KR20180025758A - 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템 - Google Patents

차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 금속 재질의 섀시로 구성되는 차량의 섀시 내면 일측에 장착되며, 상기 섀시의 내면을 따라 흐르도록 표면 전자기파를 발생시키는 송신부; 및 상기 차량의 섀시 내면의 적어도 한 곳에 마련되며, 상기 섀시의 내면을 따라 전달되는 표면 전자기파를 수신하는 수신부;를 포함하되, 상기 송신부가 충전기능 및 통신기능 중 적어도 충전기능을 수행하기 위해서는 상기 송신부는 차량용 배터리와 인접하여 설치되며, 상기 송신부가 통신기능만을 수행하기 위해서는 송신부는 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템을 제공한다.

Description

차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템{Wireless charging and communication system for vehicle}
본 발명은 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 금속 재질의 섀시로 구성되는 차량의 섀시 내면 일측에 장착되며, 상기 섀시의 내면을 따라 흐르도록 표면 전자기파를 발생시키는 송신부; 및 상기 차량의 섀시 내면의 적어도 한 곳에 마련되며, 상기 섀시의 내면을 따라 전달되는 표면 전자기파를 수신하는 수신부;를 포함하되, 상기 송신부가 충전기능 및 통신기능 중 적어도 충전기능을 수행하기 위해서는 상기 송신부는 차량용 배터리와 인접하여 설치되며, 상기 송신부가 통신기능만을 수행하기 위해서는 송신부는 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템을 제공한다.
자동차가 IT 기술과 접목하면서 이제는 더 이상 단순한 기계장치라고 할 수 없으며, 최근 자율주행자동차에까지 이르고 있는 바, 자동차가 일종의 인공지능이라고 해도 과언이 아닐 정도로 자동차가 수많은 전자적 시스템이 조합되고 있다.
그만큼 자동차의 기능이 다양화되고 있는데, 이러한 다양한 기능을 수행하는 각부 구성품은 서로 결선되어 있으며, 구성품의 갯수가 많을수록 결선 구조가 복잡하여 합선의 문제나 단락의 문제가 발생될 수 있다.
또한 결선이 존재하는 경우에는 개별적인 결선의 중량은 무시할 수준이나, 다수의 결선이 조합되어 있는 경우에는 중량이 상당하다고 할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 블랙박스와 같이 블랙박스와 시거잭간의 결선이 필요한 경우 차량의 실내에 결선이 마감되지 못하고 지저분한 상태로 존재하게 되는 문제점도 있다.
이와 같은 결선을 배제하여 차량내 기기간 무선으로 통신을 수행하도록 하는 기술이 개시된 바 있는데, 대한민국 등록특허 1469083호 "차량내 근거리 통신을 통한 기기간 통신 환경 구축 방법 및 장치"에서는 다음과 같은 기술적 내용을 포함하고 있다. 무선 접속 시스템에서 기기간(M2M: Machine to Machine) 통신 환경을 구축 및 지원하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치들을 제공한다. 본 발명의 일 실시예로서 차량 내 기기간 통신 환경을 지원하기 위한 이동단말에 있어서, 상기 이동단말은 근거리 통신 기술을 지원하는 근거리 통신 모듈, 무선 인터넷 기술을 지원하는 무선 인터넷 모듈, 차량 내 기기간 통신 환경을 지원하기 위한 전용앱을 제어하는 제어부 및 메모리를 포함할 수 있다. 이때, 전용앱은 제어부에서 백그라운드로서 동작하며 소정의 조건하에서 근거리 통신 모듈 및 무선 인터넷 모듈 중 적어도 하나를 이용하여 하나 이상의 차량 내 기기들을 검색하고, 소정의 기간 동안 검색한 하나 이상의 차량 내 기기들에 대한 접속 패턴에 대한 정보를 산출하여 메모리에 저장할 수 있다.
그러나, 이를 위해서는 이동단말을 별도로 사용하여야 하며, 특히 이동단말에 해당되는 앱을 탑재하고 앱을 일일이 구동시켜야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 금속으로 전도성을 갖는 차량 새시를 통하여 표면 전자기파를 송신하며, 섀시가 결선을 대신함으로써 결선을 없애고 차량의 전체적인 중량을 경량화하여 차량의 유지를 위해서 투입되는 에너지를 절감하고, 전력이나 신호의 전달을 간이하게 수행하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 별도의 충전이나 근거리 통신을 위한 송신부와 수신부를 제외하고는 별도의 디바이스를 필요로 하지 아니하여 시스템의 단순화를 이루도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 금속 재질의 섀시로 구성되는 차량의 섀시 내면 일측에 장착되며, 상기 섀시의 내면을 따라 흐르도록 표면 전자기파를 발생시키는 송신부; 및 상기 차량의 섀시 내면의 적어도 한 곳에 마련되며, 상기 섀시의 내면을 따라 전달되는 표면 전자기파를 수신하는 수신부;를 포함하되, 상기 송신부가 충전기능 및 통신기능 중 적어도 충전기능을 수행하기 위해서는 상기 송신부는 차량용 배터리와 인접하여 설치되며, 상기 송신부가 통신기능만을 수행하기 위해서는 송신부는 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템을 제공한다.
상기 수신부는 차량용 초음파 센서, 무선통신 가능한 카메라, 잠금장치 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송신부는, 박막형태의 전송매체로서 박막 내부에 복수의 공동이 형성되는 제1층; 상기 제1층의 하부에 형성되며, 차폐기능을 수행하기 위한 유전체인 제2층; 상기 제2층의 하부에 형성되며, 그라운드를 형성하는 도체인 제3층;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공동은 다각형, 곡면형 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 카본 시트, 폴리카보네이트 시트, 카본 섬유 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송신부와 수신부는 서로 동일한 형상 및 크기를 이루는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 금속으로 전도성을 갖는 차량 새시를 통하여 표면 전자기파를 송신하며, 섀시가 결선을 대신함으로써 결선을 없애고 차량의 전체적인 중량을 경량화하여 차량의 유지를 위해서 투입되는 에너지를 절감하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명에 따르면 차량 새시를 통하여 표면 전자기파를 송신하므로, 전력이나 신호의 전달을 간이하고 효율적으로 수행하도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 별도의 충전이나 근거리 통신을 위한 송신부와 수신부를 제외하고는 별도의 디바이스를 필요로하지 아니하여 시스템의 단순화를 이루도록 하는 작용효과가 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 송신부와 수신부간의 표면 전자기파가 전송되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신부 또는 수신부의 계층구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신부 또는 수신부의 단면도이다.
이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 송신부와 수신부간의 표면 전자기파가 전송되는 것을 나타내는 모식도이다.
도시된 바와 같이, 송신부(Tx)와 수신부(Rx) 자체적으로 도파관의 구조를 이루고 있어 전파 및 신호의 전송 및 수신이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템의 모식도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 송신부와 수신부는 무선충전 또는 통신이 가능하다.
이 때, 송신부와 수신부는 서로 이격될 수 있으며, 다만, 금속제인 차량의 섀시(110)가 매개체가 된다. 그러나, 차량의 외부는 비록 얇기는 하나, 절연성 도장이 되어 있기 때문에, 그리고, 차량의 외부에 송신부나 수신부가 설치되는 것은 미관상 좋지 않을 수 있기 때문에 가급적 차량의 섀시(110) 내면에 설치하는 것이 좋다.
다만, 도 2에서는 송신부와 수신부를 개념적으로 표현한 것이므로, 마치 외부에 설치된 것처럼 표시하였다.
송신부(120, 120-1, 120-3)가 무선 충전용 전파를 송신하기 위해서는 송신되는 전력량이 매우 많으므로 전원과 가까이에 위치되는 것이 바람직할 것이다(120-1). 즉, 차량의 전원은 차량용 대용량 배터리이므로 배터리와 가까운 섀시(110) 영역에 설치되는 것이 바람직하다.
그러나, 송신부(120, 120-1, 120-3)가 통신을 수행하기 위해서는 근거리 통신이므로 대용량의 전원을 필요로 하지 않고, 따라서 반드시 차량용 대용량 배터리와 인접한 영역에 설치할 필요는 없으며, 자체적인 소형 배터리를 장착하는 것만으로도 족하다(120-3). 수신부는 예를 들어 차량용 전방 카메라(140-1), 차량용 후방 카메라(140-2), 전후방 감지용 초음파 센서(150-1, 150-2) 등이 될 수 있다. 상기 초음파 센서(150-1, 150-2)는 사람의 귀에 들리지 않을 정도로 높은 주파수의 소리인 초음파가 가지고 있는 특성을 이용한 센서이며, 예를 들어 차량에서는 전방 감지 센서, 후방 감지 센서 등으로 응용되고 있다.
상기 카메라(140-1, 140-2), 초음파 센서(150-1, 150-2) 등에는 송신부(120-1, 120-3)로부터 신호를 수신하기 위한 수신부가 연결되어 있으며, 수신부로부터 제어된다.
한편, 섀시(110) 표면에 전자기파가 흐르므로, 예를 들어 NFC 기능을 갖는 스마트키(170)가 송신부가 되면, 상기 스마트키(170)의 도전성 부분을 섀시(110)에 접촉하는 것만으로도 표면 전자기파의 전달이 가능하므로 스마트키(170)로부터 도어락 개폐용 수신부(130-1, 130-3)를 활성화시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 송신부 또는 수신부의 계층구조를 나타내는 도면이다. 송신부와 수신부의 구조는 대체로 일치하는 것이 바람직하다고 할 것이나, 서로 다르게 구성될 수도 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이 송신부(120, 120-1, 120-3, 이하, 120으로 축약)를 살펴보면, 일 예로서, 박막형태의 전송매체로서 박막 내부에 복수의 공동이 형성되는 제1층(121)과, 상기 제1층(121)의 하부에 형성되며, 차폐기능을 수행하기 위한 유전체인 제2층(123)과, 상기 제2층(123)의 하부에 형성되며, 그라운드를 형성하는 도체인 제3층(125)으로 구성된다.
제1층(121)과 제3층(125)은 도전성 금속으로 대개 이루어진다. 그러나 포괄적으로 도체로 표현하면 되며, 반드시 금속이 아니어도 무관하다.
상기 제1층(121)은 박막형태이며, 내부에 바람직하게는 직사각형의 공동이 형성된다. 다만, 이러한 공동의 형상은 여기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다각형의 형상일수도 곡면형의 형상일수도 있다. 이는 도파관의 형태로 구성된 것인데, 상기 도파관의 형태로 구성한 것은 전력전송을 위한 안테나의 특성을 띄어야 하기 때문이다.
이로써, 제1층(121)은 도파관을 형성한다. 상기 도파관으로 전력이 공급되는 입력선이 연결된다. 도파관은 파장 1m~1mm의 전파를 전파하는, 단면이 동일한 금속관이다. 소재는 구리가 가장 흔하게 사용된다. 단면은 장방형 혹은 원형의 것이 많은데, 고대역 필터의 성질이 있다. 저주파수에서는 보통 2개의 구리선에 의한 전송로가 사용되지만 고주파수가 되면 구리선의 저항이 증가하고 주위 절연물 등의 유전체 손실도 증가하므로 전송 손실이 많아져서 사용할 수 없다. 한편, 도파관은 전파를 가두어 넣고 전송하므로 주위의 도체에 전기가 직접 흐르지 않기 때문에 저항 손실이 적다. 또 관의 외부는 보통 속이 비어 있고 대개 공기로 채워져 있을 뿐이므로 유전체 손실도 적다.
공동은 별도의 물질이 채워져있지 아니하며, 하부의 제2층(123)에 의하여 일면이 폐쇄되면 단순한 홈이라고 할 수 있다.
제2층(123)은 전자기파의 차폐를 위하여 마련되는 것으로서 유전물질로 이루어진다. 본 발명에서는 제2층(123)으로 카본시트를 사용하였으나, PC, 카본섬유 등이 사용될 수도 있다.
제3층(125)은 그라운드의 역할을 한다.
상기 제1층(121) 내지 제3층(125)은 제1층(121)으로부터 제3층(125) 방향으로 PTFE 커넥터(160)가 연결된다. 상기 PTFE 커넥터(160)는 그 내부로부터 단부 외측에 이르기까지 은 클래드(161)(silver clad)가 관통형성되며, 통전의 역할을 수행한다. 상기 PTFE 커넥터(160)를 통하여 신호, 전력 등을 전송할 수 있다. 상기 커넥터와 전원간에는 도시되지는 않았으나, 주파수 변환기가 더 연결되어 전송에 적합한 전력으로 전환한다.
한편, 순차적으로 적층구조를 이루는 제1층(121)부터 제3층(125)은 각 층이 동일한 디멘젼(예를 들어 사각형인 경우 가로 길이, 세로 길이, 두께 / 원형인 경우 지름, 두께)을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 표면 전자기파가 요철부상에서 전반사를 형성하는 경우 전자기파의 손실을 최소화하면서 전자기파를 전송할 수 있다.
표면 전자기파와 상기 도체 표면 형상의 상호 작용으로 인하여 표면파가 발생하여 상기 표면 전자기파가 상기 도체의 표면을 따라서 흐르게 된다. 즉, 표면 전자기파 소스(Evanescent EM wave source)인 상기 송신부(120)(110)에서 발생한 표면 전자기파는 일정한 주기에 따라서 형성된 융기부와 함몰부에서 전반사를 일으키며 흐르게 된다.
한편, 상기 제2층(123)은 카본 시트, 폴리카보네이트 시트, 카본 섬유 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들어 카본 시트는 유전체 층을 이루어 표면 전자기파가 누출되지 않도록 차폐하는 역할을 수행한다.
그리고, 상기 송신부(120)와 수신부는 서로 동일한 형상 및 크기를 이루는 것이 바람직하다. 즉, 상기 송신부(120)와 수신부는 동일한 계층구조를 갖는다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 섀시
120, 120-1, 120-3 : 송신부 121 : 제1층
123 : 제2층 125 : 제3층
130-1, 130-3 : 도어락 개폐용 수신부 140-1 : 전방 카메라
140-2 : 후방 카메라 150-1 : 전방 초음파 센서
150-2 : 후방 초음파 센서 160 : PTFE 커넥터
161 : 은 클래드 170 : 스마트키

Claims (6)

  1. 금속 재질의 섀시로 구성되는 차량의 섀시 내면 일측에 장착되며, 상기 섀시의 내면을 따라 흐르도록 표면 전자기파를 발생시키는 송신부; 및
    상기 차량의 섀시 내면의 적어도 한 곳에 마련되며, 상기 섀시의 내면을 따라 전달되는 표면 전자기파를 수신하는 수신부;를 포함하되,
    상기 송신부가 충전기능 및 통신기능 중 적어도 충전기능을 수행하기 위해서는 상기 송신부는 차량용 배터리와 인접하여 설치되며,
    상기 송신부가 통신기능만을 수행하기 위해서는 송신부는 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 차량용 초음파 센서, 무선통신 가능한 카메라, 잠금장치, NFC 디바이스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는
    박막형태의 전송매체로서 박막 내부에 복수의 공동이 형성되는 제1층;
    상기 제1층의 하부에 형성되며, 차폐기능을 수행하기 위한 유전체인 제2층;
    상기 제2층의 하부에 형성되며, 그라운드를 형성하는 도체인 제3층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공동은 다각형, 곡면형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2층은 카본 시트, 폴리카보네이트 시트, 카본 섬유 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신부와 수신부는 서로 동일한 형상 및 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템.
KR1020160112867A 2016-09-01 2016-09-01 차량용 무선 전력전송 및 통신 시스템 KR20180025758A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200018103A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 엘지전자 주식회사 무선전력 송수신장치 및 이를 구비하는 영상표시장치

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KR20200018103A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 엘지전자 주식회사 무선전력 송수신장치 및 이를 구비하는 영상표시장치

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