KR101587126B1 - 급전 선로에 따른 급전 장치 및 그를 이용한 급집전 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예는 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어 및 각각의 급전 코어의 세그먼트 마다 각각 권취되며, 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가되는 급전 코일을 포함하여 EMF의 발생범위를 줄이면서도 집전 장치에 안정적인 전압을 공급할 수 있는 급전 장치 및 그를 이용한 급집전 장치를 제공한다.

Description

급전 선로에 따른 급전 장치 및 그를 이용한 급집전 장치{Power Supply Apparatus and Power Transmission Apparatus Using Same}

본 실시예는 철로에 유기되는 EMF의 발생범위를 줄이면서도 집전 장치에 안정적으로 전압을 공급할 수 있는 급전 선로에 따른 급전 장치 및 그를 이용한 급집전 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

도로 또는 철로 상을 주행하는 전기자동차(또는 전기열차)가 운행에 필요한 전력을 충전하기 위해서는 도로 또는 철로 상에서 급전장치가 설비되어야 한다. 일반적으로 급전장치는 전력을 제공받아 자기장을 형성하고, 형성된 자기장을 집전 장치에 유도시킴으로써 집전장치가 유도기전력을 이용하여 전기자동차의 전력을 충전할 수 있도록 동작한다. 그러나, 급전장치가 작동하는 경우, 급전장치의 주위에는 EMF(Electro-Magnetic Field, 전자기장)가 형성되며, 이러한 EMF는 인체에 유해하고 다른 전자기기의 고장, 오작동 등을 유발할 수 있다. 따라서, 급전 장치에서 발생하는 EMF의 발생범위를 줄일 필요가 있다.

이러한, EMF의 발생범위를 줄이기 위해 일반적으로 사용되는 단상 교류전력 대신 3상 교류전력을 사용하는 방법이 소개되었다. 한편, 3상 교류전력을 사용할 경우, EMF의 발생범위를 감소시킬 수 있다는 장점이 존재하나 집전장치에 유도되는 유도기전력의 전압이 낮아진다는 단점이 발생하게 되며, 이에 전력 공급의 효율성이 떨어진다는 문제점이 발생한다.

이에, 급전장치가 작동하는 경우, 급전장치의 주위에 발생하는 EMF의 발생범위를 줄이면서도 집전장치에 안정적인 전압을 공급할 수 있는 기술을 필요로 한다.

본 실시예는, 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어 및 각각의 급전 코어의 세그먼트 마다 각각 권취되며, 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가되는 급전 코일을 포함하는 급전 장치를 제공함으로써, 급전 장치의 주위에 발생하는 EMF의 발생범위를 줄이면서도 집전 장치에 안정적인 전압을 공급하는 것이 주된 목적이다.

본 실시예는, 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어를 포함하는 급전 코어부; 및 상기 복수 개의 급전 코어에 각각 권취되고, 전력을 인가받아 자기장을 형성하는 급전 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 급전장치를 제공한다.

또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어를 포함하는 급전 코어부 및 상기 복수 개의 급전 코어에 각각 권취되고, 전력을 인가받아 자기장을 형성하는 급전 코일을 포함하는 급전장치; 및 상기 폭 방향으로 나란히 배치된 복수 개의 집전 코어를 포함하는 집전 코어부 및 상기 복수 개의 집전 코어에 각각 권취되고, 상기 급전 코일에서 발생한 상기 자기장에 유도되어 유도기전력을 발생하는 집전 코일을 포함하는 집전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치를 제공한다.

본 실시예는 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어 및 각각의 급전 코어의 세그먼트 마다 각각 권취되며, 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가되는 급전 코일을 포함하는 급전 장치를 제공함으로써, 급전 장치의 주위에 발생하는 EMF의 발생범위를 줄이면서도 집전 장치에 안정적인 전압을 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 급집전 장치를 예시한 도면이다.
도 2a는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 정면도를 예시한 도면이다.
도 2b는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 상부도를 예시한 도면이다.
도 2c는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 하부도를 예시한 도면이다.
도 3의 본 실시예에 따른 급전 장치의 급전 코일 내 전류 방향을 예시한 도면이다.
도 4a는 본 실시예에 따른 집전장치의 이동경로 및 급전장치에서 발생하는 자기장의 방향을 상대적으로 비교한 예시도이다.
도 4b는 본 실시예에 따른 집전장치에 유도되는 자기장을 위상을 예시한 도면이다.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 급집전 장치를 예시한 도면이다.

도 1에 도시된 본 실시예에 따른 급집전 장치(100)는 급전장치 및 집전장치를 포함하며, 급전장치는 급전 코어부(110) 및 급전 코일(120)을 포함하며, 집전장치는 집전 코어부(130) 및 집전 코일(140)을 포함한다. 여기서, 급집전 장치(100)에 포함된 각 모듈은 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 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.

급전장치는 바람직하게는 철로(150) 사이에 매설되는 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 급전장치가 매설되어 전기열차에 전력을 공급할 수 있는 선로를 급전선로로 명시하도록 한다. 한편, 도 1에서는 도시되지 않았지만 급전장치는 인버터(미도시)를 추가로 구비하며, 인버터 또한 철로(150) 사이에 일부 매설될 수 있다. 여기서, 인버터는 급전 전원을 말한다. 이러한, 급전장치는 구비된 인버터로부터 전력을 공급받고, 인버터에 연결된 급전 코일(120)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장의 경로를 제공하는 급전 코어부(110) 및 급전 코어(110)에 권취되는 급전 코일(120)을 이용하여 자기유도 방식으로 전력을 공급한다.

급전장치에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 급전 코어부(110) 예컨대, 급전 코어는 인버터와 연결된 급전 코일(120)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장의 경로를 제공한다. 본 실시예에 따른 급전 코어부(110)는 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)를 포함한다. 이때, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 인접한 급전 코어와 좌측 또는 우측으로 서로 어긋난 형태로 배치된다. 본 실시예에 따른 급전장치는 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)를 구비함으로써 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장을 각각 형성하며, 이를 통해, 동일 선상에 집전장치가 위치하는 경우, 집전장치에 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장이 각각 유도되도록 동작한다. 본 실시예에서는, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유기되는 자기장이 60도의 위상 차를 갖도록 각각의 급전 코어(112, 114, 116)를 어긋나게 배치하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 실시예에 따른 급전 코어부(110)는 3개의 급전 코어(이하, 제1 급전 코어(112), 제2 급전 코어(114) 및 제3 급전 코어(116)로 명시하도록 한다.)를 구비하며, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 종래 일반적으로 사용되는 단일 급전 코어 폭의 1/3 정도의 폭 크기를 가지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌출부를 각각 구비하며, 급전 코일(120)은 구비된 돌출부에 권취된다. 예컨대, 본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 돌출부를 각각 구비하며, 급전 코일(120)은 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 구비된 돌출부 중에서 인접 급전 코어의 방향에 위치하는 돌출부에 권취된다. 한편, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 코어가 정렬된 구조로 구현될 수도 있으며, 하나의 코어로 구현될 수도 있다.

본 실시예에 따른, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 복수 개의 세그먼트(Segment)로 나뉘어 구분되며, 각각의 세그먼트에는 급전 코일(120)이 각각 권취된다. 이때, 각각의 세그먼트는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 권취된 급전 코일(120)에 따라 결정되어 진다. 본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에는 차량 운행방향으로 전류가 서로 반대 방향으로 흐르는 급전 코일(120)이 교대로 배열된다. 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 전류가 서로 반대 방향으로 흐르는 2개의 급전 코일(120)이 교대로 배열되어 있는 경우에는 2개의 급전 코일 중 어느 하나의 급전 코일 및 해당 급전 코일이 권취된 급전 코어의 부분이 제1 세그먼트로 구분되며, 다른 하나의 급전 코일 및 해당 급전 코일에 권취된 급전 코어의 부분이 제2 세그먼트로 구분된다. 한편, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트에 각각 권취되어 있는 급전 코일(120)은 세그멘트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다.

급전 코일(120)은 급전 코어부(110)에 포함된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)에 각각 권취되며, 인버터로부터 전력을 인가받아 자기장을 형성한다. 이하, 급전 코일(120) 중 제1 급전 코어(112)에 권취되는 급전 코일을 제1 급전 코일(122)로 제2 급전 코어(114)에 권취되는 급전 코일을 제2 급전 코일(124)로 제3 급전 코어(116)에 권취되는 급전 코일을 제3 급전 코일(126)로 명시하도록 한다. 한편, 본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 돌출부를 각각 구비한다. 즉, 급전 코일(120)은 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 구비된 돌출부에 권취되되, 각각의 돌출부 중에서 인접 급전 코어의 방향에 위치하는 돌출부에 권취된다. 예컨대, 도 1에서 도시된 바와 같이 제1 급전 코일(122)은 제1 급전 코어(112)의 양단부에 구비된 돌출부 중 제2 급전 코어(114)의 방향에 위치하는 오른쪽 돌출부에 권취된다. 제2 급전 코일(124)은 제2 급전 코어(114)의 양단부에 구비된 돌출부에 모두 권취된다. 제3 급전 코일(126)은 제3 급전 코어(116)의 양단부에 구비된 돌출부 중 제2 급전 코어(140)의 방향에 위치하는 왼쪽 돌출부에 권취된다. 이때, 제2 급전 코어(114)의 양단부에 각각 권취된 제2 급전 코일(124)은 서로 평행하게 권취되며, 제1 급전 코어(112)에 권취된 제1 급전 코일(122) 및 제3 급전 코어(116)에 권취된 제3 급전 코일(126)은 제2 급전 코어(114)의 양단부에 권취된 제2 급전 코일(124)과 각각 어긋나게 권취된다.

본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 급전 코일(120)은 각각의 세그먼트에 각각 권취된다. 예컨대, 도 1에서 도시된 바와 같이 제1 급전 코일(122)은 제1 급전 코어(112)의 각 세그먼트(제1 세그먼트, 제2 세그먼트)에 각각 권취되고, 제2 급전 코일(124)은 제2 급전 코어(114)의 각 세그먼트(제1 세그먼트, 제2 세그먼트)에 각각 권취되고, 제3 급전 코일(126)은 제3 급전 코어(116)의 각 세그먼트(제1 세그먼트, 제2 세그먼트)에 각각 권취된다.

한편, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되어 있는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)은 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다. 제1 급전 코어(112)를 예로 들어 설명하자면, 제1 급전 코어(112)는 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트로 구분되어 있으며, 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트에는 각각 제1 급전 코일(122)이 권취된다. 이하, 제1 급전 코어(112)의 상측에 위치하는 세그먼트를 제1 세그먼트로, 하측에 위치하는 세그먼트를 제2 세그먼트로 명시하여 설명하도록 한다. 이때, 제1 급전 코어(122)의 제1 세그먼트에 권취되어 있는 제1 급전 코일은 제1 급전 코어(122)의 제2 세그먼트에 권취되어 있는 제1 급전 코일과 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 인가된다. 즉, 제1 세그먼트에 권취되어 있는 제1 급전 코일에 흐르는 전류는 제2 세그먼트에 권취되어 있는 제1 급전 코일에 흐르는 전류와 서로 반대되는 방향으로 흐르게 된다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 급전장치는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되어 있는 급전 코일(120) 당 하나의 인버터를 구비하고, 이를 통해 세그멘트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력을 교대로 인가할 수 있다.

즉, 본 발명에서 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유기되는 자기장은 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 위치(예컨대, 각 세그먼트)에 따라 근사적으로 사각파의 형태를 가지게 된다. 한편, 이러한 자기장의 변화에 따라 급전장치에서 형성되는 자기장의 형성 범위는 기존에 비해 작은 범위를 갖으며, 이는 급전선로로부터 멀어질수록 자기장이 급격하게 떨어지는 효과를 야기한다. 더불어, EMF의 발생범위 또한 감소하게 되는 효과가 발생하며, 이에, 철로(150)에 유도되는 전압을 현저하게 줄일 수 있다.

한편, 도 1에서는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)가 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 각각의 세그먼트 마다 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 인가되는 급전 코일(120)이 각각 권취되어 있는 것으로 도시하였지만 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 권취되는 급전 코일(120)은 세그먼트 별로 별도로 구비되는 것이 아닌 하나의 코일로 구현될 수 있으며, 다만, 세그먼트 간 경계에서 한차례 꼬인 형태로 권취될 수 있다. 즉, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 권취된 급전 코일(120)을 세그먼트 간 경계에서 한차례 꼬인 형태로 권취하게 되면 꼬인 지점을 기준으로 전류가 반대 방향으로 흐르게 되며 이는, 각 세그먼트 마다 별도의 급전 코일(120)을 권취하고, 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가되는 경우와 동일한 효과를 야기할 수 있다.

이하, 본 실시예에 따른 급전장치의 효과에 대해 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어를 구비하되, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)를 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분하고, 각각의 세그먼트 마다 서로 반대되는 위상을 가지는 전력을 인가함으로써 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유기되는 자기장이 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 위치(예컨대, 각 세그먼트)에 따라 근사적으로 사각파의 형태를 가지도록 유도한다. 이러한 자기장의 변화에 따라 급전장치에서 형성되는 자기장의 형성 범위는 기존에 비해 작은 범위를 갖으며 이에, 철로(150)에 유도되는 전압을 현저하게 줄일 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 집전장치가 자기장의 방향이 바뀌는 위치 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116) 중 어느 하나의 급전 코어의 세그먼트 변경지점에 위치하는 경우, 집전장치에 유도되는 전압이 현저하게 떨어진다는 문제점이 발생한다. 이를 보완하기 위해 본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어가 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치되도록 구현하였다. 즉, 동일 선상에서 집전장치에 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장이 각각 유도되도록 동작함으로써, 세그먼트 변경지점에서도 집전장치로 안정적인 전압을 공급될 수 있도록 구현하였다. 이를 위해 본 실시예에 따른 집전장치 역시 폭 방향으로 나란히 배치된 복수 개의 집전 코어(132, 134, 136) 및 복수 개의 집전 코어에 집전 코일(142, 144, 146)이 각각 권취되는 형태로 구현하였다. 이에 대한 설명은 집전장치를 설명하는 과정에서 후술하도록 한다.

집전장치는 급전장치에 의한 유도기전력을 형성하여 전기 자동차로 전원을 공급하는 장치를 말한다. 이러한, 집전장치는 이동체(예컨대 전기 자동차)에 설치될 수 있다. 본 실시예에 따른 이동체는 전기 열차인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기로 구동될 수 있는 버스, 차량, 크레인 또는 모토바이크 등에 폭넓게 적용될 수 있을 것이다.

집전장치는 급전장치에서 형성된 자기장이 유기되는 집전 코어부(130) 및 집전 코어부(130)에 포함된 각각의 집전 코어(132, 134, 136)에 권취되고, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)에 유기된 자기장을 이용하여 유도기전력을 발생하는 집전 코일(140)을 포함한다.

이러한, 집전장치에 포함되는 각 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다. 집전 코어부(130) 예컨대, 집전 코어는 폭 방향으로 나란히 배치된 복수 개의 집전 코어(132, 134, 136)를 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 집전 코어부(130)는 3개의 집전 코어(이하, 제1 집전 코어(132), 제2 집전 코어(134) 및 제3 집전 코어(136)로 명시하도록 한다.)를 구비하며, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)는 급전장치에 포함된 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 상부에 위치되는 경우 서로 대응되는 형태로 구현되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)가 급전장치에 포함된 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 상부에 위치되는 경우 각각의 집전 코어(132, 134, 136)와 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 서로 마주보는 형태로 구현된다. 이에, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 폭과 동일한 폭 크기를 가진다. 한편, 본 실시예에 따른 집전장치는 복수 개의 집전 코어(132, 134, 136)를 구비함으로써 급전장치로부터 서로 소정의 위상 차를 갖는 사각파 형태의 자기장을 각각 제공받을 수 있다.

각각의 집전 코어(132, 134, 136)는 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌출부를 각각 구비하며, 집전 코일(140)은 구비된 돌출부에 권취된다. 예컨대, 본 실시예에 따른 각각의 집전 코어(132, 134, 136)는 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 돌출부를 각각 구비하며, 집전 코일(140)은 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 구비된 돌출부 중에서 인접 집전 코어의 방향에 위치하는 돌출부에 권취된다. 한편, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 구비된 돌출부는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 돌출된 돌출부와 서로 반대되는 방향으로 돌출되며, 이에 각각의 집전 코어(132, 134, 136)가 급전장치에 포함된 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 상부에 위치되는 경우 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 구비된 돌출부와 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 양단부에 돌출된 돌출부는 서로 마주보는 형태로 구현된다.

집전 코일(140)은 집전 코어부(130)에 포함된 복수 개의 집전 코어(132, 134, 136)에 각각 권취되며, 급전장치에 구비된 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 권취된 각각의 급전 코일(122, 124, 126)로부터 발생한 자기장에 각각 유도되어 유도기전력을 발생한다. 이하, 집전 코일(140) 중 제1 집전 코어(132)에 권취되는 집전 코일을 제1 집전 코일(142)로 제2 집전 코어(134)에 권취되는 집전 코일을 제2 집전 코일(144)로 제3 집전 코어(136)에 권취되는 집전 코일을 제3 집전 코일(144)로 명시하도록 한다. 또한, 제1 집전 코어(132) 및 제1 집전 코일(142)을 제1 픽업으로, 제2 집전 코어(134) 및 제2 집전 코일(144)을 제2 픽업으로, 제3 집전 코어(136) 및 제3 집전 코일(146)을 제3 픽업으로 명시하여 설명하도록 한다. 한편, 제1 내지 제3 픽업은 급전선로 라인을 따라 동일 선상에서 움직인다.

각각의 집전 코어(132, 134, 136)는 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 돌출부를 각각 구비한다. 즉, 각각의 집전 코일(142, 144, 146)은 대응되는 각각의 집전 코어(132, 134, 136)의 양단부에 구비된 돌출부에 권취되되, 각각의 돌출부 중에서 인접 집전 코어의 방향에 위치하는 돌출부에 권취된다.

한편, 각각의 집전 코어(132, 134, 136)에 권취된 각각의 집전 코일(142, 144, 146)은 본 실시예에 따른 급전장치에 구비된 각각의 급전 코어(112, 114, 116)가 서로 어긋난 형태로 배치됨에 따라 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장이 각각 유도된다. 즉, 집전장치에 구비된 제1 픽업에는 제1 급전 코일(122)에서 발생한 자기장이, 제2 픽업에는 제2 급전 코일(124)에서 발생하는 자기장이, 제3 픽업에는 제3 급전 코일(126)에서 발생한 자기장이 각각 유도된다. 이때, 각각의 픽업장치에 유도되는 자기장은 서로 소정의 위상 차를 갖는다.

한편, 본 실시예에 따른 급전장치에 구비된 복수의 급전 코어(112, 114, 116)는 각각 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 각각의 세그먼트에는 대응되는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)이 권취되되, 세그멘트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다. 이에, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유도되는 자기장은 사각파의 형태를 가지게 되며, 더불어 집전장치의 각 픽업 또한, 등속도로 움직일 때 동일한 시각에 위치에 따라 근사적으로 사각파 형태의 자기장을 받게된다. 한편, 본 실시예에 따른 집전장치의 각 픽업이 자기장의 방향이 바뀌는 위치 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116) 중 어느 하나의 급전 코어의 세그먼트 변경지점과 동일 선상에 위치하는 경우, 상기 어느 하나의 급전 코어에 대응되는 픽업에 유도되는 전압이 현저하게 떨어진다는 문제점이 발생한다. 이를 보완하기 위해 본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)가 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치되도록 구현하였다. 이로써, 하나의 픽업에 대해 세그먼트 변경지점에서 유도 전압이 급감하는 것을 나머지 두 픽업에서 공급 받는 유도 전압으로 보완하여 차량에 안정적인 전압 공급을 할 수 있도록 동작한다.

한편, 각각의 픽업에 유도된 유도기전력 예컨대, 각각의 집전 코일(142, 144, 146)에서 각각 발생한 유도기전력은 정류되어 직류로 변환되고, 직류로 변환된 각각의 유도기전력은 서로 합쳐져 차량 내 배터리에 저장된다. 이때, 직류로 변환된 유도기전력은 부하(Load)에 맞게 전압 또는 전류가 조절될 수 있다. 이를 위해 본 실시예에 따른 집전장치는 정류기 및 레귤레이터를 포함할 수 있다.

도 2a는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 정면도를 예시한 도면이고, 도 2b는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 상부도를 예시한 도면이고, 도 2c는 본 실시예에 따른 급집전 장치의 하부도를 예시한 도면이다.

도 2a 내지 도 2c에서 도시하듯이, 본 실시예에 따른 급집전 장치에 포함된 급전장치는 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116) 및 대응되는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되며, 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가되는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어를 구비하되, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)를 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분하고, 각각의 세그먼트 마다 서로 반대되는 위상을 가지는 전력을 인가함으로써 EMF의 발생범위를 줄이는 한편, 철로(150)에 유도되는 전압을 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)가 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치되도록 구현함으로써 집전장치의 각 픽업이 자기장의 방향이 바뀌는 위치 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116) 중 어느 하나의 급전 코어의 세그먼트 변경지점에 위치하는 경우, 상기 어느 하나의 급전 코어에 대응되는 픽업에 유도되는 전압이 현저하게 떨어진다는 문제점을 해결하였다.

도 3의 본 실시예에 따른 급전 장치의 급전 코일 내 전류 방향을 예시한 도면이다.

도 3에서 도시하듯이, 본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 각 세그먼트에는 대응되는 급전 코일(122, 124, 126)이 각각 권취된다. 이때, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되어 있는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)은 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다. 이하, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 상측에 위치하는 세그먼트를 제1 세그먼트로, 하측에 위치하는 세그먼트를 제2 세그먼트로 명시하여 설명하도록 한다. 예컨대, 제1 급전 코어(112)의 제1 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(122_1)에 흐르는 전류는 제1 급전 코어(112)의 제2 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(122_2)에 흐르는 전류와 서로 반대되는 방향으로 흐르게 된다. 마찬가지로, 제2 급전 코어(114)의 제1 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(124_1)에 흐르는 전류는 제2 급전 코어(114)의 제2 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(124_2_에 흐르는 전류와 서로 반대되는 방향으로 흐르게 된다. 마찬가지로, 제3 급전 코어(116)의 제1 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(126_1)에 흐르는 전류는 제3 급전 코어(116)의 제2 세그먼트에 권취되어 있는 급전 코일(126_2)에 흐르는 전류와 서로 반대되는 방향으로 흐르게 된다.

이에, 본 발명에서 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유기되는 자기장은 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 위치(예컨대, 각 세그먼트)에 따라 근사적으로 사각파의 형태를 가지게 된다. 한편, 이러한 자기장의 변화에 따라 급전장치에서 형성되는 자기장의 형성 범위는 기존에 비해 작은 범위를 갖으며, 이는 급전선로로부터 멀어질수록 자기장이 급격하게 떨어지는 효과를 야기한다. 이를 통해, EMF의 발생범위 또한 감소하게 되어 철로(150)에 유도되는 전압을 현저하게 줄일 수 있다.

도 4a는 본 실시예에 따른 집전장치의 이동경로 및 급전장치에서 발생하는 자기장의 방향을 상대적으로 비교한 예시도이다.

도 4a 도시하듯이 본 실시예에 따른 집전장치는 제1 내지 제3 픽업을 구비하며, 각각의 픽업은 급전선로 라인을 따라 동일선상에 이동된다.

한편, 본 실시예에 따른 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 각 세그먼트에는 대응되는 급전 코일(122, 124, 126)이 각각 권취된다. 이때, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되어 있는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)은 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다. 즉, 각각의 세그먼트 별로 발생하는 자기장의 방향은 서로 반대 방향을 가지게 된다. 한편, 도 4a 도시된 자기장의 방향을 명시한 화살표는 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 각 세그먼트 간 발생하는 자기장의 방향이 서로 반대인 것을 상대적으로 비교하여 나타낸 예시도이며, 실질적으로 화살표의 방향이 정확한 자기장의 방향을 의미하는 것은 아니다.

도 4b는 본 실시예에 따른 집전장치에 유도되는 자기장을 위상을 예시한 도면이다.

도 4b에 도시하듯이, 본 실시예에 따른 집전장치에 구비된 제1 내지 제3 픽업에 각각 인가되는 자기장은 급전선로 내 위치에 따라 근사적으로 사각파 형태를 가진다. 본 실시예에 따른 급전장치는 복수 개의 급전 코어를 구비하되, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)는 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되며, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 각 세그먼트에는 대응되는 급전 코일(122, 124, 126)이 각각 권취된다. 이때, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 세그먼트 마다 각각 권취되어 있는 각각의 급전 코일(122, 124, 126)은 세그먼트 별로 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 교대로 인가된다. 이에, 각각의 급전 코어(112, 114, 116)에 유기되는 자기장은 각각의 급전 코어(112, 114, 116)의 위치(예컨대, 각 세그먼트)에 따라 근사적으로 사각파의 형태를 가지게 된다. 더불어, 집전장치에 구비된 제1 내지 제3 픽업에 각각 인가되는 자기장 또한 사각파의 형태의 갖게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 집전장치에 구비된 제1 내지 제3 픽업에 각각 인가되는 자기장은 서로 소정의 위상 차를 갖는다. 본 실시예에 따른 급전장치는 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되고, 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)를 포함한다. 본 실시예에 따른 급전장치는 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 배치된 복수 개의 급전 코어(112, 114, 116)를 구비함으로써 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장을 각각 형성하며, 이에, 동일 선상에 집전장치의 각 픽업이 위치하는 경우, 각각의 픽업에는 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장이 각각 유도된다. 이를 통해, 집전장치의 각 픽업이 자기장의 방향이 바뀌는 위치 예컨대, 각각의 급전 코어(112, 114, 116) 중 어느 하나의 급전 코어의 세그먼트 변경지점에 위치하는 경우, 상기 어느 하나의 급전 코어에 대응되는 픽업에 유도되는 전압이 현저하게 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다.

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.

100: 급집전 장치 110: 급전 코어부
112: 제1 급전 코어 114: 제2 급전 코어
116: 제3 급전 코어 120: 급전 코일
122: 제1 급전 코일 124: 제2 급전 코일
126: 제3 급전 코일 130: 집전 코어부
140: 집전 코일 150: 철로

Claims (12)

1. 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되는 제1 내지 제3 급전 코어를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 급전 코어는 각각 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되는 급전 코어부; 및
   상기 제1 내지 제3 급전 코어에 각각 세그먼트 단위로 권취되며, 이웃하는 다른 급전 코어에 권취된 급전 코일과 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 권취된 제1 내지 제3 급전 코일을 포함하되, 어느 하나의 급전 코어의 어느 하나의 세그먼트에 권취된 급전 코일에는 인접한 세그먼트에 권취된 다른 급전 코일과 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 인가되는 급전 코일부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 급전장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 급전 코일은 각각 인접한 급전 코일과 60도의 위상 차를 갖는 전류를 순차적으로 공급받는 것을 특징으로 하는 급전장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 급전 코어부에 포함된 각각의 급전 코어는 상기 각각의 급전 코어의 폭 방향 및 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌출부를 각각 구비하며,
   상기 급전 코일부에 포함된 각각의 급전 코일은 상기 돌출부에 권취되는 것을 특징으로 하는 급전장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 각각의 급전 코어는 상기 각각의 급전 코어의 양단부에 상기 돌출부를 각각 구비하며,
   상기 급전 코일부에 포함된 각각의 급전 코일은 상기 양단부에 구비된 돌출부 중에서 인접 급전 코어의 방향의 돌출부에 권취되는 것을 특징으로 하는 급전장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 급전 코일부에 포함된 각각의 급전 코일은 각각 하나의 코일로 구현되어 각각의 급전 코어에 권취되되, 상기 세그먼트 간 경계에서 한차례 꼬인 형태로 권취되는 것을 특징으로 하는 급전장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 급전 코일부에 포함된 각각의 급전 코일에 상기 전력을 인가하는 인버터(Inverter)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 급전장치.
10. 소정의 폭을 두고 각각 서로 평행하게 배치되는 제1 내지 제3 급전 코어를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 급전 코어는 각각 복수 개의 세그먼트로 나뉘어 구분되는 급전 코어부 및 상기 제1 내지 제3 급전 코어에 각각 세그먼트 단위로 권취되며, 이웃하는 다른 급전 코어에 권취된 급전 코일과 길이 방향을 기준으로 서로 어긋난 형태로 권취된 제1 내지 제3 급전 코일을 포함하되, 어느 하나의 급전 코어의 어느 하나의 세그먼트에 권취된 급전 코일에는 인접한 세그먼트에 권취된 다른 급전 코일과 서로 반대되는 위상을 가지는 전력이 인가되는 급전 코일부를 포함하는 급전장치; 및
    상기 폭 방향으로 나란히 배치된 복수 개의 집전 코어를 포함하는 집전 코어부 및 상기 복수 개의 집전 코어에 각각 권취되고, 상기 급전 장치에서 발생한 자기장에 유도되어 유도기전력을 발생하는 집전 코일을 포함하는 집전장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급집전장치.
11. 삭제
12. 제 10항에 있어서,
    상기 각각의 집전 코어에 권취된 각각의 집전 코일은 서로 소정의 위상 차를 갖는 자기장이 각각 유도되는 것을 특징으로 하는 급집전장치.

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