KR101274216B1 - 분리배선 급전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 전력공급로 상에 집전장치에 전력을 공급하기 위한 급전코어 및 복수의 급전선을 포함하는 분리배선 급전장치에 있어서, 각각의 급전선은 충전제공부 및 보상부로 구성되고, 상기 충전제공부는 간격을 두고 상기 급전코어의 상부에 위치하고, 상기 보상부는 상기 급전코어의 상부 이외의 위치에 존재하고, 상기 복수의 급전선에서 각각의 충전제공부는 상기 급전코어의 상부에서 상기 급전코어의 길이방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치를 제공한다.

Description

분리배선 급전장치{Feeding Line Apparatus by Dividing Line into Segment}
본 발명의 실시예는 분리배선 급전장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 전력공급로를 복수개의 세그먼트로 나누고 각 급전선마다 복수개의 세그먼트에 전력을 공급하여 각 세그먼트마다 복수개의 급전선이 전력을 공급할 수 있도록 함으로써 인버터의 전력공급 효율을 높여 인버터의 용량을 가능한 한 줄이고자 하는 분리배선 급전장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
도로 또는 철로 상을 주행하는 전기자동차(또는 전기열차)가 운행에 필요한 전력을 충전하기 위해서는 도로 또는 철로 상에서 급전장치가 설비되어야 한다. 전기자동차는 도로 위를 주행하는 중에 급전선로에 고주파의 전력이 공급되면 급전선로와 전기자동차에 장치된 집전장치 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받는다.
이러한 급전설비에 전력을 공급하기 위해서는 많은 수의 인버터가 구비되어야 한다. 하지만 인버터는 용량에 따라 가격이 커지므로 가능한 한 하나의 인버터로 적은 용량의 전력을 공급할 수 있도록 효율적으로 급전선을 배선하여 전력공급을 효율화 할 필요가 있다.
전력공급로를 복수개의 세그먼트로 나누고 각 급전선마다 복수개의 세그먼트에 전력을 공급하여 각 세그먼트마다 복수개의 급전선이 전력을 공급할 수 있도록 함으로써 인버터의 전력공급 효율을 높여 인버터의 용량을 가능한 한 줄이고자 하는 데에 주된 목적이 있다.
또한 각 급전선의 세그먼트마다 보상함으로써 교류전력을 전송하는 선로의 대지전압을 제한 전압 이내로 제한하고자 하는 데에도 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 전력공급로 상에 집전장치에 전력을 공급하기 위한 급전코어 및 복수의 급전선을 포함하는 분리배선 급전장치에 있어서, 각각의 급전선은 충전제공부 및 보상부로 구성되고, 상기 충전제공부는 간격을 두고 상기 급전코어의 상부에 위치하고, 상기 보상부는 상기 급전코어의 상부 이외의 위치에 존재하고, 상기 복수의 급전선에서 각각의 충전제공부는 상기 급전코어의 상부에서 상기 급전코어의 길이방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치를 제공한다.
각 보상부마다 하나 이상의 보상캐패시터가 연결될 수 있다.
상기 보상부는 상기 급전코어의 하부로 연장되고 상기 보상캐패시터는 상기 급전코어의 하부에 위치할 수 있다.
상기 전력공급로는 N 개의 급전 세그먼트로 구성되고, 하나의 급전선은 각 급전 세그먼트마다 상기 충전제공부가 위치하여 각 급전선의 충전제공부로 상기 급전 세그먼트에 전력을 공급할 수 있다.
상기 분리배선 급전장치는, 상기 N 개의 급전 세그먼트에 전력을 공급하는 N 개의 인버터를 구비하는 인버터부; 및 상기 인버터부에 직류전력을 공급하는 직류전원을 포함할 수 있다.
상기 인버터부는, 상기 직류전원의 출력단 일측과 타단 사이에 2개의 스위칭소자가 직렬 연결된 회로인 레그(Leg)를 (2*N)개 병렬로 연결하고, 상기 (2*N) 개의 레그 중에서 두개의 레그에 대하여 각 레그 내에서 스위칭소자가 서로 연결된 접점 사이에 각 급전선을 연결하여 풀 브릿지 형태를 이루는 방식으로 N 개의 급전선에 전력을 공급할 수 있다.
상기 세그먼트의 길이는 상기 전력공급로 상을 운행하는 이동체의 길이와 같도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전력공급로를 복수개의 세그먼트로 나누고 각 급전선마다 복수개의 세그먼트에 전력을 공급하여 각 세그먼트마다 복수개의 급전선이 전력을 공급할 수 있도록 함으로써 인버터의 전력공급 효율을 높여 인버터의 용량을 가능한 한 줄이는 효과가 있다.
또한, 각 급전선의 세그먼트마다 보상함으로써 교류전력을 전송하는 선로의 대지전압을 제한 전압 이내로 제한하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치에서 급전선을 1 개만 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 도면에서 X 방향으로 바라본 경우의 회로의 위치를 예시한 도면이다.
도 4는 도 3과 같은 형태로 도시하되, 3개의 급전선(210, 220, 230)을 모두 포함하여 도시한 도면이다.
도 5는 인버터부(140)를 상세히 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치를 예시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치에서 급전선을 1 개만 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 도면에서 X 방향으로 바라본 경우의 회로의 위치를 예시한 도면이다.
도 1에 예시하듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전장치는 N(단, N은 2 이상의 자연수) 개의 급전 세그먼트(110, 120, 130) 및 인버터부(140)를 구비한다. 본 실시예에서 N은 3인 경우를 예를 들어 설명한다.
직류전원(150)은 가령 단상의 교류 전원을 인가받아 직류로 변환하여 출력함으로써 인버터부(140)에 직류를 공급할 수 있다.
인버터부(140)는 다수의 인버터를 구비하여 각 인버터가 각각의 급전선에 전력을 공급할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시하듯이 급전 세그먼트에는 급전코어(200) 및 급전선(210)을 포함할 수 있다. 여기서 급전 세그먼트가 3 개로 나누어져 있기 때문에 두 개의 급전선이 더 존재할 수 있으나 간단히 표현하기 위하여 여기서는 하나의 급전선(210)만 도시한 것이다.
급전선(210)은 충전제공부(211, 213, 215, 221, 223, 225) 및 보상부(212, 214, 216, 222, 224, 226)로 구성된다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 충전제공부(211, 213, 215, 221, 223, 225)는 간격을 두고 급전코어(200)의 상부에 위치한다. 충전제공부(211, 213, 215, 221, 223, 225) 사이에는 보상부(212, 214, 216, 222, 224, 226)가 위치하며 각 보상부(212, 214, 216, 222, 224, 226)는 급전코어(200)의 상부 이외의 위치에 놓인다. 여기서 급전코어(200)의 상부 이외의 위치란, 급전코어(200)의 하부 또는 급전코어(200)의 측면 등 다양한 위치일 수 있다. 또한, 각 보상부(212, 214, 216, 222, 224, 226)마다 하나 이상의 보상캐패시터(C11, C12, C13, C21, C22, C23)가 연결될 수 있다.
도 3에서 A1과 A2 사이에 위치하는 충전제공부(221, 223, 225)도 실제로는 급전코어(200)의 상부에 위치하지만 도 3에서는 간단히 표현하기 위하여 그림과 같이 도시한 것이다. 또한 도 3에서 충전제공부(221, 223, 225)를 코일 형상으로 도시하였으나 이는 여기서 자속이 발생하여 충전제공부(221, 223, 225) 위를 주행하는 고속열차에 장착된 집전장치에 충전전력이 제공된다는 의미로 코일 형상으로 표시한 것이며, 실제로는 도 2와 같이 직선의 형태로 설치될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 도 3과 같은 형태로 도시하되, 3개의 급전선(210, 220, 230)을 모두 포함하여 도시한 도면이다.
도 3에서와 마찬가지로 도면번호 210 번의 급전선을 A1과 A2 사이의 회로는 생략하여 도시한 것이며, 도면번호 210 번의 급전선과 유사하게 도면번호 220 및 230 번의 급전선도 각각 B1과 B2 사이의 회로와 C1과 C2 사이의 회로는 생략하여 도시한 것이다.
도 4에 도시하듯이, 제1인버터(141)는 제1급전선(210)에 전력을 공급하고, 제2인버터(142)는 제2급전선(220)에 전력을 공급하고, 제3인버터(143)는 제3급전선(230)에 전력을 공급한다.
제2급전선(220)은 충전제공부(231, 233, 235) 및 보상부(232, 234, 236)로 구성된다. 충전제공부(231, 233, 235)는 간격을 두고 급전코어(200)의 상부에 위치하고, 각각의 충전제공부(231, 233, 235) 사이에는 보상부(232, 234, 236)가 위치한다. 여기서도 각 보상부(232, 234, 236)는 급전코어(200)의 상부 이외의 위치에 놓인다. 또한, 각 보상부(232, 234, 236)마다 하나 이상의 보상캐패시터(C31, C32, C33)가 연결될 수 있다.
이와 유사하게, 제3급전선(230)은 충전제공부(251, 253, 255) 및 보상부(252, 254, 256)로 구성된다. 충전제공부(251, 253, 255)는 간격을 두고 급전코어(200)의 상부에 위치하고, 각각의 충전제공부(251, 253, 255) 사이에는 보상부(252, 254, 256)가 위치한다. 여기서도 각 보상부(252, 254, 256)는 급전코어(200)의 상부 이외의 위치에 놓인다. 또한, 각 보상부(252, 254, 256)마다 하나 이상의 보상캐패시터(C51, C52, C53)가 연결될 수 있다.
여기서 각 보상캐패시터는 급전코어(200)의 하부에 지하에 매설되어 외관으로 드러나지 않도록 할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같은 길이 방향의 전력공급로는 N 개의 급전 세그먼트로 구성되는데, 하나의 급전선은 각 급전 세그먼트마다 충전제공부(211, 213, 215)가 위치함을 알 수 있다.
또한, 도 4에서 보듯이, 각 급전선의 충전제공부로 어느 하나의 급전 세그먼트에 모두 전력을 공급할 수 있게 된다.
또한, 도 4에 도시하듯이, 복수의 급전선의 각각의 충전제공부는 어느 하나의 급전세그먼트에서 급전코어(200)의 상부에서 급전코어(200)의 길이방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치된다. 예를 들어, 제1세그먼트에서 복수의 급전선(210, 220, 230)의 각각의 충전제공부(211, 231, 251)는 급전코어(200)의 상부에서 급전코어(200)의 길이방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치된다.
만일, 세그먼트의 길이가 전력공급로 상을 운행하는 이동체(예컨대, 고속열차)의 길이와 같고(예컨대, 200 m) 각 급전선이 1 MW의 전력을 공급한다면, 하나의 고속열차에는 3 개의 급전선이 하나의 세그먼트에 위치하는 고속열차에 동시에 전력을 공급하게 됨으로써 3 MW의 전력을 공급하게 된다.
이와 같이 3MW의 전력을 공급함에 있어서 하나의 급전선이 담당하는 경우에는 인버터의 용량이 커야 할 뿐만 아니라, 급전선의 두께도 3배의 전력을 감당할 정도로 커야 하는 문제가 있어 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 전력공급의 효율은 고속열차의 길이가 하나의 세그먼트의 길이와 같도록 설계되는 경우 더욱 증대될 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 인버터부(140)를 상세히 도시한 도면이다.
인버터부(140)는 도 5에 예시하듯이, 직류전원(150)의 출력(즉, 직류전원 입력)의 일측과 타단 사이에 2개의 스위칭소자가 직렬 연결된 회로인 레그(Leg)를 (2*N)개 병렬로 연결하고, (2*N) 개의 레그(541, 542, 543, 544, 545, 555) 중에서 두개의 레그에 대하여 각 레그 내에서 스위칭소자가 서로 연결된 접점 사이에 각 급전선을 연결하여 풀 브릿지 형태를 이루는 방식으로 N 개의 급전선에 전력을 공급한다.
즉, 레그(541, 542, 543, 544, 545, 555)는 가령 공진형 인버터로서 직류전원(150)의 출력 전압에 대한 스위칭 전압을 생성하기 위하여 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), IGBT(Insulated gate bipolar transistor)와 같은 복수의 스위칭소자(Q1A ~ Q6B)를 포함한다.
도 1 내지 4에 도시하듯이, 급전 선로는 복수의 급전 세그먼트(110, 120, 130)의 형태로 구성되기 때문에 레그(541, 542, 543, 544, 545, 555)가 6 개로 구성되는 경우 3 개의 공진형 인버터를 구성할 수 있다.
제1 및 제2 스위칭소자(Q1A, Q1B), 제3 및 제4 스위칭소자(Q2A, Q2B), 제5 및 제6 스위칭소자(Q3A, Q3B) 그리고 제7 및 제8 스위칭소자(Q4A, Q4B), 제9 및 제10 스위칭소자(Q5A, Q5B), 제11 및 제12 스위칭소자(Q6A, Q6B)는 직류전원(150)의 출력 양단 사이에서 일대 일로 각각 대응 및 전기적으로 연결되어 제1 레그(Leg) 내지 제6 레그를 이룬다. 여기서, 제1레그(541) 및 제2 레그(542)는 제1인버터를 형성하여 제1급전선(210)에 인버터출력을 공급하고, 제3레그(543) 및 제4레그(544)는 제2인버터를 형성하여 제2급전선(220)에 인버터출력을 공급하고, 제5레그(545) 및 제6레그(546)는 제3인버터를 형성하여 제3급전선(230)에 인버터출력을 공급하게 된다.
이와 같은 제1인버터(141), 제2인버터(142), 제3인버터(143)는 스위칭 소자(Q1A ~ Q6B)를 제어하는 제어부(도시하지 않음)의 제어에 의해 온/오프 제어되어 각 급전선(210, 220, 230)에 선택적으로 전력을 공급한다.
도 5와 같은 형태의 급전부의 구성은 연결가능한 형태들 중에서 하나의 예를 나타낸 것이며, 본 발명의 급전부는 도 5와 같은 형태로 연결된 것에 한정되지 않고 다양한 형태로 레그 사이에 급전 세그먼트를 연결할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전력공급로를 복수개의 세그먼트로 나누고 각 급전선마다 복수개의 세그먼트에 전력을 공급하여 각 세그먼트마다 복수개의 급전선이 전력을 공급할 수 있도록 함으로써 인버터의 전력공급 효율을 높여 인버터의 용량을 가능한 한 줄이는 효과가 있어 유용한 발명이다.

Claims (7)

  1. 전력공급로 상에 자속을 생성하여 전자기 유도 방식으로 집전장치에 전력을 공급하기 위한 급전코어 및 복수의 급전선을 포함하는 분리배선 급전장치에 있어서,
    각각의 급전선은 상기 자속을 생성하는 충전제공부, 및 하나 이상의 보상 캐패시터를 포함하는 보상부로 구성되고,
    각 충전제공부는 상기 급전코어의 길이방향으로 이웃하는 다른 충전제공부와 소정의 간격을 두고 상기 급전코어의 상부에 위치하고,
    상기 보상부는 상기 급전코어의 상부 이외의 위치에 존재하고,
    상기 복수의 급전선에서 각각의 충전제공부는 상기 급전코어의 상부에서 상기 급전코어의 길이방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.

  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 급전코어의 하부로 연장되고 상기 보상캐패시터는 상기 급전코어의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전력공급로는 N 개의 급전 세그먼트로 구성되고,
    하나의 급전선은 각 급전 세그먼트마다 상기 충전제공부가 위치하여 각 급전선의 충전제공부로 상기 급전 세그먼트에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분리배선 급전장치는,
    상기 N 개의 급전 세그먼트에 전력을 공급하는 N 개의 인버터를 구비하는 인버터부; 및
    상기 인버터부에 직류전력을 공급하는 직류전원
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 인버터부는,
    상기 직류전원의 출력단 일측과 타단 사이에 2개의 스위칭소자가 직렬 연결된 회로인 레그(Leg)를 (2*N)개 병렬로 연결하고, 상기 (2*N) 개의 레그 중에서 두개의 레그에 대하여 각 레그 내에서 스위칭소자가 서로 연결된 접점 사이에 각 급전선을 연결하여 풀 브릿지 형태를 이루는 방식으로 N 개의 급전선에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 급전 세그먼트의 길이는 상기 전력공급로 상을 운행하는 이동체의 길이와 같은 것을 특징으로 하는 분리배선 급전장치.
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