WO2015099272A1 - 무선전력 전송장치 및 그를 이용한 조명장치 - Google Patents

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receiving electrode
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최성진
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/05—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using capacitive coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/06—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being coupling devices, e.g. connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission apparatus, and more particularly, to transmit energy in a face-to-face manner by using a capacitive coupling method, the illumination arrangement by the receiving electrode having positional freedom according to the size of the transmitting electrode
  • the present invention relates to a wireless power transmitter and an illumination device using the same.
  • 1 and 2 are exemplary views for supplying power to a lighting apparatus through the wireless power method and the prior art according to the prior art.
  • This may include a transmitting circuit 2 to which the transmitting coil 1 is connected, a receiving circuit 4 to which the receiving coil 3 is connected, and an illumination device 5 connected to the receiving circuit 4.
  • the transmitting circuit 2 and the receiving circuit 4 are separated to some extent through the physical separation surface 6.
  • the size of the transmitting coil 1 ' may be changed as shown in FIG. 2 to change the position of the receiving circuit 4 to some extent.
  • most of the magnetic fields transmitted from the transmission coil 1 'to the reception coil 3 are not transmitted, but only a part of them. For this reason, power consumption is unnecessary in the structure of FIG. This brings about another problem of supplying more power to the transmission circuit 2 by that amount.
  • FIGS. 1 and 2 has a disadvantage in that the freedom of movement of the receiving circuit is extremely limited.
  • a plurality of transmission coils 12 are arranged in an array, and transmission coils 12 corresponding to the positions of the reception coils 13 are selected to supply energy.
  • 10 is a transmitting circuit
  • 11 is a coil selector
  • 14 is a receiving circuit
  • 15 is a lighting device.
  • FIG. 3 is a problem in that the coil structure embedded in the wall or the ceiling is very complicated and the magnetic flux is unevenly generated in the connection portion between the coil and the coil.
  • the magnetic field has a feature of always forming a closed loop. This feature causes the closed loop to form a magnetic field even in undesired areas, thus affecting other circuits located around the transceiver circuit, making it difficult to operate stably.
  • the thicknesses of the receiving circuit 23 and the receiving coil 24 become larger by that amount, resulting in additional cost.
  • an object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a wireless power transmission apparatus that has a relatively simple structure of a transceiver and no influence of magnetic fields on surrounding circuits.
  • Another object of the present invention is to provide a lighting device that facilitates the position change of the lighting device by providing a position degree of freedom so that the receiving unit to which the lighting device is connected can be freely moved within a predetermined range.
  • a pair of transmission electrode A pair of receiving electrodes spaced apart from each other to correspond to the transmitting electrodes; And a link capacitor formed between each of the transmitting electrode and the receiving electrode, and wirelessly transmitting energy from the transmitting electrode to the receiving electrode in a face-to-face transmission manner using an electric field formed in the link capacitor.
  • the transmission electrode and the reception electrode are conductor plates whose shapes are formed in a flat plate shape.
  • a pair of conductors having any shape in which the surfaces of some of the transmitting electrodes and the receiving electrodes overlap each other may be used.
  • the transmitting electrode is formed relatively larger than the receiving electrode.
  • the transmitting electrodes are formed to be different in size from each other, and the receiving electrode is also formed to be different in size from each other.
  • the receiving electrode may be changed in position within a range overlapping the transmitting electrode in the vertical direction.
  • a pair of transmission electrodes formed of a conductor plate and embedded in a physical blocking surface;
  • a pair of receiving electrodes spaced apart from the transmitting electrode and having an electric field formed only on a surface overlapping the transmitting electrode in a vertical direction;
  • a lighting lamp connected to the receiving electrode.
  • the receiving electrode and the lamp are separately configured in one housing, and the housing with the receiving electrode is movable at a portion overlapping with the transmitting electrode.
  • the transmission electrode and the reception electrode are conductor plates whose shapes are formed in a flat plate shape.
  • the transmitting electrode and the receiving electrode may use a pair of conductors having an arbitrary shape in which a part of the surfaces thereof overlap each other.
  • the transmitting electrode is formed relatively larger than the receiving electrode.
  • the transmitting electrodes are formed to be different in size from each other, and the receiving electrode is also formed to be different in size from each other.
  • the receiving electrode may be changed in position within a range overlapping the transmitting electrode in the vertical direction.
  • Such a wireless power transmission apparatus and a lighting device using the same according to the present invention has the following effects.
  • the present invention provides a configuration for wirelessly transmitting energy in a face-to-face manner using an electric field between transmission and reception electrodes made of a conductive plate. Therefore, the structure of the transmission and reception unit can be simplified as compared to the configuration of wirelessly transmitting energy by the conventional induction magnetic field coupling method, and also it is less troublesome to manufacture various coil shapes.
  • the present invention transmits energy only by the electric field, it is possible to minimize the direct effect on the various circuits located in the periphery of the transmission and reception circuit according to the closed loop characteristics of the electric field.
  • the size of the transmitting electrode is larger than that of the receiving electrode, even though the receiving electrode is moved, there is always a surface overlapping with the transmitting electrode, and thus the movement of the receiving electrode is not limited.
  • 1 and 2 is an exemplary view of supplying power to a lighting device and a wireless power method according to the prior art.
  • Figure 3 is another example of supplying power to the wireless power method and the lighting device according to the prior art
  • FIG. 4 is a view illustrating a magnetic shielding layer installed between a receiving coil and a receiving circuit according to the related art.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of transmitting energy in the wireless power transmitter shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a lighting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention is to provide a power supply to the lighting device using the field-coupled wireless power feeding method, and also to ensure the positional freedom of the receiving circuit to which the lighting device is connected as a basic technical gist.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 100 includes a transmitter 110 having a transmitter circuit 112 and a transmitter electrode 114, and a receiver having a receiver electrode 122 and a receiver circuit 124. And a link capacitor 130 located between the transmitter 110 and the receiver 120.
  • the transmission circuit 112 includes a configuration such as a converter (not shown) for converting a DC component, which is an input power source, into an AC component. This is because the current or voltage of the DC component input by the transmitter 110 cannot be transmitted as it is to the receiver 120 which is physically separated. Therefore, the converter plays a role of making the DC component, which is the input power source, into an AC component having a periodic shape such as a square wave or a sine wave.
  • the receiving circuit 124 includes circuit elements for rectifying the AC component and converting the AC component back to the DC component.
  • the transmitting electrode 114 and the receiving electrode 122 are used as elements for transmitting energy.
  • the transmitting electrode 114 and the receiving electrode 122 have a thin plate-like conductor made of a conductive material. Plates are used.
  • the transmit electrode 114 is generally larger in size than the receive electrode 122.
  • a link capacitor 130 is formed between the transmitting electrode 114 of the transmitter 110 and the receiving electrode 122 of the receiver 120. Since the link capacitor 130 requires a current recovery path, the link capacitor 130 always exists as a pair Clink1 and Clink2, and the link capacitor 130 includes the transmission electrode 114 and the reception electrode ( 122) refers to a capacitor component formed for energy transmission in the physical separation section between.
  • the present embodiment proposes an electric field-coupled face-to-face energy transmission method that transmits energy using only an electric field instead of a magnetic field used when wirelessly supplying / feeding energy.
  • the structure of the transmitter / receiver is simpler than that of the conventional magnetically coupled coil structure, and the difficulty of manufacturing the coil shape to generate an appropriate magnetic field is eliminated.
  • the present invention uses the face-to-face energy transmission using the electric field coupling method shown in FIG. 5, but as described above, the energy is efficiently transmitted even if the position of the receiver is changed by changing the size of the transmitting electrode and the receiving electrode. Make this possible.
  • FIG. 6 shows an example of transmitting energy by varying the sizes of the transmission / reception electrodes in the power wireless transmitter shown in FIG. 5.
  • the description of the transmitting circuit and the receiving circuit will be omitted.
  • a transmitting electrode 114 and a receiving electrode 122 are configured.
  • the size of the transmitting electrode 114 is larger than that of the receiving electrode 122.
  • the receiving electrode 122 may move in the left / right direction when viewed in the drawing, and may also move in the front / rear direction perpendicular to the drawing. That is, within the range of the size of the transmission electrode 114, the positional movement is possible while maintaining the same separation distance. Even if the receiving electrode 122 moves in this way, an electric field is formed only on a surface overlapping the transmitting electrode 114.
  • the electric field is formed in the form of an open loop (part A). This shows that the range of the electric field is clearly distinguished. Therefore, the influence on other circuit elements adjacent to the transmitting electrode 114 and the receiving electrode 122 can be minimized. As a result, the configuration of the shield having a predetermined thickness, which is necessary to reduce the influence of the magnetic field in the conventional wireless transmitter, becomes unnecessary, and the size of the transceiver can be reduced accordingly.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a lighting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the 7 is a diagram for supplying energy to a lighting device using the above-described power wireless transmitter.
  • the first transmission electrode 210a and the second transmission electrode 210b connected to the transmission circuit 200 are configured.
  • the transmission circuit 200, the first transmission electrode 210a, and the second transmission electrode 210b are usually embedded in walls, ceilings, and the like.
  • the transmission electrodes 210a and 210b have the same size as each other.
  • the first receiving electrode 220a and the second receiving electrode 220b which are physically separated from the transmitting electrodes 210a and 210b are configured.
  • the first receiving electrode 220a and the second receiving electrode 220b are formed to have a relatively small size compared with the first transmitting electrode 210a and the second transmitting electrode 210b.
  • the first receiving electrode 220a and the second receiving electrode 220b have the same size.
  • a receiving circuit 230 is connected to the first receiving electrode 220a and the second receiving electrode 220b.
  • the lamp 240 is connected to the receiving circuit (230).
  • the receiving electrodes 220a and 220b and the receiving circuit 230 have an example of being connected by a cable 250, the receiving electrodes 220a and 220b and the receiving circuit 230 are in close contact with each other. It can be formed as.
  • the lamp 240 may be installed to be spaced apart from the receiving circuit 230 by a cable or the like.
  • the receiving electrodes 220a and 220b are exposed to the outside while being separated from the transmitting electrodes 210a and 210b. It becomes a state.
  • the receiving electrodes 220a and 220b are face-to-face energy transfer between the electrodes from the transmitting electrodes 210a and 210b at any position within the size of the transmitting electrodes 210a and 210b. Therefore, the positional movement of the receiving electrodes 220a and 220b within the sizes of the transmitting electrodes 210a and 210b may be possible, which may mean that the position of the lamp 240 may be more easily changed.
  • a bracket or a housing (not shown) surrounding the reception electrodes 220a and 220b may be mounted on a surface on which the transmission electrodes 210a and 210b are embedded as a physical bonding medium such as an adhesive material or a bolt.
  • a guide rail (not shown) may be installed in a surface in which the transmitting electrodes 210a and 210b are embedded, and the bracket or the housing including the receiving electrodes 220a and 220b may be moved along the guide rail.
  • the receiving electrodes 220a and 220b, the receiving circuit 230, and the lighting lamp 240 may be included in the bracket or the housing together to form a block. In this case, it is easier to change the position of the lamp.
  • the sizes of the transmission and reception electrodes may be formed differently.
  • the sizes of the transmitting electrodes 210a and 210b are different from each other, and the sizes of the receiving electrodes 220a and 220b may be the same.
  • the sizes of the transmission electrodes 210a and 210b may be the same and the sizes of the reception electrodes 220a and 220b may be different.
  • the sizes of the transmission electrodes 210a and 210b and the reception electrodes 220a and 220b may be different.
  • the sizes of the transmission electrodes 210a and 210b should be relatively larger than those of the reception electrodes 220a and 220b.
  • the receiving electrodes 220a and 220b overlap only a part of the transmitting electrodes 210a and 210b so that energy is wirelessly transmitted through the overlapping sections to supply power to the lamp. do.
  • the present invention has a form of a face-to-face energy transmission between the plane and the plane, so that energy can be transmitted without complicated wiring, and thus the lighting position can be freely changed, thereby being widely applied to a wireless lighting device that improves user convenience.

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  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

본 발명은 무선전력 전송 장치에 관한 것으로, 한 쌍의 송신 전극; 상기 송신 전극과 대응되게 이격 설치되는 한 쌍의 수신 전극; 및 상기 송신 전극과 상기 수신 전극 사이에 각각 형성되는 링크 커패시터를 포함하며, 상기 링크 커패시터의 주위에 형성된 전기장을 이용하여 면대면 전송방식으로 상기 송신 전극에서 상기 수신 전극으로 에너지를 무선 전송하여, 종래 유도 자계 결합방식에 비해 현저한 효과를 제공한다. 또한 본 발명은 송신 전극이 수신 전극보다 크게 형성하고, 송신 전극과 수신 전극이 서로 겹쳐지는 부분에만 에너지가 전송되고 있어, 수신 전극의 위치 자유도를 어느 정도 보장하는바, 수신 전극에 조명등을 함께 구성할 경우 번거로운 배선작업을 하지 않더라도 조명등을 적정 위치로 이동시킬 수도 있다.

Description

무선전력 전송장치 및 그를 이용한 조명장치
본 발명은 무선전력 전송장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전계 결합(capacitive coupling) 방식을 이용하여 면대면 방식으로 에너지를 전송하고, 송신 전극의 크기에 따라 수신 전극이 위치 자유도를 가짐으로써 조명 배치를 쉽게 하는 무선전력 전송장치 및 그를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
현재 전력(또는 에너지)을 무선방식으로 전송, 급전하는 기술개발이 상용화되고 있고, 이를 다양한 분야에 접목하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다.
특히, 무선으로 에너지를 공급받아 조명장치를 온/오프 시키는 조명분야에도 다양한 방식의 기술이 시도되고 있다. 이는 조명장치를 벽면이나 천장에 부착할 경우 또는 조명장치를 다른 위치로 옮겨야 하는 경우에 있어 벽면에 구멍을 뚫고 전선을 매립해야 하는 배선작업이나 전기공사의 불편함을 해결하기 위한 것이다. 또한 경우에 따라서는 조명장치에 전원을 공급하기 위한 전선이 노출되는 경우도 있어 실내/외 미관이 저하되는 것도 방지하기 위한 것이라 볼 수 있다.
그렇기 때문에 상술한 바와 같이 현재 무선으로 에너지를 공급받는 무선 조명장치에 대한 논의가 활발하다.
기존에 에너지를 무선으로 공급하는 경우는 일반적으로 유도 자계의 결합을 이용하는 방식이다. 즉 패러데이(Faraday)의 전자유도법칙으로 생성된 자기장의 결합을 이용하는 것이다.
이와 같은 종래 기술들에 대해 살펴보기로 한다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 무선 전력방식 및 이를 통해 조명장치에 전원을 공급하는 예시도이다.
이를 보면, 송신코일(1)이 연결된 송신회로(2), 수신코일(3)이 연결된 수신회로(4), 그리고 수신회로(4)와 연결된 조명장치(5)를 포함할 수 있다. 물론 송신회로(2)와 수신회로(4)는 물리적 분리면(6)을 통해 어느 정도 떨어진 상태이다.
이러한 구성에서는 송신코일(1)에 전류가 공급되면 그 주위에 자기장이 형성되고, 상기 자기장은 수신 코일(3) 및 수신회로(4)에 유도 기전력을 형성하게 된다. 그러면 유도 기전력의 전력 변환을 통해 조명장치(5)에 필요한 에너지를 공급하게 된다.
하지만, 도 1의 구성에서는 수신코일(3)이 송신코일(1)의 범위 밖으로 이동 시에 상호 결합되는 자기장의 감소로 인하여 에너지 전송 효율이 매우 떨어지므로 수신회로(4)의 위치를 쉽게 변경하기가 어렵다.
물론 수신회로(4)의 위치를 어느 정도 변경할 수 있도록 도 2와 같이 송신 코일(1')의 크기를 변경하면 된다. 그렇지만 이 경우 송신코일(1')에서 수신코일(3)에 전달되는 자기장은 대부분 전달되지 않고 극히 일부만 전달된다. 이러한 이유로 도 2의 구조에서는 전력 소모가 불필요하게 발생한다. 이는 그만큼 송신회로(2)에 전력을 더 크게 공급해야 하는 또 다른 문제를 초래하게 된다.
이처럼, 도 1 및 도 2의 구성은 수신회로의 이동 자유도가 극히 제한적인 단점이 있다.
이를 해결하고자 도 3과 같이 다수의 송신코일(12)을 복수 개 배열 설치하고, 수신코일(13)의 위치에 대응하는 송신코일(12)이 선택되어 에너지를 공급하는 방안도 모색된바 있다. 도면에서 10은 송신회로, 11은 코일 선택부, 14는 수신회로, 15는 조명장치이다.
하지만, 도 3의 구조는 벽면이나 천장 등에 매립되는 코일 구조가 매우 복잡하고 코일과 코일 상호 간의 연결 부분에 자속이 불균일하게 발생하는 문제가 된다.
한편, 종래 무선 전송방식에는 자기장을 이용한다는 것은 상술한바 있다. 그런데 자기장은 주지된 바와 같이 항상 폐 루프(closed loop)를 형성하는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인해 상기 폐 루프는 원하지 않은 영역에도 자기장을 형성하게 되며, 따라서 송수신 회로 주위에 위치한 다른 회로 등에 영향을 끼쳐 안정적인 동작을 어렵게 한다.
이를 방지하고자 도 4에 도시한 바와 같이 송신코일(20)과 수신코일(22) 주위에 형성된 자기장의 영향을 최소화하기 위하여 수신코일(22)과 수신회로(23) 사이에 자기적 차폐물(Magnetic Shielding Layer)(24)을 설치하고 있다. 이때 자기적 차폐물(24)은 충분한 자기 경로(Magnetic Flux Path)를 확보하기 위하여 두께가 상당히 두꺼워야 한다. 따라서 전체 수신부(22)(23)(24)의 두께가 그만큼 커지게 되고, 이로 인한 비용 추가가 발생한다.
따라서 수신회로(23) 및 수신 코일(24)의 두께가 그만큼 커지게 되고, 이로 인한 비용 추가가 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비교적 송수신부의 구조를 간단하게 하면서도 주위 회로에 자기장의 영향이 전혀 없도록 하는 무선전력 전송장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조명장치가 연결되는 수신부가 소정 범위 내에서 자유롭게 이동 가능하도록 위치 자유도를 부여함으로써 조명장치의 위치 변경이 용이하게 하는 조명장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 한 쌍의 송신 전극; 상기 송신 전극과 대응되게 이격 설치되는 한 쌍의 수신 전극; 및 상기 송신 전극과 상기 수신 전극 사이에 각각 형성되는 링크 커패시터를 포함하며, 상기 링크 커패시터에 형성된 전기장을 이용하여 면대면 전송방식으로 상기 송신 전극에서 상기 수신 전극으로 에너지를 무선 전송하는 무선전력 전송장치가 제공된다.
상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 형상이 평판형으로 형성되는 도체판이다.
그러나, 상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 일부의 면이 서로 겹치는 임의의 형상을 가지는 한 쌍의 도체가 이용될 수도 있다.
상기 송신 전극이 상기 수신 전극보다 상대적으로 크게 형성된다.
여기서, 상기 송신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되고, 상기 수신 전극도 서로 크기가 다르게 형성된다.
상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 범위 내에서 상기 수신 전극은 위치 변경이 가능하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 도체판으로 형성되며 물리적인 차단면 내에 매립 설치되는 한 쌍의 송신 전극; 상기 송신 전극과 이격 설치되고, 상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 면에만 전기장이 형성되어 에너지를 공급받는 한 쌍의 수신 전극; 및 상기 수신 전극에 연결되는 조명등을 포함하는 조명장치가 제공된다.
상기 수신 전극과 상기 조명등은 하나의 하우징 내에 별도로 구성되고, 상기 수신 전극이 있는 상기 하우징은 상기 송신 전극과 겹쳐지는 부분에서 이동 가능하다.
상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 형상이 평판형으로 형성되는 도체판이다.
상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 일부의 면이 서로 겹치는 임의의 형상을 가지는 한 쌍의 도체가 이용될 수 있다.
상기 송신 전극이 상기 수신 전극보다 상대적으로 크게 형성된다.
여기서, 상기 송신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되고, 상기 수신 전극도 서로 크기가 다르게 형성된다.
상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 범위 내에서 상기 수신 전극은 위치 변경이 가능하다.
이와 같은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치 및 그를 이용한 조명장치는 다음과 같은 효과가 있다.
즉 본원 발명은 도체판으로 이루어진 송수신 전극 사이의 전기장을 이용하여 면대면 방식으로 에너지를 무선 전송하는 구성을 제공하고 있다. 따라서 종래 유도 자계결합방식으로 에너지를 무선 전송하는 구성에 비하여 송수신부의 구조를 간단하게 할 수 있고, 아울러 각종 코일 형상을 제작하는 번거로움도 덜 수 있다.
또한 본원발명이 전기장만으로 에너지를 전송하고 있어, 전기장의 폐루프 특징에 따라 송수신 회로의 주변에 위치한 각종 회로 등에 미치는 직접적인 영향을 최소화할 수 있다.
그리고 송신 전극의 크기를 수신 전극보다 더 크게 형성하고 있기 때문에 수신 전극을 이동시키더라도 송신 전극과 겹쳐지는 면이 항상 존재하기 때문에 수신 전극의 이동이 제한적이지 않다.
따라서 수신 전극에 조명등을 연결하는 구조로 적용하면 별도의 미관 공사를 하지 않더라도 조명등의 위치를 용이하게 배치할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 무선 전력방식 및 이를 통해 조명장치에 전원을 공급하는 예시도
도 3은 종래 기술에 따른 무선 전력방식 및 이를 통해 조명장치에 전원을 공급하는 다른 예시도
도 4는 종래 기술에 따라서 수신코일과 수신회로 사이에 자기적 차폐물(Magnetic Shielding Layer)이 설치된 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선전력 전송장치를 보인 구성도
도 6은 도 5에 도시한 무선전력 전송장치에서 에너지를 전송하는 예를 보인 개념도
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치를 보인 개략적인 구성도
본 발명은 전계 결합형 무선 급전방식을 이용하여 전력을 조명장치에 공급하고, 또한 조명장치가 연결되는 수신회로의 위치 자유도를 보장할 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 요지로 한다.
이하 본 발명에 의한 무선전력 전송장치 및 그를 이용한 조명장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선전력 전송장치를 보인 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 무선전력 전송장치(100)는, 송신회로(112) 및 송신 전극(114)을 구비한 송신부(110)와 수신 전극(122) 및 수신회로(124)를 구비한 수신부(120)와, 송신부(110)와 수신부(120) 사이에 위치한 링크 캐패시터(130)를 포함한다.
송신회로(112)는 입력 전원인 DC 성분을 AC 성분으로 변환하는 변환부(미도시) 등의 구성을 포함하게 된다. 이는 송신부(110)가 입력받은 DC 성분의 전류나 전압은 물리적으로 분리되어 있는 수신부(120)로 그대로 전송하는 것이 불가능하기 때문이다. 따라서 변환부는 상기 입력 전원인 DC 성분을 구형파 또는 사인파와 같은 주기적인 형태를 가지는 AC 성분으로 만드는 역할을 수행한다.
수신회로(124)는 상기 AC 성분을 정류하는 정류 기능과, 정류된 AC 성분을 다시 DC 성분으로 변환하는 변환 기능을 위한 회로 소자들을 포함한다.
송신 전극(114)과 수신 전극(122)은 물리적인 분리 구간이 존재한다. 상기 분리 구간에서는 커패시터 성분을 통해 에너지가 전송된다.
그리고 송신 전극(114)과 수신 전극(122)은 에너지를 전송하는 소자로 사용되며, 본 실시 예에서는 송신 전극(114)과 수신 전극(122)은 전도체 재질로 이루어진 두께가 얇은 평판형 구조의 도체판이 이용된다. 그리고 송신 전극(114)이 수신 전극(122)보다 일반적으로 크기가 더 크다.
한편, 송신부(110)의 송신 전극(114)과 수신부(120)의 수신 전극(122) 사이에는 링크 커패시터(130)가 형성된다. 그리고 링크 캐패시터(130)는 전류 회수 경로가 필요하기 때문에 도시한 바와 같이 항상 한 쌍(a pair)(Clink1, Clink2)으로 존재하며, 상기 링크 커패시터(130)는 송신 전극(114)과 수신 전극(122) 사이의 물리적인 분리 구간에서 에너지 전송을 위해 형성되는 커패시터 성분을 말한다.
이처럼 본 실시 예는 종래 에너지를 무선으로 공급/급전할 때 사용되던 자기장 대신에 전기장만으로 에너지를 전송하는 전계 결합형 면대면 에너지 전송방식을 제안하는 것이다.
이와 같이 하면 종래 자계 결합형 방식의 코일 구조에 비해 송/수신부 구조가 간단하고, 적정한 자기장을 생성하도록 코일 형상을 제작해야 하는 어려움도 제거된다.
한편 본 발명은 도 5에 도시한 전계 결합 방식을 이용한 면대면 에너지 전송을 이용하고 있지만, 상술한 바와 같이 송신 전극과 수신 전극의 크기(size)를 달리하여 수신부의 위치 이동이 있더라도 효율적으로 에너지 전송이 가능하도록 한다.
이는 도 5에 도시한 전력 무선전송장치에서 송/수신 전극의 크기를 서로 달리하여 에너지를 전송하는 예를 보인 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6을 설명함에 있어서 송신회로나 수신회로에 대해서는 그 설명은 생략할 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이 송신 전극(114)과 수신 전극(122)이 구성된다. 이때 송신 전극(114)의 크기는 수신 전극(122)의 크기보다 더 크게 형성됨을 알 수 있다.
이와 같이 구성하게 되면, 송신 전극(114)과 수신 전극(122)이 겹쳐지는 평면에만 에너지가 집중하여 전송이 이루어진다. 즉 수신 전극(122)과 겹쳐지지 않은 송신 전극(114)의 나머지 평면에는 전기장이 형성되지 않는다.
여기서 상기 수신 전극(122)은 도면을 봤을 때 좌/우 방향으로의 이동이 가능하고, 또한 도면과 수직인 전/후 방향으로의 이동도 가능하다. 즉 송신 전극(114)의 크기 내의 범위 내에서는 이격 거리가 동일하게 유지되면서 위치 이동이 가능하다. 이렇게 수신 전극(122)이 이동하더라도 상기 송신 전극(114)과 겹치는 면만 전기장이 형성되게 된다.
한편, 도 6에서는 전기장은 개 루프(open loop) 형태로 형성(A 부분)된다. 이를 보면 전기장의 범위가 명확하게 구분됨을 알 수 있다. 그렇기 때문에 송신 전극(114) 및 수신 전극(122)과 인접되어 있는 다른 회로 소자 등에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 그 결과 종래의 무선 전송장치에서 자기장의 영향을 줄이기 위해 필요하였던 소정 두께의 차폐물의 구성이 불필요하게 되고, 그만큼 송수신부의 크기를 줄일 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치를 보인 개략적인 구성도이다.
도 7은 상술한 전력 무선전송장치를 이용하여 조명 장치에 에너지를 공급하는 것이다. 이를 살펴보면, 송신 회로(200)와 연결되는 제1 송신 전극(210a) 및 제2 송신 전극(210b)이 구성된다. 송신 회로(200)와 제1 송신 전극(210a) 및 제2 송신 전극(210b)은 통상 벽면 및 천장 등에 매립된 구조이다. 그리고 송신 전극들(210a)(210b)은 서로 크기가 동일하다.
상기 송신 전극(210a)(210b)과 물리적으로 분리되어 위치하는 제1 수신 전극 (220a) 및 제2 수신 전극(220b)이 구성된다. 제1 수신 전극(220a) 및 제2 수신 전극(220b)은 상기 제1 송신 전극(210a) 및 제2 송신 전극(210b)과 비교하면 크기가 상대적으로 작게 형성된다. 또한 제1 수신 전극(220a) 및 제2 수신 전극(220b)은 서로 크기가 동일하다.
그리고 상기 제1 수신 전극(220a) 및 제2 수신 전극(220b)에는 수신회로(230)가 연결된다.
그리고 수신회로(230)에 조명등(240)이 연결된다.
여기서, 상기 수신 전극들(220a)(220b)과 수신회로(230)는 케이블(250)로 연결된 예를 보이고 있지만, 수신 전극들(220a)(220b)과 수신회로(230)가 서로 밀착된 형태로 형성될 수 있다. 또한 수신회로(230)에 조명등(240)이 일체로 연결된 구성 이외에 조명등(240)이 수신회로(230)에서 케이블 등을 이용하여 일정 거리 이격되게 설치될 수도 있다.
이와 같이 구성된 조명장치를 보면, 일단 송신 전극들(210a)(210b)은 매립된 상태이고, 수신 전극들(220a)(220b)은 송신 전극(210a)(210b)과 떨어진 상태에서 외부로 노출된 상태가 된다. 그리고 수신 전극들(220a)(220b)은 송신 전극(210a)(210b)의 크기 내에서 어느 위치에 있더라도 송신 전극(210a)(210b)으로부터 전극간의 면대면 에너지 전송이 이루어진다. 그렇기 때문에 송신 전극(210a)(210b)의 크기 내에서 수신 전극(220a)(220b)의 위치 이동은 가능하고 이는 조명등(240)의 위치를 더 용이하게 변경 가능하다는 것을 의미할 수 있다.
여기서 수신 전극(220a)(220b)의 위치 변경은 다양한 방법이 적용될 수 있다. 즉 수신 전극(220a)(220b)을 감싸는 브라켓이나 하우징(미 도시)을 송신 전극(210a)(210b)이 매립된 면 위에 접착물질이나 볼트 등의 물리적인 결합 매체로 장착할 수 있다. 또는 송신 전극(210a)(210b)이 매립된 면 내에 가이드 레일(미도시)을 설치하고 그 가이드 레일을 따라 수신 전극(220a)(220b)이 구비된 브라켓이나 하우징을 이동시키는 것도 가능할 것이다.
여기서 상기 브라켓이나 하우징 내에 상기 수신전극(220a)(220b), 수신회로(230), 조명등(240)을 함께 포함시켜 하나의 블록으로 구성할 수도 있다. 이 경우 더 쉽게 조명등의 위치를 변경할 수 있다.
한편 본 발명에서는 송수신 전극들의 크기를 서로 다르게 형성할 수 있다.
즉, 송신 전극(210a)(210b)의 크기가 서로 다르고 수신 전극(220a)(220b)의 크기는 동일하게 형성할 수 있다. 또한 반대로 송신 전극(210a)(210b)의 크기는 동일하고 수신 전극(220a)(220b)의 크기가 서로 다르게 형성할 수도 있다. 이외에도 송신 전극들(210a)(210b)과 수신 전극들(220a)(220b)의 크기를 각각 다르게 형성하는 것도 가능하다. 물론, 조명등(240)의 위치 자유도를 고려하면 기본적으로 송신 전극들(210a)(210b)의 크기가 수신 전극들(220a)(220b)에 비해 상대적으로 커야 함은 당연하다.
이처럼 각 전극들의 크기를 다양하게 하더라도 각 수신 전극들(220a)(220b)은 송신 전극(210a)(210b)들의 일부에만 겹치기 때문에 그 겹치는 구간을 통해 에너지가 무선으로 전송되어 조명등에 전원을 공급하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 한 쌍의 도체만으로 형성된 송수신 전극 사이를 전계 결합방식을 이용하여 전기장만으로 에너지를 면대면 전송하고, 또한 수신 전극의 이동이 자유롭게 되도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고 이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
즉 본 실시 예에서 설명하고 있는 한 쌍의 도체판을 평판형으로 형성된 도체판만을 설명하고 있지만, 어떠한 형태의 굴곡을 가지는 도체판도 본 발명에 적용할 수 있음은 당연하다.
본 발명은 평면과 평면 사이의 면대면 에너지 전송 형태를 가지기 때문에 복잡한 배선 없이 에너지를 전송할 수 있어, 조명 위치를 자유롭게 변경할 수 있어 사용자 편의성을 향상시키는 무선 조명 장치에 폭넓게 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 한 쌍의 송신 전극;
    상기 송신 전극과 대응되게 이격 설치되는 한 쌍의 수신 전극; 및
    상기 송신 전극과 상기 수신 전극 사이에 각각 형성되는 링크 커패시터를 포함하며,
    상기 링크 커패시터에 형성된 전기장을 이용하여 면대면 전송방식으로 상기 송신 전극에서 상기 수신 전극으로 에너지를 무선 전송하는 무선전력 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 형상이 평판형으로 형성되는 도체판인 무선전력 전송장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 일부의 면이 서로 겹치는 임의의 형상을 가지는 한 쌍의 도체인 무선전력 전송장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 전극이 상기 수신 전극보다 상대적으로 크게 형성되는 무선전력 전송장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되는 무선전력 전송장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되는 무선전력 전송장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 범위 내에서 상기 수신 전극은 위치 변경이 가능한 무선전력 전송장치.
  8. 도체판으로 형성되며 물리적인 차단면 내에 매립 설치되는 한 쌍의 송신 전극;
    상기 송신 전극과 이격 설치되고, 상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 면에만 전기장이 형성되어 에너지를 공급받는 한 쌍의 수신 전극; 및
    상기 수신 전극에 연결되는 조명등을 포함하는 조명장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신 전극과 상기 조명등은 하나의 하우징 내에 별도로 구성되고,
    상기 수신 전극이 있는 상기 하우징은 상기 송신 전극과 겹쳐지는 부분에서 이동 가능한 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 형상이 평판형으로 형성되는 도체판인 조명장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신 전극 및 수신 전극은 그 일부의 면이 서로 겹치는 임의의 형상을 가지는 한 쌍의 도체인 조명장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신 전극이 상기 수신 전극보다 상대적으로 크게 형성되는 조명장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되는 조명장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 수신 전극은 서로 크기가 다르게 형성되는 조명장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 송신 전극과 수직방향으로 겹쳐지는 범위 내에서 상기 수신 전극은 위치 변경이 가능한 조명장치.
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