KR101694407B1 - 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전원에 연결되는 1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와, 1차 코일(11)과의 사이에서 발생하는 전자기유도를 통해 전기적으로 연결된 배터리(3)를 충전하는 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함하는 무선충전 시스템으로서, 수신부(20)의 2차 코일(21)의 내외에 또는 송신부(10)의 1차 코일(11)의 내외에 일정간격으로 3개 또는 4개가 설치되는 전극(31)을 포함하고, 1차 코일(11)에 의해 영향을 받는 2차 코일(21)의 내외에 설치된 전극(31)들의 정전용량을 검출하거나, 2차 코일(21)에 의해 영향을 받는 1차 코일(11)의 내외에 설치된 전극(31)들의 정전용량을 검출하며, 각각의 전극(31)에서 측정된 각각의 정전용량 크기가, 각각의 전극(31)과 1차 코일(11) 또는 2차 코일(21) 사이의 거리에 반비례하는 관계에 의하여, 최상의 충전효율을 나타내는 정위치에 대비되는 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 현위치를 검출하는, 위치검출부(30); 및 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치를 현위치로부터 상기 정위치로 이동하도록 하는 안내를 출력하는 알림부(40); 를 포함한다.

Description

충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템{Wireless Charging System Having Function for Guiding Charging Position}

본 발명은 무선충전시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 무선충전 시에 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치를 최상의 충전효율을 나타내는 정위치로 이동하도록 안내함으로써, 사용자로 하여금 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치를 정위치로 세팅하도록 유도하고, 이로부터 보다 높은 충전효율로 무선충전을 실행할 수 있도록 하는, 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템에 관한 것이다.

스마트폰으로 대표되는 휴대전화기를 비롯한 각종 휴대기기의 작동에는 전원공급을 위한 배터리를 필요로 하고, 이런 배터리로는 충전식 배터리를 널리 사용하며, 충전식 배터리는 전통적으로 유선(접점) 충전을 적용하였으나, 최근 무선충전(무접점 충전)의 사용이 널리 확대되고 있다.

가장 일반적인 무선충전방식 중에 하나는 전자기유도방식이고, 도6은 일반적인 전자기유도방식의 무선충전시스템의 개념도이다.

도6에 도시된 바와 같이, 무선충전시스템(100)은, 송신부(110)와 수신부(120)를 포함한다.

상기 송신부(110)는 교류전원(111)을 공급받아 작동하는 송신회로(112)와 전자기유도를 위한 1차 코일(113)을 포함하고, 상기 수신부(120)는 송신부(110)의 1차 코일(113)과의 사이에서 전자기유도를 일으키는 2차 코일(121)과 충전을 제어하는 충전회로(122)를 포함하며, 배터리(130)를 수신부(120)의 충전회로(122)에 연결하고 교류전원을 공급받는 1차 코일(113)의 정해진 위치에 2차 코일(121)을 위치시키면, 전자기유도에 의해 배터리(130)가 충전된다.

휴대기기 등에 대한 전자기유도방식의 무선충전은, WPC(Wireless Power Consortium)와 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 표준화가 진행되고 있다.

대표적인 휴대기기인 스마트폰에 적용하는 무선충전시스템으로는, 스마트폰과는 독립된 '충전용 커버'를 제작하여 스마트폰의 배터리를 커넥터나 케이블 등으로 상기 '충전용 커버'에 전기적으로 연결한 상태에서 충전을 하는 방식과, 스마트폰의 후면이나 배터리커버(배터리 교체를 위해 스마트폰의 후면이나 후면을 개폐하는 플라스틱 합성수지 사출물의 후면커버)에 수신부(2차 코일과 충전회로, 이때 충전회로는 스마트폰 본체에 설치하기도 함)를 설치함으로써, 별도의 '충전용 커버' 없이 스마트폰 자체로 무선충전을 실행할 수 있도록 하는 방식 등이 있다.

전자기유도에 의해 무선충전을 할 때, 2차 코일이 1차 코일의 정해진 위치에 위치할 때(1차 코일 중심점과 2차 코일 중심점이 일치될 때), 최대의 충전효율을 달성한다. 이때 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치로부터 벗어날수록 자기장 전달 손실로 인하여 충전효율이 저하되고, 낮아진 충전효율을 보상하는 과정에서 발열이 일어난다. 또한 1차 코일에 대한 2차 코일의 이탈거리가 일정 거리(예, 20mm) 이상 더 멀어지면, 1차 코일에 형성된 전자기장이 2차 코일에 충분히 전달되지 못하여 충전이 중단된다.

무선충전의 충전효율을 높이기 위한 대책으로서 몇 가지 방식들이 알려져 있다.

첫 번째 방식은, 1차 코일과 2차 코일의 중앙에(또는 1차 코일의 중앙에만) 영구자석을 설치함으로써 자력에 의해 양자 코일의 위치를 정위치로 유도하는 '자석형 무선충전시스템'이다.

두 번째 방식은, 송신부(1차 코일) 위에 수신부(2차 코일)를 올리면, 2차 코일의 위치를 검출하여 스텝핑모터로 1차 코일을 2차 코일의 위치로 이동하여 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치를 정위치 시키는 '코일이동형 무선충전시스템'이다.

세 번째 방식은, 송신부에 1차 코일을 다수개 설치하고 여기에 2차 코일을 올리면 2차 코일에 가장 근접한 1차 코일에 전류를 인가함으로써 결과적으로 1차 코일과 2차 코일 사이의 유도기전력을 높이는 '복수코일형 무선충전시스템'이다.

전술한 '코일이동형 무선충전시스템'과 '복수코일형 무선충전시스템'은 '자석형 무선충전시스템'에 비해 부품수의 증가 등으로 상대적으로 제품 가격이 상승하는 문제점이 있다. 특히 '코일이동형 무선충전시스템'은 스테핑모터가 받는 부하를 줄이기 위해 1차 코일의 무게를 제한해야 하는 한계가 있다. 그리고 '복수코일형 무선충전시스템'은 1차 코일들의 어레이 구조로 인해 송신부의 크기가 과도하게 증가하는 한편 1차 코일들의 크기를 제한해야 하는 문제점이 있으며, 이런 배경으로, '코일이동형 무선충전시스템'과 '복수코일형 무선충전시스템'은, '자석형 무선충전시스템'에 비해 10% 이상의 충전효율 저하가 발생하고, 따라서 현실적으로는 '자석형 무선충전시스템'을 상대적으로 더 많이 사용하고 있다.

그러나 '자석형 무선충전시스템'이 상대적으로 낮은 비용으로 양자 코일의 위치를 정위치로 유지할 수 있다고 하더라도, 이를 스마트폰에 적용할 경우에, 자석의 추가로 인해 스마트폰의 사이즈 및 중량의 증가를 유발할 뿐만 아니라, 적용한 자석이 스마트폰에 내장되어 있는 자계이용장치(예, 나침반, 자이로 센서 등)의 오동작을 유발할 수 있는 문제점이 있고, 특히 수신부에 설치된 박박형 자성체 또는 흡수체의 성능 열화가 발생하여 충전 효율이 저하된다.

전자기유도방식의 무선충전시스템의 충전효율을 보완하는 또 다른 방법으로, '가변주파수형 무선충전시스템'을 제시하고 있다. '가변주파수형'은, 무선충전에 사용되는 충전주파수를, 예를 들어 최소 110kHz와 최대 205kHz의 범위에서, 충전효율에 비례적으로 가변하여 사용한다. 예를 들어, 1차 코일과 2차 코일이 정위치에 근접할수록(충전효율이 높을수록) 205kHz에 더 근접한 충전주파수를 사용하고, 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치로부터 이탈할수록(충전효율이 낮을수록) 110kHz 쪽에 더 근접한 충전주파수를 사용하면서 1차 코일에 인가하는 전류를 증가시킴으로써, 배터리의 충전효율이 적어도 일정 충전효율 이상으로 유지되게 한다.

그러나 '가변주파수형'에서 충전주파수와 전력을 변경함으로써 충전효율을 보완하더라도, 예를 들어 2차 코일이 1차 코일 충전 가능한 범위 내의 최외곽 위치에 위치할 경우, 최고 충전효율 대비 약 20% 이상의 충전효율 저하가 발생하고, 이 경우 충전효율 보상을 위해 인가하게 되는 과도한 전력의 상승으로 인하여 심각한 발열을 일으킨다.

휴대기기의 무선충전에 관한 종래기술로서는, 대한민국 공고특허 제10-1995-0005819호(1995. 05. 31. 공고)의 '무선 전화기의 무접점충전시스템', 및 대한민국 등록실용신안 제20-0217303호(2001. 01. 08. 등록)의 '무선 충전 장치' 등이 있으며, 무선충전시스템의 충전효율을 개선하기 위한 종래기술로서는, 대한민국 공개특허 제10-2010-0074595호(2010. 07. 02. 공개)의 '무선 충전시스템 및 방법', 대한민국 등록특허 제10-1063154호(2011. 09. 01. 등록)의 '무접점충전 장치', 대한민국 공개특허 제10-2009-0025876호(2009. 03. 11. 공개)의 '위치인식 무접점 전력 공급장치와 배터리 충전장치 및 이를 이용한 충전시스템', 대한민국 공개특허 제10-2009-0059507호(2009. 06. 11.)의 '충전상태 표시기능을 갖는 무접점충전장치 및 그 충전방법' 등이 있다.

본 발명자는 대한민국 특허 제1196540호의 '충전효율표시장치를 구비한 무접점 충전 시스템 및 충전효율 표시방법'을 제안하였으며, 본 시스템은 송신부에 상기 수신부를 근접시켜 충전을 실행할 때, 송신부의 1차 코일과 수신부의 2차 코일 사이의 전자기유도에 사용되고 충전효율에 비례적으로 가변되는 충전주파수를 검출하고 검출된 충전주파수로부터 무선충전의 충전효율을 산출하여 표시하는 시스템이다.

아울러, 대한민국 특허 제1257676호의 '무선충전 시스템의 송수신 정렬상태 표시방법 및 장치'가 제안되어 있으며, 본 장치는 수신부의 2차 코일의 주변에 복수(3개)의 센싱 코일을 설치하고, 상기 복수의 센싱코일을 통해서 1차 코일에서 송신된 전력의 세기를 각기 검출하여, 미리 설정된 상기 복수의 센싱 코일의 위치에 대응된 1차 코일의 위치정보를 추출함으로써 무선충전의 송수신 정렬상태를 표시하는 장치이다.

본 발명의 목적은, 전자기유도방식의 무선충전시스템에 관련하여, 무선충전 시에 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치가 정위치를 벗어날 때 발생하는 전술한 문제점 및 이를 해결하기 위한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 저렴하고 간단한 구성만을 적용하면서도, 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치를 정위치로 이동하도록 사용자에게 알려줌으로써, 사용자로 하여금 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치를 충전효율이 높은 정위치로 세팅하도록 유도하고, 이로써 보다 높은 충전효율로 무선충전을 실행할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템은, 송신부와 수신부를 포함한다.

상기 송신부는, 전원에 연결되는 1차 코일을 구비한다.

상기 수신부는, 상기 1차 코일과의 사이에서 발생하는 전자기유도를 통해 전기적으로 연결된 배터리를 충전하는 2차 코일을 구비한다.

본 발명의 특징에 따라, 본 발명의 무선충전시스템은, 위치검출부 및 알림부를 포함한다.

상기 위치검출부는, 상기 수신부의 상기 2차 코일의 내외 또는 상기 송신부의 상기 1차 코일의 내외에 설치되는 다수의 전극을 포함한다.

상기 위치검출부는, 상기 1차 코일에 의해 전기적으로 영향을 받는 상기 2차 코일의 내외에 설치된 상기 전극들의 정전용량을 검출하거나, 상기 2차 코일에 의해 전기적으로 영향을 받는 상기 1차 코일의 내외에 설치된 상기 전극들의 정전용량을 검출하고, 각각의 상기 전극에서 측정된 각각의 정전용량 크기가, 각각의 상기 전극과 상기 1차 코일 또는 상기 2차 코일 사이의 거리에 반비례하는 관계에 의하여, 최상의 충전효율을 나타내는 정위치에 대비되는 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 현위치를 검출한다.

상기 알림부는, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 위치를 상기 현위치로부터 상기 정위치로 이동하도록 하는 안내를 출력한다.

상기 위치검출부의 상기 전극은, 상기 수신부의 *상기 2차 코일의 둘레에 120도 간격으로 3개 또는 90도 간격으로 4개를 설치할 수 있다.

상기 전극은 상기 2차 코일이 형성된 회로기판과 동일한 회로기판에 형성할 수 있다.

상기 알림부는 상기 수신부가 설치되는 휴대기기에 설치된 표시부와 오디오부 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템에 의하면, 상기 수신부의 상기 2차 코일이나 상기 송신부의 상기 1차 코일의 내외에 단지 다수의 상기 전극을 설치하여 정전용량을 측정하는 간단하고 비용 저렴한 구성만으로, 상기 전극들과 상기 1차 코일 또는 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 정전용량들을 용이하게 측정할 수 있고, 이렇게 측정된 정전용량들로부터 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 상기 현위치를 용이하게 검출할 수 있으며, 이로부터 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 위치를 최상의 충전효율을 가지는 상기 정위치로 이동하도록 사용자에게 안내하여 줌으로써, 사용자로 하여금 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치를 정위치로 세팅하도록 유도하여, 보다 높은 충전효율로 무선충전을 실행할 수 있도록 유도할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 무선충전시스템의 개략 블록도,
도2는 본 발명에 따른 예시적인 무선충전시스템의 개략 단면도,
도3은 본 발명에 따른 다른 예시적인 무선충전시스템의 개략 블록도,
도4는 본 발명에 따른 다른 예시적인 무선충전시스템의 개략 단면도,
도5는 본 발명에 따른 무선충전시스템의 충전위치안내의 개념도,
도6은 일반적인 전자기유도방식 무선충전시스템의 개념도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1 내지 도4에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템(1)은, 예를 들어 스마트폰으로 대표되는 휴대기기(2)의 배터리(3)를 충전하는 것에 사용하기 적합한 전자기유도방식의 무선충전 시스템으로서, 종래와 마찬가지로, 1차 코일(11)을 구비한 송신부(10)와, 2차 코일(21)을 구비한 수신부(20)를 기본적으로 포함한다. 도1 내지 도4에 도시된 구체예는 송신부(10)로 충전패드를 예시하고 수신부(20)로 스마트폰(2)을 예시한 구체예이다.

송신부(10: 충전패드)는, 예를 들어 도2에 도시된 바와 같이, 플라스틱 합성수지 등으로 제작된 케이스(12)의 내부 저면에, PCB(인쇄회로기판)과 같은 기판(13)을 적층하고, 기판(13) 위에 송신부 흡수체(또는 자성체)(14)를 적층하고, 송신부 흡수체(14) 위에 1차 코일(11)을 적층하여 형성할 수 있다.

도2에 예시된 수신부(20)로서의 스마트폰(2)의 배터리커버는, 플라스틱 사출물(22) 내의 하측에 전자기유도를 위한 2차 코일(21)을 적층하고 상측에 수신부 흡수체(또는 자성체)(23)를 적층하여 형성할 수 있다.

스마트폰 측에 설치되는 2차 코일(21)은, 그 두께를 최소화하도록 예를 들어 베이스박막필름 위에 코일을 형성하는 루프 패턴의 전도성박막을 적층한 형태로 제공할 수 있다. 구체적으로, 2차 코일(21)은, 폴리이미드필름(예, 두께 0.025mm 이하)과 같은 베이스박막필름의 양면에 동박과 같은 전도성박막(예, 두께 0.070mm 내지 0.105mm)을 피복한 전도성박막필름에 대해, 목적하는 패턴(루프 형태)에 맞게 상하 양면의 전도성박막을 에칭 가공하여 형성할 수 있다. 이때, 전도성박막필름의 일측면에 있는 전도성박막에는 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부를 형성하고, 타측면에 있는 전도성박막에도 루프 형상의 코일과 하나의 단자접속부를 형성한 다음에, 상하 코일들의 내측단에 대응하는 위치의 베이스박막필름에 비아홀을 형성하고, 비아홀을 통해 도금을 함으로써 상하 양면에 있는 코일들을 전기적으로 연결할 수 있다.

또한 2차 코일(21)은, 양면 전도성박막필름이 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, 전도성박막필름의 일면 또는 양면의 전도성박막을 에칭이 아닌 프레싱 가공으로 루프 패턴을 형성하는 것 등과 같이, 무선충전의 수신부 코일로 기능할 수 있다면, 다양한 다른 방법으로 제조할 수 있다.

수신부(20)에 적용하는 흡수체(23)로는, 표준화된 충전주파수 대역에 대응하도록 망간과 니켈이 적정량 배합한 페라이트를 사용할 수 있다.

2차 코일(21)과 수신부 흡수체(23)는, 도2와 같이 인몰드 사출방식으로 플라스틱 사출물(22) 속에 매립할 수도 있고, 완성된 배터리커버의 내면에 부착하여 배터리(3)와의 사이에 위치하도록 할 수도 있다.

본 발명의 특징에 따라, 본 발명에 따른 무선충전시스템(1)은, 도1과 도3에 도시된 바와 같이, 위치검출부(30)와 알림부(40)를 더 포함한다. 위치검출부(30)와 알림부(40)는 도1과 같이 수신부(20: 스마트폰 측)에 형성할 수도 있고, 도3에 도시된 바와 같이 송신부(10: 충전패드 측) 또는 수신부(20)와 송신부(10)의 양자에 걸쳐서 설치할 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 수신부(20)의 구성들을 겸용하여 사용할 수 있다는 측면에서 수신부(20)에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 위치검출부(30)는, 사용자가 송신부(10: 충전패드) 위에 수신부(20: 예, 스마트폰)를 올려놓고 무선충전을 실행할 때, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 현위치를 검출하는 수단으로서, 2차 코일(21)의 내외 또는 1차 코일(11)의 내외에 설치된, 다수의 전극(31)을 포함한다.

전극(31)은, 2차 코일(21) 또는 1차 코일(11)의 외주 둘레(즉, 외부)에 설치하는 것이 바람직하나, 내경 안쪽(즉, 내부)에 설치할 수도 있고, 일부는 외주 둘레에 일부는 내경 안쪽에 설치할 수도 있으며, 이하에서는 위치검출부(30)의 전극(31)들이, 수신부(20)의 2차 코일(21)의 외측 둘레에 설치된 구체예를 중심으로 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 위치검출부(30)의 전극(31)은, 2개 이상 다수로 설치하며, 바람직하게 원형의 2차 코일(21)의 외주 둘레에 균일간격으로, 예를 들어 120도 간격으로 3개 또는 90도 간격으로 4개를 설치할 수 있다.

전극(31)의 개수가 2개일 경우에는 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 안내가 불가능한 것은 아니지만 완전하지 못하여 미흡하고, 전극(31)의 개수가 4개를 초과할 경우에는 후술하는 정전용량에 기초한 현위치 검출이 더욱 정교해질 수는 있지만 본 발명의 목적을 달성하는 것에는 그런 정도의 정교함이 불필요하고 지나치게 복잡하게만 되어 바람직하지 않으며, 120도 간격으로 3개가 가장 바람직하다. 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서는, 도1과 도5에 도시된 바와 같이, 원형의 2차 코일(21)의 외곽 내외에 120도의 간격으로 3개의 전극(31)을 설치한 예를 중심으로 설명한다.

2차 코일(21)의 내외에 전극(31)을 형성할 때에는, 2차 코일(21)이 형성된 회로기판과 다른 별도의 회로기판에 전극(31)을 형성할 수도 있지만, 앞서 예시한 바와 같이 전도성박막필름을 에칭하여 2차 코일(21)을 형성할 때 전극(31)도 함께 형성함으로써, 도2에 도시된 바와 같이, 다른 층(회로기판)을 부가하고 전극을 형성하기 위한 별도의 공정 없이, 2차 코일(21)의 회로기판(21a)을 이용하여 전극(31)도 함께 형성할 수 있다.

또한, 예를 들어 스마트폰과 같은 수신부(20)에는 NFC(near field communication) 또는 MST(magnetic secure transmission) 등 다른 시스템의 코일이 설치되어 있는 경우가 흔히 있는 바, 이런 환경에서는 NFC나 MST 등의 코일을 다수 전극(31) 중의 일부 전극으로 겸용하여 사용할 수도 있다.

송신부(10) 위에 수신부(20)를 올려 무선충전을 실행할 때, 송신부(10)의 1차 코일(11) 위에 수신부(20)의 2차 코일(21)이 올려지면서 전극(31)들도 1차 코일(11)의 위에 놓이게 된다.

이때, 도5의 A에 도시된 바와 같이, 2차 코일(21)이 1차 코일(11)의 정위치에 위치하여 최상의 충전효율로 무선충전을 할 수 있는 상태에서는, 예시된 3개의 전극(31a, 31b, 31c)과 1차 코일(11)의 예를 들어 중심(O) 사이의 거리가 실질적으로 동일하고, 원형의 1차 코일(11)에 의해 전기적으로 영향을 받는 전극(31a, 31b, 31c)들의 전기적 특성(두께와 유전율 등) 등이 실질적으로 동일하다고 가정할 때, 1차 코일(11)에 의해 전기적으로 영향을 받는 전극(31a, 31b, 31c)의 정전용량(기생정전용량: Parasitic capacitance)도 미세한 차이가 있을 수 있지만 실질적으로 동일하게 된다.

이와는 달리, 2차 코일(21)이 1차 코일(11)의 정위치로부터 벗어나게 위치하면, 예를 들어 도5의 B의 경우처럼, 전극(31a)이 1차 코일(11)의 중심(O)에 가장 근접하고 전극(31c)이 가장 먼 것과 같이, 3개의 전극(31a, 31b, 31c)과 1차 코일(11) 사이의 수평 거리에 차이가 있게 되고, 이로써 1차 코일(11)에 의해 전기적으로 영향을 받는 전극(31a, 31b, 31c)들의 정전용량은 전극(31a)이 가장 크고 전극(31c)이 가장 작게 되며, 따라서 최상의 충전효율로 무선충전을 할 수 없게 된다.

이상과 같이, 1차 코일(11) 위에 3개의 전극(31a, 31b, 31c)이 위치한 상태에서, 각 전극(31a, 31b, 31c)에서 측정되는 정전용량의 크기는 1차 코일(11)과 각 전극(31)과의 거리에 반비례하며, 따라서 3개의 전극(31)에서 측정되는 정전용량의 크기를 비교하여 분석하면, 널리 알려진 삼각법 등을 적용하여, 3개의 전극(31)에 대한 1차 코일(11)의 위치를 알 수 있고, 결과적으로 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 현위치를 알 수 있으므로, 송신부(10)에 올려진 수신부(20)의 위치가 정위치로부터 어떤 방향으로 어느 정도 벗어났는지를 검출할 수 있다.

즉, 정전용량이 상대적으로 낮게 측정된 전극(31c) 쪽에서 상대적으로 높게 측정된 전극(31a) 쪽으로 송신부(10)에 대해 수신부(20)의 위치를 이동하면, 수신부(20)는 정위치에 더 근접한 위치로 이동하는 것이 되며, 결국 1차 코일(11)에 의해 영향을 받는 전극(31a, 31b, 31c)들의 전기적 특성이 실질적으로 동일하다고 가정할 때, 3개의 전극 모두에서 실질적으로 동일한 정전용량이 측정되는 위치로 송신부(10)에 대해 수신부(20)의 위치를 이동시키면 2차 코일(21)은 1차 코일(11)의 정위치에 위치하게 되는 것이다.

도1에 도시된 바와 같이, 각각의 전극(31)에 형성된 전기접점은, 위치검출부(30)의 검출회로(32)에 연결되어 각 전극(31)의 정전용량을 측정하게 되며, 측정된 정전용량신호는 위치검출부(30) 자체의 검출회로(32), 배터리에 설치된 충전회로(도시 생략), 및/또는 스마트폰(2)의 CPU(4)에서의 하드웨어 및 소프트웨어의 프로세스를 통한, 증폭, 변환, 연산 등의 처리과정을 통해, 1차 코일에 대한 2차 코일의 현위치에 관한 정보를 생성한다.

상기 알림부(40)는 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치를, 위치검출부(30)에 의해 검출된 현위치로부터 최상의 충전효율을 가지는 정위치로 이동하도록 하는 안내를 출력한다.

알림부(40)로는 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치를 현위치에서 정위치로 이동하도록 안내하는 출력이라면 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 LCD와 같은 시각적 디스플레이 장치의 표시부(41)와 스피커와 같은 청각적 장치의 오디오부(42) 중에 적어도 하나를 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서 알림부(40)를 통해 충전위치의 이동을 사용자에게 알려준다고 하는 것은, 송신부(10)에 수신부(20)를 근접시켜 무선 충전을 실행할 때, 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 현위치가 정위치에 대비하여 어떤 상태인지를 사용자가 알 수 있도록 하는 모든 시청각적인 출력을 포함하는 것을 의미한다.

알림부(40)로 표시부(41)를 적용한 경우, 예를 들어, 표시부(41)를 통해, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 현위치와 정위치를 시각적 이미지로 표시하는 방법, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 현위치를 시각적 이미지로 표시함과 아울러 충전효율을 높이기 위해 스마트폰(수신부)을 이동하여야 할 방향을 시각적 이미지로 표시하는 방법, "충전할 스마트폰의 위치가 정위치를 벗어났습니다. 2시 방향으로 1cm 정도 이동하십시오." 등과 같은 문자를 상기 이미지와 함께 또는 단독으로 표시하는 방법 등으로, 충전패드 상에서의 스마트폰의 현재 위치를 최적의 정위치로 이동하는 것에 필요한 정보를 시각적으로 제공할 수 있다.

알림부(40)로 오디오부(42)를 적용하는 경우, 예를 들어 오디오부(42)를 통해 "충전할 스마트폰의 위치가 정위치를 벗어났습니다. 2시 방향으로 1cm 정도 이동하십시오."라고 음향으로 안내하는 방법 등으로, 스마트폰의 충전 위치를 최적의 위치로 이동하는 것에 필요한 정보를 청각적으로 제공할 수 있다.

사용자는 알림부(40)를 통해 출력되는 시각적 및/또는 청각적 알림 내용을 보거나 듣고, 송신부(10)인 충전패드에 대한 수신부(20)인 스마트폰(2)의 위치를 현위치로부터 안내하는 방향으로 이동시킴으로써 가능한 한 충전효율이 높은 정위치에 근접한 위치에서 충전할 수 있다.

위치검출부(30)가 수신부(20)에 설치된 구체예에서, 도1에 도시된 바와 같이, 수신부(20)에는 예들 들어 스마트폰과 같이 자체의 기능 실행을 위해 LCD 터치스크린과 같은 표시부(41)와 스피커 등의 오디오부(42)를 이미 구비하고 있는 경우가 많으므로, 본 발명에 적용하는 알림부(40)는 예시된 스마트폰 등의 표시부(41)와 스피커 등의 오디오부(42)를 본 발명에 겸용하여 사용할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 무선충전시스템(1)을 스마트폰(2)의 무선충전에 적용하는 경우, 수신부(20)인 스마트폰, 수신부(20)에 설치된 2차 코일(21), 수신부에 설치된 전극(31), 송신부(10)인 충전패드, 및 송신부(10)에 설치된 1차 코일(11) 등의 모든 전기적 특성이 고려된 상태에서, 수신부(20)가 정확하게 송신부(10)에 정위치에 세팅되었을 때에 전극(31)들에서 측정되는 정전용량을 '정위치의 기준정전용량'으로 설정하여, 본 발명의 무선충전시스템을 관리하는 어플리케이션에 이런 기준정전용량 정보를 적용하고, 스마트폰에 설치된 해당 어플리케이션을 구동한 상태에서 사용자가 이해하기 쉬운 각종 이미지(영상)와 음향을 알림부(40)를 통해 출력함으로써, 사용자로 하여금 정위치의 기준정전용량이 측정되는 위치로 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치를 세팅하도록 유도할 수 있다.

1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치에 위치할 때, 전극(31)들로부터 측정되는 정전용량이 실질적으로 동일한 것이 이상적이지만, 각 전극(31)들과 1차 코일(11) 간의 미세한 전기적 특성의 차이와, 수신부(20)인 스마트폰, 수신부(20)에 설치된 2차 코일(21), 및 송신부(10)인 충전패드 등 주변의 전기적 특성에 영향을 받아, 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치에 위치함에도 불구하고, 3개의 전극(31)으로부터 측정되는 정전용량이 다를 수 있고, 실제로 다른 것이 당연하다. 그러나, 예를 들어 전술한 '정위치의 기준정전용량'을 설정하는 과정에서 전극(31)들의 이런 정전용량 차이를 측정하고, 해당 어플리케이션을 구축할 때 그 차이를 미리 보상할 수 있으므로, 상기 차이가 충전위치를 정위치로 안내하는 것에 영향을 미치지 아니한다.

또한, 예를 들어, 전극(31)을 2차 코일(21) 또는 1차 코일(11)의 내부 또는 외부에 불규칙하게 설치되어 있거나 일부는 외부에 설치하고 일부는 내부에 설치된 경우에, 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치에 위치할 때, 전극(31)들로부터 측정되는 정전용량이 서로 다르지만, 전술한 '정위치의 기눈정전용량'을 설정하는 과정에서 측정된 정전용량 차이를 미리 보상하여 정위치를 결정하면 되므로, 바람직하지는 아니하더라도 이런 경우에도 전극(31)들의 정전용량에 의해 정위치 안내를 실현할 수 있다.

위치검출부(30)를 수신부(20)가 아닌 송신부(10)에 설치하고 전극(31)들을 1차 코일(11)의 내외에 설치하는 도3과 도4에 도시된 구체예의 경우에, 도3의 점선으로 표시한 것과 같이, 1차 코일에 대한 2차 코일의 현위치 검출을 수신부(20)가 아닌 송신부(10)의 위치검출부(30)에서 처리하고, 마찬가지로 알림부(40)도 송신부(10)에 설치하여 송신부(10)에서 정위치로의 위치이동을 안내하도록 할 수 있다. 다만 본 구체예의 경우, 스마트폰과 같은 수신부(20)에 이미 구비되어 있는 LCD 디스플레이과 오디오장치들을 알림부(40)로 활용하지 못하고, 위치검출부(30)와 알림부(40)를 송신부(충전패드)에 모두 설치해야 하므로, 수신부(20)에 설치하는 것에 비하여 상대적으로 제조 원가가 상승되어 바람직하지 않을 수 있다.

또한, 위치검출부(30)를 구성하는 전극(31)들을 송신부(10)의 1차 코일(11)의 내외에 설치하는 구체예에 있어서, 송신부(10)에서 각 전극(31)들의 정전용량을 측정하되, 측정된 데이터를 수신부(20)로 전송하고, 수신부(20)에서 전송받은 정전용량데이터에 대응하는 현위치 정보를 생성하거나, 또는 송신부(10)에서 측정된 정정용량에 대응하는 현위치 정보까지를 모두 생성한 후에 해당 현위치 정보를 수신부(20)로 전송하도록 구성할 수도 있는바, 이런 경우에 정정용량 측정 데이터나 현위치 정보 데이터를, 도3에 도시된 바와 같이, 송신부(10)와 수신부(20) 사이에서 전송할 수 있는, 예를 들어 블루투수모듈과 같은 근거리무선통신모듈(50)을 설치하여야 하므로, 역시 송신부(10)의 제조비용이 증가하여 바람직하지 않을 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 무선충전시스템을 설명함에 있어서, 전극(31)에서의 정전용량을 측정하고 측정된 정전용량을 디지털신호로 변환하는 등의 구성, 전극들의 정전용량 데이터로부터 이에 반비례하는 거리에 의해 현위치와 정위치 정보를 연산하는 구성, 및 알림부를 통해 충전위치 안내를 출력하는 구성, 및 본 발명의 무선충전시스템을 관리하는 스마트폰의 어플리케이션 등은, 본 발명의 특징과는 직접적인 관련이 없고, 관련 분야의 기술들을 본 발명에 맞게 적용하여 용이하게 구축할 수 있으므로, 이에 관한 구체적인 설명들은 생략한다.

1: 본 발명의 무선충전시스템 2: 휴대기기(예, 스마트폰)
3: 배터리 10: 송신부(충전패드)
11: 1차 코일 12: 케이스
13: 기판 14: 송신부 흡수체
20: 수신부(예, 스마트폰) 21: 2차 코일
22: 배터리커버의 플라스틱 사출물 23: 수신부 흡수체
30: 위치검출부 31, 31a, 31b, 31c: 전극
31d: 전극의 접점 32: 검출회로
40: 알림부 41: 표시부
42: 오디오부

Claims (3)

1. 전원에 연결되는 1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와, 상기 1차 코일(11)과의 사이에서 발생하는 전자기유도를 통해 전기적으로 연결된 배터리(3)를 충전하는 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함하는 무선충전 시스템에 있어서,
   상기 수신부(20)의 상기 2차 코일(21)의 내외에 또는 상기 송신부(10)의 상기 1차 코일(11)의 내외에 일정간격으로 3개 또는 4개가 설치되는 전극(31)을 포함하고, 상기 1차 코일(11)에 의해 영향을 받는 상기 2차 코일(21)의 내외에 설치된 상기 전극(31)들의 정전용량을 검출하거나, 상기 2차 코일(21)에 의해 영향을 받는 상기 1차 코일(11)의 내외에 설치된 상기 전극(31)들의 정전용량을 검출하며, 각각의 상기 전극(31)에서 측정된 각각의 정전용량 크기가, 각각의 상기 전극(31)과 상기 1차 코일(11) 또는 상기 2차 코일(21) 사이의 거리에 반비례하는 관계에 의하여, 최상의 충전효율을 나타내는 정위치에 대비되는 상기 1차 코일(11)에 대한 상기 2차 코일(21)의 현위치를 검출하는, 위치검출부(30); 및
   상기 1차 코일(11)에 대한 상기 2차 코일(21)의 위치를 상기 현위치로부터 상기 정위치로 이동하도록 하는 안내를 출력하는 알림부(40);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전극(31)은, 상기 2차 코일(21)의 내외에 상기 2차 코일(21)이 형성된 회로기판과 동일한 회로기판에 형성되는 것을 특징으로 하는, 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알림부(40)는 상기 수신부(20)가 설치되는 휴대기기(2)에 설치된 표시부(41)와 오디오부(42) 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전위치 안내기능을 구비한 무선충전시스템.
   

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