KR20070079482A - 무접점 충전회로를 구비한 휴대형 전자기기의 외부 케이스및 그 전자기기 - Google Patents

무접점 충전회로를 구비한 휴대형 전자기기의 외부 케이스및 그 전자기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대형 전자기기를 수납하는 외장형 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무접점 충전회로가 구비된 외장형 케이스 및 그 전자기기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 휴대형 전자기기의 외부 케이스는 재충전 가능한 배터리와 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자를 포함하는 휴대형 전자기기를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 커버로서, 전자유도 현상을 이용하여 전력을 생성하기 위한 수단; 및 상기 접촉단자와 결합되어 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 수단에 의해 생성된 전력을 휴대형 전자기기에 전달하기 위한 수단;을 포함한다.
무접점, 무선, 충전기, 충전장치, 케이스

Description

무접점 충전회로를 구비한 휴대형 전자기기의 외부 케이스 및 그 전자기기{Exterior case of portable electronic device having circuit for contact-less charge and the device}
본 명세서에 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 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 무접점 충전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 평면도이다.
도 4는 상기 도 2에서 외부 케이스의 일 부분을 절개한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 기능 블록도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
21...외부 케이스 22...휴대형 전자기기
30...커넥터 31...제1단자
32...제2단자 40...배터리 유닛
200...충전전력 수신모듈 210...수전코일
220...충전모듈 400...충전보호회로
410...배터리
본 발명은 휴대형 전자기기를 수납하는 외장형 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무접점 충전회로가 구비된 외장형 케이스 및 그 전자기기에 관한 것이다.
이동통신단말, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기에는 재충전 가능한 2차 전지(배터리)가 장착된다. 2차 전지(배터리)를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 이용하여 휴대형 전자기기의 배터리에 전기 에너지를 제공하는 별도의 충전장치가 필요하다. 통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서, 두 접촉 단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
그러나 이와 같이 접촉 단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉 단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.
이러한 접촉식 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여, 충전장치와 배터리를 비접촉 방식으로 충전하는 무접점 충전 시스템이 제안되었다.
대한민국 공개특허 제 202-57468호, 대한민국 공개특허 제 202-57469호, 대한민국 등록특허 제 363,439호, 대한민국 등록특허 제 428,713호, 대한민국 공개특허 제 202-35242호, 대한민국 등록실용신안 제 217,303호, 영국 공개특허 제 2,314,470호 및 미국 공개특허 제 203/0,210,106 호는 충전 모체의 1차 코일과 배터리 유닛의 2차 코일 간의 유도 결합을 이용하여 접촉단자 없이 배터리를 충전시키는 무접점 충전시스템을 개시한다.
도 1은 종래기술에 따른 무접점 충전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 종래기술에 따른 무접점 충전시스템은 외부 전원을 이용하여 배터리에 공급할 충전 전력을 생성시키는 충전 모체(10)와, 이 충전 모체(10)로부터 무접점으로 상기 충전 전력을 공급받고, 이를 이용하여 내부의 배터리(미도시)를 충전시키는 배터리 장치(15)로 이루어진다.
상기 충전 모체(10)는 외부 전원(예를 들어, 상용 교류전원)으로부터 전기에너지를 공급 받아 상기 배터리 장치(15)에 공급할 충전 전력을 생성하는 무선전력 전송회로(12) 및 1차 코일(11)을 구비한다.
상기 배터리 장치(15)는 배터리가 내장된 배터리 유닛이나 배터리를 내장하고 있는 휴대형 전자기기를 나타낸다. 일반적인 휴대형 전자기기로서는 셀룰러폰, PDA, MP3 플레이어 등을 들 수 있다.상기 배터리 장치(15)는 2차 코일(16) 및 2차 코일(16)에 연결되는 충전회로(17)를 포함한다.
상기 1, 2차 코일(11, 16)은 유도 결합에 의해 자기적으로 상호 커플링되며, 상기 2차 코일(16)이 상기 1차 코일(11) 위에 병렬됨(juxtaposed)에 따라 1차 코일 (11)에 의해 생성되는 자기장이 2차 코일(16) 내에 유도 전류를 유기하게 된다. 충전회로(17)가 상기 유도 전류를 변환하여 소정의 전원을 발생시키며, 이(전원)를 통해 배터리를 충전시킨다.
이러한 무접점 충전시스템의 경우, 1차 코일에 대응하는 2차 코일과 2차 코일에 연결되는 충전회로가 배터리 유닛이나 휴대형 전자기기의 내부에 수납된다. 그러나, 배터리 유닛이나 휴대형 전자기기의 하우징이 금속 재질로 이루어지는 경우 1차 코일과 2차 코일 사이의 전자 유도 현상이 간섭을 받게 됨으로써 충전 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다. 이러한 현상을 해소하기 위해서는 휴대형 전자기기의 하우징 재질을 금속 이외의 재질로 변경시켜야 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 충전 모체와 휴대형 전자기기 사이의 무접점 충전을 중개하는 외장형 케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 외장형 케이스와 물리적 및 전기적으로 결합되는 휴대형 전자기기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 휴대형 전자기기의 외부 케이스는 재충전 가능한 배터리와 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자를 포함하는 휴대형 전자기기를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 커버로서, 전자유도 현상을 이용하여 전력을 생성하기 위한 수단; 및 상기 접촉단자와 결합되어 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 수단에 의해 생성된 전력을 휴대형 전자기기에 전달하기 위한 수단;을 포함한다.
상기 커버는 전자유도 현상을 이용하여 생성된 유도 기전력을 직류로 변환하기 위한 수단; 및 상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 수단;을 더 포함한다.
적어도 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 수단이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 휴대형 전자기기의 외부 케이스는 재충전 가능한 배터리와 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자를 포함하는 휴대형 전자기기를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 커버로서, 외부의 1차측 코일과 자기적으로 커플링되어 유도 기전력을 생성하기 위한 2차측 코일; 및 상기 휴대형 전자기기가 커버의 몸체 내에 수납됨에 따라, 상기 접촉 단자와 결합되는 대응 접촉 단자;를 포함한다.
상기 커버는 상기 유도 기전력을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류회로; 및 상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 충전회로;를 더 포함한다.
적어도 상기 2차측 코일이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 코일, 정류 회로 및 충전회로는 커버의 몸체 내부에 수용되고, 상기 대응 접촉 단자는 상기 커버의 몸체 표면에 형성될 수 있다.
상기 배터리는 리튬 계열의 2차 전지이고, 상기 충전회로는 정전압/정전류 회로인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 휴대형 배터리장치는 재충전 가능한 전지셀에 의해 구동되는 휴대형 배터리 장치로서, 이 장치는 재충전 가능한 배터리를 포함하는 배터리팩, 외부로부터 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자; 및 상기 배터리의 전원을 이용하여 구동되는 회로를 포함하는 몸체와; 상기 몸체를 외부 충격으로부터 보호하기 위하여 상기 몸체의 적어도 일부분을 둘러싸는 비금속 재질의 커버로 이루어지고, 상기 커버는 외부의 1차측 코일과 자기적으로 커플링되어 유도 기전력을 생성하기 위한 2차측 코일; 및 상기 몸체가 커버에 의해 하우징됨에 따라, 상기 접촉 단자와 결합되어 충전에 필요한 전력을 배터리에 전달하기 위한 대응 접촉 단자를 포함한다.
상기 커버는 상기 유도 기전력을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류회로; 및
상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 충전회로;를 포함한다.
적어도 상기 2차측 코일이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 커버는 상기 몸체의 전부를 둘러싸서 수납할 수 있다.
상기 코일, 정류 회로 및 충전회로는 커버 내부에 수용되고, 상기 대응 접촉 단자는 상기 커버의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배터리는 리튬 계열의 2차 전지이고, 상기 충전회로는 정전압/정전류 회로인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 평면도이다. 또한, 도 4는 상기 도 2에서 외부 케이스의 일 부분을 절개한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는 배터리가 내장된 배터리 유닛(또는 배터리팩)이나 배터리를 내장하고 있는 휴대형 전자기기와 같이 충전 가능한 전지셀을 포함하는 물품을 의미한다. 바람직한 휴대형 전자기기로서는 셀룰러폰, PDA, MP3 플레이어 등을 들 수 있다. 이 배터리 장치에 내장되는 배터리는 재충전이 가능한 전지 셀로서 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지 등을 포함한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치(20)는 휴대형 전자기기(예컨대, 휴대폰, PDA, MP3 Player)(또는 배터리팩)(22) 및 외부 케이스(21)를 포함한다.
상기 외부 케이스(21)는 충전전력 공급장치(1차측 코일이 포함된 충전 모체)(미도시)로부터 전송되는 무선전력을 수신하기 위한 충전전력 수신모듈(200)과, 이 전력을 휴대형 전자기기(22)에 전달하기 위한 유접점 단자(31)를 구비한다.
상기 충전전력 수신모듈(200)은 상기 충전전력 공급장치에 구비되는 송전코일(즉, 1차코일)과 자기적으로 결합되어 교류전압 펄스에 대응하는 유도 기전력 펄스를 생성하는 수전코일(즉, 2차코일)(210)을 포함한다.
이때, 외부 케이스(21)가 금속성 물질일 경우, 상기 1차 코일에서 발생되는 자계가 왜곡되어 충전 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 적어도 상기 수전코일(210)이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
외부 케이스(21)에는 휴대형 전자기기(22)의 유접점 단자(32)(이하, 제2단자)에 대응하는 대응 유접점 단자(31)(이하, 제1단자)가 구비되는데, 이 제1단자 및 제2단자(31 및 32)를 통해서 충전 전력이 외부 케이스(21)로부터 휴대형 전자기기(22)로 전달된다.
한편, 배터리를 충전하기 위해서는 수전코일(210)에 의하여 유기되는 유도 기전력을 이용하여 배터리를 충전하기에 적합한 전력을 생성하는 충전모듈(220)을 필요로 한다. 상기 충전모듈(220)은 휴대형 전자기기(22)에 구비될 수도 있으나, 휴대형 전자기기(22)의 소형화를 위해 외부 케이스(21)에 구비되는 것이 바람직하다.
휴대형 전자기기(22)는 상기 제1단자(31)와 전기적으로 연결되는 제2단자 (32) 및 충전보호회로(PCM, 400)와 배터리(410)로 구성되는 배터리 유닛(40)을 포함한다.
상기 제2단자(32)와 상기 배터리 유닛(40)은 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2단자(31, 32)는 휴대형 전자기기(22)가 상기 외부 케이스(21) 내에 수납될 때, 서로 접촉되면서 전기적으로 연결된다. 따라서, 배터리(410)는 충전모듈(220)로부터 전송되는 충전 전력을 상기 제1단자(31) 및 제2단자(32)를 통해 전달받을 수 있게 된다.
본 실시예에서는 상기 외부 케이스와 휴대형 전자기기를 전기적으로 연결하는 수단으로서 한 쌍의 유접점 단자(30)를 예시하고 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 예로 한정되는 것은 아니다. 즉, 삽입형 커넥터와 같이 외부 케이스와 휴대형 전자기기를 전기적으로 연결할 수 있다면 어떠한 수단도 채택 가능하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치(20)의 기능 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 외부 케이스(21)는 제1단자(31), 수전 코일(210) 및 충전모듈(220)을 포함한다. 또한, 상기 충전 모듈(220)은 교류를 직류로 변환하는 정류기(221)와, 정류기에 의해 변환된 직류를 충전할 배터리에 적합한 레벨로 바꾸는 충전회로(222)를 포함한다. 예를 들어, 상기 충전 회로(222)로는 리튬 계열의 2차 전지를 정전압 모드와 정전류 모드로 충전시키기 위해, 정류된 직류 전압을 적절히 조절하는 정전압/정전류 회로(CVCC)를 들 수 있다.
또한, 상기 외부 케이스(21)의 충전전력 수신모듈(200)에는 배터리 상태정보 를 감지하고, 이를 상기 충전전력 공급장치에 무선으로 피드백 공급하기 위한 수단을 더 포함할 수도 있다. 즉, 상기 외부 케이스(21)의 내부 회로 구성은 충전전력 공급장치로부터 무접점으로 전력을 공급받고, 이를 휴대형 전자기기에 전달하기 위해 여러가지로 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 본 발명의 휴대형 전자기기(22)는 상기 제1단자(31)에 대응되는 제2단자(32)와, 배터리(410) 및 충전보호회로(PCM, 400)를 포함한다.
상기 충전보호회로(PCM, 400)는 유접점 단자(30)를 통해 상기 충전 모듈(220)과 전기적으로 연결되며, 과전압 또는 과전류로부터 배터리를 보호하는 기능을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 외부 케이스를 이용하여 휴대형 전자기기(또는 배터리팩)를 무접점으로 충전하는 과정을 설명한다.
먼저, 도 2와 같이 휴대형 전자기기(22)를 대응하는 외부 케이스(21)에 삽입시켜 제1단자(31)와 제2단자(32)를 접촉시킨다. 휴대형 전자기기(22)가 외부 케이스에 완전히 삽입되면, 외부 케이스(21)의 제1단자(31)와 휴대형 전자기기(22)의 제2단자(32)는 도 3과 같이 서로 전기적으로 결합된다.
제1단자(31)와 제2단자(32)의 물리적, 전기적 결합이 완료되면, 외부 케이스(21)로 하우징된 휴대형 전자기기(22)를 도 1과 같이 충전전력 공급장치 위에 놓는다. 이에 따라, 충전전력 공급장치의 송전 코일과 외부 케이스의 수전 코일이 자기적으로 커플링되고, 수전 코일의 출력단에는 유도 기전력이 발생된다. 외부 케이스의 충전회로는 이 유도 기전력을 배터리를 충전하기에 적합하도록 조절한 후, 제1 단자와 제2단자를 거쳐 배터리에 공급한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 휴대형 전자기기 또는 배터리의 외부에 장착되는 케이스에 충전장치를 구비함으로써, 전자기기의 하우징 재질을 변경하지 않고, 배터리의 충전효율을 높일 수 있다.
또한, 전자기기의 충전에 필요한 충전회로가 외부 케이스에 구비됨으로써, 전자기기를 소형화, 경량화시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 재충전 가능한 배터리와 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자를 포함하는 휴대형 전자기기를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 커버로서,
    전자유도 현상을 이용하여 전력을 생성하기 위한 수단; 및
    상기 접촉단자와 결합되어 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 수단에 의해 생성된 전력을 휴대형 전자기기에 전달하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버는,
    전자유도 현상을 이용하여 생성된 유도 기전력을 직류로 변환하기 위한 수단; 및
    상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 수단이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  4. 재충전 가능한 배터리와 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자를 포함하는 휴대형 전자기기를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 커버로서,
    외부의 1차측 코일과 자기적으로 커플링되어 유도 기전력을 생성하기 위한 2차측 코일; 및
    상기 휴대형 전자기기가 커버의 몸체 내에 수납됨에 따라, 상기 접촉 단자와 결합되는 대응 접촉 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 커버는
    상기 유도 기전력을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류회로; 및
    상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 충전회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  6. 제 4항에 있어서,
    적어도 상기 2차측 코일이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 코일, 정류 회로 및 충전회로는 커버의 몸체 내부에 수용되고, 상기 대 응 접촉 단자는 상기 커버의 몸체 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬 계열의 2차 전지이고, 상기 충전회로는 정전압/정전류 회로인 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기의 외부 케이스.
  9. 재충전 가능한 전지 셀에 의해 구동되는 휴대형 배터리 장치로서,
    이 장치는
    재충전 가능한 배터리를 포함하는 배터리팩, 외부로부터 전기 에너지를 수신하기 위한 접촉 단자; 및 상기 배터리의 전원을 이용하여 구동되는 회로를 포함하는 몸체와;
    상기 몸체를 외부 충격으로부터 보호하기 위하여 상기 몸체의 적어도 일부분을 둘러싸는 비금속 재질의 커버로 이루어지고,
    상기 커버는
    외부의 1차측 코일과 자기적으로 커플링되어 유도 기전력을 생성하기 위한 2차측 코일; 및
    상기 몸체가 커버에 의해 하우징됨에 따라, 상기 접촉 단자와 결합되어 충전에 필요한 전력을 배터리에 전달하기 위한 대응 접촉 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 커버는
    상기 유도 기전력을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류회로; 및
    상기 직류 전압을 상기 배터리를 충전하기에 적합한 전압(충전 전압)으로 조절하는 충전회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    적어도 상기 2차측 코일이 내장된 부분은 비금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 커버는 상기 몸체의 전부를 둘러싸서 수납하는 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
  13. 제 9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 코일, 정류 회로 및 충전회로는 커버 내부에 수용되고, 상기 대응 접촉 단자는 상기 커버의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
  14. 제 9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬 계열의 2차 전지이고, 상기 충전회로는 정전압/정전류 회로인 것을 특징으로 하는 휴대형 배터리장치.
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