집전모듈{Power Collecting Module}
본 발명의 실시예는 집전모듈에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다. 차량의 주행중에 도로 또는 철로의 바닥으로부터 전력을 전달받아 차량에 필요한 에너지를 공급하고 배터리 충전도 할 수 있는 무선전력전송차량이 개발되고 있다. 이와 같은 무선전력전송차량은 전자기유도방식으로 대용량전력을 무선으로 전달하는 무선전력전송기술을 기반으로 하는데, KAIST는 20 KHz와 60 KHz 공진회로를 이용한 무선전력전송기술을 개발했다. 60 KHz 공진회로를 이용하는 경우 20 KHz 공진회로를 이용하는 경우에 비해 같은 공극에서 더 높은 유도전압을 얻을 수 있으나 집전코일의 위치에 따른 상호 인덕턴스 값의 차이가 커지게 되어 집전코일의 위치에 따라 집전코일에 유도되는 전압이 상이하게 된다.
본 발명의 실시예는, 집전코일의 위치에 따라 각 집전코일에 불균형하게 나타나는 상호 인덕턴스 차이를 상쇄시킴으로써 각 집전코일 간 유도전압의 차이에 의한 영향을 줄여 고른 전압을 얻을 수 있는 집전모듈을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 급전코어에 권취된 급전코일로부터의 거리가 각기 다른 복수의 집전코일을 포함하는 집전모듈에 있어서, 상기 복수의 집전코일 중 상기 급전코일로부터 원거리에 위치하는 하나 이상의 원거리집전코일; 및 상기 복수의 집전코일 중 상기 급전코일로부터 근거리에 위치하는 하나 이상의 근거리집전코일을 포함하되, 상기 하나 이상의 원거리집전코일 중 하나 및 상기 하나 이상의 근거리집전코일 중 하나를 상호 연결하여 하나 이상의 조합쌍을 구성하는 것을 특징으로 하는 집전모듈을 제공한다. 상기 조합쌍은, 상기 조합쌍 각각으로부터 상기 급전코일과의 평균거리가 유사해지도록 구성할 수 있다. 상기 상호 연결은, 상호 직렬 연결일 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 원거리집전코일 및 상기 근거리집전코일이 권취되는 집전코어를 추가로 포함할 수 있다. 상기 집전코어는, 소정의 길이와 소정의 너비를 갖는 베이스코어; 상기 베이스코어의 상기 너비의 중앙에 돌출되어 상기 길이 방향으로 연장되는 한 개의 중앙코어; 상기 중앙코어를 중심으로 상기 베이스코어의 일측이 절곡되어 상기 중앙코어가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 돌출된 일측측면코어: 및 상기 중앙코어를 중심으로 상기 베이스코어의 상기 일측의 타측이 절곡되어 상기 중앙코너가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 돌출된 타측측면코어를 포함할 수 있다. 상기 집전코어는, 소정의 길이와 소정의 너비를 갖되, E-자 형태로 상기 너비의 중앙부를 중심으로 양 단부가 절곡되고 중앙부가 돌출된 형태로, 양 단부의 절곡된 부분과 중앙부의 돌출된 부분이 동일 방향을 향하도록 하고, 상기 길이 방향으로 연장될 수 있다. 상기 원거리집전코일은, 권취시점 및 권취종점이 각기 다르되 동일한 권취방향을 갖도록 상기 중앙코어에 권취되는 한 쌍의 집전코일을 포함하는 중앙원거리집전코일; 상기 일측측면코어에 권취되는 일측원거리집전코일; 및 상기 타측측면코어에 권취되는 타측원거리집전코일을 포함하고, 상기 근거리집전코일은, 권취시점 및 권취종점이 각기 다르되 동일한 권취방향을 갖도록 상기 중앙코어에 권취되는 한 쌍의 집전코일을 포함하는 중앙근거리집전코일; 상기 일측측면코어에 권취되는 일측근거리집전코일; 및 상기 타측측면코어에 권취되는 타측근거리집전코일을 포함할 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 중앙원거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 하나의 집전코일이 상기 일측근거리집전코일에, 상기 중앙원거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 나머지 하나의 집전코일이 상기 타측근거리집전코일에, 상기 중앙근거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 하나의 집전코일이 상기 일측원거리집전코일에, 상기 중앙근거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 나머지 하나의 집전코일이 상기 타측원거리집전코일에 제각기 직렬로 연결될 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 중앙원거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 하나의 집전코일과 상기 일측근거리집전코일의 직렬연결쌍, 상기 중앙원거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 나머지 하나의 집전코일과 상기 타측근거리집전코일의 직렬연결쌍, 상기 중앙근거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 하나의 집전코일과 상기 일측원거리집전코일의 직렬연결쌍, 상기 중앙근거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 중 나머지 하나의 집전코일과 상기 타측원거리집전코일의 직렬연결쌍이 모두 병렬로 연결될 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 중앙원거리집전코일에 포함되는 상기 한 쌍의 집전코일, 상기 중앙근거리집전코일에 포함되는 상기 한 쌍의 집전코일, 상기 일측원거리집전코일, 상기 일측근거리집전코일, 상기 타측원거리집전코일 및 상기 타측근거리집전코일 등 각 집전코일의 권수가 모두 동일할 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 중앙원거리집전코일에 포함되는 상기 한 쌍의 집전코일, 상기 중앙근거리집전코일에 포함되는 상기 한 쌍의 집전코일, 상기 일측원거리집전코일, 상기 일측근거리집전코일, 상기 타측원거리집전코일 및 상기 타측근거리집전코일 등 각 집전코일에 제각기 발생되는 유도전압의 위상이 모두 동일할 수 있다. 상기 중앙원거리집전코일은, 상기 중앙원거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 각각의 권취시점 및 권취종점이 상기 중앙코어를 상기 베이스코어와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심을 기준으로 제각기 서로 대칭이 되도록 하고, 상기 중앙근거리집전코일은, 상기 중앙근거리집전코일에 포함된 상기 한 쌍의 집전코일 각각의 권취시점 및 권취종점이 상기 중앙코어를 상기 베이스코어와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심을 기준으로 제각기 서로 대칭이 되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 다른 측면에 의하면, 집전모듈에 있어서, 권취시점 및 권취종점이 각기 다르되 동일한 권취방향을 갖도록 권취되는 N(N은 2 이상의 자연수) 개의 집전코일을 포함하는 중앙집전코일; 및 N 개의 외곽집전코일을 포함하되, 상기 중앙집전코일에 포함되는 상기 N 개의 집전코일 중 하나 및 상기 N 개의 외곽집전코일 중 하나를 상호 연결하여 N 개의 조합쌍을 구성하는 것을 특징으로 하는 집전모듈을 제공한다. 상기 조합쌍은, 상기 조합쌍 각각의 상호 인덕턴스가 서로 유사해지도록 구성할 수 있다. 상기 집전모듈은, 상기 중앙집전코일에 포함되는 N 개의 집전코일 각각의 권취시점 및 권취종점의 위상이 권취중심을 기준으로 360°/N씩 차이 나도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 베이스코어; 상기 베이스코어의 중앙에 돌출된 한 개의 중앙코어; 상기 베이스코어의 중앙을 중심으로 주변 단부에 위치하며 상기 중앙코어가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 돌출된 N(N은 2 이상의 자연수) 개의 외곽코어를 포함하는 집전코어부를 포함하는 집전모듈에 있어서, 상기 중앙코어에 권취시점 및 권취종점이 각기 다르되 동일한 권취방향을 갖도록 권취되는 N 개의 집전코일을 포함하는 내층중앙집전코일; 상기 중앙코어에 권취시점 및 권취종점이 각기 다르되 동일한 권취방향을 갖도록 권취되는 N개의 집전코일을 포함하고 상기 내층중앙집전코일보다 상기 베이스코어로부터 멀리 위치하는 외층중앙집전코일을 포함하는 중앙집전코일부; 및 상기 N 개의 외곽코어 각각에 권취되는 N 개의 내층외곽집전코일; 상기 N 개의 외곽코어 각각에 권취되고 상기 N 개의 내층외곽집전코일보다 상기 베이스코어로부터 멀리 위치하는 N 개의 외층외곽집전코일을 포함하는 N 개의 외곽집전코일을 포함하되, 상기 외층중앙집전코일에 포함된 N 개의 집전코일이 제각기 상기 N 개의 내층외곽집전코일에 직렬로 연결되고, 상기 내층중앙집전코일에 포함된 N 개의 집전코일이 제각기 상기 N 개의 외층외곽집전코일에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 집전모듈을 제공한다. 상기 집전모듈은, 상기 내층중앙집전코일에 포함되는 N 개의 집전코일 각각의 권취시점 및 권취종점의 위상이 상기 중앙코어를 상기 베이스코어와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심을 기준으로 360°/N씩 차이가 나고, 상기 외층중앙집전코일에 포함되는 N 개의 집전코일 각각의 권취시점 및 권취종점의 위상이 상기 중앙코어를 상기 베이스코어와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심을 기준으로 360°/N씩 차이 나도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 급전모듈을 포함하는 급전장치; 상기 급전모듈에 포함된 급전코어부와 자기적으로 결합되며, 소정의 길이와 소정의 너비를 갖는 베이스코어; 상기 베이스코어의 상기 너비의 중앙에 돌출되어 상기 길이 방향으로 연장되는 중앙코어; 상기 중앙코어를 중심으로 양 단부가 절곡되어 상기 중앙코어가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 돌출된 한 쌍의 측면코어를 포함하는 집전코어부; 상기 집전코어부 및 상기 집전코어부에 권취되는 집전코일부를 포함하는 집전모듈; 및 상기 집전모듈로부터 출력되는 상기 유도전압을 변환하는 집전회로를 포함하되, 상기 집전코일부는, 상기 중앙코어에 권취시점과 권취종점이 서로 다르되 동일한 권취방향으로 권취되는 한 쌍의 집전코일을 포함하는 내층중앙집전코일; 상기 중앙코어에 권취시점과 권취종점이 서로 다르되 동일한 방향으로 권취되는 한 쌍의 집전코일을 포함하고 상기 내층중앙집전코일보다 상기 베이스코어로부터 멀리 위치하는 외층중앙집전코일을 포함하는 중앙집전코일부; 상기 한 쌍의 측면코어 중 일측 측면코어에 권취되는 일측내층측면집전코일; 상기 일측 측면코어에 권취되고 상기 일측내층측면집전코일보다 상기 베이스코어로부터 멀리 위치하는 일측외층측면집전코일을 포함하는 일측측면집전코일부; 및 상기 한 쌍의 측면코어 중 상기 일측 측면코어의 타측 측면코어에 권취되는 타측내층측면집전코일; 상기 타측 측면코어에 권취되고 상기 타측내층측면집전코일보다 상기 베이스코어로부터 멀리 위치하는 타측외층측면집전코일을 포함하는 타측측면집전코일부를 포함하고, 상기 외층중앙집전코일 중 하나의 집전코일이 상기 일측내층측면집전코일에, 상기 외층중앙집전코일 중 나머지 하나의 집전코일이 상기 타측내층측면집전코일에, 상기 내층중앙집전코일 중 하나의 집전코일이 상기 일측외층측면집전코일에, 상기 내층중앙집전코일 중 나머지 하나의 집전코일이 상기 타측외층측면집전코일에 제각기 직렬로 연결되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 급집전장치를 제공한다. 상기 집전회로는, 상기 유도전압을 직류로 변환할 수 있다. 상기 급집전장치는, 상기 집전회로에 의해 변환된 상기 직류를 저장하는 적어도 하나의 배터리를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 집전코일의 위치에 따라 각 집전코일에 불균형하게 나타나는 상호 인덕턴스 차이를 상쇄시킴으로써 각 집전코일 간 유도전압의 차이에 의한 영향을 줄여 무선전력전송차량에 공급되는 전압을 고르게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈에서 내층중앙코일의 권취구조를 상세하게 나타내기 위해 도 1에서 중앙코어를 AA 방향으로 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈에서 좌측내층측면코일의 권취구조를 상세하게 나타내기 위해 도 1에서 좌측면코어를 BB 방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈에서 각 코일의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈 및 급집전장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈의 코일권취방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)에서 내층중앙코일(110)의 권취구조를 상세하게 나타내기 위해 도 1에서 중앙코어(420)를 AA 방향으로 자른 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)에서 좌측내층측면코일(210)의 권취구조를 상세하게 나타내기 위해 도 1에서 좌측면코어(430)를 BB 방향으로 자른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)에서 각 코일의 연결 관계를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000) 및 급집전장치(2000)의 회로도이다. 이하, 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000) 및 급집전장치(2000)의 구성 및 동작을 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 외곽코어가 2 개인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)은 중앙코일부(100), 좌측면코일부(200), 우측면코일부(300) 및 집전코어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 집전코어부(400)는 차량(미도시)의 진행방향으로 소정의 길이와 차량(미도시)의 진행방향에 수직인 방향으로 소정의 너비를 갖는 베이스코어(410), 베이스코어(410)의 중앙에 돌출되어 길이 방향으로 연장되는 중앙코어(420), 중앙코어를 중심으로 베이스코어(410)의 양 단부가 절곡되어 중앙코어(420)가 돌출된 방향과 동일한 방향으로 돌출된 좌측면코어(430) 및 우측면코어(440)를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 집전코어부(400)가 갖출 수 있는 다양한 형태들 중에서 하나의 예를 나타낸 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 집전코어부(400)는, 차량(미도시)의 진행방향으로 소정의 길이와 차량(미도시)의 진행방향에 수직으로 소정의 너비를 갖되, E-자 형태로 너비의 중앙부를 중심으로 양 단부가 절곡되고 중앙부가 돌출된 형태로, 양 단부의 절곡된 부분과 중앙부의 돌출된 부분이 동일 방향을 향하도록 하고, 길이 방향으로 연장되는 형태를 취할 수도 있다. 집전코어부(400)는 중앙코어(420), 좌측면코어(430) 및 우측면코어(440)의 돌출된 방향이 급전모듈(600)에 포함된 급전코어부(미도시)를 향하도록 설치될 수 있으나, 이 또한 이에 한정되는 것은 아니다. 중앙코일부(100)는 내층중앙코일(110) 및 외층중앙코일(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 내층중앙코일(110) 및 외층중앙코일(120)은 각각 중앙코어(420)에 권취된다. 이때, 내층중앙코일(110)은 외층중앙코일(120)보다 베이스코어(410)에 가깝게 중앙코어(420)에 권취되고, 외층중앙코일(120)은 내층중앙코일(110)보다 베이스코어(410)로부터 멀게 중앙코어(420)에 권취될 수 있다. 좌측면코일부(200)는 좌측내층측면코일(210) 및 좌측외층측면코일(220)을 포함하여 구성될 수 있다. 좌측내층측면코일(210) 및 좌측외층측면코일(220)은 각각 좌측면코어(430)에 권취된다. 이때, 좌측내층측면코일(210)은 좌측외층측면코일(220)보다 베이스코어(410)에 가깝게 좌측면코어(430)에 권취되고, 좌측외층측면코일(220)은 좌측내층측면코일(210)보다 베이스코어(410)로부터 멀게 좌측면코어(430)에 권취될 수 있다. 우측면코일부(300)는 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320)을 포함하여 구성될 수 있다. 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320)은 각각 우측면코어(440)에 권취된다. 이때, 우측내층측면코일(310)은 우측외층측면코일(320)보다 베이스코어(410)에 가깝게 우측면코어(440)에 권취되고, 우측외층측면코일(320)은 우측내층측면코일(310)보다 베이스코어(410)로부터 멀게 우측면코어(440)에 권취될 수 있다. 내층중앙코일(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1내층중앙코일(111) 및 제2내층중앙코일(112)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1내층중앙코일(111) 및 제2내층중앙코일(112)은 각각 중앙코어(420)에 권취된다. 제1내층중앙코일(111)은 제1내층중앙코일(111)의 권취시점(111a) 및 권취종점(111b)의 위치가 도 1에서 중앙코어(420)를 AA 방향으로 자른 단면의 중심(이하 "중심 C"라 칭함)을 기준으로 동일한 위상을 갖도록 중앙코어(420)에 권취되며, 제2내층중앙코일(112) 또한 제2내층중앙코일(112)의 권취시점(112a) 및 권취종점(112b)의 위치가 중심 C를 기준으로 동일한 위상을 갖도록 중앙코어(420)에 권취된다. 이때, 제1내층중앙코일(111)의 권취시점(111a) 및 권취종점(111b)과 제2내층중앙코일(112)의 권취시점(112a) 및 권취종점(112b)의 위치가 중심C를 기준으로 서로 대칭(180°위상차)이 되도록 구성될 수 있다. 한편, 외층중앙코일(120)에 포함되는 제1외층중앙코일(121) 및 제2외층중앙코일(122)의 권취방법은 앞에서 설명한 내층중앙코일(110)에 포함되는 제1내층중앙코일(111) 및 제2내층중앙코일(112)의 권취방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 좌측면코일부(200)에 포함되는 2 개의 코일 중 하나의 코일인 좌측내층측면코일(210)은 도 3에 도시된 바와 같이 좌측면코어(430)에 권취된다. 좌측내층측면코일(210)은 좌측내층측면코일(210)의 권취시점(210a) 및 권취종점(210b)의 위치가 도 1에서 좌측면코어(430)를 BB 방향으로 자른 단면의 중심(이하 "중심 D"라 칭함)을 기준으로 동일한 위상을 갖도록 좌측면코어(430)에 권취된다. 좌측면코일부(200)에 포함되는 2 개의 코일 중 나머지 하나의 코일인 좌측외층측면코일(220)과 우측면코일부(300)에 포함되는 2 개의 코일인 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320)의 권취방법은 각기 해당코어에 권취되는 점을 제외하고는 앞에서 설명한 좌측내층측면코일(210)의 권취방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 제1내층중앙코일(111), 제2내층중앙코일(112), 제1외층중앙코일(121), 제2외층중앙코일(122), 좌측내층측면코일(210), 좌측외층측면코일(220), 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320) 등 8 개 코일의 권수(단위: 턴, Turn)는 모두 동일하며, 8 개의 코일 각각에 발생되는 유도전압의 위상이 모두 동일하도록 권취될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 전술한 8 개 코일 모두 각각의 권수가 5 턴인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이후, 제1내층중앙코일(111), 제2내층중앙코일(112), 제1외층중앙코일(121), 제2외층중앙코일(122), 좌측내층측면코일(210), 좌측외층측면코일(220), 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320) 등 8 개의 코일을 도 4에 도시된 바와 같이 2 개씩 직렬로 연결한다. 먼저, 좌측면코일부(200)에 포함된 좌측내층측면코일(210)의 일단과 중앙코일부(100)에 포함된 외층중앙코일(120)의 2 개의 코일 중 하나의 코일인 제1외층중앙코일(121)의 일단이 연결되어 제1직렬연결쌍(P401)을 이루고, 외층중앙코일(120)의 2 개의 코일 중 나머지 하나의 코일인 제2외층중앙코일(122)의 일단과 우측면코일부(300)에 포함된 우측내층측면코일(310)의 일단이 연결되어 제2직렬연결쌍(P402)을 이룬다. 유사한 방법으로, 좌측면코일부(200)에 포함된 좌측외층측면코일(220)의 일단과 중앙코일부(100)에 포함된 내층중앙코일(110)의 2 개의 코일 중 하나의 코일인 제1내층중앙코일(111)의 일단이 연결되어 제3직렬연결쌍(P403)을 이루고, 내층중앙코일(120)의 2 개의 코일 중 나머지 하나의 코일인 제2내층중앙코일(112)의 일단과 우측면코일부(300)에 포함된 우측외층측면코일(320)의 일단이 연결되어 제4직렬연결쌍(P404)을 이룬다. 이와 같이 직렬로 연결된 4 개의 직렬연결쌍(P401, P402, P403, P404)이 도 5에 도시된 바와 같이 정류기(701,702,703,704) 및 커패시터(C401, C402, C403, C404)를 포함하여 모두 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1직렬연결쌍(P401)에 포함된 제1외층중앙코일(121)의 타단이 정류기(701)의 입력단자 중 하나에 연결되고, 좌측내층측면코일(210)의 타단이 커패시터(C401)를 경유하여 정류기(701)의 입력단자 중 나머지 하나에 연결되며, 제2직렬연결쌍(P402)에 포함된 제2외층중앙코일(122)의 타단이 정류기(702)의 입력단자 중 하나에 연결되고, 우측내층측면코일(310)의 타단이 커패시터(C402)를 경유하여 정류기(702)의 입력단자 중 나머지 하나에 연결된다. 또한, 제3직렬연결쌍(P403)에 포함된 제1내층중앙코일(111)의 타단이 정류기(703)의 입력단자 중 하나에 연결되고, 좌측외층측면코일(220)의 타단이 커패시터(C403)를 경유하여 정류기(703)의 입력단자 중 나머지 하나에 연결되며, 제4직렬연결쌍(404)에 포함된 제2내층중앙코일(112)의 타단이 정류기(704)의 입력단자 중 하나에 연결되고, 우측외층측면코일(320)의 타단이 커패시터(C404)를 경유하여 정류기(704)의 입력단자 중 나머지 하나에 연결된다. 이후, 각 정류기(701~704)의 출력단자는 도 5에 도시된 바와 같이, 모두 병렬로 연결되어 DC/DC컨버터(750)의 입력단자에 연결될 수 있다. DC/DC컨버터(750)의 출력은 차량(미도시)을 구동하기 위한 모터(미도시)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, DC/DC컨버터(750)의 출력은 배터리(800)에 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)은 도 5에 도시된 바와 같이, 집전모듈(1000)에 전력을 공급하기 위한 급전모듈(600)에 포함된 급전코어부(미도시)와 집전코어부(400)에 의해 자기적으로 결합될 수 있다. 급전모듈(600)은 급전코어부(미도시), 급전코일(601) 및 커패시터(C602)를 포함하여 구성될 수 있다. 급전모듈(600)은 급전모듈(600)에 연결된 인버터(500)로부터 고주파전력을 공급받도록 구성될 수 있으며, 차량(미도시)이 주행하는 도로면(미도시)이나 철로면(미도시)에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 인버터(500)는 고주파전력을 급전모듈(600)에 공급하도록 구성될 수 있다. 인버터(500)는 60 Hz의 상용 교류전력을 20 KHz 또는 60 KHz의 고주파전력으로 변환하여 급전모듈(600)에 공급하도록 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이상에서 설명한 연결방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 한 가지 예를 든 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 동작에 대해 설명하기로 한다. 인버터(500)로부터 고주파전력이 급전모듈(600)에 공급되면, 급전코어부(미도시)와 자기적으로 결합된 집전코어부(400)에 권취된 중앙코일부(100), 좌측면코일부(200) 및 우측면코일부(300)에 유도전압이 발생된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 제1내층중앙코일(111), 제2내층중앙코일(112), 제1외층중앙코일(121), 제2외층중앙코일(122), 좌측내층측면코일(210), 좌측외층측면코일(220), 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320) 등 8 개의 코일이 4 개의 직렬연결쌍(P401~P404)의 형태를 취하게 되면, 8 개 코일 각각의 권수가 모두 5 턴이므로, 2 개의 코일씩 직렬로 연결되어 이루어진 4 개의 직렬연결쌍(P401~P404) 각각의 권수는 모두 10 턴으로 동일하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)에서와 같은 방법으로 8 개의 코일을 연결하면, 집전코어부(400)에 포함되는 중앙코어(420), 좌측면코어(430) 및 우측면코어(440) 각각과 급전코어부(미도시)와의 상대적 거리 차이로 인해 8 개의 코일에 불균형하게 나타나는 상호 인덕턴스 차이를 상쇄시킬 수 있으므로 불가피하게 발생하는 각 코일 간 유도전압의 차이에 의한 영향을 줄일 수 있다. 즉, 중앙코어(420)에 권취된 내층중앙코일(110)에 포함된 2 개의 코일인 제1내층중앙코일(111) 및 제2내층중앙코일(112)을 좌측면코어(430)에 권취된 좌측외층측면코일(220) 및 우측면코어(440)에 권취된 우측외층측면코일(320)에 각각 직렬로 연결하고, 중앙코어(420)에 권취된 외층중앙코일(120)에 포함된 2 개의 코일인 제1외층중앙코일(121) 및 제2외층중앙코일(122)을 좌측면코어(430)에 권취된 좌측내층측면코일(210) 및 우측면코어(440)에 권취된 우측내층측면코일(310)에 각각 직렬로 연결하여 내외층 간 코일을 교차하여 조합함으로써, 집전코어부(400)에서의 상대적 거리 차이에 따른 유도전압 차이를 상쇄시켜 4 개의 직렬연결쌍(P401~P404) 각각에 의해 얻을 수 있는 전압을 고르게 할 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 외곽코어가 2 개인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 외곽코어의 개수가 3 개, 4 개 또는 그 이상인 집전모듈을 설계한다면 중앙코일부에 층별 3 개, 4 개 또는 그 이상의 개수의 코일이 대칭적으로 권취되도록 구성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)에서와 같이 외곽코어가 2 개인 경우와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 급집전장치(2000)는 인버터(500), 급전모듈(600), 집전모듈(1000), 정류기(701,702,703,704), DC/DC컨버터(750) 및 배터리(800)를 포함하여 구성될 수 있다. 인버터(500)는 고주파전력을 급전모듈(600)에 공급하도록 구성될 수 있다. 인버터(500)는 60 Hz의 상용 교류전력을 20 KHz 또는 60 KHz의 고주파전력으로 변환하여 급전모듈(600)에 공급하도록 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 급전모듈(600)은 급전코어부(미도시), 급전코일(601) 및 커패시터(C602)를 포함하여 구성될 수 있다. 급전모듈(600)은 급전모듈(600)에 연결된 인버터(500)로부터 고주파전력을 공급받도록 구성될 수 있으며, 차량(미도시)이 주행하는 도로면(미도시)이나 철로면(미도시)에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 집전모듈(1000)은 집전코어부(400)와 급전코어부(미도시)에 의해 자기적으로 결합되어 구성될 수 있다. 집전모듈(1000)에 포함되는 직렬연결쌍(P401, P402, P403, P404)에 각각 연결되는 각 정류기(701~704)의 출력단자는 모두 병렬로 연결되어 DC/DC컨버터(750)의 입력단자에 연결될 수 있다. DC/DC컨버터(750)의 출력은 차량(미도시)을 구동하기 위한 모터(미도시)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, DC/DC컨버터(750)의 출력은 배터리(800)에 연결되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 급집전장치(2000)의 구성 및 동작에 대한 내용은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 구성 및 동작에 대한 내용과 상당 부분 중복되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 코일권취방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 코일권취방법은 내층중앙코일(110)을 생성하는 과정(S610), 외층중앙코일(120)을 생성하는 과정(S620), 좌측면코일부(200)를 생성하는 과정(S630) 및 우측면코일부(300)를 생성하는 과정(S640)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 코일권취방법을 설명함에 있어 도 6에 도시된 순서를 예로 들어 설명하지만, 각 과정의 순서는 과정 간에 서로 바뀌어 수행될 수 있으며 도 6에 도시되어 있는 순서에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의한 집전모듈(1000)의 코일권취방법은 내층중앙코일(110)을 생성하는 과정(S610)으로 시작된다. 중앙코어(420)에 권취시점과 권취종점이 각기 다른 한 쌍의 코일(111,112)을 동일한 방향으로 권취하여 내층중앙코일(110)을 생성한다. 이때, 내층중앙코일(110)을 생성하는 과정은 내층중앙코일(110)에 포함되는 한 쌍의 코일(111,112) 각각의 권취시점 및 권취종점이 중앙코어(420)를 베이스코어(410)와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심(중심C)을 기준으로 각각 대칭이 되도록 할 수 있다. 또한, 중앙코어(420)에 권취시점과 권취종점이 각기 다른 한 쌍의 코일(121,122)을 동일한 방향으로 권취하되, 내층중앙코일(110)과 위치를 다르게 하여 외층중앙코일(120)을 생성한다(S620). 이때, 외층중앙코일(120)을 생성하는 과정은 외층중앙코일(120)에 포함되는 한 쌍의 코일(121,122) 각각의 권취시점 및 권취종점이 중앙코어(420)를 베이스코어(410)와 평행한 평면으로 자른 단면의 중심(중심C)을 기준으로 각각 대칭이 되도록 할 수 있다. 이후, 좌측면코어(430)에 서로 위치가 다르게 좌측내층측면코일(210) 및 좌측외층측면코일(220)을 권취하여 좌측면코일부(200)를 생성하고(S630), 우측면코어(440)에 서로 위치가 다르게 우측내층측면코일(310) 및 우측외층측면코일(320)을 권취하여 우측면코일부(300)를 생성한다(S640). 본 발명의 일 실시예에 따른 집전모듈(1000)의 코일권취방법에 따른 동작 및 효과 등의 내용은 앞에서 설명한 내용과 상당 부분 중복되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈(3000)의 구성도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈(3000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 외곽코어가 2 개인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈(3000)은 중앙코일(910), 좌측면코일(920), 우측면코일(930) 및 집전코어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 집전코어부(400)에 대한 설명은 전술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 중앙코일(910)은 제1중앙코일(911) 및 제2중앙코일(912)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1중앙코일(911) 및 제2중앙코일(912)은 각각 중앙코어(420)에 권취된다. 중앙코일(910)은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전장치(1000)의 중앙코일부(100)에 포함되는 내층중앙코일(110) 또는 외층중앙코일(120)의 권취방법과 동일한 방법에 의해 권취될 수 있다. 즉, 제1중앙코일(911)의 권취방법은 제1내층중앙코일(111)의 권취방법과 동일하게, 제2중앙코일(912)의 권취방법은 제2내층중앙코일(112)의 권취방법과 동일하게 권취될 수 있다. 위와 같은 권취방법에 의해, 제1중앙코일(911)의 권취시점(미도시) 및 권취종점(미도시)과 제2중앙코일(912)의 권취시점(미도시) 및 권취종점(미도시)의 위치가 권취중심(미도시)을 기준으로 서로 대칭(180°위상차)이 되도록 구성될 수 있다. 좌측면코일(920)는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전장치(1000)의 좌측면코일부(200)에 포함되는 2 개의 코일 중 하나의 코일인 좌측내층측면코일(210)의 권취방법과 동일한 권취방법에 의해 좌측면코어(430)에 권취될 수 있다. 우측면코일(930)의 권취방법은 각기 해당코어에 권취되는 점을 제외하고는 앞에서 설명한 좌측면코일(920)의 권취방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 제1중앙코일(911), 제2중앙코일(912), 좌측면코일(920) 및 우측면코일(930) 등 4 개 코일의 권수(단위: 턴, Turn)는 모두 동일하며, 4 개의 코일 각각에 발생되는 유도전압의 위상이 모두 동일하도록 권취될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈(3000)의 구성 및 동작을 설명함에 있어 전술한 4 개 코일 모두 각각의 권수가 5 턴인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이후, 제1중앙코일(911), 제2중앙코일(912), 좌측면코일(920) 및 우측면코일(930) 등 4 개의 코일을 도 7에 도시된 바와 같이 2 개씩 직렬로 연결한다. 즉, 좌측면코일(920)의 일단과 중앙코일(910)에 포함된 제1중앙코일(911)의 일단이 연결되어 직렬연결쌍을 이루고, 제2중앙코일(912)의 일단과 우측면코일(930)의 일단이 연결되어 직렬연결쌍을 이루도록 연결될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이후의 구성 및 동작에 대한 설명은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전장치(1000)의 구성 및 동작에 대한 설명과 상당 부분 중복되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전모듈(3000)에서와 같은 방법으로 4 개의 코일을 연결하면, 집전코어부(400)에 포함되는 중앙코어(420), 좌측면코어(430) 및 우측면코어(440) 각각과 급전코어부(미도시)와의 상대적 거리 차이로 인해 4 개의 코일에 불균형하게 나타나는 상호 인덕턴스 차이를 상쇄시킬 수 있으므로 각 코일 간 유도전압의 차이에 의한 영향을 줄여 2 개의 직렬연결쌍 각각에 의해 얻을 수 있는 전압을 고르게 할 수 있는 효과가 있다. 이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000,3000: 집전모듈 2000: 급진전장치
100: 중앙코일부
110: 내층중앙코일 120: 외층중앙코일
111: 제1내층중앙코일 112: 제2내층중앙코일
121: 제1외층중앙코일 122: 제2외층중앙코일
200: 좌측면코일부
210: 좌측내층측면코일 220: 좌측외층측면코일
300: 우측면코일부
310: 우측내층측면코일 320: 우측외층측면코일
400: 집전코어부
410: 베이스코어 420: 중앙코어
430: 좌측면코어 440: 우측면코어
500: 인버터
600: 급전모듈 601: 급전코일
701,702,703,704: 정류기 750: DC/DC컨버터
800: 배터리
910: 중앙코일
911: 제1중앙코일 912: 제2중앙코일
920: 좌측면코일 930: 우측면코일 |
