3상 교류 전력 무선 전달 시스템 및 이를 이용한 3상 무선 충전형 무인 비행체 {System for wirelessly transferring three-phase AC power and unmanned aerial vehicle using the same}

본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3상 교류 전력을 무선으로 전달하는 기술과 이를 이용한 3상 무선 충전형 무인 비행체에 관한 것이다.

전기 에너지로 구동되는 기기들은 매우 다양하다. 그런 기기들 중에 충전을 통해 그 전기 에너지를 수시로 공급받아야 하는 기기들도 많다. 전기 에너지의 충전은 대부분 유선 방식으로 수행되고 있지만, 최근에는 일부 분야에서 무선 충전 방식으로 수행되는 예들(예컨대, 스마트폰 등)이 생겨나고 있다.

기존의 무선 충전은 대부분 단상(single phase) 방식으로 수행되었다. 즉, 기존의 무선 충전 시스템은 단상 인버터를 이용한 무선 충전 구조로 설계되었다. 그런데 단상 방식의 무선전력전송은 전송효율이 좋지 않다. 전송 효율이 좋은 무선 전력전송 방식이 필요하다.

예컨대, 일명 '드론'으로 불리는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAD)는 프로펠러를 모터 동력으로 회전시킨다. 무인 비행체는 전기 에너지를 충전할 수 있는 수단을 내장하여, 필요 시 충전하여 전원으로 사용한다. 무선 충전 방식의 장점을 무인 비행체에 활용하기 위해, 최근에는 무인 비행체에 있어서 전기에너지를 무선으로 충전하는 기술에 관한 관심이 높아지고 있다. 그런데 무인 비행체의 경우도 대부분 단상 방식으로 충전하는 기술이 알려져 있다. 무인 비행체는 비행을 제어하기 위한 각종 전자부품들이 동체에 내장되어 있다. 무선 충전 시 발생하는 강한 전자장은 그 전자부품들의 에러를 유발할 수 있다. 단상 무선 충전방식을 무인 비행체에 적용하는 경우, 위에서 언급한 단점 외에, 전자부품들의 전자장 장애를 방지하기 위한 별도의 조치가 필요하고, 그로 인해 비행체의 무게가 늘어나는 등의 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위한 방안도 강구될 필요가 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 인식하고 착안한 것으로, 본 발명의 제1 기술적 과제는 전동체의 동력원으로 사용될 전기에너지를 3상 방식으로 무선 전달할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 기술적 과제는 무인 비행체가 무선 충전 스테이션에 도킹하여 3상 방식으로 전기에너지를 무선 충전받을 수 있도록 하는 무인 비행체용 3상 교류 전력 무선 충전 시스템(이하, '3상 무선 충전 시스템'이라 함)을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 기술적 과제를 실현하기 위한 일 실시예에 따르면, 3상 전력전송부와 3상 전력수신부를 포함하는 3상 전력 무선 전달 시스템이 제공된다. 3상 전력전송부는, 3상 교류 전류를 흘려 주변에 자기장을 각각 생성하는 3개의 전력전송코일과, 상기 3개의 전력전송코일 각각에 부가되어 시스템 내의 무효 전력을 최소화하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해주는 전송측 공진부를 포함한다. 3상 전력수신부는 3개의 전력수신코일을 포함한다. 이 3개의 전력수신코일은, 상기 3개의 전력전송코일 각각과 짝을 이루어, 상기 3개의 전력전송코일 각각에서 생성된 자속이 쇄교하도록 배치되고, 쇄교 자속(magnetic flux interlinkage)에 의해 유도전류의 흐름을 생성한다. 3상 전력수신부는 또한, 상기 3개의 전력수신코일 각각에 부가되어 시스템 내의 무효 전력을 최소화 하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해주는 수신측 공진부를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 3상 전력전송부는, 직류 전기를 원하는 주파수의 3상 교류전기로 변환하여 상기 3개의 전력전송코일 각각에 흐르도록 제공하는 3상 전력 인버터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3상 전력수신부는 3상 전력 컨버터와 배터리를 포함할 수 있다. 3상 전력 컨버터는, 상기 수신측 공진부 및 상기 3개의 전력수신코일에 의해 유도된 3상 교류 유도전류를 입력받아 직류 전류로 변환한다. 상기 3상 전력 컨버터에서 출력되는 직류 전류는 배터리에 제공되어 충전된다.

일 실시예에 따르면, 상기 전송측 공진부는 상기 3개의 전력전송코일 각각에 연결된 3개의 제1 공진 캐패시터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수신측 공진부는 상기 3개의 전력수신코일 각각에 연결된 3개의 제2 공진 캐패시터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 3개의 제1 공진 캐패시터는 상기 3개의 전력전송코일 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기 3개의 제2 공진 캐패시터도 상기 3개의 전력수신코일 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3상 전력 무선 전달 시스템은 상기 3개의 전력전송코일에서 생성된 자속들 중 상기 3개의 전력수신코일과 쇄교하지 못하고 누설되는 자속을 각각 차폐하여 자속 누설 영역에 대한 누설 자속의 영향을 최소화 하기 위한 3개의 누설 자속 차폐 코일을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르며, 상기 3상 전력 무선 전달 시스템은 상기 3개의 누설 자속 차폐 코일 각각에 연결되어 상기 누설 자속에 의해 유도되는 전류가 공진을 일으켜 상기 누설 자속을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 누설 공진부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 기술적 과제를 실현하기 위한 일 실시예에 따르면, 3상 방식으로 전력을 무선 전송하기 위한 3상 전력 무선 충전 장치; 및 3상 방식으로 전력을 무선 수신하여 비행할 수 있는 3상 전력 무선충전형 무인 비행체를 포함하는 무인 비행체용 3상 전력 무선 충전 시스템이 제공된다.

상기 3상 전력 무선 충전 장치는, 충전 플랫폼과, 3상 전력전송부를 포함한다. 충전 플랫폼은, 무선 전력 수신을 위해 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결된 3개의 전력수신코일이 자속 영역에 안착할 수 있도록 마련된 3개의 코일 안착부와, 상기 3개의 코일 안착부를 서로 일체화 시켜 지지해주는 연결지지부를 포함한다. 3상 전력전송부는, 상기 3개의 코일 안착부에 각각 배치되고, 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결되며, 3상 교류전류를 각각 흘려 상기 3개의 코일 안착부 각각에서 상기 자속 영역을 형성하기 위한 3개의 전력전송코일과, 상기 3개의 전력전송코일 각각에 연결되어 시스템 내의 무효 전력을 최소화하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해주는 전송측 공진부를 포함한다.

상기 3상 전력 무선충전형 무인 비행체는, 무인 비행기, 3상 전력수신부, 공진부, 3상 전력 컨버터, 그리고 배터리를 포함한다. 무인 비행기는, 비행 동체와, 상기 비행 동체의 복수 지점에 또는 상기 비행 동체에 연결된 복수개의 암(Arms)에 각각 장착된 복수 개의 모터와, 상기 비행 동체 또는 상기 복수개의 암에 연결되어 아래쪽으로 연장된 3개의 다리와, 상기 복수개의 모터의 회전력에 의해 회전함으로써 비행할 수 있게 하는 복수개의 프로펠러를 포함한다. 3상 전력수신부는, 상기 3개의 다리의 소정 부위에 연결되고 코일 감김이 가능하도록 소정 길이 연장된 3개의 코일 감김봉과, 상기 3개의 코일 감김봉 각각의 둘레에 감기거나 또는 각각에 내장되고 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결된 3개의 전력수신코일을 포함한다. 공진부는 상기 3개의 전력수신코일 각각에 연결되고, 상기 3개의 전력수신코일 각각에 공진 전류가 흐르도록 하여 시스템 내의 무효 전력을 최소화한다. 3상 전력 컨버터는, 상기 3개의 다리 또는 상기 무인 비행기에 설치되며, 상기 공진부 및 상기 3개의 전력수신코일에 의해 유도된 3상 교류 유도전류를 입력받아 직류 전류로 변환한다. 배터리는 상기 3개의 다리 또는 상기 무인 비행기에 설치되며, 상기 3상 전력 컨버터에서 출력되는 직류 전류를 충전하고, 상기 복수개의 모터를 구동하기 위한 전원으로 제공한다.

상기 무인 비행체용 3상 전력 무선 충전 시스템은, 상기 3개의 전력수신코일이 상기 3개의 코일 안착부에 안착하여 상기 3개의 전력전송코일이 생성한 3상 자속과 쇄교하였을 때, 상기 3개의 전력수신코일에 유도되는 3상 교류 유도전류를 통해 3상 무선 전력을 전달받아 상기 배터리에 충전되게 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 코일 감김봉은 페라이트, 페라이트보다 높은 투자율을 갖는 합금, 또는 규소강판으로 만들어져 상기 전력수신코일의 자심으로서 기능하는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3개의 다리는, 평면에 착지 시 상기 무인 비행기를 안정적으로 지지해줄 수 있도록, 비스듬히 바깥쪽으로 벌어지면서 연장되어 세 개의 말단부가 평면상에서 삼각형을 이루도록 된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 코일 감김봉은 상기 다리의 말단에 수직방향으로 연결되어 상기 무인 비행체의 착지부로도 기능하는 것일 수 있다. 상기 전력수신코일은 상기 코일 감김봉의 측면에 수평방향으로 감겨 있는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3상 전력수신부는 상기 코일 감김봉과 상기 전력수신코일을 감싸서 보호하기 위한 보호캡을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 공진부는 상기 3개의 전력수신코일 각각에 직렬 또는 병렬로 연결된 3개의 공진 캐패시터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3개의 코일 안착부 각각은, 입구에서 아래쪽으로 내려가면서 점점 좁아지는 경사면과, 상기 경사면의 최하단에 마련되며 상기 전력수신코일이 상기 전력전송코일 안으로 삽입될 수 있도록 내부에 상기 전력전송코일이 배치되는 삽입홈을 포함하는 깔때기 구조로 마련될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3개의 코일안착부 각각의 삽입홈의 상면, 하면, 측벽은, 각 전력전송코일에서 생성된 자속을 끌어들여 누설자속을 최소화 하기 위해, 페라이트, 페라이트보다 높은 투자율을 갖는 합금, 또는 규소강판으로 만들어진 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3상 전력송신부는, 직류 전기를 원하는 주파수의 3상 교류전기로 변환하여 상기 3개의 전력전송코일 각각에 3상 교류전류가 각각 흐르도록 제공하는 3상 전력 인버터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 전송측 공진부는 상기 3개의 전력전송코일 각각에 직렬 또는 병렬로 연결된 3개의 공진 캐패시터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 무인 비행체용 3상 전력 무선 충전 시스템은, 상기 3개의 전력전송코일에서 생성된 자속들 중에서 상기 3개의 전력수신코일과 쇄교하지 못하고 누설되는 누설자속을 각각 차폐하여 상기 3상 전력 무선충전형 무인 비행기에 대한 누설 자속의 영향을 최소화하기 위한 3개의 누설 자속 차폐 코일을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3개의 누설 자속 차폐 코일 각각에 연결되어 상기 누설 자속에 의해 유도되는 전류가 공진을 일으켜 상기 누설 자속을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 누설 공진부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 누설 공진부는, 상기 누설자속 차폐코일의 양단에 연결되어 RLC 공진회로를 형성하는 적어도 하나의 격리 인덕터와 적어도 하나의 공진 캐패시터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3개의 누설 자속 차폐 코일은 상기 3개의 코일 안착부의 입구 둘레에 각각 배치될 수 있다.

종래에는 무인 비행체(드론)의 무선 충전은 단상 인버터를 이용한 단상 충전방식을 사용하였다. 그런데 단상 인버터를 이용한 무선 충전 방식은 충전 전류의 크기가 크고, 그에 따라 무선충전 시스템 주변으로 강한 자기장이 나타난다. 그로 인해 전자파 방해 잡음 등이 생겨나는 등의 문제가 있었다.

이에 비해, 본 발명처럼 삼상 인버터를 적용하여 자기장 공진기반 무선전력전송 시스템을 사용하여 무선 충전을 하게 되면, 단상 충전 시스템과 같은 전력을 전달하기 위해 한 상에 흐르는 전류를 단상에 비해 크게 줄일 수 있다. 전류의 세기가 줄어드는 만큼 무선 충전시스템 주변으로 형성되는 자기장의 세기 또한 줄일 수 있으며, 3상 시스템의 특성으로 인해 전자파방해 잡음 또한 줄일 수 있다. 또한, 전체 3상 무선충전 시스템의 리플을 적게 함과 동시에 효율을 높일 수 있다.

또한, 추가적으로 누설자속 차폐코일을 무선 충전 시스템에 마련함으로써, 여러 가지 비행 관련 전자 장치들(지피에스 시스템, 속도 제어기, 블루투스 데이터 링크 등)이 위치해 있는 무인 비행체의 중앙부로 향하는 누설 자기장을 차단할 수 있다. 안정적인 비행에 기여할 수 있다.

이러한 무선충전 기술을 무인 비행체의 자동이착륙 기술과 결합하게 되면, 사람이 직접 배터리를 교체하지 않고도 편리하게 무인비행체를 충전할 수 있게 된다.

도 1은 3상 교류전력을 무선 전달하는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 비행체용 3상 무선 충전 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 비행체용 3상 무선 충전 시스템을 비송용 차량에 탑재하여 사용하는 상태를 예시적으로 나타내며,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 무선 충전 시스템의 전기적 모델링을 나타낸 회로도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 무선 충전 시스템의 자기장 분포를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 무선 충전 시스템의 누설 자기장 차폐 구조를 개념적으로 도시하며,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 비행체용 3상 무선 충전 시스템의 누설 자기장 차폐 구조를 예시적으로 도시하며,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 무선 충전 시스템의 누설자속 차폐코일의 다중 공진 임피던스를 나타내는 그래프이고,
도 9는 누설 자기장 차폐 구조를 채용하지 않은 경우와 채용한 경우의 공진 자기장의 분포를 예시적으로 나타내는 도면이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 설명하기로 한다.

도 1은 3상 교류 전력을 무선방식으로 전달하는 개념을 도시하고 있다. 도시된 3상 교류 전력 무선전달 시스템(10)은 3상 교류 전력을 무선으로 송출하는 3상 전력전송부(20)와, 그 무선 송출된 3상 교류 전력을 무선으로 수신하는 3상 전력수신부(30)를 포함한다. 이 시스템(10)은 후술할 무인비행체용 3상 무선 충전 시스템의 근간이 된다.

3상 전력전송부(20)는 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c)과, 전송측 공진부(24)를 포함한다. 3상 전력전송부(20)에는 3상 교류전원(22)이 필요하다. 이 3상 교류전원(22)은 직류 전기를 원하는 주파수의 3상 교류전기로 변환하여 상기 3개의 전력전송코일 각각에 흐르도록 제공하는 3상 전력 인버터로 구현될 수 있다. 그 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c)은 3상 교류전원(22)에 연결되어, 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에는 그 3상 교류전원(22)에서 제공되는 3상 교류 전류가 각각 흐른다. 이에 의해, 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)의 주변에는 자기장이 형성된다. 전송측 공진부(24)는 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각에 부가되어 시스템(10) 내의 무효 전력을 최소화하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해준다.

3상 전력수신부(30)는 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c)과, 수신측 공진부(34)를 포함한다. 그 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c)은 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각과 짝을 이루어, 그 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각에서 생성된 자속이 가능한 한 많이 쇄교하도록(쇄교자속(60)량이 많도록) 배치된다. 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c)이 생성하는 시변 자속이 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c) 각각과 쇄교함으로써, 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c)에는 3상 교류전류가 유도된다.

3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c) 각각에는 수신측 공진부(34)가 부가되어, 시스템(10) 내의 무효 전력을 최소화하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해준다. 수신측 공진부(34) 및 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c)에 의해 유도된 3상 교류 전류는 부하(32)에 제공된다.

도 1에서는, 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)의 직상방에 전력수신코일(36a, 36b, 36c)이 하나씩 배치된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에서 생성된 자속 중 누설 자속(65)을 최소화할 수 있는 다른 배치관계도 얼마든지 가능하다. 예컨대, 각각의 전력송신코일(26a, 26b, 26c)이 전력수신코일(36a, 36b, 36c)을 하나씩 내포하는 형태로 배치되거나, 또는 그 반대로 각각의 전력수신코일(26a, 26b, 26c)이 전력송신코일(26a, 26b, 26c)을 하나씩 내포하는 형태로 배치하는 것은 누설자속 최소화에 매우 바람직하다.

3상 전력전송코일(26a, 26b, 26c)은 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결될 수 있다. 3상 전력수신코일(36a, 36b, 36c)도 델타 결선 또는 와이 결선 형태로 서로 연결될 수 있다. 그러므로 3상 전력전송코일(26a, 26b, 26c)과 3상 전력수신코일(36a, 36b, 36c)은 델타-델타 결선, 델타-와이 결선, 와이-델타 결선, 와이-와이 결선의 4가지 형태 중 어느 한 가지로 결선될 수 있다.

이러한 3상 교류전력 무선 전달 시스템(10)에서, 3상 전력전송부(20)의 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각에 화살표 방향으로 3상 교류 전류를 흘려주면, 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에는 점선으로 도시된 것과 같은 자속이 생성된다. 이 때 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에는 전송측 공진부(24)의 작용에 의해 공진 전류가 흐른다. 각 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에서 생성된 자속은 짝을 이뤄 배치된 전력수신코일(36a, 36b, 36c)과 쇄교한다. 자속의 쇄교에 의해, 전력수신코일(36a, 36b, 36c)에는 전압이 유기되고 그 유도 전압(V _induced )에 의해 화살표 방향의 유도 전류가 흐른다. 이 때 흐르는 유도 전류는 수신측 공진부(34)의 작용으로 공진 전류이다. 이 공진 유도 전류가 부하(32)에 전달된다.

전송측 공진부(24)는 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각에 연결된 3개의 제1 공진 캐패시터를 포함할 수 있다. 수신측 공진부(34)도 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c) 각각에 연결된 3개의 제2 공진 캐패시터를 포함할 수 있다. 3개의 제1 공진 캐패시터는 3개의 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 3개의 제2 공진 캐패시터도 3개의 전력수신코일(36a, 36b, 36c) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 그러므로 전송측과 수신측 간의 코일과 캐패시터 연결 토폴로지는 모두 4가지(직렬-직렬, 직렬-병렬, 병렬-병렬, 병렬-직렬) 토폴로지가 가능하다. 전력전송측의 전원(22)에서 부하(32)를 바라보았을 때, 반사되는 임피던스가 다르기 때문에 공진 캐패시터의 크기는 달라지나, 부하(32)가 배터리인 경우 그 배터리를 무선 충전하는 동안에는 부하의 변화가 있다. 그렇기 때문에, 전력전송코일과 제1 공진 캐패시터가 직렬 연결되고, 전력수신코일과 제2 공진 캐패시터가 직렬 연결된 직렬-직렬 토폴로지가 높은 효율을 유지하는 데 가장 유리하다고 말할 수 있다.

전송측과 수신측 각각의 코일에 공진 캐패시터가 부가됨으로써, LC 공진회로, 코일에 포함되어 있는 ESR 저항성분까지 고려하면 엄밀하게는 RLC 공진회로가 전력전송측과 전력수신측에 각각 확보된다. 전송측 공진부(24)와 수신측 공진부(34)에 의해, 전송측 전기 에너지는 수신측에 무선으로 고효율로 전달될 수 있다. 즉, 작은 인덕턴스로도 2차측 코일인 전력수신코일(36a, 36b, 36c)에 유기되는 전압을 높일 수 있게 되어, 전력 전송 효율을 높이는 데 기여한다. 또한, 이들 공진부(24, 34)는 부하(32)에 요구되는 전력을 전달하기 위한 3상 교류 전원(22)의 전력을 작게 해주는 역할을 하므로, 결과적으로 전력전송코일(26a, 26b, 26c) 주변으로부터 발생되는 전자파의 세기를 줄여주는 효과도 있다. 뿐만 아니라, 무선전력전송에서 높은 주파수를 사용하게 되는데, 이는 공진부(24, 34)를 채용함으로써 전제 시스템의 크기를 줄일 수 있다. 또한 높은 주파수는 공진부(24, 34)에 쓰이는 공진 캐패시터의 크기를 줄일 수 있는 장점도 이이 있습니다.

전력전송코일(26a, 26b, 26c)과 전력수신코일(36a, 36b, 36c)의 상호 배치관계에 따라, 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에 의해 생성된 자속 중 일부는 전력수신코일(36a, 36b, 36c)과 쇄교하지 못하고 누설될 수 있다. 누설 자속이 많을수록 전력 전달 효율이 떨어지므로, 누설 자속량을 최소화하기 위한 전력전송코일(26a, 26b, 26c)과 전력수신코일(36a, 36b, 36c) 간의 배치가 필요하다.

누설 자속은 전자 기기에 전자파 방해 잡음을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에 의해 생성된 자속의 누설량을 최소화 하기 위한 조치, 그리고 그 자속이 특정 영역으로 향하지 못하도록 차단하는 조치가 필요할 수 있다. 이를 위해, 전력전송코일(26a, 26b, 26c)에 의해 생성된 자속들이 특정 영역들로 향해가는 길목마다 누설자속 차폐 코일을 배치할 수 있다. 누설자속 차폐 코일은 자속이 인가되면 전압이 유기되고, 그 유도 전압에 의해 누설자속 차폐코일에 흐르는 전류가 따로 자속을 생성하는데, 이렇게 생성된 자속은 누설자속 차폐코일에 인가되는 자속과 반대방향이어서 상쇄시켜주는 역할을 한다. 이에 의해 누설자속 차폐코일 후방으로 향하는 자속의 세기가 크게 줄어드는 효과가 얻어진다.

부하(32)는 이 3상 교류 전류를 입력받아 직류 전류로 변환하는 3상 전력 컨버터와, 이 3상 전력 컨버터에서 출력되는 직류 전류를 충전하는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리에 저장된 전기에너지는 필요할 때 소비할 수 있다. 부하(32)는 3상 교류 전류를 통해 전달되는 전기 에너지를 바로 소비하는 전기 기기일 수도 있음은 물론이다.

이러한 3상 무선 전력 전달 시스템(10)은 무인 비행체에 적용할 수 있다. 도 2에는 도 1의 3상 무선 전력 전달 시스템(10)을 적용한 무인 비행체용 3상 무선 충전 시스템(90)의 전체적인 구성이 개략적으로 도시되어 있다.

이 3상 무선 충전 시스템(90)은 3상 무선 충전형 무인 비행체(100)와, 그 무인 비행체(100)에 전기에너지를 3상 방식으로 무선 충전해주는 3상 전력 무선 충전 스테이션(200)을 포함한다. 3상 전력 전송부(20)는 3상 무선 충전 스테이션(200)에 설치되고, 3상 전력 수신부(30)는 무인 비행체(100)에 설치된다.

3상 전력 무선 충전 스테이션(200)은 3상 전력전송부(20)와, 이 3상 전력전송부(20)가 설치되는 충전 플랫폼(240)을 갖는다. 그 충전 플랫폼(240)은 3개의 코일 안착부(210)와, 그 3개의 코일 안착부(210)를 서로 일체화 시켜 지지해주는 연결지지부(230)를 포함한다.

3개의 코일 안착부(210)는 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결된 3개의 전력수신코일(174)이 무선 전력 수신을 위해 3개의 전력전송코일(218)이 생성한 자속 영역 내에 안착할 수 있도록 마련된다. 구체적으로, 3개의 코일 안착부(210a, 210b, 210c) 각각은 예컨대 깔때기 구조로 마련될 수 있다. 즉, 하나의 코일 안착부(210a)는 입구에서 아래쪽으로 내려가면서 점점 좁아지는 경사면(212)과, 그 경사면(212)의 최하단 중심부에 마련되어 무인비행체(100)의 착지용 다리(150) 끝부분에 마련된 전력수신부(170)가 안으로 삽입될 수 있도록 마련된 삽입홈 구조(214)를 포함한 구조로 마련될 수 있다. 그 삽입홈 구조(214)의 내부에는 전력전송코일(218)이 배치된다. 전력수신부(170)가 그 삽입홈 구조(214)에 삽입되면, 전력수신코일(174)이 자동으로 전력전송코일(218) 안에 내포된 형태로 위치된다. 바람직하게는, 경사면(212)과 삽입홈 구조(214)의 입구는 원형으로 만들 수 있다.

3개의 코일 안착부(210) 각각의 삽입홈 구조(214)는 그의 입구 주위의 상면과, 측벽, 그리고 하면이 투자율이 높은 물질로 만들어진 것이 바람직하다. 예컨대 페라이트, 페라이트보다 높은 투자율을 갖는 합금, 또는 규소강판 등으로 삽입홈 구조(214)를 만들 수 있다. 고 투자율 재질로 만들어진 삽입홈 구조(214)는 전력전송코일(218)이 생성한 자속의 상당부분을 끌어들일 수 있어, 도 2에 도시된 것처럼 그 삽입홈 구조(214)를 일주하는 자로를 형성하게 할 수 있다.

경사면(212)과 무인 비행체(100)의 착지용 다리(150) 말단에 마련된 전력수신부(170)는 그 전력수신부(170)가 경사면(212)에 내려앉았을 때, 그 전력수신부(170)가 경사면(212)에서 쉽게 미끄러져 삽입홈 구조(214) 안으로 빨려들어 갈 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다. 이런 점에서, 경사면(212)의 표면은 최대한 미끄러운 표면인 것이 바람직하다. 또한, 전력수신부(170)의 바깥 표면도 마찬가지이다.

그 3개의 코일 안착부(210)는 연결지지부(230)를 매개로 Y자형으로 배치될 수 있다. 즉, 3개의 코일 안착부(210)는 동일 평면상에 서로 대략 120도 간격으로 벌어져 그들의 중심점 즉, 삽입홈 구조(214)가 정삼각형을 이루도록 이격 배치되는 것이 바람직하다. 물론, 3개의 코일 안착부(210)의 중심점이 반드시 정삼각형을 이루어야 하는 것은 아니며, 다른 모양의 삼각형을 이룰 수도 있다. 또한, 무인 비행체(100)의 3개의 전력수신부(170)의 배치관계에 맞게 마련될 수 있다.

연결지지부(230)는 3개의 코일 안착부(210)가 이러한 배치가 되도록 서로 연결하여 지지해준다. 연결지지부(230)는 3상 무선 충전 스테이션(200)의 설치 조건에 따라 그 형태나 구조가 그에 적합하게 마련될 수 있다. 예컨대, 도 3에 예시된 것처럼, 차량(290)의 지붕에 설치하는 경우는 그 차량 지붕 구조에 적합한 형태, 예컨대 바람의 저항을 최소화할 수 있는 형태로 만들 수 있다.

3상 전력전송부(20)는, 도 1에서 설명한 것과 마찬가지로, 3개의 전력전송코일(218)과, 전송측 공진부(24)를 포함한다. 3개의 전력전송코일(218)은 3개의 코일 안착부(210)의 삽입홈 구조(214) 내에 각각 배치될 수 있고, 그들끼리는 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결될 수 있다. 3개의 전력전송코일(218)에 3상 교류 전류를 각각 흘리면, 코일 안착부(210) 각각에서 자속 영역이 형성된다.

전송측 공진부(24)는 3개의 전력전송코일(218) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결된 3개의 공진 캐패시터로 구현될 수 있다. 그 공진 캐패시터는 전력전송코일과 함께 공진 회로를 형성하여, 시스템 내의 무효 전력을 최소화하기 위한 공진 전류가 흐르도록 해준다. 그 공진 전류에 의해, 자기 공명이 고효율로 만들어 질 수 있다. 공진 캐패시터에 의해, 전력 전송 효율을 높일 수 있고, 전원측 전력을 작게 해줄 수 있고, 그에 따라 전자파의 세기도 줄일 수 있고, 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있는 점은 앞에서 설명한 바와 같다.

또한, 3상 전력 전송부(20)는 3개의 전력전송코일(218)에 3상 교류 전류가 흐르게 하는 3상 교류 전원(22)으로서 기능하는 3상 전력 인버터(28)를 포함할 수 있다. 이 3상 전력 인버터(28)는 직류 전기를 원하는 주파수의 3상 교류전기로 변환하여 3개의 전력전송코일(218) 각각에 각 상전류가 흐르도록 제공한다.

3상 무선충전형 무인 비행체(100)는 무인 비행기와, 3상 전력 수신부(30), 공진부, 3상 전력 컨버터, 그리고 배터리를 포함할 수 있다.

무인 비행기는 비행 동체(110)와, 그 비행 동체(110)의 복수 지점에 또는 그 비행 동체(110)에 연결된 복수개의 암(Arms)(120)에 각각 장착된 복수 개의 모터(130)와, 그 복수개의 모터(130)의 회전축에 연결되어 모터 회전력에 의해 회전함으로써 비행할 수 있게 하는 복수개의 프로펠러(140)를 포함한다. 또한, 무인 비행기는 동체(110) 또는 복수개의 암(120)에 연결되어 아래쪽으로 연장된 적어도 3개의 착지용 다리(150)를 구비한다. 이 3개의 착지용 다리(150)는 평면에 착지 시 무인 비행체(100)를 안정적으로 지지해줄 수 있도록, 비스듬히 바깥쪽으로 벌어지면서 연장된다. 세 다리(150)의 말단부는 평면상에서 삼각형을 이룰 수 있다.

3상 전력수신부(30)는 3개의 전력수신부(170)를 포함한다. 각 전력수신부(170)는 3개의 착지용 다리(150) 각각의 소정 지점에 마련될 수 있다. 바람직하게는, 전력수신부(170)가 착지용 다리(150)의 말단부에 마련되면, 착지부의 기능을 겸할 수 있다. 각 전력수신부(170)는 다리(150)의 소정 지점에 연결되고 자속의 자로로 제공되는 코일 감김봉(172)과, 이 코일 감김봉(172)의 둘레에 감기거나 또는 각각에 내장되는 전력수신코일(174)을 포함한다. 전력수신코일(174)은 코일 감김봉(172)의 측면에 수평방향으로 감길 수 있다. 3개의 전력수신부(170)의 3개의 전력수신코일(174)는 와이(Y) 결선 또는 델타(Δ) 결선 형태로 서로 연결된다. 각 전력수신부(170)는 코일 감김봉(172)과 전력수신코일(174)을 감싸서 보호하기 위한 보호캡(176)을 더 포함할 수 있다. 이 보호캡(176)은 전력수신부(170)가 무인 비행체(100)의 착지부 기능을 할 수 있도록 보호해줄 수 있다.

3개의 전력수신코일(174) 각각에는 수신측 공진부(34)가 연결되어, 3개의 전력수신코일(174) 각각에 공진 전류가 흐르도록 함으로써 시스템 내의 무효 전력을 최소화해준다. 수신측 공진부(34)는 3개의 전력수신코일(174) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결된 3개의 공진 캐패시터로 구현될 수 있다. 이 공진 캐패시터에 의해 얻어지는 효과는 앞서 설명한 바와 같다.

3상 무선충전형 무인 비행체(100)는 3상 전력 컨버터(38)와, 배터리(40)를 더 포함할 수 있다. 이 3상 전력 컨버터(38)는 3개의 다리(150) 또는 비행 동체(110)에 설치될 수 있다. 3상 전력 컨버터(38)는 수신측 공진부(34) 및 3개의 전력수신코일(174)에 의해 유도된 3상 교류 유도전류를 입력받아 직류 전류로 변환하여 출력한다. 3상 전력 컨버터(38)에서 출력되는 직류 전류는 배터리(40)에 제공되어 충전된다. 배터리(40)에 충전된 전기 에너지는 복수개의 모터(130)를 구동하기 위한 전원으로 제공된다. 배터리(40)는 3개의 다리(150) 또는 비행 동체(110)에 설치될 수 있다.

도 3에는 3상 무선 충전 스테이션(200)을 차량(290)의 지붕 위에 설치한 응용예가 도시되어 있다. 이 차량(290)과 무선 비행체(100)는 물품 배송용으로 사용되는 것일 수 있다. 충전 플랫폼(240)은 차량(290)의 지붕에 고정될 수 있다. 무인 비행체(100)의 비행 동체(110) 아래에는 배송물(190)을 고정하기 위한 배송물 고정부(160)가 마련될 수 있다.

무인 비행체(100)는 모터(130)에 의해 회전하는 프로펠러(140)가 만들어내는 양력과 추진력에 의해 비행할 수 있다. 모터(130)들의 구동 전원은 배터리(40)에 충전된 전기이다. 무인 비행체(100)는 예컨대 차량(290)과 한 조를 이루어 배송물(190)을 배송하는 임무를 수행할 수 있다. 그 임무를 수행하면서 필요 시 3상 무선 충전 스테이션(200)에 착륙하여 전기에너지를 충전할 수 있다.

충전을 위해, 무인비행체(100)가 충전 스테이션(200) 위에 하강하여야 한다. 무인 비행체(100)는 GPS 또는 DGPS(비도시)로부터 위치 정보를 받아 자동으로 충전 스테이션(200)의 위치를 알 수 있고, 그 위치 정보를 이용하여 충전 스테이션(200)에 착륙할 수 있다. 그런데, 무인 비행체(100)가 착륙할 때 여러 가지 요인들에 의해 위치 오차가 생길 수 있다. 본 발명은 충전 스테이션(200)에 깔때기 형의 무인 비행체 착지 구조 즉, 코일 안착부(210)를 복수 개 마련한다. 또한, 무인 비행체(100)에는 이런 착지 구조에 대응하는 복수 개의 착지용 다리(150)와 전력수신부(170)를 마련한다. 이에 의해, 무인 비행체(100)의 정확한 착지를 보장할 수 있다. 복수 개의 착지용 다리(150)와 전력수신부(170)가 복수 개의 깔때기형 코일 안착부(210)의 입구 반경 안의 경사면(212)에 착륙하기만 하면, 그 착지용 다리(150)와 전력수신부(170)들이 깔때기형 코일 안착부(210) 안으로 미끄러져 내려가게 된다. 즉, 하강을 통해 무인비행체(100)의 3개의 다리(150) 말단에 각각 마련된 전력수신부(170)가 코일 안착부(210)의 경사면(212)에 착지하면, 모터(130) 구동을 멈춘다. 그런 상태에서는, 무인 비행체(100)의 자중에 의해 전력수신부(170)가 경사면(212)을 타고 아래로 미끄러져 삽입홈 구조(214) 안으로 진입하게 된다.

그렇게 진입한 상태는 도 3의 좌측에 도시된 "A"부분 상세도처럼, 전력수신코일(174)이 전력송신코일(218)에 완전히 포위된 형태의 배치를 이룬다. 이 때, 삽입홈 구조(214)와 코일 감김봉(172)은 도시된 것처럼 자심(magnetic core)으로 기능하도록 하는 것이 바람직하다. 그러므로 고투자율(high permeability) 물질, 예컨대 페라이트로 만들면, 전력송신코일(218)이 생성한 자속을 더 많이 끌어들이므로, 누설 자속을 줄여줌과 동시에 전력수신코일(174)과 쇄교하는 자속량을 증가시킬 수 있다. 물론 페라이트 대신, 규소강판이나 고투자율 합금 등과 같은 재질도 사용할 수 있을 것이다.

도 2 또는 도 3의 3상 무선 충전 시스템(90)은 도 4에 도시된 것과 같은 전기 회로도로 모델링될 수 있다. 예시된 회로는 전력전송코일(218a, 218b, 218c)과 전송측 공진 캐패시터(C _x1 , C _x2 , C _x3 )가 직렬로 연결되고, 전력수신코일(174a, 174b, 174c)도 수신측 공진 캐패시터(C _r1 , C _r2 , C _r3 )와 직렬로 연결된 직렬-직렬 공진 토폴로지로 구성된 경우이다. 3상 전력 인버터(28)는 소정 정격전압(예컨대 12V)의 직류 전류 I _s 를 직류 전원으로부터 제공받아 소정 주파수의 3상 교류 전류 I _Tx1 , I _Tx2 , I _Tx3 로 변환하여 각 상의 전력전송코일(218a, 218b, 218c)에 제공한다. 이에 의해 각 상의 전력전송코일(218a, 218b, 218c)에서는 자속이 발생하고, 그 자속은 전력수신코일(174a, 174b, 174c)에 3상 교류 전류 I _Rx1 , I _Rx2 , I _Rx3 를 유도한다. 그 유도된 3상 교류 전류 I _Rx1 , I _Rx2 , I _Rx3 는 3상 전력 컨버터(38)에 입력되어 직류로 변환된다. 그 변환된 직류 전압 V _Batt 과 전류 I _Batt 는 배터리(40)에 제공되어 충전된다. 배터리(40)에 충전된 전기에너지는 위에서 설명한 것과 같이 모터(130)의 구동 동력으로 사용되어 프로펠러(140)를 돌리는 데 사용된다.

동일한 전력을 전달하기 위해 한 상에 흘리는 전류가 삼상 방식이 단상 방식에 비해 작다. 그렇기 때문에, 본 발명에 따른 3상 전력 무선충전 시스템(90)은, 단상 전력 무선충전 시스템에 비해, 무선충전 시스템(90) 주변으로 생성하는 자기장의 세기를 줄일 수 있다. 이러한 삼상 시스템의 특성으로 인해 전자파방해 잡음 또한 줄일 수 있다.

한편, 3상 전력 무선충전 시스템(90) 주변으로의 자기장 분포는, 도 5에 도시된 것처럼, 전력 소스인 3상 전력전송부(20)의 공진주파수와 그에 해당하는 하모닉 성분이 지배적으로 나타난다. 3상 전력전송부(20)의 3상 전력 인버터(28)가 예컨대 100kHz의 동작 주파수를 가지는 경우, 공진주파수는 그 동작 주파수 성분 외에 500kHz의 하모닉 성분을 크게 포함하게 된다. 이에 따라 동작 주파수 대역과 하모닉 주파수 대역에서 자기장의 세기가 크게 나타난다.

이전 자기장은 무인 비행체(100)에 전자파 장해를 유발할 수 있으므로, 무인 비행체(100)로 가는 자기장은 최대한 억제하여 전자파 장해를 최소화 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 발명은 누설자속 차폐코일(300)을 도입하여 무인 비행체(100)로 향하는 자기장을 상쇄시키는 방법을 사용한다.

도 6에는 누설자속 차폐코일(300)을 사용하여 전력송신코일(218)에 의해 생성된 자속 중 누설자속을 상쇄시키기 위한 개념도가 도시되어 있다. 전력전송코일(218)의 상방으로 누설되는 자속을 차단하기 위해, 전력전송코일(218) 및 전력수신코일(174)과는 별도로, 누설자속 차폐코일(300)을 도 6에 도시된 것과 같이 전력전송코일(218)의 직상방에 위치시킨다. 누설자속은 위로 가면서 넓게 퍼져나가므로, 이를 특성과 자속을 차폐할 영역 등을 고려하여 누설자속 차폐코일(300)의 반경 크기를 정하면 될 것이다.

도 7은 무인 비행체용 3상 무선 충전 시스템(90)에 누설자속 차폐코일(300)을 도입한 경우를 예시적으로 보여준다. 누설자속 차폐코일(300)은 무인 비행체(100)나 충전 스테이션(200) 중 어느 한 쪽 또는 양쪽 모두에 설치될 수 있다. 무인 비행체(100)는 가능한 한 무게를 가볍게 하는 것이 좋으므로, 누설자속 차폐코일(300)은 충전 스테이션(200)에만 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 충전 스테이션(200)에 설치하는 경우, 누설자속 차폐코일(300)은 예컨대 코일 안착구(210)의 입구 둘레에 설치될 수 있다. 다만, 코일 안착구(210)의 입구 주변에 매립하거나 돌출되지 않게 설치하여, 무인 비행체(100)의 착지에 방해가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 누설 자기장 차폐 구조에 따르면, 전력전송코일(218)에서 나오는 누설 자속(310)이 누설자속 차폐코일(300)과 쇄교하고, 이에 의해 누설자속 차폐코일(300)에 전압(V _induced )이 유기된다. 이 유도 전압(V _induced )에 의해 누설자속 차폐코일(300)에 유도 전류(I _{Shiekding_Coil} )가 흐르고, 그 유도 전류(I _{Shiekding_Coil} )에 의해 누설 자기장과는 반대되는 방향으로 자기장(320)이 생성된다. 이 자기장(320)은 전력전송코일(218)에서 나오는 누설 자속(310)을 상쇄시키게 된다.

누설 자속의 효과적인 상쇄를 위해서는, 누설자속 차폐코일(300) 쪽을 공진회로로 구성하여 자기장(320)의 세기를 강화시킬 수도 있다. 이를 위해, 누설자속 차폐코일(300)에 격리 인덕터(isolation inductor)와 공진 캐패시터(resonant capacitor)로 구성되는 누설공진부를 부가할 수 있다. 도 7은 제1 누설 공진부(330)와 제2 누설 공진부(330)가 누설자속 차폐코일(300)에 부가된 경우를 도시한다. 제1 누설 공진부(330)는 누설자속 차폐코일(300)에 격리 인덕터(332)와 공진 캐패시터(334)를 직렬로 부가하여, RLC 공진회로를 형성한다. 직렬 연결된 격리 인덕터(343)와 공진 캐패시터(344)로 구성된 제2 누설 공진부(340)도 누설자속 차폐코일(300)에 대해 제1 누설 공진부(330)와 병렬연결을 이루도록 부가되어, RLC 공진회로를 이룬다.

제1 누설 공진부(330)는 시스템의 동작 주파수 성분에 대응되는 공진을 일으킨다. 제2 누설 공진부(340)는 시스템의 하모닉 주파수 성분에 대응되는 공진을 일으킨다. 도 8에 예시되어 있듯이, 제1 누설 공진부(330)와 제2 누설 공진부(340)의 부가에 의해 동작 주파수(Operating frequency)와 제2 하모닉 주파수(Second harmonic frequency)에서, 누설자속 차폐코일(300)의 입력 임피던스가 급격하게 작아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 그 두 가지 주파수 대역에서 공진이 일어날 수 있다. 이에 의해, 누설자속 차폐코일(300)은 전력전송코일(218)에서 나오는 누설 자속을 보다 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.

도 9는 누설자속 차폐코일(300)을 채용하지 않은 경우(a)와 채용한 경우(b)의 자기장 분포를 각각 나타낸다. (a)의 경우에는 전력전송코일(218)에서 생성된 자기장이 무선 비행체(100)의 프로펠러(140) 근처까지 또는 지나서까지 분포한다. 이 경우는 당연히 비행 동체(110)에 설치되어 있는 여러 가지 비행 관련 전자 부품들이 그 누설 자기장의 영향권 아래 놓이게 되어 전자파 방해에 따른 오동작 문제가 야기될 수 있다. 이에 비해, (b)의 경우는 전력전송코일(218)에서 생성된 자기장이 누설자속 차폐코일(300) 밑으로만 분포하도록 억제된다. 전자파 방해 문제로부터 자유롭게 된다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명이 제안하는 3상 전력 무선 충전시스템은 위 실시예로서 설명한 무인 비행체뿐만 아니라, 충전을 필요로 하는 전기, 전자 기기라면 제한받지 않고 널리 적용될 수 있다.

10: 3상 교류 전력 무선전달 시스템 20: 3상 전력전송부
22: 3상 교류전원 24: 전송측 공진부
26a, 26b, 26c: 전력전송코일 28: 3상 전력 인버터
30: 3상 전력수신부 32: 부하
34: 수신측 공진부 36a, 36b, 36c: 전력수신코일
38: 3상 전력 컨버터 40: 배터리
60: 쇄교 자속 65: 누설 자속
90: 3상 전력 무선충전 시스템 100: 3상 무선충전형 무인 비행체
110: 비행 동체 120: 암
130: 모터 140: 프로펠러
150: 다리 160: 물품 고정부
170: 전력수신부 172: 코일 감김봉
174, 174a, 174b, 174c: 전력수신코일 176: 보호캡
200: 3상 무선 충전 스테이션(장치) 210: 코일 안착부
212: 경사면 216: 삽입홈 구조
218, 218a, 218b, 218c: 전력전송코일 220: 전력전송부
230: 연결지지부 240: 충전 플랫폼
300: 누설자속 차폐코일 310: 누설 자기장
320: 누설 자기장 상쇄 자기장 330: 제1 누설 공진부
332, 342: 격리 인덕터 334, 344: 공진 캐패시터
340: 제2 누설 공진부