KR102445196B1 - 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 인버터 부재가 자신이 담당하는 트랙케이블 부재 및 다른 트랙케이블 부재까지 전력을 공급하도록 하는 기술로서, 복수 개의 트랙케이블 부재가 닫힌회로 형태의 대형케이블 부재를 형성하고 그 대형케이블 부재에 대해 복수 개의 인버터 부재가 병렬로 연결됨에 따라 각 트랙케이블 부재에 걸리는 부하가 서로 상이한 경우에도 대형케이블 부재에서 움직이는 부하가 정상적으로 동작하도록 하는 기술에 관한 것이다. 특히, 대형케이블 부재에 병렬로 연결되는 복수 개의 인버터 부재 중 어느 하나이상의 인버터 부재가 고장으로 멈춘 경우에도 나머지 인버터 부재로 대형케이블 부재에 전력을 원활하게 공급하도록 하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수 개의 인버터 부재 중에서 어느 하나이상의 인버터 부재가 고장나는 경우 대형케이블 부재에 대해 전력을 공급하는 나머지 인버터 부재에 대응하여 별도의 전류 밸런싱 과정이 필요없다는 장점이 있다.

Description

인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치 {wireless power transmission device by use of inverter sharing}
본 발명은 복수 개의 인버터 부재가 자신이 담당하는 트랙케이블 부재 및 다른 트랙케이블 부재까지 전력을 공급하도록 하는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 복수 개의 트랙케이블 부재가 닫힌회로 형태의 대형케이블 부재를 형성하고 그 대형케이블 부재에 대해 복수 개의 인버터 부재가 병렬로 연결됨에 따라 각 트랙케이블 부재에 걸리는 부하가 서로 상이한 경우에도 대형케이블 부재에서 움직이는 부하가 정상적으로 동작하도록 하는 기술에 관한 것이다.
특히, 대형케이블 부재에 병렬로 연결되는 복수 개의 인버터 부재 중 어느 하나이상의 인버터 부재가 고장으로 멈춘 경우에도 나머지 인버터 부재로 대형케이블 부재에 전력을 원활하게 공급하도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 대차가 이동하면서 무선으로 전력을 공급받는 트랙케이블 부재는 그 설치되는 공간의 규격에 따라 복수 개 설치되며 그 복수 개의 트랙케이블 부재를 각각 담당하는 복수 개의 인버터 부재가 구비될 수 있다.
여기서, 복수 개의 인버터 부재가 각각 자신이 담당하는 트랙케이블 부재에 대해 전력을 공급하다가 어느 하나의 인버터 부재가 고장으로 동작을 멈추게 되면 나머지 인버터 부재가 그 고장난 인버터 부재가 담당하던 트랙케이블 부재에도 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 종래에는 그 고장난 인버터 부재와 해당 트랙케이블 부재(이하, '문제의 트랙케이블 부재'라 함)의 연결을 스위칭 오프시키고 정상 동작하는 인버터 부재가 그 문제의 트랙케이블 부재까지 전력을 공급하도록 소위 '패일-오버(fail-over)' 타입으로 구성될 수 있다.
한편, 종래의 '패일-오버(fail-over)' 타입의 단점(예: 하나의 인버터 부재가 공급하는 최대 전력량의 초과 불가)을 극복하기 위해 복수 개의 트랙케이블 부재에 걸리는 부하가 서로 상이할 경우 그 상이한 부하에도 불구하고 각 트랙케이블 부재에 흐르는 전류를 동일하게 밸런싱하는 기술이 개시되었다.
하지만, 각 트랙케이블 부재와 인접하는 트랙케이블 부재 간에 개별적으로 밸런싱을 위한 소위 트랜스포머를 구비하여야 하는 번거로움이 발생하게 되었고 각 트랙케이블 부재의 개수 증가에 대응하여 각각 튜닝된 해당 트랜스포머도 함께 구비하여야 하는 단점이 생겼다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 복수 개의 트랙케이블 부재를 잇는 연결 패턴을 개선함에 따라 복수 개의 트랙케이블 부재에 서로 상이한 부하가 발생하는 경우에도 각 트랙케이블 부재에 발생하는 부하가 정상적으로 동작하도록 전력을 공급하는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 각 인버터에 독립적으로 연결되어 전력을 공급받는 복수의 트랙케이블 부재에 대해 각 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결되는 대형케이블을 구현함에 따라 각 트랙케이블 부재에 서로 상이한 부하가 발생하는 경우에도 대형케이블에 연결되는 전체의 인버터로부터 전력 공급이 이루어지도록 하는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치로서, 복수의 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결되는 대형케이블 부재(110); 대형케이블 부재를 구성하는 복수의 트랙케이블 부재에 개별적으로 연결되어 해당 트랙케이블 부재에 대해 전력 공급이 가능하도록 배치되는 복수 개의 인버터 부재(120); 대형케이블 부재를 구성하는 복수의 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결될 수 있도록 복수의 트랙케이블 부재 사이에 배치되어 복수의 트랙케이블 부재를 하나의 대형케이블 부재로 구성하는 하나이상의 연결케이블 부재(130); 각각의 인버터 부재와 인버터 부재에 연결되는 해당 트랙케이블 부재 사이에서 스위칭 온 상태로 배치되며 인버터 부재로부터 해당 트랙케이블 부재에 공급되는 전력을 차단할 경우에 스위칭 오프되어 인버터 부재로부터 해당 트랙케이블 부재에 전달되는 전력을 차단하는 하나이상의 인버터 절연용 스위칭 부재(140);를 포함하여 구성된다.
그리고, 인버터 부재와 인버터 절연용 스위칭 부재 사이에 대응하여 인버터 부재에 연결되는 해당 트랙케이블 부재의 일단부에 직렬 연결되는 인덕터 부재(150); 인버터 절연용 스위칭 부재를 기준으로 인버터 부재에 대향하는 위치에서 인버터 절연용 스위칭 부재와 연결케이블 부재 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재에 병렬 연결되어 인덕터 부재와 공진하는 커패시터 부재(160);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 커패시터 부재와 연결케이블 부재 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재에 직렬 연결되어 해당 트랙케이블 부재의 인덕턱스에 대응하는 공진용 커패시턴스를 제공하는 공진튜닝 커패시터 부재(170);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 대형케이블 부재, 복수 개의 인버터 부재, 하나이상의 연결케이블 부재를 구비함에 따라 그 개선된 패턴의 트랙케이블 부재에 대해 별도의 튜닝 구성을 구비함이 없이 어느 하나의 트랙케이블 부재에 대응하는 인버터 부재의 용량을 초과하는 부하가 해당 트랙케이블 부재에 발생하는 경우에도 각 트랙케이블 부재에 대응하는 부하가 정상적으로 동작하도록 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 대형케이블 부재, 복수 개의 인버터 부재, 하나이상의 연결케이블 부재, 인버터 절연용 스위칭 부재를 구비함에 따라 어느 하나의 인버터 부재가 고장나는 경우에도 나머지 인버터 부재가 대형케이블 부재의 모든 트랙케이블 부재에 대한 전력 공급이 가능하다는 장점도 나타낸다.
또한, 본 발명은 복수 개의 인버터 부재 중에서 어느 하나이상의 인버터 부재가 고장나는 경우 대형케이블 부재에 대해 전력을 공급하는 나머지 인버터 부재에 대응하여 별도의 전류 밸런싱 과정이 필요없다는 장점도 나타낸다.
[도 1]은 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치의 제 1 실시예에 따른 사용상태도,
[도 2]는 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치의 제 2 실시예에 따른 사용상태도,
[도 3]은 [도 1]에서 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 4]는 [도 3]에서 트랙케이블 부재 별로 서로 상이한 부하가 발생한 경우를 나타내는 예시도,
[도 5]는 [도 3]에서 하나의 인버터 부재가 동작하지 않는 경우를 나타낸 예시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치의 제 1 실시예에 따른 사용상태도이고, [도 2]는 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치의 제 2 실시예에 따른 사용상태도이고, [도 3]은 [도 1]에서 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.
[도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치는 개별적인 인버터 부재(121 내지 124)에 독립적으로 연결되어 전력을 공급받는 복수의 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 대해 각 트랙케이블 부재(111 내지 114)가 하나의 닫힌회로 형태로 연결되는 대형케이블 부재(110)를 구성할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치는 각 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 서로 상이한 부하가 발생하는 경우에도 대형케이블 부재(110)에 연결되는 전체의 인버터 부재(121 내지 124)로부터 전력 공급이 이루어지도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치로서, 대형케이블 부재(110), 인버터 부재(120), 연결케이블 부재(130), 인버터 절연용 스위칭 부재(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
대형케이블 부재(110)는 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 복수 개의 트랙케이블 부재(111 내지 114)가 하나의 연결케이블 부재(131 내지 133)를 통해 닫힌회로 형태로 연결될 수 있다.
그 결과, 각 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 개별적으로 연결되어 있는 복수 개의 인버터 부재(121 내지 124)는 그 대형케이블 부재(110)에 대해 병렬 연결될 수 있다.
즉, 인버터 부재(121 내지 124)는 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 대형케이블 부재(110)를 구성하는 복수의 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 개별적으로 연결되어 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 대해 전력 공급이 가능하도록 병렬 연결될 수 있다.
이때, 연결케이블 부재(131 내지 133)는 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 대형케이블 부재(110)를 구성하는 복수의 트랙케이블 부재(111 내지 114)가 하나의 닫힌회로 형태로 연결될 수 있도록 복수의 트랙케이블 부재(111 내지 114) 사이에 하나이상 배치되어 복수의 트랙케이블 부재(111 내지 114)를 하나의 대형케이블 부재(110)로 구성할 수 있다.
인버터 절연용 스위칭 부재(141 내지 144)는 [도 1] 내지 [도 3]을 참조하면 각각의 인버터 부재(121 내지 124)와 인버터 부재(121 내지 124)에 연결되는 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114) 사이에서 스위칭 온 상태로 배치됨에 따라 각 인버터 부재(121 내지 124)로부터 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 전력 전달이 가능하도록 한다.
그리고, 인버터 절연용 스위칭 부재(141 내지 144)는 각 인버터 부재(121 내지 124)로부터 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 공급되는 전력을 차단할 경우에 스위칭 오프되어 각 인버터 부재(121 내지 124)로부터 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 전달되는 전력을 차단하게 된다.
인덕터 부재(151 내지 154)는 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 인버터 부재(121 내지 124)와 인버터 절연용 스위칭 부재(141 내지 144) 사이에 대응하여 인버터 부재(121 내지 124)에 연결되는 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)의 일단부에 직렬 연결될 수 있다.
커패시터 부재(161 내지 164)는 [도 1] 내지 [도 3]에서와 같이 인버터 절연용 스위칭 부재(141 내지 144)를 기준으로 인버터 부재(121 내지 124)에 대향하는 위치에서 인버터 절연용 스위칭 부재(141 내지 144)와 연결케이블 부재(131 내지 133) 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 병렬 연결되어 인덕터 부재(151 내지 154)와 공진하도록 구성될 수 있다.
공진튜닝 커패시터 부재(171 내지 174)는 [도 1] 내지 [도 3]을 참조하면, 커패시터 부재(161 내지 164)와 연결케이블 부재(131 내지 133) 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 직렬 연결될 수 있다.
그 결과, 각 트랙케이블 부재(111 내지 114)에 대응하는 위치의 대형케이블 부재(110)에 직렬 연결되는 공진튜닝 커패시터 부재(171 내지 174)는 해당 트랙케이블 부재(111 내지 114)의 인덕턱스에 대응하는 공진용 커패시턴스를 제공하게 된다.
상세하게는, [도 3]을 참조하면, 예컨대 'INVERTER_1'에 대응하는 인버터 부재(121)의 동작주파수(f)는 그 인버터 부재(121)와 해당 트랙케이블 부재(111)에 대해 직렬 연결되는 해당 인덕터 부재(L1;151)와 병렬 연결되는 해당 커패시터 부재(C1;161) 간의 공진주파수(f')와 동일하게 설정한다.
여기서, 해당 커패시터 부재(C1;161)와 해당 트랙케이블 부재(111) 간의 공진주파수(f")도 'INVERTER_1'에 대응하는 인버터 부재(121)의 동작주파수(f)와 동일하게 튜닝할 필요가 있으므로 [도 3] 상의 'INVERTER_1'에 대응하는 공진튜닝 커패시터 부재(171)와 해당 트랙케이블 부재(111)의 인덕턴스(CT_1;181)가 갖는 등가 임피던스가 'L1'값을 갖도록 해당 공진튜닝 커패시터 부재(171)의 용량을 설정할 필요가 있다.
이러한 원리는 대형케이블 부재(110)를 구성하는 나머지 트랙케이블 부재(112 내지 114)에 채용되는 해당 공진튜닝 커패시터 부재(172 내지 174)에도 동일하게 적용될 수 있다.
[도 4]는 [도 3]에서 트랙케이블 부재 별로 서로 상이한 부하가 발생한 경우를 나타내는 예시도이고, [도 5]는 [도 3]에서 하나의 인버터 부재가 동작하지 않는 경우를 나타낸 예시도이다.
먼저, [도 4]를 참조하면 하나의 인버터 부재(121)와 다른 하나의 인버터 부재(122)가 해당 트랙케이블 부재(161, 162)에 각각 제공할 수 있는 전력량이 '10kW'라고 할 때 그 두 개의 인버터 부재(121, 122)가 제공할 수 있는 총 전력량은 '20kW'로 볼 수 있다.
그 결과, [도 4]에서와 같이 하나의 트랙케이블 부재(111)에 걸리는 부하가 예컨대 '15kW'이고 다른 하나의 트랙케이블 부재(112)에 걸리는 부하가 예컨대 '5kW'라고 할 때 그 두 개의 트랙케이블 부재(111, 112)에 걸리는 부하의 총합(20kW)이 그 두 개의 인버터 부재(121, 122)가 제공할 수 있는 총 전력량(20kW)의 범위 이내라면 [도 4]에서와 같이 각 트랙케이블 부재(111, 112)를 닫힌회로 패턴으로 연결하는 연결케이블 부재(131)를 통해서 각 트랙케이블 부재(111, 112) 상의 각 부하는 두 개의 인버터 부재(121, 122)로부터 골고루 전력을 공급받을 수가 있게 된다.
그리고, [도 5]를 참조하면, 각 트랙케이블 부재(111, 112)를 닫힌회로 패턴으로 연결하는 연결케이블 부재(131)의 구비로 인해 복수 개의 인버터 부재(121, 122) 중에서 하나의 인버터 부재(121)가 고장난 경우 그 고장난 인버터 부재(121)가 담당하는 해당 트랙케이블 부재(111)도 다른 트랙케이블 부재(112)를 담당하던 인버터 부재(122)가 각 트랙케이블 부재(111, 112)에 대해 전력을 공급할 수가 있다.
그 결과, 그 고장난 인버터 부재(121)에 대응하는 트랙케이블 부재(111)로부터 무선으로 전력을 공급받아 동작하는 대차(vehicle)의 운용이 끊어짐 없이 지속될 수 있는 것이다.
물론, 이 경우 각 트랙케이블 부재(111, 112) 상에서 동작하는 전체 부하는 그 하나의 인버터 부재(122)가 감당할 수 있는 전력량(예: '10kW')를 초과할 수는 없게 된다.
한편, [도 5]에서와 같이 하나의 인버터 부재(121)가 고장나는 경우 대형케이블 부재(110)의 동작을 위해 바람직하게는 그 고장난 인버터 부재(121)와 해당 트랙케이블 부재(111)를 연결하는 인버터 절연용 스위칭 부재(141)가 스위칭 오프 동작하여 그 고장난 인버터 부재(121)를 대형케이블 부재(110)로부터 분리하게 된다.
다른 한편, [도 5]에서 고장난 인터버 부재(121)에 대응하는 트랙케이블 부재(111) 상의 인덕턴스(CT_1;181)와 공진튜닝 커패시터 부재(171)의 등가 임피던스는 (L1)이고 그 등가 임피턴스(L1)와 해당 커패시터 부재(161)는 공진하도록 튜닝이 이루어져 있기 때문에 아이디얼(ideal)하게는 [도 5] 상에서 고장난 인버터 부재(121)에 물려있는 트랙케이블 부재(111)에서 커패시터 부재(161), 공진튜닝 커패시터 부재(171), 인덕턴스(CT_1; 181)의 조합으로 이루어지는 등가 임피던스는 제로(0)가 된다.
결과적으로, 커패시터 부재(161), 공진튜닝 커패시터 부재(171), 인덕턴스(CT_1; 181)의 조합으로 이루어지는 등가 임피던스가 제로(0)이고, 'TRACK_2(112)'에서 공진튜닝 커패시터 부재(CS_2;172)와 인덕턴스(CT_2;182)의 조합으로 이루어지는 등가 임피던스는 'L2'이며, [도 5]에서 나머지 하나의 인버터 부재(122)에 의한 동작주파수는 인덕터 부재(L2;152)와 커패시터 부재(C2;162)의 공진주파수와 동일하게 설정되어 있으므로, 'TRACK_1(111)'과 'TRACK_2(112)'가 이루는 대형케이블 부재(110)의 공진주파수도 커패시터 부재(C2;162)와 'TRACK_2(112)' 상의 등가 임피던스인 'L2'의 조합으로 이루어지는 공진주파수와 동일하게 된다.
다른 한편, 도면부호 181 내지 184는 예컨대 [도 1]에서의 'TRACK_1' 내지 'TRACK_4'의 트랙케이블 부재(111 내지 114)의 개별적인 인덕턴스를 나타낸다.
110 : 대형케이블 부재
111 내지 114 : 트랙케이블 부재
120 : 인버터 부재
121 내지 124 : 인버터 부재
130 : 연결케이블 부재
131 내지 133 : 연결케이블 부재
140 : 인버터 절연용 스위칭 부재
141 내지 144 : 인버터 절연용 스위칭 부재
150 : 인덕터 부재
151 내지 154 : 인덕터 부재
160 : 커패시터 부재
161 내지 164 : 커패시터 부재
170 : 공진튜닝 커패시터 부재
171 내지 174 : 공진튜닝 커패시터 부재
180 : 케이블 인덕턴스
181 내지 184 : 케이블 인덕턴스

Claims (3)

  1. 각 인버터에 독립적으로 연결되어 전력을 공급받는 복수의 트랙케이블 부재에 대해 각 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결되는 대형케이블을 구현함에 따라 각 트랙케이블 부재에 서로 상이한 부하가 발생하는 경우에도 상기 대형케이블에 연결되는 전체의 인버터로부터 전력 공급이 이루어지도록 하는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치로서,
    복수의 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결되는 대형케이블 부재(110);
    상기 대형케이블 부재(110)를 구성하는 복수의 트랙케이블 부재에 개별적으로 연결되어 해당 트랙케이블 부재에 대해 전력 공급이 가능하도록 배치되는 복수 개의 인버터 부재(120);
    상기 대형케이블 부재(110)를 구성하는 상기 복수의 트랙케이블 부재가 하나의 닫힌회로 형태로 연결될 수 있도록 상기 복수의 트랙케이블 부재 사이에 배치되어 상기 복수의 트랙케이블 부재를 하나의 상기 대형케이블 부재(110)로 구성하는 하나이상의 연결케이블 부재(130);
    각각의 상기 인버터 부재(120)와 상기 인버터 부재에 연결되는 해당 트랙케이블 부재 사이에서 스위칭 온 상태로 배치되며 상기 인버터 부재(120)로부터 해당 트랙케이블 부재에 공급되는 전력을 차단할 경우에 스위칭 오프되어 상기 인버터 부재(120)로부터 해당 트랙케이블 부재에 전달되는 전력을 차단하는 하나이상의 인버터 절연용 스위칭 부재(140);
    상기 인버터 부재(120)와 상기 인버터 절연용 스위칭 부재(140) 사이에 대응하여 상기 인버터 부재(120)에 연결되는 해당 트랙케이블 부재의 일단부에 직렬 연결되는 인덕터 부재(150);
    상기 인버터 절연용 스위칭 부재(140)를 기준으로 상기 인버터 부재(120)에 대향하는 위치에서 상기 인버터 절연용 스위칭 부재(140)와 상기 연결케이블 부재(130) 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재에 병렬 연결되어 상기 인덕터 부재(150)와 공진하는 커패시터 부재(160);
    를 포함하여 구성되는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커패시터 부재(160)와 상기 연결케이블 부재(130) 사이에 대응하는 해당 트랙케이블 부재에 직렬 연결되어 해당 트랙케이블 부재의 인덕턱스에 대응하는 공진용 커패시턴스를 제공하는 공진튜닝 커패시터 부재(170);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공진튜닝 커패시터 부재(170)와 해당 트랙케이블 부재의 인덕턴스가 갖는 등가 임피던스가 상기 인덕터 부재(150)의 인덕턴스에 대응되도록 상기 공진튜닝 커패시터 부재(170)의 용량 ƒ„이 설정되는 것을 특징으로 하는 인버터 공유 기반의 무선 전력전송 장치.
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