KR101179250B1 - 이동 전자기기에 무선으로 전원 공급이 가능한 전원 공급 시스템 - Google Patents

이동 전자기기에 무선으로 전원 공급이 가능한 전원 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 전자기기에 무선으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 전원 공급 시스템은, 이동 전자기기 위치하는 공간에 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 공진 코일 및 루프 안테나에 의해 전자기감응공명을 이용하여 무선으로 방출하는 무선전원 전송장치, 및 이동 전자기기에 설치되어 무선전원 전송장치로부터 방출되는 전원을 공진 코일 및 루프 안테나에 의해 전자기감응공명을 이용하여 수신하고 수신한 전원을 충전용 또는 구동용 전원으로 이동 전자기기의 내부에 공급하는 무선전원 수신장치를 포함하여 구성되며, 이에 의해, 이동 전자기기에 전원을 공급하기 위해 전원 케이블을 연결시킬 필요가 없어 편리한 전원 공급이 가능하고 이동 전자기기가 이동 중인 상황에서도 자유롭게 필요 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.

Description

이동 전자기기에 무선으로 전원 공급이 가능한 전원 공급 시스템{Power Supply System capable of providing the moving electronic equipment with the power by wireless}
본 발명은 이동 전자기기의 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지시되는 임무에 대응하여 일정 영역을 이동하면서 임무를 수행하는 청소기와 같은 전자기기에 무선으로 전력을 공급할 수 있는 이동 전자기기의 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
산업이 발달하면서 인간의 생활에 편리함을 주는 새로운 전자기기들에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그 중에서도 인간이 하는 일을 대신할 수 있는 전자기기, 예를 들어, 가정 내 청소를 대신할 수 있는 청소기에 대한 다양한 제품들이 출시되고 있다. 이러한 청소기들은 유선으로 공급되는 전원을 이용하여 수동 또는 능동으로 필요한 동작을 수행하게 된다.
도 1은 종래의 진공 청소기가 전원을 공급받는 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 종래의 진공 청소기(1)는 전원 단자(3)와 연결된 전원 공급선(2-1,2-2)을 통하여 전원을 공급받는다. 따라서 진공 청소기(1)로 이곳저곳 이동하면서 청소를 하려면, 전원 콘센트에 접속된 전원 단자(3)로부터 전원 공급선(2-1,2-2)을 길게 늘어뜨리고 청소를 해야 한다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같은 진공 청소기(1)는 청소를 하기 위해 전원 공급선(2-1,2-2)을 통해 전원 공급을 받아야하므로, 길게 늘어뜨린 전원 공급선(2)에 따른 번거로운 단점이 있고 청소를 할 수 있는 영역이 제한되는 단점이 있다.
도 2는 종래의 로봇 청소기가 전원을 공급받는 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 로봇 청소기(4)는 별도의 전원 공급선과 연결되지 않은 상태에서 일정 영역을 이동하면서 청소를 수행하기 때문에, 진공 청소기(1)에 비해 번거로운 점이 없고 청소 영역이 확대될 수 있는 장점이 있다. 이때 로봇 청소기(4)는 전원 공급선이 연결되지 않은 상태로 청소를 수행하기 위해, 이동 및 청소에 필요한 전원이 충전된 배터리가 장착되어 있다.
도면에서와 같이, 로봇 청소기(4)는 전원 단자(6)로부터 전원 공급선(7-1,7-2)을 통해 전원을 공급받는 전원 공급부(5)에 도킹한다. 이때 전원 공급부(5)는 전원 공급 단자(8-1,8-2)에 의해 로봇 청소기(4)에 내장된 배터리(4-1)와 연결된다. 이에 따라, 로봇 청소기(4)는 전원 콘센트에 접속된 전원 단자(6)로부터 전원 공급선(7-1,7-2)을 통해 제공받은 전원을 공급하는 전원 공급부(5)에 도킹하여 배터리(4-1)에 전원을 충전하게 된다.
따라서 종래의 로봇 청소기(4)는 배터리(4-1)에 전원을 충전시키기 위해 유선으로 연결된 전원 공급부(5)에 도킹된 상태를 유지하여야하는 단점이 있다. 이에 따라, 로봇 청소기(4)는 청소를 수행하는 중에도 충전된 전원이 소멸되면 청소를 계속해서 수행할 수 없고, 전원을 충전하는 중에도 청소를 수행할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유선으로 연결되지 않은 상태에서 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있는 이동 전자기기의 전원 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 필요한 동작의 수행 여부와 무관하게 유선으로 연결되지 않은 상태에서 동작에 필요한 전원을 공급 및 충전할 수 있는 이동 전자기기의 전원 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 전자기기에 무선으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템은, 상기 이동 전자기기 위치하는 공간에 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 전자기감응공명에 의해 무선으로 방출하는 무선전원 전송장치; 및 상기 이동 전자기기에 설치되어 방출되는 상기 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 수신하여 충전용 또는 구동용 전원으로 상기 이동 전자기기의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치;를 포함하여 구성된다.
상기 무선전원 전송장치는, 입력되는 상기 전원에 대응하여 고주파수로 발생시키는 고주파 발생부; 상기 전원에 대응하여 발생된 상기 고주파수를 증폭시키는 고주파 증폭부; 및 증폭된 상기 고주파수의 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 상기 이동 전자기기에 방출하는 무선 전송부;를 포함하여 구성된다.
상기 무선 전송부는, 상기 이동 전자기기가 위치하는 방향을 향해 공진 주파수를 발생시키는 제1 공진 코일; 및 상기 제1 공진 코일의 내부 또는 외부에 이웃하게 배치되어 상기 제1 공진 코일에서 발생된 상기 공진 주파수를 이용하여 상기 고주파 증폭부에서 증폭된 상기 고주파수 전력을 상기 이동 전자기기가 위치하는 방향으로 전송하는 제1 루프 안테나;를 포함하여 구성된다.
상기 무선전원 수신장치는, 상기 이동 전자기기의 상부면에 설치되어 상기 무선 전송부로부터 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 전송된 상기 고주파수 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 수신하는 무선 수신부; 및 수신된 상기 고주파수 전원을 DC로 변환하여 상기 이동 전자기기의 내부에 구비된 구동 전원의 충전을 위한 충전용 배터리 또는 구동을 위한 구동부로 공급하는 정류회로;를 포함하여 구성된다.
상기 무선전원 수신장치는, 상기 이동 전자기기의 상부면에 설치되어 상기 무선 전송부로부터 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 전송된 상기 고주파수 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 수신하는 무선 수신부; 및 수신된 상기 고주파수 전원을 상기 이동 전자기기의 내부에 구비된 구동을 위한 구동부의 필요 레벨로 변환하여 상기 구동부에 공급하는 전원 변환부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 무선 수신부는, 상기 제1 루프안테나에서 발생된 상기 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수를 공진시키는 제2 공진 코일; 및 상기 제2 공진 코일의 내부 또는 외부에 이웃하게 배치되어 상기 공진 주파수에 의해 전송되는 상기 고주파수 전력을 수신하는 제2 루프 안테나;를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2 공진 코일은 원통형 또는 나선형 구조를 갖는다. 본 실시예에서 상기 이동 전자기기는 로봇 청소기 또는 진공 청소기이다.
본 발명에 따르면, 이동 전자기기 위치하는 공간에 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 공진 코일 및 루프 안테나에 의해 전자기감응공명을 이용하여 무선으로 방출하는 무선전원 전송장치, 및 이동 전자기기에 설치되어 무선전원 전송장치로부터 방출되는 전원을 공진 코일 및 루프 안테나에 의해 전자기감응공명을 이용하여 수신하고 수신한 전원을 충전용 또는 구동용 전원으로 이동 전자기기의 내부에 공급하는 무선전원 수신장치를 통해, 이동 전자기기에 전원을 공급하기 위해 전원 케이블을 연결시킬 필요가 없어 편리한 전원 공급이 가능하고 이동 전자기기가 이동 중인 상황에서도 자유롭게 필요 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 진공 청소기가 전원을 공급받는 예를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 로봇 청소기가 전원을 공급받는 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선으로 전원 공급이 가능한 무선 전원 공급 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 로봇 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 로봇 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치에 대응하여 진공 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 무선 전송부 및 무선 수신부에 설치되는 공진 코일의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 루프 안테나와 공진 코일의 배치 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 근거리에서 무선으로 전력을 송신하여 배터리를 자동 충전하거나, 무선으로 전력을 직접 전자기기인 진공 청소기 또는 로봇 청소기에 공급할 수 있는 방법을 제안한다.
본 발명에서 이동 전자기기에 무선으로 전력을 공급하는 방식은 어떠한 이동 전자기기에도 동일하게 적용되기 때문에, 이하에서는 로봇 청소기를 일예로 들어 본 발명을 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선으로 전원 공급이 가능한 무선 전원 공급 시스템을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 무선 전원 공급 시스템은 무선전원 전송장치와 무선전원 수신장치를 포함하여 구성될 수 있다. 무선전원 전송장치는 실내의 천장(20)에 설치되어 무선으로 전원을 전송하고, 무선전원 수신장치는 바닥(10)의 로봇 청소기(200)에 설치되어 무선전원 전송장치로부터 전송되는 전원을 수신한다.
본 발명은 무선전원 전송장치를 이용하여 로봇 청소기 또는 진공 청소기에 전원을 무선으로 자동 공급하고, 로봇 청소기 배터리를 자동 충전할 수 있도록 하기 위해 전자기감응공명(Electromagnetic Coupled Resonance; ECR) 기술을 이용한다. 전자기감응공명 기술은 수십m 거리 이내에 있는 무선전원 수신장치에 대전력을 전송할 수 있는 기법이다.
도시된 무선전원 전송장치는 고주파 발생부(110), 고주파 증폭부(120), 및 무선 전송부(130)를 포함하여 구성된다.
고주파 발생부(110)는 입력되는 전원으로부터 고주파수를 발생시켜 고주파 증폭부(120)로 출력한다. 고주파 증폭부(120)는 고주파 발생부(110)에서 발생된 고주파수를 증폭시켜 무선 전송부(130)로 출력한다. 무선 전송부(130)는 고주파 증폭부(120)에서 증폭된 고주파수의 전원을 전자기감응공명 기술을 이용하여 무선으로 방출한다.
무선 전송부(130)는 루프 안테나(132) 및 공진 코일(134)을 포함하여 구성된다. 공진 코일(134)은 커플링 코일을 이용하여 특정 방향으로 감쇠파(Evanescent wave)인 공진 주파수를 발생시키다. 루프 안테나(132)는 공진 코일(134)의 중심부에 위치하여 공진 코일(134)에서 발생된 공진 주파수를 이용하여 고주파 증폭부(120)에서 증폭된 고주파수 전력을 방출한다. 이러한 구성을 갖는 무선 전송부(130)로부터 송신되는 감쇠파 특성을 갖는 고주파수 전원은 최대 수십m까지 방출된다.
본 실시예의 무선전원 전송장치는 주택, 거실 또는 사무실과 같은 실내의 천장(20)에 설치하고, 무선전원 수신장치는 로봇 청소기(200,200a) 및 진공 청소기의 상부에 설치한다.
로봇 청소기(200,200a)가 거실에 있으면 천장(20)에 설치된 무선전원송신장치에서 자동으로 전원을 로봇 청소기(200,200a)로 전송하며, 로봇 청소기(200,200a) 상부에 설치된 무선전원 수신장치는 전자기감응공명 기법으로 무선전원송신장치로부터 전송된 전력을 수신하게 된다. 무선으로 전원을 공급 받은 로봇 청소기(200,200a)는 자체 구동 전원으로 사용하거나 또는 배터리에 충전하는데 사용하게 된다.
본 실시예에서 거실 또는 사무실에 한대의 무선전원 전송장치가 설치되어 있으면, 다수의 로봇 청소기(200,200a)가 있어도 각각에 무선으로 전력을 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 시스템은 로봇 청소기(200,200a)의 배터리를 충전시키기 위하여 전원 케이블을 연결시켜야 하는 번거로움이 없고, 로봇 청소기(200,200a)가 이동 중 또는 정지되어 있는 동안에 자동으로 전원이 공급되고, 배터리에 충전되는 장점이 있다.
본 발명의 무선전원 전송장치 또는 무선 전송부(130)는 천장(20)뿐만 아니라, 실내의 바닥에 납작하게 방수 처리되어 설치될 수도 있고 벽에 설치될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 로봇 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 무선전원 수신장치는 무선 수신부(210), 전원 수신부(220), AC/DC 정류회로(230), 충전용 배터리(240), 및 모터 구동부(250)를 포함하여 구성된다.
무선전원 수신장치는 로봇 청소기)에 설치된 전자기감응공명 방식에 의한 전원 수신용 장치로서, 무선전원 전송장치가 설치되어 있는 거실 또는 사무실에 로봇 청소기가 위치하면 다음과 같은 절차로 충전을 하게 된다.
무선 전송부(130)에서 방출된 고주파수 전원은 로봇 청소기 상부에 설치된 무선 수신부(210)로 전자기감응공명 방식으로 전달된다.
무선 수신부(210)는 무선으로 전송된 고주파수 전원을 전자기감응공진방식으로 자동 수신한다. 이를 위해, 무선 수신부(210)는 루프 안테나(212) 및 공진 코일(214)을 포함하여 구성된다. 공진 코일(214)은 무선 전송부(130)에서 발생되는 공진 주파수로 공진시킨다. 루프 안테나(212)는 공진 코일(214)의 중심부에 위치하여 공진 주파수를 통해 전송되는 고주파수 전원을 수신한다.
전원 수신부(220)는 수신된 전원에 대해 임피던스를 매칭시켜 최대 값을 갖는 전원을 추출하여 AC/DC 정류회로(230)로 공급된다. AC/DC 정류회로(230)에서는 수신된 전원이 직류(DC) 전원으로 정류된다.
정류된 전원은 충전용 배터리(240)로 전달되어 충전된다. 또한 정류된 전원은 모터 구동부(250)로 직접 전달되어 로봇 청소기를 직접 구동하는데 이용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 로봇 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치에 대응하여 진공 청소기에 설치되는 무선전원 수신장치를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 진공 청소기의 무선전원 수신장치는 무선 수신부(310), 전원 수신부(320), 전원 변환부(330), 및 흡입모터 구동부(350)를 포함하여 구성된다.
무선 수신부(310)는 진공 청소기의 헤드 상부에 설치되어 무선으로 전송된 고주파수 전원을 전자기감응공진방식으로 자동 수신한다. 이를 위해, 무선 수신부(310)는 루프 안테나(312) 및 공진 코일(314)을 포함하여 구성된다. 공진 코일(314)은 무선 전송부(130)에서 발생되는 공진 주파수로 공진시킨다. 루프 안테나(312)는 공진 코일(314)의 중심부에 위치하여 공진 주파수를 통해 전송되는 고주파수 전원을 수신한다.
전원 수신부(320)는 수신된 전원에 대해 임피던스를 매칭시켜 최대 값을 갖는 전원을 추출하여 전원 변환부(330)로 제공된다. 전원 변환부(330)는 수신된 전원을 흡입모터 구동부(350)의 필요 전원 레벨에 맞도록 변환하여 흡입모터 구동부(350)에 제공한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 무선 전송부(130) 및 무선 수신부(210,310)에 설치되는 공진 코일(134,214,314)의 구조를 도시한 도면이다.
도시된 바에 따르면, 무선 전원 송수신용 공진 코일(134,214,314)은, 도 6의 a와 같이 원통형 구조(214a)로 제작될 수도 있고, 도 6의 b와 같이 나선형 구조(214b)로 제작될 수도 있다. 본 실시예에서는 공진 코일(134,214,314)을 천장(10) 및 로봇 청소기/진공 청소기 상부에 납작하게 설치하기 위해서 나선형 구조를 이용하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 루프 안테나와 공진 코일의 배치 예를 도시한 도면이다.
도시된 바에 따르면, 루프 안테나(212)는 도 7의 a와 같이 공진 코일(214)의 내부에 배치되도록 설치할 수도 있고, 도 7의 b와 같이 공진 코일(214)의 외부에 배치되도록 설치할 수도 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110: 고주파 발생부 120: 고주파 증폭부
130: 무선 전송부 132, 212, 312: 루프 안테나
134, 214, 314: 공진 코일 200, 200a: 로봇 청소기
210, 210a, 310: 무선 수신부 220, 320: 전원 수신부
230: AC/DC 정류회로 240: 충전용 배터리
250: 모터 구동부 330: 전원 변환부
350: 흡입 모터 구동부

Claims (8)

  1. 이동 전자기기에 무선으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 있어서,
    상기 이동 전자기기가 위치하는 공간에 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선 전송부에서 전자기감응공명에 의해 무선으로 방출하는 무선전원 전송장치; 및
    상기 이동 전자기기의 상부면에 설치되어 상기 무선 전송부로부터 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 전송된 상기 고주파수 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 수신하는 무선 수신부를 포함하고, 충전용 또는 구동용 전원으로 상기 이동 전자기기의 내부로 공급하는 1 이상의 무선전원 수신장치; 로 이루어지되,
    상기 무선 전송부는, 상기 고주파 증폭부에서 증폭된 상기 고주파 전력을 수신하여 방출하는 제1 루프 안테나; 및 상기 제1 루프 안테나가 중심부에 위치하도록 상기 제1 루프 안테나의 외부에 납작하게 배치되며, 상기 제1 루프 안테나로부터 방출된 상기 고주파 전력을 이용하여 상기 이동 전자기기가 위치하는 방향을 향해 공진 주파수를 발생시키는 납작한 형태의 나선형(Spiral coil) 구조를 갖는 제1 공진 코일; 을 포함하여 구성되고
    상기 무선 수신부는, 상기 이동 전자기기 상부면에 납작하게 배치되어 상기 제1 루프안테나에서 발생된 상기 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수를 공진시키는 납작한 형태의 나선형(Spiral coil) 구조를 갖는 제2 공진 코일; 및 상기 제2 공진 코일의 내부에 배치되어 상기 공진 주파수에 의해 전송되는 상기 고주파수 전력을 수신하는 제2 루프 안테나;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
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