JP6129347B2 - 電磁誘導方式電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導方式電力供給装置に関する。さらに詳しくは、線路に流れる電流から変流器を用い、電磁誘導方式を介して必要な電力を生成し、出力電圧及び電流を検出し、フィードバックすることで、出力の調節が可能であり、必要に応じて、変流器と電力変換部を除去／追加可能なので、活用度を向上させ、同時に安定した電力供給が可能な電磁誘導方式電力供給装置に関するものである。

一般に、変流器を基盤とする電磁誘導方式の電力供給装置は、電力線、裸導体配線または母線（Ｂｕｓ Ｂａｒ）などのように大容量電流が流れる電力リンクに設けられ、電力リンクから電流を誘導し、その誘導された電流を利用して電力を発生させ、電力必要装備の作動電力として供給する装置である。

従来の電流誘導方式基盤の電力供給装置は、電力リンクから交流電流を誘導する変流器と、変流器から誘導された交流電流を直流電力に変換し、電力必要装置に伝達する整流器とからなる。

しかし、このような従来の電力供給装置は、下記のような問題があった。

（１）電力リンクの故障及び入れ替えまたは修理時に、電力リンクに流れる電流が遮断されるため、誘導電流が発生しなくなり、電力供給をできない、
（２）従来の円筒状変流器を使用すれば、電力リンクを最初に設けるとき、または人為的に電力リンクの電力を遮断した後、変流器を取り付けまたは分離しなければならない、
（３）電力要求装置の負荷が変更されたとき、電力供給装置の出力を必要応じて加減できないため、新しい電力装置を設計及び製作しなければならない。
（４）変流器による過電流誘導時、発生される電力がそのまま電力必要装置に伝達されるか、電力供給装置で必要な時間に消耗できなく、電力必要装備の寿命または電力供給装置の寿命に悪影響を及ぼす、
（５）変流器で過電流が発生しなくても、電力必要装置で必要とされる電力以上を過度に供給する必要がないため、不要な電力を過度に生産供給して、電力装置及び電力必要装備に悪影響を及ぼす、
（６）一般的な電力リンクに流れる電流の大きさが、１５Ａまで下がったときも、最小限の各変流器が最小１．２Ｗ以上の電力が生産されてこそ最小限の電力必要装置に電力を供給できるシステムを構成できるが、ほとんどの従来の変流器基盤の電力装置は、最小電力リンクの電流大きさが３０Ａ以上を求めているか、線路電流大きさによるスイッチ操作に依存するか、内部電力供給装置の動作電力のための補助電池を有しているので、一般的な電力リンクの最小電流の要求に対応できない適用個所に限界がある、
（７）多数の変流器を取り付ける構造では、ほとんど変流器の出力を互いに並列連結し、一つの電力モジュール部に直接連結して出力を増加させる構造であるが、これは、各変流器が同じ特性を有していない場合には、互いに作用により合算された出力が線形的に増加しなく、電力装置の出力品質の均一性を低下させる、
（８）従来の電磁誘導方式の電力供給方式は、変流器と電力変換部が互いに独立的に設計製作されているので、それぞれの性能及び出力によるそれぞれモジュール別管理ができないだけでなく、同じシステムも設置方法及び設置順序による性能変化が激しい、などの問題があった。

本発明は、必要時、電力リンクの主電力が正常動作する状況において、簡単に変流器または電力変換部と変流器を脱付着することで、生成可能な電力を線形的に増加または減少させ、電力必要装置で必要とされる最小限の電力を常時、確保することができ、内部電力発生回路が過電流または必要以上の電力を生成しないようにする制御及び保護機能が内蔵されているので、装備の誤動作及び損傷を防止することができ、最大出力が各変流器別に任意調節が可能にし、状況に合うように電力供給が可能な電磁誘導方式電力供給装置を提供することを解決しようとする技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するための手段として、本発明は、
線路に流れる１次電流から電磁誘導方式で２次電流を誘導し、電力を出力する複数の変流器を含む変流器モジュールと、
前記複数の変流器から出力される電力を、それぞれ直流電力に変換し、出力する複数の電力変換部を含む電力モジュールと、
前記複数の電力変換部から出力される直流電力を合算し、負荷として提供する電力合算部と、
を含む電磁誘導方式電力供給装置を提供する。

本発明の一実施形態において、前記変流器モジュールの前記複数の変流器の個数及び前記電力モジュールの前記複数の電力変換部の個数は、電力要求装置の仕様に応じて変更可能に具現され得る。

本発明の一実施形態において、前記電力変換部は、前記変流器から提供される誘導電力を直流電圧に変換する１次整流部と、前記１次整流部により変換された直流電圧を、パルス幅変調方式でスイッチし、出力するスイッチ回路部と、前記スイッチ回路部から出力される電圧により誘導された電圧を直流電圧に変換する２次整流部と、を含んでもよい。

本発明の一実施形態において、前記１次整流部は、前記変流器から提供される電流の大きさが予め設定された基準電流の大きさ以内のとき、前記変流器から提供される誘導電力を直流電圧に変換し、前記スイッチ回路部に提供し、前記基準電流の大きさを超える電流は、遮断またはバイパスして、過電流に対する保護機能を遂行できる。

本発明の一実施形態において、前記電力変換部は、前記２次整流部の出力及び前記電力合算部の出力がフィードバックされ、前記スイッチ回路部で行われるパルス幅変調のパルス幅デューティを制御するフィードバック回路部を、さらに含んでもよい。

本発明の一実施形態において、前記変流器は、前記線路上で脱付着が可能な分離型変流器であり、前記電力変換部は、前記変流器の分離時、前記変流器の磁化を調節するためのダンプ回路部を、さらに含んでもよい。

本発明の一実施形態は、前記電力合算部の出力を交流電力に変換し、前記負荷として提供する直流／交流変換部を、さらに含んでもよい。

本発明によれば、線路に流れる電流から電磁誘導方式を介して主電力を生成し、電力を要求する装備に電力に供給することによって、線路に流れる電流に関係なく、安定的に電力を供給することができ、必要に応じて、容易に線路電流に関係なく、変流器と電力装置を追加または除去することができ、電力管理の容易性を向上できる効果がある。

また、本発明によれば、電力を要求する装備の電力需要が変わる場合にも、変流器または電力変換部と変流器を簡単に追加及び除去することで、必要電力を確保することができ、脱付着が可能な分離型変流器を使用することで、配電線路の環境に関係なく、設置及び管理の便利を増大することができる効果もある。

また、本発明によれば、複数の電力装置それぞれの出力と、複数の電力装置の出力を合算した最終出力を、二重でフィードバックして電力制御に反映するので、製品の安定性を向上させるだけでなく、各変流器の性能が一定でなくても、最終出力を一定に提供して、出力品質を向上させる効果がある。

本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置に含まれた電力変換部をさらに詳細に示したブロック構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は種々形態に変形することができ、本発明の範囲が以下説明される実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。また、本発明を説明する際に、定義される用語は、本発明での機能を考慮して定義されたものであり、これは当分野に従事する技術者の意図または慣例などによって異なってくるので、本発明の技術的構成要素を限定する意味として理解すべきでない。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置のブロック構成図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置は、変流器モジュール２０、電力モジュール３０及び電力合算部４０で構成され得る。

変流器モジュール２０は、複数の変流器２１〜２５を含んでもよい。複数の変流器２１〜２５のそれぞれは、電力線、螺導体または母線などのように、大容量電流が流れる電力リンクから電流を誘導することができる。通常的に、大容量電流が流れる電力リンクは、線路とも呼ばれる。変流器２１〜２５は、１次側巻線になる線路に流れる１次電流を誘導できる２次側巻線を含むことができ、１次側巻線に流れる大容量電流による電磁誘導により２次側巻線に誘導される電流を出力することができる。

電力モジュール３０は、変流器モジュール２０に含まれた複数の変流器２１〜２５から電磁誘導により誘導され、出力されるそれぞれの２次電流が提供され、所望の大きさの直流電圧に変換して出力することができる。このために電力モジュール３０は、それぞれの変流器２１〜２５から出力される２次電流が提供され、これを変換するための複数の電力変換部３１〜３５を含んでもよい。複数の電力変換部３１〜３５のそれぞれは、それぞれ一つまたは複数の変流器２１〜２５から出力される２次電流が提供され、直流電流に変換して出力することができる。

電力モジュール３０は、複数の電力変換部の個数を変更可能に具現され得る。即ち、負荷６０で要求する電力の大きさに応じて、電力モジュール３０内の電力変換部３１〜３５を脱付着し、電力を必要とする装置で要求される適切な電力が出力されるようにすることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置に含まれた電力変換部をさらに詳細に示したブロック構成図である。

図２を参照すれば、電力変換部３１は、フィルタ部３１１、１次整流部３１２、制御部３１３、２次整流部３１４、及びフィードバック回路部３１５を含む。これに加えて、電力変換部３１は、変流器２１〜２５の脱付着を可能にするための変流器２１〜２５の磁化制御用ダンプ回路部３１６をさらに含んでもよい。

フィルタ部３１１は、２次電流を提供する変流器２１〜２５から出力される誘導電流に対するフィルタリングを行うためのものであり、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）やその他のノイズを除去するためのフィルタである。

１次整流部３１２は、変流器２１〜２５から提供される電力を直流電圧に変換することができる。例えば、１次整流部３１２は、ブリッジダイオードと平滑キャパシタで具現することができる。また、１次整流部３１２は、変流器２１〜２５から提供される電圧または電流の大きさが、予め設定された基準の大きさ以内のとき、次の段に電力を伝達することができる。基準電流の大きさは、外部の操作により調整可能であり、これにより、一つの電力変換部により供給可能な最大電力を調整することができる。１次整流部３１２は、基準電流を超える電流を遮断またはバイパスすることによって、過度電力の出力を防止し、及び保護機能を遂行できる。

スイッチ回路部３１３は、安定した直流電圧を出力するために、パルス幅変調方式でその内部に含まれたスイッチ素子のデューティを調整し、直流電圧を提供することができる。スイッチ回路部３１３は、スイッチ素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を内部に含むＰＷＭ制御ＩＣで具現することができる。

２次整流部３１３は、スイッチ回路部３１３により提供される１次整流部３１２の電力が提供される１次側巻線及び１次側巻線と電磁的に結合し、１次側巻線に流れる電流により誘導される電流を出力する２次側巻線を有する変圧器と、変圧器の２次側巻線に誘起された電圧を整流し、平滑化するダイオードを含んでもよい。

本発明の一実施形態において、２次整流部３１３は、スイッチ回路部３１３を経て提供される電力の電圧値を予め設定された大きさに整流することができる。２次整流部３１３は、負荷６０の大きさに応じて変わる２次整流部３１３の出力をフィードバック回路部３１５に提供し、出力がロード変化に応じて大きく変動しないようにできる。

フィードバック回路部３１５は、変流器２１〜２５から提供される交流電力に過電圧が発生するとき、スイッチ回路部３１３のスイッチ動作をリセットする保護動作を遂行することができる。また、フィードバック回路部３１５は、２次整流部３１４から電力合算部４０に提供される電力変換部３１の出力の大きさを検出して提供され、出力電圧の大きさを一定に保持できるようにスイッチ回路部３１３のデューティを調整することができるようにする。

また、フィードバック回路部３１５は、電力合算部４０から負荷６０に提供される電圧及び電流の大きさを検出して提供され得、負荷６０に提供される最終的な出力電圧が過度に増加した場合、システム保護のためにスイッチ回路部３１３の動作を停止させるか、リセットするような保護動作を遂行することができる。

また、図１を参照すれば、電力合算部４０は、電力モジュール３０内の複数の電力変換部３１〜３５のそれぞれに出力される電力を合算し、負荷６０に提供する。また、電力合算部４０は、最終出力電圧の大きさを電力変換部３１〜３５のフィードバック回路３１５に提供し、最終出力電圧に応じて各電力変換部３５の動作を制御することができる。

また、本発明の一実施形態は、電力合算部４０から出力される直流電力を交流電力に変換する直流／交流変換部５０を、さらに含んでもよい。電力を要求する負荷に対応される装置が、交流電力を必要とする場合、本発明の一実施形態は、直流／交流変換部５０を選択的に含むことによって負荷６０で要求される適切な形態の電力を提供することができる。

一方、本発明の一実施形態において、電力変換部３１は、ダンプ回路部３１６を含んでもよい。ダンプ回路部３１６は、自分が属した電力変換部３１が連結された変流器２１〜２５の入れ替えのために備えられてもよい。例えば、線路電流が１５Ａ以上流れる場合、各変流器から発生する誘導電圧により、分離構造になっている変流器が誘導される磁気力により互いに結合し、物理的な力でこれを分離することが容易ではない。即ち、分離構造の変流器は、線路に電流が流れる場合、分離が非常に難しいので、線路に流れる電流を遮断しなくては、変流器を分離することができない。本発明の一実施形態では、必要時、誘起される変流器の磁化を制御するためのダンプ回路部３１６を備える。このようなダンプ回路部３１６を備えることによって、本発明の一実施形態は、線路電流が流れる状況においても、分離構造の変流器を容易に脱付着が可能となる。

前述したような本発明の一実施形態は、それぞれの電力変換部３１を線形的に追加することができ、各電力変換部３１が出力電圧は電力合算部４０を介して互いに合算され、負荷６０として最終出力され得る。また、本発明の一実施形態は、電力変換部３１内の２次整流部３１４の出力と電力合算部４０の最終出力をフィードバックし、電力制御に反映する二重フィードバック構造で具現されるので、製品の安定性を向上させるだけでなく、各変流器の性能が一定でなくても、最終出力を一定に提供することができる。特に、従来技術では、各変流器の出力を互いに合算した電力によって電力部を設計することで、性能が均一しない各ＣＴ出力が互いに干渉現象が引き起こされ、出力が減少又は均一しない問題があった。また、電力部設計が高電圧、高電流設計をしなければならない問題があり、電力部設計が難しく、性能に悪影響を与える問題があったが、本発明の一実施形態では、一つの変流器と一つの電力変換部を一対一に対応させて設計が可能であるので、製品性能を向上させることができるだけでなく、所望の出力に応じて変流器の個数または電力変換器を共に追加すればすむので、最終出力を容易に調整可能となる。

また、本発明の一実施形態に係る電磁誘導方式電力供給装置は、線路電流状況に合わせて出力を設定できるようにすることによって、様々な作業現場に適用が可能である。例えば、最小１５Ａ以上の線路電流のみ確保されれば、十分に所望の電力を確保することによって、電力が要求される様々な装備の主電力としての活用が可能となる。

本発明の詳細な説明では、具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で種々の変形が可能である。したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されなく、後記する特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等なものによって決定されるべきである。

Claims (5)

1. 線路に流れる１次電流から電磁誘導方式で２次電流を誘導し、電力を出力する複数の変流器を含む変流器モジュールと、
   前記複数の変流器から出力される電力を、それぞれ直流電力に変換し、出力する複数の電力変換部を含む電力モジュールと、
   前記複数の電力変換部から出力される直流電力を合算し、負荷として提供する電力合算
   部とを含み、
   前記変流器モジュールの前記複数の変流器の個数及び前記電力モジュールの前記複数の電力変換部の個数は、電力要求装置の仕様に応じて変更可能に具現され、
   変更可能な前記複数の変流器及び前記複数の電力変換部のそれぞれは、脱付着が可能な分離型変流器及び電力変換部によって具現され、かつ、前記電力要求装置の仕様に応じて脱付着され、
   それぞれの前記電力変換部は、前記変流器の線路から誘導される磁気力によって前記線路と相互に結合された脱付着が可能な前記変流器を前記線路上で分離するために前記変流器の磁化を制御するダンプ回路部を含む電磁誘導方式電力供給装置。
2. 前記電力変換部は、
   前記変流器から提供される誘導電力を直流電圧に変換する１次整流部と、
   前記１次整流部により変換された直流電圧を、パルス幅変調方式でスイッチし、出力するスイッチ回路部と、
   前記スイッチ回路部から出力される電圧により誘導された電圧を直流電圧に変換する２次整流部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導方式電力供給装置。
3. 前記１次整流部は、前記変流器から提供される電流の大きさが予め設定された基準電流の大きさ以内のとき、前記変流器から提供される誘導電力を直流電圧に変換し、前記スイッチ回路部に提供し、前記基準電流の大きさを超える電流は、遮断またはバイパスして、過電流を遮断することを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導方式電力供給装置。
4. 前記電力変換部は、前記２次整流部の出力及び前記電力合算部の出力がフィードバックされ、前記スイッチ回路部で行われるパルス幅変調のパルス幅デューティを制御するフィードバック回路部を、さらに含むことを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導方式電力供給装置。
5. 前記電力合算部の出力を交流電力に変換し、前記負荷として提供する直流／交流変換部を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導方式電力供給装置。