KR102149528B1 - 다기능 무선충전 장치 - Google Patents

Abstract

스마트폰과 스마트워치 등과 같은 서로 다른 무선 기기로 전력을 전송하여 배터리 충전할 수 있도록 하는 다기능 무선충전 장치가 개시된다. 이를 위한 본 발에 따른 다기능 무선충전 장치는 제1 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제1 무선전력 전송 수단과, 제2 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제2 무선전력 전송 수단과, 상기 제1 및 제2 무선전력 전송수단에 거치된 제1 및 제2 사용자 단말에 충전이 필요한지 여부를 판단하여 충전이 필요한 사용자 단말을 선택하고, 무선 전력 신호를 선택적으로 생성하여 선택된 사용자 단말로 전송하는 무선 전력 신호생성 및 제어 수단을 포함한다.

Description

다기능 무선충전 장치{Multi-function wireless charging device}

본 발명은 스마트폰과 스마트워치 등과 같은 서로 다른 무선 기기로 전력을 전송하여 배터리 충전할 수 있도록 하는 다기능 무선충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트폰과 스마트워치를 무선 충전방식을 사용하여 동시에 충전하면서도 전술한 스마트 기기와 연동된 시계, 스피커, 감성 조명 등을 결합한 다기능 무선 충전장치에 관한 것이다.

차세대 스마트 기기인 웨어러블 기기의 선두 주자인 스마트워치는 들고 다녀야 하는 불편함을 덜어주는데 강점이 있어 스마트폰에 대한 보조기기로 각광을 받고 있다. 예컨대, 스마트워치를 활용하여 스마트폰을 꺼내지 않고 통화, 메일/메시지 확인할 수 있으며, 전자지갑 기능으로 결제 기능을 수행할 수 있으며, 건강기기의 기능도 결합하여 사용이 폭발적으로 증대될 것으로 예상된다.

그러나 일반 대중에게 널리 보급되기 위해서는 좁은 탑재 공간에 따른 배터리 장착문제, 배터리 크기 제한에 따른 사용시간 문제, 작은 화면, 불편한 입력방식 등을 해결 하기 위한 기술적 고도화가 필요하다.

스마트폰과 스마트워치 등과 같은 휴대형 전자기기에는 사용자의 편의성을 높이기 위하여 구동 전원으로 재충전이 가능한 이차전지(배터리)가 이용되고 있다.

특히 선행특허기술(공개번호: 10-2012-0131779)에서는 다양한 휴대용 전자 기기의 사용상의 편의를 위해 유연성을 가지는 배터리를 개시하였다. 배터리를 굽히는 등 물리적인 변형이 일어나도 마주보며 반응하는 전극간의 간격이 매우 일정하게 유지됨으로써 안정적인 전기화학 반응이 일어나며, 전극층의 박리 현상을 방지하는 이점이 가진다.

선행특허기술(공개번호: 10-2012-0052644)에서는 가요성 전지 및 이를 전원으로서 포함하는 가요성 전자기기가 개시된다. 개시된 가요성 전지는 복수개의 단위셀들을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체를 밀봉하는 외장체를 포함하며, 상기 개개의 단위셀은 음극, 양극, 전해질층 및 상기 음극, 상기 양극 및 상기 전해질층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제1 고분자막을 포함하는데, 서로 미끄럼 접촉하는 복수개의 단위셀을 포함함으로써 우수한 가요성을 가지며 전지가 반복적으로 굽혀질 경우에도 안정적인 전기화학 반응이 일어날 수 있는 가요성 전지를 개시 하였다.

배터리는 외부 전원에 의한 충전으로 에너지가 저장되는데, 통상적으로 충전장치의 단자와 배터리의 단자가 서로 물리적으로 접촉됨으로써 전기적으로 연결되는 유선 충전 방식이 주로 이용되고 있다. 그러나, 상기와 같은 방식의 전기적 결합은 단자가 상호 물리적으로 결합되는 방식으로 이루어지므로, 물리적 마모 현상이 발생하여 접속 신뢰성이 저하될 수 있으며, 접촉 단자가 외부로 노출되는 형태가 많아 이물질에 의한 오염 등으로 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다.

또한, 수분이나 습기가 많은 환경에서는 전기 단락 사고가 발생하거나 충전된 에너지가 쉽게 소실되는 등의 문제가 발생될 수 있다.

이러한 접촉식 유선 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여 충전장치와 배터리의 단자가 물리적으로 비접촉되는 방식의 무선 충전 기술이 필요하다.

현재 많은 사람들이 스마트폰을 사용하고 있으며, 앞으로 스마트폰의 보조 장치로 스마트워치 사용이 활성화되면 가정의 침실 등에서 이들을 충전하기 위하여 유선 충전의 경우 별도의 유선 충전 장치와 이를 연결하기 위한 복잡한 케이블이 스마트 기기 별로 필요하게 되어 미관상의 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 스마트폰과 스마트워치를 하나의 무선 충전 장치로 손쉽게 동시에 무선 충전 할 수 있으며, 상기 스마트폰 또는 스마트워치와 같은 스마트 기기와 연동되는 감성 조명 기능, 시계 기능, 스피커 기능을 통합한 다기능 무선 충전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 다기능 무선충전 장치는 제1 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제1 무선전력 전송 수단과, 제2 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제2 무선전력 전송 수단과, 상기 제1 및 제2 무선전력 전송수단에 거치된 제1 및 제2 사용자 단말에 충전이 필요한지 여부를 판단하여 충전이 필요한 사용자 단말을 선택하고, 무선 전력 신호를 선택적으로 생성하여 선택된 사용자 단말로 전송하는 무선 전력 신호생성 및 제어 수단을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 사용자 단말은 손목 팔찌 형상의 스마트워치인 것이고, 상기 제1 무선전력 전송 수단은 상기 스마트워치가 일정한 간격으로 이격되어 거치된 상태에서 무선으로 전력을 전송할 수 있도록 원기둥 형상으로 구현된다.

상기 무선 전력 신호생성 및 제어 수단은 상기 제1 또는 제2 무선전력 전송 수단에 사용자 단말이 거치되지 않거나, 또는 사용자 단말이 거치된 상태이지만 충전이 필요 없는 경우로 판단되면, 해당 무선전력 전송 수단이 대기 전력 모드로 전환되도록 제어한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 무선 전력 신호생성 및 제어 수단은 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 (a) 상기 제1 사용자 단말이 상기 제1 무선전력 전송 수단에 거치되면, 상기 제1 사용자 단말로 신호 전송을 시작하고, (b) 상기 제1 사용자 단말로부터 수신 신호의 강도, 필요한 전력(배터리 잔여 용량과 관련된 정보)과 관련된 정보 및 식별자를 수신하고, (c) 상기 필요한 전력과 관련된 정보 및 상기 식별자를 이용하여 무선전력 신호를 선택적으로 생성하도록 구현된다.

한편, 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치는 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말과 근거리 무선 통신 연결을 지원하는 근거리 무선 통신 수단을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치는 상기 근거리 무선 통신 수단과 통신 연결된 상기 제1 또는 제2 사용자 단말로부터 수신한 제어신호에 기초하여 조명을 제공하는 조명 수단을 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치는 상기 근거리 무선 통신 수단과 통신 연결된 상기 제1 또는 제2 사용자 단말로부터 수신한 제어신호에 기초하여 오디오 신호 또는 보이스 신호를 출력하는 스피커 수단을 더 포함할 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치는 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말과 근거리 무선 통신 연결을 지원하는 근거리 무선 통신 수단을 더 포함하되, 상기 근거리 무선 통신 수단은 수신된 필요한 전력과 관련된 정보에 기초하여 통신 연결된 사용자 단말을 자동으로 선택하여 연결할 수 있다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 스마트폰과 스마트워치와 같은 스마트 기기 다수를 하나의 무선 충전 장치로 동시에 무선 충전 할 수 있으며, 또한 상기 스마트 기기와 연동하여 감성 조명 기능, 시계 기능, 스피커 기능을 통합하여 제공함으로써, 다수의 스마트기기를 충전하기 위해 별도의 충전장치를 각각 이용하는 것에 비해 전력소모를 줄일 수 있으며 사용자 편의성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다기능 무선 충전의 제1 사용 상태도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다기능 무선 충전의 제2 사용 상태도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치의 내부 구성을 도시한 블록구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치에서 스마트워치 무선 전력 전송부의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 무선 충전 대상이 되는 스마트워치 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

스마트폰 등 무선충전 제품에 적용 가능한 무선 충전 기술로는 자기 유도(Magnetic Induction) 방식과 자기 공명 (Magnetic Resonant) 방식 등의 무선 전력 전송 기술이 있다. 우선, 이들 방식에 대해 간략하게 살펴본 후, 이들 방식 중 어느 일 방식을 이용하여 스마트 장치에 무선으로 전력을 전송하는 본원발명에 따른 다기능 무선충전 장치를 설명한다.

자기유도 방식( Magnetic Induction )

자기유도 방식의 무선 충전 기술은 수cm 미만의 근거리에서 수 와트(Watt)급의 전송전력을 전송효율 60~90%를 가지는 실용화 단계의 기술이며, 세계무선충전협회(WPC, Wireless Power Consortium)는 2010년 5W급의 국제표준인 Qi 규격을 제정한 바 있다. 이와 같은 전자기유도 방식의 무선 충전 기술은 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변화하고, 이로 인하여 2차 코일을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기게 된다. 주파수 특성은 크게 영향을 받지 않으나, 각 코일을 포함하는 전력 송신장치 및 전력 수신장치 사이의 배열 및 거리에 따라 전력 효율이 영향을 받게 된다.

자기공명 방식( Magnetic Resonant )

자기공명 방식의 무선 충전 기술은 퀄컴, 삼성전자, SK텔레콤, LG전자 등이 참가하고 있는 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 표준화 되고 있는 무선 충전 방식으로 근접장 공명(Near Field Resonant)를 이용하여 5cm 정도에서 충전이 가능하며, 다양한 크기의 복수 단말기들을 동시에 충전 가능하다. 자기 유도 방식에 비해 전력 송신장치 및 전력 수신장치 사이의 배열 및 거리의 영향을 덜 받으며, 다수개의 단말기를 동시에 무선 충전 할 수 있는 장점을 가진다.

용량결합 방식( Capacitive Coupling )

2011년 CES에서 일본 무라타는 용량결합(Capacitive Coupling)방식의 무선 충전 기술을 발표 시연하였다. 용량결합 방식은 전력 송신장치 및 전력 수신장치 사이의 거리가 0.1cm에서 1cm 이내로 근접되어 있다는 가정하에, 무선 결합 방식을 인덕터나 코일을 사용하는 자기 유도 결합 대신에 캐패시터를 사용한 용량 결합 방식을 사용한다. 용량 결합 방식은 전력 송신장치에 전력 전송 전극과 전력 수신장치의 전력 수신 전극이 커다란 캐패시터를 구성하는 구조로, 코일에 비해 제조가 간단하고, 충전시 열이 발생하지 않는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 다기능 무선 충전장치는 침실 탁자나 사무실 책상 위에 위치하며 침실이나 사무실에서 필요한 기능이 통합되어 하나의 무선 충전 장치로 제공된다. 최근 스마트폰의 사용 확대로 인하여 침실에서도 2대 이상의 스마트폰 충전장치가 필요하게 되었으며, 웨어러블 기기의 선두 주자인 스마트워치 또한 향후 보급이 늘어날 전망이다. 또한 최근 유선 충전기의 출력 단자를 스마트 기기의 소켓에 연결하여 충전하는 유선 충전을 대신하여 스마트 기기를 무선 충전 패드에 올려 놓기만 하면 충전이 되는 자기 유도 방식의 무선 충전 기기가 활성화 되어 사용하기 시작하였다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 무선 충전 기술로는 전술한 WPC의 자기 유도 방식, A4WP의 자기 공명 방식, 무라타의 용량 결합 방식 중 어느 하나의 방식이 이용될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시 예에서는 현재 활성화 되어 있는 자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 적용하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다기능 무선 충전의 제1 사용 상태도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다기능 무선 충전 장치는 손목 형태를 모사한 원기둥 형태의 스마트워치 무선 전력 전송부(200), 스마트워치 충전 상태 표시부(290), 제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1), 제1 스마트폰 충전 상태 표시부(490-1), 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2), 제2 스마트폰 충전 상태 표시부(490-2), 조작 스위치부(700), 감성 조명 LED부(810), 시계부(820), 스피커부(830)로 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 다기능 무선 충전 장치는 도 1에 표시되어 있지는 않지만 무선전력 신호생성 및 제어부(500), 근거리 무선통신부(600)를 더 포함할 수 있다. 이에 대한 구체 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

한편, 본 발명의 실시예로 1개의 스마트워치 무선 전력 전송부(200)와, 2개의 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1, 400-2)로 구성되는 다기능 무선충전 장치를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 개수의 스마트기기를 동시에 충전할 수 있도록 설계가 변경될 수 있음은 물론이다.

스마트워치 무선 전력 전송부(200)는 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)를 무선 충전할 수 있는 손목 형태를 모사한 원기둥 형태의 디자인을 가진다. 사용자가 차고 있던 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)를 빼서 스마트워치 무선 전력 전송부(200)에 끼는 것 만으로 충전이 시작된다.

스마트워치 무선 전력 전송부(200) 표면의 하부에는 1차 코일이 장착된다. 상기 스마트워치 무선 전력 전송부(200)는 상기 1차 코일과 스마트워치(100)의 2차 코일 사이에 수직 방향으로 작은 공간이 형성되게 설계되며, 이를 통해 높은 무선 전력 전송 효율로 무선 충전이 가능하다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 스마트워치 무선 전력 전송부(200)는 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)가 세로 방향으로 끼워 충전될 수 있도록 설계됨으로써, 사용자는 충전 중인 상태에서도 별도의 조작 없이 사용자의 시야 각도로 스마트워치의 기본 기능인 시계 기능, 메시지/문자 알림 기능을 손쉽게 볼 수 있으며, 미관상으로도 잘 정돈된 형태로 장점을 가진다.

스마트워치 충전 상태 표시부(290)는 스마트워치 무선 전력 전송부(200)에 체결된 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)의 배터리 수준 및 충전 상태를 표시하는 데 사용된다.

제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1)는 제1 스마트폰(300-1)을 무선 충전하는 용도로 사용되며, 사용자의 시야각과 무선 충전중인 스마트폰의 안정적인 보관을 위해 다기능 무선 충전 장치의 전면에서 약간 들어간 위치에 약 30도 정도 기울어진 각도로 위치된다.

제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1) 표면의 하부에는 1차 코일이 장착된다. 1차 코일이 장착된 상부 즉, 제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1) 표면은 제1 스마트폰(300-1)이 놓여질 인터페이스 표면을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 인터페이스 표면의 상부에 제1 스마트폰(300-1)이 놓여지게 되며, 상기 1차 코일과 제1 스마트폰(300-1)의 후면에 위치한 2차 코일 사이의 수직 공간이 작게 형성됨으로써 높은 무선 전력 전송 효율로 무선 충전이 가능하다.

제1 스마트폰 충전 상태 표시부(490-1)는 제1 스마트폰 무선 전력 전송부 (400-1)에 놓여진 제1 스마트폰(300-1)의 배터리 수준 및 충전 상태를 표시하는 데 사용된다.

제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)는 필요한 경우 다기능 무선 충전 장치의 내부 공간에 수납되어 있다가 필요할 때 외부로 확장되며, 제2 스마트폰 (300-2)을 무선 충전하는데 사용된다.

예컨대, 충전할 스마트폰이 하나인 경우, 제2 스마트폰 무선 전력 전송부 (400-2)와 제2 스마트폰 충전 상태 표시부(490-2)는 다기능 무선 충전 장치의 내부 공간에 위치하여 외부에서는 보이지 않으며 동작하지 않는다. 충전할 스마트폰이 2개인 경우, 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)와 제2 스마트폰 충전 상태 표시부(490-2)는 다기능 무선 충전 장치의 내부로부터 밖으로 확장되어 제2 스마트폰 (300-2)을 무선 충전하는데 사용된다.

이와 같은 본원발명에 따르면, 사용자가 충전할 스마트폰이 1개인 경우, 여분의 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)를 장치 내부에 수납함으로써, 무선 충전 장치가 차지하는 면적을 최소화하고, 또한 상기 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)에 인가되는 전력을 차단함으로써 불필요한 소모전력을 줄일 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본원발명에 따르면, 충전할 스마트폰이 2개인 경우 별도의 추가 무선 충전 장치를 추가할 필요 없이 무선 충전 장치의 내부에서 여분의 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)를 외부로 확장하여 사용함으로써, 사용자는 손쉽게 2대의 스마트폰을 무선 충전 할 수 있다.

상기 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2) 또한 제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1)와 마찬가지로 사용자의 시야각과 무선 충전중인 스마트폰의 안정적인 보관을 위해 다기능 무선 충전 장치의 앞 표면에서 약간 들어간 위치에 약간 기울어진 각도로 위치한다.

1차 코일이 탑재되는 위치 및 스마트폰을 충전하는 방식, 및 배터리 수준 및 충전 상태 표시와 관련된 기술적 사상은 상기 제1 스마트폰 충전 상태부(490-1)에서 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 구체 설명은 상기 제1 스마트폰 충전 상태부(490-1)에 대한 설명으로 갈음한다.

조작 스위치부(700)는 다기능 무선 충전 장치의 전면에 위치하며 감성 조명 LED(810)의 모드설정 제어, 근거리 무선통신부(600)와 연동될 스마트 기기 선택, 스피커부(830)으로부터 발생되는 알람 제어, 시계부(820) 제어 등의 기능을 수행한다.

감성 조명 LED부(810)는 다기능 무선 충전 장치의 윗면에 위치하며, 침실에서 필요한 일반적인 조명 장치의 단순 조명 기능은 물론, 스마트 기기와 연동되어 기 프로그램된 색상으로 시간에 따라 주기적으로 변하거나, 스마트 기기에서 연주되는 노래에 따라 색상이 변하게 하는 등 다양한 감성적 서비스가 가능하다.

시계부(820)는 다기능 무선 충전 장치의 전면 중앙부에 위치하며, 야간에 침실에서 언제나 시간을 손쉽게 식별할 수 있는 시계 기능을 수행한다. 이러한 시계 기능은 시계부(820) 내에 별도의 시계 전자 장치를 구성할 수도 있고, 근거리 무선통신과 연동된 스마트 기기로부터 입력 받은 시간을 디스플레이 할 수도 있다.

스피커부(830)는 다기능 무선 충전 장치의 전면 중앙부에 위치하며, 근거리 무선통신과 연동된 스마트 기기로부터 입력 받은 음악과 알람음 등을 출력하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명에 따른 다기능 무선 충전의 제2 사용 상태도를 도시한 도면이다.

도 1과의 차이점은 충전하고자 하는 스마트폰이 1대이므로 2대 충전을 위해 왼쪽으로 확장되었던 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)와 제2 스마트폰 충전 상태 표시부(490-2)가 다기능 무선 충전 장치의 내부로 이동되어 외부에서는 보이지 않게 되었으며, 차지하는 면적과 소모전력 또한 감소되는 특징과 장점을 가진다.

도 3은 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치의 내부 구성을 도시한 블록구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다기능 무선 충전 장치는 스마트워치 무선 전력 전송부(200), 스마트워치 충전 상태 표시부(290), 제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1), 제1 스마트폰 충전 상태 표시부(490-1), 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2), 제2 스마트폰 충전 상태 표시부(490-2), 조작 스위치부(700), 감성 조명 LED부(810), 시계부(820), 스피커부(830)와 무선전력 신호생성 및 제어부(500), 근거리 무선통신부(600)를 포함하여 구성된다.

도 3의 설명에서는 도 1의 설명에서 중복된 부분을 제외하고 설명하지 않은 부분에 대하여 기술한다.

무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 스마트폰과 스마트워치가 충전이 필요한지를 판단하고, 무선 충전이 필요한 경우 무선 전력 신호를 통합 생성 및 제어하고, 생성된 무선 전력 전송 신호를 전송하는 기능을 수행한다.

무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 스마트워치 무선전력 전송부(200)에 충전할 스마트워치(100)가 존재하지 않거나, 또는 스마트워치(100)가 존재하지만 충전이 필요 없는 경우에는 스마트워치 무선전력 전송부(200)가 대기 전력 모드에 들어가 전력소모를 최소화하도록 한다.

만약, 충전을 원하는 스마트워치(100)가 스마트워치 무선전력 전송부(200)가 거치되는 경우, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 스마트워치 무선전력 전송부(200)를 통해 무선 전력 신호를 스마트워치(100)로 전송하는데, 그 구체적인 과정을 아래에 기술한다.

먼저, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 신호 수신을 기다리고 있는 스마트워치(100) 내의 무선전력 수신부에 신호 전송을 시작하고, 스마트워치 내의 무선전력 수신부는 수신된 신호강도를 제공하는 응답을 무선전력 신호생성 및 제어부(500)로 전달한다. 여기서, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)와 스마트워치 내의 무선전력 수신부 사이의 신호 송수신은 스마트워치 무선전력 전송부(200)를 통하여 이루어 진다.

스마트워치(100) 내의 무선전력 수신부는 필요한 전력(배터리 잔여 용량과 관련된 정보)과 자신의 식별자를 전송하고, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 스마트워치 무선전력 전송부(200)를 통해 받은 필요 전력과 식별자를 이용해 전력 전송을 위한 구성으로 무선전력 신호를 생성하고 스마트워치 무선전력 전송부(200)를 거쳐 스마트워치(100)내의 무선전력 수신부로 전력 송신을 수행한다.

또한, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 스마트워치(100)의 배터리 수준 및 충전 상태를 감지하여 스마트워치 충전 상태 표시부(290)에 표시한다.

한편, 무선전력 신호생성 및 제어부(500)에서 수행되는 스마트폰 무선 충전을 위한 구체적인 프로세서는 전술한 스마트워치를 충전하기 위한 구체 프로세스와 동일하므로, 이에 대한 설명을 생략한다.

상기 무선전력 신호생성 및 제어부(500)는 본 실시예에서 최대 3개의 무선전력 전송부를 통하여 무선전력 전송을 수행하는 것으로 설명되었지만, 상기 무선전력 신호생성 및 제어부(500)를 구성하는 공유 가능한 많은 부분의 하드웨어를 공유함으로써 하드웨어 사용량 및 전력 소모를 최소화하여, 그 이상의 스마트 기기에 대한 무선전력 전송을 수행할 수 있다.

근거리 무선통신부(600)는 충전이 필요한 스마트폰과 스마트워치 중에서 조작 스위치부(700)에 의해 선택된 하나의 스마트 기기와 근거리 무선통신으로 연결되어 통신하는 기능을 수행한다.

또는, 근거리 무선통신부(600)는 조작 스위치부(700)에 의한 사용자의 선택 입력이 없어도, 자동으로 연결 대상 스마트 기기를 선택할 수 있다.

예컨대, 상기 근거리 무선통신부(600)는 각각의 무선 전력 전송부(200,400-1,400-2)에 거치된 스마트 기기로부터 수신한 필요한 전력(배터리 잔여 용량과 관련된 정보)과 관련된 정보에 기초하여, 가장 많은 배터리 잔여 용량을 가진 스마트 기기를 자동으로 선택하여 통신 연결할 수 있다.

한편, 근거리 무선통신부(600)는 연동된 스마트 기기의 제어에 의해 감성 조명 LED부(810)로 제어 신호를 출력한다. 제어 신호를 받은 감성 조명 LED(810)은 밝기와 색상을 변화하여 다양한 감성적 서비스를 제공한다.

근거리 무선통신으로 연동된 스마트 기기로부터 입력 받은 시간을 디스플레이 하는 시계부(820)가 제공되는 경우, 근거리 무선통신부(600)는 시계부(820)에 연동된 스마트 기기로부터 입력 받은 시간을 제공하여 현재 시간을 디스플레이 할 수 있게 한다. 근거리 무선통신부(600)는 연동된 스마트 기기의 제어에 의해 스피커부(830) 로 음악과 알림음 등을 출력한다.

도 4는 본 발명에 따른 다기능 무선충전 장치에서 스마트워치 무선 전력 전송부의 단면을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서 스마트워치 무선 전력 전송부(200)는 무선전력 신호생성 및 제어부(500)의 전력신호와 제어를 받아 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)를 무선 충전하는 기능을 수행하는데, 사용자는 차고 있던 손목 팔찌 형태의 스마트워치(100)를 빼서 스마트워치 무선 전력 전송부(200)에 끼는 것 만으로 충전이 시작된다.

스마트워치 무선 전력 전송부(200)는 내부가 중공인 원형의 형상을 가질 수 있으며, 무선전력 전송을 위해 사용되는 코일이 포함된 층과, 이 층을 보호하기 위한 다층 구조로 형성된다.

예컨대, 상기 스마트워치 무선 전력 전송부(200)의 가장 바깥 층과 가장 안쪽 층에는 플라스틱 등으로 구현될 수 있는 외부층(210)을 포함하는데, 이는 외부로부터 충격과 흠집에 대하여 보호하고 구조물을 유지하는 역할을 한다.

또한, 상기 외부층(210)은 사용자 시야각의 반대편인 뒤쪽 하단부에 사각형 또는 타원형 형태의 돌출부를 두어 팔찌 형태의 스마트워치가 원형의 스마트워치 무선 전력 전송부 위에서 돌아가지 않게 한다.

외부층(210) 안쪽에 돌출부 부분의 안쪽을 제외하고 1차 코일을 구성하는 무선 전력 전송부층(220)이 위치하며, 무선 전력 전송부층(220)의 하부에는 불필요한 부분으로의 자기장 차폐와 와전류(Eddy Current)를 감소시켜 생성되는 자속을 크게 하기 위해 페라이트 쉬트(Ferrite Sheet) 등으로 구성되는 차폐막층(230)이 구성된다.

상기 1차 코일의 패턴은 1차 코일에 흐르는 전류에 의하여 생성되는 자속의 방향이 원형 스마트워치 무선 전력 전송부의 외각쪽(바깥쪽)으로 발생되도록 설계 제작된다.

본 발명에 따른 스마트워치 무선 전력 전송부(200)의 특징으로는 첫째 손목 형태를 모사한 원기둥 형태의 디자인을 가지며, 둘째 사용자 시야각의 반대편인 뒤쪽 하단부에 사각형 또는 임의 형태의 돌출부를 두어 팔찌 형태의 스마트워치가 돌아가지 않게 하여 줌으로써, 스마트워치 무선 전력 전송부(200)에 장착된 스마트워치의 디스플레이부가 항상 사용자가 보기에 좋은 각도를 유지하며, 무선 충전 시에도 가장 무선 전력 전송 효율이 좋은 자리에 정확하게 위치하게 되는 것에 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 무선 충전 대상이 되는 스마트워치 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 스마트워치는 기존의 시계 본체와 금속이나 가죽 재질의 시계줄로 구분되어 있던 일반적인 손목시계 형태를 벗어나 시계 본체와 시계줄의 구분이 없어진 유연한 손목팔찌 형태의 스마트워치이다. 이는 유연성을 가지는 커다란 디스플레이와 유연성을 가지는 배터리, 블루투스와 NFC 등의 근거리 무선통신 기능과 무선 충전 기능이 기본 탑재된 형태와 함께 배터리 탑재를 위한 공간상의 장점을 가진다.

본 발명에서 제안하는 스마트워치 단면의 구성을 살펴보면 스마트워치 제일 외각 중심에 유연성을 가지는 커다란 디스플레이(110)가 위치하고, 나머지 부분에는 스마트워치를 보호하고 손목 착용과 탈착시를 고려해 약간의 유연성을 가지는 외부 보호층(130)이 위치한다. 디스플레이(110)의 하부에는 스마트워치를 구동하는 연산부, 제어부, 메모리부, 통신부 등으로 구성되는 스마트워치 메인부(120)가 위치한다. 스마트워치 메인부(120)의 양쪽 부분으로 외부 보호층(130) 밑에는 커다란 부피의 유연성을 가지는 배터리부(140)가 양쪽으로 분할되어 구성되는데 이들 분할된 배터리부(140)는 서로 전기적으로 연결되어 하나의 배터리로 동작하게 된다. 상기 스마트워치 메인부(120)와 양쪽으로 분할된 배터리부(140) 밑부분에는 자기장 차폐와 와전류(Eddy Current)를 감소시켜 생성되는 자속을 크게 하기 위해 페라이트 쉬트(Ferrite Sheet) 등으로 구성되는 차폐막층이 구성된다.

차폐막층의 하부에는 2차 코일을 구성되는 무선전력 수신부(150)가 위치한다. 상기 2차 코일이 가지는 패턴은 상기 스마트워치 무선 전력 전송부(200)내의 1차 코일이 가지는 패턴과 대응되어 결합 효율을 증가시켜 무선 전력 전송 효율을 높이는 것이 바람직하다.

상기 스마트워치 무선 전력 전송부(200)내의 1차 코일을 구성되는 무선 전력 전송부층(220)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변화하고, 이로 인하여 스마트워치 후면 내에 위치한 2차 코일을 구성되는 무선전력 수신부(150)를 지나는 자속이 변하게 되어 무선전력 수신부(150)측에 유도 기전력이 생기게 되어 무선 충전이 완성된다. 이때 무선 전력 전송부(200)내의 무선 전력 전송부층(220)과 스마트워치 내의 무선전력 수신부(150)의 위치 정합과 거리가 무선충전 효율에 영향을 주기 때문에 중요하다. 무선전력 수신부(150)의 하부에는 손목과 접촉되는 부분으로 내부 보호층(160)이 위치한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 스마트워치 200: 스마트워치 무선전력 전송부
290: 스마트워치 충전상태 표시부 400-1,2: 스마트폰 무선전력 전송부
490-1,2: 스마트폰 충전상태 표시부 500: 무선전력 신호생성 및 제어부
700: 조작 스위치부 810: 감성조명 LED부
820: 시계부 830: 스피커부

Claims (9)

1. 제1 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제1 무선전력 전송 수단과,
   제2 사용자 단말에 무선으로 전력을 전송하는 제2 무선전력 전송 수단과,
   상기 제1 및 제2 무선전력 전송수단에 거치된 제1 및 제2 사용자 단말에 충전이 필요한지 여부를 판단하여 충전이 필요한 사용자 단말을 선택하고, 무선 전력 신호를 선택적으로 생성하여 선택된 사용자 단말로 전송하는 무선 전력 신호생성 및 제어 수단을 포함하되,
   상기 제2 무선전력 전송 수단은,
   제1 스마트폰(300-1)을 무선 충전하는 용도로 사용되는 제1 스마트폰 무선 전력 전송부(400-1)와, 제2 스마트 폰(300-2)을 무선 충전하는 용도로 사용되는 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)를 포함하되,
   상기 제2 스마트폰 무선 전력 전송부(400-2)는 다기능 무선 충전 장치의 내부 공간에 수납되어 휴지 상태에 있다가 사용자 입력에 의해 외부로 확장되면서 동작 상태로 전환하는 것인 다기능 무선 충전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 사용자 단말은 손목 팔찌 형상의 스마트워치인 것이고, 상기 제1 무선전력 전송 수단은, 상기 스마트워치가 일정한 간격으로 이격되어 거치된 상태에서 무선으로 전력을 전송할 수 있도록 원기둥 형상으로 구현된 것
   인 다기능 무선 충전장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 신호생성 및 제어 수단은,
   상기 제1 또는 제2 무선전력 전송 수단에 사용자 단말이 거치되지 않거나, 또는 사용자 단말이 거치된 상태이지만 충전이 필요 없는 경우로 판단되면, 해당 무선전력 전송 수단이 대기 전력 모드로 전환되도록 제어하는 것
   인 다기능 무선충전 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 신호생성 및 제어 수단은 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
   (a) 상기 제1 사용자 단말이 상기 제1 무선전력 전송 수단에 거치되면, 상기 제1 사용자 단말로 신호 전송을 시작하고,
   (b) 상기 제1 사용자 단말로부터 수신 신호의 강도, 필요한 전력(배터리 잔여 용량과 관련된 정보)과 관련된 정보 및 식별자를 수신하고,
   (c) 상기 필요한 전력과 관련된 정보 및 상기 식별자를 이용하여 무선전력 신호를 선택적으로 생성하도록 구현된 것
   인 다기능 무선충전 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말과 근거리 무선 통신 연결을 지원하는 근거리 무선 통신 수단
   을 더 포함하는 다기능 무선충전 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 근거리 무선 통신 수단과 통신 연결된 상기 제1 또는 제2 사용자 단말로부터 수신한 제어신호에 기초하여 조명을 제공하는 조명 수단
   을 더 포함하는 다기능 무선충전 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 근거리 무선 통신 수단과 통신 연결된 상기 제1 또는 제2 사용자 단말로부터 수신한 제어신호에 기초하여 오디오 신호 또는 보이스 신호를 출력하는 스피커 수단
   을 더 포함하는 다기능 무선충전 장치.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말과 근거리 무선 통신 연결을 지원하는 근거리 무선 통신 수단을 더 포함하되,
   상기 근거리 무선 통신 수단은 수신된 필요한 전력과 관련된 정보에 기초하여 통신 연결된 사용자 단말을 자동으로 선택하여 연결하는 것
   인 다기능 무선충전 장치.

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