KR101993482B1 - 차량 장착용 무선전력 전송장치 - Google Patents

차량 장착용 무선전력 전송장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체와, 상기 서포트 몸체에 연결되며 차량의 전원잭에 접속되도록 형성되는 접속잭과, 상기 제1 연결부에 구비되며 상기 접속잭과 전기적으로 연결되는 제1 단자를 구비하는 서포트 모듈; 및 상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 제2 연결부에 구비되며 상기 제1 단자에 접속되는 제2 단자와, 상기 제2 단자를 거쳐 상기 접속잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하도록 구성되는 출력 유닛을 구비하는 충전 모듈을 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치를 제공한다.

Description

차량 장착용 무선전력 전송장치{WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 장착되어 사용되는 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신단말기, PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 휴대용 전자기기에는 재충전 가능한 2차 전지(Secondary Battery)가 배터리로서 장착된다. 배터리를 충전하기 위해서는, 가정용 상용 전원을 이용하여 휴대용 전자기기의 배터리에 전기 에너지를 제공하는 별도의 충전장치가 필요하다.
통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서, 두 접촉 단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다. 그러나, 이와 같이 접촉 단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉 단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지기도 한다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.
이러한 접촉식 충전방식의 대안으로서, 충전장치와 배터리 각각의 접촉 단자들이 서로 접촉되지 않는 방식으로 배터리가 충전되도록 전력 전달이 무선으로 이루어지는 무선 전력 통신 시스템이 제안되고 있다.
이러한 무선 전력 통신 시스템은 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있으나, 차량 내에서 사용될 수도 있다. 그러나, 차량 내에서 휴대용 전자기기의 위치를 바꾸어야 하는 경우가 많아, 무선전력 전송장치에 대한 전원의 안정적 공급에 어려움이 있다.
본 발명의 목적은, 무선전력 수신장치에 대한 무선 충전을 수행하면서도 충전되고 있는 무선전력 수신장치의 배치 상태를 자유롭게 바꿀 수 있게 하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 차량 장착용 무선전력 전송장치는, 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체와, 상기 서포트 몸체에 연결되며 차량의 전원잭에 접속되도록 형성되는 접속잭과, 상기 제1 연결부에 구비되며 상기 접속잭과 전기적으로 연결되는 제1 단자를 구비하는 서포트 모듈; 및 상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 제2 연결부에 구비되며 상기 제1 단자에 접속되는 제2 단자와, 상기 제2 단자를 거쳐 상기 접속잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하도록 구성되는 출력 유닛을 구비하는 충전 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 연결부는, 반구 형상의 헤드부; 및 상기 헤드부에서 연장 형성되며, 상기 헤드부의 최대 단면적부 보다 작은 단면적을 갖는 목부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 연결부는, 상기 헤드를 수용하도록 형성되는 반구 형의 리세스부; 및 상기 리세스부를 둘러싸도록 돌출 형성되어, 상기 목부에 걸리는 걸이부를 구비하는 측벽부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 단자는, 상기 헤드부의 자유단에 형성되는 자유단자; 및 상기 헤드부의 최대 단면적부의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되는 링단자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 단자는, 상기 리세스의 중앙에 형성되며, 상기 자유단자와 접속되는 중앙단자; 및 상기 측벽부의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되며, 상기 링단자와 접속되는 내주단자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 측벽부는, 외주면에 형성되는 외주 나사산을 포함하고, 상기 제2 연결부는, 중공부를 구비하고, 상기 중공부에 상기 외주 나사산과 나사 결합되는 내주 나사산이 형성되는 조임관을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 서포트 몸체는, 상기 차량에 지지되는 지지면을 갖는 지지부; 상기 지지부에서 상기 제1 연결부까지 연장 형성되는 연장부; 및 상기 지지면에 중첩되도록 상기 연장부에 설치되며, 실리콘 플레이트와, 상기 실리콘 플레이트의 일 영역에 설치되며 상기 실리콘 플레이트보다 마찰 계수가 높은 재질의 강화 플레이트를 구비하는 부착 패드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 강화 플레이트는, 원형의 링 형태로 형성되는 스폰지층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 몸체는, 충전면과, 상기 충전면에 반대되며 상기 제2 연결부가 설치되는 설치면을 포함하고, 상기 출력 유닛은, 상기 충전면과 상기 설치면 사이에 배치되어 상기 충전면 측으로 상기 무선전력 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 충전 몸체는, 상기 충전면의 측부에서 돌출 형성되어, 상기 충전면에 놓여지는 무선전력 수신장치를 지지하도록 형성되는 지지 가드를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 차량 장착용 무선전력 전송장치에 의하면, 무선전력 수신장치에 대한 무선 충전을 수행하면서도, 충전되고 있는 무선전력 수신장치의 배치 상태를 자유롭게 바꿀 수 있게 된다.
이는 무선전력 수신장치의 배치에 관한 자유도를 높여 사용자의 수신장치에 대한 활용 편의성을 높이면서도, 그러한 활용 중에 무선전력 전송장치로의 전력 공급을 위한 메인 전원을 자동차 전원으로 사용하기 때문에 위 전력 공급이 끊어지거나 불안정하지 않는다.
또한, 무선전력 수신장치에 전원 공급을 위한 케이블이 연결되지 않고, 무선전력 수신장치보다는 공간적으로 차량의 대쉬 보드에 가까운 무선전력 충전장치에 케이블이 연결되므로, 케이블 정리가 보다 깔끔해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 충전 모듈(200)에 무선전력 수신장치(300)가 장착된 상태를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 서포트 모듈(100)의 부착 패드(119)를 보인 사시도이다.
도 4는 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 충전 모듈(200)의 출력 유닛(250)과 무선전력 수신장치(300) 사이의 무선 충전에 대해 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치(10)로부터 무선전력 수신장치(300)의 배터리셀 모듈(330)이 멀어지는 정도에 따른 충전효율을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 장착용 무선전력 전송장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)에 무선전력 수신장치(300)가 장착된 상태를 보인 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)는 차량의 대쉬 보드(D) 상에 설치될 수 있다. 이를 위하여, 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)는, 서포트 모듈(100)과, 충전 모듈(200)을 포함할 수 있다.
서포트 모듈(100)은 대쉬 보드(D)에 의해 지지되는 구성이다. 구체적으로, 서포트 모듈(100)은, 서포트 몸체(110)와, 접속잭(130)과, 제1 단자(150, 도 2)를 포함할 수 있다. 서포트 몸체(110)는 대쉬 보드(D)에 접촉하는 부분[지지부(115, 도 2)]이 넓은 단면적을 갖고 충전 모듈(200)과 연결되는 부분이 상대적으로 좁은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다. 접속잭(130)은 차량의 전원잭(P)과 접속되어, 차량의 전력을 입력받는 매개체가 된다. 접속잭(130)에 연결된 전선(131)은 서포트 몸체(110) 내로 연장된다. 제1 단자(150)는 접속잭(130)을 통해 입력된 전력을 충전 모듈(200)로 전달하기 위한 매개체가 된다.
충전 모듈(200)은 서포트 모듈(100)에 연결되며, 무선전력 수신장치(300)의 충전을 위한 무선전력 신호를 출력하는 구성이다. 충전 모듈(200)의 주면(main surface)는 충전면(210a)이 된다. 충전면(210a)에는 무선전력 수신장치(300)가 장착될 수 있다. 충전 모듈(200)은 상기 주면의 양측에 한 쌍의 지지 가드(215)를 가져서, 무선전력 수신장치(300)가 충전면(210a)에서 이탈하지 않도록 한다. 한 쌍의 지지 가드(215)는 무선전력 수신장치(300)의 사이즈에 따라 서로에 대해 멀어지거나 가까워지도록 조절될 수 있다. 이때, 무선전력 수신장치(300)는, 휴대폰이나 음악 재생기 등과 같은 휴대용 전자기기일 수 있으며, 그 사이즈가 다양할 수 있다. 이 경우, 비교적 사이즈가 작은 음악 재생기, 그보다 큰 휴대폰, 나아가 휴대폰보다 큰 노트 패드 등에 대해서도, 폭이 조절되는 한 쌍의 지지 가이드(215)로 대응할 수 있게 된다. 이러한 무선전력 수신장치(300)가 무선 충전되기 위한 구성은 도 4를 참조하여 후술한다.
이상의 서포트 모듈(100)과 충전 모듈(200)에 대해 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 분해 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 서포트 모듈(100)은, 앞서 설명한 바대로, 서포트 몸체(110)와, 접속잭(130)과, 제1 단자(150)를 포함할 수 있다.
서포트 몸체(110)는, 제1 연결부(111)와, 지지부(115)와, 연장부(117)를 포함할 수 있다.
제1 연결부(111)는 연장부(117)의 양단부 중에 지지부(115)가 위치한 일 단부에 반대되는 타 단부 측에 위치한다. 제1 연결부(111)는 충전 모듈(200)과의 기계적 연결을 위한 구성이다. 구체적으로, 제1 연결부(111)는, 헤드부(112)와, 목부(113)를 포함할 수 있다. 헤드부(112)는 반구 형상을 가질 수 있다. 목부(113)는 헤드부(112)를 연장부(117)에 연결하는 부분으로서, 헤드부(112)의 최대 단면적부[링 단자(153)가 형성된 부분] 보다 작은 단면적을 갖도록 형성된다.
지지부(115)는 상기 차량에 지지되는 부분으로서, 서포트 몸체(110) 중에 가장 넓은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다. 지지부(115)는 상기 차량과 접촉하는 평탄한 면인 지지면(116, 도 3)을 가질 수 있다.
연장부(117)는 지지부(115)에서 제1 연결부(111)까지 연장 형성되는 부분이다. 연장부(117)는 충전 모듈(200)이 상기 차량의 대쉬 보드(D, 도 1)에서 이격되어야 간격을 고려한 길이만큼 연장 형성될 것이다. 연장부(117)에는 부착 패드(119, 도 3)를 대쉬 보드(D)에 부착하기 위해 부착 패드(119)의 중앙을 당겨서 진공을 형성하기 위한 조작 레버(118)가 구비될 수 있다. 조작 레버(118)는 서포트 몸체(110)의 높이 방향으로 배치된 것을 예시하나, 그는 서포트 몸체(110)의 다른 방향, 예를 들어 수평 방향을 따라 배치될 수 있다.
접속잭(130)은 앞서 설명한 바대로, 상기 차량의 전력을 끌어오기 위한 구성이다. 접속잭(130)은 전선(131)을 통해 연장부(117)에 연결된다.
제1 단자(150)는 제1 연결부(111)에 설치된다. 제1 단자(150)는 전선(131)을 통해 접속잭(130)과 전기적으로 연결된다. 제1 단자(150)는 접속잭(130)에서 입력된 전력을 충전 모듈(200) 측으로 전달하기 위한 것이다. 제1 단자(150)는, 자유단자(151)와, 링단자(153)를 포함할 수 있다. 자유단자(151)는 헤드부(112)의 자유단에 구비되는 단자이다. 자유단자(151)는 원판형의 금속일 수 있다. 이에 비하여, 링단자(153)는 헤드부(112)의 최대 단면적부의 둘레를 따라 설치될 수 있다. 링단자(153)로서는 링 형상의 금속일 수 있다.
충전 모듈(200)은, 충전 몸체(210)와, 제2 단자(230)와, 출력 유닛(250, 도 4)을 포함할 수 있다.
충전 몸체(210)는 대체로 넓적한 직육면체 형상을 가질 수 있다. 충전 몸체(210)는 충전면(210a, 도 1)에 반대되는 설치면(210b)을 포함할 수 있다. 설치면(210b)에는 제2 연결부(211)가 형성된다. 제2 연결부(211)는 서포트 모듈(100)의 제1 연결부(111)와 기계적으로 결합되는 구성이다. 이를 위해, 제2 연결부(211)는, 리세스부(212)와, 측벽부(213)를 포함할 수 있다. 리세스부(212)는 헤드부(112)를 수용하도록 반구 형으로 리세스되어 형성된다. 측벽부(213)는 리세스부(212)를 둘러싸도록 설치면(210b)에서 돌출 형성된다. 측벽부(213)의 내면에는 걸이부(213a)가 형성되고, 외면에는 외주 나사산(213b)이 형성될 수 있다. 제2 연결부(211)는, 조임관(217)을 더 구비할 수 있다. 조임관(217)은 중공부를 갖는 파이프 형태로서, 내주면에는 내주 나사산(218)이 형성된다. 조임관(217)의 외주면에는 일정 간격으로 복수의 리브(219)가 형성될 수 있다. 지지 가드(215)는 충전 몸체(210)의 측면에서 충전면(210a, 도 1)을 감싸도록 돌출 형성된다.
제2 단자(230)는, 서포트 모듈(100)의 제1 단자(150)와 전기적으로 접속되는 구성이다. 제2 단자(230)는, 중앙단자(231)와, 내주단자(233)를 포함할 수 있다. 중앙단자(231)는 리세스부(212)의 중앙에 형성된다. 이를 위해, 중앙단자(231)는 원판 형의 금속일 수 있다. 내주단자(233)는 측벽부(213)의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되는 것으로서, 전체적으로 링 형상을 이루는 금속일 수 있다.
출력 유닛(250)은 충전 몸체(210)의 충전면(210a)과 설치면(210b) 사이의 공간에 위치하며, 제2 단자(230)를 통해 입력되는 전력으로부터 무선전력 신호를 출력하는 구성이다. 이때, 출력 유닛(250)에서 출력되는 무선전력 신호는 충전면(210a)을 지향하도록 출력될 것이다.
이제, 서포트 모듈(100)의 지지부(115)의 지지면(116)에 설치된 부착 패드(119)에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2의 서포트 모듈(100)의 부착 패드(119)를 보인 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 부착 패드(119)는 지지면(116)에 부착되도록 대체로 평탄한 구조를 가진다. 이러한 부착 패드(119)는, 본 실시예에서 2층 구조를 가진다.
구체적으로, 부착 패드(119)는, 실리콘 플레이트(120)와, 강화 플레이트(121)를 구비한다.
실리콘 플레이트(120)는 실리콘 재질로 형성되며, 지지면(116)의 전체 영역에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 실리콘 플레이트(120)는 원판 형의 지지면(116)에 대응하여 원판형으로 형성될 수 있다.
강화 플레이트(121)는 실리콘 플레이트(120) 보다 마찰 계수가 높은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 강화 플레이트(121)는 실리콘 플레이트(120)의 일 영역에 대응하도록 구비된다. 본 실시예에서 강화 플레이트(121)는 원형의 링 형상을 가질 수 있다. 이러한 강화 플레이트(121)는 스폰지 재질로 형성될 수 있다. 상기 스폰지는 탄성이 있는 해면상의 다공질물질로서, 주로 합성수지로 형성된다. 상기 스폰지는 압축된 하드(hard) 타입일 수 있다.
다음으로, 도 2의 충전 모듈(200)의 충전 몸체(210) 내에 설치되는 출력 유닛(250), 그리고 충전 모듈(200)에 대응하여 무선으로 전력신호를 공급받아 충전되는 무선전력 수신장치(300)에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 충전 모듈(200)의 출력 유닛(250)과 무선전력 수신장치(300) 사이의 무선 충전에 대해 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예와 관련된 무선전력 통신 시스템은, 무선전력 전송장치(10)와 무선전력 수신장치(300)를 포함한다. 전자기 유도 방식에 의해, 무선전력 전송장치(10)가 무선전력 신호를 무선전력 수신장치(300)로 전송하면, 이 전력 신호를 수신한 무선전력 수신장치(300)는 상기 무선전력 신호의 전력으로 배터리를 충전하거나, 무선전력 수신장치(300)와 연결된 전자기기에 전원을 공급하게 된다.
이하에서는, 무선전력 전송장치(10), 구체적으로는 충전 모듈(200)의 출력 유닛(250)과, 무선전력 수신장치(300)의 연관된 구성에 대하여 각각 설명하도록 한다.
출력 유닛(250)은, 1차측 코일(251), 전송 제어부(255), 및 AC/DC 컨버터(261)를 포함한다. 1차측 코일(251)은 전력 신호를 전자기 유도 방식으로 전력 수신장치(300)의 2차측 코일(310)에 전송하기 위한 장치로서, 본 실시예에서는 2개의 코일[즉, 제1 코일(252) 및 제2 코일(253)]이 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 1차측 코일(251)을 제어하는 전송 제어부(255)는, 객체 감지부(256), 중앙제어부(257), 스위칭제어부(258), 구동드라이버(259) 및 직렬 공진형 컨버터(260)를 포함할 수 있다.
객체 감지부(256)는 1차측 코일(251)의 부하변화를 감지하고, 해당 부하변화가 무선전력 수신장치(300)에 의한 것인지를 판단할 뿐만 아니라(즉 아이디 확인부로서의 기능을 가짐), 무선전력 수신장치(300)로부터 전송된 충전 상태 신호를 필터링하여 처리하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 1차측 코일(251)을 통해 전송되는 아이디 호출 신호의 응답신호인 아이디 신호가 수신되면, 이를 필터링 하여 처리하고, 충전 중, 배터리 셀이나 충전 전압에 관한 정보를 포함하는 충전 상태 신호가 수신되면, 이를 필터링하여 처리하는 기능을 한다.
중앙 제어부(257)는 객체 감지부(256)의 판단결과를 전송받아 확인하고, 1차측 코일(251)에서 수신되는 아이디 신호를 분석하여, 1차측 코일(251)을 통해 무선전력 신호를 송출하기 위한 전력 신호를 구동 드라이버(259)로 전송하는 역할을 한다. 또한, 후술하는 1차측 코일로부터 충전 상태신호가 수신되면, 이에 기초하여 구동 드라이버(259)를 제어하여 무선전력 신호를 변경하는 기능을 한다.
스위칭제어부(258)는 직렬 공진형 컨버터(260)와 제1 코일(252) 및 제2 코일(253)의 사이에 스위치의 스위칭동작을 제어하는 것이다. 본 발명에서는, 2개의 서브 코일(252 및 253)이 이용되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 하나의 코일이 적용되는 경우도 포함한다. 하나의 코일이 적용되는 경우, 상기 스위칭 제어부(258)가 불필요하게 된다.
구동 드라이버(259)는 중앙 제어부(257)의 제어를 통해 직렬 공진형 컨버터(260)의 동작을 제어하는 것이다.
직렬 공진형 컨버터(260)는 구동 드라이버(259)의 제어에 의해 송출하고자 하는 전력신호를 발생하기 위한 송출 전원을 생성하여 1차측 코일(251)로 공급하는 것이다. 다시 말해, 중앙 제어부(257)가 요구되는 전력 값을 갖는 전력 신호의 송출을 위한 전력 제어 신호를 구동 드라이버(259)로 전송하면, 구동 드라이버(259)는 전송된 전력제어신호에 대응하여 직렬 공진형 컨버터(260)의 동작을 제어하고, 직렬 공진형 컨버터(260)는 구동 드라이버(259)의 제어에 의하여 요구되는 전력 값에 대응하는 송출 전력을 1차측 코일(251)에 인가함으로써, 요구되는 세기의 무선전력 신호가 송출되도록 하는 것이다.
직렬 공진형 컨버터(260)는 구동 드라이버(259)의 제어에 의해 제1 코일(252) 및 제2 코일(253)을 통해 각각 제 1 객체 감지 신호와 제 2 객체 감지 신호를 발생하기 위한 전원을 공급하는 역할을 한다.
AC/DC 컨버터(261)는 220V 또는 110V 의 교류 전원을 소정 전압의 직류 전원으로 변경하는 장치로서, 전술한 바와 같이, 중앙 제어부(257)의 제어에 의해, 출력 전압 값이 변경된다.
전력신호를 수신하여 전력을 공급받는 무선전력 수신장치(300)는, 상기 송출된 전력 신호에 의해 유도전력을 생성하는 2차측 코일(310), 유도된 전력을 정류하는 정류부(320), 정류된 전력으로 충전되는 배터리셀(330), 그리고, 2차측 코일(310), 정류부(320) 및 상기 배터리 셀 모듈을 제어하는 수신 제어부(340)를 포함한다.
2차측 코일(310)은 출력 유닛(250)의 1차측 코일(251)로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하기 위한 구성요소이다.
정류부(320)는 2차측 코일(310)로부터 수신되는 무선전력을 직류 전압으로 정류하며, 충전 개시 전까지는 충전전압으로 충전 상태를 유지하게 된다.
배터리 셀 모듈(330)은 수신 제어부(340)의 제어를 받아 정류부(320)로부터의 직류 전원을 통해 충전이 되는 충전 대상이 된다. 한편, 배터리셀(330)에는 과전압 및 과전류방지회로, 온도감지회로 등의 보호회로가 포함되어 구성되며, 또한, 배터리셀의 충전상태 등의 정보를 수집 및 처리하는 충전관리모듈이 포함된다.
수신 제어부(340)는 정류부(320)에서 충전된 전원의 전류를 제어하여 배터리셀(330)로 적절한 전류가 흐르도록 하는 구성요소이다.
한편, 무선 전력 수신 장치(300)측으로부터 전송되는 무선 전력 수신 신호의 검파를 위하여 본 발명의 일실시예에 따르면 3개의 센서가 설치될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일실시예에 따르면,구동 드라이버(259)의 직류 전류를 측정하기 위한 직류 전류 센서와 1차측 코일(251)의 교류 전류 및 교류 전압을 측정하기 위한 교류 전류 센서 및 교류 전압 센서가 설치될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신 장치(300)로부터 무선 전력 수신 신호(즉, 아이디 신호 및 충전 상태 신호를 포함)가 1차측 코일(251)을 통해 수신되게 되면, 이에 따라, 코일(251)에서의 전류 및 전압과 구동 드라이버(259)에서의 전류가 변동되게 되고, 이를 감지하여 무선 전력 수신 신호를 수신하게 된다. 본 발명에서는 3개의 센서를 이용하여 보다 정확한 무선 전력 수신 신호의 수신이 가능하게 된다. 즉, 중앙 제어부(257)는, 교류 전류 센서, 직류 전류 센서, 교류 전압 센서로부터의 신호가 모두 에러인 경우에만 에러신호를 발생시키며, 이 중 어느 하나라도 정상 신호인 경우에는, 정상 수신된 신호에 기초하여 동작을 제어하게 된다. 만약, 2 이상의 신호가 정상신호인 경우, 이들의 전력 레벨을 측정하고, 이중 최선의 신호(전력 레벨이 가장 높은 신호)를 선택하고, 그 최선의 신호를 신호처리하여 무선 수신 신호를 획득하고, 이에 따라 무선 전력 전송을 제어하게 된다.
이상과 같은 3개의 센서를 이용하여 검파함으로써, 무선 전력 수신 장치(300)가 충전중 위치 변동이 발생하더라도 전력 제어의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
이하, 이상의 구성에 의한 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 작동에 대해 도 1 내지 도 4를 종합적으로 참조하여 설명한다.
먼저, 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 설치 구조에 대해 설명한다.
차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 서포트 모듈(100)은 부착 패드(119)를 통해 대쉬 보드(D)에 부착된다. 대쉬 보드(D)에 부착된 부착 패드(119)에 의해, 서포트 몸체(110)는 대쉬 보드(D)에 견고하게 지지된다.
그러한 서포트 모듈(100)에 대해 충전 모듈(200)을 연결하게 된다. 이는 서포트 모듈(100)의 제1 연결부(111)와, 충전 모듈(200)의 제2 연결부(211)가 서로 체결됨에 의한다. 구체적으로, 제1 연결부(111)의 헤드부(112)는 제2 연결부(211)의 리브(219) 내로 수용된다. 이때, 제2 연결부(211)의 측벽부(213)의 걸이부(213a)는 제1 연결부(111)의 헤드부(112)[구체적으로, 목부(113)와 이어지는 부분]에 걸리게 된다. 이렇게 서포트 모듈(100)에 대해 충전 모듈(200)에 결합된 상태에서, 충전 모듈(200)을 다양한 방향으로 회전시켜 충전 모듈(200)의 위치를 조정할 수 있다. 그에 의해, 충전 모듈(200)에 안착된 무선전력 수신장치(300)의 각도를 차량 이용자(운전자 또는 동승자)의 체형이나 기호에 따라 다양한 배치 형태 중 하나로 배치할 수 있게 된다. 예를 들어, 무선전력 수신장치(300)가 핸드폰이고 그의 디스플레이를 통해 영상을 본다면, 이용자마다 원하는 무선전력 수신장치(300)의 배치 형태는 다양할 것이다. 이때, 무선전력 수신장치(300)는 그 사이즈에 무관하게 서로 간에 간격 조절 가능한 한 쌍의 지지 가드(215)에 의해 충전 모듈(200)에 안정적으로 결합된 상태이다.
서포트 모듈(100)에 대해 충전 모듈(200)을 일 배치 상태에서 고정하기 위해서는, 조임관(217)을 측벽부(213)의 외주 나사산(213b)에 대해 조여서 측벽부(213)가 헤드부(112)를 유동없이 클램핑하게 하면 된다. 조임관(217)을 다시 풀어서, 충전 모듈(200)의 위치나 각도를 조절할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 차량 장착용 무선전력 전송장치(10)의 전기적 연결 관계 및 그를 통한 무선전력 수신장치(300)에 대한 무선 충전에 대해 설명한다.
접속잭(130)은 차량의 전원잭(P)에 연결되어, 차량의 전력을 공급받는다. 이러한 전력은 접속잭(130)과 연결된 제1 단자(150)로 공급된다. 제1 단자(150)의 전력은 그와 접속되는 제2 단자(230)로 공급된다. 앞서 설명한 대로, 충전 모듈(200)은 서포트 모듈(100)에 대해 다양한 각도로 회전시켜도, 제1 연결부(111)에 설치된 제1 단자(150)와 제2 연결부(211)에 설치된 제2 단자(230)는 항상 서로 통전하는 상태가 된다.
제2 단자(230)로 공급된 전력은 충전 몸체(210) 내에 설치된 출력 유닛(250)의 AC/DC 컨버터(261)로 공급된다. 이러한 전력은 출력 유닛(250)에 의해 무선전력 신호로서 충전면(210a)을 향한 방향으로 출력된다.
무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신장치(300)는, 도 4를 참조하여 설명한 바대로, 배터리셀 모듈(330)을 충전하게 된다.
이하, 무선전력 전송장치(10)에 대한 무선전력 수신장치(300)의 장착 위치의 변화에 따른 충전 방식에 대해 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
구체적으로, 무선전력 전송장치(10)가 무선전력 수신장치(300)를 충전하기 위해 작동 중에, 무선전력 전송장치(10) 상의 무선전력 수신장치(300), 구체적으로는 배터리셀 모듈(330)이 위치를 이동[무선전력 수신장치(300)의 사이즈 차이에 따른 설정 위치로부터의 변화도 포함]하게 되어 배터리셀 모듈(330)에 전송되는 전력이 기준치보다 낮게 되면 무선전력 수신장치(300)는 이를 보강하여 전송하도록 무선전력 전송장치(10)에 신호를 전송하게 된다. 예로 기준 전압을 5V으로 하고 기준 편차값을 0.5V로 하여 가정할 경우, 배터리셀 모듈(330)의 이동으로 4.5V보다 낮은 전압으로 수신될 경우에는 0.5V 정도 승압되어 전송되도록 수신제어부(340)에서 발신신호를 제어하며, 이에 대해 무선전력 전송장치(10)에서는 0.5V 승압되어 수신되도록 1차측 코일(251)의 발신전력을 증강하여 증강된 유도자기장이 발신되도록 하며, 무선전력 전송장치(10)에서의 출력되는 발신전력을 증강하는 방식의 예로, 발진 주파수를 변화되도록 하는 것이다.
이와 같이 무선전력 전송장치(10)부터 전송되는 발신 전력이 변화되도록 구성됨에 따라, 무선전력 전송장치(10)로부터 배터리셀 모듈(330)의 거리 변화에 대한 충전효율은 도 5 내지 도 10에 도시되어 있다. 즉 도 5 내지 도 8은 배터리셀 모듈(330)의 2차측 기준 전력을 2.5W 정도에서의 경우로, 수평방향 및 상하 수직 방향으로 각각 -7 mm ~ 7 mm 사이로 이동시키면서의 무선전력 전송장치(10)에서의 1차측 전력(W), 배터리셀 모듈(330)에서의 2차측 전력(W) 및 효율(%) 등을 나타낸 것이다. 여기서 효율(%)은 무선전력 전송장치(10)의 1차측 입력 전력에 대해 배터리셀 모듈(330)의 2차측으로 인가되어지는 출력측 전력에 대한 효율((2차측 전력 / 1차측 전력) * 100)로 나타낸 것이다.
그리고 본 실시예에 따른 발신 전력보상이 0.5W로 하여 조절되도록 하였으며, 이에 의하여 도 5 및 도 7 에서는 배터리셀 모듈(330) 측의 2차측 전력이 2 ~ 2.5 W 사이의 그래프를 보이는 것으로, 무선전력 전송장치(10)와 배터리셀 모듈(330)의 수평거리 및 수직거리의 변화에 대해 무선전력 전송장치(10)에서의 주파수 변화없이 충전된 경우의 충전효율을 보인 것이다. 즉 무선전력 전송장치(10)에 대해 배터리셀 모듈(330)을 수평방향 또는 수직방향으로 이동할 경우에는 배터리셀 모듈(330)의 2차측 전력이 중심으로부터 멀어질수록 떨어져서 효율이 낮아지는 것을 볼 수 있다.
이에 도 5 및 도 7와 비교되는 도 6 및 도 8에서는 무선전력 전송장치(10)의 충전면(210a)로부터 배터리셀 모듈(330)이 수평방향 및 수직방향으로 각각 이동됨에 따라 배터리셀 모듈(330)에서의 수신 전력변화의 정보를 전송받아 무선전력 전송장치(10)에서 주파수를 변화하여 전력을 제어하는 것으로, 안정적으로 전력전송되어짐을 보이며, 이에 의하여 전력전송 효율도 양호한 상태임을 알 수 있다.
그리고 도 9는 수평방향 이동에 대한 효율 그래프이고, 도 10은 상하방향으로의 이동에 대한 효율 그래프로, 주파수가 없는 경우(하측의 곡선그래프, FIXED POWER) 보다, 주파수를 변화한 경우(상측의 사각점 그래프, POWER CONTROL)의 효율이 양호함을 알 수 있다.
상기와 같은 차량 장착용 무선전력 전송장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 차량 장착용 무선전력 전송장치 100: 서포트 모듈
110: 서포트 몸체 111: 제1 연결부
112: 헤드부 113: 목부
115: 지지부 119: 부착 패드
130: 전원잭 131: 케이블
150: 제1 단자 151: 자유단자
153: 링단자 200: 충전 모듈
210: 충전 몸체 211: 제2 연결부
212: 리세스부 213: 측벽부
230: 제2 단자 231: 중앙 단자
233: 내주 단자 300: 무선전력 수신장치

Claims (10)

  1. 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체와, 상기 서포트 몸체에 연결되며 차량의 전원잭에 접속되도록 형성되는 접속잭과, 상기 제1 연결부에 구비되며 상기 접속잭과 전기적으로 연결되는 제1 단자를 구비하는 서포트 모듈; 및
    상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 제2 연결부에 구비되며 상기 제1 단자에 접속되는 제2 단자와, 상기 제2 단자를 거쳐 상기 접속잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하도록 구성되는 출력 유닛을 구비하는 충전 모듈
    을 포함하고
    상기 제1 연결부는,
    반구 형상의 헤드부; 및
    상기 헤드부에서 연장 형성되며, 상기 헤드부의 최대 단면적부 보다 작은 단면적을 갖는 목부를 포함하고,
    상기 제2 연결부는,
    상기 헤드부를 수용하도록 형성되는 반구 형의 리세스부; 및
    상기 리세스부를 둘러싸도록 돌출 형성되어, 상기 목부에 걸리는 걸이부를 구비하는 측벽부를 포함하며,
    상기 제1 단자는,
    상기 헤드부의 자유단에 형성되는 자유단자; 및
    상기 헤드부의 최대 단면적부의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되는 링단자를 포함하는 것인 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단자는,
    상기 리세스부의 중앙에 형성되며, 상기 자유단자와 접속되는 중앙단자; 및
    상기 측벽부의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되며, 상기 링단자와 접속되는 내주단자를 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측벽부는, 외주면에 형성되는 외주 나사산을 포함하고,
    상기 제2 연결부는,
    중공부를 구비하고, 상기 중공부에 상기 외주 나사산과 나사 결합되는 내주 나사산이 형성되는 조임관을 더 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서포트 몸체는,
    상기 차량에 지지되는 지지면을 갖는 지지부;
    상기 지지부에서 상기 제1 연결부까지 연장 형성되는 연장부; 및
    상기 지지면에 중첩되도록 상기 연장부에 설치되며, 실리콘 플레이트와, 상기 실리콘 플레이트의 일 영역에 설치되며 상기 실리콘 플레이트보다 마찰 계수가 높은 재질의 강화 플레이트를 구비하는 부착 패드를 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 강화 플레이트는, 원형의 링 형태로 형성되는 스폰지층을 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 충전 몸체는, 충전면과, 상기 충전면에 반대되며 상기 제2 연결부가 설치되는 설치면을 포함하고,
    상기 출력 유닛은, 상기 충전면과 상기 설치면 사이에 배치되어 상기 충전면 측으로 상기 무선전력 신호를 출력하도록 구성되는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충전 몸체는,
    상기 충전면의 측부에서 돌출 형성되어, 상기 충전면에 놓여지는 무선전력 수신장치를 지지하도록 형성되는 지지 가드를 더 포함하는, 차량 장착용 무선전력 전송장치.
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