KR102449497B1 - 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스 - Google Patents

충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 충전과 무선 통신이 가능한 무선 이어폰으로서, 이용자의 귀에 착용되는 이어폰 본체; 상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 외부의 전력이 무선으로 충전되도록 하는 무선 충전부; 및 상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 모바일 기기와 무선으로 통신하는 무선 통신부;를 포함하고, 상기 무선 충전부의 무선 충전용 코일은 상기 무선 통신부의 무선 통신용 안테나로 함께 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스{Wireless Earphones and Charging Case with Antenna for Charging and Communication}
본 발명은 충전과 통신이 동시에 가능하도록 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스에 관한 것이다.
종래 유선으로 전력을 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버젼 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다.
상기 무선 전력 협의체의 표준 문서는 자기 유도 방식에 의하여 하나의 무선 전력 전송장치로부터 하나의 무선 전력 수신장치로 전력을 전달하는 방식을 설명하고 있다.
무접점 무선 충전 방식은 기존의 유선을 통해 전력을 전송하고 전자기기의 전원으로 사용하는 방식에서 선을 제거하고 전자기적으로 에너지를 전달할 수 있는 획기적인 에너지 전달 개념이다. 자기유도 방식 무 접점 무선 충전은 전력전송부에서 코일을 통해 자기장을 발생시키면 디바이스에서 근접한 위치에 코일을 위치시켜 자기장을 공유하면서 전력을 얻는 방식이다. 이러한 방식은 전동칫솔이나 스마트폰용 충전 커버 등의 장치에 이미 실용화되고 있다.
최근 스마트폰과 태블릿 PC 등 전력 사용이 많아서 잦은 충전이 필요한 휴대용 기기에 다양한 무선 충전 장치가 개발되었다. 그러나, 무선 충전용 수신 코일 자체의 크기와 두께로 인해 휴대성이 핵심인 휴대용 기기에 적용하기 위해서는 지속적으로 무선전력 수신부의 크기와 두께를 낮추고자 하는 제품 개발자, 소비자의 요구가 많다.
한편, 종래의 무선이어폰은 충전을 위한 공간과 블루투스 등의 무선 통신을 위한 공간이 별도로 분리되어 있는 관계로, 다양한 기능을 구비하고 장기간 작동을 위한 대용량 배터리의 내재공간을 필요로 하면서도 소형화될 필요가 있는 무선이어폰이나 웨어러블 기기 등에 있어서 효율적인 공간 활용이 쉽지않은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-2036637호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 무선충전(WPC) 코일을 Bluetooth 안테나로도 사용될 수 있도록 함으로써 무선 충전 및 블루투스 통신이 동시에 가능한 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 무선 충전과 무선 통신이 가능한 무선 이어폰으로서, 이용자의 귀에 착용되는 이어폰 본체; 상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 외부의 전력이 무선으로 충전되도록 하는 무선 충전부; 및 상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 모바일 기기와 무선으로 통신하는 무선 통신부;를 포함하고, 상기 무선 충전부와 무선 충전용 코일은 상기 무선 통신부의 무선 통신용 안테나로 함께 사용될 수 있다.
또한, 상기 무선 충전부는, 외부로부터 송신되는 전력을 무선으로 수신받아 충전하는 전력송수신코일; 상기 전력송수신코일의 일단에 형성되는 양극단자; 및 상기 양극단자에 대응하여 상기 전력송수신코일의 타단에 형성되는 음극단자;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 통신부는, 상기 양극단자 측에 구비되어 외부의 모바일 기기로부터 통신 신호를 수신받는 시그날 매칭부; 및 상기 음극단자 측에 구비되어 상기 시그날 매칭부로 부터 수신된 신호를 수용하여 연결하는 그라운드 매칭부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이어폰 본체의 일부분에 구비되며 상기 무선 충전부와 무선 통신부에 각각 연결되어 상기 무선 충전부와 무선 통신부의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 충전케이스는 전술한 무선 이어폰이 보관되고, 무선으로 충전이 가능하도록 전력송수신코일이 일부분에 구비되며, 상기 전력송수신코일을 통해 무선 통신이 수행되어 상기 전력송수신코일이 무선 충전과 무선 통신용 안테나로 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 이어폰 본체의 일부분에 무선 충전부의 전력송수신코일을 무선 통신부의 안테나로 사용하여 하나의 부재로 무선 충전 및 블루투스 통신이 동시에 가능해지므로 공간 활용의 효율성을 향상시키고 비용의 절감에 유리한 효과가 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰과 충전케이스의 사시도이다.
도 2는 상기 무선 이어폰의 구성요소 블록도이다.
도 3은 상기 무선 충전 코일부와 무선 통신 안테나부의 부분 상세도이다.
도 4는 상기 무선 충전부의 코일과 무선 통신 안테나부를 나타낸 도면이다.
도 5는 상기 무선 이어폰과 충전케이스의 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된(표현된) 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰의 사시도이고, 도 2는 상기 무선 이어폰의 구성요소 블록도이며, 도 3은 상기 무선 충전 코일부와 무선 통신 안테나부의 상세도이고, 도 4는 상기 무선 충전부의 코일과 무선 통신 안테나부를 나타낸 도면이며, 도 5는 상기 무선 이어폰의 개념도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전과 무선 통신이 가능한 무선 이어폰은, 이어폰 본체(100), 무선 충전부(200) 및 무선 통신부(300)를 포함할 수 있다.
이어폰 본체(100)는 이용자의 귀에 착용될 수 있다. 이어폰 본체(100)는 사람의 귀에 대응하는 형상으로 제작되며 충전이나 보관을 위해서 별도 구비되는 충전케이스(10)에 수용될 수 있다. 충전케이스(10)는 이어폰 본체(100)를 수용하여 보호하고, 유선이나 무선 등으로 충전이 가능하며 미리 충전된 자체 배터리를 이용하여 이어폰 본체(100)를 직접 충전하거나 외부의 전력을 이어폰 본체(100)에 전달하여 충전시키는 역할을 수행할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예 따른 충전케이스(10)는 무선 이어폰이 보관되고, 무선으로 충전이 가능하도록 전력송수신코일(210)이 일부분에 구비되며, 전력송수신코일(210)을 통해 무선 통신이 수행되어 전력송수신코일(210)이 무선 충전과 무선 통신용 안테나로 함께 사용될 수 있다. 즉, 충전케이스(10)도 제어부나 컨트롤러 등의 제어에 의해 전력송수신코일(210)을 통해서 외부의 모바일 기기와 블루투스 등의 무선 통신이 가능하여 충전케이스의 배터리 잔여량 등의 정보의 송신이 가능하다.
한편, 무선 전력 전송은 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용하여 이어폰 본체(100)로 상호간 접촉 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 무선 전력 신호에 의한 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Electromagnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 전자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장을 통해 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.
공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 전송한 무선 전력 신호에 의하여 이어폰 본체(100)에서 공진이 발생하고, 공진 현상에 의하여 이어폰 본체(100)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
이어폰 본체(100)의 일부분에는 제어부(400)에 연결되며 송신측 전원 공급부로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 전달하는 전력 변환부가 구비될 수 있다. 전력 변환부에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 전력 변환부는 무선 전력 신호가 발생하는 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.
전력 변환부는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부는 유도 결합 방식에 따라 이어폰 본체(100)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명에서는 전력 송신 코일(210)이 전력 변환부의 1차 코일일 수 있다.
또한, 전력 변환부는 공진 결합 방식에 따라 이어폰 본체(100)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 전자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 송신 코일(210)이 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 전자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)일 수 있다.
또한, 전력 변환부는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있고, 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
무선 충전부(200)는 이어폰 본체(100)의 일부분에 설치되어 외부의 전력이 무선으로 충전되도록 할 수 있다.
무선 충전부(200)는 전력송수신코일(210), 양극단자(220) 및 음극단자(230)를 포함할 수 있다.
전력송수신코일(210)는 외부로부터 송신되는 전력을 무선으로 수신받아 충전할 수 있다.
양극단자(220)는 전력송수신코일(210)의 일단에 형성될 수 있다.
음극단자(230)는 양극단자(220)에 대응하여 전력송수신코일(210)의 타단에 형성될 수 있다.
무선 통신부(300)는 이어폰 본체(100)의 일부분에 설치되어 모바일 기기와 무선으로 통신할 수 있다.
무선 통신부(300)는 시그날 매칭부(310) 및 그라운드 매칭부(320)를 포함할 수 있다.
시그날 매칭부(310)는 양극단자(220) 측에 구비되어 외부의 모바일 단말기로부터 통신 신호를 수신받을 수 있다.
그라운드 매칭부(320)는 음극단자(230) 측에 구비되어 시그날 매칭부(310)로 부터 수신된 신호를 수용하여 연결할 수 있다.
무선 통신부(300)는 외부의 모바일 기기 등과 와이파이, 블루투스, 지그비, UWB(Ultra Wide Band), Wireless USB, NFC(Near Field Communication), Wireless LAN 중에서 어느 하나의 무선 통신으로 연동될 수 있다. 무선 통신부(300)의 무선 연결방식은 상기의 방식에 국한되지 않으며 사용환경 등에 따라 보다 다양한 최선의 방식을 채택하여 사용이 가능하다.
무선 통신부(300)가 블루투스 방식으로 통신을 수행하는 경우, 접속 정보는 블루투스 주소에 해당할 수 있다. 이 경우 제어부(400)는 전력 제어 메시지를 통하여 블루투스 주소를 획득하고 이어폰 본체(100)과 장치 페어링을 하도록 무선 통신부(300)를 제어할 수 있다.
예컨대, 무선 통신부(300)가 무선 랜 방식으로 통신을 수행하는 경우, 접속 정보는 SSID(service set identifier), WEP(wired equivalent privacy) 또는 WPA(Wi-Fi protected access)의 인증 정보, 장치의 주소 등에 해당할 수 있다. 이 경우 제어부(400)는 전력 제어 메시지를 통하여 접속 정보를 획득하고 이어폰 본체(100)와 인증 또는 접속을 수행하도록 무선 통신부(300)를 제어할 수 있다.
무선 충전부(200)의 무선 충전용 코일은 무선 통신부(300)의 무선 통신용 안테나로 함께 사용될 수 있다. 구체적으로, 무선 충전부(200)의 전력송수신코일(210)이 하나의 부재로 무선 충전과 무선 통신이 가능해지므로 무선 충전을 함과 동시에 무선 통신부(300)의 무선 통신용 안테나로 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 이어폰은 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.
제어부(400)는 이어폰 본체(100)의 일부분에 구비되며 무선 충전부(200)와 무선 통신부(300)에 각각 연결되어 무선 충전부(200)와 무선 통신부(300)의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 이어폰 본체(100)의 일부분에 무선 충전부(200)의 전력송수신코일(210)을 무선 통신부(300)의 안테나로 사용하여 하나의 부재로 무선 충전 및 블루투스 통신이 동시에 가능해지므로 공간 활용의 효율성을 향상시키고 비용의 절감에 유리한 효과가 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 충전케이스
100 : 이어폰 본체
200 : 무선 충전부
210 : 전력송수신코일
220 : 양극단자
230 : 음극단자
300 : 무선 통신부
310 : 시그날 매칭부
320 : 그라운드 매칭부
400 : 제어부

Claims (5)

  1. 무선 충전과 무선 통신이 가능한 무선 이어폰으로서,
    이용자의 귀에 착용되는 이어폰 본체;
    상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 외부의 전력이 무선으로 충전되도록 하는 무선 충전부; 및
    상기 이어폰 본체의 일부분에 설치되어 모바일 기기와 무선으로 통신하는 무선 통신부;를 포함하고,
    상기 무선 충전부는,
    외부로부터 송신되는 전력을 무선으로 수신받아 충전하는 전력송수신코일;
    상기 전력송수신코일의 일단에 형성되는 양극단자; 및
    상기 양극단자에 대응하여 상기 전력송수신코일의 타단에 형성되는 음극단자를 포함하고,
    상기 무선 통신부는,
    상기 양극단자 측에 연결되어 상기 전력송수신코일의 상기 일단에 연결되고 외부의 모바일 기기로부터 통신 신호를 수신받는 시그날 매칭부; 및
    상기 음극단자 측에 연결되어 상기 전력송수신코일의 상기 타단에 연결되고 상기 시그날 매칭부로부터 수신된 신호를 수용하여 연결하는 그라운드 매칭부를 포함하고,
    상기 무선 충전부의 상기 전력송수신코일은 상기 무선 통신부의 무선 통신용 안테나로 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이어폰 본체의 일부분에 구비되며 상기 무선 충전부와 무선 통신부에 각각 연결되어 상기 무선 충전부와 무선 통신부의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 무선 이어폰.
  5. 청구항 1 및 4 중 어느 한 항에 따른 무선 이어폰이 보관되고, 무선으로 충전이 가능하도록 전력송수신코일이 일부분에 구비되며, 상기 전력송수신코일을 통해 무선 통신이 수행되어 상기 전력송수신코일이 무선 충전용 코일과 무선 통신용 안테나로 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 충전과 통신을 위한 안테나가 구비된 충전케이스.
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