KR102157255B1 - 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대 - Google Patents

무선전력 전송을 위한 차량용 거치대 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체를 갖는, 서포트 유닛; 및 상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 충전 몸체에 설치되는 흡착 모듈과, 차량의 전원잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하고 상기 무선전력 신호를 상기 흡착 모듈에 흡착 고정된 무선전력 수신장치로 전송하는 출력 모듈을 갖는, 충전 유닛을 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대를 제공한다.

Description

무선전력 전송을 위한 차량용 거치대{WIRELESS POWER TRANSMITTING CRADLE FOR VEHICLE}
본 발명은 무선전력을 전송하기 위한 차량용 거치대에 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 충전 시스템이 제안되고 있다.
이러한 무선 전력 충전 시스템은 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있으나, 차량 내에서 사용될 수도 있다. 이와 관련하여, 현재의 차량 내부에는, 휴대용 전자기기와 같은 무선전력 수신장치를 간편하게 거치할 수 있으면서도 무선 전력 충전이 가능한 별도의 구조체가 구비되어 있지 않다. 이에 따라, 사용자가 휴대용 전자기기를 거치하여 무선 충전하는 것이 쉽지 않다. 또한, 차량 내부에 거치된 휴대용 전자기기의 디스플레이를 통해 동영상 등을 시청하려고 하는 경우, 착석자가 바라보는 방향에 따라 디스플레이의 출력 방향을 바꿀 필요가 있는데, 이 경우 무선 전력 충전 시스템에 대한 휴대용 전자기기의 배치가 변경되어 무선 전력을 안정적으로 공급하기 어려운 점이 있다.
아울러, 차량은 엔진의 떨림 또는 노면 요철 등을 인해 주행 중에 진동이 발생하게 된다. 이러한 진동은 차량 내부로 전달되어, 차량 내부에 설치된 무선 전력 충전 시스템과, 이에 거치된 휴대용 전자기기에도 전달될 수 있다. 이 경우, 휴대용 전자기기는 차량의 진동으로 인해 무선 전력 충전 시스템에 정위치되지 못할 수 있고, 이에 의해 충전 효율이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 차량에 설치되는 무선 전력 충전 시스템은, 진동이 발생하는 경우에도 휴대용 전자기기를 안정적으로 고정할 수 있게 구성될 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 무선전력 수신장치에 대한 무선 충전을 수행하면서도 충전되고 있는 무선전력 수신장치의 배치 상태를 자유롭게 바꿀 수 있게 하며, 무선전력 수신장치를 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대는, 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체를 갖는, 서포트 유닛; 및 상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 충전 몸체에 설치되는 흡착 모듈과, 차량의 전원잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하고 상기 무선전력 신호를 상기 흡착 모듈에 흡착 고정된 무선전력 수신장치로 전송하는 출력 모듈을 갖는, 충전 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 서포트 유닛은, 상기 차량의 전원잭에 접속되도록 형성되는 접속잭; 및 상기 제1 연결부에 설치되며 상기 접속잭과 전기적으로 연결되는 제1 단자를 더 포함하고, 상기 충전 유닛은, 상기 제2 연결부에 설치되며 상기 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 더 포함하며, 상기 출력 모듈은, 상기 제2 단자를 통해 상기 전력을 입력받도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 충전 몸체는, 수용부를 갖는 하우징을 더 포함하고, 상기 출력 모듈은, 상기 수용부에 내장될 수 있다.
여기서, 상기 흡착 모듈은, 상기 하우징의 외부로 노출되도록 배치되는 흡착 패드; 상기 하우징을 관통하여 상기 흡착 패드와 연결되는 중심부재; 및 상기 중심부재와 연결되어 상기 중심부재를 잡아당길 수 있게 형성되는 조작 레버를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 몸체는, 상기 하우징에 형성되고, 상기 수용부와 연통되는 개구부; 및 상기 개구부를 형성하는 상기 하우징의 끝단부를 더 포함하고, 상기 흡착 패드는, 상기 개구부의 외측에 상기 끝단부와 이격되어 배치되고, 상기 조작 레버에 의해 상기 중심부재가 잡아당겨지는 경우에 상기 끝단부와 접하도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 끝단부는, 하나의 평면 상에 폐루프를 이루도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 흡착 모듈은, 상기 수용부의 내면과 상기 흡착 패드에 양단이 각각 고정되는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 출력 모듈은, 상기 무선전력 신호를 발진하고, 상기 중심부재가 관통되는 중앙홀을 갖는 전송 코일; 및 상기 전송 코일에 의한 상기 무선전력 신호의 발진을 제어하는 전송 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 출력 모듈은, 상기 전송 제어부가 설치되고, 상기 수용부 및 상기 서포트 몸체 중 어느 하나에 설치되는 기판을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 유닛은, 상기 전송 제어부의 제어하에 상기 출력 모듈의 전송 상태를 표시하는 발광부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 서포트 몸체는, 상기 차량에 지지되는 지지면을 갖는 지지 모듈; 및 상기 지지 모듈에서 상기 제1 연결부까지 연장 형성되는 연장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지지 모듈은, 상기 연장부와 연결되는 하우징; 상기 지지면과 중첩 배치되는 흡착 패드; 상기 하우징을 관통하여 상기 흡착 패드와 연결되는 중심부재; 및 상기 중심부재와 연결되어 상기 중심부재를 잡아당길 수 있게 형성되는 조작 레버를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 연결부는, 구형의 헤드부; 및 상기 헤드부에서 연장 형성되고, 상기 헤드부의 최대 단면적부 보다 작은 단면적을 갖는 목부를 포함하고, 상기 제2 연결부는, 상기 헤드부를 수용하도록 형성되는 리세스부; 상기 리세스부를 둘러싸도록 돌출 형성되고, 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 포함하고, 상기 제2 단자는, 상기 리세스부의 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.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대에 의하면, 서포트 유닛과 충전 유닛이 상호 회전 가능하게 연결되므로, 무선전력 수신장치가 무선 충전 중인 경우에도 무선전력 수신장치의 배치 상태를 자유롭게 바꿀 수 있게 된다. 이는 무선전력 수신장치의 배치에 관한 자유도를 높여 사용자의 수신장치에 대한 활용 편의성을 높인다.
아울러, 무선전력 수신장치가 흡착 모듈에 의해 흡착 고정되므로, 고정력이 우수하고 거치가 간편함은 물론, 거치할 수 있는 무선전력 수신장치의 사이즈에 대한 제약도 상대적으로 적다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 충전 유닛(200)에 무선전력 수신장치(300)가 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 단면도이다.
도 4는 도 1의 충전 유닛(200)의 출력 모듈(270)과 무선전력 수신장치(300) 사이의 무선 충전에 대해 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 5 내지 도 10은 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)로부터 무선전력 수신장치(300)의 배터리셀 모듈(330)이 멀어지는 정도에 따른 충전효율을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대에 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 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 충전 유닛(200)에 무선전력 수신장치(300)가 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)는 차량의 대쉬 보드(D) 상에 설치될 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)는, 서포트 유닛(100)과, 충전 유닛(200)을 포함할 수 있다.
서포트 유닛(100)은 대쉬 보드(D)에 의해 지지되는 구성이다. 구체적으로, 서포트 유닛(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[지지 모듈(115, 도 2)]이 넓은 단면적을 갖고 충전 유닛(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. 이와 달리, 전선(131)은 충전 유닛(200)과 직접 연결될 수도 있다. 제1 단자(150)는 접속잭(130)을 통해 입력된 전력을 충전 유닛(200)로 전달하기 위한 매개체가 된다.
충전 유닛(200)은 서포트 유닛(100)에 연결되며, 무선전력 수신장치(300)의 충전을 위한 무선전력 신호를 출력하는 구성이다. 충전 유닛(200)은 전체적으로 직육면체 형상을 가질 수 있다. 충전 유닛(200)의 일 측에는 무선전력 수신장치(300)가 장착될 수 있다. 구체적으로, 충전 유닛(200)에는 흡착 모듈(250)이 구비될 수 있고, 무선전력 수신장치(300)는 이 흡착 모듈(250)과 흡착되어 고정될 수 있다. 이때, 무선전력 수신장치(300)는, 휴대폰이나 음악 재생기 등과 같은 휴대용 전자기기일 수 있으며, 그 사이즈가 다양할 수 있다. 이러한 무선전력 수신장치(300)가 무선 충전되기 위한 구성은 도 4를 참조하여 후술한다.
이상의 서포트 유닛(100)과 충전 유닛(200)에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 단면도이다.
본 도면들을 참조하면, 서포트 유닛(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, 지지 모듈(115)과, 연장부(129)를 포함할 수 있다.
제1 연결부(111)는 연장부(129)의 양단부 중에 지지 모듈(115)이 위치한 일 단부에 반대되는 타 단부 측에 위치한다. 제1 연결부(111)는 충전 유닛(200)과의 기계적 연결을 위한 구성이다. 구체적으로, 제1 연결부(111)는, 헤드부(112)와, 목부(113)를 포함할 수 있다. 헤드부(112)는 구의 형상을 가질 수 있다. 목부(113)는 헤드부(112)를 연장부(129)에 연결하는 부분으로서, 헤드부(112)의 최대 단면적부[링단자(153)가 형성된 부분] 보다 작은 단면적을 갖도록 형성된다.
지지 모듈(115)은 차량에 지지되는 부분으로서, 서포트 몸체(110) 중에 가장 넓은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 지지 모듈(115)은 차량과 접촉하는 평탄한 면인 지지면(121a)을 가질 수 있다. 지지 모듈(115)은 하우징(117), 흡착 패드(121), 중심부재(123), 조작 레버(125), 및 탄성체(127)를 포함할 수 있다.
하우징(117)은 연장부(129)와 연결되고, 전체적으로 반구형으로 형성된다. 하우징(117)의 하단에는 개구부(118)가 형성된다. 이 개구부(118)는 원형의 단면을 갖도록 형성되므로, 개구부(118)를 형성하는 하우징(117)의 끝단부(119)도 하나의 평면 상에 원형의 폐루프를 이루도록 형성된다.
흡착 패드(121)는 실리콘 재질로 형성되며, 원판의 형상을 가질 수 있다. 흡착 패드(121)는 중앙 영역에 지지면(121a)과 소정의 간격을 두고 이격 형성되는 간극부(121b)를 가진다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 흡착 패드(121)의 지지면(121a)에는 차량에 대한 흡착력을 강화하기 위해 강화 플레이트가 더 구비될 수도 있다. 강화 플레이트는 흡착 패드(121) 보다 마찰 계수가 높은 재질로 형성될 수 있고, 흡착 패드(121)의 둘레 방향을 따라 원형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 강화 플레이트는 압축된 하드(hard) 타입의 스폰지 재질로 형성될 수 있다. 스폰지는 탄성이 있는 해면상의 다공질물질로서, 주로 합성수지로 형성된다.
중심부재(123)는 하우징(117)을 관통하여 흡착 패드(121)의 중앙 영역과 연결된다.
조작 레버(125)는 중심부재(123)와 회전 가능하게 연결된다. 조작 레버(125)는 하우징(117)의 외면에 지지되어 지렛대의 원리로 중심부재(123)를 잡아당길 수 있게 형성된다.
탄성체(127)는 중심부재(123)를 감싸도록 형성되고, 그의 양단이 각각 하우징(117)의 내면과 흡착 패드(121)에 지지된다. 탄성체(127)는 조작 레버(125)가 해제되는 경우 흡착 패드(121)를 밀어 흡착 패드(121)가 대쉬 보드(D, 도 1)와 분리되도록 한다.
연장부(129)는 지지 모듈(115)에서 제1 연결부(111)까지 연장 형성되는 부분이다. 연장부(129)는 충전 유닛(200)이 차량의 대쉬 보드(D)에서 이격되어야 할 간격을 고려하여 그 길이가 결정될 수 있다.
접속잭(130)은 앞서 설명한 바대로, 차량의 전력을 끌어오기 위한 구성이다. 접속잭(130)은 전선(131)을 통해 지지 모듈(115)에 연결된다. 이와 달리, 전선(131)은 충전 유닛(200)에 직접 연결될 수도 있다.
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 유닛(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)는 링 형상의 금속으로 구성될 수 있다. 이상과 달리, 제1 단자(150)는 제1 연결부(111)가 아닌 다른 구성에 설치될 수도 있다.
충전 유닛(200)은, 충전 몸체(210)와, 제2 단자(230)와, 흡착 모듈(250)과, 출력 모듈(270)과, 발광부(290)를 포함할 수 있다.
충전 몸체(210)는 수용부(211)를 갖는 원통형의 하우징(213)을 포함할 수 있다. 하우징(213)은 수용부(211)와 연통 형성되는 개구부(215)를 갖는다. 이 개구부(215)는 원형의 단면을 갖도록 형성되므로, 개구부(215)를 형성하는 하우징(213)의 끝단부(217)도 하나의 평면 상에 원형의 폐루프를 이루도록 형성된다. 충전 몸체(210)는 수용부(211)에 설치되어 출력 모듈(270)을 지지하는 지지부재(219)를 포함할 수 있다. 또한, 충전 몸체(210)는 제2 연결부(211)가 편심되어 형성되는 설치면(210a)을 포함할 수 있다. 제2 연결부(211)는 서포트 유닛(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 반구형으로 리세스되어 형성된다. 측벽부(213)는 리세스부(212)를 둘러싸도록 설치면(210a)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.
제2 단자(230)는, 서포트 유닛(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. 이와 달리, 제2 단자(230)는 제2 연결부(211)이 아닌 다른 구성에 설치될 수도 있다. 예를 들어, 제1 연결부(111)와 제2 연결부(211)의 기계적 연결과 별개로, 제2 단자(230)는 제1 단자(150)와 직접 전기적으로 연결될 수도 있다.
흡착 모듈(250)은 무선전력 수신장치(300)를 고정하기 위한 구성이다. 흡착 모듈(250)은 흡착 패드(251), 중심부재(253), 조작 레버(255), 및 탄성체(257)를 포함할 수 있다. 이들 각각의 구성은 지지 모듈(115)의 흡착 패드(121), 중심부재(123), 조작 레버(125), 및 탄성체(127)와 유사하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 흡착 모듈(250)의 흡착 패드(251)는 무선전력 수신장치(300)와 흡착되는 흡착면(251a)과, 흡착면(251a)에 형성되는 간극부(251b)를 가질 수 있다. 중심부재(253)는 하우징(213)을 관통하여 흡착 패드(251)의 중앙 영역과 연결된다. 조작 레버(255)는 중심부재(253)와 회전 가능하게 연결되고, 하우징(213)의 외면에 지지되어 지렛대의 원리로 중심부재(253)를 잡아당길 수 있게 형성된다. 탄성체(257)는 중심부재(253)를 감싸도록 형성되고, 그의 양단이 각각 수용부(211)의 내면과 흡착 패드(251)에 지지된다. 탄성체(257)는 조작 레버(255)가 해제되는 경우 흡착 패드(251)를 밀어 흡착 패드(251)가 무선전력 수신장치(300)와 분리되도록 한다.
출력 모듈(270)은 수용부(211)에 내장되며, 제2 단자(230)를 통해 입력되는 전력으로부터 무선전력 신호를 출력하는 구성이다. 이때, 출력 모듈(270)에서 출력되는 무선전력 신호는 흡착 패드(251)를 통과하여 진행하게 될 것이다. 출력 모듈(270)은 전송 코일(271), 자기 차폐판(275), 및 기판(277)을 포함할 수 있다.
전송 코일(271)은 충전 몸체(210)에 내장되고 무선전력 신호를 발진하는 구성이다. 전송 코일(271)은 중앙홀(274)을 구비하며, 이 중앙홀(274)에는 중심부재(253)가 이동 가능하게 배치될 수 있다.
자기 차폐판(275)은 전송 코일(271)의 일측면을 덮도록 형성된다. 기판(277)에는 전송 제어부(277) 등의 제어 회로가 설치된다. 기판(277)은 자기 차폐판(275)의 후면에 설치될 수 있다. 이와 달리, 기판(277)은 서포트 몸체(110)에 설치될 수도 있으며, 이 경우에는 기판(277)의 고장시 서포트 유닛(100) 만을 교체하여 충전 유닛(200)을 그대로 활용하도록 할 수 있다. 기판(277)에 설치된 전송 제어부(277)는 전송 코일(271)에 의한 무선전력 신호의 발진을 제어한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
발광부(290)는 전송 제어부(277)의 제어하에 출력 모듈(270)의 전송 상태를 표시하는 구성이다. 발광부(290)는 서포트 몸체(110) 또는 충전 몸체(210)에 설치될 수 있다. 발광부(290)는 출력 모듈(270)에 의한 충전 상태를 색상 및 점광 형태를 조절하여 표시하도록 구성된다.
다음으로, 도 3의 충전 유닛(200)의 충전 몸체(210) 내에 설치되는 출력 모듈(270), 그리고 충전 유닛(200)에 대응하여 무선으로 전력신호를 공급받아 충전되는 무선전력 수신장치(300)에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 1의 충전 유닛(200)의 출력 모듈(270)과 무선전력 수신장치(300) 사이의 무선 충전에 대해 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예와 관련된 무선전력 충전 시스템은, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)와 무선전력 수신장치(300)를 포함한다. 전자기 유도 방식에 의해, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)가 무선전력 신호를 무선전력 수신장치(300)로 전송하면, 이 전력 신호를 수신한 무선전력 수신장치(300)는 무선전력 신호의 전력으로 배터리를 충전하거나, 무선전력 수신장치(300)와 연결된 전자기기에 전원을 공급하게 된다.
이하에서는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10), 구체적으로는 충전 유닛(200)의 출력 모듈(270)과, 무선전력 수신장치(300) 간의 작동 관계에 대하여 각각 설명하도록 한다.
출력 모듈(270)은, 1차측 코일(271), 전송 제어부(277), 및 AC/DC 컨버터(283)를 포함한다.
1차측 코일(271)은 상술한 전송 코일(271)을 지칭한다. 1차측 코일(271)은 전력 신호를 전자기 유도 방식으로 무선전력 수신장치(300)의 2차측 코일(310)에 전송하며, 본 실시예에서는 2개의 코일[즉, 제1 코일(272) 및 제2 코일(273)]이 적용될 수 있다.
1차측 코일(271)을 제어하는 전송 제어부(277)는, 객체 감지부(278), 중앙 제어부(279), 스위칭 제어부(280), 구동 드라이버(281) 및 직렬 공진형 컨버터(282)를 포함할 수 있다.
객체 감지부(278)는 1차측 코일(271)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(271)을 통해 전송되는 아이디 호출 신호의 응답신호인 아이디 신호가 수신되면, 이를 필터링 하여 처리한다. 충전 중에는, 배터리셀 모듈(330)이나 충전 전압에 관한 정보를 포함하는 충전 상태 신호가 수신되면, 이를 필터링하여 처리하는 기능을 한다.
중앙 제어부(279)는 객체 감지부(278)의 판단결과를 전송받아 확인하고, 1차측 코일(271)에서 수신되는 아이디 신호를 분석하여, 1차측 코일(271)을 통해 무선전력 신호를 출력하기 위한 전력 신호를 구동 드라이버(281)로 전송하는 역할을 한다. 또한, 후술하는 1차측 코일(271)로부터 충전 상태신호가 수신되면, 이에 기초하여 구동 드라이버(281)를 제어하여 무선전력 신호를 변경하는 기능을 한다.
스위칭 제어부(280)는 직렬 공진형 컨버터(282)와, 제1 코일(272) 및 제2 코일(273)의 사이에 스위치의 스위칭동작을 제어하는 것이다. 본 발명에서는, 2개의 서브 코일(272 및 273)이 이용되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 하나의 코일이 적용되는 경우도 포함한다. 하나의 코일이 적용되는 경우, 스위칭 제어부(280)가 불필요하게 된다.
구동 드라이버(281)는 중앙 제어부(279)의 제어를 통해 직렬 공진형 컨버터(282)의 동작을 제어하는 것이다.
직렬 공진형 컨버터(282)는 구동 드라이버(281)의 제어에 의해 출력하고자 하는 전력신호를 발생하기 위한 출력 전원을 생성하여 1차측 코일(271)로 공급하는 것이다. 다시 말해, 중앙 제어부(279)가 요구되는 전력 값을 갖는 전력 신호의 출력을 위한 전력 제어 신호를 구동 드라이버(281)로 전송하면, 구동 드라이버(281)는 전송된 전력 제어 신호에 대응하여 직렬 공진형 컨버터(282)의 동작을 제어하고, 직렬 공진형 컨버터(282)는 구동 드라이버(281)의 제어에 의하여 요구되는 전력 값에 대응하는 출력 전력을 1차측 코일(271)에 인가함으로써, 요구되는 세기의 무선전력 신호가 출력되도록 하는 것이다.
직렬 공진형 컨버터(282)는 구동 드라이버(281)의 제어에 의해 제1 코일(272) 및 제2 코일(273)을 통해 각각 제1 객체 감지 신호와 제2 객체 감지 신호를 발생하기 위한 전원을 공급하는 역할을 한다.
AC/DC 컨버터(283)는 220V 또는 110V 의 교류 전원을 소정 전압의 직류 전원으로 변경하는 장치로서, 전술한 바와 같이, 중앙 제어부(279)의 제어에 의해, 출력 전압 값이 변경된다.
전력신호를 수신하여 전력을 공급받는 무선전력 수신장치(300)는, 출력된 전력 신호에 의해 유도전력을 생성하는 2차측 코일(310), 유도된 전력을 정류하는 정류부(320), 정류된 전력으로 충전되는 배터리셀 모듈(330), 그리고, 2차측 코일(310), 정류부(320) 및 배터리셀 모듈(330)을 제어하는 수신 제어부(340)를 포함한다.
2차측 코일(310)은 출력 모듈(270)의 1차측 코일(271)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.
배터리셀 모듈(330)은 수신 제어부(340)의 제어를 받아 정류부(320)로부터의 직류 전원을 통해 충전이 되는 충전 대상이 된다. 한편, 배터리셀 모듈(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 모듈(330)로 적절한 전류가 흐르도록 하는 구성요소이다.
한편, 무선전력 수신장치(300)측으로부터 전송되는 무선전력 수신 신호의 검파를 위하여, 예를 들어 3개의 센서가 설치될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 드라이버(281)의 직류 전류를 측정하기 위한 직류 전류 센서와 1차측 코일(271)의 교류 전류 및 교류 전압을 측정하기 위한 교류 전류 센서, 및 교류 전압 센서가 설치될 수 있다. 즉, 무선전력 수신장치(300)로부터 무선전력 수신 신호(즉, 아이디 신호 및 충전 상태 신호를 포함)가 1차측 코일(271)을 통해 수신되게 되면, 이에 따라, 1차측 코일(271)에서의 전류 및 전압과 구동 드라이버(281)에서의 전류가 변동되게 되고, 이를 감지하여 무선전력 수신 신호를 수신하게 된다. 본 발명에서는 3개의 센서를 이용하여 보다 정확한 무선전력 수신 신호의 수신이 가능하게 된다. 즉, 중앙 제어부(279)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, 무선전력 수신장치(300)가 충전중 위치 변동이 발생하더라도 전력 제어의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
이하, 이상의 구성에 의한 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 작동에 대해 도 1 내지 도 4를 종합적으로 참조하여 설명한다.
먼저, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 설치 구조에 대해 설명한다.
무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 충전 유닛은 흡착 모듈(250)을 통해 무선전력 수신장치(300)와 흡착된다. 구체적으로, 흡착 패드(251)는 하우징(213)의 끝단부(217)와 이격 배치되므로 끝단부(217)에 의해 방해받지 않고 무선전력 수신장치(300)의 외면과 밀착될 수 있다. 이때, 사용자가 조작 레버(255)를 위로 올리면 중심부재(253)가 조작 레버(255) 측으로 당겨지게 되고, 이에 의해 흡착 패드(251)와 무선전력 수신장치(300)의 외면 사이에는 진공이 형성된다. 이 경우, 하우징(213)의 끝단부(217)는 상술한 것과 같이 흡착 패드(251)와 맞닿게 되고, 또한 하나의 평면 상에 원형의 폐루프를 이루도록 형성되므로, 흡착 패드(251)를 그의 둘레 방향을 따라 압박하게 된다. 이러한 구성에 의하면, 흡착 패드(251)와 무선전력 수신장치(300)의 사이에 형성된 진공의 공간이 외부와 강하게 차단되므로, 무선전력 수신장치(300)가 흡착 패드(251)에 견고하게 고정될 수 있다.
서포트 유닛(100)은 지지 모듈(115)을 통해 차량의 대쉬 보드(D)에 고정된다. 지지 모듈(115)은 상술한 것과 같이 흡착 모듈(250)과 유사한 구성을 가지므로, 상술한 흡착 모듈(250)의 흡착 방식과 동일한 방식을 통해 대쉬 보드(D)에 고정된다.
상술한 충전 유닛(200)은 서포트 유닛(100)과 연결된다. 이는 서포트 유닛(100)의 제1 연결부(111)와, 충전 유닛(200)의 제2 연결부(211)가 서로 체결됨에 의한다. 구체적으로, 제1 연결부(111)의 헤드부(112)는 제2 연결부(211)의 리세스부(212) 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 유닛(100)에 대해 충전 유닛(200)에 결합된 상태에서, 충전 유닛(200)을 다양한 방향으로 회전시켜 충전 유닛(200)의 배치를 조절할 수 있다. 그에 의해, 충전 유닛(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 흡착 모듈(250)에 의해 충전 유닛(200)에 안정적으로 결합된 상태이다.
서포트 유닛(100)에 대해 충전 유닛(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 유동 없이 클램핑하게 하면 된다. 조임관(217)을 다시 풀어서, 충전 유닛(200)의 위치나 각도를 조절할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(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 유닛(200)은 서포트 유닛(100)에 대해 다양한 각도로 회전시켜도, 제1 연결부(111)에 설치된 제1 단자(150)와 제2 연결부(211)에 설치된 제2 단자(130)는 항상 서로 통전하는 상태가 된다.
제2 단자(230)로 공급된 전력은 충전 몸체(210) 내에 설치된 출력 모듈(270)의 AC/DC 컨버터(283)로 공급된다. 이러한 전력은 출력 모듈(270)에 의해 무선전력 신호로서 흡착 패드(251)를 통과하는 방향으로 출력된다.
무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신장치(300)는, 도 4를 참조하여 설명한 바대로, 배터리셀 모듈(330)을 충전하게 된다.
이하, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)에 대한 무선전력 수신장치(300)의 장착 위치의 변화에 따른 충전 방식에 대해 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 5 내지 도 10은 도 1의 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)로부터 무선전력 수신장치(300)의 배터리셀 모듈(330)이 멀어지는 정도에 따른 충전효율을 도시한 그래프이다.
구체적으로, 출력 모듈(270)이 무선전력 수신장치(300)를 충전하기 위해 작동 중에, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(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 될 수 있다. 이때, 무선전력 수신장치(300)는 이를 보강하여 전송하도록 출력 모듈(270)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 수신 제어부(340)에서 발신신호를 제어하며, 이에 대해 출력 모듈(270)에서는 0.5V 승압되어 수신되도록 1차측 코일(271)의 발신전력을 증강하여 증강된 유도자기장이 발신되도록 하며, 출력 모듈(270)에서의 출력되는 발신 전력을 증강하는 방식의 예로, 발진 주파수를 변화되도록 하는 것이다.
이와 같이 출력 모듈(270)로부터 전송되는 발신 전력이 변화되도록 구성됨에 따라, 출력 모듈(270)로부터 배터리셀 모듈(330)의 거리 변화에 대한 충전효율은 도 5 내지 도 10에 도시되어 있다. 즉 도 5 내지 도 8는 배터리셀 모듈(330)의 2차측 기준 전력을 2.5W 정도에서의 경우로, 수평 방향 및 상하 수직 방향으로 각각 -7 mm ~ 7 mm 사이로 이동시키면서의 출력 모듈(270)에서의 1차측 전력(W), 배터리셀 모듈(330)에서의 2차측 전력(W) 및 효율(%) 등을 나타낸 것이다. 여기서, 효율(%)은 출력 모듈(270)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, 출력 모듈(270)과 배터리셀 모듈(330)의 수평거리 및 수직거리의 변화에 대해 출력 모듈(270)에서의 주파수 변화없이 충전된 경우의 충전효율을 보인 것이다. 즉 출력 모듈(270)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 7과 비교되는 도 6 및 도 8에서는 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대(10)의 흡착 패드(251)로부터 배터리셀 모듈(330)이 수평방향 및 수직방향으로 각각 이동됨에 따라 배터리셀 모듈(330)에서의 수신 전력변화의 정보를 전송받아 출력 모듈(270)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 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대는 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: 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대
100: 서포트 유닛
110: 서포트 몸체
130: 접속잭
150: 제1 단자
200: 충전 유닛
210: 충전 몸체
230: 제2 단자
250: 흡착 모듈
270: 출력 모듈
290: 발광부
300: 무선전력 수신장치

Claims (15)

  1. 제1 연결부를 구비하는 서포트 몸체를 갖는, 서포트 유닛; 및
    상기 제1 연결부에 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 구비하는 충전 몸체와, 상기 충전 몸체에 설치되는 흡착 모듈과, 차량의 전원잭으로부터 입력되는 전력으로 무선전력 신호를 출력하고 상기 무선전력 신호를 상기 흡착 모듈에 흡착 고정된 무선전력 수신장치로 전송하는 출력 모듈을 갖는, 충전 유닛을 포함하고,
    상기 서포트 유닛은,
    상기 차량의 전원잭에 접속되도록 형성되는 접속잭; 및
    상기 제1 연결부에 설치되며 상기 접속잭과 전기적으로 연결되는 제1 단자를 더 포함하고,
    상기 충전 유닛은 상기 제2 연결부에 설치되며 상기 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 더 포함하며,
    상기 출력 모듈은 상기 제2 단자를 통해 상기 전력을 입력받도록 형성되고,
    상기 제1 연결부는,
    구형의 헤드부; 및
    상기 헤드부에서 연장 형성되고, 상기 헤드부의 최대 단면적부 보다 작은 단면적을 갖는 목부를 포함하고,
    상기 제2 연결부는,
    상기 헤드부를 수용하도록 형성되는 리세스부; 및
    상기 리세스부를 둘러싸도록 돌출 형성되고, 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 포함하고,
    상기 제2 단자는,
    상기 리세스부의 중앙에 형성되며, 상기 자유단자와 접속되는 중앙단자; 및
    상기 측벽부의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되며, 상기 링단자와 접속되는 내주단자를 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 몸체는, 수용부를 갖는 하우징을 더 포함하고,
    상기 출력 모듈은, 상기 수용부에 내장되는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡착 모듈은,
    상기 하우징의 외부로 노출되도록 배치되는 흡착 패드;
    상기 하우징을 관통하여 상기 흡착 패드와 연결되는 중심부재; 및
    상기 중심부재와 연결되어 상기 중심부재를 잡아당길 수 있게 형성되는 조작 레버를 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 몸체는,
    상기 하우징에 형성되고, 상기 수용부와 연통되는 개구부; 및
    상기 개구부를 형성하는 상기 하우징의 끝단부를 더 포함하고,
    상기 흡착 패드는,
    상기 개구부의 외측에 상기 끝단부와 이격되어 배치되고, 상기 조작 레버에 의해 상기 중심부재가 잡아당겨지는 경우에 상기 끝단부와 접하도록 형성되는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 끝단부는,
    하나의 평면 상에 폐루프를 이루도록 형성되는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 흡착 모듈은,
    상기 수용부의 내면과 상기 흡착 패드에 양단이 각각 고정되는 탄성체를 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 출력 모듈은,
    상기 무선전력 신호를 발진하고, 상기 중심부재가 관통되는 중앙홀을 갖는 전송 코일; 및
    상기 전송 코일에 의한 상기 무선전력 신호의 발진을 제어하는 전송 제어부를 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력 모듈은,
    상기 전송 제어부가 설치되고, 상기 수용부 및 상기 서포트 몸체 중 어느 하나에 설치되는 기판을 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 충전 유닛은,
    상기 전송 제어부의 제어하에 상기 출력 모듈의 전송 상태를 표시하는 발광부를 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 서포트 몸체는,
    상기 차량에 지지되는 지지면을 갖는 지지 모듈; 및
    상기 지지 모듈에서 상기 제1 연결부까지 연장 형성되는 연장부를 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 모듈은,
    상기 연장부와 연결되는 하우징;
    상기 지지면과 중첩 배치되는 흡착 패드;
    상기 하우징을 관통하여 상기 흡착 패드와 연결되는 중심부재; 및
    상기 중심부재와 연결되어 상기 중심부재를 잡아당길 수 있게 형성되는 조작 레버를 더 포함하는, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 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, 무선전력 전송을 위한 차량용 거치대.
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