KR101377522B1

KR101377522B1 - 급전모듈

Info

Publication number: KR101377522B1
Application number: KR1020120083294A
Authority: KR
Inventors: 조동호; 정구호; 신승용; 이석환; 김양수; 송보윤
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-03-27
Also published as: KR20140017093A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 급전모듈에 관한 것으로, 이는 자기 차폐용 재료로 만들어지고 다수의 공통선이 통과하는 본체, 이 본체의 양측면에 직립하여 고정되는 방열판, 본체로부터 이격되어 방열판의 상부에 설치되는 급전코어, 이 급전코어 상에서 수직코어부들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 급전선, 직선으로 뻗은 일측 급전선과 직선으로 뻗은 타측 급전선을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바, 및 급전선 또는 공통선과 연결되는 공진 캐패시터를 포함하여서, 급전선을 급전코어 상에 권선할 때 만곡부분이 생기지 않게 함으로써, 급전출력이 떨어지는 것을 방지하게 됨과 더불어, 급전모듈 내에서 효율적으로 공간을 활용하여 궁극적으로 급전장치 및 집전장치의 성능 향상에 기여하게 되는 효과가 있다.

Description

급전모듈 {Power supply module}

본 발명의 일 실시예는 예컨대 자기유도방식으로 전력을 전달하는 전기자동차의 급전장치를 구성하는 급전모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 급전도로를 복수개의 급전세그먼트로 나누고 각 급전세그먼트마다 복수개의 급전선이 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성할 수 있도록 된 급전모듈을 제공하되, 급전선을 권선할 때 생기는 만곡부분을 없애고 공진 캐패시터를 효율적으로 배치하여 소요공간의 절감과 급전출력의 극대화를 이룰 수 있는 급전모듈에 관한 것이다.

공해방지 및 석유에너지에 대한 의존도를 낮추기 위한 대안으로서, 전기만으로 구동하는 전기자동차와 전기 및 내연기관을 선택적으로 사용하는 하이브리드 자동차가 개발되었다.

그러나 현재까지 개발된 전기자동차 및 (플러그인) 하이브리드 자동차는 배터리를 충전하기 위해 플러그 등을 이용하여 외부에 마련된 전원공급장치와 장시간 동안 접속하고 있어야 하고, 1 회의 충전만으로 운행할 수 있는 거리가 매우 제한적이라는 단점이 있다.

때문에, 최근에는 배터리를 이용한 전기자동차의 대안으로서 자기유도방식의 전기자동차가 부각되고 있다.

자기유도방식의 전기자동차는 전기를 공급하는 급전도로(또는 급전레일)가 필수적으로 필요하다. 이러한 방식의 전기자동차(또는 전기열차)가 운행에 필요한 전력을 충전하기 위해서는 급전도로 위를 주행하기만 하면 된다. 즉, 전기자동차는 급전도로 위를 주행하는 중에 급전선에 고주파의 전력이 공급되면 급전선과 전기자동차에 장치된 집전장치 사이의 전자기유도의 원리에 의해 주행에 필요한 전력을 공급받게 되는 것이다.

이러한 급전도로에 전력을 공급하기 위해서는 많은 수의 인버터가 구비되어야 하는데, 인버터는 용량에 따라 가격이 커지므로 가능한 하나의 인버터로 적은 용량의 전력을 공급할 수 있도록 효율적으로 급전선을 배선할 필요가 있다.

이에 본 출원인은 급전도로를 복수개의 급전세그먼트로 나누고 각 급전세그먼트마다 복수개의 급전선이 전력을 공급받아 자기장을 형성할 수 있도록 하는 급전모듈을 제안함으로써 인버터의 전력공급 효율을 높여 인버터의 용량을 가능한 줄일 수 있도록 된 분리배선을 구현하였다.

하지만, 종래의 급전모듈에서는 급전선을 급전코어 상에 권선할 때 불가피하게 만곡부분이 생기게 되는데, 이러한 만곡부분에서는 급전출력이 떨어진다고 하는 문제가 있었다. 더구나, 급전출력이 떨어지는 만곡부분이 곡률을 갖기 때문에, 급전모듈 내에서 만곡부분이 차지하는 공간이 커서 비효율적으로 공간을 활용하게 되는 문제도 있었다.

한편, 급전선이 길어지면 급전선이 갖는 자체 인덕턴스가 증가하여 저항이 커지므로 같은 전류를 흘려도 전류가 잘 흐르지 않게 되고, 목표한 전류를 흘려 주기 위해서는 전압을 크게 해서 보내주어야 하는 데 이는 비경제적이다. 따라서, 급전선의 길이로 인한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 공진 캐패시터가 설치됨으로써, 급전선에서 인덕턴스로 인한 전압을 보상하여 이를 낮춰줄 수 있게 된다.

그런데 다수의 공진 캐패시터를 설치하려면 그 배치도 곤란하고 배선은 복잡하게 되는 문제가 있었다. 특히, 급전세그먼트를 구성하는 급전모듈들 사이에 배치하는 경우에는, 공간 활용의 비효율화는 물론 급전출력이 떨어지는 공간을 부가하게 되어, 결국 집전효율도 감소한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 급전도로를 복수개의 급전세그먼트로 나누고 각 급전세그먼트마다 복수개의 급전선이 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성할 수 있도록 된 급전모듈을 제공하되, 급전선을 권선할 때 생기는 만곡부분을 없애고 공진 캐패시터를 효율적으로 배치하여 소요공간의 절감과 급전출력의 극대화를 이룰 수 있는 급전모듈을 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈은, 자기 차폐용 재료로 만들어지고 다수의 공통선이 통과하는 본체, 상기 본체의 양측면에 직립하여 고정되는 한 쌍의 방열판, 상기 본체로부터 이격되어 상기 방열판들의 상부에서 상기 방열판들 사이에 설치되는 급전코어, 상기 급전코어 상에서 수직코어부들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 적어도 한 쌍의 급전선, 직선으로 뻗은 일측 급전선과 직선으로 뻗은 타측 급전선을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바, 및 상기 급전선들 중 하나 또는 상기 공통선들 중 하나와 연결되는 공진 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 급전모듈에서, 상기 공진 캐패시터는 상기 본체와 상기 급전코어 사이의 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 급전모듈에서, 상기 급전선과 상기 공진 캐패시터 또는 상기 공통선과 상기 공진 캐패시터를 연결하는 제2버스바를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 급전선을 급전코어 상에 권선할 때 버스바를 사용하여 만곡부분이 생기지 않게 함으로써, 급전출력이 떨어지는 것을 방지하게 됨과 더불어, 급전모듈 내에서 효율적으로 공간을 활용하는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 다수의 공진 캐패시터를 급전모듈 내에 배치하여 급전모듈들 사이에 형성되는 급전출력이 떨어지는 공간을 최소화시킬 수 있게 되며, 궁극적으로 급전장치 및 집전장치의 성능 향상에 기여하게 되는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈이 적용될 수 있는 급전시스템의 한 예를 도시한 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 급전시스템의 전력공급 방식을 설명하기 위해 각 인버터와 급전선의 연결관계를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈이 설치된 상태를 도시하되, 커버를 생략한 채로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 급전모듈을 상세히 도시한 단면도이다.
도 5는 공진 캐패시터의 연결관계를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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.

참고로, 본 명세서에서 급전세그먼트는 급전도로(또는 급전레일)를 구성하는 단위 또는 길이를 지칭하는 용어로 사용된다. 또, 급전세그먼트는 다수의 급전모듈을 포함하는 용어로 사용된다. 명확히 하기 위해 예를 들어 설명하자면, 1 km의 급전도로(또는 급전레일)는 200 m의 길이를 갖는 5개의 급전세그먼트를 포함하며, 각 급전세그먼트는 20 m의 길이를 갖는 10개의 급전모듈을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈이 적용될 수 있는 급전시스템의 한 예를 도시한 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 급전시스템의 전력공급 방식을 설명하기 위해 각 인버터와 급전선의 연결관계를 나타낸 회로도이다.

급전도로(또는 급전레일)의 급전시스템은 N(여기서 N은 1 이상의 자연수) 개의 급전세그먼트(110 ~ 150) 및 인버터부(200)를 구비할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 N이 5인 예가 나타나 있다.

직류전원(300)은 가령 단상의 교류 전원을 인가받아 직류로 변환하여 출력함으로써 인버터부(200)에 직류를 공급할 수 있다.

인버터부(200)는 M(여기서 M은 1 이상의 자연수) 개의 인버터(201 ~ 210)를 구비하고, 각 인버터가 해당 급전선(401 ~ 410)에 대해 각각 전력을 공급할 수 있다. 또한, 이들 급전선은 공통선(400)을 구성한다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 제1인버터(201)는 제1급전선(401)에 전력을 공급하고, 제2인버터(202)는 제2급전선(402)에 전력을 공급하며, M번째 인버터는 M번째 급전선에 각각 전력을 공급한다. 도 2에는 M이 10인 예가 나타나 있다.

각 급전세그먼트(110 ~ 150)는 급전코어(505) 및 급전선을 포함한 M(여기서 M은 1 이상의 자연수) 개의 급전모듈(500)을 포함할 수 있다. 이들 급전모듈(500)은 실제로 수십 cm의 간격을 두고서 각 급전세그먼트(110 ~ 150) 내에 그 길이방향으로 정렬되어 있다.

급전선(401 ~ 410)은 해당 급전모듈(500)에 있는 급전코어(505)의 상부에 위치한다. 해당 급전모듈이 아닌 경우에는 급전코어(505)의 하부에 위치하여 급전모듈(500)을 지나간다. 각 급전선에 대응되는 해당 급전모듈(500)은 소정의 간격을 두고 급전세그먼트(110 ~ 150)마다 번갈아 배치된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1급전선(401)은 제1급전세그먼트(110)의 첫 번째 급전모듈, 제2급전세그먼트(120)의 첫 번째 급전모듈,...제5급전세그먼트(150)의 첫 번째 급전모듈에서 급전코어(505)의 상부에 위치하여 권선된다. 또한, 제1급전선(401)에는 하나 이상의 공진 캐패시터(450)가 연결될 수 있다.

제2급전선(402)은 제1급전세그먼트(110)의 두 번째 급전모듈, 제2급전세그먼트(120)의 두 번째 급전모듈,...제5급전세그먼트(150)의 두 번째 급전모듈에서 급전코어(505)의 상부에 위치하여 권선된다. 또한, 제2급전선(402)에는 하나 이상의 공진 캐패시터(450)가 연결될 수 있다.

마찬가지로 M번째 급전선은 제1급전세그먼트(110)의 M번째 급전모듈, 제2급전세그먼트(120)의 M번째 급전모듈,...제5급전세그먼트(150)의 M번째 급전모듈에서 급전코어(505)의 상부에 위치하여 권선되며, 이 급전선에 하나 이상의 공진 캐패시터(450)가 연결될 수 있다. 결국, 각 급전선은 각 급전세그먼트에서 해당 급전모듈 상의 급전코어에 위치함을 알 수 있다.

도 2에서, 급전코어(505) 상에 권선된 급전선(401 ~ 410)의 부분을 코일 형상으로 도시하였으나, 이는 자속이 발생하여 급전도로(또는 급전레일) 위를 주행하는 전기자동차(또는 전기열차)에 장착된 집전장치에 충전전력이 제공된다는 의미이며, 실제로는 도 3에 도시된 것과 같이 일직선상으로 배치될 수 있다.

한편, 도 2에서는 제1급전선(401)의 A1과 A2 사이의 회로는 생략하여 도시한 것이며, 마찬가지로 다른 급전선들(402 ~ 410)도 각각 일부 회로는 생략하여 도시한 것이다.

도 1에는 한 쌍의 급전레일(600) 사이에 다수의 급전모듈(500)을 포함한 다수의 급전세그먼트(110 ~ 150)가 설치된 예가 나타나 있다. 전술한 바와 같이, 길이방향의 급전레일은 N 개의 급전세그먼트로 구성되고 각 급전세그먼트는 M 개의 급전모듈(500)로 구성되는데, 만일 급전세그먼트의 길이가 그 급전레일 상을 운행하는 전기열차(예컨대 고속열차)의 길이와 동일하고(예컨대 약 200 m) 10 개의 급전모듈(500)로 구성되며 각 급전선이 1 MW의 전력을 공급한다면, 하나의 전기열차에는 10 개의 급전선이 하나의 급전세그먼트에 위치하는 전기열차로 동시에 전력을 공급하게 됨으로써 10 MW의 전력을 공급하게 된다.

이와 같이 10 MW의 전력을 공급함에 있어서 하나의 급전선이 담당하는 경우에는 인버터의 용량이 대단히 증대되어야 할 뿐만 아니라, 급전선의 두께도 10 배의 전력을 감당할 정도로 증가해야 하는 문제가 있어 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 전력공급의 효율은 예를 들어 고속열차의 길이가 하나의 급전세그먼트의 길이와 같도록 설계되는 경우에 더욱 증대될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈이 설치된 상태를 도시하되, 커버를 생략한 채로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 급전모듈을 보다 상세히 도시한 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전모듈(500)은, 자기 차폐용 재료로 만들어지고 다수의 공통선(400)이 통과하는 본체(501), 이 본체(501)의 양측면에 직립하여 고정되는 한 쌍의 방열판(502), 이들 방열판(502)의 위에 덮어 씌워지는 커버(503), 본체(501)로부터 이격되어 방열판(502)들의 상부에 설치되는 급전코어(505), 이 급전코어(505) 상에서 수직코어부(505b, 505c)들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 급전선(401), 직선으로 뻗은 일측 급전선(401)과 직선으로 뻗은 타측 급전선(401)을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바(510), 본체(501)와 급전코어(505) 사이의 공간 내에 배치되는 공진 캐패시터(450), 급전선(401)과 공진 캐패시터(450) 또는 공통선(400)과 공진 캐패시터(450)를 연결하는 제2버스바(520)를 포함하고 있다.

본체(501)는 예컨대 알루미늄, 페라이트(ferrite) 등의 재료로 만들어져, 주변으로의 전자기장(이하 EMF라 함) 발생량을 경감할 수 있게 되어 있다. 급전도로 또는 급전레일에서는 일반적으로 EMF가 발생하게 되는데, 이러한 EMF는 그 주변을 지나는 사람들과 전자제품들에 나쁜 영향을 줄 수 있어서, 공통선(400) 및 급전선(401)에서 나오는 EMF를 차단하기 위한 수단이 필요한 것이다.

이 본체(501)는 본 발명의 급전모듈(500)이 설치될 급전레일(600) 내에 위치할 수 있다. 특히, 고속열차용으로 사용되는 경우에는 한 쌍의 급전레일(600)들 사이에서 침목(610) 상에 급전레일(600)의 길이방향과 평행하게 배치될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 전기자동차를 위한 급전도로에서는 매설될 수 있다.

본체(501)에는 다수의 공통선용 구획부(504)가 일정하게 분할되어 마련되는 것이 좋다. 이러한 공통선용 구획부(504)들 내에는 다수의 공통선(400) 중 일부가 복층으로 적층 배열될 수 있는데, 이러한 경우에 급전모듈(500)의 폭 방향 크기를 줄일 수 있어 제조비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본체(501)는 이 본체(501)를 구성하는 하판이 연장하여 형성된 받침판(506)이 추가로 구비될 수 있는데, 이 받침판(506)에는 본체(501)의 고정을 위한 고정홀(507)이 관통 형성되어 있다. 이러한 받침판(506)은 특히 고속열차용으로 사용되는 경우에 한 쌍의 급전레일(600)들 사이에서 고정홀(507)에다 볼트를 체결하여 침목(610) 상에 고정될 수 있다.

본 발명의 급전모듈(500)이 고속열차용으로 사용되는 경우, 역사 내 플랫폼에 정차할 때에는 정차시간 동안의 급전으로 인해 많은 열이 발생할 우려가 있다. 이를 해소하기 위해 본체(501)의 양측면에 직립하여 방열판(502)이 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 방열판(502)에 의해 급전모듈(500) 내의 열이 외부로 방출될 수 있다. 방열판(502)은 예컨대 알루미늄 등과 같이 열전도성이 높은 금속재료로 만들어져, 주변으로의 EMF 발생량을 경감할 수 있게 되어 있다. 본체(501)와 방열판(502)의 재질이 동일한 경우에는 대략 'U'자의 홈통 모양을 가진 일체로 형성되어도 무방하다.

이 방열판(502)의 측면 또는 그 내부에는 길이방향으로 뻗은 냉각관(미도시)이 추가로 장착될 수 있다. 이 냉각관을 통과하는 냉매로는 물, 공기, 이산화탄소, 액화가스 등이 사용될 수 있다. 냉매는 외부에서 공급되게 하여도 된다. 더욱이, 냉각관이 예컨대 알루미늄 등과 같은 자기 차폐용 재료로 만들어지면, 급전코어(505) 중 양측의 수직코어(505b)에서 차폐되지 못한 EMF를 저감시키는 역할을 한다. 또, 냉각관은 양쪽 측면에서 접지의 기능도 담당함으로써, 안전성을 확보하게 된다.

또한, 방열판(502)의 위에는 커버(503)가 덮어 씌워져, 본 발명의 급전모듈(500)이 갖는 미관의 향상과 급전모듈(500)의 보호 기능이 부가될 수 있게 하는 것이 좋다. 특히, 급전도로에 매설되는 경우에는 커버(503)가 반드시 필요하다. 이러한 커버(503)는 폴리카보네이트(PC), 에폭시, 유리섬유강화 플라스틱(FRP) 등과 같은 플라스틱 재질로 만들어질 수 있다.

급전코어(505)는 전체가 페라이트로 만들어진다. 페라이트로 된 급전코어(505)는 대체로 옆으로 누운 'E'자 단면을 가진 형태를 취하며, 급전도로 또는 급전레일의 길이방향을 따라 길게 배치된다. 이러한 급전코어(505)를 설치하기 위해 복수의 고정브라켓(509)이 양쪽 방열판(502)의 내측 상부에 설치될 수 있다. 이들 고정브라켓(509)이 서로 소정의 간격을 두고 방열판(502)에 접착 또는 고정되어, 급전코어(505)가 본체(501)와 이격된 채로 방열판(502)의 상부에 장착되게 된다.

급전코어(505)는 수평코어(505a)와, 이 수평코어(505a)의 양측 선단 주위에 위치된 한 쌍의 측면 수직코어(505b) 및 이들의 중간에 위치된 중간 수직코어(505c)를 구비한다. 중간 수직코어(505c)의 길이방향 길이가 측면 수직코어(505b)들의 길이방향 길이보다 다소 짧다. 그리고 수평코어(505a)와 수직코어(505b, 505c)들이 이루는 공간 사이로, 전기에너지를 공급하여 자기장을 형성하는 급전선(401)이 배선된다.

급전선(401)은 전술한 바와 같이 해당 급전모듈(500)에 있는 급전코어(505)의 상부에 위치한다. 예를 들면, 인버터(201; 도 2 참조)에 연결된 급전선(401)은 급전코어(505)의 중간 수직코어(505c) 주위에 쌍으로 배열되어 한 쌍의 급전선(401)이 1 턴(turn)을 형성하게 된다. 도 3과 도 4에는 4 쌍의 급전선(401)이 배선되어 4 턴이 형성된 예를 나타내고 있지만, 턴 수는 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 적절히 가감될 수 있다.

해당 급전모듈이 아닌 경우에는, 급전코어(505)의 하부, 즉 본체(501)의 공통선용 구획부(504) 내에 위치하여 급전모듈(500)을 지나감으로써 이들 급전선이 공통선(400)을 구성한다. 해당 급전모듈은 소정의 간격을 두고 번갈아 배치되며, 급전세그먼트 당 하나의 해당 급전모듈이 있게 된다. 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 각 급전선(401 ~ 410)은 각각의 인버터(201 ~ 210)에 연결되어 있어 각 인버터(201 ~ 210)로부터 전력을 공급받게 되어 있다.

제1버스바(510)는 단부만 제외하고 외주면이 절연피복재로 둘러싸이거나 절연도료로 도포되어, 이 역시 전기적으로 각각의 제1버스바(510)가 절연됨과 동시에 급전선으로부터의 자기장 흐름에 영향을 주지 않도록 되어 있다. 피복재 또는 도료로부터 노출된 단부에는 구멍이 형성되어 있어, 이 구멍을 각 급전선(401) 또는 각 공통선(400)에 있는 러그와 정렬시키고 나서, 볼트 및 너트로 이루어진 체결구(508)를 사용해서 서로 연결 고정한다.

제1버스바(510)는 급전선(401)들을 연결하는 데에 사용되는 것으로, 평면상으로 볼 때 대략 'ㄷ'자 형상으로 형성되는 것이 좋다. 본 발명의 급전모듈(500)에서는 적어도 하나의 제1버스바(510)가 사용되어 중간 수직코어(505c)를 기준으로 할 때 일측에서 직선으로 뻗은 급전선(401)과 타측에서 직선으로 뻗은 급전선(401)을 연결하게 된다. 제1버스바(510)는 중간 수직코어(505c)를 가로지르지 않고 우회하여 급전선(401)들을 수평으로 연결한다.

급전선(401)에는 하나 이상의 공진 캐패시터(450)가 연결될 수 있다. 당연히 공통선(400)에도 마찬가지로 하나 이상의 공진 캐패시터(450)가 연결될 수 있다. 이들 공진 캐패시터(450)는 본체(501)와 급전코어(505) 사이의 공간 내에 배치되게 된다. 이때, 공진 캐패시터(450)와 급전선 또는 공통선과의 연결은 후술하는 제2버스바를 매개로 하여 이루어진다.

공진 캐패시터(450)는 급전선마다 동일한 개수로 구비될 수 있으며, 2 이상의 공진 캐패시터(450)가 급전선의 길이방향에 대해 직각인 방향으로 서로 인접하여 위치하도록 할 수도 있다. 이러한 예가 도 5의 (b)에 나타나 있다. 또한, 공진 캐패시터(450)를 설치함에 있어서, 그 편의를 위하여 급전선에 연결되는 공진 캐패시터(450)들은 용량이 서로 같도록 구성할 수 있다.

급전선의 길이로 인하여 급전선의 자체 인덕턴스 성분이 존재함은 물론 이러한 인덕턴스 성분으로 인하여 급전선을 따라 전압이 높아지는 현상이 발생할 수 있는데, 다수의 공진 캐패시터(450)가 설치됨으로써 급전선에서 인덕턴스로 인한 전압을 보상하여 이를 낮춰줄 수 있게 된다.

다수의 공진 캐패시터(450)가 설치되어야 할 경우에, 하나의 급전모듈 또는 하나의 급전세그먼트에 공진 캐패시터(450)들을 집중하여 설치하지 않고, 여러 급전모듈과 급전세그먼트들에 분산하여 설치하도록 한다. 이는 한 곳에 집중으로 설치하였을 때 내전압이 높게 걸려 공진 캐패시터(450) 혹은 급전선이 손상될 수도 있기 때문이다.

공진 캐패시터(450)를 하나의 급전선(401) 또는 하나의 공통선(400)에 연결하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 공진 캐패시터(450)의 상부면 및 하부면에 미리 연결용 버스바(530)가 마련되어 있다. 또한, 2 이상의 공진 캐패시터(450)를 연결할 때에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 연결용 버스바가 상하로 번갈아 연결되면서 급전선의 길이방향에 대해 직각인 방향으로 서로 인접하여 위치할 수도 있다.

이들 연결용 버스바(530)에는 대략 'ㄷ'자 형상의 단면을 가진 제2버스바(520)가 각각 연결되게 된다. 상부가 급전선에 연결된 제2버스바(520)의 하부는 공진 캐패시터(450)의 상부면에 있는 연결용 버스바(530)에 연결된다. 마찬가지로, 하부가 공통선(400)에 연결된 제2버스바(520)의 상부는 공진 캐패시터(450)의 하부면에 있는 연결용 버스바(530)에 연결된다.

제2버스바(520)도 단부만 제외하고 외주면이 절연피복재로 둘러싸이거나 절연도료로 도포되어, 전기적으로 각각의 제2버스바(520)가 절연됨과 동시에 급전선으로부터의 자기장 흐름에 영향을 주지 않도록 되어 있다. 피복재 또는 도료로부터 노출된 단부에는 구멍이 형성되어 있어, 이 구멍을 각 급전선(401) 및 공통선(400)에 있는 러그와, 각 연결용 버스바(530)의 구멍에 정렬시키고 나서, 볼트 및 너트로 이루어진 체결구(508)를 사용해서 서로 연결 고정한다.

전술한 바와 같이, 공진 캐패시터(450)는 급전모듈(500)에서 본체(501)와 급전코어(505) 사이의 공간 내에 배치되게 되는데, 공진 캐패시터(450)에 연결되어 있는 연결용 버스바(530)는 그 연결의 용이함을 위해 급전모듈(500)의 본체(501) 밖으로 다소 뻗어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 방식으로 공진 캐패시터(450)들을 급전모듈(500) 내에 배치할 수 있게 됨으로써, 급전세그먼트를 구성하는 급전모듈들 사이의 공간을 대폭 절감할 수 있게 되어 급전모듈들 사이에 형성되는 급전출력이 떨어지는 공간을 최소화시킬 수 있게 되며, 결국 급전장치 및 집전장치의 성능 향상에 기여하게 되는 장점이 있게 되는 것이다.

한편, 급전선(401)과 공진 캐패시터(450)를 연결하는 제2버스바(520)는 제1버스바(510)를 가로질러 배치되는 경우가 생길 수 있는데, 이때에는 제2버스바(520)의 일부에 절곡부를 형성하고 높이차를 둠으로써 제1버스바(510)와의 접촉이 방지될 수 있게 하여야 한다. 또, 가로지르는 제2버스바(520)와 제1버스바(510) 사이에 절연물(515)이 개재되게 하여도 된다.

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.

본 명세서에서는, 본 발명의 급전모듈(500)이 급전레일(600)에 설치된 예를 위주로 하여 설명되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 전기자동차를 위한 급전도로에서는 매설될 수 있다. 급전도로에 매설되는 경우에는 급전모듈(500)들의 사이를 밀폐하여 연결하는 별도의 연결부재가 요구될 수 있는 한편, 전술한 받침판(506)은 생략될 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 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.

110 ~ 150: 급전세그먼트 200: 인버터부
300: 직류전원 400: 공통선
401 ~ 410: 급전선 450: 공진 캐패시터
500: 급전모듈 501: 본체
502: 방열판 503: 커버
504: 공통선용 구획부 505: 급전코어
506: 받침판 507: 고정홀
508: 체결구 509: 고정브라켓
600: 급전레일 610: 침목

Claims

자기 차폐용 재료로 만들어지고 다수의 공통선이 통과하는 본체,
상기 본체의 양측면에 직립하여 고정되는 한 쌍의 방열판,
상기 본체로부터 이격되어 상기 방열판들의 상부에서 상기 방열판들 사이에 설치되는 급전코어,
상기 급전코어 상에서 수직코어부들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 적어도 한 쌍의 급전선,
직선으로 뻗은 일측 급전선과 직선으로 뻗은 타측 급전선을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바, 및
상기 급전선들 중 하나 또는 상기 공통선들 중 하나와 연결되는 공진 캐패시터
를 포함하는 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 본체는 다수의 공통선용 구획부가 일정하게 분할되어 있는 급전모듈.
제2항에 있어서,
상기 각 공통선용 구획부 내에는 상기 공통선들 중 일부가 복층으로 적층 배열되는 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 본체는 하판이 연장하여 형성된 받침판이 더 구비되고,
상기 받침판에는 상기 본체의 고정을 위한 고정홀이 관통 형성되어 있는 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 방열판의 측면 또는 그 내부에는 길이방향으로 뻗은 냉각관이 더 구비되고,
상기 냉각관에는 냉매가 통과하도록 된 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 방열판의 위에는 커버가 덮어 씌워지는 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 급전코어를 설치하기 위해 복수의 고정브라켓이 상기 방열판에 설치되는 급전모듈.
제7항에 있어서,
상기 공진 캐패시터는 상기 본체와 상기 급전코어 사이의 공간 내에 배치되는 급전모듈.
제2항에 있어서,
상기 급전모듈이 해당 급전모듈이 아닌 경우에, 상기 급전선은 상기 급전코어의 하부에 위치하여 상기 공통선용 구획부를 관통함으로써, 상기 급전선이 공통선을 구성하게 되는 급전모듈.
제1항에 있어서,
상기 급전선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터 또는 상기 공통선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터를 연결하는 제2버스바를 구비하는 급전모듈.
제10항에 있어서,
상기 공진 캐패시터를 상기 급전선들 중 하나 또는 상기 공통선들 중 하나에 연결하기 위해 상기 공진 캐패시터의 상부면 및 하부면에 연결용 버스바가 더 구비되는 급전모듈.
제10항에 있어서,
상기 제2버스바가 상기 제1버스바를 가로질러 배치되는 경우에, 상기 제2버스바의 일부에 절곡부가 형성되어 있는 급전모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1버스바와 상기 제2버스바 사이에 절연물이 개재되는 급전모듈.
자기 차폐용 재료로 만들어지고, 양측면에 직립하여 형성된 한 쌍의 방열판, 하판이 연장하여 형성된 받침판 및 상기 방열판을 덮어씌우는 커버를 구비하며, 다수의 공통선이 통과하는 본체,
상기 본체로부터 이격되어 상기 방열판들의 상부에서 상기 방열판들 사이에 설치되는 급전코어,
상기 급전코어 상에서 수직코어부들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 적어도 한 쌍의 급전선,
직선으로 뻗은 일측 급전선과 직선으로 뻗은 타측 급전선을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바, 및
상기 본체와 상기 급전코어 사이의 공간 내에 배치되어 상기 급전선들 중 하나 또는 상기 공통선들 중 하나와 연결되는 공진 캐패시터
를 포함하는 급전모듈.
제14항에 있어서,
상기 본체는 다수의 공통선용 구획부가 일정하게 분할되어 있고,
상기 각 공통선용 구획부 내에서는 상기 공통선들 중 일부가 복층으로 적층 배열되는 급전모듈.
제14항에 있어서,
상기 방열판의 측면 또는 그 내부에는 길이방향으로 뻗은 냉각관이 더 구비되고,
상기 냉각관에는 냉매가 통과하도록 된 급전모듈.
제14항에 있어서,
상기 급전선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터 또는 상기 공통선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터를 연결하는 제2버스바를 구비하는 급전모듈.
자기 차폐용 재료로 만들어지고 다수의 공통선이 통과하는 본체,
상기 본체의 양측면에 직립하여 고정되는 한 쌍의 방열판,
상기 방열판들의 위에 덮어 씌워지는 커버,
상기 본체로부터 이격되어 상기 방열판들의 상부에서 상기 방열판들 사이에 설치되는 급전코어,
상기 급전코어 상에서 수직코어부들 사이의 공간 내에 배선되어 전기에너지의 공급에 따라 자기장을 형성하는 적어도 한 쌍의 급전선,
직선으로 뻗은 일측 급전선과 직선으로 뻗은 타측 급전선을 연결하는 적어도 하나의 제1버스바,
상기 본체와 상기 급전코어 사이의 공간 내에 배치되는 다수의 공진 캐패시터, 및
상기 급전선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터들 중 하나 또는 상기 공통선들 중 하나와 상기 공진 캐패시터들 중 하나를 연결하는 제2버스바
를 포함하는 급전모듈.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제2버스바가 상기 제1버스바를 가로질러 배치되는 경우에, 상기 제2버스바의 일부에 절곡부가 형성되어 있고,
상기 제1버스바와 상기 제2버스바 사이에 절연물이 개재되는 급전모듈.