KR102531048B1 - 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템 - Google Patents

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Abstract

회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템은 제1자성체 코어 및 제1코일을 포함하며, 고정된 제1연결부에 구비되고 제1연결부의 전원을 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력을 송출하는 무선전력 송신모듈; 및 제2자성체 코어 및 제2코일을 포함하며, 제1연결부에 회전가능하게 연결되는 제2연결부에 구비되어 송출된 무선 전력을 수신하여 제2연결부에 전력을 공급하는 무선전력 수신모듈;을 포함한다. 여기서, 제1자성체 코어 및 제2자성체 코어는 제2연결부의 회전축 상에 일직선으로 배치된다.

Description

회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템{Wireless power transmission system for connection of rotation}
본 발명은 무선전력 전송 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉장고 도어 또는 로봇 관절 등과 같은 회전형 연결부에 적용될 수 있는 무선전력 전송 시스템에 관한 것이다.
최근 무선전력 전송의 효율이 개선되면서 무선전력 전송 기능이 다양한 전자기기에 적용되고 있다. 특히, 휴대용 기기, 예컨대, 스마트폰, 노트북, 및 노트패드는 빈번한 충전이 필요하기 때문에 사용자의 편의성을 제공하기 위해 무선전력 전송기술의 적용이 확대되고 있다.
한편, 최근의 냉장고는 도어 측에 디스플레이와 같은 전자기능이 부가되면서 냉장고 본체에서 도어 측으로 전원을 공급한다. 이러한 냉장고는 냉장고 본체로부터 냉장고 도어로 유선을 통하여 전원을 공급한다.
이때, 냉장고의 설치 또는 이송을 위해 냉장고 도어를 냉장고 본체로부터 분리할 경우가 종종 발생한다. 이 경우, 냉장고 본체와 냉장고 도어가 유선으로 연결되어 있기 때문에 분리과정이 복잡하여 많은 시간이 소요되는 실정이다.
아울러, 최근의 로봇은 산업용 또는 의료용뿐만 아니라 휴머노이드 등과 같이 미세한 동작을 제어하기 위해 복수개의 관절을 구비한다. 여기서, 관절부위는 한 쌍의 연결부를 가지며, 일측의 연결부에서 타측 연결부로 전원을 공급한다. 이러한 전원은 유선을 통하여 공급한다.
이때, 로봇의 수리를 위해, 관절을 분리할 경우가 발생한다. 이 경우, 관절의 연결부위가 유선으로 연결되어 있기 때문에 분리 과정이 복잡하여 많은 시간이 소요되고는 실정이다.
KR 10-2017-0084990 A (2017.07.21 공개)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 일측이 회전가능한 회전형 연결부 사이에서 무선전력을 전송할 수 있는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈을 포함하는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 제공된다. 상기 무선전력 송신 모듈은 제1자성체 코어 및 제1코일을 포함하며, 고정된 제1연결부에 구비되고 상기 제1연결부의 전원을 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력을 송출한다. 상기 무선전력 수신모듈은 제2자성체 코어 및 제2코일을 포함하며, 상기 제1연결부에 회전가능하게 연결되는 제2연결부에 구비되어 상기 송출된 무선 전력을 수신하여 상기 제2연결부에 전력을 공급한다. 이때, 상기 제1자성체 코어 및 상기 제2자성체 코어는 상기 제2연결부의 회전축 상에 일직선으로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1자성체 코어 및 상기 제2자성체 코어는 소정의 길이를 갖는 바형상을 갖고, 상기 제1코일 및 상기 제2코일은 상기 제1자성체 코어 및 상기 제2자성체 코어의 외주면에 길이방향을 따라 각각 권선될 수 있다. 이때, 상기 제1자성체 코어 및 제2자성체 코어는 페라이트, 비정질 리본 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 회전 도어식 냉장고에 적용될 경우, 상기 제1연결부는 냉장고 본체의 하부에 구비된 도어용 힌지이고, 상기 무선전력 송신모듈은 상기 도어용 힌지에 매립되며, 상기 냉장고 본체의 전원을 이용하여 상기 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 제2연결부는 냉장고 도어이고, 상기 무선전력 수신모듈은 상기 냉장고 도어에 매립되며, 상기 송출된 무선전력을 수신하여 상기 냉장고 도어에 전력을 공급할 수 있다.
또한 상기 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템은 상기 무선전력 수신모듈과 무선전력 송신모듈의 위치를 정렬하기 위한 정렬수단을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 도어용 힌지는 상기 제1자성체 코어가 삽입되는 중공부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 정렬수단은 상기 중공부의 하면에 구비된 홈부 및 상기 냉장고 도어에서 상기 홈부와 일직선상에 구비되는 수용부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1자성체 코어의 일측은 상기 홈부에 삽입되고, 상기 제2자성체 코어는 상기 수용부에 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 도어용 힌지의 중공부에 비자성 절연체가 구비될 수 있다.
본 발명의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 로봇의 관절에 적용될 경우, 상기 제1연결부는 로봇 몸체이고, 상기 무선전력 송신모듈은 상기 로봇 몸체에 매립되며, 상기 로봇 몸체의 전원을 이용하여 상기 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 제2연결부는 상기 로봇 몸체에 삽입되는 제1관절부이고, 상기 무선전력 수신모듈은 상기 제1관절부에 매립되며, 상기 송출된 무선전력을 수신하여 상기 제1관절부에 전력을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 로봇 몸체 및 상기 제1관절부는 상기 제1자성체 코어와 상기 제2자성체 코어의 일직선상에 개구부가 각각 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1관절부는 상기 로봇 몸체에 연결되는 부위에 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부의 외주면에서 상기 회전축의 직각 방향으로 체결부재가 구비될 수 있다. 상기 로봇 몸체는 상기 돌출부가 삽입되는 홈부가 구비되며, 상기 홈부의 양측벽에 상기 체결부재가 수용되는 수용부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1연결부는 로봇 몸체에 연결되는 제1관절부이고, 상기 무선전력 송신모듈은 상기 제1관절부에 매립되며, 상기 로봇 몸체로부터 공급된 제1관절부의 전원을 이용하여 상기 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 제2연결부는 상기 제1관절부에 연결되는 제2관절부이고, 상기 무선전력 수신모듈은 상기 제2관절부에 매립되며, 상기 송출된 무선전력을 수신하여 상기 제2관절부에 전력을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 제1관절부 및 상기 제2관절부는 상기 제1자성체 코어와 상기 제2자성체 코어의 일직선상에 개구부가 각각 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1관절부는 상기 제2관절부에 연결되는 제1단부가 구비되고, 상기 제2관절부는 상기 제1단부의 형상과 대응하는 형상을 갖는 제2단부가 구비될 수 있다. 상기 제2관절부는 상기 회전축의 양측에서 상기 제1단부를 향하여 돌출된 체결부재가 구비될 수 있다. 상기 제1관절부는 상기 제1단부에 상기 체결부재가 수용되는 수용부가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈을 포함하는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 제공된다. 상기 무선전력 송신모듈은 제1자성체 코어 및 제1코일을 포함하며, 고정된 제1연결부에 구비되고 상기 제1연결부의 전원을 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력을 송출한다. 상기 무선전력 수신모듈은 제2자성체 코어 및 제2코일을 포함하며, 상기 제1연결부에 회전가능하게 연결되는 제2연결부에 구비되어 상기 송출된 무선 전력을 수신하여 상기 제2연결부에 전력을 공급한다. 여기서, 상기 제1자성체 코어 및 상기 제2자성체 코어 중 어느 하나의 자성체 코어의 내주에 다른 하나의 자성체 코어가 삽입 배치되고, 상기 어느 하나의 자성체 코어는 그 내주에 해당 코일이 권선되며, 상기 다른 하나의 자성체 코어는 그 외주에 해당 코일이 권선된다.
본 발명에 의하면, 무선전력 전송모듈이 고정된 제1연결부에 매립되고, 무선전력 수신모듈이 회전가능한 제2연결부에 매립됨으로써, 제1연결부와 제2연결부 사이에 무선전력을 전송할 수 있으며, 따라서 제1연결부와 제2연결부 사이의 전원 케이블이 필요 없으므로 분리가 용이하고 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 자성체 코어를 이용하여 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈을 구성함으로써, 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈의 전체 사이즈를 감소시키면서도 고전력을 전송할 수 있다.
더불어, 본 발명에 의하면, 정렬수단을 통해 무선전력 수신모듈과 무선전력 송신모듈의 위치가 정렬되므로 위치에 따른 임피던스의 변동이 없어 최상의 효율로 전력을 전송할 수 있어 높은 무선전력 전송 효율을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템을 나타낸 개략도,
도 2는 도 1의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 적용된 냉장고를 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 냉장고에 적용된 상태를 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 무선전력 송신모듈이 냉장고 힌지 내에 내장된 상태를 나타낸 도면,
도 5는 도 4에서 무선전력 송신모듈이 냉장고 힌지에 삽입되는 상태를 나타낸 도면,
도 6은 도 4의 단면도,
도 7은 도 3에서 무선전력 수신모듈이 냉장고 도어에 삽입되는 상태를 나타낸 도면,
도 8은 도 7에서 무선전력 수신모듈이 냉장고 도어에 삽입된 상태를 나타낸 도면,
도 9는 도 1의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 적용된 로봇을 나타낸 도면,
도 10은 도 1의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 로봇의 몸체와 관절부에 적용된 상태를 나타낸 도면, 도 11은 도 1의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 로봇의 관절부 사이에 적용된 상태를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템을 나타낸 개략도,
도 13은 도 12의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 로봇의 몸체와 관절부에 적용된 상태를 나타낸 도면, 그리고,
도 14는 도 12의 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템이 로봇의 관절부 사이에 적용된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 회전형 연결부에 적용될 수 있는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)을 포함한다.
본 발명에서 회전형 연결부는 회전 도어식 냉장고 또는 로봇의 관절일 수 있다. 여기서, 상기 회전형 연결부는 제1연결부(1), 제2연결부(2) 및 체결부(3)를 포함할 수 있다. 제1연결부(1)는 고정 연결부이고, 제2연결부(2)는 제1연결부(1)에 체결부(3)를 통하여 연결되어 회전하는 연결부일 수 있다. 즉, 제2연결부(2)는 제1연결부(1)에 대하여 그 회전축(x)을 중심으로 회전될 수 있다.
이때, 무선전력 송신모듈(110)은 전원을 공급하는 제1연결부(1)에 구비되고, 무선전력 수신모듈(120)은 제1연결부(1)로부터 무선으로 송출되는 전력을 수신할 수 있는 제2연결부(2)에 구비될 수 있다. 즉, 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)은 제1연결부(1)로부터 공급되는 전원을 이용하여 자기장을 발생시키고 자기장을 통해 전력을 무선으로 송출하거나 수신하기 위한 것이다.
즉, 무선전력 송신모듈(110)은 제1연결부(1)에 내장되어 외부로부터 공급된 전원을 이용하여 자기장을 발생시키고 자기장과 함께 전력을 무선방식으로 송출하며, 무선전력 수신모듈(120)은 제2연결부(2)에 내장되어 무선전력 송신모듈(110)로부터 송출되는 전력을 수신하여 유도기전력을 발생시킴으로써 필요로 하는 전력을 생산할 수 있다. 본 발명에서 무선전력 송신모듈(110)을 통해 생산된 전력은 제2연결부(2)에 내장되는 배터리를 충전하는 용도로 사용될 수도 있고 실시간으로 전송되어 제2연결부(2)의 구동전원으로 직접 사용될 수도 있다. 이와 같은 무선전력 전송 방식은 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 본 발명에 적용되는 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)은 위치 및 거리에 대한 자유도가 높아 10W 이상의 수십W ~ 수 KW급의 고전력을 전송할 수 있으면서도 전체적인 사이즈를 줄일 수 있도록 전자석 또는 솔레노이드 형태로 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 무선전력 송신모듈(110)은 소정의 길이를 갖는 바형상의 제1자성체 코어(111)와, 제1자성체 코어(111)의 외주면에 길이방향을 따라 권선된 제1코일(112)을 포함하는 형태일 수 있다. 또한 무선전력 수신모듈(120)은 소정의 길이를 갖는 바형상의 제2자성체 코어(121)와, 제2자성체 코어(121)의 외주면에 길이방향을 따라 권선된 제2코일(122)을 포함하는 형태일 수 있다.
이때, 제2자성체 코어(121)는 제2연결부(2)의 회전축(x) 상에서 제1자성체 코어(111)와 일직선으로 배치된다.
이를 통해, 제1자성체 코어(111)의 양 단부 측에 형성되는 주자기력선이 제2자성체 코어(121)의 단부 측으로 원활하게 유입될 수 있음으로써 손실을 줄여 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)이 모두 전자석 또는 솔레노이드 방식으로 구현됨으로써 평판형 코일 방식에 비하여 상대적으로 좁은 설치공간을 필요로 하므로 한 쌍으로 이루어지는 회전형 연결부와 같이 협소한 장소에 설치될 수 있다.
여기서, 제1코일(112) 및 제2코일(122)은 소정의 선경 및 길이를 갖는 도전성부재일 수 있다. 일례로, 상기 도전성부재는 구리일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 코일로 사용되는 공지의 재료가 모두 적용될 수 있다.
더불어, 제1자성체 코어(111) 및 제2자성체 코어(121)에 각각 권선된 제1코일(112) 및 제2코일(122)의 턴수는 목적하는 전송 전력에 맞게 적절하게 가변될 수 있다.
또한, 제1자성체 코어(111) 및 제2자성체 코어(121)는 사용되는 주파수에 따라 적절하게 변경될 수 있고, 투자율이 높고 투자손실률이 낮으며 Q값이 높은 재질이 사용될 수 있으며, 포화자속밀도가 높은 재질이 사용될 수 있다. 일례로, 제1자성체 코어(111) 및 제2자성체 코어(121)는 Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트 및 비정질 리본 중 적어도 1종 이상을 포함하는 자성체로 이루어질 수 있다. 그러나 제1자성체 코어(111) 및 제2자성체 코어(121)의 재질을 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 모든 자성체가 적절하게 사용될 수 있다.
또한, 제1자성체 코어(111) 및 제2자성체 코어(121)는 원통형 형상을 갖는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 사각 형상을 갖는 바일 수도 있으며 그 형태에 특별히 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같은 양문형 냉장고와 같이 회전형 도어를 갖는 냉장고(10)에 적용될 수 있다. 여기서, 냉장고(10)는 냉장고 도어(12)에 디스플레이와 같은 전자기능이 구비하는 것으로서, 특히 냉장고 도어(12)가 냉장고 힌지(13,14)를 통하여 냉장고 본체(11)에 결합되는 종류를 모두 포함할 수 있다.
이 경우, 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)은 냉장고 본체(11)로부터 공급되는 전원을 이용하여 자기장을 발생시키고 자기장을 통해 전력을 무선으로 송출하거나 수신하기 위한 것이다.
여기서, 무선전력 송신모듈(110)을 통해 생산된 전력은 냉장고 도어(12)에 내장되는 배터리를 충전하는 용도로 사용될 수도 있고 실시간으로 전송되어 냉장고 도어(12)의 구동전원으로 직접 사용될 수도 있다.
냉장고(10)는 냉장고 본체(11)의 하단의 냉장고 힌지(13)와 상단의 냉장고 힌지(14)를 통하여 냉장고 본체(11)와 냉장고 도어(12)가 결합되는 형태일 수 있다. 즉, 냉장고 힌지(13)는 냉장고 도어(12)의 결합홈(12a)에 삽입될 수 있다. 이때, 냉장고 힌지(13)는 냉장고 본체(11)에 구비되어 고정된 형태이고, 냉장고 힌지(14)는 상측 또는 수평측으로 회동가능한 형태일 수 있다.
이에 의해, 냉장고 도어(12)를 냉장고 본체(11)로부터 분리하는 경우, 냉장고 힌지(14)를 상측 또는 좌우측으로 회동한 상태에서, 냉장고 도어(12)를 상측으로 이동시킴으로써 간편하게 냉장고 도어(12)를 분리할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉장고(10)의 하단에 구비된 냉장고 힌지(13)와 냉장고 도어(12)에 매립될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선전력 송신모듈(110)은 냉장고 본체(11)의 하부에 구비된 냉장고 힌지(13)에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다. 무선전력 수신모듈(120)은 냉장고 힌지(13)에 결합되는 냉장고 도어(12)의 하부에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다.
여기서, 제1자성체 코어(111)는 냉장고 힌지(13) 내에서 길이방향으로 배치되고, 제2자성체 코어(121)는 냉장고 도어(12) 내에서 길이방향으로 배치될 수 있다. 이때, 제2자성체 코어(121)는 제1자성체 코어(111)와 수직으로 일직선상에 배치될 수 있다.
이를 통해, 제1자성체 코어(111)의 양 단부 측에 형성되는 주자기력선이 제2자성체 코어(121)의 단부 측으로 원활하게 유입될 수 있음으로써 손실을 줄여 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)이 모두 전자석 또는 솔레노이드 방식으로 구현됨으로써 상대적으로 좁은 설치공간을 필요로 하므로 무선전력 송신모듈(110)이 냉장고 힌지(13) 내부와 같이 협소한 장소에 설치될 수 있다.
이에 따라, 냉장고 도어(12)가 냉장고 힌지(13)에 결합된 경우, 무선전력 송신모듈(110)로부터 무선전력이 송출되고 무선전력 수신모듈(120)이 송출된 전력을 수신함으로써, 별도의 전원 케이블이 필요없이 냉장고 도어(12)에 필요한 전원을 냉장고 본체(11)로부터 무접점 방식으로 공급할 수 있다. 따라서 냉장고 도어(12)를 냉장고 본체(11)로부터 분리하는 경우, 케이블을 분리하기 위한 절차가 생략되기 때문에 분리작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 냉장고 힌지(13)가 메탈과 같은 전도체로 이루어진 경우, 특히, 제1자성체 코어(111)가 구비되는 힌지축(13a)이 전도체로 이루어진 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 힌지축(13a)에 개구부(13c)가 구비될 수 있다. 여기서, 힌지(13)는 힌지축(13a) 및 냉장고 본체(11)에 연결되는 힌지 플레이트(13b)를 포함할 수 있다.
이와 같이 냉장고 힌지(13)가 전도체로 이루어진 경우, 제1자성체 코어(111)로부터 발생하는 자기장이 냉장고 힌지(13)로 유입될 수 있다. 따라서 무선전력 송신모듈(110)로부터 냉장고 힌지(13)를 통하여 무선전력 수신모듈(120)로 전송되는 무선전력의 효율을 감소시킬 수 있다.
이를 해결하기 위해, 본 실시예에서, 냉장고 힌지(13)의 힌지축(13a)의 상부면에 개구부(13c)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 무선전력 송신모듈(110)로부터 발생한 자기장이 냉장고 힌지(13)에 의해 전기적 또는 자기적 간섭을 받지 않고 무선전력 수신모듈(120) 측으로 효과적으로 전송될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)의 위치를 정렬하기 위한 정렬수단(130,130a)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 정렬수단(130,130a)은 냉장고 힌지(13)에 구비된 홈부(130) 및 냉장고 도어(12)에 구비된 수용부(130a)를 포함할 수 있다.
여기서, 냉장고 힌지(13)는 도 5에 도시된 바와 같이, 힌지축(13a) 내부에 제1자성체 코어(111)를 수용하기 위한 중공부(13d)가 구비될 수 있다. 제1자성체 코어(111)는 개구부(13c)를 통하여 중공부(13d)에 삽입될 수 있다.
상기 정렬수단 중 하나인 홈부(130)는 중공부(13d)의 하면에 구비될 수 있다. 이때, 제1자성체 코어(111)는 개구부(13c)를 통하여 중공부(13d)에 삽입된 후 그 일측이 홈부(130)에 삽입될 수 있다. 이에 의해, 제1자성체 코어(111)는 중공부(13d) 내에서 수직으로 고정될 수 있다.
여기서, 냉장고 힌지(13)의 힌지축(13a)이 전도체인 경우, 제1자성체 코어(111)와 홈부(130) 사이에는 비자성 절연층이 구비될 수 있다. 이에 의해 제1자성체 코어(111)와 냉장고 힌지(13) 사이의 전기적 또는 자기적 간섭을 배제할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 냉장고 힌지(13)의 중공부(13d)에는 비자성 절연체(140)가 구비될 수 있다. 비자성 절연체(140)는 중공부(13d) 내에서 제1자성체 코어(111)를 고정시킬 수 있다. 특히, 냉장고 힌지(13)가 전도체인 경우, 비자성 절연체(140)는 냉장고 힌지(13)와 제1자성체 코어(111) 사이의 전기적 또는 자기적 간섭을 억제할 수 있다.
상기 정렬수단 중 다른 하나는 수용부(130a)는 도 7에 도시된 바와 같이, 냉장고 도어(12)의 일측에 구비될 수 있다. 여기서, 수용부(130a)는 냉장고 힌지(13)의 홈부(130)와 일직선상에 구비될 수 있다.
이때, 제2자성체 코어(121)는 도 8에 도시된 바와 같이, 수용부(130a)에 삽입 고정될 수 있다. 여기서, 수용부(130a)는 냉장고 도어(12) 내부의 일측면에 구비될 수 있다. 또한 냉장고 도어(12)의 내부가 중공부를 포함하는 경우, 수용부(130a)는 제1자성체 코어(111)와 유사한 형상을 갖는 프레임 형태로 구비될 수 있다.
이와 같은 냉장고 힌지(13)의 홈부(130) 및 냉장고 도어(12)의 수용부(130a)는 설계시 일정한 규격으로 제작 가능하기 때문에 각각에 삽입되는 제1자성체 코어(111)와 제2자성체 코어(121)의 위치를 일정하게 정렬시킬 수 있다.
따라서 정렬수단(130,130a)을 통해, 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)이 정렬된 상태를 유지할 수 있음으로써 위치에 따른 임피던스 변동을 고려할 필요가 없고, 냉장고 도어(12)가 회동하는 경우에도 안정적인 전력전송이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 도 9에 도시된 바와 같은 회전가능한 관절을 포함하는 로봇(20)에 적용될 수 있다. 여기서, 로봇(20)은 산업용 로봇, 의료용 로봇, 재활용 로봇 및 휴머노이드 로봇일 수 있으며, 특히, 회전가능한 복수 개의 관절부(22,23)를 포함한 로봇일 수 있다.
이 경우, 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)은 로봇 몸체(11)로부터 공급되는 전원 또는 로봇 몸체(11)로부터 제1관절부(22)로 공급된 전원을 이용하여 자기장을 발생시키고 자기장을 통해 전력을 무선으로 송출하거나 수신하기 위한 것이다.
여기서, 무선전력 송신모듈(110)을 통해 생산된 전력은 제1관절부(22) 또는 제2관절부(23)에 내장되는 배터리를 충전하는 용도로 사용될 수도 있고 실시간으로 전송되어 제1관절부(22) 또는 제2관절부(23)의 구동전원으로 직접 사용될 수도 있다.
로봇(20)은 로봇 몸체(21), 제1관절부(22) 및 제2관절부(23)를 포함한다. 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)에 연결되는 관절로서, 로봇 팔 또는 로봇 다리일 수 있다. 제2관절부(23)는 제1관절부(22)에 연결되는 관절로서 로봇 손 또는 로봇 발에 연결될 수 있다.
여기서, 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)와의 연결축을 중심으로 회전가능하다. 즉, 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)의 좌측 또는 우측에 연결되어 로봇 몸체(21)의 전방 또는 후방으로 회전될 수 있다.
제2관절부(23)는 제1관절부(22)와의 연결축을 중심으로 회전가능하다. 즉, 제2관절부(23)는 제1관절부(22)에 대하여 로봇 몸체(21)의 반대측에 연결되어 제1관절부(22)의 전방 또는 후방으로 회전될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 일례로서, 도 9의 B와 같이, 로봇 몸체(21)와 제1관절부(22)에 매립될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 무선전력 송신모듈(110)은 로봇 몸체(21)에서 제1관절부(22)의 연결부위에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다. 무선전력 수신모듈(120)은 로봇 몸체(21)에 삽입되는 제1관절부(22)에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다.
이때, 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)에 연결되는 부위에 결합하기 위한 돌출부(221)가 구비될 수 있다. 로봇 몸체(21)는 제1관절부(22)의 돌출부(221)가 삽입되는 홈부(211)가 구비될 수 있다. 즉, 제1관절부(22)의 돌출부(221)가 홈부(211)에 삽입됨으로써 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)에 연결될 수 있다.
돌출부(221)의 외주면에는 회전축(x1)의 직각 방향으로 체결부재(223)가 구비될 수 있다. 홈부(211)의 양측벽에는 체결부재(223)가 수용되는 수용부(213)가 구비될 수 있다. 즉, 체결부재(223)가 수용부(213)에 삽입됨으로써 제1관절부(22)가 로봇 몸체(21)로부터 이탈되지 않는다.
이러한 체결부재(223)는 로봇 몸체(21) 내부에 구비된 구동수단(미도시)에 연결되어 회전될 수 있다. 여기서, 구동 수단은 모터 또는 기어일 수 있다. 이에 의해, 체결부재(223)는 수용부(213) 내에서 회전될 수 있다. 따라서 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)에 대하여 회전축(x1)을 중심으로 회전될 수 있다.
여기서, 제1자성체 코어(111)는 돌출부(221)에 대응하는 위치에서 로봇 몸체(11)의 폭방향으로 배치되고, 제2자성체 코어(121)는 돌출부(221) 내에서 돌출부(221)의 폭방향으로 배치될 수 있다. 이때, 제2자성체 코어(121)는 제1관절부(22)의 회전축(x1) 상에서 제1자성체 코어(111)와 일직선으로 배치될 수 있다.
이를 통해, 제1자성체 코어(111)의 양 단부 측에 형성되는 주자기력선이 제2자성체 코어(121)의 단부 측으로 원활하게 유입될 수 있음으로써 손실을 줄여 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)이 모두 전자석 또는 솔레노이드 방식으로 구현됨으로써 상대적으로 좁은 설치공간을 필요로 하므로 무선전력 수신모듈(120)이 제1관절부(22)의 돌출부(221) 내부와 같이 협소한 장소에 설치될 수 있다.
이에 따라, 제1관절부(22)가 로봇 몸체(21)에 결합된 경우, 무선전력 송신모듈(110)로부터 무선전력이 송출되고 무선전력 수신모듈(120)이 송출된 전력을 수신함으로써, 별도의 전원 케이블이 필요없이 제1관절부(22)에 필요한 전원을 로봇 몸체(21)로부터 무접점 방식으로 공급할 수 있다. 따라서 제1관절부(22)를 로봇 몸체(21)로부터 분리하는 경우, 케이블을 분리하기 위한 절차가 생략되기 때문에 분리작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 로봇 몸체(21) 및 제1관절부(22)가 메탈과 같은 전도체로 이루어지기 때문에, 로봇 몸체(21) 및 제1관절부(22)는 제1자성체 코어(111)와 제2자성체 코어(121)의 일직선상에 개구부(212,222)가 각각 구비될 수 있다.
이와 같이, 로봇 몸체(21) 및 제1관절부(22)가 전도체로 이루어지기 때문에 제1자성체 코어(111)로부터 발생하는 자기장이 로봇 몸체(21) 또는 제1관절부(22)의 표면을 따라 유입될 수 있다. 따라서 무선전력 송신모듈(110)로부터 무선전력 수신모듈(120)로 전송되는 무선전력의 효율을 감소시킬 수 있다.
이를 해결하기 위해, 본 실시예에서, 로봇 몸체(21)의 홈부(211) 및 제1관절부(22)의 돌출부(221)에서 제1자성체 코어(111)와 제2자성체 코어(121)가 대향하도록 개구부(212) 및 개구부(222)가 구비될 수 있다.
이에 의해, 무선전력 송신모듈(110)로부터 발생한 자기장이 로봇 몸체(21) 또는 제1관절부(22)에 의해 전기적 또는 자기적 간섭을 받지 않고 무선전력 수신모듈(120) 측으로 효과적으로 전송될 수 있다.
다른 예로서, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 도 9의 C와 같이, 제1관절부(22)와 제2관절부(23)에 매립될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 무선전력 송신모듈(110)은 제1관절부(22)에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다. 무선전력 수신모듈(120)은 제1관절부(22)에 연결되는 제2관절부(23)에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다.
이때, 제1관절부(22)는 로봇 몸체(21)가 연결되는 반대측에서 제2관절부(23)에 연결되는 제1단부(224)가 구비될 수 있다. 제2관절부(23)는 일단에서 제1단부(224)의 형상과 대응하는 형상을 갖는 제2단부(231)가 구비될 수 있다. 즉, 제1관절부(22)의 제1단부(224)와 제2관절부(23)의 제2단부(231)가 대향하여 결합됨으로써 제2관절부(23)는 제1관절부(22)에 연결될 수 있다.
제2관절부(23)는 회전축(x2)의 양측에서 제1단부(224)를 향하여 돌출된 체결부재(233)가 구비될 수 있다. 제1관절부(22)는 제1단부(224)에서 체결부재(233)가 수용되는 수용부(226)가 구비될 수 있다. 즉, 체결부재(233)가 수용부(226)에 삽입됨으로써 제2관절부(23)가 제1관절부(22)로부터 이탈되지 않는다.
이러한 체결부재(233)는 제1관절부(22) 내부에 구비된 구동수단(미도시)에 연결되어 회전될 수 있다. 여기서, 구동 수단은 모터 또는 기어일 수 있다. 이에 의해, 체결부재(233)는 수용부(226) 내에서 회전될 수 있다. 따라서 제2관절부(23)는 제1관절부(22)에 대하여 회전축(x2)을 중심으로 회전될 수 있다.
여기서, 제1자성체 코어(111)는 제1단부(224) 내에서 제1단부(224)의 폭방향으로 배치되고, 제2자성체 코어(121)는 제2단부(231) 내에서 제2단부(231)의 폭방향으로 배치될 수 있다. 이때, 제2자성체 코어(121)는 제2관절부(23)의 회전축(x2) 상에서 제1자성체 코어(111)와 일직선으로 배치될 수 있다.
이를 통해, 제1자성체 코어(111)의 양 단부 측에 형성되는 주자기력선이 제2자성체 코어(121)의 단부 측으로 원활하게 유입될 수 있음으로써 손실을 줄여 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 송신모듈(110)과 무선전력 수신모듈(120)이 모두 전자석 또는 솔레노이드 방식으로 구현됨으로써 상대적으로 좁은 설치공간을 필요로 하므로 무선전력 송신모듈(110) 및 무선전력 수신모듈(120)이 제1관절부(22)의 제1단부(224) 및 제2관절부(23)의 제2단부(231) 내부와 같이 협소한 장소에 설치될 수 있다.
이에 따라, 제2관절부(23)가 제1관절부(22)에 결합된 경우, 무선전력 송신모듈(110)로부터 무선전력이 송출되고 무선전력 수신모듈(120)이 송출된 전력을 수신함으로써, 별도의 전원 케이블이 필요없이 제2관절부(23)에 필요한 전원을 제1관절부(22)로부터 무접점 방식으로 공급할 수 있다. 따라서 제2관절부(23)를 제1관절부(22)로부터 분리하는 경우, 케이블을 분리하기 위한 절차가 생략되기 때문에 분리작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 제1관절부(22) 및 제2관절부(23)가 메탈과 같은 전도체로 이루어지기 때문에, 제1관절부(22) 및 제2관절부(23)는 제1자성체 코어(111)와 제2자성체 코어(121)의 일직선상에 개구부(225,232)가 각각 구비될 수 있다.
이와 같이, 제1관절부(22) 및 제2관절부(23)가 전도체로 이루어지기 때문에 제1자성체 코어(111)로부터 발생하는 자기장이 제1관절부(22) 또는 제2관절부(23)의 표면을 따라 유입될 수 있다. 따라서 무선전력 송신모듈(110)로부터 무선전력 수신모듈(120)로 전송되는 무선전력의 효율을 감소시킬 수 있다.
이를 해결하기 위해, 본 실시예에서, 제1관절부(22)의 제1단부(224) 및 제2단부(231)의 제2단부(231) 사이의 대향하는 면에서 제1자성체 코어(111)와 제2자성체 코어(121)가 대향하도록 개구부(225) 및 개구부(232)가 구비될 수 있다.
이에 의해, 무선전력 송신모듈(110)로부터 발생한 자기장이 제1관절부(22) 또는 제2관절부(23)에 의해 전기적 또는 자기적 간섭을 받지 않고 무선전력 수신모듈(120) 측으로 효과적으로 전송될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(300)은 도 12에 도시된 바와 같이, 회전축(x)을 중심으로 어느 하나의 자성체 코어(321)가 다른 하나의 자성체 코어(311)의 내부에 삽입될 수 있다.
일례로, 무선전력 송신모듈(310)은 중공부(313)를 갖는 원통형인 제1자성체 코어(311) 및 제1자성체 코어(311)의 내주에 권선되는 제1코일(312)를 포함할 수 있다. 또한 무선전력 수신모듈(320)은 중공부(313)의 내경보다 작은 직경을 갖는 원통형 바형상의 제2자성체 코어(321) 및 제2자성체 코어(321)의 외주에 권선되는 제2코일(322)을 포함할 수 있다. 이때, 제1자성체 코어(311)의 내주에 제2자성체 코어(321)가 삽입 배치된다.
이를 통해, 제1자성체 코어(311)와 제2자성체 코어(321)의 일부 영역이 중첩되므로 제1자성체 코어(311)와 제2자성체 코어(321) 사이의 전자기 커플링 강도가 증가함으로써 무선으로 전력을 전송하는 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기에, 무선전력 송신모듈(310)의 제1자성체 코어(311)의 내주에 무선전력 수신모듈(320)의 제2자성체 코어(321)가 삽입 배치되는 것으로 도시되고 설명되었으나 이에 한정되지 않고, 그 반대로 구성될 수도 있다. 즉, 무선전력 수신모듈(320)의 제2자성체 코어(321)의 내주에 무선전력 송신모듈(310)의 제1자성체 코어(311)가 삽입 배치될 수 있으며, 이는 하기의 설명에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(300)은 무선전력 송신모듈(310)과 무선전력 수신모듈(320)의 일부가 중첩 배치됨으로써 도 1에 도시된 바와 같이 일직선 상에 배치되는 방식에 비하여 전력전송효율이 더 향상되는 동시에 설치 공간의 효율이 향상될 수 있다.
여기서, 무선전력 송신모듈(310)은 전원을 공급하는 제1연결부(1)에 구비되고, 무선전력 수신모듈(320)은 제1연결부(1)로부터 무선으로 송출되는 전력을 수신할 수 있는 제2연결부(2)에 구비될 수 있다.
일례로서, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(300)은 도 13에 도시된 바와 같이, 로봇 몸체(21)와 제1관절부(22)에 매립될 수 있다.
이때, 무선전력 송신모듈(310)은 로봇 몸체(21)에서 제1관절부(22)의 연결부위에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다. 무선전력 수신모듈(320)은 로봇 몸체(21)에 삽입되는 제1관절부(22)에 일측이 매립되고, 타측이 외부로 돌출된 형태일 수 있다. 여기서, 로봇 몸체(21)와 제1관절부(22)는 도 10을 참조하여 설명한 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
로봇 몸체(21)에 매립된 제1자성체 코어(311)의 내주에 제1코일(312)이 권선될 수 있다. 또한 제1자성체 코어(311)는 개구부(212')를 통하여 그 중공부(313)가 외부로 노출될 수 있다.
아울러, 제2자성체 코어(321)의 외주에 제2코일(322)이 권선될 수 있다. 또한, 제2자성체 코어(321)는 개구부(222')를 통하여 일측이 제1관절부(22)의 외부로 돌출될 수 있다.
이때, 제2자성체 코어(321)는 회전축(x1)에 대하여 동심이 되도록 제1자성체 코어(311)의 내주에 삽입 배치될 수 있다. 즉, 제2자성체 코어(321)의 돌출된 일측은 제1자성체 코어(311)의 중공부(313)에 삽입될 수 있다.
이를 통해, 제1자성체 코어(311)와 제2자성체 코어(321) 사이의 전자기 커플링 강도가 증가함으로써 무선으로 전력을 전송하는 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 동시에 설치 공간의 효율이 향상될 수 있다.
다른 예로서, 본 발명에 따른 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템(300)은 도 14에 도시된 바와 같이, 제1관절부(22)과 제2관절부(23)에 매립될 수 있다.
이때, 무선전력 송신모듈(310)은 제1관절부(22)에 매립되어 일체화된 형태일 수 있다. 무선전력 수신모듈(320)은 제1관절부(22)에 연결되는 제2관절부(23)에 일측이 매립되고, 타측이 외부로 돌출된 형태일 수 있다. 여기서, 제1관절부(22)와 제2관절부(23)는 도 11을 참조하여 설명한 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
제1관절부(22)에 매립된 제1자성체 코어(311)의 내주에 제1코일(312)이 권선될 수 있다. 또한 제1자성체 코어(311)는 개구부(225')를 통하여 그 중공부(313)가 외부로 노출될 수 있다.
아울러, 제2자성체 코어(321)의 외주에 제2코일(322)이 권선될 수 있다. 또한 제2자성체 코어(321)는 개구부(232')를 통하여 일측이 제2관절부(23)의 외부로 돌출될 수 있다.
이때, 제2자성체 코어(321)는 회전축(x2)에 대하여 동심이 되도록 제1자성체 코어(311)의 내주에 삽입 배치될 수 있다. 즉, 제2자성체 코어(321)의 돌출된 일측은 제1자성체 코어(311)의 중공부(313)에 삽입될 수 있다. 이를 통해, 제1자성체 코어(311)와 제2자성체 코어(321) 사이의 전자기 커플링 강도가 증가함으로써 무선으로 전력을 전송하는 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 동시에 설치 공간의 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템
110 : 무선전력 송신모듈 111 : 제1자성체 코어
112 : 제1코일 120 : 무선전력 수신모듈
121 : 제2자성체 코어 122 : 제2코일
130 : 홈부 130a : 수용부
140 : 비자성 절연체 211 : 홈부
212,222,225,232 : 개구부 213,226 : 수용부
221 : 돌출부 223,233 : 체결부재
224 : 제1단부 231 : 제2단부

Claims (16)

  1. 제1자성체 코어 및 제1코일을 포함하며, 고정된 제1연결부에 구비되고 상기 제1연결부의 전원을 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력을 송출하는 무선전력 송신모듈;
    제2자성체 코어 및 제2코일을 포함하며, 상기 제1연결부에 회전가능하게 연결되는 제2연결부에 구비되어 상기 송출된 무선 전력을 수신하여 상기 제2연결부에 전력을 공급하는 무선전력 수신모듈; 및
    상기 무선전력 수신모듈과 무선전력 송신모듈의 위치를 정렬하기 위한 정렬수단;을 포함하고,
    상기 제1자성체 코어 및 상기 제2자성체 코어는 상기 제2연결부의 회전축 상에 일직선으로 배치되며,
    상기 제1연결부는 냉장고 본체의 하부에 구비된 도어용 힌지이고, 상기 무선전력 송신모듈은 상기 도어용 힌지에 매립되며, 상기 냉장고 본체의 전원을 이용하여 상기 자기장을 발생시키고,
    상기 제2연결부는 냉장고 도어이고, 상기 무선전력 수신모듈은 상기 냉장고 도어에 매립되며, 상기 송출된 무선전력을 수신하여 상기 냉장고 도어에 전력을 공급하고,
    상기 도어용 힌지는 상기 제1자성체 코어가 삽입되는 중공부를 포함하며,
    상기 정렬수단은 상기 중공부의 하면에 구비된 홈부 및 상기 냉장고 도어에서 상기 홈부와 일직선상에 구비되는 수용부를 포함하는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1자성체 코어의 일측은 상기 홈부에 삽입되고,
    상기 제2자성체 코어는 상기 수용부에 삽입되는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도어용 힌지의 중공부에는 비자성 절연체가 구비되는 회전형 연결부용 무선전력 전송 시스템.
  5. 삭제
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