KR20070010090A

KR20070010090A - 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치

Info

Publication number: KR20070010090A
Application number: KR1020070000008A
Authority: KR
Inventors: 권대웅
Original assignee: 권대웅
Priority date: 2007-01-01
Filing date: 2007-01-01
Publication date: 2007-01-19

Abstract

본 발명은 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치에 관한 것으로서, 홀센서를 사용하여 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상물체를 감지할 수 있으면서 감도를 조절할 수 있도록 하여 공중부양되는 대상물체가 외부 환경에 의해 오동작될 수 있는 요인을 구조적으로 없애 안정적인 공중부양이 가능할 수 있도록 하였으며, 허공에 떠있는 대상물체에 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선전력송수신기가 내장되어 있기 때문에, 이를 전원으로 하는 전기 장치를 허공 중에 떠있는 상기 대상물체에 내장시켜, 공중에 떠있는 디지털 시계, 전등, 온도계, 전광판 등의 다양한 전기장치를 동작시킬 수 있기 때문에 더욱 진보된 기술과 미적 가치가 돋보이는 기술이라고 할 수 있다.

공중부양, 무선 전력, 렉테나, 고주파신호, 무선시계

Description

무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치{Wireless Power Supply Type Electronic Apparatus For Levitation Controlled With A Electromagnetism Force}

도 1은 독일 스텔라노바사 제품인 공중부양 지구본의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입하여 공중부양형 전기 장치(이하 공중부양장치라 함)의 대상물체에 아날로그 전자시계를 장착한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입하여 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계와 습도계 및 온도계를 장착한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계를 장착한 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계 및 전광판을 장착한 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 공중부양장치의 요부 설명도.

도 7은 본 발명에 따른 공중부양장치에 설치하는 공중부양 일실시 회로도.

도 8은 무선으로 전력을 공급받는 노트북 컴퓨터의 동작도.

도 9는 영국 스플래시파워사가 개발한 휴대폰 무선전력송수신 충전기인 스플래시패드의 사용도.

도 10은 본 발명의 일실시예에서 사용하는 무선전력수신부의 인쇄기판형(PCB:Print Circuit Board) 렉테나의 평면도.

도 11은 무선전력용 안테나인 렉테나의 원리에 대한 설명도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 전자석 12a,12b : 홀센서

18 : 손잡이지지대 20 : 받침대

22 : 컨트롤러

30 : 대상물체(공중부양 장치라고도 함)

32a,32b : 영구자석 34 : 회전구동수단

본 발명은 전자석에 의해 발생된 인력 또는 반력을 통해 목적하는 물체를 비접촉방식으로 소정 위치에 공중 부양시키는 무선전력송수신장치와 전기장치가 내장된 공중부양장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀센서를 사용하여 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상물체를 감지할 수 있으면서 감도를 조절할 수 있도록 하여 공중부양되는 대상물체가 외부환경에 의해 오동작될 수 있는 요인을 구조적으로 없애 안정적인 공중부양이 가능한 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치이면서 무 선전력으로 작동되는 전자장치가 내장된 공중부양장치에 관한 것이다.

통상 자기에 의한 공중부양장치는 공중부양될 목적물인 자화 가능한 물체와 전자석 및 거리감시센서로 구성되는데, 물체는 전자석과 감지센서 사이에 배치되어 전자석에 의해 발생되는 자기적 인력 및 반력에 의해 공중부양된다.

특히 감지센서는 물체로부터 센서까지의 거리를 감지하여 거리신호를 각각 발생시키며, 발생된 신호는 제어유닛으로 전달되고 해당 거리신호에 대응하여 전자석을 통해 흐르는 교류전류의 위상과 주파수가 제어되어 물체가 전자석 사이의 소정 위치에 공중부양되도록 한다.

도 1에 도시한 종래의 공중부양장치를 보면, 감지센서인 발광소자와 수광소자를 통하여 대상물체의 위치를 감지하고 전자석을 제어하여 대상물체가 공중부양되도록 하고 있으나, 감지센서인 수광소자가 외부의 빛에 의하여 오동작을 일으키는 것은 물론 감지센서의 위치에 따르는 외관상의 디자인에 제약이 있었다.

즉, 종래의 공중부양장치에서는 광센서인 수광소자와 발광소자의 위치 결정에 의하여 대상물체의 공중부양위치가 결정되므로, 초기 제작 시에 결정된 대상물체의 무게와 차이가 있는 대상물체를 공중부양할 때 전자석의 힘과 대상물체의 무게가 맞지 않아 이탈되는 문제가 발생할 수 있으며, 또한 전자석과 대상물체에 대해 수직방향으로 배치되는 이들 감지센서의 위치로 인하여 제품 외관상으로도 제약이 있을 뿐만 아니라 수광소자의 외부 빛에 의한 오동작이 발생 되는 문제점이 있었다.

또한 본 발명은 무선고주파전력을 전원으로 사용하는 공중부양장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파신호를 송신하는 고주파송신기가 받침대에 설치되고, 상기 고주파송신기의 고주파신호를 수신하여 직류전원으로 변환하는 렉테나(Rectenna)가 대상물체(30)의 일 측에 설치되어, 상기 렉테나에 의해 변환된 직류전원을 대상물체(30)의 전원으로 직접 사용함으로써, 별도의 배터리를 내장하지 않고도 아주 편리하게 대상물체의 전기적 장치를 효율적으로 사용할 수 있게 될 뿐만 아니라 그 무게도 경량화할 수 있어 조작을 보다 용이하게 할 수 있는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치{Wireless Power Supply Type Electronic Apparatus For Levitation Controlled With A Electromagnetism Force}인 것이다.

이에 본 발명은 상술한 종래의 공중부양장치가 갖는 제품 외관상의 제약은 물론 주위환경의 영향에 의해 오동작하기 쉬운 제반 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 홀소자를 사용하여 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상물체를 감지할 수 있도록 하여 감지센서의 위치에 따른 제품 외관상의 조건을 자유롭게 할 수 있으면서 외부 환경에 의한 오동작을 구조적으로 막아 안정적인 공중부양이 가능할 수 있는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치를 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명에 의한 공중부양장치는 전자석과 대상물체에 내장된 영구자석간의 거리를 감지센서의 감도 조절로서 조절할 수 있도록 함으로서 대상물체가 부양중인 상태로 전원이 차단되더라도 대상물체가 전자석에 붙도록 함으로서 정전이 나 이와 유사한 돌발 상황에서 발생할 수 있는 공중부양 물체의 자유낙하에 의한 제품 파손의 위험을 막을 수 있는 데에도 그 목적이 있다.

상기와 같은 내용에 더해서 진보된 방식이라고 할 수 있는 일반적인 공중부양장치에 전자시계나 전광판, 전등을 내장하기 위하여 무선전력송수신 방식을 구현하는 것에 기술적 과제를 두었다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치의 구성에 대하여 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 독일 스텔라노바사가 개발하여 시판중인 제품으로 공중부양이 가능한 지구본이 회전하고 있는 사시도인데, 이와같은 원리를 일실시 예로 하여 본 발명이 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입하여 공중부양형 전기 장치(이하 공중부양장치라 함)의 대상물체(30)에 아날로그 전자시계를 내장한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입하여 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계와 습도계 및 온도계를 장착한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계를 장착한 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 공중부양장치의 대상물체에 디지털 전자시계 및 전광판을 장착한 사시도를 보여주고 있다.

즉, 다시 말해서 상기 공중부양장치에 무선전력송수신이 가능한 장치를 내장하면 상기의 아날로그 또는 디지털 시계, 온도계 및 습도계를 그리고 전등이나 전광판 중에서 적어도 하나를 선택하여 상기 대상물체에 내장할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 공중부양장치의 요부 설명도인데 이를 더 자세히 설명하자면, 비자성체로 영구자석이 내장된 대상물체가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대(18)를 매개로 상기 대상물체(30) 위쪽에 위치하는 전자석과, 상기 전자석 하측에 설치되어 공중부양되는 대상물체의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서(12a, 12b)와, 상기 손잡이지지대(18)를 매개로 대상물체 아래쪽에 위치하는 받침대에 내장되어 공중부양되는 대상물체에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석의 힘을 제어하는 컨트롤러(22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히 홀센서(12a, 12b)는 공중부양 제어에서 대상물체의 위치를 감지하여 컨트롤러(22)의 위치신호기로 전달하는 위치감지기와 설정된 기준신호에 대해 상기 컨트롤러의 비교신호기를 통하여 비교신호를 발생하는 비교감지기로 구분되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 홀센서(12a, 12b)는 대상물체의 무게가 변화되더라도 해당 무게 변화에 대응하여 대상물체(30)와 전자석간의 거리 조정을 통해 인력의 세기를 제어할 수 있도록 컨트롤러(22)와 신호 연결되게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 받침대(20)는 하측에 영구자석이 내장된 대상물체가 공중부양된 상태에 서 임의의 속도로 회전 및 정지될 수 있도록 회전구동수단이 상측에 설치 구성된 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 공중부양장치의 받침대에 설치하는 공중부양용 일시시 예시 회로도이다.

또한 도 8은 무선으로 전력을 공급받는 노트북 컴퓨터의 동작도를 보여주고 있는데, 도 8의 동작순서는, ①전류가 충전시스템의 구리 안테나로 전달되며; ②구리 안테나가 6.4메가헤르츠(㎒) 주파수로 공명하면서 전자기파를 방출하고; ③전기 에너지의 꼬리가 5m까지 생성되어; ④노트북의 안테나가 같은 주파수로 공명하면서 내장 배터리가 충전되며; ⑤주변에 전자기기가 없으면 전기 에너지가 다시 충전시스템으로 흡수되는 것이 그 기본 원리이다.

이 동작원리에 대해서 미국 매사추세츠공과대(MIT) 마린 솔야식 교수팀은 샌프란시스코에서 개최된 미 물리학회 포럼에서 충전장치와 몇m나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표한 바 있다. 이들이 발표한 시스템은 아직 컴퓨터 시뮬레이션으로만 시험된 상태이나 워낙 개념이 간단해 곧 실용화에 이를 것으로 전문가들은 진단하고 있다.

상기와 같은 무선전력송수신 방식을 다시 설명하자면, MIT팀이 개발한 무선 충전시스템은 공명(共鳴)이라는 물리학 개념을 이용한 것이다. 초등학교 교과서에도 나오는 공명은 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 현상을 말한다. 현악기 두 개를 나란히 두고 한 악기의 현을 튕기면 바로 옆의 악기도 같은 소리를 내는 것도 같은 이치다.

연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 전자기파는 라디오파나 적외선, X선과 같이 에너지를 담고 주변으로 전달하는 파장을 말한다. 즉 전기 에너지를 담은 전자기파가 발생하면 주변의 전자기기에서 같은 에너지의 전자기파가 발생하는 것이다. 전기 콘센트에 연결된 충전장치에는 구리선이 감겨 있는 코일이 들어 있다. 휴대폰이나 노트북에 같은 주파수의 전자기파와 공명을 일으키는 구리선 코일을 장착하면 전기 에너지가 자동으로 전달된다.

이 장치를 이용하면 5m 떨어진 곳에서도 무선으로 충전이 가능한데 문제는 전자기파를 내보낼 때 사용하는 안테나가 에너지를 전달하는데 적합하지 않다는 데 있다. 안테나는 전자기파를 사방으로 내보내기 때문에 주변 전자기기에 충분한 전기 에너지를 전달하지 못한다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 이른바 비(非)방사형(non-radiative) 안테나를 개발했다. 이 안테나에 전기 에너지가 작용하면 일반 안테나처럼 주변 공간으로 발산되지 않고 마치 긴 꼬리를 가진 것처럼 주변 수 m까지 그대로 살아남게 된다. 여기에 휴대폰이나 노트북이 다가가면 자동으로 충전이 되는 것이다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 시스템이 3~5m 떨어져 있는 전자기기를 충전시킬 수 있으며, 전기 에너지를 받을 구리선 코일을 장착하지 않은 다른 전자기기나 인체에는 아무런 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인했다. 전자기파 발생장치에서 발생하는 에너지는 지구 자기장이 만드는 전자기파보다 약했다고 한다. 그래서 본 발명에 사용하는 무선전력송수신기는 상기와 같은 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한 도 9는 영국 스플래시파워사가 개발한 휴대폰 무선전력송수신 충전기인 스플래시패드(Splash Pad)의 사용도인데, 스플래시패드는 19세기 영국 물리학자 패러데이가 발견한 전자기 유도(電磁氣誘導)현상을 이용한 것이다. 이는 전류가 흐르면 자기장이 생기고, 이 자기장이 다시 새로운 전류를 발생시키는 것이 그 원리이다. 패드의 전원을 켜면 패드 내부의 1차 코일에서 자기장이 발생한다. 이 자기장은 휴대폰 등 전자기기의 전력수신부에 있는 2차 코일에 유도 전류를 발생시키고, 이 전류가 전자기기 내의 배터리를 무선으로 충전시키며 이러한 방식의 무선전력송수신기도 본 발명에서 채택할 수 있으며 이를 특징으로 한다.

상기와 같은 원리를 이용하는 실시 예를 들자면, 전동치솔의 무선충전시스템을 들 수 있는데, 전동칫솔을 자세히 살펴보면 칫솔 부분은 구멍이 나 있고, 칫솔걸이 부분은 기둥이 솟아 있는데 이 둘의 주위를 코일이 감싸고 있는 것을 볼 수 있다. 이 각각은 1차 코일과 2차 코일을 형성하여 전자기 유도현상을 일으키며 따라서 직접 접촉하지 않고도 유도전기에 의해 전동칫솔을 충전하게 되는 것이다. 전동 칫솔은 물에 젖기 쉬우므로 단자를 노출하지 않고 충전할 수 있는 유도 방식의 충전이 바람직하며 이러한 원리를 본 발명에 사용할 수도 있으며 이를 특징으로 한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에서 사용하는 무선전력수신부의 인쇄기판형(PCB:Print Circuit Board) 렉테나의 평면도이며, 도 11은 무선전력용 안테나인 렉테나의 원리에 대한 설명도이다.

렉테나(Rectenna)는 조어로 Rectifier(정류기)와 Antenna(안테나)를 합성한 말이다. 도 11에서와 같이 안테나와 정류기를 조합한 구조로 되어 있으며, 마이크로파를 직접 직류전력으로 변환하는 소자이다. Rectenna는 기본적으로 1/2 파장의 다이폴 안테나의 맨 중앙부에 정류 다이오드를 접속한 구조로 되어 있는데,다이폴 안테나에 마이크로파가 조사되면 전기적으로 공진하여 중앙부가 전류의 배로 된다. 여기에서 다이오드의 위치를 약간 조정하여 안테나와 다이오드의 임피던스 정합을 취하며, 전력은 로패스 필터를 통하여 외부에서 사용한다.

도 10에서와 같이 렉테나를 필요한 수만큼 열거하여 원하는 전력을 꺼내는데 그러기 위해서 Rectenna array는 일반적으로 microstrip 구조(도 10과 같은 프린트 기판 구조:PCB)로 제조하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성의 설명에 이어 본 발명의 공중부양 원리를 도 6을 이용하여 더욱 상세히 설명하자면, 본 발명의 전지기력의 제어에 의한 공중부양장치는 공중부양되는 대상물체(30)에 대한 변화 위치를 홀센서(12a)(12b)가 감지하여 이를 컨트롤러(22)가 피드백 제어함으로써, 대상물체(30)에 내장된 영구자석(32a)(32b)과 상기 홀센서(12a)(12b)에 연결된 전자석(10) 간에 발생하는 인력 또는 반력을 통해 목적하는 물체(30)가 비접촉방식으로 상기 전자석(10)과 받침대(20) 사이의 소정위치에 공중 부양되어 정지될 수 있도록 구성된다. 즉, 비자성체로 영구자석(32a)(32b)이 내장된 대상물체(30)가 중력에 반하여 위쪽의 전자석(10)과 아래쪽의 받침대(20) 사이의 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 이들 전자석(10)과 받침대(20)는 곡면 절곡된 손잡이지지대(18)를 매개로 일체 구조화되며, 상기 전자석(10)의 하측에는 공중부양되는 대상물체(30)의 위치 를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하게 되는 홀센서(12a)(12b)가 설치되어 상기 받침대(20)의 구성된 컨트롤러(22)와 신호 연결된다.

특히 홀센서(12a)(12b)는 공중부양 제어에서 대상물체(30)의 위치를 감지하여 컨트롤러(22)의 위치신호기로 전달하는 위치감지기와 설정된 기준신호에 대해 상기 컨트롤러(22)의 비교신호기를 통하여 비교신호를 발생하는 비교감지기로 구분되어 구성되며, 공중부양되는 대상물체(30)와 동일 수직선상의 전자석(10)의 하측에 이들 위치감지기와 비교감지가로 구성된 상기 홀센서(12a)(12b)가 설치됨으로서 수평방향의 광센서를 사용한 기존의 제품에 비해 상대적으로 상품의 외관미를 높일 수 있다.

또한 홀센서(12a)(12b)는 대상물체(30)의 무게가 변화되더라도 해당 무게 변화에 대응하여 대상물체(30)와 전자석(10)간의 거리 조정을 통해 인력의 세기를 제어할 수 있도록 컨트롤러(22)와 신호 연결되게 구성되며, 아울러 공중부양되는 대상물체(30)는 상기 전자석(10)에 대해 인력 및 반력이 발생하는 영구자석(32a)(32b)이 그 내부에 상측과 하측에 구성된다.

그리고 전자석(10)과 공중부양되는 물체(30) 사이의 거리 즉, 공중부양거리를 조정하여 상기 전자석(10)의 철심과 대상물체(30)에 내장된 양구자석(32a)과의 인력이 공중부양되는 물체(30)의 무게보다 크게 조정함이 바람직하며, 이는 예상치 못한 전원의 차단이나 이와 유사하게 상기 전자석(10)의 인력이 상실되더라도 대상물체(30)가 자유낙하하지 않고 위쪽의 상기 전자석(10)에 인력으로 붙어있도록 함으로서 공중부양되는 물체(30)가 소정의 위치에서 이탈되어 파손되는 것을 막을 수 있도록 한다.

한편, 홀센서(12a)(12b)가 설치되는 전자석(10)은 손잡이지지대(18) 상단에 결합 고정된 전자석하우징(14) 내부에 설치되면서 상기 전자석하우징 저부는 전자석덮개(16)로 조립 밀폐되며, 상기 손잡이지지대(18) 하단에 결합 고정되는 받침대(20)는 그 내부에 컨트롤러(22)가 설치되어 받침대덮개로 그 저부가 조립 밀폐된다.

아울러 받침대(20) 상측에는 대상물체(30)를 공중부양시키는 작동상태가 표시확인될 수 있도록 발광소자(LED)인 장식램프가 설치되면서, 그 중앙 쪽에는 영구자석(32b)이 내장된 대상물체(30)가 공중부양된 상태에서 임의의 속도로 회전 및 정지될 수 있도록 회전구동수단(34)이 설치됨이 바람직하며, 장식적인 개념에 더하여 음이온발생수단을 부착시켜 외관적인 가치와 실내의 공기를 신선하고 깨끗하게 하는 정화기능을 부여시킬 수도 있음은 물론이다.

그리고 비자성체인 대상물체(30)에 내장된 영구자석(32a)(32b)과 홀센서(12a)(12b)가 설치된 전자석(10)의 인력 및 반력을 제어하는 컨트롤러(22)는, 목표 위치로부터 물체(30)의 변위에 응답하여 비접촉방식으로 물체(30)를 중력에 반하여 상기 전자석(10)으로부터 소정의 목표위치에 공중부양시키기 위해 공중부양되는 물체(30)의 위치를 감지하게 되며, 직류전원회로와 위치감지기(12a) 및 비교감지기(12b)로 구성된 홀센서(12a,12b), 그리고 위치신호기와 비교신호기, 비교기(q3) 및 적분기(q4)를 포함하여 회로 구성된다.

우선 위치감지기(12a)는 공중부양 제어에서 물체(30)의 위치를 잡지하여 위 치신호기(q1)로 보내어 제어신호를 발생시키며, 비교감지기는 비교신호기를 통하여 비교신호를 발생시키고, 아울러 비교기는 위치신호와 비교신호를 계산하여 목표 위치로부터 물체(30)의 변위가 영이 되도록 전자석(10)을 통해 흐르는 전류를 피드백 제어하게 되며, 적분기는 이 신호를 적분하여 안정되게 목표위치에 도달되도록 함으로서, 외부환경에 대응하여 대상물체(30)가 안정되게 공중부양이 이루어지게 한다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 대한 상세한 설명에서 살펴본 바와 같이, 일반적으로 공중부양하는 대상물체를 갖춘 공중부양장치에 있어서, 상기 공중부양장치의 일 측에 무선전력 송신이 가능한 무선전력송신기가 내장되고; 허공에 떠서 공중부양해 있는 상기 대상물체의 일 측에 무선전력 수신이 가능한 무선전력수신기가 내장되며; 상기 무선전력에 의해 작동되는 적어도 하나의 전기 또는 전자장치가 상기 대상물체의 일 측에 내장되어서; 상기 대상물체가 디지털 시계, 온도계 또는 습도계, 허공에 떠있는 전등, 허공에 떠있는 전광판 등의 다양한 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치인 것이 본 발명의 핵심 요지이다. 즉, 공중부양장치에 무선전력송수신기를 도입하여, 대상물체의 내부에서 무선으로 전력을 공급받아 동작하는 적어도 하나의 전기 또는 전자 장치를 내장하는 것을 특징으로 하는 것이 본 발명의 핵심인 것이다.

또한, 비자성체로 영구자석이 내장된 대상물체(30)가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대(18)를 매개로 대상물체(30) 위 쪽에 위치하는 전자석(10)과, 상기 전자석(10) 하측에 설 치되어 공중부양되는 대상물체(30)의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서(12a)(12b)와, 상기 손잡이지지대(18)를 매개로 대상물체 아래쪽에 위치하는 받침대(20)에 내장되어 공중부양되는 대상물체(30)에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석(10)의 힘을 제어하는 컨트롤러(22)를 포함하여 이루어진 공중부양장치에 있어서, 상기 받침대에 공급하는 전원을 이용하여 지향성 고주파신호를 무선으로 송신하는 고주파송신기가 상기 받침대의 일 측에 내장되며; 상기 고주파신호를 수신하여 직류전원으로 변환하는 고주파수신기가 상기 대상물체의 일 측에 내장되며; 상기 직류전원을 적정크기의 정전압으로 안정화시키는 정전압 안정화회로와; 상기 고주파수신기와 정전압 안정화회로가 일 측에 설치되고, 정전압 안정화회로의 출력단자와 연결되어, 안정화된 직류전원을 전원으로 사용하는 전자장치가 상기 대상물체에 내장되는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치인 것이 또한 바람직하다.

그리고 공중부양장치는, 받침대에 공급하는 전원을 이용하여 직진성이 강한 비방사형(non-radiative) 안테나로 구성된 전자기파를 공명시키는 전자기파공명송신기가 상기 받침대에 내장되며; 직진성이 강한 비방사형(non-radiative) 안테나로 구성된 전자기파공명수신기가 상기 대상물체에 내장되며; 상기 전자기파공명 수신기에서 생산된 전력으로 상기 대상물체 내부에 있는 적어도 하나의 전기 또는 전자장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치인 것이 또 하나의 실시 예로서 바람직하다고 할 수 있다.

상기와 같은 상세한 구성에서 살펴 보았듯이 본 발명의 원리 내에서 당업자 라면 다양한 변형 실시를 꾀할 수 있을 것이며, 그러므로 본 발명의 범주 내에서 가능한 다양한 실시의 방법 또한 본 발명에 귀속되어야 함은 자명하다고 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치는 공중부양되는 대상물체에 대한 감지수단을 홀센서로 적용함으로서 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상물체를 감지할 수 있으며, 또한 홀센서의 감도를 조절함으로서 용이하게 대상물체의 무게 변화에 대응하는 공중부양장치가 가능하며, 특히 전자석과 직각 방향에 있어야했던 기존의 장치구조와는 달리 감지수단을 전자석과 같은 방향에 구성시킴으로서 외관상의 디자인이 좀더 자유로워질 수 있는 것은 물론, 외부 환경에 의하여 오동작을 일으킬 수 있는 요인이 구조적으로 제거됨으로서 안정적인 공중부양이 가능할 수 있다.

또한 본 발명은 무선으로 송출하는 전력을 전원으로 사용하는 대상물체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파신호를 송신하는 고주파송신기가 상기 받침대에 설치되고, 상기 고주파송신기의 고주파신호를 수신하여 직류전원으로 변환하는 렉테나(Rectenna)가 상기 대상물체(30)의 일 측에 설치되어, 상기 렉테나에 의해 변환된 직류전원을 대상물체의 전원으로 직접 사용함으로써, 별도의 배터리를 내장하지 않고도 아주 편리하게 무선으로 상기 대상물체의 전자장치를 구동시킬 수 있는 무선고주파전력을 전원으로 사용하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치에 관한 것이다.

또한 전자석의 전원공급이 중단된 상태에서 전자석의 철심과 물체에 내장된 영구자석 사이의 인력의 세기가 대상물체의 무게보다 커지도록 전자석과 공중부양되는 물체 사이의 거리를 홀센서의 감도로 조절함으로서, 대상물체가 공중부양중인 상태로 전원이 차단되더라도 전자석에 물체가 자동으로 붙도록 하여 정전이나 이와 유사한 경우에 발생할 수 있는 공중부양 물체의 자유낙하를 방지할 수 있어, 파손등의 우려가 있는 물체도 안심하고 공중부양이 가능하고 파손되지 않는 대상물체라도 자유낙하에 의한 충격 등을 고려하여 대상물체와 받침대 사이의 공간을 좁게 해야 했던 한계를 극복할 수 있다.

아울러 본 발명에 따른 공중부양장치는 구조적으로 안정적이면서 안전하고 미려한 디자인이 가능하게 제품 구성될 수 있어 다양한 장식물의 공중부양이 가능하며, 이는 결과적으로 다양한 상품을 공중부양물체로 접목함으로써 홍보를 위한 전시대 등에 이용이 가능하여 장식물로서의 과학적인 호기심을 유발시킬 수 있고, 물리적인 접촉이 없으므로 일반적인 상품의 진열시 상품의 전시효과가 3차원적으로 이루어질 수 있어 소비자들의 상품에 대한 인식과 인지도를 높이는 효과를 기대할 수 있으며 무선전력으로 동작하는 대상물체의 내부에 장치된 다양한 전자 또는 전기 장치에 의해서 더욱 진보된 효능을 장점으로 가지고 있다.

Claims

`일반적으로 공중부양하는 대상물체를 갖춘 공중부양장치에 있어서,

상기 공중부양장치의 일 측에 무선전력 송신이 가능한 무선전력송신기가 내장되고;

허공에 떠서 공중부양해 있는 대상물체의 일 측에 무선전력 수신이 가능한 무선전력수신기가 내장되며;

상기 무선전력에 의해 작동되는 적어도 하나의 전기 또는 전자장치가 상기 대상물체의 일 측에 내장되는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치.
제 1항에 있어서,

비자성체로 영구자석이 내장된 대상물체(30)가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대(18)를 매개로 상기 대상물체(30) 위쪽에 위치하는 전자석(10)과, 상기 전자석(10) 하측에 설치되어 공중부양되는 대상물체(30)의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서(12a)(12b)와, 상기 손잡이지지대(18)를 매개로 대상물체 아래쪽에 위치하는 받침대(20)에 내장되어 공중부양되는 대상물체(30)에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석(10)의 힘을 제어하는 컨트롤러(22)를 포함하여 이 루어진 공중부양장치에 있어서,

상기 컨트롤러에 공급하는 전원을 이용하여 지향성 고주파신호를 무선으로 송신하는 고주파송신기가 상기 받침대의 일 측에 내장되며;

상기 고주파신호를 수신하여 직류전원으로 변환하는 고주파수신기가 상기 대상물체의 일 측에 내장되며;

상기 직류전원을 적정크기의 정전압으로 안정화시키는 정전압 안정화회로와; 상기 고주파수신기와 정전압 안정화회로가 일 측에 설치되고, 정전압 안정화회로의 출력단자와 연결되어, 안정화된 직류전원을 전원으로 사용하는 적어도 하나의 전기 또는 전자장치가 상기 대상물체의 일 측에 내장되는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방식을 도입한 공중부양형 전기 장치.
제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서 상기 공중부양장치는,

상기 컨트롤러에 공급하는 전원을 이용하여 직진성이 강한 비방사형(non-radiative) 안테나로 구성된 전자기파를 공명시키는 전자기파공명송신기가 상기 받침대에 내장되며;

직진성이 강한 비방사형(non-radiative) 안테나로 구성된 전자기파를 공명시키는 전자기파공명수신기가 상기 대상물체에 내장되며;

상기 전자기파공명 수신기에서 생산된 전력으로 적어도 하나의 전기 또는 전자장치가 상기 대상물체의 일 측에 내장되는 것을 특징으로 하는 무선전력송수신방 식을 도입한 공중부양형 전기 장치.