KR20160043902A - 무인 이동형 및 고정형 무선 전원 공급 장치, 그리고 이를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

무인 이동형 및 고정형 무선 전원 공급 장치, 그리고 이를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인 이동형 및 고정형 기반의 무선 전원 공급 장치를 이용하여 주변 환경에 분산되어 있는 초소형 센서(전력 수신기)에 무선 전력을 공급하는 무인 이동형 및 고정형 무선 전원 공급 장치, 그리고 이를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 사물 통신을 위한 무선 충전 시스템으로서, 무선으로 전원을 공급받는 사물 통신용 센서; 상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치; 및 상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 장치를 포함한다.

Description

무인 이동형 및 고정형 무선 전원 공급 장치, 그리고 이를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법{Mobility and fixed for wireless power supply transmission apparatus, and wireless charge system and method for using the same}
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인 이동형 및 고정형 기반의 무선 전원 공급 장치를 이용하여 주변 환경에 분산되어 있는 초소형 센서(전력 수신기)에 무선 전력을 공급하는 무인 이동형 및 고정형 무선 전원 공급 장치, 그리고 이를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근의 무선 충전 기술은 사회적인 큰 이슈로써, 휴대용 기기, 가전기기, 각종 정보 기기 및 사물통신(Internet of Things, IoT) 센서 등 다양한 전자기기들을 대상으로 필요한 전원을 공급하는 기술이다. 무선 충전 기술은 자기 유도, 자기 공명, RF, 레이저 등의 방식 등으로 이루어지며 송전부와 수전부로 구성되는 구조를 가지고 주로 전송 효율과 성능에 대한 기술에 초점을 두고 있다.
휴대용 기기나 가전기기 및 정보기기들은 현재 일부 무선충전 기술에 대한 구현이 이루어졌으나, 공간적인 측면과 성능적인 측면에서 많은 한계를 가지고 있다. 스마트 폰, 태블릿, 노트북 등의 휴대용 기기의 경우 무선전력 송신기기를 별도로 이용하여 비접촉의 형태로 근접하여 충전이 가능한 기술만이 구현되었다. 더불어 자동차, 버스, 철도 등의 무선충전 기술은 고정식의 전기 공급 인프라를 기반으로 하여 무선전력수신 장치를 이들 차량에 추가하는 형태로 개발되어 있다. 이러한 무선충전 기술들은 사용자의 도구적인 성격이거나, 부품의 일부 형태를 가지고 있기 때문에 소형화 및 공간적인 분포, 이동 자유도가 높은 성격을 가지고 있는 차세대 전자기기들의 연구 흐름과 맞지 않는다.
특히 이와 관련하여 대표적인 사례로써, 사물 통신 센서 네트워크 무선충전 기술을 예로 들 수 있다. 사물통신((Internet of Things, IoT) 기술은 차세대 기술로써, 현재 도입을 준비 중인 기술이다. 사물통신에서 핵심이 되는 기술은 저전력의 무선 네트워킹 기술, 센서 최적화 기반의 데이터 관리 기술, 저전력 임베디드 운영체제, 전원 공급 및 저장 기술, 저비용 프로세서 등이 주요 해결 문제점으로 대두되고 있다. 여기서 센서를 통한 주변 환경 및 다양한 정보들을 전송할 수 있는 센서 관리 및 저전력 통신이 가장 중요한 문제점을 가지고 있다. 그래서 에너지 하베스팅 기술 같은 자체적인 센서의 전원 공급 기술 등이 제안되기도 하였으나, 실질적으로 적용하기에는 매우 어려우며, 센서 내에 있는 배터리 효율을 높이고, 비용을 최소화 하는 방법 등의 접근법을 기반으로 현재 연구가 진행 중이다.
KR 10-2011-0069264 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 주변 여러 환경에 분산되어 있는 초소형 센서에 전원을 공급할 수 있는 방법을 제안하는데 그 목적이 있으며, 특히 기존의 사물 통신 기술에서는 존재하지 않는 무인 비행체와 고정형 전원 공급기를 이용한 무선전력전송 시스템을 제안함으로써, 사물 통신 센서 네트워크 구성 시 센서의 전원 문제를 해결하며, 이에 따라 사물 통신을 구성하는 센서에 전원의 공급을 안정적으로 지원함으로써 IoT 시대를 앞당길 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치로서, 무인 이동형 비행 동력을 제공하는 전기모터; 사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 전기 모터 및 급전부에 전력을 제공하는 전력 저장부; 및 상기 전기모터, 상기 급전부, 상기 전력 저장부를 제어하며 상기 급전부를 통해 공급되는 무선 전력 공급 시 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 전력 저장부는 상기 전기 모터에 전력을 제공하는 제 1 전력 저장부; 및 상기 급전부에 전력을 제공하는 제 2 전력 저장부를 포함하며 상기 전기 모터 및 급전부는 상기 제 1 전력 저장부와 제 2 전력 저장부에 저장된 전력을 공유하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사물통신을 위한 센서에 무선으로 전원을 공급하는 장치를 구비하는 고정형 무선 전원 공급 장치로서, 사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 급전부에서 공급하는 전력의 방향을 전환하기 위한 동력을 제공하는 방향 전환 동력 제공부; 상기 급전부 및 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 전원부; 및 상기 급전부, 상기 방향 전환 동력 제공부, 상기 전원부를 제어하며, 상기 급전부를 통해 상기 무선 전력 공급 시 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 전원부는 상기 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 제 1 전원부; 및 상기 급전부에 전력을 제공하는 제 2 전원부를 포함하며 상기 방향 전환 동력 제공부 및 급전부는 상기 제 1 전원부와 제 2 전원부의 전력을 공유하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 사물 통신을 위한 무선 충전 시스템으로서, 무선으로 전원을 공급받는 사물 통신용 센서; 상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치; 및 상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 장치를 포함한다.
바람직하게는 상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치는, 무인 이동형 비행 동력을 제공하는 전기모터; 상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 전기 모터 및 급전부에 전력을 제공하는 전력 저장부; 및 상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치의 상기 전기모터, 상기 급전부, 상기 전력 저장부를 제어하며 상기 급전부를 통해 상기 사물 통신을 위한 센서에 공급되는 무선 전력이 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 전송되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 고정형 무선 전원 공급 장치는 상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 급전부에서 공급하는 전력의 방향을 전환하기 위한 동력을 제공하는 방향 전환 동력 제공부; 상기 급전부 및 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 전원부; 및 상기 고정형 무선 전원 공급 장치의 상기 급전부, 상기 방향 전환 동력 제공부, 상기 전원부를 제어하며 상기 급전부를 통해 상기 무선 전력이 상기 사물 통신용 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 사물 통신용 센서는 상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치 또는 고정형 무선 전원 공급 장치로부터 전송되는 전력을 집전하는 집전부; 상기 집전부에서 집전된 전력을 저장하여 센서 구동을 위한 전력을 공급하는 배터리; 센서 네트워크에 전송할 정보를 제공하는 센서 네트워크 정보 제공부; 및 상기 센서 네트워크 정보 제공부에서 제공하는 정보를 전송하는 센서 네트워크 통신 안테나를 포함한다.
바람직하게는 상기 무선 충전 시스템은 상기 고정형 전원 공급 장치와 일정한 거리에 위치하여 상기 고정형 무선 전원 공급 장치로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 중계기가 더 포함된다.
바람직하게는 상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치는 무인 이동형 무선 전원 공급 중계기 역할을 수행하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 청구항 5 내지 10에 기재된 무선 충전 시스템을 통하여 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭 없이 무인 이동체 무선 전원 공급 장치의 최적의 경로가 탐색되며, 탐색된 이동 경로로 이동되어 무선 전력이 공급된다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 청구항 5 내지 10에 기재된 무선 충전 시스템을 통한 무선 전원 공급에 대하여 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭 요소가 발생하지 않도록 우회 경로를 통하여 무선 전력이 전송된다.
바람직하게는 상기 우회 경로는 고정형 무선 전원 공급 장치나 고정형 무선 전원 공급 중계기에서 무인 이동형 무선 전원 공급 장치로 무선 급전 경로가 변경되는 것이다.
본 발명에 의하면, 기존의 무선전력전송 기술에서는 존재하지 않는 무인 이동형 전원 공급 장치와 고정형 전원 공급 장치, 그리고 이동형 및 고정형 중계기를 이용한 무선전력전송 시스템을 제안함으로써, 각종 전자기기 및 정보기기를 비롯한 사물 통신 센서 등의 전원 문제를 해결하는 차별성 가지며, 다양한 환경에서 충전됨과 동시에 방향성과 이동성을 고려한 최적 충전 및 인체 유해성 문제 회피 등의 해결 방안이 제시되는 효과를 통하여 사물 통신을 구성하는 센서의 전원 공급을 안정적으로 지원하며, IoT 시대를 앞당길 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 전체적인 계념도
도 2는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 무인 이동형 무선 전원 공급 장치를 나타낸 블럭 구성도
도 3은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 고정형 무선 전원 공급 장치를 나타낸 블록 구성도
도 4는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 사물 통신용 센서를 나타낸 블럭 구성도
도 5는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 급집전 시스템의 동작 시나리오를 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 동작 시나리오를 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 동작 시나리오를 나타낸 도면
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명은 사물 통신에서 사용되는 센서 네트워크를 구성하는 센서들의 전원을 무선전력전송 기술을 이용하여 공급하는 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명에 따른 사물 통신 센서 네트워크가 구성된 무선 충전 시스템의 전체적인 개념도로서, 무선으로 전원을 공급 받는 사물 통신용 센서(400, 500, 600)와, 상기 사물 통신용 센서(400, 500, 600) 및 센서 네트워크 주변을 이동하며 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)와, 상기 사물 통신용 센서(400, 500, 600) 네트워크에 방향을 전환해가며 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 장치(200)와, 상기 고정형 무선 전원 공급 장치(200)로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 전원을 중계하여 공급하는 고정형 전원 공급 중계기(300)를 포함한다. 도 1에서 사물 통신 및 사물 통신 센서 네트워크를 구성하기 위하여 분포된 사물 통신용 센서(400, 500, 600)는 흑색 원으로 표시하였다.
본 발명은 다양한 크기의 소형 무인 비행체(air drone)를 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100) 및 무인 이동형 무선 전원 공급 중계기로 이용하여 주기적으로 운행하며, 무인 비행체에서 다양한 방식(자기유도, 자기공명, RF 및 레이저 등)으로 무선 전력을 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 공급하는 방법이다. 무인 비행체(100)에 장착된 전력 저장부(하기에서 설명됨)의 출력 전력을 각 무선전력전송 방식에 맞는 무선급전 소자들을 이용하여 분포적으로 존재하는 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 전원을 공급하는 형태로써, 매우 적은 전력을 필요로 하는 다수 개의 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 전원을 공급하는 방식이다. 더불어 고정형 무선 전원 공급 장치(300)를 이용하여 넓은 영역에 있는 다수 개의 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에도 전원을 공급한다. 무인 비행체인 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)는 자체적으로 차별성을 가지고 있으며, 고정형 무선 전원 공급 장치(300)의 경우에도 충전 영역을 광범위하게 확보하기 위하여 기계적 및 전기적인 별도의 장치인 고정형 무선 전원 공급 중계기(300)와 연결된다.
도 2는 본 발명에 따른 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)를 나타낸 블럭 구성도이다. 무인 이동형 전원 공급 장치(100)는 다양한 크기의 소형 무인 비행체(air drone)일 수 있으며, 주기적으로 운행하여 무인 비행체에서 다양한 방식으로 무선 전력을 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 공급한다. 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 무인 이동형 비행 동력을 제공하는 전기모터(110)와, 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 무선으로 전력을 공급하는 급전부(120)와, 상기 전기 모터(110) 및 급전부(120)에 전력을 제공하는 전력 저장부(130))와 상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)의 각 구성요소를 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
전기 모터(110)는 전력을 이용하여 회전운동의 힘을 얻으며, 회전수에 따라 전진하거나 회전하며 전기 모터(110)의 출력을 높임으로 수직 상승하여 이동하게 된다.
급전부(120)는 무선으로 전력을 공급하는 기술 구성으로 무선전력전송 기술은 특정 기술로 한정하지 않으며, 본 발명에서는 크게 4가지 대표예인 자기유도, 자기공명, RF 및 레이저 방식 등을 모두 포함한다.
자기 유도 방식에서는 급전 코일과 집전 코일 간의 유도 결합 현상을 통하여 자기장으로 전력 전달을 구현하는 것이다. 이때에는 급전부(120)에서 자기장이 집전부가 구비된 사물 통신용 센서(400, 500, 600)의 집전 코일에 집중 될 수 있도록 무인 비행체 및 하기에서 설명될 고정형 무선 전원 공급 장치(200)에서 효율적인 코일/코어를 구성해야 한다. 집전부 장치가 내장된 센서의 경우에도 전력 수신을 위한 적절한 코일/코어를 마찬가지로 포함한다.
자기 공진 방식은 급전 공진 코일과 집전 공진 코일 간의 자기 공명 현상을 이용한 것으로, 급전 코일과 집전 코일을 자기 공진 시켜, 공진 현상을 이용하여 전력 전달을 구현하는 것이다. 급전부와 집전부에서는 서로 미리 근접한 공진 주파수를 가지는 공진 코일을 구비하고 있어야 하며, 이때의 공진 코일은 공진 주파수
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를 만족하는 인덕턴스와 커패시턴스 값을 가지고 있어야 한다. 여기에서는 공진 현상을 맞추기 위해서는 급전부와 집전부의 공진 주파수를 조정하거나 급전 공진 코일과 집전 공진 코일 간의 거리 및 위치 등을 조절하여 무선전력전송 성능을 최적화 할 수 있으며, 이러한 조절 기능이 포함되어야 한다.
RF 무선전력전송 방식의 경우는 높은 지향성 안테나를 이용하여 전력전송을 위한 전파의 자유 공간 손실을 최소화 하는 센서에 전력을 전송하는 것이다. 이를 위해서는 급전부를 구비한 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100) 및 고정형 무선 전원 공급 장치(200)에서 지향성 안테나를 구비하는 것이 적합하며, 집전부를 구비한 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에서는 무지향성 안테나를 구비하는 것이다.
레이저 방식의 경우에는 급전부를 구비한 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100) 및 고정형 무선 전원 공급 장치(200)에서 집속된 에너지 빔을 집전부를 구비한 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 송신하여 전력 전달을 구현한다. 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100) 및 고정형 무선 전원 공급 장치(200)가 사물 통신용 센서(400, 500, 600)들의 위치에 대한 정확한 정보와 더불어 조향 기능을 포함한다.
급전부(120)는 대표적 예를 든 자기 유도 방식, 자기 공진 방식, RF 방식, 레이저 방식 등의 전력 전송 방식에 맞게 구성되며 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100) 내에 한 개 또는 2개 이상의 다수개를 포함할 수 있다. 즉 단일 전송 방식만을 사용하는 것은 아니며, 2개 이상의 전송 방식도 모두 사용 가능하다. 하기에서 설명할 전력 저장부(130)의 확장 및 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)의 운행은 사물 통신용 센서(400, 500, 600)의 충전에 최적화하도록 하여 무선 전력 전송 용량을 확보할 수 있다. 또한 사물 통신용 센서(400, 500, 600)의 전력 충전을 위한 시간은 길어질수록 좋으며, 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)의 성능 최적화를 통하여 센서 충전 기능을 향상시킬 수 있다.
전력 저장부(130)는 전기 모터(110) 및 급전부(120)에 전력을 제공하기 위한 것으로 전기 모터(110)에 전력을 제공하는 제 1 전력 저장부(131)와, 급전부(120)에 전력을 저장하기 위한 제 2 전력 저장부(132)로 구성된다. 제 1 전력 저장부(131)와 제 2 전력 저장부(132)에 저장된 전력은 각각의 용도에 따라 사용할 수 있으며, 동일 전력을 공유할 수도 있다. 예를 들면 제 1 전력 저장부(131)에 저장된 전력이 부족하여 전기 모터(110)에 전력을 제공할 수 없을 경우 비행이 어렵게 되는데 이때, 제 2 전력 저장부(132)의 전력을 공유하는 것이다.
제어부(140)는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)의 각 구성요소를 제어하며, 급전부(120)를 통해 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 공급되는 무선 전력이 가시거리 및 비가시거리를 모두 포함하여 인체 유해성을 고려하여 사물 통신용 센서(400, 500, 600)가 위치한 방향에 무선 전력이 전송되도록 제어한다. 여기서 인체 유해성이란 인체에 미치는 전자파로써 본 발명에서는 사물 통신용 센서가 위치한 방향에 전자파로 인하여 인체가 유해할 경우 방향을 전환하여 무선 전력이 공급되도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고정형 무선 전원 공급 장치(200)를 나타낸 블럭 구성도이다. 고정형 무선 전원 공급 장치(200)는 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 무선으로 전력을 공급하는 급전부(220)와, 급전부(220)에서 공급되는 전력의 방향을 전환하기 위한 동력을 제공하는 방향 전환 동력 제공부(210)와, 급전부(220)와 방향 전환 동력 제공부(210)에 전력을 제공하는 전원부(230)와, 고정형 무선 전원 공급 장치(200)의 각 구성 요소를 제어하는 제어부(240)로 구성된다.
앞서 설명한 도 2의 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)는 이동 운행을 통해서 한정된 충전 영역을 이동시키면서 다양하고 광범위한 분포를 가지는 사물 통신용 센서(400, 500, 600)들을 충전시킬 수 있으나 도 3의 고정형 무선 전원 공급 장치(200)의 경우 직접 이동할 수 없기 때문에 광범위한 충전 영역을 가지기 위해서는 각 무선전력전송 기술에 대한 충전 영역의 방향을 조절할 수 있어야 한다. 이를 위한 다양한 기계적, 전기적인 방향 조절을 위한 동력이 필요하며 전원부(230)의 일부 전원은 이 동력으로 사용된다.
급전부(220)는 무선으로 전력을 공급하는 구성으로 무선전력전송 기술은 특정 기술로 한정하지 않으며, 본 발명에서는 크게 4가지 대표예인 자기유도, 자기공명, RF 및 레이저 방식 등을 모두 포함하며 도 2에서 설명한 급전부(120)의 설명과 동일하다.
방향 전환 동력 제공부(210)는 광범위한 충전 영역을 가지기 위한 방향 조절 동력을 제공한다.
전원부(230)는 방향 전환 동력 제공부(210) 및 급전부(220)에 전력을 제공하기 위한 것으로 방향 전환 동력 제공부(210)에 전력을 제공하는 제 1 전원부(231)와 급전부(220)에 전력을 제공하는 제 2 전원부(232)로 구성된다. 제 1 전원부(231)와 제 2 전원부(232)의 전력은 각각 용도에 따라 사용할 수 있으며, 동일 전력을 공유할 수 있다. 예를 들면 제 1 전원부(231)에 전력이 부족하여 방향 전환 동력 제공부(210)에 전력을 제공할 수 없어 전력의 방향 전환이 어려울 경우 제 2 전원부(232)의 전원을 공유한다.
제어부(240)는 고정형 무선 전원 공급 장치(200)의 각 구성요소를 제어하며, 급전부(220)를 통해 사물 통신용 센서(400, 500, 600)에 공급되는 무선 전력의 경로변경 요소를 고려하여 사물 통신용 센서(400, 500, 600)가 위치한 방향에 무선 전력이 전송되도록 제어한다. 여기서 경로 변경 요소는 전자파가 인체에 미치고 전자기기간에 전자파 간섭이 발생할 수 있는 요소이다.
도 4는 본 발명에 따른 사물 통신용 센서(400, 500, 600)를 나타낸 블록 구성도이다. 사물 통신용 센서(400, 500, 600)는 무인 이동형 무선 전원 공급장치(100) 및 고정형 무선 전원 공급 장치(200)로부터 전송되는 전력을 집전하는 집전부(410, 510, 610)와, 집전부(410, 510, 610)에서 집전된 전력을 저장하고 센서 구동을 위한 전력을 공급하는 배터리(420, 520, 620)와, 센서 네트워크에 전송할 정보를 제공하는 센서 네트워크 정보 제공부(430, 530, 630)와, 센서 네트워크 정보 제공부(430, 530, 630)에서 제공하는 정보를 전송하는 센서 네트워크 통신 안테나(440, 540, 640)로 구성된다.
집전부(410, 510, 610)는 도 2 및 도3에서 설명한 급전부(120, 220)와 마찬가지로 무선전력전송 기술에 따라서 대응되는 집전 구조로 자기 유도 방식과 공진 방식은 급전부(120, 220)와 유사하며, RF 전력전송의 경우 센서가 거의 무작위로 배치되기 때문에 무지향성 안테나(혹은 렉테나)를 가져야 한다. 그리고 레이저 방식은 빔 수신기를 가진다. 집전부(410, 510, 610)에서 수신된 전력은 배터리(420, 520, 620)에 저장되며, 이 배터리(420, 520, 620)에 저장된 전원으로 사물통신을 위한 센서 구동이 이루어져 센서 네트워크 정보 제공부(430, 530, 630)를 통하여 정보가 전송되며 구동이 이루어진다.
사물 통신용 센서(400, 500, 600)는 무선 충전 대상인 휴대용 기기, 가전 기기, 각종 정보 기기, CCTV 같은 영상 기기 및 사물 통신 센서 등을 모두 포함하며, 무선충전 대상들은 기기들에서 수행하는 역할들을 위한 전원을 필요로 한다. 이들은 공간 및 환경 상에서 불규칙적으로 이산적인 분포를 가지며, 건물 실내 및 실외 등의 다양한 환경에 존재할 수 있다. 그러나 이들은 통신 및 전원 공급을 위한 연결망을 유선으로 적용할 경우 효율성이 떨어지며, 전원 및 통신선을 유선으로 연결하면 설치 위치가 한정적이며, 그에 수반되는 각종 전원/통신선들이 기하급수적으로 폭증되기 때문에 이 사물 통신 센서(400, 500, 600)들이 한 장소에 고정된 경우뿐만 아니라, 이동하는 물체에 장착되거나 직접 이동성을 가질 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 급집전 시스템의 동작 시나리오를 나타낸 도면으로 본 발명에서의 실시예로써 구성할 수 있는 것으로는 크게 급전부와 집전부로 나눌 수 있다. 제시된 급전부는 크게 이동식 급전(120)과 고정형 급전(220)으로 구분할 수 있다. 여기서 이동형 급전(120)은 무인 이동형 무선 전원 공급 장치(100)등을 이용하여 충전영역을 이동시켜가며 넓은 범위에 충전 서비스를 제공할 수 있는 것을 나타내며, 고정형 급전(220)은 고정형 무선 전원 공급 장치(200)에서 무선 충전을 지원하는 것을 의미한다. 집전부의 경우 본 발명에서는 사물 통신에서 전원을 필요로 하는 모든 장치를 포함하며, 특정 센서로만 한정되지는 않는다. 실시예에서는 센서를 대표적 집전부로 사용하였으며, 이들 센서 또한 이동형 집전과 고정형 집전이 있다. 이동형 집전의 경우 사물통신의 센서가 직접 이동하거나, 아니면 센서가 장착된 사물이 이동하는 경로를 모두 포함하며, 고정형 집전의 경우 특정 사물이 고정된 위치에 분포된 경우를 의미한다. 본 발명에서는 이들의 모든 경우에 대한 시나리오를 포함하며 급전부와 집전부 구성이 복수개로 구성되는 시나리오도 모두 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템을 이용한 충전 방법을 나타낸 도면으로 무선전력전송 방식은 모두 전자파를 이용하여 공간상에서 전력 에너지를 전송하는 것으로써, 인체 유해성 문제가 발생될 수 있으며, 이를 해결하기 위한 극복 방안에 대한 회피 시나리오이다. 본 발명에서는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치 및 고정형 무선 전원 공급 장치에서의 인체 유해성 문제를 방지하기 위하여 이를 회피하며, 무인 이동형 무선 전원 공급 장치의 이동시에 무선전력전송을 수행할 때 인체 유해 문제가 발생하면 최적의 운행 경로를 수정하여 경로를 이동한다. 또한 고정형 무선 전원 공급 장치에서는 방향성을 가지므로 방향 조정 기능과 중계기를 활용한다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템에서 중계기를 활용한 무선 급전 경로변경 시나리오를 나타낸 실시예로서 무선전원공급에 대한 회피 요소가 발생하였을 경우, 무인 이동형 및 고정형 중계기를 이용하여 우회 경로를 통하여 무선전원공급을 제시하며, 본 발명에서는 고정형 및 이동형의 한가기 경우로 한정하지 않으며 최적의 성능을 제안하는 것을 포함한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 무인 이동형 무선 전원 공급 장치
200: 고정형 무선 전원 공급 장치
300: 고정형 무선 전원 공급 중계기
400, 500, 600: 사물 통신용 센서
110: 전기 모터
120: 급전부
130: 전력 저장부
131: 제 1 전력 저장부
132: 제 2 전력 저장부
140: 제어부
210: 방향 전환 동력 제공부
220: 급전부
230: 전원부
231: 제 1 전원부
232: 제 2 전원부
240: 제어부
410, 510, 610: 집전부
420, 520, 620: 배터리
430, 530, 630: 센서 네트워크 정보 제공부
440, 540, 640: 센서 네트워크 통신 안테나

Claims (13)

  1. 사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치로서,
    무인 이동형 비행 동력을 제공하는 전기모터;
    사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 전기 모터 및 급전부에 전력을 제공하는 전력 저장부; 및
    상기 전기모터, 상기 급전부, 상기 전력 저장부를 제어하며 상기 급전부를 통해 공급되는 무선 전력 공급 시 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 저장부는
    상기 전기 모터에 전력을 제공하는 제 1 전력 저장부; 및
    상기 급전부에 전력을 제공하는 제 2 전력 저장부
    를 포함하며
    상기 전기 모터 및 급전부는 상기 제 1 전력 저장부와 제 2 전력 저장부에 저장된 전력을 공유하는 것
    을 특징으로 하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치.
  3. 사물통신을 위한 센서에 무선으로 전원을 공급하는 장치를 구비하는 고정형 무선 전원 공급 장치로서,
    사물 통신을 위한 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 급전부에서 공급하는 전력의 방향을 전환하기 위한 동력을 제공하는 방향 전환 동력 제공부;
    상기 급전부 및 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 전원부; 및
    상기 급전부, 상기 방향 전환 동력 제공부, 상기 전원부를 제어하며, 상기 급전부를 통해 상기 무선 전력 공급 시 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 고정형 무선 전원 공급 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전원부는
    상기 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 제 1 전원부; 및
    상기 급전부에 전력을 제공하는 제 2 전원부를
    를 포함하며
    상기 방향 전환 동력 제공부 및 급전부는 상기 제 1 전원부와 제 2 전원부의 전력을 공유하는 것
    을 특징으로 하는 고정형 무선 전원 공급 장치.
  5. 사물 통신을 위한 무선 충전 시스템으로서,
    무선으로 전원을 공급받는 사물 통신용 센서;
    상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 무인 이동형 무선 전원 공급 장치; 및
    상기 사물 통신용 센서에 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭이 없도록 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 장치를 포함하는 무선 충전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치는,
    무인 이동형 비행 동력을 제공하는 전기모터;
    상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 전기 모터 및 급전부에 전력을 제공하는 전력 저장부; 및
    상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치의 상기 전기모터, 상기 급전부, 상기 전력 저장부를 제어하며 상기 급전부를 통해 상기 사물 통신을 위한 센서에 공급되는 무선 전력이 상기 사물 통신을 위한 센서가 위치한 방향에 전송되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정형 무선 전원 공급 장치는
    상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 급전부에서 공급하는 전력의 방향을 전환하기 위한 동력을 제공하는 방향 전환 동력 제공부;
    상기 급전부 및 방향 전환 동력 제공부에 전력을 제공하는 전원부; 및
    상기 고정형 무선 전원 공급 장치의 상기 급전부, 상기 방향 전환 동력 제공부, 상기 전원부를 제어하며 상기 급전부를 통해 상기 무선 전력이 상기 사물 통신용 센서가 위치한 방향에 공급되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 사물 통신용 센서는
    상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치 또는 고정형 무선 전원 공급 장치로부터 전송되는 전력을 집전하는 집전부;
    상기 집전부에서 집전된 전력을 저장하여 센서 구동을 위한 전력을 공급하는 배터리;
    센서 네트워크에 전송할 정보를 제공하는 센서 네트워크 정보 제공부; 및
    상기 센서 네트워크 정보 제공부에서 제공하는 정보를 전송하는 센서 네트워크 통신 안테나
    를 포함하는 무선 충전 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 무선 충전 시스템은 상기 고정형 전원 공급 장치와 일정한 거리에 위치하여 상기 고정형 무선 전원 공급 장치로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 사물 통신용 센서에 무선으로 전원을 공급하는 고정형 무선 전원 공급 중계기가 더 포함되는 것
    을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 무인 이동형 무선 전원 공급 장치는 무인 이동형 무선 전원 공급 중계기 역할을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  11. 청구항 5 내지 10에 기재된 무선 충전 시스템을 통하여 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭 없이 무인 이동체 무선 전원 공급 장치의 최적의 경로가 탐색되며, 탐색된 이동 경로로 이동되어 무선 전력이 공급되는 무선 충전 방법.
  12. 청구항 5 내지 10에 기재된 무선 충전 시스템을 통한 무선 전원 공급에 대하여 인체에 유해하지 않고 기계간 전자파 간섭 요소가 발생하지 않도록 우회 경로를 통하여 무선 전력이 전송되는 무선 충전 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 우회 경로는 고정형 무선 전원 공급 장치나 고정형 무선 전원 공급 중계기에서 무인 이동형 무선 전원 공급 장치로 무선 급전 경로가 변경되는 것
    을 특징으로 하는 무선 충전 방법.










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