KR102579117B1 - 무선 충전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치는, 하우징과, 하우징에 실장되는 메인 기판부와, 메인 기판부에 적층되는 코일부 및 코일부와 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결부재를 포함할 수 있고, 연결부재는, 메인 기판부 상에 구비되는 커넥터부 및 코일부에 구비되고, 커넥터부 상에 접촉되어 코일부와 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결 기판부를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 무선 충전 장치는 실시 예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
또한, 상기와 같은 무선 충전 장치는 실시 예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
Description
본 발명의 다양한 실시 예들은 무선 충전 장치에 관한 것으로, 예컨대, 간단한 구조로 전기적 연결을 가능하게 하는 무선 충전 장치에 관한 것이다.
전자 장치에는 전원을 공급하기 위한 배터리가 실장될 수 있고, 이러한 배터리를 충전하는 방법은 다양하나, 최근에는 무선 충전(또는 무접점 충전)을 통한 배터리를 충전하기 위한 장치가 제안되고 있다. 무선 충전(또는 무접점 충전) 기술은 재충전 가능 배터리를 사용하는 전자 장치의 배터리 충전을 위해 이용될 수 있다. 이러한 무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용할 수 있다. 예를 들어 충전 장치와 전자 장치를 별도의 충전 커넥터로 연결하지 않고, 전자 장치를 단지 충전 패드에 올려놓는 것 만으로 자동으로 충전을 할 수 있는 것이다.
예를 들어, 무선 충전 장치는 전기 에너지를 전자기파 형태로 변환하여 전송선 없이 무선으로 에너지를 부하로 전달할 수 있는 장치로서, 자기유도방식을 많이 사용하고 있다. 자기유도방식의 무선 충전 장치는 코일에 유기되는 자기장을 이용하여 전력을 전달하는 방식으로, 예컨대 송신 코일에 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장을 이용하여 수신 코일에 유도 전류를 흐르게 하여 부하로 에너지를 공급하는 방식이다.
이러한 무선 충전 장치는 송신부 전원공급장치(TA), 무선충전 송신부(TX), 무선충전 수신부(RX)를 포함할 수 있고, 무선 충전 장치를 통해 충전되는 전자 장치를 포함할 수 있다. 송신부 전원공급장치는 전력을 DC전원으로 변환하여 전원을 공급하도록 구비되며, 무선충전 송신부는 DC전원을 인가 받아 AC 전력으로 변환하여 송신코일을 통해 전력을 송신하도록 구비될 수 있고, 무선충전 수신부(RX)는 송신코일로부터 송신된 AC전력을 수신코일로 인가 받아 DC 전력으로 변환하여 일정한 크기의 DC전원을 생성하도록 구비될 수 있고, 전자 장치는 수신부로부터 정류된 DC전원을 인가 받아 충전되도록 구비될 수 있다.
무선 충전 장치의 제조 시, 송신 코일과 기판부는 납땜 공정에 의해 전기적으로 연결되도록 조립될 수 있다.
구체적으로, 송신 코일은 권선되는 권선부와, 기판부와 납땜되어 전기적으로 연결되는 코일 단부로 구성될 수 있다. 그런데, 코일 단부가 기판부에 전기적으로 연결되기 위해 하우징에 기판부를 안착시킨 후 기판부 상에 코일을 적층하고, 코일 단부와 기판부를 납땜 하게 되는데, 납땜 시 발생되는 고온의 열에 의해 납땜 포인트 주변의 사출된 하우징이 녹아내리거나, 변형되는 등의 불량이 야기될 수 있다.
또한, 납땜을 위해 코일 단부를 기판부 측으로 변형시켜야 하는데, 무선충전 송신부의 코일은 연성 재질이 아니므로 코일 단부의 밴딩이 용이하지 않고, 냉납 발생으로 인해 불량이 발생할 수 있다.
또한, 납땜 작업을 위해서는 다양한 공정 기기 예를 들어, 납땜, 지그, 인두기, 납 등의 공정 기기 등이 필요하고, 납땜 작업을 하기 위한 조립 공정 과정이 별도로 필요하다.
또한, 기판부와 코일단부를 연결하기 위해 커넥터 부품을 사용하는 경우, 파워 라인 상으로 로스가 발생하여, 무선충전의 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 무선 충전 장치는, 기판부와 코일단부를 연결하기 위한 납땜 공정을 필요로 하지 않으면서, 조립공정을 단순화할 수 있고, 기판부와 코일 단부의 전기적 연결을 심플하며 용이하게 할 수 있는 무선 충전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치는, 무선 충전 장치에 있어서, 하우징; 상기 하우징에 실장되는 메인 기판부; 상기 메인 기판부에 적층되는 코일부; 및 상기 코일부와 상기 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 연결부재는, 상기 메인 기판부 상에 구비되는 커넥터부; 및 상기 코일부에 구비되고, 상기 커넥터부 상에 접촉되어 상기 코일부와 상기 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결 기판부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치는, 무선 충전 장치의 조립 과정에서 기판부와 코일부의 전기적 연결 됨에 따라 기판부와 코일부의 전기적 연결을 위한 납땜 공정이 필요치 않으며, 납땜 조립 과정의 삭제로 인해 납땜 조립을 위한 조립 기기 등이 필요치 않고, 조립 공정도 단순해질 수 있으며, 무선 충전 장치의 조립 시간도 단축 될 수 있다.
또한, 기판부와 코일부는 용이하게 분리 결합이 될 수 있어, 전기적 연결 뿐만아니라 불량이 발생하는 경우, 이들을 간단하게 교체를 할 수 있다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 코일부의 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 코일부의 다른 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 조립 과정을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 코일부의 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 코일부의 다른 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 조립 과정을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
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본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
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본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 전자 장치는 가전 제품(home appliance)일 수 있다. 가전 제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), 홈 오토매이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM ), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치(internet of things)(예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 어떤 실시예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념을 설명한다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 전력제공장치(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다.
또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 공진회로를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 공진회로로 구현되는 경우, 공진회로의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수도 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
또한, 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA 모드로부터 NSA 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 Notice 신호를 수신할 수 있다.
한편, 도 2에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 주관하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부 및 통신부(212, 213), 구동부(214), 증폭부(215) 및 매칭부(216)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부 및 통신부(252, 253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(256) 및 로드부(257)를 포함할 수 있다.
구동부(214)는 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(214)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부 및 통신부(212, 213)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(214)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(215)로 출력될 수 있다. 증폭부(215)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부 및 통신부(212, 213)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수도 있다. 이에 따라, 증폭부(215)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(216)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(216)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭부(216)는 제어부 및 통신부(212,213)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(216)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 및 통신부(212, 213)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
전력 송신부(211)는 입력된 교류 전력을 전력 수신부(251)로 송신할 수 있다. 전력 송신부(211) 및 전력 수신부(251)는 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 6.78MHz로 결정될 수 있다.
한편, 제어부 및 통신부(212, 213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 제어부 및 통신부(252,253)와 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들어 양방향 2.4GHz 주파수로 통신(WiFi, ZigBee, BT/BLE)을 수행할 수 있다.
한편, 전력 수신부(251)는 충전 전력을 수신할 수 있다.
정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 기설정될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 로드부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 로드부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)의 개략적인 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)의 코일부(430)의 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)의 코일부(430)의 다른 일면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)의 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)는, 무선 충전을 위한 전자 장치, 예컨대 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등이 올려져 전자 장치의 내부에 배치된 배터리를 무선으로 충전될 수 있게 하는 장치이다. 무선 충전 장치(400)는 앞선 전자 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있도록 하우징(410) 및 하우징(410)의 내측으로 코일부(430), 메인 기판부(420) 및 코일부(430)와 메인 기판부(420)를 전기적으로 연결하는 연결 부재(440)의 구성을 포함할 수 있다.
하우징(410)은 하부 케이스(412)와 상부 케이스(411)를 포함할 수 있고, 하부 케이스(412)와 상부 케이스(411)의 결합 시, 그 내측으로 상술한 부품, 예를 들어 코일부(430), 메인 기판부(420), 연결 부재(440) 등이 실장될 수 있도록 공간을 형성할 수 있다. 무선 충전 장치(400)의 실장 구조를 보면, 하부 케이스(412)의 내측으로 기판부 및 코일부(430)가 순서대로 안착되고, 상부 케이스(411)는 하부 케이스(412) 상으로 하부 케이스(412)와 결합되면서 공간을 커버하면서 무선 충전 장치(400)가 조립될 수 있다.
또한, 하우징(410)에는 하부 케이스(412)와 상부 케이스(411)의 결합 시, 연결 부재(440)를 가압하여 코일부(430)가 메인 기판부(420)에 전기적 접촉되는 것에 대한 신뢰성을 증가시킬 수 있도록 가압부(450a, 450b)가 더 포함될 수 있다.
가압부(450a, 450b)는 후술하는 연결 부재(440)의 접촉의 신뢰성을 증가시킬 수 있도록 구비될 수 있다. 구체적으로, 가압부(450a, 450b)는 후술하는 연결 부재(440), 예컨대 연결 기판부(441)를 커넥터부(442) 측으로 가압하여 접촉된 상태를 유지할 수 있도록 구비될 수 있다. 또한, 연결 기판부(441)와 커넥터부(442)는 하우징(410)의 결합에 따라 가압될 수 있도록, 가압부(450a, 450b)는 상부 케이스(411)와 연결 기판부(441)를 사이에 배치될 수 있다.
한 실시 예에 따른 가압부(450a, 450b)는 상부 케이스(411)의 내측면에서 연결 기판부(441) 측으로 돌출된 돌출 돌기(450a, 도 4 참조)로 구비될 수 있다. 가압부(450a, 450b)가 돌출 돌기로 형성되는 경우, 커넥터부(442)가 실장된 메인 기판부(420)에 연결 기판부(441)가 실장된 코일부(430)가 적층된 상태에서 하부 케이스(412)로 상부 케이스(411)가 결합되면, 상부 케이스(411)의 내측면에서 돌출된 가압부(450a, 450b)는 연결 기판부(441)를 커넥터부(442) 측으로 누르게 될 수 있고, 연결 기판부(441)는 커넥터부(442)와 일정하게 접촉된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 한 실시 예에 따른 가압부(450a, 450b)는 상부 케이스(411)의 내측면과 연결 기판부(441) 사이로 배치되는 탄성 플레이트(450b, 도 7 참조)로 구비될 수 있다. 가압부(450a, 450b)가 탄성 플레이트로 구비되는 경우, 커넥터부(442)가 실장된 메인 기판부(420)에 연결 기판부(441)가 실장된 코일부(430)가 적층된 상태에서 하부 케이스(412)로 상부 케이스(411)가 결합되면, 상부 케이스(411)와 연결 기판부(441) 사이에 배치된 탄성 플레이트의 탄성에 따라 연결 기판부(441)가 커넥터부(442) 측으로 일정하게 눌림이 발생되고, 연결 기판부(441)는 커넥터부(442)와 일정하게 접촉된 상태를 유지할 수 있다.
메인 기판부(420)는 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)일 수 있으며, 도시되진 않았으나, 적어도 하나 이상의 유전체층과, 적어도 하나 이상의 금속층이 적층되어 구비될 수 있다. 하우징(410)의 내측, 예컨대 하부 케이스(412)의 내측에 안착되고, 무선 충전, 제어부 및 각종 소자들이 실장될 수 있다.
코일부(430)는 코일(432)과 차폐부재(431)를 포함할 수 있으며, 메인 기판부(420) 상에 적층될 수 있다.
코일(432)은 차폐부재(431) 상에 안착되어 지지되고, 차폐부재(431) 상에서 일방향으로 권선되도록 구비될 수 있고, 소정 위치에 메인 기판부(420), 구체적으로 메인 기판부(420)와 전기적 연결을 위해 구비되는 연결 기판부(441)와 결합되기 위한 코일 단부(432a)가 차폐부재(431)의 일측에서 소정길이 돌출되게 구비될 수 있다.
코일 단부(432a)는 연결 기판부(441), 구체적으로 후술하는 결합부(441a)에 상에 전기적으로 결합될 수 있다. 이때, 코일 단부(432a)는 코일(432)이 차폐부재(431) 상에 실장된 상태에서 연결 부재(440)와 납땜 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 코일 단부(432a)가 결합부(441a)에 전기적으로 연결될 때, 기존의 연결에 대비하여 밴딩되는 양이 적거나 또는 없으며, 코일 단부(432a)의 길이도 짧게 구현할 수 있다. 즉, 종래의 코일 단부(432a)는 메인 기판부(420)까지 연결되기 위해 약 20mm 정도의 길이를 가져야 했다면, 본 발명의 코일 단부(432a)의 길이는 약 4.0mm 정도로 구비될 수 있다. 이는 기존에 코일 단부(432a)와 메인 기판부(420)를 연결하기 위해 필요로 하는 코일 단부(432a)의 길이에 대비하여 약 1/5 정도로 짧게 구현할 수 있게 된 것이다. 상술한 바와 같이, 커넥터부(442)에서 코일 단부(432a)까지의 길이를 단축시키면, 커넥터부(442)에서 코일 단부(432a)까지 발생되는 금속 저항을 기존에 대비하여 최소화할 수 있고, 커넥터부(442)를 통해 전기적 연결을 구현함에 따라 발생되는 전원 라인 상의 로스를 보상할 수 있게 되어, 충전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
차폐부재(431)는 코일(432)로 전원이 인가될 때, 안정적으로 동작할 수 있도록 노이즈나 와류 전류(eddy current) 등에 의해 발생되는 마그네틱 필드를 차폐하도록 구비될 수 있다. 차폐부재(431)는 필름 형상이나 플레이트 형상으로 구현될 수 있고, 높은 투과성(permeability)을 가지며, 저 손실(low loss) 특성을 가지는 재질을 사용할 수 있을 것이다.
차폐부재(431)의 일면에는 코일(432)이 실장되고, 차폐부재(431)의 다른 일면에는 메인 기판부(420)와 코일(432)을 전기적으로 연결할 수 있도록 하는 연결 기판부(441)가 실장될 수 있다. 후술하나, 연결 기판부(441)의 일면은 차폐부재(431)의 타면에 결합되면서 그 일면으로 코일 단부(432a)가 전기적으로 연결되는 상태에서, 연결 기판부(441)가 타면은 메인 기판부(420)에 구비된 커넥터부(442)와 접촉 및 접촉된 상태를 유지할 수 있어야 한다. 이를 위해, 연결 기판부(441)가 커넥터부(442) 측으로 소정 가압될 수 있어야 한다. 차폐부재(431)나 연결 기판부(441)는 플레이트로 구비될 수 있는데, 연결 기판부(441)가 커넥터부(442) 측으로 소정 눌려지면서 눌려지는 양이 동일할 수 있으며, 이에 따라 연결 기판부(441)가 접촉된 상태를 유지할 수 있도록 가압에 따른 소정 탄성을 가질 수 있도록 설치되어야 한다. 이에, 연결 기판부(441)가 실장되는 위치의 차폐부재(431) 측, 구체적으로 차폐부재(431)와 연결 기판부(441)가 오버랩되는 위치에는 일정한 폭을 가지도록 모따기된 개구가 구비될 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에 따른 연결 부재(440)는 커넥터부(442)와 연결 기판부(441)를 포함할 수 있다.
커넥터부(442)는 메인 기판부(420) 상에 돌출되도록 구비될 수 있다. 한 실시 예에 따른 커넥터부(442)는 씨클립으로 이루어지는 것을 예를 들 수 있다. 또한, 이와는 달리 한 실시 예에 따른 커넥터부(442)는 도전성 탄성부재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 커넥터부(442)는 구리나 은 등의 금속 분말과, 에폭시, 폴리에스텔 또는 메라민 등의 수지를 혼합한 재질로 이루어질 수도 있고, 도전성 스프링과 같은 재질로 이루어질 수도 있는 등의 다양한 전기적 연결 재질이라면 얼마든지 변형이나 변경이 가능할 수 있을 것이다.
커넥터부(442)는 메인 기판부(420) 상에 결합된 상태이고, 후술하는 연결 기판부(441)는 코일부(430)에 결합된 상태에서 코일부(430)가 메인 기판부(420)에 놓여지면, 커넥터부(442)에 연결 기판부(441)가 접촉되도록 적층될 수 있다.
연결 기판부(441)는 코일부(430), 구체적으로 차폐부재(431)의 다른 일면에 실장될 수 있고, 모따기 된 개구를 통해 코일(432)의 단부가 연결 기판부(441)의 일면에 안착될 수 있게 구비될 수 있다. 또한, 연결 기판부(441)는 모따기 된 개구의 위치에서 코일 단부(432a)를 메인 기판부(420)와 전기적으로 연결할 수 있도록 중간 연결부의 기능을 하도록 구비될 수 있다.
연결 기판부(441)는 그 일면에 구비되는 코일 단부(432a)와 그 타면과 접촉되는 커넥터부(442)를 전기적으로 연결할 수 있도록 결합부(441a), 접촉부(441b) 및 비아홀(441c)을 포함할 수 있다.
결합부(441a)는 연결 기판부(441)의 일면에 구비되며, 코일(432)의 단부와 전기적으로 결합되도록 구비될 수 있다. 한 실시 예에서, 코일(432)의 단부는 결합부(441a)에 납땜에 의해 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.
접촉부(441b)는 연결 기판부(441)의 타면에 구비되고, 비아홀(441c)을 통해 결합부(441a)와 전기적으로 연결되며, 커넥터부(442)와 직접 접촉하는 구성물이다.
이에, 코일 단부(432a)는 접촉부(441b), 비아홀(441c) 및 접촉부(441b)를 통해 커넥터부(442)에 전기적으로 접속할 수 있게 되는 것이다.
또한, 연결 기판부(441)의 결합부(441a)는 차폐부재(431)의 모따기 된 개구상에 노출되면서 결합될 수 있어, 코일 단부(432a)의 길이를 최소화 할 수 있고, 코일 단부(432a)의 밴딩의 양을 적게 할 수 있거나, 밴딩되지 않고도 결합부(441a)와 전기적으로 연결될 수 있게 한다.
이에, 하기의 표 1과 같이 커넥터부(442)를 통해 전기적으로 연결함에 따라 발생될 수 있는 전원 라인 상의 로스를, 커넥터부(442)와 코일 단부(432a)까지의 거리를 최소화하여 금속저항을 최소화함에 따라 보상할 수 있게 되어, 충전 효율이 저하되는 것을 최소화하고 기존의 충전 효율을 유지할 수 있게 된다. 예를 들어 하기의 표 1과 같이 기존에는 메인 기판부(420)까지 접촉되기 위해 밴딩되어야 함은 물론 코일 단부(432a)의 길이가 20mm 정도로 구비되어야 했는데, 이 경우, 충전 동작 시 코일 단부(432a)에서 발생되는 저항값이 본 발명의 실시 예에 따른 코일(432) 저항값에 대비하여 높게 발생될 수 있다. 다만, 본 발명의 경우, 커넥터부(442)를 통해 코일부(430)와 메인 기판부(420)를 연결함에 따라 커넥터부(442)에서 전원 라인 상의 로스가 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명의 코일부(430)와 메인 기판부(420)의 연결 시 코일 단부(432a)의 길이는 종래의 코일 단부(432a)의 길이에 대비하여 1/5 정도로 짧게 구비될 수 있어, 충전 동작 시 코일 단부(432a)에서 발생되는 금속 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 커넥터부(442)와 접촉부(441b)의 접촉 단면적을 넓게 할 수 있다. 이에 따라 모든 조건이 동등한 상태에서 충전을 실시하는 경우, 종래의 무선 충전 장치(400)의 무선 충전 효율과 본 발명의 무선 충전 장치(400)의 무선 충전 효율은 거의 변함 없이 유지될 수 있게 되는 것이다.
| 종래 | 본 실시 예 | |
| 코일 단부의 길이 | 20.00mm | 4.00mm |
| 충전 동 작시 코일 단부에서 발생되는 저항값 | 0.68Mohm | 0.52Mohm |
| 충전 효율 | 74.00% | 73.95% |
| 실제 코일 단부 사진 | ||
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 장치(400)의 조립 과정을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 상기와 같이 구비된 무선 충전 장치(400)의 조립 과정을 살펴볼 수 있다.
먼저, 커넥터부(442)를 메인 기판부(420)에 조립할 수 있다. 커넥터부(442)가 조립된 메인 기판부(420)를 하부 케이스(412)에 실장할 수 있다.
또한, 상기의 커넥터부(442)가 실장된 메인 기판부(420)의 조립과 별도로 코일부(430)를 조립할 수 있다. 코일부(430)의 조립을 살펴보면, 먼저 코일(432)을 모따기 된 개구가 구비된 차폐부재(431)의 일면에 실장할 수 있다. 또한, 모따기 된 개구 측으로 코일 단부(432a)가 실장되게 구비될 수 있다. 모따기 된 개구 측으로 차폐부재(431)의 다른 일면에는 결합부(441a)가 노출된 연결 기판부(441)가 결합될 수 있다. 연경 메인 기판부(420)의 결합부(441a)와 코일 단부(432a)는 납땜 등을 통해 전기적으로 연결할 수 있다.
상기와 같이 조립된 코일부(430)를 이와는 별도로 조립된 메인 기판부(420)에 안착할 수 있다. 즉, 하부 케이스(412) 내측으로 커넥터부(442)가 실장된 메인 기판부(420)가 배치되고, 상기의 메인 기판부(420) 상에 코일부(430)가 조립될 수 있다.
코일부(430)가 메인 기판부(420) 상에 조립되면 커넥터부(442)는 연결 기판부(441)의 접촉부(441b)와 접촉될 수 있다. 이 상태에서 하부 케이스(412) 상으로 상부 케이스(411)를 결합할 수 있다. 상부 케이스(411)가 하부 케이스(412) 상에 결합되면, 가압부(450a, 450b)가 연결 기판부(441)를 메인 기판부(420) 측으로 가압하게 된다. 이에, 연결 기판부(441)는 모따기 된 개구에 의해 차폐부재(431)에서 동일한 눌림양을 가지면서 탄성적으로 가압될 수 있고, 접촉부(441b)는 커넥터부(442)에 접촉된 상태로 유지될 수 있다. 상술한 바와 같이 하부 케이스(412)와 상부 케이스(411)의 결합 만으로 코일(432)의 단부가 메인 기판부(420)와 전기적으로 결합될 수 있게 되는 것이다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
400: 무선 충전 장치 410: 하우징
420: 기판부 430: 코일부
440: 연결부재
420: 기판부 430: 코일부
440: 연결부재
Claims (9)
- 무선 충전 장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징에 실장되는 메인 기판부;
상기 메인 기판부에 적층되는 코일부;
상기 코일부와 상기 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결부재; 및
가압부를 포함하고,
상기 코일부는,
코일; 및 상기 코일이 안착되며, 상기 코일과 상기 메인 기판부 사이에 배치되는 차폐부재를 포함하며, 상기 코일의 단부는 상기 코일과 단차진 상태로 연결 기판부와 연결되며,
상기 연결부재는,
상기 메인 기판부 상에 구비되는 커넥터부; 및 상기 코일부에 구비되고, 상기 커넥터부 상에 접촉되어 상기 코일부와 상기 메인 기판부를 전기적으로 연결하는 연결 기판부를 포함하고,
상기 가압부는 상기 하우징과 상기 코일의 단부 사이에 배치되어, 상기 연결 기판부를 상기 커넥터부에 가압하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 메인 기판부 및 상기 코일부가 놓이는 하부 케이스;
상기 하부 케이스를 커버하는 상부 케이스를 포함하는 무선 충전 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 가압부는 상기 상부 케이스의 내측면에서 상기 연결 기판부 상으로 돌출되는 돌출 돌기로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 가압부는 상기 상부 케이스의 내측면과 상기 연결 기판부 사이로 배치되는 탄성 플레이트로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 차폐부재에는 상기 코일의 단부를 상기 연결 기판부에 연결하며, 상기 가압부의 눌림에 따라 상기 연결 기판부가 상기 커넥터부 측으로 동일하게 가압되도록 모따기된 개구가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 연결 기판부는,
상기 연결 기판부의 일면으로 상기 코일부의 단부와 연결되는 결합부가 구비되고,
상기 연결 기판부의 타면으로 상기 커넥터부와 전기적으로 연결되는 접촉부가 구비되며,
상기 결합부와 상기 접촉부를 전기적으로 연결하는 비아홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 커넥터부는 씨클립 커넥터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 커넥터부는 도전성 탄성부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
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