KR-20260060931-A - SINGLE SHAFT TYPE WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS

Abstract

일축형 무선전력전송장치가 개시된다. 본 발명의 일축형 무선전력전송장치는 시트의 이동을 가이드하는 레일을 따라 연결되어 전력을 전송하는 송신 코일; 및 시트에 연결되어 송신 코일로부터 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일을 포함하며, 송신 코일은 비균등한 간격으로 권취되는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 안치형
• 김동훈
• 고혁진

Assignees

• 한국기술교육대학교 산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (8)

1. 자율주행차량의 시트의 이동을 가이드하는 레일을 따라 연결되어 전력을 전송하는 송신 코일; 및 상기 시트에 연결되어 상기 송신 코일로부터 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일을 포함하며, 상기 송신 코일은 비균등한 간격으로 권취되는 일축형 무선전력전송장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 송신 코일은 헬리컬 코일인 일축형 무선전력전송장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 송신 코일은 상기 레일의 중심측과 양측의 권선수가 서로 상이한 일축형 무선전력전송장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 송신 코일은 상기 레일의 중심측보다 상기 코일의 양측의 권선수가 더 많은 일축형 무선전력전송장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 송신 코일의 권선수 및 권선 위치는 상기 송신 코일의 상호 인덕턴스, 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 전압비, 및 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 전류비 중 적어도 하나에 따라 설정되는 일축형 무선전력전송장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 수신 코일은 헬리컬 코일인 일축형 무선전력전송장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 수신 코일은 상기 송신 코일과 간격을 유지한 상태로 이동 가능하게 설치되는 일축형 무선전력전송장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 수신 코일은 상기 시트에 연결되어 상기 시트와 일체로 이동하는 일축형 무선전력전송장치.

Description

일축형 무선전력전송장치{SINGLE SHAFT TYPE WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS} 본 발명은 일축형 무선전력전송장치에 관한 것이다. 전세계적으로 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 산업은 환경 보호, 에너지 효율성 증가뿐만 아니라 이용자에게 운행중 편의성, 효율성, 안정성 향상을 목적으로 지속적으로 성장하고 있다. 전기자동차의 내부 장치들 또한 운전자에게 내비게이션 시스템, 미디어 플레이어, 스마트폰 연동 기능 등과 같은 다양한 정보를 제공하고 있다. 특히, 자율주행 기능이 탑재되는 미래 모빌리티 내부에서는 차량 내부에서 영상 및 음악을 시청할 수 있는 엔터테인먼트 서비스뿐만 아니라 이동 중에도 비즈니스 미팅을 처리할 수 있는 업무 서비스 등 차량이 오피스 역할까지 포함하는 특징을 가지고 있다. 이러한 자율주행 기능의 전기자동차 내부에서의 원할한 서비스 활용을 위해서는 차량 내부의 구조를 변화시키는 것이 매우 중요하다. 즉, 차량 내부 시트들의 위치 자유도가 차량 내 다양한 서비스를 가능하게 할 수 있는 핵심 기술로 고려되고 있다. 현재 차량 시트는 앞뒤 방향으로의 움직임과 냉온 기능 등을 위하여 차량 하부와 시트 사이에 전력케이블을 통하여 연결되어 있다. 하지만, 차량 내부 시트들의 자유도를 높이기 위한 시트 위치 변경에 따른 전력케이블 꼬임 및 단선으로 인한 제반 문제점 이외에 복잡한 제조 공정이 문제될 수 있다. 그러므로, 기존 전력케이블의 기능을 대체할 수 있으면, 시트의 이동 자유도를 높일 수 있는 차량 시트용 무선충전 기술이 필요한 실정이다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-2553219호(2023.07.04)의 '차량용 무선전력 송신모듈'에 개시되어 있다. 본 발명은 교육부와 한국연구재단의 재원으로 지원을 받아 수행된　3단계 산학연협력 선도대학 육성사업(LINC 3.0) "전기자동차 스마트 전동시트용 액추에이터 무선충전 시스템 개발"의 연구결과로 고안(안출)된 것으로서,　본 발명의 목적은　일축 장치용 무선전력전송장치 기술을 제공하는 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일축형 무선전력전송장치의 블럭 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시트의 이동 자유도를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 사시도이다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일의 권선 간격이 균등한 예를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 정면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권선 간격이 균등한 경우의 상호 인덕턴스를 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권선 간격이 균등한 경우의 전압비와 전류비를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권선 간격이 비균등한 예를 도시한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권선 간격이 비균등한 경우의 상호 인덕턴스를 나타낸 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권선 간격이 비균등한 경우의 전압비와 전류비를 나타낸 도면이다. 이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 일축형 무선전력전송장치의 실시 예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일축형 무선전력전송장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시트의 이동 자유도를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일축형 무선전력전송장치는 전력 변환부(200), 전력 전송부(300), 전력 수신부(400), 및 충전부(500)를 포함할 수 있다. 전력 변환부(200)는 차량 배터리(100)의 전력을 변환하여 전력 전송부(300)를 통해 전송할 수 있다. 전력 변환부(200)는 인버터를 포함할 수 있다. 인버터는 차량 배터리(100)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 인버터는 복수 개의 스위칭 소자 또는 제어 회로를 통해 원하는 전압과 주파수로 제어할 수 있다. 인버터는 각 스위칭 소자의 턴온-턴오프 제어를 통해 출력되는 전압 및 전류의 듀티 및 주파수를 제어할 수 있다. 스위칭 소자의 동작 제어에 따라 출력 전압 및 전 전류를 조절하는 것은 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 인버터는 후술하는 송신 코일(330)과 수신 코일(420) 간의 상호작용에 의해 변화하는 인덕턴스 또는 송신 코일(330)과 수신 코일(420) 간의 결합계수 차이에 의해 발생하는 인덕턴스 변화에 따라 출력되는 전압 및 전류의 크기를 조절할 수 있다. 커플링 계수는 송신 코일(330)과 수신 코일(420) 간의 전자적인 결합의 정도를 표시하는 것으로 송신 코일(330)과 수신 코일(420) 간에는 누설 자속이 많을수록 커플링 계수의 값은 작아지고, 누설 자속이 작을수록 커플링 계수의 값은 커질 수 있다. 따라서, 송신 코일(330)과 수신 코일(420) 간의 누설 자속을 최소화할 필요가 있다. 충전부(500)는 전력 수신부(400)에서 수신된 전력으로 시트 배터리(600)를 충전할 수 있다. 시트 배터리(600)는 자율주행차량(30)의 시트(10)에 설치되어 시트(10)에 구비된 각종 장치나 디바이스에 전력을 공급할 수 있다. 충전부(500)는 자율주행차량(30)의 시트(10)에 배치될 수 있다. 충전부(500)는 전력 수신부(400)로부터 입력받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하는 정류부를 포함할 수 있다. 또한 충전부(500)는 정류부에서 정류된 직류 전원을 시트 배터리(600)의 충전에 적합한 전원으로 변환하여 시트 배터리(600)를 충전할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 사시도이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일의 권취 간격이 균등한 예를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 정면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일의 단면도이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 전력 전송부(300)는 전력 수신부(400)에 전력을 전송할 수 있다. 전력 전송부(300)는 시트(10)의 이동을 가이드하는 레일(20)을 따라 설치될 수 있다. 자율주행차량(30)에서 시트(10)의 이동 자유도는 점차 그 중요성이 커지고 있다. 시트(10)의 이동 자유도는 도 2에 도시된 바와 같이 시트(10)의 이동뿐만 아니라 시트(10)의 회전도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 전력 전송부(300)는 레일(20)을 따라 길게 설치되는 페라이트부(310), 페라이트부(310)의 외주면에 형성되는 제1 수지부(320), 및 제1 수지부(320)에 권취되는 송신 코일(330)을 포함할 수 있다. 여기서, 송신 코일(330)은 균등한 간격으로 권취될 수 있다. 페라이트부(310)는 봉 형태로 레일(20)을 따라 길게 설치될 수 있다. 페라이트부(310)는 NiZnCu, MnZn, M- type ferrie, Y- type ferrie, W- type ferrie, 및 Z- type ferrie 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 수지부(320)는 페라이트부(310)의 외주면에 형성될 수 있다. 제1 수지부(320)는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated Polyethylene ; CPE), 폴리프로필렌(Polypropylene ; PP), 에틸렌프로필렌고무(Ethylene Propylene rubber ; EPDM), 천연고무(Natural Rubber ; NR), 아크릴로닐릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Ruber), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride ; PVC), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열 중 적어도 하나일 수 있다. 송신 코일(330)은 제1 수지부(320)의 외주면에 권취되어 전력 변환부(200)로부터 입력된 전력을 전력 수신부(400)로 전달할 수 있다. 송신 코일(330)은 헬리컬 코일(Helical coil)일 수 있다. 송신 코일(330)은 균등한 간격으로 권취될 수 있다. 즉, 송신 코일(330)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 수지부(320)에 기 설정된 권취 간격으로 균등하게 권취될 수 있다. 전력 수신부(400)는 전력 전송부(300)의 외부에 설치되어 전력 전송부(300)에서 전송된 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신부(400)는 전력 전송부(300)의 외부에 설치되어 전력 전