KR101457198B1 - Contactless power supply system for railway cars - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 비접촉식으로 차량에 필요한 전력을 얻을 수 있으며 급전시 기존 바닥에 설치되어 있는 자장을 이용한 유도 급전 방식에 비해 급전이 유도되는 면적을 넓혀 급전량을 증가시킬 수 있는 비접촉 열차 급전 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-contact train feed system using magnetic field interception, and more particularly, to a non-contact type railroad feed system capable of obtaining electric power required for a vehicle in a non-contact manner. In comparison with an induction feeding system using a magnetic field, Contact railroad feeding system capable of increasing the amount of power supply.
최근 자동차의 급격한 증가와 도로 교통의 정체 등 타 육상교통 수단이 한계에 이르면서, 전기철도에 대한 수요가 나날이 증가하고 확장되는 추세이다.Recently, the demand for electric railroad has been increasing and expanding, as the rapid increase of automobiles and congestion of road traffic have reached the limits of other land transportation.
한편, 전기철도에 대한 수요 증가로 인한 공급이 확대됨에 따라 대량 대중교통 수단으로서 전기철도의 안전성과 신뢰성에 대한 확보가 더 절실히 요구되고 있다.On the other hand, as the supply of electric railroad increases due to the increase in demand, it is urgently required to secure safety and reliability of electric railway as mass public transportation means.
이와 같은 전기철도의 차량의 상부에는 차량의 운행 동력으로서 필요한 교류 25,000V 또는 직류 1,500V의 전기에너지를 선로를 따라 설치된 전차선(혹은, '트롤리선' 이라고 함)으로부터 전력을 공급받아 그 운행 및 제어에 사용하고 있으며, 이를 위해 전력을 집전할 수 있는 판토그라프(pantograph)를 그 상부에 장치하여 사용하고 있다.Electricity of 25,000V alternating current or 1,500V direct current required as the driving power of the vehicle is supplied to the upper part of the vehicle of such electric railway by receiving electric power from the electric cable (or 'trolley line' And a pantograph capable of collecting electric power is installed on the upper part thereof.
즉, 종래 일반적인 전기 철도차량 또는 트롤리 버스는 전차선에 판토그라프를 직접 접촉시켜 차량에 필요한 전력을 급전 받는 구조이다.That is, a conventional electric railway vehicle or a trolley bus has a structure in which electric power is supplied to a vehicle by directly contacting a pantograph on an electric wire.
그런데, 이와 같은 접촉식 급전방식의 경우, 전차선이 처지지 않고 일정높이를 유지하도록 하기 위해 전주, 브래킷, 조가선, 급전선, 부급전선, 장력조정장치, 구분장치 등의 설비를 갖추어야 하며 전차선이 판토그래프와 접촉함으로써 급전하기 때문에 습동판 등의 마모가 발생하고, 공력소음과 같은 환경 문제를 유발할 수도 있다.However, in the case of such a contact-type power feeding system, it is necessary to provide facilities such as electric poles, brackets, barges, feeder lines, auxiliary feeder lines, tension adjusters and separators in order to maintain a constant height without falling down. And thus wear of the wet platen or the like may occur, which may cause environmental problems such as aerodynamic noise.
물론 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 최근 비접촉 전원방식으로 유도급전에 의한 전원 공급에 대한 연구가 진행 중에 있다. 비접촉 전원방식의 일 예로 공개특허 제10-2005-0089673호가 제안된 바 있다. 이는 전기 차량의 전원급전용 비접촉 집전 시스템에 관한 것으로, 차량이 주행하는 궤도 또는 도로에 설치되어 전원이 인가되는 전력송전선부와, 전력송전선부와 소정의 거리를 두고 차량의 저면단에 설치되는 집전장치부로 구성하여, 1차측인 전력송전선부와 2차측인 집전장치부의 자기적 에너지 경로에 일정한 공극을 유지하면서 차량 운행중에 집전이 이루어지며, 전력송전선부는 직선도체형식의 코일이 설치되고, 코일의 상면으로는 누설되는 자속량을 줄이기 위해 자로폐쇄형 비자성체가 구성되며, 상기 집전장치부는 상기 전력송전선부의 방향으로 자기에너지 경로를 제공, 공유하는 단면부를 갖는 형상으로 이루어지는 철심과, 철심에 소정의 간격을 두고 이격되도록 권선되는 코일로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이 같은 구성에 의하면 주행중 차량으로의 집전과 차량 내부 배터리 충전을 위한 전력집전이 가능하고, 종래의 접촉 방식의 한계였던 기계적 마찰에 의한 마모, 소음 발생현상을 해소하고, 차량에의 집전 손실로 작용할 수 있는 아크, 공기마찰 등의 전기적, 환경적 손실을 제거할 수 있게 되었다.Of course, in order to solve such a problem, researches on the power supply by the induction power supply in the non-contact power supply system are under way. Open No. 10-2005-0089673 has been proposed as an example of the non-contact power supply method. The present invention relates to a noncontact noncontact electric power supply system for an electric vehicle, and more particularly to a power noncontact current collecting system for an electric vehicle which comprises a power transmission line portion provided on a track or a road on which a vehicle travels and to which power is applied, The power transmission line portion is provided with a coil of a straight conductor type, and the power transmission line portion is provided with a coil of a straight conductor type, And a current collecting unit for generating a magnetic energy path in the direction of the power transmission line unit and having an end face having an end face section; And coils wound so as to be spaced apart from each other. According to such a configuration, it is possible to collect electric power for driving the vehicle while driving and charging the battery in the vehicle, to solve wear and noise caused by mechanical friction, which was the limit of the conventional contact method, It is possible to eliminate electrical and environmental losses such as arcs and air friction.
하지만, 상기 공개특허를 포함하는 기존의 비접촉 급전 방식의 경우 지상에 일정크기의 유도코일판을 설치하고 이를 차상에서 유도급전하는 방식을 취했으나 하부면으로만 집전을 하게 되므로 그 면적이 한정되어 있어 충분한 전원을 확보하는데 어려움이 있었다.
However, in the case of the conventional non-contact power feeding system including the above-mentioned patent, a induction coil plate having a predetermined size is installed on the ground, and the induction coil plate is installed on the ground. However, There was a difficulty in securing sufficient power.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 비접촉식으로 차량에 필요한 전력을 얻을 수 있으며 기존의 바닥에 설치되어 있는 방식에 비해 유도되는 면적을 크게 할 수 있어 급전량을 높일 수 있는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electric vehicle which can obtain electric power necessary for a vehicle in a non-contact manner, The present invention provides a non-contact train feed system using magnetic field interrupting.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; In order to solve such a technical problem,
터널의 내부면을 감싸도록 설치되어 전원공급장치에서 전원이 투입되면 자장이 발생되는 외부 코일과, 열차의 차량 외부면을 감싸도록 설치되어 상기 외부 코일의 자장을 끊음으로써 차량의 운행에 필요한 전원을 확보하는 차량 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템을 제공한다.An outer coil which surrounds the inner surface of the tunnel and generates a magnetic field when the power is supplied from the power supply unit and a power supply unit which is installed to surround the outer surface of the train so as to cut off the magnetic field of the outer coil, A non-contact train feed system using magnetic field interrupts.
이때, 상기 외부 코일은 차량이 고속주행하는 터널구간에 설치되는 것을 특징으로 한다.In this case, the outer coil is installed in a tunnel section where the vehicle travels at a high speed.
그리고, 상기 차량 코일은 차체와 분리하여 도전체로부터 이격시켜 취부되는 것을 특징으로 한다.Further, the vehicle coil is separated from the vehicle body and is mounted separately from the conductor.
또한, 상기 차량 코일은 유도전류 발생량을 증대시키기 위해 차량에 여러 조가 설치되는 것을 특징으로 한다.Further, the vehicle coil is characterized in that a plurality of sets are installed in the vehicle in order to increase an induced current generation amount.
그리고, 상기 차량 코일을 통해 유기된 전류는 전력변환장치에 공급되는 것을 특징으로 한다.The current induced through the vehicle coil is supplied to the power conversion apparatus.
또한, 상기 전원공급장치는 DC전원 또는 AC전원을 상기 외부 코일에 투입하는 것을 특징으로 한다.Further, the power supply device is characterized in that DC power or AC power is supplied to the outer coil.
아울러, 상기 터널 내부면에 설치되는 외부코일은 일정 구간마다 이격시켜 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the outer coils installed on the inner surface of the tunnel are spaced apart from each other by a predetermined interval.
또한, 상기 터널 내부면에 설치되는 외부코일은 균일한 간격으로 하나로 설치되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the outer coils installed on the inner surface of the tunnel are installed at uniform intervals.
본 발명에 따르면, 비접촉식으로 차량에 필요한 전력을 얻을 수 있어 팬터그라프를 이용하는 기존 접촉식 집전 시스템의 습동판 마모 및 그에 따른 환경 문제를 차단할 수 있으며, 기존 바닥에 설치되어 있는 자장 유도 방식에 비해 유도되는 면적을 크게 할 수 있어 급전량을 크게 할 수 있는 효과가 있고, 고속일 경우 집전량이 많아지는 효과도 있다.
According to the present invention, it is possible to obtain the electric power required for the vehicle in a non-contact manner, and it is possible to prevent the wearer of the wet plate and the environmental problem of the conventional contact type power collecting system using the pantograph, So that it is possible to increase the amount of power supply, and in the case of high speed, the amount of current to be accumulated also increases.
도 1은 본 발명에 따른 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템을 설명하기 위해 도시한 열차 및 터널의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템을 설명하기 위해 도시한 열차 및 터널의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열차의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비접촉 열차 급전 시스템의 일 실시 예로서 DC 전원공급방식의 터널 내 외부코일 설치 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 비접촉 열차 급전 시스템의 일 실시 예로서 AC 전원공급방식의 터널 내 외부코일 설치 구성도이다. 1 is a front view of a train and a tunnel shown for explaining a non-contact train feed system using magnetic field interrupting according to the present invention.
2 is a side view of a train and a tunnel for illustrating a noncontact railroad feed system using magnetic field interrupting according to the present invention.
3 is a configuration diagram of a train according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an external coil installed in a tunnel of a DC power supply system as an embodiment of the non-contact train feed system according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an external coil installed in an AC power supply type tunnel in an embodiment of the non-contact train feed system according to the present invention.
본 발명에 따른 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.The non-contact train feed system using magnetic field interrupting according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템은 지상 구조물인 터널(100) 내부에 코일을 설치하여 자장을 발생시키고, 차량(200)의 외부에 코일을 설치한 열차가 이동하면서 자장을 끊음으로써 차량 운행에 필요한 전원을 확보하고자 하는 것이다.
1 to 3, a non-contact train power feeding system using magnetic field interrupting according to the present invention includes a coil installed in a
이와 같은 본 발명에 따른 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템은 지상 구조물인 터널(100) 내부면을 감싸도록 설치되어 급전전원이 투입되면 자장이 발생되는 외부 코일(110)과, 열차의 차량(200) 외부면을 감싸도록 설치되어 상기 외부 코일(110)의 자장을 끊음으로써 차량(200)의 운행에 필요한 전원을 확보하는 차량 코일(210)로 구성된다.The noncontact railroad feed system using magnetic field interrupting according to the present invention includes an
이때, 열차가 주행시 차량(200)이 자장을 끊는 효과를 증대시키기 위하여 터널(100)에 극성을 달리하는 외부 코일(110)을 주기적으로 반복하여 설치할 수 있으며, 유기기전력이 더 커지는 효과를 얻기 위해 외부 코일(110)을 차량(200)이 고속주행할 수 있는 구간에 설치할 수 있다.
At this time, in order to increase the effect that the
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 전자기 유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 코일 속을 지나는 자속의 시간적 변화율과 코일의 감은 횟수에 비례한다는 패러데이의 법칙을 적용한 것이다.The present invention applies the Faraday's law that the magnitude of the electromotive force induced in the circuit by electromagnetic induction is proportional to the rate of change of the magnetic flux passing through the coil and the number of turns of the coil.
전자기유도현상에서는 도선 또는 자석의 운동 속도를 크게 하거나 강한 자석을 사용하면 같은 시간 동안에 코일을 지나는 자속의 변화가 커진다. 또한 코일을 감은 수를 증가시켜도 큰 유도기전력이 나타난다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
In the electromagnetic induction phenomenon, when the moving speed of the lead wire or the magnet is increased or the strong magnet is used, the change of the magnetic flux passing through the coil during the same time becomes large. Also, a large induction electromotive force appears even if the number of turns of the coil is increased. The equation is expressed as follows.
여기서, V는 유도기전력, n은 감은 수, t는 시간으로서, t시간 동안 코일을 관통하는 자속의 변화는 △Φ 이다. (-)부호는 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐름을 나타내는데 이것이 곧 렌츠의 법칙이다.Here, V is the induced electromotive force, n is the number of turns, t is the time, and the change in magnetic flux passing through the coil for t time is? (-) sign represents the flow in which the induced electromotive force interferes with the change of magnetic flux, which is the Lentz law.
이에 따라 시스템 구현을 위해서 차량 코일(210)은 차체와 분리하여 도전체로부터 이격시켜 취부한다. 도전체와 분리시키지 않을 경우 유도전류의 발생에 지장을 줄 수 있기 때문이다. Accordingly, in order to implement the system, the
이 경우 상기 차량 코일(210)도 여러 조를 설치함으로써 유도전류 발생량을 증대시킨다.In this case, the
이와 같은 전자기 유도에 의해 유기된 전류는 차량의 구동 및 보조전원에 사용한다. 이 경우 다양한 전원의 형태로 변환하기 위해 차량 코일을 통해 유기된 전류는 전력변환장치(220)에 공급된다. Such an electric current induced by the electromagnetic induction is used for the driving of the vehicle and the auxiliary power source. In this case, the current induced through the vehicle coil is supplied to the
따라서, 상기 전력변환장치(220)에서 열차의 운행을 담당하는 차상제어기(미도시됨)와, 구동 및 제동장치, 공기조화 장치 등의 동작을 위해 필요한 전력을 다양한 형태로 변환하여 공급하게 된다.
Accordingly, the electric
한편, 외부 코일(110)에는 전원공급장치(120)에서 열차의 운행에 필요한 전원을 공급하게 된다.On the other hand, the
이 경우 전원공급장치(120)는 DC전원이나 AC전원을 인가시킬 수 있으며, 이 경우 차량 코일(210)에서 발생되는 유도전류의 크기를 증가시키기 위해 DC전원과 AC전원의 공급 방식에 따라 그 설치 및 운용을 달리함이 바람직하다.In this case, in order to increase the size of the induction current generated in the
즉, 도 4는 본 발명에 따른 비접촉 열차 급전 시스템의 일 실시 예로서 DC 전원공급방식의 터널 내 외부코일 설치 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 비접촉 열차 급전 시스템의 일 실시 예로서 AC 전원공급방식의 터널 내 외부코일 설치 구성도이다. That is, FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an external coil installed in a tunnel of a DC power supply system as an embodiment of a non-contact train feed system according to the present invention, Fig. 8 is a configuration diagram of an external coil installation in a tunnel.
먼저, 도 4에 의하면 전원공급장치(120)에서 DC전원을 인가시키는 경우에는 열차가 통과하는 터널(100) 내부면에 설치되는 외부 코일(110)을 일정 구간마다 이격시켜 설치한다. 이를 통해 열차가 터널(100) 내부를 주행시 외부 코일(110)의 자장 단속 횟수를 증가시켜 유도되는 유도전류를 증가시키게 된다.Referring to FIG. 4, when DC power is supplied from the
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 전원공급장치(120)에서 AC전원을 인가시키는 경우 외부 코일(110)을 이격시키지 않고 균일한 간격으로 하나로 설치하며, 전원공급장치(120)의 주파수를 변경시켜 자장단속을 변경시킴으로써 열차가 터널(100) 내부를 주행시 열차의 차량 코일(210)에서 유도전류의 발생을 증대시킨다.
5, when the AC power is supplied from the
이와 같이 열차 운행에 필요한 전원을 급전하기 위해 비접촉식으로 차량에 급전할 수 있어 기존 접촉식에 따른 습동판 마모 및 이에 따른 소음 등의 환경 문제를 차단할 수 있으며, 바닥에만 유도코일을 일부 설치하는 비접촉 방식의 급전 장치들에 비해 유도되는 면적을 크게 할 수 있어 열차에 공급하는 급전량을 증대시킬 수 있다.
In this way, it is possible to feed the vehicle in a non-contact manner to feed the power source necessary for the train operation, thereby preventing environmental problems such as abrasion of the wet plate due to the conventional contact type and thus noise, So that the amount of power supplied to the train can be increased.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예들과 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 터널 110: 외부 코일
120: 전원공급장치 200: 차량
210: 차량 코일 220: 전력변환장치100: tunnel 110: outer coil
120: power supply device 200: vehicle
210: vehicle coil 220: power converter
Claims (8)
상기 차량 코일은 차체와 분리하여 도전체로부터 이격시켜 취부되고,
상기 터널 내부면에 설치되는 외부코일은 극성을 달리하게 하여 주기적으로 반복하여 설치하며,
일정 구간마다 극성이 다르게 이격시켜 설치되며,
상기 차량 코일을 통해 유기된 전류는 전력변환장치에 공급되고,
상기 전원공급장치는 DC전원 또는 AC전원을 상기 외부 코일에 투입하는 것을 특징으로 하는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템.
An outer coil which surrounds the inner surface of the tunnel and generates a magnetic field when the power is supplied from the power supply unit and a power supply unit which is installed to surround the outer surface of the train so as to cut off the magnetic field of the outer coil, And a vehicle coil for securing it,
The vehicle coil is mounted separately from the conductor and separated from the conductor,
The external coils installed on the inner surface of the tunnel are periodically installed repeatedly with different polarities,
The polarities are set to be spaced apart from each other at regular intervals,
A current induced through the vehicle coil is supplied to the power converter,
Wherein the power supply device applies DC power or AC power to the external coil.
상기 외부 코일은 차량이 고속주행하는 터널구간에 설치되는 것을 특징으로 하는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the external coil is installed in a tunnel section where the vehicle travels at a high speed.
상기 차량 코일은 유도전류 발생량을 증대시키기 위해 차량에 여러 조가 설치되는 것을 특징으로 하는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the vehicle coil is provided with a plurality of sets in the vehicle to increase an induced current generation amount.
상기 터널 내부면에 설치되는 외부코일은 균일한 간격으로 하나로 설치되는 것을 특징으로 하는 자장 단속을 이용한 비접촉 열차 급전 시스템.
The method according to claim 1,
And the outer coils installed on the inner surface of the tunnel are installed at uniform intervals.
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