KR102292033B1

KR102292033B1 - 패드 일체형 무선 충전장치

Info

Publication number: KR102292033B1
Application number: KR1020200160858A
Authority: KR
Inventors: 문용기; 한승훈; 주용성
Original assignee: (주)플렉스파워
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-08-20

Abstract

본 발명은 패드 일체형 무선 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 무선으로 전력을 전송하는 무선급전 패드와 전력 전송을 위한 공진 회로 및 전력을 전송하는 전력 변환 장치를 급전 패드와 통합하거나 무선으로 전송되는 전력을 집전하는 무선집전 패드와 집전을 위한 공진 회로 및 전력을 집전하는 전력 변환 장치를 집전 패드와 통합하기 위해 급전이나 집전 패드의 코어의 배열구조, 공진회로 및 전력변환 회로를 통합하여 배치하므로 무선 충전장치의 설치 편리성 및 패드와 전력 변환 장치의 설치 공간을 획기적으로 줄여 줄 수 있고, 송,수신부 간의 효율적인 무선 통신구조를 갖는 무선충전장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 판상으로 이루어지는 자성체와, 상기 자성체의 상부에 배치되는 코일과, 상기 자성체의 하부에 배치되는 차폐판과, 상기 차폐판의 하부에 배치되되 서로 이격된 위치에 각각 배치되는 고전압소자 및 저전압소자와, 상기 코일의 상부에 결합되어 코일을 보호하는 상부커버 및 고전압소자와 저전압소자를 보호하는 하부커버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

패드 일체형 무선 충전장치{Pad integrated wireless charging device}

본 발명은 패드 일체형 무선 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 무선으로 전력을 전송하는 무선급전 패드와 전력 전송을 위한 공진 회로 및 전력을 전송하는 전력 변환 장치를 급전 패드와 통합하거나 무선으로 전송되는 전력을 집전하는 무선집전 패드와 집전을 위한 공진 회로 및 전력을 집전하는 전력 변환 장치를 집전 패드와 통합하기 위해 급전이나 집전 패드의 코어의 배열구조, 공진회로 및 전력변환 회로를 통합하여 배치하므로 무선 충전장치의 설치 편리성 및 패드와 전력 변환 장치의 설치 공간을 획기적으로 줄여 줄 수 있고, 송,수신부 간의 효율적인 무선 통신구조를 갖는 무선충전장치에 관한 것이다.

일반적으로 스마트폰과 같은 단말기뿐만 아니라, 배터리가 내장되어 있는 다양한 휴대용 전자기기나 전기자동차와 같은 경우, 실장된 배터리를 충전하기 위한 충전 장치가 필요하다.

과거의 충전방식은 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 유선충전방식이 적용되었다. 이러한 유선 충전방식은 전자기기나 전기 자동차내의 배터리를 충전하기 위해 물리적으로 연결하는 케이블 및 connector 등이 필요하며, 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다.

또한 유선충전방식은 연결에 따른 번거로움과 접속이 원활하게 이루어지지 않을 경우, 충전이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있고, 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점들이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 케이블은 전혀 사용하지 않고 충전이 가능한 무선 충전장치가 개발되어 적용되고 있다. 무선 충전장치는 유선충전방식에 비해 충전효율은 떨어지지만 사용편의성이 우수하여, 각광받고 있다. 이러한 무선 충전장치는 충전효율뿐만 아니라 충전장치의 소형화를 위한 연구가 지속되고 있는 실정이다.

무선 충전장치의 구조에 대해 설명하자면, 전력송신부(Tx)는 인버터모듈(인버터회로,공진 회로, 통신 및 제어회로)과, 급전패드(코일, 코어)로 구성되며, 전력수신부(Rx)는 충전모듈(공진 회로, 정류회로, 출력제어회로, 통신회로)로 구성된다.

이와 같이 모듈의 구성과 패드의 구성이 분리된 형태로 배치되기 때문에, 무선 충전장치의 설치공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1692510호 대한민국 공개특허 제10-2019-0017625호 대한민국 공개특허 제10-2017-0122969호 대한민국 등록특허 제10-1257676호 대한민국 등록특허 제10-1374525호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 모듈의 구성과 패드의 구성이 분리된 형태로 배치하지 않고 코어의 내부 배열구조를 개선하여 인버터 모듈이나 충전 모듈을 위한 물리적 공간을 확보할 수 있도록 함으로써, 무선 충전장치의 설치공간을 축소하며 설치방법이 용이한 구조를 갖도록 구성함에 목적이 있다.

본 발명은 판상으로 이루어지는 자성체와, 상기 자성체의 상부에 배치되는 코일과, 상기 자성체의 하부에 배치되는 차폐판과, 상기 차폐판의 하부에 배치되되 서로 이격된 위치에 각각 배치되는 고전압소자 및 저전압소자와, 상기 코일의 상부에 결합되어 코일을 보호하는 상부커버 및 고전압소자와 저전압소자를 보호하는 하부커버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고전압소자는 차폐판의 가장자리에 위치하고, 저전압소자는 차폐판의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고전압소자는 공진회로 및 전력변환부를 포함하고, 상기 저전압소자는 전압/전류 검출부 및 통신모듈 및 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 통신모듈은 무선통신 방식으로 적용되고, 상기 통신모듈의 통신공간을 확보할 수 있도록, 차폐판과 자성체의 중앙에 통신구멍이 수직으로 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 통신모듈을 통해 수신부(Rx)측의 출력전압이나 전류가 임계치 이상으로 상승할 경우, 송신부(Tx)에서 인버터 동작주파수를 변경하거나 인버터 공급전압의 크기를 변경하는 형태로 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 자성체는 중앙에 비어 있는 형태로 이루어져 코일이 배치되는 제1자성체와, 상기 제1자성체의 중앙 상부에 올려지는 형태로 배치되어 코일의 안쪽에 위치하는 제2자성체;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제2자성체는 제1자성체의 상부에 올려지는 부분이 서로 맞닿아 겹쳐지도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1자성체의 영역에는 고전압소자가 배치되고, 제2자성체의 영역에는 저전압소자가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1자성체의 하부에 배치되는 차폐판은 제1자성체의 중앙 안쪽을 따라 연장되어 제2자성체의 노출된 하부면까지 차폐되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 코일, 자성체, 차폐판의 구조를 채택하고, 차폐판의 하부에는 고전압 소자와 저전압 소자를 이격된 형태로 배치되어, 회로 배치를 위한 물리적 공간을 확보할 수 있도록 하면서, 상기 고전압소자는 차폐판의 가장자리에 위치하고, 저전압소자는 차폐판의 중앙에 위치하도록 구성하여 저전압소자에서 고전압의 영향을 주지 않도록 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 수신부(Rx)에서 수신되는 전력상태를 송신부(Tx)로 실시간 전송하여 인버터 동작주파수 및 입력 전압을 직접 제어하기 때문에, 종래에 비해 회로를 간소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 패드 일체형 무선 충전장치의 제1실시예를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명에 따른 패드 일체형 무선 충전장치의 제2실시예를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 제2실시예에서 자성체와 차폐판의 구조를 확대하여 나타낸 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 패드 일체형 무선 충전장치를 나타낸 것으로서, 판상으로 이루어지는 자성체(100)와, 상기 자성체(100)의 상부에 배치되는 코일(200)과, 상기 자성체(100)의 하부에 배치되는 차폐판(300)과, 상기 차폐판(300)의 하부에 배치되되 서로 이격된 위치에 각각 배치되는 고전압소자(400a) 및 저전압소자(400b)와, 상기 코일(200)의 상부에 결합되어 코일(200)을 보호하는 상부커버(500) 및 고전압소자(400a)와 저전압소자(400b)를 보호하는 하부커버(600);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 패드 일체형 무선 충전장치는 전력 송신부(Tx)와 전력 수신부(Rx) 모두 적용 가능한 구조로서, 고전압소자(400a)와 저전압소자(400b)에 포함되어 있는 구성만 일부 차이가 있을 뿐 각 구성들의 배치구조는 송신부와 수신부 모두 동일하게 적용될 수 있는 것이다. 즉, 송신부에는 인버터회로, 제어회로가 적용되고, 수신부에는 정류회로가 적용되며, 공진회로, 통신회로, 코일(200) 및 코어구조는 송신부와 수신부 모두 포함할 수 있다.

그리고 상기 고전압소자(400a)는 도면에 도시한 바와 같이 차폐판(300)의 가장자리에 위치하고, 저전압소자(400b)는 차폐판(300)의 중앙에 위치하는 구조로 되어 있다. 상기와 같은 고전압소자(400a)와 저전압소자(400b)를 차폐판(300)의 하부에 배치함으로써 저전압소자(400b)에서는 무선 충전중에 자성체 주변으로 누설되는 자기장의 영향 및 고전압소자에 의한 노이즈의 영향등에 의한 간섭을 최소화할 수 있는 것이다.

또한 상기 고전압소자(400a)는 공진회로 및 전력변환부를 포함하고, 상기 저전압소자(400b)는 전압/전류 검출부 및 통신모듈 및 제어기를 포함한다. 여기서 상기 통신모듈은 무선통신 방식으로 적용되고, 상기 통신모듈의 통신공간을 확보할 수 있도록, 도면에 도시한 바와 같이 차폐판(300)과 자성체(100)의 중앙에 통신구멍(700)이 수직으로 관통 형성된다. 이때 상기 무선통신 방식은 적외선통신, 블루투스, Wifi, 지그비 등 다양한 통신방식이 적용될 수 있다.

상기와 같이 중앙에 형성된 통신구멍(700)을 통해 통신모듈간에 원활한 통신이 가능한 구조가 된다. 상기 통신구멍(700)은 차폐판(300)과 자성체(100)의 동일한 위치에 형성되며, 상부커버(500)에도 형성될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은 통신모듈을 통해 수신부(Rx)측의 출력전압이나 전류가 임계치 이상으로 상승할 경우, 송신부(Tx)에서 인버터 동작주파수를 변경하거나 인버터 공급전압의 크기를 변경하는 형태로 제어하는 제어부;를 더 포함하게 된다. 그리고 수신부(Rx)에는 고전압소자(400a)의 공진회로에 연결되는 제2공진주파수를 갖는 자기장통신을 포함할 수 있다.

상기와 같이 이루어짐으로써 수신부(Rx)에서 수신되는 전력상태를 송신부(Tx)로 실시간 전송하여 인버터 동작주파수 및 입력 전압을 직접 제어하기 때문에, 종래에 비해 회로를 간소화할 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로서, 자성체(100)의 구조가 변경된 형태이다. 제2실시예의 자성체(100)는 중앙에 비어 있는 형태로 이루어져 코일(200)이 배치되는 제1자성체(110)와, 상기 제1자성체(110)의 중앙 상부에 올려지는 형태로 배치되어 코일(200)의 안쪽에 위치하는 제2자성체(120);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

제2실시예는 제1자성체(110)의 상부에 제2자성체(120)가 올려지는 구조로서, 상기 제2자성체(120)는 제1자성체(110)의 상부에 올려지는 부분이 서로 맞닿아 겹쳐지도록 되어 있다. 이때, 겹쳐지는 폭의 크기는 자성체(100) 두께의 정수배만큼의 크기로 이루어질 수 있다.

상기 제2실시예에서도 고전압소자(400a)와 저전압소자(400b)가 배치되는데, 제1실시예와 마찬가지로 고전압소자(400a)는 공진회로 및 전력변환부를 포함하고, 상기 저전압소자(400b)는 전압/전류 검출부 및 통신모듈을 포함한다. 다만, 상기 고전압소자(400a)의 위치는 양측에 해당하는 제1자성체(110)의 영역에 배치되고, 저전압소자(400b)는 제2자성체(120)의 영역에 배치되는 것이다. 따라서, 상기 저전압소자(400b)는 제1자성체(110)의 안쪽으로 들어가 있는 형태가 되면서 고전압의 영향을 더욱 최소화할 수 있는 구조적 이점을 갖는다.

그리고 제2실시예에서 제1자성체(110)의 하부에 배치되는 차폐판(300)은 도 3에 도시한 바와 같이 제1자성체(110)와 제2자성체(120)의 배치구조에 맞게 "

" 형상으로 이루어지도록, 제1자성체(110)의 중앙 안쪽을 따라 연장되어 제2자성체(120)의 노출된 하부면까지 차폐되도록 한 구조로 되어 있다.

또한 제2실시예에서도 상기 통신모듈은 무선통신 방식으로 적용되고, 상기 통신모듈의 통신공간을 확보할 수 있도록, 도면에 도시한 바와 같이 차폐판(300)과 자성체(100)의 중앙에 통신구멍(700)이 수직으로 관통 형성될 수 있다. 이때 상기 무선통신 방식은 적외선통신, 블루투스, Wifi, 지그비 등 다양한 통신방식이 적용될 수 있고, 통신구멍(700)의 위치는 중앙에 위치한 자성체(100) 즉, 제2자성체(120)에 해당하며, 제2자성체(120)의 중앙부분에 형성되는 것이 바람직하다. 이때

아울러, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 차폐판(300)의 안쪽에 형성된 통신구멍(700)의 지름(D1)은 제2자성체(120)에 형성된 통신구멍(700)의 지름(D2)보다 작거나 같도록 하여, 차폐판(300)의 차폐기능에 문제가 없도록 하는 것이 좋다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 자성체
110 : 제1자성체
120 : 제2자성체
200 : 코일
300 : 차폐판
400a : 고전압소자
400b : 저전압소자
500 : 상부커버
600 : 하부커버
700 : 통신구멍

Claims

판상으로 이루어지는 자성체(100)와, 상기 자성체(100)의 상부에 배치되는 코일(200)과, 상기 자성체(100)의 하부에 배치되는 차폐판(300)과, 상기 차폐판(300)의 하부에 배치되되 서로 이격된 위치에 각각 배치되는 고전압소자(400a) 및 저전압소자(400b)와, 상기 코일(200)의 상부에 결합되어 코일(200)을 보호하는 상부커버(500) 및 고전압소자(400a)와 저전압소자(400b)를 보호하는 하부커버(600);로 구성되는 패드 일체형 무선 충전장치로서,
상기 자성체(100)는 중앙에 비어 있는 형태로 이루어져 코일(200)이 배치되는 제1자성체(110)와, 상기 제1자성체(110)의 중앙 상부에 올려지는 형태로 배치되어 코일(200)의 안쪽에 위치하는 제2자성체(120);를 포함하여 구성되고,
상기 고전압소자(400a)는 공진회로 및 전력변환부를 포함하고, 상기 저전압소자(400b)는 전압/전류 검출부 및 통신모듈 및 제어기를 포함하여 구성하되,
상기 통신모듈은 무선통신 방식으로 적용되고, 상기 통신모듈의 통신공간을 확보할 수 있도록, 차폐판(300)과 자성체(100)의 중앙에 통신구멍(700)이 수직으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치.
제 1항에 있어서,
상기 고전압소자(400a)는 차폐판(300)의 가장자리에 위치하고, 저전압소자(400b)는 차폐판(300)의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치
삭제
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제 1항에 있어서,
상기 통신모듈을 통해 수신부(Rx)측의 출력전압이나 전류가 임계치 이상으로 상승할 경우, 송신부(Tx)에서 인버터 동작주파수를 변경하거나 인버터 공급전압의 크기를 변경하는 형태로 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제2자성체(120)는 제1자성체(110)의 상부에 올려지는 부분이 서로 맞닿아 겹쳐지도록 한 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치
제 1항에 있어서,
상기 제1자성체(110)의 영역에는 고전압소자(400a)가 배치되고, 제2자성체(120)의 영역에는 저전압소자(400b)가 배치되는 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치
제 1항에 있어서,
상기 제1자성체(110)의 하부에 배치되는 차폐판(300)은 제1자성체(110)의 중앙 안쪽을 따라 연장되어 제2자성체(120)의 노출된 하부면까지 차폐되도록 한 것을 특징으로 하는 패드 일체형 무선 충전장치