KR20210123189A - 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전자(rotor)로 동작하는 모터회전부와 고정자(stator)로 동작하는 모터고정부를 갖는 모터가 구비되고, 상기 모터회전부와 결합되어 회전하면서 작동하는 회전유닛 및 상기 모터고정부와 결합되어 외부 전력을 공급받아 작동하는 고정유닛으로 이루어지며, 상기 고정유닛으로 공급되는 외부 전력이 전자기유도 방식으로 유도되어 상기 회전유닛으로 무접점 전력 전달 방식으로 공급하도록 동작하면서, 상기 회전유닛과 고정유닛의 사이에 구비되는 무선통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 적용하여 이루어지는 회전구동 라이다 시스템을 개시하는 것이다.
Description
본 발명은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전하는 회전부와 고정되어 있는 고정부를 구비하는 기계장치에 결합하여, 무접점 방식으로 고정부 측의 전력을 회전부 측으로 공급하고, 회전부 측과 고정부 측 간에 무선 데이터 송수신을 수행할 수 있도록 하는 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 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 회전유닛과 고정유닛 간에 무접점 동력 전달 방식(Non Contact Power Supply)으로 전원을 안정되게 공급하기 위한 전자기유도 수단 및 회전유닛과 고정유닛 간의 데이터 통신 환경을 제공하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모터의 외각부로 무접점 전력공급을 위한 송신부코어와 수신부코어를 형성시키는 무선전력 전달 구조를 제공함으로써, 송신부코어와 수신부코어 내측으로 코일 직경 및 턴수를 자유롭게 조정할 수 있어 회전유닛으로 공급하는 전송전력을 증대할 수 있는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 회전하는 모터의 중앙부에 형성되는 관통홀을 통하여 회전유닛과 고정유닛간에 장애물 없이 무선통신이 가능하도록 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 이용하여 회전유닛에 장착되는 레이저 송수신모듈에 무접점 동력 전달 방식으로 전력을 공급하여 동작시키며, 통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하도록 하는 회전구동 라이다 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 회전자(rotor)로 동작하는 모터회전부와 고정자(stator)로 동작하는 모터고정부를 갖는 모터가 구비되고, 상기 모터회전부와 결합되어 회전하면서 작동하는 회전유닛 및 상기 모터고정부와 결합되어 외부 전력을 공급받아 작동하는 고정유닛으로 이루어지며, 상기 고정유닛으로 공급되는 외부 전력이 전자기유도 방식으로 유도되어 상기 회전유닛으로 무접점 전력 전달 방식으로 공급하도록 동작하면서, 상기 회전유닛과 고정유닛의 사이에 구비되는 무선통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 모터는 중앙부를 관통하는 일정 반경의 관통홀이 형성되어지고, 상기 모터회전부가 가운데로 위치하고, 모터고정부가 회전자의 외각으로 배치되어 구성되는 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC) 모터인 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 회전유닛은 모터회전부의 상측에서 결합되어 회전하는 회전기판을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 회전유닛은 상기 회전기판의 하부로 결합되면서 상기 모터의 외주면을 감싸는 형태로 이루어진 수신부코어 및 상기 수신부코어의 내측으로 감겨진 권선 형태의 수신부권선(Coil)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 고정유닛은 모터를 고정시켜 장착하여 지지하면서 외부전력을 공급받아 상기 모터를 동작시키고 상기 회전유닛을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 고정기판을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 고정유닛은 모터고정부의 외곽의 일단을 감싸는 형태로 결합된 송신부코어 및 상기 송신부코어의 외측에 감겨서 형성되는 송신부권선(Coil)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 송신부코어 및 수신부코어는 일정 거리 이격되어 서로 대칭 구조로 이루어지며, 상기 송신부권선(Coil) 및 수신부권선(Coil)을 지지하기 위한 수단을 구비하는 페라이트 코어(Ferrite Core)인 특징이 있다.
또한, 본 발명은 상기 송신부코어 및 수신부코어의 이격 거리의 조절에 따라 상기 송신부권선(Coil) 및 수신부권선(Coil)에 감겨지는 코일 직경 및 턴수를 조정할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 무선통신 모듈은 상기 회전기판의 하부 중앙에서 모터의 관통홀을 향하는 방향으로 위치하는 제1 통신모듈과 상기 관통홀의 꼭대기 부분에서 제1 통신모듈과 근접하게 위치하는 제2 통신모듈이 한 쌍으로 이루어지고, 상기제1 통신모듈과 제2 통신모듈이 상기 관통홀을 통해 신호 또는 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1 통신모듈 및 상기 제2 통신모듈은 광신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서 방식의 광통신 모듈 또는 RF(Radio Frequency)를 기반으로 하는 저 전력 통신 모듈 중의 어느 하나를 한 쌍으로 이용하여 상호 통신하게 하는 근거리 무선통신 모듈인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제2 통신모듈은 하부의 고정기판에서 고정되며 관통홀의 내측으로 연장되어 제2 통신모듈이 제1 통신모듈에 근접하게 위치할 수 있도록 받치는 기능의 지지고정부에 의하여 지지되는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 제2 통신모듈은 하부의 고정기판으로부터 관통홀의 내측으로 연장되어 전원 및 신호 전달을 위한 와이어(wire) 또는 광섬유(Optical fiber) 중의 어느 하나 이상으로 이루어진 신호연결선과 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 구비하는 라이다 시스템은 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 모터에 의하여 회전하는 회전기판 상에 적어도 하나 이상의 레이저 송수신모듈이 결합되고, 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 외곽으로 등간격으로 배치되는 하나 이상의 카메라 모듈을 구비하여, 상기 레이저 송수신모듈이 외부 전력을 공급받아 작동하는 고정기판으로부터 전자기유도 방식으로 전력을 공급받아 동작하면서, 상기 회전기판과 고정기판 간에는 구비되는 무선통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하고, 상기 레이저 송수신모듈로부터 반사되어 수신된 레이저 신호와 상기 카메라 모듈의 영상을 매핑(Mapping)하여 사물의 거리 및 형상을 파악하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 라이다 시스템은 회전하는 레이저 송수신모듈의 보호덮개로서 원통형의 상부케이스와 고정유닛을 지지하는 하부케이스가 상하로 결합되는 원통형의 하우징으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 상부케이스는 내측에서 발생되는 열을 외부로 방출하도록 히트싱크(Heat sink) 형상의 방열판으로 이루어지는 상부커버로 씌워지는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 카메라 모듈은 적어도 하나 이상이 등간격으로 배치되게 구비되고, 상기 하부케이스의 측면을 따라 상기 카메라 모듈이 배치되는 위치에 따라 개구부가 형성하여 이루어지는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 카메라 모듈은 상부에서 회전하며 동작하는 레이저 송수신 모듈에서 발신되는 레이저 광의 순차적인 회전 동작에 맞추어서, 발신되는 레이저 광과 동일 방향으로 순차적으로 작동하여 촬영하도록 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 레이저 송수신모듈은 하나가 상기 회전기판의 상부 일측에 배치되거나, 상기 레이저 송수신모듈 2개가 상기 회전기판의 소정 방향에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치되거나, 또는 상기 레이저 송수신모듈 3개가 상기 회전기판 상에서 방사상 방향을 향하도록 균등 배열될 수 있는 특징이 있다.
전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치는 보다 단순한 구성으로 고정유닛으로부터 회전하는 회전구동유닛에 전력을 공급하여 동작시킬 수 있을 뿐만 아니라, 무선통신 모듈을 통하여 고정유닛과 회전하는 회전구동유닛간의 신호 또는 데이터를 송수신하도록 함으로써, 다양한 응용장치 또는 시스템에 효과적으로 변형 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 모터의 외주면으로 확장이 용이한 구조로 수신부코어와 송신부코어를 형성시킴으로서, 코일 직경 및 턴수를 자유롭게 조정할 수 있어 무접점 전력공급에 따른 전송전력(electric power)을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 통신 모듈이 모터의 중앙부 관통홀을 통하여 매우 근접하게 위치시키도록 지지구조물을 적용함으로써, 회전하는 회전유닛과 고정유닛 간에 무선통신효율을 증대시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템의 외관을 나타내는 예시도이다.
도 3은 도 2의 회전구동 라이다 시스템에 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용되어 이루어진 주요 구성부에 대한 정면도이다.
도 4는 회전구동 라이다 시스템의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2의 측면도이다.
도 6은 도 5의 D-D선에 의한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템의 외관을 나타내는 예시도이다.
도 3은 도 2의 회전구동 라이다 시스템에 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용되어 이루어진 주요 구성부에 대한 정면도이다.
도 4는 회전구동 라이다 시스템의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2의 측면도이다.
도 6은 도 5의 D-D선에 의한 단면도이다.
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 발명에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치에 대한 개략적인 정면도이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는, 모터(10)에 의하여 회전하면서 작동하는 회전부 및 외부 전력을 공급받고 상기 회전부에 전력을 공급하기 위해 고정되어 작동하는 고정부로 이루어지고, 회전부와 고정부에 연결되는 전자장치 및 기계기구부를 구비할 수 있다. 이때 본 명세서 상에서 회전부는 회전체 또는 회전유닛과 대응하고, 고정부는 고정체 또는 고정유닛과 같은 용어로 동일하게 대응할 수 있다.
본 발명의 상기 모터(10)는 상기 회전부를 회전시키는 회전자(rotor)로 동작하는 모터회전부(11)가 가운데로 위치하고, 고정자(stator)로 동작하는 모터고정부(12)가 회전자의 외각으로 배치되어 구성되는 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC)형 모터일 수 있다. 여기에서 상기 모터(10)는 회전 방향에 대하여 직각인 중앙의 중심부가 일정 반경으로 관통되어 중공을 이루는 관통홀(13)을 형성하여 이루어진다.
상기 회전부는 모터회전부(11)의 상측으로 볼트와 너트 또는 이외의 체결수단으로 결합되는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)으로서의 원형의 회전기판(110)이 구비되고, 회전기판(110)의 하부에서 모터(10)의 외주면을 감싸는 형태로서의 가운데가 뚫린 중공으로 이루어진 형태의 수신부코어(120)가 결합되어 형성된다. 이때 상기 수신부코어(120)는 정면에서 보았을 때, 모터 외주면을 따라 이루어진 형상이 기역자(┓) 또는 역 기역자(「)로 보일 수 있다.
또한, 상기 수신부코어(120)는 내측 면으로 일정량의 코일이 권치되어 감겨진 권선 형태로 형성되는 수신부권선(Coil)(121)을 구비한다.
즉 수신부 코어(120)는 내측 링공간에 삽입되어 구비되는 수신부권선(121)을 지지하는 권선틀로서, 투자율이 높고 전도성이 낮은 특성을 이용하여 변압기나 유도자의 심 등으로 사용되는 강자성 소자의 페라이트 코어라 할 수 있다.
또한, 상기 수신부코어(120)는 상측에서 지지하도록 도넛 모양의 지지판(140)과 결합되어 이루어질 수 있으며, 상기 지지판(140)은 회전기판(110)과 결합되도록 이루어져 회전기판(110)의 유격 또는 흔들림을 방지하며, 모터회전부(11)에 의하여 회전기판(110)과 함께 회전하면서 수신부코어(120)를 회전하게 하고, 수신부코어(120)로 전달되는 무선 전력을 회전기판(110)의 전원 입력 단자로 공급하도록 하는 전원 연결선이 도통된다.
또한, 상기 고정부는 외부 전력을 공급받고 고정되어 작동하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)으로서의 고정기판(210)을 포함하며, 상기 고정기판(210)의 상측에서 체결 수단에 의해 결합되는 모터(10)가 위치하게 된다.
이에 상기 모터의 고정자(stator)로 동작하는 모터고정부(12)의 외곽의 일단을 감싸는 형태로 송신부코어(220)를 구비한다. 그리고 상기 송신부코어(220)는 외주면으로 일정량의 코일이 감겨진 형태로 권치되어진 송신부권선(Coil)(221)을 포함하여 이루어진다. 상기 송신부코어(220)는 모터 외주면을 따라 결합되어 이루어진 형상이 상기 수신부코어(120)와의 대칭구조로서 정면에서 보았을 때, 니은자 또는 역니은자로 보일 수 있다.
또한, 상기 송신부코어(220)도 수신부 코어(120)와 같은 강자성 소자의 페라이트 코어로서, 이에 따라 송신부코어(220)와 수신부 코어(120)의 코일 권선량 및 페라이트 코어의 이격거리에 따라 전자기 유도량의 성능이 좌우될 수 있다. 일례로 코일에 감은 권선량이 증가하고 송신부코어(220)와 수신부 코어(120)의 이격거리가 근접될수록 전자기 유도에 따른 수율이 올라갈 수 있다.
또한, 상기 송신부코어(220)와 수신부 코어(120)에는 송신부권선(221) 및 수신부권선(121)을 권치할 수 있도록 하는 수단으로서 오목부 등과 같은 요철부를 형성할 수 있다.
이에 상기 송신부권선(221)은 고정기판(210)에서의 전력 전달을 위한 전원 출력 단자와 연결되어, 고정된 채로 고정기판(210)에서 전달되는 전력을 공급받아 전자기장을 형성하는 기능을 하게 된다. 이에 따라 송신부권선(221)의 전자기장에 의한 전자기 유도를 통하여 생성되는 유도 기전력이 회전하는 상기 수신부권선(121)에 의해 무접점으로 유도될 수 있고, 유도된 전력은 상기 회전기판(110)으로 전달되어, 상기 회전기판(110)에 특정 구동유닛이나 구동 시스템을 연결하게 되면, 무접점으로 공급되는 전력으로 이를 동작시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 고정기판(210)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.
또한, 상기 고정기판(210)은 상기 회전기판(110)과 연동하며, 모터(10)의 회전 속도를 제어하거나, 회전기판(110)에서 수신되는 데이터를 처리하는 기능 및 외부의 장치에 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 통신모듈을 구비하거나 통신모듈에 결합할 수 있다. 통신모듈은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하여 회전기판(110)에서 전송되는 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다.
이에 상기 고정기판(210)은 외부 전력을 공급받아 모터(10)의 회전 전력과 송신부권선(221)으로의 전원 전력을 공급하며, 회전기판(110)에서 수신되는 데이터를 처리하도록 이루어진다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는 모터(10)의 외주면으로 자기유도 코일을 마주보게 구비하는 구조를 형성한 것으로서, 서로 일정 거리 이격되어 배치된 고정부의 송신부권선(221)과 회전하는 수신부권선(121)에 감겨진 일정 코일 직경 및 일정 턴수의 코일에 의하여 전자기 유도에 의해 송신 코일에서 수신 코일로 무선 전력 전송 방식(Non Contact Power Supply)으로 전력을 전송시켜 상기 고정기판(210)에 공급되는 전력이 상기 회전기판(110)으로 공급되도록 하는 장치인 것이다.
또한, 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는 회전기판(110)의 하부 중앙부에서 모터(10)의 관통홀(13)을 향하는 방향으로 위치하는 제1 통신모듈(130)과 상기 관통홀(13)의 꼭대기 부분에서 제1 통신모듈(130)과 근접하게 위치하는 제2 통신모듈(230)을 구비하여 이루어진다.
상기 제1 통신모듈(130)과 제2 통신모듈(230)은 장애물 없이 광 신호를 쌍방향으로 송수신할 수 있는 적외선(IR) 센서로 이루어지는 IrDA(Infrared Data Association) 방식의 광 통신 모듈 또는 RF(Radio Frequency)를 기반으로 하는 저 전력 통신 모듈 중의 어느 하나를 한 쌍으로 이용하여 상호 통신하게 하는 근거리 무선통신 모듈을 적용하여 이루어질 수 있다. RF 기반 통신 모듈이란 RFID, NFC(Near Field Communication), BT(Bluetooth), 지그비(zigbee) 중의 어느 하나를 포함할 수 있지만 이외의 RF 기반 통신 방식을 적용하는 근거리 무선통신 모듈을 적용하는 것에 한정하지는 않는다.
이때 상기 제1 통신모듈(130)은 회전기판(110)의 배면에서 연결 회로에 의해 통신 모듈이 연결되고, 상기 제2 통신모듈(230)은 IrDA 통신 모듈 또는 RF(Radio Frequency)를 기반으로 하는 통신 모듈을 포함하는 회로를 구비하는 자체 모듈로 구성될 수 있다.
이에 본 발명은 상기 제1 통신모듈(130)과 제2 통신모듈(230)의 이격거리가 멀어지면 통신효율이 저하되는 문제를 방지하기 위하여, 상기 제2 통신모듈(230)이 제1 통신모듈(130)에 최대한 근접하게 위치할 수 있도록 하는 지지고정부(231)을 구비한다.
이에 지지고정부(231)은 하부의 고정기판(210)에서 고정되며, 관통홀(13)의 내측으로 연장되어 제2 통신모듈(230)이 제1 통신모듈(130)과 가까운 지점에서 위치할 수 있도록 받치는 역할을 하는 지지 구조물이라 할 수 있으며, 관통홀(13)을 관통하여 이루어지는 구조물의 형태를 띠기 위하여 속이 빈 원형의 기둥 또는 하나 이상의 지지기둥 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 지지고정부(231)를 따라 고정기판(210)에서 연장되는 신호연결선(232)이 제2 통신모듈(230)로 연결된다. 이때 상기 신호연결선(232)은 제2 통신모듈(230)로의 전원 및 신호 전달을 위한 와이어(wire) 또는 광섬유(Optical fiber) 중의 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제1 통신모듈(130)은 회전부의 회전기판(110)에 포함하는 구성으로서 회전기판(110)에 의한 제어를 통해 신호 및 데이터를 장애물 없이 근접돼 위치하는 제2 통신모듈(230)에 전달할 수 있으며, 상기 제2 통신모듈(230)로 수신되어진 신호 및 데이터는 신호연결선(232)를 통하여 고정기판(210)으로 전달되고, 고정기판(210)에 구비되는 제어부에 의한 신호처리가 수행될 수 있게 되는 것이다.
상술된 바와 같이 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는 상기 제1 통신모듈(130)과 제2 통신모듈(230)은 지지고정부(231)을 통하여 근접하게 위치함으로서 통신효율을 향상시키면서, 모터(10)의 외주면으로 자기유도 코일을 구비하는 구조를 형성하여, 고정기판(210)에서 공급되는 전력이 회전기판(110)으로 공급되도록 하는 장치로서, 이를 라이다 시스템(LiDAR: light detection and ranging)과 같은 구동 장치에 적용할 수 있다.
이에 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템의 외관을 나타내는 예시도이고, 도 3은 도 2의 회전구동 라이다 시스템에 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용되어 이루어진 주요 구성부에 대한 정면도이며, 도 4는 회전구동 라이다 시스템의 구조를 보여주는 사시도이다. 또한, 도 5는 도 2의 측면도이고, 도 6은 도 5의 D-D선에 의한 단면도이다.
도시에서와 같이 본 발명의 접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 채용하는 회전구동 라이다 시스템(2)은 상부케이스(102)와 하부케이스(103)가 상하로 결합되어 이루어지는 원통 형상의 하우징을 갖는 모양으로 이루어질 수 있다.
상기 상부케이스(102)는 내측에 구비되어 회전하는 레이저 송수신 모듈(Laser Module)(300)을 보호하기 위한 기능으로서의 재질을 갖는 외측 케이스로서, 레이저 광이 외부로 송출되고 외부 물체 등에서 반사되어 돌아오는 레이저광의 수신이 용이하도록 광투과성 소재로 이루어진 레이저 투과창(Window)이 일면을 따라 구성된다.
그리고 상기 하부케이스(103)는 내측에 구비되는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 포함하는 부분을 보호하기 위한 기능으로서의 케이스라 할 수 있다.
여기에 상기 회전하는 레이저 송수신 모듈(Laser Module)(300)을 보호하는 상부케이스(102)의 위로는 상부케이스(102)를 덮는 뚜껑으로서의 상부커버(101)가 씌워진다.
이때 상기 상부커버(101)는 라이다 시스템(2)의 내측에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 용이하게 하도록 열전도율이 우수한 방열구조를 갖는 히트싱크(Heat sink) 형상의 방열판으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 하부케이스(103)는 볼트 및 너트 등의 체결수단에 의해 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 고정시킬 수 있으며, 상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)의 외곽으로 등간격으로 배치되는 하나 이상의 카메라 모듈(400)을 구비한다. 상기 카메라 모듈(400)은 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complimentary Mental Oxide Semiconductor) 기반의 이미지 센서 중 어느 하나를 기반으로 하여 모듈화된 것으로서, 고정기판(210)과 연동하여 신호를 전달하거나 제어 신호를 수신하게 된다.
이때 바람직하게는 상기 카메라 모듈(400)은 120˚의 등간격으로 3개가 구비될 수 있고, 이에 따라 상기 하부케이스(103)의 측면을 따라 120˚의 등간격으로 상기 카메라 모듈이 배치될 수 있는 개구부가 형성되어 이루어지나, 상기 카메라 모듈(400)의 개수에 제약은 없다.
상기 카메라 모듈(400)은 상부에서 회전하며 동작하는 레이저 송수신 모듈(300)에서 발신되는 레이저 광의 순차적인 회전 동작에 맞추어서, 발신되는 레이저 광과 동일 방향의 카메라 모듈(400)이 순차적으로 작동하여 120˚의 범위 안에서 같은 방향을 촬영하도록 동작될 수 있다.
이에 상기 레이저 송수신모듈(300)은 회전기판(110)의 상부에서 체결 수단에 의해 결합되고, 회로적으로 연결되어 회전기판(110)으로 유도된 전력에 의해 발신 및 수신 동작을 가능하게 할 수 있으며, 모터(10)의 회전 속도의 제어에 따라 그 회전 속도가 제어되면서 동작하게 된다.
또한, 상기 레이저 송수신모듈(300)은 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 통하여 구비되는 회전기판(110)의 하부에 위치하는 제1 통신모듈(130)과 모터(10)의 관통홀(13)에서 제1 통신모듈(130)과 근접하게 위치하는 제2 통신모듈(230)과 연동하게 됨으로서, 장애물 없이 광 또는 RF 신호를 쌍방향으로 송수신하게 되며, 상기 제2 통신모듈(230)로 수신되어진 레이저 송수신모듈(300)의 신호 및 데이터는 신호연결선(232)를 통하여 고정기판(210)으로 전송되어 신호처리 및 제어를 수행할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 레이저 송수신모듈(300)은 적어도 하나 이상의 레이저 송신유닛들과 이에 상응하는 레이저 수신유닛들로 이루어질 수 있다.
레이저 송신유닛(310)은 레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 구성으로서, 파동의 공간적 퍼짐이 균일하고, 위상이 규칙성을 가지고 있는 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드(Laser Diode)가 렌즈 및 케이스와 함께 모듈화되어 구비될 수 있다.
레이저 수신유닛(320)은 레이저 광의 수신 효율을 높이고 수신 채널을 다양화하기 위하여 하나의 셀(Cell) 방식 또는 다수의 어레이 셀로 이루어진 포토다이오드 중의 어느 하나를 사용하는 실시예로 구현될 수 있다. 예를 들어 레이저 수신유닛을 TO(Transistor Outline) CAN Type 포토다이오드 1개로 구성하거나, SMD 패키지 형태의 4개의 포토 셀로 구성할 수 있으며, 또는 마이크로셀(Micro cell) 어레이(Array) Type으로 복수의 포토 셀 구성할 수 있다.
이때 레이저 송수신모듈(300)은 레이저 송신유닛(310)과 레이저 수신유닛(320)이 결합되어 하나의 쌍을 이루면서 상기 회전기판(110)의 상부 일측으로 배치되거나, 또는 상기 레이저 송수신모듈(300)이 2개의 쌍으로 이루어져 상기 회전기판(110)의 소정 방향에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치되거나, 상기 레이저 송수신모듈(300)이 3개의 쌍으로 이루어져 상기 회전기판(110) 상에서 방사상 방향을 향하도록 균등 배열됨으로서 레이저 광의 다채널 구성이 가능하게 구현될 수도 있다.
한편, 전술한 실시예에서 회전 구동하는 레이저 송수신모듈을 구비한 라이다 시스템(2)의 작동 원리는 이미 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 살핀 바와 같이, 본 일실시예에 따른 회전구동 라이다 시스템(2)은 모터에 의해 회전하는 레이저 모듈이 360도 회전하면서 레이저를 송수신 가능하도록 하는 라이다 광학 장치에 전술한 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 적용하여 이루어진 시스템이라 할 수 있다.
그러므로 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)를 이용하는 라이다 시스템(2)은, 고정부에 공급되는 전력을 자기유도 방식으로 회전부에 공급하며, 회전부와 고정부가 근접하는 통신 모듈에 의해 신호 및 데이터를 효과적으로 송수신할 뿐만 아니라, 사물에 반사되어 수신된 레이저 신호와 3개의 카메라의 영상을 3D 이미지로 매핑(Image Mapping)하여 사물의 거리 및 형상을 명확하게 구현할 수 있는 라이다 시스템이라 할 수 있다.
또한, 본 발명의 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치(1)는, 회전부에 결합되는 회전구동유닛이 작동하는 다양한 시스템에 적용시킬 수 있으며, 레이저 거리 측정기 또는 라이다(LiDAR) 장치에 적용할 수 있음은 상술된 라이다 시스템의 실시예를 통하여 확인할 수가 있고, 이외에 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 있다.
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: 모터 11: 모터회전부
12: 모터고정부 13: 관통홀
101: 상부커버 102: 상부케이스
103: 하부케이스 110: 회전기판
120: 수신부코어 121: 수신부권선
130: 제1 통신모듈 140: 지지판
210: 고정기판 220: 송신부코어
221: 송신부권선 230: 제2 통신모듈
231: 지지고정부 232: 신호연결선
300: 레이저 송수신모듈 310: 레이저 송신유닛
320: 레이저 수신유닛 400: 카메라 모듈
2: 회전구동 라이다 시스템
10: 모터 11: 모터회전부
12: 모터고정부 13: 관통홀
101: 상부커버 102: 상부케이스
103: 하부케이스 110: 회전기판
120: 수신부코어 121: 수신부권선
130: 제1 통신모듈 140: 지지판
210: 고정기판 220: 송신부코어
221: 송신부권선 230: 제2 통신모듈
231: 지지고정부 232: 신호연결선
300: 레이저 송수신모듈 310: 레이저 송신유닛
320: 레이저 수신유닛 400: 카메라 모듈
Claims (18)
- 회전자(rotor)로 동작하는 모터회전부와 고정자(stator)로 동작하는 모터고정부를 갖는 모터가 구비되고,
상기 모터회전부와 결합되어 회전하면서 작동하는 회전유닛 및 상기 모터고정부와 결합되어 외부 전력을 공급받아 작동하는 고정유닛으로 이루어지며,
상기 고정유닛으로 공급되는 외부 전력이 전자기유도 방식으로 유도되어 상기 회전유닛으로 무접점 전력 전달 방식으로 공급하도록 동작하면서, 상기 회전유닛과 고정유닛의 사이에 구비되는 무선통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 모터는 중앙부를 관통하는 일정 반경의 관통홀이 형성되어지고,
상기 모터회전부가 가운데로 위치하고, 모터고정부가 회전자의 외각으로 배치되어 구성되는 브러쉬리스디씨(Brushless Direct Current, BLDC) 모터인 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 회전유닛은 모터회전부의 상측에서 결합되어 회전하는 회전기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 회전유닛은 상기 회전기판의 하부로 결합되면서 상기 모터의 외주면을 감싸는 형태로 이루어진 수신부코어 및 상기 수신부코어의 내측으로 감겨진 권선 형태의 수신부권선(Coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 고정유닛은 모터를 고정시켜 장착하여 지지하면서 외부전력을 공급받아 상기 모터를 동작시키고 상기 회전유닛을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 고정기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 고정유닛은 모터고정부의 외곽의 일단을 감싸는 형태로 결합된 송신부코어 및 상기 송신부코어의 외측에 감겨서 형성되는 송신부권선(Coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 송신부코어 및 수신부코어는 일정 거리 이격되어 서로 대칭 구조로 이루어지며, 상기 송신부권선(Coil) 및 수신부권선(Coil)을 지지하기 위한 수단을 구비하는 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 송신부코어 및 수신부코어의 이격 거리의 조절에 따라 상기 송신부권선(Coil) 및 수신부권선(Coil)에 감겨지는 코일 직경 및 턴수를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 무선통신 모듈은 상기 회전기판의 하부 중앙에서 모터의 관통홀을 향하는 방향으로 위치하는 제1 통신모듈과 상기 관통홀의 꼭대기 부분에서 제1 통신모듈과 근접하게 위치하는 제2 통신모듈이 한 쌍으로 이루어지고, 상기제1 통신모듈과 제2 통신모듈이 상기 관통홀을 통해 신호 또는 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1 통신모듈 및 상기 제2 통신모듈은 광신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서 방식의 광통신 모듈 또는 RF(Radio Frequency)를 기반으로 하는 저 전력 통신 모듈 중의 어느 하나를 한 쌍으로 이용하여 상호 통신하게 하는 근거리 무선통신 모듈인 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 제2 통신모듈은 하부의 고정기판에서 고정되며 관통홀의 내측으로 연장되어 제2 통신모듈이 제1 통신모듈에 근접하게 위치할 수 있도록 받치는 기능의 지지고정부에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 제2 통신모듈은 하부의 고정기판으로부터 관통홀의 내측으로 연장되어 전원 및 신호 전달을 위한 와이어(wire) 또는 광섬유(Optical fiber) 중의 어느 하나 이상으로 이루어진 신호연결선과 연결되는 것을 특징으로 하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치. - 제1 항 또는 제12 항 중의 어느 하나 이상을 포함하는 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치를 구비하는 라이다 시스템에 있어서,
상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 모터에 의하여 회전하는 회전기판 상에 적어도 하나 이상의 레이저 송수신모듈이 결합되고,
상기 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치의 외곽에서 배치되는 하나 이상의 카메라 모듈을 구비하여,
상기 레이저 송수신모듈이 외부 전력을 공급받아 작동하는 고정기판으로부터 전자기유도 방식으로 전력을 공급받아 동작하면서, 상기 회전기판과 고정기판 간에는 구비되는 무선통신 모듈을 통하여 신호 또는 데이터를 송수신하고,
상기 레이저 송수신모듈로부터 반사되어 수신된 레이저 신호와 상기 카메라 모듈의 영상을 매핑(Mapping)하여 사물의 거리 및 형상을 파악하는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템. - 청구항 13에 있어서,
상기 라이다 시스템은 회전하는 레이저 송수신모듈의 보호덮개로서 원통형의 상부케이스와 고정유닛을 지지하는 하부케이스가 상하로 결합되는 원통형의 하우징으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템. - 청구항 14에 있어서,
상기 상부케이스는 내측에서 발생되는 열을 외부로 방출하도록 히트싱크(Heat sink) 형상의 방열판으로 이루어지는 상부커버로 씌워지는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템. - 청구항 14에 있어서,
상기 카메라 모듈은 적어도 하나 이상이 등간격으로 배치되게 구비되고, 상기 하부케이스의 측면을 따라 상기 카메라 모듈이 배치되는 위치에 따라 개구부가 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템. - 청구항 16에 있어서,
상기 카메라 모듈은 상부에서 회전하며 동작하는 레이저 송수신 모듈에서 발신되는 레이저 광의 순차적인 회전 동작에 맞추어서, 발신되는 레이저 광과 동일 방향으로 순차적으로 작동하여 촬영하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템. - 청구항 13에 있어서,
상기 레이저 송수신모듈은 하나가 상기 회전기판의 상부 일측에 배치되거나, 상기 레이저 송수신모듈 2개가 상기 회전기판의 소정 방향에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치되거나, 또는 상기 레이저 송수신모듈 3개가 상기 회전기판 상에서 방사상 방향을 향하도록 균등 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전구동 라이다 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020200040074 | 2020-04-02 | ||
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| KR20210123189A true KR20210123189A (ko) | 2021-10-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200104912A KR20210123189A (ko) | 2020-04-02 | 2020-08-20 | 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024043691A1 (ko) * | 2022-08-23 | 2024-02-29 | 엘지이노텍 주식회사 | 센서 장치, 라이다 장치 및 차량 |
| WO2024043692A1 (ko) * | 2022-08-23 | 2024-02-29 | 엘지이노텍 주식회사 | 센서 장치, 라이다 장치 및 차량 |
| CN117692064A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-12 | 陕西旋星电子科技有限公司 | 一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法 |
| WO2024060692A1 (zh) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 深圳市欢创科技股份有限公司 | 旋转座、测距装置及移动机器人 |
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2020
- 2020-08-20 KR KR1020200104912A patent/KR20210123189A/ko not_active Application Discontinuation
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