KR101685544B1 - 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 버스, 트럭, 산업설비 등에 설치되어 고속구간에서는 제동력 및 회생전력을 발생하고 저속구간에서는 차량의 배터리로부터 전력을 공급 받아 제동성능을 향상시킬 수 있는 회생 제동 장치에 관한 것으로, 복수의 자기 코일과 커패시터로 이루어진 공진회로부가 구비된 고정자와, 상기 고정자에 대해 회전 운동이 이루어지는 환형의 스틸 회전체를 포함하여 상기 공진회로부에 인가되는 전원을 제어하여 상기 스틸 회전체에 발생되는 와전류에 의해 상기 스틸 회전체의 제동력을 발생시키는 것으로써, 배터리(110)와; 상기 배터리(110)에서 공진회로부(10)로 인가되는 전원을 단속하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 제1스위칭부(120)와; 작동신호에 따라서 상기 배터리(110)의 전원을 공진회로부(10)로 공급하거나 상기 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 배터리(110)로 공급하여 배터리(110)를 충전하게 되는 제어회로부(130)(140)와; 상기 제1스위칭부(120)와 상기 제어회로부(130)(140)의 각 작동신호를 발생시키는 제어기(200);를 포함한다.

Description

양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치{BIDIRECTIONAL CURRENT-CONTROLABLE ELECTROMAGNETIC REGENERATIVE RETARDER}
본 발명은 버스, 트럭, 산업설비 등에 설치되어 회생전력을 발생하는 회생 제동 장치에 있어서, 고속구간에서는 제동력 및 회생전력을 발생하고 저속구간에서는 차량의 배터리로부터 전력을 공급 받아 제동성능을 향상시킬 수 있는 회생 제동 장치에 관한 것이다.
회생전력을 이용함으로써 제동토크를 얻기 위한 전자기형 리타더는 국내 등록특허 제10-1239414호(공고일자 : 2013.03.05)에서 나와 있다.
종래 전자기형 리타더는 리타더 본체 코일들을 A상, B상, C상 의 3상 결선들로 구성하고 발생된 3상 AC 전압을 DC 전압으로 정류되어 차량 부가장치의 입력단자에 인가되는 전자기형 리타더로써, 저속구간에서 발생하는 회생전력이 너무 낮아 리타더 본체 코일들로부터 유도되는 회생전력만으로는 제동성능이 충분하지 않다.
등록특허 제10-1239414호(공고일자 : 2013.03.05)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 버스, 트럭, 산업설비 등에 설치되어 회생전력을 발생하는 회생 제동 장치에 있어서, 고속구간에서는 제동력 및 회생전력을 발생하고 저속구간에서는 차량의 배터리로부터 전력을 공급 받아 제동성능을 향상시킬 수 있는 회생 제동 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치는, 복수의 자기 코일과 커패시터로 이루어진 공진회로부가 구비된 고정자와, 상기 고정자에 대해 회전 운동이 이루어지는 환형의 스틸 회전체를 포함하여 상기 공진회로부에 인가되는 전원을 제어하여 상기 스틸 회전체에 발생되는 와전류에 의해 상기 스틸 회전체의 제동력을 발생시키는 것으로써, 배터리와; 상기 배터리에서 공진회로부로 인가되는 전원을 단속하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 제1스위칭부와; 작동신호에 따라서 상기 배터리의 전원을 공진회로부로 공급하거나 상기 공진회로부에서 발생된 전원을 배터리로 공급하여 배터리를 충전하게 되는 제어회로부와; 상기 제1스위칭부와 상기 제어회로부의 각 작동신호를 발생시키는 제어기;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어회로부는, 상기 제1스위칭부와 상기 배터리 사이에 마련되어 공진회로부에서 발생된 전원을 배터리로 공급하게 되는 제2스위칭부와; 상기 공진회로부와 상기 제1스위칭부 사이의 전기적 연결을 단속하는 제3스위칭부;를 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 제2스위칭부는 공진회로부에서 발생된 전원을 강압하여 배터리로 공급하기 위한 강압 변환부를 더 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 제어기는, 저속 운전조건에서 상기 제1스위칭부와 제3스위칭부를 제어하여 상기 배터리의 전원을 공진회로부로 공급하여 제동력을 발생시키는 전자석식 모드 제어가 이루어짐을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어기는, 전자석식 모드에서 제2스위칭부는 '오프' 상태인 것을 특징으로 하며, 상기 제어기는 제1스위칭부를 제어하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어짐을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어기는, 제2스위칭부와 제3스위칭부를 제어하여 공진회로부에서 발생된 전원을 이용하여 배터리를 충전하게 되는 회생제동식 모드 제어가 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양방향 전류제어가 가능한 전자기형 회생 리타더는, 복수의 자기 코일과 커패시터로 이루어진 공진회로부가 구비된 고정자와, 고정자에 대해 회전 운동이 이루어지는 환형의 스틸 회전체를 포함하는 리타더에 있어서, 배터리의 전원을 공진회로부로 공급할 수 있는 스위칭부와, 외부의 작동신호에 의해 배터리의 전원을 공진회로부로 공급하거나 공진회로부에서 발생된 전원을 배터리로 공급하여 배터리를 충전하게 되는 제어회로부를 포함하여, 운전 조건에 따라서 제동력 및 회생전력을 발생(고속구간)하거나 차량의 배터리로부터 전력을 공급 받아 제동성능을 향상(저속구간)시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치의 회로 구성도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치의 회로 구성도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치의 회로 구성도로써, 공진회로부가 단상 결선되어 구성된다.
도 1에 예시된 것과 같이, 본 발명의 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치는, 자기 코일과 커패시터로 이루어진 공진회로부(10)가 구비된 고정자와, 고정자에 대해 회전 운동이 이루어지는 환형의 스틸 회전체를 포함하여 공진회로부에 인가되는 전원을 제어하여 스틸 회전체에 발생되는 와전류에 의해 스틸 회전체의 제동력을 발생시키는 것은 종래기술과 실질적으로 동일하며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략하고 본 발명의 요부 구성을 중심으로 설명한다.
본 발명은 배터리(110)와, 배터리(110)에서 공진회로부(10)로 인가되는 전원을 단속하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 제1스위칭부(120)와, 작동신호에 따라서 배터리(110)의 전원을 공진회로부(10)로 공급하거나 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 배터리(110)로 공급하여 배터리(110)를 충전하게 되는 제어회로부(130)(140)와, 제1스위칭부(120)와 제어회로부(130)(140)의 각 작동신호를 발생시키는 제어기(200);를 포함한다.
본 실시예에서 공진회로부(110)는 단상으로 결선된 자기 코일과 커패시터로 구성되며, 제1스위칭부(120)는 스위칭소자로 구성되어 스위칭소자의 온/오프에 따라서 공진회로부(110)에 전원 공급이 이루어져 스틸 회전체의 토크 제어(이하, '전자석식 모드'로도 지칭함)가 이루어질 수 있다. 이러한 전자석식 모드는 저속구간에서 제동성능 부족 시에 배터리(110)를 사용하여 필요한 전기에너지의 보충이 이루어질 수 있다.
제어회로부(130)(140)는 제1스위칭부(120)와 배터리(110) 사이에 마련되어 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 배터리(110)로 공급하게 되는 제2스위칭부(130)와; 공진회로부(10)와 제1스위칭부(120) 사이의 전기적 연결을 단속하는 제3스위칭부(140);를 포함한다.
바람직하게는, 제2스위칭부(130)는 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 강압하여 배터리(110)의 충전 전원을 공급하게 되는 강압 변환부(131)를 더 포함하며, 예를 들어, 강압 변환부(131)는 벅 컨버터(buck converter)에 의해 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제2스위칭부(130)는 제어기(200)의 작동신호에 의해 온/오프 동작이 이루어지며, 제1스위칭부(120)와 배터리(110) 사이의 전기적인 연결을 단속하여 배터리의 재충전이 이루어지는 동안에 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어질 수 있다(이하, '회생제동식 모드'로도 지칭함).
제3스위칭부(140)는 공진회로부(10)와 제1스위칭부(120) 사이의 전기적 연결을 단속하게 되며, 전자석식 모드와 회생제동식 모드의 전환 신호로 사용된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치의 작동예를 살펴보며, 이해를 돕기 위하여 저속구간 등에서 제동성능의 부족이 발생 시에 배터리(110)의 전원을 이용하여 공진회로부(10)에 전원 공급이 이루어져 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 전자석식 모드와, 고속구간에서 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 이용하여 배터리의 재충전이 이루어지면서 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 회생제동식 모드로 구분하여 설명한다. 이러한 작동 모드는 제어기(200)에서 발생되어 각 스위칭부로 전달되는 작동신호에 이루어진다.
전자석식 모드
제1스위칭부(120)와 제3스위칭부(140)가 '온' 상태가 되면, 배터리(110)의 전원이 공진회로부(10)로 공급되어 자기 코일에 발생된 자기장에 의해 스틸 회전체에 와전류가 발생되고 자기 코일의 자기장과 스틸 회전체의 와전류가 결합되어 토크가 발생되며, 이러한 토크 제어는 제어기(200)에서 제1스위칭부(120)에 전달되는 작동신호에 의해 제어가 이루어질 수 있다.
회생제동식 모드
제3스위칭부(140)가 '오프'되어 배터리(110)로부터의 전원 공급이 차단되고 제1스위칭부(120)가 '오프'된다. 한편, 공진회로부(10)에서는 코일과 커패시터의 공진작용에 의해 전력이 회생되어 코일에 전류가 흐르게 되고 자기장을 형성시키게 되며, 스틸 회전체는 와전류의 발생에 의해 회전 방향의 역방향으로 제동력이 발생된다. 제동력의 발생과 동시에 회생 전력이 공진회로부(10)에 발생되게 되며, '오프'된 제1스위칭부(120)의 다이오드를 통해 AC전압이 DC전압으로 정류된다.
제1스위칭부(120)에서 정류된 DC전원은 '온' 상태의 제2스위칭부(130)를 통해 강압되어 배터리(110)의 충전이 이루어진다. 이때, 제2스위칭부(130)의 제어에 의해 회생제동 과정에서 토크 제어가 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치의 회로 구성도로써, 공진회로부(11)(12)는 자기 코일이 두 개의 3상 그룹으로 이루어진 6상 결선되어 구성된다.
도 2를 참고하면, 본 발명은 배터리(210)와, 배터리(210)에서 공진회로부(11)(12)로 인가되는 전원을 단속하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 제1스위칭부(220)와; 작동신호에 따라서 배터리(210)의 전원을 공진회로부(11)(12)로 공급하거나 공진회로부(11)(12)에서 발생된 전원을 배터리(210)로 공급하여 배터리(210)를 충전하게 되는 제어회로부(230)(440)와; 제1스위칭부(220)와 제어회로부(230)(240)의 각 작동신호를 발생시키는 제어기(미도시);를 포함한다.
본 실시예에서 공진회로부(11)(12)는 두 개의 3상 그룹으로 이루어진 6상 결선된 자기 코일과 커패시터로 구성되며, 제1스위칭부(220)는 각 상에 대응되어 스위칭소자로 구성되어 스위칭소자의 온/오프에 따라서 공진회로부(11)(12)에 전원 공급이 이루어져 스틸 회전체의 토크 제어(전자식 모드)가 이루어질 수 있다. 제1실시예에서 설명한 것과 같이, 전자식 모드는 저속구간에서 제동성능의 부족 시에 배터리(210)의 전원을 사용하여 필요한 전기에너지의 보충이 이루어질 수 있다.
제어회로부(230)(240)는 제1스위칭부(220)와 배터리(210) 사이에 마련되어 공진회로부(10)에서 발생된 전원을 배터리(210)로 공급하게 되는 제2스위칭부(230)와; 공진회로부(11)(12)와 제1스위칭부(220) 사이의 전기적 연결을 단속하는 제3스위칭부(240);를 포함하며, 제2스위칭부(230)는 공진회로부(11)(12)에서 발생된 전원을 강압하여 배터리(110)의 충전 전원을 공급하게 되는 강압 변환부(231)를 더 포함할 수 있다. 이러한 강압 변환부(231)는 벅 컨버터(buck converter)에 의해 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2스위칭부(230)는 미도시된 제어기의 작동신호에 의해 온/오프 동작이 이루어지며, 제1스위칭부(220)와 배터리(210) 사이의 전기적인 연결을 단속하여 배터리의 재충전이 이루어지는 동안에 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어질 수 있다(회생제동식 모드).
제3스위칭부(240)는 공진회로부(11)(12)와 제1스위칭부(220) 사이의 전기적 연결을 단속하게 되며, 전자석식 모드와 회생제동식 모드의 전환 신호로 사용된다.
이와 같이 구성된 제2실시예에 따른 회생 제동 장치는, 앞서 제1실시예에서 설명한 것과 같이, 제어기에서 발생된 제어 신호에 따라서 전자석식 모드 또는 회생제동식 모드로 동작이 이루어져 저속구간 등에서 제동성능의 부족이 발생 시에 배터리(210)의 전원을 이용하여 공진회로부(11)(12)에 전원 공급이 이루어져 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어질 수 있으며, 또는 고속구간에서 공진회로부(11)(12)에서 발생된 전원을 이용하여 배터리(210)의 재충전이 이루어지면서 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10, 11, 12 : 공진회로부 110, 210 : 배터리
120, 220 : 제1스위칭부 130, 230 : 제2스위칭부
140, 240 : 제3스위칭부

Claims (7)

  1. 복수의 자기 코일과 커패시터로 이루어진 공진회로부가 구비된 고정자와, 상기 고정자에 대해 회전 운동이 이루어지는 환형의 스틸 회전체를 포함하여 상기 공진회로부에 인가되는 전원을 제어하여 상기 스틸 회전체에 발생되는 와전류에 의해 상기 스틸 회전체의 제동력을 발생시키는 것으로써,
    배터리와;
    상기 배터리에서 공진회로부로 인가되는 전원을 단속하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어지는 제1스위칭부와;
    상기 제1스위칭부와 상기 배터리 사이에 마련되어 공진회로부에서 발생된 전원을 배터리로 공급하게 되는 제2스위칭부와, 상기 공진회로부와 상기 제1스위칭부 사이의 전기적 연결을 단속하는 제3스위칭부를 포함하여 인가된 작동신호에 따라서 상기 배터리의 전원을 공진회로부로 공급하거나 상기 공진회로부에서 발생된 전원을 배터리로 공급하여 배터리를 충전하게 되는 제어회로부와;
    상기 제1스위칭부와 상기 제어회로부의 각 작동신호를 발생시키는 제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는,
    저속 운전조건에서 상기 제1스위칭부와 제3스위칭부를 제어하여 상기 배터리의 전원을 공진회로부로 공급하여 제동력을 발생시키는 전자석식 모드 제어가 이루어지며,
    고속 운전조건에서 제2스위칭부와 제3스위칭부를 제어하여 공진회로부에서 발생된 전원을 이용하여 배터리를 충전하게 되는 회생제동식 모드 제어가 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2스위칭부는 공진회로부에서 발생된 전원을 강압하여 배터리로 공급하기 위한 강압 변환부를 더 포함하는 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는, 전자석식 모드에서 제2스위칭부는 '오프' 상태인 것을 특징으로 하는 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제어기는 제1스위칭부를 제어하여 스틸 회전체의 토크 제어가 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 전류제어가 가능한 양방향 전류제어가 가능한 회생 제동 장치.
  7. 삭제
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