철도차량용 공심형 무선급전 모델 연구

초록

최근 철도시스템 분야에서도 기존의 접촉식 가공전차선 급전 방식을 벗어나 새로운 개념의 에너지 전송시스템으로써 무선급전(Wirless Power Transfer, 이하 WPT) 시스템의 다양한 응용 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 철도차량 시스템에 비접촉으로 전력을 공급할 수 있는 대용량 WPT 시스템으로 적합한 공심형 모델의 구조를 도출하고 시제품 성능시험을 통하여 제시된 모델의 특성을 검증하였다. 먼저 지상급전선로는 공심형 구조를 가지며, 차상 픽업 모듈은 간결한 평판형의 코어 구조를 갖는 기본 모델을 도출하였다. 기존 코어타입 WPT 모델이 가지는 ‘kQ’합과 유사하도록 공심형 WPT 모델을 설계하였으며, 2D-FEM Tool을 활용하여 픽업 모듈의 코어 구조 변화에 따른 등가회로 파라미터, 커플링 계수 k 및 시스템 효율의 변화 특성을 분석하였다. 다음으로 공심형 WPT 최적 모델의 수치해석적 방법에 의한 특성 분석 결과를 검증하기 위하여 기존 코어타입 WPT 모델과 공심형 WPT 모델의 축소 시제품 모델을 제작하여 무부하 및 부하 조건에서의 다양한 성능시험을 수행하였다. 성능시험 결과 1Ω 부하 시 기존의 코어타입 WPT 모델과 공심형 WPT 모델의 효율이 약 75% 로 동등 수준을 보임을 확인할 수 있었다. <br>본 논문에서 도출된 공심형 WPT 모델은 지상 급전선로에 페라이트 코어가 없는 공심형 구조이며, 차상의 픽업 모델은 평판형 페라이트 코어 구조로써 형상이 간결하기 때문에 향후 도시철도나 고속철도용 대용량 시스템에 적용하고자 할 경우 제작성 및 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라 건설 비용 저감 측면에서도 이 가능할 것으로 기대된다.