WO2020197079A1 - 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템 - Google Patents

크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템 Download PDF

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WO2020197079A1
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crane
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조정구
박종한
유효열
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(주)그린파워
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging system between a crane and a tractor used in a port. Specifically, in the trend of converting a tractor using conventional diesel fuel to an electric tractor using a battery due to problems such as environmental pollution. In order to improve the problems of the rapid charging method and the battery exchange method, it relates to a charging method in which an electric tractor is charged wirelessly while loading/unloading by a crane.
  • the container terminal which is provided on the shore of the port for loading/unloading containers, is a base that connects sea transportation by ships and land transportation by trucks, trains, etc.
  • Container warehouses and warehouse facilities are organically constructed to facilitate container logistics, and are organically linked to land transportation including roads and railroads.
  • tractors automated guided vehicles
  • Tractors used for port container transportation are converting to electric tractors that use batteries instead of conventional diesel fuel to reduce environmental pollution and energy costs, and there are two types of charging methods: quick charging and battery replacement.
  • the tractor In the rapid charging method, the tractor has to go to a place with a separate charging facility to charge for 20 to 30 minutes, and then return, resulting in loss of working time for the tractor, and an extra tractor is required to preserve it.
  • a large-capacity battery has to be applied, so the initial investment cost is high.
  • there is a disadvantage that maintenance of the charging terminal is required because the charging terminal for rapid charging is easily corroded by salt on the coast.
  • the present invention has been conceived to solve the above-described problems, and reduces the loss of working time of the tractor by providing the energy required for the operation of the tractor from a port crane within the working space of the tractor moving along a predetermined work path.
  • the purpose of this is to provide a wireless charging system that allows the use of small-capacity batteries required for operation instead of large-capacity batteries in the tractor, and can significantly reduce initial investment costs compared to the rapid charging method or the battery exchange method.
  • a wireless charging system between a crane and a tractor is provided in a wireless charging system between a mobile crane and a battery-driven tractor, wherein the crane includes a power supply; And an inverter for supplying power to the power supply unit, wherein the inverter includes a first communication unit, and the tractor includes a current collecting unit receiving charging power wirelessly from the power supply unit; A battery management system (BMS) that displays the battery status; And a second communication unit, wherein the current collecting unit comprises: a current collecting pad attached to a side surface of the tractor and including a current collecting coil; And a rectifying unit rectifying the electric power transmitted to the current collecting pad, wherein the power supply unit comprises: a position sensor detecting a position of the current collecting pad; A feed pad attached to the side of the crane and including a feed coil; A first driving unit and a first controller to which the power supply pad is fixed and extend the power supply pad in a direction of the current collecting pad; And a second driving unit and a first controller to which the power supply pad is fixed and
  • the second driving unit may be configured of a rack and a pinion.
  • the second driving unit may be configured in a wheel shape.
  • the second controller receives the stop position of the tractor from the port operating system in advance and moves the power supply pad to a position where the current collecting pad of the tractor will stop, .
  • the first controller extends the power supply pad to control the first driving unit to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad, thereby controlling the first driving unit wirelessly to the tractor. It may be characterized in that the battery is charged by delivering power.
  • the second controller controls the second driving unit to send the power supply pad to the beginning of the entry direction of the tractor to wait
  • the second controller detects the position of the current collecting pad in real time with the position sensor and controls the second driving unit so that the power supply pad and the current collecting pad are aligned in position.
  • the first controller controls the first driving unit to extend the power supply pad to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad, and the tractor does not completely stop within the control range of the second driving unit. It may be characterized in that the battery is charged by wirelessly transmitting power to the tractor while moving.
  • the first controller may be characterized in that when the tractor moves out of the control range of the second driving unit, the feed pad is folded in the direction of the crane.
  • a wireless charging system between a crane and a tractor includes a wireless charging system between a mobile crane and a tractor driven by a battery, wherein the crane includes a plurality of feed units; And an inverter for supplying power to the power supply unit, wherein the inverter includes a first communication unit, and the tractor includes a current collecting unit receiving charging power wirelessly from the power supply unit; A battery management system (BMS) that displays the battery status; And a second communication unit, wherein the current collecting unit comprises: a current collecting pad attached to a side surface of the tractor and including a current collecting coil; And a rectifying unit rectifying the electric power transmitted to the current collecting pad, wherein the power supply unit comprises: a position sensor detecting a position of the current collecting unit; A feed pad attached to the side of the crane and including a feed coil; And a first driving unit and a first controller having the power supply pad fixed and extending the power supply pad in the direction of the tractor, wherein each of
  • the first controller of the power supply unit is disposed at a side position of the crane, and each of the power supply units senses the position of the power collection unit through the position sensor, and the first controller of the power supply unit aligned with the current collection unit among the plurality of power supply units It may be characterized in that the battery is charged by wirelessly transmitting power to the tractor by controlling the first driving unit to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad by extending the power supply pad.
  • the inverter may include a plurality of switches between the inverter and the plurality of power supply pads to selectively drive the plurality of power supply pads.
  • a wireless charging system between a crane and a tractor includes a wireless charging system between a mobile crane and a tractor driven by a battery, wherein the crane includes a power supply unit; And an inverter for supplying electric power to the power supply unit, wherein the inverter includes a first communication unit, and the tractor includes a plurality of current collectors receiving charging power wirelessly from the power supply unit; A battery management system (BMS) that displays the battery status; And a second communication unit, wherein the power supply unit comprises: a position sensor configured to detect a position of the current collecting unit; A feed pad attached to the side of the crane and including a feed coil; And a first driving unit and a first controller on which the power supply pad is fixed and extending the power supply pad in a direction of the tractor, wherein the current collecting unit comprises: a current collecting pad attached to a side surface of the tractor and including a current collecting coil; And a rectifying part rectifying the electric power transmitted to the current collecting
  • the power supply pad or the current collecting pad may include a cooling fan on an opposite side of a surface facing the power supply pad and the current collecting pad.
  • the power supply pad or the current collecting pad may include a water cooling type cooling device.
  • the current collecting pad is attached so as to protrude more than the side of the tractor.
  • it may be characterized in that it comprises a shield plate having a larger width and length than the current collecting pad between the current collecting pad and the tractor body.
  • the material of the shielding plate may be characterized in that the non-ferrous metal.
  • the power supply pad or the current collecting pad may include a protruding wheel for reducing friction on a surface of the pad.
  • the first driving unit may include a motor or a hydraulic cylinder; And a distance sensor detecting a distance between the power supply pad and the current collecting pad, wherein the first controller receives distance information from the distance sensor and maintains a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad. 1 It can be characterized by controlling the driving unit.
  • the first driving unit includes a motor or a hydraulic cylinder and a pressure sensor, and the first controller extends the power supply pad until it contacts the current collecting pad, but controls the pressure of the pressure sensor to be maintained at a specified value. It can be characterized.
  • the first driving unit includes a motor or a hydraulic cylinder, and a structure for fixing the power supply pad is configured such that the power supply pad extends in the direction of the power collection pad by gravity, so that the power supply pad is applied to the power collection pad by gravity.
  • the first controller may control the first driving unit when the power supply pad is folded until the power supply pad is folded.
  • the inverter receives the battery status information in the tractor through communication between the first communication unit and the second communication unit and adjusts the current flowing through the power supply pad so that the current required for charging the battery is supplied from the current collecting pad. It can be characterized.
  • the current collector may further include a regulator between the rectifier and the battery, wherein the inverter controls an output voltage of the rectifier to be constant, and the regulator supplies a current required for the battery.
  • the first controller may automatically fold the power supply pad in the direction of the crane when the battery is completely charged.
  • the first controller may be characterized in that when the crane receives a job completion signal indicating that the lifting or unloading operation has been completed, the feeding pad is folded in the direction of the crane.
  • the first controller may be characterized in that when receiving information that an error has occurred in the current collecting unit from the first communication unit, the power supply pad is folded in the direction of the crane.
  • the position sensor may be characterized in that it is composed of an image sensor or an optical sensor.
  • the power supply unit may include a resonant circuit resonating with the power supply coil.
  • the current collector may include a resonance circuit resonating with the current collector coil.
  • the power supply pad may be characterized in that the horizontal width is wider than the current collecting pad in order to overcome the error in the stop position of the tractor.
  • the current collecting pad may have a vertical width wider or narrower than that of the power feeding pad in order to overcome a difference in height of the tractor when a container is loaded and not loaded on the tractor.
  • the wireless charging system between the crane and the tractor eliminates the loss of working time of the tractor by providing the energy required for the operation of the tractor from the port crane at any time within the working space of the tractor moving along a predetermined work path. It is to provide a wireless charging system that allows the use of a small capacity battery required for operation instead of a large capacity battery, and can significantly reduce the initial investment cost compared to the rapid charging method or the battery exchange method because an extra tractor is unnecessary. There is a purpose.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a crane and a tractor of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a stop position of a tractor for each container size in general.
  • 3A and 3B are views schematically showing a configuration of a power supply unit and a current collector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an exemplary view schematically showing the configuration of a second driving unit according to the first embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are views schematically showing the configuration of a power supply unit and a current collector according to a second embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are views schematically showing a configuration of a power supply unit and a current collector according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are views schematically showing an operation of a power supply unit and a current collector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is an exemplary view schematically showing the configuration of a first driving unit of the present invention.
  • FIG. 9 is an exemplary view of a protruding member of a current collecting pad or a power supply pad according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention includes a crane 100 and a tractor 400 equipped with a battery, which is a power storage device.
  • the present invention is not limited to the crane structure shown in FIG. 1, and may include all cranes having various structures.
  • the crane includes a trolley, a spreader, a body part, and a wheel part.
  • the trolley 110 is installed to move in the longitudinal direction (horizontal direction) of the upper frame along a guide rail installed on the upper frame 130 of the crane.
  • a spreader is connected to the trolley 110 through a rope in the ground direction, that is, in a vertical direction.
  • the spreader 120 is connected to the trolley through a rope as described above, and moves in the longitudinal direction of the upper frame 130 in connection with the trolley 110. In addition, the spreader 120 moves in the vertical direction through the vertical motion of the rope connected to the trolley.
  • the body portion forms the skeleton of the crane 100, and includes an upper frame 130 and a support frame 140.
  • a guide rail is installed on the upper frame 130.
  • the upper frame 130 may be integrally installed with the support frame 140 installed in the vertical direction or may be fastened through a fastening member to be integrated.
  • Crane 100 includes a power supply unit 200 for supplying power in a magnetic induction method to the current collector 300 attached to the side of the tractor 400, the high frequency current to the power supply unit 200 It includes an inverter 500 to supply.
  • the power supply unit 200 is described as being installed on the side frame 150 itself, but the present invention is not limited thereto and may be installed at regular intervals from the side of the crane, It can also be installed in other parts.
  • the current collecting unit 300 attached to the tractor 400 is attached to the side of the tractor and includes a current collecting pad 310 including a current collecting coil 320 and a rectifying unit 340 for rectifying the electric power delivered to the current collecting pad 310
  • the feeding part 200 attached to the crane may include a feeding pad 210 attached to the side of the crane 100 and including a feeding coil 220.
  • the inverter 500 for supplying a high frequency current to the feeding coil 220 of the feeding pad 210 includes a power converter that converts external commercial power into a high frequency current, or in an energy storage device separately provided in the crane 100 It may include a power conversion unit that receives power and converts it into a high-frequency current.
  • the inverter 500 includes a first communication unit 510 for wirelessly receiving battery-related information from the tractor 400, and the tractor 400 is a battery management system that displays the installed battery status. It may include a second communication unit 710 for wirelessly receiving control-related information from the system (BMS) and the inverter 500.
  • BMS system
  • the inverter 500 receives battery status information in the tractor from the battery management system (BMS) mounted on the tractor through communication between the first communication unit 510 and the second communication unit 710, and the current required for battery charging is supplied to the current collecting pad 310 The current flowing through the power supply pad 210 can be adjusted to be supplied from ).
  • BMS battery management system
  • the inverter 500 may change the frequency of the high frequency current supplied to the power supply pad 210 or control the magnitude of the voltage supplied to the power supply pad in order to control the current flowing through the power supply pad 210.
  • the current collector 300 may include a regulator (not shown) between the rectifier 340 and the battery 700 to supply power required for the battery.
  • the inverter 500 may control the current supplied to the power supply pad 210 so that the output voltage of the rectifier 340 is constant, and the regulator may control the battery 700 to supply required current.
  • the regulator may be configured as a boost converter or a buck converter to convert the output of the rectifier 340 into a battery voltage that needs to be charged.
  • the feeding part 200 attached to the crane includes a position sensor (not shown) that detects the position of the collecting pad 210 attached to the side of the tractor 400, and the position sensor is an image sensor or an optical sensor. It can be composed of.
  • the position sensor may include transmitting an image or shape of the moving tractor 400 in real time.
  • the position sensor may include comparing the real-time information with the image or shape information of the tractor 400 as a reference, and comparing whether the tractor has entered the position alignment completion criterion.
  • the position sensor may include determining whether the tractor 400 that has entered within the position alignment completion criterion is moving or stopped.
  • FIG. 2 is a view showing a stop position of a tractor according to the size of the general container (C1, C2). As shown in Fig. 2, the stop position of the tractor varies depending on the size of the container for loading/unloading.
  • the stop position of the tractor 400 is determined by the crane 100 being stopped for work.
  • the port container terminal informs the tractor driver and the tractor of the location information at which the tractor 400 will stop in the port operation system so that the container loading/unloading operation is smoothly performed on the tractor 400 stopped next to the crane 100. .
  • the tractor receiving the information from the port operation system moves to the designated work area and accesses the crane that needs work, and the tractor 400 entering the work area of the crane 100 is designated for work according to the size of the container to be worked. It moves by reducing the speed to the position and stops at the designated position.
  • FIG. 2 it shows a stop position of a tractor loaded with a 20 foot (C1) or 40 foot (C2) container.
  • the stop position of the tractor loaded with one 20-foot (C1) container on the rear of the tractor is displayed
  • the stop position of the tractor loaded with a 40-foot (C2) container is displayed.
  • the stop position of the tractor in which one 20 foot container is loaded on the front of the tractor is displayed.
  • a loading tolerance of about ⁇ 10 to 25cm occurs in the front and rear of the tractor direction when the container is loaded, so even if the actual tractor is stopped at an exact position, the tractor 400 is used for the operation of the crane 100. Fine positioning occurs frequently.
  • energy required for the operation of the tractor is frequently supplied from the power supply unit 200 to the current collecting unit 300 while the tractor 400 is stopped for work in a predetermined work area or is moving for fine positioning. ) Can be supplied wirelessly.
  • the crane includes an inverter 500 for supplying power to the power supply unit 200 and the power supply unit 300, and the inverter 500 ) May include a first communication unit 510.
  • the tractor may include a current collector 300 that receives charging power wirelessly from a power supply unit, a battery 700, a battery management system (BMS) that displays a battery status, and a second communication unit 710.
  • BMS battery management system
  • the current collector 300 is attached to the side of the tractor, and the current collecting pad 310 including the current collecting coil 320 and a rectifying part rectifying the electric power delivered to the current collecting pad 310 It may include 340.
  • the current collector 300 may include a resonance circuit 330 that resonates with the current collector coil 320.
  • the feeder 200 of the crane includes a position sensor (not shown) that detects the position of the current collecting pad 310, a feed pad 210 attached to the side of the crane and including a feed coil 220, and a feed pad 210 Is fixed and the first driving unit 600 extending the power supply pad 210 in the direction of the current collecting pad 310, the first controller (not shown) and the first driving unit 600 are fixed, and the first driving unit is fixed in the traveling direction of the tractor. It may include a moving second driving unit 610 and a second controller (not shown).
  • the power supply unit 200 may include a resonance circuit 230 that resonates with the current collector coil 220.
  • the second controller detects the position of the current collecting pad 310 with a position sensor in real time, and The second driving unit 610 is controlled so that the 210 and the current collecting pad 310 are aligned, and the first controller extends the power supply pad to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad. ) To wirelessly transmit power to the tractor's collecting pad to charge the battery.
  • the second controller receives the stop position of the tractor from the port operating system in advance and moves the power supply pad 210 to the position where the current collecting pad 310 of the tractor will stop.
  • the first controller extends the power supply pad 210 and controls the first driving unit 600 to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad 310 to the tractor. It is possible to charge the battery 700 by delivering power.
  • the second controller controls the second driving unit 610 to send the feed pad 210 to the first in the entry direction of the tractor to wait, and the tractor enters the working area of the crane.
  • the second controller detects the position of the current collecting pad 310 in real time with a position sensor and controls the second driving unit 610 so that the power supply pad 210 and the current collecting pad 310 are aligned.
  • the feed pad when the tractor 400 moves out of the control range of the second driving unit 610, the feed pad may be folded in the crane direction.
  • the second controller detects the position of the current collecting pad 310 in real time with a position sensor so that the power supply pad 210 and the current collecting pad 310 are aligned. Can be controlled.
  • the second driving unit 610 may be configured in a rack gear structure.
  • the rack gear may include a pinion 630 to which the first driving part 600 is attached, and a rack 620 that converts a rotational motion of the driving motor 640 connected to the pinion into a linear motion.
  • the rack gear moves one end face of the rack 620 in a straight line while the pinion 630 rotates as the cogwheel of one end face of the rack 620 installed on the crane and the cogwheel of the pinion 630 are engaged.
  • the second controller detects the position of the current collecting pad 310 from the position sensor in real time, and moves the pinion 630 connected to the driving motor 640 to the left or right with respect to one end face of the rack 620 while moving the pinion 630 to the pinion 630.
  • the driving motor 640 may be controlled so that the connected power supply pad 210 and the current collecting pad 310 are aligned.
  • the second driving unit according to the present invention may be configured in a wheel shape.
  • the wireless charging system according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of feeders 200, 201, 202 to a crane and an inverter 500 for supplying power to the feeder.
  • the inverter may include a first communication unit 510.
  • the tractor may include a current collector 300 that receives charging power wirelessly from the power supply units 200, 201, and 202, a battery 700, a battery management system (BMS) that displays a battery state, and a second communication unit 710.
  • BMS battery management system
  • the current collecting part 300 of the tractor may include a current collecting pad 310 attached to a side surface of the tractor and including a current collecting coil 320 and a rectifying part 340 that rectifies the electric power transmitted to the current collecting pad.
  • the current collector 300 may include a resonance circuit 330 that resonates with the current collector coil 320.
  • the feeder 200 of the crane is a position sensor (not shown) that detects the position of the current collecting pad, a feed pad 210 and a feed pad that is attached to the side of the crane and includes a feed coil 220 and the feed pad is fixed. It may include a first driving unit and a first controller extending in the direction of the tractor.
  • each of the power supply units 200, 201 and 202 may include resonant circuits 230, 231 and 232 that resonate with the power supply coils 220, 221, and 222.
  • each of the power feed units may be disposed at a side position of the crane against the position of the current collecting pad determined according to a predetermined stop position of the tractor.
  • the inverter 500 may include a plurality of switches 800 between the inverter 500 and the plurality of power supply pads in order to selectively drive the plurality of power supply pads 210, 211, and 212.
  • the first controller of the power supply pad aligned with the current collecting pad 310 turns on the corresponding switch to supply the high frequency current of the inverter 500 to the power supply pad.
  • Each of the controllers can turn off a corresponding switch.
  • each of the power feed units 200, 201, and 202 senses the position of the current collecting unit 300 through a position sensor.
  • the first controller of the power supply unit among the plurality of power supply units, which is aligned with the current collecting unit, extends the power supply pad and controls the corresponding first driving unit to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad 310. You can charge the battery by wirelessly delivering power to it.
  • 6A and 6B are diagrams schematically showing a configuration of a power supply unit and a current collector according to a third embodiment of the present invention.
  • 6 shows an example of applying the present invention to an unmanned automatic transport device (AGV) in a transport device for port transport.
  • AGV unmanned automatic transport device
  • the unmanned automatic transfer device performs unmanned loading/unloading of containers while moving along the trajectory of the work area and movement path specified by the port operating system. It is applied as a transfer device for unmanned automated operation of tractors.
  • the wireless charging system includes an inverter 500 for supplying power to the feeder 200 and the feeder 200 to the crane, the inverter 1 may include a communication unit 510.
  • the tractor includes a plurality of current collectors (300, 301, 302), a battery 700, a battery management system (BMS) that displays battery status, and a second communication unit 710 that receive charging power wirelessly from the power supply unit.
  • the power supply unit includes a position sensor that detects the position of the power collecting unit, a power supply pad 210 attached to the side of the crane and including a power supply coil, and a first driving unit 600 and a first power supply pad that is fixed and extends the power supply pad toward the tractor. It may include a controller.
  • the power supply unit 200 may include a resonant circuit 230 that resonates with the power supply coil 220.
  • the current collecting parts 300,301,302 of the tractor may include collecting pads 310,311,312 attached to the side of the tractor and including the collecting coils 320,321,322, and rectifying parts 340,341,342 for rectifying the electric power transmitted to the collecting pad.
  • each of the current collectors 300, 301, and 302 may include resonance circuits 330, 331, and 332 that resonate with the current collector coils 320, 321, and 322.
  • Each of the current collectors 300, 301, and 302 may be disposed at a side position of the tractor against a feed pad disposed on the side of the crane when the tractor stops at a predetermined stop position.
  • the first controller uses a position sensor to collect the power supply pad and the position aligned with the power supply pad.
  • the battery can be charged by wirelessly transmitting power to the collecting pad of the tractor by sensing the position of the pad and controlling the first driving unit to maintain a constant distance between the power supply pad and the current collecting pad by extending the power supply pad to the current collecting pad.
  • FIGS. 7A and 7B are views schematically showing the operation of the power supply unit 200 and the current collector 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply pad or the current collecting pad is cooled in order to effectively cool the heat generated from the power supply coil or the current collecting coil by high frequency current flowing through the power supply pad 210 or the current collecting pad 310. It may include a fan or water cooled cooling device.
  • a cooling fan or a water-cooled cooling device may be disposed on the opposite side of the surface where the power supply pad and the current collecting pad face each other.
  • the current collecting pad 310 may be attached to protrude further outward than the side of the vehicle body of the tractor 400.
  • the length that protrudes further than the side of the tractor can be achieved so as not to obstruct the operation of the tractor.
  • the current collecting pad 310 receives power in a magnetic induction manner from a magnetic field generated by a high-frequency current supplied to the power supply pad 210. At this time, a high-frequency current is also induced in the current collecting pad 310, and a magnetic field due to this is induced to the outside. In order to suppress the magnetic field leaking around the current collecting pad 310, a shielding plate 350 made of a non-ferrous metal material having a larger width and length than the current collecting pad is included between the current collecting pad 310 and the body of the tractor 400. I can.
  • a larger pad size among the power supply pad 210 or the current collecting pad 310 in consideration of the effect of the magnetic leakage field generated from the power supply pad A larger width and length shielding plate may be included.
  • a tractor stopping in the working area of a crane changes the height of the tractor's ground height due to the weight of the container being loaded/unloaded. There is an error.
  • the amount of transmitted power and the transmission efficiency differ according to the positional alignment of the power supply pad and the current collecting pad. To overcome this, a pad structure design that is robust against misalignment between the power supply pad and the current collecting pad is required.
  • the power supply pad may have a larger horizontal width than the current collecting pad in order to overcome the error in the stop position of the tractor.
  • the current collecting pad may have a vertical width wider or narrower than that of the feed pad in order to overcome a difference in height of the tractor when the container is loaded and not loaded on the tractor.
  • FIG. 7A shows a wireless charging preparation situation or a situation after completion of a task
  • FIG. 7B shows a wireless charging status
  • the first driving unit 600 of the power supply unit 200 for wirelessly transmitting power to a tractor stopped at a designated position for container loading/unloading is a motor or hydraulic cylinder, a power supply pad, and a current collecting pad. It may include a distance sensor for detecting the distance between.
  • the first controller may receive distance information from the distance sensor and control the first driving unit 600 to maintain a constant distance between the power supply pad 210 and the current collecting pad 310.
  • the first controller may automatically fold the power supply pad 210 in the direction of the crane 100.
  • the first controller may fold the power supply pad 210 in the direction of the crane upon receiving a job completion signal indicating that the loading/unloading operation has been completed by the crane.
  • the power supply pad may be folded in the direction of the crane.
  • the first driving unit 600 extending the power supply pad 210 in the direction of the current collecting pad 310 may include a motor or a hydraulic cylinder and a pressure sensor.
  • the first controller extends the power supply pad 210 until it contacts the power collection pad 310, but receives the pressure sensor information that the motor or hydraulic cylinder connected to the power supply pad pushes the power supply pad toward the power collection pad, and sets the pressure of the pressure sensor to a specified value. It can be controlled to be maintained.
  • the first driving unit includes a motor or a hydraulic cylinder, and the structure fixing the power supply pad 210 is configured such that the power supply pad extends in the direction of the power collection pad 310 by gravity, so that the power supply pad
  • the first controller may control the first driving unit 600 when the power supply pad is folded until it reaches and the power supply pad is folded.
  • the power supply pad moves to the current collecting pad by gravity due to its own weight even without the power of the first driving unit 600. can do.
  • the first driving unit 600 may include a first coupling member 650 fixed to the crane and a connection member 660 having one end coupled to the first coupling member and the other end connected to the power supply pad.
  • the first coupling member 650 includes a pair of guide members respectively disposed above and below one end of the connecting member, and the pair of guide members may each include a plurality of rollers.
  • the first controller may control the first driving part 600 so that the connection member 660 connected to the power supply pad 210 extends in the direction of the current collecting pad so that the power supply pad contacts the current collecting pad.
  • the first driving unit may include a rope connecting the feed pad and the crane, and a rope reel driving unit for unwinding or winding the rope.
  • the first controller may control the rope reel driving unit to fold the power supply pad extended to the current collecting pad toward the crane.
  • the power supply pad 210 or the current collecting pad 310 includes a protruding wheel 900 for reducing friction on the pad surface so as to slide with each other when a tractor or a crane moves in a state in contact with each other. It can be characterized by that.

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Abstract

본 발명에 따른 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템은, 상기 크레인은 급전부; 및 상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고, 상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고, 상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부; 상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 제2 통신부를 포함하되, 상기 집전부는, 상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및 상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하고, 상기 급전부는, 상기 집전패드의 위치를 검출하는 위치센서; 상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 상기 집전패드 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기; 및 상기 제1 구동부가 고정되고 상기 제1 구동부를 상기 트랙터의 진행방향으로 움직이는 제2 구동부와 제2 제어기를 포함하여, 상기 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면, 상기 제2 제어기는 상기 위치센서로 상기 집전패드의 위치를 실시간으로 검출하여 상기 급전패드와 상기 집전패드가 위치 정렬이 되도록 상기 제2 구동부를 제어하고, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.

Description

크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템
본 발명은 항만에서 사용되는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 기존 디젤연료를 사용하는 트랙터를 환경오염 등의 문제로 배터리를 사용하는 전기식 트랙터로 전환하고 있는 추세에서 기존의 급속 충전방식과 배터리 교환방식의 문제점을 개선하기 위해서 전기식 트랙터가 크레인 옆에서 승/하역 작업을 하는 동안에 무선으로 충전을 하는 충전방식에 관한 것이다.
컨테이너의 승/하역을 위해 항만의 육상에 마련되는 컨테이너 터미널은, 선박에 의한 해상운송과 트럭, 열차 등에 의한 육상운송이 연결되는 거점으로서, 선박(컨테이너선) 접안시설, 컨테이너의 하역 및 운반 시설, 컨테이너 야적 및 창고 시설 등을 유기적으로 구축함으로써 컨테이너 물류가 원활하게 이루어지도록 하고 있으며, 도로와 철도를 포함한 육상 운송과도 유기적으로 연계되어 있다.
항만에서 컨테이너 물류를 적체 없이 원활히 수행하기 위해서는, 컨테이너 터미널 전체를 효율적으로 관리하기 위한 시스템이 마련되어야 하는 것은 물론, 선박 접안시설, 컨테이너의 하역 및 운반 시설, 컨테이너 야적 및 창고 시설 등 관련 시설을 충분하게 확보하는 것이 중요하다.
컨테이너의 하역(landing)/승역(lifting)과 관련해서, 컨테이너 터미널 등에 설치되는 크레인은 야드 트랙터, 야드 트레일러 또는 무인자동 이송장치(AGV : Automated Guided Vehicle)(이하 트랙터라고 총칭하여 언급함)에서 실려오는 컨테이너를 야적하거나, 혹은 야적된 컨테이너를 트랙터로 승적 하는데 사용된다.
컨테이너 터미널에서는 컨테이너 화물을 실은 화물선이 항만에 도착하면, 항만에 설치된 안벽 크레인에 의해 컨테이너가 일차적으로 하역되고, 하역된 컨테이너는 트랙터에 적재되어 야적지역으로 이동되고 이동된 컨테이너를 야드 크레인이 야적하게 된다. 반대로 트랙터에 의해 운반되어온 컨테이너를 화물선에 선적하는 것도 작업 과정이 반대인 것을 제외하면 위와 동일하다.
항만 컨테이너 운송에 사용되는 트랙터는 환경오염 및 에너지비용 절감을 위해 기존 디젤연료 대신 배터리를 사용하는 전기식 트랙터로 전환하고 있으며 이를 위한 충전방식으로 급속 충전방식과 배터리 교환방식이 있다. 급속충전 방식은 충전을 위해서 별도의 충전시설이 있는 장소로 가서 20~30분동안 충전을 하고 돌아와야 하기 때문에 트랙터의 작업시간 손실이 발생하고 이를 보전하기 위해서 여분의 트랙터를 필요로 한다. 또한 한번 충전해서 장시간 사용해야 하기 때문에 대용량의 배터리를 적용해야 하므로 초기 투자비가 많이 들어가는 단점이 있다. 또한, 급속충전을 위한 충전 단자가 해안의 염분에 의해서 쉽게 부식이 되기 때문에 충전단자의 유지 보수가 필요한 단점도 있다.
배터리 교환식은 배터리 교환장소에 가서 배터리를 충전된 배터리로 교환하고 오는데 20~30분 정도의 시간이 소요되기 때문에 역시 작업시간 손실이 발생하고, 배터리 충전소 비용과 대용량의 배터리 채택에 따른 비용과 충전을 위해서 여분의 배터리를 구비해야 해서 초기 투자비용이 많이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 미리 정해진 작업 경로로 이동하는 트랙터가 작업하는 공간 내에서 항만 크레인으로부터 트랙터의 운행에 필요한 에너지를 수시로 공급받게 함으로써 트랙터의 작업시간 손실을 없애고 트랙터에 대용량의 배터리 대신 운행에 필요한 소용량의 배터리를 사용 가능하게 하며, 급속 충전방식이나 배터리 교환방식에 비해서 초기 투자비를 획기적으로 줄일 수 있는 무선충전 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템은, 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서, 상기 크레인은 급전부; 및 상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고, 상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고, 상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부; 상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 제2 통신부를 포함하되, 상기 집전부는, 상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및 상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하고, 상기 급전부는, 상기 집전패드의 위치를 검출하는 위치센서; 상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 상기 집전패드 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기; 및 상기 제1 구동부가 고정되고 상기 제1 구동부를 상기 트랙터의 진행방향으로 움직이는 제2 구동부와 제2 제어기를 포함하여, 상기 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면, 상기 제2 제어기는 상기 위치센서로 상기 집전패드의 위치를 실시간으로 검출하여 상기 급전패드와 상기 집전패드가 위치 정렬이 되도록 상기 제2 구동부를 제어하고, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2 구동부는 래크와 피니언으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2 구동부는 바퀴형태로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역으로 들어오기 전에, 상기 제2 제어기는 항만 운영시스템으로부터 상기 트랙터의 정지 위치를 사전에 받아서 상기 급전패드를 상기 트랙터의 상기 집전패드가 정지할 위치로 미리 움직이고, 상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역으로 들어와 정지하면, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 트랙터가 상기 크레인에 접근하기전에,
상기 제2 제어기는 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 급전패드를 상기 트랙터의 진입 방향의 맨 처음으로 보내어 대기하게 하고,
상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역내로 들어오면, 상기 제2 제어기는 상기 위치센서로 상기 집전패드의 위치를 실시간으로 검출하여 상기 급전패드와 상기 집전패드가 위치 정렬이 되도록 상기 제2 구동부를 제어하면서, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하고, 상기 제2 구동부의 제어 범위내에서는 상기 트랙터가 완전히 정지하지 않고 이동중에도 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기는 상기 트랙터가 상기 제2 구동부의 제어 범위를 벗어나 이동하게 되면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템은, 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서, 상기 크레인은 복수개의 급전부; 및 상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고, 상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고, 상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부; 상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 제 2통신부를 포함하되, 상기 집전부는, 상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및 상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하고, 상기 급전부은, 상기 집전부의 위치를 검출하는 위치센서; 상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 및 상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기를 포함하여, 상기 급전부 각각은 상기 트랙터의 미리 정해진 정지위치에 따라서 정해지는 상기 집전패드의 위치에 대항하는 크레인의 측면 위치에 배치되고, 상기 급전부 각각은 상기 위치센서를 통해서 상기 집전부의 위치를 센싱하고 복수개의 상기 급전부 중에서 상기 집전부와 위치 정렬된 상기 급전부의 상기 제1 제어기는 해당 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 인버터는 상기 복수개의 급전패드를 선택적으로 구동하기 위해서 상기 인버터와 상기 복수개의 급전패드 사이에 복수개의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템은, 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서, 상기 크레인은 급전부; 및 상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고, 상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고, 상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 복수개의 집전부; 상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 제2 통신부를 포함하되, 상기 급전부는, 상기 집전부의 위치를 검출하는 위치 센서; 상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 및 상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기를 포함하고, 상기 집전부는, 상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및 상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하여, 상기 집전부 각각은 상기 트랙터가 미리 정해진 정지위치에 정지시 상기 급전패드 위치에 대항하는 상기 트랙터의 위치에 배치되고, 상기 제1 제어기는 상기 위치센서를 통해서 복수개의 상기 집전패드 중에서 상기 급전패드와 위치 정렬이 된 상기 집전패드의 위치를 센싱하고 상기 집전패드에 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 상기 급전패드와 상기 집전패드가 마주하는 면의 반대 쪽에 쿨링 팬을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 수냉식 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집전패드가 상기 트랙터 측면보다 더 밖으로 튀어나오도록 부착하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집전패드와 상기 트랙터 몸체 사이에 상기 집전패드보다 큰 폭과 길이를 갖는 차폐판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차폐판의 재질은 비철 금속인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 패드 표면에 마찰을 줄이기 위한 돌출바퀴를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 구동부는 모터 또는 유압 실린더; 및 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 검출하는 거리센서를 포함하고, 상기 제1 제어기는 상기 거리센서로부터 거리 정보를 받아서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 구동부는 모터 또는 유압 실린더와 압력센서를 포함하고, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 상기 집전패드에 닿을 때까지 뻗되 상기 압력센서의 압력이 지정된 값으로 유지되도록 제어하는 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 구동부는 모터 또는 유압 실린더를 포함하고, 상기 급전패드를 고정하는 구조물이 중력에 의해서 상기 급전패드가 상기 집전패드 방향으로 뻗도록 구성되어서, 상기 급전패드를 중력에 의해서 상기 집전패드에 닿을 때까지 뻗고 상기 급전패드를 접을 때에는 상기 제1 제어기는 상기 제1 구동부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 인버터는 상기 제1 통신부와 상기 제 2 통신부 간의 통신을 통해서 상기 트랙터내의 상기 배터리 상태 정보를 받아서 상기 배터리 충전에 필요한 전류가 상기 집전패드에서 공급되도록 상기 급전패드에 흐르는 전류를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집전부는 상기 정류부와 상기 배터리 사이에 레귤레이터를 더 포함하되, 상기 인버터는 상기 정류부 출력전압이 일정하도록 제어하고 상기 레귤레이터는 상기 배터리에 필요한 전류를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기는 상기 배터리가 충전이 완료되면 자동적으로 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기는 상기 크레인에서 승역 또는 하역 작업을 완료했다는 작업 완료신호를 수신하면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기는 상기 제1 통신부로부터 상기 집전부에 에러가 발생했다는 정보를 수신하면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위치센서는 영상센서나 광학센서로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급전부는 상기 급전코일과 공진하는 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집전부는 상기 집전코일과 공진하는 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급전패드는 상기 트랙터의 정지위치 오차를 극복하기 위해서 상기 집전패드 보다 수평 폭이 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집전패드는 상기 트랙터에 컨테이너가 실릴 때와 실리지 않을 때의 상기 트랙터 높이 차이를 극복하기 위해서 상기 급전패드 보다 수직 폭이 넓거나 좁은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템은, 미리 정해진 작업 경로로 이동하는 트랙터가 작업하는 공간 내에서 항만 크레인으로부터 트랙터의 운행에 필요한 에너지를 수시로 공급받게 함으로써 트랙터의 작업시간 손실을 없애고 트랙터에 대용량의 배터리 대신 운행에 필요한 소용량의 배터리를 사용할 수 있게 하고, 여분의 트랙터가 불필요하기 때문에 급속 충전방식이나 배터리 교환방식에 비해서 초기 투자비를 획기적으로 줄일 수 있는 무선충전 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 트랙터에 장착된 배터리의 충전을 위한 전기적, 기계적인 접촉이 없으므로 유선 충전단자의 부식 등으로 인한 유지 보수가 필요 없는 무선충전 시스템을 제공하고자 하는데 있다.
도 1은 본 발명의 크레인과 트랙터의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일반적인 컨테이너 사이즈별 트랙터의 정지위치를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급전부와 집전부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 구동부의 구성을 개략적으로 도시한 예시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 급전부와 집전부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 급전부와 집전부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 급전부와 집전부의 동작을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제1 구동부의 구성을 개략적으로 도시한 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 집전패드 또는 급전패드의 돌출 부재 예시도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명의 크레인과 트랙터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 크레인(100)과 축전장치인 배터리를 장착한 트랙터(400)를 포함한다. 본 발명은 도 1에 도시된 크레인 구조에 제한되는 것은 아니며 다양한 구조를 갖는 크레인은 모두 포함할 수 있다.
크레인은 토롤리, 스프레더, 몸체부, 바퀴부를 포함한다. 트롤리(110)는 크레인의 상부 프레임(130)에 설치되어 있는 가이드 레일을 따라 상부 프레임의 길이방향(수평방향)으로 이동하도록 설치되어 있다. 트롤리(110)에는 지면방향, 즉 수직방향으로 로프를 통해 스프레더가 연결되어 있다. 스프레더(120)는 전술한 바와 같이 로프를 통해 트롤리와 연결되고, 트롤리(110)와 연동하여 상부 프레임(130)의 길이방향으로 이동한다. 또한 스프레더(120)는 트롤리와 연결된 로프의 상하운동을 통해 수직방향으로 이동한다.
몸체부는 크레인(100)의 골격을 형성하며, 상부 프레임(130)과 지지 프레임(140)을 포함한다. 상부 프레임(130)에는 가이드 레일이 설치되어 있다. 이러한 상부 프레임(130)은 수직 방향으로 설치되어 있는 지지프레임(140)과 일체형으로 설치되거나 혹은 체결부재를 통해 체결되어 일체화될 수 있다.
본 발명에 따른 크레인(100)은 트랙터(400)의 측면에 부착된 집전부(300)에 자기유도 방식으로 전력을 공급하는 급전부(200)를 포함하고, 급전부(200)에 고주파 전류를 공급하는 인버터(500)를 포함한다. 본 실시예에서 급전부(200)는 도 1에 도시한 바와 같이, 측면 프레임(150) 자체에 설치된 것으로 설명하고 있지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 크레인의 측면에서 일정 간격을 두고 설치될 수도 있으며, 이외의 다른 부분에도 설치될 수도 있다.
트랙터(400)에 부착되는 집전부(300)는 트랙터 측면에 부착되고 집전코일(320)을 포함하는 집전패드(310)와 집전패드(310)에 전달된 전력을 정류하는 정류부(340)를 포함하고, 크레인에 부착되는 급전부(200)는 크레인(100)의 측면에 부착되고 급전코일(220)을 포함하는 급전패드(210)를 포함할 수 있다.
급전패드에(210)에 고주파 전류를 공급하면 집전패드(310)에 자기유도 방식으로 급전부(200)에서 집전부(300)로 전력이 공급된다. 여기에서 급전패드(210)의 급전코일(220)에 고주파 전류를 공급하는 인버터(500)는 외부 상용전력을 고주파 전류로 변환하는 전력변환부를 포함하거나 크레인(100)에 별도로 구비된 에너지 저장장치에서 전원을 받아 고주파 전류로 변환하는 전력변환부를 포함할 수 있다.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 인버터(500)는 트랙터(400)로부터 배터리 관련 정보를 무선으로 수신하는 제1 통신부(510)를 포함하고, 트랙터(400)는 장착된 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS)과 인버터(500)로부터 제어 관련 정보를 무선으로 수신하는 제2 통신부(710)를 포함할 수 있다.
인버터(500)는 제1 통신부(510)와 제2 통신부(710) 간의 통신을 통해서 트랙터에 장착된 배터리 관리 시스템(BMS)에서 트랙터내의 배터리 상태 정보를 받아서 배터리 충전에 필요한 전류가 집전패드(310)에서 공급되도록 급전패드(210)에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
인버터(500)는 급전패드(210)에 흐르는 전류를 조절하기 위해 급전패드(210)에 공급되는 고주파 전류의 주파수를 변경하거나 급전패드에 공급되는 전압의 크기를 제어할 수 있다.
본 발명에서 집전부(300)는 정류기(340)와 배터리(700) 사이에 배터리에 필요한 전원을 공급하는 레귤레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 인버터(500)는 정류기(340) 출력전압이 일정하도록 급전패드(210)에 공급되는 전류를 제어하고, 레귤레이터는 배터리(700)에 필요한 전류를 공급하도록 제어할 수 있다.
레귤레이터는 정류기(340)의 출력을 충전이 필요한 배터리 전압으로 변환하기 위해 부스터 컨버터나 벅 컨버터로 구성될 수 있다.
본 발명에서 크레인에 부착되는 급전부(200)는 트랙터(400)의 측면에 부착되는 집전패드(210)의 위치를 검출하는 위치센서(미도시)를 포함하고, 위치센서는 영상센서나 광학센서로 구성될 수 있다.
위치센서는 움직이는 트랙터(400)의 영상이나 형체를 실시간으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 위치 센서는 실시간 정보와 기준이 되는 트랙터(400)의 영상이나 형체 정보를 비교하여 트랙터가 위치 정렬 완료 기준 이내에 들어왔는지를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 위치센서는 위치 정렬 완료 기준 이내에 들어온 트랙터(400)가 움직이는지, 정지하였는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2는 일반적인 컨테이너(C1, C2) 사이즈별 트랙터의 정지위치를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트랙터는 승/하역할 컨테이너의 사이즈에 따라 정지하는 위치가 달라진다. 트랙터(400)의 정지 위치는 작업을 위해 정지하고 있는 크레인(100)에 의해 정해진다. 항만 컨테이너 터미널에서는 크레인(100) 옆에 정차된 트랙터(400)에 컨테이너의 승/하역 작업이 원활하게 이루어지도록 항만운영시스템에서 트랙터(400)가 정지할 위치 정보를 트랙터 운전자 및 트랙터에 알려주게 된다.
항만운영시스템의 정보를 받은 트랙터는 지정된 작업영역으로 이동하여 작업이 필요한 크레인에 접근을 하게 되며, 크레인(100)의 작업영역에 들어간 트랙터(400)는 작업할 컨테이너의 크기에 따라서 작업을 위해 지정된 위치로 속도를 줄여 이동하여 지정된 위치에 정지하게 된다.
도 2를 참조하면, 20피트(C1)나 40피트(C2) 컨테이너를 적재한 트랙터의 정지위치를 나타내고 있다. 도 2의 (a)에서는 20피트(C1) 컨테이너 1개를 트랙터의 후면에 적재한 트랙터의 정지위치를 표시하고, 도 2의 (b)에서는 40피트(C2) 컨테이너를 적재한 트랙터의 정지위치를 표시하고, 도 2의 (c)에서는 20피트 컨테이너 1개를 트랙터의 전면에 적재한 트랙터의 정지위치를 표시한다. 트랙터에 실린 컨테이너는 적재시 컨테이너가 트랙터 진행 방향에 대하여 전후로 약 ±10~25cm의 적재 공차가 발생하므로, 실제 트랙터가 정확히 정해진 위치에 정지하여도 크레인(100)의 작업을 위해서는 트랙터(400)의 위치 미세조정이 빈번히 발생한다.
본 발명에 따른 무선 충전시스템은, 트랙터(400)가 미리 정해진 작업 영역에서 작업을 위해서 정지하거나 위치 미세조정을 위해 이동하는 중에도 트랙터의 운행에 필요한 에너지를 수시로 급전부(200)에서 집전부(300)로 무선으로 공급할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급전부(200)와 집전부(300)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 충전시스템에서 크레인은 급전부(200)와 급전부(300)에 전력을 공급해주는 인버터(500)를 포함하고, 인버터(500)는 제1 통신부(510)를 포함할 수 있다.
트랙터는 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부(300), 배터리(700), 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS) 및 제2 통신부(710)를 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 집전부(300)는 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일(320)을 포함하는 집전패드(310) 및 집전패드(310)에 전달된 전력을 정류하는 정류부(340)를 포함할 수 있다.
또한, 집전부(300)는 집전코일(320)과 공진을 하는 공진회로(330)를 포함할 수 있다.
크레인의 급전부(200)는 집전패드(310)의 위치를 검출하는 위치센서(미도시), 크레인의 측면에 부착되고 급전코일(220)을 포함하는 급전패드(210), 급전패드(210)가 고정되고 급전패드(210)를 집전패드(310) 방향으로 뻗는 제1 구동부(600)와 제1 제어기(미도시) 및 제1 구동부(600)가 고정되고 제1 구동부를 트랙터의 진행방향으로 움직이는 제2 구동부(610)와 제2 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 급전부(200)는 집전코일(220)과 공진을 하는 공진회로(230)를 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 무선충전 시스템은 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면, 제2 제어기는 위치센서로 집전패드(310)의 위치를 실시간으로 검출하여 급전패드(210)와 집전패드(310)가 위치 정렬이 되도록 제2 구동부(610)를 제어하고, 제1 제어기는 급전패드를 뻗어서 급전패드와 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 제1 구동부(600)를 제어하여 트랙터의 집전패드에 무선으로 전력을 전달하여 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 트랙터가 크레인의 작업영역으로 들어오기 전에, 제2 제어기는 항만 운영시스템으로부터 트랙터의 정지 위치를 사전에 받아서 급전패드(210)를 트랙터의 집전패드(310)가 정지할 위치로 미리 움직이고, 트랙터가 크레인의 작업영역으로 들어와 정지하면, 제1 제어기는 급전패드(210)를 뻗어서 급전패드와 집전패드(310) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 제1 구동부(600)를 제어하여 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 배터리(700)를 충전할 수 있다.
또한, 트랙터가 크레인에 접근하기전에, 제2 제어기는 제2 구동부(610)를 제어하여 급전패드(210)를 트랙터의 진입 방향의 맨 처음으로 보내어 대기하게 하고, 트랙터가 크레인의 작업영역내로 들어오면, 제2 제어기는 위치센서로 집전패드(310)의 위치를 실시간으로 검출하여 급전패드(210)와 집전패드(310)가 위치 정렬이 되도록 제2 구동부(610)를 제어하면서, 제1 제어기는 급전패드를 뻗어서 급전패드와 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 제1 구동부(600)를 제어하고, 제2 구동부의 제어 범위내에서는 트랙터가 완전히 정지하지 않고 이동중에도 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 제1 제어기는 트랙터(400)가 제2 구동부(610)의 제어 범위를 벗어나 이동하게 되면 급전패드를 크레인 방향으로 접을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제2 구동부의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다. 도 3a 및 도 4를 참조하면, 제2 제어기는 위치센서로 집전패드(310)의 위치를 실시간으로 검출하여 급전패드(210)와 집전패드(310)가 위치 정렬이 되도록 제2 구동부(610)를 제어할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 구동부(610)는 랙기어 구조로 구성될 수 있다. 랙기어는 제1 구동부(600)가 부착되는 피니언(630)과 피니언에 연결된 구동 모터(640)의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 주는 래크(620)를 포함할 수 있다. 랙기어는 크레인에 설치된 래크(620)의 일 단면의 톱니 바퀴와 피니언(630)의 톱니 바퀴가 맞물려 피니언(630)이 회전운동을 하면서 래크(620)의 일 단면을 직선으로 이동한다. 제2 제어기가 위치센서로부터 집전패드(310)의 위치를 실시간으로 검출하여 구동모터(640)에 연결된 피니언(630)을 래크(620)의 일 단면에 대하여 좌 또는 우로 이동하면서 피니언(630)에 연결된 급전패드(210)와 집전패드(310)가 위치 정렬이 되도록 구동모터(640)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2 구동부는 바퀴형태로 구성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 급전부와 집전부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 충전시스템은, 크레인에 복수개의 급전부(200, 201, 202)와 급전부에 전력을 공급해주는 인버터(500)를 포함하며, 인버터는 제1 통신부(510)를 포함할 수 있다.
트랙터는 급전부(200,201,202)로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부(300), 배터리(700), 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS) 및 제 2통신부(710)를 포함할 수 있다.
트랙터의 집전부(300)는 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일(320)을 포함하는 집전패드(310) 및 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부(340)를 포함할 수 있다.
또한, 집전부(300)는 집전코일(320)과 공진을 하는 공진회로(330)를 포함할 수 있다.
크레인의 급전부(200)는 집전패드의 위치를 검출하는 위치센서(미도시), 크레인의 측면에 부착되고 급전코일(220)을 포함하는 급전패드(210) 및 급전패드가 고정되고 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 급전부(200,201,202) 각각은 급전코일(220,221,222)과 공진을 하는 공진회로(230,231,232)를 포함할 수 있다.
여기서, 급전부 각각은 트랙터의 미리 정해진 정지위치에 따라서 정해지는 집전패드의 위치에 대항하는 크레인의 측면 위치에 배치될 수 있다.
인버터(500)는 복수개의 급전패드(210,211,212)를 선택적으로 구동하기 위해서 인버터(500)와 복수개의 급전패드 사이에 복수개의 스위치(800)를 포함할 수 있다. 복수개의 제1 제어기중에서 집전패드(310)와 위치 정렬된 급전패드의 제1 제어기는 대응하는 스위치를 온 시켜서 인버터(500)의 고주파 전류를 급전패드에 공급하고 위치 정렬이 안된 급전패드의 제1 제어기 각각은 대응하는 스위치를 오프 할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 무선충전 시스템은 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면, 급전부(200,201,202) 각각은 위치센서를 통해서 집전부(300)의 위치를 센싱하고 복수개의 급전부 중에서 집전부와 위치 정렬된 급전부의 제1 제어기는 해당 급전패드를 뻗어서 급전패드와 집전패드(310) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 해당 제1 구동부를 제어하여 트랙터의 집전패드에 무선으로 전력을 전달하여 배터리를 충전할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 급전부와 집전부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6에서는 항만 운송용 이송 장치에서 무인자동 이송장치(AGV)에 본 발명을 적용한 예를 보여준다. 도 3 또는 도 5와 같은 운전자가 필요한 야드 트랙터나 야드 트레일러와 달리 무인자동 이송장치는 항만 운영시스템에서 지정한 작업영역 및 이동경로의 궤적을 따라 이동하면서 무인으로 컨테이너의 승/하역 작업을 하게 되므로, 트랙터의 무인 자동화 운영을 위한 이송장치로 적용되고 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 충전시스템은 크레인에 급전부(200)와 급전부(200)에 전력을 공급해주는 인버터(500)를 포함하며, 인버터는 제1 통신부(510)를 포함할 수 있다.
트랙터는 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 복수개의 집전부(300, 301, 302), 배터리(700), 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS) 및 제2 통신부(710)를 포함할 수 있다.
급전부는 집전부의 위치를 검출하는 위치 센서, 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드(210) 및 급전패드가 고정되고 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부(600)와 제1 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 급전부(200)는 급전코일(220)과 공진을 하는 공진회로(230)를 포함할 수 있다.
트랙터의 집전부(300,301,302)는 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일(320,321,322)을 포함하는 집전패드(310,311,312) 및 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부(340,341,342)를 포함할 수 있다.
또한, 집전부(300,301,302) 각각은 집전코일(320,321,322)과 공진을 하는 공진회로(330,331,332)를 포함할 수 있다.
집전부(300,301,302) 각각은 트랙터가 미리 정해진 정지위치에 정지시 크레인의 측면에 배치된 급전패드에 대항하는 트랙터의 측면 위치에 배치될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 무선충전 시스템은 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면, 제1 제어기는 위치센서를 통해서 복수개의 집전패드 중에서 급전패드와 위치 정렬이 된 집전패드의 위치를 센싱하고 집전패드에 급전패드를 뻗어서 급전패드와 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 제1 구동부를 제어하여 트랙터의 집전패드에 무선으로 전력을 전달하여 배터리를 충전할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 급전부(200)와 집전부(300)의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7a 및 도 7b에는 도시되어 있지 않지만, 급전패드(210)나 집전패드(310)에 흐르는 고주파 전류에 의해 급전코일 또는 집전코일에서 발생하는 발열을 효과적으로 냉각시켜 주기위해 급전패드 또는 집전패드는 쿨링 팬이나 수냉식 냉각 장치를 포함할 수 있다.
쿨링 팬이나 수냉식 냉각 장치는 급전패드와 집전패드가 서로 마주하는 면의 반대쪽에 배치될 수 있다.
도 7a 또는 도 7b를 참조하면, 집전패드(310)는 트랙터(400) 차체 측면보다 더 밖으로 튀어나오도록 부착될 수 있다. 트랙터 측면보다 더 밖으로 튀어나오는 길이는 트랙터 운행에 방해가 안되는 범위에서 이루어 질 수 있다.
집전패드(310)는 급전패드(210)에 공급하는 고주파 전류에 의한 자기장으로부터 자기유도 방식으로 전력을 전달받게 된다. 이때 집전패드(310)에도 고주파 전류가 유기되고 이로 인한 자기장이 외부에 영향을 주게 된다. 집전패드(310) 주변으로 누설되는 자기장을 억제하기 위해 집전패드(310)와 트랙터(400) 몸체 사이에 집전패드보다 큰 폭과 길이를 갖는 비철 금속성의 재질을 갖는 차폐판(350)을 포함할 수 있다.
또한, 급전패드(210)와 집전패드(310)가 근접하여 전력을 전송하는 경우, 급전패드에서 발생하는 누설 자기장의 영향을 고려하여 급전패드(210) 또는 집전패드(310) 중 더 큰 패드 사이즈 보다 큰 폭과 길이의 차폐판을 포함할 수 있다.
크레인의 작업영역에 정지하는 트랙터는 승/하역 되는 컨테이너의 무게로 인해 트랙터의 지상고 높이에 변동이 발생하게 되고, 트랙터의 정지위치는 트랙터에 실린 컨테이너의 적재 편차 및 트랙터 운전자의 숙련도 등에 의하여 정지위치 오차가 발생하게 된다. 자기 유도방식에 위한 전력전송 방식에서는 급전패드와 집전패드의 위치 정렬에 따라 전달 전력량 및 전달 효율이 차이가 나므로 이를 극복하기 위해 급전패드와 집전패드 간의 오 정렬에 강인한 패드 구조 설계가 요구된다.
본 발명에서는 이를 고려하여, 급전패드는 트랙터의 정지위치 오차를 극복하기 위해서 집전패드 보다 수평 폭이 넓을 수 있다.
또한, 집전패드는 트랙터에 컨테이너가 실릴 때와 실리지 않을 때의 트랙터 높이 차이를 극복하기 위해서 급전패드 보다 수직 폭이 넓거나 좁을 수 있다.
도 7a는 무선충전 준비 상황이나 작업 완료 이후의 상황을 나타내고, 도 7b는 무선충전 중인 상황을 나타낸다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 컨테이너 승/하역을 위해 지정된 위치에 정지한 트랙터에 무선으로 전력을 전달하는 급전부(200)의 제1 구동부(600)는 모터 또는 유압 실린더 및 급전패드와 집전패드 사이의 거리를 검출하는 거리센서를 포함할 수 있다. 제1 제어기는 거리센서로부터 거리 정보를 받아서 급전패드(210)와 집전패드(310) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 제1 구동부(600)를 제어할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제1 제어기는 배터리가 충전이 완료되면 자동적으로 급전패드(210)를 크레인(100) 방향으로 접을 수 있다.
또한, 제1 제어기는 크레인에서 승/하역 작업을 완료했다는 작업 완료신호를 수신하면 급전패드(210)를 크레인 방향으로 접을 수 있다.
또한, 제1 제어기는 제1 통신부(510)로부터 집전부(300)에 에러가 발생했다는 정보를 수신하면 급전패드를 크레인 방향으로 접을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 구동부의 구성을 개략적으로 도시한 예시도를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 무선충전을 위해 급전패드(210)를 집전패드(310) 방향으로 뻗는 제1 구동부(600)는 모터 또는 유압 실린더와 압력센서를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 제어기는 급전패드(210)를 집전패드(310)에 닿을 때까지 뻗되 급전패드에 연결되는 모터 또는 유압 실린더가 급전패드를 집전패드 쪽으로 미는 압력센서 정보를 받아서 압력센서의 압력이 지정된 값으로 유지되도록 제어할 수 있다.
또한, 제1 구동부는 모터 또는 유압 실린더를 포함하고, 급전패드(210)를 고정하는 구조물이 중력에 의해서 급전패드가 집전패드(310) 방향으로 뻗도록 구성되어서, 급전패드를 중력에 의해서 집전패드에 닿을 때까지 뻗고, 급전패드를 접을 때에는 제1 제어기는 제1 구동부(600)를 제어할 수 있다.
급전패드(210)를 고정하는 구조물이 지면을 향하여 기울어져 급전패드를 뻗는 동작에서는 제1 구동부(600)의 동력이 없이도 급전패드 자체의 자중에 의한 중력으로 급전패드가 집전패드로 움직이는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제1 구동부(600)는 크레인에 고정되는 제1결합부재(650) 및 일단이 제1결합부재에 결합되고 타단이 급전패드에 연결되는 연결부재(660)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1결합부재(650)는 상기 연결부재 일단의 상측 및 하측에 각각 배치되는 한 쌍의 가이드 부재를 포함하고, 상기 한 쌍의 가이드 부재는 각각 복수의 롤러를 포함할 수 있다.
제1 제어기는 급전패드(210)에 연결된 연결부재(660)를 집전패드 방향으로 뻗어서 급전패드가 집전패드에 닿도록 상기 제1 구동부(600)를 제어할 수 있다.
또한, 제1 구동부는 급전패드와 크레인 사이를 연결하는 로프 및 로프를 풀거나 감는 로프 릴 구동부를 포함할 수 있다. 제1 제어기는 로프 릴 구동부를 제어하여 집전패드로 뻗은 급전패드를 크레인 쪽으로 접는 것을 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 집전패드 또는 급전패드의 돌출 부재 예시도를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 급전패드(210) 또는 집전패드(310)는 서로 접촉이 되어 있는 상태에서 트랙터나 크레인이 움직일 때에 서로 미끄러지도록 패드표면에 마찰을 줄이기 위한 돌출바퀴(900)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100 : 크레인,
110 : 트롤리,
120 : 스프레더
130 : 상부프레임
140 : 지지프레,
150 : 측면프레임
200, 201, 202 : 급전부
210, 211, 212 : 급전패드
220, 221, 222 : 급전코일
230, 231, 232 : 공진회로
300, 301, 302 : 집전부
310, 311, 312 : 집전패드
320, 321, 322 : 집전코일
330, 331, 332 : 공진회로
340, 341, 342 : 정류기
350 : 차폐판
400 : 트랙터
500 : 인버터
510 : 제1 통신부
600 : 제1 구동부
610 : 제2 구동부
620 : 래크
630 : 피니언
640 : 모터
650 : 제1결합부재
660 : 연결부재
700 : 배터리
710 : 제2 통신부
800 : 스위치
900 : 돌출바퀴
C, C1, C2 : 컨테이너

Claims (28)

  1. 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서,
    상기 크레인은 급전부; 및
    상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고,
    상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고,
    상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부;
    상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및
    제2 통신부를 포함하되,
    상기 집전부는,
    상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및
    상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하고,
    상기 급전부는,
    상기 집전패드의 위치를 검출하는 위치센서;
    상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드;
    상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 상기 집전패드 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기; 및
    상기 제1 구동부가 고정되고 상기 제1 구동부를 상기 트랙터의 진행방향으로 움직이는 제2 구동부와 제2 제어기를 포함하여,
    상기 트랙터가 상기 크레인 작업영역내로 들어오면,
    상기 제2 제어기는 상기 위치센서로 상기 집전패드의 위치를 실시간으로 검출하여 상기 급전패드와 상기 집전패드가 위치 정렬이 되도록 상기 제2 구동부를 제어하고, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 구동부는 래크와 피니언으로 구성되는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 구동부는 바퀴형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역으로 들어오기 전에,
    상기 제2 제어기는 항만 운영시스템으로부터 상기 트랙터의 정지 위치를 사전에 받아서 상기 급전패드를 상기 트랙터의 상기 집전패드가 정지할 위치로 미리 움직이고,
    상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역으로 들어와 정지하면,
    상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 트랙터가 상기 크레인에 접근하기전에,
    상기 제2 제어기는 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 급전패드를 상기 트랙터의 진입 방향의 맨 처음으로 보내어 대기하게 하고,
    상기 트랙터가 상기 크레인의 작업영역내로 들어오면,
    상기 제2 제어기는 상기 위치센서로 상기 집전패드의 위치를 실시간으로 검출하여 상기 급전패드와 상기 집전패드가 위치 정렬이 되도록 상기 제2 구동부를 제어하면서, 상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하고,
    상기 제2 구동부의 제어 범위내에서는 상기 트랙터가 완전히 정지하지 않고 이동중에도 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 트랙터가 상기 제2 구동부의 제어 범위를 벗어나 이동하게 되면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  7. 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서,
    상기 크레인은 복수개의 급전부; 및
    상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고,
    상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고,
    상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 집전부;
    상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및
    제 2통신부를 포함하되,
    상기 집전부는,
    상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및
    상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하고,
    상기 급전부은,
    상기 집전부의 위치를 검출하는 위치센서;
    상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 및
    상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기를 포함하여,
    상기 급전부 각각은 상기 트랙터의 미리 정해진 정지위치에 따라서 정해지는 상기 집전패드의 위치에 대항하는 크레인의 측면 위치에 배치되고,
    상기 급전부 각각은 상기 위치센서를 통해서 상기 집전부의 위치를 센싱하고 복수개의 상기 급전부 중에서 상기 집전부와 위치 정렬된 상기 급전부의 상기 제1 제어기는 해당 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 복수개의 급전패드를 선택적으로 구동하기 위해서 상기 인버터와 상기 복수개의 급전패드 사이에 복수개의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  9. 이동형 크레인과 배터리로 구동되는 트랙터 사이의 무선충전 시스템에 있어서,
    상기 크레인은 급전부; 및
    상기 급전부에 전력을 공급해주는 인버터를 포함하고,
    상기 인버터는 제1 통신부를 포함하고,
    상기 트랙터는 상기 급전부로부터 무선으로 충전전력을 공급받는 복수개의 집전부;
    상기 배터리 상태를 표시하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및
    제2 통신부를 포함하되,
    상기 급전부는,
    상기 집전부의 위치를 검출하는 위치 센서;
    상기 크레인의 측면에 부착되고 급전코일을 포함하는 급전패드; 및
    상기 급전패드가 고정되고 상기 급전패드를 트랙터 방향으로 뻗는 제1 구동부와 제1 제어기를 포함하고,
    상기 집전부는,
    상기 트랙터의 측면에 부착되고 집전코일을 포함하는 집전패드; 및
    상기 집전패드에 전달된 전력을 정류하는 정류부를 포함하여,
    상기 집전부 각각은 상기 트랙터가 미리 정해진 정지위치에 정지시 상기 급전패드 위치에 대항하는 상기 트랙터의 위치에 배치되고,
    상기 제1 제어기는 상기 위치센서를 통해서 복수개의 상기 집전패드 중에서 상기 급전패드와 위치 정렬이 된 상기 집전패드의 위치를 센싱하고 상기 집전패드에 상기 급전패드를 뻗어서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 트랙터에 무선으로 전력을 전달하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  10. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 상기 급전패드와 상기 집전패드가 마주하는 면의 반대 쪽에 쿨링 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  11. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 수냉식 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  12. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전패드가 상기 트랙터 측면보다 더 밖으로 튀어나오도록 부착하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  13. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전패드와 상기 트랙터 몸체 사이에 상기 집전패드보다 큰 폭과 길이를 갖는 차폐판을 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 차폐판의 재질은 비철 금속인 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  15. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전패드 또는 상기 집전패드는 패드 표면에 마찰을 줄이기 위한 돌출바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  16. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구동부는
    모터 또는 유압 실린더; 및
    상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 검출하는 거리센서를 포함하고,
    상기 제1 제어기는 상기 거리센서로부터 거리 정보를 받아서 상기 급전패드와 상기 집전패드 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 상기 제1 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  17. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구동부는
    모터 또는 유압 실린더와 압력센서를 포함하고,
    상기 제1 제어기는 상기 급전패드를 상기 집전패드에 닿을 때까지 뻗되 상기 압력센서의 압력이 지정된 값으로 유지되도록 제어하는 하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  18. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구동부는
    모터 또는 유압 실린더를 포함하고,
    상기 급전패드를 고정하는 구조물이 중력에 의해서 상기 급전패드가 상기 집전패드 방향으로 뻗도록 구성되어서,
    상기 급전패드를 중력에 의해서 상기 집전패드에 닿을 때까지 뻗고 상기 급전패드를 접을 때에는 상기 제1 제어기는 상기 제1 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  19. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 제1 통신부와 상기 제 2 통신부 간의 통신을 통해서 상기 트랙터내의 상기 배터리 상태 정보를 받아서 상기 배터리 충전에 필요한 전류가 상기 집전패드에서 공급되도록 상기 급전패드에 흐르는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  20. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전부는 상기 정류부와 상기 배터리 사이에 레귤레이터를 더 포함하되,
    상기 인버터는 상기 정류부 출력전압이 일정하도록 제어하고 상기 레귤레이터는 상기 배터리에 필요한 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  21. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 배터리가 충전이 완료되면 자동적으로 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  22. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 크레인에서 승역 또는 하역 작업을 완료했다는 작업 완료신호를 수신하면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  23. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 제1 통신부로부터 상기 집전부에 에러가 발생했다는 정보를 수신하면 상기 급전패드를 상기 크레인 방향으로 접는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  24. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치센서는 영상센서나 광학센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  25. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전부는 상기 급전코일과 공진하는 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  26. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전부는 상기 집전코일과 공진하는 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  27. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전패드는 상기 트랙터의 정지위치 오차를 극복하기 위해서 상기 집전패드 보다 수평 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
  28. 제1 항, 제7 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전패드는 상기 트랙터에 컨테이너가 실릴 때와 실리지 않을 때의 상기 트랙터 높이 차이를 극복하기 위해서 상기 급전패드 보다 수직 폭이 넓거나 좁은 것을 특징으로 하는 크레인과 트랙터 사이의 무선충전 시스템.
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