KR101104120B1 - Large power and high efficiency amorphous or nanocrystalline electromagnetic induction apparatus and electromagnetic induction system for reducing eddy of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대용량 유도 급전시스템에 저주파 교류전력을 적용할 수 있도록 하는 누설자속 저감을 위한 전동차량의 대용량 고효율 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린 유도 급전용 유도 급집전장치 및 유도 급전시스템을 개시한다. 개시된 누설자속 저감을 위한 전동차량의 대용량 고효율 유도 급전용 유도 급집전장치는, 고주파 전원에서 저주파 전원으로 공급전원이 대체된 경우 상기 주파수 저감에 따른 상호인덕턴스 감쇄량을 보상하기 위한 급전권선이 권취되는 유도급전체를 구비하여 선로 상에 설치되는 유도급전부;와, 전동차량에 설치되어 상기 유도급전체의 상호인덕턴스에 대응하는 기전력을 생성하는 유도집전체를 구비한 전력집전부;를 포함하여 구성되어, 누설 자속에 따른 철손을 감소키는 것에 의해 고주파 교류전류를 저주파 교류전류로 대체하는 경우 발생하는 자속쇄교량 감쇄를 보상하여 저주파 전원을 전동차량으로 공급할 수 있도록 함으로써, 유도 급전용 유도 급집전장치 또는 유도 급전시스템에 저주파 스위칭 반도체 소자를 적용할 수 있도록 하여 전동차량용 유도급전시스템의 제작, 설치 및 유지보수 비용을 절감시킨다.The present invention discloses a high-capacity high-efficiency amorphous or nano-crystallin induction feeder and induction feeder system for a large-capacity induction feeder for reducing leakage flux to enable the application of low-frequency AC power to a high-capacity induction feeder system. The induction power supply device for a large-capacity high-efficiency induction power supply of an electric vehicle for reducing the leakage flux is disclosed that when a supply power is replaced from a high frequency power supply to a low frequency power supply, a feed winding is wound to compensate for the mutual inductance attenuation according to the frequency reduction. An induction feeder provided on the track with a feeder; and a power collector installed on the electric vehicle and having an induction collector for generating electromotive force corresponding to mutual inductance of the induction feeder. By reducing the iron loss caused by the leakage magnetic flux, it is possible to supply the low-frequency power to the electric vehicle by compensating for the attenuation of the magnetic flux chain bridge generated when replacing the high frequency AC current with the low frequency AC current. Alternatively, the low frequency switching semiconductor device can be applied to induction Ryangyong thereby reducing the manufacturing, installation and maintenance of the induction power supply system.
Description
본 발명은 대용량 유도 급전시스템에 저주파 교류전원을 적용할 수 있도록 유도급전체 또는 전력집전부에서 철손 저감을 위한 전동차량의 대용량 고효율 아몰퍼스(AMORPHOUS) 또는 나노크리스탈린(NANOCRYSTALLINE) 유도 급전용 유도 급집전장치 및 유도 급전시스템에 관한 것이다.The present invention provides a high-capacity high-efficiency amorphous (NAORPHOUS) or nanocrystallin (NANOCRYSTALLINE) induction feeder for large-capacity induction feeder or electric current collector to reduce the iron loss in the induction feeder or power collector to apply a low frequency AC power supply to a large-capacity induction feeder system An apparatus and an induction power supply system.
일반적으로 전동차량은 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미한다.In general, an electric vehicle means a vehicle that operates by using electricity as a power source.
상기 전기차량은 고전압 전류가 흐르고 있는 가선으로부터 전기 에너지를 공급받아 운행하는 전동차(Electric Rail Car)와, 차량 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고 탑재된 배터리에서 공급되는 전력을 이용하여 운행하는 전기자동차로 구분된다.The electric vehicle is operated by using an electric rail car that receives electric energy from a wire flowing high voltage current and a battery that can be charged as a power supply source in the vehicle itself, and uses electric power supplied from the mounted battery. Electric car is divided into.
전동차량의 경우 가선에 의해 정해진 궤도를 따라 이동하게 되는데, 집전장치로 상부에 팬터그래프(Pantograph)를 구비하고 스프링 또는 압축공기의 힘으로 가선이 밀착되도록 밀어 올리는 가공 전차선 방식과, 주행용 궤도의 상면 또는 측면에 설치된 독립적인 급전선으로부터 제3궤조 집전장치를 통해 수전하는 제3궤조식으로 나눌 수 있다.In the case of an electric vehicle, it moves along a track defined by the wire. A pantograph is provided as a current collector, and the overhead tank is pushed up to be in close contact with the force of a spring or compressed air, and the upper surface of the driving track. Alternatively, it may be divided into a third rail type receiving power through the third rail current collector from an independent feeder installed on the side.
그러나 상기 가공차선 방식과 상기 제3궤조식은 구조가 복잡하여 설치 및 유지 보수가 어려우며 시간이 많이 소요됨은 물론, 소음이 발생하는 문제점을 가진다.However, the process lane method and the third trajectory type have a complicated structure, which makes installation and maintenance difficult, time consuming, and noise.
또한, 상기 종래기술의 전동차 시스템은 전차선이 전 노선에 걸쳐 설치되므로 직류급전 방식은 고저항 지락에 대한 보호장치를 필요로 하고, 교류급전방식은 절연 이격거리 확보를 위해 터널 및 차량의 크기가 커지고 통신유도장해에 대한 노출영역이 확대되는 등의 문제점이 있다.In addition, since the electric vehicle system of the prior art is installed in all lines, the DC power supply method requires a protection device against high resistance ground, and the AC power supply method increases the size of the tunnel and the vehicle to secure the insulation separation distance There are problems such as an increase in the exposure area for communication induction obstacles.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 유도전력에 의한 비접촉방식을 이용하여 전력을 공급받는 전동차량을 개발하고자 하는 시도가 있어 왔다.In order to solve the problems of the prior art as described above, there have been attempts to develop an electric vehicle that is powered by using a non-contact method by inductive power.
본 발명의 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2003-0072376호(종래기술 1), 제10-2004-0014385호(종래기술 2) 및 제10-2007-115697호(종래기술 3) 등은 이러한 비접촉 급전방식을 이용한 전동차량 운행시스템을 개시한다.Korean Patent Application Nos. 10-2003-0072376 (Prior Art 1), 10-2004-0014385 (Prior Art 2) and 10-2007-115697 (Prior Art 3), etc. filed by the applicant of the present invention. Discloses an electric vehicle driving system using such a non-contact power feeding method.
상기 종래기술 1 및 종래기술 2는 차량 외부로부터 유도작용에 의해 전력을 공급받아 배터리를 충전한 후 배터리 전원을 이용하거나, 유도작용에 의해 공급된 전원을 이용하여 운행할 수 있도록 구성된다.The prior art 1 and the
그러나 상기 종래기술 1 및 2는 배터리의 빈번한 충전이 필요한 문제점을 가진다.However, the
또한, 상기 종래기술 1 및 2는 넓은 주행구간 전체에 충전장비를 설치해야 하므로 설비의 크기 증가, 고주파수에 의한 페라이트나 적층 철심에서의 철손 등의 손실, 유도 전류 급전 방식의 특성에 따르는 공극에서의 누설자속에 의한 손실 발생 등의 문제점을 가진다. 이에 따라 상기 종래기술 1 및 종래기술 2는 고속 장거리를 주행하는 전동차 또는 중소형궤도 전동차 등에 적용하는데 부적합하고 설치 및 유지 관리가 어려운 문제점을 가진다.In addition, the
상기 종래기술 3은 상기 종래기술 1 및 종래기술 2의 문제점을 해결하기 위하여, 유도방식에 의해 전력을 공급하는 집전 및 급전을 위한 전자석체를 아몰퍼스(Amorphous)로 구성한다. 그리고 지상에 매설된 전력 급전을 위한 전자석체에 스위칭 반도체 소자에 의해 직류에서 교류로 변환된 공진형 인버터 전원을 인가한다. 또한, 급전부의 1차코어자속쇄교단면적에 비하여 집전부의 2차코어자속쇄교단면적의 넓이를 넓게 구성한다. 이러한 구성에 의해 상기 종래기술 3은 누설 자속을 최소화함으로써 종래기술 1 및 종래기술 2의 자속 손실의 문제점을 해결하였다.In order to solve the problems of the prior art 1 and the
도 1은 상기 공진형인버터 전원 공급을 위한 스위칭 반도체 소자의 주파수-전류 특성을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the frequency-current characteristics of the switching semiconductor device for supplying the resonant inverter power.
도 1의 (a)는 종래기술의 소규모 유도 급전 시스템에 적용된 저주파 영역의 전원에 대한 스위칭 반도체 소자의 전원주파수 및 전류 특성을 나타내며, 도 1 (b)는 대용량 시스템에 적용될 고주파 영역의 전원에 대한 스위칭 반도체 소자의 전원주파수 및 전류 특성을 나타낸다.Figure 1 (a) shows the power frequency and current characteristics of the switching semiconductor device for the power source in the low frequency region applied to the small-scale induction power supply system of the prior art, Figure 1 (b) shows the power source of the high frequency region to be applied to a large-capacity system The power supply frequency and current characteristics of the switching semiconductor device are shown.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 종래기술의 소규모 유도 급전시스템의 경우에는 20 ~ 50 KHz 구간(A)의 교류전원을 인가하여 대략 100A 미만의 전류용량을 공급할 수 있도록 구성된다. As shown in (a) of FIG. 1, in the case of a small scale induction power supply system of the related art, an AC power supply of 20 to 50 KHz section A is applied to supply a current capacity of about 100 A or less.
도 1의 (b)와 같이 스위칭 반도체 소자의 경우 고주파 영역에서 공급 전류 감소가 현저히 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 공급 전원의 주파수가 500 ~ 600Khz인 구간(B)의 경우 공급 전류 용량이 950A[rms]인 반면, 1.2Khz 구간(C)에서는 공급 전류 용량이 300~350A[rms]로 급감하는 것을 알 수 있다.As shown in (b) of FIG. 1, it can be seen that a decrease in supply current occurs in the high frequency region of the switching semiconductor device. That is, in the period (B) where the frequency of the power supply is 500 ~ 600Khz, the supply current capacity is 950A [rms], whereas in the 1.2Khz period (C), the supply current capacity decreases rapidly to 300 ~ 350A [rms]. Can be.
따라서 대용량 전동차량 시스템에 아몰퍼스 무선 급전시스템을 적용하는 경우, 대용량의 전류를 공급하기 위해서는 전류 공급 용량이 작은 다수의 고주파 스위칭 반도체 소자를 적용해야만 한다. 이에 따라 고가의 다수의 고주파 스위칭 반도체 소자를 적용하는 것에 의해 전동차량용 유도 급전시스템의 설치 및 유지 보수 비용이 증가하는 문제점을 가진다.Therefore, when the amorphous wireless power supply system is applied to a large-capacity electric vehicle system, in order to supply a large amount of current, a large number of high frequency switching semiconductor devices having a small current supply capacity must be applied. Accordingly, there is a problem in that installation and maintenance costs of an induction power supply system for an electric vehicle are increased by applying a plurality of expensive high frequency switching semiconductor elements.
또한, 종래기술 3의 급전 및 집전체를 구성하는 아몰퍼스 전자석체의 자속쇄교면 공극에서의 누설 자속에 의해 유도 급전효율이 저하된다.Further, the induction power supply efficiency is lowered by the leakage magnetic flux in the magnetic flux chain-crossing gap of the amorphous electromagnet constituting the power supply and current collector of the prior art 3.
도 2는 종래기술의 아몰퍼스 유도급전체(2) 및 유도집전체(3) 각각의 누설자속(F)의 분포와 철손발생부(L)를 나타내는 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing the distribution of the leakage magnetic flux F and the iron loss generating portion L of each of the amorphous induction
도 2와 같이 종래기술의 아몰퍼스 유도급전체(2) 및 유도집전체(3)는 유도급전체(2)의 자속쇄교면 내측에 누설자속(F)이 분포하고, 유도급전체(2)와 유도집전체(3)의 자속 쇄교면 외주면의 철손발생부(L)에서 누설 자속 분포(F)에 따른 철손이 발생하게 된다. 이러한 철손은 공급 전류의 증가를 필요로 하며 이에 따라 더욱 많은 수의 고주파 스위칭 반도체 소자를 적용해야 하는 문제점을 가진다.As shown in FIG. 2, in the amorphous induction
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 상기 대용량 전동차량용 무선 급전시스템에서 비접촉식 유도급전체 및 집전체 사이에서의 누설 자속을 감소시키는 것에 의해 저주파 전원을 인가하는 경우의 쇄교량 감소를 보상하여, 저주파 전원을 인가하여 대용량 전동차량을 구동시킬 수 있도록 하는 철손 저감을 위한 전동차량의 대용량 고효율 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린 유도 급전용 유도 급집전장치 및 유도 급전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the problems of the prior art, by reducing the leakage flux between the non-contact induction power supply and the current collector in the wireless power supply system for a large capacity electric vehicle compensates for the reduction of the chain bridge when applying low frequency power Accordingly, an object of the present invention is to provide an induction power supply device and an induction power supply system for a large capacity high efficiency amorphous or nanocrystalline induction power supply of an electric vehicle for reducing iron loss, which enables a high frequency electric vehicle to be driven by applying a low frequency power source.
본 발명은 또한, 대용량 유도 급전시스템의 설치 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 철손 저감을 위한 전동차량의 대용량 고효율 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린 유도 급전용 유도 급집전장치 및 유도 급전시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.The present invention also provides a high-capacity high-efficiency amorphous or nano-crystallin induction feeder and induction feeder system of electric vehicles for reducing iron loss to reduce the installation and maintenance costs of the high-capacity induction feeder system. For other purposes.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동차량의 대용량 유도 급전용 유도 급집전장치는, 고주파 전원에서 저주파 전원으로 공급전원이 대체된 경우 상기 주파수 저감에 따른 상호인덕턴스 감쇄량을 보상하기 위한 급전권선이 권취되는 유도급전체를 구비하여 선로 상에 설치되는 유도급전부;와, 전동차량에 설치되어 상기 유도급전체의 상호인덕턴스에 대응하는 기전력을 생성하는 유도집전체를 구비한 전력집전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Induction feeder for large capacity induction feeder of the electric vehicle of the present invention for achieving the above object, when the power supply is replaced by a low-frequency power supply from a high frequency power supply winding winding for compensating the mutual inductance attenuation according to the frequency reduction An induction feeder installed on the track with an induction feeder to be installed; and a power collector having an induction current collector installed on the electric vehicle to generate an electromotive force corresponding to mutual inductance of the induction feeder. It is characterized in that the configuration.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철손 저감을 위한 전동차량의 대용량 유도 급전시스템은, 전동차량이 정차하는 역사에 설치되어 급전을 수행하는 충전베이;와, 주행 선로의 일부 구간에서 급전을 수행하는 충전섹션;과, 충전베이나 충전섹션에 흐르는 저주파 교류전원에 의한 전자기 상호 유도 작용에 의해 상기 전동차량으로 교류전원을 공급하는 유도 급집전장치;를 포함하며,In order to achieve the above object, a large-capacity induction feeding system of an electric vehicle for reducing iron loss of the present invention includes: a charging bay installed at a station where the electric vehicle stops to perform power feeding; And an induction power supply device for supplying AC power to the electric vehicle by an electromagnetic mutual induction action by a low frequency AC power flowing in the charging bay or the charging section.
상기 유도 급집전장치는, 고주파 전원에서 저주파 전원으로 공급전원이 대체된 경우 상기 주파수 저감에 따른 상호인덕턴스 감쇄량을 보상하기 위한 급전권선이 권취되는 유도급전체를 구비하여 상기 선로 상에 설치되는 유도급전부;와, 상기 전동차량에 설치되어 상기 유도급전체의 상호인덕턴스에 대응하는 기전력을 생성하는 유도집전체를 구비한 전력집전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The induction feeder is provided on the line with an induction feeder wound around a feeder winding for compensating the amount of mutual inductance attenuation according to the frequency reduction when the supply power is replaced from a high frequency power supply to a low frequency power supply. And a power collector installed on the electric vehicle and having a current collector configured to generate an electromotive force corresponding to the mutual inductance of the inductive current collector.
상기 유도급전체 또는 상기 유도집전체는 아몰퍼스(Amorphous) 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어로 제작될 수 있다. The induction current collector or the induction current collector may be made of an amorphous (Amorphous) or nanocrystalline (NanoCrystalline) core .
상기 유도급전체 또는 상기 유도집전체는 서로 대향하는 자속 쇄교 단면에 철손저감부재를 더 포함할 수 있다.The induction current collector or the induction current collector may further include an iron loss reducing member in a cross section of magnetic flux linkages facing each other.
상기 철손저감부재는 페라이트(분말코어)로 형성될 수 있다.The iron loss reducing member may be formed of a ferrite (powder core).
본 발명에서 상기 철손저감부재는 상기 유도급전체 또는 유도집전체를 형성하는 코어의 적층 방향에 대하여 수직 방향으로 향하는 누설 자속의 생성을 방지한다.In the present invention, the iron loss reducing member prevents the generation of leakage magnetic flux directed in a direction perpendicular to the stacking direction of the core forming the induction current collector or induction current collector.
상기 유도 급전용 유도 급집전장치 또는 유도 급전시스템은 또한, 상기 유도급전부와 전력집전부를 각각 밀봉하는 방열성 재질 또는 에폭시 재질의 패키지를 더 포함하여 구성될 수도 있다.The induction power supply device or induction power supply system for induction power supply may further include a package made of a heat dissipating material or an epoxy material for sealing the induction power supply unit and the power collector unit, respectively.
상기 패키지는 상기 유도급전체 또는 상기 유도집전체의 자속쇄교단면이 외부로 노출되고, 외부 노출면은 에폭시로 코팅되어 밀봉되도록 상기 유도집전부와 상기 전력집전부를 각각 내장하는 박스로 제작될 수 있다. 상기 패키지는 외부면 전체가 에폭시로 코팅 형성될 수도 있다.The package may be made of a box containing the induction collector and the power collector, respectively, such that the induction current collector or the magnetic flux chain cross-section of the induction current collector is exposed to the outside, and the external exposure surface is sealed by epoxy. Can be. The package may be formed by coating the entire outer surface with epoxy.
상기 본 발명은 유도급전체의 자속 쇄교면에서의 누설 자속을 감소키는 것에 의해 저주파 사용시의 쇄교 상호 자속량 감소를 보상하여 대용량 전동차량용 유도 급집전장치 또는 유도 급전시스템에 저주파 전원을 공급하여 사용할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The present invention compensates the reduction of the cross-link flux in low frequency use by reducing the leakage magnetic flux on the flux linkage surface of the induction feeder to supply low frequency power to an induction feeder or induction feeding system for a large capacity electric vehicle. It provides the effect of making it possible.
또한, 본 발명은 대용량 전동차량용 유도 급집전장치에 저주파 전원을 공급할 수 있도록 함으로써, 대용량 전동차량용 유도 급집전장치에 적용되는 다수의 고주파 스위칭 반도체 소자를, 적은 수 또는 하나의 저주파 반도체 소자를 적용시킬 수 있도록 하여 대용량 전동차량용 유도 급집전장치 또는 유도 급전시스템의 제작, 설치 및 유지 보수 비용을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.In addition, the present invention is to provide a low-frequency power to the induction current collector for large-capacity electric vehicle, to apply a plurality of high-frequency switching semiconductor elements applied to the induction current collector for large-capacity electric vehicle, a small number or one low-frequency semiconductor device. It is possible to significantly reduce the manufacturing, installation and maintenance costs of induction power supply device or induction power supply system for large capacity electric vehicles.
도 1은 종래기술의 공진형인버터 전원 공급을 위한 스위칭 반도체 소자의 주파수-전류 특성을 나타내는 그래프,
도 2는 종래기술의 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 유도급전체(2) 및 유도집전체(3)(본 발명의 전력집전부(20)에 대응) 각각의 누설자속(F)의 분포와 철손발생부(L)를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 전동차량용 유도 급전시스템(100)의 블록 구성도,
도 4는 도 3의 유도 급전시스템(100)이 적용된 선로시스템(100')의 개략적인 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 유도 급집전장치(30)의 전력집전부(20)를 포함하는 유도집전장치(200)를 구비한 전동차량(1)의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 6은 도 5의 유도집전장치(200)의 충전부(EMS:Energy Management System)(230)의 상세 구성을 나타내는 도면,
도 7은 플라이휠 에너지 저장장치(Flywheel Energy Saving Module)를 구비한 충전부(EMS:Energy Management System)(230')의 상세 구성을 나타내는 도면,
도 8은 도 5의 유도 급집전장치(30)의 상세 구성을 나타내는 도면,
도 9는 다른 실시 예의 유도 급집전장치(30')를 나타내는 도면이다.1 is a graph showing the frequency-current characteristics of a switching semiconductor device for power supply of a resonant inverter of the prior art;
FIG. 2 shows the distribution of leakage fluxes F of the amorphous or nanocrystalline induction
3 is a block diagram of an induction
4 is a schematic configuration diagram of a
5 is a view showing a schematic configuration of an electric vehicle 1 having an induction
FIG. 6 is a view illustrating a detailed configuration of a charging unit (EMS: Energy Management System) 230 of the induction
FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of an energy management system (EMS) 230 ′ having a flywheel energy saving module.
8 is a view showing a detailed configuration of the induction
9 is a diagram illustrating an induction
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 전동차량용 유도 급전시스템(100)의 블록 구성도이고, 도 4는 도 3의 유도 급전시스템(100)이 적용된 선로시스템(100')의 개략적인 구성도이다.3 is a block diagram of an induction
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유도 급전시스템(100)은, 역사마다 설치되는 충전베이(Station Charging Bay, 도 3 및 도 4에서 's/bay')(110), 주행선로(110')에 구성되는 다수의 충전섹션(Charging zone conductor, 도 3에서 'charging zone')(120), 전력제어장치(130), 차량감지수단(140), 전력공급제어수단(150)을 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 3 and 4, the
상기 충전베이(Station Charging Bay)(110)는 역사(110a)마다 설치되어 전동차량(1, 도 5 참조)이 정차하는 역사에 급전을 수행하도록 구성된다. 도면에서 상기 역사(110a)가 주행선로(110')를 벗어난 위치에 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 역사(110a)는 현재의 지하철 노선과 같이 주행선로(110')에 형성되는 구조 등을 모두 포함한다.The
상기 충전섹션(Charging zone conductor, 도 3에서 'charging zone')(120)은 주행 중인 전동차량(1, 도 5 참조)에 전력을 송전하기 위하여 주행선로(110')의 지정된 일부 구간에 일정 간격으로 서로 연결되는 다수의 전도체로 형성된다. 상기 지정된 일부 구간은 역사(110a)의 인접 구간으로서 전동차량(1, 도 5 참조)이 가속 또는 감속을 수행하는 가감속구간(120a), 서로 인접된 주행선로(110')를 연결하는 분기구간(120b)을 말한다.The charging zone conductor 'charging zone' 120 in FIG. 3 is a predetermined interval in a designated section of the
상기 충전베이(110)와 충전섹션(120)들이 서로 연결 구성되어 하나의 유닛(Unit)을 형성한다.The charging
상기 충전베이(110)들과 상기 충전섹션(120)들 각각에는 전동차량(1, 도 5 참조)의 위치를 감지하여 차량감지수단(140)으로 전송하는 센서(미 도시)가 각각 설치된다.Each of the charging
상기 전력제어장치(130)는 상기 충전베이(110)와 다수의 충전섹션(120)들이 형성하는 각각의 유닛으로의 전력공급을 제어하도록 구성된다.The
상기 차량감지수단(140)은 전력제어장치(130)와 연동하면서 각 충전베이(110)와 충전섹션(120)에서 자동으로 위치를 감지하여 전동차량(1, 도 5 참조)의 진입 여부를 판단하도록 구성된다.The
상기 전력공급제어수단(150)은 진입한 전동차량(1, 도 5 참조)의 요구에 따라 전력급전을 선택적으로 제어한다.The power supply control means 150 selectively controls the power supply according to the request of the entered electric vehicle 1 (see FIG. 5).
상기 구성의 전동차량용 유도 급전시스템(100)은 상기 충전베이(110) 또는 충전섹션(120)으로 전동차가 진입하는 경우 전력공급제어수단(150)이 전동차에 충전이 필요한지 여부를 판단한다. 상기 판단결과 충전이 필요한 경우에만 정차 또는 주행 중인 전동차량(1, 도 5 참조)에 급전을 실행한다. 또한, 충전베이(110)나 충전섹션(120)으로 전동차량(1, 도 5 참조)이 진입하더라도 전동차량(1)에 충전이 필요하지 않은 경우, 전력공급제어수단(150)이 충전베이(110)나 충전섹션(120)으로부터 발생하는 전자기 유도에너지가 전동차로 전송되지 않도록 제어한다. 따라서 충전이 수행되지 않는 상태에서 불필요한 전력 공급을 차단하여 전력소모를 감소시킨다.The electric vehicle
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 유도 급집전장치(30)의 전력집전부(20)를 구비한 유도집전장치(200)를 포함하는 전동차량(1)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 유도집전장치(200)의 충전부(EMS:Energy Management System)(230)의 상세 구성을 나타내는 도면이며, 도 7은 플라이휠 에너지 저장장치(Flywheel Energy Saving Module)를 구비한 충전부(EMS:Energy Management System)( 230')의 상세 구성을 나타내는 도면이다.5 is a view showing a schematic configuration of an electric vehicle 1 including an induction
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전동차량(1)은 유도 급집전장치(30)의 전력집전부(20), 공극제어부(210), 정류평활부(220), 충전부(EMS:Energy Management System)(230), 전력변환부(240) 및 전동기(250)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5, the electric vehicle 1 includes a
상기 구성의 전동차량(1)은 전동차량(1)이 가속 또는 감속에 의해 저속으로 운행하는 충전베이(110)나 충전섹션(120)을 지날 때는 유도 급집전장치(30)에 의한 전자유도작용에 의해 발생하는 교류전력을 이용하여 운행하고, 탑재된 충전부(EMS:Energy Management System)(230)를 충전한다. 그리고 충전베이(110)나 충전섹션(120) 이외의 고속으로 주행하는 주행선로(110')를 운행할 때는 저장되어있는 충전부(EMS:Energy Management System)(230)의 전력을 이용하여 운행한다.The electric vehicle 1 having the above configuration has an electromagnetic induction action by the induction
상기 전동차량(1)의 구성 중 상기 유도 급집전장치(30)는 주행선로(110') 상에 설치되는 유도급전부(10)와 역사(110a)나 주행선로(110')에 설치된 충전베이(110)와 충전섹션(120)과의 거리를 고려하여 전동차량(1)의 저면에 구성되는 전력집전부(20)를 포함하여 구성된다. 상기 전력집전부(20)는 종래기술의 유도집전체(3)와 대응하는 구성으로 상기 유도집전체(3)의 기능을 포함하여 본 발명의 누설자속 또는 철손 저감 기능을 수행하도록 구성된다. 상기 구성의 유도 급집전장치(30)는 하기에서 도 8 및 도 9를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. Among the components of the electric vehicle 1, the
상기 공극제어부(210)는 본 발명의 출원인에 의한 특허출원 제10-2009-11462호에 개시된 것과 같이 유도집전부(10)와 전력집전부(20) 사이의 공극을 측정하여 공극의 크기정보를 출력하는 센서, 센서로부터 출력되는 공극의 크기정보를 기설정된 크기정보와 비교하여 공극이 일정 간격을 유지하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어기, 제어기로부터 출력되는 제어신호에 근거하여 전력집전부(20)를 상하로 이동시키는 변위조절기를 포함하여 구성된다. 상기 공극제어부의 각 구성 및 결합구조는 상기 특허출원 제10-2009-11462호에 상세히 기재되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.The air
상기 정류평활부(220)는 상기 전력집전부(20)에서 발생한 교류전력을 직류전력으로 정류하고 평활하는 것으로 브리지 다이오드, 코일, 콘덴서 등으로 이루어진 공지의 정류회로와 평활회로를 이용한다. 또한, 상기 정류평활부(220)는 유도된 전력의 누설 및 무효전력분을 보상하기 위한 공진형 보상회로(Resonant Compensation Circuit)를 더 포함할 수 있다.The rectifying smoother 220 rectifies and smoothes the AC power generated by the
상기 충전부(EMS:Energy Management System)(230)는 도 6과 같이, 전력을 저장하는 배터리(231), 충전시간과 방전시간을 단축하는 버퍼용 울트라캐패시터(232), 충전부(EMS:Energy Management System)(230)의 안정된 동작을 수행하는 EMS 컨트롤러(233) 및 상기 EMS 컨트롤러(233)의 제어에 따라 상기 배터리(231) 또는 울트라캐패시터(232)의 출력을 선택하여 전동차량(1)의 구동에 필요한 레벨의 소정 직류 전력으로 변환하여 출력하는 양 방향 DC/DC 컨버터(234)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 6, the charging unit (EMS) 230 includes a
상기 충전부(EMS:Energy Management System)(230)는 도 7과 같이, 상기 울트라캐패시터(232) 대신 플라이휠 에너지 저장장치(Flywheel Energy Saving Module)(232')를 구비하도록 구성될 수도 있다. 상기 플라이휠 에너지 저장장치(Flywheel Energy Saving Module)(232')는 대한민국 공개특허 제200-1208호에 개시된 구조를 포함하여 다양한 구조의 플라이휠 에너지 저장장치(232')가 적용될 수 있으므로 그 상세한 구조의 도시 및 설명은 생략한다.The charging unit (EMS) 230 may be configured to include a flywheel
도 8은 도 5의 유도 급집전장치(30)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed configuration of the induction
도 8과 같이, 상기 유도 급집전장치(30)는 주행선로(110') 상에 설치되는 유도급전부(10), 전동차량(1)에 설치되는 전력집전부(20), 상기 유도급전부(10)와 전력집전부(20)를 개별적으로 수용하여 밀봉하는 방열성 소재 또는 에폭시 재질의 패키지(30a, 30b)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 8, the
상기 유도 급집전장치(30)는 대용량 전류가 필요한 전동차량을 위한 유도 급전시스템에 저주파 전원을 공급할 수 있도록 하기 위해 누설 자속 또는 철손을 저감시켜 급전효율을 향상시킬 수 있도록 한다.The induction
이를 위해 상기 유도급전부(10)는 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어가 적층 형성된 유도급전체(11)와, 유도급전체(11)의 자속 방출면(자속 쇄교면)에 적층 형성되는 철손저감부재(12)와, 자속 방출면 측의 유도급전체(11)의 단부 영역의 외부영역에 권취되는 급전권선(13) 및 상기 급전권선(13)으로 전원을 공급하는 도선(14, 도 3 참조)을 포함하여 구성된다.To this end, the
상기 전력집전부(20)는 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어가 적층 형성된 유도집전전체(21)와, 유도집전전체(21)의 자속 방출면(자속 쇄교면)에 적층 형성되는 철손저감부재(22)와, 유도 기전력에 의해 발생된 전원을 인출하는 도선(24, 도 3 참조)을 포함하여 구성된다. 상기 전력집전부(20)의 철손저감부재(22)는 선택적인 구성으로 구성되지 않을 수도 있다.The
상기 급전권선(13)은 종래기술의 고주파 전원을 대체하여 저주파 전원을 공급하는 경우 유도집전체(21)의 자속 유입 면에서 쇄교되어야 하는 상호 자속량이 감소하는 것을 보상하기 위해, 공진주파수 감소량과 같은 양의 상호인덕턴스의 크기를 증가시키도록 권선수가 증가된다.The power supply winding 13 replaces the high frequency power of the prior art to supply a low frequency power to compensate for the reduction of the mutual magnetic flux that should be bridged in the magnetic flux inflow surface of the induction
상기 유도급전체(11)와 유도집전체(21)는 전류가 인가되는 경우 자화되어 자속을 생성한 후 상호인덕턴스에 의해 상호작용하는 전자석을 의미한다.The induction
상기 철손저감부재(12, 22)는 공극 부분에 형성되는 유도급전체(11) 또는 유도집전체(21)의 단면(자속 방출면)에 페라이트(분말코어)에 의해 일정 두께의 층을 이루도록 형성된다. 상기 페라이트(분말코어)는 미소한 미립자로 구성되어 공극 부분에서 발생하는 누설자속의 방향과 상관없이 철손(와전류손)을 최소화시킨다. 또한, 상기 페라이트(분말코어)는 공극 부분에서 발생하는 누설자속의 방향이 유도급전체(11) 또는 유도집전체(21)를 형성하는 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어의 적층면(11', 21', 도 8 참조)과 수직으로 위치하는 것을 방지한다. 이에 따라 유도급전체(11)와 유도집전체(21)의 자속 유입 및 방출을 위한 자속 쇄교면에서의 자속 손실을 최소화하여 저주파 전원을 인가하는 경우에도 대용량의 전류를 유도시킬 수 있게 된다.The iron
상기 패키지(30a, 30b)는 방열성 소재와 에폭시 재질로 제작된 상자형으로 구성된다. 상기 구성의 패키지(30a, 30b)는 독립적으로 유도급전부(10)와 전력집전부(20) 각각을 내부에 수용한 후 밀봉한다. 이 경우 패키지(30a, 30b)가 서로 대향하는 면에는 철손저감부재(12, 22)가 패키지(30a, 30b)의 외부로 노출된다. 외부로 노출된 철손저감부재(12, 22)의 표면은 에폭시 수지를 이용하여 얇은 층을 이루도록 도포되어 외부와 밀봉된다. 상기 에폭시 수지는 상기 패키지(30a, 30b)의 외부면 전체에 도포되어 외피층을 형성할 수도 있다. 이때 상기 에폭시수지의 도포층의 두께는 자속이 차폐되는 것을 최소화하면서 진동에 의해 파손되지 않는 가장 얇은 두께로 형성된다.The
상기 패키지(30a, 30b)는 유도급전부(10) 또는 전력집전부(20)로 전달되는 진동을 완화시켜 유도급전부(10)와 전력집전부(20)가 충돌하는 것을 방지한다. 또한, 외부의 이물질 유입을 차단하여 유도 급집전장치(30)의 파손 또는 오동작을 방지한다.The
도 9는 본 발명의 다른 실시 예의 유도 급집전장치(30')를 나타내는 도면이다.9 is a view showing an induction
도 9와 같이 상기 유도 급집전장치(30')는 도 8의 유도 급집전장치(30)와 동일한 구성을 가지나, 전동차량(1)에 설치되는 전력집전부(20a)가 말굽 형이 아닌 바(bar) 형상으로 형성된다. 상기 전력집전부(20a)는 도면을 관통하는 방향으로 적층되어 유도급전부(10)와 전력집전부(20a)의 적층면(11', 21a')이 서로 마주하게 된다. 상기 전력집전부(20a)의 유도급전부(10)와 마주하는 면에는 페라이트(분말코어)로 형성되는 철손저감부재(22a)가 형성된다. 상기 철손저감부재(22a)는 선택적 구성으로 구비되지 않을 수 있다.As shown in FIG. 9, the induction
도 9의 구조를 가지는 유도 급집전장치(30')의 경우 전력집전부(20a)를 바(bar) 형상으로 제작하는 것에 의해 자속쇄교면의 면적이 넓어져 전자기유도에 의한 에너지 전달 효율이 향상된다. 또한, 유도급전체(11)의 자속이 방출되는 적층면(11')은 유도집전체(21a)의 가로 방향으로 형성되는 적층면(21a')과 서로 마주하도록 배치되는 것에 의해 철손(와전류손)을 저하시키는 효과도 얻게 된다.In the case of the induction
도 9의 유도 급전용 유도 급집전장치(30')의 유도급전부(10)와 전력집전부(20a) 또한, 도 8과 같이, 철손저감부재(12, 22a)가 외부로 노출된 후 얇게 도포되어 형성된 에폭시 수지 코팅층에 의해 밀봉되는 패키지(30a, 30c)를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 실시 예의 구성에서 상기 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어는 아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 합금(Amorphous Alloy)으로 이루어진다.In the configuration of the embodiment of the present invention, the amorphous or nanocrystalline (NanoCrystalline) core is made of an amorphous or nanocrystalline (NanoCrystalline) alloy (Amorphous Alloy).
상기 아몰퍼스 합금(Amorphous Alloy)은 철(Fe), 붕소(B), 규소(Si) 등의 혼합물을 용융 후 급속냉각시켜 만들어지는 비정질 자성재료로써 보통 금속을 용융상태에서 냉각하면 응고점에서 결정구조를 가진 고체로 되지만 냉각속도를 극히 크게 하면 응고점을 지나도 액체상태를 가지게 되어 결국에는 과냉액체의 상태에서 비정질 상태의 고체로 되어버린다. 이 고체를 비정질인 아몰퍼스(amorphous)라 한다. 상기 아몰퍼스는 강도와 경도가 높고 인성과 연성이 있으며, 내식성도 우수하다. 또한, 원자의 배열에 규칙성이 없는 랜덤구조이므로 히스테리시스손이 적고, 고유저항(규소강판의 약 3배)이 높으나 두께(규소강판의 약 1/10)가 얇아 와류손도 절감시키므로 무부하손(히스테리시스손 + 와류손)을 규소강판의 약 1/5로 절감할 수 있다.The amorphous alloy is an amorphous magnetic material made by melting a mixture of iron (Fe), boron (B), silicon (Si) and the like and then rapidly cooling the crystal structure at a solidification point when the metal is cooled in a molten state. If the cooling rate is extremely large, it becomes liquid even after the freezing point, and eventually it becomes an amorphous solid in the state of the supercooled liquid. This solid is called amorphous amorphous. The amorphous has high strength and hardness, toughness and ductility, and excellent corrosion resistance. In addition, since there is no regularity in the arrangement of atoms, the hysteresis loss is small, and the resistivity is high (about 3 times that of silicon steel sheet), but the thickness (about 1/10 of silicon steel sheet) is thin, which reduces the vortex loss. Hand + vortex hand) can be reduced to about 1/5 of silicon steel sheet.
상기 나노크리스탈린 합금(NanoCrystalline Alloy)은 철계 아몰퍼스와 견줄 만큼 높은 포화자속밀도를 가지고 있으며, 탄소계 아몰퍼스 만큼의 높은 투자율을 갖기 때문에 철손이 철계 아몰퍼스의 1/5 수준에 불과하다. 따라서 기존 철계 아몰퍼스를 대체하여 사용할 수 있는 철심재료이다.The nanocrystalline alloy has a high saturation magnetic flux density comparable to that of iron-based amorphous metals, and has a high permeability as much as carbon-based amorphous metals, so that iron loss is only one fifth of iron-based amorphous metals. Therefore, it is an iron core material that can be used to replace the existing iron-based amorphous.
상기 구성의 유도 급집전장치(30, 30')는 전동차량(1)에 대용량 유도 전력을 공급함에 있어 누설 자속 및 철손을 감소시킨다. 또한, 저주파 전원을 공급하는 경우에는 급전권선(13)에 의해 주파수 감소에 따른 자속 쇄교량 감소를 보상한다. 이에 따라 대용량 유도 급전시스템에 고주파 전원이 아닌 저주파 전원을 공급하는 경우에도 대용량의 전류를 유도시킬 수 있도록 한다. 또한, 스위칭 반도체 소자를 전류 공급용량이 큰 저주파 스위칭 반도체 소자를 사용할 수 있도록 한다.The induction
즉, 본 발명의 유도 급집전장치(30, 30')는 종래기술의 대용량 유도 급전시스템(100)의 경우와 같이 다수의 고주파 스위칭 반도체 소자를 적용함이 없이 전류 용량이 큰 저주파 스위칭 반도체 소자를 적용할 수 있도록 한다. 저주파 스위칭 반도체 소자를 적용할 수 있도록 하는 경우 대용량 유도 급전시스템에서 필요 전류 용량에 따라 사용되는 스위칭 반도체 소자의 개수를 현저히 줄일 수 있으며, 적정하게는 하나의 저주파 스위칭 반도체 소자가 적용될 수 있다. 이에 따라 전동차량용 대용량 유도 급전시스템의 제작, 설치 및 유지보수 비용을 현저히 줄인다.That is, the induction
1: 전동차량, 100: 유도 급전 시스템, 110: 충전베이, 110': 주행선로
110a: 역사, 10: 유도급전부, 20, 20a: 전력집전부
30, 30': 유도 급집전장치, 11: 유도급전체, 12, 22, 22a: 철손저감부재
13: 급전 권선, 21, 21a: 유도집전체
11', 21', 21a': 아몰퍼스( 또는 '나노크라스탈린') 코어 적층면
30a, 30b, 30c: 패키지1: electric vehicle, 100: induction feed system, 110: charging bay, 110 ': driving track
110a: history, 10: induction feeder, 20, 20a: power collector
30, 30 ': induction feeder, 11: induction feeder, 12, 22, 22a: iron loss reducing member
13: feed winding, 21, 21a: induction collector
11 ', 21', 21a ': amorphous (or' nanocrystallin ') core stack
30a, 30b, 30c: package
Claims (11)
전동차량에 설치되어 상기 유도급전체의 상호인덕턴스에 대응하는 기전력을 생성하는 유도집전체를 구비한 전력집전부;를 포함하고,
상기 유도급전체 또는 유도집전체는,
아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어로 제작되되,
상기 유도집전체는,
아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 중 어느 하나의 합금 바(bar) 형상으로 형성되고, 가로 방향의 적층면이 상기 유도급전체의 자속 방출면과 대향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아몰퍼스 유도 급전용 유도 급집전장치.An induction feeding part installed on a line with an induction feeder in which a feed winding is wound to compensate for mutual inductance attenuation according to a frequency reduction when a supply power is replaced from a high frequency power supply to a low frequency power supply;
And a power collector installed on the electric vehicle and having an induction collector for generating an electromotive force corresponding to the mutual inductance of the induction current collector.
The induction feeder or induction collector,
Made of amorphous or NanoCrystalline core,
The induction collector,
Induction of amorphous induction feeding is formed in the shape of an alloy bar of any one of amorphous or NanoCrystalline, the laminated surface in the transverse direction is configured to face the magnetic flux emitting surface of the induction feed Power collector.
주행 선로의 일부 구간에서 급전을 수행하는 충전섹션;과,
충전베이나 충전섹션에 흐르는 저주파 교류전원에 의한 전자기 상호 유도 작용에 의해 상기 전동차량으로 교류전원을 공급하는 유도 급집전장치;를 포함하며,
상기 유도 급집전장치는,
고주파 전원에서 저주파 전원으로 공급전원이 대체된 경우 주파수 저감에 따른 상호인덕턴스 감쇄량을 보상하기 위한 급전권선이 권취되는 유도급전체를 구비하여 선로 상에 설치되는 유도급전부;와,
전동차량에 설치되어 상기 유도급전체의 상호인덕턴스에 대응하는 기전력을 생성하는 유도집전체를 구비한 전력집전부;를 포함하고,
상기 유도급전체 또는 유도집전체는,
아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 코어로 제작되되,
상기 유도집전체는,
아몰퍼스 또는 나노크리스탈린(NanoCrystalline) 중 어느 하나의 합금바(bar) 형상으로 형성되고, 가로 방향의 적층면이 상기 유도급전체의 자속 방출면과 대향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대용량 고효율 유도 급전용 유도 급전시스템.A charging bay installed at a station where the electric vehicle stops to perform power feeding; and,
A charging section for feeding power in some sections of the driving tracks;
And an induction power supply device for supplying AC power to the electric vehicle by an electromagnetic mutual induction effect by a low frequency AC power flowing in a charging bay or a charging section.
The induction feeder,
An induction feeding part installed on a line with an induction feeder in which a feed winding is wound to compensate for mutual inductance attenuation according to a frequency reduction when a supply power is replaced from a high frequency power supply to a low frequency power supply;
And a power collector installed on the electric vehicle and having an induction collector for generating an electromotive force corresponding to the mutual inductance of the induction current collector.
The induction feeder or induction collector,
Made of amorphous or NanoCrystalline core,
The induction collector,
It is formed in the shape of an alloy bar of either amorphous or nanocrystalline (NanoCrystalline) (bar), the high-capacity high-efficiency induction feed characterized in that the laminated surface in the transverse direction is configured to face the magnetic flux emitting surface of the induction feed Induction feeding system.
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