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KR102109940B1 - 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템 - Google Patents

자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템 Download PDF

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KR102109940B1
KR102109940B1 KR1020190159766A KR20190159766A KR102109940B1 KR 102109940 B1 KR102109940 B1 KR 102109940B1 KR 1020190159766 A KR1020190159766 A KR 1020190159766A KR 20190159766 A KR20190159766 A KR 20190159766A KR 102109940 B1 KR102109940 B1 KR 102109940B1
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KR
South Korea
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wireless charging
power
transmitter
magnetic resonance
battery
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KR1020190159766A
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Inventor
이진용
이정훈
이수진
최명훈
안정환
Original Assignee
주식회사 썬에이치에스티
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Publication date
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Abstract

본 발명의 실시예는 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리를 사용하는 무선기기 제품에 있어 배터리 방전으로 인한 교환이나 충전을 하는 작업을 최소화하기 위해, 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 활용하여 일정거리(수 m) 이내의 센서에 무선으로 전원을 공급할 수 있는 무선 충전 시스템을 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 샤프트 및 상기 샤프트를 왕복 운동시키는 몸체를 갖는 공압 실린더; 상기 공압 실린더의 몸체에 공기를 공급 및 배기하는 솔레노이드 밸브; 상기 실린더의 몸체에 설치되어 상기 샤프트의 위치를 센싱하고, 충전 가능한 배터리로부터 전원을 공급받는 위치 감지 센서; 및 상기 위치 감지 센서의 입력값을 기초로 하여 상기 솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 컨트롤 박스를 포함하고, 상기 컨트롤 박스에는 자기 공명 방식의 무선 충전 에너지를 전송하는 무선 충전 송신기가 장착되고, 상기 위치 감지 센서에는 상기 무선 충전 에너지를 수신하여 자기 공명 방식으로 상기 배터리를 충전하는 무선 충전 수신기가 장착된, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템을 개시한다.

Description

자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템{Industrial wireless charging system using magnetic resonance manner}
본 발명의 실시예는 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
산업 현장에서는 수많은 센서들이 사용되고 있다. 예전의 경우 대부분의 센서 전원을 유선으로 각각 연결하여 사용하였으나 자재 비용과 배선 작업 시간 등의 부담으로 인해 점점 무선으로 바뀌어 가는 추세이다. 무선기기의 경우 내부에 배터리를 사용하고 배터리가 방전되면 새로운 배터리로 교환하거나 충전을 시켜 주어야 한다. 아무리 저전력으로 제품을 만든다고 해도 배터리 교환 및 충전주기는 대략 2~3년이 될 수밖에 없는 실정이다.
산업 현장에서 사용하는 센서가 유선에서 무선으로 바뀌는 추세이지만 보편화되지 못하는 원인은 사용 수명이 길지 않다는 점이다. 수명이 길다고 하더라도 데이터의 전송 주기가 30분에 한번 또는 1시간에 한번으로 데이터 전송 주기 시간이 길고 연속적이지 못하다. 만일 실시간으로 센서 데이터를 전송해야 되는 상황이라면 배터리 수명이 길지 못하고 다시 사용하기 위해서는 배터리를 교체하거나 충전을 시켜줘야 재사용이 가능해진다. 따라서 배터리를 교체하는 시간이나 충전하는 시간동안 산업 장비는 운행하지 못하게 되고 그에 따른 손실이 발생하게 된다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템을 제공하는데 있다. 일례로, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 배터리를 사용하는 무선기기 제품에 있어 배터리 방전으로 인한 교환이나 충전을 하는 작업을 최소화하기 위해, 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 활용하여 일정거리(수 m) 이내의 센서에 무선으로 전원을 공급할 수 있는 무선 충전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템은 샤프트 및 상기 샤프트를 왕복 운동시키는 몸체를 갖는 공압 실린더; 상기 공압 실린더의 몸체에 공기를 공급 및 배기하는 솔레노이드 밸브; 상기 실린더의 몸체에 설치되어 상기 샤프트의 위치를 센싱하고, 충전 가능한 배터리로부터 전원을 공급받는 위치 감지 센서; 및 상기 위치 감지 센서의 입력값을 기초로 하여 상기 솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 컨트롤 박스를 포함하고, 상기 컨트롤 박스에는 자기 공명 방식의 무선 충전 에너지를 전송하는 무선 충전 송신기가 장착되고, 상기 위치 감지 센서에는 상기 무선 충전 에너지를 수신하여 자기 공명 방식으로 상기 배터리를 충전하는 무선 충전 수신기가 장착될 수 있다.
상기 위치 감지 센서는 상기 샤프트에 의한 자기장을 센싱하는 자계 감지 센서를 포함할 수 있다.
상기 무선 충전 송신기는 직류 전원을 공급받아 교류 전력으로 변환하여 송신하는 전력 송신기와, 상기 전력 송신기로부터 전달받은 교류 전력을 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기로부터 출력된 교류 전력을 무선으로 변환하여 송신하는 송신 안테나를 포함하고, 상기 무선 충전 수신기는 상기 송신 안테나로부터 교류 전력을 무선으로 수신하는 수신 안테나와, 상기 수신 안테나로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 수신기와, 상기 전력 수신기로부터 전달받은 직류 전력을 레귤레이션하는 직류 레귤레이터와, 상기 직류 레귤레이터로부터의 직류 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전기를 포함할 수 있다
상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 다수회 권취된 코일을 포함할 수 있다.
상기 무선 충전 수신기는 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하는 수신기 근거리무선통신 모듈을 더 포함하고, 상기 수신기 근거리무선통신 모듈은 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하는 동안에는 상기 충전기의 전력이 상기 위치 감지 센서에 직접 공급되도록 하고 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하지 않는 동안에는 상기 충전기의 전력이 상기 배터리에 공급되도록 할 수 있다.
상기 무선 충전 송신기는 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 배터리 충전 정보를 수신하는 송신기 근거리무선통신 모듈을 더 포함하고, 상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 수신한 배터리 충전 정보가 만충전으로 판단되면 상기 전력 송신기의 동작이 정지되도록 할 수 있다.
상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 수신한 배터리 충전 정보가 만충전보다 작은 것으로 판단되면 상기 전력 송신기의 동작이 수행되도록 할 수 있다.
상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 컨트롤 박스가 상기 솔레노이드 밸브에 제어 신호를 출력하는 동안에는 상기 전력 송신기의 동작이 정지되도록 하고, 상기 솔레노이드 밸브에 제어 신호를 출력하지 않는 동안에는 상기 전력 송신기의 동작이 수행되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템을 제공한다. 일례로, 본 발명의 실시예는 배터리를 사용하는 무선기기 제품에 있어 배터리 방전으로 인한 교환이나 충전을 하는 작업을 최소화하기 위해, 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 활용하여 일정거리(수 m) 이내의 센서에 무선으로 전원을 공급할 수 있는 무선 충전 시스템을 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템이 장착되는 실린더의 예를 도시한 사진이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템이 장착되는 실린더 및 다수의 실린더를 도시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템이 장착되는 클램프 지그를 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템의 구성 중 무선 충전 송신기와 무선 충전 수신기의 구성을 도시한 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 컨트롤 박스(제어부 또는 컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템이 장착되는 실린더의 예를 도시한 사진이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템은, 일례로, 자동차 생산 공장의 클램프 지그(Clamp ZIG)에 사용되는 공압 또는 유압 실린더의 동작 상태를 체크하는 자계 센서(위치 감지 센서)에 무선으로 전원을 공급할 수 있다. 여기서, 클램프 지그란 용접을 하거나 실리콘을 바르는 등의 작업을 하기 위해 판넬을 잡아주는 기구이다.
참고로, 도 1a는 차량의 사이드 판넬을 용접하기 위해 사이드 판넬을 지그에 올려 놓는 사진이며, 이때 실린더는 열린 상태(후진 상태)이다. 또한, 도 1b는 지그에 고정된 판넬을 용접하는 사진으로서, 이때 실린더는 닫힌 상태(전진 상태)이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템이 장착되는 실린더 및 다수의 실린더를 도시한 사진이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 실런더 몸체의 양측에 2개의 자계 감지 센서가 장착되어 있고, 이러한 2개의 자계 센서 값에 따라 실린더의 샤프트가 전진 상태인지 후진 상태인지 알 수 있다. 1~2개의 실린더만 사용한다고 하면 굳이 무선 방식으로 배터리를 충전할 필요성이 없을 수 있다.
그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이 수많은 실린더가 사용되고 있다면 각각의 실린더에 2개의 자계 센서를 부착해야 되고 전원을 공급하기 위해 전원을 연결해주어야 하므로 비용과 시간이 많이 소요된다. 따라서, 이러한 자재비와 전원을 연결하기 위해 하는 작업 시간을 감소시킬 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템(100)이 장착되는 클램프 지그를 도시한 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템(100)은 공압 실린더(110), 솔레이노이드 밸브(120), 위치 감지 센서(130)(자계 감지 센서), 컨트롤 박스(140), 무선 충전 송신기(150) 및 무선 충전 수신기(160)를 포함할 수 있다.
공압 실린더(110)(또는 유압 실린더)는 샤프트 및 샤프트를 왕복 운동시키는 몸체를 포함할 수 있다. 샤프트가 결합된 몸체의 일측으로 공기가 공급되고 타측으로 공기가 배기되면 샤프트가 일측으로 직선 운동하고, 샤프트가 결합된 몸체의 일측으로 공기가 배기되고 타측으로 공기가 공급되면 샤프트가 타측으로 직선 운동한다.
솔레노이드 밸브(120)는 공압 실린더(110)의 몸체에 공기를 공급 및 배기하도록 한다. 일례로, 솔레노이드 밸브(120)는 공압 실린더(110)의 몸체중 일측으로 공기를 공급하고 타측으로 공기가 배기되도록 하거나 또는 반대로 일측으로 공기를 배기하고 타측으로 공기가 공급되도록 공기 유로를 개방, 차단 또는 전환한다.
위치 감지 센서(130)는 실린더의 몸체에 설치되어 샤프트의 위치를 센싱하고, 이를 컨트롤 박스(140)에 전송한다. 일례로, 위치 감지 센서(130)는 실린더의 몸체중 양측에 각각 설치되어 샤프트의 현재 위치가 어디인지 각각 센싱하고, 그 센싱 값을 컨트롤 박스(140)에 전송한다. 일부 예들에서, 위치 감지 센서(130)는 자계 감지 센서일 수 있으며, 또한 근접 센서와 리미트 센서일 수도 있다. 또한, 위치 감지 센서(130)는 재충전이 가능한 배터리(170)로부터 전원을 공급받는다. 일부 예들에서, 위치 감지 센서(130)는 배터리(170) 및/또는 충전기(164)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
컨트롤 박스(140)는 위치 감지 센서(130)의 입력값을 기초로 하여 솔레노이드 밸브(120)의 동작을 제어한다. 일부 예들에서, 컨트롤 박스(140)는 위치 감지 센서(130)의 입력값이 미리 정의된 A,B 중에서 A인 경우 솔레노이드 밸브(120)의 동작이 미리 정의된 C,D 중에서 C(몸체의 일측으로 공기 공급, 몸체의 타측으로 공기 배기)로 제어되도록 하고, 위치 감지 센서(130)의 입력값이 미리 정의된 A,B 중에서 B인 경우 솔레노이드 밸브(120)의 동작이 미리 정의된 C,D 중에서 D(몸체의 일측으로 공기 배급, 몸체의 타측으로 공기 공급)로 제어되도록 한다.
무선 충전 송신기(150)는 컨트롤 박스(140)에 설치되어 자기 공명 방식의 무선 충전 에너지를 전송할 수 있도록 되어 있고, 무선 충전 수신기(160)는 위치 감지 센서(130)에 설치되어 상기 무선 충전 에너지를 수신하여 자기 공명 방식으로 배터리(170)를 충전할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 무선 충전 송신기(150) 및 무선 충전 수신기(160)는 컨트롤 박스(140)의 동작 상태 및/또는 위치 감지 센서(130)의 동작 상태에 기반하여 그 동작이 정밀하게 제어됨으로써, 시스템(100)의 전체적인 동작 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 배터리(170)를 사용하는 위치 감지 센서(130)에 있어 배터리(170)의 방전으로 인한 교환이나 충전을 하는 작업을 최소화하기 위해, 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 활용하여 일정거리(수 m) 이내의 위치 감지 센서(130)에 무선으로 전원을 공급할 수 있는 무선 충전 시스템(100)을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템(100)의 구성 중 무선 충전 송신기(150)와 무선 충전 수신기(160)의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서, 도 4를 함께 참조하여, 본 발명의 무선 충전 시스템(100)의 구성 및 동작을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 충전 송신기(150)는 전력 송신기(151), 전력 증폭기(152) 및 송신 안테나(153)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 충전 송신기(150)는 송신기 근거리무선통신 모듈(154)을 더 포함할 수 있다.
전력 송신기(151)는 컨트롤 박스(140)의 전원으로도 사용되는 직류 전원을 함께 공급받고, 이를 교류 전력(RF 에너지)으로 변환하여 출력한다. 일부 예들에서, 소정 주파수를 얻기 위해 전력 송신기(151)에는 발진기가 연결될 수 있다. 전력 증폭기(152)는 전력 송신기(151)로부터 전달받은 교류 전력을 미리 결정된 레벨까지 증폭하여 출력한다. 송신 안테나(153)는 전력 증폭기(152)로부터 출력된 교류 전력을 무선으로 변환하여 송신한다. 여기서, 송신 안테나(153)는 자기 공명이 가능하도록 다수회 권취된 코일을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해 전력 송신기(151)는 자기 공명 방식으로 전력 수신기(162)에 전력을 공급할 수 있다.
한편, 송신기 근거리무선통신 모듈(154)은 하기할 수신기 근거리무선통신 모듈(165)로부터 배터리(170)의 충전 정보를 수신할 수 있고, 또한 컨트롤 박스(140)로부터 솔레노이드 밸브(120)의 상태 정보를 수신할 수 있다. 일부 예들에서, 소정 주파수를 얻기 위해 송신기 근거리무선통신 모듈(154)에는 발진기가 연결될 수 있다.
이와 같이 하여, 일부예들에서, 송신기 근거리무선통신 모듈(154)은 수신기 근거리무선통신 모듈(165)로부터 수신한 배터리(170)의 충전 정보가 만충전으로 판단되면 전력 송신기(151)의 동작이 정지되도록 하는 정지 신호를 전력 송신기(151)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 송신기 근거리무선통신 모듈(154)은 수신기 근거리무선통신 모듈(165)로부터 수신한 배터리(170)의 충전 정보가 만충전보다 작은 것으로 판단되면 전력 송신기(151)의 동작이 수행되도록 하는 동작 신호를 전력 송신기(151)에 전송할 수 있다. 따라서, 무선 충전 송신기(150)는 배터리(170)의 충전 상태에 따라 동작 여부가 결정됨으로써, 무선 충전 송신기(150)에 의한 에너지 낭비 현상이 방지되도록 한다.
한편, 송신기 근거리무선통신 모듈(154) 및 수신기 근거리무선통신 모듈(165)에서 이용되는 근거리무선통신 수단은 소정의 근거리 무선 통신수단, 예를 들어 적외선(Infrared Ray) 통신, RF(Radio Frequency) 통신, 블루투스(BlueTooth), 무선랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 및 지그비(Zigbee)를 포함하는 현행 근거리 무선 통신수단, 및/또는 향후 이용될 수 있는 모든 종류의 근거리 무선 통신수단 중에서 적어도 하나 이상의 근거리 무선 통신수단이 채택될 수 있다.
다른 일부 예들에서, 송신기 근거리무선통신 모듈(154)은 컨트롤 박스(140)로부터 솔레노이드 밸브(120)의 정보를 수신함으로써, 다르게 설명하면, 컨트롤 박스(140)가 솔레노이드 밸브(120)에 제어 신호를 출력하는 동안에는 전력 송신기(151)의 동작이 정지되도록 하고, 솔레노이드 밸브(120)에 제어 신호를 출력하지 않는 동안에는 전력 송신기(151)의 동작이 수행되도록 할 수 있다. 따라서, 무선 충전 송신기(150)는 컨트롤 박스(140) 및/또는 솔레노이드 밸브(120)의 제어 상태에 따라 동작 여부가 결정됨으로써, 무선 충전 송신기(150)에 의한 에너지 낭비 현상이 방지되도록 한다. 한편, 무선 충전 송신기(150)는 컨트롤 박스(140) 및/또는 솔레노이드 밸브(120)의 제어 상태와 무관하게 항상 동작하도록 제어될 수도 있음은 물론이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 무선 충전 수신기(160)는 수신 안테나(161), 전력 수신기(162), 직류 레귤레이터(163) 및 충전기(164)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 충전 수신기(160)는 수신기 근거리무선통신 모듈(165)을 더 포함할 수 있다.
수신 안테나(161)는 송신 안테나(153)로부터 교류 전력을 무선으로 수신할 수 있으며, 이는 수신 효율 향상을 위해 다수개가 구비될 수 있다. 여기서, 수신 안테나(161)는 자기 공명 방식으로 동작할 수 있도록 다수회 권취된 코일을 포함할 수 있다. 전력 수신기(162)는 다수의 수신 안테나(161)로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환 및 정류하여 출력할 수 있다. 직류 레귤레이터(163)는 전력 수신기(162)로부터 전달받은 직류 전력을 레귤레이션하여 안정화시킨 후 출력할 수 있다. 충전기(164)는 직류 레귤레이터(163)로부터의 직류 전력으로 배터리(170)를 충전할 수 있다. 여기서, 충전기(164)는 배터리(170)를 충전하거나 또는 배터리(170)를 충전하면서 위치 감지 센서(130)에 전원을 공급하거나 또는 배터리(170)의 충전을 정지하고 위치 감지 센서(130)에만 바로 전원을 공급할 수도 있다.
한편, 수신기 근거리무선통신 모듈(165)은 위치 감지 센서(130)로부터 위치 정보를 수신하고 또한 충전기(164) 및/또는 배터리(170)로부터 충전 정보를 수신할 수 있다. 일부 예들에서, 소정 주파수를 얻기 위해 수신기 근거리무선통신 모듈(165)에는 발진기가 연결될 수 있다.
이와 같이 하여, 일부 예들에서, 수신기 근거리무선통신 모듈(165)은 위치 감지 센서(130)로부터 위치 정보를 수신하는 동안 충전기(164)의 전력이 위치 감지 센서(130)에 직접 공급되도록 충전기(164)에 제어 신호를 출력하고(이때 배터리(170)에 전원이 공급될 수도 있고 안될 수도 있음), 위치 감지 센서(130)로부터 위치 정보를 수신하지 않는 동안에는 충전기(164)의 전력이 배터리(170)에 공급되도록 충전기(164)에 제어 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 무선 충전 수신기(160)는 위치 감지 센서(130)의 제어 상태에 따라 위치 감지 센서(130) 및 배터리(170)에 대한 전력의 공급 비율이 결정되도록 함으로써, 위치 감지 센서(130)가 안정적으로 동작하면서도 배터리(170)를 효율적으로 충전시킬 수 있게 된다. 또한, 무선 충전 수신기(160), 즉 수신기 근거리무선통신 모듈(165)이 배터리(170)의 충전 정보(배터리 만충전, 배터리 과충전, 배터리 과방전 등의 정보)를 무선 충전 송신기(150), 즉 송신기 근거리무선통신 모듈(154)에 전송함으로써, 무선 충전 송신기(150)가 더욱 효율적으로 동작하도록 한다. 일례로, 배터리(170)가 만충전 상태일 때, 무선 충전 송신기(150)가 동작하지 않도록 함으로써, 불필요한 에너지의 낭비 현상이 방지도록 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템(100)은 배터리(170)를 사용하는 위치 감지 센서(130)에 있어 배터리(170)의 방전으로 인한 교환이나 충전을 하는 작업을 최소화하기 위해, 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 활용하여 일정거리(수 m) 이내의 위치 감지 센서(130)에 무선으로 전원을 공급할 수 있도록 한다. 더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템(100)은 배터리(170)의 충전 정보(예를 들면, 만충전), 공압 실린더(110)의 위치 정보(또는, 위치 감지 센서(130)의 동작 정보), 및/또는 컨트롤 박스(140)의 제어 정보(또는, 솔레노이드 밸브(120)의 동작 정보)에 기초하여, 무선 충전 송신기(150) 및/또는 무선 충전 수신기(160)의 동작이 정밀하게 제어되도록 함으로써, 각 장치의 동작이 원할이 수행됨은 물론 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템
110; 공압 실린더 120; 솔레이노이드 밸브,
130; 위치 감지 센서 140; 컨트롤 박스
150; 무선 충전 송신기 151; 전력 송신기
152; 전력 증폭기 153; 송신 안테나
154; 송신기 근거리무선통신 모듈
160; 무선 충전 수신기
161; 수신 안테나 162; 전력 수신기
163; 직류 레귤레이터 164; 충전기
165; 수신기 근거리무선통신 모듈 170; 배터리

Claims (8)

  1. 샤프트 및 상기 샤프트를 왕복 운동시키는 몸체를 갖는 공압 실린더;
    상기 공압 실린더의 몸체에 공기를 공급 및 배기하는 솔레노이드 밸브;
    상기 실린더의 몸체에 설치되어 상기 샤프트의 위치를 센싱하고, 충전 가능한 배터리로부터 전원을 공급받는 위치 감지 센서; 및
    상기 위치 감지 센서의 입력값을 기초로 하여 상기 솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 컨트롤 박스를 포함하고,
    상기 컨트롤 박스에는 자기 공명 방식의 무선 충전 에너지를 전송하는 무선 충전 송신기가 장착되고, 상기 위치 감지 센서에는 상기 무선 충전 에너지를 수신하여 자기 공명 방식으로 상기 배터리를 충전하는 무선 충전 수신기가 장착되고,
    상기 무선 충전 수신기는 송신 안테나로부터 교류 전력을 무선으로 수신하는 수신 안테나와, 상기 수신 안테나로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 수신기와, 상기 전력 수신기로부터 전달받은 직류 전력을 레귤레이션하는 직류 레귤레이터와, 상기 직류 레귤레이터로부터의 직류 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전기 및 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하는 수신기 근거리무선통신 모듈을 포함하고,
    상기 수신기 근거리무선통신 모듈은 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하는 동안에는 상기 충전기의 전력이 상기 위치 감지 센서에 직접 공급되도록 하고 상기 위치 감지 센서로부터 위치 정보를 수신하지 않는 동안에는 상기 충전기의 전력이 상기 배터리에 공급되도록 하는 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 감지 센서는 상기 샤프트에 의한 자기장을 센싱하는 자계 감지 센서를 포함하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 충전 송신기는 직류 전원을 공급받아 교류 전력으로 변환하여 송신하는 전력 송신기와, 상기 전력 송신기로부터 전달받은 교류 전력을 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기로부터 출력된 교류 전력을 무선으로 변환하여 송신하는 상기 송신 안테나를 포함하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 다수회 권취된 코일을 포함하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 충전 송신기는 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 배터리 충전 정보를 수신하는 송신기 근거리무선통신 모듈을 더 포함하고,
    상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 수신한 배터리 충전 정보가 만충전으로 판단되면 전력 송신기의 동작이 정지되도록 하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 수신기 근거리무선통신 모듈로부터 수신한 배터리 충전 정보가 만충전보다 작은 것으로 판단되면 상기 전력 송신기의 동작이 수행되도록 하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 송신기 근거리무선통신 모듈은 상기 컨트롤 박스가 상기 솔레노이드 밸브에 제어 신호를 출력하는 동안에는 상기 전력 송신기의 동작이 정지되도록 하고, 상기 솔레노이드 밸브에 제어 신호를 출력하지 않는 동안에는 상기 전력 송신기의 동작이 수행되도록 하는, 자기 공명 방식을 이용한 산업용 무선 충전 시스템.
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