electric power supply device for electric vehicle can increase the allowable width of the left and right steering deviation of the electric vehicle and reduce the amount of electromagnetic fields (EMF) leaking to the outside in the whole system. It is to provide.
  • the power supply core portion including a substrate and a pillar which are installed spaced apart along a specific place or road progress direction; And first and second feed lines configured to form a magnetic field, wherein the first and second feed lines may be disposed on the feed core unit.
  • the first feeder may be wound at least once on the pillar, and the second feeder may be wound around the outer diameter of the first feeder wound and wound twice.
  • the first feed line may be wound one or more times on the lower portion of the pillar, and the second feed line may be wound one or more times on the upper portion of the pillar after the portion where the first feed line is wound.
  • the first feeder is selected to pass through any one of the left side and the right side of the pillar, but the neighboring pillars are all wound along the same side, the second feeder, the first feeder is passed It may be characterized by winding across the opposite side of the column.
  • the first feed line may alternately wind the left side and the right side of the neighboring pillar alternately, and the second feed line may pass the opposite side of the pillar through which the first feed line passes. have.
  • each of the first and second feed lines may have the same winding direction to any one of the pillars, and the first and second feed lines may be wound around the pillars in the same direction.
  • first and second feed lines may be wound in one of the pillars in the same direction, but the direction in which the first and second feed lines are wound in the pillars may be alternating with neighboring pillars.
  • the total number of windings of the first and second feed lines may be individually changed for each of the plurality of pillars.
  • the number of windings of the first feed line and the second feed line in one of the pillars may be changed.
  • only one line of the first feed line or the second feed line may be installed on the feed core portion.
  • the electric vehicle power supply device it may be characterized in that a plurality of spaced apart along the road to be installed continuously or installed in a predetermined place to supply power to the electric vehicle.
  • the present invention provides a solenoid structure in which a feed coil structure is wound around a pillar core in an electric vehicle power feeding device, thereby maximizing the strength of the magnetic field generated in the pillar core. And it is effective to increase the power transmission efficiency in the entire distribution system.
  • the present invention can be arranged in series in the direction of the road of the column-shaped cores mounted on the road and can change the interval of the magnetic pole is formed by changing the interval of each feed core portion individually As a result, it is not necessary to increase the width of the rail of the power feeding device in order to increase the gap, so that the width of the current collecting device does not need to be increased.
  • the present invention since the current collector rail width can be made larger than the feed rail width, the present invention has an effect of increasing the allowable width for the steering deviation in which the electric vehicle leaves the feed rail in left and right directions.
  • the present invention is because the magnetic field magnetic pole is formed near the center of the direction of the road by changing the structure of the power supply feed coil of the electric vehicle power supply electromagnetic field (EMF) leakage to the side of the road even if the power transmission efficiency in the entire system increases ) The amount generated does not increase significantly.
  • EMF electric vehicle power supply electromagnetic field
  • the present invention can form the magnetic poles of the magnetic field formed in the core of the feed coil by the terminal pole and the dipole by changing the structure of the feed coil for the power feeding device of the electric vehicle, so not only when the electric vehicle is stopped but also while driving. Effective power transfer is possible.
  • the present invention has the effect of reducing the number of pickups of the current collector pickup of the electric vehicle because the power transmission efficiency is increased by changing the structure of the power supply coil for the electric vehicle power supply device.
  • the present invention is to increase the power transmission efficiency by changing the structure of the power supply coil for a power supply device of the electric vehicle, there is an effect that can be used as the current collector system mounted on the electric vehicle as it is.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a power supply device and a current collector for a conventional electric vehicle.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of the electric power supply device and the ultra-thin current collector of the conventional monorail and dual rail for electric vehicles.
  • Figure 3 is a perspective view and a front view showing a power feeding device wound double winding power supply coil on a pillar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view and a front view of various conventional electric vehicle power feeding devices.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the number of windings of the feeding coil in the power feeding device of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a perspective view, a side view, and a plan view of a power feeding device having a terminal pole type double feed coil structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view, a side view, and a plan view of a power feeding device having a terminal pole type two-layer feed coil structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view, a side view, and a plan view showing a power supply device of a bi-stimulation dual feed coil structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view, a side view, and a plan view showing a power supply device of a bi-stimulation type two-layer feed coil structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a power supply output graph according to a current pick-up position in the power supply device shown in FIG. 6.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a magnetic field distribution diagram according to a current pick-up position in the power feeding device shown in FIG. 6.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a power supply output graph according to a current pick-up position in the power supply device shown in FIG. 8.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a magnetic field distribution diagram according to a current pick-up position in the power feeding device shown in FIG. 8.
  • FIG. 14 is a diagram simultaneously illustrating a power supply output graph according to a current pick-up position in the power supply device illustrated in FIGS. 6 and 8.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a power feeding device in which a substrate in FIG. 6 is replaced with a bar-shaped substrate continuously arranged spaced apart.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a power supply device in which the substrates of FIG. 7 are replaced with bar-shaped substrates continuously arranged spaced apart from each other.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a power supply device in which the substrates of FIG. 8 are replaced with bar-shaped substrates continuously arranged spaced apart.
  • FIG. 18 is a view illustrating a power supply device in which the substrates of FIG. 9 are replaced with bar-shaped substrates continuously arranged spaced apart from each other.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a power feeding device in which a feeding coil is wound around a core in one direction using only one feeding line.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a power supply device in which the substrate illustrated in FIG. 6 is replaced with a rod-shaped substrate.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a power feeding device in which a substrate shown in FIG. 7 is replaced with a rod-shaped substrate.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a power feeding device in which the substrate illustrated in FIG. 8 is replaced with a rod-shaped substrate.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a power supply device in which the substrate illustrated in FIG. 9 is replaced with a rod-shaped substrate.
  • the electric vehicle power feeding device 100 includes a power feeding core unit 110, a first feed line 120, and a second feed line 130.
  • the power feeding core unit 110 is embedded in a plurality at regular intervals along the road progression direction, and includes a substrate 111 formed in a 'c' shape and a pillar 113 formed in a cylindrical shape in the center of the substrate 111.
  • the substrate 111 serves to shape the shape of the magnetic field generated by the power feeding core part 110.
  • the substrate 111 blocks the magnetic field from being formed under the power feeding module 110, that is, the road underground. By preventing the magnetic field is induced in the rebar that can be installed below the feed core portion 110 to support the magnetic field leakage to the side by preventing most of the upper portion of the feed core portion 110, that is, the upper direction of the road Allow magnetic fields to form.
  • the pillar 113 is located at the center of the feeder when the feeder is wound in the form of a solenoid to serve as a magnetic core.
  • the substrate 111 and the pillar 113 may be manufactured using ferrite, and the substrate 111 and the pillar 113 may be manufactured by using ferrite, and the substrate 111 and the pillar 113 may be used as long as the material has ferromagnetic properties.
  • ferrite is a ferromagnetic material, has a high permeability and low conductivity, and generally refers to a magnetic ceramic including iron oxide.
  • a manufacturing method a mixture of iron oxide, zinc oxide, manganese oxide, nickel oxide, and the like is prepared by sintering.
  • Each of the first feed line 120 and the second feed line 130 is a wire into which current flows in and out of the pillar 113 to form a magnetic field in a desired direction.
  • the first feed line 120 is disposed by winding a plurality of pillars in turn several times. Referring to FIG. 3, the first feed line 120 is located inside the first feed core 113 from the left side. After going up from the bottom to the top one turn in a counterclockwise direction, and then moved to the second pillar 113, going down from the top to the bottom one in a counterclockwise direction. It moves back to the third pillar 113 next to it and is arranged in the same process.
  • the second feed line 130 is disposed while winding the pillars 113 in order from the last feed core unit 110, but the first feed line 120 is wound around the pillar 113 and rewound in duplicate.
  • the second column 113 is wound around the first feed line 120 to the lower side from the top to the bottom of the third pillar 113, and then rotates once in a counterclockwise direction to which the first feed line 120 is wound. Move from bottom to top and wind one turn counterclockwise. Again, the first feed line 120 next to it is moved to the first pillar 113 wound and is arranged while repeating the same process.
  • the first feed line 120 may be wound around the outside of the pillar 113, and then the second feed line 130 may be doublely wound thereon.
  • the first feed line and the second feed line are connected to each other and the winding is performed as described above. do.
  • the first and second feed lines 120 and 130 wound around the ferromagnetic pillar 113 generate a magnetic field directed toward the top or the bottom of the feed core unit 110.
  • the direction of the magnetic field is indicated by an arrow on the pillar 113. That is, when current flows in the first and second feed lines wound in the form of a solenoid on the pillar 113, a magnetic field generated in the wire is overlapped to form a magnetic field having a certain polarity on the top of the pillar 113. This is because magnetic force lines acting in one direction are generated at the centers of the first and second feed lines 120 and 130 while overlapping magnetic force lines generated around them.
  • the magnetic field is formed by drawing a circle from the outside to the inside around the first and second feed lines 120 and 130 disposed between the respective feeding core parts 110.
  • the directions of the magnetic fields are indicated by arrows on the first and second feed lines 120 and 130 disposed between the feed core units 110.
  • the position and direction of the magnetic field formed in the first and second feed lines 120 and 130 between the feed core part 110 and the feed core part 110 are formed along the direction in which the feed module 110 is embedded in the road.
  • the magnetic field emerges upward from the pillar 113 at the center of the power feeding core part 110 and the upper part even in the center between the first and second feed lines 120 and 130 between the power feeding core parts 110.
  • the magnetic field is formed so that the magnetic flux comes out in the direction.
  • the direction and type of magnetic field described are types of directions and magnetic poles at any point in time.
  • the type of stimulus changes repeatedly.
  • FIG 4 is a perspective view and a front view showing a conventional commercialized feed core portion for comparison with one embodiment of the present invention
  • the feed core 11 of each feed core portion 10 is made of a ferrite material.
  • two 'c' shaped feed cores 11 are arranged in the longitudinal direction, and a feed line 13 is inserted into the uneven portion of the feed core 11, and
  • the feed core 11 having a rod shape and forming an 'E' shape is vertically disposed at a predetermined interval in the longitudinal direction, and the feed coil 13 is placed thereon.
  • the power supply output and the harmful electromagnetic field (EMF) of the power supply module 10 commercially available according to the embodiment of the present invention described above are shown in Table 1 below.
  • Maxwell magnetic field simulation tool (Ansys_Maxwell 16.0) was used as the measurement tool, and the expected output value was calculated using the magnetic B-Field analysis and induced voltage.
  • the type a shown in the table is the power supply module 10 shown in (a) and (b) of Figure 4
  • the type b is the power supply module 10 shown in (c) and (d)
  • the present invention One embodiment of the refers to the power supply device 100 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a power feeding device having a different number of windings of a feeding coil wound around a column in the power feeding device shown in FIG. 3.
  • the first and second feed lines 120 and 130 are respectively placed on the column 113. Each time, the first and second feed lines 120 and 130 were wound five times on the column 113 in (b).
  • the feeding core unit 110 is made of ferrite and the width of the substrate 111 is 720 mm, but the height of the pillars 113 varies depending on the number of times the first and second feeding lines 120 and 130 are wound.
  • Maxwell magnetic field simulation tool (Ansys_Maxwell 16.0) was used as a measurement tool, and the expected output value was calculated using magnetic B-Field analysis and induced voltage.
  • the feeding power is increased by increasing the number of windings of the first and second feed lines 120 and 130 wound around the pillar 113 and the height of the pillar 113.
  • the height of the pillar 113 and the height of both of the bent structures of the substrate 111 are changed to be the same. This is because the feed power is increased and the harmful electromagnetic field (EMF) is reduced as the height of both bent structures of the substrate 111 made of ferrite material increases.
  • EMF harmful electromagnetic field
  • FIG. 6 is a perspective view, a side view, and a plan view showing an embodiment of a terminal type dual feed coil structure feeding device, wherein the magnetic poles formed between neighboring pillars 113 are identically formed at the same time with the same magnetic poles.
  • the feed lines 120 and 130 are wound in the same direction as the pillars 113, and the first and second feed lines 120 and 130 are wound three times on the pillars 113, respectively, and the final end of the entire feed apparatus 100 is The state is shown.
  • the first feeder line 120 whose current direction is the same as the traveling direction is wound in the counterclockwise direction inside the column 113, and then comes out from the final stage, but the current direction is zero.
  • the second feed line 130 which is opposite to the first feed line, is a structure wound around the outside of the first feed line 120 and double-wound, in which the first and second feed lines 120 and 130 are wound around the column 113, and each feed line.
  • Directions at which currents flow at 120 and 130 are indicated by arrows.
  • the first and second feed lines 120 and 130 described above are wound in the column 113 in the same direction, and accordingly the current direction thereof is the same, so that the column 113 and the first and second feed lines 120 are formed. 130, the same direction of the magnetic field generated around the same, the formation of a single magnetic pole is indicated by the arrow.
  • the directions of the magnetic fields generated in the pillars 113 and the first and second feed lines 120 and 130 are all shown upward in FIG. 6, it is applied here that the directions of the magnetic fields are the same.
  • the current is alternating current, it means that the N pole or the S pole can be formed at any point, and the magnetic poles formed on each pillar 113 can be in the form of NNN ... or SSS ... Say that.
  • FIG. 7 is a perspective view, a side view, and a plan view showing an embodiment of a terminal type double-layer feed coil structure feeding device, wherein the first and second feed lines 120 and 130 are wound around the column 113.
  • FIG. 4 is a perspective view, a side view, and a plan view showing another embodiment.
  • single pole type refers to the same current direction of the first and second feed lines 120 and 130 so that the magnetic poles formed on the pillars 113 are the same as the same magnetic poles.
  • the second feed line 130 coming out of the last end is wound up from the middle of the first feed line 120 and the upper portion is wound up in the counterclockwise direction and continues to the next pillar 113.
  • the second feed line 130 enters the right side of the pillar 113 and is wound from the upper portion of the pillar 113 to the portion where the first feed line 130 is wound, but wound in the same counterclockwise direction, and alternately in such a manner. This leads to the first input.
  • first and second feed lines 120 and 130 are wound around the pillars 113 and the direction in which current flows in each of the feed lines 120 and 130 through arrows, the first and second feed lines 120 may be connected to the pillars ( It can be seen that the current direction is also the same as all of them are wound counterclockwise.
  • the first and second feed lines 120 and 130 are wound in the pillar 113 in the same direction, and accordingly, the direction in which the current flows is the same, thereby the first and second feed lines in the pillar 113 and the first and second feed lines.
  • the directions of the magnetic fields generated around (120, 130) are also indicated by arrows indicating that a single magnetic pole is formed.
  • AC means that the N pole or the S pole can be formed at any point, and the magnetic pole formed in each pillar 113 can be in the form of NNN ... or SSS ... .
  • the feeder lines 120 and 130 are wound around the pillars 113 of the feeder 100 so that the double feed coil structure feeder 100 and the double-layer feed coil structure feeder 100 are provided.
  • 100 can be easily selected according to the situation when the road is actually buried. That is, when the excavation depth of the road on which the power feeding device 100 is to be buried is deep, it is possible to select the feeding device 100 having a two-layer feed coil structure, and when the feeding device 100 is shallow, select the feeding device 100 having a double feeding coil structure. It is useful in the field.
  • FIG. 8 is a perspective view and a front view showing an embodiment of a bi-stimulation dual feed coil structure feeding device, the 'bi-pole' is a magnetic pole formed between the adjacent poles 113, the N pole and the S pole mutually
  • the current directions of the first and second feed lines 120 and 130 may be different for each column 113 so that they may be alternately formed, and the term “double feed coil structure” may be the same as described above with reference to FIG. 6. same.
  • the first and second feed lines 120 and 130 were wound three times on the column 113, respectively, and the final stage state of the entire power feeding device 100 was illustrated.
  • the first feed line 120 whose current direction is the same as the driving direction is wound from the bottom to the top of the left first pillar 113 inside the counterclockwise direction, In the next pillar 113, the first feed line 120 is crossed to the opposite side of the pillar 113, wound in the clockwise direction, and the same manner is repeated alternately to reach the final end.
  • the first and second feed lines 120 and 130 are double wound on the pillars 113, and the winding directions of the first and second feed lines 120 and 130 are different from each other.
  • the direction in which the 130 is wound around the pillar 113 and the direction in which the current flows in each of the feed lines 120 and 130 are indicated by arrows.
  • FIG. 9 is a perspective view and a front view showing an embodiment of a bipolar double-layered feed coil structure feeding device, and the term "bipolar" is that the magnetic poles alternately appear on the column 113 as described with reference to FIG. 8.
  • the two-layer feed coil structure refers to a structure in which a first feed line 120 is wound around a lower portion of the pillar 113 and a second feed line 130 is wound around an upper portion of the pillar 113 as described above with reference to FIG. 7.
  • the first and second feed lines 120 and 130 were wound three times on the column 113, respectively, and the final stage state of the entire power feeding device 100 was illustrated.
  • the first feed line 120 whose current direction is the same as the travel direction enters from the left side to the left first pillar 113 and winds from the bottom to the top in the counterclockwise direction.
  • the neighboring pillars 113 are staggered, enter the right side, wind clockwise from the middle of the same height to the lower side, and then continue to the left side of the next pillar 113 which is adjacent to the same manner. Repeatedly, the final stage is reached.
  • the second feed line 130 coming out of the final stage is wound up from the middle of the first feed line 120 and the upper portion is wound up and rolled up counterclockwise to return to the right side, and again in the next pillar 113 alternately left side
  • the first feeder line 120 is wound up to the upper part from the wound up, and then rolled up clockwise to return to the left side, and then enters the right side of the first left column 113
  • the first feeder line 120 is wound It is wound up from the top to the counter-clockwise to the right side, and in this way alternately to the first input terminal.
  • the first feed line 120 is wound around the lower portion of the column 113, the second feed line 130 is then wound on the upper portion thereof, and the second feed line 130 is always present at the portion where the feed lines 120 and 130 cross each other.
  • the double feed coil structure feeder 100 and the double-layer feed coil structure feeder 100 are as described above when the feeder 100 is deep in accordance with the excavation depth of the road to be embedded, the feeder having the 2-layer feed coil structure ( 100), and when it is shallow, the feeder 100 of the double feed coil structure can be selected to be useful in the actual field.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state in which a power supply output is collected in a current collector pickup while a vehicle is running in the terminal type dual feed coil structure feeder shown in FIG.
  • the current pick-up pick-up 200 passes over the embedded power feeding device 100. At this time, when the position of the pillar 113 and the position of the current pick-up 200 coincide with each other, the maximum feed power is collected by the current pick-up 200. When the current pick-up pick-up 200 passes between the pillars 113, that is, only the first and second feed lines 120 and 130, the minimum feed power is collected by the current pick-up 200.
  • the maximum feed power was 42KW
  • the minimum feed power was 34KW
  • the average feed power was measured to be about 38KW.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a state in which a power output is collected at a current pick-up while driving a vehicle in the bi-stimulus dual feed coil structure feeder shown in FIG. 8, and a graph of a power output value collected at the current pick-up pickup. Operation of the pickup 200 and the power feeding device 100 is the same as in FIG.
  • the maximum feed power was very high as 50KW, the minimum feed power was very low as 13KW, and the average feed power was also reduced to about 32KW.
  • the variation range of the difference between the maximum feed power and the minimum feed power is large, which makes it difficult to design a regulator mounted in a vehicle.
  • the maximum feed power is higher than that of the terminal pole type feeder 100, it is an advantageous method for charging during stopping of the vehicle, which may match the positions of the current collector pickup 200 and the pillars 113.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a magnetic field distribution diagram between the bipolar dual feed coil structure feed device 100 and the current collector pick-up 200 shown in FIG. 12, wherein the intervals of the pillars 113 of the power feed device 100 are small. It can be seen that the pillars 113 are directly connected to each other without directly flowing into the current pick-up pickup 200 mounted to the vehicle. That is, it can be seen that the bipolar dual feed coil structure feed device 100 is an effective charging method when the vehicle is stopped rather than driving. In addition, even when the vehicle is running, increasing the distance between the pillars 113 may prevent the magnetic flux from being directly connected to the pillars 113 to some extent, thereby increasing the amount of magnetic flux flowing into the current collector pickup 200.
  • FIG. 14 illustrates an output graph (a) of the terminal pole type double feed coil structure feeding device 100 described with reference to FIGS. 10 and 12 and an output graph (b) of the bipolar type double feed coil structure feeding device 100 simultaneously. It is easy to see the difference in output due to the difference between these two structures.
  • FIG. 15 is a terminal pole type double feed coil structure feed device 100
  • FIG. 16 is a terminal pole type double feed coil structure feed device 100
  • FIG. 17 is a bipolar type double feed coil structure feed device 100
  • FIG. Denoted at 18 is a bipolar double layer feed coil structure feed device 100.
  • the power feeding output may be improved by changing the structure in which the first and second feed lines 120 and 130 are wound around the column 113.
  • the feed coil 115 installed only one line is shown as an embodiment of the present invention wound six times on the pillar 113, how many times the feed coil 115 is wound on the pillar 113 Of course, it is possible to change.
  • the terminal pole type feed device 100 is illustrated as an embodiment of the present invention, the feed coil as in the above-described example. It is a matter of course that the direction in which the 115 is wound around the pillar 113 may be alternating with the neighboring pillars alternately to form a bipolar feeder 100.
  • the feeder 8 and 9 can also be applied to the board 111 of the board-like structure.
  • the feeder is composed of only one line, work is very easy at the installation site, and the remaining one feeder line has the advantage of being available as an inverse magnetic field line for reducing the electromagnetic field (EMF).
  • EMF electromagnetic field
  • FIGS. 6 to 9 are perspective views illustrating various embodiments in which the board 111 of the board-shaped structure shown in FIGS. 6 to 9 is replaced with a rod-shaped substrate.
  • FIG. 20 is a feeder having a terminal pole type double feed coil structure, in which a board 111 shown in FIG. 6 is replaced with a rod-shaped substrate 111.
  • FIG. 21 is a feed of a terminal pole type double feed coil structure.
  • the board 111 of the board-shaped structure shown in FIG. 7 is replaced with a rod-shaped board 111
  • FIG. 22 is a board type device of FIG.
  • Substrate 111 of the structure is replaced by a rod-shaped substrate 111
  • Figure 23 is a bi-stimulation double-layer feed coil structure feeding device, the board-shaped substrate 111 shown in Figure 9 bar shape Is replaced by the substrate 111.
  • the rod-shaped substrate 111 shown in FIGS. 20 to 23 has a lower feed power than the continuously arranged rod-shaped substrate 111 shown in FIGS. 16 to 18, but can lower construction cost and is suitable for a curved road. Do.
  • the power supply device for an electric vehicle as described above is not limited to the configuration and operation of the embodiments described above.
  • the above embodiments may be configured such that various modifications may be made by selectively combining all or part of the embodiments.
  • power supply device 110 power supply core portion

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 급전장치용 급전코일의 구성방법 및 배치를 변경함으로써 기존의 급전장치보다 고용량의 전력을 공급할 수 있는 전기자동차용 급전장치에 관한 것으로, 특정장소나 도로 진행방향을 따라 다수개가 이격되게 매설되어 자속누설을 최소화하는 기판과 상기 기판 중앙에 형성된 기둥을 포함하는 급전코어부 및 자기장을 형성하도록 하는 제1,2 급전선;을 포함하되, 상기 제1,2 급전선은 상기 급전코어부에 배치되고 상기 제1 급전선과 제2 급전선은 서로 반대 방향으로 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치를 제공한다.

Description

전기자동차용 급전장치
본 발명은 전기자동차용 급전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 급전장치용 급전코일의 구성방법 및 배치를 변경함으로써 기존의 급전장치보다 고용량의 전력을 공급할 수 있는 전기자동차용 급전장치에 관한 것이다.
전기자동차 중에서 도로에 매설된 급전선로로부터 전자기유도 원리에 의해 비접촉 방식으로 전력을 전달 받아 정차 및 주행 중에 배터리를 충전할 수 있는 온라인 전기자동차가 있다.
이와 같은 온라인 전기자동차는 차량의 운행 중에 충전을 할 수 있으므로 기존 전기자동차 상용화의 가장 큰 문제였던 배터리용량과 비용에 대한 문제를 해결할 수 있다.
온라인 전기자동차가 비접촉 방식으로 전력을 전달 받기 위해서는 먼저 급전장치가 도로에 매설되어야 하는데, 이때 급전장치의 코어 형상이나 급전선의 구조를 어떻게 하느냐에 따라 급전장치에서 발생하는 자기력선의 분포가 달라져 전력 전송에 영향을 미치는 점을 고려해야 한다. 그리고 온라인 전기자동차의 집전장치와 도로표면과의 간격이 불규칙하거나 커지더라도 전력을 잘 전달할 수 있는 구조가 필요하고, 온라인 전기자동차가 도로에 매설된 급전장치 부근을 어느 정도 벗어나더라도 원활한 집전이 이루어져 온라인 전기자동차가 일반도로를 자유롭게 주행할 수 있도록 할 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 E형 전기자동차용 급전모듈(10)과 집전모듈(20)의 구조를 나타낸 도면으로서, 급전모듈(10)은 도로를 따라 연장되어 도로 바닥에 마련된 기저 구조물 위에 이격되어 매설된다. 급전모듈(10)은 E자형 급전코어(11)에 급전코일(12) 1쌍이 설치되고, 집전모듈(20)은 E자형 집전코어(21)에 집전코일(22))이 설치되어 급전모듈(10)로부터 전자기유도 방식으로 전력을 공급받아 온라인전기자동차의 배터리를 충전한다.
이때 급전코어(11)에는 자극이 도로의 진행방향에 수직으로 3개가 구비되게 되고, 집전코어(21)에도 이에 대응되는 자극이 진행방향에 수직으로 3개가 구비되어서 이들 자극 간에 발생하는 전자기유도에 의해 집전모듈(20)은 급전모듈(10)로부터 전력을 전달 받게 된다.
그러나 도 1에 따른 종래의 급전장치인 급전모듈의 경우에 전기자동차의 중량 변화나 흔들림으로 인해 급전모듈(10)과 집전모듈(20) 사이의 간격이 달라질 수 있고 좌우 방향으로도 어긋날 수 있다. 이렇게 되면 급전모듈(10)에 형성된 자기장의 자극과 집전모듈(20)의 집전코일(22)의 중심이 정확히 일치하지 않게 되어 전력 전송 효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
도 2는 한국과학기술원에서는 2009년 6월과 8월에 일반도로에 급전장치를 설치하고 전기버스와 승용차 집전장치를 설치하여 실험을 실시한 장치인데, 급전장치와 집전장치 사이의 공극간격이 커지더라도 집전장치에서의 자기저항을 줄일 수 있도록 한 초박형 급전 및 집전장치에 있어서 초박형 모노레일 급전장치(30)와 집전장치(40), 초박형 듀얼레일 급전장치(50)와 집전장치(60)의 정면도와 평면도를 도시하였다. 그 결과, 공극간격(73)을 16cm이상 크게 하면서도 전력 전송 효율을 70%이상 달성하였고, 집전장치(30, 50)의 좌우편차 폭도 20~40cm가 허용 가능하게 되었다.
여기서 도 2에 따른 초박형 급전장치(40, 60) 및 집전장치(30, 50) 에서 공극간격(73)을 키울 수 있었던 이유는 급전레일 폭(76)을 공극간격(73)의 약 2배 이상으로 하였기 때문이다. 만일 급전레일 폭(76)을 30cm 이하로 하게 되면 급전장치(40, 60)의 한쪽 자극에서 나온 자속(71)이 집전장치(30, 50)로 전달되지 않고 급전장치(40, 60)의 또 다른 자극으로 곧바로 들어가 버려 전력 전송 효율이 급격히 감소하게 된다. 즉, 하나의 자극과 또 다른 자극이 급전장치(40, 60)의 가로 폭 방향으로 형성되어 있어 자기장의 방향도 가로 폭 방향으로 형성되므로 집전레일 폭(79)을 일정 정도 이상 크게 하여서 하나의 자극에서 나오는 자속이 또 다른 자극으로 곧바로 유입되지 않도록 해야만 한다.
그러나 이렇게 공극간격(73)을 키우기 위하여 급전레일 폭(75)을 크게 하면 전체 급전장치 폭(76)도 따라서 커져야 하는 문제점이 있다. 또한, 이와 같이 지나치게 급전장치의 폭(76)이 커지게 되면 급전장치(40, 60)에 사용되는 코어(42, 62)와 같은 재료비와 급전장치를 설치 할 때의 도로 공사 비용이 증가하게 되는 문제점과, 전기자동차의 측면방향의 전자기장의 세기도 커져 허용기준치(20kHz 대에서 62.5mG 이하)를 만족시키기 어렵게 되는 문제점도 발생하게 된다.
그리고, 상술한 바와 같이 공극간격(73)을 키우기 위해 급전장치의 폭(76)을 키우게 되면 급전장치(40, 60)와 대응되는 집전장치의 폭(79)도 따라서 커져야 하는 문제점이 있다. 또한 집전장치의 폭(79)은 급전장치의 폭(76)보다 커야 하는데, 이는 전기자동차의 좌우 방향 조향 편차를 고려해야 하기 때문이다. 이와 같은 조건들을 만족시키기 위해 집전장치의 폭(79)을 키우다 보면 통상적인 버스의 전장 폭에 도달하게 되어 승용차에는 장착할 수 없다는 문제점이 발생한다.
관련 선행기술로는 한국등록특허 10-1040662호(등록일: 2011. 06. 03)가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전기자동차용 급전장치에서 급전 코일의 구조를 변화시켜 온라인 전기자동차의 급전 및 배전 전체 시스템 전력 전달 용량을 높이면서도, 기존 방식으로는 불가능한 1 세그먼트내의 각 급전 코어별로 급전출력을 별개로 설정할 수 있으며, 전기자동차의 좌우 조향편차의 허용 폭을 크게 할 수 있으며 전체 시스템에서 외부로 누설되는 전자기장(EMF)의 양을 줄일 수 있는 전기자동차용 급전장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 급전장치는, 특정장소나 도로 진행방향을 따라 이격되게 설치되는 기판과 기둥을 포함하는 급전코어부; 및 자기장을 형성하도록 하는 제1,2 급전선;을 포함하되, 상기 제1,2 급전선은 상기 급전코어부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 급전선은, 상기 기둥에 1회 이상 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 감긴 외경에 감기어 이중으로 감기는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 급전선은, 상기 기둥 하부에 1회 이상 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 감긴 부위에 이어서 상기 기둥 상부에 1회 이상 감기는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 급전선은, 상기 기둥의 좌측면과 우측면 중 어느 하나의 면을 선택해 지나가되 이웃하는 상기 기둥끼리는 모두 동일한 측면을 지나가며 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 지나가는 기둥의 반대편 측면을 지나가며 감기는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 급전선은, 이웃하는 상기 기둥의 좌측면과 우측면을 번갈아 지나가며 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 지나가는 기둥의 반대편 측면을 지나가며 감기는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1, 2 급전선 각각이 어느 하나의 상기 기둥에 감기는 방향은 동일하되, 상기 제1, 2 급전선이 기둥에 감긴 방향은 이웃하는 기둥끼리 모두 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1, 2 급전선 각각이 어느 하나의 상기 기둥에 감기는 방향은 동일하되, 상기 제1, 2 급전선이 기둥에 감긴 방향은 이웃하는 기둥끼리 교번으로 달라지는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1, 2 급전선이 감기는 횟수 합계는 복수개의 상기 기둥별로 각각이 개별적으로 변경이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 하나의 상기 기둥에서 상기 제1 급전선과 상기 제2 급전선이 감기는 횟수는 각각 변경이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 급전선 또는 제2 급전선 중 어느 하나의 선만이 상기 급전코어부에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 전기자동차용 급전장치는, 도로를 따라 다수개가 이격되어 연속되게 설치되거나 일정장소에 설치되어 전기자동차에 전력을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차용 급전장치에서 급전 코일의 구조를 기둥 형상의 코어에 감는 솔레노이드 구조로 하여 기둥 형상의 코어에 생성되는 자기장의 세기를 극대화할 수 있기 때문에 온라인 전기자동차의 급전 및 배전 전체 시스템에서 전력 전송 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도로에 장착되어 있는 기둥 형상의 코어의 배열된 방향을 도로의 진행방향 따라 직렬로 할 수 있고 각각의 급전코어부의 간격을 개별적으로 변경하여 자기장이 형성되는 자극의 간격을 변경할 수 있기 때문에 공극간격을 키우기 위하여 급전장치의 레일 폭을 크게 할 필요가 없고 이에 따라서 집전장치의 폭도 크게 할 필요가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상대적으로 급전레일 폭보다도 집전레일 폭을 크게 할 수 있기 때문에 전기자동차가 좌우방향으로 급전레일에서 벗어나게 되는 조향편차에 대한 허용폭을 크게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기자동차의 급전장치용 급전 코일의 구조를 변화시킴으로써 자기장의 자극이 도로의 진행방향 중심부근에서 형성되기 때문에 전체 시스템에서 전력 전송 효율이 높아지더라도 도로의 측면으로 누설되는 전자기장(EMF) 발생량은 크게 증가하지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기자동차의 급전장치용 급전 코일의 구조를 변화시킴으로써 급전코일의 코어에 형성되는 자기장의 자극을 단자극과 쌍자극으로 형성할 수 있기 때문에 전기자동차가 정차했을 때뿐만이 아니라 주행 중에도 효율적인 전력 전송을 할 수 있는 효과가 있다.
*또한, 본 발명은 전기자동차의 급전장치용 급전 코일의 구조를 변화시켜 전력 전송 효율을 높였기 때문에 전기자동차의 집전용 픽업의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기자동차의 급전장치용 급전 코일의 구조를 변화시키는 방식으로 전력 전송 효율을 높이는 것이기 때문에 기존에 전기자동차에 장착된 집전 시스템을 그대로 활용할 수 있는 효과가 있다
도 1은 종래의 전기자동차용 급전장치와 집전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 전기자동차용 모노레일 및 듀얼레일의 급전장치와 초박형의 집전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기둥에 급전코일을 이중으로 감은 급전장치를 나타낸 사시도 및 정면도이다.
도 4는 종래의 다양한 전기자동차용 급전장치의 사시도 및 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 급전장치에서 급전코일의 감은 횟수를 달리하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단자극형 이중 급전코일 구조의 급전장치를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단자극형 이층 급전코일 구조의 급전장치를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 쌍자극형 이중 급전코일 구조의 급전장치를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 쌍자극형 이층 급전코일 구조의 급전장치를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도이다.
도 10은 도 6에 도시된 급전장치에서 집전픽업 위치에 따른 급전출력 그래프를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 6에 도시된 급전장치에서 집전픽업 위치에 따른 자기장 분포도를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 8에 도시된 급전장치에서 집전픽업 위치에 따른 급전출력 그래프를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 8에 도시된 급전장치에서 집전픽업 위치에 따른 자기장 분포도를 나타낸 도면이다.
도 14은 도 6과 도 8에 도시된 급전장치에서 집전픽업 위치에 따른 급전출력 그래프를 동시에 나타낸 도면이다.
도 15는 도 6에서 기판을 이격되게 연속적으로 배열된 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 7에서 기판을 이격되게 연속적으로 배열된 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 8에 기판을 이격되게 연속적으로 배열된 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 9에서 기판을 이격되게 연속적으로 배열된 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 19는 급전코일을 급전선 1개만을 사용하여 한 방향으로 코어에 감은 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 20은 도 6에 도시된 기판을 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 21은 도 7에 도시된 기판을 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 22는 도 8에 도시된 기판을 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
도 23은 도 9에 도시된 기판을 막대 모양의 기판으로 대체한 급전장치를 나타낸 도면이다.
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 3은 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정면도로서, '이중 급전코일 구조'라 함은 기둥(113)에 급전코일을 이중으로 감은 구조이고, '단자극형'이라 함은 기둥(113)에 형성된 자극이 하나의 시점에서 모두 같은 자극으로 동일하게 형성되도록 한 것을 지칭한다. 이러한 전기자동차용 급전장치(100)는 급전코어부(110), 제1 급전선(120) 및 제2 급전선(130)을 포함한다.
급전코어부(110)는 도로 진행방향을 따라 일정한 간격으로 다수개가 매설되며, 'ㄷ' 모양으로 형성된 기판(111)과 기판(111) 중앙에 원통형으로 형성된 기둥(113)를 포함한다.
기판(111)은 급전코어부(110)에서 발생되는 자기장의 모양을 성형하는 역할을 하는데, 급전 모듈(110)의 하부, 즉 도로 지하로 자기장이 형성되는 것을 차단하고 급전코어부(110)를 지지하기 위해 급전코어부(110) 하부에 설치될 수 있는 철근에 자기장이 유도되는 것을 방지하며 측면으로 자기장이 누설되는 것을 방지함으로써 급전코어부(110)의 상부, 즉 도로의 상부 방향으로 대부분의 자기장이 형성될 수 있도록 한다.
기둥(113)은 급전선이 솔레노이드 형태로 감길 때 그 급전선의 중앙에 위치하여 자기 코어의 역할을 한다.
기판(111)과 기둥(113)은 페라이트(ferrite)를 이용하여 제조할 수 있는데, 이에 한정하지 않고 강자성체의 특성을 갖는 재료라면 얼마든지 대체 사용이 가능하다. 즉, 페라이트는 강자성체이고 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 갖는데 보통 산화철을 포함한 자성체 세라믹을 총칭한다. 제조방법으로는 산화철과 산화아연, 산화망간, 산화니켈 등의 혼합물을 소결하여 제조한다.
제1 급전선(120)과 제2 급전선(130)은 각각 전류가 나오고 들어가는 전선으로서 기둥(113)에 감겨서 원하는 방향의 자기장을 형성한다.
제1 급전선(120)은 복수개의 기둥(113)에 차례대로 여러 번 감겨서 배치되는데, 이를 도 3을 참조하여 설명하면 제1 급전선(120)은 좌측으로부터 첫 번째 급전 코어(113)에 안쪽에 하부에서 상부로 올라가며 시계 반대 방향으로 한차례 감긴 후 두 번째 기둥(113)으로 옮겨가 상부에서 하부로 내려가며 시계 반대 방향으로 한차례 감긴다. 다시 그 옆의 세 번째 기둥(113)으로 옮겨가며 같은 과정을 반복하며 배치된다.
제2 급전선(130)은 마지막 급전코어부(110)에서부터 차례로 기둥(113)에 감기면서 배치되되 제1 급전선(120)이 기둥(113)에 감기고 난 그 외부에 이중으로 다시 감겨 배치된다.
도 3을 참조하여 설명하면 제1 급전선이 감겨진 세 번째 기둥(113)의 외부에 상부에서 하부로 내려가며 시계 반대 방향으로 한차례 감긴 후 제1 급전선(120)이 감겨진 두 번째 기둥(113)으로 옮겨가 하부에서 상부로 올라가며 시계 반대 방향으로 한차례 감긴다. 다시 그 옆의 제1 급전선(120)이 감겨진 첫 번째 기둥(113)으로 옮겨가며 같은 과정을 반복하며 배치된다.
도 3을 참조하면 제1 급전선(120)이 기둥(113)의 외부에 감긴 후 그 위에 이중으로 제2 급전선(130)이 감긴 모습을 확인할 수 있다.
여기서 전기자동차용 급전장치(100)의 맨 마지막 단에 위치한 급전코어부(110)의 기둥(113)에서는 제1 급전선과 제2 급전선이 서로 이어지며 감기는 방식은 상술한 바와 같이 이중으로 감기게 된다.
이와 같이 강자성체 기둥(113)에 감긴 제1, 2 급전선(120, 130)에 의하여 급전코어부(110)에는 상부 또는 하부로 향하는 자기장이 생성된다. 도 3에서 기둥(113) 상부에 자기장의 방향을 화살표로 표시하였다. 즉, 기둥(113)에 솔레노이드 형태로 감긴 제1, 2 급전선에 전류가 흐르면 전선에 생성되는 자기장이 중첩되어 기둥(113)의 상부에 일정한 극성을 띄는 자기장이 형성되는데, 이것은 제1, 2 급전선 주변에 생성된 자기력선이 중첩되면서 제1, 2 급전선(120, 130) 중앙에 한 방향으로 작용하는 자기력선이 발생하기 때문이다.
여기서 제1,2 급전선(120,130)이 모두 시계 반대 방향으로 기둥(113)에 감겨져 있어 전류가 시계 반대 방향으로 기둥(113) 주위를 돌아서 흘러 나가게 되므로 기둥(113)의 상부는 N극이 된다.
그리고 각각의 급전코어부(110) 사이에 배치된 제1, 2 급전선(120,130)을 중심으로 주위에 밖에서 안쪽으로 원을 그리며 자기장이 형성된다. 도 3에서 급전코어부(110) 사이에 배치된 제1, 2 급전선(120,130)에 자기장의 방향을 화살표로 표시하였다.
결과적으로 각각의 급전코어부(110)와 급전코어부(110) 사이의 제1, 2 급전선(120,130)에 형성되는 자기장의 위치와 방향은 도로에서 급전 모듈(110)이 매설된 방향을 따라 형성되되, 도로의 진행방향의 수직으로 보아서 급전코어부(110) 중심의 기둥(113)에서 상부 방향으로 자기장이 나오고 급전코어부(110) 사이의 제1, 2 급전선(120,130) 사이의 중심에서도 상부 방향으로 자속이 나오도록 자기장이 형성된다.
다만, 상술한 급전장치(100)에 형성되는 자기장에 있어서, 공급되는 전력이 주로 교류이므로 설명한 자기장의 방향과 자극의 종류는 어느 한 시점에서의 방향 및 자극의 종류이며 시간이 흐르면서 자기장의 방향과 자극의 종류는 반복적으로 변화한다.
도 4는 본 발명의 일실시예와 비교하기 위한 기존 상용화된 급전코어부를 나타낸 사시도와 정면도로서 각 급전코어부(10)의 급전코어(11)는 페라이트 재질로 이루어져있다. (a)와 (b)는 2개의 'ㄷ' 형태의 급전코어(11)가 길이 방향으로 배치되고 급전코어(11) 요철 부분에는 급전선(13)이 삽입되고, (c)와 (d)는 막대 모양이며 'E' 형태를 이루는 급전코어(11)가 일정한 간격으로 길이방향과 수직하게 배치되고 그 위에 급전코일(13)이 놓인다.
도 3에서 상술한 본 발명의 일실시예와 기존 상용화된 급전모듈(10)에 대하여 급전출력과 유해한 전자기장(EMF)을 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다. 여기서 측정도구로는 맥스웰 자기장 시뮬레이션 툴(Ansys_Maxwell 16.0)을 사용하였고, Magnetic B-Field 분석과 Induced Voltage를 이용한 예상 출력값을 계산하였다. 그리고, 표에 나타난 종류 a는 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 급전모듈(10)이고, 종류 b는 (c)와 (d)에 도시된 급전모듈(10)이며, 본 발명의 일실시예는 도 3에 도시된 급전장치(100)를 지칭한다.
종류 유도 전압 EMF (μT) 예상출력(kW)
a 급전모듈 823 26.95 14.81
b 급전모듈 920 28.89 16.56
본 발명의 일 실시예 1274 25.89 22.93
표 1에서 나타난 바와 같이, 도 3에 도시된 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)이 1회씩 감긴 형태의 본 발명의 일실시예의 측정결과는 상용화된 종류 b 급전모듈의 경우보다 급전 출력은 38.4%(=22.93/16.56)가 향상되었고 유해한 전자기장(EMF)은 10.4%(=25.89/28.89)가 오히려 감소되었음을 알 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 급전장치에서 기둥에 감기는 급전코일의 감은 횟수를 달리한 급전장치를 나타낸 사시도로서, (a)에서는 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 3회씩 감았고, (b)에서는 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 5회씩 감았다.
이는 급전코일의 감은 횟수를 증가시키면 급전출력이 증가하는 것을 나타내기 위한 것으로서, 그 결과값을 아래의 표 2에 나타내었다. 여기서 급전코어부(110)는 페라이트 재질이고 기판(111)의 넓이는 720mm로 하되, 기둥(113)의 높이는 제1,2 급전선(120,130)을 감은 횟수에 따라 달리하였다. 그리고 측정도구로는 맥스웰 자기장 시뮬레이션 툴(Ansys_Maxwell 16.0)을 사용하였고, Magnetic B-Field 분석과 Induced Voltage를 이용한 예상 출력값을 계산하였다.
감은 횟수 높이 EMF (μT) 출력(kW)
3회 80mm 28.16 42.08
5회 145mm 33.68 60.52
7회 205mm 51.23 74.18
위의 표 2에 나타난 바와 같이 기둥(113)에 감기는 제1,2 급전선(120,130)의 감은 횟수 및 기둥(113)의 높이를 증가시키면 급전출력이 높아지는 것을 알 수 있다.
여기서 기둥(113)의 높이와 기판(111)의 양쪽 절곡된 구조의 높이가 동일하게 변경되도록 하였다. 이는 페라이트 재질로 이루어진 기판(111)의 양쪽 절곡된 구조의 높이가 높아질수록 급전출력은 증가되고 유해한 전자기장(EMF)은 감소되기 때문이다.
반면, 기둥(113)의 높이를 변경하지 않고 기판(111)의 양쪽 절곡된 구조의 높이를 변경하였을 경우에는 유해한 전자기장(EMF)의 값은 큰 변동이 없지만, 급전출력은 현저히 낮은 경향을 보였다. 반대로 기판(111)의 양쪽 절곡된 구조의 높이 변경 없이 기둥(113)의 높이를 증가시키면 급전출력은 증가되지만 유해한 전자기장(EMF) 값이 증가 되는 경향을 확인 할 수 있었다.
도 6은 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치의 일 실시예를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도로서, 이웃하는 기둥(113) 간에 형성되는 자극이 한 시점에서 모두 같은 자극으로 동일하게 형성되도록 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향을 동일하게 하고, 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 3회씩 감았으며, 전체 급전장치(100)에서의 최종단 상태를 도시하였다.
사시도 (a) 및 평면도 (c)에서는 먼저, 전류 방향이 주행방향과 같은 제1 급전선(120)이 기둥(113) 안쪽에 시계반대 방향으로 감기고, 다음으로 최종단에서 돌아 나오되 전류 방향이 제1 급전선과 반대 방향인 제2 급전선(130)은 제1 급전선(120) 외부에 감겨 2중으로 감긴 구조로서, 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향과 각 급전선(120, 130)에서 전류가 흐르는 방향을 화살표로 표시하였다.
측면도 (b)에서는 상술한 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향이 동일하여 그에 따른 전류 방향이 동일해짐에 따라 기둥(113)와 제1,2 급전선(120, 130) 주위에 생성되는 자기장의 방향도 모두 같은, 단일 자극이 형성됨을 화살표로 표시하였다.
즉, 예를 들어 각 기둥(113) 및 제1,2 급전선(120, 130)에 생성되는 자기장의 방향은 도 6에서는 모두 상부로 향하게 도시되었지만, 여기서 자기장의 방향이 동일하게 형성된다는 것은 인가되는 전류가 교류라고 하면 어느 한 시점에서 N극 또는 S극이 형성될 수 있는 것을 말하는 것이고, 각각의 기둥(113)에 형성되는 자극이 N-N-N... 또는 S-S-S...와 같은 형태가 될 수 있는 것을 말한다.
이와 같이 급전장치(100)에 모두 단일한 자극이 형성된 단자극형 급전장치(100)인 경우에는 상대적으로 차량 주행 중에 집전이 용이하게 되는데 이에 대한 시뮬레이션 결과는 후술하기로 한다.
도 7은 단자극형 이층 급전코일 구조 급전장치의 일 실시예를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도로서, 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 구조를 달리한 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도, 측면도 및 평면도이다.
'단자극형'이라 함은 기둥(113)에 형성되는 자극이 모두 같은 자극으로 동일하게 형성되도록 제1,2 급전선(120, 130)의 전류 방향을 동일하게 한 것을 지칭하고, '이층 급전코일 구조'라 함은 전류의 흐름이 도로의 주행방향과 같은 제1 급전선(120)을 먼저 각 기둥(113)의 하부에 중간 부분까지 감은 후, 이어서 최종단에서 돌아 나오는 제2 급전선(130)을 각각의 기둥(113)에서 감겨진 제1 급전선(120)의 바로 위 부분부터 이어서 감아 급전선의 감기는 구조가 2층 형태가 되도록 한 것을 지칭한다. 그리고 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 3회씩 감았고 전체 급전장치(100)에서의 최종단 상태를 도시하였다.
구체적으로, 사시도 (a) 및 평면도 (c)에서는 먼저, 전류 방향이 주행방향과 같은 제1 급전선(120)은 좌측 첫 번째 기둥(113)에 하부에서부터 상부로 감기되 시계반대 방향으로 중간 부분까지 감긴 후, 이웃한 다음의 기둥(113)의 좌측면으로 들어가 같은 높이의 중간 부분부터 하부로 동일한 시계반대 방향으로 감기고, 다시 이웃한 다음의 기둥(113)으로 이어져 들어가 하부로부터 상부로 동일한 시계 반대 방향으로 감겨서, 이와 같은 방식을 반복하여 최종단에 이르게 된다.
최종단에서 돌아 나오는 제2 급전선(130)은 제1 급전선(120)과 중간 부분부터 이어져 상부로 감겨 올라가되 시계 반대 방향으로 감긴 후 그 다음의 기둥(113)으로 이어진다. 여기서 제2 급전선(130)은 기둥(113)의 우측면으로 들어가 기둥(113)의 상부에서부터 제1 급전선(130)이 감겨진 부분까지 감기되 동일한 시계 반대 방향으로 감기고, 이와 같은 방식을 교대로 하여 최초의 입력단까지 이르게 된다.
즉, 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향과 각 급전선(120, 130)에서 전류가 흐르는 방향을 화살표를 통해 보면 제1,2 급전선(120)이 기둥(113)에 모두 시계반대 방향으로 감겨 전류 방향도 동일해짐을 알 수 있다.
측면도 (b)에서는 상술한 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향이 동일하고 그에 따라 전류가 흐르는 방향이 동일해짐에 따라 기둥(113)과 제1,2 급전선(120, 130) 주위에 생성되는 자기장의 방향도 모두 단일 자극이 형성됨을 화살표로 표시하였다.
즉, 도 7에서는 각 기둥(113) 및 제1,2 급전선(120, 130)에 생성되는 자기장의 방향은 모두 상부로 향하도록 도시되었지만, 여기서 자기장의 방향이 동일하게 형성된다는 것은 인가되는 전류가 교류라고 하면 어느 한 시점에서 N극 또는 S극이 형성될 수 있는 것을 말하는 것이고, 각각의 기둥(113)에 형성되는 자극이 N-N-N... 또는 S-S-S...와 같은 형태가 될 수 있는 것을 말한다.
이와 같이 급전장치(100)의 기둥(113)에 급전선(120, 130)이 감기는 구조를 달리하여 이중 급전코일 구조 급전장치(100)와 이층 급전코일 구조 급전장치(100)로 함으로써 급전장치(100)가 실제 도로에 매설될 때 상황에 따라 용이하게 선택될 수 있도록 하였다. 즉, 급전장치(100)가 매설될 도로의 굴착 깊이가 깊을 때는 이층 급전코일 구조의 급전장치(100)를 선택할 수 있고, 얕을 때는 이중 급전코일 구조의 급전장치(100)를 선택할 수 있도록 하여 실제 현장에서 유용하도록 하였다.
도 8은 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정면도로서, '쌍자극형'이라 함은 이웃하는 각 기둥(113) 간에 형성되는 자극이 N극과 S극이 서로 교대로 형성될 수 있도록 제1,2 급전선(120, 130)의 전류 방향을 각 기둥(113) 마다 다르게 한 것을 지칭하고, '이중 급전코일 구조'라 함은 도 6에 대한 설명에서 상술한 바와 같다. 그리고 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 3회씩 감은 것을 나타내었고 전체 급전장치(100)에서의 최종단 상태를 도시하였다.
구체적으로, 사시도 (a) 및 평면도 (c)에서는 먼저, 전류 방향이 주행방향과 같은 제1 급전선(120)이 좌측 첫 번째 기둥(113) 안쪽에 하부에서부터 상부로 감기되 시계반대 방향으로 감기고, 그 다음의 기둥(113)에서는 제1 급전선(120)이 기둥(113)의 반대 측면으로 엇갈려 들어가 안쪽에 시계 방향으로 감기고, 이와 같은 방식을 교대로 반복하여 최종단에 이르게 된다.
최종단에서 돌아 나오는 제2 급전선(130)은 제1 급전선(120) 외부에 상부로부터 하부로 감기되 시계 반대 방향으로 감기고, 그 다음의 기둥(130)에서는 제2 급전선(130)이 기둥(113)의 반대 측면으로 엇갈려 들어가 제1 급전선(130)의 외부에 상부로부터 하부로 감기되 시계 방향으로 감기고, 이와 같은 방식을 교대로 하여 최초의 입력단까지 이르게 된다.
즉, 본 실시예에서는 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 2중으로 감기되, 각 기둥(113)에서 감기는 방향을 달리하는 구조로서, 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향과 각 급전선(120, 130)에서 전류가 흐르는 방향을 화살표로 표시하였다.
측면도 (b)에서는 상술한 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향이 교대로 달라져서 그에 따른 전류 방향이 교대로 달라짐에 따라 이웃하는 기둥(113) 마다 각각에 생성되는 자기장의 방향이 N극과 S극 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 쌍자극형 급전장치(100)인 경우에는 상대적으로 차량 정차 중에 집전이 용이하게 되는데 이에 대한 시뮬레이션 결과는 후술하기로 한다.
도 9는 쌍자극형 이층 급전코일 구조 급전장치의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정면도로서, '쌍자극형'이라 함은 도 8에 대한 설명에서와 같이 기둥(113)에 자극이 교대로 나타나는 것을 지칭하고, '이층 급전코일 구조'라 함은 도 7에서 상술한 바와 같이 기둥(113)의 하부에는 제1 급전선(120)을 감고 상부에는 제2 급전선(130)을 감은 구조를 지칭한다. 그리고 기둥(113)에 제1,2 급전선(120,130)을 각각 3회씩 감은 것을 나타내었고 전체 급전장치(100)에서의 최종단 상태를 도시하였다.
구체적으로, 사시도 (a) 및 평면도 (c)에서는 먼저, 전류 방향이 주행방향과 같은 제1 급전선(120)은 좌측 첫 번째 기둥(113)에 좌측면에서부터 들어가 하부에서부터 상부로 감기되 시계반대 방향으로 중간 부분까지 감긴 후, 이웃한 다음의 기둥(113)에서는 엇갈려서 우측면으로 들어가 같은 높이의 중간 부분부터 하부로 시계 방향으로 감기고, 다시 이웃한 다음의 기둥(113)의 좌측면으로 이어져 같은 방식을 반복하여 최종단에 이르게 된다.
최종단에서 돌아 나오는 제2 급전선(130)은 제1 급전선(120)과 중간 부분부터 이어져 상부로 감겨 올라가되 시계 반대 방향으로 감겨 우측면으로 돌아 나가고, 다시 그 다음의 기둥(113)에서는 엇갈려서 좌측면으로 들어가 제1 급전선(120)이 감긴 부분 다음부터 상부로 감겨 올라가되 시계 방향으로 감겨 좌측면으로 돌아 나가고, 다시 좌측 첫 번째 기둥(113)의 우측면으로 들어가 제1 급전선(120)이 감긴 부분 다음부터 상부로 감겨 올라가되 시계반대 방향으로 감겨 우측면으로 돌아 나가고, 이와 같은 방식을 교대로 하여 최초의 입력단까지 이르게 된다.
즉, 본 실시예에서는 제1 급전선(120)이 기둥(113)의 하부에 감기고 제2 급전선(130)은 이어서 그 상부에 감기며 각 급전선(120,130)이 교차하는 부분에서는 항상 제2 급전선(130)이 상부로 위치하도록 하되, 각 기둥(113)에서 각 급전선(120,130)이 감기는 방향은 각각의 기둥(113)마다 교대로 달리하는 구조이다.
여기서, 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향과 각 급전선(120, 130)에서 전류가 흐르는 방향을 화살표로 표시하였다.
측면도 (b)에서는 상술한 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 방향이 각각의 기둥(113) 마다 교대로 달라지고 그에 따라 전류가 흐르는 방향이 교대로 달라짐으로써 이웃하는 기둥(113) 마다 생성되는 각각의 자기장의 방향도 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 쌍자극형 급전장치(100)인 경우에는 상대적으로 차량 정차 중에 집전이 용이하게 되는데 이에 대한 시뮬레이션 결과는 후술하기로 한다.
또한 이중 급전코일 구조 급전장치(100)와 이층 급전코일 구조 급전장치(100)는 상술한 바와 같이 급전장치(100)가 매설될 도로의 굴착 깊이에 따라 깊을 때는 2층 급전코일 구조의 급전장치(100)를 선택할 수 있고, 얕을 때는 이중 급전코일 구조의 급전장치(100)를 선택할 수 있어 실제 현장에서 유용하도록 하였다.
도 10은 도 6에 도시된 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치에 있어서 차량 주행 중에 집전 픽업에 급전 출력이 집전되는 상태를 나타낸 개요도 및 집전 픽업에 집전되는 급전 출력 값 그래프를 도시한 것이다.
차량이 도로를 주행함에 따라 집전픽업(200)은 매설된 급전장치(100) 위를 지나가게 된다. 이때 기둥(113)의 위치와 집전픽업(200)의 위치가 일치될 때에 최대 급전출력이 집전픽업(200)으로 집전된다. 그리고 집전픽업(200)이 기둥(113) 사이, 즉 제1,2 급전선(120,130)으로만 이어진 부분을 지나가게 될 때에 최소 급전출력이 집전픽업(200)으로 집전된다.
이 때, 도 10에 도시된 바와 같이 집전장치(100)의 이동시 일부분 구간인 1,800mm 구간을 정하여 그 안에서 집전픽업(200)이 지나가는 거리에 따라 집전되는 전압 및 출력을 아래의 표 3에 나타내었다.
거리(mm) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800
전압(V) 1726 2098 2281 2276 2155 2050 2134 2342 2473 2467 2309 2094 2009 2133 2302 2337 2190 1836 1366
출력(W) 29342 35666 38777 38692 36635 34850 36278 39814 42041 41939 39253 35598 34153 36261 39134 39729 37230 31212 23222
위의 표 3을 참조하면 최대 급전출력은 42KW이고, 최소 급전출력은 34KW이며, 평균 급전출력은 약 38KW로 측정되었다.
이와 같이, 도 6과 도7에 도시된 단자극형 급전장치(100)의 경우에는 최대 급전출력과 최소 급전출력 사이의 급전출력 변동폭이 적어 차량에 장착된 레귤레이터 설계가 용이하고 차량의 주행 중에 일정 정도 이상의 급전출력을 항상 집전할 수 있다는 이점이 있다.
도 11은 도 10에 도시된 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치와 집전픽업(200) 사이의 자기장 분포도를 나타낸 도면으로서, 집전픽업(200) 위로는 자기장의 분포가 거의 없음을 알 수 있다. 이는 집전픽업(200)이 장착된 차량이 급전장치(100) 위를 지나가더라도 승객들에게 도달하는 자기장을 상당히 줄일 수 있음을 알 수 있게 한다.
도 12는 도 8에 도시된 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치에 있어서 차량 주행 중에 집전 픽업에 급전 출력이 집전되는 상태를 나타낸 개요도 및 집전 픽업에 집전되는 급전 출력 값 그래프를 도시한 것으로 집전픽업(200)과 급전장치(100)와의 작동 상황은 도 10에서와 동일하다.
집전장치(100)의 이동시 일부분 구간인 1,800mm 구간을 정하여 그 안에서 집전픽업(200)이 지나가는 거리에 따라 집전되는 전압 및 출력을 아래의 표 4에 나타내었다.
아래의 표 4를 참조하면 최대 급전출력은 50KW으로 매우 높고 최소 급전출력은 13KW로서 매우 낮으며 평균 급전출력 또한 약 32KW로 감소한 것으로 측정되었다.
거리(mm) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800
전압(V) 1778 2098 3321 3069 2424 1474 1865 2712 3362 3339 2664 1840 1443 2369 3039 3396 3039 2100 1850
출력(W) 30226 35887 44965 40681 29716 13566 20213 34612 50664 50273 33796 19788 13039 28781 40171 46240 36261 31484 28985
이와 같이, 도 8과 도9에 도시된 쌍자극형 급전장치(100)의 경우에는 최대 급전출력과 최소 급전출력의 차이에 대한 변동 폭이 커서 차량에 장착된 레귤레이터 설계가 까다로워지는 단점이 있다. 하지만 단자극형 급전장치(100) 보다는 최대 급전출력이 더 높으므로 집전픽업(200)과 기둥(113)의 위치를 일치시킬 수 있는 차량의 정차 중 충전에 유리한 방식이다.
도 13은 도 12에 도시된 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)와 집전픽업(200) 사이의 자기장 분포도를 나타낸 도면으로서, 급전장치(100)의 기둥(113)들의 간격이 작아서 자속이 차량에 장착된 집전픽업(200)으로 직접 유입되지 않고 기둥(113)들끼리 직접 연결되는 것을 알 수 있다. 즉, 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)는 차량의 주행 중일 때보다는 정차 중일 때 효과적인 충전방식임을 알 수 있다. 그리고, 주행 중이라고 하더라도 기둥(113)들 간의 간격을 넓히면 자속이 기둥(113)들끼리 직접 연결되는 것을 어느 정도 방지할 수 있어 집전픽업(200)에 유입되는 자속의 양을 늘릴 수 있다.
도 14는 도 10과 도 12에서 설명한 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)의 출력 그래프 (a)와 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)의 출력 그래프 (b)를 동시에 나타낸 것으로서 이들 두 구조의 차이에 의한 출력의 차이를 쉽게 알 수 있도록 하였다.
도 15 내지 도 18은 지금까지 설명한 급전장치(100)에서 급전코어부(110)마다 장착된 판자형 구조의 기판(111)을 일정한 간격으로 연속적으로 배열된 'ㄷ'형 막대 모양 기판으로 대체한 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 15는 단자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)이고, 도 16은 단자극형 이층 급전코일 구조 급전장치(100)이며, 도 17은 쌍자극형 이중 급전코일 구조 급전장치(100)이며, 도 18은 쌍자극형 이층 급전코일 구조 급전장치(100)이다.
도 15 내지 도 18에 도시된 'ㄷ'형 막대 모양 기판은 도 6 내지 도 9에 도시된 판자형 기판(113) 보다 급전장치(100)의 급전출력은 떨어지지만 건설단가를 낮출 수 있고 직선도로에 적합하다.
이상과 같이 본 발명에서는 급전장치(100)에서 제1,2 급전선(120, 130)이 기둥(113)에 감기는 구조를 달리함으로써 급전출력을 향상시킬 수 있었다.
도 19는 급전장치(100)에서 제1 급전선 또는 제2 급전선 중 어느 하나의 선만이 급전코어부(110)에 설치되도록 하되, 본 발명의 일실시예로서, 하나의 선만으로 설치된 급전코일(115)이 기둥(113)에 6회 감긴 것을 나타낸 사시도와 측면도이다.
여기에서, 하나의 선만으로 설치되는 급전코일(115)이 기둥(113)에 6회 감긴 것을 본 발명의 일실시예로서 나타내었지만, 급전코일(115)이 기둥(113)에 감기는 횟수는 얼마든지 변경이 가능함은 물론이다.
또한, 급전코일(115)이 기둥(113)에 감기는 방향은 이웃하는 기둥끼리 모두 동일하도록 하여 단자극형의 급전장치(100)를 본 발명의 일실시예로서 나타내었지만, 상술한 예에서처럼 급전코일(115)이 기둥(113)에 감기는 방향이 이웃하는 기둥끼리 교번으로 달라지도록 하여 쌍자극형의 급전장치(100)가 될 수도 있음은 물론이다.
또한, 도 8이나 도9와 같이 판자형구조의 기판(111)에 적용할 수도 있다. 이와 같이 하나의 선만으로 급전장치를 구성하면 설치현장에서 작업이 매우 쉬워지고 남은 1개의 급전선은 전자기장(EMF)를 줄이기 위한 역자기장선으로 사용가능해지는장점이 있다.
도 20 내지 도 23은 도 6 내지 도 9에서 도시된 판자형 구조의 기판(111)을 막대 모양의 기판으로 대체한 다양한 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 20은 단자극형 이중 급전코일 구조의 급전장치로서 도 6에 도시된 판자형 구조의 기판(111)을 막대 모양의 기판(111)으로 대체한 것이고, 도 21은 단자극형 이층 급전코일 구조의 급전장치로서 도 7에 도시된 판자형 구조의 기판(111)을 막대 모양의 기판(111)으로 대체한 것이고, 도 22는 쌍자극형 이중 급전코일 구조의 급전장치로서, 도 8에 도시된 판자형 구조의 기판(111)을 막대 모양의 기판(111)으로 대체한 것이고, 도 23은 쌍자극형 이층 급전코일 구조의 급전장치로서, 도 9에 도시된 판자형 구조의 기판(111)을 막대 모양의 기판(111)으로 대체한 것이다.
도 20 내지 도 23에 도시된 막대 모양 기판(111)은 도 16 내지 도 18에 도시된 연속적으로 배열된 막대 모양의 기판(111) 보다 급전출력은 떨어지지만 건설단가를 낮출 수 있고 곡선도로에 적합하다.
상기와 같은 전기자동차용 급전장치는 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.
<부호의 설명>
100: 급전장치 110: 급전코어부
111: 기판 113: 기둥
120: 제1 급전선 130: 제2 급전선
200: 집전장치

Claims (11)

  1. 자기유도방식에 의하여 비접촉으로 전력을 공급하는 전기자동차용 급전장치에 있어서,
    특정장소나 도로 진행방향을 따라 이격되게 설치되는 기판과 기둥을 포함하는 급전코어부; 및
    자기장을 형성하도록 하는 제1,2 급전선;을 포함하되,
    상기 제1,2 급전선은 상기 급전코어부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전선은, 상기 기둥에 1회 이상 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 감긴 외경에 감기어 이중으로 감기는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전선은, 상기 기둥 하부에 1회 이상 감기고, 상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 감긴 부위에 이어서 상기 기둥 상부에 1회 이상 감기는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 급전선은, 상기 기둥의 좌측면과 우측면 중 어느 하나의 면을 선택해 지나가되 이웃하는 상기 기둥끼리는 모두 동일한 측면을 지나가며 감기고,
    상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 지나가는 기둥의 반대편 측면을 지나가며 감기는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 급전선은, 이웃하는 상기 기둥의 좌측면과 우측면을 번갈아 지나가며 감기고,
    상기 제2 급전선은, 상기 제1 급전선이 지나가는 기둥의 반대편 측면을 지나가며 감기는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1, 2 급전선 각각이 어느 하나의 상기 기둥에 감기는 방향은 동일하되, 상기 제1, 2 급전선이 기둥에 감긴 방향은 이웃하는 기둥끼리 모두 동일한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1, 2 급전선 각각이 어느 하나의 상기 기둥에 감기는 방향은 동일하되, 상기 제1, 2 급전선이 기둥에 감긴 방향은 이웃하는 기둥끼리 교번으로 달라지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  8. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1, 2 급전선이 감기는 횟수 합계는 복수개의 상기 기둥별로 각각 개별적으로 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  9. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    하나의 상기 기둥에서 상기 제1 급전선과 상기 제2 급전선이 감기는 횟수는 각각 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전선 또는 제2 급전선 중 어느 하나의 선만이 상기 급전코어부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기자동차용 급전장치는,
    도로를 따라 다수개가 이격되어 연속되게 설치되거나 일정장소에 설치되어 전기자동차에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 급전장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101879938B1 (ko) * 2016-06-29 2018-07-18 한국기술교육대학교 산학협력단 역자기장선을 이용한 전기자동차용 급전장치 구조

Citations (5)

* 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
KR20110034314A (ko) * 2009-09-28 2011-04-05 한국과학기술원 전기자동차용 급전장치 및 집전장치
KR101038759B1 (ko) * 2009-12-21 2011-06-03 한국과학기술원 Ｅｍｆ 능동차폐 기능을 포함하는 온라인 전기자동차용 집전장치
KR20120016521A (ko) * 2010-08-16 2012-02-24 한국과학기술원 자기유도식 전력전달 장치 및 이를 이용한 이동체
KR20130033234A (ko) * 2011-09-26 2013-04-03 한국과학기술원 루프형태의 전자파 차폐장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN1595765A (zh) * 2004-06-22 2005-03-16 陈远鸿 能连续长久行使的可免电池的无线电动行车装置
KR101131581B1 (ko) 2009-12-16 2012-03-30 한국과학기술원 모듈화된 전기자동차용 급전장치
KR101087768B1 (ko) * 2010-05-26 2011-11-30 한국과학기술원 자기유도 전력전달용 급전장치와 집전장치의 전자기 차폐장치
CN102693819B (zh) * 2012-06-04 2016-01-20 南京航空航天大学 可聚磁的轨道式非接触变压器及原边绕组排布方法
CN104578240A (zh) * 2014-10-18 2015-04-29 刘跃进 一种自动聚焦无线充电带系统及无线充电带全自动铺设设备

Patent Citations (5)

* 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
KR20110034314A (ko) * 2009-09-28 2011-04-05 한국과학기술원 전기자동차용 급전장치 및 집전장치
KR101038759B1 (ko) * 2009-12-21 2011-06-03 한국과학기술원 Ｅｍｆ 능동차폐 기능을 포함하는 온라인 전기자동차용 집전장치
KR20120016521A (ko) * 2010-08-16 2012-02-24 한국과학기술원 자기유도식 전력전달 장치 및 이를 이용한 이동체
KR20130033234A (ko) * 2011-09-26 2013-04-03 한국과학기술원 루프형태의 전자파 차폐장치

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