KR100765612B1 - 무선 충전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 충전기에 관한 것으로서, 무선 충전용 축전지가 내장된 전자기기가 거치되며, 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차코일이 마련된 거치대; 및 거치대의 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재;를 구비한다.
무선 충전기, 열감지, 열센서, 누설 자장, 왜곡, 감지 코일

Description

무선 충전기{Wireless charger}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전기의 분리 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 결합 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전기의 제어부의 회로 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 무선 충전기의 탐지부재의 주요 부위의 사시도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
102...거치대 104...충전 영역 106...탐지부재
110...1차코일 120...본체 130...보드
140...제어부 150...센서 팩 160...감지용 코일
본 발명은 무선 충전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 충전기의 충전 효율을 높이기 위해 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 구조를 가진 무선 충전기에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대폰, MP3 플레이어, MD 플레이어, 워크맨, 노트북 컴퓨터 등과 같은 장치는 내부에 축전지를 구비하여 사용자가 이동하면서 사용가능하도록 구성되어 있다. 이러한 휴대 이동 장치는 축전지의 축전을 위하여 별도의 축전 장치를 구비하며, 축전 장치는 일반 사용 전원과 접속되어 휴대 이동 장치의 축전지에 축전 전류를 제공하는 기능을 행한다. 한편, 축전 장치가 축전 전류를 휴대 이동 장치의 축전지에 제공하기 위해서는 축전 장치를 구성하는 충전 모체와 휴대 이동 장치 내의 축전지는 전기적으로 연결되어야 한다. 충전 모체와 휴대 이동 장치 내의 축전지를 필요에 따라 선택적으로 연결하기 위하여 종래에는 충전 모체와 휴대 이동 장치 내에 각각 별도의 접촉 단자를 구성하였다. 따라서, 휴대 이동 장치 내의 축전지를 충전하고자 할 때에는 휴대 이동 장치의 접촉 단자와 충전 모체의 접촉 단자를 상호 접속시켜야 한다.
그러나, 상술한 바와 같이 휴대 이동 장치와 충전 모체에 접촉 단자를 구성하는 종래의 방법은 접촉 단자가 외부에 돌출됨으로써 미관상 보기 흉하다는 문제점 외에 접촉 단자가 외부의 이 물질에 오염되어 접촉 상태가 불량할 염려가 많으며, 경우에 따라서는 사용자의 부주의로 인한 단락이 발생하여 축전지가 완전 방전될 수 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 휴대 이동 장치의 충전지가 비접촉식으로 충전 모체와 전기적 결합하여 충전 모체의 에너지를 충전할 수 있는 방식이 개발되었다.
비접촉식 충전 방법은 고주파로 동작하는 변압기의 1차코일을 충전 모체에 구성하고 2차코일을 축전지 즉, 휴대 이동 장치 내에 구성함으로써 충전 모체의 전류 즉, 에너지를 자기 결합에 의하여 휴대 이동 장치의 축전지에 제공하는 방식이다.
그런데, 종래의 무선 충전기에 있어서, 자성체 등과 같은 이물질이 충전기의 충전 영역 내에 노출되거나, 각종 전자 기기로 인한 전자 환경의 장애로 인해 충전 자장에 변화에 따른 왜곡 신호가 발생되거나, 충전 자력선의 방향이 왜곡되거나 에너지 흐름 자체의 왜곡 등에 의해 충전이 불가능하거나 충전 효율이 급격히 저하되는 등의 부적합한 상황이 초래될 가능성이 있다. 이러한 상황은 되도록 이면 제거될 필요가 있는 바 이에 대한 대비책이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 본체의 충전영역에 존재할 지도 모르는 이물질 또는 다양한 형태의 왜곡 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 및 에너지 흐름 왜곡 현상을 조기에 탐지하여 항상 최적의 충전 상태를 유지함으로써 충전 효율을 향상시킬 수 있는 무선 충전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무 선 충전기는, 무선 충전용 축전지가 내장된 전자기기가 거치되며, 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차코일이 마련된 거치대; 및 상기 거치대의 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재;를 구비한다.
바람직하게, 상기 탐지부재는, 상기 충전 영역 내에 존재하는 소정의 도체로부터 발생되는 열을 감지할 수 있는 열감지용 센서를 구비한다.
바람직하게, 상기 탐지부재는, 충전이 적합하지 않을 경우 상기 1차코일에 인가되는 입력 전원을 차단하는 제어부를 구비한다.
바람직하게, 상기 탐지부재는 왜곡된 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 에너지 흐름의 왜곡 중 적어도 어느 하나를 유기 전류에 의해 감지할 수 있도록 설치된 감지용 코일;을 구비한다.
바람직하게, 상기 감지용 코일은 상기 1차코일의 방향에 실질적으로 수직되게 배치된다.
바람직하게, 상기 감지용 코일은 서로 대향되는 방향의 유기 전류를 각각 감지할 수 있도록 적어도 한 쌍 이상 설치된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전기의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 결합 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 충전기(100)는 전자기기(미도시)가 거치될 수 있으며 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차코일(110)이 마련된 거치대(102); 및 거치대(102)의 충전 영역(104) 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재(106)를 구비한다.
상기 거치대(102)는 무선 충전용 축전기가 내장된 전자기기 또는 그 축전지 자체와 같이 충전 대상물(미도시)이 거치될 수 있는 본체(120)와, 1차코일(110)이 설치될 수 있는 보드(130)를 구비한다. 본체(120)와 보드(130)는 일체로 마련될 수도 있으나, 본 실시예에서는 필요에 따라 서로 분리될 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 상기 거치대(102)의 본체(120)는 충전 대상물이 충전 영역(104)을 포함하는 중심 부분으로 자연스럽게 위치될 수 있는 모든 구조를 포함한다.
상기 본체(120)는 실질적으로 육면체 형상을 가지고 가장자리 부분이 높고 중심 부분은 낮고 평평한 구조를 갖는다. 따라서, 본체(120)에 충전 대상물이 놓여지게 되면 자연스럽게 그 충전 대상물이 본체(120)의 중심 부분으로 이동됨으로써 최적의 충전 대기 상태를 유지할 수 있다.
상기 보드(130)는 외부로 전원을 인가받을 수 있으며 인가된 전원에 의해 전자기장을 형성할 수 있는 1차코일(110)과, 1차코일(110)의 전류 또는 전압을 제어할 수 있는 제어부(140:도 3 참조)를 포함한다.
상기 1차코일(110)은 본체(120)의 중심 부분에 소정의 자기장이 집중될 수 있으며, 전자력선이 보드(130)의 평면으로부터 수직으로 형성되게 하는 모든 코일 구조를 포함한다. 따라서, 본 실시예에서는 나선형 1차코일(110)이 사용되었지만 1차코일(110)은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 코일 구조가 채택될 수 있음은 물론이다.
상기 탐지부재(106)는 본체(120)의 충전 영역 내에 존재할 지도 모르는 강자성체 등과 같은 이물질(미도시)에 의해 발생하게 되는 열로 인한 거치대(102)의 온도 변화를 실시간으로 감지하기 위해 본체(120)의 중심 부분에 설치된 열감지용 센서(150)를 포함한다.
상기 열감지용 센서(150)는 충전기(100)의 정상 상태의 온도와 이물질이 본체(120)에 놓이게 됨으로써 발생되는 비정상 상태의 온도의 차이에 대한 정보를 실시간으로 감지하여 그 정보를 제어부(140)로 전송한다. 이를 위해, 상기 열감지용 센서(150)는 충전 과정에서 1차코일(110)로부터 발생되는 기본 열량과 본체(120)에 이물질이 위치됨으로써 그 영향을 받아 생성되는 총열량을 상호 비교하여 그 차이에 따라 열 발생 여부를 감지할 수도 있고, 충전 과정에서 발생되는 본체(120)의 총 열량을 단순히 감지할 수도 있다. 후자의 경우, 미리 정해진 소정의 정상 상태 열량에 대한 기준값이 정해져야 하는 것은 당연하다.
상기 열감지용 센서(150)는 개별적으로 본체(120)의 표면에 복수개로 설치될 수도 있지만, 모듈화된 센서 팩(152)을 원터치식으로 본체(120)에 결합시킴으로써 물리적 및 전기적 결합이 완성될 수 있는 구조가 바람직하다.
상기 열감지용 센서(150)에 의해 감지된 내용은 전술한 전기 회로에 연결될 수 있으며 별도의 램프 또는 패널 등과 같은 표시부(미도시)에 표시될 수도 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전기의 제어부의 회로 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제어부(140)는 열감지용 센서(150)로부터 전송된 신호에 기초하여 공급 전원으로부터 1차코일(140)로 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어신호를 생성한다. 제어부(140)는 본체(120)에 이물질이 놓여져 본체(120)의 온도가 상승되면서 열이 발생될 경우, 1차코일(110)에 인가되는 입력 전원을 차단하게 된다. 또한, 제어부(140)는 기타 다른 동작에 의해 무선 충전기의 동작을 차단시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 무선 충전기의 탐지부재의 주요 부위의 사시도이다. 도 1 내지 도 3에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 충전기용 보드(132)는 탐지부재의 한 종류로서 감지용 코일(160)을 구비한다. 감지용 코일(160) 왜곡된 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 에너지 흐름의 왜곡 중 적어도 어느 하나를 유기 전류에 의해 감지할 수 있도록 보드(132)에 소정 형태로 설치된 감지용 코일(160)을 구비한다.
상기 감지용 코일(160)은 기본적으로 충전 영역(104) 내의 누설 자속을 감지하기 위한 것으로서, 1차코일(110)의 방향에 실질적으로 수직되게 배치된다. 왜냐하면, 코일 내부의 단면적의 방향이 일치될수록 상호간에 유기 전류가 더 강하게 유도되기 때문에 정상적인 충전 자속의 방향과 누설자속 감지용 코일(160)이 서로 수직일 때는 누설자속 감지용 코일(160)에 전류가 유기되지 않으며, 기본 충전 자속이 정상 방향으로부터 많이 벗어날수록 감지용 코일(160)에 더 많은 유기 전류가 생성되기 때문이다.
따라서, 기본 충전 자속 방향(A)으로부터 많이 왜곡된 상황이라면 감지용 코일(160)에서 유기될 수 있는 전류량이 커지게 되므로 충전 영역의 주변 상황이 충 전에 적합하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 감지용 코일(160)에 유기된 전류량이 임계치를 초과하는 상황은 무선 충전기(100)의 기본 충전 에너지가 다른 방향으로 흘러 나가고 있으므로 충전 효율이 낮다는 것을 의미하므로, 감지용 코일(160)에 의해 소정의 유기 전류량이 감지되면, 그 신호는 A/D 회로를 거친 다음 제어부(140)로 전송되어, 제어부(140)가 충전 동작을 제어하거나 기타 경고 신호를 전송하게 한다.
상기 감지용 코일(160)은 서로 대향되는 방향의 유기 전류를 각각 감지할 수 있도록 적어도 한 쌍 이상 설치된다. 즉, 감지용 코일(160)은 도 4의 X방향 및 Y방향으로 각각 설치된다.
즉, 각각의 감지용 코일들(160)은 충전기(100)의 1차코일(110)과 전자기기용 축전지의 2차코일(미도시) 사이에서 주파수의 변화에 따라 영향을 받게 되는 전자장의 변화를 쉽게 예측할 수 없는 상황을 극복하기 위해, 눈에 보이지 않는 전자파에 의한 영향, 회로 상태의 부적절함, 각각의 소자에서 발생되는 열량으로 인한 오동작, 주변 습도 또는 온도 변화 등과 같이 설명할 수 없는 많은 문제점들로 인한 전자장의 왜곡 여부를 감지하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이, 보드에 설치되는 1차코일의 형상은 전자력선의 방향이 보드의 평면에 수직되게 하는 모든 코일 구조를 포함하는 것으로 해석된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 충전기는 다음과 같은 효과를 가진다.
거치대에 놓여지게 될지도 모를 이물질을 탐지하기 위하여 이물질에 의해 발생되는 온도 상승 여부를 감지하기 위한 열감지용 센서를 설치하거나 전자 환경 장애로 인한 왜곡 신호뿐만 아니라 충전을 위한 자력선의 방향 왜곡 또는 에너지 흐름 등의 왜곡을 사전에 감지할 수 있는 감지용 코일을 거치대의 소정 부위에 설치함으로써 무선 충전기의 충전 영역의 안정화 및 충전 효율을 높일 수 있다.
상술한 바와 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.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 무선 충전용 축전지가 내장된 전자기기가 거치되며, 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차 코일이 마련된 거치대; 및
    상기 거치대의 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재;를 구비하고,
    상기 탐지부재는,
    왜곡된 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 에너지 흐름의 왜곡 중 적어도 어느 하나를 유기 전류에 의해 감지할 수 있도록 설치된 감지용 코일; 및
    충전이 적합하지 않을 경우 상기 1차 코일에 인가되는 입력 전원을 차단하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 충전기.
  4. 삭제
  5. 무선 충전용 축전지가 내장된 전자기기가 거치되며, 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차 코일이 마련된 거치대; 및
    상기 거치대의 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재;를 구비하고,
    상기 탐지부재는 왜곡된 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 에너지 흐름의 왜곡 중 적어도 어느 하나를 유기 전류에 의해 감지할 수 있도록 설치된 감지용 코일을 구비하고,
    상기 감지용 코일은 상기 1차 코일의 방향에 실질적으로 수직되게 배치된 것을 특징으로 하는 무선 충전기.
  6. 무선 충전용 축전지가 내장된 전자기기가 거치되며, 공급되는 전원에 상응하는 전자계 에너지를 발산하기 위해 1차 코일이 마련된 거치대; 및
    상기 거치대의 충전 영역 내의 충전 적합성 여부를 탐지할 수 있는 탐지부재;를 구비하고,
    상기 탐지부재는 왜곡된 신호, 충전 자력선의 방향 왜곡, 에너지 흐름의 왜곡 중 적어도 어느 하나를 유기 전류에 의해 감지할 수 있도록 설치된 감지용 코일을 구비하고,
    상기 감지용 코일은 서로 대향되는 방향의 유기 전류를 각각 감지할 수 있도록 적어도 한 쌍 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전기.
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