KR102599043B1 - 무선 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

무선 충전 시스템은 휴대폰과 무선 충전장치에 반대 극성의 자석을 구성하여 충전 효율이 최적의 위치로 휴대폰과 무선 충전장치를 결합하고, 휴대폰이 무선 충전 중에 무선충전 패드 상에 최적점의 위치에 올려져 있어 충전 효율이 저감되지 않고, 그에 따른 충전 시간 및 전력 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.

Description

무선 충전 시스템{System for Charging Wireless}
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대폰과 무선 충전장치에 반대 극성의 자석을 구성하여 충전 효율이 최적의 위치로 휴대폰과 무선 충전장치를 결합하는 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰은 휴대를 위해 배터리를 사용한다. 배터리 충전 방법에는 유선 충전과 무선 충전으로 구분될 수 있으며, 그 중 유선 충전이 보편화되어 있다.
그러나 최근의 휴대폰은 무선 충전 기술이 적용되어 점차 상용화되고 있으며, 무선 충전 기술이 적용된 휴대폰이 보급될 시기도 멀지않아 도래할 것으로 생각된다.
무선 충전 방법에는 전자기 유도 현상을 이용한 전자기 유도방식과 송수신단에 동일한 주파수로 전력을 보내는 자기 공명식이 있다. 무선 충전 방식 중 전자기 유도식은 내부에 코일을 포함하고 있는 충전 패드에 전원을 인가하고, 충전 패드 내부에 있는 코일에서 발생되는 전자기장으로 인하여 휴대폰의 배터리에 포함된 코일에 발생되는 유도전류를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
전자기 유도식 충전 방식에서는 충전 패드 위에 올려진 단말기의 위치가 매우 중요하다.
이러한 이유로 휴대폰 무선 충전시 휴대폰과 무선 충전 패널의 위치가 고정되어 단단히 고정되는 기계적 위치 결정 방식을 사용한다.
그러나 휴대폰은 모양의 크기가 다르기 때문에 기계적 위치 결정 방식이 휴대폰마다 적용하기 불가능하며, 특정 휴대폰 전용으로 무선 충전 패널을 적용하며, 서로 다른 휴대폰 간에 공유할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제로 인하여 휴대폰은 무선충전 중에 무선충전 패드 상에 최적점의 위치에 올려지지 않거나 소정 거리 이상 이격되어 있는 경우 충전 효율이 저감되게 되고, 그에 따른 충전 시간 및 전력 손실이 발생하는 문제점이 있다.
한국 공개실용신안번호 제20-2014-0001094호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 휴대폰과 무선 충전장치에 반댁 극성의 자석을 구성하여 충전 효율이 최적의 위치로 휴대폰과 무선 충전장치를 결합하는 무선 충전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 충전 시스템은, 무선 충전이 가능한 이동 단말 장치와, 상기 이동 단말 장치의 배터리를 무선 충전하기 위한 장치로 배터리 충전에 필요한 전력을 송수신하는 무선 충전장치를 포함하며,
상기 무선 충전장치는 요홈이 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되고, 각각의 요홈에 제1 마그네트를 삽입하여 고정하는 링 형태의 브라켓과, 상기 브라켓의 중심부에 형성된 관통공에 전원이 인가되면 전자기장을 발생시키는 1차 코일을 삽입하고,
상기 이동 단말 장치는 일정 형상의 본체의 바닥면에 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되는 제2 마그네트를 배치하고, 상기 1차 코일에서 발생되는 전자기장의 변화에 따라 유도전류를 생성하는 2차 코일을 포함하고,
상기 이동 단말 장치는 상기 무선 충전장치의 위에 올려 놓을 때마다, 자석의 극성이 정반대인 상기 제1 마그네트와 상기 제2 마그네트가 서로 끌어 당겨 상기 1차 코일의 중심과 상기 2차 코일의 중심이 상하 방향으로 일직선 상에 위치하게 된다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 휴대폰이 무선 충전 중에 무선충전 패드 상에 최적점의 위치에 올려져 있어 충전 효율이 저감되지 않고, 그에 따른 충전 시간 및 전력 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외형을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전장치의 외형을 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외형을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템(100)은 이동 단말 장치(110) 및 무선 충전장치(200)를 포함한다.
이동 단말 장치(110)는 무선 충전장치(200)의 위에 올려 놓아 무선 충전을 수행할 수 있다.
이동 단말 장치(110)는 무선 충전이 가능한 단말기로서, 무선 충전장치(200)에서 발생하는 유도전류를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
이동 단말 장치(110)는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다.
이동 단말 장치(110)는 무선 충전장치(200)에서 발생하는 전자기 유도 현상에 따라 유도전류를 발생시키는 2차 코일을 포함할 수 있다.
무선 충전장치(200)는 이동 단말 장치(110)의 배터리를 무선 충전하기 위한 장치로 배터리 충전에 필요한 전력을 송수신하는 전력 송수신기이다.
이동 단말 장치(110)는 일정 형상의 본체(116)의 내부에 입력부(111), 통신부(112), 출력부(113), 메모리부(114), 제어부(115), 제2 마그네트(117), 전원 공급부(120)를 포함한다.
입력부(111)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로 카메라와 마이크 등이 포함될 수 있다.
또한, 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
통신부(112)는 근거리 통신을 위한 모듈이며, 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
출력부(113)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부, 음향 출력 모듈 등을 포함할 수 있다. 디스플레이부는 이동 단말 장치에서 처리되는 정보를 표시할 수 있다.
메모리부(114)는 제어부(115)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다. 메모리부(114)는 터치스크린 상의 터치 입력 시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(115)는 이동 단말 장치(110)의 전반적인 동작을 제어하고, 내부 입력에 따라 무선 충전을 수행하고, 무선 충전장치(200)에서 발생되는 유도전류를 이용하여 배터리(128)를 무선 충전할 수 있다.
제어부(115)는 입력부(111), 통신부(112), 출력부(113)를 온 하도록 제어하고, 무선 충전장치(200)에서 발생되는 유도전류의 세기를 측정한다.
제어부(115)는 무선 충전장치(200)의 위에 올려 놓을 때, 무선 충전장치(200)에서 발생되는 유도전류의 세기를 측정하고, 측정된 세기가 기설정된 기준 전류값과 비교하여 이하인 경우, 위치 조정의 알람 신호를 음성으로 출력부(113)를 통해 출력한다.
전원 공급부(120)는 이동 단말 장치(110)의 각 구성요소로 전원을 공급하는 배터리(128)를 구비하고, 배터리(128)를 유선 또는 무선 충전하기 위한 무선 충전부(121)를 포함한다.
무선 충전부(121)는 2차 코일(122), 정류기(124), 컨버터(125), 통신 제어부(126), 충전부(127) 및 배터리(128)를 포함한다.
2차 코일(122)은 무선 충전장치(200)의 1차 코일(210)에서 발생되는 전자기장의 변화에 따라 유도전류를 생성한다. 2차 코일(122)은 1차 코일(210)에서 발생하는 유도전류를 수신하여 유도전류를 발생할 수 있다.
정류기(124)는 2차 코일(122)을 통해 수신되는 유도전류를 직류전원(직류전압 또는 직류전원)으로 변환하는 교류-직류 변환기이다.
컨버터(125)는 정류기(124)에서 출력되는 직류전원을 소정의 전압으로 변환한다. 즉, 컨버터(125)는 배터리 충전을 위한 적정한 전압으로 직류전원을 변환하는 역할을 한다.
통신 제어부(126)는 무선 충전장치(200)와 통신을 수행한다. 통신 제어부(126)는 해당 이동 단말 장치(110)가 충전기 가능한 기기인지 무선 충전장치(200)에 인증을 요청할 수 있다. 인증 요청 시 통신 제어부(126)는 배터리(128)의 장치번호 등과 같은 식별정보를 무선 충전장치(200)로 전송할 수 있다.
충전부(127)는 2차 코일(122)을 통해 수신되는 유도전류를 이용하여 배터리(128)를 충전한다. 즉, 충전부(127)는 무선 충전장치(200)에서 발생되는 전자기장 유도현상에 의해 2차 코일(122)이 생성하는 유도전류를 배터리(128)로 공급한다.
충전부(127)는 배터리 충전을 제어하는 충전회로, 과전류 및 과전압을 방지하기 위한 과전류/과전압 보호회로를 포함할 수 있다.
제2 마그네트(117)는 본체(116)의 바닥면에 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전장치의 외형을 나타낸 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 단말 장치와 무선 충전장치의 단면에서 코일과 마그네트의 구성을 중점으로 나타낸 도면이다.
무선 충전장치(200)는 원형의 상부 커버(201)와 하부 커버(202)의 사이에 링 형태의 브라켓(203)과, 브라켓(203)의 중심부에 형성된 관통공에 원형의 1차 코일(210)을 삽입하고, 하부 커버(202)와 브라켓(203)의 사이에 인쇄회로기판(204)을 배치한다.
인쇄회로기판(204)은 센서(220), 스위칭 처리부(230), 정상 동작 판단부(240), 충전 제어부(250), 출력부(260)를 포함하고, 충전 제어부(250)에 안테나부(270)가 결합된다.
브라켓(203)은 요홈이 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되고, 각각의 요홈에 각각의 제1 마그네트(205)를 삽입하여 고정한다. 다시 말해, 복수의 제1 마그네트(205)는 1차 코일(210)의 주변을 둘러싸는 형태로 배치된다.
제1 마그네트(205)와 제2 마그네트(117)는 네오디움 자석일 수 있다.
1차 코일(210)은 솔레노이드 또는 페라이트 코일 형태로 구성되어 전원이 인가되면 전자기장을 발생시킨다.
1차 코일(210)에서 발생되는 전자기장은 이동 단말 장치(110)의 2차 코일(122)에 자기장을 유도하여 2차 코일(122)에 유도전류를 발생시킬 수 있다.
센서(220)는 무선 충전장치(200)의 위에 이동 단말 장치(110)가 안착되면 이동 단말 장치(110)의 접촉을 감지하고 무선 충전장치(200) 상에 이동 단말 장치(110)의 위치를 확인할 수 있다.
스위칭 처리부(230)는 충전 제어부(250)의 제어에 따라 외부에서 공급되는 전원을 1차 코일(210)로 공급하거나 차단하는 역할을 수행한다.
정상 동작 판단부(240)는 무선 충전장치(200)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 판단할 수 있다.
정상 동작 판단부(240)는 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하기 위한 비교기를 포함한다.
충전 제어부(250)는 정상 동작 판단부(240)로부터 전송 받은 확인 결과에 따라 스위칭 처리부(230)를 제어할 수 있다.
충전 제어부(250)는 이동 단말 장치(110)와 통신을 수행하며, 통신 수행 결과에 따라 배터리(128)의 충전 상태를 확인할 수 있다.
충전 제어부(250)는 센서(220)를 이용하여 무선 충전장치(200) 상에 이동 단말 장치(110)의 위치를 확인하고, 안테나부(270)를 통해 이동 단말 장치(110)의 통신 제어부(126)와의 통신을 통해 인증절차를 거치므로 이동 단말 장치(110)가 무선 충전기 가능한 단말기인지의 여부를 확인할 수 있다.
출력부(260)는 충전 제어부(250)의 제어에 따라 충전 상태를 표시할 수 있다. 출력부(260)는 발광 소자 또는 LCD등으로 구현될 수 있다.
제1 마그네트(205)와 제2 마그네트(117)는 복수개로 구성되고, 동일한 크기와 개수로 형성된다.
각각의 제1 마그네트(205)와 각각의 제2 마그네트(117)는 무선 충전장치(200)에 이동 단말 장치(110)가 안착될 때, 서로 대응되는 동일한 위치에 배치되며, 자석의 극성이 정반대이다.
이동 단말 장치(110)를 무선 충전장치(200)의 위에 올려 놓을 때마다 제1 마그네트(205)와 제2 마그네트(117)가 서로 끌어 당겨 1차 코일(210)의 중심과 2차 코일(122)의 중심이 상하 방향으로 일직선 상에 위치하게 된다.
이동 단말 장치(110)는 일정 형상의 본체(106)의 바닥면에 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되는 제2 마그네트(117)를 배치하고, 1차 코일(210)에서 발생되는 전자기장의 변화에 따라 유도전류를 생성하는 2차 코일(122)을 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 1차 코일(210)은 원판 형태에서 제1 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성된다.
2차 코일(122)은 원판 형태에서 제2 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성된다.
복수의 제1 마그네트(205)는 원판 형태의 1차 코일(210)의 주변을 둘러싸는 형태로 배치되고, 복수의 제2 마그네트(117)는 원판 형태의 2차 코일(122)의 주변을 둘러싸는 형태로 배치된다. 복수의 제1 마그네트(205)와 복수의 제2 마그네트(117)는 거의 유사한 형태이다.
1차 코일(210)은 원판 형태에서 제1 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되고, 제1 중심부에 일정 직경으로 원형의 제1 영구자석(280)을 일정 높이로 형성한다.
2차 코일(122)은 원판 형태에서 제2 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되고, 상기 제2 중심부에 일정 직경으로 원형의 제2 영구자석(129)을 일정 높이로 형성한다.
제1 영구자석(280)과 제2 영구자석(129)은 서로 동일한 직경으로 형성되고 극성이 반대이다.
이동 단말 장치(110)의 일면에는 일정 높이로 돌출된 제2 영구자석(129a)을 형성하고, 무선 충전장치(200)는 외주면 일면에 홈(206)을 형성하며, 홈(206)의 내측으로 제1 영구자석(280a)을 형성한다.
제2 영구자석(129a)과 홈(206)은 1차 코일(210)과 2차 코일(122)의 중심선에 형성하고, 이동 단말 장치(110)는 무선 충전장치(200)의 위에 올려 놓을 때, 제2 영구자석(129a)과 홈(206)이 결합한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 무선 충전 시스템
110: 이동 단말 장치
200: 무선 충전장치

Claims (8)

  1. 무선 충전이 가능한 이동 단말 장치와, 상기 이동 단말 장치의 배터리를 무선 충전하기 위한 장치로 배터리 충전에 필요한 전력을 송수신하는 무선 충전장치를 포함하며,
    상기 무선 충전장치는 요홈이 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되고, 각각의 요홈에 제1 마그네트를 삽입하여 고정하는 링 형태의 브라켓과, 상기 브라켓의 중심부에 형성된 관통공에 전원이 인가되면 전자기장을 발생시키는 1차 코일을 삽입하고,
    상기 이동 단말 장치는 일정 형상의 본체의 바닥면에 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되는 제2 마그네트를 배치하고, 상기 1차 코일에서 발생되는 전자기장의 변화에 따라 유도전류를 생성하는 2차 코일을 포함하고,
    상기 이동 단말 장치는 상기 무선 충전장치의 위에 올려 놓을 때마다, 자석의 극성이 정반대인 상기 제1 마그네트와 상기 제2 마그네트가 서로 끌어 당겨 상기 1차 코일의 중심과 상기 2차 코일의 중심이 상하 방향으로 일직선 상에 위치하되,
    상기 제1 마그네트와 상기 제2 마그네트는 복수개로 구성되고, 동일한 크기와 개수로 형성되고,
    상기 복수개의 제1 마그네트와 상기 복수개의 제2 마그네트는 상기 무선 충전장치에 상기 이동 단말 장치가 안착될 때, 서로 대응되는 동일한 위치에 배치되며,
    상기 1차 코일은 원판 형태에서 제1 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되고, 상기 제1 중심부에 일정 직경으로 원형의 제1 영구자석을 일정 높이로 형성하고,
    상기 2차 코일은 원판 형태에서 제2 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되고, 상기 제2 중심부에 일정 직경으로 원형의 제2 영구자석을 일정 높이로 형성하며,
    상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석은 서로 동일한 직경으로 형성되고,
    상기 1차 코일은 원판 형태에서 제1 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되고, 상기 2차 코일은 원판 형태에서 제2 중심부로부터 일정 거리 떨어져 복수의 원으로 이루어진 동심원 형태로 형성되며,
    복수의 제1 마그네트는 상기 원판 형태의 1차 코일의 주변을 둘러싸는 형태로 배치되고, 복수의 제2 마그네트는 상기 원판 형태의 2차 코일의 주변을 둘러싸는 형태로 배치되고,
    상기 이동 단말 장치의 일면에는 일정 높이로 돌출된 제2 영구자석을 형성하고, 상기 무선 충전장치는 외주면 일면에 홈을 형성하며, 상기 홈의 내측으로 제1 영구자석을 형성하고,
    상기 제2 영구자석과 상기 홈은 상기 1차 코일과 상기 2차 코일의 중심선에 형성하고, 상기 이동 단말 장치는 상기 무선 충전장치의 위에 올려 놓을 때, 상기 제2 영구자석과 상기 홈이 결합되며,
    상기 이동 단말 장치는 상기 무선 충전장치의 위에 올려 놓을 때, 상기 무선 충전장치에서 발생되는 유도전류의 세기를 측정하고, 상기 측정된 세기가 기설정된 기준 전류값과 비교하여 이하인 경우, 위치 조정의 알람 신호를 음성으로 출력하는 출력부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 무선 충전장치는 원형의 상부 커버와 하부 커버의 사이에 링 형태의 브라켓과; 상기 브라켓의 중심부에 형성된 관통공에 원형의 1차 코일을 삽입하고, 상기 하부 커버와 브라켓의 사이에 인쇄회로기판을 배치하며,
    상기 인쇄회로기판은 센서, 스위칭 처리부, 정상 동작 판단부, 충전 제어부, 출력부를 포함하고, 충전 제어부에 안테나부가 결합되며,
    상기 브라켓은 요홈이 원형 둘레를 따라 등간격으로 형성되고, 각각의 요홈에 각각의 제1 마그네트를 삽입 고정하되, 1차 코일)의 주변을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
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