KR101048287B1 - 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경 - Google Patents

Abstract

무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경이 개시된다. 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은, 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장을 송출하는 자기장 송출부; 및 상기 자기장 송출부와 소정 거리 이격된 위치에서, 상기 자기장 송출부에 의해 송출된 시변 자기장을 수신하여 전류를 생성하며, 생성된 상기 전류에 기초하여 전력을 발생시키는 전력 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

무선전력, 무접점, 캡슐, 내시경, 시변 자기장, 솔레노이드

Description

무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경{Wireless power transmission system and non-contact capsule type endoscope using the same}

본 발명은 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 주파수로 송출되는 시변 자기장에 기초하여 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경에 관한 것이다.

일반적으로 핸드폰, MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), TV, 오디오 등의 전자기기는 배터리 또는 충전기에 의해 전기에너지를 공급받거나, 전원단자에 연결된 유선을 통해 전기에너지를 공급받는다. 그러나 배터리 또는 충전기는 방전이 될 때마다 교환 또는 재충전을 하여야 하는 번거로움이 있다. 또한, 유선을 통해 전기에너지를 공급받는 경우는, 전원단자와 유선 사이의 길이 내에서만 전자기기를 이동시킬 수 있다는 이동성의 제약을 갖는다.

특히, 최근에는 생체내의 소화기관의 검사를 위한 캡슐형 내시경에 대한 기술 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 이와 같은 캡슐형 내시경을 구동하기 위하여 소형의 배터리 또는 충전기를 사용하는 것이 일반적이다.

그런데, 이와 같은 배터리 또는 충전기는 그 사용기간이 극히 제한적이기 때문에, 생체 내에서 배터리 또는 충전기가 방전될 경우에 그 교환 또는 충전이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 소정의 주파수로 송출되는 시변 자기장에 기초하여 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은, 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장을 송출하는 자기장 송출부; 및 상기 자기장 송출부와 소정 거리 이격된 위치에서, 상기 자기장 송출부에 의해 송출된 시변 자기장을 수신하여 전류를 생성하며, 생성된 상기 전류에 기초하여 전력을 발생시키는 전력 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전력 발생부는, 자성체; 및 상기 자성체를 둘러싸는 솔레노이드 형상의 코어를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 자성체는 페라이트(ferrite)로 구현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전력 발생부는, 상기 자기장 발생부에 의해 송출되는 시변 자기장의 주파수와 공진되어 상기 유도 전류를 필터링 하는 공진기를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 전력 발생부는, 상기 공진기에 의해 필터링된 유도 전류를 정류하는 정류기; 및 상기 정류기에 의해 정류된 전압을 변압하는 변압기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템의 다른 실시 예는, 캡슐 형상의 케이스, 상기 케이스 내에 설치된 솔레노이드 형상의 코어, 및 이미지 촬영을 위해 상기 케이스에 외부를 향해 설치된 카메라를 구비한 무접점 캡슐형 내시경; 및 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장을 송출하는 자기장 송출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 무접점 캡슐형 내시경은 상기 자기장 송출부에 의해 송출된 시변 자기장에 의해 상기 코어에 생성된 유도 전류에 기초하여 상기 카메라에 전력을 공급하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 무접점 캡슐형 내시경은 인체 또는 동물의 소화기관에 투입되며, 상기 자기장 송출부는 상기 인체 또는 동물과 수평한 방향 및 수직한 방향의 적어도 하나로 시변 자기장을 송출한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 캡슐형 내시경은, 캡슐 형태로 형성된 케이스; 상기 케이스 내에 설치된 솔레노이드 형상의 코어; 및 이미지 촬영을 위해 상기 케이스에 외부를 향해 설치된 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 코어에 의해 유도 전류가 발생되도록 외부로부터 무선으로 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장을 송출하고, 상기 카메라는 상기 코어에 의해 발생되는 유도 전류에 기초하여 구동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은, 상기 코어의 중심에 형성된 자성체를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은, 외부로부터 수신되는 상기 시변 자기장의 주파수와 공진되어 상기 유도 전류를 필터링 하는 공진기를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은, 상기 공진기에 의해 필터링된 유도 전류를 정류하는 정류기; 및 상기 정류기에 의해 정류된 전압을 변압하는 변압기를 더 포함할 수도 있다.

바람직하게는, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은 상기 카메라에 의한 촬영을 보조하며, 상기 코어에 의해 발생되는 유도 전류에 의해 구동되는 발광부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은 상기 카메라에 의해 촬영되는 이미지를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

또는, 상기의 무접점 캡슐형 내시경은, 상기 카메라에 의해 촬영되는 이미지 데이터를 무선으로 송출하도록 구현될 수도 있다.

이로써, 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은 유선을 통한 전력 공급에 비하여 이동성의 범위를 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 또는 충전기에 대한 사용기간의 제한성을 극복할 수 있도록 한다.

또한, 상기의 무선전력 전송 시스템을 이용한 무접점 캡슐형 내시경은, 생체 내에서 장시간 동작하는 경우에도 지속적인 전력을 공급받을 수 있게 될 뿐만 아니라, 생체 내의 소화 기관의 검사 중에도 사용자의 이동 범위를 확장시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용한 무접점 캡슐형 내시경의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나 이하에 기재된 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명의 실시 범위가 기재된 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템을 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 무선전력 전송 시스템은 자기장 송출부(10) 및 전력 발생부(20)를 구비한다.

자기장 송출부(10)는 수십 KHz에서부터 수백 KHz의 범위에서 시변하는 저주파 전류 소스(도시하지 않음)에 기초하여 시변 자기장 신호를 송출한다. 여기서, 자기장 송출부(10)는 도시된 바와 같이 루프 형태로 구성될 수 있다. 그러나 자기장 송출부(10)는 루프 형태에 한정된 것은 아니며, 막대 모양의 봉 타입이나 평판 타입 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.

전력 발생부(20)는 자기장 송출부(10)와 소정 거리 이격된 위치에서, 자기장 송출부(10)에 의해 송출된 시변 자기장을 수신하여 전류를 생성하며, 생성된 전류에 기초하여 전력을 발생시킨다. 이를 위하여 전력 발생부(20)는 원통형의 자성체(20a)에 솔레노이드 형상으로 코어(20b)가 둘러싸여 형성될 수 있다. 이때, 자성 체(20a)는 자기장 송출부(10)에 의해 송출된 시변 자기장에 대한 높은 선택도를 갖도록 페라이트(ferrite)로 구현되는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1의 무선전력 전송 시스템을 설명하기 위해 도시된 도면이다. 직경이 2b인 일반적인 루프 형태의 도선에 시변 전류 I의 전류를 인가할 경우, 거리 R 만큼 이격된 위치에서 사용 주파수의 파장에 비해 직경이 0.1배 이하인 루프 형태의 도선을 고려하면, 그에 대한 전기장 E_Φ는 Φ 방향으로만 존재하며, 자기장은 H_R과 H_Φ가 존재한다. 그에 대한 식은 다음과 같다.

여기서,

이다.

소형 루프(2b << λ) 도선의 경우, 근접장(βR << 1)에서는 (βR)³이 주요한 항목이 되어, 근접장에서는 시변 자기장이 주요한 요소가 된다. 따라서, 저주파 자기장을 사용하여 근거리에서 무선전력 전송이 가능하다.

도 3은 도 1의 전력 발생부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 전력 발생부(20)는 시변 자기장 수신용 안테나(25), 공진기(26), 정류기(27), 및 변압기(28)를 구비할 수 있다.

여기서, 시변 자기장 수신용 안테나(25)는, 자성체(20a)에 둘러싸여진 코어(20b)로서 시변 자기장의 영역 내에서 유도 전류를 발생시킨다.

또한, 공진기(26)는 자기장 발생부(10)에 의해 송출되는 시변 자기장의 주파수와 공진되어 시변 유도 전류를 필터링 한다. 인덕터와 커패시터가 함께 있는 회로에서 교류 전원의 주파수와 회로의 고유 주파수가 같으면 전기 공진이 발생하는데, 여기서는 코일이 인덕터의 역할을 하며, 커패시터는 정류기(27)의 회로에 포함되어 구현될 수 있다. 이때, 인덕터와 커패시터가 직렬로 연결된 경우는, 코일의 리액턴스와 커패시터의 리액턴스의 값이 같아진다. 즉, 임피던스 Z=R'+j{ωL-(1/ω C)}의 허수부분이 0이 되어 회로의 합성 저항 격인 임피던스의 크기가 극소값 R'이 될 때 최대의 전류가 흐른다. 또한, 인덕터와 커패시터가 병렬로 연결된 경우는 임피던스가 최대값이 될 때 전압이 상승하게 된다. 즉, 임피던스 Z=1[1/R+j{ωC-(1/ωL)}]가 극대값 R을 가지며, V=I*Z에 의해 전압값이 커지게 된다.

정류기(27)는 교류 전력에서 직류 전력을 얻기 위해 정류 작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로소자 또는 장치로서, 공진기(26)에 의해 필터링된 유도 전류를 한 방향으로만 통과시켜 직류 변환한다. 정류된 유도 전류에 의한 전압은 변압기(28)에 의해 요구되는 전압으로 변압되어 부하(29)로 전달된다.

이로써, 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은 생체 내에 사용되는 캡슐형 내시경, 혈류 센서와 같은 다양한 생체 센서에 전력을 무선으로 전달하여 시간적인 제약없이 전력을 공급할 수 있게 됨으로써, 센서에 대한 활용도를 극대화시킬 수 있게 된다.

도 4는 상기와 같은 무선전력 전송 시스템을 이용하는 무접점 캡슐형 내시경을 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 무접점 캡슐형 내시경은 캡슐 형태로 형성된 케이스(30)의 내부에 도 3과 같은 전력 발생부(20)가 설치될 수 있다.

이때, 케이스(30)의 전방부에는 이미지 촬영을 위한 카메라(31)가 외부를 향해 설치되며, 카메라(31)의 주위에는 카메라(31)에 의한 촬영을 보조하기 위하여 빛을 발광하는 LED(Light Emitting Diode)(35)가 설치될 수 있다. 또한, 카메 라(31)와 LED(35)의 전방부에는 카메라(31) 및 LED(35)를 보호하기 위한 투명 보호막(33)이 형성될 수 있다.

또한, 케이스(30)의 내부에는 카메라(31)에 의해 촬영된 이미지를 저장하기 위한 저장부(도시하지 않음)가 마련되거나, 카메라(31)에 의해 촬영되는 이미지를 무선으로 송출하기 위한 무선 데이터 송출부(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.

여기서, 캡슐 형상의 케이스(30) 내부에 설치된 카메라(31), LED(35) 등의 각각의 회로 소자는 전력 발생부(20)에 의해 발생된 전력에 의해 구동될 수 있다. 이때, 전력 발생부(20)는 외부로부터 발생되는 시변 자기장에 의해 계속적으로 전력을 발생시킬 수 있으므로, 무접점 캡슐형 내시경이 생체 내에서 장시간 동작하더라도 시간적인 제약없이 계속적인 전력 공급이 가능하게 된다.

도 5는 도 4의 무접점 캡슐형 내시경에 있어, 자기장 송출부의 설치 예를 나타낸 도면이다. 여기서, 도면은 상측에서 바라본 평면도로서, A, B, 및 C는 자기장 송출부의 상측면도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 자기장 송출부(10)는 화살표와 같은 방향의 인체 정면에 대하여 수평한 방향으로 설치되는 것이 바람직하며, 인체와 수직 방향으로 측면에 설되거나 후면에 설치될 수도 있다.

또는, 인체의 수평 방향 및 수직 방향으로 여러 위치에 설치될 수도 있다. 이 경우, 각각의 자기장 송출부(A, B, C)에 의해 송출되는 시변 자기장의 범위가 확장되므로, 생체 내에 무접점 캡슐형 내시경을 투입한 인체의 이동 범위가 그만큼 넓어지게 된다.

그러나 자기장 송출부(10)의 설치는 도시된 도면에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 누워있는 인체에 대하여 인체의 후면 또는 정면에 수평하게 설치되는 것도 가능하다. 이 경우, 자기장 송출부는 인체에 접촉되도록 설치될 필요는 없으며, 인체와의 사이에 어느 정도의 거리가 이격되어도 무방하다.

또한, 시변 자기장 수신용 안테나의 형상은 도 4에 도시한 바와 같은 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 시변 자기장 수신용 안테나의 형상은 도 7a와 같은 막대형의 자성체에 솔레노이드 형상의 코일을 감아 형성될 수도 있으며, 도 7b와 같은 십자형의 자성체에 솔레노이드 형상의 코일을 평면형으로 감아 형성함으로써 상하좌우에서 시변 자기장을 수신하도록 구현될 수 있고, 도 7c와 같은 전후좌우상하로 돌출부가 구비된 3차원 구조의 자성체에 솔레노이드 형상의 코일을 입체형으로 감아 형성함으로써 상하좌우 뿐만 아니라, 전후에서도 시변 자기장을 수신할 수 있도록 구현될 수도 있다.

이로써, 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템 및 그것을 이용하는 무접점 캡슐형 내시경은 근접점에서의 자기 신호를 사용하므로 인체에 무해하며, 인체의 자유로운 이동 공간을 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 금속, 복잡한 유전체 장애물이 있어도 무선전력 전송이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 무접점 캡슐형 내시경을 투입한 인체 또는 동물이 활 동하고 있는 상황에서도 무선전력의 공급이 가능하기 때문에, 인체 또는 동물에 대한 보다 자유로운 환경에서의 소화기관의 검사가 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나,본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 무선전력 전송 시스템을 설명하기 위해 도시된 도면이다.

도 3은 도 1의 전력 발생부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 무접점 캡슐형 내시경을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 도 4의 무접점 캡슐형 내시경에 있어, 자기장 송출부의 설치 예를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 자기장 송출부 20: 전력 발생부

25: 전류 생성부 26: 공진기

27: 정류기 28: 변압기

29: 부하 30: 캡슐

31: 카메라 33: 투명 보호막

35: LED

Claims (16)

1. 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장을 송출하는 자기장 송출부; 및

   상기 자기장 송출부와 소정 거리 이격된 위치에서, 상기 자기장 송출부에 의해 송출된 시변 자기장을 수신하여 전류를 생성하며, 생성된 상기 전류에 기초하여 전력을 발생시키는 전력 발생부를 포함하고,

   상기 전력 발생부는,

   십자형으로 형성되거나 전후좌우상하가 돌출부가 구비된 3차원 구조로 형성된 자성체,

   상기 자성체를 둘러싸는 솔레노이드 형상의 코어, 및

   상기 자기장 송출부에 의해 송출되는 시변 자기장의 주파수와 공진되어 상기 유도 전류를 필터링하는 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 자성체는 페라이트(ferrite)로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 시스템.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 전력 발생부는,

   상기 공진기에 의해 필터링된 유도 전류를 정류하는 정류기; 및

   상기 정류기에 의해 정류된 전압을 변압하는 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 캡슐 형태로 형성된 케이스;

   상기 케이스 내에 설치되고, 십자형으로 형성되거나 전후좌우상하로 돌출부가 구비된 3차원 구조로 형성된 자성체 및 상기 자성체를 둘러싸는 솔레노이드 형상의 코어;

   이미지 촬영을 위해 상기 케이스에 외부를 향해 설치된 카메라; 및

   상기 코어에 의해 유도 전류가 발생되도록 외부로부터 무선으로 송출되는 소정의 주파수를 갖는 시변 자기장의 주파수와 공진되어 상기 유도 전류를 필터링하는 공진기를 포함하며,

   상기 카메라는 상기 코어에 의해 발생되는 유도 전류에 기초하여 구동되는 것을 특징으로 하는 무접점 캡슐형 내시경.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 8항에 있어서,

    상기 공진기에 의해 필터링된 유도 전류를 정류하는 정류기; 및

    상기 정류기에 의해 정류된 전압을 변압하는 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 캡슐형 내시경.
12. 제 8항에 있어서,

    상기 카메라에 의한 촬영을 보조하며, 상기 코어에 의해 발생되는 유도 전류에 의해 구동되는 발광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 캡슐형 내시경.
13. 제 8항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 카메라에 의해 촬영되는 이미지를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 캡슐형 내시경.
14. 제 8항 또는 제 12항에 있어서,

    상기 카메라에 의해 촬영되는 이미지 데이터를 무선으로 송출하는 무선 데이터 송출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 캡슐형 내시경.
15. 삭제
16. 삭제

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