KR101217904B1 - 휴대전화기의 무접점 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신부와 수신부로 이루어지는 무접점 충전 시스템을 휴대전화기에 적용함에 있어서 휴대전화기의 배터리커버에 적용되는 수신부의 두께를 최소화함으로써 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합할 수 있는 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무접점 충전 시스템(1)은, 송신부 페라이트(12)와 상기 송신부 페라이트(12) 위에 제1 코일(13)을 부착하여 케이스(11)에 내장한 송신부로서의 충전매트(10); 및 수신부 페라이트(22)와 상기 수신부 페라이트(22)의 아래에 제2 코일(23)을 부착하여 플라스틱 사출물(21)에 인몰드 또는 부착한 수신부로서의 휴대전화기의 배터리커버(20); 를 포함한다. 여기에서 상기 제2 코일(23)은, 베이스박막필름(23b)에 루프 패턴의 전도성박막(23c)이 적층된 전체 두께 0.15mm 이하의 시트로 형성하고, 상기 수신부 페라이트(22)는 두께 0.15mm 이하의 페라이트를 적용함으로써, 상기 배터리커버(20)에서의 상기 제2 코일(23)과 상기 수신부 페라이트(22)의 전체 두께가 0.3mm 이하가 되도록 한다.

Description

휴대전화기의 무접점 충전 시스템{Non-Contact Charging System for Mobile Phone}

본 발명은 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 송신부와 수신부로 이루어지는 무접점 충전 시스템을 휴대전화기에 적용함에 있어서 휴대전화기의 배터리커버에 적용되는 수신부의 두께를 최소화함으로써 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합할 수 있는 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에 관한 것이다.

대표적인 이동통신단말기인 휴대전화기의 작동을 위해서는 전원 공급을 필요로 하고, 이를 위해서는 배터리가 장착되어야 하며, 휴대전화기의 배터리로는 1회용이 아닌 다회용의 충전식 배터리가 널리 사용되고 있다.

휴대전화기용 배터리의 충전에는 전통적으로 유선(접점) 충전방식이 널리 사용되어 왔으나, 유선충전은 휴대전화기의 최대 장점인 이동성을 제한할 뿐만 아니라, 반복적 탈착으로 인한 충전단자의 노쇠 등으로 인하여 충전 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

이런 배경에 따라, 휴대전화기의 충전에 무접점(무선) 충전 방식이 도입되어 사용되고 있고, 그 적용이 점차 확대되고 있다.

휴대전화기의 무접점 충전에 관한 종래기술로서는, 대한민국 공고특허 제10-1995-0005819호(1995. 05. 31. 공고)의 '무선 전화기의 무접점 충전 시스템', 대한민국 공개특허 제10-2002-0063050호(2002. 08. 01. 공개)의 '핸드폰 무선 충전 시스템', 대한민국 공개특허 제10-2004-0019164호(2004. 03. 05. 공개)의 '무선 충전을 위한 이동통신 단말기의 배터리 및 충전기', 대한민국 공개특허 제10-2004-0107110호(2004. 12. 20. 공개)의 '이동 통신 단말기의 무선 충전 시스템 및 방법과 그를 위한 이동 통신 단말기', 대한민국 공개특허 제10-2007-0033166호(2007. 03. 26. 공개)의 '이동통신단말기 및 무선충전장치', 대한민국 등록특허 제10-0867405호(2008. 10. 31. 등록)의 'ＲＦＩＤ 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치', 대한민국 등록실용신안 제20-0217303호(2001. 01. 08. 등록)의 '무선 충전 장치', 대한민국 등록실용신안 제20-0400534호(2005. 10. 31. 등록)의 '무선고주파전력을 충전전원으로 사용하는 휴대폰 배터리' 등이 있다.

가장 일반적인 무접점 충전의 원리는 전자기유도이며, 교류 공급이 되는 송신기(충전기)에 설치된 1차 코일 위에 충전하고자 하는 배터리 측의 2차 코일을 올려놓으면, 1차 코일과 2차 코일 사이에 유도기전력이 발생하여 이런 유도기전력으로 배터리가 충전되는 원리이다.

도7는 전자기유도에 의한 무접점 충전 시스템의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 무접점 충전 시스템(100)은, 송신부(110: 발진부)와 수신부(120: 충전부)로 이루어진다. 송신부(110)는 교류전원(111)을 공급받아 작동하는 송신회로(112)와 전자기유도를 위한 1차 코일(113)을 구비하고, 수신부(120)는 송신부(110)의 1차 코일(113)과의 사이에서 전자기유도를 일으키는 2차 코일(121)과 충전회로(122)를 구비하며, 배터리(130)를 충전회로(122)에 연결하고 2차 코일(121)을 1차 코일(113)에 정해진 위치로 근접시키면, 전자기유도에 의해 배터리가 충전된다.

휴대전화기로 대표되는 휴대기기에 대한 무접점 충전은, WPC(Wireless Power Consortium)에서 표준화가 진행되고 있는 바, WPC는 전자기유도에 의한 전력 전송에 100 내지 200 kHz 대역의 주파수를 사용하고, 수십 밀리미터의 전송거리 내에서 충전이 이루어지도록 표준화하고 있다.

휴대전화기에 무접점 충전 시스템을 적용하는 예를 보면, 2차 코일과 충전회로를 구비한 수신부가 장착된 '충전용 커버'를 휴대전화기와는 별도로 제작하고, 휴대전화기의 배터리를 커넥터나 케이블 등으로 '충전용 커버'에 전기적으로 연결한 상태에서, '충전용 커버'를 송신부인 충전매트에 올려 배터리를 충전하는 제품이 개발되어 있다.

그러나 별도의 충전용 커버를 사용할 경우, 휴대전화기의 무접점 충전을 위해 별도로 충전용 커버를 소지해야 하는 불편이 있으므로, 휴대전화기의 일부인 배터리커버(배터리 교체를 위해 휴대전화기의 후면을 개폐하는 플라스틱 합성수지 사출물의 후면커버)에 수신부(2차 코일과 충전회로, 이때 충전회로는 휴대전화기 본체에 설치하기도 함)를 예를 들어 인몰드 사출로 매립함으로써, 별도의 충전용 커버의 소지 없이 휴대전화기 자체로 무접점 충전을 실행할 수 있도록 하는 구조가 개발되었다.

그러나 지금까지 휴대전화기에 적용된 무접점 충전 시스템에서 2차 코일을 배터리커버에 매립하는 구조를 적용할 때 야기되는 문제점의 하나는, 배터리커버의 두께가 두꺼워짐으로써 휴대전화기의 소형화와 경량화에 부합하지 않게 된다는 것이다.

도8은 종래의 휴대전화기에 적용된 무접점 충전 시스템의 개략단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래 휴대전화기의 무접점 충전 시스템(200)은, 크게 송신부인 충전매트(210)와 수신부인 휴대전화기의 배터리커버(220)로 구성된다.

상기 충전매트(210: 송신부)는, 플라스틱 합성수지 등으로 제작된 케이스(211)에, 송신부의 구성들을 내장한 것으로서, 케이스(211)의 저면 위에 회로기판(212)을 깔고 그 위에 페라이트(213)를 올린 후에, 페라이트(213) 위에 루프 형상의 제1 코일(214)을 부착한 다음, 제1 코일(214)의 중앙에 영구자석(215: 예, 자기장의 세기 1,100 가우스, 두께 2.6mm, 직경 15mm인 원판형 영구자석)을 부착하고, 그 위를 케이스(211)의 상면으로 피복한 구조이다.

상기 배터리커버(220: 수신부)는, 플라스틱 사출물(221) 내에 페라이트(222)와 제2 코일(223)을 매립하여 제작하되, 위쪽에 배터리(230)와의 사이에 페라이트(222)를 매립하고, 아래쪽으로 페라이트(222)의 저면에 제2 코일(223)을 부착한 구조이다.

이때 제2 코일(223)은 지름 0.3mm 정도의 피복 구리선을 다수회 권선하여 제작하였고, 페라이트(222)는 0.6mm 두께 이상이었다.

한편, 전자기유도에 의해 무접점 충전을 할 때, 1차 코일 중심점과 2차 코일 중심점이 상하 일치될 때 최대의 충전효율이 달성되며, 1차 코일 중심점에서 2차 코일의 중심점이 수평 방향으로 멀어질수록 전력 전송이 점차 줄어들고 발열이 일어나며, 일정 거리(예, 20mm) 이상 멀어 지면 1차 코일에 형성된 전자기장이 2차 코일에 전달되지 못하므로 충전이 이루어지지 아니한다.

WPC의 표준에서는, 2차 코일이 1차 코일의 중심점에서 수평으로 멀어질 때 일정 거리 범위 내에서는, 충전 주파수를 100 kHz 내지 200 kHz의 범위에서 자동으로 변경하여 충전 효율을 보완하고 있는 바, 이런 주파수 변경으로 충전효율을 개선한다고 하더라도, 코일의 최외각 위치에서는 그 효율이 최대 효율 대비 20% 이상 저하됨을 피할 수 없다.

종래의 무접점 충전 시스템의 경우, 2차 코일이 1차 코일로부터 충전 가능한 범위 내이지만 일부 벗어나 있을 때에도 충전중인 것으로 표시되기 때문에 사용자는 충전효율이 저하된 상태임을 알지 못하고 계속 충전을 하게 됨으로써 불필요한 전력 소비를 초래하였는바, 따라서 무접점 충전은 효율의 측면에서 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 정치시키는 것이 매우 중요하다.

도8에서 충전매트(210)에 적용한 상기 영구자석(215)은, 휴대전화기(즉, 배터리커버: 220)를 충전매트(210)에 올려놓으면, 영구자석(215)의 자력에 페라이트(222)가 부착되도록 하여 2차 코일이 1차 코일 위의 정위치에 고정되도록 하는 작용을 한다. 두 코일의 정위치 고정을 위해 2차 코일(223)의 중앙에도 영구자석을 부착하여 영구자석 사이의 인력에 의해 위치가 고정되도록 하기도 한다.

코일의 정위치 고정의 측면에서 1차 코일과 2차 코일 양쪽 모두에 영구자석을 적용하는 경우가 바람직하지만, 표준화(WPC)의 관점에서는 두 영구자석의 극성도 표준화해야할 필요가 발생하고, 이런 표준화를 이루지 못할 경우 두 영구자석의 극성 차이로 인하여 호환 사용이 불가능하게 될 수 있다.

1차 코일에만 영구자석을 적용할 경우, 1차 코일 영구자석의 자력이 휴대전화기의 배터리커버에 적용한 넓은 시트 형태의 페라이트에 작용하여 2차 코일을 고정시키는 것으로서, 페라이트의 넓이만큼 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 편차가 발생하게 되므로, 최적의 충전효율을 보장하기 어렵고, 또한 높은 자기장의 세기와 높은 투자율을 가진 영구자석과 배터리의 금속성분의 상호작용으로 인한 1차 코일의 전자기장이 왜곡되지 않고 2차 코일에 전송되도록 배터리커버에 0.6mm 이상의 두꺼운 페라이트를 사용해야만 하는 문제점을 초래하며, 이것은 휴대전화기의 소형화와 경량화에 악영향을 미친다.

도8에서 배터리커버(220)에 적용된 페라이트(222)는, 2차 코일의 정치(포지셔닝)를 위해 충전매트(210)에 적용한 영구자석(215)에 의한 1차 코일(214)의 전자기장의 왜곡과, 배터리(230)에 포함된 알루미늄이나 철과 같은 금속성분이 2차 코일에서의 전자기유도를 방해하는 것을 차단하기 위한 것이다.

요컨대, 종래의 경우, 두 코일의 정위치 유지를 위해 영구자석(215)을 적용하는 것 등에 따른 불가피한 조치로, 두께 0.3mm 정도의 피복 구리선으로 된 제2 코일(223)과 두께 0.6mm 이상의 페라이트(222)를 적용할 수밖에 없었으며, 이로 인하여 제2 코일(223)과 페라이트(222)는 그 접착필름까지를 더하면 전체의 두께가 1mm에 이르고, 플라스틱 사출물(221)까지를 더한 전체의 배터리커버(220)의 두께가 3mm 정도까지 두꺼워지게 됨으로써, 결과적으로 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합하지 못하였다.

본 발명의 목적은, 휴대전화기에 적용되는 무접점 충전 시스템에 관련하여, 휴대전화기의 배터리커버에 적용하는 수신부로 두꺼운 2차 코일과 두꺼운 페라이트를 적용하는 것에 따라 배터리커버의 두께가 증가하고, 그로 인하여 휴대전화기의 소형화와 경량화에 어려움이 있었던 점을 극복하고자 하는 것으로서, 배터리커버에 장착되는 수신부의 2차 코일과 페라이트를 종래에 비해 현저하게 얇은 박막 형태로 적용할 수 있도록 함으로써 휴대전화기의 소형화와 경량화에 기어하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에 대한 WPC 표준에서, 충전패드의 1차 코일에 대한 휴대전화기의 2차 코일의 위치에 따라 전자기유도에 사용되는 주파수를 가변하여 충전효율을 보완한 것에 관련하여, 상기 가변 주파수를 검출하여 검출된 주파수로부터 해당 위치에서의 충전효율을 산출하고, 산출된 충전효율을 사용자가 알 수 있는 방법으로 표시함으로써, 사용자로 하여금 최고의 충전효율을 갖는 최적의 위치로 충전패드에 대한 휴대전화기의 위치를 조절할 수 있도록 하고, 결과적으로 불필요한 전력 소비를 줄여 에너지 낭비를 줄일 수 있도록 함과 아울러, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정치에 휴대전화기의 소형화와 경량화에 부합하지 아니하는 영구자석을 적용하는 대신에, 충전효율의 표시를 통한 사용자에 의한 정치를 적용함으로써, 휴대전화기의 배터리커버에 적용하는 2차 코일과 페라이트의 두께를 종래에 비해 현저하게 줄일 수 있도록 하여 휴대전화기의 소형화와 경량화에 부합하도록 하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 휴대전화기의 무접점 충전 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템은, 송신부 페라이트와 상기 송신부 페라이트 위에 제1 코일을 부착하여 케이스에 내장한 송신부로서의 충전매트; 및 수신부 페라이트와 상기 수신부 페라이트의 아래에 제2 코일을 부착하여 플라스틱 사출물에 인몰드 또는 부착한 수신부로서의 휴대전화기의 배터리커버; 를 포함한다.

본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에서, 상기 제2 코일은, 베이스박막필름에 루프 패턴의 전도성박막이 적층된 전체 두께 0.15mm 이하의 시트로 형성하고, 상기 수신부 페라이트는 두께 0.15mm 이하의 페라이트를 적용함으로써, 상기 배터리커버에서의 상기 제2 코일과 상기 수신부 페라이트의 전체 두께가 0.3mm 이하가 되도록 한다.

바람직하게, 상기 제2 코일은, 상기 베이스박막필름으로서 두께 0.025mm 이하의 폴리이미드필름의 상하 양면에 각각 0.0175mm(0.5 온스) 내지 0.070mm(2온스) 두께로 상기 전도성박막이 피복된 전도성박막필름에 대해, 상하 양면의 상기 전도성박막을 코일 패턴으로 에칭하여 형성한다.

바람직하게, 상기 제2 코일은, 상기 전도성박막필름의 일측면에 있는 상기 전도성박막에는 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부가 형성되어 있고, 상기 전도성박막필름의 타측면에 있는 상기 전도성박막에는 루프 형상의 코일과 다른 하나의 단자접속부가 형성되어 있으며, 상기 베이스박막필름에 비아홀을 형성하여 상하 양면의 상기 코일을 전기적으로 연결한다.

본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템은, 충전효율을 표시하는 충전효율표시수단을 포함한다.

상기 충전효율표시수단은, 상기 충전매트에 상기 배터리커버를 올려 충전을 실행할 때, 상기 제1 코일에 대한 상기 제2 코일의 위치에 따라 가변되는 전자기유도에 사용되는 주파수를 검출하는 주파수검출부; 및 검출된 상기 주파수로부터 산출된 충전효율을 표시하는 표시부; 를 포함한다.

바람직하게, 상기 충전효율표시수단은, 상기 충전매트 또는 상기 배터리커버가 장착되는 휴대전화기에 설치된다.

본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템은, 휴대전화기의 배터리커버에 적용하는 수신부로서의 2차 코일과 페라이트의 두께를 종래에 비하여 현저하게 얇게 형성할 수 있으므로, 배터리커버에 2차 코일과 페라이트를 적용함으로서 유발되는 배터리커버의 두께 증가를 최소화할 수 있고, 결과적으로 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합하는 무접점 충전 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템은, 충전패드의 1차 코일에 대한 휴대전화기의 2차 코일의 위치에 따라 변화하는 충전효율을 표시하여 줌으로써, 사용자로 하여금 최고의 충전효율을 갖는 최적의 위치로 충전패드에 대한 휴대전화기의 위치를 조절할 수 있도록 하여, 불필요한 전력 소비를 줄여 에너지 낭비를 줄일 수 있고, 아울러 1차 코일에 대한 2차 코일의 정치에 휴대전화기의 소형화와 경량화에 부합하지 아니하는 영구자석을 적용하는 대신에, 충전효율의 표시를 통한 사용자에 의한 정치를 적용함으로써, 휴대전화기의 배터리커버에 적용하는 2차 코일과 페라이트의 두께를 줄일 수 있도록 허용하여 휴대전화기의 소형화와 경량화에 부합할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템의 개략도,
도2는 본 발명에 적용되는 제2 코일의 개략도,
도3은 충전패드에 적용된 예시적인 충전효율표시수단의 블록도,
도4는 휴대전화기에 적용된 예시적인 충전효율표시수단의 블록도,
도5는 1차 코일에 2차 코일이 정위치에 고정된 최고의 충전효율일 때의 주파수 사진,
도6은 1차 코일로부터 2차 코일이 일정거리 벗어나 최저의 충전효율일 때의 주파수 사진,
도7은 일반적인 유도전류방식의 무접점 충전 시스템의 개략도,
도8은 종래 휴대전화기에 적용된 무접점 충전 시스템의 개략단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명의 무접점 충전 시스템을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템(1)은, 종래에 휴대전화기에 적용된 무접점 충전 시스템과 마찬가지로, 송신부로서의 충전매트(10)와 수신부로서의 배터리커버(20)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

먼저, 상기 충전매트(10)는 플라스틱 합성수지 등으로 성형 제작된 케이스(11) 내에 송신부 페라이트(12)와 제1 코일(13)을 내장한 것이다.

구체적으로, 충전매트(10)는 케이스(11)의 저면 위에 올려진 PCB(인쇄회로기판)과 같은 기판(14) 위에 송신부 페라이트(12)를 깔고, 송신부 페라이트(12) 위에 제1 코일(13)을 부착한 구조로서, 본 발명에 적용되는 충전매트(10)는 종래와는 달리 제1 코일(13)의 중심에 영구자석을 적용하지 아니한다.

본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템(1)에서 핵심적인 특징부분인 상기 배터리커버(20)는, 배터리커버의 기본 소재로 널리 사용되고 있는 플라스틱 사출물(21)에 수신부 페라이트(22)와 2차 코일(23)을 설치하고 있다는 점에서 종래 무접점 충전 시스템에서의 배터리커버와 실질적으로 동일하다.

본 발명의 특징에 따라, 상기 제2 코일(23)은 종래와 같이 환상(루프형)으로 피복 구리선을 감아서 형성하는 것이 아니라, 베이스박막필름(23b) 위에 루프 패턴으로 형성된 전도성박막(23c)이 적층된 두께 0.15mm 이하의 시트 형태로 형성한다.

예를 들어 설명하면, 0.025mm 이하 두께의 폴리이미드필름과 같은 베이스박막필름(23b)의 상하 양면에 0.0175mm(0.5 온스) 내지 0.070mm(2온스) 두께의 동박(또는 동도금)과 같은 전도성박막(23c)이 피복된 전도성박막필름(23a)에 대해, 목적하는 제2 코일(23)의 패턴(루프 형태)에 맞게 상하 양면의 전도성박막(23c)을 에칭공정으로 가공하여 제2 코일(23)을 형성한다.

이때, 전도성박막필름(23a)의 일측면에 있는 전도성박막(23c)에는 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부(23e)를 형성하고, 타측면에 있는 전도성박막(23c)에도 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부(23e)를 형성한 다음에, 베이스박막필름(23b)에 상하에 있는 코일의 내측단에 대응하는 위치에 비아홀(23d)을 형성하고 도금함으로써 상하 양면에 있는 코일들을 전기적으로 연결할 수 있다.

결과로 형성된 제2 코일(23)은, 예를 들어 베이스박막필름(23b)의 양측면에 형성된 각각의 코일은, 최외곽 직경(R1)은 대략 37mm, 패턴의 폭(W)은 대략 1mm, 최내각 직경(R2)은 대략 16mm 이하로 하되, 일측면의 코일을 8회전하고 타측면의 코일도 8회전하여 총 16 회전의 루프를 형성 할 수 있다.

상기 단자접속부(23e)에는 충전회로에 전기적으로 연결하기 위한 단자가 형성된다.

앞서 배경기술에서 설명한 피복 구리선을 적용한 종래의 제2 코일은, 그 두께가 0.3mm에 이르렀지만, 이상에서 설명한 본 발명에 적용된 제2 코일(23)은 그 두께가 0.15mm 이하로 그 두께가 얇아진다.

이상에서는 제2 코일(23)로서, 폴리이미드 베이스박막필름(23b)의 상하 '양면'에 각각 전도성박막(23c)이 피복된 양면 전도성박막필름(23a)을 에칭공정으로 가공하여 베이스박막필름(23b)의 상하면에 각각 루프 패턴의 코일을 형성한 예에 대해 설명하였지만, 양면 전도성박막필름(23a)이 아닌 일면에만 전도성박막이 피복된 일면 전도성박막필름을 사용하여 베이스박막필름의 일면에만 코일을 형성하는 것, 에칭 공정을 적용하지 아니하고 베이스박막필름의 일면 또는 양면에 전도성 잉크로 루프 패턴을 인쇄하는 것, 전도성박막필름(23a)의 일면 또는 양면의 전도성박막(23c)을 에칭이 아닌 프레싱 가공하여 루프 패턴을 형성하는 것 등과 같이, 결과로 형성된 제2 코일(23)의 두께가 0.15mm 이하이고, 무접점 충전의 수신부 코일로서 기능할 수 있다면, 다양한 다른 방법을 적용할 수도 있을 것이다.

상기 수신부 페라이트(22)로서는, 종래와 같은 0.6mm 두께의 페라이트를 사용하지 않고 0.15mm 이하의 두께의 페라이트를 사용하며, 수신부 페라이트(22)로서는 WPC에서 표준화된 주파수역 대역인 100 내지 200 kHz에 대응하도록 페라이트 성분에 망간과 니켈이 적정량 배합한 페라이트를 사용할 수 있다.

수신부 페라이트(22)는 시트 형태의 페라이트를 부착하여 형성할 수도 있고 페라이트 용액을 도포함으로서 시트 형태로 성형되도록 할 수도 있다.

이렇게 제작된 박막시트 형태의 2차 코일(23)과 수신부 페라이트(22)는, 배터리커버(20)의 내면에 부착하여 배터리(30)와의 사이에 위치하도록 할 수도 있고, 플라스틱 사출물(21)을 성형할 때 인몰드 사출방식으로 플라스틱 사출물(21) 속에 매립할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템(1)에 의하면, 배터리커버(20)에 0.15mm 이하의 제2 코일(23)과 0.15mm 이하의 수신부 페라이트(22)가 적용되어 플라스틱 사출물(21)에 무접점 충전 시스템을 적용하는 것으로부터 기인되는 두께 부가가 단지 0.3mm 이하에 불과하게 되므로, 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합할 수 있다.

휴대폰전화기에는 기지국과 통신을 위한 메인 통신안테나, 블루투스 안테나, 와이파이 안테나, LTE 안테나 등 수종의 다양한 안테나가 존재하므로, 무접점 충전용 2차 코일이 이들 안테나의 임피던스에 영향을 주어서 안테나 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 무접점 충전용 2차 코일은 이들 안테나의 임피던스에 영향을 최소화하기 위해 배터리(30)의 측에 위치한다.

그러나 이상에서 설명한 본 발명에서의 배터리커버(20)를 장착한 휴대전화기를 기존의 충전매트에 올려놓고 충전을 하게 되면, 충전율이 20% 이하로 저하되는 현상이 발생하는 바, 그 이유는 기존의 충전매트에는 1차 코일에 정치(포지셔닝)를 위한 영구자석이 부착되어 있고, 상기 영구자석에 배터리가 접근하면 영구자석의 자기장이 1차 코일(13)의 전자기장을 왜곡시키기 때문인 것으로 보인다.

즉, 앞서 배경기술에 관련하여 설명한 바와 같이 기존의 충전매트에는 자기장의 세기 1,100 가우스 이상의 두께 2.6mm 및 직경 15mm 정도의 원판형 영구자석을 적용하고 있고, 본 발명에 적용하는 배터리커버(20)를 장착한 휴대전화기를 이런 영구자석이 있는 충전매트에 올려놓으면, 1차 코일(13)의 전자기장을 왜곡시키고 2차 코일(23)로의 전자기유도가 방해되어 충전율이 현저히 저하된다.

이와 같은 이유로 본 발명에 적용된 충전매트(10)에는 종래에 적용하였던 영구자석을 적용하지 아니하며, 영구자석을 적용하지 아니한 충전매트(10)에서의 본 발명에 따른 무접점 충전 시스템의 충전효율은 종래의 무접점 충전 시스템과 유사하게 70%에 이르게 된다.

충전매트(10)에 영구자석을 적용하지 아니하는 경우 충전매트(10)에 대한 배터리커버(20)의 정치(포지셔닝)가 문제될 수 있는 바, 충전매트(10)에 대한 배터리커버(20)의 포지셔닝은 영구자석이 아닌 걸림턱과 같은 구조적인 포지셔닝에 의해서도 달성할 수 있으므로, 영구자석의 비적용으로 본 발명의 무접점 충전의 목적이 훼손되지 아니한다.

앞서 설명한 바와 같이, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 유지는 충전효율에 매우 중요한 바, 이런 정위치 유지를 위해 본 발명의 시스템에는 사용자로 하여금 무접점 충전의 충전효율을 알 수 있도록 표시하는 충전효율표시수단(40)을 더 포함시킬 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, WPC의 표준에서는, 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따라 저하되는 충전효율의 저하를 보안하기 위해 충전 주파수(100 내지 200 kHz)를 자동으로 변경하여 충전 효율을 보완하고 있는 바, 이에 의하면 두 코일이 정위치에 근접할수록 전자기유도에 더 높은 주파수(200 kHz)를 사용하고 정위치로부터 벗어날수록 더 낮은 주파수(100 kHz) 로 서서히 변경시키면서 사용하게 되므로, 결과적으로 전자기유도에 사용되는 주파수는 충전효율과 비례의 상관관계를 가지게 되며, 본 발명에 적용되는 충전효율표시수단(40)은 충전효율과 비례적인 관계에 있는 전자기유도에 사용된 주파수를 검출하여 이를 충전효율로 표시한다.

상기 충전효율표시수단(40)은, 충전매트(10)에 배터리커버(20)를 올려 충전을 실행할 때, 제1 코일(13)에 대한 제2 코일(23)의 위치에 따라 가변되는 전자기유도에 사용되는 주파수를 검출하는 주파수검출부(41), 및 검출된 주파수로부터 산출된 충전효율을 표시하는 표시부(42)를 포함한다.

충전효율표시수단(40)은 충전매트(10) 측에 설치할 수도 있고, 배터리커버(20)가 장착되는 휴대전화기 측에 설치할 수도 있다.

도3은 충전매트(10)에 충전효율표시수단(40)을 설치한 예로서, 상기 주파수검출부(41)는 발진부(43)에 의해 제1 코일(13)로부터 발진되는 주파수를 검출하고, 검출된 주파수는 증폭부(44)에 의해 적정 레벨로 증폭된 후에, 변환부(45)에 의해 디지털신호로 변환되고, 변환된 디지털데이터는 연산부(46)에서 검출된 주파수에 대응하는 충전효율로 환산되고, 환산된 충전효율은 LCD나 LED와 같은 상기 표시부(42)에 사용자가 식별 용이하게 표시된다.

예를 들어 제2 코일(23)이 제1 코일(13)의 정위치에 위치할 경우 사용되는 전자기유도 주파수는 도5의 사진도면과 같이 200 kHz에 가깝게 되고 이때의 충전효율이 최고가 되고, 반대로 충전 가능한 상태인 범위 내에서 정위치로부터 가장 벗어나게 위치된 경우 사용 주파수는 도6의 사진도면과 같이 100 kHz에 가깝게 되며 이때의 충전효율은 최저가 된다.

표시부(42)에 표시되는 충전효율은, 예를 들어 1단계 내지 5단계와 같은 단계나 퍼센트를 숫자로 표시할 수도 있고, 막대그래프나 색상 등으로 표시할 수 있는 등, 사용자가 충전효율을 용이하게 인식할 수 있는 방법이라면 특히 제한되지 아니한다.

충전을 하고 있는 사용자는 표시부(42)에 표시된 충전효율을 보고 충전패드(10)에서의 휴대전화기(즉, 배터리커버)의 위치를 이동시켜 충전효율이 가장 높게 표시되는 위치에 휴대전화기를 정치하면 최대의 충전효율로 배터리를 충전할 수 있다.

도4는 휴대전화기 측에 충전효율표시수단(40)이 설치된 예로서, 주파수검출부(41)는 1차 코일(13)에 의해 전자기유도 된 2차 코일(23)로터 발진되는 주파수를 검출하고, 검출된 주파수는 증폭부(44)에 의해 정적 레벨로 증폭된 후에, 변환부(45)에 의해 디지털신호로 변환되고, 변환된 디지털 데이터는 연산부(46)에서 검출된 주파수에 대응하는 충전효율로 환산되고, 환산된 충전효율은 LCD나 LED와 같은 상기 표시부(42)에 사용자가 식별 용이하게 표시된다.

충전효율표시수단(40)을 휴대전화기 측에 설치할 경우에, 이를 배터리커버(20)에 설치할 수도 있으나, 충전회로와 함께 휴대전화기 본체에 설치하고, 이때 표시부(42)는 휴대전화기의 본래의 용도로 사용되는 메인 디스플레이(LCD 등)를 활용하는 것이 바람직하다.

결국, 본 발명에 따른 휴대전화기의 무접점 충전 시스템에 의하면, 배터리커버(20)에 페라이트와 2차 코일을 적용함에 있어서, 2차 코일로서 초박형 전도성박막필름(23a)으로 형성한 0.15mm 이하 두께의 2차 코일(23)을 적용하고, 페라이트로서 0.15mm 이하의 얇은 수신부 페라이트(22)를 적용하는 한편, 두 코일 사이의 포지셔닝을 위해 영구자석의 사용을 배제함으로써, 종래 피복 구리선으로 된 0.3mm 두께의 2차 코일과 0.6mm의 페라이트를 적용하는 것에 비하여 현격하게 그 두께를 줄일 수 있게 되었고, 부가하여 두 코일 사이의 포지셔닝을 위해 충전효율표시수단(40)을 적용하여 두 코일 사이의 전자기유도에 사용된 주파수에 근거한 충전효율을 표시하여 줌으로써 사용자로 하여금 충전효율이 높은 상태로 위치시켜 충전할 수 있도록 유도할 수 있게 되었으므로, 배터리커버의 두께 증가에 대한 부담을 최소화하면서 무접점 충전의 수신부를 배터리커버에 적용할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 높은 충전효율로 배터리를 충전할 수 있게 되어 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있다.

이상에서는 설명의 편이를 위해 본 발명의 무접점 충전 시스템을 휴대전화기에 적용하는 것에 대해 대해서만 설명하였지만, 무접점 충전 시스템이 적용되면서 기기의 소형화와 경량화를 요하는 다른 휴대용 기기들에도 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.

1: 본 발명에 따른 무접점 충전 시스템
10: 충전매트 11: 케이스
12: 송신부 페라이트 13: 제1 코일
20: 배터리커버 21: 플라스틱 사출물
22: 수신부 페라이트 23: 제2 코일
23a: 전도성박막필름 23b: 베이스박막필름
23c: 전도성박막 23d: 비아홀
23e: 단자접속부 30: 배터리
40: 충전효율표시수단 41: 주파수검출부
42: 표시부 43: 발진부
44: 증폭부 45: 변환부
46: 연산부

Claims (4)

1. 송신부 페라이트(12)와 상기 송신부 페라이트(12) 위에 제1 코일(13)을 부착하여 케이스(11)에 내장한 송신부로서의 충전매트(10); 및 수신부 페라이트(22)와 상기 수신부 페라이트(22)의 아래에 제2 코일(23)을 부착하여 플라스틱 사출물(21)에 인몰드 또는 부착한 수신부로서의 휴대전화기의 배터리커버(20); 를 포함하고:
   상기 제2 코일(23)은, 베이스박막필름(23b)에 루프 패턴의 전도성박막(23c)이 적층된 전체 두께 0.15mm 이하의 시트로 형성하고, 상기 수신부 페라이트(22)는 두께 0.15mm 이하의 페라이트를 적용함으로써, 상기 배터리커버(20)에서의 상기 제2 코일(23)과 상기 수신부 페라이트(22)의 전체 두께가 0.3mm 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 휴대전화기의 무접점 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 코일(23)은, 상기 베이스박막필름(23b)으로서 두께 0.025mm 이하의 폴리이미드필름의 상하 양면에 0.0175mm 내지 0.070mm 두께로 상기 전도성박막(23c)이 피복된 전도성박막필름(23a)에 대해, 상하 양면의 상기 전도성박막(23c)을 코일 패턴으로 에칭하여 형성하는 것을 특징으로 하는, 휴대전화기의 무접점 충전 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 코일(23)은, 상기 전도성박막필름(23a)의 일측면에 있는 상기 전도성박막(23c)에는 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부(23e)가 형성되어 있고, 상기 전도성박막필름(23a)의 타측면에 있는 상기 전도성박막(23c)에는 루프 형상의 코일과 다른 하나의 단자접속부(23e)가 형성되어 있으며, 상기 베이스박막필름(23b)에 비아홀(23d)을 형성하여 상하 양면의 상기 코일(13, 23)을 전기적으로 연결한 것을 특징으로 하는, 휴대전화기의 무접점 충전 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 충전매트(10) 또는 상기 배터리커버(20)가 장착되는 휴대전화기에 설치되어 충전효율을 표시하는 충전효율표시수단(40)을 더 포함하고,
   상기 충전효율표시수단(40)은, 상기 충전매트(10)에 상기 배터리커버(20)를 올려 충전을 실행할 때, 상기 제1 코일(13)에 대한 상기 제2 코일(23)의 위치에 따라 가변되는 전자기유도에 사용되는 주파수를 검출하는 주파수검출부(41); 및 검출된 상기 주파수로부터 산출된 충전효율을 표시하는 표시부(42); 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 휴대전화기의 무접점 충전 시스템.
   

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