KR20230016947A - 자동차 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

자동차 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

자동차 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 자동차 전자파 차폐 시스템은, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재를 포함하고, 상기 나노 소재는, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

자동차 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법{CAR ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING SYSTEM AND OPERATION METHOD THEREOF}
아래의 실시예들은 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법에 관한 기술이다.
전자, 통신장치의 발달로 인하여 자동차에 다양한 전자, 통신장치가 탑재되어 운전의 편의와 안전에 도움을 주고 있다.
자동차에 탑재되는 전자, 통신 장치의 예를 들면, GPS 신호를 수신하여 목적지를 안내하는 내비게이션 장치, 자동차의 컨디션을 감시하여 이동통신장치를 통해 이상 유무를 알리거나 자동차를 원격지에서 제어할 수 있는 텔레미트리(Telemetry) 장치, 전기자동차의 배터리 충방전 장치 및 인버터, 미래 자율주행차에 장착될 Radar, Lidar(모터 구동형) 등 각종 센서와 유무선 통신 장치, 미래 자동차 내부의 사무실 공간화를 위해 설치될 디스플레이 장치, 냉장고, 안마기 등 가정 기기, 그리고 이 외 기존 자동차의 엔진이나 변속기의 작동상태를 파악하고, 작동 상태와 이상 유무를 ECU에 전달하는 각종 센서와, 창문이나 트렁크를 개폐하는데 필요한 구동모터와 같은 전자장치가 있다.
이렇듯, 최근에 제조되는 자동차에는 다양한 전자, 통신장치가 장착되고 있는데, 이들 장치에서는 전기 기기의 특성상 전자파(Electromagnetic wave)가 발생된다. 전자파는 전기 흐름에 따라 그 주위에 전기장과 자기장이 주기적으로 바뀌며 생기는 파동을 의미하는 바, 자동차 내에서 발생되는 전자파는 자동차의 각종 동작에서의 오류를 야기하는 원인이 될 수 있다.
이에, 자동차에서 발생되는 전자파를 차폐할 필요가 있다. 다만, 전술된 전자, 통신 장치 등과 같은 전자 부품에서 발생되는 전자파는 자동차의 동작에 필수적으로 요구되는 것이기 때문에, 차폐가 현실적으로 불가능하다.
그러나 전자파는 전술된 전자, 통신 장치뿐만 아니라 자동차의 전력 충전과 관련된 인버터, 컨버터, 모터, 히터 등과 같은 전자 부품에서도 의도치 않게 발생될 수 있다(이하, 의도치 않게 불필요한 전자파를 발생시키는 전자 부품을 불요 전자파 발생 부품으로 기재한다).
따라서, 아래의 실시예들은 불요 전자파 발생 부품에서 발생되는 전자파를 차폐하는 기술을 제안하고자 한다.
일 실시예들은 전자파에 의한 자동차의 각종 동작에서의 오류를 방지하고자, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안한다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안한다.
이 때, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역을 고려하여 적응적으로 전자파를 흡수 가능한 시스템 및 그 동작 방법을 제안한다.
또한, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자동차 전자파 차폐 시스템은, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재를 포함하고, 상기 나노 소재는, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, 상기 자동차의 동작에 영향을 미치는 주파수 대역의 상기 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 상기 자동차 전자파 차폐 시스템은, 상기 전자파의 주파수 대역에 기초하여 상기 나노 소재의 메타구조를 변경하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 제어부는, 상기 자동차의 정차, 주차, 주행 여부 및 주행 속도에 기반하는 모드들 별로 상기 나노 소재의 메타구조를 상이하게 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 제어부는, 상기 나노 소재의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절하여 상기 메타구조를 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, 상기 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결됨으로써, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, 상기 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 동시에 상기 고조파를 접촉식으로 흡수하도록 열 전도성 특성을 갖는 동시에 전기적 저전도성 또는 비전도성 중 어느 하나의 특성을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, Ti3CN 맥신으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, 상기 흡수되는 전자파 및 고조파를 열 에너지로 변환하여 대기 중으로 방출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 자동차 전자파 차폐 시스템은, 상기 나노 소재의 외부를 감싸는 전기적 비전도성 및 열 전도성 소재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 나노 소재는, 상기 자동차의 승차 영역을 구성하는 차량 내부 패널, 바닥, 천장 및 시트에 포함됨으로써, 상기 자동차의 탑승자에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자동차 전자파 차폐 동작 방법은, 제어부에서, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역에 기초하여, 상기 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재의 메타구조를 변경하는 단계; 및 상기 나노 소재에서, 상기 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 자동차 전자파 차폐 동작 방법은, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재에서, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 단계; 및 상기 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결되는 상기 나노 소재에서, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예들은 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안함으로써, 전자파에 의한 자동차의 각종 동작에서의 오류를 방지할 수 있다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안할 수 있다.
이 때, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역을 고려하여 적응적으로 전자파를 흡수 가능한 시스템 및 그 동작 방법을 제안할 수 있다.
또한, 일 실시예들은 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 시스템 및 그 동작 방법을 제안할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 설명하기 위해 자동차를 도시한 도면이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 자동차 전자파 차폐 시스템에 포함되는 나노 소재의 전자파 흡수 특성을 도시한 모식도이다
도 3은 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6은 도 2a 및 도 4에 도시된 자동차 전자파 차폐 시스템에 포함되는 나노 소재가 형성되는 다양한 예시를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
자동차 내부의 전장부품에서 발생하는 전자파의 영향으로 그 차폐 필요성이 점차 증대되고, 전자파 장해에 대한 국제적인 규제 역시 강화되고 있는 추세이다. 이 때, 자동차 내부 EMI 발생원으로는 충돌방지 레이다, 항법-무선 조합, 콘솔 애플리케이션, 동력조향장치 모듈, 엔터테인먼트 헤드유닛, 점화 장치, 전자제동장치, 엔진제어모듈, 연료 제어장치, 정속 주행장치 등이 있으며, 자동차 외부 EMI 발생원으로는 휴대전화, 원격 제어, 블루투스장치, 와이파이 이용기기, 고출력 송신기 등이 있다.
전자기파 차폐(Electromagnetic Interference Shielding, EMI shielding)의 주된 목적은 부품에서 발생하는 전자기파를 반사(Reflection) 또는 흡수(Absorption)시켜 전자기기 고유의 성능을 오작동 없이 유지하는 데 있다. 전자기파 차폐소재로는, 전기적으로 도체여야 하고 넓은 표면적을 갖는 것이 유리하므로, 전도성이며 가볍고 제품의 디자인 자유도가 우수하며 최종 제품의 기계적·전기적 특성 제어가 용이한 고분자 복합 재료가 주로 사용되고 있다. 금속의 경우 전기적 특성은 우수하나 무겁고 가공성이 나쁘며 부식이 발생하므로 한정적으로 사용되고 있다.
또한, 자동차 산업의 경우 첨단화에 따른 전장 부품의 수요 증대 및 이산화탄소 배출량 환경 규제 등의 이슈로 부품 경량화에 주목하고 있고, 이에 대응하여 고분자 소재에 대한 개발 필요성이 전 세계적으로 확산되고 있는 추세이다.
전기/전자 부품의 원활한 작동을 위해 원치 않는 전자기파(노이즈)를 차단하는 전자기파 차폐/흡수재와 관련하여, 전자기파 차폐/흡수 특성에 대해 전도성 향상, 유전특성 및 자기적 특성 향상 등의 기술적 접근이 필요하다. 여기서, 유전 손실 값은 외부의 전자기파를 흡수할 수 있는 흡수 성능과 비례하며, 흡수된 전자기파는 에너지 보존 법칙에 의해 열 혹은 소리로 전환되므로 복합적인 기능이 요구된다. 이에, 고분자소재에 carbon fiber, carbon black, CNT, TiO2, Nickel coated graphite 등의 필러를 첨가하여 전자파 차폐 특성을 갖는 복합소재가 제안되었다.
전자기파 차폐는 투자율이 높은 물질들로 자기장 발생원을 감싸거나 자기장에 의해 영향을 받는 부분을 감싸줌으로써 물질 속의 자기장 크기를 줄이고 외부의 자기장이 차폐재 표면을 타고 다른 부분으로 흐르도록 유도하는 것으로, 차폐 성능은 계면의 매질 및 계면 간 접촉 저항에 의해 크게 영향을 받는 특성을 보인다. 따라서, 우수한 차폐 성능을 얻기 위해, 금, 알루미늄, 스테인레스강 등이 접합면으로 되며, 발열 문제로 전기저항이 작은 금속 자성체는 사용이 제한되고 있다.
한편, 탄소소재를 활용한 전자기파 차폐소재 개발은 탄소 소재의 낮은 비중으로 인해 분산 문제와 고함량에서의 사출성형 불량 그리고 높은 원재료비가 시장 진입의 장벽으로 작용하고 있다. 그러나 나노 탄소 소재의 고분자 복합소재 제조 과정에서 낮은 분산도를 개선하기 위해 표면 개질 기술을 적용하여 분산도를 증진시키고, 부품화를 위한 사출성형 공정으로 원가절감 및 생산성 향상 기술로 효율적인 전자파 차폐재가 제조될 수 있다.
전자파 흡수는 경박, 단소화 되고 있는 전자장치에서 기기의 오작동을 야기시키는 노이즈를 억제하고 회로 block 간의 cross-talk나 근접 기판에서의 유전 결합을 억제하며, 안테나의 수신 감도를 개선 및 전자파로 인한 인체영향을 감소시키는데 중요한 기능을 담당한다. 다만, 다양한 주파수 대역에서 사용되고 있는 전자부품에 적용되기 위해서는 전자파 흡수 소재의 광대역화가 필요하다.
전자파 흡수에 사용되는 전자파 흡수체는 근접장 및 원역장 적용 기술이 필요하며, 고투자율의 자성재료가 주로 사용되고 있으나, 고주파수화로 공진현상이 일어나기 때문에 GHz 대역에서의 투자율 손실이 크게 나타날 수 있다. 전자파 흡수체에 전자파가 입사될 경우, 침투파 제어가 용이한 열 에너지로 변환되어 발산되게 된다. 이에, 유전체, 자성체 등의 소재로 구성된 전자파 흡수 소재를 이용하여 전자파 발생과 전자파에 영향을 받는 부품 등이 보호될 수 있다. 요구 조건을 만족시킬 수 있는 전자파 흡수체는 복소투자율과 복소유전율에 의하여 결정되기 때문에 금속 자성체의 성능 검토가 이루어지고 있다.
이 때, 전자파 흡수체의 흡수 메커니즘은 물질의 고주파 손실특성에 기인하는 것으로 사용재료에 따라 도전손실 재료, 유전손실 재료, 자성손실 재료로 구분될 수 있다. 이에, 두 가지 이상의 손실을 대응할 수 있는 재료 설계, 극미세 고각형비의 자성 금속 입자 제조 기술과 이들의 배향 및 분산 기술이 필수적으료 요구된다. 또한, 전자파 흡수체에서는 입사된 전자파 에너지를 흡수하여 열로 변화되는 과정에서 고집적화된 칩 상에서 발생하는 열을 효과적으로 제어하는 것이 중요하다.
전자파 차폐(EMI Shielding)는 설명된 바와 같이 물체 표면에서 전자파를 반사하고, 물체 내부에서 전자파를 흡수하는 것으로, 전자파 차폐(EMI Shielding)소재로 사용되는 금속 재료는 비저항에 비례하는 전자파 임피던스가 공기의 전자파 임피던스(337
Figure pat00001
)보다 매우 작아, 반사에 의한 전자파 차폐(EMI Shielding) 효과가 매우 큰 특성을 보인다.
여기서, 반사파는 또 다른 난반사를 야기시키며, 2차적인 전자파간섭(EMI)의 원인이 되어 다른 부품의 오작동을 유발할 수 있다. 이를 해결하고자, 전자파의 반사되는 양은 줄이고 흡수량은 증대시킨 전자파 흡수소재의 수요가 증가하고 있다.
전자파 차폐(EMI Shielding) 소재 중에서도 반사보다는 흡수 성능을 이용한 소재를 전자파 흡수(EMI Absorbing) 소재라고 하며, 물체에 닿은 전자파를 붙잡아 물체 내부에서 계속 반사시켜 열에너지 형태로 변환시키는 것이 특징이다.
이와 관련하여 최근 자율주행차량 개발이 진행되면서 자동차에도 민간용 레이더 부품을 적용해 난반사돼 간섭을 일으키는 신호를 흡수하여 실제 필요한 정보를 보다 정확하게 읽을 수 있는 전자파 흡수(EMI Absorbing) 소재의 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자파 흡수 소재는 주로 차선 유지 지원시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS), 후방 사각지대 감지 시스템(Blind Spot Detection, BSD) 등의 자율주행시스템 자동차 부품과 관련하여 연구되고 있다. 예를 들어, 자동차의 후측방 사각지대의 차량을 감지해 사이드미러에 경보등을 켜주는 자동차 측면사각감지시스템(BSD)에서 차량 후측방에 달린 레이더센서가 전자파를 발사해 다시 회수하는 과정 중 물체를 인식함에 있어 난반사가 일어나 정보의 정확성이 다소 떨어지는 문제를 전자파 흡수 소재(EMI Absorbing)를 활용해 해결하는 연구가 진행되고 있다.
또한, 전기자동차, 자율주행자동차 등 첨단 ICT기술이 적용된 운송수단이 상용화됨에 따라 전자파적합성 확보를 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 또한, 자동차에서 발생하는 불요전자파를 차폐하는 소재기술이 개발되고 있으며, 국내 전장품 전문 개발업체에서는 나노기술을 활용하여 전기자동차용 차폐소재가 개발되고 있다.
이하 도면들을 참조하여 설명되는 자동차 전자파 차폐 시스템 및 그 동작 방법은, 설명된 바와 같은 기존 차폐 소재들의 한계를 극복하고자, 전자파를 차폐 및 흡수하는 Ti3CN 맥신을 사용한다. 이에 대한 상세한 설명은 아래에서 기재하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 설명하기 위해 자동차를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 자동차(100)의 내부에 위치한 채 불요 전자파 발생 부품(미도시)이 발생시키는 전자파를 흡수함으로써, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파에 의한 자동차(100)의 각종 동작에서의 오류를 방지할 수 있다.
이하에서는 자동차 전자파 차폐 시스템(110)의 세부 구성 및 그 기능에 대해 설명한다
도 2a는 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 도시한 블록도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 자동차 전자파 차폐 시스템에 포함되는 나노 소재의 전자파 흡수 특성을 도시한 모식도이며, 도 3은 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 2a를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 나노 소재(111) 및 제어부(112)를 포함할 수 있다.
나노 소재(111)는, 자동차(100)에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품의 외부에 코팅되는 필름 형태로 구현되거나 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 케이스의 형태로 구현될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 기재하기로 한다.
이에, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수할 수 있다. 예를 들어, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 흡수하도록 열 전도성 특성을 갖는 동시에 전기적 저전도성(또는 비전도성) 특성을 갖는 물질로 구성됨으로써, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수한 뒤 열 에너지로 변환하여 대기 중으로 방출할 수 있다. 예컨대, 나노 소재(111)로는 티탄늄 전이금속과 탄소의 화합물이 1nm 두께의 평면 구조(판상 구조)를 갖는 Ti3CN 맥신이 사용될 수 있다. 이러한 맥신은 자연계에 존재하지 않는 인간에 의해 창조되어, 금속에 비해 가볍고, 저비용이며 유연인쇄 공정이 가능한 2D 나노 소재로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 기존 금속을 능가하는 전자파 차폐 및 흡수 성능을 갖는 세라믹 소재이다. 또한, 맥신은 Ti3C2보다 전기전도성이 낮은 특성을 보여, 반사 유해 전자기파를 발생시키지 않을 수 있다.
이와 같은 나노 소재(111)는 자동차(100)의 동작에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이를 위해, 나노 소재(111)인 맥신은 40μm 두께에서 116dB 이상의 높은 전자파 차폐 성능을 가질 수 있다.
제어부(112)는, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역에 기초하여 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하는 구성부로서, 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하기 위해 전류 또는 광 신호를 발생시키도록 구현될 수 있다. 이는 예시에 지나지 않으며, 제어부(112)는 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하도록 다양한 구조 및 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역이 사전 실험을 통해 미리 파악된 자료를 기초로, 나노 소재(111)가 해당 주파수 대역의 전자파를 비접촉식으로 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다. 더 구체적인 예를 들면, 자동차(100)의 정차, 주차, 주행 여부 및 주행 속도에 기반하는 모드들 별로 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역이 상이할 수 있으므로, 제어부(112)는 자동차(100)의 정차, 주차, 주행 여부 및 주행 속도에 기반하는 모드들 별로 나노 소재(111)의 메타구조를 상이하게 변경할 수 있다. 만약, 주정차 모드에서 제1 주파수 대역의 전자파가 발생되고 주행 모드에서 제2 주파수 대역의 전자파가 발생된다면, 제어부(112)는 자동차(100)의 자동차(100)가 주정차 모드일 때는 제1 주파수 대역의 전자파를 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하고, 자동차(100)가 주행 모드일 때는 제2 주파수 대역의 전자파를 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다.
다른 예를 들면, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역을 실시간으로 센싱함으로써, 나노 소재(111)가 실시간으로 센싱되는 주파수 대역의 전자파를 비접촉식으로 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다. 이러한 경우, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역을 실시간으로 센싱하기 위한 주파수 센싱 구성부를 포함할 수 있다.
여기서 제어부(112)가 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하는 것은, 나노 소재(111)의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절함으로써 가능할 수 있다. 예를 들어, 나노 소재(111)의 유효 유전율 및 유효 투자율은 나노 소재(111)에 유도되는 전류 성분에 기초하여 계산되는 성질을 이용하여, 제어부(112)는 나노 소재(111)에 일정 크기의 전류를 흐르게 함으로써 나노 소재(111)의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절할 수 있다.
이상, 자동차 전자파 차폐 시스템(110)이 나노 소재(111) 및 제어부(112)만을 포함하는 것으로 설명되었으나, 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 전기적 안정성을 개선하기 위해 나노 소재(111)의 외부를 감싸는 전기적 비전도성 및 열 전도성 소재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 포함되는 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸도록 형성될 뿐만 아니라, 자동차(100)의 승차 영역을 구성하는 차량 내부 패널, 바닥, 천장 및 시트에 포함됨으로써 자동차(100)의 탑승자에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파를 흡수할 수도 있다.
이상 설명된 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 맥신을 나노 소재(111)로 사용함으로써, 경량의 전자파 차폐 및 흡수 성능을 보장하며 장치의 고도화 및 고집적화를 가능하게 할 수 있고, 기존 전자파 차폐 소재로 사용되는 금속이 갖는 단점 및 문제점(무겁고 고비용이며 불규칙한 구조에 유연인쇄 코팅공정이 어려워 전자 및 통신 장치 사용에 적합하지 않은 단점과, 강한 전자파 반사 특성으로 유해 전자기파가 반사되어 발생되는 문제점)을 해결할 수 있다.
또한, 이상 설명된 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 의해 수행되는 자동차 전자파 차폐 동작 방법은 도 3을 참조하여 설명된다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법은 아래의 단계들(S310 내지 S320)을 통해 수행된다.
단계(S310)에서 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 포함되는 제어부(112)는, 자동차(100)에 포함되는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역에 기초하여, 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다.
예를 들어, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역이 사전 실험을 통해 미리 파악된 자료를 기초로, 나노 소재(111)가 해당 주파수 대역의 전자파를 비접촉식으로 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다
다른 예를 들면, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역을 실시간으로 센싱함으로써, 나노 소재(111)가 실시간으로 센싱되는 주파수 대역의 전자파를 비접촉식으로 흡수하도록 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다.
여기서 제어부(112)가 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하는 것은, 나노 소재(111)의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절함으로써 가능할 수 있다.
이에, 단계(S320)에서 나노 소재(111)는, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수할 수 있다.
흡수된 전자파 및 고조파는 나노 소재(111)에 의해 열 에너지로 변환된 채 대기 중으로 방출될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템을 도시한 블록도이고, 도 5는 다른 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 나노 소재(111)만을 포함할 수 있다.
나노 소재(111)는, 자동차(100)에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 동시에, 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결되는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품의 외부에 코팅되며 불요 전자파 발생 부품의 AC 전원 측과 전기적으로 연결되는 필름 형태로 구현되거나, 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸며 불요 전자파 발생 부품의 AC 전원 측과 전기적으로 연결되는 케이스의 형태로 구현될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 기재하기로 한다.
이에, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 동시에, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수할 수 있다. 예를 들어, 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파 및 고조파를 흡수하도록 열 전도성 특성을 갖는 동시에 전기적 저전도성(또는 비전도성) 특성을 갖는 물질로 구성됨으로써, 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하고 고조파를 접촉식으로 흡수한 뒤 각각 열 에너지로 변환하여 대기 중으로 방출할 수 있다. 예컨대, 나노 소재(111)로는 티탄늄 전이금속과 탄소의 화합물이 1nm 두께의 평면 구조를 갖는 Ti3CN 맥신이 사용될 수 있다.
이와 같은 나노 소재(111)는 자동차(100)의 동작에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파 및 고조파를 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상 자동차 전자파 차폐 시스템(110)이 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파 및 고조파를 각기 비접촉식 및 접촉식으로 흡수하는 나노 소재(111)만을 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 도 2a 내지 3을 참조하여 설명된 제어부(112)를 더 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 제어부(112)는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역 및 고조파의 주파수 대역 모두를 고려하여, 나노 소재(111)의 메타구조를 변경할 수 있다. 고조파의 주파수 대역을 고려하여 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하는 것은, 전자파의 주파수 대역을 고려하여 나노 소재(111)의 메타구조를 변경하는 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 자동차 전자파 차폐 시스템(110)은 전기적 안정성을 개선하기 위해 나노 소재(111)의 외부를 감싸는 전기적 비전도성 및 열 전도성 소재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 포함되는 나노 소재(111)는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸도록 형성될 뿐만 아니라, 자동차(100)의 승차 영역을 구성하는 차량 내부 패널, 바닥, 천장 및 시트에 포함됨으로써 자동차(100)의 탑승자에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파 및 고조파를 흡수할 수도 있다.
이상 설명된 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 의해 수행되는 자동차 전자파 차폐 동작 방법은 도 5를 참조하여 설명된다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차 전자파 차폐 동작 방법은 아래의 단계들(S510 내지 S520)을 통해 수행된다.
단계(S510)에서 자동차 전자파 차폐 시스템(110)에 포함되는 나노 소재(111)는, 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸도록 형성된 채 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수할 수 있다.
또한, 단계(S520)에서 나노 소재(111)는, 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결된 채 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파를 접촉식으로 흡수할 수 있다.
흡수된 전자파 및 고조파는 나노 소재(111)에 의해 열 에너지로 변환된 채 대기 중으로 방출될 수 있다.
도 6은 도 2a 및 도 4에 도시된 자동차 전자파 차폐 시스템에 포함되는 나노 소재가 형성되는 다양한 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 나노 소재(111)는 610의 경우와 같이 자동차(100)에 포함되는 불요 전자파 발생 부품들(611, 612) 각각의 외부에 코팅되는 필름 형태로 구현될 수 있다.
또한, 나노 소재(111)는 620의 경우와 같이 자동차(100)에 포함되는 불요 전자파 발생 부품들(613, 614)의 외부를 감싸는 케이스의 형태로 구현될 수 있다.
나노 소재(111)의 구현은 설명된 예시로 제한되거나 한정되지 않고, 불요 전자파 발생 부품들(611, 612, 613, 614) 각각의 외부를 감싸는 것을 전제로 다양하게 이루어질 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 자동차
110: 자동차 전자파 차폐 시스템
111: 나노 소재
112: 제어부

Claims (13)

  1. 자동차 전자파 차폐 시스템에 있어서,
    자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재
    를 포함하고,
    상기 나노 소재는,
    상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    상기 자동차의 동작에 영향을 미치는 주파수 대역의 상기 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자동차 전자파 차폐 시스템은,
    상기 전자파의 주파수 대역에 기초하여 상기 나노 소재의 메타구조를 변경하는 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자동차의 정차, 주차, 주행 여부 및 주행 속도에 기반하는 모드들 별로 상기 나노 소재의 메타구조를 상이하게 변경하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나노 소재의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절하여 상기 메타구조를 변경하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    상기 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결됨으로써, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    상기 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 동시에 상기 고조파를 접촉식으로 흡수하도록 열 전도성 특성을 갖는 동시에 전기적 저전도성 또는 비전도성 중 어느 하나의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    Ti3CN 맥신으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    상기 흡수되는 전자파 및 고조파를 열 에너지로 변환하여 대기 중으로 방출하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 자동차 전자파 차폐 시스템은,
    상기 나노 소재의 외부를 감싸는 전기적 비전도성 및 열 전도성 소재
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 나노 소재는,
    상기 자동차의 승차 영역을 구성하는 차량 내부 패널, 바닥, 천장 및 시트에 포함됨으로써, 상기 자동차의 탑승자에 영향을 미치는 주파수 대역의 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 시스템.
  12. 자동차 전자파 차폐 동작 방법에 있어서,
    제어부에서, 자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파의 주파수 대역에 기초하여, 상기 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재의 메타구조를 변경하는 단계; 및
    상기 나노 소재에서, 상기 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 동작 방법.
  13. 자동차 전자파 차폐 동작 방법에 있어서,
    자동차에 포함되는 불요 전자파 발생 부품의 외부를 감싸는 나노 소재에서, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 전자파를 비접촉식으로 흡수하는 단계; 및
    상기 불요 전자파 발생 부품과 전기적으로 연결되는 상기 나노 소재에서, 상기 불요 전자파 발생 부품이 발생시키는 고조파(Harmonics)를 접촉식으로 흡수하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전자파 차폐 동작 방법.
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