KR102636715B1 - 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템 - Google Patents

무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본체 하우징의 하부 결합체에 의해 지지되면서 상부 결합체를 중앙에서 연결하여 고정하는 메인샤프트, 상기 메인샤프트를 중심으로 회전부를 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 모터, 상기 메인샤프트의 외주면으로 결속되어 고정된 송신부코어와 상기 송신부코어와 이격되는 상단에서 회전하는 수신부코어로 이루어져 전자기 유도에 의해 전력을 공급하고 수신하는 무선 전력부 및 상기 메인샤프트를 중심으로 상부의 회전하는 회전기판에 구비되는 회전통신소자와 하부에서 고정된 고정기판에 구비되는 고정통신소자가 일정거리 이격되어 광 신호를 송수신하는 광 통신부를 포함하여 이루어지는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 적용하여 이루어지는 회전구동 라이다 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

Description

무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템{NON-CONTACT POWER SUPPLY AND DATA COMMUNICATION DEVICE AND ROTARY DRIVING LIDAR SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무접점 방식으로 고정부의 전력을 회전부로 공급하고, 회전부와 고정부 간에 광통신 기반 데이터 송수신을 수행하는 기계장치를 제공하며, 이에 결합하여 3차원 이미지를 획득하는 라이다 시스템에 적용할 수 있는 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 모터나 전동기의 전력 공급 시스템 등에서 유접점 회로를 채용한 전력 전송 장치가 채용되고 있다. 유접점 전력 전송 장치는 비교적 단순하고 저렴한 장점을 가지고 있으나 유선으로 연결되므로 회전 구조나 회전구동 유닛을 포함하는 기계장치에는 사용하기가 쉽지 않다.
이를 해결하기 위하여, 다른 종래 기술에서는 로터리 조인트, 로터리 커넥터 등으로도 불리는 전기/기계적 부품인 슬립링(Slipring)을 상용한다. 슬립링(Slipring)은 회전하는 물체에 전원 또는 전기 신호를 공급하기 위하여 사용되는 장치로서 전원을 인가받아 동작되는 장치가 회전되는 물체의 내부에 구비될 경우 이를 연결하는 전선에 꼬임이 발생되어 회전동작이 불가능해지는 것을 해소하여 전선의 꼬임 없이 전력을 전달할 수 있는 일종의 회전형 커넥터이다.
그러나 슬립링과 같은 무접점 전력 전송 장치는, 단순한 전원을 공급하는 목적으로 많이 사용되며, 흑연 타입의 저가형 슬립링이 주를 이루고 있다. 그런데, 흑연 타입의 슬립링은 불량 및 유지보수의 어려움과 미세 신호 종류의 증가가 발생하는 문제와, 복잡한 구조, 높은 비용 및 높은 기술 요구 사항을 요구하는 단점이 있다.
이에 따른 종래 기술로, 국내 등록특허공보 제10-1671352호(2016. 10.26.)에는 광신호 전달수단이 구비된 3축 슬립링이 공지되어 있다. 이 종래 기술은 압력과 전력 및 광신호가 하나의 슬립링으로 공급될 수 있도록 압력을 전달하는 압력전달부와 전력을 전달하는 전력전달부와 광신호를 전달하는 광신호전달부가 하나의 구성으로 형성된 3축 무접점 슬립링 모터를 개시한다.
하지만, 상기 종래 기술의 무접점 슬립링 모터는, 회전자부와, 회로기판부, 커넥터부 및 슬립링유닛을 포함하는 복잡한 구조를 가지며, 무선 광통신을 제공하는 것이 아닌 관통공 내의 광케이블을 통한 광신호를 전달하도록 구성된다. 따라서 상기의 종래 기술은 광신호 전달을 위한 관통공을 구비해야 하므로 제조가 어렵고, 내구성, 신뢰성 및 재현성을 확보하기가 쉽지 않은 문제가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 메인샤프트인 고정된 축을 중심으로 회전부를 결합하여 구성함으로써, 회전유닛 장치들의 떨림을 해소하면서 무접점 동력 전달 방식(Non Contact Power Supply)으로 전원을 안정되게 공급하기 위한 전자기유도 수단 및 광 기반 데이터통신 환경을 제공하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 회전하는 기판과 고정된 기판에 장착된 광 통신 모듈의 송수신에 있어서, 회전기판과 고정기판 사이에 광 확산판을 구성하여 송수신 소자의 위치에 상관없이 상호 통신이 가능하도록 하는 구조를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하여 회전부에 장착되는 레이저 송수신 모듈에 무접점 동력 전달 방식으로 전력을 공급하여 동작시키며, 광 통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하는 회전구동 라이다 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 상부 결합체와 하부 결합체로 구성되는 본체 하우징, 상기 하부 결합체에 의해 지지되면서 상부 결합체를 중앙에서 연결하여 고정하는 메인샤프트, 상기 메인샤프트를 중심으로 회전부를 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 모터, 상기 메인샤프트의 외주면으로 결속되어 고정된 송신부코어와 상기 송신부코어와 이격되는 상단에서 회전하는 수신부코어로 이루어져 전자기 유도에 의해 전력을 공급하고 수신하는 무선 전력부 및 상기 메인샤프트를 중심으로 회전하는 회전기판의 하면에 배치되는 회전통신소자와 고정된 고정기판의 상면으로 배치되는 고정통신소자가 일정거리 이격되어 광 신호를 송수신하는 광 통신부를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 메인샤프트는 제어기판으로부터 인입되는 신호 및 전력연결선을 내부로 연결하기 위해 중심부가 관통되어 일정 반경의 통로를 이루는 관통홀을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 모터는 메인샤프트를 중심으로 고정자(Stator)인 모터고정부가 위치하고 상기 모터고정부의 외측으로 회전자(Rotor)로 형성되는 모터회전부가 위치하는 아우터로터(Outer Rotor)형 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC) 모터일 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 무선 전력부의 송신부코어와 수신부코어는 서로 대칭구조로서 내면의 공간으로 일정량의 코일이 감겨진 권선 형태로 형성되는 수신부권선 및 송신부권선을 포함하여 이루어지고, 상기 송신부권선은 메인샤프트의 관통홀을 통해 인입되는 전력연결선과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 무선 전력부의 수신부코어 및 상기 광 통신부의 회전기판은 모터회전부의 회전력을 전달하기 위한 회전지지부재와 결합할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 회전지지부재는 메인샤프트의 외주면을 따라 적어도 한곳 이상에 구비된 베어링과 접촉되면서 회전할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 광 통신부는 원형의 고정기판 및 회전기판의 사이에, 광 확산 부재로 이루어져 송수신하는 광원의 빛을 산란 및 확산작용을 통해 균등하게 전파시키는 기능을 제공하는 원형의 광 확산판을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 회전통신소자는 가시광 다이오드(LED)로 이루어진 복수개의 가시광 송신모듈 및 적외선 수신센서로 이루어진 한 개의 IR 수신모듈을 포함하여 구성되며, 상기 고정통신소자는 적외선 레이저 다이오드(LD)로 이루어진 적어도 하나 이상의 IR 송신모듈 및 가시광선 수신센서로 이루어진 한 개의 가시광 수신모듈을 포함하여 구성되는 특징이 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 구비하는 회전구동 라이다 시스템은 상부 결합체와 하부 결합체로 구성되는 본체 하우징, 상기 하부 결합체에 의해 지지되면서 상부 결합체를 중앙에서 연결하여 고정하는 메인샤프트, 상기 메인샤프트를 중심으로 회전부를 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 모터, 상기 메인샤프트의 외주면으로 결속되어 고정된 송신부코어와 상기 송신부코어와 이격되는 상단에서 회전하는 수신부코어로 이루어져 전자기 유도에 의해 전력을 공급하고 수신하는 무선 전력부, 상기 메인샤프트를 중심으로 상부의 회전하는 회전기판에 구비되는 회전통신소자와 하부에서 고정된 고정기판에 구비되는 고정통신소자가 일정거리 이격되어 광 신호를 송수신하는 광 통신부 및 상기 메인샤프트를 중심으로 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하면서, 레이저 광을 발신하는 레이저 송신유닛과 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수신하기 위한 레이저 수신유닛들로 이루어진 레이저 송수신 모듈을 더 포함하여, 상기 레이저 송수신 모듈이 상기 무선 전력부의 수신부권선과 회로적으로 연결되어 상기 수신부권선으로 유도된 전력을 공급받아 레이저 송수신 동작을 수행하고 상기 광 통신부를 통해 신호 또는 데이터를 송수신하여 사물의 거리 및 형상을 파악하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 단순한 구성으로 고정부로부터 회전하는 회전부에 전력을 공급하여 동작시킬 수 있을 뿐만 아니라, 광 통신 모듈을 통하여 고정부와 회전부 간의 신호 또는 데이터를 송수신하게 함으로써, 다양한 응용장치 또는 시스템에 효과적으로 변형 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 메인샤프트인 고정된 축을 중심으로 회전부를 결합하여 구성함으로써, 회전유닛 장치들의 떨림을 해소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광 통신 모듈의 송수신에 있어서, 회전기판과 고정기판 사이에 광 확산판을 구성하여 송수신 소자의 위치에 상관없이 상호 통신이 가능하면서 통신의 효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 광 통신부는 적외선으로만 양방향 통신을 하는 것이 아닌 적외선(IR) 또는 가시광(Visible) 파장 영역을 선택적 또는 포괄적으로 적용할 수 있도록 구현함으로서, 서로 다른 파장대로 인한 통신 혼선을 예방하며 효과적인 양방향 광 통신을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에서의 무선전력부를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에서 광 통신부를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 광 통신부에서 가시광 송신모듈과 대응하는 가시광 수신모듈을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 광 통신부에서 IR 송신모듈과 대응하는 IR 수신모듈을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템의 주요 구성부에 대한 정면도이다.
도 7은 도 6에 따라 구성된 회전구동 라이다 시스템의 결합 구조를 나타내는 예시도이다.
도 8은 도 6에 의해 결합된 회전구동 라이다 시스템의 내부 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 도 8의 동작 상태를 보여주는 외관 사시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 개략적인 정면도이고, 도 2는 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에서의 무선전력부를 확대하여 나타낸 예시도이며, 도 3은 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에서의 광 통신부를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 3에서와 같이 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는, 하우징의 내부에서 구동 모터에 의하여 회전하면서 작동하는 회전부 및 상기 회전부로 전력을 공급하고 이를 제어하기 위해 고정되어 작동하는 고정부로 구분된다. 그리고 상기 회전부와 고정부의 각각에서 결합되는 전자장치 및 기계기구부를 구비하여 이루어질 수 있다.
이에 본 명세서상에서 회전부는 회전체 또는 회전유닛과 대응하고, 고정부는 고정체 또는 고정유닛과 같은 용어로 같게 대응할 수 있다.
상기 고정부는 하우징(10) 본체의 상부 결합체(11)와 하부 결합체(12)를 중앙에서 세로로 연결하는 메인샤프트(Main-Shaft)(20)에 의하여 지지되면서 연결된다. 이때 상기 상부 결합체(11)와 하부 결합체(12)는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)의 상단 커버와 하단 커버에 대응될 수 있다.
즉 상기 메인샤프트(20)는 하부 결합체(12)의 중앙부에 장착 지지되면서 상부 결합체(11)의 중앙으로 연결되는 고정축으로서, 모터(300)의 외주 회전을 지탱하기 위해 모터(300)의 중심축이 연장되는 구조라 할 수 있다.
또한, 상기 메인샤프트(20)는 제어기판(70)으로부터 인입되는 신호 및 전력연결선(50)을 내부로 연결하기 위해 중심부가 관통되어 일정 반경의 중공을 이루는 관통홀(40)을 형성한다. 즉 상기 관통홀(40)은 하부 결합체(12)의 제어기판(70)에서 공급되는 전력을 공급하기 위한 전력연결선(50)과 광 통신부(200)를 통한 데이터 송수신을 위한 신호라인(50)이 인입되도록 하는 내부 통로라 할 수 있다.
이에 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 메인샤프트(20)를 중심축으로 하는 회전부를 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 모터(300)가 제어기판(70) 위로 배치되고, 상기 모터(300)의 회전 동력으로 회전하는 회전부가 메인샤프트(20)의 외주면에 위치하는 베어링(30)을 통해 회전하도록 위치되며, 구동 모터(300)의 상측으로 광 신호 송수신을 위한 광 통신부(200)가 위치하고, 메인샤프트(20)를 축으로 하여 가장 상측으로는 전력연결선(50)의 전력을 공급받으면서 회전부에 전원을 공급하기 위한 무선 전력부(100)가 위치하여 결합되는 구조를 갖는다.
본 발명의 상기 제어기판(70)은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 하단에 위치하는 하부 결합체(12)에 결합되어 외부 전력을 공급받고, 모터(300)의 회전 속도를 제어하거나, 회전부의 전자장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하며, 회전부에서 생성되는 데이터를 광 통신부(200)를 통해 수신하여 처리하기 위한 데이터 처리 수단을 구비할 수 있다.
즉 상기 제어기판(70)은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치를 포함할 수 있고, 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등을 통해 외부 장치와 통신하여 신호 혹은 데이터를 전송할 수 있는 통신모듈이 장착되어 이루어질 수 있다.
이에 상기 제어기판(70)에는 외부 전력이 인가되는 전원 커넥터와 외부 네트워크와의 연결을 위한 통신 커넥터를 구비할 수 있고, 구현에 따라서 전원과 통신 겸용의 통합 커넥터를 선택적으로 혹은 추가적으로 구비할 수 있다.
본 발명의 상기 구동 모터(300)는 고정자, 즉 스테이터(Stator)가 메인샤프트(20)를 중심으로 외곽에 형성되는 모터고정부(310)와 회전력을 내는 부분으로 회전자(Rotor)가 모터고정부(310)의 외측으로 형성되는 모터회전부(320)로 이루어진 아우터로터(Outer Rotor)형 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC) 모터이다. 즉 본 발명은 아우터로터형 모터의 구조를 적용함으로써 모터 외주면의 회전력에 의해 회전부가 회전하는 장치를 구현하도록 형성되는 것임을 알 수 있다.
또한, 상기 회전부로 이루어지는 광 통신부(200)의 회전기판(210), 무선 전력부(100)의 전력수신을 위한 수신부코어(110) 및 특정 목적의 기능을 위해 장착되는 회전유닛은 회전력을 전달받기 위한 회전지지부재(60)와 결합될 수 있다. 이에 상기 회전지지부재(60)는 모터회전부(320)와 결속되며 모터의 회전력을 회전부의 구성 유닛에 전달하도록 하는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 회전지지부재(60)는 회전에 의한 마찰의 감소 및 에너지 손실이나 발열을 줄여 원활히 회전하도록 메인샤프트(20)의 외주면을 따라 적어도 한곳 이상에 구비된 베어링(30)과 접촉되면서 회전하도록 이루어진다.
상기 무선 전력부(100)는 도 2에서와 같이 메인샤프트(20)의 외주면으로 결속되어 이루어진 송신부코어(120)와, 상기 송신부코어(120)와 이격되는 상단에서 회전지지부재(60)에 의하여 결속되어 메인샤프트(20)의 외주면을 회전하면서 상기 송신부코어(130)로 부터의 무접점 방식의 전송 전력을 수신하여 레이저 송수신 모듈과 같은 회전유닛으로 전력을 공급하는 수신부코어(110)로 이루어진다.
상기 수신부 코어(110) 및 송신부코어(120)는 서로 대칭구조로서 내면의 공간으로 일정량의 코일이 감겨진 권선 형태로 형성되는 수신부권선(Coil)(111) 및 송신부권선(121)을 포함하여 이루어진다.
즉 수신부 코어(110) 및 송신부코어(120)는 내측 공간에 삽입되어진 상기 수신부권선(111) 및 송신부권선(121)을 지지하는 권선틀로서, 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 이용하여 변압기나 유도자의 심 등으로 사용되는 강자성 소자의 페라이트 코어라 할 수 있으며, 서로 일정 거리 이격되어 배치되는 상기 송신부권선(121) 및 수신부권선(111)은 일정 코일 직경 및 일정 턴수로 감겨진 송신 코일 및 수신 코일로 지칭될 수 있다.
이때 상기 송신부권선(121)은 관통홀(40)을 통해 인입되는 전력연결선(50)과 연결되어, 고정된 채로 제어기판(70)에서 전달되는 전력을 공급받아 전자기장을 형성하는 기능을 하게 된다. 이에 따라 송신부권선(121)의 전자기장에 의한 전자기 유도를 통하여 생성되는 유도 기전력이 회전하는 상기 수신부권선(111)으로 무접점 전력 전송 방식(Non Contact Power Supply)에 의해 전력아 유도될 수 있다.
상기 수신부권선(111)으로 전력 전달을 위한 전원 입력 단자와 연결되어 장착된 회전유닛으로 유도된 전력을 공급하게 된다. 이에 따라 회전부에서 구동하는 회전유닛은 수신부권선(111)에 의해 전자기 유도에 의한 전력을 공급받으면서 동작할 수 있는 것이다.
이에 따른 본 발명은 상기 회전부에 레이저를 송출하고 수신하는 레이저 송수신 모듈(400)과 같은 특정 구동유닛을 연결함으로써 무접점으로 공급되는 전력으로 이를 동작시킬 수 있게 된다.
일반적으로 송신부권선(121) 및 수신부권선(111)에 감겨지는 권선량의 확장과 수신부 코어(110) 및 송신부코어(120)의 이격 거리에 따라 전자기 유도량 및 무선 전송 에너지량이 결정될 수 있으므로, 권선량을 많이 하거나, 이격 거리를 가깝게 하면 전력 전송율이 높아지고 수율이 향상될 수 있다.
도 3은 광 통신부(200)의 구조를 보여주기 위한 예시도로서, 도 3의 (a)는 광 통신부(200)가 모터회전부(320)의 외주면으로 연장되는 회전지지부재(60)에 결속되는 상태를 보여주는 예시도이고, 도 3의 (b)는 메인샤프트(20)에 결속되는 광 통신부를 보여주는 사시도이다.
이에 본 발명의 광 통신부(200)는 도시와 같이 일정거리 이격된 하부의 고정기판(230) 및 상부의 회전기판(210)이 하나의 쌍으로 대응할 수 있도록 이루어진다.
상기 광 통신부(200)는 상기 회전기판(210)의 하면에 위치하여 하부 방향으로 통신하는 회전통신소자(211)와 상기 고정기판(230)의 상면에 배치되어 상부 방향으로 통신하는 고정통신소자(231)를 구비하며. 또한, 상기 고정기판(230)과 회전기판(210)의 사이에서 광의 확산을 통해 통신 효율을 향상시키기 위한 광 확산판(220)을 추가로 구비한다.
상기 회전기판(210)은 회전지지부재(60)에 의해 결속되어 회전하는 원형의 회로기판(printed circuit board, PCB)으로서, 이때, 회전기판(210)의 하면에 배치되는 회전통신소자(211)는 레이저 송수신 모듈과 같은 회전유닛에서 발생하는 다량의 데이터 신호를 전송하기 위하여 가시광 다이오드(LED)로 이루어진 복수개의 가시광 송신모듈(212) 및 적외선 수신센서(IR 센서)로 이루어진 한 개의 IR 수신모듈(213)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 고정기판(230)은 모터고정부(310)의 상측으로 볼트와 너트 또는 이외의 체결수단으로 결합되어 상기 회전기판(210)과 대응하도록 메인샤프트(20)의 둘레를 따라 고정된 회로기판이라 할 수 있다. 이때, 고정기판(230)의 상면에 위치하는 고정통신소자(231)는 적외선 레이저 다이오드(LD)로 이루어진 적어도 하나 이상의 IR 송신모듈(232) 및 고정기판(230)에서 송신되는 제어 신호를 수신하기 위한 가시광선 수신센서로 이루어진 한 개의 가시광 수신모듈(233)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때 상기 가시광 송신모듈(212) 및 IR 송신모듈(232)은 적어도 3개 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 광 통신부(200)에서 3개의 가시광 송신모듈(212)과 대응하는 고정기판(230)의 가시광 수신모듈(233)을 나타내는 예시도이고, 도 5는 도 3의 광 통신부(200)에서 고정기판(230)에 배치된 3개의 IR 송신모듈(232)과 대응하는 회전기판(210)의 IR 수신모듈(213)의 배치를 나타내는 예시도이다.
즉 도 4 및 도 5에서와 같이 회전통신소자(211)로서의 가시광 송신모듈(212) 및 고정통신소자(231)로서의 IR 송신모듈(232)는 상기 회전기판(210)과 고정기판(230)에서 120도의 각도를 이루는 동일 간격으로 3개가 배치되어 구비될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 광 통신부(200)는 회전유닛에서 발생하는 다량의 데이터 신호를 효과적으로 전송하기 위해서 회전기판(210)의 가시광 송신모듈(212) 3개가 동시에 동작되어 많은 양의 데이터를 동시에 전송하여 고정기판(230)의 가시광 수신모듈(233)에서 수신될 수 있도록 하며, 역으로 제어기판(70)에서 회전 유닛을 제어하기 위한 명령어 위주로 전송되는 제어 신호는 3개의 IR 송신모듈(232)에 의하여 전송되어 회전기판(210)의 IR 수신모듈(213)에 의해 수신될 수 있는 구조를 갖다.
또한, 상기 광 확산판(220)은 고정기판(230)과 회전기판(210)의 사이에서 고정되도록 구비되는 것으로서, 상측의 회전기판(210)이 회전하게 되면, 양측의 광 송수신 소자의 위치가 서로 불일치하게 되어 광 송수신이 불가능하거나 효율이 떨어질 수 있는데, 이러한 문제점을 해소하기 위해 점광원 혹은 선광원의 빛을 산란 및 확산작용을 통해 균등하게 전파시키는 기능을 제공한다. 이에 상기 광 확산판(220)은 핫스팟이 없는 면광원으로 변환시킬 수 있도록 광을 회절하거나 확산할 수 있도록 하는 필름 형태 또는 시트 형태의 광 확산 부재를 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템의 주요 구성부에 대한 정면도이며, 도 7은 도 6에 따라 구성된 회전구동 라이다 시스템의 결합 구조를 나타내는 예시도이고, 도 8은 도 6에 의해 결합된 회전구동 라이다 시스템의 내부 예시도이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 도 8의 동작 상태를 보여주는 외관 사시도이다.
도 6에서와 같이 본 발명은 앞서 상술된 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)의 회전부에 적어도 하나 이상의 레이저 송수신 모듈(400)을 결합하여 회전구동하는 라이다 시스템(LiDAR: light detection and ranging)(2)을 구성할 수 있다.
도시와 같이 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 채용하는 회전구동 라이다 시스템(2)은 상부 결합체(11)와 하부 결합체(12)가 상하로 결합되어 이루어지는 원통 형상의 본체 하우징을 갖는 모양으로 이루어질 수 있다. 상기 상부 결합체(11)와 하부 결합체(12)는 라이다 시스템(2)의 상/하부 케이스의 역할을 할 수 있다.
또한, 회전구동 라이다 시스템(2)은 회전하는 레이저 송수신 모듈(Laser Module)(400)에 의한 레이저 광이 외부로 송출되고 외부 물체 등에서 반사되어 돌아오는 레이저광의 수신이 용이하도록 광투과성 소재로 이루어진 레이저 투과창(Window) 기능의 외측 케이스(430)로 보호될 수 있다.
그리고 상기 상부 결합체(11)에는 라이다 시스템(2)의 내측에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 용이하게 하도록 열전도율이 우수한 방열구조를 갖는 히트싱크(Heat sink) 형상의 방열판을 더 구비하여 이루어질 수 있다.
이에 상기 레이저 송수신 모듈(400)은 광 통신부(200)의 회전기판(210) 상으로 위치하고, 메인샤프트(20)를 중심축으로 하여 결합되어진다.
이에 상기 레이저 송수신 모듈(400)은 무선 전력부(100)의 수신부권선(111)과 회로적으로 연결되어, 상기 수신부권선(111)으로 유도된 전력에 의해 레이저 송수신 동작을 가능하게 할 수 있으며, 모터(300)의 회전 속도의 제어에 따라 그 회전 속도가 제어되면서 동작하게 된다.
이에 본 실시예에 따른 레이저 송수신 모듈(400)은 회전 동작에 맞추어서, 레이저 광을 발신하는 레이저 송신유닛과 이에 상응하여 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수신하기 위한 레이저 수신유닛들로 이루어질 수 있다. 도시에서는 본 발명의 레이저 송수신 모듈(400)이 레이저 송신렌즈(410)로 나타나는 레이저 송신유닛이 중앙으로 배치되고, 쌍으로 구비되는 레이저 수신렌즈(420)로 이루어진 레이저 송신유닛으로 구성되고 있으나, 레이저 송수신 모듈에 관한 구체적 구성은 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하는 라이다 시스템(2)은 회전기판(210)의 하면으로 위치하는 회전통신소자(211)와 고정기판(230)의 상면으로 위치하는 고정통신소자(231)를 통해 장애물 없이 광 신호를 쌍방향으로 송수신할 수 있으며, 고정통신소자(231)로 수신된 레이저 송수신 모듈(400)의 영상 신호 및 데이터를 제어기판(70)의 제어 수단을 통하여 신호처리를 수행할 수 있다. 이는 상기 레이저 송수신 모듈로부터 발사된 레이저 광이 목표물에 반사되어 수신된 광 신호를 제어기판의 신호처리에 의하여 사물의 거리 및 형상을 파악하는 것을 의미한다.
또한, 본 실시예에 따른 회전구동 라이다 시스템(2)은 회전부에 결합되는 레이저 송수신 모듈(400)에 무선 전력부(100)를 통한 무접점 방식으로 전력을 공급함으로서, 상기 레이저 송수신 모듈(400)이 회전하면서도 효과적인 작동을 수행할 수 있다.
이상에서 살핀 바와 같이, 본 일실시예에 따른 회전구동 라이다 시스템(2)은 모터에 의해 회전하는 레이저 송수신 모듈이 360도 회전하면서 레이저를 송수신 가능하도록 하는 라이다 광학 장치에 전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 적용하여 이루어진 시스템이라 할 수 있다.
또한, 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는, 레이저 거리 측정기 또는 라이다(LiDAR) 장치에 적용할 수 있음은 상술된 라이다 시스템의 실시예를 통하여 확인할 수가 있고, 회전부에 결합되는 회전구동유닛이 작동하는 다양한 시스템에 적용될 수 있으며, 그밖에도 다양한 구조의 장치, 응용장치 또는 시스템에 효과적으로 변형 적용될 수 있음은 당연하다. 즉 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 로봇, 선박, 헬기, 드론 등에서도 무접점 전력공급 및 데이터통신 기능을 적용할 수 있으며, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정 장치에도 제한 없이 적용될 수 있음은 자명하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
1: 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치
2: 회전구동 라이다 시스템
10: 하우징 11: 상부 결합체와
12: 하부 결합체 20: 메인샤프트
30: 베어링 40: 관통홀
50: 전력연결선 60: 회전지지부재
70: 제어기판 100: 무선 전력부
110: 수신부코어 111: 수신부권선
120: 송신부코어 121: 송신부권선
200: 광 통신부 210: 회전기판
211: 회전통신소자 212: 가시광 송신모듈
213: IR 수신모듈 220: 광 확산판
230: 고정기판 231: 고정통신소자
232: IR 송신모듈 233: 가시광 수신모듈
300: 모터 310: 모터고정부
320: 모터회전부 400: 레이저 송수신 모듈
410: 송신렌즈 420: 수신렌즈
430: 외측케이스

Claims (9)

  1. 상부 결합체와 하부 결합체로 구성되는 본체 하우징,
    상기 하부 결합체에 의해 지지되면서 상부 결합체를 중앙에서 연결하여 고정하는 메인샤프트,
    상기 메인샤프트를 중심으로 회전부를 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 모터,
    상기 메인샤프트의 외주면으로 결속되어 고정된 송신부코어와 상기 송신부코어와 이격되는 상단에서 회전하는 수신부코어로 이루어져 전자기 유도에 의해 전력을 공급하고 수신하는 무선 전력부 및
    상기 메인샤프트를 중심으로 회전하는 회전기판의 하면에 배치되는 회전통신소자와 고정된 고정기판의 상면으로 배치되는 고정통신소자가 일정거리 이격되어 광 신호를 송수신하는 광 통신부를 포함하고,
    상기 광 통신부는 원형의 고정기판 및 회전기판의 사이에, 광 확산 부재로 이루어져 송수신하는 광원의 빛을 산란 및 확산작용을 통해 균등하게 전파시키는 기능을 제공하는 원형의 광 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인샤프트는 제어기판으로부터 인입되는 신호 및 전력연결선을 내부로 연결하기 위해 중심부가 관통되어 일정 반경의 통로를 이루는 관통홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터는 메인샤프트를 중심으로 고정자(Stator)인 모터고정부가 위치하고 상기 모터고정부의 외측으로 회전자(Rotor)로 형성되는 모터회전부가 위치하는 아우터로터(Outer Rotor)형 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC) 모터인 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선 전력부의 송신부코어와 수신부코어는 서로 대칭구조로서 내면의 공간으로 일정량의 코일이 감겨진 권선 형태로 형성되는 수신부권선 및 송신부권선을 포함하여 이루어지고,
    상기 송신부권선은 메인샤프트의 관통홀을 통해 인입되는 전력연결선과 연결되는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선 전력부의 수신부코어 및 상기 광 통신부의 회전기판은 모터회전부의 회전력을 전달하기 위한 회전지지부재와 결합하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회전지지부재는 메인샤프트의 외주면을 따라 적어도 한곳 이상에 구비된 베어링과 접촉되면서 회전하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전통신소자는 가시광 다이오드로 이루어진 복수개의 가시광 송신모듈 및 적외선 수신센서로 이루어진 한 개의 IR 수신모듈을 포함하여 구성되며,
    상기 고정통신소자는 적외선 다이오드로 이루어진 적어도 하나 이상의 IR 송신모듈 및 가시광선 수신센서로 이루어진 한 개의 가시광 수신모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치.
  9. 삭제
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