KR20150050952A - Wireless Power Transmission System for Tram Vehicle - Google Patents

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박찬배
김재희
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Abstract

The present invention relates to a wireless power transmission system for a tram vehicle, which is configured to comprise: an inverter used for electricity feeding as a power supply source which supplies power that is required for driving the tram vehicle; an electricity feeding line, wherein an electromagnetic induction energy is generated by a high frequency alternating current supplied from the inverter used for electricity feeding; a current collecting module (Pick-up) where the electromagnetic induction energy of the electricity feeding line is collected to be converted into electric energy, and which is provided on the tram vehicle; and a voltage regulator to supply the electrical energy delivered from the current collecting module, whereby the voltage is adjusted, to vehicle driving means. According to the present invention, the wireless power transmission system is applied to the urban type wireless tram vehicle, thereby the maintenance cost is incurred in the contact electricity feeding method of the contact power supply system used in existing high sky rail or a third rail, whereas the electric vehicle wire is connected like a spider′s web downtown so that the risk of an electric shock accident caused by the electric vehicle wire or the third rail may be eliminated, and the weather such as heavy rain, strong winds, etc. may not affect the driving of the tram vehicle, and large capacity power can be actively supplied, thereby the durability of the battery for the tram vehicle may be extended.

Description

도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템 {Wireless Power Transmission System for Tram Vehicle}Technical Field [0001] The present invention relates to a wireless power transmission system for a tram vehicle,

본 발명은 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 전기에너지를 추진동력으로 활용하는 트램 차량에 비접촉식으로 필요한 대전력을 무선으로 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving, and more particularly, to a wireless power transmission system for wirelessly transmitting large power in a non-contact manner to a tram vehicle utilizing electric energy as a propulsion power.

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 급전 시스템은 차량의 운행 동력으로서 필요한 교류 25,000V 또는 직류 1,500V의 전기에너지를 선로를 따라 설치된 가공차선(혹은, '트롤리선' 이라고 함) 또는 제3궤조로부터 전력을 공급받아 그 운행 및 제어에 사용하고 있으며 이의 일 예가 도 1 및 도 2에 도시된다. 이때, 도 1은 종래 일반적인 가공차선을 이용한 급전방식의 일 예이고, 도 2는 종래 일반적인 제3궤조를 이용한 급전방식의 일 예이다.Such an electric railway power supply system supplies electric power of 25,000 V alternating current or 1,500 V direct current required as the driving power of the vehicle to a processing lane (or 'trolley line') installed along the line or power from the third rail And is used for its operation and control, and one example thereof is shown in Figs. 1 and 2. Fig. Here, FIG. 1 is an example of a power feeding method using a conventional processing lane, and FIG. 2 is an example of a power feeding method using a conventional third rail.

이와 같은 접촉식 급전 방식을 갖는 판토그라프는 등록특허 제10-0531749호, 등록특허 제10-0858370호 등을 통해 다양한 형태가 제안된 바 있다. The pantograph having such a contact-type power feeding method has been proposed in various forms through the registered patent No. 10-0531749 and the registered patent No. 10-0858370.

상기 가공차선을 통해 전력을 공급받기 위해서는 차량에 탑재한 팬토그라프를 이용하여 접촉에 의해 전력을 공급받으며, 제3궤조의 경우에는 레일 측면 또는 레일 사이에 제3궤조를 설치하고 변전소로부터 전력을 공급하며 열차에 부착된 급전슈를 통해 접촉에 의해 전력을 공급받는다.In order to receive electric power through the machining lane, power is supplied by contact using a pantograph mounted on the vehicle. In the case of the third rail, a third rail is provided between the rail side and the rail, and power is supplied from the substation And is powered by contact through the feed shoe attached to the train.

그런데, 이와 같은 종래의 가공차선을 이용하는 접촉식 급전시스템은 급전을 위한 접촉에 의한 유지보수 비용 발생, 도심지 내 전차선이 거미줄처럼 연결되어 도시 미관의 침해, 전차선에 의한 사고 발생의 위험이 존재한다. However, there is a risk that the contact-type power supply system using the conventional processing lane causes a maintenance cost due to contact for power supply, a catenary line in the urban area is connected like a spider web, thereby causing an accident caused by a catenary line.

또한, 종래의 가공차선은 폭우, 강풍 등 날씨의 영향을 받아 운영시간 축소 및 고객 불편이 자주 발생하고, 레일을 귀선전류 궤환루프로 이용해야하며, 가공차선과의 이격거리 확보를 위한 터널 단면적이 증가하고, 고속운행시에 팬토그라프의 공기저항 급상승에 의한 에너지 효율의 저감이 발생한다. In addition, the conventional machining lane is affected by the weather such as heavy rain or strong wind, and therefore the operation time is reduced and the customer inconvenience frequently occurs. The rail should be used as a return current feedback loop and the cross sectional area of the tunnel And at the time of high-speed operation, the energy efficiency is reduced by the sudden increase of the air resistance of the pantograph.

아울러, 종래의 제3궤조를 이용하는 접촉식 급전시스템은 승객 접촉 및 침수에 의한 감전 사고 발생 우려가 매우 높다.
In addition, in the conventional contact type power supply system using the third rail, there is a high possibility of occurrence of an electric shock accident due to passenger contact and inundation.

참고문헌 1: 등록특허 제10-0531749호Reference 1: Registration No. 10-0531749 참고문헌 2: 등록특허 제10-0858370호Reference 2: Registration No. 10-0858370

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전기에너지를 추진동력으로 활용하는 트램차량에 최근 에너지 활용의 극대화 관점에서 실용화 기술 개발에 많은 초점이 이루어지고 있는 비접촉식 무선전력 전송 기술을 적용하여 트램차량에서 필요로 하는 수백 KW 급의 대용량 전력을 공급할 수 있는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a non-contact type wireless power transmission technology in which a tram vehicle utilizing electric energy as a propulsion power is recently focused on the development of practical application technology from the viewpoint of maximization of energy utilization. The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a radio power transmission system for a tram vehicle which can supply large-capacity power of several hundreds of kW required for a tram vehicle.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; In order to solve such a technical problem,

트램차량의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전력공급원으로서 지상의 급전용 인버터와, 상기 급전용 인버터에서 공급되는 고주파 교류 전류에 의해 전자기 유도 에너지를 발생하는 급전선로와, 상기 트램차량에 설치되어 상기 급전선로의 전자기 유도 에너지를 집전하여 전기에너지로 변환하는 집전모듈(Pick-up)과, 상기 집전모듈로부터 전달된 전기에너지를 전압 조절하여 차량 구동수단으로 공급하는 전압 레귤레이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.A power feed line for supplying electromagnetic power required for driving the tram vehicle; a power feed line for generating electromagnetic induction energy by a high frequency alternating current supplied from the power feed inverter; And a voltage regulator for regulating the voltage of the electric energy transferred from the current collecting module and supplying the electric energy to the vehicle driving means. And provides a tram vehicle wireless power transmission system for operation.

이때, 상기 급전선로는 트램차량의 주행구간 전체에 형성되거나 또는 트램 차량에 구비되는 배터리의 충전을 위한 급전구간에만 형성되는 것을 특징으로 한다.In this case, the feeder line may be formed on the entire traveling section of the tram vehicle or may be formed only in the power feeding section for charging the battery of the tram vehicle.

그리고, 상기 급전용 인버터는 변전실에서 공급되는 DC 750V의 직류전원을 60kHz의 고주파 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 한다.The power supply inverter converts DC power of DC 750V supplied from the substation into high frequency AC power of 60kHz.

또한, 상기 집전모듈은 고주파로 유기된 기전력의 정류를 위한 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The current collecting module includes a rectifier for rectifying an electromotive force induced by a high frequency.

아울러, 상기 급전선로는 페라이트 또는 아몰포스 재질의 코어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the feed line may be formed of a core made of ferrite or amorphous material.

그리고, 상기 전압 레귤레이터는 부스트 방식의 DC-DC 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.The voltage regulator may be a boost DC-DC converter.

또한, 상기 트램차량의 차량 구동수단은 HSCB를 On 함으로써 인터페이스를 통해 전압 레귤레이터로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 한다.Further, the vehicle driving means of the tram vehicle is characterized in that power is supplied from the voltage regulator through the interface by turning on the HSCB.

그리고, 상기 차량 구동수단은 추진장치인 인버터 및 추진용 모터와, 전력 공급을 위해 충전되는 DC/DC컨버터 및 배터리와, 에어컨 및 조명의 전원공급을 위한 보조전원장치(SIV)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The vehicle driving means includes an inverter and a propulsion motor as a propulsion device, a DC / DC converter and a battery charged for power supply, and an auxiliary power supply (SIV) for supplying power to the air conditioner and the lighting .

또한, 상기 트램차량의 차량 구동수단의 사용전력은 차상제어기에서 모니터링하는 것을 특징으로 한다.Further, the power used by the vehicle driving means of the tram vehicle is monitored by the on-board controller.

그리고, 상기 급전선로에는 급전감지수단을 통해 차량에 공급되는 부하전원을 감지한 지상제어기는 상기 급전용 인버터의 출력전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
The ground controller, which senses a load power supplied to the vehicle through the feed detection unit, controls the output current of the feed power supply inverter.

본 발명에 따르면, 무선전력 전송 시스템을 도심형 무가선 트램 차량에 적용하여 기존 가공차선이나 제3궤조를 이용하는 접촉식 급전시스템의 접촉식 급전방식이 갖는 유지보수 비용 발생이나 도심지 내 전차선이 거미줄처럼 연결되어 전차선 또는 제 3궤조를 통한 감전사고의 위험이 없다.According to the present invention, a wireless power transmission system is applied to a urban wagon tram vehicle to generate maintenance costs for the contact-type power supply system of a contact-type power supply system using an existing processing lane or a third rail, There is no danger of electric shock accident through the electric cable or the third rail.

아울러, 본 발명은 트램차량의 운행에 폭우, 강풍 등의 날씨 영향이 거의 없고, 능동적으로 대용량 전력 공급이 가능해 짐으로써 트램 차량의 배터리 수명을 연장시킬수 있다.In addition, the present invention can prolong the battery life of the tram vehicle by virtue of the fact that the operation of the tram vehicle is hardly influenced by the weather such as heavy rains and strong winds, and actively supplying large capacity electric power.

또한, 본 발명은 급전선로가 설치되어 있는 구간에서는 배터리에 의한 차량의 기동이 필요 없기 때문에 차량의 운행구간에 무선전력전송 시스템을 구축한다면 차량용 배터리를 제거함으로써 배터리의 유지보수 비용을 절감할 수 있다. Further, in the present invention, since the vehicle does not need to be started by the battery in the section where the feeder line is installed, if the wireless power transmission system is constructed in the section of the vehicle, the maintenance cost of the battery can be reduced by removing the vehicle battery .

그리고, 본 발명은 무가선 트램 차량의 구동 또는 배터리를 충전하기 위한 가선 시스템의 제거가 가능해 짐으로써 도심의 미관을 고려한 미려한 전기철도 시스템을 구축할 수 있다.
In addition, the present invention makes it possible to construct a beautiful electric railway system that takes into consideration the beauty of the city center by driving the tram line tram vehicle or removing the crossover system for charging the battery.

도 1은 종래 일반적인 가공차선을 이용한 급전방식의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 일반적인 제3궤조를 이용한 급전방식의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템의 상세 구성도이다.
도 5는 부하 변동에 따른 급전용 인버터의 출력전류의 능동적 제어 예를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 트램차량의 운행시 효율적인 모니터링 화면의 일 예를 도시한 도면이다.1 is a view for explaining an example of a power feeding method using a conventional processing lane.
FIG. 2 is a view for explaining an example of a conventional power feeding system using a third rail.
3 is a conceptual diagram of a wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention.
4 is a detailed block diagram of a wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention.
5 is a graph showing an example of active control of the output current of the power supply inverter according to the load variation.
6 is a diagram showing an example of an efficient monitoring screen when the tram vehicle is operated according to the present invention.

본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.The characteristics of the wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention will be understood from the following detailed description 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 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템은 전기에너지를 추진동력으로 활용하는 트램차량(200)에 무선전력 전송 기술을 적용하여 트램차량(200)에서 필요로 하는 수백 KW 급의 대용량 전력을 비접촉 방식으로 무선 공급할 수 있다.
3 and 4, the wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention includes a tram vehicle 200 by applying a wireless power transmission technique to a tram vehicle 200 that utilizes electric energy as a propulsion power, The large capacity electric power of several hundred KW class can be wirelessly supplied in a non-contact manner.

이와 같은 본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템은 도시형 무가선 트램차량의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전력공급원으로서 지상(100)의 급전용 인버터(110)와, 상기 급전용 인버터(110)에서 공급되는 고주파 교류 전류에 의해서 지상 급전선로에 형성되는 전자기 유도 에너지를 발생하는 급전선로(120)와, 상기 트램차량(200)에 설치되어 상기 급전선로(120)의 전자기 유도 에너지를 집전하여 전기에너지로 변환하는 집전모듈(Pick-up)(210)과, 상기 집전모듈(210)로부터 전달된 에너지를 차량에서 활용할 수 있도록 전압 조절(voltage regulation)을 한 후 차량 구동수단(230)으로 공급하는 전압 레귤레이터(220)로 구성된다.The radio power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention is a power supply source for supplying electric power required for driving an urban trampoline tram vehicle, a power supply inverter 110 for ground power supply 100, A feed line 120 for generating electromagnetic induction energy to be formed in the ground feed line by the high frequency alternating current supplied from the feed line 110 and the electromagnetic induction energy of the feed line 120 installed in the tram vehicle 200 A power-up unit 210 for collecting and converting electric energy into electric energy; a vehicle driving unit 230 for performing voltage regulation to utilize the energy delivered from the power collection module 210; And a voltage regulator 220 for supplying the voltage to the output terminal.

이때, 트램차량(200)이 주행구간 전체에 급전선로를 형성하거나 특별히 트램 차량에 구비되는 배터리(235)의 충전을 위한 급전구간에만 부분적으로 급전선로(120)를 형성할 수 있다.
At this time, the feeder line 120 can be partially formed only in the feed section for forming the feeder line in the entire traveling section of the tram vehicle 200, or in particular for charging the battery 235 provided in the tram vehicle.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

먼저, 상기 급전용 인버터(110)는 도시형 무가선 트램차량(200)의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전력 공급원으로서 변전실(102)에서 공급되는 DC 750V의 직류전원을 60kHz의 고주파 교류 전원으로 변환한다. First, the power supply inverter 110 converts DC power of DC 750V supplied from the substation 102 to high frequency AC power of 60kHz as a power supply source for supplying power required for driving the urban wagon tram vehicle 200 .

이때, 상기 급전용 인버터(110)는 트램차량(200)의 부하 변동에 대해서 능동적으로 대응하여 전력을 공급할 수 있도록 충분히 지능화함이 바람직하다. 예를 들어 트램차량(200)에서 많은 부하를 사용할 경우 급전용 인버터(110)는 많은 전력을 공급하고, 트램차량(200)에서 갑자기 부하량을 줄일 경우 급전용 인버터(110)는 이를 순시적으로 감지하여 급전 전력이 감소하도록 제어함이 바람직하다.At this time, it is preferable that the feed-in inverter 110 is intelligent enough to actively respond to load fluctuations of the tramcar 200 and supply power. For example, when a large load is used in the tram vehicle 200, the power supply inverter 110 supplies a large amount of power, and when the load is suddenly reduced in the tram vehicle 200, the power supply inverter 110 instantaneously detects So that the feed power is reduced.

한편, 상기 급전 선로(120)는 고주파 교류 전류에 의해서 지상 급전선로에 형성되는 전자기 유도 에너지를 발생하는 것으로, 급전용 인버터(110)에서 공급하는 고주파에 대해서 급전선로의 길이를 고려한 콘덴서 부착 등 충분한 공진설비에 의해서 급전선로(120)의 손실을 최소화함이 바람직하다. On the other hand, the feed line 120 generates electromagnetic induction energy formed in the ground feed line by a high-frequency alternating current. The feed line 120 is provided with a sufficient capacity for the high frequency supplied from the feed-in inverter 110, It is desirable to minimize the loss of the feed line 120 by the resonance facility.

그리고, 상기 집전모듈(Pick-up)(210)은 급전선로(120)에서 발생하는 자장에 대해서 최대한 쇄교할 수 있는 구조로 설계되어야 하고 고주파로 유기된 기전력의 정류를 위한 정류기(212)를 포함한다. The pick-up module 210 is designed to have a structure capable of linking at a maximum with respect to a magnetic field generated by the feed line 120 and includes a rectifier 212 for rectifying electromotive force induced at a high frequency do.

이때, 상기 급전선로(120)와 집전모듈(210)은 전자기 유도현상을 이용하여 무선으로 전력을 트램차량에 공급한다.At this time, the feeder line 120 and the current collecting module 210 wirelessly supply power to the tram vehicle by using the electromagnetic induction phenomenon.

상기 전자기 유도현상에서는 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 a strong magnet is used, the change in the magnetic flux passing through the coil during the same time increases. In addition, a large induction electromotive force appears even if the number of turns of the coil is increased. The equation is expressed as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

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 집전모듈(210)의 차량 코일은 차체와 분리하여 도전체로부터 이격시켜 취부해야 한다. 이때, 트램차량(200)의 도전체와 분리시키지 않을 경우 유도전류의 발생에 지장을 줄 수 있기 때문이다. Accordingly, in order to implement the system, the vehicle coil of the current collecting module 210 must be separated from the vehicle body and separated from the conductor. At this time, if it is not separated from the conductor of the tramcar 200, it may interfere with the generation of the induced current.

상기 급전선로(120)는 무선 급전 시스템의 효율을 증대시키기 위해서 페라이트, 아몰포스 등과 같은 다양한 재질의 코어를 사용할 수 있고 설계 용량에 따라서 전력케이블의 길이 및 turn 수를 결정한다. The feed line 120 may use various types of cores such as ferrite, amorphous, etc. to increase the efficiency of the wireless power feeding system and determine the length and turn number of the power cable according to the design capacity.

그리고, 상기 집전모듈(210)은 급전선로(120)의 고주파 자기장으로부터 최적의 유기 기전력을 얻도록 하기 위해 급전 선로와 같은 공진 주파수를 갖도록 설계하고, 고주파 자기장의 쇄교 면적이 최대가 되도록 설계한다. The power collection module 210 is designed to have a resonance frequency equal to that of the feeder line so as to obtain an optimal organic electromotive force from the high frequency magnetic field of the feed line 120, and designed to maximize the linkage area of the high frequency magnetic field.

이와 같은 급전선로(120)와 집전모듈(210) 사이의 간격은 가능한 최소 간격(예를 들어 20cm 이내)을 유지함으로써 무선전력전송의 전달 효율을 극대화하도록 하고 최소간격의 도출은 급전용 인버터(110)의 운용주파수, 급전선로의 공진 주파수, 픽업에 전달된 유기기전력의 량을 측정하여 최적의 간격을 도출한다.The spacing between the feed line 120 and the current collecting module 210 maximizes the transmission efficiency of the wireless power transmission by maintaining a minimum interval (for example, within 20 cm) ), The resonance frequency of the feeder line, and the amount of organic electromotive force delivered to the pickup are measured to derive the optimum spacing.

한편, 상기 전압 레귤레이터(220)는 상기 집전모듈(210)로부터 전달된 에너지를 차량에서 활용할 수 있도록 전압 조절(voltage regulation)을 수행하는 것으로, 예를 들어 집전되는 전압을 DC 800V로 변환한다. Meanwhile, the voltage regulator 220 performs voltage regulation to utilize the energy delivered from the current collecting module 210 in the vehicle, and converts the collected voltage into DC 800V, for example.

이와 같은 전압 레귤레이터(220)는 집전모듈(210)에서 정류된 전압을 트램차량(200)이 요구하는 전압으로 일정하게 유지하기 위해서 트램차량(200)에 부착하며, 트램차량(200)에 일정 전압을 공급하기 위해서 부스트 방식의 DC-DC 컨버터로 구성된다. Such a voltage regulator 220 is attached to the tram vehicle 200 in order to keep the voltage rectified by the current collection module 210 constant at a voltage required by the tram vehicle 200 and is supplied with a constant voltage DC-DC converter of the boost type in order to supply the DC voltage to the DC-DC converter.

이때, 상기 트램차량(200)에서 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(202)를 On 함으로써 트램차량(200)의 차량 구동수단(230)으로 인터페이스를 통해 전압 레귤레이터(220)로부터 전력을 공급받는다. 상기 차량 구동수단(230)은 추진장치인 추진용 인버터(232) 및 추진용 모터(233)와, 전력 공급을 위해 충전되는 DC/DC컨버터(234) 및 배터리(235)와, 에어컨(237) 및 조명(238) 등의 보조장치의 전원공급을 위한 보조전원장치(SIV)(236) 등으로 이루어지며, 이들 차량 구동수단(230)의 구동을 위해서 트램차량(200)의 요구에 따라 전력을 공급한다.At this time, power is supplied from the voltage regulator 220 through the interface to the vehicle driving means 230 of the tram vehicle 200 by turning on the HSCB (High Speed Circuit Breaker) 202 in the tram vehicle 200. The vehicle drive means 230 includes a propulsion inverter 232 and a propulsion motor 233 as a propulsion device, a DC / DC converter 234 and a battery 235 charged for power supply, an air conditioner 237, And an auxiliary power unit (SIV) 236 for supplying power to an auxiliary device such as a lamp 238 and the like. In order to drive these vehicle driving means 230, Supply.

한편, 무가선 트램차량(200)은 무선급전을 통한 무선 전력 전송에 대한 모니터링 기능을 위해 차상제어기(201)는 지상 제어기(101)와 데이터 통신을 수행하며, 이를 통한 무선전력 전송 시스템의 공급전력(급전전력)과 집전전력 간의 효율적인 사용전력의 모니터링을 수행한다. On the other hand, the wagon trolley vehicle 200 performs data communication with the terrestrial controller 101 for monitoring the wireless power transmission through wireless power supply, and the on-board controller 201 performs data communication with the terrestrial controller 101, (Power supply) and the electric power used for power collection.

이때, 상기 차상제어기(201)는 트램차량(200)에 설치되는 것으로, 트램차량(200)의 차량 구동수단(230)에서 소비 및 충전하고 있는 전력량(추진장치의 순시 소비전력, 배터리의 순시 충전 전력 및 누적 충전량, 차량의 보조 소비 전력(차량 편의 및 제어장치), 레귤레이터 출력전압)을 종합적으로 모니터링한다.The on-board controller 201 is installed on the tram vehicle 200. The on-vehicle controller 201 controls the amount of electric power consumed and charged by the vehicle driving means 230 of the tram vehicle 200 (instantaneous power consumption of the propulsion device, Power and cumulative charge, vehicle auxiliary power (vehicle convenience and control), regulator output voltage).

한편, 트램차량(200)과의 전력 공급을 위한 인터페이스를 위해 상기 트램차량(200)의 운전석에는 현시되는 전압 레귤레이터(220)의 출력전압이 트램차량(200)이 요구하는 DC 800V 수준에 도달되면 트램차량의 운행자가 HSCB(202)를 On 함으로써 트램차량(200)과 무선전력전송시스템의 인터페이스가 이루어진다.
On the other hand, when the output voltage of the voltage regulator 220, which is displayed in the driver's seat of the tram vehicle 200, reaches the DC 800V level required by the tram vehicle 200 for the interface with the tram vehicle 200 The operator of the tram vehicle turns on the HSCB 202 to interface the tram vehicle 200 with the wireless power transmission system.

이하, 도 3 내지 도 6을 참고로 본 발명에 따른 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템의 작동 예를 설명한다.Hereinafter, an operation example of a wireless power transmission system for a tram vehicle for urban driving according to the present invention will be described with reference to FIG. 3 to FIG.

변전실(102)에서 공급되는 DC 750V의 직류전원은 급전용 인버터(110)를 거치면서 60kHz의 고주파 교류 전원으로 변환되어 급전선로(120)로 공급된다. DC power of DC 750V supplied from the transformer room 102 is converted into high frequency AC power of 60kHz and supplied to the feeder line 120 while passing through the feeder inverter 110. [

그에 따라 상기 급전선로(120)는 고주파 교류 전류에 의해서 지상 급전선로에 형성되는 전자기 유도 에너지를 발생하게 된다. Accordingly, the feed line 120 generates electromagnetic induction energy formed in the ground feed line by the high frequency alternating current.

한편, 상기 급전선로(120)에는 급전감지수단(130)을 통해 차량에 공급되는 전원을 감지할 수 있으며, 이를 통해 트램차량(200)의 부하 변동에 대해서 능동적으로 대응하여 전력을 공급할 수 있도록 충분히 지능화할 수 있다. 이 경우 상기 급전감지수단(130)은 급전선로(120)에 센싱코일(sencing coil)을 설치하여서 급전되는 전력을 감지할 수 있다.On the other hand, the power supply line 120 can sense a power supplied to the vehicle through the power feed detection means 130, and can sufficiently supply power to the tramcar 200 in response to a load variation of the tramcar 200 It can be intelligent. In this case, the feed detection unit 130 may sense a power supplied by providing a sensing coil to the feed line 120.

이 같은 구성을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 능동형 급전 인버터(110)로 구동되는 경우 예를 들어 트램차량(200)의 부하가 5.6Ω에서 4.5Ω으로 변동되는 경우 그에 따른 급전용 인버터(110)의 출력전류는 지상제어기(102)의 능동적 제어에 따라 200A에서 100A로 공급 전류를 감소시킬 수 있다.5, when the load of the tram vehicle 200 is changed from 5.6? To 4.5?, For example, when the power supply inverter 110 is driven by the active feeder inverter 110 as shown in FIG. 5, Can reduce the supply current from 200 A to 100 A according to the active control of the terrestrial controller 102.

한편, 상기 급전 선로(120)에서 유기되는 고주파 교류 전류에 대한 전자기 유도 에너지는 집전모듈(210)에 무선으로 공급되며, 전압 레귤레이터(220)는 상기 집전모듈(210)로부터 전달된 에너지를 차량에서 활용할 수 있도록 전압 조절(voltage regulation)을 수행하게 된다.The electromagnetic induction energy for the high frequency alternating current induced in the feed line 120 is supplied to the current collecting module 210 wirelessly and the voltage regulator 220 supplies the energy delivered from the current collecting module 210 to the vehicle So that voltage regulation can be performed.

이와 같은 전압 레귤레이터(220)를 통해 일정하게 DV 800V로 유지되는 전압은 트램차량에 공급된다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이 트램차량(200)의 추진장치인 추진용 모터(233)와 배터리(235) 및 차량편의/제어장치의 사용전력을 감시하여 차상제어기(201)의 모니터를 통해 현시하여 트램차량의 운행시 효율적인 모니터링을 할 수 있다.
A voltage which is constantly maintained at DV 800 V through the voltage regulator 220 is supplied to the tram vehicle. Particularly, as shown in FIG. 6, the electric power used by the propulsion motor 233, the battery 235, and the vehicle convenience / control device, which is the propulsion device of the tram vehicle 200, And it is possible to monitor efficiently when the tram vehicle is operated.

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: 지상 110: 급전용 인버터
120: 급전선로 200: 트램차량
210: 집전모듈 220: 전압 레귤레이터
230: 차량 구동수단100: ground 110: power supply inverter
120: feeder line 200: tram vehicle
210: current collecting module 220: voltage regulator
230: vehicle driving means

Claims (10)

트램차량의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전력공급원으로서 지상의 급전용 인버터와, 상기 급전용 인버터에서 공급되는 고주파 교류 전류에 의해 전자기 유도 에너지를 발생하는 급전선로와, 상기 트램차량에 설치되어 상기 급전선로의 전자기 유도 에너지를 집전하여 전기에너지로 변환하는 집전모듈(Pick-up)과, 상기 집전모듈로부터 전달된 전기에너지를 전압 조절하여 차량 구동수단으로 공급하는 전압 레귤레이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
A power feed line for supplying electromagnetic power required for driving the tram vehicle; a power feed line for generating electromagnetic induction energy by a high frequency alternating current supplied from the power feed inverter; And a voltage regulator for regulating the voltage of the electric energy transferred from the current collecting module and supplying the electric energy to the vehicle driving means. Tram car radio power transmission system for operation.
제 1항에 있어서,
상기 급전선로는 트램차량의 주행구간 전체에 형성되거나 또는 트램 차량에 구비되는 배터리의 충전을 위한 급전구간에만 형성되는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the feeder line is formed only in a power feeding section for charging the battery of the tram vehicle or the entire power transmission line of the tram vehicle.
제 1항에 있어서,
상기 급전용 인버터는 변전실에서 공급되는 DC 750V의 직류전원을 60kHz의 고주파 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the power supply inverter converts DC power of DC 750V supplied from the substation to high frequency AC power of 60kHz.
제 1항에 있어서,
상기 집전모듈은 고주파로 유기된 기전력의 정류를 위한 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the current collecting module includes a rectifier for rectifying an electromotive force induced at a high frequency.
제 1항에 있어서,
상기 급전선로는 페라이트 또는 아몰포스 재질의 코어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the feed line is made of a core made of ferrite or amorphous material.
제 1항에 있어서,
상기 전압 레귤레이터는 부스트 방식의 DC-DC 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage regulator is a DC-DC converter of a boost type.
제 1항에 있어서,
상기 트램차량의 차량 구동수단은 HSCB(High Speed Circuit Breaker)를 On 함으로써 인터페이스를 통해 전압 레귤레이터로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the vehicle driving means of the tram vehicle receives power from a voltage regulator through an interface by turning on a High Speed Circuit Breaker (HSCB).
제 1항에 있어서,
상기 차량 구동수단은 추진장치인 인버터 및 추진용 모터와, 전력 공급을 위해 충전되는 DC/DC컨버터 및 배터리와, 에어컨 및 조명의 전원공급을 위한 보조전원장치(SIV)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Characterized in that the vehicle driving means includes an inverter and a propulsion motor which are a propulsion device, a DC / DC converter and battery to be charged for power supply, and an auxiliary power supply (SIV) for supplying power to the air conditioner and the lighting Tram vehicle radio power transmission system for urban operation.
제 1항에 있어서,
상기 트램차량의 차량 구동수단의 사용전력은 차상제어기에서 모니터링하는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the power used by the vehicle driving means of the tram vehicle is monitored by the on-vehicle controller.
제 1항에 있어서,
상기 급전선로에는 급전감지수단을 통해 차량에 공급되는 부하전원을 감지한 지상제어기는 상기 급전용 인버터의 출력전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 도심운행을 위한 트램차량용 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the ground controller, which senses a load power supplied to the vehicle through the power feed detection means, controls an output current of the feed power inverter.
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