KR101246878B1 - 마그네트를 이용한 충전 장치 - Google Patents

마그네트를 이용한 충전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱 전극을 이용한 단순한 구조의 충전 방식을 통해 모바일단말기를 신속하고 편리하게 충전할 수 있는 마그네트를 이용한 충전 장치에 관한 것으로, 모바일단말기의 충전단자와 접속되는 커넥터를 구비하며, 상기 커넥터와 연결된 복수의 마그네틱 단자가 형성된 슬리브, 및 상기 슬리브의 마그네틱 단자와 자기적으로 접촉되는 마그네틱 전극을 구비하며, 상기 마그네틱 전극을 통해 마그네틱 단자로 충전용 전원을 공급하는 충전패드를 포함한다.

Description

마그네트를 이용한 충전 장치{CHARGING DEVICE USING MAGNET}
본 발명은 마그네틱 전극 또는 자성체 전극을 이용하여 모바일단말기를 충전하는 마그네틱 전극을 이용한 충전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, 스마트폰 및 PDA(Personal Digital Assistant)와 같은 모바일단말기는 이동성이 좋고, 휴대가 간편하여 보편적으로 사용되고 있다. 이에 따라 모바일단말기의 배터리를 충전하는 유선 충전기도 제조된 배터리의 형태나 규격에 맞추어 서로 다른 형태로 제조되고 있고, 소비자의 요구에 부합되도록 모바일단말기의 기능 향상과 경량화를 추구하려는 경향으로 인하여 동일한 제조업체에서도 다양한 형태의 모바일단말기와 이에 맞는 다양한 형태의 충전기가 제조되고 있다.
최근에는 기술의 발달에 따라 새로운 충전기가 보급되고 있다. 이러한 충전기로는 기존의 충전 방식의 문제점을 해결하기 위하여 전기적 접촉없이 자기유도 방식을 이용하여 배터리를 충전하는 무접점 충전 방식이 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 무접점 충전기는 그 설계가 복잡함과 아울러 제조 단가가 비싸다는 문제점이 있다.
본 발명은 마그네틱 전극 또는 자성체 전극을 이용한 단순한 구조의 충전 방식을 통해 모바일단말기를 신속하고 편리하게 충전할 수 있는 마그네트를 이용한 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충전 장치는, 모바일단말기의 충전단자와 접속되는 커넥터를 구비하며, 상기 커넥터와 연결된 복수의 마그네틱 단자가 형성된 슬리브; 및 상기 슬리브의 마그네틱 단자와 자기적으로 접촉되는 마그네틱 전극을 구비하며, 상기 마그네틱 전극을 통해 마그네틱 단자로 충전용 전원을 공급하는 충전패드;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 충전패드의 마그네틱 전극은 코일의 자기장에 의해 자기력이 약해지거나 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 구성될 수 있다.
상기 충전패드는, 외부로부터 인가된 상용 교류전압을 필요한 레벨로 강하시키는 변압부; 및 상기 변압부에서 출력되는 전압을 직류전압으로 정류하여 마그네틱 전극으로 출력하는 정류부;를 포함하며, 상기 충전패드는, 마그네틱 전극에 권선되어 인가되는 전류에 따라 자기장을 발생하는 코일; 외부로부터 입력된 동작명령이나 근접된 인체를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 입력부; 및 상기 입력부로부터 입력된 명령에 따라 상기 코일로 인가되는 전류를 설정된 시간동안 온시켜 마그네틱 전극의 자기력을 약화시키거나 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 충전패드의 마그네틱 전극과 그에 대응되는 슬리브의 마그네틱 단자는 요철 형상으로 구성며, 상기 충전패드는 마그네틱 전극과 결합되어 마그네틱 전극의 자기력을 강화시키는 보조 마그네트를 더 포함할 수 있다.
상기 충전패드의 마그네틱 전극의 주변에 강화용 마그네트가 더 설치되고, 상기 강화용 마그네트와 대응되는 마그네트가 슬리브에 설치되어 슬리브의 부착력을 강화시킬 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 충전 장치는, 모바일단말기의 충전단자와 접속되는 커넥터를 구비하며, 상기 커넥터와 연결된 복수의 마그네틱 단자가 형성된 슬리브; 및 상기 슬리브의 마그네틱 단자와 자기적으로 접촉되는 자성체 전극을 구비하며, 상기 자성체 전극을 통해 마그네틱 단자로 충전용 전원을 공급하는 충전패드;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 충전패드의 자성체 전극과 결합되어 자성체 전극으로 자기력을 부여하는 마그네트를 더 포함할 수 있다.
상기 충전패드는, 자성체 전극에 권선되어 인가되는 전류에 따라 자기장을 발생하는 코일; 외부로부터 입력된 동작명령이나 근접된 인체를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 입력부; 및 상기 입력부로부터 입력된 명령에 따라 상기 코일로 인가되는 전류를 설정된 시간동안 온시켜 자성체 전극의 자기력을 약화시키거나 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 마그네틱 전극을 이용한 단순한 구조의 충전 방식을 통해 모바일단말기를, 기존의 유선 충전기와 같이 신속하게 충전할 수 있음과 아울러 자기유도 방식의 무접점 충전기와 같이 편리하게 충전할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 마그네틱 전극을 이용한 충전 장치를 나타낸 외관도이다.
도 2는 본 발명에 의한 마그네틱 단자 및 전극의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 충전패드의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 마그네틱 전극을 이용한 충전 장치를 나타낸 외관도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 마그네틱 전극을 이용한 충전 장치를 나타낸 외관도로서, 슬리브(100)와 충전패드(200)를 포함하여 이루어져 있다.
슬리브(100)는 모바일단말기(10)의 충전단자(15)와 접속되는 커넥터(110)를 구비하며, 상기 커넥터(110)의 주변에 커넥터(110)와 전기적으로 연결된 복수의 마그네틱 단자(180)가 형성되어 있다. 슬리브(100)에는 모바일단말기(10)가 삽입 장착되고, 장착시 모바일단말기(10)의 충전단자(15)가 슬리브(100)의 커넥터(110)에 삽입된 형태로 연결된다. 여기서, 슬리브(100)는 탄성이 있는 폴리머 기재(substrate)로 이루어질 수 있다.
복수의 마그네틱 단자(180)는 슬리브(100)의 커넥터(110) 상측에 형성되며, 서로 일정간격 이격되어 배치되어 있다. 각 마그네틱 단자(180)는 배선(150)을 통해 커넥터(110)와 전기적으로 연결되어 있다.
충전패드(200)는 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)와 자기적으로 접촉되는 마그네틱 전극(280)을 구비하며, 상기 마그네틱 전극(280)을 통해 마그네틱 단자(180)로 충전용 전원을 공급하도록 구성되어 있다.
여기서, 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)과 그에 대응되는 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)는 도 2와 같이 요철 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)는 슬리브(100)의 내측으로 대략 0.5 내지 1.5mm 정도가 내삽(凹)될 수 있고, 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)은 대략 0.5 내지 1.5mm 정도가 돌출(凸)되어 형성될 수 있다. 여기서, 마그네틱 전극(280)의 돌출 높이는 마그네틱 단자(180)의 홈의 깊이와 동일하거나 더 높아야 한다. 그리고, 상기 복수의 마그네틱 단자(180) 및 복수의 마그네틱 전극(280)은 슬리브(100)의 방향성을 위해 서로 다른 전극으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)에서 어느 하나가 N극이면 다른 하나는 S극일 수 있다. 물론, 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)에서도 어느 하나가 S극이면 다른 하나는 N극일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 충전패드의 세부 구성을 나타낸 도면으로서, 충전패드(200)는 안정화부(210), 평활부(220), 변압부(230), 정류부(240), 코일(250), 입력부(260), 제어부(270) 및 마그네틱 전극(280)을 포함하여 구성된다.
안정화부(210)는 외부로부터 입력되는 상용 교류전압, 예컨대 AC 110V 또는 AC 220V를 대략 1.414배로 승압시키거나 입력된 교류전압을 안정화시키도록 구성되어 있다.
평활부(220)는 안정화부(210)에서 출력되는 전압을 평활시켜서 직류전압에 가까운 전압을 출력한다. 즉, 평활부(220)는 안정화부(210)에서 출력되는 전압에 포함된 리플(ripple)을 최소화시켜 리플 노이즈를 감소시킨다.
변압부(230)는 평활부(220)에서 출력되는 전압을 필요한 전압 레벨로 강하시켜서 출력한다. 변압부(230)는 1차 권선과 2차 권선으로 구성된다. 1차 권선과 2차 권선의 수를 적절히 조정함으로써 충전패드(200)의 출력단에 나타나는 노이즈를 감소시킬 수가 있다. 예컨대, 1차 권선을 83∼90T(Turn), 2차 권선을 9∼14T 범위에서 적절히 조정하면 충전패드의 출력단에 발생하는 노이즈가 최소로 감소된다. 1차 권선은 매우 얇은 두께의 절연 테이프(tape)로 감겨진다. 이와 같이 변압부(230)를 구성함으로써 변압부(230)의 온도 특성과 누설 인덕턴스(leakage inductance)가 향상되며, 리플 노이즈(ripple noise)도 감소된다.
정류부(240)는 변압부(230)의 2차 권선에서 출력되는 전압을 정류하여 마그네틱 전극(280)을 통해 직류전압을 출력한다. 변압부(230)의 2차측에 발생하는 전압은 구형파에 가깝기 때문에 정류부(240)는 이를 정류하여 충전패드에서 출력되는 전압을 직류전압으로 만들어준다. 정류부(240)는 인덕터 코일(inductor coil)을 사용하여 리플 노이즈를 최소화시킴에 따라 출력전압을 보다 직류전압에 가깝도록 만들 수 있다.
코일(250)은 마그네틱 전극(280)에 권선되어 인가되는 전류에 따라 자기장을 발생하여 마그네틱 전극(280)의 자기력을 약화시키는 전자석으로 동작된다. 즉, 코일(250)에는 마그네틱 전극(280)의 자기력을 약화시키는 방향으로 자기장이 발생되도록 전류가 인가된다.
입력부(260)는 외부로부터 입력된 동작명령이나 근접된 인체를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 상기 입력부(260)는 인체로부터 나오는 적외선(IR; Infrared)을 감지하는 인체감지센서(261)와, 사용자의 선택에 따른 동작신호를 출력하는 기계적 스위치(265) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
제어부(270)는 입력부(260)로부터 입력된 명령에 따라 상기 코일(250)로 인가되는 전류를 설정된 시간동안 온시켜 마그네틱 전극(280)의 자기력을 약화시키거나 접촉된 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)와 반발력이 발생되도록 제어하게 된다.
상기에서 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)에는 코일(250)이 권선되고, 마그네틱 전극(280)은 코일(250)에 의해 발생된 자기장에 따라 자기력이 약해지거나 접촉된 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)와 반발력이 발생되도록 자기력이 형성된다.
상기와 같은 인체감지센서(261)와 코일(250)은 슬리브(100)와 충전패드(200)의 자기력이 너무 강해서 슬리브(100)를 충전패드(200)에서 이탈시킬 때의 어려움을 방지하기 위한 장치이다.
상기에서 마그네틱 전극(280)은 도 4에 도시된 바와 같이, 마그네틱 단자(180)와 마그네틱 전극(280)의 자기력을 각각 강화시키기 위하여 보조 마그네트(285)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 보조 마그네트(285)는 도시된 바와 같이, 원판 중앙에 관통홀(286)이 형성된 도우넛 형상으로 구성되어 전극(280)의 핀(281)에 삽입 고정될 수 있다. 보조 마그네트(285)가 전극(280)보다 더 넓은 면적으로 구성되면 전극(280)의 자기력을 보다 더 높일 수 있다. 이와 같이 구성된 보조 마그네트(285)는 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280) 뿐만 아니라 필요에 따라 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)에도 적용될 수도 있다.
물론, 충전패드(200)의 전극(280)에 보조 마그네트(285)가 구비될 경우에는 전극(280)이 마그네트가 아니라 자성체로 구성될 수도 있다. 즉, 충전패드(200)에 설치된 전극(280)이 자성체로 구성되고, 보조 마그네트(285)가 상기 자성체에 자기력을 부여하도록 구성될 수도 있다. 상기 전극(280)이 자성체일 경우에도 전극(280)의 핀(281)에 보조 마그네트(285)와 코일(250)이 권선될 수 있다. 상기 코일(250)은 도 3과 같이 제어부(270)의 제어에 따라 동작되므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 마그네틱 전극을 이용한 충전 장치를 나타낸 외관도로서, 도 1과는 다르게 슬리브(100)와 충전패드(200)에는 마그네틱 단자(180)와 마그네틱 전극(280) 이외에 서로의 부착력을 높이기 위하여 강화용 마그네트(190, 290)가 더 설치될 수 있다.
슬리브(100)의 커넥터(110) 상측에 복수의 마그네틱 단자(180)가 일정간격 이격되어 배치되어 있으며, 각 마그네틱 단자(180)는 배선을 통해 커넥터(110)와 전기적으로 연결되어 있다. 복수의 마그네틱 단자(180)의 상측에 강화용 마그네트(190)가 슬리브(100)에 내장될 수 있다. 여기서, 복수의 마그네틱 단자(180)와 강화용 마그네트(190)는 안정적인 부착력을 위해 삼각 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
물론, 충전패드(200)에도 슬리브(100)의 강화용 마그네트(190)에 대응되는 강화용 마그네트(290)가 설치된다.
강화용 마그네트(190, 290)는 외부로 노출되지 않고 슬리브(100)와 충전패드(200)에 각각 내장되어도 무방하다.
이와 같이 구성된 마그네틱 전극(280)을 이용한 충전장치의 장착 및 충전 과정을 살펴보면 아래와 같다.
모바일단말기(10)를 슬리브(100)에 삽입하여 장착한다. 이때, 모바일단말기(10)의 충전단자(15)와 슬리브(100)의 커넥터(110)는 서로 결합되어 전기적으로 연결된 상태이다.
이와 같은 상태에서 슬리브(100)를 충전패드(200)에 안착시키면, 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)과 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180) 간의 자기력으로 인해 마그네틱 단자(180)가 마그네틱 전극(280)에 밀착된다. 여기서, 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)가 S극이면 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)은 N극이 되지만, 복수의 마그네틱 전극(280)은 슬리브(100)의 방향성을 위해 서로 다른 극성으로 형성될 수 있다. 즉, 충전패드(200)의 복수의 마그네틱 전극(280)은 서로 다른 극성으로 형성될 수 있고, 필요에 따라 충전패드(200)에 형성된 복수의 마그네틱 전극(280)의 형상이나 면적을 서로 달리하여 슬리브(100)의 장착에 방향성을 부여할 수도 있다.
이와 같이 슬리브(100)의 마그네틱 단자(180)가 충전패드(200)의 마그네틱 전극(280)에 밀착되면, 충전패드(200)의 충전전압이 마그네틱 전극(280)과 마그네틱 단자(180)를 통해 슬리브(100)에 장착된 모바일단말기(10)로 공급되어 배터리를 충전시키게 된다.
도 3에서 상세하게는 도시하지는 않았지만, 충전패드(200)는 배터리의 충전 상태를 표시하는 지시용 LED를 더 포함할 수 있다.
만일, 충전 중 사용자의 손 등이 충전패드(200)에 접근되거나 소정의 스위치를 통해 슬리브(100)의 제거 명령이 입력되면, 제어부(270)는 마그네틱 전극(280)에 권선된 코일(250)로 전류를 인가하여 마그네틱 전극(280)의 자기력을 약화시키거나 극성을 변경하여 슬리브(100)와의 자기력을 제거시키게 된다. 이와 같이 제어부(270)는 인체가 감지되거나 스위치가 눌러지면 마그네틱 전극(280)의 자기력을 약화시켜 사용자가 충전패드(200)로부터 슬리브(100)를 용이하게 이탈할 수 있도록 한다. 여기서, 제어부(270)는 인체가 감지되거나 스위치가 눌러지면 설정된 시간동안, 대략 수초동안만 전류를 인가하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에서는 마그네틱 전극을 이용한 단순한 구조의 충전 방식을 통해 모바일단말기를, 기존의 유선 충전기와 같이 신속하게 충전할 수 있음과 아울러 무접점 충전기와 같이 편리하게 충전할 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 모바일단말기 15: 충전단자
100: 슬리브 110: 커넥터
180: 마그네틱 단자 190: 강화용 마그네트
200: 충전패드 240: 정류부
250: 코일 260: 입력부
270: 제어부 280: 마그네틱 전극 또는 자성체 전극
285: 보조 마그네트 290: 강화용 마그네트

Claims (15)

  1. 모바일단말기의 장착시 모바일단말기의 충전단자와 체결되는 커넥터를 구비하며, 상기 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 마그네틱 단자가 형성된 슬리브; 및
    상기 슬리브의 마그네틱 단자와 자기적으로 접촉되는 마그네틱 전극을 구비하며, 상기 마그네틱 전극을 통해 마그네틱 단자로 충전용 전원을 공급하는 충전패드;를 포함하고,
    상기 충전패드는, 마그네틱 전극에 권선되어 인가되는 전류에 따라 자기장을 발생하는 코일; 외부로부터 근접된 인체를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 인체감지센서; 및 상기 인체감지센서로부터 입력된 명령에 따라 상기 코일로 인가되는 전류를 설정된 시간동안 온시켜, 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 하여 마그네틱 전극의 자기력을 약화시키는 제어부;를 더 포함하는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전패드의 마그네틱 전극은 코일의 자기장에 의해 자기력이 약해지거나 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 구성되는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  3. 삭제
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  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전패드의 마그네틱 전극은 서로 다른 극성으로 이루어지는 마그네트를 이용한 충전장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전패드는 마그네틱 전극과 결합되어 마그네틱 전극의 자기력을 강화시키는 보조 마그네트를 더 포함하는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전패드의 마그네틱 전극의 주변에 강화용 마그네트가 더 설치되고, 상기 강화용 마그네트와 대응되는 마그네트가 슬리브에 설치되어 슬리브의 부착력을 강화시키는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 강화용 마그네트는 충전패드에 내장되는 것을 특징으로 하는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  11. 모바일단말기의 장착시 모바일단말기의 충전단자와 체결되는 커넥터를 구비하며, 상기 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 마그네틱 단자가 형성된 슬리브; 및
    상기 슬리브의 마그네틱 단자와 자기적으로 접촉되는 자성체 전극을 구비하며, 상기 자성체 전극을 통해 마그네틱 단자로 충전용 전원을 공급하는 충전패드;를 포함하며,
    상기 충전패드는, 자성체 전극에 권선되어 인가되는 전류에 따라 자기장을 발생하는 코일; 외부로부터 근접된 인체를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 인체감지센서; 및 상기 인체감지센서로부터 입력된 명령에 따라 상기 코일로 인가되는 전류를 설정된 시간동안 온시켜, 접촉된 슬리브의 마그네틱 단자와 반발력이 발생되도록 하여 자성체 전극의 자기력을 약화시키는 제어부;를 더 포함하는 마그네트를 이용한 충전 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 충전패드의 자성체 전극과 결합되어 자성체 전극으로 자기력을 부여하는 마그네트를 더 포함하는 마그네트를 이용한 충전 장치.
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