KR20200042704A - 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템 - Google Patents
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Abstract
무접점 전력공급 및 데이터통신 장치 및 이를 이용하는 시스템이 개시된다. 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 모터에 의하여 회전하는 회전부, 회전부와 일정거리 이격되며 외부 전력을 공급받고 고정되어 작동하는 고정부가 한 쌍으로 이루어지고, 회전부와 고정부는, 중공링 형태의 내부 관통홀이 형성된 페라이트 코어와, 페라이트 코어를 중앙에서 고정하며 제어 기능을 수행하는 제어기판, 및 제어기판의 중심부에 위치하는 광통신 모듈로 각각 구성되며, 이러한 구성에 의해 고정부에 공급되는 전력을 전자기 유도하여 회전부로 전력을 공급하며, 회전부와 고정부가 적외선 등을 이용한 광통신 모듈에 의한 데이터 통신을 수행한다.
Description
본 발명은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전하는 회전부와 고정되어 있는 고정부를 구비한 기계장치에 결합하여, 무접점 방식으로 고정부 측의 전력을 회전부 측으로 공급하고, 회전부 측과 고정부 측 간에 데이터 송수신을 수행할 수 있는 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 모터나 전동기의 전력 공급 시스템 등에서 일반적으로 유접점 회로를 채용한 유접점 전력 전송 장치가 채용되고 있다. 유접점 전력 전송 장치는 비교적 단순하고 저렴한 장점을 가지고 있으나 유선으로 연결되므로 회전 구조나 회전 구동 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.
또 다른 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 회전하는 모터와 같은 회전구동유닛(부하측)과 이에 결합되는 전원측 고정유닛을 무전전력 방식으로 배치하면서 부하측과 전원측 간에 무접점 방식으로 데이터를 송수신할 수 있도록 이루어진 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 회전체와 고정체 간의 전원을 안정되게 공급하기 위한 수단을 제공할 뿐만 아니라 회전체와 고정체 간에 데이터 통신 환경을 제공할 수 있는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치 및 이를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템 또는 응용장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 모터에 의하여 회전하는 회전부, 및 상기 회전부와 일정거리 이격되며 외부 전력을 공급받고 고정되어 작동하는 고정부가 한 쌍으로 이루어지고, 상기 고정부에 공급되는 전력을 자기유도 방식으로 상기 회전부로 유도하여 전력을 공급하며, 상기 회전부에 설치된 제1 광통신 모듈과 상기 고정부에 고정된 제2 광통신 모듈을 통해 무선 방식으로 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
일실시예에서, 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 상기 고정부와 상기 회전부는 중공부를 각각 구비하며 일단면들이 서로 마주하는 한 쌍의 페라이트들을 구비하고, 거기서 상기 제1 및 제2 광통신 모듈들은 상기 중공부를 통해 무선 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 모터에 의하여 회전하는 회전부, 및 상기 회전부와 마주하며 이격 배치되는 고정부가 한 쌍으로 이루어진 기계기구부; 상기 회전부에 배치되는 제1 인쇄회로기판; 상기 제1 인쇄회로기판 상에서 상기 회전부의 일면 중앙부에 배치되는 제1 페라이트 코어; 상기 제1 페라이트 코어의 일단면에 평행하게 상기 제1 페라이트 코어에 감기고 그 양단부가 상기 제1 인쇄회로기판의 전원 입력 단자에 연결되는 제1 코일; 상기 제1 인쇄회로기판 상에 배치되고 상기 제1 페라이트 코어의 중공부에 노출되는 제1 광통신유닛; 상기 고정부에 배치되고 외부 전력을 공급받는 제2 인쇄회로기판; 상기 제2 인쇄회로기판 상에서 상기 제1 페라이트 코어와 마주하여 배치되는 제2 페라이트 코어; 상기 제1 페라이트 코어의 일단면과 마주하는 상기 제2 페라이트 코어의 일단면에 평행하게 상기 제2 페라이트 코어에 감기고 그 양단부가 상기 제2 인쇄회로기판의 전원 출력 단자에 연결되는 제2 코일; 및 상기 제1 페라이트 코어의 중공부와 직선 파이프 중공부 형태로 연장 배치되는 상기 제2 페라이트 코어의 중공부에 노출되고 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되는 제2 광통신유닛을 포함한다.
일실시예에서, 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 상기 제1 페라이트 코어와 상기 제1 코일 사이에 배치되는 제1 권선틀(coil former); 및 상기 제2 페라이트 코어와 상기 제2 코일 사이에 배치되는 제2 권선틀을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는, 모터에 의하여 회전하는 회전부, 상기 회전부와 일정거리 이격되며 외부 전력을 공급받고 고정되어 작동하는 고정부가 한 쌍으로 이루어지고, 상기 회전부와 상기 고정부는 중공링 형태의 내부 관통홀이 형성된 페라이트 코어(Ferrite Core)와 상기 페라이트 코어를 중앙에서 고정하며 제어 기능을 수행하는 제어기판 및 상기 제어기판의 중심부에 위치하는 광통신 모듈로 각각 구성되어짐으로서, 상기 고정부에 공급되는 전력을 전자기 유도하여 상기 회전부로 전력을 공급하며, 상기 회전부와 상기 고정부가 상기 광통신 모듈에 의한 데이터 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
일실시예에서, 상기 회전부와 상기 고정부는 상기 페라이트 코어(Ferrite Core) 내측 링공간에 삽입되어 구비되는 권선틀(Coil Former) 및 상기 권선틀(Coil Former)의 외측으로 권선되는 코일(Coil)을 각각 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 회전부의 광통신 모듈과 상기 고정부의 광통신 모듈은 상기 회전부 페라이트 코어에 형성된 관통홀 및 상기 고정부 페라이트 코어에 형성된 관통홀의 중심부를 통하여 쌍방향으로 데이터 통신을 수행할 수 있다.
일실시예에서, 상기 회전부의 광통신 모듈 및 상기 고정부의 광통신 모듈은 광신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서로 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 회전구동유닛을 구비한 시스템은, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치; 및 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 회전부에 결합하는 회전구동유닛을 포함한다.
상기 시스템은, 레이저 거리 측정기 또는 라이다(LiDAR: light detection and ranging)일 수 있다.
전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치 및 이를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템 또는 응용장치을 사용하는 경우에는, 보다 단순한 구성으로 회전하는 회전체에 전력을 공급할 수 있는 효과와 다양한 구조에도 장착하기에 적합하고 제반 전기장치와의 전기적 결합도 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 광통신 소자를 페라이트 코어에 형성된 관통홀의 중심부에 구비하여 장애물 없이 무선 광통신이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 A-A선에 의한 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 4의 시스템에 채용할 수 있는 라이다(LiDAR: light detection and ranging)의 주요 구성부에 대한 정면도이다.
도 6은 도 5의 라이다의 좌측면도이다.
도 7은 도 5의 라이다의 L-L선에 의한 횡단면도이다.
도 8은 도 5의 라이다의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1의 장치의 A-A선에 의한 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 4의 시스템에 채용할 수 있는 라이다(LiDAR: light detection and ranging)의 주요 구성부에 대한 정면도이다.
도 6은 도 5의 라이다의 좌측면도이다.
도 7은 도 5의 라이다의 L-L선에 의한 횡단면도이다.
도 8은 도 5의 라이다의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 개략적인 정면도이다. 도 2는 도 1의 장치의 횡단면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 장치의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)는, 회전부 및 고정부로 이루어진 기계기구부를 구비하고, 회전부에 배치되는 제1 인쇄회로기판(11), 제1 페라이트 코어(12), 제1 코일(13), 제1 권선틀(coil former, 14) 및 제1 광통신유닛(16)을 구비하고, 고정부에 배치되는 제2 인쇄회로기판(21), 제2 페라이트 코어(22), 제2 코일(23), 제2 권선틀(24) 및 제2 광통신유닛(26)을 구비한다. 회전부는 모터 등의 회전구동유닛에 의해 회전하는 레이저 송수신 모듈의 하우징의 일단부(31)를 포함하고, 상기 일단부(31)에서 제1 인쇄회로기판(11), 제1 페라이트 코어(12), 제1 코일(13), 제1 권선틀(coil former, 14) 및 제1 광통신유닛(16)로 이루어진 수전 및 통신 유닛은 탄성체(32)에 의해 지지 고정될 수 있다.
수전 및 통신 유닛은, 레이저 송수신 모듈의 회전 시에 제1 인쇄회로기판(11), 제1 페라이트 코어(12), 제1 코일(13), 제1 권선틀(coil former, 14) 및 제1 광통신유닛(16)로 이루어진 송전 및 통신 유닛과 정렬 상태를 유지할 수 있다.
전술한 레이저 송수신 모듈은 적어도 2개가 대향 방향으로 배치되거나 4개 이상이 대칭형 또는 방사형으로 배치되는 복수의 레이저 송신 유닛들과 상기 복수의 레이저 송신 유닛들의 일측에 쌍을 이루며 배치되는 복수의 레이저 수신 유닛을 일체로 구비할 수 있다. 레이저 송수신 모듈의 타단부는 모터의 구동축에 직접 혹은 간접 연결되고, 그에 의해 레이저 송수신 모듈은 모터의 회전축의 회전에 따라 회전하며 모터의 회전 속도의 제어에 따라 그 회전 속도가 제어될 수 있다.
전술한 구성에 있어서, 기계기구부의 회전부는 모터 등의 회전구동유닛에 의해 회전하는 부분을 지칭하고, 고정부는 회전부와 마주하며 이격 배치되는 부분을 지칭한다. 제1 인쇄회로기판(11)은 회전부에 배치되고, 제2 인쇄회로기판(21)은 고정부에 배치되며 회전부에 전송할 외부 전력을 공급받도록 설치된다.
제1 페라이트 코어(12)는 제1 코일(13)에 흐르는 유효한 전력 신호는 잘 통과시키고 고주파 성분 등의 무효한 전력 신호는 차단한다. 이와 유사하게, 제2 페라이트 코어(22)는 제2 코일(23)에 흐르는 유효한 전력 신호는 잘 통과시키고 고주파 성분 등의 무효한 전력 신호는 차단한다.
전술한 제1 페라이트 코어(12)는 제1 인쇄회로기판(11) 상에서 회전부의 일면 중앙부에 배치된다. 제1 페라이트 코어(12)는 중공부(12a)를 가진 드럼 형태를 구비할 수 있고, 그 가상의 회전축의 연장 방향은 회전부의 일면 중앙부를 가로질러 배치되고 모터 또는 회전구동유닛의 회전축 상에 위치할 수 있다. 중공부는 내부 관통홀에 대응할 수 있다.
또한, 제2 페라이트 코어(22)는 제2 인쇄회로기판(21)의 일면 상에 배치된다. 제2 페라이트 코어(22)는 제2 인쇄회로기판(21) 상에서 제1 페라이트 코어(12)와 마주하도록 배치된다. 제2 페라이트 코어(22)는 중공부(22a)를 가진 드럼 형태를 구비할 수 있고, 그 가상의 회전축의 연장 방향은 제2 페라이트 코어(22)의 중공부의 중심부를 가로질러 제1 페라이트 코어(12)의 회전축과 이어져 모터 또는 회전구동유닛의 회전축에 일직선 형태로 정렬할 수 있다.
또한, 제2 페라이트 코어(22)는 제2 인쇄회로기판(21)과 마주하는 일단부에서 중심축의 방사상 방향으로 일정 길이만큼 연장하고 제2 페라이트 코어(22)의 본체 외표면과 일정 간격 이격되어 본체 외표면을 이중관 형태로 덮는 커버(22b)를 구비한 구조를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제1 페라이트 코어(12)는 제1 인쇄회로기판(11)과 마주하는 타단부에서 중심축의 방사상 방향으로 일정 길이만큼 연장하고 제1 페라이트 코어(12)의 본체 외표면과 일정 간격 이격되어 본체 외표면을 이중관 형태로 덮는 커버를 구비한 구조를 가질 수 있다.
제1 코일(13)은 제1 페라이트 코어(12)의 일단면에 평행하게 제1 페라이트 코어(12)의 외주면에 감기고 그 양단부가 제1 인쇄회로기판(11)의 전원 입력 단자측에 연결된다. 이와 유사하게, 제2 코일(23)은 제1 페라이트 코어(12)의 일단면과 마주하는 제2 페라이트 코어(22)의 일단면에 평행하게 제2 페라이트 코어(22)의 외주면 상에 감기고 그 양단부가 제2 인쇄회로기판(21)의 전원 출력 단자에 연결된다.
제2 코일(23)과 제1 코일(13)은 기재된 순서대로 송신 코일 및 수신 코일로 지칭될 수 있고, 자기유도 방식에 의해 제2 코일(23)에서 제1 코일(13)로 전력이 무선 전송되도록 동작할 수 있다. 무선 전력은 수 와트(W)일 수 있다. 제1 코일(13)과 제2 코일(23)의 권선량과 제1 및 제2 페라이트 코어들(12, 22) 간의 이격 거리에 따라 전자기 유도량 또는 무선 전력 전송 에너지량이 결정될 수 있다. 권선량을 높이거나 이격거리를 낮추면 전력 전송율이 높아지고 수율이 향상될 수 있다.
제1 권선틀(coil former, 14)은 제1 페라이트 코어(12)와 제1 코일(13) 사이에 배치되고, 제2 권선틀(24)은 제2 페라이트 코어(22)와 제2 코일 사이에 배치된다. 제1 권선틀(14) 및 제2 권선틀(24)은 각 페라이트 코어의 외주면에 코일을 감을 수 있는 오목부 등의 요철부를 형성할 수 있다.
제2 권선틀(24)의 중공부(24a)에는 제2 페라이트 코어(22)가 삽입될 수 있고, 이와 유사하게 제1 권선틀(14)의 중공부에는 제1 페라이트 코어(12)가 삽입될 수 있다.
제1 광통신유닛(16)은 제1 인쇄회로기판(11) 상에 배치되고 제1 페라이트 코어(12)의 중공부에 노출된다. 제2 광통신유닛(26)은 제1 페라이트 코어(12)의 중공부와 직선 파이프 중공부 형태로 연장 배치되는 제2 페라이트 코어(22)의 중공부에 노출되도록 제2 인쇄회로기판(21) 상에 배치된다.
전술한 제1 인쇄회로기판(11)과 제2 인쇄회로기판(21)은 쌍방향 통신을 지원하며, 라이다(LiDAR)에 채용되는 경우, 탑재되는 신호처리모듈 또는 제어모듈에 의해 레이저 송신 유닛(도 5의 51 참조)과 레이저 수신 유닛(도 5의 52 참조)을 제어하도록 구현될 수 있다. 전술한 구성을 위해, 제1 인쇄회로기판(11)과 제2 인쇄회로기판(21)은 제1 및 제2 광통신 모듈들로서 적외선 광통신 소자를 각각 탑재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)는 고정부에서 회전부로 유도되는 전류에 의해 회전부 측의 회전구동유닛에 전력을 제공하거나, 회전부 측의 레이저 등의 구동장치에 전력을 공급할 수 있고, 고정부와 회전부를 구비한 동일한 기계기구부에서 페라이트 코어의 관통홀의 중심부를 이용하는 제1 및 제2 광통신 모듈들을 통해 장애물 없이 무접점 방식 또는 무선 방식으로 광통신을 수행할 수 있다.
첨언하면, 본 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)는 회전체에 전력을 공급할뿐더러 양방향 데이터 통신을 지원하기 위한 장치로서, 도시된 바와 같이 모터에 의하여 회전하는 회전부와 상기 회전부와 분리 고정되어 배치되는 고정부가 쌍으로 이루어진다.
고정부는 회전부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있고, 외부 전력을 공급받는 장치를 포함할 수 있다. 상기의 일정 간격은 자기 유도가 가능한 근접한 거리를 의미한다. 회전부와 고정부는 중공링 형태의 내부 관통홀이 형성된 페라이트 코어(Ferrite Core)와 상기 페라이트 코어를 중앙에서 고정하며 제어 기능을 수행하는 제어기판 및 제어기판의 중심부에 위치하는 광통신 모듈로 각각 구성될 수 있다. 제어기판은 제어모듈 또는 인쇄회로기판으로 지칭될 수 있다.
구체적으로, 제어기판은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB) 상에 여러 개의 전자부품이나 회로소자들을 장착하고, 이들을 배선으로 연결하여 전원공급, 데이터통신, 제어회로 등의 기설정 동작을 수행할 수 있도록 구현될 수 있다.
페라이트 코어는 내측 링공간에 삽입되어 구비되는 권선틀 및 이 권선틀의 외측으로 권선되는 코일을 각각 구비하는 구조로 형성된다. 그리고 페라이트 코어는 제어기판 상의 중앙에서 원통이 수직 방향으로 고정되는 형태로 설치된다.
여기서, 페라이트 코어란 페라이트로 만들어진 자기 철심으로서, 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 이용하여 변압기나 유도자의 심 등으로 사용되는 강자성 소자이다. 본 실시예에서는 내측에 중공홀 또는 관통홀과 같은 공간이 형성되는 링구조의 원통형으로 내부에는 코일이 권선되어 내측 링공간에 삽입될 수 있도록 형성된 페라이트 코어를 사용한다.
본 실시예에서는 설명의 편의상 페라이트 코어를 회전부 페라이트 코어와 고정부 페라이트 코어로 구분하여 지칭할 수 있다. 또한, 제어기판을 회전부 제어기판과 고정부 제어기판으로 구분하여 지칭할 수 있으며, 광통신 모듈도 회전부 광통신 모듈과 고정부 광통신 모듈로 구분하여 각각 지칭할 수 있다.
즉, 회전부 페라이트 코어와 고정부 페라이트 코어는 서로 대칭되는 구조를 갖는다. 이에 따라 코일 권선량 및 회전부 페라이트 코어와 고정부 페라이트 코어의 이격거리에 따라 전자기 유도량의 성능이 좌우될 수 있다. 일례로 코일에 감은 권선량이 증가하고 이격거리가 근접될수록 전자기 유도에 따른 수율이 올라갈 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제어기판의 중심부에 위치하는 광통신 모듈에 의하여 쌍방향으로 데이터 통신을 수행할 수 있다. 회전부 광통신 모듈과 고정부 광통신 모듈은 회전부 페라이트 코어에 형성된 관통홀 및 고정부 페라이트 코어에 형성된 관통홀의 중심부를 통하여 광 전송을 수행하며, 회전부 제어기판 및 고정부 제어기판을 통한 신호처리 프로세스에 의하여 회전부의 부가 장치들을 제어하거나 고정부의 부가 장치와 서로 연동될 수 있다. 회전부 광통신 모듈 및 고정부 광통신 모듈은 광 신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 1의 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다. 도 5는 도 4의 시스템에 채용할 수 있는 라이다(LiDAR: light detection and ranging)의 주요 구성부에 대한 정면도이다. 도 6은 도 5의 라이다의 좌측면도이다. 도 7은 도 5의 라이다의 L-L선에 의한 횡단면도이다. 도 8은 도 5의 라이다의 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 라이다 장치(200)는, 회전구동유닛을 구비한 시스템의 일종으로서, 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100), 레이저 송수신 모듈(50) 및 회전구동유닛(60)을 구비한다. 라이다 장치(200)는 원통 형상의 케이스 일면에 형성되는 레이저 투과창(201)을 통해 레이저광을 송출하고 외부 물체 등에서 반사되어 돌아오는 레이저광을 수신하도록 구성될 수 있다.
무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)는 외부 전력이 인가되는 전원 커넥터(41)과 외부 네트워크와의 연결을 위한 통신 커넥터(42)를 구비할 수 있고, 구현에 따라서 전원과 통신 겸용의 통합 커넥터(41a)를 선택적으로 혹은 추가적으로 구비할 수 있다. 전원 커넥터(41), 통합 커넥터(41a) 및 통신 커넥터(42)는 제2 인쇄회로기판(21)에 실장될 수 있다.
본 실시예에 따른 라이다 장치(200)는 모터에 의해 회전하며 레이저를 발신하고 수신하는 레이저 송수신 모듈(50)을 구비한다. 레이저 송수신 모듈(50)은 일단부에서 볼트 및 너트 등의 체결수단(58)에 의해 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)와 결합할 수 있다.
레이저 송수신 모듈(50)은 간단히 레이저 모듈로 지칭될 수 있다. 레이저 모듈은 복수의 레이저 송신유닛들(51a, 51b)과 복수의 레이저 수신유닛들(52a, 52b)을 구비할 수 있다.
복수의 레이저 송신유닛들(51a, 51b)은, 2개인 경우 회전축과 직교하는 소정 방향에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있고, 3개 이상인 경우 회전축과 직교하는 방사상 방향을 각각 향하도록 균등 배열될 수 있다. 복수의 레이저 수신유닛들(52a, 52b)은, 복수의 레이저 송신유닛들(51a, 51b)과 쌍을 이루도록 각 레이저 송신유닛에 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 라이다 장치(200)는 레이저 모듈에 전원을 공급하기 위하여 전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)를 적용하는 것으로서, 회전하는 레이저 모듈은 회전부 제어기판과, 회전부 제어기판 상에 내부 관통홀이 형성된 회전부 페라이트 코어, 페라이트 코어 내측 링공간에 권선틀이 구비되어 코일이 권선될 수 있는 구조를 취하게 된다.
이와 대칭적으로 레이저 모듈과 일정 거리 이격되어 배치되는 고정부 제어기판은 고정부 페라이트 코어와 권선틀 및 이 권선틀에 권선되는 코일이 구비될 수 있다.
회전구동유닛(60)는 모터를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 회전구동유닛(60)은 볼트 및 너트 등의 체결수단에 의해 레이저 모듈의 타단부에 결합되고, 회전력을 레이저 모듈에 제공하여 레이저 모듈을 회전시킬 수 있다. 거기서, 레이저 모듈의 일단부에 결합하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)의 회전부는 레이저 모듈의 회전과 함께 회전될 수 있다.
전술한 구성을 통해, 라이다 장치(200)는 고정부에 공급되는 전력을 전자기 유도하여 회전부로 전력을 공급하며, 회전부에 유도된 전류에 의해 레이저 모듈의 발신 및 수신 동작에 필요한 전력을 공급하거나 회전부 제어기판이나 모터에 전력을 공급하고, 또한, 회전부 제어기판의 제어 기능을 위한 신호 및 데이터를 전달하거나 모터의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 전달할 수 있다.
또한, 레이저 모듈이 결합하는 회전부 제어기판이나 고정부 제어기판에는 광통신 모듈이 구비되어 회전부 페라이트 코어에 형성된 관통홀 및 고정부 페라이트 코어에 형성된 관통홀의 중심부를 통하여 장애물 없이 광통신을 수행할 수 있다.
그러므로 라이다 장치(200)는 고정부로부터 유도된 전류를 회전부의 레이저 모듈에 공급하여 레이저의 발신 및 수신을 수행하면서 회전부 제어기판과 고정부 제어기판 간의 쌍방향 통신을 지원하여 회전부 제어기판에서 신호처리를 통해 레이저 모듈의 발신 및 수신을 제어하도록 할 수 있다.
이상에서 살핀 바와 같이, 본 실시예에 따른 라이다 장치(200)에 탑재되는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(100)는 고정부에 공급되는 전력을 자기유도 방식으로 회전부에 공급하며, 회전부와 고정부가 광통신 모듈에 의해 신호 및 데이터를 송수신할 수 있는 다양한 구조의 장치, 응용장치 또는 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서 회전구동유닛을 구비한 라이다 장치(200)의 작동 원리를 이미 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 상세 설명을 생략하기로 한다. 다만, 라이다 장치(200)는 거울을 더 구비하고, 여기서 거울은 회전구동유닛에 의해 움직이면서 레이저 송신유닛의 레이저광을 반사하거나, 레이저 수신유닛의 레이저광을 반사하도록 구현될 수 있다. 그 경우, 회전구동유닛은 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치에 의해 공급되는 전력에 의해 동작하여 거울의 반사 각도를 변화시키도록 동작할 수 있다. 또한, 회전구동유닛의 동작은 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치를 통해 수신되는 제어신호에 따라 제어될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하는 회전구동유닛을 구비한 시스템의 외관을 나타낸 예시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 회전구동유닛을 구비한 시스템(200a)은 레이저 거리 측정기로서 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에서 설명한 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치와 레이저 송신기와 레이저 수신기 및 회전구동유닛을 구비한다.
또한, 시스템(200a)는 거울을 구비하고, 거울은 레이저 송신기의 레이저광을 반사하거나, 레이저 수신기의 레이저광을 반사하도록 구현될 수 있다. 거기서, 회전구동유닛은 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치에 의해 공급되는 전력에 의해 동작하여 거울의 반사 각도를 변화시키도록 동작할 수 있다. 또한, 회전구동유닛의 동작은 무접점 전원공급 및 데이터통신 장치를 통해 수신되는 제어신호에 따라 제어될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하는 레이저 거리 측정기를 사용하면, 거울의 움직임을 제어하기 위한 모터의 동작제어와 전원공급을 단일 모듈 형태의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치로 구현할 수 있어, 레이저 거리 측정기의 부피와 무게를 줄이고, 구성을 단순화하여 제조를 용이하게 하며, 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 그 외에도 다양한 변용이 가능함은 당연하다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 양태로 수정 및 변경 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 모터에 의하여 회전하는 회전부, 및 상기 회전부와 일정거리 이격되며 외부 전력을 공급받고 고정되어 작동하는 고정부가 한 쌍으로 이루어지고,
상기 고정부에 공급되는 전력을 자기유도 방식으로 상기 회전부로 유도하여 전력을 공급하며,
상기 회전부에 설치된 제1 광통신 모듈과 상기 고정부에 고정된 제2 광통신 모듈을 통해 무선 방식으로 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 고정부와 상기 회전부는 중공부를 각각 구비하며 일단면들이 서로 마주하는 한 쌍의 페라이트들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 광통신 모듈들은 상기 중공부를 통해 무선 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 모터에 의하여 회전하는 회전부, 및 상기 회전부와 마주하며 이격 배치되는 고정부가 한 쌍으로 이루어진 기계기구부;
상기 회전부에 배치되는 제1 인쇄회로기판;
상기 제1 인쇄회로기판 상에서 상기 회전부의 일면 중앙부에 배치되는 제1 페라이트 코어;
상기 제1 페라이트 코어의 일단면에 평행하게 상기 제1 페라이트 코어에 감기고 그 양단부가 상기 제1 인쇄회로기판의 전원 입력 단자에 연결되는 제1 코일;
상기 제1 인쇄회로기판 상에 배치되고 상기 제1 페라이트 코어의 중공부에 노출되는 제1 광통신유닛;
상기 고정부에 배치되고 외부 전력을 공급받는 제2 인쇄회로기판;
상기 제2 인쇄회로기판 상에서 상기 제1 페라이트 코어와 마주하여 배치되는 제2 페라이트 코어;
상기 제1 페라이트 코어의 일단면과 마주하는 상기 제2 페라이트 코어의 일단면에 평행하게 상기 제2 페라이트 코어에 감기고 그 양단부가 상기 제2 인쇄회로기판의 전원 출력 단자에 연결되는 제2 코일; 및
상기 제1 페라이트 코어의 중공부와 직선 파이프 중공부 형태로 연장 배치되는 상기 제2 페라이트 코어의 중공부에 노출되고 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되는 제2 광통신유닛을 포함하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 페라이트 코어와 상기 제1 코일 사이에 배치되는 제1 권선틀(coil former); 및
상기 제2 페라이트 코어와 상기 제2 코일 사이에 배치되는 제2 권선틀을 더 포함하는, 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 광통신 모듈 및 상기 제2 광통신 모듈은 광신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서를 포함하는, 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 제1 항 또는 제3 항의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치; 및
상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 회전부에 결합하는 회전구동유닛을 포함하는 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 시스템은 레이저 거리 측정기 또는 라이다(LiDAR)인 시스템.
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