KR20220020708A - Wireless Power Transfer System Based on Segmented Transmitter Line - Google Patents

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KR20220020708A
KR20220020708A KR1020200101381A KR20200101381A KR20220020708A KR 20220020708 A KR20220020708 A KR 20220020708A KR 1020200101381 A KR1020200101381 A KR 1020200101381A KR 20200101381 A KR20200101381 A KR 20200101381A KR 20220020708 A KR20220020708 A KR 20220020708A
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feeding
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이은수
김명룡
이병송
이수길
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한국철도기술연구원
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Abstract

Disclosed is a system for wireless power supply. In the present embodiment, provided is a wireless power supply system using a segmented transmitter line which separates and forms a wireless power supply line for the existing railway vehicle made of a wire (copper) which does not have a core of a long length to reduce winding loss of wireless power supply and maintain safety of a human body and electronic equipment from magnetic field radiation.

Description

분할 급전라인 기반 무선급전 시스템{Wireless Power Transfer System Based on Segmented Transmitter Line}Wireless Power Transfer System Based on Segmented Transmitter Line

본 개시는 무선급전을 위한 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 무선급전의 권선손실(copper loss)을 감소시키고 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하기 위해, 길이가 긴 코어가 없는 권선(copper)으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 선로를 분할하여 형성한 분할 급전라인을 이용하는 무선급전 시스템에 대한 것이다.The present disclosure relates to a system for wireless power feeding. More specifically, in order to reduce the copper loss of the wireless feeding and maintain the safety of the human body and electronic equipment from magnetic field radiation, the existing wireless feeding line for railway vehicles is composed of a long core without a winding (copper). It is about a wireless power feeding system using a divided feeding line formed by dividing the

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다. The content described below merely provides background information related to the present invention and does not constitute the prior art.

전기를 이용하는 철도차량의 MW급 대용량 추진시스템 및 철도차량 내 기타 부하들을 구동하기 위해, AC 25 KV 또는 DC 1.5 KV 가선전압(trolly voltage)이 공급되고, 철도차량은 팬터그래프(pantograph, ‘집전기’)를 이용하여 전기에너지를 획득하는 것이 일반적이다. 그러나, 급전선로 기반의 접촉식 전력공급 방식은 전력공급 시스템의 건설비 및 유지보수 비용이 크고 미래의 교통 시스템으로서 미관을 저해한다는 단점이 있다. AC 25 KV or DC 1.5 KV trolly voltage is supplied to drive the MW-class large-capacity propulsion system of railway vehicles using electricity and other loads in the railway vehicle, and the railway vehicle is a pantograph ('collector'). ) is generally used to obtain electrical energy. However, the power supply line-based contact power supply method has a disadvantage in that the construction and maintenance costs of the power supply system are high and the aesthetics of the future transportation system is impaired.

이러한 단점을 원천적으로 극복하기 위해, 접촉 없이 철도차량에 전기에너지를 전송할 수 있는 철도차량용 무선급전(Wireless Power Transfer: WPT) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. WPT 시스템에서는, 긴 길이의 철도차량용 무선급전 선로(WPT line, 이하 ‘급전선로’또는 ‘급전라인’)을 이용하여, 철도차량이 정차하였을 경우 정적 충전(stationary charging)을 제공할 뿐만 아니라, 역행시 대용량 추진시스템 구동에 필요한 대전력도 동적 충전(dynamic charging)이 가능하다는 장점이 있다. 급전선로에 대한 예로서, 2014년 개발된 고속열차용 급전선로는 약 130 m(비특허문헌 1 참조), 2019년 한국에서 개발된 경전철용 급전선로는 약 200 m의 길이를 갖는다.In order to fundamentally overcome these shortcomings, research on a wireless power transfer (WPT) system for railway vehicles capable of transmitting electric energy to railway vehicles without contact is being actively conducted. In the WPT system, by using a long-length wireless power supply line for railway vehicles (WPT line, hereinafter 'feeding line' or 'feeding line'), not only does it provide stationary charging when the railway vehicle is stopped, but also retrograde There is an advantage that dynamic charging is possible even with large power required to drive a large-capacity propulsion system. As an example of the feed line, the feed line for high-speed trains developed in 2014 has a length of about 130 m (see Non-Patent Document 1), and the feed line for light rail developed in Korea in 2019 has a length of about 200 m.

도 10에 예시된 긴 길이의 급전선로를 포함하는 WPT 시스템에 있어서, 철도차량이 위치하지 않는 구간에서는, 강한 전자기장(Electromagnetic Field: EMF)의 발생에 따라 사람, 동물과 같은 생물이 접근할 경우 유해할 수 있으며, 전자장비의 경우 오동작을 일으킬 수도 있다. 특히, 주변에 금속 이물질(foreign object)이 있을 경우 강한 자기장에 따른 자기유도 현상으로 인해 이물질의 발열에 따른 심각한 화재를 초래할 수 있다. 급전선로는 고주파 전류를 흘려주는 역할을 하는데, 철도차량이 위치하지 않은 급전선로 구간에서 발생하는 자기장의 무효전력(reactive power)은, 수신부로 전력이 전송되지 않음에도 불구하고 고주파 전류로 인한 추가적인 권선손실을 발생시킨다는 단점이 있다. 철도차량 길이 수준으로 급전선로의 길이를 짧게 구성하는 분할급전(separate power transfer) 방식을 이용하여 이러한 단점에 대처가 가능하나(비특허문헌 2 참조), 각 급전선로마다 전기에너지를 공급하기 위한 급전장치(transmitter system, 이하 ‘Tx 시스템’으로도 표기)가 별도로 요구되므로 설치공간의 확보가 어렵고 비용이 증가한다는 문제가 있다. In the WPT system including the long-length feed line illustrated in FIG. 10, in the section where the railroad car is not located, it is harmful when living things such as humans and animals approach due to the generation of a strong electromagnetic field (EMF). and may cause malfunction in the case of electronic equipment. In particular, if there is a metal foreign object in the vicinity, it may cause a serious fire due to the heat of the foreign object due to magnetic induction caused by a strong magnetic field. The feed line plays a role of passing a high-frequency current, and the reactive power of the magnetic field generated in the section of the feed line where the railroad car is not located is additional winding due to the high-frequency current even though the power is not transmitted to the receiver. The downside is that it causes losses. It is possible to cope with this disadvantage by using a separate power transfer method that shortens the length of the feed line to the length of a railroad car (see Non-Patent Document 2). Since a separate device (transmitter system, hereinafter referred to as 'Tx system') is required, it is difficult to secure an installation space and the cost increases.

따라서, 설치공간 확보의 어려움 및 비용 증가 문제에 대처하면서도, 급전선로의 권선손실을 감소시키고, 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하는 것이 가능한 WPT 시스템이 요구된다.Therefore, there is a need for a WPT system capable of coping with the difficulty of securing an installation space and cost increase, while reducing the winding loss of the feed line and maintaining the safety of the human body and electronic equipment from magnetic field radiation.

비특허문헌 1: J H Kim et al (2015) Development of 1-MW inductive power transfer system for a high-speed train, IEEE Trans Ind. Electron., 62(10), pp 6242-6250.Non-Patent Document 1: J H Kim et al (2015) Development of 1-MW inductive power transfer system for a high-speed train, IEEE Trans Ind. Electron., 62(10), pp 6242-6250. 비특허문헌 2: Bombardier Transportation (2010) PRIMOVE Contactless and Catenary-Free Operation, EcoActive Technologies.Non-Patent Document 2: Bombardier Transportation (2010) PRIMOVE Contactless and Catenary-Free Operation, EcoActive Technologies. 비특허문헌 3: Junsoo Shin, et al, (2014) A study on train control system for the safety and intergrity of RF-CBTC manless, Proceedings of the Korean Society for Railway, Jeju, Korea, pp 980-987.Non-Patent Document 3: Junsoo Shin, et al, (2014) A study on train control system for the safety and intergrity of RF-CBTC manless, Proceedings of the Korean Society for Railway, Jeju, Korea, pp 980-987.

본 개시는, 무선급전의 권선손실(copper loss)을 감소시키고 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하기 위해, 길이가 긴 코어가 없는 권선(copper)으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 선로를 분할하여 형성한 분할 급전라인(segmented transmitter line)을 이용하는 무선급전 시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.The present disclosure provides a wireless power feed line for a conventional railway vehicle consisting of a long core without a winding (copper) in order to reduce the winding loss of the wireless power supply and maintain the safety of the human body and electronic equipment from magnetic field radiation. It is a main object to provide a wireless power feeding system using a segmented transmitter line formed by dividing.

본 개시의 실시예에 따르면, 인버터(inverter)를 포함하여 DC 전압으로부터 AC 전류를 생성하고, 두 개의 스위치(switch)를 포함하여 철도차량의 수신부의 위치에 따라 상기 AC 전류의 전송을 조절하는 급전장치; 및 코어가 없는 권선(copper) 형태인 제1 급전라인 및 제2 급전라인으로 이분할된 채로, 상기 제1 급전라인 또는 제2 급전라인을 이용하여 상기 급전장치로부터 전송받은 AC 전류를 유도기전력에 기반하는 무선 방식으로 상기 수신부 측에 공급하는 분할 급전라인(segmented transmission line)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선급전(wireless power transfer) 시스템을 제공한다. According to an embodiment of the present disclosure, including an inverter (inverter) to generate an AC current from a DC voltage, and including two switches (switch) to control the transmission of the AC current according to the position of the receiver of the railroad car Device; and the AC current received from the power feeding device using the first or second feeding line while being divided into a first feeding line and a second feeding line in the form of a coil without a core to the induced electromotive force It provides a wireless power transfer system, characterized in that it comprises a segmented transmission line (segmented transmission line) for supplying to the receiver side in a wireless method based on the wireless power.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 길이가 긴 코어가 없는 권선으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 선로를 분할하여 형성한 분할 급전라인을 이용하는 무선급전 시스템을 제공함으로써, 무선급전의 권선손실을 감소시키고 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하는 것이 가능해지는 효과가 있다. As described above, according to this embodiment, by providing a wireless power feeding system using a divided feeding line formed by dividing the existing wireless feeding line for railway vehicles composed of windings without a long core, the winding loss of wireless feeding is reduced. It has the effect of reducing and making it possible to keep the human body and electronic equipment safe from magnetic field radiation.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 WPT 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 급전장치의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 분할 급전라인의 예시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부의 블록도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 WPT 시스템의 등가회로이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 WPT 시스템에 대한 FEM 모델이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 자기결합도를 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 AC-to-AC 효율을 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 EMF 특성을 나타내는 예시도이다.
도 10은 긴 길이의 급전선로를 포함하는 WPT 시스템에 대한 예시도이다.
도 11은 급전장치에 대한 예시도이다.
1 is a block diagram of a WPT system according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a block diagram of a power feeding device according to an embodiment of the present disclosure.
3 is an exemplary view of a divided power supply line according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a block diagram of a receiver according to an embodiment of the present disclosure.
5 is an equivalent circuit of a WPT system according to an embodiment of the present disclosure.
6 is an FEM model for a WPT system according to an embodiment of the present disclosure.
7 is an exemplary diagram illustrating a degree of magnetic coupling according to an embodiment of the present disclosure.
8 is an exemplary diagram illustrating AC-to-AC efficiency according to an embodiment of the present disclosure.
9 is an exemplary diagram illustrating EMF characteristics according to an embodiment of the present disclosure.
10 is an exemplary diagram of a WPT system including a long-length feed line.
11 is an exemplary view of a power feeding device.

이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in the description of the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function may obscure the gist of the present embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 실시예들의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, in describing the components of the present embodiments, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain element, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. . In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.DETAILED DESCRIPTION The detailed description set forth below in conjunction with the appended drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced.

본 개시는 무선급전을 위한 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 무선급전의 권선손실(copper loss)을 감소시키고 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하기 위해, 길이가 긴 코어가 없는 권선(copper)으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 선로를 분할하여 형성한 분할 급전라인을 이용하는 무선급전(WPT) 시스템을 제공한다. The present disclosure relates to an apparatus for wireless power feeding. In more detail, in order to reduce the copper loss of the wireless feeding and to maintain the safety of the human body and electronic equipment from magnetic field radiation, the existing wireless feeding line for railway vehicles consisting of a long core without a winding (copper) Provided is a wireless power feeding (WPT) system using a divided feeding line formed by division.

도 10은 긴 길이의 급전선로를 포함하는 WPT 시스템에 대한 예시도이다. WPT 시스템은 급전장치(Tx system), 급전선로 및 수신부(receiver unit)의 전부 또는 일부를 포함한다. 10 is an exemplary diagram of a WPT system including a long-length feed line. The WPT system includes all or part of a power feeder (Tx system), a feed line, and a receiver unit.

도 11에 예시된 바와 같은 급전장치는 인버터(inverter)를 이용하여 고전압의 DC로부터(예컨대, DC 1.5 KV 또는 750 V) AC 전류를 생성하여(예컨대, AC 500 A) 급전선로에 전달한다. 또한, 급전장치는 인덕터 Lf와 캐패시터 Cf를 포함하는데, 인덕터 Lf와 캐패시터 Cf는 부하 및 주변환경의 변화와 관계없이 고주파 정전류(constant current)인 AC 전류를 생성하기 위한 LC 필터 역할을 수행한다. 급전선로는 AC 전류를 유도기전력에 기반하는 무선 방식으로 철도차량에 제공한다. 긴 길이의 급전선로는 L1,1, L1,2,…. L1,m으로 표현되는 m 개의 짧은 급전선로로 분할되어 구성될 수 있고, 짧은 급전선로 간에는 분할 공진 커패시터를 포함할 수 있다. 일반적으로, 급전선로는 지면과 철도차량의 하부 간에 위치한다. The power feeding device as illustrated in FIG. 11 generates an AC current (eg, AC 500 A) from high voltage DC (eg, DC 1.5 KV or 750 V) using an inverter and delivers it to the power supply line. In addition, the power feeding device includes an inductor L f and a capacitor C f . The inductor L f and the capacitor C f act as an LC filter to generate an AC current that is a high-frequency constant current regardless of changes in the load and the surrounding environment. carry out The power supply line provides AC current to railway vehicles in a wireless manner based on induced electromotive force. The long length of the feed line is L 1,1 , L 1,2 ,… . It may be divided into m short feed lines represented by L 1,m , and a split resonance capacitor may be included between the short feed lines. In general, the feed line is located between the ground and the lower part of the railroad car.

철도차량에 포함된 수신부는 AC-DC 정류기(rectifier)를 이용하여 급전선로로부터 전송받은 AC 전류를 DC 전압으로 변환한 후 전기에너지를 충전하거나 철도차량의 역행에 이용한다. 한편, WPT 시스템에 포함되는 구성요소가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 10에 예시된 바와 같이, 정류기를 이용하여 그리드 전압(grid voltage, 예컨대 AC 25 KV)을 고전압의 DC로 변환한 후 급전장치에 제공하는 부스테이션(substation)을 추가적으로 포함할 수 있다. The receiver included in the railroad car uses an AC-DC rectifier to convert the AC current received from the power supply line into a DC voltage, and then charges the electric energy or uses it to power the railroad car. On the other hand, the components included in the WPT system are not necessarily limited thereto, and as illustrated in FIG. 10 , a grid voltage (eg, AC 25 KV) is converted into a high voltage DC using a rectifier and then a power feeding device is used. It may additionally include a substation provided to.

철도차량은 운행 중에 정차(stop), 역행(start), 타행(drift) 및 회생제동(regenerative brake)의 네 가지 상태를 유지한다. 이중, 긴 길이의 가진 급전선로를 가진 WPT 시스템의 동작은 정차, 역행 및 제동의 세 가지 상태와 관련된다. 정차 중에는 급전장치를 이용하여 정적 충전이 실행되고, 역행 중에는 급전장치를 이용하여 철도차량의 모터 구동을 위한 동적 충전이 실행되며, 회생 제동 중에는 철도차량의 모터가 감속되는 과정을 이용하여 충전이 실행된다. 철도차량의 타행은 가속된 후의 관성에 따른 운행으로서, 충전된 에너지가 일부 사용되기는 하나 WPT 시스템의 관여가 최소화된 상태이다.Railroad vehicles maintain four states during operation: stop, start, drift, and regenerative brake. The operation of a WPT system with a double, long excitation feed line is related to three states: stop, run, and brake. While stationary, static charging is performed by using a power supply device, while dynamic charging is performed using a power supply device to drive the motor of the railroad car while stationary. do. A railroad car is driven by inertia after being accelerated, and although some of the charged energy is used, the involvement of the WPT system is minimized.

이하, 도 1 내지 도 4의 도시를 이용하여 본 실시예에 따른 WPT 시스템을 설명한다.Hereinafter, the WPT system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 WPT 시스템의 블록도이다. 1 is a block diagram of a WPT system according to an embodiment of the present disclosure.

본 실시예에 있어서, WPT 시스템(100)은 분할 급전라인을 이용하여 철도차량에 무선으로 전기에너지를 공급한다. WPT 시스템(100)은 급전장치(110), 분할 급전라인(120) 및 수신부(130)의 전부 또는 일부를 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 고전압의 DC 전원을 급전장치에 제공하는 부스테이션(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. In this embodiment, the WPT system 100 wirelessly supplies electric energy to the railroad vehicle using a divided power supply line. The WPT system 100 includes all or part of the power feeding device 110 , the divided feeding line 120 , and the receiving unit 130 , but is not necessarily limited thereto, and a sub-station providing high voltage DC power to the power feeding device. (not shown) may be additionally included.

도 1의 도시는 본 실시예에 따른 예시적인 구성이며, 급전장치의 구조와 동작, 수신부의 구조와 동작, 및 부스테이션의 구조와 동작에 따라 다른 구성요소 또는 구성요소 간의 다른 연결을 포함하는 다양한 구현이 가능하다. 1 is an exemplary configuration according to the present embodiment, and various components including other components or different connections between components according to the structure and operation of the power feeding device, the structure and operation of the receiving unit, and the structure and operation of the substation implementation is possible.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 급전장치의 블록도이다. 2 is a block diagram of a power feeding device according to an embodiment of the present disclosure.

급전장치(110)는 고전압의 DC를 AC 전류로 변환하여 분할 급전선로(120)에 공급한다. 급전장치(110)는 인버터, 인덕터 Lf와 캐패시터 Cf, 및 두 개의 스위치의 전부 또는 일부를 포함한다. 인버터는 고전압의 DC를 고주파 AC 전류로 변환하고, 인덕터 Lf와 캐패시터 Cf는 부하 및 주변환경의 변화와 관계없이 고주파 정전류인 AC 전류를 생성하기 위한 LC 필터 역할을 수행한다. 고주파 AC 전류를 생성하는 이유는 주파수에 비례하여 수신부(130)에 인가되는 유도기전력을 증가시킬 수 있기 때문이다. 두 개의 스위치는 분할 급전라인(120)의 분할된 두 개의 급전라인에 AC 전류 전달을 조절하는 역할을 한다. 여기서, 스위치는 AC 전류의 통과가 가능한 양방향(bidirectional) 스위치 또는 릴레이(relay)일 수 있다. The power feeding device 110 converts high voltage DC into AC current and supplies it to the divided power feeding line 120 . The power supply 110 includes an inverter, an inductor L f and a capacitor C f , and all or part of two switches. The inverter converts high-voltage DC into high-frequency AC current, and the inductor L f and the capacitor C f act as an LC filter to generate an AC current that is a high-frequency constant current regardless of changes in the load and surrounding environment. The reason for generating the high-frequency AC current is that the induced electromotive force applied to the receiver 130 can be increased in proportion to the frequency. The two switches serve to control the transfer of AC current to the two divided feed lines of the split feed line 120 . Here, the switch may be a bidirectional switch or a relay through which an AC current can pass.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 분할 급전라인의 예시도이다.3 is an exemplary view of a divided power supply line according to an embodiment of the present disclosure.

도 3의 (a)에 예시된 바와 같은 종래의 긴 길이를 갖는 급전선로에 대하여, 도 3의 (b)에 예시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 분할 급전라인(120)은 중앙에 위치하는 급전장치(110)를 중심으로 제1 급전라인 및 제2 급전라인으로 이분할된 채로 AC 전류를 유도기전력에 기반하는 무선 방식으로 철도차량에 제공한다. 급전장치(110)의 좌측에 위치하는 제1 급전라인 및 우측에 위치하는 제2 급전라인은 동일한 형태 및 규모의 선로로 대칭적으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 3의 (b)에 예시된 바와 같이 이분할함으로써, 철도차량과 각 급전라인 간의 길이 차이가 감소될 수 있다.For a conventional feed line having a long length as illustrated in (a) of FIG. 3, as illustrated in (b) of FIG. 3, the divided feed line 120 according to this embodiment is located in the center The AC current is provided to the railway vehicle in a wireless manner based on the induced electromotive force while being divided into a first feeding line and a second feeding line around the power feeding device 110 . The first feeding line located on the left side of the power feeding device 110 and the second feeding line located on the right side of the power feeding device 110 may be symmetrically formed as lines of the same shape and size, but are not limited thereto. In addition, by dividing into two as illustrated in (b) of FIG. 3, the difference in length between the railroad car and each power supply line can be reduced.

철도차량과 각 급전라인 간의 길이 차이를 더 감소시키기 위해, 도 3의 (c)에 예시된 바와 같이 급전선로를 삼분할하는 것이 검토될 수 있으나, 이중 영역(duplicated section)에서의 추가적인 권선손실과 EMF의 발생, 교차 영역(crossed section)에서의 두께 증가 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 실시예에서는 도 3의 (b)의 예시와 같이 이분할된 분할 급전라인(120)이 이용된다. In order to further reduce the difference in length between the railroad car and each feed line, it may be considered to divide the feed line into three as illustrated in FIG. There are problems such as generation of EMF and increase in thickness in a crossed section. Therefore, in the present embodiment, as in the example of Figure 3 (b), the divided divided feed line 120 is used.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각 급전라인의 특성은 인덕턴스 및 공진을 위해 부가된 캐패시턴스로 표현될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 1 and 2 , the characteristics of each feeding line may be expressed as inductance and capacitance added for resonance.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부의 블록도이다. 4 is a block diagram of a receiver according to an embodiment of the present disclosure.

수신부(130)는 철도차량에 포함되고, AC-DC 정류기, 양방향 DC-DC 컨버터(converter), 추진(propulsion) 인버터, 충전용 배터리 및 철도차량의 모터의 전부 또는 일부를 포함한다. 수신부(130)는 정류기를 이용하여 급전선로로부터 전송받은 AC 전류를 DC 전압으로 변환한 후, 양방향 컨버터를 이용하여 배터리 측에 전기에너지를 충전한다. 수신부(130)는 정류기의 출력 또는 충전된 전기에너지로부터 변환된 양방향 컨버터의 출력을 기반으로 추진 인버터를 이용하여 철도차량의 모터를 구동할 수 있다. 또한 수신부(130)는 회생 제동 중에 철도차량의 모터가 감속되는 과정을 이용하여, 배터리 측에 전기에너지를 충전할 수 있다. 분할 급전라인(120)을 구성하는 제1 급전라인 및 제2 급전라인으로부터 선별적으로 AC 전류를 공급받는 점을 제외하고는, 수신부(130)의 구조 및 동작은 도 10에 나타낸 기존의 방식과 동일한 것으로 가정한다. The receiver 130 is included in a railroad car, and includes all or part of an AC-DC rectifier, a bidirectional DC-DC converter, a propulsion inverter, a rechargeable battery, and a motor of the railroad car. The receiver 130 converts the AC current received from the power supply line into a DC voltage using a rectifier, and then charges the electric energy to the battery side using a bidirectional converter. The receiver 130 may drive the motor of the railway vehicle using a propulsion inverter based on the output of the rectifier or the output of the bidirectional converter converted from the charged electric energy. In addition, the receiver 130 is Electric energy can be charged to the battery side by using the process in which the motor of the railway vehicle is decelerated during regenerative braking. Except for selectively receiving AC current from the first and second feeding lines constituting the divided feeding line 120, the structure and operation of the receiving unit 130 is the same as the conventional method shown in FIG. assumed to be the same.

한편, 도 4의 도시에서, C2와 L2는 수신부(130)의 인덕턴스 및 공진 캐패시턴스를 나타낸다.Meanwhile, in FIG. 4 , C 2 and L 2 represent inductance and resonance capacitance of the receiver 130 .

도 1의 도시에서, 수신부(130)를 포함하는 철도차량은 제1 급전라인의 구역에 위치한 것으로 표현되었다. 1 , the railway vehicle including the receiving unit 130 is expressed as being located in the region of the first feeding line.

급전장치(110)는, 정차된 철도차량이 제1 급전라인의 구역에서 역행하여 제2 급전라인의 구역에 도달하는 경우, 두 개의 스위치를 이용하여, 제1 급전라인의 구역에 대한 AC 전류 공급을 중단하고, 제2 급전라인의 구역에 대한 AC 전류 공급을 시작할 수 있다.The power feeding device 110 supplies AC current to the section of the first feeding line by using two switches when the stopped railroad car reaches the section of the second feeding line by going backwards in the section of the first feeding line. can be stopped, and AC current supply to the section of the second feed line can be started.

이러한 AC 전류 공급의 스위칭하기 위해 철도차량의 역행 중 위치가 파악되어야 한다. 제1 급전라인의 구역 또는 제2 급전선로의 구역 중 어느 구역에 철도차량이 위치하는지를 파악하기 위해, WPT 시스템(100)은 적외선 센서 또는 카메라 이미지 센서를 이용할 수 있다. For switching of this AC current supply, the position of the rolling stock during retrograde must be determined. In order to determine which zone of the first feeding line area or the second feeding line area the railway vehicle is located in, the WPT system 100 may use an infrared sensor or a camera image sensor.

본 개시의 다른 실시예에 있어서, WPT 시스템(100)은 CBTC(Communication Based Train Control)와 지상자(wayside transmitter)를 이용하여(비특허문헌 3 참조), 제1 급전선로의 구역 또는 제2 급전선로의 구역 중 어느 구역에 철도차량이 위치하는지를 파악할 수 있다.In another embodiment of the present disclosure, the WPT system 100 uses a CBTC (Communication Based Train Control) and a wayside transmitter (see Non-Patent Document 3), the area of the first feed line or the second feed line. It is possible to determine in which section of the section of the road the railroad car is located.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 WPT 시스템의 등가회로이다.5 is an equivalent circuit of a WPT system according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 도 5에 도시된 바와 같은 등가회로를 이용하여, 수신부(130)의 정류기 출력으로 전달되는 전력 및 AC-to-AC 효율을 유도하는 과정을 설명한다. Hereinafter, a process of inducing power delivered to the rectifier output of the receiver 130 and AC-to-AC efficiency using an equivalent circuit as shown in FIG. 5 will be described.

먼저, 도 5a의 도시에 추가된 r1a와 r2는 각각 제1 급전라인과 수신부(130)의 내부저항을 나타낸 것으로서, 제1 급전라인의 경우 권선손실을 나타내고, 페라이트(ferrite) 코어를 적용되는 수신부(130)의 경우 코어손실(core loss)과 권선손실 모두를 포함한다. 제1 급전라인과 수신부(130) 간은 자기결합(magnetic coupling)되어 있으므로, 도 5a이 도시에서 인덕턴스는 수학식 1에 나타낸 바와 같은 관계를 갖는다.First, r 1a and r 2 added to the illustration of FIG. 5A represent the internal resistance of the first feed line and the receiver 130, respectively, and in the case of the first feed line, represent a winding loss, and a ferrite core is applied. In the case of the receiving unit 130, which includes both a core loss and a winding loss. Since the first feeding line and the receiving unit 130 are magnetically coupled, the inductance in FIG. 5A has a relationship as shown in Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Lma는 제1 급전라인(또는 제2 급전라인)과 수신부(130) 간의 자화인덕턴스(magnetic inductance)이고, n은 턴비(turn ration)이며, Ll1a와 Ll2는 누설인더턴스(leakage inductance) 성분이다. Here, L ma is the magnetic inductance between the first feeding line (or the second feeding line) and the receiver 130, n is the turn ratio, L l1a and L l2 are the leakage inductance ( leakage inductance).

전술한 바와 같이 정전류를 생성하기 위해 인덕터 Lf와 캐패시터 Cf는 필터 역할을 실행한다. 도 5b의 도시에 노턴(Norton) 등가회로로 표시된 정전류원 I1a의 크기는 인덕턴스 Lf를 이용하여 조정될 수 있다. As described above, the inductor L f and the capacitor C f act as a filter to generate a constant current. The magnitude of the constant current source I 1a indicated by the Norton equivalent circuit shown in FIG. 5B may be adjusted using the inductance L f .

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, 수학식 3에 보인 것과 같은 공진 조건을 만족하는 경우, 노턴 등가저항 Zf의 크기는 무한대가 되므로, 정전류원 I1a는 온전히 제1 급전라인 측으로 전달된다.In addition, when the resonance condition as shown in Equation 3 is satisfied, the magnitude of the Norton equivalent resistance Z f becomes infinite, so that the constant current source I 1a is completely transferred to the first feeding line.

도 5b에 도시된 수신부(130)의 경우, 정류기의 출력전압과 출력저항인 VL과 RL(= VL/IL)은 양방향 컨버터의 출력전압인 Vb와 듀티(duty) 동작조건에 의존하며, 컨버터 출력측 목표전압과 목표전력이 정해질 경우 VL과 RL이 결정될 수 있다. 정류기는 CCM(Continuous Conduction Mode)으로 구동하는 자동변압기(auto-transformer)로 등가화될 수 있는데, 이때 부하저항 RL과 부하전압 VL은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.In the case of the receiver 130 shown in Figure 5b, the output voltage and output resistance of the rectifier V L and R L (= V L /I L ) is the output voltage of the bidirectional converter V b and duty (duty) operating conditions , and when the target voltage and target power of the converter output side are determined, V L and R L may be determined. The rectifier may be equivalent to an auto-transformer driven in a continuous conduction mode (CCM), in which case the load resistance R L and the load voltage V L may be expressed as in Equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

다음, 테브난(Thevenin) 등가회로를 이용하면, 도 5b의 도시는 도 5c의 도시와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 급전라인과 수신부(130)에는 인덕턴스를 보상하여 공진시키기 위해 캐패시터 C1 및 C2가 적용된다. 이때, 등가전압 V2a와 수신부(130) 전류 I2는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Next, using the Thevenin equivalent circuit, the diagram of FIG. 5B can be represented as the diagram of FIG. 5C. Here, capacitors C 1 and C 2 are applied to the first feeding line and the receiving unit 130 to compensate the inductance to cause resonance. In this case, the equivalent voltage V 2a and the current I 2 of the receiver 130 may be expressed as in Equation 5.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, n은 제1 급전라인의 턴수인 N1과 수신부(130)의 턴수인 N2 간의 비이다.Here, n is a ratio between N1 which is the number of turns of the first feeding line and N2 which is the number of turns of the receiver 130 .

수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 출력전력 PL과 AC-to-AC 효율 ηac는 수학식 6 및 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.Using Equations 4 and 5, the output power P L and the AC-to-AC efficiency η ac may be expressed as Equations 6 and 7 .

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 코일 간(coil-to-coil) 특성을 분석하기 위해 급전선로의 권선손실인 r1a, 및 수신부의 권선손실과 코어손실을 가산한 r2만이 고려되되, 인버터 스위칭손실(switching loss) 및 도통손실(conduction loss), AC/DC 정류기 손실 및 DC/DC 컨버터 손실, LC 필터의 기생 저항성분에 따른 손실 등은 모두 무시되는 것으로 가정한다.As shown in Equation 7 , in this embodiment, in order to analyze the coil-to-coil characteristics, only r 1a , which is the winding loss of the feed line, and r 2 , which is the sum of the winding loss of the receiver and the core loss, is However, it is assumed that inverter switching loss and conduction loss, AC/DC rectifier loss and DC/DC converter loss, and loss due to parasitic resistance of the LC filter are all ignored.

이하, 본 실시예에 따른 WPT 시스템(100)의 성능을 확인하기 위한 실험예를 설명한다. Hereinafter, an experimental example for confirming the performance of the WPT system 100 according to the present embodiment will be described.

실험예에서는, 수학식 7에 나타낸 바를 확인하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같은 FEM(Finite Element Method) 모델을 이용하여 시뮬레이션이 실행되었다. 실험예에서는, 기존 급전선로의 길이를 9.0 m으로 가정하였고, 제안하는 2 개의 분할 급전라인 각각의 길이는 9.0 m의 절반인 4.5 m로 가정하였다. 수신부는 0.5m×1.5m의 크기이고, 적용된 페라이트 코어의 총 두께는 40 T(Thickness, 단위는 mm)이며, 250 kW급의 전력을 수신하도록 설계되었다. 수신부의 턴수 N2는 4, 급전선로의 턴수 N1은 2이다. 급전선로와 수신부 간의 거리는 7 cm이며, 동작주파수는 60 kHz인 것으로 가정하였다. 급전선로에 500 A급의 대용량 고주파 전류를 인가하기 위해, 급전선로의 권선굵기가 120 sq(단면적, 단위는 mm2), 수신부의 권선굵기 또한 동일한 수준의 대용량 고주파 전류를 고려하여 120 sq가 설정되었다. In the experimental example, in order to confirm the bar shown in Equation 7, a simulation was performed using a finite element method (FEM) model as shown in FIG. 6 . In the experimental example, the length of the existing feed line was assumed to be 9.0 m, and the length of each of the two proposed split feed lines was assumed to be 4.5 m, which is half of 9.0 m. The receiver has a size of 0.5m×1.5m, and the total thickness of the applied ferrite core is 40 T (Thickness, unit is mm), and is designed to receive 250 kW power. The number of turns N2 of the receiver is 4, and the number of turns N1 of the feed line is 2. It was assumed that the distance between the feed line and the receiver was 7 cm and the operating frequency was 60 kHz. In order to apply a high-capacity high-frequency current of 500 A class to the feeding line, the winding thickness of the feeding line is 120 sq (cross-sectional area, unit is mm 2 ), and 120 sq is set in consideration of the same level of large-capacity high-frequency current in the receiver. became

시뮬레이션에 따른 파라미터 분석 결과는 표 1과 같으며, 정전류를 공급하기 위해 설정된 Lf(= 358 μH) 값에 대하여, 수학식 3에 나타낸 바와 같은 공진 조건을 만족하는 Cf 값도 표 1에 수록하였다. 또한, 수학식 5에 나타낸 바와 같은 공진 조건을 만족하는 캐패시터의 값도 표 1에 수록하였다.The parameter analysis results according to the simulation are shown in Table 1, and for the L f (= 358 μH) value set to supply a constant current, the C f value that satisfies the resonance condition as shown in Equation 3 is also recorded in Table 1 did In addition, the values of the capacitors satisfying the resonance condition as shown in Equation 5 are also listed in Table 1.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, 아래첨자 1a, 1b 각각은 4.5m 길이의 제1 급전라인, 제2 급전라인을 타내고, 아래첨자 1c는 9.0m 길이의 기존 급전선로를 나타낸다.Here, the subscripts 1a and 1b each indicate a first feeding line and a second feeding line with a length of 4.5 m, and the subscript 1c indicates an existing feeding line with a length of 9.0 m.

도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 효율 특성을 나타내는 예시도이다. 실험예에서는, 수신부가 제1 급전라인의 구역(도 6의 예시 참조)에서 제2 급전라인의 구역(도 6의 예시 참조)으로 이동하는 것으로 가정되었다(-4.5 m < dy < 4.5 m). 7 and 8 are exemplary views illustrating efficiency characteristics according to an embodiment of the present disclosure. In the experimental example, it was assumed that the receiver moves from the area of the first feed line (see the example of FIG. 6 ) to the area of the second feed line (see the example of FIG. 6 ) (-4.5 m < d y < 4.5 m) .

먼저, 도 7에 예시된 바는 자기결합도(magnetic coupling factor)에 대한 시뮬레이션 결과이다. 여기서, ka1, kb1, kc1은 각각 4.5m 제1 급전라인, 4.5m 제2 급전라인, 9.0m 기존 급전선로에 대한 자기결합도를 나타낸다. 수신부가 급전선로 내에 완전히 포함된 경우, 본 실시예에 따른 4.5m 급전라인의 자기결합도는, 9.0m 급전선로와 대비하여 약 42 % 증가하였다. First, the bar illustrated in FIG. 7 is a simulation result for a magnetic coupling factor. Here, k a1 , k b1 , and k c1 represent the degree of magnetic coupling with respect to the 4.5 m first feed line, the 4.5 m second feed line, and the 9.0 m existing feed line, respectively. When the receiver is completely included in the feed line, the magnetic coupling of the 4.5 m feed line according to this embodiment is increased by about 42% compared to the 9.0 m feed line.

다음, 도 8에 예시된 바는 AC-to-AC 효율에 대한 시뮬레이션 결과이다. 본 실시예에 따른 4.5m 급전라인의 효율은 98.5 %로서, 9.0m 급전선로의 효율인 97.9% 대비하여 약 0.6 % 개선되었다. 또한, PL = 250 kW가 되도록 RL을 dy위치 별로 조절한 채로, 수학식 7을 이용하여 이론적인 효율을 계산할 수 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이 시뮬레이션 결과와 거의 일치됨을 확인하였다. 한편, 효율에 있어서 0.6 %의 이득은 4.5m 급전라인의 권선에서 약 1.6 kW에 해당하는 열손실을 제거한 것이므로, 방열 측면에서 개선 효과가 크다.Next, a bar exemplified in FIG. 8 is a simulation result for AC-to-AC efficiency. The efficiency of the 4.5m feeding line according to this embodiment was 98.5%, which was improved by about 0.6% compared to the 97.9%, which is the efficiency of the 9.0m feeding line. In addition, the theoretical efficiency can be calculated using Equation 7 while adjusting R L for each d y position so that P L = 250 kW. On the other hand, the 0.6% gain in efficiency removes the heat loss corresponding to about 1.6 kW in the winding of the 4.5m feeding line, so the improvement effect is large in terms of heat dissipation.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 EMF 특성을 나타내는 예시도이다. 9 is an exemplary diagram illustrating EMF characteristics according to an embodiment of the present disclosure.

여기서, EMF 특성은 급전 선로로부터 수직으로 10 cm 및 100 cm 떨어진 위치(dz)에서 측정된 자속밀도(magnetic flux density)를 나타낸다. 측정 범위는 철도차량이 위치하지 않는 구역의 0~4.5 m 구간이다. 도 9a의 도시와 같이 수직위치 dz가 10 cm인 경우, 9.0m 급전선로의 모든 영역에서 국제방사선보호연합(International Radiation Protection Association: ICNIRP) 가이드라인이 권고하는 인체에 대한 허용기준치인 27 μT 이상이었으나, 4.5m 급전라인에서는 dy > +2.2 m 영역에서 허용기준치 이하의 EMF 특성을 보였다. 한편, 도 9b의 도시와 같이 수직위치 dz가 100 cm인 경우, 9.0m 급전선로에서는 모든 영역에서 27 μT 이상이었으나, 4.5m 급전라인에서는 dy > +1.5m 영역에서 허용기준치 이하의 EMF 특성을 보였다.Here, the EMF characteristic represents the magnetic flux density measured at a position (d z ) 10 cm and 100 cm away from the feed line vertically. The measurement range is 0~4.5 m in the area where no railroad cars are located. As shown in Fig. 9a, when the vertical position d z is 10 cm, in all areas of the 9.0 m feed line, the International Radiation Protection Association (ICNIRP) guideline recommends more than 27 μT, which is the allowable standard for the human body. However, the 4.5m feed line showed EMF characteristics below the allowable standard in the region of d y > +2.2 m. On the other hand, as shown in FIG. 9b, when the vertical position d z is 100 cm, in the 9.0 m feed line, it was 27 μT or more in all areas, but in the 4.5 m feed line, the EMF characteristics were below the allowable standard in the d y > +1.5 m area. showed

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 길이가 긴 코어가 없는 권선으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 선로를 분할하여 형성한 분할 급전라인을 이용하는 무선급전 시스템을 제공함으로써, 무선급전의 권선손실을 감소시키고 자기장 방사로부터 인체 및 전자장비의 안전을 유지하는 것이 가능해지는 효과가 있다. As described above, according to this embodiment, by providing a wireless power feeding system using a divided feeding line formed by dividing the existing wireless feeding line for railway vehicles composed of windings without a long core, the winding loss of wireless feeding is reduced. It has the effect of reducing and making it possible to keep the human body and electronic equipment safe from magnetic field radiation.

본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍가능 시스템 상에서 실행가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령들을 전송하도록 결합되는 적어도 하나의 프로그래밍가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체"에 저장된다. Various implementations of the systems and techniques described herein may be implemented in digital electronic circuitry, integrated circuitry, field programmable gate array (FPGA), application specific integrated circuit (ASIC), computer hardware, firmware, software, and/or combination can be realized. These various implementations may include being implemented in one or more computer programs executable on a programmable system. The programmable system includes at least one programmable processor (which may be a special purpose processor) coupled to receive data and instructions from, and transmit data and instructions to, a storage system, at least one input device, and at least one output device. or may be a general-purpose processor). Computer programs (also known as programs, software, software applications or code) contain instructions for a programmable processor and are stored on a "computer-readable recording medium".

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.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and a person skilled in the art to which this embodiment belongs may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

100: WPT 시스템 110: 급전장치
120: 분할 급전라인 130: 수신부
100: WPT system 110: feeding device
120: split feed line 130: receiver

Claims (6)

인버터(inverter)를 포함하여 DC 전압으로부터 AC 전류를 생성하고, 두 개의 스위치(switch)를 포함하여 철도차량의 수신부의 위치에 따라 상기 AC 전류의 전송을 조절하는 급전장치; 및
코어가 없는 권선(copper) 형태인 제1 급전라인 및 제2 급전라인으로 이분할된 채로, 상기 제1 급전라인 또는 제2 급전라인을 이용하여 상기 급전장치로부터 전송받은 AC 전류를 유도기전력에 기반하는 무선 방식으로 상기 수신부 측에 공급하는 분할 급전라인(segmented transmission line)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선급전(wireless power transfer) 시스템.
a power feeding device that generates AC current from DC voltage including an inverter and controls transmission of the AC current according to a position of a receiving unit of the railroad car including two switches; and
Based on the induced electromotive force, the AC current received from the power feeding device using the first or second feed line is divided into a first feed line and a second feed line in the form of a coil without a core. A segmented transmission line that supplies the receiver side in a wireless way
A wireless power transfer system comprising a.
제1항에 있어서,
상기 급전장치는 상기 분할 급전라인의 중앙에 위치하고, 상기 급전장치의 양측에 위치하는 상기 분할 급전라인의 제1 급전라인 및 제2 급전라인은 상호 동일한 형태 및 규모의 선로로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선급전 시스템.
According to claim 1,
The power feeding device is located in the center of the divided feeding line, and the first feeding line and the second feeding line of the divided feeding line located on both sides of the feeding device are formed as lines having the same shape and size as each other. wireless feeding system.
제1항에 있어서,
상기 급전장치는,
상기 철도차량이 상기 제1 급전라인의 구역에서 역행하여 상기 제2 급전라인의 구역에 도달한 경우, 상기 두 개의 스위치를 이용하여, 상기 제1 급전라인에 대한 AC 전류 공급을 중단하고, 상기 제2 급전라인에 대한 AC 전류 공급을 시작하는 것을 특징으로 하는 무선급전 시스템.
According to claim 1,
The power supply device,
When the railway vehicle reaches the section of the second feed line after going backward from the section of the first feed line, using the two switches, the supply of AC current to the first feed line is stopped, and the second feed line is stopped. 2 Wireless power feeding system, characterized in that starting the AC current supply to the feed line.
제1항에 있어서,
상기 두 개의 스위치는,
상기 AC 전류의 통과가 가능한 양방향(bidirectional) 스위치 또는 릴레이(relay)인 것을 특징으로 하는 무선급전 시스템.
According to claim 1,
The two switches are
A wireless power feeding system, characterized in that it is a bidirectional switch or relay through which the AC current can pass.
제1항에 있어서,
적외선 센서 또는 카메라 이미지 센서를 이용하여, 상기 철도차량이 상기 분할 급전라인의 제1 급전라인의 구역 또는 제2 급전라인의 구역 중 어느 구역에 위치하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 무선급전 시스템.
According to claim 1,
Wireless power feeding system, characterized in that by using an infrared sensor or a camera image sensor, it is characterized in that the railway vehicle is located in either a section of a first feed line or a section of a second feed line of the divided feed line.
제1항에 있어서,
CBTC(Communication Based Train Control)와 지상자(wayside transmitter)를 이용하여, 상기 철도차량이 상기 분할 급전라인의 제1 급전라인의 구역 또는 제2 급전라인의 구역 중 어느 구역에 위치하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 무선급전 시스템.
According to claim 1,
It is characterized in that by using CBTC (Communication Based Train Control) and a wayside transmitter, it is characterized in that the railway vehicle is located in which zone of the first feeding line or the second feeding line of the divided feeding line. A wireless power supply system with
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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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비특허문헌 3: Junsoo Shin, et al, (2014) A study on train control system for the safety and intergrity of RF-CBTC manless, Proceedings of the Korean Society for Railway, Jeju, Korea, pp 980-987.

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