KR101369176B1 - High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same - Google Patents

High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same Download PDF

Info

Publication number
KR101369176B1
KR101369176B1 KR1020120087771A KR20120087771A KR101369176B1 KR 101369176 B1 KR101369176 B1 KR 101369176B1 KR 1020120087771 A KR1020120087771 A KR 1020120087771A KR 20120087771 A KR20120087771 A KR 20120087771A KR 101369176 B1 KR101369176 B1 KR 101369176B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power supply
power
common line
parallel
pair
Prior art date
Application number
KR1020120087771A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140021366A (en
Inventor
조동호
정구호
송보윤
신승용
이석환
신재규
김양수
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020120087771A priority Critical patent/KR101369176B1/en
Publication of KR20140021366A publication Critical patent/KR20140021366A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101369176B1 publication Critical patent/KR101369176B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

고속 철도용 급집전 장치 및 공진 튜닝 방법을 개시한다.
고속 철도용 급집전 장치는 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서, 한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및 상기 공통선로의 복수 개의 지점에 상기 공통선로와 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈을 포함하고, 상기 공통선로에는 기생 인덕턴스를 보상하기 위하여 상기 교류전원의 주파수에서 공진이 일어나도록 설정된 공통선로 보상 캐패시터가 연결된다.Disclosed are a power supply device and a resonance tuning method for a high speed railway.
The high speed railway power supply device is a power supply device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, wherein a pair of conductors are arranged in parallel to receive an AC power at one end. ; And a plurality of power supply modules connected to the plurality of points of the common line in parallel with the common line to transmit the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied. In order to compensate for inductance, a common line compensation capacitor is connected so that resonance occurs at a frequency of the AC power supply.

Description

고속 철도용 급집전 장치 및 공진 튜닝 방법{High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same}High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same}

본 실시예는 고속 철도용 급집전 장치 및 공진 튜닝 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 급전시에 급전이 이루어지지 않는 부분에서 손실되는 소모전력을 저감하는 방법 및 구조에 관한 것이다.The present embodiment relates to a power supply device and a resonance tuning method for a high speed railway. More particularly, the present invention relates to a method and a structure for reducing power consumption lost in a portion where power is not supplied during power feeding.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

도 1은 기존의 고출력 집전 및 급전 장치을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다. 자기장을 발생시키는 인덕턴스 사이에서는 접촉 없이 전력을 전송할 수 있다는 점에 착안하여 인덕턴스를 집전장치로 가진 운송매체의 이동경로를 따라 급전모듈을 막대(BAR) 형태로 배치하여 연속적인 급전이 가능하도록 구성하고 있다. 기본적인 구성은 급전모듈(110)과 급전모듈(110)에 전력을 공급하는 공통선로(120)를 포함하는 급전 모듈(100)과, 배터리(130)와 집전유닛(140)으로 이루어진 집전 장치(150)를 포함한다.1 is a block diagram schematically illustrating a conventional high output current collecting and feeding device. Taking into consideration that power can be transmitted without contact between inductances that generate a magnetic field, the feed module is arranged in the form of a bar along the movement path of the transport medium having the inductance as a current collector. have. The basic configuration includes a power supply module 100 including a power supply module 110 and a common line 120 for supplying power to the power supply module 110, and a current collector 150 including a battery 130 and a current collector unit 140. ).

자기장은 거리의 제곱에 반비례하여 감쇠하므로 실제로 급전이 일어나는 부분은 급전모듈과 픽업이 가까이 존재하는 부분에 한정된다. 따라서 기존의 출력 장치은 실제로 급전되는 극히 좁은 구간을 위해 전체 구간에 전력을 공급하기 때문에 불필요하게 소모되는 전력이 많다는 문제가 있다. 따라서 급전이 일어나는 부분에 선택적으로 전력이 집중될 수 있는 기술이 필요하다.The magnetic field attenuates inversely proportional to the square of the distance, so that the actual feeding occurs only in the vicinity of the feeding module and pickup. Therefore, the conventional output device has a problem that a lot of unnecessary power is consumed because it supplies power to the entire section for the extremely narrow section that is actually fed. Therefore, there is a need for a technology capable of selectively concentrating electric power in areas where power supply occurs.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 실시예는, 급전이 일어나는 구간에 전력 공급을 집중하는 수단을 제공하는 데 주된 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present embodiment has a main object to provide a means for concentrating power supply in a section in which power supply takes place.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서, 한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및 상기 공통선로의 복수 개의 지점에 상기 공통선로와 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서, 한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및 상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되, 상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈을 포함하고, 상기 급전모듈은 페라이트 코어에 권취되는 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서, 한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및 상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되, 상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈을 포함하고, 상기 급전모듈은 하나 이상의 원형코일 쌍을 반복적으로 배치하는 형태인 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서, 한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및 상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되, 상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈을 포함하고, 상기 급전모듈은 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나도록 보상해주는 캐패시턴스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 장치를 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하는 급집전시스템에 있어서, 교류 전원을 공급하는 인버터; 상기 인버터에 각각 연결된 한 쌍의 공통선로; 상기 공통선로에 병렬로 연결된 복수 개의 급전모듈; 및 상기 급전모듈에 근접한 경우 자기적으로 커플링되어 상기 전력을 집전하기 위한 집전모듈을 내부에 포함하는 픽업을 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, in a power supply device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, a pair of conductors are arranged in parallel to receive a common AC power at one end. track; And a plurality of power supply modules connected to the plurality of points of the common line in parallel with the common line and transferring the power with an impedance that causes resonance with a current collector when the power is supplied. To provide.
According to another aspect of the present embodiment, in a power supply device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, a pair of conductors are arranged in parallel to receive an AC power supply at one end. track; And a plurality of power supply modules connected to the pair of conductive wires, respectively, connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied. In addition, the power supply module provides a power supply device, characterized in that wound on the ferrite core.
According to yet another aspect of the present invention, in a power feeding device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end. Common line; And a plurality of power supply modules connected to the pair of conductive wires, respectively, connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied. In addition, the power supply module provides a power supply device characterized in that the form of repeatedly arranging at least one pair of circular coils.
According to yet another aspect of the present invention, in a power feeding device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end. Common line; And a plurality of power supply modules connected to the pair of conductive wires, respectively, connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied. In addition, the power supply module provides a power supply device further comprises a capacitance for compensating for resonance with a current collector when the power is supplied.
According to yet another aspect of the present invention, an electric power supply system for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, the power supply system comprising: an inverter for supplying AC power; A pair of common lines each connected to the inverter; A plurality of power supply modules connected in parallel to the common line; And a pickup that includes a current collecting module configured to be magnetically coupled to collect the electric power when the power supply module is close to the power feeding module.

삭제delete

본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하는 급전 시스템에 있어서, 인버터를 통해 특정 주파수의 교류 전원을 공급하되 상기 인버터에 연결되어 상기 전원을 공급받는 한 쌍의 공통 선로에 복수 개의 급전모듈을 병렬로 연결하고 상기 인버터가 생성하는 주파수는 집전장치와의 거리가 가까울 때의 상기 급전모듈의 공진주파수인 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템을 제공한다.According to yet another aspect of the present invention, in a power supply system for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, the AC power supply of a specific frequency through the inverter is connected to the inverter A plurality of power supply modules are connected in parallel to a pair of common power lines, and the frequency generated by the inverter is a resonant frequency of the power supply module when the distance to the current collector is close. to provide.

본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 전력을 무선으로 공급하는 급전 장치에 있어서, 전력을 공급하는 한 쌍의 공통 선로의 복수개의 지점에 급전 코일을 병렬로 연결하되, 집전장치와의 거리가 변함에 따라 달라지는 상호 인덕턴스를 보상하기 위하여 급전이 일어나는 시점에 공진이 일어나는 캐패시턴스를 가진 캐패시터가 연결된 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템을 제공한다.According to yet another aspect of the present embodiment, in a power feeding device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle, a power supply coil is provided at a plurality of points of a pair of common lines for supplying power. Although connected in parallel, in order to compensate for mutual inductance that varies with the distance to the current collector, a wireless power supply system, characterized in that a capacitor having a capacitance that resonance occurs at the time of the power supply is connected.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 픽업이 가까이 존재하는 급전 구간에 전력이 집중되고 나머지 구간에는 무효전력만이 공급되므로 무의미하게 손실되는 전력을 줄일 수 있다.As described above, according to the present embodiment, since power is concentrated in the feeding section in which the pickup is near and only reactive power is supplied to the remaining sections, power lost insignificantly can be reduced.

도 1은 기존의 고출력 집전 및 급전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 실시예의 비급전시의 급전모듈부의 회로도이다.
도 3은 본 실시예의 급전시의 급전모듈부와 픽업의 회로도이다.
도 4는 본 실시예의 비급전시 급전모듈 시스템의 회로도이다.
도 5는 본 실시예의 급전시 급전모듈 시스템과 픽업의 모듈도이다.
도 6은 본 실시예의 급전시 급전 모듈과 픽업의 예시도이다.
도 7은 본 실시예의 시뮬레이션 대상으로서 구현한 회로의 회로도이다.
도 8은 도 7의 회로에서 측정된 각각의 전류값을 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram schematically illustrating a conventional high power current collecting and feeding system.
2 is a circuit diagram of a power supply module unit at the time of non-power supply of this embodiment.
3 is a circuit diagram of a power supply module unit and a pickup at the time of power supply of this embodiment.
4 is a circuit diagram of a non-powering module module in the present embodiment.
5 is a module diagram of a power supply module system and a pickup at the time of power supply of this embodiment.
6 is an exemplary view of a power supply module and a pickup at the time of power supply of this embodiment.
7 is a circuit diagram of a circuit implemented as a simulation target of this embodiment.
8 is a graph illustrating respective current values measured in the circuit of FIG. 7.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

자속의 쇄교를 통해 전력을 전송함에 있어서, 공진이 일어나는 경우 무효전력이 0이 되므로 유효전력이 극대화되어 전력 전송비율을 높일 수 있다. 따라서 전력 전송장치를 분절적으로 배치하고 주된 전송이 이루어지는 구간에 한하여 공진을 일으키고 나머지 구간에는 전류가 흐르지 않도록 구성할 수 있다면 전력 손실을 줄일 수 있다.In transmitting power through the linkage of the magnetic flux, reactive power becomes zero when resonance occurs, thereby maximizing the effective power, thereby increasing the power transmission rate. Therefore, the power loss can be reduced if the power transmission apparatus can be arranged segmentally and can be configured to cause resonance only in the section in which the main transmission is made and not flow the current in the remaining sections.

급전측에서 볼 때 급전이 일어나는 근접접근시 상호 인덕턴스가 생성되어 공진주파수의 값이 변화하게 되므로(멀어진 경우 누설 자계가 커져서 상호 인덕턴스가 급격히 감소하므로) 급전기를 병렬로 연결하여 구획을 나누어 배치하면 선별적으로 공진이 일어나도록 할 수 있어 스위치 등의 추가구성 없이 전력 손실을 줄일 수 있다. 이하 도면을 참조하여 설명한다.When viewed from the feeder side, mutual inductance is generated during close-up approach where power feed occurs, and the value of the resonance frequency is changed (when it is far away, the leakage magnetic field increases and the mutual inductance decreases sharply). Resonance can be selectively generated to reduce power loss without additional configuration such as switches. The following description will be made with reference to the drawings.

도 2는 본 실시예의 비급전시의 급전모듈부의 회로도이다. 급전모듈부는 급전모듈부 캐패시터(Cinv: 202)와 입력부 코일(Linv: 203)의 직렬연결로 구성되어 있고 입력전압(Vinv)에 대하여 입력전류(Iinv: 204)가 흐른다. 실제 회로에서는 코일과 캐패시터, 도선에 해당하는 저항이 존재하므로 본 회로도와 달리 유효전력이 손실되지만 본 회로의 고유주파수와 입력전압의 고유주파수가 크게 다르다면 무효전력이 극대화되어 전류의 크기가 감소하므로, 무부하 손실전력 역시 감소한다.2 is a circuit diagram of a power supply module unit at the time of non-power supply of this embodiment. The power supply module unit is configured by a series connection of a power supply module unit capacitor 202 and an input unit coil Linv 203, and an input current Iinv 204 flows with respect to the input voltage Vinv. In the actual circuit, there is a resistor corresponding to the coil, capacitor, and wire, so the effective power is lost, unlike this circuit diagram.However, if the natural frequency of the circuit differs greatly from the natural frequency of the input voltage, the reactive power is maximized to reduce the magnitude of the current. Therefore, no-load loss power is also reduced.

도 3은 본 실시예의 급전시의 급전모듈부와 픽업의 회로도이다. 본 회로에서도 위상에 변화를 주지 않는 저항은 생략했다. 현재 픽업은 하나의 기구에 2개 이상의 코일이 있는 구조를 택하고 있기 때문에 본 실시예에서는 2개의 코일을 지닌 구조로 묘사하였다. 급전모듈부(301)는 급전부 캐패시터(Cinv: 304)와 급전부 코일(Linv: 306)의 직렬연결로 구성되어 있고 급전전압(Vinv)에 대하여 급전전류(Iinv: 305)가 흐른다. 이에 유도되는 픽업부의 두개의 코일회로를 P1부(302), P2부(303)라고 하면, 이에 유도되는 P1부(302)는 제1 캐패시터(Cp1: 308)와 제1 코일(Lp1: 309)의 직렬연결로 구성되어 있고 P1전류(Ip1: 307)가 흐르며 Vp1전압이 출력된다. 이와 함께 유도되는 P2부(303)는 제2 캐패시터(Ip2: 311)와 제2 코일(Lp2: 312)의 직렬연결로 구성되어 있고 P2전류(Ip2: 310)이 흐르며 Vp2전압이 출력된다.3 is a circuit diagram of a power supply module unit and a pickup at the time of power supply of this embodiment. In this circuit, the resistance that does not change the phase is omitted. Since the pick-up currently adopts a structure having two or more coils in one apparatus, this embodiment is described as a structure having two coils. The power supply module unit 301 is configured by a series connection of a feeder capacitor (Cinv) 304 and a feeder coil (Linv: 306), and a feed current (Iinv) 305 flows with respect to the feeder voltage Vinv. When the two coil circuits of the pick-up unit induced therein are called P1 unit 302 and P2 unit 303, the P1 unit 302 induced therein may be a first capacitor Cp1 308 and a first coil Lp1 309. P1 current (Ip1: 307) flows and Vp1 voltage is output. The P2 unit 303 induced together with the second capacitor Ip2 311 and the second coil Lp2 312 are connected in series, and a P2 current Ip2 310 flows to output a Vp2 voltage.

이때 입출력 전압과 전류의 관계식은 [수학식 1]과 같이 3원 2차 미분방정식의 형태로 나타난다.At this time, the relationship between the input and output voltage and the current is represented in the form of a ternary quadratic differential equation as shown in [Equation 1].

Figure 112012064147100-pat00001
Figure 112012064147100-pat00001

(Vinv: 급전전압, Iinv: 급전부 전류, Cinv: 급전부 캐패시턴스, Linv: 급전부 인덕턴스, Vp1: P1부 출력전압, Ip1: P1부 전류, Cp1: P1부의 캐패시턴스, Lp1: P1부의 인덕턴스, Vp2: P2부 출력전압, Ip2: P2부 전류, Cp2: P2부 캐패시턴스, Lp2: P2부 인덕턴스, MIp1: 급전부와 P1부간의 상호인덕턴스, MIp2: 급전부와 P2부간의 상호인덕턴스, Mp1p2: P1부와 P2부간의 상호인덕턴스)(V inv: feed voltage, I inv: power feeder current, C inv: feeding part capacitance, L inv: power feeder inductance, V p1: P1 unit output voltage, I p1: P1 sub-current, C p1: capacitance P1 part, L p1 : Inductance of P1 part, V p2 : P2 part output voltage, I p2 : P2 part current, C p2 : P2 part capacitance, L p2 : P2 part inductance, M Ip1 : Mutual inductance between power supply part and P1 part, M Ip2 : Mutual inductance between feeding part and P2 part, M p1p2 : Mutual inductance between P1 part and P2 part)

픽업부(P1, P2회로)가 완전 보상되어 있다고 가정하고 위 방정식을 급전모듈의 입력전압과 입력전류에 관해서 풀어보면 주파수 영역에서의 부하는 저항과 리엑턴스의 합에 옴의 법칙을 적용한 형태로 나타난다. 급전모듈부의 입력전압과 입력전류의 관계식은 [수학식 2]와 같다.Assuming that the pickup section (P1, P2 circuit) is fully compensated, and solve the above equation with respect to the input voltage and input current of the power supply module, the load in the frequency domain is applied with Ohm's law to the sum of resistance and reactance. appear. The relation between the input voltage and the input current of the power supply module is shown in [Equation 2].

Figure 112012064147100-pat00002
Figure 112012064147100-pat00002

이 중 공진과 관계가 있는 리엑턴스 부분을 보면 [수학식 3]과 같다. Among these, the reactance part related to resonance is as shown in [Equation 3].

Figure 112012064147100-pat00003
Figure 112012064147100-pat00003

즉 급전모듈부의 공진은 상호 인덕턴스와 픽업부에 흐르는 전류의 함수에 의해 결정된다.That is, the resonance of the power supply module part is determined by a function of mutual inductance and current flowing in the pickup part.

다시 말하면 픽업부에 흐르는 전류에 의해 급전모듈부에 유도전압이 생기고 그에 따라 급전모듈부의 실효 L값이 감소하는 효과가 생성되어 공진점이 변화되는 현상이 발생한다. 따라서 급전모듈부의 공진을 2차측에 정격 전류가 흐를 때를 기준으로 완전 공진 상태로 보상해 주면 급전이 일어나는 시점의 동작에서 선택적으로 최대 에너지가 전달된다.In other words, an induced voltage is generated in the power supply module part by the current flowing in the pickup part, thereby generating an effect of reducing the effective L value of the power supply module part, thereby causing a phenomenon in which the resonance point is changed. Therefore, if the resonance of the power supply module part is compensated to the full resonance state based on the flow of the rated current to the secondary side, the maximum energy is selectively transferred in the operation at the time of the power supply occurs.

도 4는 본 실시예의 비급전시 급전모듈 시스템의 회로도이다. 인버터(401)와 한쌍의 공통선로(403)가 연결되어 있는데 공통선로는 픽업의 주행경로를 따라 평행하게 배치한다. 이때 후술할 급전모듈(404)이 병렬로 연결될 수만 있다면 반드시 평행할 필요는 없다. 급전모듈(404)은 공통선로(403) 사이에 반복해서 병렬로 연결한다. 이때 급전모듈(404)은 픽업이 지나가는 동안 지속적으로 전력을 전송해야 하기 때문에 공통 선로와 평행 방향으로 상당한 길이를 가지는 것이 바람직하다. 각 공통선로에는 공통선로에서 생성되는 기생 인덕턴스를 공진값으로 보상해주기 위한 공통선로 보상 캐패시터(405)를 연결할 수 있고 각 급전모듈에는 급전모듈이 급전시 공진값으로 보상해 주기 위한 급전모듈 보상 캐패시터(406)를 연결할 수 있다.4 is a circuit diagram of a non-powering module module in the present embodiment. The inverter 401 and a pair of common lines 403 are connected, but the common lines are arranged in parallel along the driving route of the pickup. At this time, as long as the power supply module 404 to be described later can be connected in parallel it is not necessarily parallel. The power supply module 404 is repeatedly connected in parallel between the common lines 403. In this case, since the power supply module 404 must transmit power continuously while the pickup passes, it is preferable that the power supply module 404 has a considerable length in parallel with the common line. A common line compensation capacitor 405 may be connected to each common line to compensate parasitic inductance generated from the common line with a resonance value, and a power supply module compensation capacitor may be provided to each power supply module to compensate the resonance value when the power supply module is fed. 406 may be connected.

여기서 보상이란 리엑턴스를 0으로 만드는 캐패시턴스 값을 추가로 공급해주는 것을 말한다.Compensation here means providing an additional capacitance value that makes the reactance zero.

위와 같이 회로를 구성한 경우 픽업과 근접한 경우 전력이 전송되는, 반복되는 영역을 특정할 수 있는데, 이를 이하 급전 모듈(402)이라고 한다. 급전 모듈은 공통선로 구간과 공통선로 보상 캐패시터(405), 급전모듈 보상 캐패시터(406)와 하나의 급전모듈(404)을 포함한다. 이러한 각 모듈은 픽업과 근접한지 여부에 따라 상호 인덕턴스의 크기가 달라지므로 급전모듈의 임피던스가 달라진다. 이하 픽업과 최대한 근접한 경우 공진 주파수가 20kHz로 픽업이 멀리 떨어져 있거나 없는 경우 공진 주파수가 15kHz인 경우에 대하여 설명한다. 물론 이는 본 발명의 효과와 용이 실시 여부를 확인하기 위해 시뮬레이션에 사용된 설정치일 뿐 공진 주파수간 차이가 클수록 본 발명의 효과는 커지므로 설정치에 한정하여 권리범위를 해석하여서는 안 될 것이다.When the circuit is configured as described above, it is possible to specify a repetitive area in which power is transmitted when it is close to the pickup, which is referred to as a power supply module 402. The power supply module includes a common line section, a common line compensation capacitor 405, a power supply module compensation capacitor 406, and a power supply module 404. Each of these modules has different mutual inductance depending on whether they are close to the pickup, and thus the impedance of the power supply module is different. Hereinafter, a case where the resonant frequency is 20 kHz when the pickup is as close as possible to the pickup, and the resonant frequency is 15 kHz when the pickup is far away or absent will be described. Of course, this is only a setting value used in the simulation to confirm the effect and ease of implementation of the present invention, the greater the difference between the resonant frequency, the greater the effect of the present invention, and therefore should not be interpreted as the scope of the right.

이 경우 도 4에서 설명한 각 급전 모듈(402)들의 공진 주파수는 15kHz로 동일하게 주어진다.In this case, the resonance frequencies of the power supply modules 402 described in FIG. 4 are equally given to 15 kHz.

도 5는 본 실시예의 급전시 급전모듈 시스템과 픽업의 모듈도이다. 도 4의 회로도에서 특정 급전모듈의 상부에 픽업이 존재하여 상호인덕턴스의 값이 극대화되어 공진이 일어나는 시점의 회로를 도시하였다. 이때 특정 급전모듈의 임피던스는 공진점이 20kHz로 이동하므로 입력전력을 20kHz로 급전한 경우 유효전력이 극대화된다. 반면에 급전이 이루어지지 않는 급전모듈의 경우 상호인덕턴스의 값이 무시할 만큼 작기 때문에 공진주파수는 기존의 15kHz로 유지된다. 병렬연결이므로 동일한 20kHz의 입력 전력이 주어진 경우 공진이 일어나지 않기 때문에 픽업이 존재하지 않는 비급전 급전모듈의 무효전력이 커진다. 따라서 급전이 이루어지지 않는 급전모듈에서 흐르는 전류의 양이 감소되며, 손실되는 유효전력의 크기도 작아진다.5 is a module diagram of a power supply module system and a pickup at the time of power supply of this embodiment. In the circuit diagram of FIG. 4, a pickup exists on an upper portion of a specific power supply module to maximize the mutual inductance, and thus a circuit at the point of time when resonance occurs. At this time, the impedance of a specific power supply module moves to 20kHz, so the effective power is maximized when the input power is supplied at 20kHz. On the other hand, in the case of the feed module that does not feed, the resonance frequency is maintained at 15 kHz because the value of mutual inductance is negligibly small. Since the parallel connection does not cause resonance when given the same input power of 20kHz, the reactive power of the non-feeding module with no pickup increases. Therefore, the amount of current flowing in the power supply module that is not powered is reduced, and the amount of effective power lost is also reduced.

위와 같은 방식으로 공진보상이 이루어진 경우 픽업의 위치에 따라 급전모듈의 공진주파수가 변동이 일어나는 것을 이용하여 급전이 일어나는 구간의 급전 모듈에 선택적으로 유효전력을 집중시키고 나머지 급전모듈에서 소모되는 무부하 손실량을 줄일 수 있다.When resonance compensation is made in the above manner, the resonance frequency of the power supply module varies depending on the pickup position, and thus, the active power is selectively concentrated in the power supply module in the section where the power supply occurs, and the no-load loss consumed by the remaining power supply modules Can be reduced.

도 6은 본 실시예의 급전시 급전 모듈과 픽업의 예시도이다. 급전모듈은 도 5에서 설명한 바와 같이 급전전원으로부터 전력을 인가받아 주파수에 맞는 교류전압으로 변환하는 인버터로 구성된 급전부(601), 공통 선로구간, 급전모듈로 구성된다. 여기서는 공진주파수에 맞게 인덕턴스를 보상해주는 캐패시터들을 생략하였다. 본 실시예에서 급전모듈은 병렬로 연결되어 일정 구간별로 자기장을 공급해주기 위한 것으로 본 예시도의 묘사에 한정될 필요는 없다. 급전모듈은 페라이트 코어를 권취한 형태일 수 있으며, 원형코일 쌍의 반복적인 배치일 수도 있다. 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.6 is an exemplary view of a power supply module and a pickup at the time of power supply of this embodiment. The power supply module includes a power supply unit 601, a common line section, and a power supply module, each of which includes an inverter that receives power from the power supply and converts the AC voltage to a frequency as described in FIG. 5. The capacitors that compensate for inductance for the resonance frequency are omitted here. In this embodiment, the power supply module is connected in parallel to supply a magnetic field for each predetermined period and need not be limited to the description of the exemplary diagram. The feeding module may be in the form of winding a ferrite core, or may be a repetitive arrangement of a pair of circular coils. Those skilled in the art to which this embodiment belongs will be applicable to various modifications and changes within the scope not departing from the essential characteristics of one embodiment of the present invention.

이하 일실시예로서 도 6을 참조하여 픽업의 구현방법에 대해 설명한다. 픽업의 집전장치는 자속이 유기되는 집전 코어 및 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 포함하며 급전모듈과 자속에 의해 자기적으로 커플링되는 집전 유닛을 이용하여 급전모듈로부터 형성된 유도 기전력을 공급받는다. 이러한 집전장치는 바람직하게는 픽업의 하부에 구현되되 급전장치의 위치에 대응되게 구현된다.Hereinafter, an implementation method of the pickup will be described with reference to FIG. 6 as an embodiment. The current collector of the pickup includes a current collector core in which magnetic flux is induced and a current collecting cable wound around the current collector core, and is supplied with an induced electromotive force formed from the power feeding module by using the power feeding module and a current collecting unit magnetically coupled by the magnetic flux. Such a current collector is preferably implemented at the bottom of the pickup but corresponding to the position of the power feeding device.

집전코어는 급전모듈과 자속에 의해 자기적으로 커플링되며 구비된 집전 케이블을 통해 급전모듈로부터 유도 기전력을 전달받는다. 집전 유닛은 집전 코어 및 집전 코어에 권취되는 집전 케이블을 구비한다. 집전 회로는 집전 유닛으로부터 출력되는 유도 기전력을 직류로 변환한다. 배터리는 집전회로에 의해 변환된 직류를 저장한다.The current collector core is magnetically coupled by the power supply module and the magnetic flux, and receives induced electromotive force from the power supply module through the current collector cable. The current collecting unit includes a current collecting core and a current collecting cable wound around the current collecting core. The current collector circuit converts the induced electromotive force output from the current collector unit into direct current. The battery stores the direct current converted by the current collecting circuit.

집전장치의 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에 따른 집전 장치는 집전 코어(610), 집전 케이블(620, 622, 624, 626), 집전 회로(630) 및 배터리(650)를 포함하여 구성할 수 있다. 집전 코어(610)는 소정의 폭과 길이를 갖는 집전 본체와, 집전 본체를 집전 코어(610)의 폭 방향 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 동일한 방향으로 돌출된 집전 돌출부(614,615)를 구비하고 집전 픽업의 불요자장을 상쇄하기 위한 전선 권취방법으로 각 코일의 권취 방향을 코어의 각 돌출부(614,615)에 한쪽은 시계방향으로 다른 쪽은 반시계 방향으로 권취하도록 설계되어질 수 있다. 또한, 집전 돌출부의 돌출방향은 집전 코어(610)의 폭방향 및 집전 코어(610)의 길이 방향 모두에 수직하며 집전 본체를 길이 방향에 수직하게 절단한 단면의 형상이 '∩' 형상을 하도록 한다. 이때, 집전 돌출부(614,615)는 급전 돌출부와 서로 대향된 방향으로 돌출된다. 집전 케이블(620, 622, 624, 626)은 집전 코어(610)의 집전 돌출부(614,615)에 권취될 수 있으며, 경우에 따라서는 집전 본체(612)에 권취될 수도 있다.Each module of the current collector will be described below. The current collector according to the present exemplary embodiment may include a current collector core 610, current collector cables 620, 622, 624, and 626, current collector circuit 630, and a battery 650. The current collector core 610 includes a current collector body having a predetermined width and length, and current collector protrusions 614 and 615 protruding the current collector body in the same direction on the left and right ends in the width direction of the current collector core 610, respectively. As a wire winding method for canceling the unnecessary magnetic field of the coil, the winding direction of each coil may be designed to wind one side clockwise and the other counterclockwise to each protrusion 614 and 615 of the core. In addition, the projecting direction of the current collector protrusion is perpendicular to both the width direction of the current collector core 610 and the longitudinal direction of the current collector core 610, so that the shape of the cross section cut perpendicularly to the longitudinal direction of the current collector body has a '∩' shape. . At this time, the current collecting protrusions 614 and 615 protrude in a direction opposite to the feeding protrusions. The current collecting cables 620, 622, 624, and 626 may be wound around current collecting protrusions 614 and 615 of the current collecting core 610, and in some cases, may be wound around the current collecting body 612.

집전회로(630)는 제1 케이블(620)과 제2 케이블(622)을 한쌍으로 연결하는 제1 정류기, 제3 케이블(624)과 제4 케이블(626)을 한쌍으로 연결하는 제2 정류기, 제1 정류기와 제2 정류기와 연결되는 전압조절부를 포함한다. 이러한 제1 정류기와 제2 정류기는 집전유닛으로부터 교류 전력을 직류 전류로 변환한 후 전압조절기로 공급하는 장치를 말한다. 한편, 제1 정류기 또는 제2 정류기는 교류 전력에서 직류진력을 얻기 위해 정류작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로소자 또는 장치를 말하며, 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가진다. 한편, 전압조절부는 변동이 있는 각종 입력을 필요한 평활성과 레벨로 변환하여 출력하는 장치를 말한다.The current collecting circuit 630 may include a first rectifier connecting the first cable 620 and the second cable 622 in pairs, a second rectifier connecting the third cable 624 and the fourth cable 626 in pairs, And a voltage regulator connected to the first rectifier and the second rectifier. The first rectifier and the second rectifier are devices for converting AC power into direct current from a current collector unit and supplying the same to a voltage regulator. On the other hand, the first rectifier or the second rectifier refers to an electrical circuit device or device made with a focus on the rectifying action to obtain a direct current from the AC power, and has a function of passing the current in only one direction. On the other hand, the voltage regulator refers to a device for converting the various inputs with a fluctuation to the required smoothness and level and outputs.

위와 같은 구성을 통하여 자속의 급격한 변화가 제공되는 구간에 자속의 변화를 유기하는 인덕턴스를 배치하고 여기서 생성된 기전력을 통해 생성된 전류를 정류하여 직류 전원으로 변환하고 변환된 직류 전원을 배터리 및 픽업의 전원으로 사용하는 집전장치를 제작하여 사용할 수 있다. 본 픽업의 일 실시예는 주로 급전부에 특징이 있는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 될 것이다. 당업자에게 자명한 영역에 대하여 변용되어 실시될 수 있다.Through the above configuration, an inductance for inducing a change in magnetic flux is arranged in a section in which a sudden change in magnetic flux is provided, rectifying the generated current through the electromotive force generated therein, converting the current into a DC power source, and converting the converted DC power source into a battery and a pickup. The current collector used as a power source can be manufactured and used. One embodiment of the pickup should not be construed to limit the scope of the invention, which is mainly characterized by the feeder. Modifications may be made to areas apparent to those skilled in the art.

급전모듈은 철로 하부에 구현될 수 있으나 본 발명의 특징상 급전시 높은 상호 인덕턴스가 유도될수록 급전이 일어나는 급전모듈과 급전이 일어나지 않는 급전 모듈 간의 공진점의 차이가 커져서 효율이 높아지므로 열차의 하단에 가까이 구현하는 것이 바람직하다. 일반적으로 고속철도의 공극(Air Gap)은 9cm 이하로 구현될 수 있다.The feeding module may be implemented in the lower part of the railway, but as the mutual mutual inductance is induced during feeding, the difference between the resonance point between the feeding module in which feeding takes place and the feeding module in which feeding does not occur increases and thus the efficiency increases, so that the feeding module is closer to the bottom of the train. It is desirable to implement. In general, the air gap of the high-speed railway (Air Gap) can be implemented to less than 9cm.

도 7은 본 실시예의 시뮬레이션 대상으로서 구현한 회로의 회로도이다. 본 시뮬레이션은 매틀랩(Matlab)을 통해 측정되었으며 회로도는 이해의 용이성을 위하여 측정 대상 회로를 대상으로 설명한다. 회로는 도 4의 회로와 같게 구성하였다. 따라서 인버터에 한 쌍의 공통 선로가 평행하게 연결하고 이들 사이에 한개의 급전 인덕턴스와 보상 캐패시터로 구성된 세그먼트들을 병렬로 연결하였다. 이때 보상 캐패시터는 공진이 일어나는 동안 20kHz의 공진점을 가지도록 보상하였고 공진이 일어나지 않는 경우 15kHz의 공진점을 갖는다. 급전시 공진점에 맞는 전력을 공급해야 하므로 인버터는 20kHz의 주파수로 50V의 사각파를 입력하였다. 공통선로의 보상 캐패시터는 기생 인덕턴스의 영향을 제거하기 위해 20kHz의 공진점에 해당 되도록 보상하는 캐패시턴스로 선택하였다.7 is a circuit diagram of a circuit implemented as a simulation target of this embodiment. This simulation was measured by Matlab and the circuit diagram is described for the circuit to be measured for ease of understanding. The circuit was constructed similarly to the circuit of FIG. Therefore, a pair of common lines were connected in parallel to the inverter, and a segment consisting of one feed inductance and compensation capacitor was connected in parallel. In this case, the compensation capacitor is compensated to have a resonance point of 20 kHz during resonance, and has a resonance point of 15 kHz when no resonance occurs. The inverter inputs a square wave of 50V at a frequency of 20kHz because power must be supplied to match the resonance point when feeding. The compensation capacitor of the common line was selected as the capacitance to compensate for the resonance point of 20kHz to remove the effect of parasitic inductance.

이때 픽업의 위치에 따라 공진이 선택적으로 일어나므로 입력 전류와 공진이 일어나지 않는 세그먼트 ＃1, 공진이 일어나는 세그먼트 ＃2에서 각각의 세그먼트에 흐르는 전류를 측정하여 본 발명의 효과인 병렬 연결된 급전모듈에 대한 선택적인 전력집중을 확인하였다.In this case, since resonance occurs selectively according to the position of the pickup, the current flowing through each segment in the segment ＃ 1 where the input current and the resonance do not occur and the segment ＃ 2 where the resonance occurs is measured. Selective power concentration was identified.

도 8은 도 7의 회로에서 측정된 각각의 전류값을 나타낸 그래프이다. 푸른색으로 표시된 그래프는 세그먼트 ＃1에서 측정된 전류(810)이다. 입력전류가 20kHz이지만 공진점이 15kHz이므로 전류가 거의 흐르지 않는다. 붉은색으로 표시된 그래프는 세그먼트 ＃2에서 측정된 전류(820)이다. 회로에서 유일하게 공진이 일어나고 있는 공통 선로의 연결점이기 때문에 대부분의 입력 전압에 따른 전류가 흐르게 된다. 노란색으로 표시된 그래프는 인버터에서 입력해준 전압에 따라 측정된 전원전류(830)이다.8 is a graph illustrating respective current values measured in the circuit of FIG. 7. The graph shown in blue is the current 810 measured in segment # 1. Although the input current is 20kHz, the resonance point is 15kHz, so little current flows. The graph shown in red is the current 820 measured in segment # 2. Since the only connection point of the common line where resonance occurs in the circuit, most of the input voltage flows. The graph shown in yellow is the power current 830 measured according to the voltage input from the inverter.

본 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있듯이 이동하는 픽업으로 인해 자기결합이 선택적으로 일어나면 공진점이 변하고 각 세그먼트들에 자기 결합이 일어난 구간의 공진점으로 전압을 인가해주면 선택적으로 전류량을 집중시킬 수 있음을 확인할 수 있다.As can be seen from the simulation results, when the magnetic coupling occurs selectively due to the moving pick-up, the resonance point changes, and if the voltage is applied to the resonance point of the section where the magnetic coupling occurs, the current amount can be selectively concentrated. .

본 발명은 상호인덕턴스를 주어진 것으로 보고 최적화를 추구하는 기술분야의 일반적인 접근법과 달리 집전부가 이동할 때 급전부에 주어지는 상호인덕턴스가 변한다는 사실을 장애의 요소가 아닌 이용의 대상으로 보고 접근한 발명이다. 따라서 구체적인 실시예를 묘사하기보다 원리를 명확하게 서술하여 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 작성되었다. 따라서 병렬 연결을 통해 분절적인 급전구간을 설정하여 구간별 유효전력의 크기를 다르게 구성한다는 발명의 기술적 사상이 넓게 보호될 수 있도록 해석되어야 할 것이다. 예를들어 급전모듈 보상 캐패시터는 본 발명의 핵심적인 구성요소이지만 급전시 공진을 일으키기 위한 구성요소이므로 인덕터만으로 급전시 공진이 일어나도록 구성한다면 본 발명의 실시를 위하여 바람직하게는 생략될 수 있어야 한다. 또한 공통선로 보상 캐패시터는 필수 구성요소가 아니다.Unlike the general approach in the art of looking for optimization and considering mutual inductance, the present invention approaches and views the fact that the mutual inductance given to the feeder changes when the current collector moves. . Therefore, rather than describing specific embodiments, the principles are clearly described in order to facilitate the invention. Therefore, it should be interpreted that the technical idea of the invention that the effective power for each section is configured differently by setting segmental feeding sections through parallel connection can be widely protected. For example, the feed module compensation capacitor is a core component of the present invention, but is a component for generating resonance when feeding, so if the inductor is configured to generate resonance upon feeding only, it should be preferably omitted for the practice of the present invention. Also, common line compensation capacitors are not an essential component.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

601: 급전부 610: 집전 코어
614: 집전 돌출부 620: 제1 케이블
622: 제2 케이블 630: 집전 회로
650: 배터리 810: 비급전시 전류 그래프
820: 급전시 전류 그래프 830: 전원전류601: Feeder 610: current collector core
614: current collecting protrusion 620: first cable
622: second cable 630: current collecting circuit
650: battery 810: current when non-powered
820: power supply current graph 830: power supply current

Claims (17)

전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서,
한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및
상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되,
상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈
을 포함하고, 상기 공통선로에는 기생 인덕턴스를 보상하기 위하여 상기 교류전원의 주파수에서 공진이 일어나도록 설정된 공통선로 보상 캐패시터가 연결된것을 특징으로 하는 급전 장치.In the power supply device for wirelessly supplying electric power using an electromagnetic induction principle to an electrically driven vehicle,
A common line in which a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end; And
Are respectively connected to the pair of wires,
A plurality of power supply modules connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied;
And a common line compensation capacitor connected to the common line so that resonance occurs at a frequency of the AC power source to compensate for parasitic inductance. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 공통선로 보상 캐패시터는 상기 공통선로에 직렬로 복수개가 연결된 것을 특징으로 하는 급전 장치.The method of claim 1,
And a plurality of common line compensation capacitors are connected in series to the common line. 제1항에 있어서,
상기 공통선로 보상 캐패시터는 상기 급전모듈과 이웃한 급전모듈을 연결하는 상기 공통선로에 연결된 것을 특징으로 하는 급전장치.The method of claim 1,
And the common line compensation capacitor is connected to the common line connecting the power supply module and a neighboring power supply module. 제1항에 있어서,
상기 교류전원은 인버터를 통해 인가되되,
상기 교류전원의 주파수는 급전이 일어날 때의 상기 급전모듈의 공진주파수인 것을 특징으로 하는 급전장치.The method of claim 1,
The AC power is applied through an inverter,
And a frequency of the AC power supply is a resonant frequency of the power supply module when power supply occurs. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서,
한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및
상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되,
상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈
을 포함하고, 상기 급전모듈은 페라이트 코어에 권취되는 것을 특징으로 하는 급전장치.In the power supply device for wirelessly supplying electric power using an electromagnetic induction principle to an electrically driven vehicle,
A common line in which a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end; And
Are respectively connected to the pair of wires,
A plurality of power supply modules connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied;
And a power feeding module wound around the ferrite core. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서,
한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및
상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되,
상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈
을 포함하고, 상기 급전모듈은 하나 이상의 원형코일 쌍을 반복적으로 배치하는 형태인 것을 특징으로 하는 급전장치.In the power supply device for wirelessly supplying electric power using an electromagnetic induction principle to an electrically driven vehicle,
A common line in which a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end; And
Are respectively connected to the pair of wires,
A plurality of power supply modules connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied;
Includes, wherein the power supply module is a power supply device characterized in that the form of repeatedly disposing one or more circular coil pair. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하기 위한 급전장치에 있어서,
한 쌍의 도선이 평행하게 배치되어 일단에서 교류전원을 인가받는 공통선로; 및
상기 한 쌍의 도선에 각각 연결되되,
상기 공통선로의 복수 개의 지점에 서로 병렬로 연결되어, 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나는 임피던스를 가지고 상기 전력을 전달하는 복수 개의 급전모듈
을 포함하고, 상기 급전모듈은 상기 전력을 공급할 때 집전장치와 공진이 일어나도록 보상해주는 캐패시턴스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 장치.In the power supply device for wirelessly supplying electric power using an electromagnetic induction principle to an electrically driven vehicle,
A common line in which a pair of conductors are arranged in parallel to receive AC power at one end; And
Are respectively connected to the pair of wires,
A plurality of power supply modules connected in parallel to a plurality of points of the common line, and transferring the power with an impedance in which resonance occurs with a current collector when the power is supplied;
And a power supply module further comprising a capacitance for compensating for resonance with a current collector when the power is supplied. 제1항에 있어서,
상기 공통선로는 상기 운송수단의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 급전장치.The method of claim 1,
The common line is a power supply device, characterized in that disposed in the lower portion of the vehicle. 제1항에 있어서,
상기 공통선로는 지하에 매설된 것을 특징으로 하는 급전장치.The method of claim 1,
The feeder, characterized in that the common line is buried underground. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하는 급집전시스템에 있어서,
교류 전원을 공급하는 인버터;
상기 인버터에 각각 연결된 한 쌍의 공통선로;
상기 공통선로에 병렬로 연결된 복수 개의 급전모듈; 및
상기 급전모듈에 근접한 경우 자기적으로 커플링되어 상기 전력을 집전하기 위한 집전모듈을 내부에 포함하는 픽업
을 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전 시스템.In a power supply system for supplying electric power to the electrically driven vehicle by using the electromagnetic induction principle,
An inverter for supplying AC power;
A pair of common lines each connected to the inverter;
A plurality of power supply modules connected in parallel to the common line; And
Pick-up including a current collecting module therein to be magnetically coupled when the proximity to the power supply module for collecting the power
Feeding system, comprising a. 제11항에 있어서,
상기 급전모듈에 보상 캐패시터가 직렬로 연결되되,
상기 보상 캐패시터의 캐패시턴스는, 급전이 일어나는 시점의 상호인덕턴스를 기준으로 급전모듈의 리액턴스를 보상하여 공진이 일어나는 크기의 캐패시턴스인 것을 특징으로 하는 급집전 시스템.12. The method of claim 11,
Compensation capacitor is connected in series to the power supply module,
The capacitance of the compensation capacitor, the power supply system, characterized in that the capacitance of the magnitude of the resonance occurs by compensating the reactance of the power supply module on the basis of the mutual inductance at the time of the power supply. 제11항에 있어서,
상기 인버터가 공급하는 교류전원은 급전이 일어날 때의 공진 주파수인 것을 특징으로 하는 급집전 시스템.12. The method of claim 11,
AC power supplied by the inverter is a power supply system, characterized in that the resonant frequency when the power supply occurs. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하는 급전 시스템에 있어서,
인버터를 통해 특정 주파수의 교류 전원을 공급하되
상기 인버터에 연결되어 상기 전원을 공급받는 한 쌍의 공통 선로에 복수 개의 급전모듈을 병렬로 연결하고 상기 인버터가 생성하는 주파수는 집전장치와의 거리가 가까울 때의 상기 급전모듈의 공진주파수인 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.In a power supply system for wirelessly supplying power to an electrically driven vehicle using the electromagnetic induction principle,
The inverter supplies AC power at a specific frequency
A plurality of power supply modules are connected in parallel to a pair of common lines connected to the inverter and supplied with power, and the frequency generated by the inverter is a resonance frequency of the power supply module when the distance to the current collector is close. Wireless feeding system to do. 제14항에 있어서,
상기 급전모듈에는 집전장치가 근접했을 때 공진이 일어나도록 리액턴스를 보상하는 크기의 캐패시턴스를 지닌 보상 캐패시터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.15. The method of claim 14,
And a compensation capacitor having a capacitance of a size that compensates for reactance so that resonance occurs when the current collector is close to the power supply module. 전기로 구동되는 운송수단에 전자기 유도 원리를 이용하여 전력을 무선으로 공급하는 급전 장치에 있어서,
전력을 공급하는 한 쌍의 공통 선로의 복수개의 지점에 급전 코일을 병렬로 연결하되,
집전장치와의 거리가 변함에 따라 달라지는 상호 인덕턴스를 보상하기 위하여 급전이 일어나는 시점에 공진이 일어나는 캐패시턴스를 가진 캐패시터가 연결된 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.In a power supply device for wirelessly supplying electric power to an electrically driven vehicle by using an electromagnetic induction principle,
Connect the feed coils in parallel to multiple points on a pair of common lines that supply power,
A wireless power supply system, characterized in that a capacitor having a capacitance that resonance occurs at the time of power supply to compensate for mutual inductance that varies with the distance to the current collector. 제16항에 있어서,
상기 급전 코일은 상기 운송수단의 하부에 근접하도록 돌출된 형태인 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.17. The method of claim 16,
The power feeding coil is a wireless power supply system, characterized in that protruding to approach the lower portion of the vehicle.
KR1020120087771A 2012-08-10 2012-08-10 High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same KR101369176B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120087771A KR101369176B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120087771A KR101369176B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140021366A KR20140021366A (en) 2014-02-20
KR101369176B1 true KR101369176B1 (en) 2014-03-06

Family

ID=50267881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120087771A KR101369176B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101369176B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108297731B (en) * 2018-03-20 2023-10-13 广东工业大学华立学院 Wireless charging system of electric automobile

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009071909A (en) * 2007-09-11 2009-04-02 Showa Aircraft Ind Co Ltd Mobile noncontact power feeder
JP2010040699A (en) * 2008-08-04 2010-02-18 Showa Aircraft Ind Co Ltd Noncontacting feed device
JP2012010546A (en) 2010-06-28 2012-01-12 Equos Research Co Ltd Non-contact power transmission system, non-contact power transmission device and impedance adjusting method
KR101131586B1 (en) 2010-07-13 2012-03-30 한국과학기술원 Resonator for magnetic resonance power transmission device using current source input

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009071909A (en) * 2007-09-11 2009-04-02 Showa Aircraft Ind Co Ltd Mobile noncontact power feeder
JP2010040699A (en) * 2008-08-04 2010-02-18 Showa Aircraft Ind Co Ltd Noncontacting feed device
JP2012010546A (en) 2010-06-28 2012-01-12 Equos Research Co Ltd Non-contact power transmission system, non-contact power transmission device and impedance adjusting method
KR101131586B1 (en) 2010-07-13 2012-03-30 한국과학기술원 Resonator for magnetic resonance power transmission device using current source input

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140021366A (en) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mude et al. Comprehensive review and analysis of two-element resonant compensation topologies for wireless inductive power transfer systems
JP6671287B2 (en) System and method for powering an electric vehicle on a road
Mi et al. Modern advances in wireless power transfer systems for roadway powered electric vehicles
Green et al. 10 kHz inductively coupled power transfer-concept and control
Qiu et al. Overview of wireless charging technologies for electric vehicles
JP6144195B2 (en) Inductive power transfer system primary track topology
KR101045585B1 (en) Wireless power transfer device for reducing electromagnetic wave leakage
CA2541323A1 (en) Distributed floating series active impedances for power transmission systems
CN107710358B (en) Primary-side arrangement of a primary winding structure, method for producing a primary-side arrangement, system for inductive power transfer, and method for inductively supplying power to a vehicle
CN103259345B (en) A kind of contactless power supply system of travelling car of parallel resonance series compensation
CN106849678B (en) The power regulating method of multi-inverter parallel inductive electric energy transmission system
Sagar et al. A comprehensive review of the recent development of wireless power transfer technologies for electric vehicle charging systems
CN106208414B (en) The inductive electric energy transmission system of more primary coils of the automatic resonance compensation of energy
CN110962634B (en) Magnetic suspension train non-contact auxiliary power supply device and method based on high-frequency current injection
Wang et al. Review and research progress of wireless power transfer for railway transportation
Kim et al. Magnetic design of a three-phase wireless power transfer system for EMF reduction
CN208142936U (en) A kind of power supply unit for guide tracked non-contact electric energy transmission system
KR101369176B1 (en) High Power Charging And Pick-up Apparatus And Resonance Tuning Method for Same
CN105811788A (en) High potential energy supply system used for high voltage power electronic device
CN107276240B (en) Power transmission device
KR101172757B1 (en) Power Intermediating Apparatus, Power Intermediate-Feeding Apparatus and Power Transmission Apparatus by Using Contactless Method
Almuhannadi et al. Performance assessment of inductive power transfer for railway applications
CN106787766A (en) Circuit of reversed excitation and electronic installation
CN111509866A (en) Multi-receiving-coil rail transit contactless power supply device with segmented transmitting coils
CN114868320A (en) Non-contact power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170125

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200129

Year of fee payment: 7