KR102552494B1 - 송신코일 형성 패널과 이를 이용한 무선충전장치 및 그 방법 - Google Patents

송신코일 형성 패널과 이를 이용한 무선충전장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송신코일 형성 패널과 이를 이용한 무선충전장치 및 그 방법에 관한 것으로, 회로층에 위치한 p형 반도체의 상부면(안테나층) 상/하/좌/우측에 제1 n형 반도체가 각각 적층되고 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체와, 상기 제1 구조체와 동일 구조를 갖는 제2 구조체를 전도체를 매개로 하여 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 연결된 셀들이 매트릭스 형태로 배열되고 아울러 상호 연결된 구조를 갖는 송신코일 형성 패널과, 상기 송신코일 형성 패널상에서 소정의 영역별로 송신코일을 형성하면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정하고, 최대의 충전효율이 측정된 영역 내에서 복수의 패턴을 가지는 송신코일을 형성해 가면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정하여 송신코일의 최적의 형성위치를 검출함으로써, 휴대용 단말기 충전시 충전효율을 극대화할 수 있는 무선충전장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치에 있어서, 다양한 패턴의 송신코일을 형성하는 송신코일 형성 패널; 및 특정 패턴의 송신코일을 형성하도록 상기 송신코일 형성 패널을 제어하고, 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

송신코일 형성 패널과 이를 이용한 무선충전장치 및 그 방법{PANEL FOR FORMING TRANSMITTING COIL, WIRELESS CHARGER USING THE SAME AND METHOD THEREOF}
본 발명은 송신코일 형성 패널과 이를 이용한 무선충전장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 어레이 구조의 패널상에서 휴대용 단말기의 충전효율이 최대가 되는 위치에 송신코일을 형성하는 기술에 관한 것이다.
이동통신 및 모바일 단말기는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북, 핸드핼드 단말기 등 다양한 모바일 장치를 위한 근거리 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer)를 사용하는 무선 충전 제품이 출시되고 있다.
무선전력전송 시스템은 크게 자기유도방식과 자기공진방식으로 구분된다.
도 1 은 전자기 유도 방식 무선전력 전송(Magnetic inductive coupling WPT) 시스템의 구성도이다.
자기유도 방식은 수 cm 이내의 근거리에서 동작한다. 송신코일에 시변 전류를 인가할 경우 이 시변 전류와 같은 주파수로 발생하는 비 방사형 전자기파에 의해 수신코일에 동일한 주파수로 유도전류가 발생하게 된다. 이러한 'Inductive Coupling'에 의해 동작하는 자기유도방식은 구현이 쉽고 비교적 자성체가 아닌 물질에 대한 투과력이 매우 우수하여 지중 또는 수중에서도 활용 가능한 장점이 있지만, 전송거리가 매우 짧고 코일 간의 정렬시 자유도가 낮은 단점이 있다.
자기유도 방식은 WPC(Wireless Power Consortium)의 Qi 규정에 따라 모바일 기기의 무선 충전 기술이 상용화되고 있으며, 교통카드, RFID, NFC 시스템의 동작원리에 적용되고, 하나의 수신 안테나에 대하여 하나의 송신 안테나가 필요하며, 전력 송수신부가 수 cm 이상 떨어지거나 또는 송신 안테나의 송신 코일과 수신 안테나의 수신 코일이 중심이 정확히 일치하지 않으면, 무선 전력 전송 효율이 떨어지고, 충전 효율과 충전 시간이 늘어나는 단점이 있다.
2007년 MIT Marin Soljacic 교수 팀이 공명의 원리를 적용한 자기공진 방식(자기공명 방식)을 사용한 WPT 시스템은 수 m까지 무선으로 전력을 전송하며, 자기유도 방식에 비해 무선 전력 전송거리가 크게 증가한다. 자기공진 방식은 1차 코일의 공진 주파수와 2차 코일의 공진 주파수가 동일하게 제작되고 1차 코일에서 발생한 에너지가 2차 코일로 전달되며, 공진기의 높은 Q-factor 값을 유지하기 위해 송신 안테나의 공진코일(1차 코일)과 수신 안테나의 공진 코일(2차 코일)의 각 코일의 크기가 크게 제작해야 되는 단점이 있다.
도 2 는 자기공진 방식(Magnetic resonant coupling WPT) 시스템의 구성도이다. 자기공진 방식은 송신부와 수신부 사이의 Magnetic resonant coupling에 의해 동작하게 된다. 송신 안테나의 경우 소스코일(Source coil)에서 인가된 시변 전류에 의해 발생한 자기장이 inductive coupling에 의해 송신 안테나의 공진코일(Resonance coil)에 인가된다. 그리고 같은 공진주파수를 갖는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하며, 이는 다시 로드코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가한다. 자기공진방식은 자기유도방식에 비해 수 m 거리까지 전력을 전송할 수 있으며, 하나의 무선충전기 본체에 여러 단말기들의 다중 충전이 가능하고 코일의 중심이 정확히 일치 않더라도 충전이 가능하다.
자기공진방식 무선전력전송 시스템의 국제연합인 A4WP(Alliance for Wireless Power)는 Rezence Ver 1.0에 대한 시스템 규격을 발표하였다. Rezence 규격 내의 규정 주파수 6.78 MHz에서 동작하는 자기공진방식 무선전력전송 안테나는 다수의 턴(turn) 구조를 갖는 루프(loop) 안테나로 설계되고, 안테나의 공진 코일의 인덕턴스(Inductance), 저항(Resistance) 값에 따라 6.78 MHz의 자기공진주파수를 위한 정합소자를 가진다. 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 최대 전력전송 거리는 안테나의 공진코일 반지름의 약 8배 내외로 가능하며, 하나의 송신안테나를 사용하여 다수의 수신안테나로 전력 전송이 가능하다. 안테나를 통해 전송되는 전력의 양은 입력되는 전력과 송수신 안테나의 효율에 따라 결정된다.
한편, 자기유도 방식이든 자기공진 방식이든 충전효율을 최대화하기 위해서는 송신부의 코일과 수신부의 코일 간의 정렬이 필수적으로 요구되기 때문에 사용자는 무선충전 패드상의 지정된 위치에 휴대용 단말기를 거치해야 한다.
그러나 사용자가 휴대용 단말기를 무선충전 패드상의 지정된 위치에 놓더라도 충전이 진행되는 도중에 충격 등에 의해 휴대용 단말기의 위치가 변경될 수 있고, 그때마다 사용자는 휴대기기를 무선충전 패드상의 지정된 위치로 이동시켜야 하는 불편함이 있다.
이를 해결하기 위한 종래의 기술로서, 차량 내 무선충전 패드상의 휴대용 단말기를 복수의 기준위치로 순차적으로 이동시키고, 각 기준위치에서 측정된 유도전압에 기초하여 무선충전 패드상에서 최적의 충전위치를 검출하며, 상기 최적의 충전위치로 휴대용 단말기를 이동시킴으로써, 최적의 충전효율을 유지하면서 휴대용 단말기를 충전할 수 있는 자동 정렬 기능을 가지는 무선 충전 장치가 제안되었으나, 차량의 경우 공간적 제약으로 인해 설치가 어려운 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-1704264호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 송신코일 형성 패널상에서 소정의 영역별로 송신코일을 형성하면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정하고, 최대의 충전효율이 측정된 영역 내에서 복수의 패턴을 가지는 송신코일을 형성해 가면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정하여 송신코일의 최적의 형성위치를 검출함으로써, 휴대용 단말기 충전시 충전효율을 극대화할 수 있는 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회로층에 위치한 p형 반도체의 상부면(안테나층) 상/하/좌/우측에 제1 n형 반도체가 각각 적층되고 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체와, 상기 제1 구조체와 동일 구조를 갖는 제2 구조체를 전도체를 매개로 하여 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 연결된 셀들이 매트릭스 형태로 배열되고 아울러 상호 연결된 구조를 갖는 송신코일 형성 패널을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치에 있어서, 다양한 패턴의 송신코일을 형성하는 송신코일 형성 패널; 및 특정 패턴의 송신코일을 형성하도록 상기 송신코일 형성 패널을 제어하고, 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 송신코일 형성 패널의 각 영역별로 송신코일을 형성하여 충전효율을 측정하고, 충전효율이 최대가 되는 영역에 형성된 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 송신코일 형성 패널의 가운데 영역에 가장 먼저 송신코일을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 충전효율이 최대가 되는 영역내에서 송신코일의 패턴을 변경해 가면서 충전효율을 측정하여 충전효율이 최대가 되는 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 충전효율이 최대가 되는 영역의 가운데 영역을 중심으로 하는 송신코일을 가장 먼저 형성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 송신코일의 주변에 상기 송신코일을 흐르는 전류의 방향과 반대로 전류가 흐르는 차폐구조를 더 형성할 수도 있다.
또한, 상기 송신코일 형성 패널은 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체; 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제2 구조체; 및 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체에 선택적으로 전원을 인가하여 송신코일을 형성하는 제어회로를 포함하되, 상기 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 상기 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 상호 연결되어 단위 셀을 형성하며 상기 단위 셀이 매트릭스 형태로 배열되고 상호 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각 셀의 제1 구조체는 송신코일의 역할을 수행하고, 상기 각 셀의 제2 구조체는 송신코일에 흐르는 전류의 출력단자 역할을 수행한다.
또한, 상기 제1 구조체의 p형 반도체는 회로층에 위치하고, 상기 제1 구조체의 제1 n형 반도체는 안테나층에 위치한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전방법에 있어서, 송신코일 형성 패널이 특정 패턴의 송신코일을 형성하는 단계; 제어부가 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 충전을 수행하는 단계는 상기 송신코일 형성 패널의 각 영역별로 송신코일을 형성하여 충전효율을 측정하는 제 1 단계; 및 충전효율이 최대가 되는 영역에 형성된 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제 2 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 충전효율을 측정하는 단계는 상기 송신코일 형성 패널의 가운데 영역에 가장 먼저 송신코일을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 단계는 상기 충전효율이 최대가 되는 영역내에서 송신코일의 패턴을 변경해 가면서 충전효율을 측정하는 제 2-1 단계; 및 충전효율이 최대가 되는 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제 2-2 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 2-1 단계는 상기 충전효율이 최대가 되는 영역의 가운데 영역을 중심으로 하는 송신코일을 가장 먼저 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법은 송신코일의 주변에 상기 송신코일을 흐르는 전류의 방향과 반대로 전류가 흐르는 차폐구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 장치는 송신코일 형성 패널에 있어서, 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체; 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제2 구조체; 및 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체에 선택적으로 전원을 인가하여 송신코일을 형성하는 제어회로를 포함하되, 상기 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 상기 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 상호 연결되어 단위 셀을 형성하며 상기 단위 셀이 매트릭스 형태로 배열되고 상호 연결된 구조를 갖는다.
여기서, 상기 각 셀의 제1 구조체는 송신코일의 역할을 수행하고, 상기 각 셀의 제2 구조체는 송신코일에 흐르는 전류의 출력단자 역할을 수행한다.
또한, 상기 제1 구조체의 p형 반도체는 회로층에 위치하고, 상기 제1 구조체의 제1 n형 반도체는 안테나층에 위치할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 송신코일 형성 패널상에서 소정의 영역별로 송신코일을 형성해 가면서 휴대용 단말기의 충전효율을 검추측정하고, 최대의 충전효율이 측정된 영역 내에서 복수의 패턴을 가지는 송신코일을 형성해 가면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정하여 송신코일의 최적의 형성위치를 검출함으로써, 휴대용 단말기 충전시 충전효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복수의 패턴을 가지는 송신코일을 형성할 수 있는 송신코일 형성 패널을 제공함으로써, 복수의 송신코일을 구비할 필요도 없고 휴대용 단말기의 위치를 이동시킬 필요도 없이 휴대용 단말기의 위치에 상관 없이 충전효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 전자기 유도 방식 무선전력 전송(Magnetic inductive coupling WPT) 시스템의 구성도,
도 2 는 자기공진 방식(Magnetic resonant coupling WPT) 시스템의 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 구성하는 단위 셀의 구조를 나타내는 일실시예 평면도,
도 4 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 구성하는 단위 셀의 구조를 나타내는 일실시예 정면도,
도 5 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널의 구조를 나타내는 일예시도,
도 6a 및 도6b 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용하여 송신코일을 형성 과정을 설명하기 위한 일예시도,
도 7 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용하여 생성한 송신코일의 일예시도,
도 8 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치의 일실시예 구성도,
도 9 는 본 발명에 따른 송신코일을 형성하는 과정에 대한 일예시도,
도 10 은 본 발명에 따른 무선충전장치가 형성한 송신코일과 차폐구조에 대한 일예시도,
도 11 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 구성하는 단위 셀의 구조를 나타내는 일실시예 평면도로서, 실제 평면도상에서 제2 구조체(320)는 제1 구조체(310)에 가려져 보이지 않지만 이해를 돕기 위해 함께 나타내었다. 즉, 제1 구조체(310)와 제2 구조체(320)는 동일한 구조(크기, 형태, 재질 등)를 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 구성하는 단위 셀은 제1 구조체(310)와 제2 구조체(320)를 포함한다.
제1 구조체(310)는 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 제1 n형 반도체가 각각 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 구조를 갖는다. 이때, 제1 구조체(310)의 좌측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(311)를 통해 타 구조체의 우측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되고, 제1 구조체(310)의 우측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(312)를 통해 타 구조체의 좌측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되며, 제1 구조체(310)의 상측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(313)를 통해 타 구조체의 하측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되며, 제1 구조체(310)의 하측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(314)를 통해 타 구조체의 상측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결된다.
제2 구조체(320) 역시 제1 구조체(310)와 동일한 구조를 갖지만, 도 4에 도시된 바와 같이 단위 셀을 구성하기 위해서 제2 구조체(320)는 수평선을 기준으로 180도 회전된 상태에서 제2 구조체(320)의 제2 n형 반도체는 제1 구조체(310)의 제2 n형 반도체와 연결된다. 이때, 제2 구조체(320)의 좌측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(321)를 통해 타 구조체의 우측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되고, 제2 구조체(320)의 우측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(322)를 통해 타 구조체의 좌측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되며, 제2 구조체(320)의 상측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(323)를 통해 타 구조체의 하측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결되며, 제2 구조체(320)의 하측에 위치한 제1 n형 반도체는 패널 구성시 전도체(324)를 통해 타 구조체의 상측에 위치한 제1 n형 반도체와 연결된다.
여기서, 각 전도체(311 내지 314, 321 내지 324)는 브릿지 역할을 수행하고, 각 p형 반도체는 게이트 역할을 수행한다.
도 4 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 구성하는 단위 셀의 구조를 나타내는 일실시예 정면도로서, 실제 정면도상에서 제1 구조체(310)의 제1 n형 반도체와 연결된 전도체(314), 및 제2 구조체(320)의 제1 n형 반도체와 연결된 전도체(324)가 표시되어야 하나 이해를 돕기 위해 나타내지 않았다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 구조체(310)의 회로층에 위치한 p형 반도체의 상부면 좌측에 제1 n형 반도체가 적층되고 우측에 제1 n형 반도체가 적층된다. 즉, 제1 n형 반도체는 안테나층에 위치한다. 이때, 회로층은 제어회로(제어부)로부터 선택적으로 전원(Vcc)이 공급되는 라인이 위치하는 레이어를 의미한다.
제2 구조체(320)는 평면형태의 패널 상에서 전류의 출력단자(output) 역할을 수행한다. 즉, 송신코일을 형성하기 위해서는 전류가 입력단에 입력되어 출력단에서 출력되어야 하는데 제2 구조체(320)가 이러한 역할을 수행한다.
제1 구조체(310)의 하부면 중앙에 적층된 제2 n형 반도체는 제2 구조체(320)의 하부면(현재 제2 구조체(320)는 수평선을 기준으로 180도 회전된 상태임)에 적측된 제2 n형 반도체와 전도체(410)를 통해 연결된다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, P형 반도체에 전원(Vcc)을 인가되면 브릿지 간에 전류가 흐르게 된다. 이는 npn형 트랜지스터의 기본 원리이므로 구체적인 설명은 생략한다. 여기서, P형 반도체에 전원(Vcc)이 인가되는 지점은 설계자의 의도에 따라 변경 가능하다.
도 5 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널의 구조를 나타내는 일예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널은 단위 셀들이 매트릭스 형태로 배열되고 아울러 각 셀들이 상호 연결된 구조를 갖는다. 이때, 제어회로(510)는 선택적으로 특정 셀에 전원을 인가할 수 있다. 따라서 송신코일을 형성할 수 있다.
도 5에서는 이해를 돕기 위해 3×4 구조의 송신코일 형성 패널을 일례로 들어 설명하였지만, 송신코일 형성 패널을 구성하는 셀의 개수는 설계자의 의도에 따라 결정될 수 있으며 아울러 본 발명에 아무런 영향을 미치지 않는다.
도 6a 및 도6b 는 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용하여 송신코일을 형성 과정을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 송신코일 형성 패널의 각 셀에 식별번호를 부여하고, (0,0),(0,1),(0,…),(0,N), (N,0),(N,1),(N,…),(N,N), (1,N),(…,N)에 전원을 인가하면 도 6b에 도시된 바와 같은 송신코일이 형성된다.
도 7 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용하여 생성한 송신코일의 일예시도로서, 제1 구조체(310)만이 표시되어 있지만 그 후면에는 제2 구조체(320)가 구비되어 있다.
특정 셀에 전원을 인가하여 도 7에 도시된 바와 같은 송신코일을 형성하였고, 종착 셀(720)의 제2 구조체(310)에 전원을 인가하여 시작 셀(710)의 제1 구조체(310)부터 종착 셀(720)의 제1 구조체(310)까지 전류가 흐르게 한다. 즉 송신코일에 전류가 흐르게 한다.
도 8 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치의 일실시예 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전장치는, 송신코일 형성 패널(810), 통신부(820), 및 제어부(830)를 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구비될 수 있으며, 발명을 실시하는 방식에 따라서 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 송신코일 형성 패널(810)은 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖으며, 제어부(830)의 제어하에 다양한 패턴의 송신코일을 형성할 수 있다.
통신부(820)는 충전의 대상이 되는 휴대용 단말기와 근거리 무선통신(일례로 블루투스 통신 등)을 통해 통신한다. 즉, 통신부(820)는 휴대용 단말기로부터 충전 과정에서 발생하는 각종 정보를 획득할 수 있다. 특히, 통신부(820)는 휴대용 단말기의 충전효율정보 또는 충전효율 측정에 필요한 각종 데이터를 획득할 수 있다.
제어부(830)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(830)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(830)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 제어부(830)는 송신코일 형성 패널(810)상에 거치된 휴대용 단말기의 위치에 최적화된 송신코일을 형성하기 위해 송신코일 형성 패널(810)의 영역을 소정의 개수로 구분한 후 각 영역별로 충전효율을 측정한다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 송신코일 형성 패널(810)의 일례로 3개의 영역(①,②,③)으로 나누고 순차적으로 충전효율을 측정한다. 이때, 보통 휴대용 단말기는 송신코일 형성 패널(810)의 가운데 부분에 거치되므로 송신코일 형성 패널(810)의 가운데 부분을 ① 영역으로 결정하는 것이 바람직하다.
이후, 제어부(830)는 최대의 충전효율이 측정된 영역 내에서 송신코일의 세부 위치를 조정하기 위해 복수의 패턴을 가지는 송신코일을 형성해 가면서 휴대용 단말기의 충전효율을 측정한다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 최대 충전효율이 측정된 영역이 ②영역인 경우, ②영역을 일례로 6등분(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6)한 후 순차적으로 송신코일의 중심을 이동해 가면서 송신코일을 형성하고 그때마다 충전효율을 측정하여 최대의 충전효율을 갖는 송신코일을 결정한다. 이때, 휴대용 단말기가 위치할 가능성이 가장 높은 2.1영역에서 가장 먼저 수행한다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 2.1영역의 (1,1) 셀이 송신코일의 중심이 되도록 송신코일을 생성한 후 충전효율을 측정하고, 이후, (1,2) 셀이 송신코일의 중심이 되도록 송신코일을 생성한 후 충전효율을 측정한다. 그 순서를 나타내는 스캔라인은 도 9에 도시된 바와 같다. 이때, 스캔라인은 설계자의 의도에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 즉, 홀수열에서만 수행할 수도 있고, 홀수행만 수행할 수도 있으며, 2.1영역의 중심셀을 시작으로 주변 셀로 확장할 수도 있다.
이러한 과정을 통해 제어부(830)는 최대의 충전효율을 갖는 송신코일을 형성할 수 있다.
한편, 제어부(830)는 도 10에 도시된 바와 같이 송신코일의 주변에 차폐구조를 더 형성할 수도 있다. 이때, 차폐구조는 흐르는 전류의 방향은 송신코일을 흐르는 전류의 방향과 반대가 된다. 이러한 차폐구조는 횡방향 노이즈를 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 11 은 본 발명에 따른 송신코일 형성 패널을 이용한 무선충전방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 송신코일 형성 패널(810)이 특정 패턴의 송신코일을 형성한다(1101).
이후, 제어부(830)가 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행한다(1102).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310 : 제1 구조체
320 : 제2 구조체
810 : 송신코일 형성 패널
820 : 통신부
830 : 제어부

Claims (18)

  1. 다양한 패턴의 송신코일을 형성하는 송신코일 형성 패널; 및
    특정 패턴의 송신코일을 형성하도록 상기 송신코일 형성 패널을 제어하고, 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제어부
    를 포함하는 무선충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신코일 형성 패널의 각 영역별로 송신코일을 형성하여 충전효율을 측정하고, 충전효율이 최대가 되는 영역에 형성된 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신코일 형성 패널의 가운데 영역에 가장 먼저 송신코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전효율이 최대가 되는 영역내에서 송신코일의 패턴을 변경해 가면서 충전효율을 측정하여 충전효율이 최대가 되는 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전효율이 최대가 되는 영역의 가운데 영역을 중심으로 하는 송신코일을 가장 먼저 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신코일의 주변에 상기 송신코일을 흐르는 전류의 방향과 반대로 전류가 흐르는 차폐구조를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신코일 형성 패널은,
    사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체;
    사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제2 구조체; 및
    상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체에 선택적으로 전원을 인가하여 송신코일을 형성하는 제어회로를 포함하되,
    상기 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 상기 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 상호 연결되어 단위 셀을 형성하며 상기 단위 셀이 매트릭스 형태로 배열되고 상호 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 셀의 제1 구조체는 송신코일의 역할을 수행하고, 상기 각 셀의 제2 구조체는 송신코일에 흐르는 전류의 출력단자 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 구조체의 p형 반도체는 회로층에 위치하고, 상기 제1 구조체의 제1 n형 반도체는 안테나층에 위치하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  10. 송신코일 형성 패널이 특정 패턴의 송신코일을 형성하는 단계;
    제어부가 상기 형성된 특정 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 단계
    를 포함하는 무선충전방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전을 수행하는 단계는,
    상기 송신코일 형성 패널의 각 영역별로 송신코일을 형성하여 충전효율을 측정하는 제 1 단계; 및
    충전효율이 최대가 되는 영역에 형성된 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제 2 단계
    를 포함하는 무선충전방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 충전효율을 측정하는 단계는,
    상기 송신코일 형성 패널의 가운데 영역에 가장 먼저 송신코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 충전효율이 최대가 되는 영역내에서 송신코일의 패턴을 변경해 가면서 충전효율을 측정하는 제 2-1 단계; 및
    충전효율이 최대가 되는 패턴의 송신코일을 이용하여 휴대용 단말기의 충전을 수행하는 제 2-2 단계
    를 포함하는 무선충전방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2-1 단계는,
    상기 충전효율이 최대가 되는 영역의 가운데 영역을 중심으로 하는 송신코일을 가장 먼저 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 송신코일의 주변에 상기 송신코일을 흐르는 전류의 방향과 반대로 전류가 흐르는 차폐구조를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 무선충전방법.
  16. 사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제1 구조체;
    사각의 p형 반도체의 상부면 상/하/좌/우측에 각각 제1 n형 반도체가 적층되고, 상기 p형 반도체의 하부면 중앙에 제2 n형 반도체가 적층된 제2 구조체; 및
    상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체에 선택적으로 전원을 인가하여 송신코일을 형성하는 제어회로를 포함하되,
    상기 제1 구조체의 제2 n형 반도체와 상기 제2 구조체의 제2 n형 반도체가 상호 연결되어 단위 셀을 형성하며 상기 단위 셀이 매트릭스 형태로 배열되고 상호 연결된 구조를 갖는 송신코일 형성 패널.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 각 셀의 제1 구조체는 송신코일의 역할을 수행하고, 상기 각 셀의 제2 구조체는 송신코일에 흐르는 전류의 출력단자 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 송신코일 형성 패널.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 구조체의 p형 반도체는 회로층에 위치하고, 상기 제1 구조체의 제1 n형 반도체는 안테나층에 위치하는 것을 특징으로 하는 송신코일 형성 패널.
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