KR101017407B1 - 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 독립된 2개의 급전트랙을 따라 움직이는 각각의 이송대차에 비접촉으로 전력을 전달하는 비접촉식 전력전송장치에 있어서 각각의 급전트랙에 교류전원을 인가하는 독립된 2개의 교류전원 공급부 중 하나가 고장으로 작동되지 않는 경우에도 독립된 2개의 급전트랙을 움직이는 이송대차의 연속적인 가동이 가능한 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치에 관한 것이다.
본 발명은 급전선이 배치된 일정한 급전트랙을 따라 움직이는 집전코일이 마련된 이송대차에 자기유도에 의한 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치에 있어서, 2개의 독립된 무선 전력전송장치가 설치가 되었을 때, 독립된 2개의 제1급전트랙(10)과 제2급전트랙(20)으로 각각 배치되고, 제1급전트랙(10)을 따라 배치된 제1급전선(11)에 소정 주파수의 교류전원을 인가하는 제1교류전원 공급부(100); 제2급전트랙(20)을 따라 배치된 제2급전선(21)에 제1급전선(11)에 인가되는 교류전원과 동일한 주파수의 교류전원을 인가하는 제2교류전원 공급부(200); 제1교류전원 공급부(100)와 제2교류전원 공급부(200) 중 어느 하나의 작동으로 제1급전선(11) 및 제2급전선(21)에 교류전원이 인가되도록 독립된 제1급전선(11)과 제2급전선(21)이 직렬로 연결되게 스위칭 하는 스위치부(300); 제1교류전원 공급부(100) 및 제2교류전원 공급부(200)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 패일오버 제어기(400); 또는 제1교류전원 공급부(100)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 제2패일오버 제어기(600); 제2교류전원 공급부(200)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 제2패일오버 제어기(500);를 포함하여 구성된다.
본 발명은 급전선이 배치된 일정한 급전트랙을 따라 움직이는 집전코일이 마련된 이송대차에 자기유도에 의한 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치에 있어서, 2개의 독립된 무선 전력전송장치가 설치가 되었을 때, 독립된 2개의 제1급전트랙(10)과 제2급전트랙(20)으로 각각 배치되고, 제1급전트랙(10)을 따라 배치된 제1급전선(11)에 소정 주파수의 교류전원을 인가하는 제1교류전원 공급부(100); 제2급전트랙(20)을 따라 배치된 제2급전선(21)에 제1급전선(11)에 인가되는 교류전원과 동일한 주파수의 교류전원을 인가하는 제2교류전원 공급부(200); 제1교류전원 공급부(100)와 제2교류전원 공급부(200) 중 어느 하나의 작동으로 제1급전선(11) 및 제2급전선(21)에 교류전원이 인가되도록 독립된 제1급전선(11)과 제2급전선(21)이 직렬로 연결되게 스위칭 하는 스위치부(300); 제1교류전원 공급부(100) 및 제2교류전원 공급부(200)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 패일오버 제어기(400); 또는 제1교류전원 공급부(100)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 제2패일오버 제어기(600); 제2교류전원 공급부(200)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 제2패일오버 제어기(500);를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 독립된 2개의 급전트랙을 따라 움직이는 각각의 이송대차에 비접촉으로 전력을 전달하는 비접촉식 전력전송장치에 관한 것으로, 2개의 비접촉식 전력전송장치가 설치되었을 때, 각각의 급전트랙에 교류전원을 인가하는 독립된 2개의 교류전원 공급부 중 하나가 고장으로 작동되지 않는 경우에 나머지 하나의 교류전원공급부가 2개의 급전트랙에 동시에 전원을 공급하여 2개의 급전트랙을 따라 움직이는 이송대차들에게 계속해서 전원을 공급할 수 있도록 하는 패일오버(failover) 기능이 구비된 무선 전력전송장치에 관한 것이다.
트랙을 따라 움직이는 이송대차에 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치는 기계적인 접촉이 없어서 분진(particle)이 생기지 않으며 속도를 빠르게 할 수 있는 장점 때문에 반도체, LCD, 제조라인 등 클린룸 환경에서 많이 사용이 되고 있다.
비접촉 전력전송장치는 급전트랙과 급전트랙에 고주파 전류를 흘려주는 교류전원장치와 급전트랙에서 발생되는 고주파 자기장으로부터 유도 기전력을 얻는 픽업(pickup)장치 및 고주파 정류회로로 구성이 된다.
반도체, LCD, 제조라인에는 비접촉 전력전송장치로부터 전력을 받아서 움직이는 수 많은 종류의 이송장치들이 돌아가고 있고 한시라도 전력공급이 중단되면 막대한 손실로 이어지기 때문에 비접촉 전력전송장치의 무한 신뢰성을 요구하고 있는 실정이다.
하나의 급전트랙에는 여러 대의 이송대차가 올라가는 경우도 있는데 교류전원공급장치가 고장이 나면 해당 급전트랙에 올라가 있는 모든 이송대차가 멈출 수 밖에 없기 때문에 교류 전원공급장치가 비접촉전력전송장치에서 가장 신뢰성에 영향을 미치는 부분이라고 볼 수 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 비접촉식 전력전달장치가 설치되었을 때, 각각의 급전트랙에 교류전원을 인가하는 독립된 2개의 교류전원 공급부 중에서 하나의 교류전원 공급부가 고장으로 작동되지 않을 경우에 나머지 하나의 교류전원 공급부가 2개의 급전트랙을 동시에 구동할 수 있는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치는, 급전선이 배치된 일정한 급전트랙을 따라 움직이는 집전코일이 장착된 이송대차에 자기유도에 의한 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치에 있어서, 급전트랙은 독립된 2개의 제1급전트랙과 제2급전트랙으로 각각 배치되고, 제1급전트랙을 따라 배치된 제1급전선에 소정 주파수의 교류전원을 인가하는 제1교류전원 공급부 제2급전트랙을 따라 배치된 제2급전선에 제1급전선에 인가되는 교류전원의 주파수와 동일한 교류전원을 인가하는 제2교류전원 공급부; 제1교류전원 공급부와 제2교류전원 공급부 중 어느 하나가 고장이 날 경우 다른 하나의 작동으로 제1급전선 및 제2급전선에 교류전원이 동시에 인가되도록 제1급전선과 제2급전선이 직렬로 연결되게 스위칭하는 스위치부; 제1교류전원 공급부 및 제 2교류전원 공급부의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부의 스위칭 연결을 제어하는 패일오버 제어기;를 포함하여 구성된다.
스위치부는 제1교류전원 공급부의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선과 제2교류전원 공급부의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제1스위치; 제1교류전원 공급부의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선과 제2교류전원 공급부(200)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제2스위치; 제1교류전원 공급부의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선과 제2교류전원 공급부의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선을 연결하는 연결선을 스위칭 온오프하는 제3스위치; 제1스위치가 위치하는 연결선 및 제2스위치가 위치하는 연결선이 제1급전선과 만나는 각각의 노드부 연결을 스위칭 온오프하는 제4스위치; 제1스위치가 위치하는 연결선 및 제3스위치가 위치하는 연결선이 제2급전선과 연결되는 각각의 노드부 연결을 스위칭 온오프하는 제5스위치; 제2스위치가 위치하는 연결선이 제2급전선과 만나는 노드부와 제2교류전원 공급부의 (-) 단자와 연결을 스위칭 온오프하는 제6스위치; 및 제3스위치가 위치하는 연결선이 제1급전선과 만나는 노드부와 제1교류전원 공급부의 (+) 단자 연결을 스위칭 온오프하는 제7스위치;를 포함하여 구성된다.
제1교류전원 공급부와 제2교류전원 공급부가 모두 정상동작 할 경우에 패일오버 제어기는, 제4스위치, 제5스위치를 스위칭 온시키고, 제1스위치, 제2스위치, 제3스위치, 제6스위치, 제7스위치를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
제1 교류전원 공급부가 고장이 나고 제2 교류전원 공급부는 정상동작 할 경우에 패일오버 제어기는, 제1스위치, 제3스위치, 제6스위치를 스위칭 온시키고, 제2스위치, 제4스위치, 제5스위치, 제7스위치를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
제1교류전원 공급부는 정상동작하고 제2교류전원 공급부는 고장이 난 경우에 패일오버 제어기는, 제1스위치, 제2스위치, 제7스위치를 스위칭 온시키고, 제3스위치, 제4스위치, 제5스위치, 제6스위치를 스위칭 오프시키도록 제어한다.
패일오버 제어기는 두 개의 제1패일오버 제어기와 제2패일오버 제어기로 분리될 수 있으며, 제1패일오버 제어기는 제2교류전원 공급부의 상태를 실시간 감시하여 그 상태에 따라서 스위치부를 제어하고, 제2패일오버 제어기는 제1교류전원 공급부의 상태를 실시간 감시하고 그 상태에 따라서 스위치부를 제어한다.
제1 급전선과 제2 급전선은 각각 직렬공진회로를 구성하고 제1 급전선과 제2 급전선의 직렬연결을 스위칭 온오프하는 제1스위치에 대해 직렬로 별도의 보상용 공진 캐패시터가 구비될 수 있다.
제1급전선 및 제2급전선에는 각각의 공진 커패시터가 직렬연결되며, 각각의 공진 커패시터는 각각의 제1급전선 및 제2급전선과 직렬공진회로를 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에서 제1급전선 및 제2급전선에는 각각의 공진 커패시터가 병렬 연결되며, 각각의 공진 커패시터는 각각의 제1급전선 및 제2급전선과 병렬공진회로를 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치는,
2개의 급전트랙을 따라 움직이는 각각의 이송대차에 자기유도에 의해 비접촉으로 전력을 전달하는 비접촉식 전력전송장치로서, 2개의 비접촉식 전력전송장치가설치되었을 때, 각각의 급전트랙에 교류전원을 인가하는 독립된 2개의 교류전원 공급부 중에서 하나의 교류전원 공급부가 고장으로 작동되지 않을 경우에 나머지 하나의 교류전원 공급부가 2개의 급전트랙을 동시에 구동하는 백업기능을 제공하여 반도체, LCD, 제조라인 등 잠시라도 구동을 멈추기 어려운 환경에서 교류전원 공급부의 고장에 의한 피해를 미연에 방지할 수 있게 된다.
[도 1]은 일반적인 무선 전력전송장치의 개념도,
[도 2]는 [도 1]의 일부를 발췌한 단면도,
[도 3]은 [도 2]의 또 다른 실시 예,
[도 4]는 [도 2]의 또 다른 실시 예,
[도 5]는 본 발명에 따른 패일오버 기능을 갖는 직렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 구성도.
[도 6]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제1교류전원 공급부 및 제2교류전원 공급부가 각각 정상적으로 구동되는 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 7]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제1교류전원 공급부가 고장난 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 8]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제2교류전원 공급부가 고장난 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 9]는 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 패일오버 제어기가 2개로 나누어져 2개의 교류전원공급부 제어기에 구현된 경우를 도시한 회로도,
[도 10]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 패일오버 제어기가 2개로 나누어져 2개의 교류전원공급부 제어기에 구현되었을 때 스위치부의 제어방식의 또 다른 실시 예를 도시한 회로도,
[도 11]은 패일오버 기능에 의해서 두 급전선이 직렬 연결되어 직결 공진회로를 구성할 때에 직렬 공진회로의 특성 임피이던스가 커지는 튜닝이 어려워지는 문제를 해결하기 위하여 별도의 공진 커패시터가 추가된 경우를 도시한 회로도,
[도 12]는 병렬 공진회로 방식의 일반적인 무선 전력전송장치 구성도.
[도 13]은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 구성도.
[도 14]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치에서 패일오버 기능을 2개의 교류전원 공급부 내의 제어기에 각각 구현하기 위해서 두 개의 패일오버 제어기로 나누어진 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 회로도,
[도 15]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 패일오버 제어기로 나누어진 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치에 있어서 스위치부의 제어의 또 다른 실시 예를 도시한 회로도.
[도 2]는 [도 1]의 일부를 발췌한 단면도,
[도 3]은 [도 2]의 또 다른 실시 예,
[도 4]는 [도 2]의 또 다른 실시 예,
[도 5]는 본 발명에 따른 패일오버 기능을 갖는 직렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 구성도.
[도 6]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제1교류전원 공급부 및 제2교류전원 공급부가 각각 정상적으로 구동되는 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 7]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제1교류전원 공급부가 고장난 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 8]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 제2교류전원 공급부가 고장난 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도,
[도 9]는 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 패일오버 제어기가 2개로 나누어져 2개의 교류전원공급부 제어기에 구현된 경우를 도시한 회로도,
[도 10]은 본 발명의 따른 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치에서 패일오버 제어기가 2개로 나누어져 2개의 교류전원공급부 제어기에 구현되었을 때 스위치부의 제어방식의 또 다른 실시 예를 도시한 회로도,
[도 11]은 패일오버 기능에 의해서 두 급전선이 직렬 연결되어 직결 공진회로를 구성할 때에 직렬 공진회로의 특성 임피이던스가 커지는 튜닝이 어려워지는 문제를 해결하기 위하여 별도의 공진 커패시터가 추가된 경우를 도시한 회로도,
[도 12]는 병렬 공진회로 방식의 일반적인 무선 전력전송장치 구성도.
[도 13]은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 구성도.
[도 14]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치에서 패일오버 기능을 2개의 교류전원 공급부 내의 제어기에 각각 구현하기 위해서 두 개의 패일오버 제어기로 나누어진 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치 회로도,
[도 15]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 패일오버 제어기로 나누어진 패일오버 기능을 갖는 병렬 공진회로 방식의 무선 전력전송장치에 있어서 스위치부의 제어의 또 다른 실시 예를 도시한 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
[도 1]은 일반적인 무선 전력전송장치의 개념도이고, [도 2]는 [도 1]에서 픽업장치와 급전트랙의 일부를 발췌한 단면도를 보여준다. 무선 전력전송장치의 일반적인 구성은 급전선을 포함하는 급전트랙(11,21)과 급전트랙에 고주파 전류를 흘려주는 교류 전원공급장치(V)와 자성코어(32)와 자성코어에 2차권선(31)이 감겨져 구성되고 급전트랙을 따라 움직이는 이송대차에 고정되며, 급전선에 일정 공극(airgap)을 두고 끼워져서 자기 유도에 의해서 2차권선에 유도되는 전력을 트랙을 따라 움직이는 이송대차에 공급해주는 픽업장치(Pickup)로 이루어진다.
무선으로 전력이 전달되는 원리는 변압기의 원리와 같으며 [도 2]를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다. 급전선은 변압기의 1차권선이 되고, 픽업장치의 자성코어(32)는 변압기 코어가 되고 자성코어(32)에 감겨진 권선은 변압기의 2차권선이 된다. 그래서, 교류 전원공급장치가 급전선에 교류전류를 흘려주면 급전선에 교류 자력선이 형성되되 픽업장치의 자성코어(32)를 통해서 흐르게 되면 이 자력선(M1)이 자성코어(32)에 감겨진 2차권선을 쇄교하기 때문에 2차권선에 전력이 유기된다.
급전선과 픽업장치의 구성은 다양하게 변화가 가능하며 대표적인 형태는 다음과 같다. [도 2]와 같이 E-type의 집전코어(32)의 중앙 아암부에 2차권선이 감기고 집전코어(32)의 중앙 아암부와 양측 아암부 사이로 급전선이 지나가는 방식이 있고, [도 3]과 같이 H-type의 집전코어의 중앙에 2차권선이 감기고 양쪽 집전코어의 들어간 홈으로 급전선이 지나가는 방식도 있고, [도 4]와 같이 Flat-type의 집전코어의 한쪽 면에 2차권선을 감고 급전선은 2차권선이 감겨진 쪽으로 지나가는 방식도 있다.
[도 5]는 독립된 2개의 일반적인 무선 전력전송장치가 설치된 예를 보여주고 있다. 독립된 2개의 교류전원 공급부가 있고 독립된 각각의 제1급전선(11) 및 제2급전선(21)에는 다수의 픽업장치가 배치되고 비접촉으로 집전코일(31)에 유도된 전류는 정류기(31b)를 거치면서 직류(DC)로 변환되고 안정기(Regulator;31c)를 통해 다수의 이송대차에 전원을 공급한다.
긴 급전선에 고주파 전류를 흘려주기 위해서는 LC 공진을 이용하는 것이 효율적이다. 긴 급전선은 [도 5]에서 볼 수 있듯이 자체 인덕턴스(L)를 가지기 때문에 별도의 공진 캐패시터(11a, 21a)를 급전선에 직렬로 추가하여 직렬 공진회로를 구성하기도 하고, [도 13]과 같이 별도의 공진 캐패시터를 병렬로 연결하여 병렬 공진회로를 구성하기도 한다. 급전선이 짧아서 자체 인덕턴스가 부족할 경우에는 인덕터를 직렬로 추가할 수도 있으며, LC공진회로의 공진 주파수가 소정의 주파수가 되도록 적당한 공진 캐패시터를 추가하는 것이 일반적이다. 급전선이 직렬 공진회로로 구성이 될 경우에 교류전원 공급부는 전압원이 되어야 하고 급전선이 병렬 공진회로로 구성이 될 경우에 교류전원 공급부는 전류원이 되어야 한다.
집전코일(31)과 정류기(31b)의 사이에 병렬로 접속된 공진커패시터(31a)는 각각의 급전선(11,21)과 집전코일(31)의 주파수에 공진하는 병렬 공진회로를 구성한다. 집전코일과 공진 캐패시터가 직렬로 연결되어 직렬 공진회로를 구성하는 경우도 있다.
[도 6]은 본 발명에 따른 패일오버 기능을 구현하기 위해서 각각의 교류전원 공급부와 각각의 급전선 사이에 삽입된 스위치들과 2개의 급전선 사이에 연결된 스위치들로 구성된 스위치부와 각각의 교류전원 공급부의 상태를 감시하고 유사시에 하나의 교류전원 공급부로 2개의 급전선에 동시에 전원을 공급할 수 있도록 스위치부를 제어하는 패일오버 제어기를 포함하는 패일오버 기능을 갖는 무선 전력전송장치를 도시한 회로도이다.
[도 5] 및 [도 6]을 참조하면서 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치는, 2개의 독립된 무선 전력전송장치가 설치되었을 때, 제1급전트랙과 제2급전트랙으로 각각 배치되고, 제1급전트랙을 따라 배치된 제1급전선(11)에 소정 주파수의 교류전원을 인가하는 제1교류전원 공급부(100); 제2급전트랙을 따라 배치된 제2급전선(21)에 제1급전선(11)에 인가되는 교류전원의 주파수와 동일한 교류전원을 인가하는 제2교류전원 공급부(200); 제1교류전원 공급부(100)와 제2교류전원 공급부(200) 중 어느 하나가 제1급전선(11)과 제2급전선(21)에 동시에 교류전원이 공급되도록 독립된 제1급전선(11)과 제2급전선(21)이 직렬로 연결되게 스위칭 하는 스위치부(300); 제1교류전원 공급부(100) 및 제2교류전원 공급부의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 패일오버 제어기(400);를 포함하여 구성된다.
[도 6]을 참조하면, 패일오버 제어기(400)는 제1교류전원 공급부(100) 및 제2교류전원 공급부(200)를 실시간으로 감시하며 제1교류전원 공급부(100)와 제2교류전원 공급부(200) 중 하나가 작동되지 않는 경우 패일오버 제어기의 제어로 스위치부(300)가 동작하여 제1급전선(11)과 제2급전선(21)이 직렬 연결된 상태로 스위칭됨으로써 독립된 2개의 제1교류전원 공급부(100)와 제2교류전원 공급부(200) 중 하나가 고장이 날 경우에 다른 하나의 구동으로 독립된 2개의 제1급전선(11)과 제2급전선(21)에 동시에 교류전원이 인가되도록 한다.
[도 6]을 참조하면, 스위치부(300)는, 제1교류전원 공급부(100)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선(11)과 제2교류전원 공급부(200)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선(21)을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제1스위치(310); 제1교류전원 공급부(100)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선(11)과 제2교류전원 공급부(200)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선(21)을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제2스위치(320); 제1교류전원 공급부(100)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제1급전선(11)과 제2교류전원 공급부(200)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 제2급전선(21)을 연결하는 연결선을 스위칭 온오프하는 제3스위치(330); 제1스위치(310)가 위치하는 연결선 및 제2스위치(320)가 위치하는 연결선이 제1급전선(11)과 만나는 각각의 노드부(N1,N2) 연결을 스위칭 온오프하는 제4스위치(340); 제1스위치(310)가 위치하는 연결선 및 제3스위치(330)가 위치하는 연결선이 제2급전선(21)과 연결되는 각각의 노드부(N3,N4) 연결을 스위칭 온오프하는 제5스위치(350);를 포함하여 구성된다.
[도 6]을 참조하면, 제2스위치(320)가 위치하는 연결선이 제2급전선(21)과 만나는 노드부(N5)와 제2교류전원 공급부(200)의 (-) 단자 연결을 스위칭 온오프하는 제6스위치(360); 및 제3스위치(330)가 위치하는 연결선이 제1급전선(11)과 만나는 노드부(N6)와 제1교류전원 공급부(100)의 (+) 단자 연결을 스위칭 온오프하는 제7스위치(370);를 더 포함하여 구성된다.
제 1 선택에 의해 패일오버 제어기(400)는 제4스위치(340), 제5스위치(350), 제6스위치(360), 제7스위치(370)를 스위칭 온시키고, 제1스위치(310), 제2스위치(320), 제3스위치(330)를 스위칭 오프시키도록 제어한다. 즉, 제 1 선택에 의한 경우는 각각의 제1교류전원 공급부(100) 및 제2교류전원 공급부(200)가 정상적으로 작동하는 경우를 나타낸다.
제1급전선(11)에 구비된 제7스위치(370) 및 제2급전선(21)에 구비된 제6스위치(360)는 필요에 따라 배제시킴으로써 제7스위치(370) 및 제6스위치(360)에 대응되는 위치의 제1급전선(11) 및 제2급전선(21)이 단락(short)된 상태로 구성될 수 있음은 물론이다.
[도 7]은 본 발명의 제1교류전원 공급부(100)가 고장난 경우 스위치부(300) 상태를 도시한 회로도로서, 제 2 선택에 의해 패일오버 제어기(400)는, 제1스위치(310), 제3스위치(330), 제6스위치(360)를 스위칭 온시키고, 제2스위치(320), 제4스위치(340), 제5스위치(350), 제7스위치(370)를 스위칭 오프시키도록 제어한다.
이 경우 제1급전선(11)과 2급전선(21)은 직렬 연결되며, 제2교류전원 공급부(200) 만의 작동으로 제1급전선(11)과 2급전선(21) 모두 동시에 교류전원이 인가된다.
[도 8]은 본 발명의 제2교류전원 공급부(200)가 고장난 경우 스위치부 상태를 도시한 회로도로서, 제 3 선택에 의해 패일오버 제어기(400)는, 제1스위치(310), 제2스위치(320), 제7스위치(370)를 스위칭 온시키고, 제3스위치(330), 제4스위치(340), 제5스위치(350), 제6스위치(360)를 스위칭 오프시키도록 제어한다.
이 경우에도 제1급전선(11)과 2급전선(21)은 직렬 연결되며, 제1교류전원 공급부(200) 만의 작동으로 제1급전선과 2급전선(11,21) 모두 동시에 교류전원이 인가된다.
[도 9]는 본 발명의 또 다른 실시예로 패일오버 제어기를 단일제어기로 구현하지 않고 제1 패일오버제어기 및 제2 패일오버제어기 두 개의 제어기로 분리 구현 한 패일오버 무선 전력전송장치를 보여준다.
제1 패일오버 제어기(500)는 제2교류전원 공급부(200)의 상태를 실시간 감시하며 제2교류전원 공급부(200)의 동작에 이상이 있을 경우 제2 패일오버 제어기(600)는 동작을 하지 않으며 제1 패일오버 제어기(500)가 전권을 가지고 스위치부(300)를 기존 패일오버 제어기(400)가 제어하는 것과 동일하게 제어하게 된다. 제2 패일오버 제어기(600)는 제1교류전원 공급부(100)를 실시간 감시하며 제1교류전원 공급부(100)의 동작에 이상이 있을 경우 제1 패일오버 제어기(500)는 동작을 하지 않으며 제2 패일오버 제어기(600)가 전권을 가지고 스위치부(300)를 기존 패일오버 제어기(400)가 제어하는 것과 동일하게 제어하게 된다.
[도 10]은 본 발명의 또 다른 실시예로 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600)가 제어하는 스위치부도 제어기에 따라 분리한 경우를 보여준다. 제1 패일오버 제어기(500) 또는 제2 패일오버 제어기(600)가 전체 스위치부(300)을 제어하지 않고 제1 패일오버 제어기(500)는 제2스위치(320), 제4스위치(340), 제7스위치(370)를 전담하고, 제2 패일오버 제어기(600)는 제3스위치(330), 제5스위치(350), 제6스위치(360)를 전담 제어하며, 1번 스위치는 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600)가 공동으로 제어하는 방식이다. [도 9]의 방식은 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600)가 스위치부(300) 전체를 관할하여 제어함으로 제어선이 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600) 모두에서 스위치부(300)의 모든 스위치에 연결이 되어야 함으로 제어선이 복잡하지만 [도 10]의 방식은 각 교류전원 공급부 내에 있는 스위치들은 해당되는 패일오버 제어기가 제어하고 1번 스위치만 양쪽 패일오버 제어기가 동시 제어함으로 제어선이 매우 단순해지는 장점을 갖는다. 자세한 동작설명은 다음과 같다.
각각의 교류전원 공급부가 정상동작을 할 경우에 제1 패일오버 제어기는 제4스위치(340), 제7스위치(370)를 온시키고, 제2스위치(320)는 오프시킨다. 동시에, 제2 패일오버 제어기는 제5스위치(350), 제6스위치(360)를 온시키고, 제3스위치(330)는 오프시킨다. 제1스위치는 양쪽 패일오버 제어기가 모두 오프신호를 보낸다. 제1스위치(310)는 양쪽 패일오버 제어기 중에서 어느 하나라도 신호가 오면 반응을 하도록 구성이 된다.
제1 교류전원 공급부(100)가 고장이 났을 경우에 제1 패일오버 제어기(500)도 동작을 멈추게 되어 제1 패일오버 제어기(500)가 관장하는 제2스위치(320), 제4스위치(340), 제7스위치(370)은 자동적으로 오프된다. 제1스위치(310)로 가는 신호도 오프신호를 보낸다. 제1 교류전원 공급부(100)를 감시하던 제2 패일오버 제어기(600)가 제1 교류전원 공급부(100)가 고장이 난 사실을 인지하면 제5스위치(350)를 오프하고 제3스위치(330), 제1스위치(310), 제6스위치(360)를 온시켜서 제1급전선과 제2급전선이 직렬 연결시키고 제2 교류전원 공급부(200)로 하여금 2개 급전선에 동시에 전원을 공급하게 한다.
제2 교류전원 공급부(200)가 고장이 났을 경우에 제2 패일오버 제어기(600)도 동작을 멈추게 되어 제2 패일오버 제어기(600)가 관장하는 제3스위치(330), 제5스위치(350), 제6스위치(360)은 자동적으로 오프된다. 제1스위치(310)로 가는 신호도 오프신호를 보낸다. 제2 교류전원 공급부(200)를 감시하던 제1 패일오버 제어기(500)가 제2 교류전원 공급부(200)가 고장이 난 사실을 인지하면 제4스위치(340)를 오프하고 제2스위치(320), 제1스위치(310), 제7스위치(370)를 온시켜서 제1급전선과 제2급전선을 직렬 연결시키고 제1 교류전원 공급부로 하여금 2개 급전선에 동시에 전원을 공급하게 한다.
[도 6]에서 [도 10]까지 모든 방식에서 2개의 교류전원 공급부 중에서 하나가 고장이 나면 패일오버 제어기가 스위치부(300)를 제어하여 2개의 급전선을 직렬로 연결시키고 정상적인 나머지 교류전원 공급부가 2개의 급전선에 동시에 전원을 공급해주는 패일오버 동작에 있어서 스위치부(300)의 스위칭 동작 중에 전원이 살아 있으면 스위치에 스파크 등이 발생하거나 급전선에 흐르는 교류전류의 위상이 서로 맞지 않는 경우에 순시전류 값이 서로 다르면 충돌이 일어날 수 있기 때문에 스위칭 동작 중에는 살아있는 교류전원 공급부도 일시 오프시켰다가 모든 스위칭이 완료된 이후에 정상적인 교류전원 공급부를 다시 온시키는 것이 안정적이다.
하나의 교류전원 공급부의 고장으로 인해 두 개의 급전 트랙이 직렬 연결될 경우 급전선의 길이가 늘어나게 되면 급전선의 인덕턴스(L)가 많이 증가하고 각 급전선에 삽입된 공진 캐패시터(11a, 21a)는 직렬연결되어 캐패시턴스는 많이 줄어들어 전체 급전선의 특성 임피이던스는 많이 커지게 된다. 이 경우에 시스템 튜닝이 원활하지 않을 수 있는데, 이 문제를 해결하기 위해서는 급전선의 공진 주파수를 더 높이는 방법이 있다. 급전선의 공진 주파수를 높이기 위해서는 소정의 공진 커패시터(40)를 [도 11]에서 보는 바와 같이 제1스위치(310)와 직렬로 추가할 수 있다.
[도 12]는 [도 6]의 직렬 공진회로로 구성된 급전선과 대비되는 것으로 2개의 급전선이 전원측에서 볼 때 공진 캐패시터(11a, 21a)와 급전선 인덕터(L)가 병렬로 연결된 병렬공진회로를 구성하는 무선 전력전송장치를 보여준다. 이 경우에도 본 발명에 다른 패일오버 기능을 똑 같이 구현할 수 있다.
[도 13]은 병렬공진 방식의 2개의 무선 전력전송장치에 패일오버 기능이 적용된 구성을 보여준다. 급전선이 직렬공진회로에서 병렬공진회로로 바뀌었고 교류전원 공급부가 전압원에서 전류원으로 바뀌었지 나머지 스위치 구성이나 동작은 직렬공진회로의 경우와 완전히 동일하다.
[도 14]는 패일오버 제어기가 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600)로 나누어져서 구현된 구성을 보여주며 이것의 구성이나 동작도 직렬공진회로의 경우([도 9])와 완전히 동일하다.
[도 15]는 패일오버 제어기가 제1 패일오버 제어기(500)와 제2 패일오버 제어기(600)로 나누어져서 구현되나 동작방식이 다른 경우로 그 구성이나 동작도 직렬공진회로의 경우([도 10])와 완전히 동일하다.
[도 13], [도14], [도 15]에서 본 발명에 따른 패일오버 기능이 구비된 병렬공진형 무선 전력전송장치에서 패일오버 동작시에 2개의 급전선이 직렬로 연결이 되더라도 2개의 급전선이 각각 병렬공진회로를 구성하고 있기 때문에 전체 공진회로의 특성 임피이던스가 변화가 없다. 따라서 [도 11]과 같이 공진 주파수 보정을 위한 별도의 캐패시터는 병렬공진회로에서는 추가하지 않아도 된다.
11 : 제1급전선 11a : 공진 커패시터
21 : 제2급전선 21a : 공진 커패시터
30 : 이송대차 접속부 31 : 집전코일
31a : 공진 커패시터 31b : 정류기
31c : 레귤레이터 32 : 집전코어
40 : 보상용 공진 커패시터 100 : 제1교류전원 공급부
200 : 제2교류전원 공급부 300 : 스위치부
310 : 제1스위치 320 : 제2스위치
330 : 제3스위치 340 : 제4스위치
350 : 제5스위치 360 : 제6스위치
370 : 제7스위치 400 : 패일오버 제어기
500 : 제1패일오버 제어기 600 : 제2패일오버 제어기
N1, N2, N3, N4, N5, N6 : 노드부 M1 : 1차 자속
M2 : 2차 쇄교자속 G : 갭(gap)
V : 인버터 L : 도선 인덕터
21 : 제2급전선 21a : 공진 커패시터
30 : 이송대차 접속부 31 : 집전코일
31a : 공진 커패시터 31b : 정류기
31c : 레귤레이터 32 : 집전코어
40 : 보상용 공진 커패시터 100 : 제1교류전원 공급부
200 : 제2교류전원 공급부 300 : 스위치부
310 : 제1스위치 320 : 제2스위치
330 : 제3스위치 340 : 제4스위치
350 : 제5스위치 360 : 제6스위치
370 : 제7스위치 400 : 패일오버 제어기
500 : 제1패일오버 제어기 600 : 제2패일오버 제어기
N1, N2, N3, N4, N5, N6 : 노드부 M1 : 1차 자속
M2 : 2차 쇄교자속 G : 갭(gap)
V : 인버터 L : 도선 인덕터
Claims (10)
- 급전선이 배치된 일정한 급전트랙을 따라 움직이는 집전코일이 장착된 이송대차에 자기유도에 의한 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치에 있어서,
상기 급전트랙은 독립된 2개의 제1급전트랙과 제2급전트랙으로 각각 배치되고, 상기 제1급전트랙을 따라 배치된 제1급전선(11)에 소정 주파수의 교류전원을 인가하는 제1교류전원 공급부(100);
상기 제2급전트랙을 따라 배치된 제2급전선(21)에 상기 제1급전선(11)에 인가되는 교류전원의 주파수와 동일한 교류전원을 인가하는 제2교류전원 공급부(200);
상기 제1교류전원 공급부(100)와 상기 제2교류전원 공급부(200) 중 어느 하나가 고장이 날 경우 다른 하나의 작동으로 상기 제1급전선(11) 및 상기 제2급전선(21)에 교류전원이 동시에 인가되도록 상기 제1급전선(11)과 상기 제2급전선(21)이 직렬로 연결되게 스위칭 하는 스위치부(300);
상기 제1교류전원 공급부(100) 및 제 2교류전원 공급부(200)의 작동여부를 실시간으로 감시하며, 상기 스위치부(300)의 스위칭 연결을 제어하는 패일오버 제어기(400);를 포함하여 구성되는 패일 오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 스위치부(300)는,
상기 제1교류전원 공급부(100)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제1급전선(11)과 상기 제2교류전원 공급부(200)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제2급전선(21)을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제1스위치(310);
상기 제1교류전원 공급부(100)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제1급전선(11)과 상기 제2교류전원 공급부(200)의 (-) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제2급전선(21)을 잇는 연결선을 스위칭 온오프하는 제2스위치(320);
상기 제1교류전원 공급부(100)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제1급전선(11)과 상기 제2교류전원 공급부(200)의 (+) 단자에 접속되어 연장되는 상기 제2급전선(21)을 연결하는 연결선을 스위칭 온오프하는 제3스위치(330);
상기 제1스위치(310)가 위치하는 연결선 및 상기 제2스위치(320)가 위치하는 연결선이 상기 제1급전선(11)과 만나는 각각의 노드부(N1,N2) 연결을 스위칭 온오프하는 제4스위치(340);
상기 제1스위치(310)가 위치하는 연결선 및 상기 제3스위치(330)가 위치하는 연결선이 상기 제2급전선(21)과 연결되는 각각의 노드부(N3,N4) 연결을 스위칭 온오프하는 제5스위치(350);
를 포함하여 구성되는 패일 오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제2스위치(320)가 위치하는 연결선이 상기 제2급전선(21)과 만나는 노드부(N5)와 상기 제2교류전원 공급부(200)의 (-) 단자와 연결을 스위칭 온오프하는 제6스위치(360); 및
상기 제3스위치(330)가 위치하는 연결선이 상기 제1급전선(11)과 만나는 노드부(N6)와 상기 제1교류전원 공급부(100)의 (+) 단자 연결을 스위칭 온오프하는 제7스위치(370);
를 더 포함하여 구성되는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 교류전원 공급부와 제2 교류전원 공급부가 모두 정상동작 할 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제4스위치(340), 상기 제5스위치(350)를 스위칭 온시키고, 상기 제1스위치(310), 상기 제2스위치(320), 상기 제3스위치(330)를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
상기 제1 교류전원 공급부가 고장이 나고 제2 교류전원 공급부는 정상동작할 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제1스위치(310), 상기 제3스위치(330)를 스위칭 온시키고, 상기 제2스위치(320), 상기 제4스위치(340), 제5스위치(350)를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
상기 제1 교류전원 공급부는 정상동작하고 제2 교류전원 공급부는 고장이 난 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제1스위치(310), 상기 제2스위치(320)를 스위칭 온시키고, 상기 제3스위치(330), 상기 제4스위치(340), 상기 제5스위치(350)를 스위칭 오프시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 패일 오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 교류전원 공급부와 제2 교류전원 공급부가 모두 정상동작 할 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제4스위치(340), 상기 제5스위치(350)를 스위칭 온시키고, 상기 제1스위치(310), 상기 제2스위치(320), 상기 제3스위치(330), 상기 제6스위치(360), 상기 제7스위치(370)를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
상기 제1 교류전원 공급부가 고장이 나고 제2 교류전원 공급부는 정상동작 할 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제1스위치(310), 상기 제3스위치(330), 제6스위치(360)를 스위칭 온시키고, 상기 제2스위치(320), 상기 제4스위치(340), 제5스위치(350), 제7스위치(370)를 스위칭 오프시키도록 제어하며,
상기 제1 교류전원 공급부는 정상동작하고 제2 교류전원 공급부는 고장이 난 경우에 상기 패일오버 제어기(400)는, 상기 제1스위치(310), 상기 제2스위치(320), 제7스위치(370)를 스위칭 온시키고, 상기 제3스위치(330), 상기 제4스위치(340), 상기 제5스위치(350), 제6스위치(360)를 스위칭 오프시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 패일 오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패일오버 제어기(400)는 두 개의 제1패일오버 제어기(500)와 제2패일오버 제어기(600)로 분리될 수 있으며, 제1패일오버 제어기(500)는 제2교류전원 공급부(200)의 상태를 실시간 감시하여 그 상태에 따라서 스위치부(300)를 제어하고, 제2패일오버 제어기(600)는 제1교류전원 공급부(100)의 상태를 실시간 감시하고 그 상태에 따라서 스위치부(300)를 제어하는 것을 특징으로 하는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 6 에 있어서,
상기 제1교류전원 공급부(100)의 이상이 있을 때 상기 제2패일오버 제어기(600)가 상기 스위치부(300) 전체를 전담제어하며 상기 제2교류전원 공급부(200)의 이상이 있을 때 상기 제1패일오버 제어기(500)가 상기 스위치부(300) 전체를 전담제어하는 것을 특징으로 하는 패일오버 기능이 구비된 무선전력전송장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1패일오버 제어기(500)는 상기 제2스위치, 상기 제4스위치를 전담 제어하며, 상기 제2패일오버 제어기(600)는 상기 제3스위치, 상기 제5스위치를 전담 제어하며 상기 제1스위치를 상기 제1패일오버 제어기(500)와 상기 제2패일오버 제어기(600)가 공동 제어하는 것을 특징으로 하는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1패일오버 제어기(500)는 상기 제2스위치, 상기 제4스위치, 상기 제7스위치를 전담 제어하며, 상기 제2패일오버 제어기(600)는 상기 제3스위치, 상기 제5스위치, 상기 제6스위치를 전담 제어하며 상기 제1스위치를 상기 제1패일오버 제어기(500)와 상기 제2패일오버 제어기(600)가 공동 제어하는 것을 특징으로 하는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치. - 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1 급전선(11)과 상기 제2 급전선(21)은 각각 직렬공진회로를 구성하고 상기 제1 급전선(11)과 상기 제2 급전선(21)의 직렬연결을 스위칭 온오프하는 상기 제1스위치(310)에 대해 직렬로 별도의 보상용 공진 캐패시터(40)가 구비된 것을 특징으로 하는 패일오버 기능이 구비된 무선 전력전송장치.
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