KR20160116126A - 전자파 인체영향 저감을 위한 플러그형 무선전력 전송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전파에 의한 인체영향이 적은 플러그를 이용한 무선전력 방식을 제공하는 것이 목적이이다. 일반적으로 50, 60 Hz의 전기를 사용하는 기기의 경우, 전력선회로와 전기장비 사이에 플러그를 이용하여 전기에너지를 공급할 수 있도록 구현하므로 인해, 금속으로 이루어진 도선을 직접 연결하여 구현하므로 인해, 기존 플러그는 도선이 외부로 노출되어 사람의 손이나 혹은 피부에 접촉하는 경우 전류가 몸에 흐르게 되어 감전되는 문제점을 피할 수가 없으며, 물과 같은 유체에 플러그가 노출되는 경우, 누전이 발생되어 감전의 위험이 더욱 커지는 문제점을 피할 수가 없다. 또한 기존 무선전력전송기술의 경우 송신소자와 수신소자를 공간에 노출을 통해 전력이 전송되기 때문에, 주변에서 발생되는 전기장 혹은 자기장에 의해 인체에 영향을 주는 문제점을 피할 수가 없어 전송전력이 제한될 수 밖에 없는 문제점을 갖는다.

Description

전자파 인체영향 저감을 위한 플러그형 무선전력 전송방법{Transmission Method for Wireless Power with Plug to reduce Bio-Effect from EM}

본 발명은 전파에 의한 인체영향이 적은 플러그를 이용한 무선전력 방식을 제공하는 것이 목적이다.

일반적으로 50, 60 Hz의 전기를 사용하는 기기의 경우, 전력선회로와 전기장비 사이에 플러그를 이용하여 전기에너지를 공급할 수 있도록 구현하므로 인해, 금속으로 이루어진 도선을 직접 연결하여 구현하므로 인해, 제1도처럼 기존 플러그는 도선이 외부로 노출되는 문제점을 피할 수가 없다. 노출된 도선은 사람의 손이나 혹은 피부에 접촉하는 경우 전류가 몸에 흐르게 되어 감전되는 문제점을 피할 수가 없으며, 물과 같은 유체에 플러그가 노출되는 경우, 누전이 발생되어 감전의 위험이 더욱 커지는 문제점을 피할 수가 없다. 또한 야외에 플러그를 설치하는 경우, 비나 눈이 오면 누전에 의한 감전사고가 발생되는 문제점을 피하기가 어렵다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술이 무선전력전송기술이다. 그러나 기존 무선전력전송기술의 경우 송신소자와 수신소자를 공간에 노출을 통해 전력이 전송되기 때문에, 주변에서 발생되는 전기장 혹은 자기장에 의해 인체에 영향을 주는 문제점을 피할 수가 없어 전송전력이 제한될 수 밖에 없는 문제점을 갖는다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 무선전력전송기술을 플러그형으로 제작하고 주변에 전기장과 자기장의 발생을 최소화 할 수 있는 차폐와 케이블링 기술을 활용한 전송방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 도전체로 구성된 비공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 수신체, 도전체로 구성되는 공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 송신체를 각각 제작하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

또는, 도전체로 구성된 공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 수신체, 도전체로 구성되는 비공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 송신체를 각각 제작하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

공신체를 일면이 터진 도전체로 구성된 함체 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

함체와 수신체 모두를 수신체가 삽입할 수 있는 공간을 제외하고 모두 비유전체로 밀봉하여 설치하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

급전용 케이블을 실린더형으로 제작되는 외부도체 내부에 적어도 두 개 이상으로 구성되는 케이블을 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

급전용 케이블을 적어도 2개 이상의 동축케이블로 활용하되 동축케이블의 내심을 공진체와 평형으로 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

송신체를 수신체로, 수신체를 송신체로 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

송신체 및 수신체가 루프급전 방식의 공진체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

송신체는 공진체와 격리된 루프를 통해 간접적으로 급전하는 루프급전 방식의 공진체 그리고 루프로 구성되는 수신체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

송신체는 공진체에 직접 급전하는 직법급전 방식의 공진체 구조를 갖고 루프로 구성되는 수신체 구조를 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

송신체 및 수신체가 루프급전 방식의 공진체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 충전장치를 사용하는 기기.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 전기를 사용하는 기기.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 에너지를 사용하는 기기.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 익스텐션.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 자동차 충전 기기.

RF 전송용 플러그의 특징을 적용한 욕실에 설치하는 디스플레이 장치.

도선이 외부에 직접 노출되지 않아, 손과 같은 피부에 접이 되지 않아 전도전류에 의한 감전을 방지할 수 있었고, 또한 전기장과 자기장을 차폐를 통해 인체가 노출되지 않도록 하였으며, 케이블링 기술을 제안하여 외피에 흐르는 전류를 최소화 할 수 있는 방법을 제시하였다. 이로서 외피에 설치된 비도전체가 파손되어도 감전의 위험을 최소화하므로서, 공원, 주차장, 도로변, 농로 등에서 전기에너지를 안전하게 전송할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 되었다. 또한 물속에서도 쉽게 전기에너지 전송이 가능한 플러그 제공이 가능하게 되므로 인해, 수중로봇은 물론 논에 설치되는 양수기, 전기자동차, 전기모터, 전기자전거 등에 고전력의 전기에너지를 안전하게 전송할 수 있을 것으로 기대된다.

제1도 기존 전기에너지를 유선으로 전송하기 위한 플러그 (가) 수신체, (나) 송신체 구조.
제2도 기존 비복사 공진형 무선전송기술 (가) 송신체 및 (나) 수신체 구조.
제3도 기존 비복사 공진형 무선전력 전송소자 및 수신소자 주변의 자기장 분포.
제4도 기존 비복사 공진형 무선전력기술을 활용하여 제작하는 경우 플러그 구조 (가) 플러그를 결합하였을 때의 구조, (나) 플러그를 분리하였을 때의 구조.
제5도 제4도로 구성되는 경우 동축케이블 주변 자기장 세기.
제6도 본 발명에 의한 이중전송선로를 활용한 밀형 RF에너지 전송용 플러그 구조 (가) 송신체, (나) 수신체.
제7도 제6도로 구성되는 경우 이중케이블 주변 전기장세기.
제8도 본 발명에 의한 이중동축케이블을 활용한 밀폐형 RF에너지 전송용 비대칭 무선전송 플러그 구조 (가) 송신체, (나) 수신체.
제9도 본 발명에 의한 송신체 및 수신체가 간단한 밀폐형 RF에너지 전송용 플러그 다른 구조 실 예 (가) 송신체, (나) 연결체, (다) 송신체.
제10도 본 발명에 의한 직접 급전법을 활용한 밀폐형 RF에너지 전송용 플러그 구조 실 예 (가) 수신체, (나) 송신체.
제11도 제10도로 구성되는 경우 송수신체의 S파라미터 특성.
제12도 본 발명에 의한 익스텐션 적용 실시 일 예.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 전파에 의한 인체영향이 적은 플러그를 이용한 무선전력 방식을 제공하는 것이 목적이이다. 일반적으로 50, 60 Hz의 전기를 사용하는 기기의 경우, 전력선회로와 전기장비 사이에 플러그를 이용하여 전기에너지를 공급할 수 있도록 구현하므로 인해, 금속으로 이루어진 도선을 직접 연결하여 구현하므로 인해, 기존 플러그는 도선이 외부로 노출되어 사람의 손이나 혹은 피부에 접촉하는 경우 전류가 몸에 흐르게 되어 감전되는 문제점을 피할 수가 없으며, 물과 같은 유체에 플러그가 노출되는 경우, 누전이 발생되어 감전의 위험이 더욱 커지는 문제점을 피할 수가 없다. 또한 기존 무선전력전송기술의 경우 송신소자와 수신소자를 공간에 노출을 통해 전력이 전송되기 때문에, 주변에서 발생되는 전기장 혹은 자기장에 의해 인체에 영향을 주는 문제점을 피할 수가 없어 전송전력이 제한될 수 밖에 없는 문제점을 갖는다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 공진체와 비공진체로 이루어진 무선전력전송 기술을 활용하여 플러그 주변의 전기장 및 자기장으로부터 인체안전성 보장과 누전에 대한 문제점을 제거한 기술을 제공할 수 있었다.

이로서 외피에 설치된 비도전체가 파손되어도 감전의 위험을 최소화하므로서, 공원, 주차장, 도로변, 농로 등에서 전기에너지를 안전하게 전송할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 되었다. 또한 물속에서도 쉽게 전기에너지 전송이 가능한 플러그 제공이 가능하게 되므로 인해, 수중로봇은 물론 논에 설치되는 양수기, 전기자동차, 전기모터, 전기자전거 등에 고전력의 전기에너지를 안전하게 전송할 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명을 설명하기 위한 그림은 아래와 같다.

제1도는 기존 전기에너지를 유선으로 전송하기 위한 플러그 (가) 수신체, (나) 송신체 구조를 나타내고 있으며,

제2도는 기존 비복사 공진형 무선전송기술 (가) 송신체 및 (나) 수신체 구조를 나타내고 있으며,

제3도는 기존 비복사 공진형 무선전력 전송소자 및 수신소자 주변의 자기장 분포를 나타내고 있으며,

제4도는 기존 비복사 공진형 무선전력기술을 활용하여 제작하는 경우 플러그 구조 (가) 플러그를 결합하였을 때의 구조, (나) 플러그를 분리하였을 때의 구조를 나타내고 있으며,

제5도는 "제4도"로 구성되는 경우 동축케이블 주변 자기장 세기를 나타내고 있으며,

제6도는 본 발명에 의한 이중전송선로를 활용한 밀형 RF에너지 전송용 플러그 구조 (가) 송신체, (나) 수신체를 나타내고 있으며,

제7도는 “제6도”로 구성되는 경우 이중케이블 주변 전기장세기를 나타내고 있으며,

제8도는 본 발명에 의한 이중동축케이블을 활용한 밀폐형 RF에너지 전송용 비대칭 무선전송 플러그 구조 (가) 송신체, (나) 수신체를 나타내고 있으며,

제9도는 본 발명에 의한 송신체 및 수신체가 간단한 밀폐형 RF에너지 전송용 플러그 다른 구조 실 예 (가) 송신체, (나) 연결체, (다) 송신체를 나타내고 있으며,

제10도는 본 발명에 의한 직접 급전법을 활용한 밀폐형 RF에너지 전송용 플러그 구조 실 예 (가) 수신체, (나) 송신체를 나타내고 있으며,

제11도는 “제10도”로 구성되는 경우 송수신체의 S파라미터 특성를 나타내고 있으며,

제12도는 본 발명에 의한 익스텐션 적용 실시 일 예를 나타내고 있다.

또한 본 발명에서 사용되는 기호를 살펴보면 아래와 같다.

(1) 극소복사 공진체, (2) 급전루프,

(3) 동축케이블, (4) 유전체,

(5) 유전체로 코팅된 도전함체, (6) 비공진체,

(7) 차폐판, (8) 이중전송선로,

(9) 이중동축케이블, (10A) 제1개구,

(10B) 제2개구, (11) 직접급전 지점을 나타낸다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 직접 외부에 노출되는 도선에 의한 접촉없이 전기에너지를 전송하는 방법이 적용되어야 한다. 이러한 방법을 제공할 수 있는 것이 제2도처럼 2개의 극소복사 공진체로 구성하여 구현이 전기 및 무선전력에 대한 상식이 있다면 누구나 쉽게 가능할 것으로 사료된다. 기존 비복사 공진체를 이용한 무선전력전송은 극소복사 공진체(1), 급전루프(2), 급전루프에 연결되는 동축케이블(3)로 동축케이블은 내부도체(3A), 외부도체(3B), 절연체로 구성된 외피(3C)으로 송수신체가 구성되어 있다.

이러한 기술에서 단지 공진체와 급전루프를 모두 절연체를 이용하여 감싸면 위험요소를 제거할 수 있을 것이다.

그러나 제3도처럼 이러한 구성을 한다고 하여도 공진체 주변에는 매우 높은 자기장과 전기장이 분포되는 문제점을 피할 수가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제4도처럼 유전체로 코팅처리된 혹은 유전체로 감싼 함체를 사용하고 공진체를 내부에 설치한다면 공진체 주변의 전기장을 제5도처럼 매우 낮게 만들 수 있다.

이러한 방법을 통해 플러그 구조 구조를 만들어 갈 수 있지만, 제5도처럼 동축케이블 급전지점에서 전기장의 세기기 매우 높게 발생하는 문제점을 갖고 있으며, 송수신체 모두 극소복사 공진체를 지니고 있어, 수신체가 매우 큰 문제점을 갖고 있음을 알 수가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 제6도와 같이 절연특성을 갖는 유전체내에 비공진체(6)와 개구면에서 발생되는 전자파를 방지하기 위해 설치되는 차폐체(7)에 외부도체(8B)내부에 내부도체가(8A) 두 개로 구성되고 외부도체를 절연체로 감싸는 외피(8C)로 구성된 이중전송선로(8)로 제작하여 문제점을 해결할 수 있다. 차폐체(7)는 외부도체와 전기적으로 연구되고, 내부도체는 차폐체와 분리되어 비공진체(6)과 루프타입으로 연결되어 있다. 이러한 루프는 턴수가 적어도 1번 이상 감겨져 있다. 송신체는 공진체와 루프급전소자가 설치하는 구조를 갖추도록 하였다. 이러한 구조를 갖는다면 제7도에서처럼 이중전송선로 주변에 전기장의 세기를 매우 낮추게 되어 인체안전성을 확보하고 있음을 볼 수가 있다.

제8도에서는 차폐체(7)로부터 발생되는 누설 전기장 및 자기장은 차폐체를 안쪽으로 굽어 설치(7A)한다면 보다 차폐가 가능하도록 하였으며, 이중 동축케이블 즉 2개의 동축케이블이 외부도체가 연결된 구조를 통해 구현해도 동일한 특성을 얻을 수 있다. 2개의 동축케이블의 외부도체가 서로 분리되는 구조를 갖추어도 된다.

제9도에서는 본 발명에 의한 동시에 송신체 및 수신체를 간단한 구조를 갖추는 밀폐형 플러그의 구조를 나타내고 있다. 송신체와 수신체 모두 매우 ?緞? 작게 제작이 가능하도록 비공진체로 이루어져 있다. 이러한 구조를 갖는 경우는 유전체로 코팅된 차폐함체로 이루어진 연결체가 필요하다. 연결체는 중심에 공진체(5)를 유전체 내부에 설치하고 이들 위아래로 송신체와 수신체가 들어갈 수 있는 제1개구(10A) , 제2개구(10B)를 설치하는 구조로 제작이 가능하다. 이들의 개구 입구는 동일한 방향으로 설치도 가능하다.

제10도에서는 본 발명에 의한 공진체에 직접 급전(11)하는 방법을 통해 구현된 일 예를 나타내고 있다. 이러한 구조는 보다 얇은 구조의 플러그 제작이 가능하다. 제11도에서는 이러한 구조로 제작되는 경우 S파라미터를 나타내고 있다. 결과처럼 매우 임피던스 정합이 잘 이루어져 있음을 알 수 있다. 공진체 크기에 비해 비공진체의 크기가 작아도 임피던스 정합이 잘 이루어짐을 확인할 수 있었다.

재12도에는 본 발명에 의한 익스템션을 적용한 예를 나타내고 있다. 수신체와 송신체를 서로 이중전송선로를 통해 연결하여 제작한 일 예를 보여주고 있다. 이러한 플러그의 경우는 충전자치를 사용하는 기기, 전기를 사용하는 기기, 에너지를 사용하는 기기, 자동차 충전기기, 특히 물기가 많은 욕실에 설치하는 디스플레이 장치 등에 활용한다면 감전의 위험을 방지할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

1. 도전체로 구성된 비공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 수신체, 도전체로 구성되는 공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 송신체를 각각 제작하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
2. 도전체로 구성된 공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 수신체, 도전체로 구성되는 비공진체를 비도전체로 밀봉하는 구조적인 특징을 갖는 송신체를 각각 제작하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   공신체를 일면이 터진 도전체로 구성된 함체 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
4. 제3항에 있어서,
   함체와 수신체 모두를 수신체가 삽입할 수 있는 공간을 제외하고 모두 비유전체로 밀봉하여 설치하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   급전용 케이블을 실린더형으로 제작되는 외부도체 내부에 적어도 두 개 이상으로 구성되는 케이블을 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   급전용 케이블을 적어도 2개 이상의 동축케이블로 활용하되 동축케이블의 내심을 공진체와 평형으로 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   송신체를 수신체로, 수신체를 송신체로 사용하는 것을 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   송신체 및 수신체가 루프급전 방식의 공진체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   송신체는 공진체와 격리된 루프를 통해 간접적으로 급전하는 루프급전 방식의 공진체 그리고 루프로 구성되는 수신체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
   
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신체는 공진체에 직접 급전하는 직법급전 방식의 공진체 구조를 갖고 루프로 구성되는 수신체 구조를 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
    
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신체 및 수신체가 루프급전 방식의 공진체 구조를 갖는 것으로 특징으로 하는 RF 전송용 플러그.
    
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 충전장치를 사용하는 기기.
    
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 전기를 사용하는 기기.
    
14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 에너지를 사용하는 기기.
    
15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 익스텐션.
    
16. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 자동차 충전 기기.
    
17. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 특징을 적용한 욕실에 설치하는 디스플레이 장치.
    

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