KR102055353B1 - 차량에 자기 유도에 의한 전기 에너지를 제공하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

차량에 자기 유도에 의한 전기 에너지를 제공하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR102055353B1
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봄바디어 트랜스포테이션 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량(81)에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 수용 장치(85)를 포함하며, 상기 수용 장치(85)는 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)을 포함하며, 각각의 상 라인(U, V, W)은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며, - 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 플럭스 라인 방향을 가로질러 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되며, 전자기장의 자기 플럭스 라인은, 라인 장치가 제1 단부 및 제2 단부를 포함하도록, 라인 장치를 관통하고, 상기 제1 및 제2 단부는 길이방향으로 라인 장치의 반대편 단부에 위치되며, - 플럭스 라인 방향을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 라인 장치의 폭은 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다.

Description

차량에 자기 유도에 의한 전기 에너지를 제공하기 위한 장치 및 방법{ARRANGEMENT AND METHOD FOR PROVIDING A VEHICLE WITH ELECTRIC ENERGY BY MAGNETIC INDUCTION}
본 발명은 교번 전자기장(alternating electromagnetic filed)을 발생시키도록 구성된 발전(generating) 장치를 포함하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치와, 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하기 위해 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하도록 구성된 수용 장치를 포함하는 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 전류가 전기 부하(load)로 흐르고, 그 동안에 자기 유도가 수용 장치에 교류 전압을 유발시킨다.
또한, 본 발명은 상기 장치를 포함하는 차량에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 차량에 에너지를 전달하는 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 수용 장치 및 발전 장치를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 장치를 제조하는 방법과, 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하는 수용 장치에 의해 차량을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
WO 201/031595 A2호는 차량, 특히 트럭 경계(bound) 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치를 개시하고 있으며, 상기 장치는 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 수용 장치를 포함한다. 수용 장치는 전기적으로 도전성인 재료의 복수의 권선(winding) 및/또는 코일을 포함하며, 상기 각각의 권선 또는 코일은 교류 전류의 분리된 상(phase)을 생성시키도록 구성된다.
본 발명은 임의의 육상 차량, 특히 철도 차량[예를 들어, 트램(tram)]과 같은 궤도 이동 차량(track bound vehicle)뿐만 아니라 개별적인(개인용) 승용차 또는 공공 수송 차량(예를 들어, 버스)과 같은 도로 자동차에 적용될 수 있다. 바람직하게, 교번 전자기장을 생산하는 발전 장치의 주(primary) 측부 도체(side conductor) 장치는, 주 측부 도체 장치의 전기선이 도로, 궤도, 또는 차량이 이동할 수 있거나 또는 주차될 수 있는 주차 구역의 표면과 거의 평행한 평면에서 연장하도록 차량의 궤도, 도로, 또는 주차 구역에 통합된다.
주 측부 도체 장치의 바람직한 실시예의 상세한 내용이 WO 2010/031595 A2호에 개시되어 있다. 예를 들어, 주 측부 도체 장치의 전류선은 구불구불한(serpentine) 방식으로 궤도 또는 도로를 따라 연장할 수 있으며, 즉 라인의 일부 섹션이 이동 방향을 가로질러 연장할 수 있고 또한 상기 라인의 일부 섹션이 이동의 방향으로 연장할 수 있으며, 그에 따라 상기 가로질러 연장하는 섹션들을 연결한다. 특히, WO 2010/031595 A2호의 도 5 및 12에 도시된 바와 같이, 주 측부 도체 장치는 바람직하게 이동의 방향으로 또는 이동의 방향과는 반대로 전파하는 자기파(magnetic wave)를 생산한다. 파의 속도는 가로질러 연장하는 섹션의 거리에 의해 또한 주 측부 전기 도체 장치의 상이한 상에 의해 이송된 교류의 주파수에 의해 결정된다.
또한 WO 2010/031595 A2호에 개시된 바와 같이, 수용 장치는 차량의 하부측에 위치될 수 있으며 또한 슬래브(slab) 또는 플레이트의 형상인 본체와 같은 강자성(ferromagnetic) 본체에 의해 덮일 수 있다. 적절한 재료는 페라이트(ferrite)이다. 본체는 다발(bundle)로 형성되며 또한 자기장의 필드 라인(field line)을 재 지향시키며, 또한 그에 따라 본체 위의 필드 강도(field intensity)를 거의 제로로 감소시킨다.
그러나 강자성 재료의 이런 본체 또는 대안적으로 전기적으로 도전성인 재료의 차폐물(shield)은 본체 또는 차폐물의 옆의 위치에서 자기장의 필드 강도를 제로로 감소시킬 수 없다. 특히, 사람이 차량에 들어가거나 또는 이를 떠날 때, 사람들은 수용 장치의 옆의 영역을 통과할 수 있다. 따라서 필드 강도의 대응하는 한계치가 적용 및 초과 되서는 안 된다.
본 발명의 목적은 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치, 상기 장치를 포함하는 차량, 상기 장치를 포함하는 시스템, 상기 장치를 제조하는 방법, 및 발전 장치의 옆의 및/또는 수용 장치의 옆의 필드 강도를 감소시키는 수용 장치에 의해 차량을 작동시키는 방법을 제공하는 것이다.
특히, 발전 장치는 WO 2010/031595 A2호에 개시된 구불구불한[대안적으로, 사행(蛇行)(meandering)으로 지칭되는] 구성을 가질 수 있다. 구불구불한 구성의 바람직한 수정이 하기에 서술될 것이다.
대안적으로 또는 추가하여, 수용 장치는 "평탄한(flat)" 구성을 포함할 수 있다. 이런 "평탄한(flat)" 구성의 예가 WO 2010/031595 A2호에, 특히 이 문헌의 도 13 내지 17과 관련하여 개시되어 있다. 이 내용에서 "평탄한(flat)"은 주 측부 도체 장치 및 차량의 궤도 또는 도로가 수평 방향으로 연장한다면, 수용 장치의 상 라인(phase line)(즉, 상이한 상의 전기선)이 수평 방향으로 연장하거나 또는 거의 연장한다는 것을 의미한다. 그러나 이런 수용 장치가 전형적으로 1회 초과의 감김(turn) 또는 권취를 포함하고 또한 하나 초과의 상 라인을 더 포함하기 때문에, 위에서 보면 전기선의 교차가 있다. 결과적으로, 평탄한 구성에도 불구하고, 전기선의 모든 섹션이 단일의 전기선의 두께를 갖는 평탄한 영역 내에 위치되는 것이 불가능하다.
또한, 상 라인들 중 적어도 하나는 1회 초과 감김을 갖는 코일을 포함할 수 있다. 감김은 코일의 중심 축선의 둘레로 연장하는 상 라인의 섹션인 것으로 이해된다. 달리 말하면, 섹션은 중심 축선의 둘레로 감져지고 있다. 모든 경우에서는 아니지만, 모든 감김은 중심 축선 둘레로 완벽한 순환(circulation)을 수행한다. 오히려, 특히 코일의 최후 및 최초 감김은 코일로의 전기 연결 및 코일로부터의 전기 연결이 적절한 위치에서 적절한 방식으로 이루어질 수 있도록, 중심 축선의 둘레에서 완벽한 순환을 수행할 수는 없다. 다른 한편으로, 코일이 적어도 3회의 감김을 갖는다면, 감김들 중 적어도 하나는 최초 및 최후 감김이 아니며, 또한 전형적으로 중심 축선의 둘레로 완벽한 순환을 수행한다.
이런 코일의 경우에 있어서, 중심 축선의 방향으로 측정된 코일의 두께는 예를 들어 감김을 수행하는 전기선의 두께와 곱해진 감김수(number of turn)와 동일할 수 있다. 그러나 코일의 특정한 구성에 따라, 두께는 대안적으로 전에 언급된 두께 보다 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 예를 들어, 연속적인 감김은 나선형(spiral)을 형성하기 위해 코일의 중심 축선의 둘레로 권취될 수 있다. 이것은 코일의 두께를 감소시키지만, 그러나 모두가 나선형의 외측 감김의 크기를 갖는 감김의 동일한 개수를 갖는 코일에 비해 코일의 유효 영역(effective area)도 감소시킨다. 그 어떤 경우라도, 동일한 상 라인의 모든 코일은 동일한 방식으로 형성되는, 예를 들어 모든 코일이 나선형이거나, 또는 모든 코일이 서로의 위에 적층되는 감김을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 적어도 하나의 단부 코일의 윤곽(outline)은 바람직하게 다른 코일 또는 다른 코일들 보다 더 작은 영역을 둘러싼다. 나선형 단부 코일의 경우에 있어서, 따라서 나선형의 외측 감김은 더 작은 권취 반경으로 권취 되거나 또는 다른 코일 또는 다른 코일들의 윤곽 보다 더 작은 영역을 둘러쌀 것이다.
본 발명의 실시예는 예를 들어 복수의 코일, 예를 들어 적어도 3개의 코일을 포함할 수 있으며, 이것은 동일한 상 라인의 코일이다. 이것은 상 라인들 중 적어도 하나의 전기선이 적어도 3개의 코일을 형성한다는 것을 의미한다. 코일은 적어도 하나의 감김을 포함하는 것으로 이해되며, 하나 초과의 감김인 경우에 복수의 감김은 상이한 감김의 섹션이 서로 평행하게 연장하거나 또는 서로 거의 평행하게 연장하거나, 또한 선택적으로 동일한 형상(직사각형, 원형 등과 같은)을 갖는 방식으로 배치된다. 감김의 윤곽의 가능한 형상은 직사각형인데, 그 이유는 각각의 코일이 직사각형 감김을 갖는 연속적인 코일의 시퀀스가 개별적인 코일에 의해 덮이는 영역들의 총합인 직사각형 유효 영역을 덮도록 배치되기 때문이다. 그러나 코일 장치의 단부를 형성하는 코일은 테이퍼지는(tapered), 예를 들어 원추형 윤곽 또는 원추의 절두체(frustum)의 윤곽을 갖는 것이 바람직하다. 개별적인 코일에 의해 "덮인(covered)" 영역은 자기장의 자기 플럭스 라인(magnetic flux line)이 연장할 수 있는 영역이며, 이들 플럭스 라인에 대응하는 자기 플럭스는 대응하는 전압을 코일에 유도시킴으로써 자기 유도를 유발시킨다.
바람직하게, 복수의 코일의 중심 축선은 서로 평행하게 연장한다. 이것은 교류의 상이한 상을 이송하기 위해 상이한 상 라인의 코일에 적용하며 및/또는 동일한 상 라인의 코일에 적용한다.
상 라인들(및 바람직하기로는 모든 상 라인들) 중 적어도 하나의 복수의 코일은 코일의 중심 축선과 직교하여 연장하는 평면에서 유효 영역을 덮는 연속적인 코일의 시퀀스를 수행하기 위해, 나란히(next to each other) 위치될 수 있다. 적어도 3개의 코일인 경우에 있어서, 시퀀스의 반대편 단부에는 제1 단부 코일 및 제2 단부 코일이 있으며, 또한 시퀀스의 단부 코일들 사이에는 적어도 하나의 중간 코일이 있다. 바람직하게, 제1 단부 코일 및 제2 단부 코일은 그 단부를 향해 테이퍼진다.
바람직하게, 코일의 유효 영역은 시퀀스의 개별적인 코일에 의해 덮인 영역들의 총합이며, 즉 코일은 중첩되지 않는다. 그러나 작은 중첩 영역이 유효 영역을 상당히 감소시키지는 않는다. 또한, 코일의 시퀀스에서 인접한 코일의 영역들 사이에는 작은 거리가 있을 수 있으므로, 유효 영역은 연속한 영역이 아니다. 그러나 거리는 작은 것이 바람직하다(예를 들어, 코일의 시퀀스의 길이방향의 2 % 보다 더 작은, 이것은 제1 단부 코일로부터 제2 단부 코일로 연장하는 방향이다).
특히, 코일 장치의 적어도 2개의 코일은 동일한 상 라인의 적어도 2개의 제1 및 제2 코일이 선택적으로 갭(gap)을 갖거나 또는 서로 중첩되어 서로 경계를 이루도록, 길이방향으로 연속하여 배치됨으로써 적어도 하나의 경계 구역을 형성하는 동일한 상 라인의 코일이며, 상기 제1 코일은 코일 장치의 제1 단부에 또는 제2 단부에 위치된 단부 코일이다. 제1 코일(및 선택적으로 또한 제2 코일, 2개의 연속적인 코일만 있다면)은 길이방향으로 코일 장치의 각각의 단부를 향해 테이퍼진 코일이다. 코일 장치의 제1 단부를 향해 또는 제2 단부를 향해 그 연장부(extension)를 따라 그 테이퍼진 구성으로 인해, 테이퍼진 코일은 경계 구역에서의 경계 지역에 비해 제1 단부 또는 제2 단부에서의 단부 지역에서 길이방향으로 단위 길이 당 더 작은 영역을 덮는다. 일반적으로 말해, 테이퍼진 지역이 단위 길이 당 더 작은 영역을 덮는데, 그 이유는 이것이 더 협소하기 때문이다.
이것은 예를 들어 표준 코일과는 달리 단부 지역에서 또한 경계 지역에서 동일한 방식으로 굴곡된 경로를 따르는 감김이다. 이들 표준 코일은 전형적으로 코일의 길이방향 연장부의 중간에서 길이방향을 가로질러 연장하는 직선에 대해 대칭이다. 코일의 단부 지역에서 또한 경계 지역에서 감김의 일부 곡률(curvature)이 필요한데, 그 이유는 전기선이 직사각형을 형성하기 위해 구부러질 수 없기 때문이다. 따라서 단부 지역에서 또한 경계 지역에서 감김의 굴곡된 경로는, 본 출원의 의미에서는 테이퍼링(tapering)으로서 간주되지 않는다. 오히려, 감김을 갖는 코일의 테이퍼링은 감김의 임의의 곡률에 추가하여 코일의 단부를 향해 길이방향으로 연속적으로 감소하는 폭이 있다는 것을 의미한다.
예를 들어, 길이방향으로 단부 코일의 연장부의 적어도 1/3, 또는 특히 길이방향으로 코일의 전체 연장부까지 연장부의 1/2 보다 큰 특수한 경우에 연장부의 적어도 1/2 은 본 발명에 따라 테이퍼진 구성을 가질 수 있다.
본 발명은 하기의 발견에 기초하고 있다. 발전 장치의 작동 중 상 라인 또는 상 라인들을 통해 흐르는 전류는, 그 자기 성분이 수용 장치에 의해 수용되는 전자기장을 생산한다. 또한, 수용 장치가 전자기장의 자기 성분을 수용하고 그리고 차량의 임의의 부하에 전력을 분배할 동안 수용 장치의 작동 중 상 라인 또는 상 라인들을 통해 흐르는 전류도 전자기장을 생산하며, 이것은 기생 필드(parasitic field)로 지칭될 수 있다. 수용 장치의 상 라인(들)의 상이한 섹션들의 일부에 의해 생산되는 전자기장은 간섭(interference)에 의해 서로 보상한다. 발전 장치의 상 라인(들)의 상이한 섹션의 일부에 의해 생산된 전자기장에 동일한 내용이 적용된다.
수용 장치에 대해, 이것은 예를 들어 필드 강도가 더 작거나 또는 심지어 0 에 가까운 코일의 시퀀스의 중간 섹션의 옆에 지역이 있다는 것을 의미한다. 발전 장치에 대해, 이것은 예를 들어 상 라인 또는 상 라인들의 사행 섹션에 의해 생산된 필드가 서로 보상하고 또한 작거나 제로인 필드 강도를 생산한다는 것을 의미한다. 이와 관련해서 "필드 강도(field intensity)"는 요동하는 전자기장의, 특히 자기장의 플럭스 밀도의 크기를 의미한다. 그러나 발전 장치의 그리고 더 높은 필드 강도를 갖는 수용 장치의 단부 지역의 옆에도 지역이 있다. 그 이유는 각각의 섹션을 위한 보상 섹션이 없기 때문이다. 또한, 단부에서 상 라인 섹션에 의해 생산된 필드는 서로 중첩될 수 있으므로, 증가된 필드 크기로 나타난다.
발전 장치 또는 수용 장치의 단부 또는 단부들에 가깝게 필드 강도를 감소시키기 위해, 특히 한정된 위치에서, 장치의 적어도 하나의 단부가 테이퍼진다. "테이퍼진(tapered)"이라는 표현은 상 라인 장치의 폭이 라인 장치의 단부를 향해 감소되는 것을 의미한다. 이것은 필수적으로 라인 장치에 의해 덮인 영역을 한정하는 또한 테이퍼진 형태로 라인 장치의 단부를 향해 연장하는 상 라인 또는 상 라인들의 라인 섹션이 있음을 의미하지는 않는다. 이것은 라인 장치가 라인 장치의 단부 지역에 상 라인의 코일을 포함하는 경우일 수 있다. 하기에 있어서, 상 라인의 적어도 하나의 코일을 포함하는 라인 장치는 코일 장치로도 지칭된다. 그러나 다른 가능한 라인 장치, 예를 들어 WO 2010/031595 A2호에 개시된 장치와 유사한 라인 장치가 있으며, 거기에서 적어도 하나의 상 라인이 사행하는, 즉 라인 장치의 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 라인 섹션을 포함하며, 또한 각각의 경우에 2개의 제1 라인 섹션들을 연결하는 제2 라인 섹션을 더 포함한다. 라인 장치의 단부 섹션이 사행하는 상 라인을 포함한다면, 상 라인의 도전성 제1 라인 섹션의 길이는 라인 장치의 단부를 향해 감소된다. 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 라인 섹션의 이들 길이는 폭 방향으로 측정될 수 있으며, 또한 그에 따라 예를 들어 케이블이 제1 라인 섹션에 일부 리플(ripple) 또는 주름(corrugation)을 형성한다면, 필수적으로 대응하는 케이블 섹션의 길이와 동일하지 않다. 그러나 라인 장치의 윤곽은 심지어 사행하는 상 라인을 위해 또는 사행하는 상 라인들을 위해 형성될 수 있으므로, 상기 윤곽은 라인 장치의 전체 영역을 포함하지만, 그러나 라인 장치의 내부를 향해 라인 장치의 라인 섹션을 따르지는 않는다. 예를 들어, 라인 장치의 외주에서의 라인 섹션 또는 라인 위치는 윤곽의 곧은 섹션에 의해 또는 연속적으로 굴곡된 윤곽의 섹션에 의해 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 장치의 단부 지역에 상 라인의 코일을 포함하는 코일 장치의 경우에 있어서, 장치의 윤곽은 라인 섹션과 일치할 수 있다.
특히, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치가 제안되며, 상기 장치는 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 수용 장치를 포함하며, 상기 수용 장치는 적어도 하나의 상 라인을 포함하며, 각각의 상 라인은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 상기 적어도 하나의 상 라인은 플럭스 라인 방향을 가로질러 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되며, 거기에서 전자기장의 자기 플럭스 라인이 라인 장치를 관통하므로, 라인 장치는 제1 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 라인 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 플럭스 라인 방향을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 라인 장치의 폭은, 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다.
또한, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치를 제조하는 방법이 제안되며, 작동 중 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 장치의 수용 장치가 제조되며, 상기 수용 장치에는 적어도 하나의 상 라인이 구비되며, 각각의 상 라인은 작동 중 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 적어도 하나의 상 라인은 플럭스 라인 방향을 가로질러 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되며, 거기에서 전자기장의 자기 플럭스 라인이 라인 장치를 관통하므로, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 라인 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 라인 장치는 플럭스 라인 방향을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 라인 장치의 폭이 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소되는 방식으로 형성된다.
"점진적인 감소(gradual decrease)"는 라인 장치의 연장부의 일부로, 즉 라인 장치의 단부 지역으로 제한되는 것이 바람직하다. 그러나 단부 지역의 크기는 길이방향으로 라인 장치의 전체 길이의 특정한 최대 백분율로 제한되지 않는다. 라인 장치의 폭이 제1 단부를 향해 및 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다면, 폭이 최대인 라인 장치의 중간 섹션에 지점이 있거나 또는 폭이 일정하고 또한 단부 섹션 보다 더 큰 중간 지역이 있다.
수용 장치가 사용되고 있거나 또는 장치의 이동 중 사용될 것이라면, 라인 장치의 길이방향은 이동의 방향과 평행하거나 또는 동일한 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 단부를 향한 라인 장치의 폭의 감소에 대한 다른 표현은 "테이퍼진(tapered)" 또는 "테이퍼진 구성(tapered configuration)"이다.
수용 장치의 라인 장치는 코일 장치일 수 있다. 따라서 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치가 제안되며, 상기 장치는 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 수용 장치를 포함하며, 상기 수용 장치는 적어도 하나의 상 라인을 포함하며, 각각의 상 라인은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 각각의 상 라인이 적어도 하나의 코일을 형성하며,
- 각각의 코일이 상 라인의 적어도 하나의 감김으로 구성되며,
- 적어도 하나의 감김이 코일의 중심 축선의 둘레로 감겨지고 있으며,
- 코일 또는 코일들은 코일의 중심 축선을 가로질러 또는 코일 장치의 코일의 중심 축선을 가로질러 길이방향으로 연장하는 코일 장치를 형성하도록 배치되므로, 코일 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 코일 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 중심 축선/축선들을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 코일 장치의 폭은, 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다.
이것은 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치를 제조하는 방법에 대응하며, 작동 중 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 장치의 수용 장치가 제조되며, 상기 수용 장치에는 적어도 하나의 상 라인이 구비되며, 각각의 상 라인은 작동 중 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 적어도 하나의 코일이 각각의 상 라인에 의해 형성되며,
- 각각의 코일이 상 라인의 적어도 하나의 감김에 의해 형성되며,
- 적어도 하나의 감김이 코일의 중심 축선의 둘레로 감겨지고 있으며,
- 코일 또는 코일들은 코일의 중심 축선을 가로질러 또는 코일 장치의 코일의 중심 축선을 가로질러 길이방향으로 연장하는 코일 장치를 형성하도록 배치되므로, 코일 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 코일 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 라인 장치는 중심 축선/축선들을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 코일 장치의 폭이 제1 단부 및/또는 제2 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소되는 방식으로 형성된다.
특히, 코일 장치는 연속적인 시퀀스로 및/또는 서로 중첩하여 길이방향으로 배치된 복수의 코일을 포함할 수 있으며, 제1 및/또는 제2 단부에서 코일 장치의 코일들 중 적어도 하나는 각각의 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 테이퍼진다.
특히, 수용 장치는 복수의 상 라인을 포함할 수 있으며, 각각의 상 라인은 교류 전류의 복수의 상 전류들 중 상이한 하나를 이송하도록 구성된다. 각각의 상 라인은 하나 또는 복수의 코일(예를 들어, 적어도 3개의 코일)을 형성할 수 있으며, 각각의 코일은 상 라인의 적어도 하나의 감김으로 구성될 수 있다. 상 라인 또는 각각의 상 라인의 복수의 코일은 코일의 중심 축선과 직교하여 연장하는 평면에서 유효 영역을 포함하는 코일의 시퀀스를 형성하기 위해 나란히 위치될 수 있으므로, 시퀀스의 반대편 단부에는 제1 단부 및 제2 단부가 있다. 적어도 3개의 코일인 경우에는 시퀀스의 단부 코일들 사이에 적어도 하나의 중간 코일이 있다. 바람직하게, 적어도 두 단부 코일은 테이퍼진다. 선택적으로, 중간 코일도 단부를 향해 길이방향으로 코일 장치의 연장부를 따라 테이퍼질 수 있다.
또한, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치가 제안되며, 상기 장치는 대응하는 수용 장치에서 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하기 위해 교번 전자기장을 발생시키도록 구성된 장치의 발전 장치를 포함하며, 발전 장치는 적어도 하나의 상 라인을 포함하며, 각각의 상 라인은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 적어도 하나의 상 라인은 플럭스 라인 방향을 가로질러 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되며, 거기에서 전자기장의 자기 플럭스 라인이 라인 장치를 관통하므로, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 라인 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 플럭스 라인 방향을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 라인 장치의 폭은, 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다.
따라서 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치를 제조하는 방법이 제안되며, 작동 중 대응하는 수용 장치에서 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하기 위해 교번 전자기장을 발생시키도록 구성된 장치의 발전 장치가 제조되며, 적어도 하나의 상 라인이 발전 장치를 위해 제공되며, 각각의 상 라인은 작동 중 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
- 적어도 하나의 상 라인은 플럭스 라인 방향을 가로질러 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되며, 거기에서 작동 중 전자기장의 자기 플럭스 라인이 라인 장치를 관통하므로, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 단부는 길이방향으로 라인 장치의 반대편 단부에 위치되며,
- 라인 장치는 플럭스 라인 방향을 가로질러 또한 길이방향을 가로질러 연장하는 폭 방향으로 측정될 수 있는 라인 장치의 폭이 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소되는 방식으로 형성된다.
바람직하게, 라인 장치의 적어도 하나의 상 라인은 길이방향으로 사행하며, 이 상 라인은 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 섹션 및 각각의 경우에 2개의 제1 섹션들을 연결하는 제2 섹션을 포함하며, 상기 제2 섹션은 실질적으로 길이방향으로 연장하며, 상기 제1 섹션의 길이는 제1 단부를 향해 및/또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소된다.
라인 장치의 테이퍼진 구성은 특히 테이퍼진 단부 지역의 옆에서 필드 강도를 감소시킨다. 이에 대한 하나의 이유는 라인 장치의 단부에 또는 단부 지역에서 상 라인 섹션[예를 들어, 사행하는 라인 구성의 경우에 "제1(first)" 라인 섹션]에 의해 생산되고 그 라인 섹션이 길이방향을 가로질러 연장하는 필드 강도가 감소된 폭으로 인해 이들 라인 섹션의 길이가 감소되기 때문에 감소되기 때문이다. 이것은 주변에서 길이방향으로 위치에 적용된다. 라인 장치의 옆의 주변의 지역에 대해, 다른 이유가 적용되며, 장치의 단부 지역의 옆의 동일한 위치에서 가장 가까운 라인 섹션[예를 들어, 사행하는 라인 구성의 경우에 "제2(second)" 라인 섹션]에 대한 거리는 단부 지역이 테이퍼지면 더 크다.
또한, 본 발명은 이 서술에서 개시된 실시예들 중 하나의 수용 장치를 구비한 장치를 포함하는 차량을 포함하며, 상기 장치는 차량의 바닥에 위치되므로, 코일의 중심 축선 또는 코일의 중심 축선들은 차량이 수평의 지하 또는 수평의 궤도상에서 이동한다면 수직 방향으로 연장한다.
또한, 본 발명은 차량에 에너지를 전달하기 위한 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 차량의 이동의 경로를 따라 또는 차량의 주차 영역 또는 정지 영역에 배치된 주 측부 발전 장치를 구비한 장치를 포함하며, 또한 상기 시스템은 이 서술에서 개시된 실시예들 중 하나의 제2 측부 수용 장치를 구비한 장치를 포함한다.
본 발명의 여러 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 서술될 것이다.
도 1은 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 평면도를 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 장치는 3개의 상 라인을 포함하며, 각각의 상 라인은 나란히 위치된 4개의 코일의 시퀀스를 형성한다.
도 2는 상 라인의 3개의 코일의 시퀀스를 포함하는, 도 1과 유사한 평면도를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3은 3개의 사행하는 상 라인을 포함하는 종래의 라인 장치의 부분 평면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 예에 따른 3개의 사행하는 상 라인을 포함하는 라인 장치의 부분 평면도를 도시하고 있다.
도 5는 길이방향의 위치의 함수로서 도 3 및 도 4의 라인 장치의 옆의 필드 강도를 도시하고 있다.
도 6은 전자기장을 생산하기 위한, 특히 차량의 이동의 방향으로 전파하는 자기파를 생산하기 위한 주 측부 도체 장치를 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 차량도 도면에 개략적으로 도시되어 있다.
도 7은 차량 내에 일부 장치를 포함하는, 도 6의 차량을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은 코일의 3개의 시퀀스를 도시하고 있으며, 상기 각각의 시퀀스는 3상 교류를 이송하기 위해 코일 장치(즉, 전기 도체의 장치)의 상이한 상 라인에 의해 형성된다. 장치는 주 측부(예를 들어, 궤도 측부)상에 전자기장을 발생시키기 위한 발전 장치의 부분일 수 있거나, 또는 차량에 장착된 수용 장치의 부분일 수 있다.
각각의 시퀀스(G, R, B)는 4개의 코일(C)을 포함한다. 개별적인 코일은 시퀀스(G)를 위해 GCL, GCM1, GCM2, GCR 로, 시퀀스(R)를 위해 RCL, RCM1, RCM2, RCR 로, 및 시퀀스(B)를 위해 BCL, BCM1, BCM2, BCR로 도시되어 있다. 예에 있어서, 중간 코일(C)은 직사각형 형상을 가지며, 즉 각각의 형상에 의해 덮인 영역이 직사각형이다. 그러나 단부 코일(GCL, RCL, BCL 및 GCR, RCR, BCR)은 시퀀스의 단부를 향해 테이퍼진다.
이 예는 본 발명의 실시예를 도시하고 있으며, 상기 코일 장치는 하나 초과의 상 라인(즉, 복수개의 상 라인)의 코일을 포함하며, 상이한 상 라인의 코일은 길이방향(도 1의 예에서는 수평 방향)으로 서로에 대해 시프트(shift)되며, 각각의 상 라인은 상 라인의 각각의 단부 지역으로 테이퍼진다. "단부 지역(end region)"이라는 용어는 길이방향을 지칭하며, 즉 길이방향으로 반대인 2개의 단부 지역이 있다.
도 1의 예로 돌아가서, 코일(C)의 각각의 시퀀스(G, R, B)가 개별적인 코일(C)을 나란히 위치시킴으로써 형성되기 때문에, 각각의 시퀀스(G, R, B)의 유효 영역은 중간 섹션에서 직사각형이며, 또한 단부 지역에서 절두 원추체(frustum cone)와 같은 형상이다. 또한, 동일한 상 라인의 코일(C)은 중첩되지 않으므로, 시퀀스의 유효 영역은 시퀀스(G, R, B)의 코일(C)에 의해 덮인 영역의 총합과 동일하다. 표기를 더욱 명확하게 하기 위하여, 예를 들어 코일 "GCL" 이라는 표기는 코일이 시퀀스(G)의 부분이고 또한 코일이 시퀀스(G)에서 좌측 코일(즉, 제1 단부 코일)이라는 것을 의미한다. "GCMI"이라는 표기는 코일(C)이 시퀀스(G)의 부분이고 또한 제1 중간(M1) 코일(C)이라는 것을 의미한다. 코일의 표기(예를 들어, GCR)에서 세 번째 문자로서의 표기 "R"은 코일이 각각의 시퀀스에서 우측(R) 코일(즉, 제2 단부 코일)이라는 것을 의미한다. 도 1에 도시된 3개의 시퀀스(G, R, B)는 도면의 수직 방향으로 펼쳐지지만, 그러나 이것은 단지 도시의 목적을 위한 것이다. 실제로, 각각의 시퀀스에서 좌측 코일로부터 우측 코일로 연장하며 또한 도 1에 수평 방향인 길이방향과 직교하는 방향으로 펼쳐지지 않는다.
시퀀스(G)의 코일은 제1 시프트 길이(SL1)에 의해 서로에 대해 시프트 되며, 또한 이 제1 시프트 길이(SL1)는 시퀀스(G)의 코일의 모든 쌍에 대해 일정하며, 다른 시퀀스(R, B)에도 동일하게 적용된다. 시퀀스 당 상이한 개수의 코일을 포함할 수 있는 다른 장치에도 동일하게 적용할 수 있으며, 예를 들어 직사각형 형상을 갖는 중간 코일의 개수는 장치의 상이한 실시예에 따라 변할 수 있다. 제1 시프트 길이(SL1)는 이중선(double line) 화살표에 의해 도시되어 있다. 또한, 시퀀스(G)의 코일(C)의 다음으로 연장하는 단일선 화살표도 있다. 이들 단일선 화살표는 코일(C)을 구성하는 감김을 생산하기 위해, 상 라인을 권취하는 방향을 도시하고 있다. 다른 시퀀스(R, B)는 시퀀스(G)와 동일한 방식으로 형성된다. 그러나 상이한 시퀀스(G, B, R)는 제2 시프트 길이(SL2)에 의해 서로에 대해 시프트 되며, 이것 또한 시퀀스(G, R)를 위한 이중선 화살표에 의해 도시되어 있다. 또한, 제3 시퀀스(B)는 제2 시퀀스(R)에 대해 동일한 제2 시프트 길이(SL2)에 의해 시프트 된다. 이 제2 시프트 길이(SL2)는 제1 시퀀스 길이(SL1)의 1/3 이다. 도 1에 도시된 장치가 수용 장치라면, 길이방향에 대해 변하는(도 2-도 4에 도시된 바와 같이 변하는 자기장과 같은) 주기적인 필드 강도를 갖는 전자기장은 이들 라인 섹션이 길이방향으로 동일한 위치에 또는 제1 시프트 길이(SL1)의 2배를 더하거나 뺀(minus) 동일한 위치에 위치될 경우, 길이방향을 가로질러 연장하는 각각의 라인 섹션에서 동일한 크기의 전압을 유도하며, 상기 주기적인 길이는 제1 시프트 길이(SL1)에 2를 곱한 것과 동일하다. 동일한 크기의 전압의 유도를 위한 다른 전제조건(precondition)은 동일한 라인 길이이며, 이것은 단부에서의 라인 섹션 및 가로질러 연장하는 다음 라인 섹션에 적용되지 않는다.
특히, 교번 자기장의 플럭스 라인은 도 1 및 도2의 영상 평면(image plane)과 직교하는 방향으로 라인 장치를 관통한다.
코일의 시퀀스들 중 하나를 위해, 즉 시퀀스(G)를 위해, 도 1은 전류가 코일을 통해 흐르는 방향(화살표로 도시된)의 패턴의 예를 도시하고 있다. 이 예는 전자기장이 시퀀스(G)의 코일에 전압을 유도한다는 가정에 기초하고 있으며, 상기 전자기장의 필드 강도는 길이방향으로 주기적으로 변하며, 또한 상기 주기적인 길이는 제2 시프트 길이(SL2)의 2배와 동일하다.
도 1에 도시된 장치의 변형예가 가능하다. 장치는 코일 장치가 아닐 수 있으며, 그 라인은 도 1에 실선, 파선(dashed line) 또는 점선으로 도시되어 있다. 오히려, 이들 실선, 파선, 및 점선은 길이방향을 가로질러 연장하는 중간의 라인을 제외하고 라인 장치의 윤곽을 나타낼 수 있다. 라인 장치의 전기선은 윤곽 내에서 임의의 적절한 경로를 따를 수 있다. 특히 이 경우에, 완벽한 라인 장치는 실선에 의해 형성된 윤곽 내에 배치될 수 있다(즉, 도 1의 파선 및 점선이 생략될 수 있다).
교류의 상이한 상을 이송하기 위해 시퀀스의 개수, 및 그에 따른 상 라인의 개수가 변할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 코일 장치는 상이한 상을 이송하기 위해 2개 또는 4개의 상 라인을 가질 수 있다. 라인 장치 또는 코일의 시퀀스의 단부 섹션들 중 오직 하나만 테이퍼질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 테이퍼진 단부 섹션은 도 1에 도시된 바와는 상이한 방식으로 테이퍼질 수 있으며, 예를 들어 테이퍼진 섹션의 윤곽은 도 1에 도시된 바와 같이 곧바른(straight) 대신에 굴곡될 수 있다.
라인 장치가 적어도 코일 장치라면, 테이퍼진 단부 섹션은 단부 코일과 동일한 길이를 지나 길이방향으로 연장할 것이 요구되지 않는다. 오히려, 테이퍼진 단부 섹션의 길이는 각각의 단부에서 코일의 길이 보다 더 짧거나 또는 더 길 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여, 제1 중간 코일(GCM1)은 테이퍼진 단부 섹션에 속할 수도 있다. 특히, 제1 중간 섹션(GCM1)의 길이방향 연장부의 절반은 테이퍼진 단부 섹션의 길이가 코일의 길이의 1.5배 되게 테이퍼질 수 있다.
도 2는 3개의 코일, 즉 제1 단부 코일(GCL), 중간 코일(GCM), 및 제2 단부 코일(GCR)의 시퀀스의 예를 도시하고 있으며, 상기 3개의 코일은 동일한 상 라인에 의해 형성된다. 예에 있어서, 시퀀스의 반대편 단부에서의 테이퍼진 단부 섹션은 각각의 단부 코일(GCL, GCR)의 2/3를 지나 연장한다. 그러나 테이퍼진 단부 섹션은 코일의 전체 연장부의 상이한 일부 위로 연장할 수 있거나, 또는 길이방향으로 코일의 전체 연장부 위로 연장할 수 있다.
도 2에 도시된 코일 장치의 단부를 향해 그 연장부를 따라 그 테이퍼진 구성으로 인해, 단부 코일(GCL, GCR)은 각각의 경우에 중간 코일(GCM)과의 경계 구역에서 그 경계 지역에 비해 코일 장치의 단부 다음에 그 단부 지역에서 길이방향으로 단위 길이 당 더 작은 영역을 포함한다.
상이한 코일을 서로 또는 외부 장치(정류기와 같은)에 연결하기 위한 연결 라인은 도 1 및 도 2의 개략적인 도면에는 도시되어 있지 않다.
도 3은 차량에 에너지를 전달하기 위해 시스템의 주 측부상에 전자기장을 발생시키기 위한 발전 장치의 종래의 라인 장치의 평면도를 개략적으로 도시하고 있다. 라인 장치는 길이방향(도 3의 수평 방향)으로 사행하는 3상 라인(U, V, W)을 포함한다. 라인 장치의 일부만 도시되어 있다. 특히, 라인 장치는 도면의 우측상에 도시된 바와 동일한 방식으로 연속적일 수 있다. 도 3의 좌측에 도시된 라인 장치의 단부에 가깝게, 3상 라인(U, V, W)은 스타 포인트(star point)(ST)가 형성되도록 서로 연결된다.
각각의 상 라인(U, V, W)은 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 섹션을 포함하며, 또한 각각의 경우에 2개의 제1 라인 섹션들을 연결하고 또한 길이방향으로 적어도 부분적으로 연장하는 제2 라인 섹션을 포함한다. 도 3에 있어서, 상 라인(W)(실선 세그먼트 및 교차선에 의해 도시된)의 제1 라인 섹션은 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f 에 의해 도시되어 있다. 상 라인(W)의 연결하는 제2 라인 섹션이 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f 에 의해 도시되어 있으며, 제2 라인 섹션(2a)은 상 라인(W)을 스타 포인트(ST)에 연결하는 짧은 라인 섹션(11)에 제1 라인 섹션(1a)을 연결한다.
상이한 상(U, V, W)들의 제1 라인 섹션은 작동 중 전자기장을 생산하며, 그 필드 강도는 라인 장치에 대해 증가하는 거리로 라인 장치의 옆에서 급격히 감소된다. 도 3에 도시된 예에 있어서, "옆에(sideways)"는 도 3의 영상 평면 내에서 길이방향과 직교하는 방향을 의미한다. 제2 라인 섹션에 의해 생산된 전자기장에도 동일하게 적용되는데, 그 이유는 상 라인(U, V, W)이 상 시프트로 작동되고 또한 취소(cancellation)와의 간섭이 발생하기 때문이다. 그러나 예외가 있으며, 도 3의 좌측상에 도시된 라인 장치의 단부에서, 스타 포인트(ST)의 지역에서, 간섭은 개별적인 상 라인(U, V, W)에 의해 생산된 전자기장을 부분적으로 보상할 수 있지만, 그러나 상당한 필드 강도가 단부 지역의 옆에서 또한 좌측을 향해 길이방향으로 측정될 수 있다.
단부 지역 가까이의 전자기장 강도를 감소시키기 위해, 수정된 라인 장치가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 좌측상의 라인 장치의 단부 섹션은 도 3에 도시된 장치에 비해 수정된다. 수정은 상 라인(W)의 제1 라인 섹션(1b)의 좌측상의 섹션만을 지칭할 뿐이다. 이 단부 섹션에서, 모두 3개의 상 라인(U, V, W)의 제1 라인 섹션의 길이는 단부를 향해 점진적으로 감소된다. 결과적으로, 상 라인(W)의 제2 라인 섹션(2a)과 같은 연결하는 제2 라인 섹션도 수정된다. 예를 들어, 제2 라인 섹션은 ⅰ) 그 테이퍼진 단부 섹션에서 라인 장치의 윤곽과 평행하게 연장하거나[예를 들어, 섹션(2b) 참조] 또는 ⅱ) 제1 라인 섹션의 길이[예를 들어, 섹션(1a) 참조]는 제2 라인 섹션[예를 들어, 섹션(2a) 참조]이 길이방향 축선과 평행하게(도 4의 수평 방향) 연장하도록 추가로 감소될 수 있다. 두 원리[ⅰ) 및 ⅱ)]는 라인 장치의 동일한 실시예에서 조합될 수 있거나 또는 원리들[ⅰ) 및 ⅱ)] 중 오직 하나만 실시예로 실현될 수 있다.
스타 포인트(ST)의 지역에 있어서, 상 라인(U, V, W)의 상이한 구성은 상 라인(U)의 파선 섹션(12) 및 실선 라인 섹션(13)에 의해 도시된 바와 같이 가능하다. 실제로, 라인 섹션(12) 또는 라인 섹션(13)이 존재한다.
도 4의 라인 장치의 수정된 구성은 단부 섹션 가까이에서 필드 강도를 상당히 감소시킨다. 특히, 필드 강도는 길이방향으로 도 4의 좌측을 향해 상당히 감소된다. 그러나 길이방향으로 연장하는 라인 장치의 중심선으로부터 동일한 거리에서 필드 강도가 측정된다면, 단부 섹션의 옆의 필드 강도도 감소된다. 그 이유는 가장 가까운 상 라인에 대한 거리가 도 3의 장치에 비해 더 크기 때문이다.
도 4의 좌측상에 도시된 라인 장치의 단부 섹션은 2개의 윤곽에 의해 도시된 바와 같이 절두 원추체처럼 테이퍼진다.
도 3의 라인 장치를 통해 또한 도 4의 라인 장치를 통해 동일한 3상 교류에 의해 생산된 필드 강도가 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 반대편 단부 섹션들이 모두 테이퍼진다면, 필드 강도 ┃B┃는 2개의 장치에 대해 위치 Ⅰ의 함수로서 도시되어 있다. 도면부호 Ⅲ은 도 3의 라인 장치에 대한 필드 강도의 의존성(dependency)을 나타내며, 도면부호 Ⅳ는 도 4에 도시된 라인 장치의 필드 강도의 의존성을 나타내고 있다. 단부 섹션의 테이퍼진 구성이 최대 필드 강도를 감소시키며 또한 필드 강도는 길이방향으로 라인 장치의 단부에 대해 증가하는 거리로 단부 섹션 가까이에 길이방향으로 0을 향해 빠르게 감소하는 것이 명백하다. 도 5에 도시된 필드 강도는 라인 장치의 중심선에 대해 길이방향으로 일정한 거리에서 측정된다.
도 6은 지역 공공 수송 열차 또는 트램과 같은 궤도 이동 차량(81)에 의해 점유된 궤도(83)(여기에서는 2개의 레일을 갖는 철도 궤도)를 도시하고 있다. 주 측부 전기 도체 장치는 전자기장을 생산하기 위해 궤도에 장착된다. 이것은 서로 독립적으로 작동될 수 있는 세그먼트(T1, T2, T3)를 포함한다. 도 6에 도시된 상태에서는 오직 중간 세그먼트(T2)만 작동되는데, 그 이유는 차량(81)의 수용 장치(85)가 세그먼트(T2) 위에 위치되기 때문이다. 예를 들어, 주 측부 도체 장치는 문헌에서 도 1과 관련하여 WO 2010/031595 A2호에 개시된 바와 같이 설계될 수 있거나, 또는 이 서술의 도 3 또는 4에 도시된 방식으로 설계될 수 있다. 첨부된 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 연속적인 세그먼트(T1, T2, T3)는 세그먼트(T1, T2, T3)를 주 라인(108)에 온(on) 및 오프(off)로 절환하기 위해 별도의 스위치(K1, K2, K3)를 통해 연결될 수 있다. 3상 교류 시스템인 경우에 있어서, 주 라인(108)은 각각의 상을 위해 와이어 또는 케이블을 포함할 수 있다. 주 라인(108)의 먼 단부(도 6의 우측의, 그러나 도시되지 않은)는 모두 3상의 공통(common) 스타 포인트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 주 라인(108)은 DC(직류) 라인일 수 있으며, 또한 스위치(K1, K2, K3)는 세그먼트(T1, T2, T3)를 통해 교류를 생산하기 위해 인버터(inverter)를 포함할 수 있다. 주 라인(108)의 반대편 장소는 에너지원(101)에 연결된다.
주 측부 도체 장치(즉, 발전 장치의 라인 장치)는 지하 또는 지상에 위치될 수 있다. 특히, 철도 차량의 휘일이 구를 수 있는 2개의 레일을 갖는 철로의 경우에 있어서, 도체 장치는 철로 침목(枕木)(sleeper)의 레벨상의 레일들 사이에서 지상으로 또는 부분적으로 지상으로, 그러나 철로 침목 아래에 위치될 수 있다. 철로 침목이 예를 들어 콘크리트로 제조된다면, 레일을 보유하기 위한 침목 또는 다른 구조물이 구멍 및/또는 공동을 포함할 수 있으며, 이를 통해 도체 장치의 라인 또는 라인들이 연장한다. 그에 따라, 철로 구조물은 라인(들)을 원하는 구불구불한 형상으로 보유하는데 사용될 수 있다. 도로의 경우에 있어서, 주 측부 도체 장치는 지하에(즉, 도로의 재료와 통합되어) 및/또는 지상에 위치될 수도 있다.
궤도 이동 차량(81)은 주 측부 도체 장치에 의해 생산된 전자기장을 수용하기 위한 수용 장치(85)를 그 하부측에 포함한다. 수용 장치(85)는 수용 장치(85)에 유도된 전기 에너지가 차량(81) 내로 분배될 수 있도록, 온-보드(on-board) 전기 네트워크(86)(도 7 참조)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 휘일(88a, 88b, 88c, 88d)을 갖는 본체(87a, 87b)에서 추진 모터(도시되지 않음)를 구동시키기 위해 보조 장치(90) 및 추진 유닛(80, 84)이 분배 네트워크(86)에 연결될 수 있다. 또한, 전기화학적 에너지 저장부와 같은 에너지 저장부(82) 및/또는 슈퍼 캡(super cap)과 같은 커패시터의 장치가 분배 네트워크에 연결될 수도 있다. 따라서 에너지 저장부(82)는 수용 장치(85)에 의해 수용된 에너지에 의해, 특히 궤도상에서 차량(81)의 정지 중 충전될 수 있다. 차량(81)이 궤도상에서 이동할 때, 차량(81)을 이동시키는데 요구되는 추진 에너지의 일부가 에너지 저장부(82)로부터 후퇴될 수 있으며, 또한 동시에 수용 장치에 의해 수용된 에너지가 추진에 기여할 수 있으며, 즉 추진 에너지의 일부일 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 차량에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 단지 예에 불과하다. 예를 들어, 본 발명은 승객이 버스에 승차하고 하차하기 위해 버스가 정지할 동안 공공 수송 시스템의 버스를 충전하기 위해 대안적으로 사용될 수 있으며, 또는 자동차가 주차되었을 때 자동차의 배터리를 충전하는데 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량(81)에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 수용 장치(85)를 포함하며, 상기 수용 장치(85)는 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)을 포함하며, 각각의 상 라인(U, V, W)은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
    - 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 플럭스 라인 방향을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되되, 전자기장의 자기 플럭스 라인은 라인 장치를 관통하고, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하되, 제1 단부 및 제2 단부는 상기 길이방향에 대해 서로 대향하며,
    - 라인 장치는 원추형 윤곽 또는 절두 원추체의 윤곽을 갖도록 제1 단부 또는 제2 단부를 향하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    - 각각의 상 라인은 적어도 하나의 코일(C)을 형성하며,
    - 각각의 코일(C)은 상 라인의 적어도 하나의 감김으로 구성되며,
    - 적어도 하나의 감김은 코일의 중심 축선의 둘레로 감겨지고 있으며,
    - 코일 또는 코일들(C)은 라인 장치인 코일 장치를 형성하도록 배치되되, 코일 장치는 코일의 중심 축선을 가로지르는 또는 코일 장치의 코일들(C)의 중심 축선들을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    코일 장치는 연속적인 시퀀스로 또는 서로 중첩하여 상기 길이방향으로 배치된 복수의 코일(C)을 포함하며, 제1 단부 또는 제2 단부에 있는 코일 장치의 코일들(GCL, RCL, BCL, GCR, RCR, BCR) 중 적어도 하나는 각각의 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    코일 장치의 코일들(C) 중 적어도 2개는 상기 길이방향으로 연속적으로 배치되고 그에 따라 동일한 상 라인의 적어도 2개의 제1 및 제2 코일(C)은 선택적으로 갭을 갖거나 또는 서로 중첩하여 서로 경계를 이루는 적어도 하나의 경계 구역을 형성하는 동일한 상 라인의 코일이며, 제1 코일(GCL, RCL, BCL, GCR, RCR, BCR)은 코일 장치의 제1 단부 또는 제2 단부에 위치된 단부 코일이며, 제1 단부를 향해 또는 제2 단부를 향해 그 연장부를 따라 그 테이퍼진 구성으로 인해, 제1 코일은 상기 길이방향으로 경계 구역에서 경계 지역에 비해 제1 단부 또는 제2 단부에서의 단부 지역에 단위 길이 당 더 작은 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 청구항의 장치를 포함하는 차량(81)으로서,
    상기 장치는, 차량(81)이 수평의 지하상에서 또는 수평의 궤도상에서 이동한다면 코일(C)의 중심 축선이 수직 방향으로 연장하도록, 차량(81)의 바닥에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 차량(81)에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 대응하는 수용 장치(85)에서 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하기 위해 교번 전자기장을 발생시키도록 구성된 발전 장치를 포함하며, 상기 발전 장치는 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)을 포함하며, 각각의 상 라인(U, V, W)은 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
    - 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 플럭스 라인 방향을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되되, 전자기장의 자기 플럭스 라인은 라인 장치를 관통하고, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하되, 제1 단부 및 제2 단부는 상기 길이방향에 대해 서로 대향하며,
    - 라인 장치는 원추형 윤곽 또는 절두 원추체의 윤곽을 갖도록 제1 단부 또는 제2 단부를 향하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    라인 장치의 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 상기 길이방향으로 사행하며, 이 상 라인(U, V, W)은 상기 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 섹션(1) 및 각각의 경우에 2개의 제1 섹션들(1)을 연결하는 제2 섹션(2)을 포함하며, 상기 제2 섹션(2)은 실질적으로 상기 길이방향으로 연장하고, 제1 섹션(1)의 길이는 제1 단부 또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    장치는 연속적인 시퀀스로 또는 서로 중첩하여 상기 길이방향으로 배치된 복수의 코일(C)을 포함하는 코일 장치이며, 코일 장치의 제1 단부 및 제2 단부에 있는 코일들(GCL, RCL, BCL, RCR, BCR) 중 적어도 하나는 코일 장치의 각각의 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    코일 장치의 코일들(C) 중 적어도 2개는 상기 길이방향으로 연속적으로 배치되고 그에 따라 동일한 상 라인의 적어도 2개의 제1 및 제2 코일(C)이 선택적으로 갭을 갖거나 또는 서로 중첩하여 서로 경계를 이루는 적어도 하나의 경계 구역을 형성하는 동일한 상 라인의 코일이며, 제1 코일(GCL, RCL, BCL, GCR, RCR, BCR)은 코일 장치의 제1 단부 또는 제2 단부에 위치된 단부 코일이며, 제1 단부를 향해 또는 제2 단부를 향해 그 연장부를 따라 그 테이퍼진 구성으로 인해, 제1 코일은 상기 길이방향으로 경계 구역에서 경계 지역에 비해 제1 단부 또는 제2 단부에서의 단부 지역에 단위 길이 당 작은 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치.
  10. 차량(81)에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법으로서,
    작동 중 교번 전자기장의 자기 성분을 수용하고 또한 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하도록 구성된 장치의 수용 장치(85)가 제조되며, 상기 수용 장치(85)에는 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)이 구비되며, 각각의 상 라인(U, V, W)은 작동 중 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
    - 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 플럭스 라인 방향을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되되, 전자기장의 자기 플럭스 라인은 라인 장치를 관통하고, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하되, 제1 단부 및 제2 단부는 상기 길이방향에 대해 서로 대향하며,
    - 라인 장치는 원추형 윤곽 또는 절두 원추체의 윤곽을 갖도록 제1 단부 또는 제2 단부를 향하여 테이퍼지는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    - 적어도 하나의 코일(C)이 각각의 상 라인에 의해 형성되며,
    - 각각의 코일(C)은 상 라인의 적어도 하나의 감김에 의해 형성되며,
    - 적어도 하나의 감김은 코일의 중심 축선의 둘레로 감겨지며,
    - 코일 또는 코일들(C)은 라인 장치인 코일 장치를 형성하도록 배치되되, 코일 장치는 코일의 중심 축선을 가로지르는 또는 코일 장치의 코일들(C)의 중심 축선들을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    코일 장치는 연속적인 시퀀스로 또는 서로 중첩하여 상기 길이방향으로 배치되는 복수의 코일(C)에 의해 형성되며, 제1 단부 또는 제2 단부에 있는 코일 장치의 코일들(GCL, RCL, BCL, GCR, RCR, BCR) 중 적어도 하나는 각각의 단부를 향해 코일 장치의 연장부를 따라 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법.
  13. 차량(81) 제조 방법으로서,
    청구항 11 또는 청구항 12의 방법이 수행되며, 라인 장치는, 차량(81)이 수평의 지하 또는 수평의 궤도상에서 이동한다면 코일(C)의 중심 축선이 수직 방향으로 연장하도록, 차량(81)의 바닥에 배치된 것을 특징으로 하는, 차량 제조 방법.
  14. 차량(81)에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치를 제조하는 방법으로서,
    작동 중 대응하는 수용 장치(85)에서 자기 유도에 의해 교류 전류를 생산하기 위해 교번 전자기장을 발생시키도록 구성된 장치의 발전 장치가 제조되며, 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)이 발전 장치(85)를 위해 제공되며, 각각의 상 라인(U, V, W)은 작동 중 교류 전류의 상을 이송하도록 구성되며,
    - 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은 플럭스 라인 방향을 가로지르는 길이방향으로 연장하는 라인 장치를 형성하도록 배치되되, 작동 중 전자기장의 자기 플럭스 라인은 라인 장치를 관통하고, 라인 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하되,제1 단부 및 제2 단부는 상기 길이방향으로 라인 장치의 반대편에 위치되며,
    - 라인 장치는 원추형 윤곽 또는 절두 원추체의 윤곽을 갖도록 제1 단부 또는 제2 단부를 향하여 테이퍼지는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    라인 장치의 적어도 하나의 상 라인(U, V, W)은, 이 상 라인(U, V, W)이 상기 길이방향을 가로질러 연장하는 제1 섹션(1) 및 각각의 경우에 2개의 제1 섹션들을 연결하는 제2 섹션(2)을 포함하도록, 상기 길이방향으로 사행하게 배치되고, 상기 제2 섹션은 실질적으로 상기 길이방향으로 연장하며, 또한 제1 섹션의 길이는 제1 단부를 향해 또는 제2 단부를 향해 라인 장치의 연장부를 따라 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 차량에 전기 에너지를 제공하기 위한 장치의 제조 방법.
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