KR20140062375A - 전력 전달 장치. - Google Patents

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Abstract

전력 전달 장치 및 이를 제어하는 제어방법이 개시된다. 개시된 전력 전달 장치는, 입력된 교류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하거나 전기를 발전(發電)하여 획득된 교류 전원 공급하는 모터-발전기(motor-generator)부, 직류 전원을 이용하여 전기에너지를 충전하고, 충전된 전기에너지를 이용하여 직류 전원을 공급하는 배터리부, 및 제어 신호에 기초하여 배터리부로부터 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 모터-발전기부 또는 외부 전력망(external electrical grid)에 공급하거나, 외부 전력망 또는 모터-발전기부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리부의 충전에 이용하는 컨버터(converter)를 포함한다.

Description

전력 전달 장치. { Power transmission apparatus }
서로 다른 전원들을 변환하여 전력을 전달하는 전력 전달 장치에 관한 것이다.
인버터, 컨버터 등의 전원을 변환하는 장치는 전기 자동차, 산업용 기기 및 가전 제품 등의 다양한 분야에 활용되고 있다. 또한, 스마트 그리드, 무선으로 전력을 전송하는 기술 등의 다양한 형태로 전력을 전달하는 기술의 발달과 함께, 서로 다른 전원들을 효율적으로 변환하여 전력을 전달할 수 있는 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 전력 전달 장치를 제공하는 데 있다. 전력 전달 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전력 전달 장치는 입력된 교류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하거나 전기를 발전(發電)하여 획득된 교류 전원 공급하는 모터-발전기(motor-generator)부; 직류 전원을 이용하여 전기에너지를 충전하고, 상기 충전된 전기에너지를 이용하여 직류 전원을 공급하는 배터리부; 제어 신호에 기초하여 상기 배터리부로부터 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 변환된 교류 전원을 상기 모터-발전기부 또는 외부 전력망(external electrical grid)에 공급하거나, 상기 외부 전력망 또는 상기 모터-발전기부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리부의 충전에 이용하는 컨버터(converter);를 를 포함한다.
상기된 바에 따르면, 하나의 컨버터를 이용하여, 제어 신호에 따라, 외부 전력망에서 유선 또는 무선으로 공급된 전원을 배터리의 충전에 필요한 직류 전원으로 변환하여 배터리를 충전하거나, 배터리에 충전된 전기에너지를 모터의 구동에 필요한 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동함으로써 저비용으로 효율적으로 전원을 변환하여 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다. 도 1 을 참조하면, 전력 전달 장치(100)는 컨버터(110), 배터리부(120) 및 모터-발전기부(130)로 구성된다.
도 1에 도시된 전력 전달 장치(100)는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 1에 도시된 전력 전달 장치(100)는 전기 자동차용 전력 전달 장치(Power transmission apparatus)(100)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 전력 전달 장치(100)는 전기 자동차용 전력 전달 장치(100)로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않고, 전력 전달 장치(100)는 외부 전력망(140)과 모터/발전기 및 배터리 사이에 전원을 변환하여 전력을 전달하는 모든 산업용 기기와 가전 제품 등에 사용될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
도 1은 전력 전달 장치(100)의 배터리부(120) 및 모터/발전기부(130)와 외부 전력망(140) 사이에서 전원을 변환하고, 변환된 전원을 전달하는 전력 전달 시스템을 도시한 것이다. 전력 전달 장치(100)는 전기 자동차 등에 포함되어, 배터리부(120)에 충전된 전기에너지 또는 외부 전력망(140)으로부터 공급받은 전력을 모터/발전기부(130)에 전달하거나, 모터/발전기부(130)로부터 발전된 전기를 이용하여 배터리부(120)를 충전하거나, 외부 전력망(140)에 전기를 공급할 수 있다. 이때, 배터리부(120), 모터/발전기부(130) 및 외부 전력망(140)은 컨버터(110)에 의해 변환된 전원이 공급되는 부하 시스템에 해당할 수 있다.
컨버터(110)는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하거나, 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 이에 따라, 전력 변환 장치(100)는 하나의 컨버터(110)를 이용하여, 제어 신호에 기초하여 배터리부(120)로부터 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 모터-발전기부(130) 또는 외부 전력망(140)에 공급하거나, 외부 전력망(140) 또는 모터-발전기부(130)로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리부(120)의 충전에 이용한다. 예를 들면, 컨버터(110)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(Field Effect Transistor) 등의 양방향 스위칭 소자를 이용하여 구현될 수 있다.
컨버터(110)는 직류 혹은 교류 형태의 전원을 부하 시스템에서 요구하는 전원의 형태와 크기로 변환한다. 배터리부(120)에서 배터리를 충전하는데 사용되는 전원의 형태 및 크기와 모터-발전기부(130)에서 모터를 구동하는데 사용되는 전원의 형태 및 크기는 각각 다르다. 이에 따라, 배터리부(120)의 충전시, 배터리부(120)에서 전원 공급시, 모터-발전기부(130)의 모터 구동시 및 모터-발전기부(130)의 발전시 각각에 필요한 전원의 형태와 크기에 맞추어 전원을 변환한다.
이때, 외부 전력망(140)에 의해 공급된 전원을 배터리부(120)의 배터리를 충전하는데 사용되는 전원으로 변환하는 컨버터와 배터리부(120)에 충전된 전기를 모터-발전기부(130)의 모터를 구동하는데 사용되는 전원으로 변환하는 컨버터를 각각 따로 사용하게 되면, 전체 전력 전달 장치(100)의 부피와 무게가 증가하게 된다. 따라서, 하나의 컨버터(110)를 사용하여 배터리부(120)의 충전시, 배터리부(120)에서 전원 공급시, 모터-발전기부(130)의 모터 구동시 및 모터-발전기부(130)의 발전시 각각에 필요한 전원의 형태와 크기에 맞추어 전원을 변환함으로써, 저비용으로 효율적으로 전원을 변환하여 전달할 수 있다.
배터리부(120)는 직류 전원을 이용하여 전기에너지를 충전하고, 충전된 전기에너지를 이용하여 직류 전원을 공급한다. 배터리부(120)에는 외부 전원망(140)에 의해 공급된 교류 전원이나 모터-발전기부(130)에 의해 발전된 전기에 의해 획득된 교류 전원이 직류 전원 형태로 변환되어 공급되어야 한다. 그리고, 배터리부(120)가 방전하여 전원을 공급할 때는 직류 전원 형태로 공급한다. 배터리부(120)는 배터리(미도시)와 배터리의 충전에 필요한 충전 회로(미도시)로 구성될 수 있다.
모터-발전기(motor-generator)부(130)는 입력된 교류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하거나 전기를 발전(發電)하여 획득된 교류 전원 공급한다. 모터-발전기부(130)는 모터/발전기(미도시) 및 모터 또는 발전기로 동작하는 모터/발전기(미도시)에 필요한 전원으로 변환하는 공진부(미도시)로 구성될 수 있다. 이때, 공진부(미도시)는 모터-발전기(미도시)의 모터 구동에 필요한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원을 공급하기 위하여, 공진 탱크 또는 공진 인버터 등으로 구성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 모터/발전기(미도시)에 필요한 전원으로 변환하기 위한 다양한 소자들로 구성될 수 있다.
모터-발전기(미도시)는 전기에너지를 변환하여 기계적인 동력을 제공하거나 기계적인 동력을 이용하여 전기에너지를 생성한다. 즉, 모터-발전기부(130)가 컨버터(110)로부터 전달된 전기에너지를 이용하여 모터에 필요한 변환된 전원을 제공함으로써, 모터-발전기(미도시)는 회전과 같은 기계적인 동력을 연결된 부하에 제공하는 모터로 동작할 수 있다, 또는, 모터-발전기부(130)가 연결된 부하의 회전 등의 기계적인 동력에 의해서 전기에너지를 발생시켜, 모터-발전기(미도시)는 발생된 전기에너지를 전달하는 발전기로도 동작할 수 있다.
모터-발전기부(130)는 교류 전원에 의해 구동되므로, 배터리부(120)로부터 직류 전원을 공급받은 경우, 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 필요가 있다. 이에 따라, 컨버터(110)는 배터리부(120)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터-발전기부(130)에 공급한다. 또한, 모터-발전기(미도시)가 모터를 구동하기 위해서는 모터의 구동에 필요한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원이 공급되어야 한다. 이에 따라, 모터-발전기부(130)는 공진부(미도시)에 의해서 컨버터(110)에 의해 변환된 교류 전원을 모터 구동을 위한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원으로 변환하여 3상의 교류 전원을 모터-발전기(미도시)에 공급한다.
이에 따라, 전력 전달 장치(100)는 하나의 컨버터(110)를 이용하여, 외부 전력망(140)에서 공급된 교류 전원을 이용하여 배터리부(120)의 배터리를 충전하거나, 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 모터-발전기부(130)의 모터를 구동함으로써 저비용으로 효율적으로 전원을 변환하여 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전력 전달 장치(200)는 컨버터(110), 배터리부(120), 모터-발전기부(130), 제어부(210), 스위칭부(220) 및 무선 전력 송수신부(230)로 구성된다.
도 2에 도시된 전력 전달 장치(200)는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 2에 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 모터-발전기부(130)는 도 1에 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 모터-발전기부(130)에 대응된다. 따라서, 도 1에서 컨버터(110), 배터리부(120) 및 모터-발전기부(130)와 관련하여 기재된 내용은 도 2에 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 모터-발전기부(130)에도 적용이 가능하므로, 이와 관련하여 중복된 설명은 생략한다. 도 2에 도시된 유선 전력망(240)과 무선 전력망(250)은 도 1에 도시된 외부 전력망(140)에 해당한다.
도 2에 도시된 전력 전달 장치(200)는 컨버터(110)를 이용하여 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)으로부터 공급받은 전력을 모터/발전기부(130) 또는 배터리부(120)에 필요한 전원으로 변환하여 전달하거나, 배터리부(120)에 충전된 전기에너지를 모터/발전기부(130), 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)에 필요한 전원으로 변환하여 전달할 수 있다. 또한, 전력 전달 장치(200)는 모터/발전기부(130)에서 발전된 전기에너지를 컨버터(110)를 이용하여 배터리부(120), 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)에 필요한 전원으로 변환하여 전달할 수 있다. 이때, 배터리부(120), 모터/발전기부(130), 유선 전력망(240) 및 무선 전력망(250)은 컨버터(110)에 의해 변환된 전원이 공급되는 부하 시스템에 해당할 수 있다.
제어부(210)는 컨버터(110)가 배터리부(120)로부터 공급된 직류 전원을 유선 전력망(240), 무선 전력망(250) 또는 모터-발전기부(130)에 공급되는 교류 전원으로 변환하거나, 유선 전력망(240), 무선 전력망(250) 또는 모터-발전기부(130)로부터 공급된 교류 전원을 배터리부(120)에 공급되는 직류 전원으로 변환하는 동작을 제어한다. 제어부(210)는 제어 신호를 컨버터(110)에 전송하여 컨버터(110)가 각 부하 시스템에서 요구하는 전원의 형태와 크기 및 주파수로 입력된 전원을 변환하도록 컨버터(110)를 제어한다.
이때, 유선 전력망(240), 무선 전력망(250) 또는 모터-발전기부(130)에서 요구되는 전원의 주파수는 각각 다른 대역의 주파수를 갖는다. 이에 따라, 제어부(210)는 각 부하 시스템에 요구되는 전원의 주파수를 결정하여, 컨버터(110)가 결정된 주파수에 따라 전원을 변환하도록 할 수 있다. 예를 들면, 제어부(210)는 컨버터(110)에 포함된 양방향 스위칭 소자(미도시)의 온/오프 시점을 제어함으로써 컨버터(110)는 각 부하 시스템에 요구되는 주파수의 전원으로 변환할 수 있다. 컨버터(110)는 양방향 스위칭 소자(미도시)의 온/오프 시점에 따라 배터리부(120), 유선 전력망(240), 무선 전력망(250) 또는 모터-발전기부(130)에 결정된 주파수로 변환된 전원을 공급한다.
또한, 제어부(210)는 각 부하 시스템에 요구되는 전원의 형태 및 크기를 결정하여, 컨버터(110)가 결정된 전원의 형태 및 크기에 따라 전원을 변환하도록 할 수 있다. 예를 들면, 제어부(210)는 컨버터(110)에 인가되는 전압 또는 전류의 크기를 제어함으로써 컨버터(110)는 각 부하 시스템에 요구되는 형태와 크기의 전원으로 변환할 수 있다.
예를 들면, 전력 전달 장치(200)가 배터리부(120)의 전기에너지를 이용하여 모터-발전기부(130)의 모터를 구동하고자 하는 경우, 제어부(210)는 모터-발전기부(130)에 필요한 전원의 형태, 크기 및 주파수를 결정하여, 결정된 전원의 형태, 크기 및 주파수에 기초한 제어 신호를 컨버터(110)로 전송한다. 수신된 제어 신호에 따라 컨버터(110)의 동작이 제어되므로, 컨버터(110)는 배터리부(120)로부터 직류 전원을 공급 받아, 모터-발전기부(130)에 필요한 크기 및 주파수를 갖는 교류 전원으로 변환하여 공급할 수 있다.
또한, 제어부(210)는 각 부하 시스템에 전력의 전달 여부를 결정하는 스위칭부(220)를 제어한다. 제어부(210)는 제어 신호를 스위칭부(220)에 전송하여 컨버터(110)과 각 부하 시스템의 연결을 제어한다. 스위칭부(220)는 하나 이상의 스위치들로 구성되므로, 제어부(210)는 각 부하 시스템에 연결된 각각의 스위치의 온/오프 상태를 결정함으로써 컨버터(110)와 각 부하 시스템의 연결을 제어한다.
예를 들면, 전력 전달 장치(200)가 배터리부(120)의 전기에너지를 이용하여 모터-발전기부(130)의 모터를 구동하고자 하는 경우, 제어부(210)는 스위칭부(220)로 제어 신호를 전송하여, 각각의 스위치의 온/오프 상태를 결정한다. 즉, 제어부(210)는 모터-발전기부(130)에 연결된 제 1 스위치(SW1)는 온 상태가 되도록, 유선 전력망(240)에 연결된 제 2 스위치(SW2)는 오프 상태가 되도록, 무선 전력망(250)에 연결된 제 3 스위치(SW3)는 오프 상태가 되도록 제어하는 제어 신호를 스위칭부(220)로 전송한다. 이에 따라, 제어부(210)는 배터리부(120)로부터 직류 전원을 공급 받아 변환된 교류 전원이 유선 전력망(240) 및 무선 전력망(250)으로 전송되지 않고 모터-발전기부(130)에만 전달되도록 전력 전달 장치(200)를 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(210)는 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)에 해당하거나, 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부(210)는 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.
스위칭부(220)는 제어부(210)의 제어 신호에 따라, 컨버터(110)에 연결된 각 부하 시스템에의 전력 전달 여부를 결정한다. 스위칭부(220)는 하나 이상의 스위치들로 구성된다. 스위칭부(220)는 제어부(210)의 제어 신호에 따라 각 부하 시스템에 연결된 스위치를 온/오프 시킴으로써 각 부하 시스템에의 전력 전달 여부를 결정할 수 있다. 스위칭부(220)는 제어부(210)의 결정에 따라, 연결된 부하 시스템에 전력을 전달하도록 스위치를 턴-온하거나 연결된 부하 시스템에 전력이 전달되지 않도록 스위치를 턴-오프한다.
예를 들면, 제 1 스위치(SW1)는 모터-발전기부(130)에 연결되며, 제어부(210)에 의해 결정된 모터-발전기부(130)에의 전력 전달 여부에 따라 온/오프 된다. 제 2 스위치(SW2)는 유선 전력망(240)에 연결되며, 제어부(210)에 의해 결정된 유선 전력망(240)에의 전력 전달 여부에 따라 온/오프 된다. 제 3 스위치(SW3)는 무선 전력망(250)에 연결되며, 제어부(210)에 의해 결정된 무선 전력망(250)에의 전력 전달 여부에 따라 온/오프 된다.
또 다른 예를 들면, 전력 전달 장치(200)가 무선 전력망(250)으로부터 전력을 수신 받아, 배터리부(120)의 배터리를 충전하고자 하는 경우, 제어부(210)는 스위칭부(220)로 제어 신호를 전송하고, 스위칭부(220)는 무선 전력망(250)으로부터 전력을 수신하는 무선 전력 송수신부(230)가 전력을 전달하도록 수신된 제어 신호에 따라 무선 전력 송수신부(230)에 연결된 제 3 스위치(SW3)를 턴-온한다. 그리고, 스위칭부(220)는 다른 스위치들, 유선 전력망(240)에 연결된 제 2 스위치(SW2) 및 모터-발전기부(130)에 연결된 제 1 스위치(SW1)는 턴-오프한다. 이에 따라, 동력 전달 장치(200)에서 무선 전력망(250)으로부터 공급된 전력이 컨버터(110)에 의해서 변환되어 배터리부(120)의 배터리를 충전할 수 있다.
무선 전력 송수신부(230)는 무선 전력망(250)으로부터 무선으로 전달된 전력을 수신하고 컨버터(110)에 의해 변환될 수 있도록 전달된 전력을 정류 및 변환한다. 또는, 무선 전력 송수신부(230)는 컨버터(110)에 의해 변환된 전원이 무선으로 무선 전력망(250)에 전달되도록 컨버터(110)에 의해 변환된 전원을 무선 전력 전송에 맞게 변환하여 송신한다. 본 실시예에 따른, 무선 전력 송수신부(230)는은 다양한 무선 전력 전달 방법으로 무선으로 전력을 전달할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
이에 따라, 전력 전달 장치(200)는 하나의 컨버터(110)를 이용하여, 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)에서 유선 또는 무선으로 공급된 교류 전원을 이용하여 배터리부(120)의 배터리를 충전하거나, 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 모터-발전기부(130)의 모터를 구동함으로써 저비용으로 효율적으로 전원을 변환하여 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 전달 장치를 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 전력 전달 장치(300)는 컨버터(110), 배터리부(120), 모터-발전기부(310), 스위칭부(220) 및 무선 전력 송수신부(320)로 구성된다. 모터-발전기부(310)는 공진 탱크(312), 공진 인버터(314) 및 모터-발전기(M/G, motor-generator, 316)로 구성되고, 무선 전력 송수신부(320)는 공진 인버터(322) 및 정류기(324)로 구성된다.
도 3에 도시된 전력 전달 장치(300)는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 3은 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 스위칭부(220) 는 도 1 내지 도 2에 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 스위칭부(220)에 대응된다. 따라서, 도 3에서 컨버터(110), 배터리부(120) 및 스위칭부(220)와 관련하여 기재된 내용은 도 1 내지 도 2에 도시된 컨버터(110), 배터리부(120) 및 스위칭부(220)에도 적용이 가능하므로, 이와 관련하여 중복된 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 도시된 유선 전력망(240)과 무선 전력망(250)은 도 2에 도시된 유선 전력망(240)과 무선 전력망(250)에 해당한다.
도 3에 도시된 전력 전달 장치(300)는 컨버터(110)를 이용하여 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)으로부터 공급받은 전력을 모터/발전기부(130) 또는 배터리부(120)에 필요한 전원으로 변환하여 전달하거나, 배터리부(120)에 충전된 전기에너지를 모터/발전기부(130), 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)에 필요한 전원으로 변환하여 전달할 수 있다. 이때, 배터리부(120), 모터/발전기부(130), 유선 전력망(240) 및 무선 전력망(250)은 컨버터(110)에 의해 변환된 전원이 공급되는 부하 시스템에 해당할 수 있다.
모터-발전기부(310)는 입력된 교류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하거나 전기를 발전(發電)하여 획득된 교류 전원 공급한다. 모터-발전기부(310)는 공진 탱크(312), 공진 인버터(314) 및 모터-발전기(316)로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 모터-발전기부(310)는 도 1 내지 도 2에 도시된 모터-발전기부(130)의 일 실시예에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.
공진 탱크(312)는 모터-발전기(316)의 모터 구동에 필요한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원을 공급하기 위한 공진 에너지를 저장한다. 예를 들면, 공진 탱크(312)는 LC 공진 탱크가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
공진 인버터(314)는 공진 탱크에 의해 저장된 공진 에너지를 모터-발전기(316)의 모터 구동에 필요한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원으로 변환한다. 이에 따라, 모터-발전기부(310)는 공진 탱크(312)와 공진 인버터(314)를 이용하여 컨버터(110)에 의해 변환된 교류 전원을 모터 구동을 위한 주파수를 갖는 3상의 교류 전원으로 변환하여 3상의 교류 전원을 모터-발전기(316)에 공급할 수 있다.
모터-발전기(316)는 전기에너지를 변환하여 기계적인 동력을 제공하거나 기계적인 동력을 이용하여 전기에너지를 생성한다. 모터-발전기부(310)는 컨버터(110)로부터 전달된 전기에너지를 이용하여 모터를 구동함으로써, 모터-발전기(316)는 회전과 같은 기계적인 동력을 부하에 제공하는 모터로 동작할 수 있다. 또는, 모터-발전기부(310)는 부하의 회전 등의 기계적인 동력에 의해서 전기에너지를 발생시켜, 모터-발전기(316)는 발생된 전기에너지를 전달하는 발전기로도 동작할 수 있다.
무선 전력 송수신부(320)는 무선 전력망(250)으로부터 무선으로 전달된 전력을 수신한다. 무선 전력 송수신부(320)는 공진 인버터(322) 및 정류기(324)로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 무선 전력 송수신부(320)는 도 2에 도시된 무선 전력 송수신부(230)의 일 실시예에 불과하며, 이에 한정되지 않으며, 무선 전력 송수신부(320)는 이 외에 다양한 무선 전력 전달 방법으로 전력을 무선으로 전달할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
정류기(324)는 무선 전력망(250)으로부터 코일들(coils)을 통해 전달된 전력이 컨버터(110)에 의해 변환될 수 있도록 전달된 전력을 정류한다.
공진 인버터(322)는 정류기(324)에 의해서 정류된 전력을 컨버터(110)에 의해 변환될 수 있는 전원으로 변환한다.
이에 따라, 전력 전달 장치(300)는 하나의 컨버터(110)를 이용하여, 유선 전력망(240) 또는 무선 전력망(250)에서 유선 또는 무선으로 공급된 교류 전원을 이용하여 배터리부(120)의 배터리를 충전하거나, 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 모터-발전기부(130)의 모터를 구동함으로써 저비용으로 효율적으로 전원을 변환하여 전달할 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 ... 전력 전달 장치
110 ... 컨버터
120 ... 배터리부
130 ... 모터-발전기부
140 ... 외부 전력망

Claims (11)

  1. 입력된 교류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하거나 전기를 발전(發電)하여 획득된 교류 전원을 공급하는 모터-발전기(motor-generator)부;
    직류 전원을 이용하여 전기에너지를 충전하고, 상기 충전된 전기에너지를 이용하여 직류 전원을 공급하는 배터리부; 및
    제어 신호에 기초하여 상기 배터리부로부터 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 변환된 교류 전원을 상기 모터-발전기부 또는 외부 전력망(external electrical grid)에 공급하거나, 상기 외부 전력망 또는 상기 모터-발전기부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리부의 충전에 이용하는 컨버터(converter);를 포함하는 전력 전달 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하거나, 공급된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 상기 컨버터의 동작을 제어하는 상기 제어 신호를 생성하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리부, 상기 외부 전력망 및 상기 모터-발전기부에 각각 연결된 스위치들을 포함하고, 상기 스위치들을 온/오프 시킴으로써 상기 배터리부, 상기 외부 전력망 또는 상기 모터-발전기부에의 전력 전달 여부를 결정하는 스위칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 제어 신호에 따라, 상기 스위치들 각각을 온/오프 시키는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부, 상기 외부 전력망 및 상기 모터-발전기부에 요구되는 전원의 주파수를 결정하고, 상기 결정된 주파수에 따라 상기 컨버터에 포함된 양방향 스위칭 소자의 온/오프 시점을 제어하고,
    상기 컨버터는 상기 양방향 스위칭 소자의 온/오프 시점에 따라 상기 배터리부, 상기 외부 전력망 또는 상기 모터-발전기부에 상기 결정된 주파수로 변환된 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부, 상기 외부 전력망 및 상기 모터-발전기부에 요구되는 전원의 형태 및 크기를 결정하고, 상기 결정된 전원의 형태 및 크기에 따라 상기 컨버터에 인가되는 전압 또는 전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터-발전기부는 공진 탱크(resonant tank) 및 공진 인버터(resonant inverter)를 이용하여 전기에너지를 변환하여 기계적인 동력을 제공하거나 기계적인 동력을 이용하여 전기에너지를 생성하는 모터-발전기를 구동하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터-발전기부는 무선 전력망으로부터 무선으로 전달된 전력을 수신하는 무선 전력 수신부를 더 포함하고,
    상기 무선 전력 수신부는 상기 무선으로 전달된 전력을 상기 컨버터에 의해 변환되도록 상기 무선으로 전달된 전력을 정류 및 변환하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 제어 신호에 따라, 상기 모터-발전기부에 연결된 스위치를 턴-온함으로써 상기 모터-발전기부에 전력을 전달하도록, 상기 외부 전력망에 연결된 스위치를 턴-오프함으로써, 상기 외부 전력망에 전력이 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 어느 하나의 양방향 스위칭 소자를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 전달 장치는 상기 하나의 컨버터를 이용하여, 상기 외부 전력망에서 유선 또는 무선으로 공급된 교류 전원을 이용하여 상기 배터리부의 배터리를 충전하고, 상기 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 상기 모터-발전기부의 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 전력 전달 장치.



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