KR102320002B1

KR102320002B1 - Laser Power Receiver

Info

Publication number: KR102320002B1
Application number: KR1020200055134A
Authority: KR
Inventors: 이용탁; 김유영; 김종민; 김한울
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2021-11-01
Anticipated expiration: 2040-05-08

Abstract

Disclosed is a laser electric power receiver for transmitting a wireless laser electric power. Provided, in accordance with one aspect of the present embodiment, is the laser electric power receiver comprising: a light/electric conversion cell that converts a laser light into an electric power; a receiving module that generates the electric power by arranging the cells at regular intervals on a heat dissipation substrate and electrically connecting the cells; a condenser that is not directly incident on the unit cells of the receiving module but is incident on a spaced space between the cells and reflects a lost laser light to re-incident the laser light into the cells; and a fixing pin for physically coupling and fixing the receiving module and the condenser. Therefore, the present invention is capable of having an advantage for which an electric power conversion efficiency of the receiving module can be increased.

Description

Laser Power Receiver

본 발명은 태양광, 레이저 광 등 평행하게 입사하는 광이 레이저 전력 수신 기의 광/전 변환 셀(이하 셀)과 셀 사이 이격 공간에 입사하여 전력 생산에 기여하지 못하고 손실되거나 열로 변환되는 것을 방지하기 위해 이격 공간에 입사하는 광 전력을 쐐기형 집광기를 통해 반사시켜 셀 영역으로 집광해줌으로써 레이저 전력 수신기, 태양전지 등 광/전 변환 수신모듈(이하 수신모듈)의 효율을 증가시킬 수 있는 방안에 관한 것이다.The present invention prevents parallel incident light, such as sunlight or laser light, from being lost or converted into heat without contributing to power production by entering the space between the photo/electric conversion cell (hereinafter referred to as the cell) of the laser power receiver and the cell. In order to achieve this, in a way to increase the efficiency of the optical/electric conversion receiving module (hereinafter referred to as the receiving module) such as laser power receiver and solar cell by reflecting the optical power incident on the spaced space through the wedge-shaped condenser and condensing it into the cell area. it's about

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

종래, 광/전 전력변환 장치는 태양광 발전용으로 개발되었으나, 최근에는 레이저에 의한 무선 전력전송에도 응용되고 있다. 무선 전력전송 기술은 배터리로 동작하는 드론이나 유선 전력 공급이 어려운 감시, 통신용 소규모 기지국 등에 전력을 공급하기 위한 수단의 하나이다. 예를 들어, 장거리 비행에 드론을 사용할 경우, 비행 시간은 배터리의 충전 용량에 의해 결정된다. 따라서 레이저에 의한 무선 전력전송 기술은 드론의 장시간 운행, 소규모 기지국 전력공급의 유용한 수단이 될 수 있다.Conventionally, an optical/electric power conversion device has been developed for photovoltaic power generation, but recently, it is also applied to wireless power transmission using a laser. Wireless power transmission technology is one of the means for supplying power to battery-operated drones, monitoring, and small base stations for communication where wired power supply is difficult. For example, when using a drone for long-distance flights, the flight time is determined by the charging capacity of the battery. Therefore, the wireless power transmission technology by laser can be a useful means of long-time operation of drones and power supply of small base stations.

레이저 광은 한 방향으로 평행한 출력 특성을 가지고 있어 장거리 전송에 유리하다. 따라서 평행한 레이저 광을 수신모듈에 수직으로 입사 시키면 광/전 전력변환 효율을 극대화 할 수 있다. 통상 수신모듈은 여러 개의 단위 셀을 일정 간격으로 이격되어 촘촘하게 배열하고 이를 직/병열로 전기적으로 연결하여 구성하는데 이경우 수신모듈을 구성하는 단위 셀 과 셀 사이의 이격 공간에 입사하는 레이저 광은 전력 생산에 기여하지 못하고 반사되거나 일부는 열로 변환되어 수신모듈의 효율 및 수명을 저하시키는 부정적인 결과를 초래한다. Since laser light has output characteristics parallel to one direction, it is advantageous for long-distance transmission. Therefore, if parallel laser light is vertically incident on the receiving module, the optical/electric power conversion efficiency can be maximized. In general, a receiving module is composed of several unit cells spaced apart from each other and arranged closely and electrically connected in series/parallel. It does not contribute to this and is reflected or some of it is converted into heat, which has a negative result of lowering the efficiency and lifespan of the receiving module.

본 발명의 일 실시 예는, 레이저 장치로부터 전송되는 평행한 레이저 광을 레이저 전력 수신기에서 효과적으로 셀로 집광할 수 있는 레이저 집광기를 제공하는 데 일 목적이 있다.SUMMARY An embodiment of the present invention provides a laser concentrator capable of effectively condensing parallel laser light transmitted from a laser device into a cell in a laser power receiver.

또한, 본 발명의 일 실시 예는, 수신모듈에 의해 발생하는 열을 차단하고 효과적으로 방열할 수 있는 레이저 광 집광기를 제공하는 데 일 목적이 있다.In addition, an embodiment of the present invention has an object to provide a laser light concentrator that can block the heat generated by the receiving module and effectively dissipate the heat.

본 발명의 일 측면에 의하면, 레이저 광을 전력으로 변환시키는 광/전 변환 셀과 다수의 상기 셀 들을 배열, 부착하고 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결하기 위한 인쇄회로가 새겨진 방열기판과 상기 셀로 직접 입사 되지 않는 상기 레이저 광을 반사, 굴절시켜 상기 레이저 셀로 재 입사 시키기 위한 집광기 및 상기 집광기를 방열기판에 고정시키기 위한 고정 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 광/전 변환 수신모듈을 제공한다.According to one aspect of the present invention, a photo/electric conversion cell that converts laser light into electric power, a heat dissipation substrate engraved with a printed circuit for arranging, attaching, and electrically connecting a plurality of the cells in series or parallel, and the cell are not directly incident on the cell. It provides an optical/electrical conversion receiving module comprising a concentrator for reflecting and refracting the laser light that is not refracted and re-entering the laser cell, and a fixing pin for fixing the condenser to a heat dissipation substrate.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 수신모듈은, 복수 개의 단위 수신모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the receiving module is characterized in that it is composed of a plurality of unit receiving module.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 레이저 광은 기 설정된 대역의 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the laser light is characterized in that it has a wavelength of a preset band.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 집광기는 쐐기형 구조를 가지고 있으며, 기 설정된 각도 이내의 반사면 각도를 가져 반사 면에서 반사되는 레이저 광이 레이저 셀에 재입사되도록 하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the light concentrator has a wedge-shaped structure and has a reflective surface angle within a preset angle so that the laser light reflected from the reflective surface is re-entered into the laser cell.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 집광기는 금속 재질 또는 비금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the light collector is formed of a metallic material or a non-metallic material.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 집광기는 기 설정된 대역의 레이저 광의 반사 효율을 높이기 위해 집광기 반사면에 금속 또는 유전체 박막이 코팅되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the concentrator is characterized in that a metal or dielectric thin film is coated on the reflective surface of the condenser to increase the reflective efficiency of laser light of a preset band.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방열기판은 금속 재질 또는 카본 나노 튜브가 코팅된 비금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the heat dissipation substrate is characterized in that it is formed of a metal material or a non-metal material coated with carbon nanotubes.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방열기판은 금속 재질로 형성될 경우, 표면 양극 산화처리를 거쳐 절연막을 형성한 후, 그 위에 금속 인쇄회로를 형성함으로써, 셀들을 부착시키거나 연결하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, when the heat dissipation substrate is formed of a metal material, an insulating film is formed through surface anodization treatment, and then a metal printed circuit is formed thereon to attach or connect cells. do.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 레이저 셀들을 인쇄회로가 새겨진 방열기판에 직접 부착하지 않고 별도의 인쇄회로기판에 부착한 후 추가로 방열기판에 부착하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the laser cells are attached to a separate printed circuit board instead of being directly attached to the heat dissipation board on which the printed circuit is engraved, and then attached to the heat dissipation board.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 송신 장치로부터 전송되어 셀과 셀 사이 이격 공간에 입사하는 레이저 광을 셀 표면에 집광하여 광 손실을 최소화 함으로써 수신모듈의 전력 변환 효율이 증가될 수 있는 장점이 있다. As described above, according to one aspect of the present invention, the power conversion efficiency of the receiving module is increased by condensing the laser light transmitted from the laser transmitting device and incident on the space between the cells on the cell surface to minimize the light loss. There are advantages to being

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 집광기는 셀과 셀 사이 이격 공간에 입사하는 레이저 광을 차단시키고 수신모듈에서 발생하는 열을 상기 핀을 통해 집광기로 방출하므로써 수신모듈의 온도를 낮춰 수신모듈의 전력 변환 효율이 증가될 수 있는 장점이 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the light concentrator blocks the laser light incident on the space between the cells and the cell and emits heat generated from the receiving module to the condenser through the pin to lower the temperature of the receiving module to receive the receiving module. There is an advantage that the power conversion efficiency of the can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광을 이용한 원격 무선충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 전력 수신기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광 집광기의 단면의 일부분을 도시한 도면이다.1 is a view showing a remote wireless charging system using a laser light according to an embodiment of the present invention .
2 is a perspective view of a laser power receiver according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a portion of a cross-section of a laser light concentrator according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that terms such as “comprise” or “have” in the present application do not preclude the possibility of addition or existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification in advance. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광을 이용한 무선충전 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a wireless charging system using a laser light according to an embodiment of the present invention.

레이저 광을 이용한 무선충전 시스템(100, 이하 '무선충전 시스템'으로 약칭함)은 레이저 광 전송장치(110)를 이용하여 빛의 형태로 에너지를 무선으로 전송하며, 이동 또는 고정 객체(120)에 구비된 레이저 전력 수신기(이하 수신기; 121)가 레이저 광 전송장치(110)로부터 전송된 레이저 광을 전기력으로 변환시킨다.The wireless charging system (100, hereinafter abbreviated as 'wireless charging system') using laser light wirelessly transmits energy in the form of light by using the laser light transmitting device 110, and to the moving or stationary object 120. The provided laser power receiver (hereinafter, receiver) 121 converts the laser light transmitted from the laser light transmission device 110 into electric power.

레이저 광 전송장치(110)는 레이저 광을 이동 또는 고정 객체(120)에 부착된 수신기(121)가 위치한 방향으로 전송한다.The laser light transmitter 110 transmits laser light in a direction in which the receiver 121 attached to the moving or fixed object 120 is located.

레이저 광 전송장치(110)는 기 설정된 파장 대역을 갖는 레이저 광을 이동 객체(120)에 구비된 수신기(121)로 전송하고 수신기(121)는 레이저 광이 수직으로 입사하도록 방향을 제어하여 최대 효율로 전력을 수신할 수 있도록 한다. The laser light transmission device 110 transmits laser light having a preset wavelength band to the receiver 121 provided in the moving object 120, and the receiver 121 controls the direction so that the laser light is vertically incident to maximum efficiency. to receive power.

이동 또는 고정 객체(120)는 레이저 전력 수신기(121)을 구비함으로써, 이동 객체(120)의 전력이 소모됨에 따라 레이저 광원을 이용하여 전력을 충전하도록 구성된다. 수신기(121)로 입사된 레이저 광은 전력으로 변환되는데 레이저 광 수신기(121)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.The moving or stationary object 120 is configured to include a laser power receiver 121 to charge power using a laser light source as the power of the moving object 120 is consumed. The laser light incident on the receiver 121 is converted into electric power. A detailed description of the laser light receiver 121 will be described later with reference to FIGS. 2 to 3 .

이동 또는 고정 객체(120)는 민간 및 군사에 이용되는 드론, 이동식 통신 기지국 또는 분산형 센서 모듈 등일 수 있으며, 통합 관제 센터(미도시) 등에 의해 원격 제어되고 정보를 수집한다.The moving or stationary object 120 may be a drone, a mobile communication base station, or a distributed sensor module used for civilian and military purposes, and is remotely controlled by an integrated control center (not shown) and collects information.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 전력 수신기의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광 집광기의 단면의 일부분을 도시한 도면이다.2 is a perspective view of a laser power receiver according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a portion of a cross section of a laser light concentrator according to an embodiment of the present invention.

전술한 대로, 수신기(121)는 이동 또는 고정 객체(120)에 장착되며, 레이저 광 전송장치(110)로부터 출력된 레이저 광을 전력으로 변환한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 수신기(121)는 수신모듈(210)과 집광기(220), 고정 핀(213)으로 구성된다. As described above, the receiver 121 is mounted on the moving or fixed object 120 , and converts laser light output from the laser light transmitter 110 into electric power. 2 and 3 , the receiver 121 includes a receiving module 210 , a light collector 220 , and a fixing pin 213 .

수신모듈(210)은 다수의 셀(211)이 일정 간격으로 인쇄회로가 구비된 방열기판(214)상에 배열되고 전기적으로 직/병열 연결된 구조로, 레이저 전력을 전기력으로 변환하는 기능을 한다. The receiving module 210 has a structure in which a plurality of cells 211 are arranged on a heat dissipation substrate 214 provided with a printed circuit at regular intervals and electrically connected in series/parallel, and functions to convert laser power into electrical power.

방열기판(214)은 알루미늄, 구리 등 금속 재질 뿐만 아니라 열 전도도가 좋은 카본 나노 튜브 등이 코팅된 비금속 재질로 형성될 수 있다. 이때, 방열기판(214)이 알루미늄 등의 금속 재질로 구현될 경우, 표면 양극 산화처리를 거쳐 절연막을 형성한 후, 그 위에 금속 인쇄회로를 형성함으로써, 셀들을 부착시키거나 연결할 수 있다.The heat dissipation substrate 214 may be formed of a metal material such as aluminum or copper, as well as a non-metal material coated with carbon nanotubes having good thermal conductivity. In this case, when the heat dissipation substrate 214 is made of a metal material such as aluminum, an insulating film is formed through surface anodization treatment, and then a metal printed circuit is formed thereon, whereby cells can be attached or connected.

집광기(220)는 셀(211)과 셀(211) 사이의 이격 공간(212) 위에 쐐기 형태로 위치하여, 이격 공간(212) 위로 입사되는 레이저 광을 반사/굴절시켜 광/전 변환 셀(211)로 재 입사하도록 함으로써 수신모듈(210)의 생성 전력을 증가시키고 수신기(121)의 효율을 증가시킨다. 집광기(220)는 알루미늄 또는 스테인리스 강 등 금속 재질 뿐만 아니라 플라스틱 또는 테프론 등 비금속 재질로 형성될 수 있다. 또한, 집광기(220)는 기 설정된 대역의 레이저 광의 반사 효율을 높이기 위해 집광기 반사면에 금속 또는 유전체 박막이 코팅될 수 있다.The light concentrator 220 is positioned in a wedge shape on the space 212 between the cell 211 and the cell 211 , and reflects/refracts the laser light incident on the space 212 to the photo/electric conversion cell 211 . ) to increase the generated power of the receiving module 210 and increase the efficiency of the receiver 121 by re-incident. The light collector 220 may be formed of a metal material such as aluminum or stainless steel, as well as a non-metal material such as plastic or Teflon. In addition, the concentrator 220 may be coated with a metal or dielectric thin film on the reflective surface of the concentrator 220 in order to increase the reflective efficiency of laser light of a preset band.

상술한 바와 같이, 레이저 광 전송장치(110)는 기 설정된 대역의 특정 파장 만을 발생하며 수신기(121)를 구성하는 요소의 하나인 집광기(220)의 반사면은 레이저 광을 잘 반사하도록 매끈하게 연마되고, 은(Ag), 금(Au), 크롬(Cr) 등과 같은 금속을 도금하거나 또는 SiO2/SiNx 등과 같은 유전체 다층 박막을 코팅하어, 기 설정된 대역의 파장을 갖는 레이저 광을 효율적으로 반사시키도록 한다. 배경기술에서 언급하였듯이, 태양광은 전(全) 파장 대역의 광을 포함한다. 따라서 레이저 광 집광기(220)로 태양광이 입사될 경우, 집광기(220) 반사면은 최대한 전 파장대역을 반사할 수 있도록 설계된다. 그러나 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 전력전송 시스템(100)은 레이저 광 전송장치(110)로부터 기 설정된 대역의 파장을 갖는 레이저 광을 전송하도록 구성되므로 레이저 광 집광기(220)의 반사면은 기 설정된 파장 대역을 최대한 반사하도록 코팅 처리하면 된다. As described above, the laser light transmitting device 110 generates only a specific wavelength of a preset band, and the reflective surface of the condenser 220, which is one of the elements constituting the receiver 121, is polished to reflect the laser light well. and coating a metal such as silver (Ag), gold (Au), or chromium (Cr) or a dielectric multilayer thin film such as SiO2/SiNx to efficiently reflect laser light having a wavelength of a preset band. do. As mentioned in the background art, sunlight includes light in the entire wavelength band. Therefore, when sunlight is incident on the laser light concentrator 220 , the reflective surface of the concentrator 220 is designed to reflect the entire wavelength band as much as possible. However, since the laser power transmission system 100 according to an embodiment of the present invention is configured to transmit laser light having a wavelength of a preset band from the laser light transmission device 110, the reflective surface of the laser light concentrator 220 is It can be coated to reflect the set wavelength band as much as possible.

집광기(220)는 고정 핀(213)에 의해 수신모듈(210)상부(+y축 방향)에 고정된다. 집광기(220)는 쐐기형 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 셀(211)과 셀(211) 사이 이격 공간(212)으로 입사하는 레이저 광을 셀(211) 위로 재 입사시킬 수 있는 구조라면 어떠한 형태로 구성되어도 무방하다.The light collector 220 is fixed to the upper part (+y-axis direction) of the receiving module 210 by the fixing pin 213 . The concentrator 220 may have a wedge shape, but is not limited thereto, and if it has a structure that can re-inject the laser light incident into the space 212 between the cell 211 and the cell 211 onto the cell 211 . It is free to be configured in any form.

쐐기형 집광기(220)는 그림 5에서 볼 수 있듯이 셀(211) 사이 이격 공간(212)에 수직으로 입사하는 레이저 광을 반사시켜 셀(211) 표면으로 재 입사시키는 기능을 한다. 따라서 집광기(220)의 반사면 각도는 45도 이내 이어야만 하고 예각일수록 셀(211)로 재 입사하는 각도가 커져 셀(211)에서의 수광이 용이하다. As shown in Figure 5, the wedge-shaped condenser 220 functions to reflect the laser light perpendicularly incident on the space 212 between the cells 211 and re-enter the cell 211 surface. Therefore, the angle of the reflection surface of the condenser 220 must be within 45 degrees, and the sharper the angle, the greater the angle of re-incident to the cell 211 , so that light is easily received by the cell 211 .

고정 핀(213)은 집광기(220)와 수신모듈(210)을 물리적으로 고정시키는 역할을 하며, 수신모듈(210)로부터 발생되는 열이 집광기(220)로 전도될 수 있도록 하여 방열을 돕는 역할도 한다. 따라서 집광기(220)와 핀(230)은 열 전도도가 좋은 금속으로 제작하는 것이 바람직 하나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.The fixing pin 213 serves to physically fix the light concentrator 220 and the receiving module 210, and helps heat dissipation by allowing the heat generated from the receiving module 210 to be conducted to the concentrator 220. do. Therefore, the light collector 220 and the fins 230 are preferably made of metal having good thermal conductivity, but are not limited thereto.

집광기(220)와 수신모듈(210)은 각각에 구비된 나사 구멍과 나사 또는 핀(220)에 의해 고정된다. 핀(220)은 이들 나사 구멍과 결합될 수도 있고, 분리될 수도 있다. 즉, 핀(220)은 집광기(220)와 수신모듈(210)을 결합하거나 분리하는 역할을 한다. The light collector 220 and the receiving module 210 are fixed by screw holes and screws or pins 220 provided in each. The pin 220 may be coupled to or separated from these screw holes. That is, the pin 220 serves to couple or separate the light collector 220 and the receiving module 210 .

집광기(220) 표면은 기 설정된 대역의 파장을 갖는 레이저 광을 효율적으로 반사시킬 수 있는 특수 물질로 코팅 될 수 있으며, 이에 따라, 집광기(220) 표면에 경사각으로 입사되는 대부분의 레이저 광을 반사시켜. 광/전 변환 셀(211)로 재 입사하도록 하며 반사되지 않는 일부 레이저 광은 흡수되어 열로 변환된다. 수신모듈(210)은 레이저 광 전송장치(110)로부터 전송된 레이저 광을 전력으로 변환시킴으로써, 이동 객체(120)에 전력을 공급할 수 있도록 한다. The surface of the concentrator 220 may be coated with a special material capable of efficiently reflecting laser light having a wavelength of a preset band, and accordingly, most of the laser light incident on the surface of the concentrator 220 at an inclination angle is reflected. . Some of the laser light that is not reflected and is absorbed back into the light/electric conversion cell 211 is absorbed and converted into heat. The receiving module 210 converts the laser light transmitted from the laser light transmitting device 110 into power to supply power to the moving object 120 .

수신모듈(210)로 입사 되어 전력으로 변환되지 않는 레이저 광은 대부분 열로 전환된다. 광/전 변환 셀(211)은 통상 고온일 경우, 전력변환 효율이 감소하기 때문에, 셀(211)의 전력 변환 효율을 높이고 수신모듈(210)로부터 발생된 열이 잘 방출될 수 있도록 해야한다. 따라서 수신모듈(210)은 금속 재질, 카본 나노 튜브 등 열전도도가 높고 가공이 용이한 재질이 바람직하지만 꼭 이에 국한되는 것은 아니다. 또 수신모듈(210)은 방열을 용이하게 하기 위해 방열기판(214) 후면을 요철 구조로 가공하여 방열 표면적을 넓히는 것이 바람직하며 그 외에도 방열을 용이하게 하는 어떠한 구조라도 무방하다.Most of the laser light that is incident on the receiving module 210 and is not converted into power is converted into heat. Since the photo/electric conversion cell 211 usually has a reduced power conversion efficiency when the temperature is high, it is necessary to increase the power conversion efficiency of the cell 211 and to allow the heat generated from the reception module 210 to be well dissipated. Therefore, the receiving module 210 is preferably made of a material having high thermal conductivity and easy processing, such as a metal material or carbon nanotube, but is not limited thereto. In addition, the receiving module 210 preferably increases the heat dissipation surface area by processing the rear surface of the heat dissipation substrate 214 into a concave-convex structure to facilitate heat dissipation.

금속 재질의 집광기(220)는 광/전 변환 셀(211)과 셀(211) 사이의 이격 공간(212)으로 입사하는 레이저 광을 반사시켜 셀(211)로 재 입사하도록 할 뿐만 아니라 금속 고정 핀(213)을 수신모듈(210)에서 발생되는 열을 추가적으로 방출할 수 있도록 방열판 역할을 하여 레이저 전력 수신기(121)의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. The metal concentrator 220 reflects the laser light incident on the photo/electric conversion cell 211 and the space 212 between the cell 211 to re-enter the cell 211 as well as a metal fixing pin. 213 serves as a heat sink to additionally radiate heat generated by the receiving module 210 , thereby increasing the efficiency of the laser power receiver 121 .

레이저에 의한 무선 전력 전송 효율을 극대화하기 위해서는 집광만이 아니라 레이저 광이 수신기(121)에 수직으로 입사 하도록 수신기(121)의 방향을 제어하는 것이 바람직하다.In order to maximize the wireless power transmission efficiency by the laser, it is preferable to control the direction of the receiver 121 so that the laser light is vertically incident on the receiver 121 as well as condensing.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시 예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and a person skilled in the art to which this embodiment belongs may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

100: 레이저 광을 이용한 무선충전 시스템
110: 레이저 광 전송장치
120: 이동 객체
121: 레이저 전력 수신기
210: 광/전 변환 수신모듈
220: 레이저 광 집광기
211: 광/전 변환 셀
212: 이격 공간
213: 고정 핀
214: 방열기판100: wireless charging system using laser light
110: laser light transmission device
120: moving object
121: laser power receiver
210: optical / electrical conversion receiving module
220: laser light concentrator
211: photo/electric conversion cell
212: separation space
213: fixing pin
214: heat dissipation substrate

Claims

a photo/electric conversion cell that converts laser light into electric power;
a heat dissipation substrate engraved with a printed circuit for arranging, attaching, and electrically connecting a plurality of the cells in series or parallel on the front side, and processing a concave-convex structure on the rear side to increase the heat dissipation surface area;
It has a wedge-shaped structure and has a reflective surface angle within a preset angle to reflect and refract the laser light that is not directly incident on the cell so that the laser light reflected from the reflective surface is re-entered into the photo/electric conversion cell condenser that does; and
and a fixing pin for fixing the light collector to the heat dissipation substrate and conducting heat generated from the light/electric conversion receiving module to the light collector and dissipating it;
The condenser is
The photo/electric conversion receiving module, characterized in that a metal or dielectric thin film is coated on the reflective surface of the condenser to increase the reflection efficiency of laser light of a preset band by being positioned in a wedge shape on the spaced space between the photo/electric conversion cells.

According to claim 1,
The receiving module is
An optical/electric conversion receiving module, characterized in that it is composed of a plurality of unit receiving modules.

According to claim 1,
The laser light is
An optical/electric conversion receiving module, characterized in that it has a wavelength of a preset band.

delete

According to claim 1,
The condenser is
An optical/electric conversion receiving module, characterized in that it is formed of a metal material or a non-metal material.

delete

According to claim 1,
The heat dissipation substrate,
An optical/electric conversion receiving module, characterized in that it is formed of a metal material or a non-metal material coated with carbon nanotubes.

8. The method of claim 7,
The heat dissipation substrate,
When formed of a metal material, an insulating film is formed through surface anodization, and then a metal printed circuit is formed thereon to attach or connect cells.