KR100541029B1 - 다양한 전자파를 이용한 무선 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일의 2선을 동시에 스파이럴 형태로 구성하여 이를 상하로 위치시켜 병렬형태를 이루게 하고 그 위에 원판형 강자성체를 위치시켜 일반 가정에서 사용하고 있는 텔레비전, 전자레지, 컴퓨터 등의 전자제품 및 고압선 등에서 발생하는 인체 유해한 방사 전자파에 의하여 유도 기전력을 얻음에 있어서, 가변 커패시터의 값을 조절하여 상기 코일이 가지는 인턱턴스와 공진을 발생시켜 최대 유도 전압 및 전류를 발생시키고 발생된 전류와 전압을 이용하여 필요한 전원을 충전할 수 있는 무선전원 충전장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 효율적인 유도기전력을 얻기 위하여 저항에 의한 전류의 손실을 줄이기 위하여 2선으로 구성된 코일을 사용하고, 유도기전력의 크기가 단위시간당 쇄교하는 자기력선의 자속수에 비례하므로 이를 높이는 구조로 스파이럴 형태의 구조하여 상하로 위치시키고 그 위에 중앙에 빈 공간을 가진 형태 또는 공간없는 원판형 강자성체를 위치시키는 형태로 설계/제작하였으며, 상기 구성한 코일의 인덕턴스 성분과 상호 작용하여 공진을 발생하도록 코일과 병렬로 가변 커패시터를 설치하고, 공진 시에 발생하는 최대의 전압과 전류를 충전에 이용하여 높은 효율을 가지는 다양한 방사 전자파를 이용한 무선 충전장치를 구현하는데 그 특징이 있다.

무선충전장치, 전자파,

Description

다양한 전자파를 이용한 무선 충전장치{Wireless charging device of various electromagnetic wave}

도1은 본 발명에 따른 구성 요소들로 구현한 실제 회로도.

도2는 일반 솔레노이드코일을 감아서 제작한 코일 구조(L1).

도3은 일반 솔레노이드 코일을 1가닥으로 제작한 코일 구조(L1).

도4는 2가닥 선으로 감아서 제작한 코일 구조(L1).

도5는 상기 도3에서 제작한 코일을 2중으로 하여 제작한 코일 구조(L1).

도6은 상기 도4에서 제작한 코일을 병렬 이중 연결하여 제작한 코일 구조(L1).

도7은 도6과 동일하며 코일 위l에 페라이트 원판을 위치시킨 코일 구조(L1).

도8은 시간변화에 따른 각 모델의 충전전압에 대한 그래프.

도9는 시간변화에 따른 각 모델의 충전전류에 대한 그래프.

도10은 시간변화에 따른 각 모델의 방전전압에 대한 그래프.

도11은 시간변화에 따른 각 모델의 방전전류에 대한 그래프.

본 발명은 코일의 2선을 동시에 스파이럴 형태로 구성하여 이를 상하로 위치시켜 병렬형태를 이루게 하고 그 위에 도너츠 형태의 원판형 강자성체를 위치시켜 일반 가정에서 사용하고 있는 텔레비전, 전자레지, 컴퓨터 등의 전자제품 및 고압선 등에서 발생하는 인체 유해한 방사 전자파를 이용하여 유도 기전력을 얻고, 상기 코일과 병렬로 연결된 가변 커패시터의 크기를 조절하여 상기 코일이 가지는 인턱턴스와 공진을 발생시켜 최대의 유기 전압 및 전류를 발생시키고 발생된 전류와 전압을 이용하여 필요한 전원을 충전할 수 있는 다양한 방사 전자파를 이용한 무선전원 충전장치에 관한 것이다.

종래에는 패러데이법칙을 이용하여 시간에 따라 변하는 전자기파 중에서 자기장을 이용하여 전기에너지 유도 이론으로부터 센서부로서 일반 솔레노이드코일(예 모델1, 인덕턴스)을 사용하여 기전력을 발생시켰으나 충전에 필요한 만큼의 충분한 전류를 발생시키지 못하였을 뿐만 아니라, 코일의 권선수에 따라 유도기전력은 비례하여 증가하나 코일의 길이의 증가에 따른 저항의 증가로 인하여 전류의 감소로 충전에 필요한 충분한 전류를 얻지 못하였다는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 인식하고 텔레비전, 전자레지, 컴퓨터 등의 전자제품 및 고압선 등에서 발생하는 인체 유해한 방사 전자파를 이용하여 실제 생활에 필요한 전원을 유도하기 위하여 코일의 2선을 동시에 스파이럴 형태의 판형으로 감아서 상/하 병렬 구조로 위치시 키고, 시간당 자속 쇄교에 의한 자속수를 높이기 위하여 코일의 위측에 중앙이 빈 도너츠 형태의 강자성체 위치시키는 구조를 형성하고, 가변 커패시터 C1을 상기 설계 제작한 코일의 인턱턴스와 병렬로 연결하여 이들이 상호 작용하여 공진을 발생하도록 구성시켜 최대의 유도 전압 및 전류를 발생시키고 이를 충전기에 충전하여 충전된 전원을 필요 따라 LED 및 간단한 전자제품의 전원으로 사용할 수 있는 인체 유해한 방사 전자파를 이용한 무선 충전 장치를 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 코일의 2선을 동시에 스파이럴 형태로 구성하여 이를 상하로 위치시켜 병렬형태를 이루게 하고 그 위에 원판형 강자성체를 위치시키고 커패시터와 공진을 발생하도록 하여 최대 유도 전압 및 전류를 발생시키고 발생된 전류와 전압을 이용하여 필요한 전원을 충전할 수 있는 무선전원 충전장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 이루기 위한 구성 수단들을 도면에 기초하여 구체적으로 살펴보면, 도1은 본 발명에 따른 구성 요소들을 가지고 구현한 실제 사용할 수 있는 하나의 회로도이며, 여기서 L1 : 전자파 수신 코일 센서부(유도기전력 발생부), C1 : 가변콘덴서, C2 : 평활용 콘덴서, D1 : 정류다이오드, R1 : 저항, I1: 충전전류, I2: 방전전류, V1: 충전용 건전지이다. 상기 코일 센서부 L1은 텔레비전, 전자레지, 컴퓨터 등의 전자제품 및 고압선 등에서 발생하는 인체 유해한 방사 전자파에 의하여 유도 기전력을 발생하는 코일(L1)로 도2(모델 1)의 일반 솔레노이드코일을 감아서 설계/제작한 것으로 여러 가지 형태로 제작할 수 있다. 도3(모델 2)은 상기 일반 솔레노이드 코일을 1가닥 선으로 감아서 제작한 것이고, 도4(모델 3)는 코일 2가닥 선으로 감아서 A와 C를 연결하고 B와 D를 연결하여 설계/제작한 것이다. 도5(모델 4)는 도3에서 제작한 코일을 2중으로 한 후 리드선 A와A', B와B'를 서로 연결하여 제작한 것이며, 도6(모델 5)은 도4에서 제작한 코일을 병렬 이중 연결한 것으로 리드선 A와C, A'와C'를 서로 연결하고 리드선 B와D, B'와D'를 연결한 후 ACA'C'의 공통선과 BDB'D'의 다른 공통선을 출력단자로 설계/제작한 것이다. 도7(모델 6)의 코일 구성은 도6과 동일하며, 보다 많은 자속의 발생을 위하여 그 위에 중앙 부분이 빈 도너츠 형태의 페라이트 원판을 올려 제작한 것이다. 이와 같이 도1에서 사용한 L1 소자는 다양하게 구성할 수 있으며, 그 구성에서 따라 유기되는 기전력은 크기와 효율이 각각 다르며, 여기서 가장 좋은 효율을 보인 구성은 강자성체의 재질인 페라이드 원판 및 2가닥코일로 이중으로 구성한 유도코일로 설계/제작한 도7이다. 이와 관련된 구체적인 실험 데이터들은 표1에서 나타난 시간변화에 따른 각 모델의 충전전압과, 표2에서 나타난 시간변화에 따른 각 모델의 충전 전류와, 표3에서 나타난 시간변화에 따른 각 모델의 방전전압과, 표4에서 나타난 시간변화에 따른 각 모델의 방전 전류를 등을 통해서 이들 각각의 모델 특성 및 효율을 알 수 있습니다. 도8와 도9은 표1과 표2의 데이터를 그래프로 나타낸 것으로 모델6이 가장 우수함을 알 수 있다. 도10과 도11는 표3과 표4의 데이터를 그래프로 나타낸 것으로 방전시간에서도 모델6이 높은 전압으로 장시간 방전을 유지하여 가장 우수함을 알 수 있다.

표1. 시간변화에 따른 각 모델의 충전전압.

표2. 시간변화에 따른 각 모델의 충전 전류.

표3. 시간변화에 따른 각 모델의 방전전압.

표4. 시간변화에 따른 각 모델의 방전전류.

도1에서 본 발명에 따른 구성요소 중의 하나인 인덕턴스 L1은 도7에서 설계/제작한 코일로 구성하고, 상기 인덕턴스 L1과 병렬로 연결되어 공진회로를 구성할 수 있는 크기의 가변커패시터(C1)가 위치한다. 인체에 유해한 다양한 방사 전자파와 인덕턴스 L1과 커패시터 C1의 상호작용에 의하여 유기된 기전력은 정류다이오드 D1에 의하여 정류되고, 평활 커패시터에 의하여 평활되어 충전용으로 사용할 수 있 는 전원이 된다. 도1에서 V1은 충전용 전원을 나타내며, SW1과 SW2는 회로 동작을 위한 스위칭 수단을 나타낸다. 스위치1(SW1)은 V1에 충전하기 위한 것이고, 스위치2(SW2)는 충전된 전원을 LED, 소형 램프 및 기타 구동 가능한 전자제품 등을 구동하여 방전시키기 위한 수단으로 사용된다. 스위치1을 닫고 충전할 경우에는 스위치2를 열고, 스위치2를 닫고 방전할 경우에는 스위치1을 연다. 본 발명에 따라 설계 제작된 방사전자파를 이용한 무선충전장치는 코일 센서부에서 발생되는 유도 기전력을 높여서 전압과 전류를 높이고 용량이 큰 충전지를 사용할 경우에 다양한 전자제품의 전원 또는 바테리 충전용 전원으로 사용될 수 있다.

[ 실시예 ]

도1에 기초하여 구체적인 실시 예를 기술하면, 본 발명에 따라 상기 다양한 형태의 스파이럴(sprial) 형태의 판형코일(L1)을 제작하고,

a) 다양한 방사 전자파를 상기 제작한 코일센서부(L1)으로 입사시키고 sw2를 오픈하고, sw1은 닫는다. (충전시작)

b) 2시간 동안 5분 간격으로

과

을 측정한다.

을 측정한다.

c) 충전전압이 3.7V일 때 충전을 시작하여 필요한 만큼 충분하게 충전한다.

d) 그 다음에 충전용 sw1은 열고, 방전용 sw2을 닫아서 상기 충전된 전원을 필요로 하는 전자소자에 공급한다.(방전시작)

e) 적당한 시간간격으로 V₁과 I₂ 을 측정한다.

f) 방전전압 2.3V, 방전전류 4.1mA가 되면 방전을 멈춘다. (방전 끝)

본 발명에 따라 설계/제작한 L1의 리드선 연결방법은 모델Ⅵ 와 동일하다. 본 발명에 따라 설계 제작된 방사전자파를 이용한 무선충전장치는 코일 센서부에서 발생되는 유도 기전력을 높여서 전압과 전류를 높이고 용량이 큰 충전지를 사용할 경우에 다양한 전자제품의 전원 또는 바테리 충전용 전원등 다양한 분야에 응용하여 사용될 수 있다.

본 발명은 방사 전자파의 무선 전기에너지 변환으로 충전 및 방전하는 시스템에서 최대 전기에너지 변환을 요구하는 센서부 즉 코일의 구조에 있어서 종래 솔레노이드타입이 아닌 스파이럴 구조에서 모델 VI와 같이 두선을 동시에 스파이럴 형태로 감아 이를 병렬구조로 연결하고 상단부에 투자율이 강한 강자성체 재료를 위치시킨 구조에서 공진회로를 이용하여 최대의 전기변환 효율로 같은 부하에서 최대의 충전전류를 유도함으로써 최대한 짧은 시간에 충전을 하고 최대한 긴 방전시간을 보이는 작용효과가 있다.

본 발명에 따른 스파이럴 판형 코일 구조(센서부)는 효율이 높아서 이를 사용하여 TV, PC 등 가전제품, 고압선주위에서 최대전기에너지 변환으로 짧은 충전 시간, 긴 방전시간을 가지므로 무전원 장식등 등으로 대체에너지화가 가능하며, 고의적 전자파 발생에 의한 저조한 효율 무선 전력 수신에서도 효율 향상을 위하여 응용이 가능하다.

Claims (4)

1. 다양한 방사 전자파를 이용한 무선충전장치에서,

   상기 다양한 방사 전자파를 수신하여 유도기전력을 발생하는 두선을 동시에 감는 스파이럴 형태의 판형유도코일과,

   상기 스파이럴 형태의 판형유도코일과 병렬로 연결되어 공진을 발생시키는 가변 콘덴서와,

   상기 판형유도코일과 가변콘덴서가 결합된 회로에 의하여 발생한 유도기전력을 정류하는 정류기와,

   상기 정류기에서 정류된 신호를 평활하여 직류성분으로 변환하는 평활커패시터로 구성됨을 특징으로 하는 다양한 방사 전자파를 이용한 무선충전장치.
2. 삭제
3. 청구항1에 있어서,

   상기 유도기전력을 발생하는 코일은 두선을 동시에 감는 스파이럴 형태의 판형코일을 상하 2중으로 구성하고, 위 측 또는 아래 측에는 중앙에 빈 공간을 가진 형태 또는 빈 공간이 없는 원판형 강자성체로 구성됨을 특징으로 하는 다양한 방사 전자파를 이용한 무선충전장치.
4. 청구항3에 있어서,

   상기 강자성체는 페라이트 재료로 이루어짐을 특징으로 하는 다양한 방사 전자파를 이용한 무선충전장치.

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