WO2020190121A1 - 이동수단의 무선충전 수신코일 및 이동수단의 무선충전용 전력수신장치 - Google Patents

이동수단의 무선충전 수신코일 및 이동수단의 무선충전용 전력수신장치 Download PDF

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moving means
receiving coil
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최종학
이승환
김나영
김태경
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Definitions

  • the embodiment relates to a receiving coil and a power receiving device for wireless charging of moving means such as electric vehicles and drones, and more particularly, wireless charging reception of a moving means capable of implementing a greater number of coil rotations in a limited space. It relates to a power receiving device for wireless charging of a coil and a moving means.
  • wireless power charging is a method of charging a battery by flowing current through electromagnetic induction.
  • a magnetic field generated by a current flowing through a primary coil of a charger generates an induced current in a secondary coil of a battery, and the induced current recharges chemical energy into the battery.
  • This technology is a safe and simple charging method because the contact point is not exposed and there is little risk of electric leakage.
  • Korean Patent Application Publication No. 10-2012-0081051 Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0004416, etc. are disclosed as wireless power charging technology.
  • the wireless power transmission method disclosed in the prior art power is transmitted based on the electromotive force induced in the coil of the rod part (battery), and this electromotive force is proportional to the magnetic flux linked to the coil. That is, when the number of rotations of the coil for wireless power charging increases, the inductance value also increases. Therefore, in order to increase the charging performance, the number of rotations of the coil must be increased. However, since the charging module of the electric vehicle has a limited size, the number of rotations of the coil is also limited, and the inductance value accordingly is also limited.
  • the object of the embodiment is that the wires constituting the receiving coil are arranged in close contact with each other by reducing the spacing between other wires while forming a plurality of rows and/or layers. It is to provide a wireless charging receiving coil and a power receiving device of a mobile means that can be implemented.
  • the wire is formed in a cross-section such as a polygon that is elongated in the vertical direction, and is arranged in close contact with the wires of different layers and/or other rows adjacent to each other, so that the number of rotations is increased in a space of a limited width. Wire placement can be implemented.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means includes an electric wire having a conductive portion and an insulating layer, the wire includes a coating layer and the electric wire, and a plurality of the electric wires are arranged side by side in the coating layer. And the wires are arranged in a plurality of rows of rings, and both ends of the wires provide a wireless charging receiving coil for a moving means connected to a battery.
  • the cross-section of the wire has a cross-sectional width and a cross-sectional height
  • the cross-sectional width is the width of the wire
  • the cross-sectional height is the height of the wire
  • the cross-sectional height is greater than the cross-sectional width
  • a ratio of the sum of the cross-sectional areas of the conductive parts to the wire cross-sectional area may be 0.4 to 0.7.
  • the insulating layer may surround the surface of the conductive part.
  • the wire may include 10 to 10,000 conductive parts.
  • the wire may be a rolled wire or a drawn wire.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means may have an increase in the number of turns by 8% or more compared to a wire having the same cross-sectional area and a circular cross-section.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means may have an inductance increase of 8% or more compared to a wire having the same cross-sectional area and a circular cross-section.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means may include 600 or more insulating coated conductive parts based on a unit width of 5 mm.
  • the wire may be arranged in multiple layers.
  • the means of transportation may be an electric vehicle or a drone.
  • another embodiment is a receiving pad; And it provides a wireless charging power receiving device for the mobile means; including a; receiving coil is disposed on one surface of the receiving pad.
  • the receiving coil is a wireless charging receiving coil for the moving means described above.
  • another embodiment provides a moving means, including the power receiving device for wireless charging of the moving means described above.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means of the embodiment and the power receiving device for wireless charging of the moving means using the same can exhibit a high inductance value by implementing a larger number of wire rotations in a limited space.
  • the wireless charging receiving coil of the moving means of the embodiment and the power receiving device for wireless charging of the moving means using the same can be closely contacted with no or minimized spaced space between the wires.
  • the volume can be further reduced by being in close contact with the wires of other adjacent rows in opposite directions.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a wireless power receiving apparatus for wireless charging of an electric vehicle as an example of a moving means according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a wireless power receiver for wireless charging of a moving means according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a wireless power receiver for wireless charging of a mobile means according to an embodiment.
  • 4 to 6 are longitudinal cross-sectional views each showing another embodiment of the wire shown in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an electric wire applied to an embodiment in cross section.
  • the term "combination of these" included in the expression of the Makushi form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the constituent elements described in the expression of the Makushi form, and the constituent elements It means to include one or more selected from the group consisting of.
  • a means of movement is a concept in a broad sense that refers to all means of moving a location by applying electricity as power, and means of negotiated transportation (car, motorcycle, airplane, ship, etc.) for moving the driver and/or occupant.
  • transportation means herein such as trucks and forklifts, airplanes, ships, railways, etc.
  • the moving means includes moving means that are controlled remotely or with a program prepared in advance while the driver is not located within the moving means.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a wireless power receiving apparatus 10 for wireless charging of a moving means 1 according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing a wireless power receiving for wireless charging of a moving means 1 according to an embodiment
  • FIGS. 3 to 6 are longitudinal cross-sectional views each showing a wireless power receiving apparatus 10 for wireless charging of a moving means according to an embodiment
  • 7 is a conceptual diagram illustrating an electric wire applied to an embodiment in cross section.
  • the wireless charging receiving coil 200 of the moving means 1 is included in the moving means 1 including a battery that moves electricity by power, and is guided by a power supply unit located outside the moving means. It is a receiving coil 200 that generates a current.
  • the receiving coil 200 includes a wire 210 wound around the receiving pad 100 in a plurality of rows of rings with both ends connected to the battery.
  • the cross-section of the wire 210 has a cross-sectional width (Lw) and a cross-sectional height (Lh).
  • the cross-sectional width Lw is substantially parallel to one surface of the receiving pad 100 and is the cross-sectional length of the wire 210 viewed in the x or y direction corresponding to the width of the wire 210.
  • the cross-sectional length is not constant, one corresponding to the longest length among those corresponding to the cross-sectional length is defined as the cross-sectional width Lw.
  • the cross-sectional height Lh is a cross-sectional length of the wire viewed in the z direction corresponding to the height of the wire 210.
  • the cross-sectional length is not constant, one corresponding to the longest length among those corresponding to the cross-sectional length is defined as the cross-sectional height Lh.
  • the cross-sectional height Lh is larger than the cross-sectional width Lw.
  • the power receiving device 10 for wireless charging of the moving means 1 is installed in a moving means 1 such as an electric vehicle to receive an induced current supplied from a power supply unit 2 such as a charging station. Device.
  • the power supply unit 2 generates an induced current in the power receiving device 10 through external power by the moving means 1 installed on a surface such as a charging station or a road.
  • the power receiving device 10 is installed at a predetermined position such as the bottom of the moving means 1 and faces the power supply 2 at regular intervals and generates an induced current through the electromagnetic induction phenomenon by the power supply 2 Thus, it is possible to wirelessly charge the battery of the moving means (1).
  • the power supply unit 2 is applicable as long as it can induce a change in the magnetic field to the power receiving device for wireless charging by using external power.
  • the external power includes, for example, power from a commercial power source, and any power supply means can be applied without limitation.
  • the wireless charging power receiving device 10 may include a receiving pad 100 and a receiving coil 200.
  • the receiving pad 100 is installed on the bottom of the moving means 1 to face the power supply 2 described above, and is formed of a magnetic material so that smooth mutual electromagnetic induction by the power supply 2 can occur. I can.
  • the receiving coil 200 may include a wire wound and arranged in a ring shape such as a square circle shape. At this time, since a wire of a certain thickness must be applied to a limited space, the number of turns of the applied wire is limited.
  • the thickness or number of turns of the wire is a factor that is directly connected to the charging efficiency in wireless power charging. As the number of turns increases, the strength of the magnetic induction action may increase, so it is good to maximize this efficiency.
  • a wire having a substantially circular cross section is wound in a limited space, an unnecessary space exists between adjacent wires, which may lead to inefficiency in magnetic induction.
  • the embodiment is a method of increasing the number of turns of wires having the same conductive part by minimizing the space between adjacent wires in a limited space, thereby increasing the inductance value and maximizing the power transmission efficiency within a limited space. to provide.
  • the receiving coil 200 may include one or more wires 210 having a predetermined length and including a plurality of conductive portions 211 (conducting wires) covered with the insulating layer 211a.
  • Both ends of the wire 210 are directly or indirectly connected to a battery, not shown.
  • the wire 210 may be disposed in a plurality of layers and/or rows of annular shapes on the surface of the receiving pad 100 to be included in the receiving coil 200.
  • the receiving coil 200 may be fixed to the receiving pad 100 through adhesion, or may be fixed to the receiving pad 100 through a separate binding member.
  • the wire 210 may be a Ritz wire.
  • the Ritz wire is a wire in which a plurality of wires 211 in the form of enclosing a conductive portion (eg, copper wire, 211b) in the covering layer 212 with an insulating layer (eg, an enamel insulating layer, 211a) are combined.
  • a conductive portion eg, copper wire, 211b
  • an insulating layer eg, an enamel insulating layer, 211a
  • the Ritz Wire can prevent the temperature of the core from rising by reducing the occurrence of a skin effect by applying an AC current.
  • the wire 210 may have a conductive part ratio of 0.4 to 0.7, which is a ratio of the sum of the cross-sectional areas of the conductive part 211b to the cross-sectional area of the wire based on the outer diameter of the wire.
  • the ratio of the conductive parts is less than 0.4, the conductive parts are formed too thin to cause breakage of the line or the thickness of the insulating part, which is the covering layer 212, may be too thick, and if it exceeds 0.7, heat loss may increase and efficiency may decrease.
  • the wire 210 may be a Litz wire including 10 to 10,000 wires.
  • the wire 210 may include 100 to 8,000 wires side by side.
  • the wire 210 may include 500 to 7,000 wires side by side.
  • the wire 210 may be a wire processed by rolling or drawing a wire having a circular cross section so that the height has a larger value than the width.
  • the wire 210 may have an oval, rectangular, trapezoidal, or triangular cross section.
  • the oval, rectangular, trapezoidal, or triangular shape means that the wire has the shape as a whole, not the shape of the wire.
  • the receiving coil 200 includes wires 210 positioned parallel to each other in the x-direction or y-direction, and the wires 210 may have at least a portion of side surfaces of adjacent wires in contact with each other. In this way, the wires can minimize a space existing between neighboring wires and maximize the number of wires or conductors located inside the wires.
  • the receiving coil 200 may increase the number of turns by 8% or more, and the number of turns may increase by 10% or more, compared to a case in which a wire having the same circular cross-sectional area as the wire 210 of the embodiment is applied. Specifically, the receiving coil 200 may increase the number of turns by 8 to 20% and may increase by 10 to 20% compared to the case of applying a wire having the same cross-sectional area as the wire 210 of the embodiment. The increase in the number of turns is evaluated based on a square receiving coil having a wire pad of 36 mm or less in width.
  • the receiving coil 200 may have an inductance increase of 8% or more, an inductance increase of 10% or more, compared to a case in which a circular wire having the same cross-sectional area as the wire 210 of the embodiment is applied, 12 It can increase by more than %. Specifically, the receiving coil 200 may have an inductance of 8 to 20% and an increase of 10 to 20% compared to the case of applying a circular wire having the same cross-sectional area as the wire 210 of the embodiment. , Can increase by 12 to 20%. The increase in the number of turns is evaluated based on a square receiving coil having a wire pad of 36 mm or less in width.
  • the receiving coil 200 may include 600 or more wires based on a unit width of 5 mm, 850 to 1400 wires, and 900 to 1200 wires. This includes a considerably large number of conductive parts based on the unit width, and a more efficient receiving pad 100 may be provided.
  • the receiving coil 200 may include a wire wound around the receiving pad 100 in a plurality of rows and/or in a plurality of layers in a ring shape.
  • a plurality of rows means that wires connected to each other are arranged side by side next to each other.
  • a plurality of layers means that at least two or more layers of wires connected to each other are arranged side by side.
  • the plurality of layers may be disposed so as to be in contact with each other, or may be disposed with a predetermined distance between each layer as necessary.
  • the wires arranged in a plurality of rows or layers may be connected to each other.
  • the wire 210 constituting the receiving coil 200 includes a coating layer 212 surrounding the outer circumferential surfaces of a plurality of wires 211, and a plurality of rows and/or a plurality of rows on the upper surface of the receiving pad 100 While forming a plurality of layers, it may be disposed in close contact with the wires 210 of other adjacent rows or layers.
  • the wire 210 is formed in a polygonal cross-section rather than a circular shape as shown enlarged, and thus may be arranged to be in close contact with the wires 210 of different rows 210 and/or the wires 210 of different layers to minimize a space apart from each other.
  • the cross section of the wire 210 is formed in a polygonal shape, and in particular, may be formed in a polygonal shape that is elongated in a vertical direction (height direction).
  • the cross section of the wire 210 is a vertical edge in contact with the wire 210 in a row having a different width of the horizontal edge (a) in contact with the receiving pad 100 or the wire 210 of another layer among the polygonal edges ( It can be formed narrower than the height of b).
  • the cross-section of the wire 210 may be formed in a rectangular cross-section in which a horizontal edge (a) is substantially perpendicular to a vertical edge (b) among corners constituting a polygonal cross-section.
  • the wire 210 having the rectangular cross-section may be disposed to have a greater number of rotations in a limited space by being in close contact with the other adjacent wires 210 without a spaced apart.
  • the wire 210 is formed in a cross-section in which the width of one of the horizontal corners (a) forming the cross-section of the polygon is narrower than the width of the other, so that the cross-section in which the vertical corner (b) is inclined It can be formed as As shown in FIG. 4, the wire 210 may be formed in a substantially trapezoidal cross-section formed parallel to each other while the transverse edges a are formed in different widths in cross-section, as shown in FIG. 5. It may be formed in a substantially triangular cross-section with only one transverse edge (a).
  • the wire 210 when the wire 210 according to an embodiment is formed in a trapezoidal cross section or a triangular cross section, a vertical edge (b) in the cross section is formed in an inclined shape, so a separation space that may occur when disposed in multiple rows and multiple layers As shown in FIGS. 4 and 5, the wires 210 of different rows adjacent to each other are disposed in opposite directions in cross section, so that they may be disposed in close contact with each other, and a more efficient receiving coil may be provided.
  • the wire 210 constituting the receiving coil 200 includes a coating layer 212 surrounding the outer circumferential surfaces of the plurality of wires 211, and a plurality of rows and layers are provided on the upper surface of the receiving pad 100. While achieving, it may be disposed in close contact with the wire 210 of another row and other layers adjacent to it.
  • the electric wire 211 has an insulating layer 211a and a conductive portion 211b.
  • the wire 210 is formed in an elliptical cross section rather than a circular shape as shown enlarged, and thus may be disposed to reduce a space between the wires 210 of different rows and the wires 210 of different layers and to be relatively close to each other.
  • the cross section of the wire 210 is formed in an elliptical shape, and in particular, may be formed in an elliptical shape that is elongated in the vertical direction (height direction).
  • the wire 210 may have a cross-sectional height (Lh) greater than a cross-sectional width (Lw).
  • Lh cross-sectional height
  • Lw cross-sectional width
  • the wire 210 may be manufactured in a polygonal or elliptical cross section during the manufacturing process, and may be manufactured into a circular cross section having a diameter of a preset size, and then processed into a polygonal or elliptical cross section by post-processing.
  • the wire 210 can be formed into a polygonal or elliptical shape of a set shape by rolling a wire of a circular cross section by applying a pressing means such as a roller, and the wire of a circular cross section is drawn through a die of a set shape. It can be formed into a polygonal cross section of the shape.
  • wire ratio Wr represented by Equation 1 below is 0.03 to 0.40.
  • Equation 1 Wr is the wire ratio, Sw is the output power (W) received by the receiving device, and Wn is the number of strands of the conductive part observed in the receiving coil applied to the receiving device.
  • the receiving device 10 having a wire ratio in this range can minimize heat generation of a conductive part and provide a receiving device having excellent charging efficiency.
  • the receiving device 10 may have a wire ratio of 0.04 to 0.35, and may be 0.05 to 0.31. With such a wire ratio, power can be received with excellent efficiency even with a receiver having a smaller size.
  • the receiving device 10 may be configured to receive an output power of 3 to 30 kW, and in this case, it is good for improving power reception efficiency to configure a wire to include a conductive portion of the number of strands described later.
  • a wire including a conductive part of 200 to 2200 strands may be applied, and a wire including a conductive part of 500 to 1500 strands may be applied. I can.
  • a wire including a conductive portion of 500 to 6500 strands may be applied, and a wire including a conductive portion of 600 to 6200 strands Can be applied.
  • the receiving coil may include a plurality of conductive parts, and the conductive part may have a diameter of 0.15 mm or less, and may be 0.05 to 0.15 mm.
  • the diameter of the conductive part is 0.15 mm or more, heating loss due to the skin effect may occur and the efficiency may decrease, and when applied to less than 0.05 mm, difficulty in processing or disconnection of the electrically conductive layer (metal wire, etc.) occurs. It is easy, and the manufacturing cost may increase.
  • the moving means 1 may be an electric vehicle or a drone.
  • the electric vehicle (EV) may be a wireless power transmission system using a magnetic induction method for an electric vehicle.
  • the electric vehicle includes an electric vehicle (EV) and an automobile defined in 49 CFR (code of federal regulations) 523.3.
  • the electric vehicle may have an automatic charging function.
  • Automatic charging may be defined as an operation of inductively charging a vehicle by placing a vehicle in an appropriate position with respect to a primary charger assembly capable of transmitting power. Automatic charging can be performed after obtaining the necessary authorizations and authorizations.
  • the receiving coil 200 may be included in a vehicle assembly.
  • the vehicle assembly may refer to an assembly disposed in a vehicle including a VA coil and other suitable components.
  • Other suitable components may include at least one component to control impedance and resonant frequency, ferrite and/or electromagnetic shielding material to strengthen the magnetic path.
  • the VA may include wiring between each unit, filtering circuits, housing, etc., as well as wiring of a rectifier/power converter and VA controller and vehicle battery required to function as a vehicle component of a wireless charging system. .
  • the receiving coil 200 may be included in a wireless charging assembly of a drone.
  • a drone's wireless charging assembly may refer to an assembly that is placed on a drone, including a receiving coil and other suitable components.
  • Other suitable components may include at least one component to control impedance and resonant frequency, ferrite and/or electromagnetic shielding material to strengthen the magnetic path.
  • the wireless charging assembly includes wiring between each unit, filtering circuits, housing, etc., as well as wiring for the rectifier/power converter and assembly controller and drone battery required to function as a drone component of a wireless charging system. can do.
  • the power receiving device 10 for wireless charging of the moving means is included in the moving means 1 including a battery that moves electricity by power, and is located outside the moving means and supplies power.
  • the receiving pad 100 on which a wire is located To generate an induced current by (2), the receiving pad 100 on which a wire is located; And, it includes; wireless charging receiving coil 200 of the moving means described above located on one surface of the receiving pad.
  • the power supply unit, the receiving pad, etc. can be applied without limitation as long as they are normally applied, and the moving means (1) includes a negotiated moving means (car, etc.), a transportation means (truck, etc.), and a drone that is moved unattended. And the like.
  • the moving means 1 includes the power receiving device 10 for wireless charging described above. Since the detailed description of the wireless charging power receiving device is duplicated with that described above, the description thereof will be omitted.
  • a 36 mm wire pad was placed along the 4 sides with a space of about 10 mm inside the 4 sides of each 250 mm horizontal and vertical acrylic plate.
  • a Ritz Wire having a circular cross section with a diameter of 3.5 mm was sequentially rotated on the four sides with one corner as a starting point, and the wires were arranged in two layers without a gap, and the Ritz Wire was allowed to exit to the corner of the starting point.
  • the receiving pad thus manufactured was used as the receiving pad of the comparative example.
  • the receiving pad was manufactured in the same manner as above, but after the Ritz wire was rolled to produce a substantially rectangular wire having a width of 3.3 mm, the receiving pad of the embodiment was manufactured in the same manner as above.
  • conductive portion 211a insulating layer

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Abstract

본 발명은, 이동수단의 무선충전 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치에 대한 것으로, 상기 수신코일은, 도전부 및 절연층을 갖는 전선을 포함하고, 와이어는 피복층 및 상기 전선을 포함하고, 상기 전선은 다수개가 상기 피복층 내에 나란히 배치되고, 상기 와이어는 복수 열의 고리 형상으로 배치되고, 상기 와이어의 양단부는 배터리와 연결되고, 상기 와이어 단면은 단면폭과 단면높이를 갖고, 상기 단면폭은 상기 와이어 단면의 폭이고, 상기 단면높이는 상기 와이어 단면의 높이이고, 상기 단면높이는 상기 단면폭보다 큰 것을 포함한다.

Description

이동수단의 무선충전 수신코일 및 이동수단의 무선충전용 전력수신장치
실시예는 전기자동차, 드론 등 이동수단의 무선충전을 위한 수신코일과 전력수신장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한정적 넓이의 공간에 더 많은 코일의 회전수를 구현할 수 있는 이동수단의 무선충전 수신코일 및 이동수단의 무선충전용 전력수신장치에 관한 것이다.
[연관된 출원과의 상호참조]
본 출원은 2019년 03월 21일에 출원된 대한민국 특허출원번호 제10-2019-0032597호에 의한 우선권의 이익을 가지며, 상기 우선권의 기초 출원의 내용 모두는 본 출원의 내용으로 포함된다.
일반적으로 무선전력충전은 전자기 유도(Electromagnetic Induction)를 통해 전류를 흐르게 하여 배터리를 충전하는 방식이다. 무선전력충전은, 충전기의 1차 코일에 흐르는 전류에 의해 발생한 자기장이 배터리의 2차 코일에 유도전류를 발생시키고, 유도전류가 다시 화학적 에너지를 배터리에 충전시킨다.
이러한 기술은 접점이 노출돼 있지 않아 누전 등의 위험이 거의 없어 안전하고, 간편한 충전 방식이다.
최근 들어 전기자동차 등 충전식 전동이동사단이 대중화되면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있으며, 다양한 충전방식이 등장하고 있다.
향후 전기자동차의 점차 보급이 늘어날 것으로 예상되고, 드론 등의 활용도점차 활발해질 것으로 예상됨에 따라 충전시간을 단축시키고 편의성을 증대시킨 안전하고 빠른 충전방식이 요구되고 있다. 이에 따라, 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 무선전력충전방식도 다양하게 제시되고 있다.
관련된 선행기술로서 한국 공개특허 제10-2012-0081051호, 한국 공개특허 제10-2013-0004416호 등이 무선전력 충전 기술로서 개시되어 있다.
선행기술에 개시된 무선전력 전송방식에 의하면 로드부(배터리) 부분의 코일에 유도되는 기전력을 바탕으로 전력을 전송하게 되는데, 이 기전력은 코일에 쇄교되는 자기장 다발(Magnetic flux)에 비례한다. 즉, 무선전력 충전을 위한 코일의 회전수가 증가할 경우 인덕턴스 값도 증가하므로 충전 성능을 높이기 위해서는 코일의 회전수를 증가시켜야 한다. 그러나, 전기자동차의 충전용 모듈은 한정적인 크기를 가지므로 코일의 회전수 또한 한정되고 그에 따른 인덕턴스 값도 한정되는 한계가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
실시예의 목적은 수신코일을 구성하는 와이어가 복수 열 및/또는 복수 층을 이루면서 다른 와이어들 사이에 존재하는 이격공간을 감소시켜 서로 밀착되게 배치됨으로써 한정적 넓이와 공간에 더 많은 회전수의 와이어 배치를 구현할 수 있는 이동수단의 무선충전 수신코일 및 전력수신장치를 제공하는 것이다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 와이어가 세로 방향으로 길게 형성되는 다각형 등의 단면으로 형성되어 서로 이웃하는 다른 층 및/또는 다른 열의 와이어와 밀착되게 배치됨으로써 한정된 폭의 공간에서 더 많은 회전수의 와이어 배치를 구현할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 이동수단의 무선충전 수신코일은 도전부 및 절연층을 갖는 전선을 포함하고, 와이어는 피복층 및 상기 전선을 포함하고, 상기 전선은 다수개가 상기 피복층 내에 나란히 배치되고, 상기 와이어는 복수 열의 고리 형상으로 배치되고, 상기 와이어의 양단부는 배터리와 연결된 이동수단의 무선충전 수신코일을 제공한다.
상기 와이어의 단면은 단면폭과 단면높이를 갖고, 상기 단면폭은 상기 와이어의 폭이고, 상기 단면높이는 상기 와이어의 높이이고, 상기 단면높이는 상기 단면폭보다 크다.
상기 와이어 단면적 대비 상기 도전부의 단면적 합의 비율이 0.4 내지 0.7일 수 있다.
상기 절연층은 상기 도전부의 표면을 감쌀 수 있다.
상기 와이어는 10 내지 10,000 개의 상기 도전부를 포함할 수 있다.
상기 와이어는 압연가공 와이어 또는 인발가공 와이어일 수 있다.
상기 이동수단의 무선충전 수신코일은 단면 면적이 동일하고 단면의 형상이 원형인 와이어를 적용한 것과 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한 것일 수 있다.
상기 이동수단의 무선충전 수신코일은 단면 면적이 동일하고 단면의 형상이 원형인 와이어를 적용한 것과 비교하여 인덕턴스가 8% 이상 증가한 것일 수 있다.
상기 이동수단의 무선충전 수신코일은 5 mm의 단위폭을 기준으로 600 개 이상의 절연피복된 도전부를 포함할 수 있다.
상기 와이어는 복수층으로 배치될 수 있다.
상기 이동수단은 전기차 또는 드론일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 다른 실시예는 수신패드; 그리고 상기 수신패드의 일면에 상이 배치된 수신코일;을 포함하는 이동수단의 무선충전 전력수신장치를 제공한다. 상기 수신코일은 위에서 설명한 이동수단의 무선충전 수신코일이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 또 다른 실시예는 위에서 설명한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치를 포함하는, 이동수단을 제공한다.
실시예의 이동수단의 무선충전 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치는 제한된 폭의 공간에서 더 많은 와이어 회전수의 구현을 통해 높은 인덕턴스 값을 발휘할 수 있다. 또한, 와이어의 회전수에 대한 상대적인 부피를 감소시킴으로써 무선충전모듈의 전체적인 부피를 감소시킬 수 있다.
실시예의 이동수단의 무선충전 수신코일 및 이를 이용한 이동수단의 무선충전용 전력수신장치는 와이어들 사이의 이격 공간이 없거나 최소화되어 밀착될 수 있고, 특히 와이어들이 사다리꼴이나 삼각형의 단면으로 형성될 경우에는 이웃하는 다른 열의 와이어와 서로 뒤집어진 반대방향으로 밀착됨으로써 부피를 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이동수단의 일 예인 전기자동차의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치를 나타내는 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 각각 도 3에 도시된 와이어의 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 일 실시예에 적용되는 전선을 단면으로 설명하는 개념도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나, 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 이동수단은 전기를 동력으로 적용하여 위치를 이동하는 모든 수단을 의미하는 광의의 개념으로, 운전자 및/또는 탑승자를 이동시키는 협의의 이동수단(자동차, 오토바이, 비행기, 배 등), 재화(물건)의 물리적 위치 이동을 목적으로 하는 운송수단(트럭, 지게차 등 중장비, 비행기, 배, 철도 등)을 포함한다. 또한, 상기 이동수단은 운전자가 해당 이동수단 내에 위치하지 않은 상태에서 원격으로 또는 미리 준비된 프로그램으로 조정되는 이동수단을 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 구성도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 사시도이며, 도 3 내지 도 6은 각각 일 실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 무선전력 수신장치(10)를 나타내는 종단면도이다. 도 7은 일 실시예에 적용되는 전선을 단면으로 설명하는 개념도이다.
이하, 상기 도 1 내지 도 7을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 이동수단(1)의 무선충전 수신코일(200)은, 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단(1)에 포함되어, 상기 이동수단 외부에 위치하는 전력공급부에 의해 유도전류를 발생하는 수신코일(200)이다.
상기 수신코일(200)은, 양단부가 상기 배터리에 연결된 상태로 수신패드(100)에 복수 열의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어(210)를 포함한다.
상기 와이어(210)의 단면은, 단면폭(Lw)과 단면높이(Lh)를 갖는다.
단면폭(Lw)은 상기 수신패드(100)의 일면과 실질적으로 평행하며 상기 와이어(210)의 폭에 해당하는 x 방향 또는 y 방향에서 본 상기 와이어(210)의 단면 길이다. 상기 단면 길이가 일정하지 않은 경우에는 상기 단면 길이에 해당하는 것 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 것을 단면폭(Lw)으로 한다.
단면높이(Lh)는 상기 와이어(210)의 높이에 해당하는 z 방향에서 본 상기 와이어의 단면 길이다. 상기 단면 길이가 일정하지 않을 경우에는 상기 단면 길이에 해당하는 것들 중에서 가장 긴 길이에 해당하는 것을 단면높이(Lh)으로 한다.
상기 단면폭(Lw)보다 상기 단면높이(Lh)가 더 크다.
도 1을 참조하면, 상기 이동수단(1)의 무선충전용 전력수신장치(10)는 전기차 등의 이동수단(1)에 설치되어 충전소 등의 전력공급부(2)에서 공급되는 유도전류를 수신하는 장치이다.
예시적으로, 전력공급부(2)는 이동수단(1)이 충전소나 도로 등의 표면에 설치되어 외부전력을 통해 전력수신장치(10)에 유도전류를 발생시킨다. 전력수신장치(10)는 이동수단 (1)의 저면 등 미리 정해진 위치에 설치된 상태로 전력공급부(2)에 일정한 간격을 두고 대면하면서 전력공급부(2)에 의한 전자기유도현상을 통해 유도전류를 발생하여 이동수단(1)의 배터리를 무선충전시킬 수 있다.
전력공급부(2)는 외부전력을 활용하여 무선충전용 전력수신장치에 자기장의 변화를 유도할 수 있는 것이라면 적용 가능하다. 여기서, 외부전력은 예컨대 상용전원에 의한 전력을 포함하며, 전력공급수단이라면 제한없이 적용 가능하다.
도 2를 참조하면, 상기 무선충전용 전력수신장치(10)는 수신패드(100) 및 수신코일(200)을 포함할 수 있다.
상기 수신패드(100)는 이동수단(1)의 저면에 설치되어 전술한 전력공급부(2)와 대면하는 것으로, 전력공급부(2)에 의한 원활한 상호 전자기유도작용이 발생할 수 있도록 자성소재로 형성될 수 있다.
수신코일(200)은 사각원형 형태 등의 고리 형태로 감겨 배치된 와이어를 포함할 수 있다. 이 때, 일정한 두께의 와이어를 한정된 공간에 적용해야 하므로 적용되는 와이어의 턴수가 한정된다.
와이어의 두께나 턴수는 무선전력충전에서 충전효율과 직결되는 요소로, 턴수가 증가할수록 자기유도작용의 세기가 증가될 수 있으므로, 이를 최대한 효율화 하는 것이 좋다. 단면이 실질적으로 원형인 와이어를 한정된 공간에 감는 경우, 서로 이웃하는 와이어들 사이에 불필요한 공간이 존재하게 되고, 이는 자기유도작용에서 비효율을 가져올 수 있다.
실시예는 한정된 공간에서 서로 이웃하는 와이어들 사이에 공간을 최소화하여 동일한 도전부를 갖는 와이어의 턴수를 늘리는 등의 방법으로, 인덕턴스 값을 증가시키고, 한정된 공간 내에서 전력전달효율을 극대화시킨 수신코일을 제공한다.
수신코일(200)은 소정의 길이를 가지며 절연층(211a)로 피복된 도전부(211, 도선)을 다수개 포함하는 와이어(210)를 1개 이상 포함할 수 있다.
와이어(210)의 양단부는 미도시된 배터리에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
와이어(210)는 수신패드(100)의 표면에 복수 층 및/또는 복수 열의 환형으로 배치되어 수신코일(200)에 포함될 수 있다. 이러한 수신코일(200)은 수신패드(100)에 접착을 통해 고정되거나, 별도의 결속부재를 통해 수신패드(100)에 고정될 수도 있다.
상기 와이어(210)는 리츠와이어일수 있다.
상기 리츠와이어는 피복층(212) 내에 도전부(예: 구리선 등, 211b)를 절연층(예: 에나멜 절연층, 211a)가 감싸는 형태의 전선(211)이 다수 결합된 와이어이다.
상기 리츠와이어는 교류전류 인가에 의한 표피효과 발생을 감소시켜 코어의 온도상승을 방지할 수 있다.
상기 와이어(210)는, 상기 와이어의 외경을 기준으로 하는 와이어의 단면적 대비 상기 도전부(211b)의 단면적들의 합의 비율인 도전부비율이 0.4 내지 0.7일 수 있다.
상기 도전부비율이 0.4 미만인 경우에는 도전부가 지나치게 얇게 형성되어 선의 끊어짐이 발생하거나 피복층(212)인 절연부의 두께가 너무 두꺼울 수 있고, 0.7 초과인 경우에는 열 손실이 커져 효율이 감소할 수 있다.
상기 와이어(210)는 10 내지 10,000 개의 전선을 포함하는 리츠 와이어일 수 있다. 상기 와이어(210)는 100 내지 8,000 개의 전선을 나란히 포함할 수 있다. 상기 와이어(210)는 500 내지 7,000 개의 전선을 나란히 포함할 수 있다.
상기 와이어(210)는 그 단면이 원형인 와이어를 압연가공 또는 인발가공으로 상기 폭보다 상기 높이가 더 큰 값을 갖도록 가공된 와이어일 수 있다.
상기 와이어(210)은 그 단면이 타원형, 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형일 수 있다. 상기 타원형, 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형의 형상은 와이어의 특성상 완전한 상기 형상이 아니고 전체적으로 상기 형상을 갖는 것을 의미한다.
상기 수신코일(200)은, 상기 x 방향 또는 y 방향으로 나란히 위치하는 와이어(210)를 포함하고, 상기 와이어(210)는 서로 이웃하는 와이어의 옆면의 적어도 일부가 서로 접할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 와이어들은 서로 이웃하는 와이어들끼리 사이에 존재하는 공간을 최소화시키고, 와이어 내부에 위치하는 전선 또는 도선부의 숫자를 최대화시킬 수 있다.
상기 수신코일(200)은, 실시예의 와이어(210)와 단면 면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한 것일 수 있고, 턴수가 10% 이상 증가할 수 있다. 구체적으로 상기 수신코일(200)은, 실시예의 와이어(210)와 단면 면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 비교하여 턴수가 8 내지 20% 증가할 수 있고, 10 내지 20% 증가할 수 있다. 상기 턴수 증가는 36 mm 폭 이하의 와이어 패드를 갖는 사각 수신코일을 기준으로 평가한다.
상기 수신코일(200)은, 실시예의 와이어(210)와 단면 면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 비교하여 인덕턴스가 8% 이상 증가한 것일 수 있고, 인턱턴스가 10% 이상 증가할 수 있으며, 12 % 이상 증가할 수 있다. 구체적으로, 상기 수신코일(200)은, 실시예의 와이어(210)와 단면 면적이 동일한 원형인 와이어를 적용한 경우와 비교하여 인덕턴스가 8 내지 20% 증가할 수 있고, 10 내지 20% 증가할 수 있으며, 12 내지 20 % 증가할 수 있다. 상기 턴수 증가는 36 mm 폭 이하의 와이어 패드를 갖는 사각 수신코일을 기준으로 평가한다.
상기 수신코일(200)는 단위폭인 5 mm를 기준으로 600 개 이상의 전선을 포함할 수 있고, 850 내지 1400개의 전선을 포함할 수 있으며, 900 내지 1200개의 전선을 포함할 수 있다. 이는 단위폭을 기준으로 상당히 많은 수의 도전부를 포함하는 것으로, 보다 효율화된 수신패드(100)를 제공할 수 있다.
상기 수신코일(200)은 상기 수신패드(100)에 복수열 및/또는 복수층의 고리 형상으로 감아져 위치하는 와이어를 포함할 수 있다. 복수열은 서로 연결된 와이어가 서로 이웃하게 나란히 배치되는 것을 의미한다. 복수층은 적어도 2층 이상으로 서로 연결된 와이어가 나란히 배치된 것을 의미한다.
상기 복수층은 서로 이웃하게 접하도록 배치될 수도 필요에 따라 각 층간에 일정 한 거리를 두고 배치될 수도 있다. 이렇게 복수열 또는 복수층으로 배치된 와이어는 서로 연결된 것일 수 있다.
도 3을 참조하면, 수신코일(200)을 구성하는 와이어(210)는 다수의 전선(211)의 외주면을 감싸는 피복층(212)을 포함하며, 수신패드(100)의 상면에 복수 열 및/또는 복수 층을 이루면서, 이웃하는 다른 열 또는 다른 층의 와이어(210)와 밀착된 상태로 배치될 수 있다.
상기 와이어(210)는 확대 도시된 바와 같이 원형이 아닌 다각형의 단면으로 형성됨으로써 다른 열의 와이어(210) 및/또는 다른 층의 와이어(210)와 서로 이격공간을 최소화하며 밀착되도록 배치될 수 있다. 상기 와이어(210)의 단면은 다각형으로 형성되되, 특히 세로방향(높이방향)으로 길게 형성되는 다각형으로 형성될 수 있다.
상기 와이어(210)의 단면은 다각형을 이루는 모서리 중, 수신패드(100) 또는 다른 층의 와이어(210)와 접하는 가로방향 모서리(a)의 폭이 다른 열의 와이어(210)와 접하는 세로방향 모서리(b)의 높이보다 좁게 형성될 수 있다. 구체적으로, 와이어(210)의 단면은 다각형의 단면을 이루는 모서리 중, 가로방향 모서리(a)가 세로방향 모서리(b)와 실질적으로 직각을 이루는 직사각형의 단면으로 형성될 수 있다. 상기 직사각형의 단면을 갖는 와이어(210)는 이웃하는 다른 와이어(210)와 이격공간이 실질적으로 없이 밀착됨으로써 한정된 공간에서 더 많은 회전수를 갖도록 배치될 수 있다.
상기 와이어(210)는 전술한 다각형의 단면을 이루는 가로방향 모서리(a)들 중 하나의 폭이 나머지 하나의 폭보다 좁게 형성되는 단면으로 형성됨으로써 전술한 세로방향 모서리(b)가 경사를 이루는 단면으로 형성될 수 있다. 상기 와이어(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 단면상 가로방향 모서리(a)들이 서로 다른 폭으로 형성되면서 서로 평행하게 형성되는 실질적으로 사다리꼴의 단면으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 오직 하나의 가로방향 모서리(a)를 갖는 실질적으로 삼각형의 단면으로 형성될 수도 있다. 여기서, 일 실시예에 따른 와이어(210)는 사다리꼴의 단면이나 삼각형의 단면으로 형성될 경우에는 단면상 세로방향의 모서리(b)가 경사로 형성되므로 복수 열 및 복수 층으로 배치될 경우 발생할 수 있는 이격공간은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 이웃하는 다른 열의 와이어(210)와 단면상 서로 반대방향으로 배치됨으로써 서로 밀착되게 배치될 수 있고 보다 효율적인 수신코일을 제공할 수 있다.
도 6을 참조하면, 수신코일(200)을 구성하는 와이어(210)는 복수의 전선(211)의 외주면을 감싸는 피복층(212)을 포함하며, 수신패드(100)의 상면에 복수 열 및 복수 층을 이루면서, 이웃하는 다른 열 및 다른 층의 와이어(210)와 밀착된 상태로 배치될 수 있다. 상기 전선(211)은 절연층 (211a)과 도전부(211b)을 갖는다.
상기 와이어(210)는 확대 도시된 바와 같이 원형이 아닌 타원형의 단면으로 형성됨으로써 다른 열의 와이어(210) 및 다른 층의 와이어(210)와 서로 이격공간을 줄이고 비교적 밀착되도록 배치될 수 있다.
상기 와이어(210)의 단면은 타원형으로 형성되되, 특히 세로방향(높이방향)으로 길게 형성되는 타원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 와이어(210)는 단면높이(Lh)가 단면폭(Lw)보다 큰 것일 수 있다. 이렇게 단면높이를 더 크게 형성하는 경우, 일정한 폭의 와이어패드(120)에 상기 와이어(210)을 보다 많은 턴수로 배치할 수 있고, 무선충전 수신부의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 와이어(210)는 제작과정에서 다각형이나 타원형의 단면으로 제작될 수 있고, 미리 설정된 크기의 직경을 갖는 원형의 단면으로 제작된 후, 후가공에 의해 다각형 또는 타원형의 단면으로 가공될 수 있다.
예컨대, 와이어(210)는 원형단면의 와이어를 롤러 등의 가압수단을 적용해 압연가공하여 설정된 형태의 다각형 또는 타원형으로 형성할 수 있으며, 원형단면의 와이어를 설정된 모양의 다이스를 통해 인발가공하여 설정된 형태의 다각형 단면으로 형성할 수 있다.
상기 수신장치(10)는 아래 식 1로 표시되는 와이어비율(Wr)이 0.03 내지 0.40인 것을 하나의 특징으로 갖는다.
[식 1]
Figure PCTKR2020095047-appb-img-000001
상기 식 1에서, Wr은 와이어 비율이고, Sw는 수신장치가 수신하는 출력전력(W)이며, Wn은 수신장치에 적용되는 수신코일에서 관찰한 도전부의 가닥 수이다.
이러한 범위의 와이어비율을 갖는 수신장치(10)는 도전부의 발열 등을 최소화하고 우수한 충전효율을 갖는 수신장치를 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 수신장치(10)는 와이어비율이 0.04 내지 0.35일 수 있고, 0.05 내지 0.31 일 수 있다. 이러한 와이어비율을 갖는 경우 보다 작은 크기를 갖는 수신장치로도 우수한 효율로 전력을 수신할 수 있다.
상기 수신장치(10)는 3 내지 30 kW의 출력전력을 수신하는 것일 수 있으며, 이러한 경우 이후 설명하는 가닥수의 도전부를 포함하도록 와이어를 구성하는 것이 전력수신 효율 향상에 좋다.
구체적으로 상기 수신장치(10)가 3 내지 8 kW의 출력전력을 수신하는 경우, 200 내지 2200 가닥수의 도전부를 포함하는 와이어가 적용될 수 있고, 500 내지 1500 가닥수의 도전부를 포함하는 와이어가 적용될 수 있다.
구체적으로 상기 수신장치(10)가 8 kW 초과 20 kW 이하의 출력전력을 수신하는 경우, 500 내지 6500 가닥수의 도전부를 포함하는 와이어가 적용될 수 있고, 600 내지 6200 가닥수의 도전부를 포함하는 와이어가 적용될 수 있다.
상기 수신코일은 다수의 도전부를 포함하며, 상기 도전부의 직경이 0.15 mm이하일 수 있고, 0.05 내지 0.15 mm일 수 있다.
상기 도전부의 직경이 0.15 mm 이상으로 되면 표피효과에 의한 발열손실 등이 발생하여 효율이 감소할 수 있고, 0.05 mm 미만으로 적용시에 가공의 어려움이나 전기전도성층(금속선 등)의 끊김이 발생하기 쉬우며, 오히려 제조 단가가 상승할 수 있다.
상기 이동수단(1)은 전기차 또는 드론일 수 있다.
상기 전기차(electric vehicle, EV)는, 전기자동차용 자기유도방식을 이용하는 무선전력전송 시스템이 적용된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 전기차는 전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 포함한다.
상기 전기차는 자동충전 기능을 갖는 것일 수 있다. 자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량의 놓고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.
상기 수신코일(200)은 차량 어셈플리 내에 포함될 수 있다. 상기 차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및/또는 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
상기 수신코일(200)은 드론의 무선충전 어셈플리 내에 포함될 수 있다. 드론의 무선충전 어셈플리는 수신코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 드론에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및/또는 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 무선충전 어셈플리는 무선 충전 시스템의 드론 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 어셈블리 컨트롤러 및 드론 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 이동수단의 무선충전용 전력수신장치(10)는, 전기를 동력으로 움직이는 배터리를 포함하는 이동수단(1)에 포함되며, 상기 이동수단의 외부에 위치하며 전력을 공급하는 전력공급부(2)에 의한 유도전류를 발생하는 것으로, 그 일면에 와이어가 위치하는 수신패드(100); 그리고, 상기 수신패드의 일면에 위치하는 위에서 설명한 이동수단의 무선충전 수신코일(200);를 포함한다.
상기 전력공급부, 상기 수신패드 등은 통상 적용되는 것이면 제한없이 적용 가능하며, 상기 이동수단(1)은 협의의 이동수단(자동차 등), 운송수단(트럭 등)을 포함하며, 무인으로 이동되는 드론 등을 포함한다.
상기 수신코일에 대한 설명은 위에서 한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 이동수단(1)은, 위에서 설명한 무선충전용 전력수신장치(10)를 포함한다. 상기 무선충전용 전력수신장치에 대한 구체적인 설명은 위에서 한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
이하, 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 수신패드의 제조
가로, 세로 각각 250 mm의 아크릴 판의 4 변의 안쪽으로 약 10 mm의 공간을 두고 36 mm의 와이어패드를 4면을 따라 위치시켰다. 직경이 3.5 mm인 원형의 단면을 갖는 리츠와이어를 한 모서리를 시작점으로 상기 4면을 순차로 돌며 와이어를 빈틈없이 2층으로 배치한 후 상기 리츠와이어가 상기 시작점의 모서리로 빠져나가도록 하였다. 이렇게 제조된 수신패드를 비교예의 수신패드로 하였다.
위와 동일하게 수신패드를 제조하되, 상기 리츠와이어를 압연하여 폭이 3.3 mm인 실질적으로 직사각형 형태의 와이어를 제조한 후 위와 동일한 방법으로 실시예의 수신패드를 제조했다.
2. 수신패드의 물성 평가
상기 와이어패드의 종단면에서 상기 와이어의 턴수 등과, HIOKI 3522-50 LCR Meter를 이용하여 측정한 인덕턴스를 측정하여 아래 표 1에 제시했다.
단면폭(Cw, mm) 와이어단면의 도선수 와이어 턴수 수신코일의 종단면 와이어패드(120)에서 도선수 인덕턴스[uH]
비교예 3.5 600 20턴 (10턴*2층) 12,000 205
실시예 3.3 600 22턴 (11턴*2층) 13,200 230
상기 표 1을 참조하면, 단면폭을 약 5.7 % 감소시켜 적용한 실시예의 경우, 단면의 도선수와 턴수의 면에서 비교예 대비 약 10 %를 향상시켰고, 인덕턴스의 경우도 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 인덕턴스의 변화는 제한된 공간에 설계해야 하는 수신코일을 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
1: 이동수단 2: 전력공급부
10: 수신장치, 전력수신장치 100: 수신패드
120: 와이어패드
200: 수신코일 210: 와이어, 리츠 와이어
211: 전선 212: 피복층
211b: 도전부 211a: 절연층
a: 가로방향 모서리 b: 세로방향 모서리
Lh: 단면높이 Lw: 단면폭
Cw: 수신코일의 단위폭

Claims (10)

  1. 도전부 및 절연층을 갖는 전선을 포함하고,
    와이어는 피복층 및 상기 전선을 포함하고,
    상기 전선은 다수개가 상기 피복층 내에 나란히 배치되고,
    상기 와이어는 복수 열의 고리 형상으로 배치되고,
    상기 와이어의 양단부는 배터리와 연결되고,
    상기 와이어 단면은 단면폭과 단면높이를 갖고,
    상기 단면폭은 상기 와이어 단면의 폭이고,
    상기 단면높이는 상기 와이어 단면의 높이이고,
    상기 단면높이는 상기 단면폭보다 크고,
    상기 와이어의 단면적 대비 상기 도전부의 단면적 합의 비율이 0.4 내지 0.7인, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 도전부의 표면을 감싸고,
    상기 와이어는 10 내지 10,000 개의 상기 도전부를 포함하는, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 압연가공 와이어 또는 인발가공 와이어인, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  4. 제1항에 있어서,
    단면 면적이 동일하고 단면의 형상이 원형인 와이어를 적용한 것과 비교하여 턴수가 8% 이상 증가한, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  5. 제1항에 있어서,
    단면 면적이 동일하고 단면의 형상이 원형인 와이어를 적용한 것과 비교하여 인덕턴스가 8% 이상 증가한 것인, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  6. 제1항에 있어서,
    5 mm의 단위폭을 기준으로 600 개 이상의 도전부를 포함하는, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 복수층으로 배치된, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이동수단은 전기차 또는 드론인, 이동수단의 무선충전 수신코일.
  9. 수신패드; 그리고
    상기 수신패드의 일면에 상이 배치된 수신코일;을 포함하고,
    상기 수신코일은 제1항에 따른 이동수단의 무선충전 수신코일인, 이동수단의 무선충전 전력수신장치.
  10. 제9항에 따른 이동수단의 무선충전 전력수신장치를 포함하는, 이동수단.
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