KR101671992B1 - 전자기기 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전자기기 충전장치는, 태양전지 및 상용전원을 통해 전압이 인가되는 입력부; 상기 입력부를 통해 인가된 전압을 이용하여 충전되는 배터리팩; 그리고 상기 배터리팩으로부터 전류를 공급받아 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 출력부는, 상기 전류를 자속으로 변환시키는 코일; 그리고 상기 전류를 출력하는 출력단자를 구비한다.

Description

전자기기 충전장치{APPARATUS FOR CHARGING ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 전자기기 충전장치에 관하 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 및 상용전원을 통해 배터리팩을 충전하고 코일 및 출력단자를 통해 배터리팩의 전류를 출력가능한 전자기기 충전장치에 관한 것이다.

휴대용 전자제품(예를 들어, 휴대폰)은 배터리를 내장하고 있어 배터리를 통해 전원을 공급받고 있으나, 배터리는 용량이 제한되어 있으므로 방전에 이를 경우 재사용을 위해 충전이 필요하다.

일반 교류 전원을 이용하는 충전기를 이용하여 배터리를 충전할 수 있으나, 일반 교류 전원을 이용하는 충전기는 가정 및 사무실에서 편리하게 배터리를 충전할 수 있으나 교류 전원의 공급이 이루어지지 않는 야외 등지에서는 사용이 불가한 문제가 있다.

또한, 유니버셜시리얼버스(USB : Universal Serial Bus) 단자로부터 직류 전원을 이용하는 충전기 또는 케이블이 있으며, 유니버셜시리얼버스단자가 장착된 노트북 등의 포터블 장치를 휴대할 경우 야외에서도 배터리의 충전이 가능하나, 유니버셜시리얼버스단자로부터의 직류를 이용하는 충전기 또는 케이블 사용을 위하여 야외 활동시에 상당한 무게를 갖는 유니버셜시리얼버스단자가 장착된 노트북 등의 포터블 장치를 늘상 휴대하기에는 번거로움이 따르는 문제가 있었다.

이와 같은 유니버셜시리얼버스단자로부터의 직류 전원을 이용하는 충전기 또는 케이블이 갖는 문제점을 해소하고자 최근 미리 충전된 상태에서 전자제품에 연결됨으로써 방전된 휴대폰 배터리를 즉시 충전할 수 있도록 하는 충전장치(또는 보조 배터리팩)이 주목받고 있다.

한국등록실용신안공보 0469779호(2013.11.06.)

본 발명의 목적은 태양전지를 통해 자체 충전이 가능한 전자기기 충전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선충전 방식을 통해 전자기기를 충전할 수 있는 전자기기 충전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전자기기 충전장치는, 태양전지 및 상용전원을 통해 전압이 인가되는 입력부; 상기 입력부를 통해 인가된 전압을 이용하여 충전되는 배터리팩; 그리고 상기 배터리팩으로부터 전류를 공급받아 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 출력부는, 상기 전류를 자속으로 변환시키는 코일; 그리고 상기 전류를 출력하는 출력단자를 구비한다.

상기 전자기기 충전장치는 상기 입력부와 상기 배터리팩 사이에 설치되어 상기 입력부로부터 인가된 전압을 상기 배터리팩에 인가가능한 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 상용전원을 상기 배터리팩에 전기적으로 연결하고 상기 태양전지를 상기 배터리팩으로부터 차단하여 상기 배터리팩을 상기 상용전원을 통해 충전하는 상용전원 충전상태; 그리고 상기 태양전지를 상기 배터리팩에 전기적으로 연결하여 상기 배터리팩을 상기 태양전지를 통해 충전하는 태양전지 충전상태로 전환가능하다.

상기 전자기기 충전장치는, 상기 태양전지 및 상기 코일을 서로 다른 높이에 수용가능한 하우징; 그리고 상기 하우징의 내부에 실장되어 상기 하우징의 방향위치를 인식가능한 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 태양전지가 상기 코일의 상부에 위치하면 상기 태양전지 충전상태로 전환가능하다.

상기 제어부는 상기 상용전원을 통해 기설정된 수치 이상의 입력값이 인가될 경우 상기 상용전원 충전상태로 전환되고 상기 상용전원을 통해 기설정된 수치 미만의 입력값이 인가될 경우 상기 태양전지 충전상태로 전환가능하다.

상기 전자기기 충전장치는 상기 출력부와 상기 배터리팩 사이에 설치되어 상기 배터리팩으로부터 공급된 전류를 상기 출력부에 전송가능한 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 전류를 상기 코일에 공급하는 무선 충전상태; 그리고 상기 전류를 상기 출력단자에 공급하는 유선 충전상태로 전환가능하다.

상기 전자기기 충전장치는, 상기 태양전지 및 상기 코일을 서로 다른 높이에 수용가능한 하우징; 그리고 상기 하우징의 내부에 실장되어 상기 하우징의 방향위치를 인식가능한 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 코일이 상기 태양전지의 상부에 위치하면 상기 무선 충전상태로 전환가능하다.

상기 전자기기 충전장치는 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 상태를 전환가능한 신호를 입력하는 스위치를 더 포함할 수 있다.

상기 전자기기 충전장치는 상기 제어부의 상태를 표시가능한 상태램프를 더 포함할 수 있다.

상기 하우징은 내부에 전자기기가 수용가능한 공간이 형성되고 전면에 상기 공간과 연통되는 개구가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 태양전지 및 상용전원을 통해 충전장치의 자체 충전이 가능하다. 또한, 충전장치의 방향위치에 따라 태양전지를 통한 충전모드로 전환되거나, 상용전원을 통해 인가된 입력값에 따라 상용전원을 통한 충전모드로 전환될 수 있다.

특히, 별도의 케이블 없이 무선충전 방식을 통해 전자기기를 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 충전장치의 방향위치에 따라 무선충전 방식 또는 유선충전 방식으로 전환되거나 스위치를 통해 인가된 신호에 따라 무선충전 방식 또는 유선충전 방식으로 전환될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기 충전장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전자기기 충전장치의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 코일을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 전자기기 충전장치와 전자기기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 5는 도 4에 도시한 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다.
도 6은 유도 결합 방식에 따라 전자기기 충전장치로부터 전자기기에 무선으로 전력이 전달되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 유도 결합 방식의 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다.
도 8은 공진 결합 방식에 따라 전자기기 충전장치로부터 전자기기에 무선으로 전력이 전달되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 9는 공진 결합 방식의 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다.
도 10은 도 5에 도시한 전자기기 충전장치를 더욱 구체적으로 나타내는 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기기 충전장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시한 전자기기 충전장치를 나타내는 저면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 전자기기 충전장치의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 13을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기 충전장치를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시한 전자기기 충전장치의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 전자기기 충전장치(100)는 직육면체인 패드 형상의 하우징(10)을 포함하며, 후술하는 출력단자(130) 및 입력단자(141a,141b), 그리고 상태램프(160) 및 스위치(170)는 하우징(10)에 실장된다.

하우징(10)은 상부에 형성된 안착면(10a)을 가지며, 전자기기는 안착면(10a)에 놓인 상태로 배터리를 충전할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이, 전자기기(200)는 안착면(10a)에 위치한 상태에서 무선으로 전력을 수신하여 배터리(299)를 충전할 수 있다. 안착면(10a)은 하우징(10)의 상부면으로부터 함몰되어 오목한 형상을 가지며, 이를 통해 전자기기(200)가 안착면(10a)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

제어부(또는 제어기판)(180) 및 배터리팩(또는 전원 공급부)(190)은 하우징(10)의 내부에 실장된다. 제어부(180)는 하우징(10)의 저면에 설치된 입력단자(141a,141b)를 통해 인가된 전압(또는 전류)를 배터리팩(190)에 전달하여 배터리팩(190)을 충전한다. 입력단자(141a,141b)는 형상이 다른 복수개일 수 있으며, 상용전원(일반 가정에서 사용하는 교류전압(예를 들어, 220V)과 같은)에 연결된 어댑터를 통해 전압이 인가될 수 있다.

또한, 제어부(180)는 하우징(10)의 배면에 설치된 태양전지(142)를 통해 인가된 전압(또는 전류)를 배터리팩(10)에 전달하여 배터리팩(190)을 충전할 수 있다.

좀더 구체적으로 배터리팩(190)의 충전방식을 설명하면 다음과 같다. 배터리팩(190)은 입력단자(141a,141b)를 통해 전압을 인가하거나(상용전원 충전상태) 태양전지(142)를 통해 전압을 인가함으로써 충전될 수 있으며(태양전지 충전상태), 제어부(180)는 입력단자(141a,141b)를 배터리팩(190)에 연결하고 태양전지(142)를 배터리팩(190)으로부터 차단함으로써 상용전원 충전상태로 전환하거나, 입력단자(141a,141b)를 배터리팩(190)으로부터 차단하고 태양전지(142)를 배터리팩(190)에 연결함으로써 태양전지 충전상태로 전환할 수 있다.

예를 들어, 제어부(180)는 최초 태양전지 충전상태일 수 있으며, 입력단자(141a,141b)를 통해 기설정된 수치 이상의 입력값이 인가될 경우(다시 말해, 배터리팩(190)을 충전할 수 있을 정도의 전압), 상용전원 충전상태로 전환할 수 있다. 또한, 입력단자(141a,141b)를 통해 기설정된 수치 미만의 입력값이 인가될 경우(다시 말해, 배터리팩(190)을 충전할 수 없을 정도의 전압), 태양전지 충전상태로 전환할 수 있다.

다른 예로, 제어부(180)는 최초 상용전원 충전상태일 수 있으며, 태양전지(142)를 통해 기설정된 수치 이상의 입력값이 인가될 경우(다시 말해, 배터리팩(190)을 충전할 수 있을 정도의 전압), 태양전지 충전상태로 전환할 수 있다. 또한, 태양전지(142)를 통해 기설정된 수치 미만의 입력값이 인가될 경우(다시 말해, 배터리팩(190)을 충전할 수 없을 정도의 전압), 상용전원 충전상태로 전환할 수 있다.

또 다른 예로, 센서(120)가 하우징(10)의 방향위치에 따른 신호를 제어부(180)에 전달하며, 제어부(180)는 전달된 신호(즉, 하우징(10)의 방향위치)에 따라 상용전원 충전상태 또는 태양전지 충전상태로 충전방식을 전환할 수 있다. 센서(120)는 하우징(10)에 실장되어 제어부(180)에 전기적으로 연결되며, 센서(120)는 하우징(10)의 방향위치를 인식(예를 들어, 자이로스코프 센서)하여 하우징(10)의 정면이 상부에 위치하는지(또는 태양전지(142)가 코일(1111)의 하부에 위치하는지) 하우징(10)의 배면이 상부에 위치하는지(또는 태양전지(142)가 코일(1111)의 상부에 위치하는지) 여부에 따라, 전자의 경우 제어부(180)는 충전방식을 상용전원 충전상태로 전환하며, 후자의 경우 제어부(180)는 충전방식을 태양전지 충전상태로 전환할 수 있다. 즉, 전자의 경우 태양전지(142)가 하부에 위치하여 빛을 흡수할 수 있는 상태가 아니며, 후자의 경우 태양전지(142)가 상부에 위치하여 빛을 흡수할 수 있는 상태이기 때문이다.

또한, 상태램프(160) 및 스위치(170)가 하우징(10)에 실장된다. 상태램프(160)는 전자기기 충전장치(100)의 상태를 표시하며, 예를 들어, 전자기기 충전장치(100)가 입력단자(141a,141b)를 통한 상용전원 충전상태인지, 태양전지((142)를 통한 태양전지 충전상태인지를 표시할 수 있고, 전자기기(200)를 무선 또는 유선으로 충전하고 있는지를 표시할 수 있다. 스위치(170)는 보조기판(171)을 통해 제어부(180)에 연결되어 사용자의 입력에 의해 제어부(180)에 신호를 전달하며, 제어부(180)는 스위치(170)로부터 전달된 신호에 따라 충전방식을 상용전원 충전상태 또는 태양전지 충전상태로 강제 전환하거나, 무선 충전상태 또는 유선 충전상태로 강제 전환할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시한 코일을 나타내는 도면이다. 코일(또는 전송코일)(1111)은 하우징(10)의 내부에 실장되며, 배터리팩(또는 전원 공급부)(190)으로부터 공급된 전류를 이용하여 자기장을 형성함으로써 무선으로 전력을 전달한다. 이를 통해, 안착면(10a)에 놓여진 전자기기(200)는 무선으로 전력을 수신하여 배터리(299)를 충전할 수 있다.

좀더 구체적으로, 전자기기(200)의 충전방식을 설명하면 다음과 같다. 배터리팩(190)은 하우징(10)의 저면에 설치된 출력단자(130)에 전류를 공급하거나 코일(1111)에 전류를 공급하며, 전자기기(200)는 출력단자(130)에 연결된 케이블을 통해 전류를 공급받아 배터리(299)를 충전하거나 코일(1111)을 통해 무선으로 전달된 전력을 통해 배터리(299)를 충전할 수 있다.

예를 들어, 제어부(180)는 센서(120)로부터 전달된 신호(즉, 하우징(10)의 방향위치)에 따라 무선 충전상태 또는 유선 충전상태로 충전방식을 전환할 수 있다. 센서(120)는 하우징(10)의 방향위치를 인식하여 하우징(10)의 정면이 상부에 위치하는지(또는 태양전지(142)가 코일(1111)의 하부에 위치하는지) 하우징(10)의 배면이 상부에 위치하는지(또는 태양전지(142)가 코일(1111)의 상부에 위치하는지) 여부에 따라, 전자의 경우 제어부(180)는 충전방식을 무선 충전상태로 전환하며, 후자의 경우 제어부(180)는 충전방식을 유선 충전상태로 전환할 수 있다. 즉, 전자의 경우 코일(1111)이 상부에 위치하여 효과적인 무선 충전이 가능한 상태인 반면, 후자의 경우 코일(1111)이 하부에 위치하여 효과적인 무선 충전이 곤란한 상태이기 때문이다.

또 다른 예로, 센서(도시안함)가 안착면(10a)에 전자기기(200)가 놓여졌는지 여부에 따른 신호를 제어부(180)에 전달하며, 제어부(180)는 안착면(10a)에 전자기기(200)가 놓여진 경우 무선 충전상태로 충전방식을 전환할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시한 전자기기 충전장치와 전자기기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 이하, 도 4 내지 도 10을 참고하여 무선으로 전력이 전달되는 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시한 바와 같이, 전자기기 충전장치(100)는 전자기기(또는 무선 전력 수신장치)에 필요한 전력을 무선으로 전달하는 전력 전송 장치일 수 있다. 또한, 전자기기 충전장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 전자기기(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다. 그 밖에, 전자기기 충전장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 전자기기(200)에 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.

전자기기(200)는 전자기기 충전장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 전자기기(200)는 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 전자기기는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄한다. 전자기기(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.

전자기기 충전장치(100)는 전자기기(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달하기 위하여 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용할 수 있다. 즉, 전자기기 충전장치(100)는 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Electromagnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.

유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은, 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 하나의 코일에서 전자기 유도 현상에 의하여 생성되는 변화하는 자기장에 의하여 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다. 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은, 전자기기 충전장치(100)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 전자기기(200)에서 전자기적 공진이 발생하고, 공진 현상에 의하여 전자기기 충전장치(100)로부터 전자기기(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.

도 5는 도 4에 도시한 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다. 도 5a를 참조하면, 전자기기 충전장치(100)는 전력 전달부(Power Transmission Unit)(110)를 포함한다. 전력 전달부(110)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(111) 및 전력 송신 제어부(Power Transmission Control Unit)(112)를 포함할 수 있다.

전력 변환부(111)는 전원 공급부(또는 배터리팩)(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 전자기기(200)로 전달한다. 전력 변환부(111)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호가 발생하는 코일(1111)을 포함할 수 있다.

전력 변환부(111)는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 전자기기(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함할 수 있다. 또한 어떤 실시예들에서는, 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 전자기기(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함할 수 있다. 또한 어떤 실시예들에서는, 전력 변환부(111)는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.

한편, 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함할 수 있다. 전력 송신 제어부(112)는 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 어떤 실시예들에서는, 전력 송신 제어부(112)가 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 제어부(180)와 통합되도록 구현될 수 있다.

한편, 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 전자기기(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 전자기기 충전장치(100)가 전자기기(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 전력 송신 제어부(112)는 전력 변환부(111)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 전자기기(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 전력 송신 제어부(112)는 감지 영역에 존재하는 전자기기(200)로 인하여 무선 전력 신호가 영향을 받아, 전력 변환부(111)의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 전자기기(200)의 존재를 검출할 수 있다. 다만, 상기 활동 영역 및 감지 영역은 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 등의 무선 전력 전달방식에 따라 다를 수 있다.

전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 전자기기(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.

또한, 전력 송신 제어부(112)는 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 전자기기 충전장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 전자기기(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)의 장치 식별 정보를 기초로 상기 특성을 결정할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)의 요구 전력 정보 또는 그 요구 전력에 대한 프로파일 정보를 기초로 상기 특성을 결정할 수 있다. 전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 전력 송신 제어부(112)는 전자기기(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.

또한, 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 전자기기 충전장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자기기 충전장치(100)는 전력 제어 메시지를 통하여 전자기기(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.

어떤 실시예들에서는, 전력 송신 제어부(112)는 이와 같은 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 전력 송신 제어부(112)는 사용자 데이터를 수신하는 방법을 통하여 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.

전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 전자기기 충전장치(100)는 상기 전력 변환부(111)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(113)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(113)는 전자기기(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다.

그 밖에, 전력 송신 제어부(112)는 전자기기 충전장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 전자기기 충전장치(100)은 복수의 전자기기(또는 무선 전력 수신장치)에 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 전자기기에 의해 변조된 무선 전력 신호들이 충돌할 수 있다. 따라서 전자기기 충전장치(100)에 포함된 구성요소들은 상기 변조된 무선 전력 신호들의 충돌을 회피하기 위한 다양한 동작을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전력 변환부(111)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 무선 전력 신호를 복수의 전자 기기로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 전자 기기는 두 개의 전자기기인 제 1 전자기기 및 제 2 전자기기일 수 있다.

또한, 전력 변환부(111)는 전력 전송을 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 무선 전력 신호에 대응하는 제 1 응답신호 및 제 2 응답신호를 수신할 수 있다. 전력 송신 제어부(112)는 상기 제1 응답 신호 및 제2 응답 신호가 충돌하는지 여부를 판단하고, 상기 판단결과를 기초로 상기 제 1 응답 신호 및 상기 제 2 응답 신호가 충돌하는 경우 상기 전력 전송을 재설정할 수 있다. 상기 제 1 응답 신호 및 상기 제 2 응답 신호는 각각 제 1 장치 및 제 2 장치에 의하여 무선 전력 신호가 변조되어 생성되는 것일 수 있다.

또한 전력 송신 제어부(112)는, 상기 전력 전송의 재설정 결과, 서로 충돌되지 않도록 형성되는 제 1 응답신호 및 제 2 응답신호가 순차적으로 수신되도록 전력 변환부(111)를 제어할 수 있다. 상기 순차적으로 수신하는 것은, 기결정된 응답 주기 내에서 제 1 시간 간격 후에 상기 제 1 응답신호를 수신하고, 제 2 시간 간격 후에 상기 제 2 응답신호를 수신하는 것일 수 있으며, 상기 제 1 시간 간격 및 상기 제 2 시간 간격은, 난수를 발생시켜 생성된 값을 근거로 결정되는 것일 수 있다.

상기 기결정된 응답주기(Tping interval)는, 상기 제 1 응답신호 및 제 2 응답신호를 모두 포함할 수 있는 시간 이상으로 결정되고, 상기 전력 전송을 재설정한 후 결정되는 것일 수 있다.

도 5B를 참조하면, 전자기기는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 전원 공급부(290)는 전자기기(200)의 작동에 필요한 전력을 공급한다. 전원 공급부(290)는 전력 수신부(291) 및 전력수신 제어부(292)를 포함하여 구성될 수 있다. 전력 수신부(291)는 전자기기 충전장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다.

전력 수신부(291)는 무선 전력 전달 방식에 따라 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 전력 수신부(291)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 전력 수신부(291)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.

먼저, 전력 수신부(291)는 진동하는 특성을 가진 자기장 또는 전자기장의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 어떤 실시예들에서는, 전력 수신부(291)가 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 어떤 실시예들에서는, 상기 전력 수신부(291)가 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 형성 회로를 포함할 수 있다.

다만, 어떤 실시예들에서는 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이러한 경우 전력 수신부(291)는 하나의 코일을 이용하여 수신하도록 구현되거나, 또는 각 전력 전달 방식에 따라 다르게 형성된 코일을 이용하여 수신하도록 구현될 수 있다.

한편, 전력 수신부(291)는 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 조절 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전력 수신부(291)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.

전력 수신 제어부(292)는 전원 공급부(290)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 구체적으로, 전력 수신 제어부(292)는 전자기기 충전장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 전력 제어 메시지는 전자기기 충전장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 전력 제어 메시지는 전자기기 충전장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다.

어떤 실시예들에서는, 전력 수신 제어부(292)가 전력 제어 메시지를 무선 전력 신호를 통하여 전송할 수 있다. 또한, 어떤 실시예들에서는, 전력 수신 제어부(292)가 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법을 통하여 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다.

전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 전자기기(200)는 전력 수신부(291)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(293)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 변복조부(293)는, 전술된 전자기기 충전장치(100)의 경우와 마찬가지로, 무선 전력 신호를 통하여 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 변복조부(293)는 전자기기 충전장치(100)의 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 및/또는 전압을 조절하는 수단으로 사용될 수 있다. 이하, 상기 전자기기 충전장치(100) 측과 전자기기(200) 측의 각각의 변복조부(113 및 293)가 무선 전력 신호를 통한 전력 제어 메시지의 송수신을 위하여 사용되는 방법에 대하여 설명된다.

전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 전력 수신부(291)에 의하여 수신된다. 이때, 전력 수신 제어부(292)는 무선 전력 신호를 변조(modulation)하도록 전자기기(200) 측의 변복조부(293)를 제어한다. 예컨대, 전력 수신 제어부(292)는 전력 수신부(291)과 연결된 변복조부(293)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 그에 따라 변하도록 변조과정을 수행할 수 있다. 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량의 변경은 무선 전력 신호를 형성시키는 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 가져온다. 이 때, 전자기기 충전장치(100) 측의 변복조부(113)는 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조(demodulation) 과정을 수행한다.

즉, 전력 수신 제어부(292)는 전자기기 충전장치(100)에게 전달하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷(packet)을 생성하여 상기 패킷이 포함되도록 무선 전력 신호를 변조하고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)의 복조 과정 수행 결과를 기초로 상기 패킷을 디코딩(decoding)함으로써, 상기 패킷에 포함되어 있는 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다.

그 밖에, 어떤 실시예들에서, 전력 수신 제어부(292)는 상기 전자 기기(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 전자기기 충전장치(100)로 전송할 수도 있다.

그 밖에, 전원 공급부(290)는 충전부(298) 및 배터리(299)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

전원 공급부(290)로부터 동작을 위한 전원을 공급받는 전자기기(200)는 전자기기 충전장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 배터리(299)를 충전한 후 상기 배터리(299)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 전력 수신 제어부(292)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(298)를 제어할 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 복수의 전자기기가 전자기기 충전장치(100)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 전자기기에 의해 변조된 무선 전력 신호들이 충돌할 수 있다. 따라서 전자기기(200)에 포함된 구성요소들은 상기 변조된 무선 전력 신호들의 충돌을 회피하기 위한 다양한 동작을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전력 수신부(291)는 무선 전력 전송장치로부터 전력 전송을 위한 무선 전력 신호를 수신할 수 있다. 이 경우, 전력 수신 제어부(292)는 전력 수신부(291)가 무선 전력 신호에 대응하는 제 3 응답신호를 제 1 응답주기(Tping interval_1) 내에서 제 1 시간으로 설정된 시간 간격 후에 전송하도록 제어할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 전력 수신 제어부(292)는 상기 변조된 무선 전력 신호들의 충돌로 인하여 전자기기 충전장치(100)의 전력 전송이 재설정되었는지 판단하고, 상기 판단 결과를 기초로, 상기 전력 전송이 재설정된 경우 상기 시간 간격을 제 2 시간으로 설정할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 전력 수신 제어부(292)는 전력 수신부(291)가 무선 전력 신호에 대응하는 제 4 응답신호를 제 2 응답주기(Tping interval_2) 내에서 상기 제 2 시간으로 설정된 시간간격 후에 전송하도록 제어할 수 있고, 상기 제 2 시간은, 난수를 발생시켜 생성된 값을 근거로 결정되는 것일 수 있다.

도 6은 유도 결합 방식에 따라 전자기기 충전장치로부터 전자기기에 무선으로 전력이 전달되는 원리를 나타내는 도면이다.

전자기기 충전장치(100)의 전력 전달이 유도 결합 방식을 따르는 경우, 전력 전달부(110) 내의 1차 코일(primary coil)에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 그 전류에 의해 1차 코일을 통과하는 자기장이 변화한다. 이와 같이 변화된 자기장은 전자기기(200) 내의 2차 코일(secondary coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.

이 방식에 따르면, 전자기기 충전장치(100)의 전력 변환부(111)는 자기 유도에서의 1차 코일로 동작하는 전송 코일(Tx coil)(1111)를 포함하도록 구성된다. 또한 전자기기(200)의 전력 수신부(291)는 자기 유도에서의 2차 코일로 동작하는 수신 코일(Rx coil)(2911a)을 포함하도록 구성된다.

먼저 전자기기 충전장치(100) 측의 상기 전송 코일(1111)과 전자기기(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 전자기기 충전장치(100) 및 전자기기(200)를 배치한다. 그 후 전력 송신 제어부(112)가 상기 전송 코일(1111)의 전류가 변화되도록 제어하면, 전력 수신부(291)는 상기 수신 코일(2911a)에 유도된 기전력을 이용하여 전자기기(200)에 전원을 공급하도록 제어한다.

유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 각 코일을 포함하는 전자기기 충전장치(100) 및 전자기기(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받게 된다.

한편, 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달을 위하여 전자기기 충전장치(100)는 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)인 안착면(10a)을 포함할 수 있다. 안착면(10a)의 상부에는 하나 이상의 전자 기기(200)가 놓일 수 있으며, 안착면(10a)의 하부에는 전송 코일(1111)이 장착될 수 있다. 그 경우, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 장착된 상기 전송 코일(1111)과 상기 인터페이스 표면의 상부에 위치한 전자기기(200)의 수신 코일(2911a) 사이의 수직 공간(vertical spacing)이 작게 형성됨으로써 상기 코일들 간의 거리는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 충분히 작게 된다.

또한, 상기 인터페이스 표면의 상부에는 전자기기(200)가 놓일 위치를 지시하는 배열 지시부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착된 전송 코일(1111)과 상기 수신 코일(2911a) 사이의 배열이 적합하게 이루어질 수 있는 전자기기(200)의 위치를 지시한다. 어떤 실시예들에서, 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)일 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 상기 배열 지시부가 상기 전자 기기(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또한 어떤 실시예들에서는, 상기 배열 지시부가 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 전자 기기(200) 내부에 장착된 다른 극의 자성체와의 상호간 인력에 의하여 상기 코일들이 적합한 배열을 이루도록 가이드할 수도 있다.

한편, 전자기기 충전장치(100)는 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성될 수 있다. 전자기기 충전장치(100)는 상기 하나 이상의 전송 코일 중에서 전자기기(200)의 수신 코일(2911a)과 적합하게 배열된 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전력 전송 효율을 높일 수 있다.

도 7은 유도 결합 방식의 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다. 도 7A를 참조하면, 전자기기 충전장치(100)의 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111) 및 인버터(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다. 전송 코일(1111)는, 전술된 바와 같이, 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성한다. 어떤 실시예들에서, 상기 전송 코일(1111)은 평판 나선형태(Planar Spiral type)로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 실시예들에서는 상기 전송 코일(1111)이 원통형 솔레노이드 형태(Cylindrical Solenoid type)로 구현될 수 있다.

인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력(DC input)을 교류 파형(AC waveform)으로 변형시킨다. 상기 인버터(1112)에 의해 변형된 교류 전류는 상기 전송 코일(1111) 및 커패시터(capacitor)(미도시)를 포함하는 진동 회로(resonant circuit)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 전송 코일(1111)에서 형성된다.

그 밖에, 전력 변환부(111)는 위치 결정부(Positioning Unit)(1114)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 위치 결정부(1114)는 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 상기 전송 코일(1111)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 이는, 전술된 바와 같이, 유도 결합 방식에 의한 전력 전달은 1차 및 2차 코일을 포함하는 전자기기 충전장치(100) 및 전자기기(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 전자기기(200)가 전자기기 충전장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.

따라서, 상기 위치 결정부(1114)는 전자기기 충전장치(100)의 상기 전송 코일(1111)과 및 상기 전자 기기(200)의 상기 수신 코일(2911a)의 중심간 거리(distance)가 일정 범위 이내가 되도록 상기 전송 코일(1111)을 이동시키거나, 상기 전송 코일(1111)과 상기 수신 코일(2911a)의 중심이 중첩되도록 전송 코일(1111)를 회전시키는 구동부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이를 위하여, 전자기기 충전장치(100)는 전자기기(200)의 위치를 감지하는 센서로 이루어진 위치 감지부(detection unit)(미도시)를 더 구비할 수 있고, 전력 송신 제어부(112)는 상기 위치 감지 센서로부터 수신한 전자기기(200)의 위치 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.

또한, 이를 위하여 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 통하여 전자기기(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고, 상기 수신된 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.

만약, 전력 변환부(111)가 복수의 전송 코일을 포함하도록 구성되었다면, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 복수의 전송 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다.

한편, 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전자기기 충전장치(100) 측의 전력 센싱부(1115)는 상기 전송 코일(1111)에 흐르는 전류 또는 전압을 모니터링한다. 상기 전력 센싱부(1115)는 전자기기 충전장치(100)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)는, 도시되지 않았으나, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 상기 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 상기 확인 결과를 기초로, 전력 송신 제어부(112)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 상기 전송 코일(1111)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.

도 7B를 참조하면, 전자기기(200)의 전원 공급부(290)는 수신 코일(Rx 코일)(2911a) 및 정류 회로(2913)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전송 코일(1111)로부터 형성된 자기장에 변화에 의하여 상기 수신 코일(2911a)에서 전류가 유도된다. 상기 수신 코일(2911a)의 구현 형태는, 상기 전송 코일(1111)의 경우와 마찬가지로 실시예들에 따라, 평판 나선 형태 또는 원통형 솔레노이드 형태일 수 있다.

또한, 무선 전력의 수신 효율을 높이거나 공진 감지(resonant detection)를 위해 직/병렬 커패시터들(series and parallel capacitors)이 상기 수신 코일(2911a)과 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 수신 코일(2911a)은 단일 코일 또는 복수의 코일 형태일 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 교류를 직류로 변환시키기 위하여 전류에 대하여 전파 정류(full-wave rectification)를 수행한다. 상기 정류 회로(2913)는, 예컨대, 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지(full bridge) 정류 회로, 또는 능동 소자(active components)를 이용한 회로로 구현될 수 있다.

그 밖에, 상기 정류 회로(2913)는 정류된 전류를 보다 평탄하고 안정적인 직류로 만들어 주는 조절 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류 회로(2913)의 출력 전원은 전원 공급부(290)의 각 구성 요소들에게 공급된다. 또한, 상기 정류 회로(2913)은 출력되는 직류 전원을 전원 공급부(290)의 각 구성 요소(예컨대, 충전부(298)와 같은 회로)에 필요한 전원에 맞추기 위하여 적정한 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 더 포함할 수 있다.

상기 변복조부(293)는 전력 수신부(291)과 연결되고, 직류 전류에 대해서는 저항(resistance)이 변하는 저항성 소자로 구성될 수 있고, 교류 전류에 대해서는 리액턴스(reactance)가 변하는 용량성 소자로 구성될 수 있다. 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)의 저항 또는 리액턴스를 변경시킴으로써 상기 전력 수신부(291)에 수신되는 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.

한편, 전원 공급부(290)는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 전자기기(200) 측의 전력 센싱부(2914)는 상기 정류 회로(2913)에 의하여 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과 상기 정류된 전원의 전압 및/또는 전류가 임계값을 초과하는 경우 전력 수신 제어부(292)는 적절한 전력을 전달하도록 전자기기 충전장치(100)에게 전력 제어 메시지를 송신한다.

도 8은 공진 결합 방식에 따라 전자기기 충전장치로부터 전자기기에 무선으로 전력이 전달되는 원리를 나타내는 도면이다. 먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다. 같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터와 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다.

전자기기 충전장치(100)의 전력 전달이 공진 결합 방식을 따르는 경우, 전력 전달부(110)에서 교류 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 상기 형성된 자기장에 의하여 전자기기(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 전자기기(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.

전술한 바와 같이 복수의 진동체들이 전자기적으로 상호 공진하면 상기 복수의 진동체들 이외의 주변 물체들에 영향을 받지 않기 때문에 전력전송효율이 매우 높을 수 있다. 이렇게 전자기적으로 상호 공진하는 복수의 진동체들 사이에는 에너지 터널(tunnel)이 발생할 수 있다. 이를 에너지 커플링(coupling) 또는 에너지 꼬리(tail)이라고 하기도 한다.

본 명세서에 개시된 공진 결합 방식은 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 사용할 수 있는데, 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 이용하여 전력을 전송하는 경우, 상기 전자기파의 단일파장내에 위치하는 영역에는 거의 자기장만이 영향을 끼지게 된다. 이를 자기적 결합(magnetic coupling) 또는 자기적 공진(magnetic resonance)라고 할 수 있다. 이러한 자기적 공진은 상기 낮은 주파수를 가지는 전자기파의 단일파장 내에 전자기기 충전장치(100)와 전자기기(200)가 위치할 때 발생될 수 있다.

이 경우, 공진 현상으로 인한 에너지 꼬리(energy tail)가 형성되어 전력 전송형태가 비방사성(non- radiative)을 띄게 된다. 이러한 이유로 전자기파를 이용하여 전송하여 전력을 전송함에 의해 흔히 발생될 수 있는 방사성(radiative)문제가 해결될 수 있다.

도 8을 참조하면, 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력이 전송되는 실시예들의 경우, 전자기기 충전장치(100)의 전력 변환부(111)는 자기장이 형성되는 전송 코일(Tx coil)(1111) 및 상기 전송 코일(1111)와 연결되고 특정한 진동 주파수를 결정하기 위한 공진 형성 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 공진 형성 회로(1116)는 용량성 회로(capacitors)를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 전송 코일(1111)의 인덕턴스및 상기 공진 형성 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 상기 특정한 진동 주파수가 결정된다.

상기 공진 형성 회로(1116)의 회로 소자의 구성은 전력 변환부(111)가 자기장을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 전송 코일(1111)과 병렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.

또한, 전자기기(200)의 전력 수신부(291)는 전자기기 충전장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 공진 형성 회로(2912) 및 수신 코일(Rx coil)(2911b)을 포함한다. 즉, 상기 공진 형성 회로(2912)는 역시 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 공진 형성 회로(2912)는 상기 수신 코일(2911b)의 인덕턴스와 상기 공진 형성 회로(2912)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 형성된 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.

상기 공진 형성 회로(2912)의 회로 소자의 구성은 전력 수신부(291)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 수신 코일(2911b)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.

공진 결합에 의한 무선 전력 전송 방식을 지원하는 실시예들에 따르면, 전자기기 충전장치(100) 및 상기 전자기기(200)가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 상기 기기간 에너지 전달이 없게 된다. 따라서, 상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향이 큰 반면, 각 코일을 포함하는 전자기기 충전장치(100) 및 전자기기(200) 사이의 배열 및 거리에 따른 영향은 유도 결합 방식에 비해 상대적으로 작다.

도 9는 공진 결합 방식의 전자기기 충전장치와 전자기기를 구체적으로 나타내는 블럭도이다. 도 9A를 참조하여 전자기기 충전장치(100)에 포함된 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명된다.

전자기기 충전장치(100)의 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111), 인버터(1112) 및 공진 형성 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인버터(1112)는 상기 전송 코일(1111) 및 상기 공진 형성 회로(1116)와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 전송 코일(1111)은 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하기 위한 전송 코일(1111)과 별도로 장착될 수 있으나, 하나의 단일 코일을 이용하여 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식으로 전력을 전달할 수도 있다.

상기 전송 코일(1111)은, 전술된 바와 같이, 전력을 전달하기 위한 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111) 및 상기 공진 형성 회로(1116)는 교류 전원이 인가되면 진동이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 전송 코일(1111)의 인덕턴스 및 상기 공진 형성 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 진동 주파수가 결정될 수 있다.

이를 위하여 상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력을 교류 파형으로 변형시키고, 상기 변형된 교류 전류가 상기 전송 코일(1111) 및 상기 공진 형성 회로(1116)에 인가된다.

그 밖에, 전력 변환부(111)는 전력 변환부(111)의 공진 주파수 값을 변경시키기 위한 주파수 조절부(1117)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 전력 변환부(111)의 공진 주파수는 전력 변환부(111)를 구성하는 회로내의 인덕턴스 및 커패시턴스를 기초로 결정되므로, 전력 송신 제어부(112)는 상기 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 변경되도록 상기 주파수 조절부(1117)를 제어함으로써 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.

어떤 실시예들에서, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 공진 형성 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 어떤 실시예들에서는, 상기 주파수 조절부(1117)가 상기 전송 코일(1111)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 어떤 실시예들에서는, 상기 주파수 조절부(1117)가 상기 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 결정하는 능동 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 동작에 대해서는 전술된 바와 동일하다.

도 9B를 참조하여 전자기기(200)에 포함된 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명된다. 상기 전원 공급부(290)는, 전술된 바와 같이, 상기 수신 코일(Rx coil)(2911b) 및 공진 형성 회로(2912)를 포함하도록 구성될 수 있다.

그 외에도, 전원 공급부(290)의 전력 수신부(291)는 공진 현상에 의하여 생성된 교류 전류를 직류로 변환시키는 정류 회로(2913)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다. 또한, 전력 수신부(291)는 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 [0167] 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(2914)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.

도 10은 도 5에 도시한 전자기기 충전장치를 더욱 구체적으로 나타내는 블럭도이다. 도 10을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 전자기기 충전장치(100)는 전술된 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 중 하나 이상을 지원하는 전력 전달부(110) 및 전원 공급부(190)외에, 메모리(150) 및 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.

제어부(180)는 상기 전력 변환부(110), 상기 센서(120), 상기 입력부(140), 상기 메모리(150) 및 상기 전원 공급부(190)를 제어한다. 제어부(180)는 전력 변환부(110) 내의 전력 송신 제어부(112)와 별도의 모듈로 구현되거나 단일 모듈로 구현될 수 있다.

메모리(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 전자기기 충전장치(100)는 인터넷(Internet)상에서 상기 메모리(150)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다. 메모리(150)에는 전자기기 충전장치(100)의 전술된 기능들을 수행하는 프로그램 또는 명령들이 저장될 수 있다. 상기 제어부(180)는 무선으로 전력을 전송하기 위하여 상기 메모리(150)에 저장된 프로그램 또는 명령들을 수행할 수 있다. 전자기기 충전장치(100)에 포함된 다른 구성 요소들(예컨대, 제어부(180))이 상기 메모리(150)를 액세스하기 위해서 메모리 컨트롤러(미도시)를 이용할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기기 충전장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 12는 도 11에 도시한 전자기기 충전장치를 나타내는 저면도이며, 도 13은 도 11에 도시한 전자기기 충전장치의 단면도이다. 이하에서는 앞서 설명한 도 1 및 도 2에 대한 내용과 다른 내용에 대해서만 설명하기로 한다.

하우징(10)은 상부하우징(11) 및 하부하우징(12)을 포함하며, 안착면(10a)의 상부에 형성된 수용공간 및 개구를 가진다. 도 11에 도시한 바와 같이 상부하우징(11)이 하부하우징(12)으로부터 분리된 상태에서, 전자기기(특히, 휴대폰)(200)는 수용공간 내에 수용될 수 있으며, 상부하우징((11)은 하부하우징(12)의 상부에 결합되어 전자기기가 수용공간으로부터 이탈하는 것을 방지한다.

출력단자(130)는 하우징(10)의 내측면으로부터 돌출되어 보조기판(171)에 연결되며, 전자기기(200)가 수용공간 내에 수용되면 출력단자(130)가 전자기기(200)의 입력단자(도시안함)에 삽입된다. 따라서, 전자기기(200)는 출력단자(130)를 통해 전류를 공급받아 배터리(299)를 충전할 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

10 : 하우징 10a : 안착면
11 : 상부하우징 12 : 하부하우징
100 : 전자기기 충전장치 120 : 센서
130 : 출력단자 141a,141b : 입력단자
142 : 태양전지 160 : 상태램프
170 : 스위치 180 : 제어부
190 : 배터리팩 200 : 전자기기
1111 : 코일

Claims (9)

1. 태양전지 및 상용전원을 통해 전압이 인가되는 입력부;
   상기 입력부를 통해 인가된 전압을 이용하여 충전되는 배터리팩;
   상기 배터리팩으로부터 전류를 공급받아 출력하며, 상기 전류를 자속으로 변환시키는 코일과 상기 전류를 출력하는 출력단자를 구비하는 출력부;
   상기 입력부와 상기 배터리팩 사이에 설치되어 상기 입력부로부터 인가된 전압을 상기 배터리팩에 인가가능한 제어부;
   상기 태양전지 및 상기 코일을 서로 다른 높이에 수용가능한 하우징; 및
   상기 하우징의 내부에 실장되어 상기 하우징의 방향위치를 인식가능한 센서를 포함하되,
   상기 제어부는,
   상기 상용전원을 상기 배터리팩에 전기적으로 연결하고 상기 태양전지를 상기 배터리팩으로부터 차단하여 상기 배터리팩을 상기 상용전원을 통해 충전하는 상용전원 충전상태와, 상기 태양전지를 상기 배터리팩에 전기적으로 연결하여 상기 배터리팩을 상기 태양전지를 통해 충전하는 태양전지 충전상태로 전환가능하며,
   상기 태양전지가 상기 코일의 상부에 위치하면 상기 태양전지 충전상태로 전환가능한, 전자기기 충전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전자기기 충전장치는 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 상태를 상기 상용전원 충전상태 및 상기 태양전지 충전상태로 전환가능한 신호를 입력하는 스위치를 더 포함하는, 전자기기 충전장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 상용전원을 통해 기설정된 수치 이상의 입력값이 인가될 경우 상기 상용전원 충전상태로 전환되고 상기 상용전원을 통해 기설정된 수치 미만의 입력값이 인가될 경우 상기 태양전지 충전상태로 전환가능한, 전자기기 충전장치.
5. 삭제
6. 태양전지 및 상용전원을 통해 전압이 인가되는 입력부;
   상기 입력부를 통해 인가된 전압을 이용하여 충전되는 배터리팩;
   상기 배터리팩으로부터 전류를 공급받아 출력하며, 상기 전류를 자속으로 변환시키는 코일과 상기 전류를 출력하는 출력단자를 구비하는 출력부;
   상기 출력부와 상기 배터리팩 사이에 설치되어 상기 배터리팩으로부터 공급된 전류를 상기 출력부에 전송가능한 제어부;
   상기 태양전지 및 상기 코일을 서로 다른 높이에 수용가능한 하우징; 및
   상기 하우징의 내부에 실장되어 상기 하우징의 방향위치를 인식가능한 센서를 포함하되,
   상기 제어부는,
   상기 전류를 상기 코일에 공급하는 무선 충전상태와, 상기 전류를 상기 출력단자에 공급하는 유선 충전상태로 전환가능하며,
   상기 코일이 상기 태양전지의 상부에 위치하면 상기 무선 충전상태로 전환가능한, 전자기기 충전장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 전자기기 충전장치는 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 상태를 상기 무선 충전상태 및 상기 유선 충전상태로 전환가능한 신호를 입력하는 스위치를 더 포함하는, 전자기기 충전장치.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 전자기기 충전장치는 상기 제어부의 상태를 표시가능한 상태램프를 더 포함하는, 전자기기 충전장치.
9. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 하우징은 내부에 전자기기가 수용가능한 공간이 형성되고 전면에 상기 공간과 연통되는 개구가 형성되는, 전자기기 충전장치.

Images