KR20130037548A - 벽체 매립형 무접점 충전 장치 및 이를 구비한 홈네트워크 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벽체 매립형 무접점 충전 장치 및 이를 구비한 홈네트워크 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치는, 건축물의 벽체에 매립되며, 전면이 개방된 상태로 내부에 공간부를 갖는 직육면체 형상으로 이루어진 케이스 본체; 상기 케이스 본체의 공간부 하단에 위치하며, 수전코일이 내장된 피충전 유닛을 올려놓을 수 있는 베이스면과, 상기 베이스면 하부에 설치되어 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드; 및 상기 케이스 본체 내부에 구비되며, 상용 교류전원을 입력받아 상기 급전코일에 공급될 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드에 공급하는 충전 회로 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

벽체 매립형 무접점 충전 장치 및 이를 구비한 홈네트워크 시스템{Apparatus for Wireless charger buried in wall and System for home network having the same}

본 발명은 무접점 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피충전 유닛에 대하여 무접점 충전 기능을 제공할 수 있는 무접점 충전 장치를 건축물의 내부 벽체에 매립되게 설치하여 건물 내부의 공간 활용도를 높일 수 있고 사용자가 편리하게 피충전 유닛을 충전할 수 있도록 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치 및 이를 구비한 홈네트워크 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신단말, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기에는 충전 가능한 이차전지를 내장한 배터리가 장착되어 전원을 제공한다. 이차전지를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 적절한 전압으로 조정하여 휴대형 전자기기에 공급하는 별도의 충전장치가 필요하다. 통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉단자가 구성되어 있어서, 두 접촉단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.

그러나, 이와 같이 접촉단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉단자가 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, 1차 코일(급전코일)을 구비한 충전장치와, 2차 코일(수전코일)을 구비한 배터리 간의 유도 결합을 이용하여 비접촉 방식으로 배터리를 충전하는 무접점 충전 시스템이 제안되었다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2002-57468호, 대한민국 공개특허공보 제2002-57469호, 대한민국 등록특허공보 제428,713호, 대한민국 공개특허공보 제2002-35242호, 미국 공개특허 제2003/0,210,106호 등에 개시된 비접촉식 충전 시스템을 들 수 있다.

상기와 같은 종래의 무접점 충전 시스템에 있어서, 특히 충전장치는 배터리를 올려놓을 수 있는 패드 형태로 제공된다. 그런데, 이와 같이 패드 형태의 충전장치를 사용할 경우에는 패드의 점유용적과, 콘센트로부터 패드로 인입되는 전원 케이블의 정돈을 고려해야 하므로 패드의 설치환경에 제약이 많이 따르는 단점이 있다.

한편, 최근에는 주택의 각 공간(방, 거실, 현관, 부엌 등)을 연결하여 정보를 전달할 수 있게 하는 홈네트워크 시스템(Home network system)이 각광을 받고 있다. 이러한 홈네트워크 시스템은 가정 내의 PC, 전화, TV, 냉장고, 조명등 가정 내의 통신, 가전, 제어기기를 대상으로 한 데이터 통신망을 구축하고, 적외선, RF, 무선 인터넷 등과 같은 무선 통신을 이용하여 언제 어디서나 자유롭게 각 가전기기들을 원격으로 제어할 수 있는 시스템을 말한다. 이때, 홈네트워크 시스템과 연동하여 각 가전기기들을 원격으로 제어하기 위해서는 조작명령을 전송하기 위한 외부 제어 수단이 필수적으로 요구된다. 이러한 외부 제어 수단으로는 범용의 이동통신 단말기에 별도의 프로그램을 설치하여 이용하거나, 리모컨 기능을 갖는 스마트키의 형태로 제공된다.

상기와 같은 종래의 홈네트워크 시스템에 적용되는 스마트키의 경우, 소형으로 제작되기 때문에 저용량의 배터리를 사용할 수밖에 없었다. 그런데, 홈네트워크 시스템에서는 제어 대상이 광범위하기 때문에 이를 제어하는 스마트키의 배터리 소모량이 클 수밖에 없었고, 이로 인해 잦은 배터리 교체나 별도의 충전 과정을 거쳐야 하는 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 피충전 유닛에 대하여 무접점 충전 기능을 제공할 수 있는 무접점 충전 장치를 주택이나 공동 주택과 같은 건축물의 내부 벽체에 매립되게 설치하여 건축물 내부의 공간 활용도를 높일 수 있고 사용자가 편리하게 피충전 유닛을 충전할 수 있고, 홈네트워크 시스템과 연계하여 피충전 유닛의 충전상태를 확인하고 충전전력을 실시간으로 제어할 수 있는 벽체 매립형 무접점 충전 장치 및 이를 구비한 홈네트워크 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치는, 건축물의 벽체에 매립되며, 전면이 개방된 상태로 내부에 공간부를 갖는 형상으로 이루어진 케이스 본체; 상기 케이스 본체의 공간부 하단에 위치하며, 수전코일이 내장된 피충전 유닛을 올려놓을 수 있는 형태로 형성되고, 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드; 및 상기 케이스 본체 내부에 구비되며, 상용 교류전원을 입력받아 상기 급전코일에 공급될 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드에 공급하는 충전 회로 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 충전 회로 모듈은, 상기 상용 교류전원을 입력받아 직류로 변환하여 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드로 인가하는 고주파 전력 발생부와, 상기 고주파 전력 발생부를 제어하여 상기 무접점 충전 패드에 인가되는 고주파 교류전류의 전력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 충전 회로 모듈은 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 유선 충전에 필요한 직류전류로 변환하여 피충전 유닛에 충전전류를 공급하는 유선 전력 공급부를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 충전 회로 모듈은 외부와 데이터 통신하는 통신 모듈을 더 포함한다.

바람직하게, 상기 충전 회로 모듈의 통신 모듈은 건축물에 구비된 홈네트워크 시스템과 데이터 통신한다.

바람직하게, 상기 무접점 충전 패드는 상기 급전코일이 적어도 하나 이상 배치된다.

바람직하게, 상기 무접점 충전 패드는 상기 케이스 본체 외측으로 가변 가능한 슬라이딩 구조로 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 케이스 본체에는 외부로 전원 공급 또는 데이터 통신하는 외부 출력 단자가 더 형성된다.

바람직하게, 상기 케이스 본체에는 외부로 전원 공급 또는 데이터 통신하는 외부 출력 케이블이 더 구비된다.

바람직하게, 상기 케이스 본체 내부에는 상기 외부 출력 케이블이 자동으로 감길 수 있도록 하는 자동감김수단이 더 구비된다.

상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치가 연계된 홈네트워크 시스템에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 주택이나 공동 주택과 같은 건축물의 홈네트워크 시스템과 연계하여 건축물의 내부 벽체에 무접점 충전 장치를 매립되게 설치함으로써, 건축물 내부의 공간 활용도를 높일 수 있고 홈네트워크 시스템을 원격으로 제어하기 위한 스마트키와 같은 피충전 유닛을 사용자가 간편하고 편리하게 충전할 수 있는 무접점 충전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 홈네트워크 시스템과의 연계를 통해 피충전 유닛의 충전상태를 용이하게 확인하고 충전전력을 실시간으로 제어할 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치가 벽체에 장착될 때의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치의 구성을 도시한 부분 투시 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치의 기능적 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 도 2의 변형예를 도시한 부분 투시 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 1은 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치가 벽체에 장착될 때의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치의 구성을 도시한 부분 투시 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치의 기능적 구성을 도시한 블록 구성도이고, 도 4는 도 2의 변형예를 도시한 부분 투시 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치(100)는, 건축물의 벽체(1)에 형성된 매립부(2)에 삽입될 수 있는 형태로 형성되며, 전면이 개방된 상태로 내부에 공간부(111)를 갖는 직육면체 형상으로 이루어진 케이스 본체(110)와, 상기 케이스 본체(110)의 공간부(111) 하단에 위치하며, 수전코일이 내장된 피충전 유닛(미도시)을 올려놓을 수 있는 형태로 형성되고, 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일(121)을 구비한 무접점 충전 패드(120)와, 상기 케이스 본체(110) 내부에 구비되며, 상용 교류전원을 입력받아 상기 급전코일(121)에 공급될 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드(120)에 공급하는 충전 회로 모듈(130)을 포함한다.

상기 케이스 본체(110)는 외관이 주택이나 공동 주택과 같은 건축물의 내부 벽체(1)에 형성된 매립부(2)에 삽입될 수 있는 직육면체 형상으로 형성되고, 전면이 개방된 상태로 내부에 공간부(111)가 형성되어 이 공간부(111)에 피충전 유닛이 위치하게 된다. 또한, 케이스 본체(110)에는 벽체(1)의 매립부(2)와 만나는 부분에 전원 또는 통신 포트가 구비되어 벽체(1)를 통해 연장된 전원 케이블(112)이나 통신 케이블(113)이 연결된다.

상기 무접점 충전 패드(120)는 상기 케이스 본체(110)의 공간부(111) 하단에 위치하며, 수전코일이 내장된 피충전 유닛을 올려놓을 수 있는 형태로 형성된다. 예컨대, 무접점 충전 패드(120)의 상면은 평평한 면 또는 그 중심부가 외곽보다 상대적으로 낮게 형성되어 외곽으로부터 중심부까지 연속적으로 연결된 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 무접점 충전 패드(120)의 전면에는 상면에 위치한 피충전 유닛이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 걸림턱이 형성될 수 있다.

또한, 무접점 충전 패드(120)는 내부에 급전코일(121)이 설치되어 전원공급시 피충전 유닛의 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시킨다. 여기서, 급전코일(121)은 적어도 하나 이상이 배치될 수 있으며, 무접점 충전 패드(120)의 상면을 전체적으로 커버할 수 있는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 충전 회로 모듈(130)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(131), 고주파 전력 발생부(132) 및 제어부(133)를 포함하여 구성된다.

상기 전원 공급부(131)는 상용 교류전원을 입력받아 직류로 변환하여 고주파 전력 발생부(132)에 전달한다.

상기 고주파 전력 발생부(132)는 고속의 스위칭 동작을 통해 급전코일(121)에 수십 KHz의 고주파 교류전류를 인가하여 자기장을 발생시킨다. 예를 들어, 상기 고주파 전력 발생부(132)는 80KHz의 고주파 교류전류를 무접점 충전 패드(120)의 급전코일(121)에 인가한다. 급전코일(121)에 고주파 교류전류에 의해 자기장이 발생되면, 전자기 유도현상에 의해 충전전력이 피충전 유닛 측에 무접점 방식으로 전달된다. 이때, 상기 고주파 전력 발생부(132)가 발생시키는 고주파 교류전류의 주파수는 일정하게 고정되어 출력된다.

바람직하게, 상기 고주파 전력 발생부(132)로는 공지의 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 채용될 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 제어부(133)는 충전 회로 모듈(130)의 구성 요소를 전반적으로 제어하며, 특히 상기 고주파 전력 발생부(132)를 제어하여 상기 무접점 충전 패드(120)에 인가되는 고주파 교류전류의 전력을 제어한다.

추가적으로, 충전 회로 모듈(130)에는 외부와 데이터 통신하는 통신 모듈(134)을 더 포함한다. 상기 통신 모듈(134)은 건축물에 구축된 홈네트워크 시스템(200)과 통신 케이블(113)을 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 무접점 충전 장치(100)에 피충전 유닛의 충전상태를 확인하기 위해 별도의 모니터링 수단을 구축하지 않더라도 홈네트워크 시스템(200)의 제반 기능을 이용하여 피충전 유닛의 충전상태를 확인하고 충전전력을 실시간으로 제어할 수 있다.

또한, 상기 충전 회로 모듈(130)에는 무접점 충전 기능에 더불어 유선으로 피충전 유닛을 충전할 수 있는 기능을 제공하기 위해 유선 전력 공급부(135)를 더 포함한다. 이 경우, 상기 케이스 본체(110)에는 외부로 전원 공급 또는 데이터 통신하는 외부 출력 단자(122)가 더 형성될 수 있다. 즉, 상기 유선 전력 공급부(135)는 상기 전원 공급부(131)로부터 공급받은 전원을 유선 충전에 필요한 직류전류로 변환하고, 상기 외부 출력 단자(122)에 접속된 피충전 유닛에 충전전류를 공급하게 된다. 이때, 상기 외부 출력 단자(122)는 대안적으로 케이스 본체(110)의 외부로 노출되는 케이블의 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 케이스 본체(110) 내부에는 자동감김수단(미도시)를 장착하여 외부로 노출된 외부 출력 케이블을 자동으로 감아주어 케이블의 길이를 항시 가장 적합한 형태로 정리할 수 있도록 할 수 있다.

상기한 실시예에서는 상기 무접점 충전 패드(120)이 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(110)에 고정된 형태로 구성되는 것으로 설명되었다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시된 바와 같이 무접점 충전 패드(120')가 케이스 본체(110) 외측으로 가변 가능한 슬라이딩 구조로 구비될 수 있다. 이 경우, 피충전 유닛을 보다 편리하게 무접점 충전 패드(120')에 안착시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.

한편, 본 발명에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치(100)는 건축물에 구축된 홈네트워크 시스템(200)에 연결되어 구축될 수 있다.

이와 같은 구성은, 홈네트워크 시스템(200)의 제반 기능을 이용할 수 있게 됨으로써, 무접점 충전 장치(100)에 별도의 모니터링 수단을 구축하지 않더라도 피충전 유닛의 충전상태를 확인하고 충전전력을 실시간으로 제어할 수 있게 된다.

이상과 같이, 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.

100 : 벽체 매립형 무접점 충전 장치
110 : 케이스 본체 120 : 무접점 충전 패드
130 : 충전 회로 모듈

Claims (11)

1. 건축물의 벽체에 매립되며, 전면이 개방된 상태로 내부에 공간부를 갖는 형상으로 이루어진 케이스 본체;
   상기 케이스 본체의 공간부 하단에 위치하며, 수전코일이 내장된 피충전 유닛을 올려놓을 수 있는 형태로 형성되고, 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드; 및
   상기 케이스 본체 내부에 구비되며, 상용 교류전원을 입력받아 상기 급전코일에 공급될 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드에 공급하는 충전 회로 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전 회로 모듈은,
   상기 상용 교류전원을 입력받아 직류로 변환하여 공급하는 전원 공급부와,
   상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 변환하여 상기 무접점 충전 패드로 인가하는 고주파 전력 발생부와,
   상기 고주파 전력 발생부를 제어하여 상기 무접점 충전 패드에 인가되는 고주파 교류전류의 전력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 충전 회로 모듈은 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 유선 충전에 필요한 직류전류로 변환하여 피충전 유닛에 충전전류를 공급하는 유선 전력 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 충전 회로 모듈은 외부와 데이터 통신하는 통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 충전 회로 모듈의 통신 모듈은 건축물에 구비된 홈네트워크 시스템과 데이터 통신하는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 무접점 충전 패드는 상기 급전코일이 적어도 하나 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 무접점 충전 패드는 상기 케이스 본체 외측으로 가변 가능한 슬라이딩 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
8. 상기 케이스 본체에는 외부로 전원 공급 또는 데이터 통신하는 외부 출력 단자가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 케이스 본체에는 외부로 전원 공급 또는 데이터 통신하는 외부 출력 케이블이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 케이스 본체 내부에는 상기 외부 출력 케이블이 자동으로 감길 수 있도록 하는 자동감김수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 벽체 매립형 무접점 충전 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 벽체 매립형 무접점 충전 장치가 연계된 홈네트워크 시스템.

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