KR102332095B1 - 무선 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

전자 장치에 무선으로 전력을 송신하는 무선 충전 장치와 관련된 다양한 실시예들이 기술된 바, 한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치에 있어서, 하우징부; 상기 하우징부내에 구비되고, 전력 증폭기를 포함하는 시스템 보드부; 상기 시스템 보드부를 구비하는 쉴드캔부; 상기 하우징부와 상기 쉴드캔부의 사이에 이격 거리를 갖도록 구비되고, 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기; 및 상기 쉴드캔부와 상기 송신 공진기의 사이에 구비되어 상기 시스템 보드부에서 발생되는 전자기장을 차폐하기 위한 시트부를 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 다른 실시예들이 가능하다.

Description

무선 충전 장치{WIRELESS CHARGING DEVICE}
본 발명의 다양한 실시예들은 전자 장치를 무선으로 충전하는 무선 충전 장치에 관련된 것이다.
일반적으로, 휴대용 전자 장치와 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리팩으로 구성되며, 이러한 배터리팩은 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동 단말기의 배터리팩에 전기 에너지를 공급한다.
통상적으로, 충전 장치와 배터리팩에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전 장치와 배터리팩을 전기적으로 연결한다. 하지만, 이와 같은 접촉식 충전 방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이 물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리팩 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전기술이 개발되어 최근 많은 휴대용 전자 장치에 활용되고 있다. 이러한 무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대용 전자 장치를 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리팩이 충전이 될 수 있는 시스템이다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation)방식이 있다.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자 제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
특히, 상기 공진 방식은, 공명(Resonance), 즉 소리 굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 이와 같이 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시킨다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
상기 종래의 공진기를 이용하는 무선 충전 장치는 송신 공진기와, 무선 전력 전송 장치로 구성된다.
여기서, 상기 무선 충전 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 충전 전력을 제공하는 송신 공진기와, 상기 송신 공진기와 일정한 간격을 가지는 금속판 또는 자기 차폐재로 이루어진 무선 전력 전송용 패드로 구성된다.
즉, 상기 공진기를 이용한 무선 충전 장치는 전자 장치를 무선 전력 전송용 패드에 올려 놓고 충전하는 방식이다.
그러나, 종래의 공진기를 이용하는 무선 충전 장치는 자유로운 충전 위치를 보장하기 위하여 사이즈가 크고 넓은 공간을 차지하는 무선 전력 전송용 패드를 구성한다. 이로인해 사이즈가 크고 넓은 공간이 필요한 무선 전력 전송용 패드를 제작해야함으로 제품의 제작비용이 증가하는 단점이 있었다. 더불어, 사이즈가 크고 넓은 패드의 상면에 웨어러블 기기(Wearable Device)를 올려 놓고 충전하는 구조이므로 상기 패드와 상기 웨어러블 기기의 충전 거리가 멀어지거나 틀어져서 충전 효율이 급속히 저하될 뿐만 아니라, 웨이러블 기기가 상기 패드에서 충전이 안될 수도 있다.
결국, 전자 장치 및 웨어러블 기기를 패드의 상면 뿐만 아니라, 측면에서도 충전시킬 수 있는 장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 하우징부와 쉴드캔부의 사이에 시트부를 포함하고, 소정의 이격 거리를 형성하여 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하는 송신(Tx) 공진기를 구성함으로써, 전자 장치를 제품의 상면뿐만 아니라 측면에도 충전할 수 있고, 이로인해 기존의 사이즈가 크고 넓은 패드가 필요 없어 제품을 소형화함은 물론 제품의 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 무선 충전 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 하우징부와 쉴드캔부의 사이에 시트부를 포함하지 않고, 소정의 이격 거리를 형성하여 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하는 송신(Tx) 공진기를 구성함으로써, 시스템 보드부의 전자기장을 차폐시키는 시트부가 필요 없어 제품의 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 조립 공정을 향상시키고, 이로인해 제품의 생산성을 증가시키며, 더불어, 전자 장치를 제품의 상면 뿐만 아니라 측면에도 충전할 수 있고, 이로인해 기존의 사이즈가 크고 넓은 패드가 필요 없어 제품을 소형화함은 물론 제품의 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 무선 충전 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치에 무선으로 전력을 송신하는 무선 충전 장치에 있어서,
하우징부;
상기 하우징부내에 구비되고, 전력 증폭기를 포함하는 시스템 보드부;
상기 시스템 보드부를 구비하는 쉴드캔부;
상기 하우징부와 상기 쉴드캔부의 사이에 이격 거리를 갖도록 구비되고, 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기; 및
상기 쉴드캔부와 상기 송신 공진기의 사이에 구비되어 상기 시스템 보드부에서 발생되는 전자기장을 차폐하기 위한 시트부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선으로 전력을 송신하는 무선 충전 장치에 있어서,
하우징부;
상기 하우징부내에 구비되는 적어도 하나의 시스템 보드부;
상기 시스템 보드부들을 구비하는 쉴드캔부; 및
상기 하우징부와 상기 쉴드캔부 사이에 이격거리를 갖도록 구비되고, 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예 들에 따르면,
하우징부와 쉴드캔부의 사이에 시트부를 포함하고, 소정의 이격 거리를 형성함과 동시에 상기 이격 거리를 다르게 하거나 동일하게 하는 송신(Tx) 공진기를 구성하거나, 하우징부와 쉴드캔부의 사이에 시트부를 포함하지 않고, 상기 이격 거리를 다르게 하거나 동일하게 하는 송신(Tx) 공진기를 구성하여 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성함은 물론, 방향 및 세기를 가변시킬 수 있고, 상기 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 이용하여 전자 장치를 제품의 상면 뿐만 아니라 측면에도 충전할 수 있다. 이로인해 기존의 사이즈가 크고 넓은 충전 패드가 필요없어 제품을 소형화함은 물론 제품의 충전 자유도 보장 및 충전 효율을 향상시킬 수 있다. 더불어, 전자 장치 또는 웨어러블 기기를 각각 독립적으로 충전하거나 동시에 충전할 수 있다. 또한, 시스템 보드부에서 발생되는 전자기장을 차폐시키는 시트부가 필요 없어 제품의 제조 비용 및 제품의 조립 공정을 절검하고, 이로인해 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용하여 무선으로 충전하는 전자 장치의 전면을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용하여 무선으로 충전하는 전자 장치의 후면을 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 포함하는 네트워크 환경을 도시한 블록도.
도 4a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성 중 시트부 및 시스템 보드부의 이층 배치를 나타내는 사시도.
도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성 중 시트부 및 시스템 보드부의 단층 배치를 나타내는 사시도.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성 중 시트부 및 송신 공진기에 발생되는 자기 필드 분포를 나타내는 도면.
도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시트부를 포함하는 무선 충전 장치의 작동 상태를 나타내는 사시도.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예의 구성 중 시스템 보드부의 이층 배치를 나타내는 사시도.
도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예의 구성 중 시스템 보드부의 단층 배치를 나타내는 사시도.
도 7a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예의 구성 중 송신 공진기에 발생되는 자기 필드 분포를 나타내는 도면.
도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시트부를 무선 충전 장치의 다른 실시예의 작동 상태를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 무선 충전 장치의 상면에 올려 놓고 충전하는 상태를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 웨어러블 기기를 무선 충전 장치의 측면에 끼워 결합하여 충전하는 상태를 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 무선 충전 장치의 상면 및 측면에 놓고 충전하는 상태를 나타내는 사시도.
도 11a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 경사진 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 11b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 경사진 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
도 11c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 11d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
도 11e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 경사진 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 11f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 경사진 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
도 12a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 12b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
도 12c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 12d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
도 12e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 사시도.
도 12f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 무선 충전 장치의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 측면도.
본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 다양한 실시 예들의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 다양한 실시 예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
여기서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용하여 충전하는 전자 장치에 대해서 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 전자 장치의 적용예로는, 다양한 통신 시스템들에 대응되는 통신 프로토콜들에 의거하여 동작하는 모든 이동통신 단말기(mobile communication terminal)를 비롯하여, 화상전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3(MPEG-1 audio layer-3) 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 기기(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 또는 스마트 와치(smart watch)등 모든 정보통신기기와 멀티미디어 기기 및 그에 대한 응용기기를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들자면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), TV 박스(예를 들면, 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(game consoles), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 각종 의료기기(예: MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치 및 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛, 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine) 또는 상점의 POS(point of sales) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 포함한 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 입력장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 플렉서블 장치일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 전자 장치의 전면을 나타내는 사시도이다. 도 2는, 전자 장치 (예를 들면, 전자 장치)의 후면을 나타내는 사시도이다. 상기 전자 장치(10)는 스마트 폰이나 웨어러블 기기(10a)(wearable device)가 될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 스마트 폰 및 웨어러블 기기(10a)(wearable device)과 같은 전자 장치의 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 1과 같이, 상기 전자 장치(10)의 전면 중앙에는 터치스크린(11)이 배치될 수 있다. 상기 터치스크린(11)은 전자 장치(10)의 전면의 대부분을 차지할 수 있다. 도 1에서는, 상기 터치스크린(11)에 메인 홈 화면이 표시된 예를 나타낸다. 상기 메인 홈 화면은 전자 장치(10)의 전원을 켰을 때 상기 터치스크린(11) 상에 표시되는 첫 화면이다. 또한 상기 전자 장치(10)가 여러 페이지의 서로 다른 홈 화면들을 가지고 있을 경우, 메인 홈 화면은 상기 여러 페이지의 홈 화면들 중 첫 번째 홈 화면일 수 있다. 상기 홈 화면에는 자주 사용되는 어플리케이션들을 실행하기 위한 단축 아이콘들, 메인메뉴 전환키, 시간, 날씨 등이 표시될 수 있다. 상기 메인메뉴 전환키는 상기 터치스크린(11) 상에 메뉴 화면을 표시할 수 있다. 또한, 상기 터치스크린(11)의 상단에는 배터리 충전상태, 수신신호의 세기, 현재 시각과 같은 상태를 표시하는 상태 바(11d;Status Bar)가 형성될 수도 있다. 상기 터치스크린(11)의 하부에는 홈키(11a), 메뉴 버튼(11b), 및 뒤로 가기 버튼(11c)이 형성될 수 있다.
상기 홈키(11a)은 터치스크린(11)에 메인 홈 화면(main Home screen)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 터치스크린(11)에 상기 메인 홈 화면과 다른 홈 화면(any Home screen) 또는 메뉴화면이 표시된 상태에서, 상기 홈 버튼(11a)이 터치되면, 터치스크린(11)에 메인 홈 화면이 디스플레이될 수 있다. 또한, 상기 터치스크린(11) 상에서 어플리케이션들이 실행되는 도중 홈키(11a)이 터치되면, 상기 터치스크린(11)상에는 메인 홈 화면이 디스플레이될 수 있다. 또한, 상기 홈 키(11a)은 상기 터치스크린(11) 상에 최근에(recently) 사용된 어플리케이션들을 디스플레이하도록 하거나, 태스크 매니저(Task Manager)를 디스플레이하기 위하여 사용될 수도 있다. 상기 메뉴 버튼(11b)은 터치스크린(11) 상에서 사용될 수 있는 연결 메뉴를 제공할 수 있다. 상기 연결 메뉴에는 위젯 추가 메뉴, 배경화면 변경 메뉴, 검색 메뉴, 편집 메뉴, 환경 설정 메뉴 등이 포함될 수 있다. 상기 뒤로 가기 버튼(11c)은 현재 실행되고 있는 화면의 바로 이전에 실행되었던 화면을 디스플레이하거나, 가장 최근에 사용된 어플리케이션을 종료시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치(10)의 전면 상단영역에는 제 1 카메라(12a)와, 조도 센서(12b) 또는 근접 센서(12c)가 포함될 수 있다. 상기 전자 장치(10)의 후면에는 제 2 카메라(13a), 플래시(flash)(13b) 또는 스피커(13c)가 포함될 수 있다. 만약, 상기 전자 장치(10)가 배터리 팩이 착탈가능하게 구성된다면, 상기 전자 장치(10)의 저면은 착탈가능한 배터리 커버(15)가 될 수 있다.
이하에서 설명될 전자 장치(10)는 앞서 언급한 웨어러블 기기(10a)(wearable device), 노트북, 넷북, 스마트 폰(Smart Phone), 테블릿 PC, 갤랙시 탭 및 아이패드 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 웨어러블 기기(10a)는 스마트 와치(smart watch)로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 전자 장치(10) 및 상기 웨어러블 기기(10a)에는 배터리팩의 무선 충전을 위해 무선 전력 수진 모듈(미도시 됨) 및 수신 공진기(10b)가 구비될 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른, 전자 장치(101)를 포함하는 네트워크 환경(100)을 도시한다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(10)는 버스(110), 프로세서(120), 메모리(130), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이부(150), 통신 인터페이스(160)를 포함할 수 있다. 버스(110)는 전자 장치(10)의 구성요소들을 서로 연결하고, 구성요소들 간의 통신(예: 제어 메시지)을 전달하는 회로일 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 버스(110)를 통해 다른 구성요소들(예를 들어 메모리(130), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이부(150), 통신 인터페이스(160) 등)으로부터 명령을 수신하여, 수신된 명령을 해독하고, 해독된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
메모리(130)는, 프로세서(120) 또는 다른 구성요소들(예: 입출력 인터페이스(140), 디스플레이부(150), 통신 인터페이스(160) 등)로부터 수신되거나 프로세서(120) 또는 다른 구성요소들에 의해 생성된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는, 예를 들면, 커널(131), 미들웨어(132), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface)(133) 또는 어플리케이션(134) 등의 프로그래밍 모듈들을 포함할 수 있다. 각각의 프로그래밍 모듈들은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
커널(131)은 나머지 다른 프로그래밍 모듈들, 예를 들면, 미들웨어(132), API(133) 또는 어플리케이션(134)에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스(110), 프로세서(120) 또는 메모리(130) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(131)은 미들웨어(132), API(133) 또는 어플리케이션(134)에서 전자 장치(10)의 개별 구성요소에 접근하여 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(132)는 API(133) 또는 어플리케이션(134)이 커널(131)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(132)는 어플리케이션(134)으로부터 수신된 작업 요청들과 관련하여, 예를 들면, 어플리케이션(134) 중 적어도 하나의 어플리케이션에 전자 장치(10)의 시스템 리소스(예: 버스(110), 프로세서(120) 또는 메모리(130) 등)를 사용할 수 있는 우선 순위를 배정하는 등의 방법을 이용하여 작업 요청에 대한 제어(예: 스케쥴링 또는 로드 밸런싱)를 수행할 수 있다.
API(133)는 어플리케이션(134)이 커널(131) 또는 미들웨어(132)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예를 들면, 파일 제어, 창 제어, 화상 처리 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 어플리케이션(134)은 SMS/MMS 어플리케이션, 이메일 어플리케이션, 달력 어플리케이션, 알람 어플리케이션, 건강 관리(health care) 어플리케이션(예: 운동량 또는 혈당 등을 측정하는 어플리케이션) 또는 환경 정보 어플리케이션(예: 기압, 습도 또는 온도 정보 등을 제공하는 어플리케이션) 등을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 어플리케이션(134)은 전자 장치(10)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 사이의 정보 교환과 관련된 어플리케이션일 수 있다. 정보 교환과 관련된 어플리케이션은, 예를 들어, 외부 전자 장치에 특정 정보를 전달하기 위한 알림 전달(notification relay) 어플리케이션, 또는 외부 전자 장치를 관리하기 위한 장치 관리(device management) 어플리케이션을 포함할 수 있다.
예를 들면, 알림 전달 어플리케이션은 전자 장치(10)의 다른 어플리케이션(예: SMS/MMS 어플리케이션, 이메일 어플리케이션, 건강 관리 어플리케이션 또는 환경 정보 어플리케이션 등)에서 발생한 알림 정보를 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104))로 전달하는 기능을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 알림 전달 어플리케이션은, 예를 들면, 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104))로부터 알림 정보를 수신하여 사용자에게 제공할 수 있다. 장치 관리 어플리케이션은, 예를 들면, 전자 장치(10)와 통신하는 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104))의 적어도 일부에 대한 기능(예: 외부 전자 장치 자체(또는, 일부 구성 부품)의 활성화/비활성화 또는 디스플레이의 밝기(또는, 해상도) 조절), 상기 외부 전자 장치에서 동작하는 어플리케이션 또는 상기 외부 전자 장치에서 제공되는 서비스(예: 통화 서비스 또는 메시지 서비스)를 관리(예: 설치, 삭제 또는 업데이트)할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 어플리케이션(134)은 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104))의 속성(예: 전자 장치의 종류)에 따라 지정된 어플리케이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 장치가 MP3 플레이어인 경우, 어플리케이션(134)은 음악 재생과 관련된 어플리케이션을 포함할 수 있다. 유사하게, 외부 전자 장치가 모바일 의료기기인 경우, 어플리케이션(134)은 건강 관리와 관련된 어플리케이션을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 어플리케이션(134)은 전자 장치(10)에 지정된 어플리케이션 또는 외부 전자 장치(예: 서버(106) 또는 전자 장치(104))로부터 수신된 어플리케이션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(140)는, 입출력 장치(예: 센서, 키보드 또는 터치 스크린)를 통하여 사용자로부터 입력된 명령 또는 데이터를, 예를 들면, 버스(110)를 통해 프로세서(120), 메모리(130), 통신 인터페이스(160)에 전달할 수 있다. 예를 들면, 입출력 인터페이스(140)는 터치 스크린을 통하여 입력된 사용자의 터치에 대한 데이터를 프로세서(120)로 제공할 수 있다. 입출력 인터페이스(140)는, 예를 들면, 버스(110)를 통해 프로세서(120), 메모리(130), 통신 인터페이스(160)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 입출력 장치(예: 스피커 또는 디스플레이)를 통하여 출력할 수 있다. 입출력 인터페이스(140)는 오디오 모듈을 포함할 수 있다.
디스플레이부(150)는 사용자에게 각종 정보(예: 멀티미디어 데이터 또는 텍스트 데이터 등)을 표시할 수 있다.
통신 인터페이스(160)는 전자 장치(10)와 외부 장치(예: 전자 장치(104) 또는 서버(106)) 간의 통신을 연결할 수 있다. 예를 들면, 통신 인터페이스(160)는 무선 통신 또는 유선 통신을 통해서 네트워크(162)에 연결되어 외부 장치와 통신할 수 있다. 무선 통신은, 예를 들어, Wifi(wireless fidelity), BT(Bluetooth), NFC(near field communication), GPS(global positioning system) 또는 셀룰러(cellular) 통신(예: LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro 또는 GSM 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신은, 예를 들어, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 네트워크(162)는 통신 네트워크(telecommunications network)일 수 있다. 통신 네트워크는 컴퓨터 네트워크(computer network), 인터넷(internet), 사물 인터넷(internet of things) 또는 전화망(telephone network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전자 장치(10)와 외부 장치 간의 통신을 위한 프로토콜(예: transport layer protocol, data link layer protocol 또는 physical layer protocol)은 어플리케이션(134), API(133), 미들웨어(132), 커널(131) 또는 통신 인터페이스(160) 중 적어도 하나에서 지원될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라, 제어부는 프로세서(120)와 프로세서(120)에 의해 요구되는 정보를 저장하기 위한 메모리(130)를 포함할 수 있다. 제어부는 중앙처리장치로서 전자 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하고, 본 발명의 실시 예에 따른 후술하는 바와 같이 무선 통신을 위해 안테나 장치에 전원을 공급하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
더불어, 상기 제어부는 본 발명의 무선 충전 장치(200; 도 4에 도시됨)를 통해 무선으로 배터리팩(미도시 됨)을 충전하기 위해 전자 장치(10) 및 웨어러블 기기(10a)에 구비된 상기 무선 전력 수신 모듈(미도시 됨) 및 수신 공진기(10b; 도 2에 도시됨)를 제어할 수 있다.
또한. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상기 무선 충전 장치(200)는 무선으로 전력을 송신하여 전자 장치(10)를 충전하는 장치를 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 무선 충전 장치(200)는 무선으로 전력을 송신하여 충전하는 전자 장치(10)라면, 다양하게 적용될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다양한 실시예(' 제 1 실시예 ')에 따른 시트부를 포함하는 무선 충전 장치(200)의 구성 중 시스템 보드부(220)의 이층 배치를 나타내는 사시도 이며, 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예(' 제 1 실시예 ')에 따른 시트부를 포함하는 무선 충전 장치(200)의 구성 중 시스템 보드부의 단층 배치를 나타내는 사시도 이다.
본 발명의 다양한 실시예(' 제 1 실시예 ')에 따른 시트부를 포함하는 무선 충전 장치는 도 4a와 같이, 시스템 보드부(220)가 이층 배치로 구현할 수 있고, 도 4b와 같이, 시스템 보드부(220)가 단층 배치로도 구현할 수 있다. 즉 상기 시스템 보드부(220)가 단층구조일 경우 후술하는 쉴드캔부(230)내에 구비된 시스템 보드부를 삭제하여 구현한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치(200)는 전술한 실시예들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 더불어, 상기 시스템 보드부(220)는 이층 및 단층 배치에 한정하는 것을 아니다. 즉 상기 시스템 보드부(220)가 무선 충전 장치(200)에 구성시 이층 및 단층이외에 여러 개의 층으로도 구현될 수 있다. 여기서, 본 발명의 다양한 실시예에서는 상기 시스템 보드부(220)가 이층 배치인 실시예를 설명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 상기 무선 충전 장치(200)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230)과, 송신 공진기(240) 및 시트부(250)를 포함한다.
상기 시스템 보드부(220)는 전력 증폭기(미도시 됨)를 포함하고, 상기 전력 증폭기는 전원부의 DC 전력과 고주파 AC 외부 전원을 이용하여 공진 주파수에 집중된 AC 전력을 생성한다. 그리고, 상기 전력 증폭기는 고주파의 AC 파형을 송신 공진기(240)로 전송하여 자기장을 유도시킨다.
상기 송신 공진기(240)는 유도된 상기 전력 증폭기의 고주파의 AC 파형에 의해 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성하도록 상기 하우징부(210)와 상기 쉴드캔부(230)의 사이에 이격 거리(h)를 갖게 구비될 수 있다.
상기 송신 공진기(240)의 둘레에는 상기 송신 공진기(240)의 공진 효율을 높일 수 있도록 차폐 부재(240a)가 구비되어 있다.
상기 시스템 보드부(220)는 상기 송신 공진기(240)에서 생성되는 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 차폐하도록 상기 쉴드캔부(230)내에 구비될 수 있다. 도 4a와 같이, 상기 쉴드캔부(230)의 내부 및 외부에는 상기 시스템 보드부(220)를 차폐하도록 배치하고, 도 4b와 같이, 상기 쉴드캔부(230)의 외부에는 상기 시스템 보드부(220)를 차폐하도록 배치한다.
앞서 언급한 도 4a와 같이, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부의 내부 및 외부에 구비되는 이층 배치로 이루어질 수 있다. 또한, 앞서 언급한 도 4b와 같이, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부(230)의 외부에 구비하는 단층 배치로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부의 외부의 하측면에 구비하여 상기 송신 공진기(240)와 멀어지게 위치시킬 수 있다.
또한, 상기 쉴드캔부(230)는 상기 시스템 보드부(220)의 전자기장을 차폐하는 역할을 한다.
더불어, 상기 시트부(250)는 상기 시스템 보드부(220)에서 발생된 전자기장을 차폐하도록 상기 쉴드캔부(230)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 구비될 수 있다. 이로인해 상기 시트부(250)는 상기 송신 공진기(240)에서 생성된 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)을 강하게 형성할 수 있다.
이 상태에서, 상기 송신 공진기(240)는 상기 전력 증폭기(미도시 됨)에 의해 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성함과 동시에 상기 자기 필드들에 의해 전자 장치(10)를 상기 송신 공진기(240)의 상면 또는 측면에서 무선으로 충전할 수 있다.
앞서 언급한 도 4a,b와 같이, 상기 하우징부(210)와 상기 쉴드캔부(230)의 사이의 이격 거리(h)는 제 1, 2 및 3 이격 거리(h1)(h2)(h3)로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 이격 거리(h1)는 상기 쉴드캔부(230)와 상기 시트부(250)의 사이에 형성되고, 상기 제 2 이격 거리(h2)는 상기 시트부(250)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성되며, 상기 제 3 이격 거리(h3)는 상기 하우징부(210)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성된다.
더불어, 상기 제 1, 2 및 3 이격 거리(h1)(h2)(h3)의 간격은 서로 다르게 형성하거나 동일하게 형성하여 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)의 크기를 영역을 가변 시킬 수 있다. 즉, 상기 제 1, 2 및 3 이격 거리(h1)(h2)(h3)의 간격을 조절하여 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 제어할 수 있다.
상기 송신 공진기(240)는 상기 하우징부(210)의 내측에 구비되어 있으므로, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(211)의 상면 및 측면에 놓고 무선으로 충전할 수 있다.
따라서, 하나의 상기 송신 공진기(240)로도 상기 하우징부의 상면에 놓인 전자 장치(10)와 상기 하우징부(210)의 측면에 놓인 또 다른 전자 장치(10)를 커플링하여 무선으로 충전한다.
상기 또 다른 전자 장치(10)는 웨어러블 기기(10a)로 이루어질 수 있다.
상기 웨어러블 기기(10a)는 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신 및 스마트 와치(smart watch) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시에서 상기 웨어러블 기기는 상기 개시된 기기를 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 개시된 기기 이이에 다른 기기도 적용될 수 있다.
더불어, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(210)의 상면에 단독으로 놓고 충전할 수 있다. 또한, 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면에 단독으로 놓고 충전할 수 있다. 또한, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(210)의 상면에 놓고 충전함 동시에 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면에 놓고 함께 충전할 수 있다.
상기 하우징부(210)는 직사각형 또는 원통형의 실린더 하우징부(210)으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 직사각형 또는 원통형의 실린더 하우징부(210)이외에 다른 다양한 형상도 적용될 수 있다.
상기 시트부(250)는 메탈 시트(METAL Sheet)로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 시트부(250)는 상기 송신 공진기(240)의 하부에 구비되어 있으므로, 메탈 시트(METAL Sheet)로 이루어진 상기 시트부(250)에 의해 상기 시스템 보드부(220)에서 발생된 전자기장을 차폐시켜 상기 송신 공진기(240)의 수평 방향의 자기 필드(A2)를 강하게 형성할 수 있다. 이로인해 상기 송신 공진기(240)의 측면에 놓인 상기 웨어러블 기기(10a)의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 송신 공진기(240)는 코일 또는 패턴이 형성된 인쇄회로기판으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 변환기나 다른 입력 전원으로부터 신호를 받아서 증폭한 후 이를 출력 장치나 다른 증폭단으로 출력한다. 대체로 입력 변환기 신호는 매우 작기 때문에 출력 장치를 구동시키기 위해서는 충분히 증폭되어야 한다.
여기서, 상기 전력 증폭기의 분류하는 한 방법은 클래스(Class) 로 나누는 것이다. 상기 전력 증폭기의 클래스는 입력 신호의 한 주기에 즉, q점에 대해서 동작의 한 주기에 걸친 출력신호의 변화량을 나타낸다.
본 실시예에서 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기는 짧은 ' 온 ' 시간과 더 긴 ' 오프 ' 시간을 갖는 펄스(디지털)신호를 사용하는 증폭기 회로에 사용한다. 샘플-홀드 같은 디지털 기술을 사용하면 입력신호의 일부에서 출력을 복원하기 위해 신호가 전주기에서 변할 수 있도록 할 수 있다. 상기 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기의 동작의 주요 이점은 증폭기가 전력을 소모하는 짧은 시간 동안만 ' 온' 상태에 있기 때문에 전체 효율을 크게 높게 할 수 있다. 즉, 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기는 트랜지터를 스위칭 모드로만 동작시키기 때문에 최소의 전력 손실만이 있다.
이 상태에서, 앞서 언급한 도 5a,b을 참조하여 시트부를 포함하는 상기 무선 충전 장치의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
도 5a는 본 발명에 따른 시트부(250)를 포함하는 무선 충전 장치(200)의 구성 중 시트부(250) 및 송신 공진기(240)에 발생되는 자기 필드 분포를 나타내는 도면 이고, 도 5b는 본 발명에 따른 시트부(250)를 포함하는 무선 충전 장치(200)의 작동 상태를 나타내는 사시도 이이며, 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 무선 충전 장치(200)의 상면에 올려 놓고 충전하는 상태를 나타내는 사시도 이고, 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 웨어러블 기기를 무선 충전 장치(200)의 측면에 끼워 결합하여 충전하는 상태를 나타내는 사시도 이며, 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 무선 충전 장치(200)의 상면 및 측면에 놓고 충전하는 상태를 나타내는 사시도 이다.
또한 앞서 언급한 도 8 내지 도 10을 설명함에 있어서, 도 8 내지 도 10에 도시됨 상기 무선 충전 장치(200)(200a)는 시트부(250; 도 5a에 도시됨)를 포함하는 무선 충전 장치(200)와 시트부를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)를 가리킨다.
먼저, 도 5a, b 및 도 8과 같이, 시트부(250)가 포함된 무선 충전 장치(200)의 상단면에 상기 전자 장치(10)를 올려 놓고, 상기 무선 충전 장치(200)의 시스템 보드부(220)에 전원을 공급하면, 상기 시스템 보드부(220)의 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 전원부(미도시 됨)에서 전송된 DC 전압을 이용하여 고주파 외부 전원으로부터 AC 전류 파형을 생성하여 공진 주파수에 자기장을 형성한다. 그리고, 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 생성한다.
여기서, 상기 시트부(250)는 상기 시스템 보드부(220)에서 발생되는 전자기장을 차폐시킨다.
상기 송신 공진기(240)의 수직 방향의 자기 필드(A1)는 상기 하우징부(210)의 상단면에 놓여진 전자 장치(10)에 구비된 수신 공진기(10c)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10c)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈(미도시 됨)의 정류부로 인가된다.
상기 무선 전력 수신 모듈은 수신 공진부와, 정류부와, DC/DC 변환부 및 충전부로 구성된다.
따라서, 상기 정류부에 발생된 전류를 제공하고, 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다.
상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 전자 장치(10)내에 구비된 배터리팩에 충전한다. 특히 상기 충전부는 정류부의 출력 전압을 사용하여 충전 동작을 제어하는 충전 IC 및 배터리팩을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 수신 모듈의 정류부와, DC/DC 변환부 및 충전부는 미도시 한다.
마찬가지로, 도 5a, b 및 도 9와 같이, 시트부(250)가 포함된 무선 충전 장치(200)의 측면에 웨어러블 기기(10a)를 결합하여 놓으면, 상기 시스템 보드부(220)의 전력 증폭기는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향 자기 필드(A2)를 생성한다.
여기서도, 상기 시트부(250)는 상기 시스템 보드부(220)에서 발생되는 전자기장을 차폐시킨다.
상기 송신 공진기(240)의 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합된 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10d)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈의 정류부로 인가된다.
따라서, 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 웨어러블 기기내에 구비된 배터리팩에 충전한다.
또한, 도 10과 같이, 시트부(250)가 포함된 무선 충전 장치(200)의 상단면에 상기 전자 장치(10)를 올려 놓고, 동시에 무선 충전 장치(200)의 측면에 상기 웨어러블 기기(10a)를 결합하여 놓으면, 상기 시스템 보드부(220)의 전력 증폭기는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향 자기 필드(A2)를 생성한다.
상기 송신 공진기(240)의 수직 방향 자기 필드(A1) 및 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 상면 및 측면에 놓여진 상기 전자 장치(10) 및 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10c)(10d)와 동시에 커플링되고, 상기 수신 공진기(10c)(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1) 및 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈(미도시 됨)의 정류부로 인가된다.
상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 전자 장치(10) 및 웨어러블 기기(10a)내에 구비된 배터리팩(미도시 됨)에 충전한다.
더불어, 시트부(250)를 포함하는 상기 무선 충전 장치(200)는 앞서 언급한 제 1, 2, 3 이격 거리(h1)(h2)(h3)에 대해서 좀더 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
앞서 언급한 도 4a,b와 같이, 상기 제 1 이격 거리(h1)는 상기 쉴드캔부(230)과 상기 시트부(250)의 사이에 형성됨과 동시에 간격을 서로 다르게 형성하여 송신 공진기(240)의 수평 방향의 자기 필드(A2)를 변화시킨다. 즉, 상기 웨어러블 기기의 수신 공진기가 30mm 일때 상기 제 1 이격 거리(h1)는 15~35mm 사이를 만족해야 공진기 효율을 30%이상을 만족한다. 다시 말해 상기 제 1 이격 거리(h1)의 범위는 상기 웨어러블 기기(10a)의 수신 공진기(10d) 최대 사이즈 대비 0.5배에서 1.2배 사이로 이루어진다.
또한, 상기 제 2 이격 거리(h2)는 상기 시트부(250)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성됨과 동시에 간격이 작을수록 전자 장치(10)의 공진기 효율을 높일 수 있다
마찬가지로, 상기 제 3 이격 거리(h3)도 상기 하우징부(210)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성됨과 동시에 간격이 작을수록 전자 장치(10)의 공진기 효율을 높일 수 있다. 따라서, 상기 제 2, 3 이격 거리(h2)(h3)의 범위는 웨어러블 기기(10a)의 수신 공진기(10d) 최대 사이즈 대비 0.3배에서 1.0 배 사이로 이루어진다.
이와 같이, 기존의 무선 충전 장치(미도시 됨)는 공진기를 사용하여 충전시 사이즈가 크고 넓은 공간이 필요한 패드를 제작해야함으로 제품의 제작비용이 증가하였고, 사이즈가 크고 넓은 패드의 상면에 웨어러블 기기(Wearable Device)를 올려 놓고 충전하는 구조이므로 상기 패드와 상기 웨어러블 기기의 충전 거리가 멀어지거나 틀어져서 충전 효율이 급속히 저하될 뿐만 아니라, 웨이러블 기기가 상기 패드에서 충전이 안되는 단점이 있었다.
따라서, 본 실시예는 이러한 단점을 극복하기 위해 하우징부(210)와 쉴드캔부(230)의 사이에 시트부(250)를 포함한 상태에서 소정의 이격 거리(h)를 형성함과 동시에 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성하는 송신 공진기(240)를 구성함으로써, 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)를 이용하여 전자 장치(10)를 제품의 상면 뿐만 아니라 측면에도 충전할 수 있다. 이로인해 기존의 사이즈가 크고 넓은 패드가 필요없어 제품을 소형화함은 물론 제품의 제작비용을 절감함은 물론 충전 자유도 보장 및 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한. 본 발명의 다양한 실시예( ' 제 2 실시예 ')에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)는 무선으로 전력을 송신하여 전자 장치(10)를 충전하는 장치를 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)는 무선으로 전력을 송신하여 충전하는 전자 장치(10)라면, 다양하게 적용될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예( ' 제 2 실시예 ')에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치의 구성 중 시스템 보드부(220)의 이층 배치를 나타내는 사시도 이며, 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예(' 제 2 실시예 ')에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)의 구성 중 시스템 보드부(220)의 단층 배치를 나타내는 사시도 이다.
본 발명의 다양한 실시예(' 제 2 실시예 ' )에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)는 도 6a와 같이, 시스템 보드부(220)가 이층 배치로 구현할 수 있고, 도 6b와 같이, 시스템 보드부(220)가 단층 배치로도 구현할 수 있다. 즉 상기 시스템 보드부(220)가 단층구조일 경우 후술하는 쉴드캔부(230)내에 구비된 시스템 보드부(220)를 삭제하여 구현한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치(200a)는 전술한 실시예들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 더불어, 상기 시스템 보드부(220)는 이층 및 단층 배치에 한정하는 것을 아니다. 즉 상기 시스템 보드부(220)가 무선 충전 장치(200a)에 구성시 이층 및 단층이외에 여러 개의 층으로도 구현될 수 있다. 여기서, 본 발명의 다양한 실시예에서는 상기 시스템 보드부가 이층 배치인 실시예를 설명하기로 한다.
도 6a,b를 참조하면, 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230) 및 송신 공진기(240)를 포함한다.
상기 시스템 보드부(220)는 전력 증폭기(미도시 됨)를 포함하고, 상기 전력 증폭기는 전원부의 DC 전력과 고주파 AC 외부 전원을 이용하여 공진 주파수에 집중된 AC 전력을 생성한다. 그리고, 상기 전력 증폭기는 고주파의 AC 파형을 송신 공진기(240)로 전송하여 자기장을 유도시킨다.
상기 송신 공진기(240)는 유도된 상기 전력 증폭기의 고주파의 AC 파형에 의해 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성하도록 상기 하우징부(210)와 상기 쉴드캔부(230)의 사이에 이격 거리(h)를 갖게 구비될 수 있다.
상기 송신 공진기(240)의 둘레에는 상기 송신 공진기(240)의 공진 효율을 높일 수 있도록 차폐 부재(240a)가 구비되어 있다.
상기 시스템 보드부(220)는 상기 송신 공진기(240)에서 생성되는 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 차폐하도록 상기 쉴드캔부(230)내에 구비될 수 있다.
즉, 상기 쉴드캔부(230)는 상기 시스템 보드부(220)에서 발생되는 전자기장을 차폐하는 역할을 한다. 또한, 상기 쉴드캔부(230)는 상기 송신 공진기(240)의 자기장을 차폐시킬 수 있다.
상기 쉴드캔부(230)는 앞서 언급한 상기 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 상기 송신 공진기(240)의 하부에서 제거할 경우 상기 시트부(250; 도 4a에 도시됨)의 기능을 대체할 수 있다. 다시 말해, 상기 쉴드캔부(230)는 시스템 보드부(220)를 감싸져 있으므로, 상기 쉴드캔부(230)는 상기 시스템 보드부(220)에서 발생되는 전자기장을 차폐시킨다.
따라서, 상기 쉴드캔부(230)는 앞서 언급한 시트부(250; 도 4a에 도시됨)을 대신하여 상기 시스템 보드부(220)에서 발생된 전자기장을 차폐하고, 상기 송신 공진기(240)의 자기장을 차폐시켜 상기 시스템 보드부(220)에 영향을 주지 않는다.
또한, 도 6a와 같이, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부(230)의 내부 및 외부에 구비되는 이층 배치로 이루어지고, 즉, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부(230)의 내부에 구비하고, 또 다른 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부(230)의 외부의 하측면에 구비하여 상기 송신 공진기(240)와 멀어지게 위치시킨다. 또는, 도 6b와 같이, 상기 시스템 보드부(220)는 상기 쉴드캔부(230)의 외부의 하측면에 구비되는 단층 배치로 이루어진다.
이 상태에서, 상기 송신 공진기(240)는 상기 전력 증폭기(미도시 됨)에 의해 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성함과 동시에 상기 자기 필드들에 의해 전자 장치(10)를 상기 송신 공진기(240)의 상면 또는 측면에서 무선으로 충전할 수 있다.
앞서 언급한 도 6a,b와 같이, 상기 하우징부(210)와 상기 쉴드캔부(230)의 사이의 이격 거리(h)는 제 1, 2 이격 거리(h1)(h2)로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 이격 거리(h1)는 상기 쉴드캔부(230)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성되고, 상기 제 2 이격 거리(h2)는 상기 하우징부(210)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성된다.
더불어, 상기 제 1, 2 이격 거리(h1)(h2)의 간격은 서로 다르게 형성하거나 동일하게 형성하여 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)의 크기를 영역을 가변 시킬 수 있다. 즉, 상기 제 1, 2 이격 거리(h1)(h2)의 간격을 조절하여 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 제어할 수 있다.
상기 송신 공진기(240)는 상기 하우징부(210)의 내측에 구비되어 있으므로, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(211)의 상면 및 측면에 놓고 무선으로 충전할 수 있다.
따라서, 하나의 상기 송신 공진기(240)로도 상기 하우징부(210)의 상면에 놓인 전자 장치(10)와 상기 하우징부(210)의 측면에 놓인 또 다른 전자 장치(10)를 커플링하여 무선으로 충전한다.
상기 또 다른 전자 장치(10)는 웨어러블 기기(10a)로 이루어질 수 있다.
상기 웨어러블 기기(10a)는 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신 및 스마트 와치(smart watch) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시에서 상기 웨어러블 기기는 상기 개시된 기기를 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 개시된 기기 이이에 다른 기기도 적용될 수 있다.
더불어, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(210)의 상면에 단독으로 놓고 충전할 수 있다. 또한, 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면에 단독으로 놓고 충전할 수 있다. 또한, 상기 전자 장치(10)를 상기 하우징부(210)의 상면에 놓고 충전함 동시에 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면에 놓고 함께 충전할 수 있다.
상기 하우징부(210)는 직사각형 또는 원통형의 실린더 하우징부(210)으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 직사각형 또는 원통형의 실린더 하우징부(210)이외에 다른 다양한 형상도 적용될 수 있다.
상기 송신 공진기(240)는 코일 또는 패턴이 형성된 인쇄회로기판으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 변환기나 다른 입력 전원으로부터 신호를 받아서 증폭한 후 이를 출력 장치나 다른 증폭단으로 출력한다. 대체로 입력 변환기 신호는 매우 작기 때문에 출력 장치를 구동시키기 위해서는 충분히 증폭되어야 한다.
여기서, 상기 전력 증폭기의 분류하는 한 방법은 클래스(Class) 로 나누는 것이다. 상기 전력 증폭기의 클래스는 입력 신호의 한 주기에 즉, q점에 대해서 동작의 한 주기에 걸친 출력신호의 변화량을 나타낸다.
본 실시예에서 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기는 짧은 ' 온 ' 시간과 더 긴 ' 오프 ' 시간을 갖는 펄스(디지털)신호를 사용하는 증폭기 회로에 사용한다. 샘플-홀드 같은 디지털 기술을 사용하면 입력신호의 일부에서 출력을 복원하기 위해 신호가 전주기에서 변할 수 있도록 할 수 있다. 상기 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기의 동작의 주요 이점은 증폭기가 전력을 소모하는 짧은 시간 동안만 ' 온 '상태에 있기 때문에 전체 효율을 크게 높게 할 수 있다. 즉, 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기는 트랜지터를 스위칭 모드로만 동작시키기 때문에 최소의 전력 손실만을 있다.
이 상태에서, 앞서 언급한 도 7a,b을 참조하여 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
도 7a는 본 발명에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)의 구성 중 송신 공진기(240)에 발생되는 자기 필드 분포를 나타내는 도면 이고, 도 7b는 본 발명에 따른 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)의 작동 상태를 나타내는 사시도 이다.
먼저, 도 7a, b 및 앞서 언급한 도 8과 같이, 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)의 상단면에 상기 전자 장치(10)를 올려 놓고, 상기 무선 충전 장치(200a)의 시스템 보드부(220)에 전원을 공급하면, 상기 시스템 보드부(220)의 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 전원부(미도시 됨)에서 전송된 DC 전압을 이용하여 고주파 외부 전원으로부터 AC 전류 파형을 생성하여 공진 주파수에 자기장을 형성한다. 그리고, 상기 전력 증폭기(미도시 됨)는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2)를 생성한다.
여기서, 상기 쉴드캔부(250)는 상기 시스템 보드부(220)를 감싸고 있으므로, 앞서 언급한 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 대신하여 상기 쉴드캔부(230)가 상기 송신 공진기(240)의 자기장을 차폐시켜 상기 시스템 보드부(220)에 영향을 주지 않고, 상기 쉴드캔부(230)가 시스템 보드부(220)의 전자기장을 차폐시켜 상기 송신 공진기(240)에 영향을 주지 않는다.
상기 송신 공진기(240)의 수직 방향의 자기 필드(A1)는 상기 하우징부(210)의 상단면에 놓여진 전자 장치(10)에 구비된 수신 공진기(10c)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10c)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈(미도시 됨)의 정류부로 인가된다.
상기 무선 전력 수신 모듈은 수신 공진부와, 정류부와, DC/DC 변환부 및 충전부로 구성된다.
따라서, 상기 정류부에 발생된 전류를 제공하고, 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다.
상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 전자 장치(10)내에 구비된 배터리팩에 충전한다. 특히 상기 충전부는 정류부의 출력 전압을 사용하여 충전 동작을 제어하는 충전 IC 및 배터리팩을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 수신 모듈의 정류부와, DC/DC 변환부 및 충전부는 미도시 한다.
마찬가지로, 도 7a, b 및 앞서 언급한 도 9와 같이, 무선 충전 장치(200)의 측면에 웨어러블 기기(10a)를 결합하여 놓으면, 상기 시스템 보드부(220)의 전력 증폭기는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향 자기 필드(A2)를 생성한다.
여기서도, 상기 쉴드캔부(230)는 앞서 언급한 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 대신하여 상기 시스템 보드부(220)에서 발생되는 전자기장을 차폐시킨다.
상기 송신 공진기(240)의 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합된 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10d)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈의 정류부로 인가된다.
따라서, 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 웨어러블 기기내에 구비된 배터리팩에 충전한다.
또한, 앞서 언급한 도 10과 같이, 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)의 상단면에 상기 전자 장치(10)를 올려 놓고, 동시에 무선 충전 장치(200a)의 측면에 상기 웨어러블 기기(10a)를 결합하여 놓으면, 상기 시스템 보드부(220)의 전력 증폭기는 고주파의 AC 전류 파형을 생성하여 송신 공진기(240)로 유도시킨다. 이때, 상기 송신 공진기(240)는 상기 수직 방향 자기 필드(A1)와 상기 수평 방향 자기 필드(A2)를 생성한다.
상기 송신 공진기(240)의 수직 방향 자기 필드(A1) 및 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 상면 및 측면에 놓여진 상기 전자 장치(10) 및 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10c)(10d)와 동시에 커플링되고, 상기 수신 공진기(10c)(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1) 및 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈(미도시 됨)의 정류부로 인가된다.
상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 상기 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 전자 장치(10) 및 웨어러블 기기(10a)내에 구비된 배터리팩(미도시 됨)에 충전한다.
더불어, 시트부(250; 도 4a에 도시됨)를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)는 앞서 언급한 제 1, 2 이격 거리(h1)(h2)에 대해서 좀더 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
앞서 언급한 도 7a,b와 같이, 상기 제 1 이격 거리(h1)는 상기 쉴드캔부(230)과 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성됨과 동시에 간격을 서로 다르게 형성하여 송신 공진기(240)의 수평 방향의 자기 필드(A2)를 변화시킨다. 즉, 상기 웨어러블 기기의 수신 공진기가 30mm 일때 상기 제 1 이격 거리(h1)는 15~35mm 사이를 만족해야 공진기 효율을 30%이상을 만족한다. 다시 말해 상기 제 1 이격 거리(h1)의 범위는 상기 웨어러블 기기(10a)의 수신 공진기(10d) 최대 사이즈 대비 0.5배에서 1.2배 사이로 이루어진다.
또한, 상기 제 2 이격 거리(h2)는 상기 하우징부(10c)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성됨과 동시에 간격이 작을수록 전자 장치(10)의 공진기 효율을 높일 수 있다. 즉, 상기 제 2 이격 거리(h2)는 상기 하우징부(210)와 상기 송신 공진기(240)의 사이에 형성됨과 동시에 간격이 작을수록 전자 장치(10)의 공진기 효율을 높일 수 있다. 따라서, 상기 제 1, 2 이격 거리(h1)(h2)의 범위는 웨어러블 기기(10a)의 수신 공진기(10d) 최대 사이즈 대비 0.3배에서 1.0 배 사이로 이루어진다.
본 발명의 다양한 실시예는 하우징부(210)와 쉴드캔부(230)의 사이에 시트부(250; 도 4a에 도시됨) 없이 소정의 이격 거리(h)를 형성함과 동시에 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)를 동시에 생성하는 송신 공진기(240)를 구성함으로써, 상기 송신 공진기 및 상기 시스템 보드부의 전자기장을 차폐시키는 시트부가 필요 없고, 상기 시트부의 기능을 상기 쉴드캔부가 대신하여 제품의 제조 비용 절감할 뿐만 아니라, 제품의 조립 공정을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평 방향의 자기 필드(A2)를 이용하여 전자 장치(10)를 제품의 상면 뿐만 아니라 측면에도 충전할 수 있다. 이로인해 기존의 사이즈가 크고 넓은 패드가 필요없어 제품을 소형화함은 물론 제품의 제작비용을 절감함은 물론 충전 자유도 보장 및 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 11a, b, c, d, e 및 f는 본 발명에 따른 무선 충전 장치(200)200a)의 다양한 실시예(' 제 1, 2 실시예 ')에 따른 사용상태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 11a는 무선 충전 장치의 경사진 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 11b는 무선 충전 장치의 경사진 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이며, 도 11c는 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 11d는 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이며, 도 11e는 무선 충전 장치의 경사진 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 11f는 무선 충전 장치의 경사진 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이다.
도 11a, b와 같이, 상기 무선 충전 장치(200)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230)과, 수직 방향의 자기 필드와 수평방향이 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기(240) 및 시트부(250)를 포함한다. 또한, 상기 시트부를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230)과, 수직 방향의 자기 필드와 수평방향이 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기(240)를 포함한다.
여기서, 상기 무선 충전 장치(200)(200a)는 시트부(250; 도 5a에 도시됨)를 포함하는 무선 충전 장치(200)와 시트부를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)를 가리킨다.
상기 하우징부(210)의 상면은 상기 전자 장치(10) 및 상기 웨어러블 기기(10a)를 경사지게 걸쳐 놓을 수 있도록 경사면(270)이 형성되어 있다.
상기 시스템 보드부(220)와, 상기 쉴드캔부(230)와, 상기 송신 공진기(240) 및 시트부(250)는 이미 앞서 언급한 도 4a,b 및 도 5 a,b에 도시되어 있으므로, 구체적인 동작 설명을 생략한다.
도 11a와 같이, 상기 웨어러블 기기(10a)는 상기 하우징부(210)의 경사면(270)이 형성된 상면에 걸쳐 놓는다. 이때, 상기 하우징부(210)내에 구비된 상기 송신 공진기(240; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)는 상기 수직 방향의 자기 필드(A1; 도 5에 도시됨)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)를 생성한다.
상기 송신 공진기(240)의 수식 방향 자기 필드(A1)는 상기 하우징부(210)의 경사면(270)에 걸쳐진 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10d; 도 5b에 도시됨)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈의 정류부로 인가된다. 이때 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 웨어러블 기기(10a)내에 구비된 배터리팩(미도시 됨)에 충전한다.
또한, 도 11c, d와 같이, 상기 웨어러블 기기(10a)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합하여 무선으로 충전한다.
즉, 앞서 언급한 상기 송신 공진기(240)의 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합된 상기 웨어러블 기기(10b)에 구비된 수신 공진기(10d)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 발생된 전류는 상기 무선 전력 수신 모듈을 통해 상기 웨어러블 기기의 배터리팩을 충전한다.
이와 같이, 상기 하우징부(210)의 상면에 상기 웨어러블 기기를 경사지게 걸쳐 놓고 충전시킬 수 있도록 경사면(270)을 형성함으로써, 상기 무선 충전 장치에 구비된 송신 공진기의 수직 방향 자기 필드를 이용하여 충전할 수 있고, 더불어, 상기 하우징부의 측면에 상기 웨어러블 기기를 결합하여 상기 송신 공진기의 수평 방향의 자기 필드를 이용하여 충전할 수 있다.
즉, 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면에 경사면이 없을 경우, 상기 전자 장치는 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면과 대면되어 충전이 가능하나, 상기 웨어러블 기기는 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면과 대면할 수 없어 충전이 불가능하다.
따라서, 상기 하우징부(210)의 상면에 경사면(270)을 형성하여 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면 뿐만 아니라 상면에도 충전할 수 있다.
또한, 도 11e, f와 같이, 상기 전자 장치(10)는 상기 하우징부(210)의 상기 경사면(270)에 단독으로 올려 놓고 충전할 수 있다. 즉, 상기 경사면(270)에 올려진 상기 전자 장치(10)는 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 송신 공진기(240; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)의 수직 방향의 자기 필드(A1; 도 6에 도시됨)를 이용하여 충전할 수 있다.
또한, 도 12a, b, c, d, e 및 f는 본 발명의 V자 또는 U 자홈이 형성된 무선 충전 장치(200)(200a)의 다양한 실시예( ' 제 1, 2 실시예 ')에 따른 사용상태를 나타내는 도면 이다.
도 12a는 무선 충전 장치(200)(200a)의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 12b는 무선 충전 장치(200)(200a)의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이며, 도 12c는 무선 충전 장치(200)(200a)의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 12d는 무선 충전 장치의 측면에 웨이러블 기기를 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이며, 도 12e는 무선 충전 장치의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 전자 징치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 사시도 이고, 도 12f는 무선 충전 장치(200)(200a)의 V자 또는 U 자홈이 형성된 상면에 전자 장치를 올려 놓고 충전시키는 상태를 나타낸 측면도 이다.
도 12a, b와 같이, 상기 무선 충전 장치(200)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230)과, 수직 방향의 자기 필드(A1)와 수평방향이 자기 필드(A2)를 동시에 생성하는 송신 공진기(240) 및 시트부(250; 도 5a에 도시됨)를 포함한다.
또한, 상기 시트부를 포함하지 않는 상기 무선 충전 장치(200a)는 하우징부(210)와, 시스템 보드부(220)와, 쉴드캔부(230)과, 수직 방향의 자기 필드와 수평방향이 자기 필드를 동시에 생성하는 송신 공진기(240)를 포함한다.
여기서, 상기 무선 충전 장치(200)(200a)는 시트부(250; 도 5a에 도시됨)를 포함하는 무선 충전 장치(200)와 시트부를 포함하지 않는 무선 충전 장치(200a)를 가리킨다.
상기 하우징부(210)의 상면은 V 자 또는 U 자 홈(280)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 실린더 하우징의 상면이 V 자 또는 U 자 홈(280)이외에 다른 형상의 홈도 적용될 수 있다. 여기서, 본 실시예에서는 U 자 홈(280)이 형성된 하우징부(210)를 설명하기로 한다.
상기 시스템 보드부(220)와, 상기 쉴드캔부(230)와, 상기 송신 공진기(240) 및 시트부(250)는 이미 앞서 언급한 도 4a,b 및 도 5a,b에 도시되어 있으므로, 구체적인 동작 설명을 생략한다.
도 12b와 같이, 상기 웨어러블 기기(10a)는 충전시, 상기 하우징부(210)의 상면에 형성된 U 자 홈(280)에 끼워 걸쳐 놓고 충전할 수 있다.
이때, 상기 하우징부(210)내에 구비된 상기 송신 공진기(240; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)는 상기 수직 방향의 자기 필드(A1; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)와 상기 수평 방향의 자기 필드(A2; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)를 생성한다.
상기 송신 공진기(240)의 수식 방향 자기 필드(A1)는 상기 하우징부(210) 상면의 U 자 홈(280)에 걸쳐진 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10d; 도 5b 및 도 7b에 도시됨)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수직 방향 자기 필드(A1)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 발생된 전류는 무선 전력 수신 모듈의 정류부로 인가된다. 이때 상기 정류부는 생성된 전류를 AC 전압에서 DC 전압으로 정류한다. 상기 정류부에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조절한다. 충전부는 상기 정류된 일정 전압을 웨어러블 기기(10a)내에 구비된 배터리팩(미도시 됨)에 충전한다.
또한, 도 12c, d와 같이, 상기 웨어러블 기기(10a)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합하여 무선으로 충전한다.
즉, 앞서 언급한 상기 송신 공진기(240)의 수평 방향 자기 필드(A2)는 상기 하우징부(210)의 측면에 결합된 상기 웨어러블 기기(10a)에 구비된 수신 공진기(10d)와 커플링되고, 상기 수신 공진기(10d)는 상기 송신 공진기(240)로부터 생성된 수평 방향 자기 필드(A2)의 자기장으로 인하여 액티베이션됨과 동시에 전류가 흐르게 된다. 발생된 전류는 상기 무선 전력 수신 모듈을 통해 상기 웨어러블 기기(10a)의 배터리팩(미도시 됨)을 충전한다.
이와 같이, 상기 하우징부(210)의 상면에 상기 웨어러블 기기를 끼워 걸쳐 놓고 충전시킬 수 있도록 U 자 홈(280)을 형성함으로써, 상기 무선 충전 장치에 구비된 송신 공진기의 수직 방향 자기 필드를 이용하여 충전할 수 있고, 더불어, 상기 하우징부의 측면에 상기 웨어러블 기기를 결합하여 상기 송신 공진기의 수평 방향의 자기 필드를 이용하여 충전할 수 있다.
즉, 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면에 U 자 홈(280)이 없을 경우, 상기 전자 장치는 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면과 대면되어 충전이 가능하나, 상기 웨어러블 기기는 상기 무선 충전 장치(200)(200a)의 상면과 대면할 수 없어 충전할 수 없다.
따라서, 상기 하우징부(210)의 상면에 상기 웨어러블 기기를 경사지게 결합하는 U 자 홈(280)을 형성하여 상기 웨어러블 기기(10a)를 상기 하우징부(210)의 측면 뿐만 아니라 상면에도 충전할 수 있다.
또한, 도 12e, f와 같이, 상기 전자 장치(10)는 상기 하우징부(210)의 상기 경사면(270)에 단독으로 올려 놓고 충전할 수 있다. 즉, 상기 U 자 홈(280)에 올려진 상기 전자 장치(10)는 상기 무선 충전 장치(200)의 송신 공진기(240; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)의 수직 방향의 자기 필드(A1; 도 5a 및 도 7a에 도시됨)를 이용하여 충전할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예의 무선으로 전력을 송신하는 무선 충전 장치는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전자 장치 : 10 웨어러블 기기 : 10a
무선 충전 장치 : 200, 200a
하우징부 : 210 시스템 보드부 : 220
쉴드캔부: 230 송신 공진기 : 240
시트부 : 250 차폐 부재 : 240a
이격 거리 : h
제 1, 2, 3 거리 : h1, h2, h3 수직 방향의 자기 필드 : A1
수평 방향의 자기 필드 : A2
경사면 : 270 U자 홈 : 280

Claims (31)

  1. 전자 장치에 무선으로 전력을 송신하기 위한 무선 충전 장치에 있어서,
    하우징부;
    상기 하우징부내에 구비되고, 전력 증폭기를 포함하는 시스템 보드부;
    상기 하우징부내에 배치된 쉴드캔부;
    상기 하우징부와 상기 쉴드캔부의 사이에 이격 거리를 갖도록 구비되고, 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하도록 구성된 송신 공진기; 및
    상기 쉴드캔부와 상기 송신 공진기의 사이에 구비되어 상기 수직 방향의 자기 필드 또는 상기 수평 방향의 자기 필드 중 적어도 하나를 조절하기 위한 시트부를 포함하고,
    상기 송신 공진기는 상기 하우징부의 상부에 대해 하우징 내에서 수평 방향으로 위치하고,
    상기 하우징부의 상부와 상기 쉴드캔부의 사이는 이격 거리를 가지도록 형성되고,
    상기 이격 거리는, 상기 쉴드캔의 상부와 상기 시트부 사이에 형성된 제1 이격 거리, 상기 시트부와 상기 송신 공진기 사이에 형성된 제2 이격 거리, 및 상기 하우징의 상부와 상기 송신 공진기 사이에 형성된 제3 이격 거리를 포함하고,
    상기 수직 방향의 자기 필드의 크기 영역 또는 상기 수평 방향의 자기 필드 중 적어도 하나의 크기 또는 방향 중 적어도 하나는, 상기 제1 이격 거리, 상기 제2 이격 거리, 또는 상기 제3 이격 거리 중 적어도 하나의 길이가 조절됨으로써 변경되도록 구성된 무선 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부는 직사각형 또는 원통형의 실린더 하우징으로 이루어지는 무선 충전 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 하우징부의 상면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 하우징부의 측면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 하우징부의 상면에 놓고 충전하고, 동시에 웨어러블 기기는 상기 하우징부의 측면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치는 웨어러블 기기로 이루어지는 무선 충전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 웨어러블 기기는 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신 및 스마트 와치(smart watch) 중 어느 하나로 이루어지는 무선 충전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부의 상면은 경사면이 형성되는 무선 충전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 경사면은 웨어러블 기기를 상기 하우징부의 상면에 경사지게 걸쳐 놓고 충전시키는 무선 충전 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부의 상면은 V자 또는 U자 홈이 형성되는 무선 충전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 V자 또는 U자 홈은 웨어러블 기기를 상기 하우징부의 상면에서 삽입함과 아울러 경사지게 걸쳐 놓고 충전시키는 무선 충전 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 공진기의 외곽 둘레에는 차폐 부재가 구비되는 무선 충전 장치.

  15. 제 1 항에 있어서, 상기 시트부는 메탈 시트(Metal Sheet)로 이루어지는 무선 충전 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 쉴드캔부는 상기 시트부를 제거시 상기 송신 공진기의 자기장 차폐 역할하는 무선 충전 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 공진기는 코일 또는 패턴이 형성된 인쇄회로기판으로 이루어지는 무선 충전 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템 보드부는 상기 쉴드캔부의 내부 및 외부에 구비되는 이층 배치로 이루어지거나 상기 쉴드캔부의 외부에 구비되는 단층 배치로 이루어지는 무선 충전 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 클래스-이(Class-E) 또는 클래스-디(Class-D) 형태의 스위칭 전력 증폭기로 이루어지는 무선 충전 장치.
  20. 무선으로 전력을 송신하기 위한 무선 충전 장치에 있어서,
    하우징부;
    상기 하우징부내에 구비되는 적어도 하나의 시스템 보드부;
    상기 하우징부내에 배치된 쉴드캔부; 및
    상기 하우징부와 상기 쉴드캔부 사이에 이격거리를 갖도록 구비되고, 수직 방향의 자기 필드와 수평 방향의 자기 필드를 동시에 생성하도록 구성된 송신 공진기를 포함하고,
    상기 송신 공진기는 상기 하우징부의 상부에 대해 상기 하우징부 내에서 수평 방향으로 위치하고,
    상기 하우징부의 상부와 상기 쉴드캔부는 이격 거리를 가지도록 위치하고,
    상기 이격 거리는, 상기 쉴드캔부의 상부와 상기 송신 공진기 사이의 제1 이격 거리, 및 상기 하우징의 상부와 상기 송신 공진기 사이의 제2 이격 거리를 포함하고,
    상기 수직 방향의 자기 필드의 크기 영역 또는 상기 수평 방향의 자기 필드 중 적어도 하나의 크기 또는 방향 중 적어도 하나는, 상기 제1 이격 거리, 또는 상기 제2 이격 거리, 중 적어도 하나의 길이가 조절됨으로써 변경되도록 구성된 무선 충전 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 하우징부는 실린더 형상으로 이루어지는 무선 충전 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 쉴드캔부는 상기 송신 공진기의 자기장을 차폐시키고, 상기 쉴드캔부는 상기 시스템 보드부에서 발생되는 전자기장을 차폐시키는 무선 충전 장치.
  25. 제 20 항에 있어서, 전자 장치는 상기 하우징부의 상면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  26. 제 20 항에 있어서, 전자 장치는 상기 하우징부의 측면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  27. 제 20 항에 있어서, 전자 장치는 상기 하우징부의 상면에 놓고 충전하고, 동시에 웨어러블 기기는 상기 하우징부의 측면에 놓고 충전하는 무선 충전 장치.
  28. 삭제
  29. 제 20 항에 있어서, 상기 송신 공진기의 외곽 둘레에는 차폐 부재가 구비되는 무선 충전 장치.
  30. 제 20 항에 있어서, 상기 시스템 보드부는 상기 쉴드캔부의 내부 및 외부에 구비되는 이층 배치로 이루어지거나 상기 쉴드캔부의 외부에 구비되는 단층 배치로 이루어지는 무선 충전 장치.
  31. 제 20 항에 있어서, 상기 시스템 보드부는 Class-E 또는 Class-D 형태의 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 무선 충전 장치.
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