KR102644132B1 - 내장 무선충전모듈 - Google Patents

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KR102644132B1
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Abstract

내장 무선충전모듈은 에너지 공급원 및 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여 배터리를 포함하는 단말기를 충전하기 위한 것으로서, 에너지 공급원에 대응하여 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부, 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재, 단말기의 내부와 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 자석부재와 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재를 포함하며, 자석부재는 내벽부로부터 이격될 수 있다.

Description

내장 무선충전모듈 {BUILT-IN WIRELESS CHARGING MODULE}
본 발명은 단말기에 내장되는 무선충전모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 자석을 이용하여 자동 정렬을 보조할 수 있는 내장 무선충전모듈에 관한 것이다.
한국공개특허 제10-2021-0037577호에는 전자 디바이스들에 대한 NFC를 갖는 자기 정렬 시스템들이 개시되어 있다. 상기 자기 정렬 시스템은 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 일차 정렬 컴포넌트는 제1 자기 배향을 갖는 내부 환형 영역, 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 갖는 외부 환형 영역, 및 일차 내부 환형 영역과 일차 외부 환형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중앙 환형 영역을 포함할 수 있다.
이차 정렬 컴포넌트는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가지며, 단말기에 내장된 이차 정렬 컴포넌트는 회전이 가능한 자기 정렬을 수행할 수 있다.
상기 자기 정렬 시스템에서는 단말기에 내장되는 이차 정렬 컴포넌트의 자석이 방사상으로 배열되기 때문에 고정에 충분한 힘을 제공할 수 없으며, 단말기 내부의 부품이 자기장의 영향을 받을 수 있고, 코일에 의한 충전 역시 자기장에 의한 영향을 받을 수 있다.
본 발명은 무선 충전되는 휴대 단말기에 자석을 내장하여도 다른 회로에 미치는 영향을 최소로 하고, 휴대 단말기와 다른 액세서리 간의 부착을 용이하게 할 수 있는 단말기에 내장될 수 있는 내장 무선충전모듈을 제공한다.
본 발명은 자석을 이용한 자동 정렬 및 고정에 충분한 힘을 제공할 수 있으며, 단말기 내부의 부품에 대한 자기장의 영향을 차단할 수 있고, 코일에 의한 충전에도 자기장에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 내장 무선충전모듈을 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 내장 무선충전모듈은 에너지 공급원 및 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여 배터리를 포함하는 단말기를 충전하기 위한 것으로서, 에너지 공급원에 대응하여 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부, 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재, 단말기의 내부와 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 자석부재와 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재를 포함하며, 자석부재는 내벽부로부터 이격될 수 있다.
본 명세서에서 단말기는 휴대폰, 태블릿, 음악재생장치, 영상재생장치, 제어장치 등 전자기기를 포함하는 개념으로 이해될 수 있으며, 무선충전을 통해서 배터리를 충전할 수 있는 기능을 포함할 수 있다.
내장 무선충전모듈을 외부 무선충전장치와 상호 작용을 통해서 에너지를 공급 및 수신할 수 있다. 무선충전 방식은 유도전류를 이용한 방식 외에도 자기공명 등을 이용한 방식을 이용할 수 있다.
차폐부재의 차폐판은 단말기 내부와 자석부재 사이에 개재되어 자석부재에 의한 자기장 영향을 차단할 수 있으며, 내벽부는 에너지 수신부와 자석부재 사이에 개재되어 에너지 수신부에 충전에 자기장이 미치는 영향을 차단 또는 감소시킬 수 있다.
한국공개특허 제10-2021-0037577호에서 이차 정렬 시스템의 자석은 자기방향이 방사 방향으로 배열된 것과 다르게, 본 실시예에서 자석부재는 단말기의 장착면에 수직한 방향으로 자기 배향될 수 있으며, 다극자석이 아닌 단극자석으로 제공될 수 있다.
단극자석을 이용하여 링형 다극자석의 외측 자석영역에 대응될 수 있으며, 자동으로 정렬이 가능하는 것은 물론, 자기 방향과 부착 방향이 일치하여 충분한 부착력을 형성할 수 있다.
이를 위해 자석부재는 링형 다극자석의 외측 자석영역에 대응하여 배치될 수 있으며, 자석부재의 내부 경계는 링형 다극자석의 내측 자석 영역보다 바깥에 위치하도록 할 수 있다.
자석부재의 외부 경계는 링형 다극자석의 외측 자석영역보다 바깥으로 확장된 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
자석부재를 단극자석으로 제공하되, 차폐부재의 내벽부는 링형 다극자석의 내측 자석영역에 대응하는 자기 확장면을 형성하고, 자석부재 중 차폐판에 접한 면의 자기 특성이 자기 확장면으로 전이되도록 할 수 있다. 따라서, 내벽부가 자석부재와 코일 간의 영향력을 차단하는 동시에, 자기 확장면의 전이된 자기 특성을 통해서 링형 다극자석의 내측 자석영역과 자기 확장면 간의 결합력도 형성할 수 있다.
내벽부는 차폐판에 대해 Z-자 또는 P-자 형태로 절곡되어 자기 확장면을 형성할 수 있으며, 차폐부재는 자석부재와 에너지 수신부 사이에 제공되는 차폐재를 더 포함할 수 있다.
차폐부재는 원주 방향으로 분리된 적어도 하나의 커팅 영역을 포함할 수 있으며, 코일 등의 에너지 수신부에서 유도전류가 형성되어도 차폐부재에서도 유도 전류에 의해서 열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해서 차폐부재는 복수의 부채꼴 형상으로 제공될 수 있으며, 서로 이격되어 유도전류의 형성을 차단할 수 있다.
자석부재는 부채꼴로 형성되고, 차폐부재 중 차폐판과 내벽부는 직선 경계로 절곡되며, 자석부재의 양단을 제외한 대부분이 내벽부로부터 이격될 수 있다. 자석부재는 원호 형상의 내부 경계를 갖고 내벽부는 직선 경계를 가짐으로써, 자석부재와 내벽부가 물리적으로 밀착되지 않도록 할 수 있다. 물론, 설계 단계에서 자석부재와 내벽부는 서로 이격되도록 할 수 있으며, 자기 확장면 등이 차폐판과 접하는 면 이외의 다른 자기 특성에 의해서 영향을 받지 않게 할 수 있다.
본 발명의 내장 무선충전모듈은 무선 충전되는 단말기에 자석을 내장하여도 단말기 내부의 다른 회로에 미치는 영향을 최소로 하고, 휴대 단말기와 다른 액세서리 간의 부착을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 내장 무선충전모듈은 외부 무선충전장치와 연계하여 무선충전 기능을 수행할 수 있으며, 부가 케이스와 연계하여 충전 기능 외의 자동 정렬 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 내장 무선충전모듈은 자석을 이용한 자동 정렬 및 고정에 충분한 힘을 제공할 수 있으며, 단말기 내부의 부품에 대한 자기장의 영향을 차단할 수 있고, 코일에 의한 충전에도 자기장에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈이 적용된 단말기와 외부 무선충전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 분해된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 차폐부재의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 내부 무선충전모듈의 차폐부재의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 차폐부재의 구조 및 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 차폐부재를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈이 적용된 단말기와 외부 무선충전장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 분해된 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 차폐부재의 결합관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 내부 무선충전모듈의 차폐부재의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 차폐부재의 구조 및 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 휴대 단말기(1)에 내장될 수 있는 내장 무선충전모듈(100)은 에너지 수신부로서의 코일(110), 상하로 자기 배향을 형성하는 단극자석(120), 차폐판(132)과 내벽부(134)를 포함하는 차폐부재(130)를 포함할 수 있다.
내장 무선충전모듈(100)은 단말기(1)의 일면에 장착될 수 있으며, 외부 무선충전장치(10)와 연계하여 단말기(1)의 배터리 충전을 위한 에너지는 제공할 수 있다.
외부 무선충전장치(10)는 에너지 공급원으로서의 코일(20) 및 링형 다극자석(30)을 포함할 수 있으며, 링형 다극자석(30)은 외측 자석영역(32) 및 내측 자석영역(34)을 제공할 수 있다. 그리고 외측 자석영역(32)과 내측 자석영역(34)의 자기 배향은 서로 반대되며, 그 사이에는 중화된 영역이 형성될 수 있다.
차폐부재(130)는 코일(110)을 중심으로 원주 방향을 따라 복수로 제공되며, 각 차폐부재(130)에 대응하여 부채꼴 형상의 단극자석(120)도 복수로 제공될 수 있다. 본 실시예에서 하나의 단극자석(120)에 대응하여 하나의 차폐부재(130)가 제공되지만, 경우에 따라서는 2개 이상의 단극자석에 대응하여 하나의 차폐부재가 대응되도록 제공될 수도 있다.
차폐부재(130)는 원주 방향으로 서로 분리되어 그 사이마다 커팅 영역을 형성할 수 있다. 이 커팅 영역으로 인해 코일(110)에서 유도전류가 형성되어도 차폐부재(130)에서도 유도 전류에 의한 열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
참고로, 도 1에서 위는 외부 무선충전장치(10)를 향하는 방향이 될 수 있으며, 아래는 단말기의 내부를 향하는 방향이 될 수 있다. 코일(110) 및 차폐부재(130)의 일면에 다양한 기능의 시트들이 추가될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명 및 적용은 단말기의 용도 및 환경 등에 따라 당업자가 달리 설정할 수 있다.
본 실시예에서 단극자석(120)과 코일(110) 사이에 내벽부(134)가 제공되며, 내벽부(134)는 단극자석(120)으로부터 분리될 수 있다. 단극자석(120) 중 N극 또는 S극은 차폐판(132)과 접하고 있지만, 다른 부분은 차폐부재(130)로부터 분리(g)되는 것이 바람직하다.
단극자석(120)에서 N극 및 S극은 상하로, 즉 단말기의 외면에 수직한 방향으로 자기 배열된 제공되며, 링형 다극자석(30)의 외측 자석영역(32)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 단극자석(120)의 중심과 링형 다극자석(30)의 중심이 자동 정렬되며, 일부 어긋나더라도 링형 다극자석(30)의 내측 자석영역(34)의 같은 극성에 의해 외측 자석영역(32)에 맞도록 정렬될 수 있다.
단극자석(120)의 내부 경계는 링형 다극자석(30)의 내측 자석영역(34)과 일치하거나 그 바깥에 위치하도록 설계될 수 있다.
차폐부재(130)의 내벽부(134)는 단극자석(120)을 형성하는 링의 내부로 확장되어 단극자석(120)의 외면과 대략 같은 높이로 연장 형성될 수 있다. 도 6을 보면, 내벽부(134)는 z-자 형상으로 제공되어, 단극자석(120)의 안쪽으로 자기 확장면(136)을 형성할 수 있다.
도 6의 (b)의 자기력선(M)으로 표시한 바와 같이, 차폐판(132)과 접하는 단극자석(120)의 접합면이 N극을 형성하면, 그 자기 특성은 z-자 형상으로 연결된 자기 확장면(136)에서도 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 내벽부(134)가 자기력을 차단하고 코일(110)로의 영향을 차단하는 동시에, 자기 확장면(136)을 통해서 N극을 형성하여 링형 다극자석(30)의 내측 자석영역(34)과 인력을 형성할 수 있다.
도 5를 보면, 자석부재로서 단극자석(120)은 부채꼴로 형성되고, 차폐부재(130) 중 차폐판(132)과 내벽부(134)는 직선 경계로 절곡될 수 있다. 따라서, 단극자석(120)의 양단 부분은 상대적으로 내벽부(134)의 경계에 가깝게 인접하지만, 그 이외의 대부분은 내벽부(134)의 경계로부터 일정 거리(g)만큼 이격되도록 할 수 있다. 또한, 내벽부(134)와 단극자석(120)이 양단 또는 그 중 일부에서 접하더라도 대부분이 내벽부(134)로부터 분리되도록 형상을 조절할 수 있다.
내벽부(134)가 단극자석(120)으로부터 분리됨으로써, 자기 확장면(136)에서의 자기 특성은 차폐판(132)과 접하는 극성에 의해서만 영향을 받을 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 무선충전모듈의 차폐부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 단극자석(120')의 내부 경계는 링형 다극자석(30)의 내측 자석영역(34)보다 바깥에 위치하고, 단극자석(120') 내부 경계는 내측 자석영역(34)까지 침범하지 않는 것이 좋다.
하지만, 단극자석(120')의 외부 경계는 링형 다극자석의 외측 자석영역(32)보다 바깥으로 확장 가능하며, 확장된 폭(e)만큼 자석에 의한 결합력을 더욱 증가시킬 수도 있다(a).
또한, 차폐부재의 내벽부(134)의 안쪽으로 차폐재(140)를 더 추가할 수 있으며, 그래파이트와 같은 차폐에 우수한 재질을 차폐재(140)로 이용함으로써 내벽부(134)의 차폐 성능을 더 개선할 수 있다. 이는 단극자석(120)을 이용하되, 단극자석(120)을 이용함으로써 얻을 수 있는 공간을 차폐재(140)로 보강할 수 있음을 의미할 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 차폐부재는 P-자 형상으로 절곡될 수 있으며, 차폐판(232)과 내벽부(234)를 형성할 수 있다. 내벽부(234)의 하부는 자기 확장면(236)을 정의할 수 있으며, 내벽부(234)의 외부 경계와 단극자석(120)의 내부 경계가 서로 이격된 상태를 유지할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 내벽부(234)의 내부로 차폐재가 더 충진될 수도 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 차폐부재는 내벽부(334)의 위치에 대응하여 강자성체 또는 차폐재를 이용한 적층 구조를 형성할 수 있다. 차폐판(332)과 내벽부(334)를 하나의 판 형태로 제공할 수 있으며, 안쪽 단부로 강자성체나 차폐재를 이용하여 내벽부(334)를 형성할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 단말기 100 : 내장형 무선충전모듈
110：코일 120 : 단극자석
130 : 차폐부재

Claims (10)

  1. 무선충전의 에너지 공급원 및 상기 에너지 공급원의 주변으로 원주방향으로 배치되는 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여, 배터리를 포함하는 단말기에 장착되는 내장 무선충전모듈에 있어서,
    상기 에너지 공급원에 대응하여 상기 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부;
    상기 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재;
    상기 단말기의 내부와 상기 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 상기 자석부재와 상기 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재;를 포함하며,
    상기 자석부재는 상기 내벽부로부터 이격되어 있고,
    상기 자석부재는 상기 링형 다극자석의 외측 자석영역에 대응하여 배치되어, 상기 자석부재의 내부 경계는 상기 링형 다극자석의 내측 자석 영역보다 바깥에 위치하는 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  2. 무선충전의 에너지 공급원 및 상기 에너지 공급원의 주변으로 원주방향으로 배치되는 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여, 배터리를 포함하는 단말기에 장착되는 내장 무선충전모듈에 있어서,
    상기 에너지 공급원에 대응하여 상기 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부;
    상기 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재;
    상기 단말기의 내부와 상기 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 상기 자석부재와 상기 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재;를 포함하며,
    상기 자석부재는 상기 내벽부로부터 이격되어 있고,
    상기 차폐부재의 상기 내벽부는 상기 링형 다극자석의 내측 자석영역에 대응하는 자기 확장면을 형성하고, 상기 자석부재 중 상기 차폐판에 접한면의 자기 특성이 상기 자기 확장면으로 전이되는 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  3. 무선충전의 에너지 공급원 및 상기 에너지 공급원의 주변으로 원주방향으로 배치되는 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여, 배터리를 포함하는 단말기에 장착되는 내장 무선충전모듈에 있어서,
    상기 에너지 공급원에 대응하여 상기 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부;
    상기 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재;
    상기 단말기의 내부와 상기 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 상기 자석부재와 상기 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재;를 포함하며,
    상기 자석부재는 상기 내벽부로부터 이격되어 있고,
    상기 차폐부재는 원주 방향으로 분리된 적어도 하나의 커팅 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  4. 무선충전의 에너지 공급원 및 상기 에너지 공급원의 주변으로 원주방향으로 배치되는 링형 다극자석을 포함하는 외부 무선충전장치에 대응하여, 배터리를 포함하는 단말기에 장착되는 내장 무선충전모듈에 있어서,
    상기 에너지 공급원에 대응하여 상기 배터리를 충전하기 위한 에너지를 수신하는 에너지 수신부;
    상기 링형 다극자석에 대응하여 원주 방향으로 배열되는 적어도 하나의 자석부재;
    상기 단말기의 내부와 상기 자석 부재 사이에 제공되는 차폐판 및 상기 자석부재와 상기 에너지 수신부 사이에 제공되는 내벽부를 포함하는 적어도 하나의 차폐부재;를 포함하며,
    상기 자석부재는 상기 내벽부로부터 이격되어 있고,
    상기 자석부재는 부채꼴로 형성되고, 상기 차폐부재 중 상기 차폐판과 상기 내벽부는 직선 경계로 절곡되며, 상기 자석부재의 양단을 제외한 대부분이 상기 내벽부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석부재는 상기 단말기의 장착면에 수직한 방향으로 자기 배향된 단극자석인 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석부재의 외부 경계는 상기 링형 다극자석의 상기 외측 자석영역보다 바깥으로 확장된 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 내벽부는 상기 차폐판에 대해 Z-자 또는 P-자 형태로 절곡되어 상기 자기 확장면을 형성하는 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐부재는 상기 자석부재와 상기 에너지 수신부 사이에 제공되는 차폐재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장 무선충전모듈.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 내장 무선충전모듈을 포함하는 단말기.
  10. 삭제
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