KR101379712B1 - 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조 및 이를 이용한 트랙 제어방법 - Google Patents

유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조 및 이를 이용한 트랙 제어방법 Download PDF

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손호섭
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문용기
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Abstract

본 발명은 인버터에 하나의 메인 세그먼테이션 트랙을 연결하고, 이 메인 세그먼테이션 트랙에 서브 세그먼테이션 트랙들을 선택적으로 병렬 연결하여 세그먼테이션 트랙의 설치와 해체를 용이하게 하고, 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙은 각각 직병렬 공진 타입을 채택하여 무부하 상태에서 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단할 수 있으며, 이로 인해 급전 전력을 효율적으로 사용할 수 있고, 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치에서 발생할 수 있는 아크를 방지하여 스위치의 내구성을 향상시킬 수 있는 직병렬 공진 타입을 갖는 트랙 구조에 관한 기술이다. 본 발명에 따르면, 세그먼테이션 트랙의 설치가 용이하고, 세그먼테이션 트랙의 급전 효율을 향상시킬 수 있으며, 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치부의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조 및 이를 이용한 트랙 제어방법 {TRACK STRUCTURE OF RESONANCE TYPE THAT CAN BE EASILY SET UP SEGMENTATION FOR INDUCTIVE POWER TRANSFER, AND TRACK CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 세그먼테이션 트랙을 용이하게 설치할 수 있고, 세그먼테이션 트랙으로 인가되는 전력의 낭비를 최소화함과 동시에 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치부의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 인버터에 하나의 메인 세그먼테이션 트랙을 연결하고, 이 메인 세그먼테이션 트랙에 서브 세그먼테이션 트랙들을 선택적으로 병렬 연결하여 세그먼테이션 트랙의 설치와 해체를 용이하게 하고, 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙은 각각 직병렬 공진 타입을 채택하여 무부하 상태에서 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단할 수 있으며, 이로 인해 급전 전력을 효율적으로 사용할 수 있고, 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치에서 발생할 수 있는 아크를 방지하여 스위치의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
최근 기후변환협약 등 대기오염 문제가 전 세계적으로 대두 됨에 따라서 매연을 많이 발생시키는 화석연료를 사용하는 일반 엔진 자동차를 대신하여 전기를 배터리에 저장하였다가 사용하는 전기자동차에 대한 연구개발 및 상용화가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 배터리 충전방식의 전기자동차는 과도한 배터리 용량과 이로 인한 차량의 무게나 부피, 비용증가, 긴 충전시간 또는 낮은 충전효율, 배터리 수명단축 등의 문제점이 있었다.
전기자동차는 가솔린 자동차가 발명되기 전부터 실용화되었으나, 가솔린 자동차가 발달됨에 따라 자동차로서의 가속성능, 등판성능, 주행성능, 최고속도 등의 성능면에서 떨어지기 때문에 점차 자취를 감추었다. 그러나, 최근 자동차의 소음이나 이산화탄소 배출가스 등의 공해문제와 특히 에너지문제가 대두됨으로 인하여 장래의 새로운 교통수단으로 적용하는데 목표를 두고 세계 각국에서 적극적으로 연구개발되고 있다.
이러한 전기자동차에 전기를 충전시키기 위한 기술들이 종래에 개시되었는데, 도로에 매설되는 트랙에 전류를 흘려주면 트랙에 전류가 흐름에 따라 전자기장이 발생하고, 이 전자기장을 전기자동차의 하부에 장착된 집전장치가 비접촉식으로 수신하여 전기자동차의 동력으로 활용하게 된다.
한편, 도로에 매설되는 기존 트랙은 전기차량이 도로 위치하지 않는 경우에도 전류가 흘러 급전효율이 낮으며, 불필요한 전자기파 발생하여 도로 주변의 보행자나 일반자동차에 전자파로 인한 피해를 줄 수 있다는 문제가 제기되어 최근에는 트랙을 세그먼테이션 트랙으로 분할하여 전기차량의 부하를 받는 세그먼테이션 트랙에만 선택적으로 전력이 인가되도록 하고 있다.
그런데, 이와 같은 최근의 세그먼테이션 트랙은 직렬공진 타입으로 구성됨으로써, 각각의 세그먼테이션 트랙에 일정한 전류를 보내기 위해 인버터에 스위치 레그를 수없이 많이 장착하여야 하는 단점이 있다.
이러한 점을 극복하기 위해 하나의 세그먼테이션 트랙에 직접 직렬로 연결하는 방식도 제기되었는데, 이 경우에는 세그먼테이션 트랙의 설치가 번거롭고 하나의 세그먼테이션 트랙에 문제가 발생하면 모든 세그먼테이션 트랙이 동작하지 않을 수도 있는 단점이 있다.
또한, 직렬공진 타입으로 이루어지는 세그먼테이션 트랙은 전기차량에 의한 부하가 발생하지 않는 경우에도 인버터로부터 부하시 발생하는 수준의 고전류가 인가되어 전력의 낭비를 초래하며, 또한 전기차량에 의한 부하 발생과 관계없이 일정한 수준의 고전류가 인버터로부터 인가됨으로 인해, 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치에 아크가 발생하게 되어 스위치의 내구성이 떨어지는 문제점도 있다.
[관련기술문헌]
1. 온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법(특허출원 10-2011-0012105호)
2. 온라인 전기자동차용 도로 세그먼트 제어 장치 및 방법(특허출원 10-2010-0096846호)
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 세그먼테이션 트랙을 용이하게 설치할 수 있고, 세그먼테이션 트랙으로 인가되는 전력의 낭비를 최소화함과 동시에 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치부의 내구성을 향상시킬 수 있는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조 및 이를 이용한 트랙 제어방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조는, 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 1 레그와, 다른 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 2 레그가 병렬로 연결되고, 제 1 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드와 제 2 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드를 통해 외부에 고주파 전력을 인가하는 인버터; 제 1 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (+)단이 연결되고, 제 2 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (-)단이 연결되며, 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 인버터로부터 고전류의 흐름을 유도하여 고주파 전력을 공급받는 메인 세그먼테이션 트랙; 메인 세그먼테이션 트랙에 병렬로 연결되며, 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 인버터로부터 고전류의 흐름을 유도하여 고주파 전력을 공급받는 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙;을 포함하여 구성된다.
이때, 본 발명에서 메인 세그먼테이션 트랙은 인버터로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 1 스위치부와, 제 1 스위치부에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터와, 제 1 인덕터에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터와, 제 1 인덕터와 제 1 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 2 커패시터를 구비하여 제 1 스위치부가 온 상태에서 직병렬 공진을 하고, 서브 세그먼테이션 트랙은 메인 세그먼테이션 트랙에 병렬로 연결된 상태에서 인버터로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 3 스위치부와, 제 3 스위치부에 직렬로 연결되는 제 3 인덕터와, 제 3 인덕터에 직렬로 연결되는 제 3 커패시터와, 제 3 인덕터와 제 3 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 4 커패시터를 구비함으로써 제 3 스위치부가 온 상태에서 직병렬 공진을 하도록 구성된다.
또한, 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 선택적으로 스위칭 온 시키고, 나머지는 스위칭 오프 시키는 제어부; 외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 정류부에 의해 정류된 전원을 설정된 전압으로 조정하는 DC-DC 변환하여 인버터로 공급하는 컨버터;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입을 갖는 트랙 제어방법은, (a) 고주파 전력을 외부에 인가하는 인버터에 메인 세그먼테이션 트랙이 연결되고, 메인 세그먼테이션 트랙에 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙이 각각 병렬로 연결된 상태에서 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙에 외부의 전기차량으로부터 부하가 발생하지 않아 인버터가 고주파 전력에 대응하는 고전류의 흐름을 발생시키지 않는 단계; (b) 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 어느 하나에 외부의 전기차량에 의한 부하를 감지하는 단계; (c) 전기차량에 의해 부하가 감지된 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 어느 하나의 트랙을 스위칭 온 시키고, 동시에 나머지 트랙은 스위칭 오프 시키는 단계; (d) 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 스위칭 온 상태인 어느 하나의 트랙에서 직병렬 공진을 수행하는 단계; (e) 인버터로부터 고전류의 흐름이 발생하여 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 스위칭 온 상태인 어느 하나의 트랙에 대해 고주파 전력을 인가하고, 스위칭 오프 상태의 트랙에는 고전류의 흐름을 차단하는 단계;를 포함하여 구성된다.
단계 (e) 이후에, (f) 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 인버터로부터 고주파 전력을 인가받는 어느 하나의 트랙에 대해 전기차량에 의한 부하가 종료되는 경우 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조 및 이를 이용한 트랙 제어방법에 따르면,
(1) 인버터에 하나의 세그먼테이션 트랙을 연결하고, 이 세그먼테이션 트랙에 서브 세그먼테이션 트랙들을 선택적으로 병렬 연결하여 세그먼테이션 트랙의 설치와 해체를 용이하게 할 수 있다.
(2) 각각의 세그먼테이션 트랙을 직병렬 공진 타입으로 구성하여 외부의 전기차량에 의한 부하가 없는 경우에는 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단하여 급전을 위한 전력의 낭비를 최소화할 수 있다.
(3) 각각의 세그먼테이션 트랙을 직병렬 공진 타입으로 구성하여 외부의 전기차량에 의한 부하가 없는 경우에는 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단할 수 있으므로 해서 세그먼테이션 트랙을 온오프시키는 스위치부에서 아크의 발생을 억제할 수 있고, 이로 인해 스위치부의 내구성을 향상시킴과 아울러 이 스위치부와 일체로 설치되는 세그먼테이션 트랙의 수명을 연장할 수 있다.
(4) 인버터 하나에서 병렬로 세그먼테이션 트랙을 여러 개 연결 가능하므로, 인버터에 서브 세그먼테이션 트랙을 위한 별도의 스위치 레그를 추가할 필요가 없어 경제적으로도 매우 유리하다.
[도 1]은 직렬 공진 타입의 일반적인 트랙 구조를 도시한 예시도.
[도 2]는 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 예시도.
[도 3]은 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 또다른 예시도.
[도 4]는 직렬 공진 타입을 갖는 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조의 무부하 상태와 풀부하 상태에서 공진에 따른 특성을 비교한 예시도.
[도 5]는 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 트랙 구조를 도시한 예시도.
[도 6]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 예시도.
[도 7]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 또다른 예시도.
[도 8]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조의 무부하 상태와 풀부하 상태에서 공진에 따른 특성을 비교한 예시도.
먼저, [도 1]은 직렬 공진 타입의 일반적인 트랙 구조를 도시한 예시도로서, [도 1]을 참조하면, 일반적인 트랙 구조는 인버터(10) 내에 스위치가 직렬로 연결된 레그가 복수 개 설치될 수 있으며, 세그먼테이션 트랙(20)의 (+)단이 하나의 레그 1(11)에 연결되고, (-)단이 다른 하나의 레그 2(12)에 연결된 상태에서 인버터(10)로부터 트랙에 고전류가 흐르면 세그먼테이션 트랙(20)에 직렬 공진이 일어나 고주파의 전력을 인가받게 된다. 한편, 세그먼테이션 트랙(20)은 직렬 공진을 발생시키기 위해 공진을 위한 커패시터(22)가 연결되며, 세그먼테이션 트랙(20) 자체가 인덕터 기능을 하는 트랙 인덕턴스(23)를 형성하므로 이 트랙 인덕턴스(23)와 커패시터(22)가 상호 직렬 공진을 하게 된다.
이렇게 직렬 공진을 하는 세그먼테이션 트랙(20)에 흐르는 트랙 전류(Itrack)는 인버터(10)에서 인가하는 인버터 전류(Iinv)와 그 크기가 동일하고, 세그먼테이션 트랙(20)에 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생 여부와 관계없이 항상 일정한 고전류로서의 인버터 전류(Iinv)가 발생한다.
그런데, 이와 같이 세그먼테이션 트랙(20)이 무부하인 상태에서도 고전류가 흐르게 되면 급전을 위한 전력 낭비가 심하다. 또한 세그먼테이션 트랙(20)이 외부의 부하 여부와 관계없이 인버터(10)로부터 항상 일정한 고전류가 흐르게 되므로 급전용 인버터에 발열이 항상 발생하여 시스템의 내구성 및 손실이 심하게 되며 이러한 고전류로 인해 세그먼테이션 트랙(20)을 온오프시키는 스위치부(21)에 아크가 발생하게 되고, 이로 인해 스위치부(21)의 내구성이 떨어지는 문제도 발생한다. ([도 3] 참조)
[도 2]는 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 예시도를 나타낸다. [도 2]에서 보는 바와 같이, 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조는 하나의 세그먼테이션 트랙(20)에 직접 직렬로 복수 개의 세그먼테이션 트랙(20)을 연결하는 타입도 있는데, 이 경우에는 세그먼테이션 트랙(20)의 설치가 번거롭고 하나의 세그먼테이션 트랙(20)에 문제가 발생하면 모든 세그먼테이션 트랙(20)이 동작하지 않을 수도 있는 단점이 있다.
[도 3]은 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 또다른 예시도를 나타낸다. [도 3]에서 보는 바와 같이, 직렬 공진 타입의 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조는 각각의 세그먼테이션 트랙(20)에 대응하여 인버터(10)에 스위치 레그(11,12,13,14)들이 병렬로 연결된 상태에서 각각의 세그먼테이션 트랙(20)의 (+)단과 (-)단이 연결되어 고주파 전력을 인가받을 수 있는데, 이러한 타입의 경우 세그먼테이션 트랙(20) 수만큼 인버터(10)에 스위치 레그(11,12,13,14)가 추가되어야 하는 단점이 있다.
이상과 같은 [도 1] 내지 [도 3]을 통한 어느 경우에서도 세그먼테이션 트랙(20)이 직렬 공진 타입으로 이루어지는 경우 세그먼테이션 트랙(20)에 외부로부터의 부하와 관계없이 인버터(10)로부터 항상 일정한 고전류가 흐른다는 문제점을 갖고 있다.
[도 4]는 직렬 공진 타입을 갖는 일반적인 세그먼테이션 트랙 구조의 무부하 상태와 풀부하 상태에서 공진에 따른 특성을 비교한 예시도를 나타낸다.
[도 4]의 (a)에서 보는 바와 같이, 세그먼테이션 트랙(20)에 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하지 않는 무부하 상태에서도 세그먼테이션 트랙(20)의 직렬 공진 구조에 따라 인버터(10)로부터 고전류인 인버터 전류(80A)가 세그먼테이션 트랙(20)에 인가되고, 결국 세그먼테이션 트랙(20)의 트랙 전류(80A)도 동일한 수치를 갖게 된다. 이렇게 세그먼테이션 트랙(20)의 무부하 상태에서도 항상 고전류가 흐르는 경우 그에 단점은 위의 [도 1]을 통해 상세하게 설명하였다.
[도 4]의 (b)에서 보는 바와 같이, 세그먼테이션 트랙(20)에 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하여 풀부하 상태가 되면, 인버터 전압을 "150V"에서 "400V"로 상승시켜 트랙전류를 일정하게 유지하여 고주파 전력을 세그먼테이션 트랙(20)에 인가할 수 있게 된다.
이때의 차이점은 전류의 크기는 항상 같으나 전압과 전류의 위상이 다르다는 것이며 무부하시는 전압이 낮고 전류는 일정하며 역률이 낮으나 부하시에는 전압이 높아지고 전류는 일정하며 역률이 높아져서 부하에 전력을 공급하게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이 부하에 상관없이 전류는 항상 일정함으로 인해 인버터에서의 손실이 항상 발생하는 단점을 안고 있다.
본 발명은 이상에서 설명한 직렬 공진 타입의 일반적인 트랙 구조의 단점들을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예를 이하에서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[도 5]는 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 트랙 구조를 도시한 예시도이고, [도 6]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 예시도이고, [도 7]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조를 도시한 또다른 예시도를 나타낸다.
[도 5] 내지 [도 7]을 참조하면, 본 발명에 따른 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조는 도로를 따라 매설되어 도로를 이동하는 전기차량의 집전모듈에 비접촉으로 유도전력을 인가하며, 이를 위해 인버터(100), 메인 세그먼테이션 트랙(200), 서브 세그먼테이션 트랙(300), 제어부(미도시), 정류부(미도시), 컨버터(미도시)를 포함하여 구성된다.
인버터(100)는 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 1 레그(110)와, 다른 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 2 레그(120)가 병렬로 연결되고, 제 1 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드와 제 2 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드를 통해 외부에 고주파 전력을 인가한다.
인버터(100)는 바람직하게 외부로부터 공급되는 3상 교류 전원이 정류부를 거쳐 직류로 변환된 후, 일정한 전압으로 설정하는 컨버터로부터 직류전원을 공급받아 메인 세그먼테이션 트랙(200)과 서브 세그먼테이션 트랙(300)에 교류의 고주파 전력을 인가한다.
메인 세그먼테이션 트랙(200)은 제 1 레그(110)에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (+)단이 연결되고, 제 2 레그(120)에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (-)단이 연결된다. 이와 같은 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 인버터(100)로부터 고전류의 흐름이 유도되어 고주파 전력을 공급받고, 반대로 전기차량에 의한 외부의 부하가 없는 경우는 직병렬 공진의 특성에 의해 인버터(100)로부터 고전류의 흐름이 차단된다. 이러한 구성을 통해 메인 세그먼테이션 트랙(200)을 온오프시키는 제 1 스위치부(210)의 온오프 동작시 아크 발생이 방지된다.
보다 상세하게 살펴보면, 메인 세그먼테이션 트랙(200)은 인버터(100)로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 1 스위치부(210)와, 제 1 스위치부에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터(220)와, 제 1 인덕터에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터(230)와, 제 1 인덕터와 제 1 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 2 커패시터(240)를 구비하여 구성되는데, 제 1 스위치부가 온 상태에서 직병렬 공진을 하여 고주파 전력을 인가받는다. 여기서, 제 1 스위치부(210)는 MC(Magnetic Contactor) 스위치 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 반도체 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
서브 세그먼테이션 트랙(300)은 메인 세그먼테이션 트랙(200)에 병렬로 연결되며, 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 인버터(100)로부터 고전류의 흐름을 유도하여 고주파 전력을 공급받고, 전기차량에 의한 외부의 부하가 없는 경우는 인버터(100)로부터 고전류의 흐름이 차단되며, 이로 인해 서브 세그먼테이션 트랙(300)을 온오프시키는 제 3 스위치부(310)의 온오프 동작시 아크 발생이 방지된다.
좀더 상세하게 살펴보면, 서브 세그먼테이션 트랙(300)은 메인 세그먼테이션(200) 트랙에 병렬로 연결된 상태에서 인버터(100)로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 3 스위치부(310)와, 제 3 스위치부에 직렬로 연결되는 제 3 인덕터(320)와, 제 3 인덕터에 직렬로 연결되는 제 3 커패시터(330)와, 제 3 인덕터와 제 3 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 4 커패시터(340)를 구비하여 구성되는데, 제 3 스위치부(310)가 온 상태에서 직병렬 공진을 하여 고주파 전력을 인가받는다. 여기서, 제 3 스위치부(310)는 MC 스위치 또는 IGBT 반도체 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, [도 6]과 [도 7]에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 인버터(100)에 하나의 메인 세그먼테이션 트랙(200)을 연결하고, 이 메인 세그먼테이션 트랙(200)에 서브 세그먼테이션 트랙(300)들을 선택적으로 병렬 연결하여 구성함으로써 세그먼테이션 트랙의 설치와 해체를 용이하게 할 수 있다. 또한, 인버터(100)에 하나의 메인 세그먼테이션 트랙(200)을 연결하여 구성함으로써 인버터(100)에 서브 세그먼테이션 트랙(300)을 위한 별도의 구성으로서 스위치 레그를 추가할 필요가 없는 장점이 있다.
한편, 제어부(미도시)는 메인 세그먼테이션 트랙(200)과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙(300) 중 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 선택적으로 하나의 세그먼테이션 트랙을 스위칭 온 시키고, 나머지 세그먼테이션 트랙은 스위칭 오프 시키며, 스위칭 온 되었던 세스먼테이션 트랙에 대해 외부의 전기차량에 의한 부하가 종료되는 경우 인버터(100)로부터 인가되는 고전류의 흐름을 다시 차단한다. 여기서 외부에 부하가 있다 없다의 판단은 세그먼테이션에 차량이 진입했는지 여부로 판단하며 차량감지 센서를 적용하여 세그먼테이션을 온오프하도록 구성할 수 있다.
정류부(미도시)는 외부로부터 입력되는 3상 교류 전원을 직류 전원으로 정류하고, 컨버터(미도시)는 정류부에 의해 정류된 전원을 설정된 전압으로 조정하는 DC-DC 변환하여 인버터(100)로 공급한다.
[도 8]은 본 발명에 따른 직병렬 공진 타입을 갖는 세그먼테이션 트랙 구조에서 무부하 상태와 풀부하 상태에서 각각의 공진에 따른 특성을 비교한 예시도를 나타낸다.
[도 8]의 (a)에서 살펴보는 바와 같이, 세그먼테이션 트랙(200, 300)에 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하지 않는 무부하 상태에서는 세그먼테이션 트랙(200, 300)의 직병렬 공진 구조로 인하여 트랙에는 항상 일정한 전류가 흐르고 있는 반면 인버터(100)로부터 세그먼테이션 트랙(200, 300)에 인가되는 인버터 전류(10A)가 매우 낮은 전류로 나타난다. 이로 인해 세그먼테이션 트랙(200, 300)을 온오프시키는 스위치부(210,310)의 동작시 아크 발생이 억제되는 장점이 있다. 또한 무부하 상태에서 인버터(100)로부터 인가되는 불필요한 전류의 낭비를 막을 수 있다.
[도 8]의 (b)에서 살펴보는 바와 같이, 세그먼테이션 트랙(200, 300)에 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하여 풀부하 상태가 되면 세그먼테이션 트랙(200, 300)의 직병렬 공진에 따라 인버터(100)로부터 인가되었던 "10A"의 저전류는 "140A"의 고전류로 상승되어 전력을 공급하지만 트랙 전류(80A)는 일정하게 유지하게 된다. 직병렬 공진에서 트랙 전류와 인버터에서 흐르는 전류는 직렬 공진 방식과 달리 상이하며 트랙 전류는 항상 일정하게 흐르게 하면서 인버터에서는 부하가 걸릴때만 전류가 흐르는 특성을 가지고 있다.
본 발명에 따른 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입을 갖는 트랙 제어방법의 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고주파 전력을 외부에 인가하는 인버터에 메인 세그먼테이션 트랙이 연결되고, 메인 세그먼테이션 트랙에 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙이 각각 병렬로 연결된 상태에서 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙에 외부의 전기차량으로부터 부하가 발생하지 않아 인버터가 고주파 전력에 대응하는 고전류의 흐름을 발생시키지 않고, 저전류를 세그먼테이션 트랙에 인가시킨다.
이어서, 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 어느 하나에 외부의 전기차량에 의한 부하를 감지하게 되는데, 상세하게는 해당 세그먼테이션 트랙에 전기차량이 위치하면 해당 세그먼테이션 트랙의 직병렬 공진에 따라 자동으로 인버터로부터 고전류가 발생하여 고주파 전력이 해당 세그먼테이션 트랙에 인가된다. 한편으로는 세그먼테이션 트랙이 배치된 도로를 따라 위치 센서들을 배치하고, 이 위치 센서로부터 전기차량의 위치가 감지되면 제어부의 제어로 해당 세그먼테이션 트랙의 직병렬 공진을 위한 각 스위치와 스위치부의 온오프를 제어할 수도 있다.
이렇게 전기차량에 의해 부하가 감지되면 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙 중 감지된 하나의 세그먼테이션 트랙을 스위칭 온 시키고, 동시에 나머지 세그먼테이션 트랙은 스위칭 오프 시킨다. 여기서, 세그먼테이션 트랙에 구비된 스위치부의 온오프 동작시 인버터로부터 인가되는 전류는 저전류로서 스위치부에서 아크 발생이 방지된다.
그리고, 외부의 전기차량에 의한 부하로 스위칭 온 상태로 된 세그먼테이션 트랙에서는 직병렬 공진이 일어나고. 이어서 인버터로부터 고전류의 흐름이 발생하여 고주파 전력을 공급하게 되고 차량이 존재하지 않는 세그먼테이션에서는 직병렬 공진의 특성에 의해 트랙 전류가 일정하게 흐르고 있으나, 인버터쪽에 연결된 전선에는 미미한 전류가 흐르게 되어 스위치 오프시 발생하는 아크가 줄어들게 되므로 세그먼테이션 스위치를 오프하기 쉬운 상태로 된다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예가 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10 : 인버터
11 : 레그 1 12 : 레그 2
13 : 레그 3 14 : 레그 4
20 : 세그먼테이션 트랙
21 : 스위치부 22 : 커패시터
23 : 트랙 인덕턴스
100 : 인버터
110 : 제 1 레그 120 : 제 2 레그
200 : 메인 세그먼테이션 트랙
210 : 제 1 스위치부 220 : 제 1 인덕터
230 : 제 1 커패시터 240 : 제 2 커패시터
250 : 트랙 인덕턴스
300 : 서브 세그먼테이션 트랙
310 : 제 3 스위치부 320 : 제 3 인덕터
330 : 제 3 커패시터 340 : 제 4 커패시터
350 : 트랙 인덕턴스

Claims (7)

  1. 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 1 레그(110)와, 다른 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 형성된 제 2 레그(120)가 병렬로 연결되고, 상기 제 1 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드와 상기 제 2 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드를 통해 외부에 고주파 전력을 인가하는 인버터(100);
    상기 제 1 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (+)단이 연결되고, 상기 제 2 레그에 구비된 2개의 스위치 사이 노드에 (-)단이 연결되며, 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 상기 인버터로부터 고전류의 흐름을 유도하여 고주파 전력을 공급받는 메인 세그먼테이션 트랙(200);
    상기 메인 세그먼테이션 트랙에 병렬로 연결되며, 직병렬 공진구조를 이루어 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 상기 인버터로부터 고전류의 흐름을 유도하여 고주파 전력을 공급받는 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙(300);
    을 포함하여 구성되는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 세그먼테이션 트랙(200)은,
    상기 인버터로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 1 스위치부(210)와, 상기 제 1 스위치부에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터(220)와, 상기 제 1 인덕터에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터(230)와, 상기 제 1 인덕터와 상기 제 1 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 2 커패시터(240)를 구비하여 상기 제 1 스위치부가 온 상태에서 직병렬 공진을 하고,
    상기 서브 세그먼테이션 트랙(300)은,
    상기 메인 세그먼테이션 트랙에 병렬로 연결된 상태에서 상기 인버터로부터 공급되는 전원을 온오프하는 제 3 스위치부(310)와, 상기 제 3 스위치부에 직렬로 연결되는 제 3 인덕터(320)와, 상기 제 3 인덕터에 직렬로 연결되는 제 3 커패시터(330)와, 상기 제 3 인덕터와 상기 제 3 커패시터 사이의 노드에 병렬로 연결되는 제 4 커패시터(340)를 구비하여 상기 제 3 스위치부가 온 상태에서 직병렬 공진하는 것을 특징으로 하는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 스위치부와 상기 제 3 스위치부는 MC 스위치 또는 IGBT 스위치인 것을 특징으로 하는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 전기차량에 의한 외부의 부하가 발생하는 경우에만 선택적으로 스위칭 온 시키고, 나머지는 스위칭 오프 시키는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에 의해 정류된 전원을 설정된 전압으로 조정하는 DC-DC 변환하여 상기 인버터로 공급하는 컨버터;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입의 트랙 구조.
  6. (a) 고주파 전력을 외부에 인가하는 인버터에 메인 세그먼테이션 트랙이 연결되고, 상기 메인 세그먼테이션 트랙에 복수 개의 서브 세그먼테이션 트랙이 각각 병렬로 연결된 상태에서 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙에 외부의 전기차량으로부터 부하가 발생하지 않아 상기 인버터가 고주파 전력에 대응하는 고전류의 흐름을 발생시키지 않는 단계;
    (b) 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 어느 하나에 외부의 전기차량에 의한 부하를 감지하는 단계;
    (c) 전기차량에 의해 부하가 감지된 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 어느 하나의 트랙을 스위칭 온 시키고, 동시에 나머지 트랙은 스위칭 오프 시키는 단계;
    (d) 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 스위칭 온 상태인 어느 하나의 트랙에서 직병렬 공진을 수행하는 단계;
    (e) 상기 인버터로부터 고전류의 흐름이 발생하여 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 스위칭 온 상태인 어느 하나의 트랙에 대해 고주파 전력을 인가하고, 스위칭 오프 상태의 트랙에는 고전류의 흐름을 차단하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입을 갖는 트랙 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에,
    (f) 상기 메인 세그먼테이션 트랙과 복수 개의 상기 서브 세그먼테이션 트랙 중 상기 인버터로부터 고주파 전력을 인가받는 어느 하나의 트랙에 대해 전기차량에 의한 부하가 종료되는 경우 상기 인버터로부터 고전류의 흐름을 차단하는 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도급전용 세그먼테이션의 설정이 용이한 공진 타입을 갖는 트랙 제어방법.
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